JPS6031784B2 - 耐アルカリ性ガラス繊維補強セメント成形体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は脱石綿のもとで高強度を長期にわたって持続す
る耐アルカリ性ガラス繊維補強セメント成形体に関する
。

セメントを原料とする建材の中で、石綿スレート、バル
ブセメント板のセメント製品はセメント及び必要に応じ
ケイ酸質物を主原料とし、これに石綿または必要とする
場合には石綿とともにパルプ、ポリプロピレン等の有機
繊維を加え、抄造方式により製造するのであるが、近時
公害規制の強化から、石綿使用を制限し、また特定の建
材では石綿使用を禁止する状況にある。

この石綿はすべて輸入に依存し、価格も上昇する煩向に
あるところから、対策として石綿に代わる無公害の無機
繊維の製造及びその建材への利用が重要な問題となつて
いる。石綿に代わる無機繊維として、長繊維を製造でき
るガラス繊維が検討の対象となっているが、この場合の
ガラス繊維としてはセメントと混合してセメント製品を
製造する際にセメントの強いアルカリ性に対し十分な化
学抵抗性を示す耐アルカリ性を有することが必要である
。

しかしながら、現在市販の耐アルカリ性ガラス繊維は可
成りの耐アルカリ性を有するが、なお充分ではない。た
とえば、市販の耐アルカリ性ガラス繊維をセメント質物
およびケイ酸質物と混糠し、成形して作ったボードをオ
ートクレープ加圧養生により硬化させる場合に該ガラス
繊維はセメントの石灰により、表面から浸食を受ける。
このようなセメントのアルカリ性による浸食はこれら市
販の耐アルカリ性ガラス繊維とセメント買物とよりなる
ボード、パネルなどの建材製品を使用する場合も、同じ
く経時的に進行するので、これら製品は強度を長期にわ
たって持続できず、商品としての価値を喪失するにいた
る。また、ＧＲＣ（ガラス繊維補強セメント板）のごと
き薄いボード製造には、一般にスプレー法またはスプレ
ーサクション法が用いられるので、耐アルカリ性ガラス
繊維として３０〜４０の／仇のごとき通常のガラス長繊
維のものを一応使用することはできるが、押出し成形に
よる厚さ５０の／肌以上のパネル製造の場合には上記の
ごとき長繊維のものはセメント質物との混練時に塊状と
なり、ガラス繊維が均一に分散した製品が得られないた
め、高強度を得るのに必要なガラス繊維量を混入するこ
とができない。本発明者らは上記の従来の耐アルカリ性
ガラス繊維の欠点を克服し、著しく向上した耐アルカリ
性およびセメントとの混練時における良好な分散性を有
する耐アルカリ性ガラス繊維の開発に成功し、本発明に
到達した。

すなわち、本発明は脱石綿のもとで高強度を長期にわた
って持続する耐アルカリ性ガラス繊維補強セメント成形
体を提供するもので、その要旨とするところは、セメン
トおよびケイ酸原料に耐アルカリ性ガラス繊維を混練し
、押出し成形してなる耐アルカリ性ガラス繊維補強セメ
ント成形体において、該耐アルカリ性ガラス繊維はＳｉ
０２４６〜５５重量部、ＡＬ２０３２〜５重量部、アル
カリ土類酸化物２０〜２紅重量部、アルカリ金属酸化物
７〜ｌａ重量部、Ｚｒ０２５〜１５重量部および酸化イ
ットリウム０．１〜３重量部よりなりかつ綿状であるこ
とを特徴とする耐アルカリ性ガラス繊維補強セメント成
形体、にある。本発明の特徴は、以上のように、補強材
として使用される耐アルカリ性ガラス繊維にある。

