JPS62187185A - 繊維強化軽量セメント製品の製造方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、あらかじめ配合しておいな気泡安定剤含有の
セメント等水硬性粉体からなるモルタルペーストに有機
合成繊維を混練し、気泡を配することＫよｐ施工性に優
れかつ均一に配置された気泡により装品吻性の優れた繊
維強化軽量セメント製品の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

軽量セメント製品の代表例はオートクレーブしな軽量気
泡コンクリート（ＪＩＳ−Ａ　５４１６　）である。

該る製品は主原料に石灰質と硅酸質を用いるため原材料
が安価であること、軽量でかつ寸法安定性に優れるとい
う利点を有する。しかし製造面ではオートクレーブ養生
が必須のため大規模な設備を要し従って工場生産に限定
され、どこでも、いつでも、維れでも、どのような形態
にでも成形するという簡便性に欠けること、品質面では
曲げ、圧縮、剪断、衝撃等の強度が極めて小さいために
必ず補強用鉄筋又鉄骨、金網等を使用しなければならな
い欠点を有し又運搬、加工、施工時にひび割や角欠けな
どが生じ取扱性にも問題がある。

簡便な解決策として従来のセメントモルタルに軽量化剤
（例えばパーライト等の軽量化骨材、又は起泡による空
気泡の混入）による軽量化がなされているものの、混和
性、施工性等から十分なものは得られていない。例えば
気泡をセメントモルタルペースト中に混入する時、成形
養生中に気泡粒子が果まシ空洞化したシ、養生中に成形
体の上方に気泡のみが多く粗い表面になるなど、独立し
た粒子気泡を均一に混入することが難しい。従って商品
価値を損う上に、嵩比重が小さくかつ気泡等の軽量化材
が不均一に存在する念めに充分な曲げ、圧縮、剪断、衝
撃強度は得られない。

補強付与のために繊維を混入する方法が考えられるが、
セメントモルタルペーストへ繊維を投入すると表面積の
大きい繊維に水分が取られ、混線が難しくなる。夏に繊
維による補強効果を向上しようとする九めに繊維長を大
きく、繊維の添加率を多くすると繊維の混線性は更に悪
化し、ファイバーボールが生成するなどして繊維の混線
が出来なくなり、施工性、補強性は得られないことにな
るＱ 以上から繊維強化軽量モルタルコンクリートの施工性及
び補強性を得るための具備すべき条件は以下の如くでる
る。

ｌ、　セメント等水硬性物質と繊維、気泡、骨材の混合
において骨材分離やプリージングが起らないこと、 ２、気泡の粒子が小さくかつ均一に混合していること、 ３、　セメント等水硬性物質よりなるセメントモルタル
ペーストと補強繊維の混和性が良いこと、しかしながら
かかる条件を満足しかつオートクレーブ養生不要の繊維
強化軽量セメント製品は得られていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、軽量セメント製品を製造する際に軽量
化材として気泡をセメントモルタルペースト（以下セメ
ントペーストと略記）中に均一に混合、安定化させるた
めに気泡安定剤を添加することにより軽量でかつ曲げ、
圧縮、衝撃強度の高い繊維強化＠量セメント製品をオー
トクレーブなしで容易に製造する方法を提供することで
るる。

〔問題点を解決する念めの手段〕

本発明は、セメント等の水硬性物質と減水剤、チクソ剤
、水、更には必要に応じ細骨材を添加混線した後に有機
合成繊維を添加混和しさらに気泡を分散させたセメント
ペーストを常法により成形後常温又は蒸気養生すること
を特徴とする嵩比重０、３〜１．３の繊維強化軽量セメ
ント製品の製造方法である。

