JPH04295035A

JPH04295035A - セメント建材製品

Info

Publication number: JPH04295035A
Application number: JP3062029A
Authority: JP
Inventors: Fujio Katahira; 片平　冨二夫
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-03-26
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 1992-10-20
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: JP2910285B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、住宅用の外装材などの
用途を有するセメント建材製品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】セメント建材製品は、水硬性バインダー
であるセメントに骨材と繊維を配合した原料に適量の水
を加えて混練し、押出等により成形した後、バインダー
を硬化させることにより製造される。

【０００３】従来のセメント建材製品においては、繊維
としては石綿が一般に使用されてきたが、石綿の発がん
性によりその使用が規制されたため、石綿に代わる繊維
の研究が進められている。天然の樹木などを原料として
作られるセルロース繊維は、石綿代替繊維として最も注
目されており、例えば、特公昭６３−１２７６号、特開
平２−１４１４８４号でも、セメント建材製品における
セルロース繊維の使用が提案されている。

【０００４】セルロース繊維はリグニン、糖といった有
機物を含んでいる。このような有機物が、セメントの水
和による硬化過程において水和反応を妨げ、セメントの
硬化阻害を引き起こすことが判明している。この理由は
、セメントの水和反応初期においてセメント中の珪酸三
カルシウム　（３ＣａＯ・ＳｉＯ２）　等より放出され
る多量のカルシウムが、糖やリグニンと１：２または１
：３の複合物をつくり、この複合物の過飽和分が珪酸三
カルシウムの上に堆積し、それ以上の水和反応を妨げる
からではないかと考えられている。この水和反応の阻害
程度は、養生温度が高いほど顕著となるが、これは養生
温度が高いほど、混練水中への糖、リグニンの溶出量が
多くなるためである。

【０００５】したがって、セルロース繊維を含むセメン
ト建材では、硬化阻害を考慮して、養生の温度および時
間に制約がある。即ち、硬化阻害を避けるために低温で
養生しなければならない上、多少の硬化阻害は避けられ
ないことから、短時間の養生では必要な強度を発現でき
ず、養生を長時間行うことが必要となる。そのため、生
産性は大幅に低下する。

【０００６】この硬化阻害の防止策として、セルロース
繊維を処理して、これに含まれるリグニン、糖などを予
め除去する方法が知られている。この除去処理は、セル
ロース繊維をＮａＣＯ３　、ＮａＯＨ、ＣａＣｌ２の水
溶液に浸漬するか、軽度なものについては水に浸漬する
ことにより実施できる。必要であれば、処理中に加熱し
てもよい。他の方法として、パラホルムアルデヒド４％
とＺｎＣｌ２　０．４　％を含有する水溶液でセルロー
ス繊維を噴霧処理して、硬化阻害の原因であるリグニン
、糖を不溶化する方法もある。さらに、水硬性バインダ
ーとして、セメント水和反応の速いジェットセメント等
を用いて養生を短時間で完了させる方法もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方法
では、セルロース繊維の製造時にリグニン、糖の除去ま
たは不溶化のための処理工程が増えてコスト高となるか
、あるいはジェットセメント等の高価なセメントを使用
する必要があるため、いずれにしても経済的に不利であ
り、大量に使用されるセメント建材製品としては致命的
な欠点となる。

【０００８】ここに、本発明の目的は、リグニンや糖の
除去または不溶化処理を施していない安価なセルロース
繊維を用いても、セメントの水和反応を阻害せずに早期
に強度を発現する、生産性の高いセメント建材製品を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、セメント
に水を加え、成形および養生して得た硬化体であるセメ
ント系水和物の粉体を適量配合することにより、上述し
たセルロース繊維の配合で問題となる水和反応の阻害が
抑制されることを知り、本発明に至った。

【００１０】ここに、本発明は、水硬性バインダーと骨
材の他にセメント系水和物５〜２０重量部を含む無機質
窯業系粉体１００　重量部に対し、セルロース繊維を３
〜１５重量部配合した原料から形成されたセメント建材
製品である。

【００１１】

【作用】セルロース繊維に含まれる糖やリグニンがセメ
ントの水和反応を妨げる理由は、前述したように、カル
シウムと糖、リグニンとの複合物がセメント粒子を覆う
ためである。従って、比表面積の大きな材料を添加する
と、セメント粒子への硬化阻害成分（糖、リグニン）の
付着が減少すると考えられる。本発明では、この比表面
積の大きい材料として、セメントの水和物を利用する。

