JPH08217564A

JPH08217564A - 軽量珪酸カルシウム材料およびその製造方法

Info

Publication number: JPH08217564A
Application number: JP5363795A
Authority: JP
Inventors: Michiko Kawakami; 道子川上; Koji Kawamoto; 孝次川本
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1995-02-17
Filing date: 1995-02-17
Publication date: 1996-08-27

Abstract

(57)【要約】【目的】嵩比重０．８５〜１．５、圧縮強度１５０ｋ
ｇ／ｃｍ^２以上の外壁材を低コストで得る。【構成】ＣａＯ／ＳｉＯ_２モル比０．３５〜１．２、
セメント６重量％以上、消石灰または生石灰をＣａＯ換
算で１０重量％以上を含有する珪酸質原料に、外割で
０．２〜６％の１５００℃以上焼成マグネシアまたはマ
グネシアクリンカーを１００重量部当り５０〜８０重量
部の水を加えて混合し、発泡剤を含まないスラリーを形
成する。このスラリーを型枠にて硬化させ、該硬化体を
オートクレーブにて高温高圧水蒸気養生し、細孔直径１
００μｍ以下で細孔容積３５〜７０％、嵩比重０．８５
〜１．５、圧縮強度１５０ｋｇ／ｃｍ^２以上の軽量珪酸
カルシウム材料を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軽量で高強度の建築物
の外壁材として使用する珪酸カルシウム材料とその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】建物の外壁は、風圧に耐える必要があ
り、例えば２０階では計算上約６００ｋｇ／ｍ^２の風圧
を受けることになるので、圧縮強度２００ｋｇ／ｃｍ^２
以上のものが必要とされる。このような高層階の外壁に
は、圧縮強度が３００ｋｇ／ｃｍ^２程度のコンクリート
カーテンウオールが多用されている。このような高強度
のコンクリートカーテンウオールとしては、荷重を軽減
するため軽量骨材を用いた一種人工軽量コンクリートを
基材とするコンクリートカーテンウオールが広く用いら
れている。しかし、これらのコンクリートカーテンウオ
ールは、嵩比重（気乾比重）が１．８〜２．２であり、
重量が重いという難点があった。

【０００３】そこで、本出願人は、嵩比重が０．７〜
１．５で圧縮強度が２００ｋｇ／ｃｍ^２以上の珪酸カル
シウム材料をオートクレーブ養生にて製造する方法を先
に提案した（特願平６−４３０２８号）。この方法は、
珪酸質原料粉末と、セメントと消石灰または生石灰を含
む石灰質原料粉末を、ＣａＯ／ＳｉＯ_２モル比０．３５
〜１．２、セメントは少なくとも全固形分中６〜２０重
量％、生石灰と消石灰または生石灰のうちの生石灰を、
ＣａＯ換算で計算して１００重量％ー５×（セメント重
量％）＝Ｙ重量％以上となるように配合し、該配合粉末
１００重量部当り５０〜８０重量部の水を加えて混合し
発泡剤を含まないスラリーを形成し、このスラリーを型
枠内に注入して硬化させ、該硬化体を高温高圧水蒸気養
生する方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記珪酸カル
シウム材料の製造方法では、高温高圧水蒸気養生過程に
おけるパネル内にセットされた補強用鉄筋の熱膨張係数
が硬化体の熱膨張係数よりも大きく、例えば１８０℃に
おいては鉄筋の熱膨張率が硬化体より約０．１％大きい
ため、オートクレーブ内での昇温過程においてクラック
が発生しやすい。昇温過程で発生するクラックは製品の
強度低下の原因となるため防止しなければならない。そ
のため、この方法ではオートクレーブ内での昇温に１２
時間程度の長時間を要し、生産性を向上できない上、設
備の簡素化もはかられず、製造コストが高くつくという
問題があった。

