JPH10287481A - セメント系陶磁器製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度発現性に優れ最終強度が高く、しかもね
じれが少なく白華の発生も少ないセメント系陶磁器製品
を製造する。 【解決手段】 セメント、粘土鉱物、骨材、ガラス質成
分を含む原料混合物に水を加えて混練した後プレス成形
し、得られた成形体を養生後焼成する。成形体の養生に
当り、成形体を気中に放置して外力を加えても流動しな
い凝結状態となるまで気中養生した後、成形体の水分の
減少を抑えた条件下で加湿養生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセメント系陶磁器製
品の製造方法に係り、特に、高強度で、ねじれ及び白華
の少ない、高品質のセメント系陶磁器製品を製造する方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セメント系陶磁器製品は、セメントに粘
土鉱物や骨材等を配合し、水で混練して成形、養生、焼
成することにより製造されている。

【０００３】しかして、この養生に当り、一般には、養
生温度が高い程強度発現が良いとされていることから、
ボイラから養生室に高温の蒸気を送り、高温高湿条件下
での養生が行われている。

【０００４】一方で、得られる製品の最終強度は、低い
温度で長い時間養生を行った方が高いとされており、養
生条件については、強度発現のためには高温養生が、最
終強度のためには低温長時間養生が良いという相反する
条件が挙げられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来においては、上述
の如く、セメント系陶磁器製品の製造に当り、強度発現
及び最終強度を共に満足する養生条件の設定が難しく、
高強度品が効率的に得られていないのが現状である。

【０００６】また、焼成によるねじれや白華の問題もあ
り商品価値の高いセメント系陶磁器製品を製造するのが
難しいという問題もある。

【０００７】本発明は上記従来の問題点を解決し、強度
発現性に優れ最終強度が高く、しかもねじれが少なく白
華の発生も少ないセメント系陶磁器製品を製造する方法
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のセメント系陶磁
器製品の製造方法は、セメント、粘土鉱物、骨材及びガ
ラス質成分を含む原料混合物に水を加えて混練した後プ
レス成形し、得られた成形体を養生後焼成するセメント
系陶磁器製品の製造方法において、該成形体の養生に当
り、該成形体を気中に放置して外力を加えても流動しな
い凝結状態となるまで気中養生した後、該成形体の水分
の減少を抑えた条件下で加湿養生することを特徴とす
る。

【０００９】本発明の方法による作用機構の詳細は明ら
かではないが、次のように推定される。即ち、成形体の
水分の減少を抑えた条件下で加湿養生すると、成形体の
セメント粒子間が密に充填された状態で養生が進行し、
このことがセメントの水和硬化における強度向上をもた
らす。また、このようにセメント粒子間が密に充填され
た水和硬化体を焼成すると、焼成後の強度が向上し、焼
成時のねじれも抑制される。更に、成形体中の水分が表
面に移動しないため、水和硬化にともなって生じるセメ
ントアルカリ分の表面への移動が殆どない。このため、
セメントアルカリ分が空気中の炭酸ガスと反応して生じ
る白華物の析出が防止される。

【００１０】本発明において、原料混合物は、セメント
１０〜２５重量部、粘土鉱物２〜２５重量部、骨材３５
〜６５重量部、ガラス質成分１０〜２５重量部、繊維状
物質０〜５重量部、及び酸化鉄粉末０〜７重量部を含む
ものが好ましく、水は、この原料混合物１００重量部に
対して５〜１０重量部を加えるのが好ましい。

【００１１】また、焼成温度は９００〜１２００℃の範
囲とし、温度５〜５０℃，湿度４０〜１００％で０．５
〜１２時間気中養生した後、２０〜６０℃の飽和蒸気圧
下１２〜１５０時間加湿養生を行うのが好ましい。

【００１２】本発明において、加湿養生における成形体
の水分の減少を抑えた条件下とは、例えば、下記式で算
出される加湿養生後の成形体の水分減少率Ｗが２％以下
となるような条件である。

【００１３】

【数２】

【００１４】本発明においては、養生後成形体に施釉し
た後焼成しても良く、これにより表面に施釉を施した美
麗な施釉セメント系陶磁器製品を製造することができ
る。

【００１５】また、焼成に当り、燻化処理を行っても良
く、これにより、表面に美麗でかつ光沢のある炭素の薄
膜が形成されたセメント系陶磁器製品を製造することが
できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明のセメント系陶磁器
製品の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。

【００１７】まず、本発明における成形原料について説
明する。

【００１８】本発明において、セメントとしては特に制
限はなく、ポルトランドセメント、アルミナセメント、
フライアッシュセメント、高炉スラグセメント、石灰−
スラグ系セメント等の混合セメントなど、水和反応によ
り硬化を示す全ての物質が挙げられる。

