JPH07284628A

JPH07284628A - 調湿材料とその製造法

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Publication number: JPH07284628A
Application number: JP8171894A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Teramura; 敏史寺村; Hideki Ishida; 秀輝石田
Original assignee: Inax Corp; Onoda ALC Co Ltd
Current assignee: Inax Corp; Clion Co Ltd
Priority date: 1994-04-20
Filing date: 1994-04-20
Publication date: 1995-10-31
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JP3391544B2

Abstract

(57)【要約】【目的】セメント系の硬化した材料を利用して、炭酸
化反応処理を施すことによって調湿性の優れた材料とそ
の製造法を提供する。【構成】セメントコンクリート、セメントモルタル、
セメント成形品、あるいはこれらの廃材を粉粒体とし、
水と混合する。その混合物を加圧成形し、炭酸化反応に
処する。得られた成形体は優れた吸放湿性を有し、建物
の内壁等の用途として使用すると室内の調湿作用を発揮
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セメント系反応生成物
と炭酸ガスとの反応を利用して、建物の室内あるいは収
納箱などの空間の湿度を調節する機能、すなわち、吸放
湿性に優れた建築材料、工作材料として有用かつ高強度
な炭酸硬化体である調湿材料とその製造法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年の
高密閉化、高断熱化された建築物では、湿度の変化に伴
う弊害が発生している。例えば、室内で発生した水分
が、壁面で結露することによって、（１）カビを発生さ
せ、美観を損なう。（２）建物自体の寿命を縮める。
（３）壁体内の断熱材が水分を含み、断熱効果が低下す
る。（４）ダニ・カビの発生により住人の健康障害を起
こす。逆に極端な乾燥状態においては住人の喉を痛めた
り、建物、家具、絵画等へ悪影響を与える。

【０００３】このような弊害や悪影響に対処するため
に、従来吸放湿性の建築材料が使用されている。その代
表的なものとして木材、ケイ酸カルシウム材やゼオライ
ト複合材がある。木材は耐火性や寸法安定性に劣り、ケ
イ酸カルシウム材およびゼオライト複合材は原料コスト
が高いという問題がある。

【０００４】本発明の課題は、耐久性、耐火性及び高強
度を有する調湿材料を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、セメント系硬化物の粉粒体と水を
混合すること、得られた混合物を加圧下で成形すること
及び得られた成形体を炭酸ガス雰囲気下で養生すること
により得られた調湿材料を要旨とする。

【０００６】請求項２の発明は、シリカゲルを少なくと
も２重量％以上含有する請求項１記載の調湿材料を要旨
とする。請求項３の発明は、セメント系硬化物の粉粒体
が、コンクリート、セメントモルタル及びセメント成形
品の粉粒体の少なくとも１種から選ばれる請求項１記載
の調湿材料を要旨とする。

【０００７】請求項４の発明は、無機系硬化物中に、炭
酸カルシウムを２〜７５重量％とシリカゲルを２重量％
以上、それぞれ分散して含有しており、含有する炭酸カ
ルシウム１００重量％に対して炭酸化していないカルシ
ウム成分が酸化カルシウム換算で１４重量％以下である
調湿材料を要旨とする。

【０００８】請求項５の発明は、セメント系硬化物の粉
粒体と水を混合し、得られた混合物を加圧下で成形し、
次に得られた成形体を炭酸ガス雰囲気下で養生すること
を特徴とする調湿材料の製造法を要旨とする。本発明で
用いることのできるセメント系硬化物としては、早強、
超早強、中庸熱、低熱、耐耐硫酸塩、白色などのポルト
ランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フラ
イアッシュセメント及びそれらの混合物を出発原料とす
るコンクリート；セメントモルタル；押出しセメント成
形板、石綿スレート板、木毛セメント板、木片セメント
板、パルプセメント板等のセメント成形品を挙げること
ができる。これらのセメント系硬化物は、一度使用され
た廃材でも使用できる。

【０００９】セメント系硬化物をそのまま炭酸化した場
合、水及び炭酸ガスが内部まで移動するのが非常に困難
であり、炭酸化反応が非常に遅くなる。また炭酸化によ
って生じる収縮現象が材料表層部と内部とで異なること
で、亀裂が発生する。そこで本発明ではセメント系硬化
物を粉粒体にし、水と混合し加圧下で成形して使用す
る。粉粒体を水との混合物として加圧成形したものは、
いわゆる水を介した粒子の集合体であるため、非常に早
く材料内部まで炭酸ガスや水の移動が起こる。したがっ
て反応が早く進行し、材料表層部と内部での反応に伴う
収縮の差は少なく、亀裂が発生しにくくなる。

