JPS6242871B2 - - Google Patents

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JPS6242871B2
JPS6242871B2 JP53121139A JP12113978A JPS6242871B2 JP S6242871 B2 JPS6242871 B2 JP S6242871B2 JP 53121139 A JP53121139 A JP 53121139A JP 12113978 A JP12113978 A JP 12113978A JP S6242871 B2 JPS6242871 B2 JP S6242871B2
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oxide
particles
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porous
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Uooruzu Muisero Hose
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C11/00—Multi-cellular glass ; Porous or hollow glass or glass particles
    • C03C11/007—Foam glass, e.g. obtained by incorporating a blowing agent and heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C11/00—Multi-cellular glass ; Porous or hollow glass or glass particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/22—Glass ; Devitrified glass
    • C04B14/24—Glass ; Devitrified glass porous, e.g. foamed glass

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  • Organic Chemistry (AREA)
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、コンクリート、モルタル、建築用
ブロツク、断熱材およびその他の類似の建築材料
に有用な、不連続の多孔質膨脹粒子の形態をした
軽量材に関し、さらに詳しくは、この発明は、強
度が増大されていると同時に密度が比較的低く、
水または蒸気中の不溶性度が高く、しかも融解温
度が極めて高い軽量材に関し、さらにこの発明は
前記軽量材の製法に関するものである。
多孔質の軽量セラミツク材は、長い間知られて
おり、そのような材料は主に原料として水ガラス
のような可溶性けい酸物を、最終物質に予定の性
質を与えるために含有させられるその他の成分を
併用する種々の方法によつて製造されていた。と
ころが、かかる多孔質軽量セラミツク材は、断熱
材として有用なことが判つていたが、これらのセ
ラミツク材は極めて不利な性質例えば低い圧縮強
度、比較的高い塩基度、熱水および蒸気中の比較
的高い溶解度、比較的高い可塑性および比較的高
い崩壊性を示すという事実に鑑みて、建築材料ま
たは骨材として改良すべき多くの点を残してい
る。先行技術の多孔質セラミツク材の上記の性質
は、加熱される断熱材、建築用構造材、性能の高
いコンクリート混合物などのような強烈な条件下
では、可塑性に無理をきたす。
すなわち、米国特許No.2047016（1936年７月７
日付特許付与）には、アルカリけい酸塩とアルカ
リほう酸塩との混合物からなる断熱性組成物が開
示されている。しかしながら、前記米国特許で
は、前記混合物を焼成させて、それを材料として
有用なものとさせるに必要な強度を有せず、加熱
水または蒸気に明らかに溶解するアルカリほうけ
い酸塩の形にし、かくして、それを、蒸気によつ
て養生されるモルタルまたはコンクリート用の材
料として無用なものにしている。一方、原料のア
ルカリけい酸塩のコストが比較的高く、さらに、
一層高価なほう酸またはほう酸塩を多く配合させ
なければならないので前記米国特許の製品は天然
の材料に対抗することができない。
米国特許No.2117605（1938年５月17日特許付
与）には、アルカリ酸化物、ほう素酸化物および
二酸化けい素からなる軽量材が開示されている。
前記米国特許No.2117605の方法では材料は、ガラ
ス化され、不溶性にされかつ、耐圧縮性が大きく
されている点で、該特許の材料は前記米国特許No.
2047016の材料に関して、大きく改良されてい
る。しかしながら、前記米国特許No.2117605の材
料は、依然として、熱水および蒸気中で高い溶解
度を示し、蒸気によつて養生されるモルタルまた
はコンクリート用の材料として役に立たないもの
である。一方、前記米国特許No.2117605では、依
然として可溶性アルカリけい酸塩物質を原料とし
て二酸化けい素を得ているので、かなりコスト高
になつている。
米国特許No.3700470（1972年10月24日特許付
与）には、フライアツシユ、高炉スラグ、軽石な
どのようなセラミツク充填材と、アルミニウムの
ような粉状両性金属と、水性けい酸ナトリウムと
の混合物から得られたような軽量発泡材が開示さ
れている。最終発泡生成物の組成は開示されてい
ないが、それは二酸化けい素、酸化アルミニウム
および酸化カルシウムからなつていると推定され
る。しかしながら、前記米国特許No.3700470に示
された密度のデーターは、前記発泡材が水と殆ん
ど同じ重量であるので、改良すべき多くの点を残
している。これはある特定な用途に対しては十分
であると思われるが、重量の軽量化が所望の特性
である場合は、そのような密度は全く不都合であ
る。材料の強度は、建築用パネルなどとしてはか
なり良好であると認められ、そして材料の不溶性
も満足のいくものであると思われるが、前記米国
特許No.3700470の生成物は真の軽量材と認めるこ
とができない。一方、前記米国特許No.3700470の
生成物を得るための原料（けい酸ナトリウムおよ
びアルミニウム金属）は、割高であり、そしてそ
の製法はむしろ複雑であり、かくして、これらの
材料は比較的コスト高と考えられるが、そのよう
なコスト高を補完するかもしれない極めて有利な
性質を与えない。
また米国特許No.3990901（1976年11月９日特許
付与）には、けい酸ナトリウムと、生成物に特別
な性質を与える特定な酸化物と、ポルトランドセ
メントまたは高炉スラグのようないわゆる水硬性
結合材との混合物から得られるような多孔質軽量
材が開示されている。前記米国特許No.3990901の
生成物は、少くとも酸化アルミニウムを「特定酸
化物」として添加する場合は、前記米国特許No.