【００１２】即ち、水と混ぜる前のセメント粒子の比表
面積は　３，０００〜４，０００　ｃｍ２／ｇ　である
が、セメントを水と混ぜて養生させると、得られる水和
物　（セメント硬化体）　の比表面積は５０〜１００　
倍にも増加する。従って、完全に水和反応させたセメン
ト系水和物を使用すれば、計算上は、窯業系粉体１００
　重量部に対して水和物を１〜２重量部を混入すれば、
セメント粒子の比表面積は２倍に増え、従って、セメン
トの水和反応の阻害度合は１／２　に減少することにな
る。ただし、セメント系硬化体はセメント以外の材料を
含む場合があり、また水和反応が完全に終了していない
こともあるため、セメント系硬化体　（水和物）　の混
入効果は、上記の計算よりは小さくなる。

【００１３】本発明で用いるセメント系水和物は、水硬
性バインダーおよび骨材を主体とするセメント材料を、
通常の使用法のように、水を加え、成形後に養生して水
和させ、得られた硬化体を粉砕して粉体　（粒状体を含
む）　としたものである。使用するセメント材料の配合
は特に限定されず、多少の繊維、増粘剤その他の添加材
を含有していてもよい。成形方法や養生条件も限定され
ないが、養生条件は、水和反応が進みやすく、水和度の
高い硬化体を容易に得ることができるオートクレーブ養
生とすることが望ましい。粉砕程度にも制限はないが、
粗過ぎると、これを配合した原料の成形後の表面性状が
悪くなるので、最大粒径で５ｍｍ以下、好ましくは１ｍ
ｍ以下程度が望ましい。粒径が細かいほど、成形後の表
面性状が良好となる上、比表面積が大きくなって、上述
したセメント粒子への硬化阻害成分の付着を防止する効
果が高くなる。従って、セメント系水和物の粒径は細か
い方が望ましいが、あまり細かいと粉砕能率が低下する
。その意味で好適な粒径範囲は平均粒径で約０．０５〜
３ｍｍである。

【００１４】このセメント系水和物の粉体を、水硬性バ
インダーと骨材とを含む窯業系粉体１００　重量部中に
５〜２０重量部の割合で配合する。図１および図２に、
窯業系粉体　１００重量部中にセメント系水和物の粉体
を０〜３０重量部混入し、水、セルロース繊維と混練し
て得た成形原料の早期強度発現性と、この原料の水和発
熱速度の測定結果を示す。表１には、使用したセメント
系水和物の作製に用いたセメント材料の配合を、表２に
は、実験に用いた成形原料の配合をそれぞれ示す。セメ
ント系水和物は、表１に示す配合の材料に適量の水を加
えて混練した後、押出成形し、オートクレーブ養生　（
１８０　℃×５時間）　して得た硬化体を粉砕すること
により作製した。この粉砕品の粒度分布を図３に示す。このセメント系水和物を含む窯業系粉体に水とセルロー
ス繊維を配合した原料の成形も押出成形により行った。得られた成形品は５０℃×８時間の蒸気養生をし、早期
強度発現性を調査した。さらに、この押出成形材を１８
０　℃×５時間のオートクレーブ養生を行い、曲げ強度
を測定した。曲げ強度は、実施例に記載の方法で測定し
た。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】図１より、セメント系水和物の混入量が１
５重量％までは混入量が多いほど蒸気養生後の曲げ強度
が高くなり、１５重量％から３０重量％まではほぼ一定
であった。一方、オートクレーブ養生後の曲げ強度は、
混入量が５〜２０重量％では良好な強度特性を示すが、
５重量％未満と２０重量％を超えた場合は曲げ強度が低
くなった。この原因としては、混入量が５重量％より少ない場合は
蒸気養生段階での強度発現が悪く、したがって、硬化不
十分な状態でオートクレーブ養生したために、強度が低
くなったと考えられる。また、混入量が２０重量％を越
えた場合は、この水和物粉砕品の比表面積が大きいため
、多量の水分を混入しないと良好に成形できず、強度低
下を引き起こしたと考えられる。