本発明の製造方法において、セメント等水硬性物質に減
水剤、チクソ剤、気泡安定剤、水を混練した後、有機合
成繊維を混和することにより骨材の分離、プリージング
が起らずかつ有機合成繊維が均一に分散したセメントペ
ーストを得ることが出来る。さらに軽量化のためにろら
かしめ起泡した気泡をセメントペーストに混合すること
によって、気泡安定剤、チクソ剤の作用により流動性に
富みかつ細かい均一な気泡が安定に存在する軽量セメン
トペーストを得ることが出来る。かかる軽量繊維混入セ
メントペーストを例えば型枠へ流し込み成形後、常温又
は蒸気養生することにより性能の優れたａｍ強化軽量セ
メント製品を製造することができる。

以下その構成物質と製造方法について詳細に述べる。

水硬性物質であるバインダー成分は主としてセメントで
るる。通常のポルトランドセメントとして普通ポルトラ
ンドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポル
トランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白
色ポルトランドセメントが用いられる。又混合セメント
でもよ＜、Ａ〜Ｃ種の各々高炉セメント、シリカセメン
ト、フライアッシュセメントを用いることができる。そ
の他コロイダルセメント、スラグセメント、半水石膏及
び石膏とスラグ混合系、ドロマイトなどを用いることが
出来る。

細骨材は、直径が０．１〜５０００μｍの粒子でろつて
セメントに寸法安定性を与えかつ経済性を得るために用
いる。かかる細骨材としては、フライアッシュ、焼成珪
藻土、炭カル、カオリン、マイカ、火山灰、珪砂、川砂
、海砂、砕石等がるり、必要に応じ添加することが出来
る。その添加率はセメントに対し５０ｘＩｋ％以下でめ
９５０重′１に％を越えると成形体の強度低下をきたす
ので好ましくない。

減水剤は、その配合によりセメントペーストが水の添加
率が少くても水を多く添加した場合と同様な流動性を示
し、従って水の添加量が少くなつな分だけセメントの強
度を向上させるものでるる。

一般的なりゲニンスルフォン酸系、オキシカルボン酸塩
系、ポリアルキルアリルスルフォン酸塩、ナフタレンス
ルフォン酸系の単独又は混合した減水剤、ＡＩ減水剤、
高性能減水剤等を用いることができる。その添加率は、
セメントに対し０．１〜３重量％でるる。０．１重量％
未満では減水剤の効果はなく、３重量％を越えるとそれ
以上添加しても減水効果はあｔｂ変らず経済的に好まし
くない。

気泡安定剤はセメントペーストに添加する気泡が安定に
ペースト中に存在させる作用をするものである。セメン
トペーストに気泡を添加することによりセメントペース
トの流動性が増大するため気泡が集まり空洞化したり、
成形体の上方に浮き上ったシ、混合することにより消滅
したりすることを防止する効果を有する。ざらにブリー
ジング防止、骨材の分離防止や繊維の混和性向上にも重
要な役割を果す。具体的ににメチルセルローズ。

ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアルコール等の水
溶性高分子を用いることができ、有効な添加率は水硬性
物質に対して０．０５〜２重量％である。

０．０５重量−未満では気泡の安定化、ブリージング防
止、骨材分離防止、繊維の混和性向上に効果がない。２
重量％を越えると粘性が高くなるため流動性を失い容器
やミキサーの攪拌ベラに付着して取扱い操作ができなく
なったシして施工性を失ってしまう。又セメントペース
トの硬化が極めて遅くなるため短時間脱型ができなくな
り、生産性を損うことになる。

チクソ剤は、繊維の分散効果やブリージング防止、骨材
分離防止、更にコテ切れの切れ性を向上し施工性を付与
するものでるる。ベントナイト、アタパルジャイト、蛇
紋岩粉、山皮、無定形シリカフユーム、珪藻土等を用い
ることが出来る。ベントナイトはモ／モリロ石群鉱物を
主成分とするもので、少くともその含有成分が４０％以
上のものを意味する。モンモリロ石群鉱物の例としては
モンモリロン石、バイデライト、ノントロナイト。