【００１０】粉粒体の大きさは、加圧成形方法によって
も異なる。例えばプレス成形方法では、粉粒体の大きさ
は平均粒径１μ〜１ｍｍが好ましく、これよりも小さい
と、大きな圧力が必要となり、かつ炭酸ガスが内部まで
浸透しなくなる。また１ｍｍよりも大きくなると、十分
な強度を有する材料を得ることが困難となる。なおセメ
ント系硬化物中のコンクリート、モルタルなどに含まれ
る反応に関与しない骨材の大きさは関係ない。本発明で
はセメント系硬化物中に含まれているケイ酸カルシウム
水和物あるいは未反応セメント粒子の大きさが重要であ
る。

【００１１】粉粒体と水との混合割合についても、成形
方法によって異なるが、プレス成形においては、粉粒体
１００重量部に対し、水５〜６０重量部が好ましい。こ
の範囲より水が多くなると、加圧成形において、水排出
のために大きな加圧力が必要となるばかりでなく、成形
体に水が移動した層が形成され層間剥離を生じてしま
う。また少なくなると、粉粒体の圧密に大きな加圧力が
必要であると同時に、炭酸化に必要な水が不足し、反応
に支障をきたす。

【００１２】成形時の圧力は、一軸プレス成形法では、
２０〜４００ｋｇｆ／ｃｍ²（１．９６〜３９．２ＭＰ
ａ）が好ましい。これより小さいと、加圧成形体並びに
炭酸硬化体である無機系硬化物の強度が十分でなく、大
きいと成形体が緻密になりすぎ、炭酸化反応が内部まで
進行しなくなるばかりでなく、粉粒体の移動に伴う層間
上の亀裂を発生することになる。

【００１３】加圧成形は、一軸プレス成形法のほか、押
出し成形法、圧延成形法、加圧鋳込み法などが通常採用
され、方法には特に制限がない。成形物は次に炭酸ガス
雰囲気下で養生される。このときの反応速度は、温度、
湿度、炭酸ガス濃度、圧力などに影響される。特に湿度
は成形物中に水分が存在するように調整されなければな
らない。成形物が乾燥状態になると、炭酸化反応が著し
く遅くなるからである。温度、炭酸ガス濃度、圧力に関
しては、高いほど炭酸化反応は早く進行する。

【００１４】この炭酸化反応に用いる装置としては、密
閉容器が一般的である。密閉容器の利点は加圧などの操
作が容易なことである。また炭酸ガスが流れるトンネル
状、垂直塔状などの開放式養生容器も使用できる。この
場合には連続的な養生が可能となる。さらに炭酸ガスと
して、燃焼排ガスを利用することも、あるいは脱気後加
圧炭酸ガスによる養生も可能である。炭酸化の割合は、
成形物中に含有するカルシウムが、どれだけ炭酸カルシ
ウムに変化したかで判断できる。

【００１５】本発明は炭酸化によって強度を増加させて
おり、炭酸化量が多いほど生成する無機系硬化物の力学
的性質は向上する。炭酸化量は成形体に含有するカルシ
ウム成分の８０％以上である必要がある。それ以下で
は、強度が低く脆い無機系硬化物となる。言い替えると
硬化物中に含有する炭酸カルシウム１００重量％に対し
て、炭酸化していないカルシウム成分が、酸化カルシウ
ム換算で１４％以下でなければならない。また炭酸カル
シウムが、硬化物中にほぼ均一に分散していなければな
らない。なぜなら表層のみに炭酸カルシウムが存在する
ことは、シリカゲルの存在も表層に限られることにな
り、吸湿量が少なくなるばかりでなく、湿分の徐放性が
劣るからである。

【００１６】

【作用】セメント系硬化物の主バインダーはケイ酸カル
シウム水和物である。このケイ酸カルシウム水和物が水
の存在下で二酸化炭素と接触すると、ケイ酸カルシウム
水和物からカルシウムイオンが溶出し、炭酸水素溶液と
化学反応し、炭酸カルシウムあるいは炭酸水素カルシウ
ムを生成する。

【００１７】ケイ酸カルシウム水和物は、カルシウムイ
オンが溶出した後は、形状的にはもとのケイ酸カルシウ
ム水和物の形を保持した状態で、１〜数ｎｍの平均細孔
径を持つシリカゲル（シリカスケルトンゲル）となる。
シリカゲルは従来より知られているように、吸着特性に
優れている。そのため、炭酸化した前記セメント系硬化
物は、材料の外部の湿度変化に応じて吸湿、放湿をする
ことができるいわゆる調湿性が発揮される。