【００１８】図２は水和発熱速度を示しているが、セメ
ント系水和物粉砕品の混入量が多くなるほど、発熱ピー
ク時間が短くなっていることがわかる。

【００１９】以上の実験結果より、セメント系水和物粉
砕品の混入量は窯業系粉体１００　重量部中の５〜２０
重量部が適当であり、５重量部より少ない場合は、セメ
ントの硬化阻害の防止硬化が小さく、２０重量部を越え
ると、オートクレーブ養生後の曲げ強度が低下する。

【００２０】セメント水和物の粉体は、セメント建材の
材料と同じ材料であるため、これを配合しても異物とは
ならず、セメント材料の硬化中にセメント中に強固に結
合するため、その配合による建材の強度の低下を生じな
い。また、この配合物は、セメント建材の製造工場内に
ある材料および既存設備を利用して低コストで製造でき
るので、経済的にも有利である。

【００２１】窯業系粉体を構成する材料としては、セメ
ント系水和物の他に、水硬性バインダーと骨材がある。水硬性バインダーとしては普通ポルトランドセメント、
早強ポルトランドセメント、高炉セメントなどが一般的
である。骨材としては、硅砂、フライアッシュ、スラグ
、シリカフューム、珪そう土、軽量骨材のパーライト、
シラスバルーン等が挙げられるが、その種類は限定され
ない。これらの水硬性バインダーおよび骨材は１種また
は複数種の組合わせで使用でき、目的とする製品の種類
に応じて適宜選択することができる。例えば、軽量セメ
ント建材製品とする場合には、パーライトなどの軽量骨
材の配合量を増大させる。或いは、粒状水ガラスなどの
発泡材料を配合してもよい。窯業系粉体中の水硬性バイ
ンダーと骨材の配合量と粒度は特に限定されず、従来の
製品と同様でよい。

【００２２】建材の強度を高めるために、セルロース繊
維を窯業系粉体１００　重量％に対して３〜１５重量部
の割合で配合する。セルロース繊維の配合量が３重量部
未満では補強効果が小さい。一方、１５重量部を越える
と、セルロース繊維の均一分散が困難となること、およ
び成形に必要な水が多くなるため、製品強度が低下する
。セルロース繊維の種類にも制限はない。セルロース繊
維の例には、木材パルプ繊維、木綿繊維、麻繊維などが
ある。

【００２３】本発明のセメント建材製品の原料には、上
述したセメント水和物を含む窯業系粉体とセルロース繊
維のほかに、他の添加材料を配合することもできる。例
えば、成形性を向上させるために増粘剤を使用してもよ
い。増粘剤の例としてはメチルセルロース、エチルセル
ロース、カルボキシメチルセルロースが挙げられる。ま
た、強度増強のためにセルロース繊維以外の繊維をセル
ロース繊維に併用しても良い。

【００２４】以上に述べた原料を適量の水と混練して、
成形する。成形方法は特に限定されないが、例えば、押
出成形、注型成形、プレス成形等を採用できる。得られ
た成形体を、適当な養生法、例えば蒸気養生またはオー
トクレーブ養生、あるいはこの両者の併用による養生に
より硬化させると、本発明のセメント建材製品が得られ
る。

【００２５】この養生条件は特に制限されない。本発明
では、セルロース繊維の配合に起因する水和反応の阻害
が、セメント水和物の配合により緩和されるため、セル
ロース繊維を含まないセメント材料の養生の場合に比べ
て養生時間をさほど延長せずに硬化させることができる
。

【００２６】

【実施例】次に本発明を実施例によってさらに具体的に
説明する。

【００２７】表１に示した配合のセメント系材料に適量
の水を加えて混練した後、押出成形し、オートクレーブ
養生　（１８０　℃×５時間）　して得た硬化体を粉砕
することにより、セメント水和物を作製した。得られた
セメント水和物の粉体の粒度分布は図３に示した通りで
あった。

【００２８】このセメント水和物の粉体に、水硬性バイ
ンダーとして普通ポルトランドセメント、骨材として珪
砂およびパーライト、セルロース繊維として針葉樹系未
晒しパルプ　（ＮＵＫＰ）　、さらに増粘剤としてメチ
ルセルロースを、表３に示す割合で配合した。この配合
原料に適量の水を添加して、アイリッヒミキサーで混合
・混練した後、押出成形機を通して、幅が１００　ｍｍ
、厚さが１５ｍｍの平板を作製した。これらの平板を、
押出成形直後より、５０℃×１０時間の蒸気養生を実施
した。蒸気養生後に、押出方向が供試体の長辺側として
、幅が５０ｍｍ、長さが１００　ｍｍとなるように切断
して、スパンが９０ｍｍの中央集中載荷方式により曲げ
強度を調査した。次に、蒸気養生後の平板を１８０　℃
×５時間のオートクレーブ養生を実施した後に、上記方
法で曲げ強度を評価した。また、幅が２５ｍｍ、長さが
７５ｍｍとなるように供試体を切断して、アイゾット衝
撃強度を調査した。それぞれの試験方法を図４、図５に
示す。これらの測定結果も、表３に併せて示す。