すなわち、本発明の構成部分である耐アルカリ性ガラス
繊維は、本発明の目的とするセメント成形体の脱石綿を
可能ならしめるためには、上述したように、従来の耐ア
ルカリ性ガラス繊維よりはるかに向上した耐アルカリ性
およびセメントとの混練時における良好な分散性を有す
るものでなければならないとの見地から、本発明者らは
種々検討した結果、まず耐アルカリ性についてはセメン
トの強アルカリ性に対し安全な化合物として知られてい
るワラストナイト（Ｃａ○・Ｓｉ０２）、ジオプサイド
（Ｃａ○・Ｍｇ○・Ｓｉ０２）等の焼結体または溶融物
に着目した。しかしながら、これら化合物は上記の組成
ではＳｉ０２を骨格とするガラスの網目構造を構成し難
く、そのためガラスとするにはＲ○（Ｃａ○および／ま
たはＭｇ○）／Ｓｉ０２モル比を下げる必要があるが、
このモル比を下げると、耐アルカリ性が低下する。そこ
で、本発明者らは上記ワラストナイト、ジオプサイドの
組成にＺの２、及びＮａ２０，Ｋ２０等アルカリ金属酸
化物ならびに希土類酸化物のＹ２０３を添加することに
よって、Ｓｉ０２を骨格とするガラスの網目構造を構成
するとともにその耐アルカリ性を著しく向上させること
に成功した。その際、ＡＩ２０３も添加するが、山２０
３は硝子構造の形成に有効ではあるものの、セメントと
反応し易いのでその添加量は５％以下とする。次に、セ
メントとの混練時における分散性については、従来の３
０〜４０肌／肌の長繊維の代りに綿状の短繊維とするこ
とによって、分散性の向上を可能ならしめたものである
。本発明の耐アルカリ性ガラス繊維の組成は、以上のよ
うに、Ｓｉ０２４６〜５５重量部、ＡＩ２０３２〜５重
量部、アルカリ士類酸化物２０〜２鑓重量部、アルカリ
金属酸化物７〜ｌａ重量部、Ｚｒ０２５〜１５重量部お
よび酸化イットリウム０．１〜３重量部よりなるもので
ある。

ここで、ガラスの耐アルカリ性を向上させるのは有効な
成分について考察するに、このような有効成分としては
化学的にはアルカリ溶液中で難溶性あるいは重合してガ
ラス表面に保護膜を形成する酸化物であり、物理的には
ガラス成分として含まれたとき、ガラスの網目構造を崩
壊し１こくい構造とし、酸素との結合力を増すような金
属イオンであると考えられている。

Ｓｉ０２やＮ２０３はアルカリ溶液中に溶解するが、Ｚ
の２，Ｙ２０３等は溶解度が小さく、耐アルカリ性向上
に有効な成分である。また、ガラスの主成分であるＳｉ
０２と置換して耐アルカリ性を高める酸化物はＳｉ４十
よりイオン半径が大きく、かつ融点もＳｉ０２より高い
ものが有効であり、上詩Ｚの２，Ｙ２０３はいずれも次
表に示すように、Ｓｉ４十よりイオン半径が大きく、か
つＳｊ０２に比べてより高い融点を有するものである。
さらに、ガラスの溶融性、繊維化性の面からみると、Ｚ
ｒ０２を添加して耐アルカリ性を向上させる場合に、溶
融温度の上昇、粘度の増加、ガラスの結晶化（失透）の
危険性はあるが、Ｚの２に希±類酸化物のＹ２０３を添
加すると、ガラスの結晶化を防ぎ、粘度を減少させる効
果があり、溶融温度の低下、繊維化性の向上、熱エネル
ギーの低減の面からも有効である。

上記のことを考慮した場合、本発明の耐アルカリ性ガラ
ス繊維の上記組成において、Ｓｉ０２は添加量が４６重
量部未満では強固なガラスの網目構造は得られず、また
５５重量部を越えると耐アルカリ性が低下する。