【０００５】本発明は、上記従来技術の問題を解消すべ
くなされたもので、硬化体のオートクレーブ内での昇温
時間を短縮して生産性を向上し、設備を簡素化するこ
と、オートクレーブ内昇温時に硬化体内部に発生するク
ラックによる製品の強度低下を防止すること、高品質の
軽量珪酸カルシウム材料を低コストで得ることを目的と
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ＣａＯ／Ｓｉ
Ｏ_２モル比が０．３５〜１．２で、トバモライトと珪酸
カルシウム水和物を主体とし、細孔直径が１００μｍ以
下で細孔容積が３５〜７０％であって、嵩比重が０．８
５〜１．５、圧縮強度１５０ｋｇ／ｃｍ^２以上の、補強
鉄筋内蔵の軽量珪酸カルシウム材料と、この軽量珪酸カ
ルシウム材料を低コストで製造し得る方法を提案するも
ので、その要旨は、珪酸質原料粉末と、セメントと消石
灰または生石灰を含む石灰質原料粉末とからなり、Ｃａ
Ｏ／ＳｉＯ_２モル比が０．３５〜１．２、セメントは少
なくとも全固形分中６重量％以上、消石灰粉末または生
石灰粉末はＣａＯ換算で１０重量％以上含有する混合粉
末と、この混合粉末に１５００℃以上で焼成したマグネ
シア粉末を外割りで０．２〜６％加えた配合粉末に、１
００重量部当り５０〜８０重量部の水を加えて形成した
発泡剤を含まないスラリーを、予め防錆処理を施した鉄
筋をセットした型枠内に注入して硬化させたものを高温
高圧水蒸気養生して得られた軽量珪酸カルシウム材料を
特徴とする。

【０００７】また、この軽量珪酸カルシウム材料の製造
方法として、珪酸質原料粉末と、セメントと消石灰また
は生石灰を含む石灰質原料粉末を、ＣａＯ／ＳｉＯ_２モ
ル比０．３５〜１．２、セメントは少なくとも全固形分
中６重量％以上、消石灰粉末または生石灰粉末はＣａＯ
換算で１０重量％以上となるように配合し、調整後、該
配合粉末１００重量部当り５０〜８０重量部の水を加え
て、発泡剤を含まないスラリーを形成し、このスラリー
を予め防錆処理を施した鉄筋をセットした型枠内に注入
して硬化させ、該硬化体を高温高圧水蒸気養生する軽量
珪酸カルシウム材料の製造方法において、１５００℃以
上で焼成したマグネシア粉末を前記配合粉末に対して外
割りで０．２〜６％加えることを特徴とするものであ
る。

【０００８】さらに、本発明は、前記１５００℃以上で
焼成したマグネシア粉末として、天然マグネサイトを１
５００℃以上で焼成した重焼マグネシアクリンカー粉末
を使用し、その配合量をマグネシアを除いた配合粉末に
対して外割りで、重焼マグネシアクリンカー粉末中の含
有マグネシア換算で０．２〜６％の範囲で使用すること
を特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明において、ＣａＯ／ＳｉＯ_２モル比を
０．３５〜１．２とするのは、トバモライトと珪酸カル
シウム水和物を主体とする珪酸カルシウム材料が得られ
るようにするためである。すなわち、０．３５未満では
強度発現に寄与するトバモライトが生成しにくくなり、
他方、１．２を超えるとトバモライトから強度の低いゾ
ノトライトへの変化が起り強度が低下するためである。
また、トバモライトからゾノトライトへの変化は比較的
速やかに行われるため最適養生時間の幅が狭くなり、こ
の時間の制御が困難となる。したがって、ＣａＯ／Ｓｉ
Ｏ_２モル比は０．３５〜１．２とするのが好ましい。な
お、トバモライト以外の結晶が生成すると強度低下の原
因となるが、未反応の珪石や消石灰は少量であれば差支
えない。