【００１８】しかし、前記セメント系硬化物になんら手
を加えず、炭酸化させても、緻密な組織によって内部ま
で二酸化炭素が浸透しない。さらに炭酸ガスを高圧で接
触させ、内部まで炭酸化を強制的に進行させようとする
と、材料の収縮によって、亀裂が発生したりする。

【００１９】これに対して、本発明は、前記セメント系
硬化物又は、その廃材を一旦粉砕し粉粒体とし、水と混
合し、さらに加圧成形した前駆体をつくり、これを炭酸
化させる。この方法による炭酸化は、材料の内部まで二
酸化炭素が浸透し易く、炭酸化が早く進行する。また、
出発原料（セメント系硬化物の種類）、その粉粒体の粉
末度、成形圧力、含有するケイ酸カルシウム水和物、水
量などの条件によって変化するが、炭酸化によって亀裂
の発生しない炭酸硬化成形体である無機系硬化物を製造
することができる。

【００２０】得られるこの無機系硬化物中には、必ず炭
酸カルシウムを２〜７５重量％とシリカゲルを２〜６０
重量％を、それぞれ分散して必ず含有している。炭酸カ
ルシウムは用いるセメント系硬化物及び反応条件により
異なるが、カルサイト、アラゴナイト、バテライトなど
の異なった構造の鉱物として、硬化物中に存在してい
る。

【００２１】シリカゲルは、炭酸硬化成形体の断面の電
磁顕微鏡による観察及びＸ線回折、前記成形体の一部を
サリチル酸処理、塩酸処理およびアルカリ性溶液処理等
を順次行なう湿式分析、並びに塩酸処理による炭酸ガス
発生量の分析を総合して判定できる。詳細は「第４７回
セメント技術大会講演集」第４５０〜４５５頁（１９９
３年）、「第４５回セメント技術大会講演集」第２７０
〜２７５頁（１９９１年）、及びＪＩＳＲ９１０１
「石コウの化学分析方法、無水炭酸の定量法」に記載さ
れている。

【００２２】調湿に対する性能は、材料中に含有するシ
リカゲルの量に影響される。そこで材料中に含有するシ
リカゲルが２重量％以上であることが調湿材料として必
要である。含有するシリカゲルが２重量％未満の場合に
は、調湿性が劣るばかりでなく、材料のバインダー原料
であるケイ酸カルシウム水和物が少ないことを意味する
ため、材料の強度が低くなる。基本的にはシリカゲルの
含有量が大きいほど調湿性に優れた材料となる。ただ用
いるセメント系硬化材料にもよるが、６０重量％の含有
が限界である。

【００２３】

【比較例１】次に、具体的に本発明の効果を比較例およ
び実施例をもって説明する。まず最初に、セメントモル
タルの成形方法と調湿測定の実験方法を比較例として示
す。

【００２４】普通ポルトランドセメント２０重量部及び
珪砂（ＪＩＳ規定の標準珪砂同等品）８０重量部を水１
３重量部と共に攪拌混合して、型枠に打設した。養生は
２０℃相対湿度９０％で１０週間行なった。このモルタ
ルの圧縮強度は２５０ｋｇ／ｃｍ²（２４．５ＭＰ
ａ）、曲げ強度は４０ｋｇ／ｃｍ²（３．９ＭＰａ）で
あった。

【００２５】この１０週間養生したモルタルを１００×
１００×１５ｍｍの寸法に切断し、６０℃の通風状態下
で２４時間乾燥させた後、１００×１００ｍｍの１面を
残して後の５面をアルミニウム製粘着テープで覆った。
この試験体を秤量後恒温恒湿チャンバーに入れた。恒温
恒湿チャンバーは、図１に示す温度湿度曲線になるよう
に制御し、７サイクル連続して繰り返した。６サイクル
目及び７サイクル目に、１時間ごとの試験体の重量を計
測した。その結果を単位面積あたりの平均吸湿量（単
位：ｇ／ｍ²）、および単位サイクル中における調湿力
を数式１により算出した。そして、その調湿力を表１に
示した。