ヘクトライト、ナポナイト等がある。有効な添加率は水
硬性物質に対して１〜３０重量％である。

好ましくは５〜２０ｍｍ％でるる。１％未満ではブリー
ジング防止、骨材分離防止等に効果がない。

又３０％を越えると含水率が高くなシセメント強繊維が
好ましく、その繊度は０．５〜１０００デニールで、よ
ル好ましくは１．５〜５０デニール、引張強度が６０ｋ
Ｆ／−以上、ヤング率が１５００　ｋｆ／−以上で７ス
ペクト比が３０〜１０００である繊維長のものでめる。

単糸デニールが０．５デニ一ル未満では繊維を１ｆｉ以
下に切断する必要がめシ、経済性が悪い。又１０００デ
ニールを越えては充分な補強性が得られず外観品位も低
下する。形態的には単繊維状で使用することもできるし
、文集束糸として使用してもよい。繊維の引張強度及び
ヤング率はそれぞれ６０　ｋｉｔ／ｍＪ　、１５００　
ｋｇ／−以上必要である。理由は曲げ、衝撃に対する補
強性を得るなめでめる。該る値よ＃）駄い時は充分な補
強効果は得られない。アスペクト比は３０〜１０００が
好ましく、３０未満では繊維の混和性は良いものの繊維
の引き抜けが起り補強効果が得られない。又１０００を
越えては繊維長が長すざるため、充分な混和性が得られ
ない。繊維の添加率はセメントに対し０．１〜５重量％
が好ましい。０．１１（ｆｊｋ％未満では補強効果は得
られず、５！［１以上では混和性が悪化し充分な補強効
果が得られない。

気泡を生成せしめる起泡剤は一般コンクリート用のＡＥ
剤も使えるが、気泡の含有率を５０％程度とするために
は起泡力があシかつ大量に使用してもトラブルのないも
のでなければならない。更にセメントのアルカリに強く
、泡の形状が小さく均一で、かつ均一に分散して破泡し
にくいことが必須条件である。これらの条件を満たすも
のがアニオン系の合成活性剤、レジンソーダでるす、ゼ
ラチンやカゼイン卵白等の蛋白質系の起泡剤である。セ
メントに対して０．１〜５重量％の起泡剤をあらかじめ
１５〜５０倍の水に添加し強攪拌により起泡させておく
。起泡剤のセメントに対する添加率は得られる製品の目
標とする比重に適合する様調節するが、０．１Ｊｌｆｔ
％未満の時空気含有率が低く気泡発生効果がない。又５
重量％を越えても気泡生成に対し５重量％添加時と変ら
ないため添加効果は得られない上に経済的に好ましくな
い。気泡の固定のための添加剤として、早期にセメント
ペーストを硬化させる硬化促進剤の塩化カルンワム、ア
ルミン酸ソーダー、ケイ酸ソーダー、炭酸ソーダーを添
加利用することができる。更に耐水性を向上させるため
に金属石ケン（例えばステアリル酸カルシウム）やパラ
フィン系エマルジョン、アスファルトエマルジョン、ポ
リ酢酸ビニルエマルジョン、シリコンエマルジョン、フ
ッ素エマルジョン、５ＢＢ−）７ツクス等をあらかじめ
添加水の中に添加しておいてもよい０更に乾湿時の寸法
安定性効果を増加するためにマイカ、ガラス繊維、ロッ
ククール、ワラストナイトを添加したシ、膨張性のめる
エトリンガイト生成物である石灰、石膏、カルシクムサ
ルホアルミネートを添加してもよい。

次に１以上述べ次各種の材料を用い念成形性の良い優れ
た物性を付与するセメントペーストの製造方法について
述べる。

セメント、減水剤、気泡安建剤、チクソ材、必要に応じ
細骨材、必要量の添加水を加えて充分混和させるか、あ
るいはかかる材料をトライブレンドした抜水を加えて充
分混和させる。なお添加水量は流動性をみて決める。混
和に用いる混合機はオムニばキサ−、アイリッヒ型ミキ
サー、ホバートミキサー、二軸式ミキサー等の市販の強
制練シミキサ−を用いることが出来る０かくして得られ
たペーストに有機合成繊維を添加混和し、゛最後に気泡
を添加することが本発明の重要なポイントとなる。最終
的な水／セメント比は０．３〜１の範囲内が好ましい。