【００１９】また、粘土鉱物としては、クリソタイル、
クロライト、コーディエライト、エンスタタイル、パイ
ロフィライト、スピネル、タルク等が挙げられ、これら
は１種を単独で用いても２種以上を混合して用いても良
い。

【００２０】骨材としては、玄武岩、安山岩、陶磁器質
シャモットなど耐熱性のあるものが、焼成後の強度の点
でより望ましいが、セメント中のアルカリ成分とＳｉＯ
₂ の反応で強度に寄与すると共に、白華成分を低減でき
る点で硬質砂岩、川砂、海砂、珪砂なども好適である。

【００２１】ガラス質成分は、焼成時に溶融するもので
あって、具体的には各種ガラス瓶、窓ガラスの粉砕物、
フリット、火山灰、釉薬混合物などが挙げられる。

【００２２】本発明においては、原料中に、石綿、カー
ボンファイバー、チタン酸カリウムウィスカー、スチー
ルファイバー等の繊維状物質を配合してもよく、これに
より曲げ強度の向上及びねじれの減少という効果が奏さ
れる。また更に酸化鉄粉末を配合しても良くこれによ
り、組織の緻密化及び燻化処理に際し良好な光沢面が得
られるという効果が奏される。

【００２３】本発明において、好適な原料配合は次の通
りである。

【００２４】原料配合（重量部：ただし、全体で１００
重量部とする。） セメント：１０〜２５ 粘土鉱物：２〜２５ 骨材：３５〜６５ ガラス質成分：１０〜２５ 繊維状物質：０〜５ 酸化鉄粉末：０〜７ 本発明に係る原料配合において、セメントが１０重量部
未満では得られる製品の強度が不足し、２５重量部を超
えると原料調合物中のセメントアルカリ量が多くなり、
白華の発生量が多くなる。

【００２５】また、粘土鉱物が２重量部未満では、得ら
れる成形品の可塑性がなく、圧力が付与された部分で固
まる性質があり、密度の均一な成形体を得にくい。粘土
鉱物が２５重量部を超えると、プレス成形時に金型に付
着し易くなり脱型が困難となる。これに対して、粘土鉱
物を２〜２５重量部加えると、調合物が可塑性を持ち、
プレスした時に圧力が全体に行き渡り、均一な密度の成
形体を得ることができるようになる。このため、これを
本発明に従って養生、焼成して得られる製品であれば、
より一層強度が向上し、ねじれも防止される。

【００２６】骨材が３５重量部未満では得られる製品の
強度が不足し、６５重量部を超えると焼結性が悪くなる
ため骨材の配合量は３５〜６５重量部とするのが好まし
い。

【００２７】また、ガラス質成分が１０重量部未満では
焼結性が悪くなり、２５重量部を超えるとガラス層が増
えて、ねじれが大きくなるため、ガラス質成分は１０〜
２５重量部とする。

【００２８】また、前述のごとく、繊維状物質を配合す
ることで曲げ強度の向上及びねじれの減少という効果が
得られるが、この配合量が多過ぎると成形性が悪くな
り、曲げ強度の減少やねじれの増大を引き起こすため、
繊維状物質は５重量部以下とする。

【００２９】更に、酸化鉄粉末を配合することで組織の
緻密化及び燻化処理の際に良好な光沢面が得られるが、
この配合量が多過ぎるとプレス成形時に金型に付着しや
すくなるため、酸化鉄粉末は７重量部以下とする。

【００３０】これらの成形原料はよく混合した後水を加
えて混練する。この水の添加量は成形原料１００重量部
に対して５〜１０重量部とするのが好ましい。水の添加
量がこの範囲よりも少ないと混練性が悪く、逆に多いと
成形性が悪くなる。

【００３１】なお、成形原料には上記配合原料以外に必
要に応じて粘結剤、減水剤、可塑剤等の混和剤や顔料等
を適宜選択添加しても良い。

【００３２】成形原料に水を添加して混練した後は、常
法に従って成形する。この成形方法としては、プレス成
形法、加圧脱水成形法、振動プレス成形法等を採用する
ことができ、成形条件等には特に制限はない。

【００３３】得られた成形体はまず気中養生した後、加
湿養生する。

【００３４】気中養生は、成形体を温度５〜５０℃，湿
度４０〜１００％で気中に放置して、外力を加えても流
動しないような凝結状態にまで水和硬化させる。このよ
うな気中養生に要する時間は、原料に用いたセメントの
種類や養生温度等によっても異なるが、ポルトランドセ
メントの場合には一般に３０分〜５時間程度である。な
お、この気中養生中においても、極力成形体の水分の減
少を抑えるようにするのが望ましい。