【００１０】本発明の軽量珪酸カルシウム材料におい
て、細孔直径を１００μｍ以下としたのは、細孔直径が
これより大きいと細孔容積を７０％以下にすることが困
難となり、圧縮強度１５０ｋｇ／ｃｍ^２以上とすること
が難しくなるためである。他方、細孔容積を３５％未満
にすると、圧縮強度は大きく増加するが、嵩比重を１．
５以下とすることができない。また、嵩比重が０．８５
未満では圧縮強度を１５０ｋｇ／ｃｍ^２以上にできな
い。そのため、本発明では細孔直径を１００μｍ以下、
細孔容積を３５〜７０％、嵩比重を０．８５〜１．５と
限定した。

【００１１】本発明方法において、セメントを少なくと
も全固形分中６重量％以上としたのは、６重量％未満で
はオートクレーブ養生前の硬化体の強度が低く壊れ易い
ため取扱いが困難となるためである。

【００１２】また、消石灰粉末または生石灰粉末をＣａ
Ｏ換算で１０重量％以上となるように配合するのは、１
０重量％未満では水を５０〜８０重量部混合した際に固
形分の沈降を効果的に防止すことができない上、消石灰
粉末または生石灰粉末を配合せずに固形分の沈降を防止
するには水の量を５０重量部より少なくしなければなら
なくなり、嵩比重を１．５以下にすることができないか
らである。また、生石灰を使用すると、水と消化反応し
て消石灰となる時の発熱でスラリーが加熱され、スラリ
ーの沈降を防ぐためのスラリーの加温のコストを低減で
きる。

【００１３】配合粉末をスラリー化するために加える水
の量を配合粉末１００重量部当り５０〜８０重量部と限
定したのは、５０重量部未満ではトバモライトが十分に
成長しないので強度が得られず、トバモライトの生成に
より過剰となった反応に直接寄与しない水の蒸発により
形成される細孔の容積が少なくなって嵩比重が本発明の
範囲より大きくなり、他方、８０重量部を超えるとスラ
リー中の固形分が沈降し易くなり均一な硬化体が得られ
ないためである。

【００１４】また、スラリーに発泡剤を含有させないの
は、発泡剤を含有させると直径０．２ｍｍ以上の細孔や
大きな気孔が生じて製品強度が低下するためである。

【００１５】本発明において、軽量珪酸カルシウム材料
の配合原料に、１５００℃以上で焼成したマグネシア粉
末またはマグネシアクリンカー粉末を加えるのは、以下
に記載する理由による。マグネシアは水と反応して水酸
化マグネシウムを生成して膨張する性質がある。図１は
１６００℃焼成ＭｇＯと６００℃焼成ＭｇＯのオートク
レーブ処理時間とマグネシア水和反応率との関係を例示
したものである。このデータは、原料としてセメントと
マグネシアと水を重量比で１：２：３の割合で配合して
１８０℃飽和水蒸気圧下で処理した時に、６００℃で焼
成したマグネシアと１５００℃以上で焼成したマグネシ
アの水酸化マグネシウムへの反応率（水和反応率）を示
差走査熱分析で水酸化マグネシウム脱水反応熱量を定量
した結果をもとに、約１００％の水酸化マグネシウムの
脱水反応熱量を２４４．４ｃａｌ／ｇとして算出したも
のである。

【００１６】すなわち、６００℃で焼成したマグネシア
の場合は、１８０℃飽和水蒸気圧下でオートクレーブ処
理する前に７６％水和する。そして、オートクレーブ処
理を行うと、昇温直後は水和反応率８６％を示すが、そ
の後処理時間が長くなるほど水和反応率が低下している
ことから、オートクレーブ処理過程で膨張剤としての効
果が失われるものと推察される。

【００１７】一方、１５００℃以上で焼成したマグネシ
アの場合は、オートクレーブ処理前の水和反応率は２
６．８％と低いが、オートクレーブ処理すると水和反応
率は時間とともに増加していることから、オートクレー
ブ処理過程で膨張剤としての効果を示すものと推察され
る。