ＡＩ２０３についてはガラスの強度を維持し、またＣａ
○−Ｍｇ０一ＡＩ２０３一Ｓｉ０２系では溶融温度を下
げ、さらに繊維化において粘性を維持するために必要と
されるものであり、その添加量は２重量部未満では添加
効果が少なく、また５重量部を越えると、セメントと混
合し、オートクレープ加圧養生を行う場合にＣａ○と反
応し易くなり、耐アルカリ性を低下させるのでいずれも
不適当である。アルカリ士類酸化物のＣａ０及びＭｇ０
は耐アルカリ性を維持するために必要なものであり、そ
の添加量は２の重量部禾満では添加効果が少なく、また
２鶴重量部を越えると、耐アルカリ性、耐水性が低下し
、かつ矢透し易くなる。Ｃａ○とＭｇ○の比率について
はＭｇ○が１／２以上含まれると、溶融温度が上昇し、
繊維化がむつかしくなるので、Ｃａ０はＣａ○とＭｇ０
の合計重量の１／２以上であることが好ましい。Ｚｒ０
は耐アルカリ性を付与するとともに繊維化を容易にする
ものであり、その添加量は５重量部未満では添加効果が
少なく、また１５重量部を越えると、乳白化しやし、す
し、煩向を示すので、ｌａ重量部程度が好適である。

アルカリ金属酸化物のＮａ２０、およびＫ２は溶温度を
下げ、かつ繊維化を容易にすることで必要であり、その
添加量は７重量部未満では添加効果が少なく、またＩＺ
重量部を越えると、耐アルカリ性を低下させる。

Ｎａ２０及びＫ２０の比率については、Ｎａ２０はＮａ
２０とＫ２０の合計重量の１／２以上を必要とし、Ｋ２
０量が１／２以上を越えると、溶融温度が上昇しかつ繊
維化が困難となる。同じくアルカリ金属酸化物のＬｊ２
０もＮａ２０，Ｋ２０とともに添加できるが、Ｌｉ２０
はガラスを失透ごせる欠点があるので、その添加量は上
記アルカリ金属酸化物の添加量の範囲内の３重量部以下
とする必要がある。希±頚酸化物のＹ２０３は上述した
ように、耐アルカリ性を向上させるとともにＺｒＱの欠
点である溶融温度の上昇、粘度の増加、ガラスの結晶化
を低減させ、かつガラスの強度、弾性率を高める作用を
有するものであり、その添加量は０．１重量部未満では
添加効果が少なく、また３重量部を越えると、溶融温度
を上げるため、不適当である。

上記組成の耐アルカリ性ガラスの製造に際しては、泡切
れ、清澄剤として一般に使用される硫酸ソーダ硫化枇素
等の少量使用は、均一なガラス組成とするために好適で
ある。以上の組成を有する耐アルカリ性ガラスを綿状の
ガラス繊維とするには、該耐アルカリ性ガラスを１４０
０００以上の温度で溶融後、圧縮空気、火焔または水蒸
気による吹付法、あるいは遠心力法により短繊維化し、
綿状とする。

このように製造された綿状の耐アルカリ性ガラス繊維を
、常法に従って、セメント及びケイ酸質原料と混練し、
押出し成形し、硬化させることによって、本発明の耐ア
ルカリ性ガラス繊維補強セメント成形体が得られる。