3700470の材料と同様な組成を有する。しかしな
がら、前記米国特許No.3990901の軽量材は、水硬
性結合材を含有するという単なる事実によつて、
必ず比重が比較的高くなり、従つて、コンクリー
トを増強させる構造材に用いるために十分な軽量
と強度の材料を得るという基本的な目的が達成さ
れない。水硬性結合材を添加する唯一の目的は、
得られた生成物の低密度を犠性にするが材料を製
造する方法で行なわなければならない乾燥工程を
回避するためである。また、前記米国特許No.
3990901では、原料としてけい酸ナトリウムが用
いられているが、これはまたコストを増大させ、
製造をむしろ困難で非能率的にさせる。
本願と同一の発明者によつて1976年８月27日に
出願されたアメリカ特許出願No.718276では、粒状
子多孔質軽量材の製造は、基本的には、けい酸ナ
トリウム、シリカおよびアルカリ土類金属けい酸
塩の混合物に、最終生成物中にほう素酸化物を与
え、かつ極めて低い比重と高い物理的強度を有す
る粒状多孔質材料の製造を可能にするほう酸また
はほう砂を添加することによつて達成され、かく
して、そのような軽量材は、上記の米国特許No.
2047016、No.2117605、No.3700470およびNo.3990901
のものを含めた先行技術の材料に関して現存する
多くの問題を解決する。しかしながら、前記アメ
リカ特許出願No.718276の方法によつて得られた材
料は、依然として、原料が比較的高く、他方、そ
のような材料には適当な水不溶性または蒸気不溶
性が付与させていないという重大な欠点を有し、
かくして、前記の促進タイプの養生によつて材料
を可溶化させその結果それを破壊させない限り、
それらの有用性は、蒸気によつて養生されない構
造材に限定される。
それ故、建築技術において、その軽量性以外
に、高い圧縮強度、材料とコンクリートを製造す
るために用いられる結合材との副反応を避ける低
塩基度、高い融解温度それと同時に水中または蒸
気中の高い不溶性を与えて、蒸気による促進養生
法に付されるコンクリートに使用させるのに適し
た軽量材料を製造する必要性があつた。
上記先行技術材料の欠点に鑑み、この発明の目
的は、密度が極めて低く、かつ、圧縮強度、曲げ
応力およびせん断応力が極めて高く、さらに融解
温度が高くかつ水中および蒸気中の不溶性が高い
粒状軽量材を提供することである。
さらに、この発明の目的は、上記の性質を有
し、しかもけい酸ナトリウムなどのような高いコ
ストの原料を用いないが、比較的簡単な方法によ
つて極めて低い密度まで完全に膨脹し得る粒状軽
量材を提供することである。
さらにこの発明の目的は、上記の性質を有し、
しかもその製造用の原料として容易に入手できる
材料を用いるため極めて経済的であるが、極めて
高い性能の製品を与える粒状軽量材を提供するこ
とである。
さらに、この発明の別の目的は、その表面に小
さなクレーターが存在し、かつ低塩基度を有し、
コンクリートの製造に用いられる普通の結合材に
対して適当な付着性を与える粒状軽量材を提供す
ることである。
さらに、この発明の別の目的は、上記の性質を
有し、かつ、水中および蒸気中のみならず、濃酸
中および希酸中ならびにアルカリ溶液中において
極めて高い不溶性を示す粒状軽量材を提供するこ
とである。
さらに、この発明の目的は、上記の性質を有す
る粒状軽量材を製造する方法を提供することであ
り、この方法はその操業が極めて経済的でしかも
極めて効率的であつて、所望の大きさの粒子と低
い重量を有しかつ高い強度と多数の孔を有する材
料を与える。
上記の目的とそれに附随する他の目的は下記の
ようにして達成されるのが好ましい。アルカリ金
属の水酸化物または炭酸塩特に水酸化ナトリウム
または炭酸ナトリウムの濃縮溶液に、アルミン酸
塩またはカオリンのような物質を含有するアルミ
ニウム酸化物、その任意の鉱物形態の酸化けい
素、ほう酸またはほう酸塩、尿素および１種また
はそれ以上の重金属酸化物例えば鉄、亜鉛、鉛ま
たはそれらの任意の鉱物形態のチタン酸化物、の