【００１８】また、マグネシアクリンカー粉末は、オー
トクレーブ処理前には全く水和せず、オートクレーブ処
理過程でのみ水和が進行する。よって、マグネシアクリ
ンカーの場合には、１５００℃以上で焼成したマグネシ
アよりもオートクレーブ処理過程における膨張効果が大
きくなると考えられる。

【００１９】上記１５００℃以上で焼成したマグネシア
粉末またはマグネシアクリンカー粉末の配合量を全配合
粉末に対して外割でマグネシア換算で０．２〜６重量％
と限定したのは、０．２％未満ではマグネシアによる膨
張率が小さすぎ、中に入れた鉄筋が昇温過程で珪酸カル
シウム材料の部分よりも大きく膨張してクラックが発生
してしまい、他方、６重量％を超えると珪酸カルシウム
材料が膨張しすぎて引張り応力により破壊歪みの限界を
超えて強度が低下し、高温高圧水蒸気養生過程において
破壊してしまうためである。

【００２０】なお、マグネシアクリンカー粉末に含まれ
るＦｏｒｓｔｅｒｉｔｅとＭｏｎｔｉｃｅｌｌｉｔｅ
は、膨張に寄与しないと考えられるので、マグネシアク
リンカー粉末を使用する場合はＦｏｒｓｔｅｒｉｔｅと
Ｍｏｎｔｉｃｅｌｌｉｔｅに含まれるマグネシア以外の
ＭｇＯのみで換算して添加量を決定する。

【００２１】本発明方法においては、スラリーの硬化時
間を短縮するためにスラリーの温度を３０〜７０℃に加
熱し、型枠に注入して所定時間（５０℃では約１０時
間）静置し、セメント水和物を生成させて硬化させる。
型枠から取出した硬化体は、オートクレーブにて飽和水
蒸気により１８０℃程度に加熱するとともに、約１０気
圧の水蒸気中に５〜１０時間保持する。この水蒸気養生
過程において、セメント水和物は繊維状の珪酸カルシウ
ム水和物（ＣＳＨ）に変化するとともに、その一部はト
バモライトに変化する。この時、ＣＳＨとトバモライト
が適当な比率となった時に強度が最大となる。トバモラ
イトがゾノトライトに変化し始めると、強度が低下し始
めるので、最適な養生時間と温度は原料の配合に応じて
実験により求めるのが好ましい。

【００２２】なお、原料配合物中に石膏（ＣａＳＯ_４）
を加えると、消石灰と同様に固形分の沈降を防止する効
果がある。しかし、石膏を過剰に添加すると硬化体の強
度を低下させるので、石膏の添加量としては外割で７重
量％（内割で６．５重量％）以下、通常は内割で３重量
％前後添加するのが好ましい。石膏としては、無水石
膏、二水石膏のいずれでもよい。

【００２３】

【実施例】

実施例１普通ポルトランドセメントと、工業用ＪＩＳＲ９００
１ー８１の消石灰と平均粒径２μｍ程度の珪石粉末と二
水石膏を、ＣａＯ／ＳｉＯ_２モル比が０．２０〜１．６
６となるように表１に示す配合割合で混合した原料粉末
に対して、外割で１６００℃で焼成したマグネシアクリ
ンカー粉末を含有マグネシアの添加量として３％配合
し、これらの原料粉末１００重量部に対して、水を４５
〜８０重量部添加してスラリーを形成し、このスラリー
を４０℃に加熱して離型剤を塗布したＪＩＳＲ５２０
１のモルタル強度試験用の４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍの
型枠に注入し、相対湿度９５％、温度５０℃の雰囲気で
１０時間置いて硬化させた。