一般に繊維を均一に分散させるためには粉体とのドライ
ミックスにおいて長時間の強力攪拌が必要でるるが、か
かる混合によって繊維が損傷し強度低下を惹起しそのた
め製品の補強効果に低下をきたす。かかる問題を解決す
るために本発明は限定し次配合において水硬性物質、減
水剤、チクソ材、気泡安定剤、水及び細骨材を充分混練
したペーストを作シ、次にかかるペーストに繊維を添加
する。繊維は軟攪拌で容易にペースト中に分散するが、
補強効果を更に高めるためには繊維の損傷を出来るだけ
避は必要最低限の混練とすることが望ましい。次にめら
かじめｉｌｌ！しておいな気泡を投入して均一になる様
に攪拌混合を行う。かかる混合順序とすることはすぐれ
比製品品質を確保する上で必要不可決である。

かかる均一かつ微細な気泡を有する補強繊維含有軽量セ
メントモルタルペーストを用いた成型法は、一般的な方
法として型枠成型方法があり５通常のセメントモルタル
と同様な方法にて流し込みが可能であって、かかるペー
ストは流動性が良いのでポンプ圧送も可能で施工性に優
れている。しかる後常温又は蒸気養生すれば軽量で曲げ
強度、圧縮強度、衝撃強度等の機械的性質に優れた繊維
強化セメント製品を得ることができる。

その主なる用途は建築部材であり、かかる部材としては
板状成形体として、側壁、屋根材、天井材、床材、間仕
切材などに用いることが出来る。

又捨て型枠としての利用も可能でめる。δらにコテ塗シ
、左官用モルタル又は吹付モルタルとしても使用可能で
ある。又土木用としては、歩道板、側溝、パイプ類、下
水管、ケーブルダクト、防音材、吹付は工法、法面加工
、トンネル内装用又はりらごめ材、床上げ用等にも用い
ることが出来る。

本発明の方法によって得られる用途例の一部を述べたが
、本発明はこれに限定されるものではない０ 次に実施例及び比較例で説明する。

実施例１〜４及び比較例１〜４ 水硬性物質として普通ポルトランドセメントを用い、　
ＡＪ減水剤としてマイティー１５０（花王）をセメント
に対し０．３ｍＨ！ｉｎ及び気泡安定剤としてメチルセ
ルローズ、チクソ剤としてナトリウムヘントナイト、更
に水を加えてＪＩＳＲ５２０１のホバートミキサーによ
り回転数１４０　ｒｐｍで５分間混練した。その後補強
線維としてビニロン繊維をセメントに対し２及び４重量
％を加え２分混合し繊維の分散状態を観察した。更にセ
メントに対して０．８１ｔｔ％Ｏ起１”［１１剤（７オ
ーミ７　ｙ　スＣＩＩ　　浜野工業社製）をあらかじめ
３０倍の水で起泡ミキサーにより充分起泡させ上記スラ
リーに添加し２８５ｒｐｍにて１分間混練して繊維含有
軽量モルタルを作った。最終的な水／セメント比は０．
７とした。

この時のフロー値は表２に示す値で流動性のよいもので
めった。比較のなめに気泡安定剤及びチクソ材を全く用
いずにＰＶＡ繊維をセメントに対して２重ｔＳ添加した
ものを実施例１とまつ念〈同じ方法で行いそれを比較例
ＩＫした。比較例２．３は気泡安定剤を添加しないもの
（比較例２）と繊維をセメントに対して６．　Ｏｘ量チ
添加（比較例３）したものを作った。又比較例４は実施
例１と同じ組成であるが混線方法を変えて実施したもの
である。実施例１はセメント、気泡安定剤、チクソ材、
水を混線後、補強繊維を添加し混練するのに対し、比較
例４はセメント、気泡安定剤、チクソ材、水、補強繊維
を同時に５分間混線後気泡を入れて１分間混練して繊維
含有モルタルを作った。