【００２６】

【数１】

【００２７】

【表１】

【００２８】

【実施例１】比較例１に記載した同じ方法で打設及び養
生したモルタルを、ボールミルで粉砕し、粉末度５００
０ｃｍ／ｇ（ブレーン法による測定）の粉粒体とした。
この粉粒体１００重量部と水２５重量部を混合し、型枠
に入れ、１００ｋｇｆ／ｃｍ ²（９．８ＭＰａ）の圧力
で加圧成形し、１００×１００×１５ｍｍの成形体を得
た。得られた成形体を温度３０℃、相対湿度８５〜９５
％の雰囲気に設定した容器内に静置し、濃度５０〜１０
０％の炭酸ガスで容器内を満たした。９６時間後成形体
を取り出し、６０℃の通風状態下で２４時間乾燥させ
た。この成形体に含有するカルシウムの９４％が炭酸化
しており、成形体中に４％のシリカゲルが存在すること
が、前記のＸ線回折、湿式シリカゲル定量分析から判明
した。また、曲げ強度は５２ｋｇｆ／ｃｍ²（５．１Ｍ
Ｐａ）であった。

【００２９】得られた成形体の１００×１００ｍｍの１
面を残して後の５面をアルミニウム製粘着テープで覆っ
た。この試験体を秤量後恒温恒湿チャンバーに入れた。
恒温恒湿チャンバーは、図１に示す温度湿度曲線になる
よう制御し、７サイクル連続して繰り返した。６サイク
ル目及び７サイクル目に、１時間ごと試験体の重量を計
測した。その結果を比較例１と同じ算出方法で単位面積
あたりの平均吸湿量（単位：ｇ／ｍ²）、および調湿力
（ｇ／ｍ²・％）として表１に示す。

【００３０】その結果、単位面積あたりの吸湿量及び調
湿力、すなわち湿度の日変動に対する応答性はともに、
実施例の方が調湿性能に優れていることがわかる。この
実施例で得られた調湿材料は、建材として住宅の間仕切
り、床、天井、押入れの壁面や、美術品の収納容器、博
物館、美術館の展示室や倉庫の内壁等の用途に有効に利
用できる。

【００３１】本発明はその根本的技術思想を踏襲して発
明の効果を著しく損なわない程度において前記実施の態
様を一部変更して実施することができる。例えば、調湿
材料には、補強繊維、充填材、バインダー等が混入され
ていてもよい。この場合、補強繊維としては，木質繊
維、合成繊維等の有機質繊維、硝子繊維、炭素繊維、各
種鉱物繊維などの無機質繊維を使用することができる。
特にガラス繊維はセメント製品にはアルカリ劣化の問題
があるが、本発明では、劣化が少ないため使用が可能で
ある。補強繊維の混入量は、成形体の強度や靱性を向上
させる場合には０．５〜５．０容量％添加される。

【００３２】前記充填材としては、珪砂、ケイ藻土、前
記以外の粘土鉱物、非晶質シリカ、シラスバルーン、軽
量骨材、樹脂粒子等の普通のセメント成形体に使用可能
な充填材を使用できる。また前記バインダーとしては、
加圧成形工程での強度を向上させるためのポリビニルア
ルコールやポリエチレングリコール等が使用される。

【００３３】

【発明の効果】以上発明したように、本発明は、コンク
リート、モルタル、セメント製品あるいはそれらの廃材
を原料として、粉粒体とし水と混合した後、加圧成形し
次いで炭酸化反応に処した材料と製造法である。この材
料中には大きな比表面積を有するシリカゲルが存在して
いるので、優れた調湿性を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】比較例１及び実施例１における恒温恒湿チャン
バーの運転条件を示す線図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 14:06 Ｚ 14:28）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セメント系硬化物の粉粒体と水を混合す
ること、得られた混合物を加圧下で成形すること及び得
られた成形体を炭酸ガス雰囲気下で養生することにより
得られた調湿材料。
【請求項２】シリカゲルを少なくとも２重量％以上含
有する請求項１記載の調湿材料。
【請求項３】セメント系硬化物の粉粒体が、コンクリ
ート、セメントモルタル及びセメント成形品の粉粒体の
少なくとも１種から選ばれる請求項１記載の調湿材料。
【請求項４】無機系硬化物中に、炭酸カルシウムを２
〜７５重量％とシリカゲルを２重量％以上、それぞれ分
散して含有しており、含有する炭酸カルシウム１００重
量％に対して炭酸化していないカルシウム成分が酸化カ
ルシウム換算で１４重量％以下である調湿材料。
【請求項５】セメント系硬化物の粉粒体と水を混合
し、得られた混合物を加圧下で成形し、次に得られた成
形体を炭酸ガス雰囲気下で養生することを特徴とする調
湿材料の製造法。