【００２４】この硬化体を脱型してオートクレーブに入
れ、１８０℃、１０気圧の水蒸気養生を所定時間行い、
珪酸カルシウム材料を得た。得られた珪酸カルシウム材
料の嵩比重、圧縮強度、細孔容積を表２に示す。ここ
で、嵩比重は供試片を１０５℃の乾燥器中で重量が変化
しなくなるまで置いてから求めた重量から算出し、圧縮
強度はＪＩＳＲ５２０１（セメントの物理試験法）の
中に規定されている油圧式ペンジュラムダイナモメータ
ー圧縮試験機を用いて４ｃｍ×４ｃｍの面積に８０ｋｇ
／ｓｅｃの割合で荷重をかけて行った。細孔容積は試験
片を軽く粉砕して、篩を用いて直径２ｍｍ〜２５０μｍ
に分級し、１０５℃の乾燥機に２時間放置して乾燥させ
たものをデシケーター中で放冷したものを用い、水銀圧
入法を用いて測定した。なお、膨張率はオートクレーブ
処理前後の長さから求めたところ、すべて０．４２±
０．０２％であった。

【００２５】表２の結果より明らかなごとく、本発明法
により製造した珪酸カルシウム材料はすべて嵩比重が小
さく、圧縮強度の高いものとなっている。これに対し、
比較例の１と３は、ＣａＯ／ＳｉＯ_２モル比が本発明範
囲から外れた場合で、いずれも圧縮強度が低い。また、
比較例２は消石灰がＣａＯに換算して１０重量％未満の
場合で圧縮強度は大きいが、嵩比重が本発明の０．８５
〜１．５の範囲より大きい。さらに、比較例４はセメン
トが６重量％未満の場合で、硬化体の強度が低いために
圧縮強度は極めて低くなっている。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】実施例２普通ポルトランドセメント１３．５重量％と、工業用Ｊ
ＩＳＲ９００１ー８１の消石灰をＣａＯ換算で２５．
５重量％と、平均粒径２μｍ程度の珪石粉末５８重量％
と、二水石膏３重量％を混合し、これらの原料粉末に対
して、低温焼成マグネシア（Ａ）、１５００℃焼成マグ
ネシア（Ｂ）、１５００℃焼成マグネシアクリンカー
（Ｃ）を使用し、それぞれ０〜８％外割で添加し調整し
た配合粉末１００重量部に対して水を６６重量部添加し
てスラリーとし、このスラリーの一部を４０℃に加熱し
て、離型剤を塗布したＪＩＳＲ５２０１のモルタル強
度試験用の４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍの型枠と４０ｃｍ
×６０ｃｍ×１０ｃｍの木製の型枠に注入した。各型枠
には防錆処理済みの鉄筋がセットされている。各型枠は
それぞれ相対湿度９５％、温度５０℃の雰囲気で１０時
間静置して、内部のスラリーを硬化させた。しかる後、
それぞれ脱型して、オートクレーブで１８０℃まで３時
間で昇温し、１８０℃、１０気圧の水蒸気養生を６時間
行って、４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍの硬化体Ｓと４０ｃ
ｍ×６０ｃｍ×１０ｃｍの硬化体Ｌを得た。

【００２９】得られたＳ、Ｌ２種の硬化体の膨張率、圧
縮強度、嵩比重、クラックの有無を表３に示す。膨張
率、圧縮強度および嵩比重は実施例１と同様の方法で求
めた。なお、圧縮強度は４個の供試体の強度の平均値で
ある。クラックの有無は目視観察により確認した。