【００３５】気中養生後は加湿養生を行う。

【００３６】この加湿養生とは、密閉室内に成形体をお
き、湯気・超音波型加湿器又は加熱型加湿器等で湿度を
飽和状態にして養生することをいう。即ち、従来、一般
的な養生としては、ボイラーで蒸気を発生させ、養生室
内にその蒸気を吹き込んで行う蒸気養生が行われてい
る。そのメカニズムは未だ十分に解明されてはいない
が、本発明による加湿養生に比べ、得られる製品の強度
が低い。この蒸気養生後の成形体の重量が養生前と比べ
減少していることから、発明者らは、養生室内から蒸気
が漏れ、それと共に成形体の水分が逃げていくことが強
度低下の原因と考えた。

【００３７】本発明に係る加湿養生を行った成形体で
は、プレス成形で得られた成形体の重量と比べ重量の減
少は見られない。そして、このことが、セメント粒子間
が密に埋まって、水和硬化強度の向上につながり、ま
た、この密になった水和硬化体を焼成した時に、焼成し
た後の焼成体の強度向上、ねじれの減少にもつながって
いると考えられる。

【００３８】本発明において、密閉室内で行う加湿養生
は、２０〜６０℃の飽和蒸気圧下１２〜１５０時間、特
に１５〜７２時間の条件で行うのが好ましい。

【００３９】本発明においては、このような加湿養生に
より成形体の水分の減少は殆どみられず、その水分減少
率は前記式で算出されるＷの値で２％以下である。

【００４０】養生後の焼成は、通常の場合、９００〜１
２００℃で４〜１０時間程度行われる。

【００４１】なお、本発明においては、養生後、成形体
の表面に施釉を行って焼成工程において釉薬を表面に融
着させることにより、施釉セメント系陶磁器製品を製造
することもできる。

【００４２】また、焼成時に還元性の雰囲気中において
燻化剤を燻焼させることにより、燻化剤中に含まれる炭
化水素が熱分解することによって生じる微粒状炭素を表
面に沈着させるようにすることで燻化処理セメント系陶
磁器製品を製造することもできる。

【００４３】

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限
り、以下の実施例に限定されるものではない。

【００４４】なお、以下において、製造した瓦の曲げ強
度は榎木精工（株）社製の曲げ強度試験機によりスパン
２０ｃｍで測定した。また、２０ｃｍの間隔で４本の同
じ長さの支柱を立て、瓦面をそのうちの３本に密着させ
たとき、残りの１本の支柱の先端と瓦面との距離を測定
し、ねじれの目安とした。

【００４５】実施例１ 以下の方法により、外寸約３２５ｍｍ×３０５ｍｍ×１
３ｍｍ厚さの施釉瓦を製造した。

【００４６】まず、普通ポルトランドセメント２０重量
部、安山岩３６重量部、瓶ガラス粉砕物１８重量部、瓦
廃釉薬２重量部、蛇紋岩４重量部、硬質砂岩２０重量部
をよく混合したものに、水を８重量部加え、よく混練し
た後、（株）江東工業所社製の成形機械で４．９ＭＰａ
の圧力で加圧脱水成形をした。この成形体を受け板にと
り、湿度７０％、温度２０℃で１時間気中に放置する気
中養生を行った後、水分が減少しないように密閉した加
湿養生室にて５０℃の飽和蒸気圧下４８時間加湿養生し
た。

【００４７】この加湿養生後の水分減少率Ｗは０％であ
った。この成形体表面は白華の発生で白く変色すること
はなかった。

【００４８】別に、安山岩４５重量部、瓶ガラス２５重
量部、蛇紋岩５重量部、硬質砂岩２５重量部及び水４０
重量部からなる調合物をミルに入れ、磨砕して泥状に
し、これを、上記成形体に７００ｇ／ｍ² の塗布量で塗
布し、乾燥後、最高温度１０７０℃まで５時間で昇温
し、その後１０７０℃で１時間保持して焼成した後、自
然放冷した。

【００４９】これにより、美麗な施釉面を有する施釉瓦
が得られた。

【００５０】得られた瓦の曲げ強度及びねじれの大きさ
を調べ、結果を表１に示した。

【００５１】比較例１ 実施例１において、加圧脱水成形して得られた成形体を
湿度１００％、温度５０℃で４時間加温して養生した
後、通常の蒸気養生室に入れ５０℃の飽和蒸気圧下４８
時間蒸気養生を行ったこと以外は同様にして瓦を製造し
た。