本発明のセメント成形体は建材として使用するため、短
時間で高強度を発現させ、かつセメントの収縮により発
生するそり、変動等の欠点を除くために、上記製造工程
においてオートクレープ加圧養生を行なうことが適当で
ある。すなわち、原料配合において、普通ボルトランド
セメントＳｉ０２含有量の多いケイ酸質物および上記綿
状の耐アルカリ性ガラス繊維を加え、さらに可塑性を付
与するために、少量、たとえばｏ．３ないし１％の範囲
でメチルセルロース・カルボキシメチルセルロースを加
え、押出し成形に必要な水量を加えて混練し、成形する
。セメント原料として、普通ボルトランドセメント以外
に、フライアツシユセメント、シリカセメント、高炉セ
メントを使用することもできるが、高炉セメントの場合
、スラグ量が多く、ＡＩ２０３量が多いと強度低下の傾
向があるので、Ａ種高炉セメント（スラグ３０％以内）
の使用が好適である。また、ケイ酸質物としてはＳｉ０
２分の多いケィ砂、フライアッシュ等があるが、比表面
積としてプレーン値（ＪＩＳＲ ５２０１）で２０００
幼／タ以上であることを必要とする。押出し成形による
成形体はセメント硬化後、オートクレープ中に入れて過
飽和水蒸気圧８ｋ９／仇以上の加圧下で反応硬化させ、
あるいは蒸気養生により強度を増大させて製品とする。
本発明のセメント成形体は、実施例に示すごと〈、長期
にわたって高強度を持続し、脱石綿を可能とするもので
あり、建材として、ＧＲＣのごとき薄いボードまたは厚
さ５０の／仇以上のパネルのいずれにも適用することが
できる。

次に、本発明を実施例によってさらに具体的に説明する
が、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例によ
って限定されるものではない。

実施例本実施例の構成成分をなす２種類の綿状（短繊維
）の耐アルカリ性ガラス繊維Ａ，Ｂは第１表にそれぞれ
に対応して示してある組成を有するガラスを１５００ｑ
ｏに加熱溶融し、吹付法で綿状のガラス繊維としてもの
である。

また比較のために使用する市販の長繊維の耐アルカリ性
ガラス繊維Ｃ，Ｄおよび市販の普通の長繊維のガラス繊
維Ｅは同じく第１表にそれぞれ示してある組成を有する
ものである。第１表 これらのガラス繊維Ａ，８およびＣ，Ｄ，Ｅの耐アルカ
リ性を測定するために、これらガラス繊維をそれぞれ再
溶融し冷却後、３５〜１００メッシュに粉砕し、１０％
ＮａＯＨ溶液中で８０℃に５時間加溢し、重量減少を測
定し、その結果を第２表に示す。

重量減少率は耐アルカリ性の尺度を示すものである。第
２表重量減少率 第２表は本実施例の構成部分をなすＡ，ＢがＣ，Ｄ，Ｅ
よりも著しく向上した耐アルカリ性を有することを示す
ものである。

次に、上記のガラス繊維Ａ，ＢおよびＣ，Ｄにそれぞれ
第３表に示す配合に従って、普通ボルトランドセメント
、フライアツシユ、メチルセルロースを配合し、水を加
えて漉練し押出し成形して成形体とし、自然養生による
硬化後オートクレープ養生（１０ｋ９／めで５時間）を
行ない、一日放置後および一年放置後に行なったそれぞ
れの強度試験結果を同じく第３表に実施例Ｍ．１、地．
２および比較例Ｎｏ．１、Ｎｏ．２としてそ示す。

第３表 第３表は実施例Ｍ．１およびＮｏ．２が使用したガラス
繊維Ａ及びＢは径のきわめて４・さし、線状であるにも
かかわらず、高強度を長期にわたって持続し、脱石綿を
可能ならしめるセメント成形体であることを示すもので
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ セメントおよびケイ酸質原料に耐アルカリ性ガラス
   繊維を混練し、押出し成形してなる耐アルカリ性ガラス
   繊維補強セメント成形体において、該耐アルカリ性ガラ
   ス繊維はＳｉＯ＿２４６〜５５重量部、Ａｌ＿２Ｏ＿３
   ２〜５重量部、アルカリ土類酸化物２０〜２８重量部、
   アルカリ金属酸化物７〜１２重量部、ＺｒＯ＿２５〜１
   ５重量部および酸化イツトリウム０．１〜３重量部より
   なりかつ綿状であることを特徴とする耐アルカリ性ガラ
   ス繊維補強セメント成形体。