【００３０】表３の結果より明らかなごとく、本発明法
により得られた硬化体はすべて所望の圧縮強度が得ら
れ、しかもクラックのない高品質のものである。一方、
比較例においては、供試Ｎｏ．７〜１２のうち、ＭｇＯ
を過剰添加した供試Ｎｏ．１０と供試Ｎｏ．１２は、ク
ラックは生じなかったものの、圧縮強度が低過ぎる。同
じく比較例の供試Ｎｏ．７（ＭｇＯ無添加）、供試Ｎ
ｏ．８（低温焼成マグネシア使用）、供試Ｎｏ．９（Ｍ
ｇＯ添加量不足）、供試Ｎｏ．１１（ＭｇＯ添加量不
足）は、いずれもオートクレーブ養生過程での膨張率が
小さすぎるためにクラックが発生した。すなわち、１８
０℃でオートクレーブ養生を行う場合、鉄筋と珪酸カル
シウム材料の膨張率の差は１８０℃において約０．１％
であるが、供試Ｎｏ．７〜９、１１はいずれも膨張率が
０．１％に達していないため、鉄筋の熱膨張によって珪
酸カルシウム材料が一部破壊したことがクラック発生の
原因となったものと推察される。

【００３１】

【表３】

【００３２】

【発明の効果】以上説明したごとく、本発明に係る軽量
珪酸カルシウム材料は、嵩比重０．８５〜１．５、圧縮
強度１５０ｋｇ／ｃｍ^２以上を有し、クラックのない高
品質のものであるため、高層ビル等の外壁材として十分
に使用できるという優れた効果を有する。また、本発明
方法によれば、硬化体のオートクレーブ内での昇温時間
を短縮することができるので、生産性の向上および設備
の簡素化をはかることができ、また、オートクレーブ内
昇温時に硬化体内部に発生するクラックによる製品の強
度低下を防止することができるので、軽量、高強度、高
品質の軽量珪酸カルシウム材料を低コストで効率よく製
造することができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】１６００℃焼成ＭｇＯと６００℃焼成ＭｇＯの
オートクレーブ処理時間とマグネシア水和反応率との関
係を例示した図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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 103:60 111:40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】珪酸質原料粉末と、セメントと消石灰ま
たは生石灰を含む石灰質原料粉末とからなり、ＣａＯ／
ＳｉＯ_２モル比が０．３５〜１．２、セメントは少なく
とも全固形分中６重量％以上、消石灰粉末または生石灰
粉末はＣａＯ換算で１０重量％以上含有する混合粉末
と、この混合粉末に１５００℃以上で焼成したマグネシ
ア粉末を外割りで０．２〜６％加えた配合粉末に、１０
０重量部当り５０〜８０重量部の水を加えて形成した発
泡剤を含まないスラリーを、予め防錆処理を施した鉄筋
をセットした型枠内に注入して硬化させたものを高温高
圧水蒸気養生して得られた、細孔直径が１００μｍ以下
で細孔容積が３５〜７０％であって、嵩比重が０．８５
〜１．５、圧縮強度１５０ｋｇ／ｃｍ^２以上の軽量珪酸
カルシウム材料。
【請求項２】珪酸質原料粉末と、セメントと消石灰ま
たは生石灰を含む石灰質原料粉末を、ＣａＯ／ＳｉＯ_２
モル比０．３５〜１．２、セメントは少なくとも全固形
分中６重量％以上、消石灰粉末または生石灰粉末はＣａ
Ｏ換算で１０重量％以上となるように配合し、調整後、
該配合粉末１００重量部当り５０〜８０重量部の水を加
えて混合し発泡剤を含まないスラリーを形成し、このス
ラリーを予め防錆処理を施した鉄筋をセットした型枠内
に注入して硬化させ、該硬化体を高温高圧水蒸気養生す
る軽量珪酸カルシウム材料の製造方法において、１５０
０℃以上で焼成したマグネシア粉末を前記配合粉末に対
して外割りで０．２〜６％加えることを特徴とする軽量
珪酸カルシウム材料の製造方法。
【請求項３】前記１５００℃以上で焼成したマグネシ
ア粉末として、天然マグネサイトを１５００℃以上で焼
成した重焼マグネシアクリンカー粉末を使用し、その配
合量をマグネシアを除いた配合粉末に対して外割りで、
重焼マグネシアクリンカー粉末中の含有マグネシア換算
で０．２〜６％の範囲で使用することを特徴とする請求
項２記載の軽量珪酸カルシウム材料の製造方法。