咳る繊維含有モルタルを４Ｘ４Ｘ１６の型枠へ流し込み
、１＃、夜５０℃湿空中で硬化させ、硬化後気泡の均一
性を観るため破断面観察することＫよル判足した。型枠
脱型後２５℃ｘＲＨ６５％４週間気中養生し、その後曲
げ強度を測定した。曲げ強度の測定はインストロンＴＴ
−ＣＭを用いて、スパン１０３、中央集中荷重によ〕測
定を行った。その応力たわみ曲線により比例限界強度（
ＬＤＰ）と最高破壊強度（ＭＯＲ）を求めた。その結果
を第１真に示した。

気泡の状態；繊維含有軽量モルタルができた時及び硬化
後供試体の破断面から気泡粒子の大きさ、均一性を肉眼
判定した。小粒子で均一分散◎、大粒子で上部にかたよ
っているものをＸとし、その中間を２ランクに分けてＯ
Δとした。

繊維の温和性；混裸後のペーストを４０メツシユ金網に
はさみこみセメント等の粒子分を水洗除去し繊維の分散
状態を肉眼観察した。

均一に混和しているもの◎、混和不十分でファイバーボ
ールのるるものを×とし、その中間をＯ１Δの４ランク
に分類し、０以上のものは混合性良好とし次。

フロー値；流動性はＪＩＳＲ５２０１を用いて常法によ
ル測定した。

嵩比重；気乾養生後の重ｔをその体積で徐した値で示し
な。

配合に使用した材料は下記のようでるる。

１、セメント；小野田セメント社製　普通ポルトランド
セメント ２、メチルセルローズ；信越化学社　ｈｉ　９０ＳＨ−
４０００（ＭＣ）３６ベントナイト；品用無材社製　光
用ベントナイト５号４．起　泡　剤；浜野工業　フォー
ミックスｃ１５、シリカフユーム；ユニオン化成　ＳＦ
パワター６、珪藻土粉；イソライト工業　Ｉ　５ＯＬＩ
　ＴＪｉｌ：　−ＤＰ７、ビ　ニ　ロ　ン；クラレ裂　
ＲＦ６０２ｘ１２単繊維デニール　６デニール（直径２
３μ）強　　度　　１５０紛／− ヤング率　３５００−／ｄ 繊維長　　１２１ｇ（アスペクト比４６０）実施例１〜
４のものは、繊維の分散状態、気泡粒子は微細で厚さ方
向に均一に分散している。モルタルの流動性も良く成型
性に富んでいる。曲げ強度側定時実施例１〜４のものは
中央載荷部よシ荷重の増大に伴いマイクロクラックが無
数に発生しつつたわみも増大し、曲げ強度及びタフネス
（靭性）の効果が著しい。比較例１は気泡安定剤及びチ
クソ材のないもので、繊維が混和せず成形性の良好なモ
ルタルは得られなかった。比較例２は気泡安定剤なしの
もので、養生中に気泡が成形体の表面にめりまシかつプ
リージングが多く繊維の混和が十分でなく補強性が得ら
れなかった。比較例３では繊維添加量が過剰になるとペ
ーストで繊維は塊状となり均一に混和せず成形性良好な
モルタルは得られなかつな。比較例４は繊維の添加混線
をセメント、気泡安定剤、チクソ材、水と同時に行った
ものであるが、実施例１のセメント、気泡安定剤、チク
ソ材、水を混線後繊維を添加する方法に比べ繊維の分散
がわるく又気泡の均一性もよくなかった。又補強効果も
実施例１に比べ小さい０実施例５〜８比較例５ 普通ポルトランドセメントと細骨材にフライアッシュ及
び気泡安定剤としてメチルセルローズを、さらにチクソ
材として珪藻土粉末をＪＩＳＲ５２０１のホバートミキ
サーに投入し粉体混合を１分間行い、セメントに対して
０．３重量−の減水剤（マイティー１５０）と水を添加
して１４０ｒｐｍにて５分混練した。かかるスラリーに
各種ビニロン繊維及びアクリル繊維を添加し２分間混練
した０次に添加する気泡は実施例１と同様にセメントに
対して０．８重量％をあらかじめ起泡しておき、繊維の
入つ念ペーストに添加し２８５ｒｐｍにて３分混線を行
い、流動性の高いスラリーを得た。最終的な水／セメン
ト比は０．６５になる様に調整した。比較例５として繊
維添加なしを実施例５とまったく同様の方法で作成した
。