【００２９】評価の指標としては、蒸気養生後段階では
、曲げ強度が１０ｋｇ／ｃｍ２以下であると、蒸気養生
後の工程で受ける外力に耐えられないと考えられる。ま
た、オートクレーブ養生後の曲げ強度は８０ｋｇ／ｃｍ
２以下であると、運搬時や施工後に受ける外力に耐えら
れないと考えられる。アイゾット衝撃強度は１ｋｇ・ｃ
ｍ／ｃｍ２以下では曲げ強度と同様に、運搬時や施工後
に受ける衝撃力に耐えられないと考えられる。

【００３０】

【表３】

【００３１】本発明による実施例１と実施例２は蒸気養
生後とオートクレーブ後のいずれも良好な強度特性を示
したが、セルロース繊維の混入量の多い実施例２の方が
セルロース繊維による水和反応の阻害程度が大きく、蒸
気養生後の曲げ強度がやや低くなった。逆に、セルロー
ス繊維の硬化でアイゾット衝撃強度が向上した。

【００３２】比較例１は、セメント系水和物が混入され
ていないため、蒸気養生による硬化が不十分であり、し
たがってオートクレーブ養生によっても、曲げ強度は向
上できなかった。比較例２は逆にセメント系水和物が多
いため、成形に必要なメチルセルロースと水が増えた。これにより、比重の低下と強度低下が生じた。比較例３
はセルロース繊維の混入量が少ないため、セメントの水
和反応の阻害程度が小さく、蒸気養生後の曲げ強度は高
くなったが、アイゾット衝撃強度が低くなった。比較例
４はセルロース繊維が多いため、比較例２と同様に、成
形に必要なメチルセルロースと水が増えた。また、セメ
ントの水和反応の阻害程度も大きく、蒸気養生後の曲げ
強度が低くなった。さらに、水分が増加したため比重が
低下し、繊維の均一分散性も悪いことより、オートクレ
ーブ養生後の曲げ強度が低くなった。

【００３３】

【発明の効果】本発明に従って、セメント系水和物をセ
メント建材の成形原料に配合することにより、強度確保
のためにセルロース繊維を用いるにもかかわらず、セル
ロース繊維によるセメントの水和反応の阻害が回避され
る。その結果、養生中の強度発現が早く、高い生産性で
効率よく高強度のセメント建材製品を製造することが可
能となる。しかも、セメントの水和反応阻害の防止に用
いる材料が同種の材料であるセメント系水和物であるた
め、特別に配合のための原料を用意することなく、セメ
ント建材業者が手元にある材料を使って簡単に配合材を
作製することができ、製造コストの著しい増大を生じな
い上、この配合材が製品中で異物とならず、外観的には
均質な製品が得られ、また周囲のセメントに強固に結合
するので、製品強度の低下を生じない。

【００３４】このように、本発明は、石綿の代替品とし
て需要の増えてきたセルロース繊維を含むセメント建材
製品の硬化阻害の問題に対して、コスト的にも性能的に
も優れた解決策を与えるものであり、産業上極めて有益
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】セメント系水和物の混入量が成形体の蒸気養生
後とオートクレーブ養生後の曲げ強度に及ぼす影響を示
すグラフである。

【図２】水和発熱速度を示すグラフであり、図中の■〜
■は表２の■〜■の配合に対応する。

【図３】試験および実施例で用いたセメント系水和物の
粒度分布を示す。

【図４】曲げ強度測定方法を示す説明図である。

【図５】アイゾット衝撃強度測定方法を示す説明図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　水硬性バインダーと骨材の他にセメン
ト系水和物５〜２０重量部を含む無機質窯業系粉体１０
０　重量部に対し、セルロース繊維を３〜１５重量部配
合した原料から形成されたセメント建材製品。