【００５２】なお、本比較例において、蒸気養生後の成
形体の重量は蒸気養生前の成形体の重量よりも７５ｇ減
少しており、水分減少率Ｗは２．９％であった。

【００５３】得られた瓦の曲げ強度及びねじれの大きさ
を調べ、結果を表１に示した。

【００５４】実施例２ 以下の方法により、外寸約３２５ｍｍ×２０５ｍｍ×１
３ｍｍ厚さの燻瓦を製造した。

【００５５】まず、普通ポルトランドセメント２０重量
部、安山岩３４重量部、瓶ガラス２０重量部、蛇紋岩６
重量部及び硬質砂岩２０重量部をよく混合したものに、
水１０重量部加え、よく混練した後、（株）江東工業所
社製の成形機械で４．９ＭＰａの圧力で加圧脱水成形を
した。この成形体を受け板にとり、湿度７５％、温度１
５℃で２時間気中に放置する気中養生を行った後、水分
が減少しないように密閉した加湿養生室にて５０℃の飽
和蒸気圧下４８時間加湿養生した。

【００５６】この加湿養生後の水分減少率Ｗは０％であ
った。この成形体表面は白華の発生で白く変色すること
はなかった。

【００５７】この成形体を窯に入れ最高温度１０５０℃
まで５時間かけて昇温し、その後１０５０℃で１時間保
持して焼成した後、窯内でそのまま温度を下げて、９０
０℃になった所で燻化ガス（ＬＰＧの未処理ガス）を窯
内に入れ、燻化処理を行った。

【００５８】これにより、表面に光沢のある美麗な炭素
薄膜が形成された燻瓦が得られた。

【００５９】得られた瓦の曲げ強度及びねじれの大きさ
を調べ、結果を表１に示した。

【００６０】比較例２ 実施例２において、加圧脱水成形して得られた成形体を
湿度１００％、温度５０℃で４時間加温して養生した
後、通常の蒸気養生室に入れ５０℃の飽和蒸気圧下４８
時間蒸気養生を行ったこと以外は同様にして瓦を製造し
た。

【００６１】なお、本比較例において、蒸気養生後の成
形体の重量は蒸気養生前の成形体の重量よりも８０ｇ減
少しており、水分減少率Ｗは３．１％であった。

【００６２】得られた瓦の曲げ強度及びねじれの大きさ
を調べ、結果を表１に示した。

【００６３】

【表１】

【００６４】表１より、本発明によれば曲げ強度が高
く、ねじれの少ない瓦を製造できることがわかる。

【００６５】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のセメント系
陶磁器製品の製造方法によれば、高強でねじれ及び白華
の少ない、著しく商品価値の高いセメント系陶磁器製品
を高い歩留りで効率的に製造することができる。

【００６６】本発明の方法により製造されるセメント系
陶磁器製品は、建築用内外装パネル、舗石など幅広い用
途に供し得るが、本発明は、とりわけ瓦の製造に極めて
好適である。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セメント、粘土鉱物、骨材及びガラス質
   成分を含む原料混合物に水を加えて混練した後プレス成
   形し、得られた成形体を養生後焼成するセメント系陶磁
   器製品の製造方法において、 該成形体の養生に当り、該成形体を気中に放置して外力
   を加えても流動しない凝結状態となるまで気中養生した
   後、該成形体の水分の減少を抑えた条件下で加湿養生す
   ることを特徴とするセメント系陶磁器製品の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、該原料混合物が、セ
   メント１０〜２５重量部、粘土鉱物２〜２５重量部、骨
   材３５〜６５重量部及びガラス質成分１０〜２５重量部
   を含むことを特徴とするセメント系陶磁器製品の製造方
   法。
3. 【請求項３】 請求項２において、該原料混合物が更に
   繊維状物質５重量部以下及び／又は酸化鉄粉末７重量部
   以下を含むことを特徴とするセメント系陶磁器製品の製
   造方法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項におい
   て、原料混合物１００重量部に対して水５〜１０重量部
   を加えて混練することを特徴とするセメント系陶磁器製
   品の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか１項におい
   て、焼成温度が９００〜１２００℃の範囲であることを
   特徴とするセメント系陶磁器製品の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか１項におい
   て、気中養生を温度５〜５０℃，湿度４０〜１００％で
   ０．５〜１２時間行うことを特徴とするセメント系陶磁
   器製品の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれか１項におい
   て、加湿養生を、２０〜６０℃の飽和蒸気圧下１２〜１
   ５０時間行うことを特徴とするセメント系陶磁器製品の
   製造方法。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれか１項におい
   て、下記式で算出される加湿養生後の成形体の水分減少
   率Ｗが２％以下であることを特徴とするセメント系陶磁
   器製品の製造方法。 【数１】
9. 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれか１項におい
   て、養生後成形体に施釉した後焼成することを特徴とす
   るセメント系陶磁器製品の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし８のいずれか１項にお
    いて、焼成に当り、燻化処理を行うことを特徴とするセ
    メント系陶磁器製品の製造方法。