このスラリーを４Ｘ４Ｘ１６の型枠に流し込み実施例１
と同様な養生及び評価方法で行った結果を表−２に示す
。

実施例５〜８はスラリーの流動性がめシ、施工性ノ大変
良好なモルタルでめった。嵩比重は０．７〜０．９のも
のが得られ、曲げ強度は比較例５に比し大きく特にひび
われ後最大荷重が大きくなり次わみも大きい値を示した
。実施例５の組成のもので厚さ５ぼタテ×ヨコそれぞれ
２０ｃｎの供試体を作成し、ＪＩＳＡ１３２１の難燃性
試験方法にて試験した所、表面試験及び基材試験に合格
し難燃１級を得た。実施例５のペーストから４Ｘ４Ｘ１
６の供試体を作成し、ＪＩＳ−Ａ５４２０にて寸法変化
率を測定した所、１，５Ｘ１０　　程度でアシ寸法変化
の少い不燃性の繊維強化軽量セメント製品の製造ができ
る０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水硬性物質に減水剤、チクソ剤、気泡安定剤及び水
   を添加混練した後、有機合成繊維を水硬性物質に対し０
   ．１〜５重量％添加混練し更に気泡を添加して得られる
   繊維混合セメントモルタルペーストを成形養生すること
   を特徴とする、嵩比重が０．５〜１．３の繊維強化軽量
   セメント製品の製造方法。 ２、気泡安定剤がメチルセルローズ、ポリエチレンオキ
   サイド、ポリビニールアルコールであつて、その添加量
   が水硬性物質に対し０．０５〜２重量％である特許請求
   の範囲第１項記載の繊維強化軽量セメント製品の製造方
   法。 ３、チクソ材がベントナイト、アタパルジヤイト、蛇紋
   岩粉、山皮、無定形シリカフユーム、珪藻土であつて、
   その添加量が水硬性物質に対し１〜３０重量％である特
   許請求の範囲第１項記載の繊維強化軽量セメント製品の
   製造方法。 ４、有機合成繊維がポリビニールアルコール（以下ＰＶ
   Ａと略記）系繊維又はポリアクリルニトリル（以下ＰＡ
   Ｎと略記）系繊維であつて、該繊維の単糸デニールが０
   ．５〜１０００デニール、引張強度が６０ｋｇ／ｍｍ＾
   ２以上、ヤング率が１５００ｋｇ／ｍｍ＾２以上、アス
   ペクト比（繊維の長さをその直径で除した値）が３０〜
   １０００である特許請求の範囲第１〜３項のいずれかに
   記載の繊維強化軽量セメント製品の製造方法。 ５、気泡がアニオン系合成活性剤、レジンソープ、加水
   分解蛋白質系の起泡剤により泡立てられたものあつて、
   該起泡剤を水硬性物質に対し０．１〜５重量％含む特許
   請求の範囲第１〜４項のいずれかに記載の繊維強化軽量
   セメント製品の製造方法。 ６、粒子直径が０．１〜５０００μｍの細骨材を含む特
   許請求範囲第１〜５項のいずれかに記載の繊維強化軽量
   セメント製品の製造方法。