適当量を加えて、反応を開始させ、温度の自然上
昇を約70〜80℃の温度まで行わせた。さらに温度
が上昇しなくなるまで、前記反応混合物を反応さ
せ、そして前記温度は予め定めた時間の間不変で
あり、次にかくして得られた材料を約300℃の温
度で乾燥させ、その後乾燥物を破砕して所望の大
きさの粒子にした。最後に、前記の乾燥粒子を約
600〜1000℃の温度好ましくは700℃まで加熱また
は焼成して、生成物を膨脹およびガラス化させ、
それによつてその外表面にクレーターを有し、か
つ、上述した特性すなわち軽量性、強度および不
溶性を有する大約球形の粒子が得られる。
この発明の特性と考えられる新規な特徴は特に
前記特許請求の範囲に記載されている。しかしな
がら、この発明自体、その構成およびその操作法
ならびにこの発明の目的と利点は以下の記載から
理解されるであろう。
この発明の多孔質軽量材は、基本的に、出発原
料によつて可変の割合で、Na，Ｋ，Mg，Fe，お
よびTiの硅硼化物、硅アルミン酸塩、および硼
アルミン酸塩を含有する膨張したNaの硼硅アル
ミン酸塩からなる材料で構成された制御寸法の粒
子からなるものである。焼成し、膨張させた製品
は、ほぼ球形にして、異つた寸法および形状の内
孔を伴う種々の異る直径を有する複数の粒子から
なる。この軽量材は、非常に軽く、約60〜100
Kg／m3の比重をもつものであるため、水にも浮
き、さらに特に蒸気、酸またはアルカリと同様に
水にも不溶である。この製品は、常に約1500℃以
上の高溶融温度および８〜９のPHのみならず約
140〜250Kg／cm3の圧縮強度を示すので、この製品
は、コンクリートおよびモルタルの製造に際して
通常使用される結合材に何らの影響を及ぼさない
低塩基度材料であることは明らかである。
また、この発明の多孔質軽量材は、非常に低い
熱的、電気的、および音響的伝導性を示すので、
これを熱的、電気的、および音響的な絶縁材とし
て利用することができる。他方軽量材を構成する
粒子は、その表面に小さな凹みを有するので、低
塩基度を有することと合まつて、上記結合材の適
度な粘着を許容するものである。
また、特に冷水、温水、蒸気、あるいは濃縮ま
たは希薄の酸またはアルカリの水溶液に不溶であ
るこの発明の多孔質軽量材の製造には、出発原料
としてほとんどの場合天然物が用いられることか
ら、極めてコスト安く製造できる。
前記軽量材は、アルカリ溶解処理または弗化水
素酸中でのみで溶解するが、この軽量材を使用し
たコンクリートおよびモルタルの熟成工程では、
溶解しないものである。
さらに、この発明の多孔質軽量材は、適当な割
合の酸性、塩基性、および両性の酸化物からな
り、軽量さ、不溶性、および強度に関してすぐれ
た特性をもつものである。
この発明の軽量材の化学組成は、基本的にその
製造に際して使用された原料によつて種々の割合
に変化する主として、Na，Ｋ，Mg，およびTiの
硅硼酸塩、硅アルミン酸塩、および硼アルミン酸
塩を含有するNaの硼硅アルミン酸塩からなるも
のである。
さらに、この発明の多孔質軽量材は、二酸化硅
素SiO2：20〜92％、酸化硼素：１〜18％、アル
カリ金属酸化物M2O（但し、Ｍはアルカリ金
属）とくにナトリウム酸化物：５〜60％、アルミ
ニウム酸化物：１〜45％、および用途に応じて要
求される特性を付与のための適当な添加剤：１〜
20％（以上重量％）からなる。
軽量材の成分組成を上記のように定めたのは、
これ以外では、骨材として必要な低い比重が得ら
れず、あるいは、最低限許容できる圧縮強度また
は溶解度が得られないからである。
即ち、二酸化硅素の含有量が20％未満である
と、得られる軽量材は脆弱なものとなり、非常に
軽量ではあるが、必要な圧縮強度を有しなくな
る。一方、二酸化硅素の含有量が92％を超える
と、軽量材は圧縮強度が極めて高くなるにもかか
わらず、軽い骨材として不可欠な低い密度が得ら
れない。
酸化硼素の含有量が１％未満であると、軽量材
の密度または比重が不当に大きくなつて、軽量材
でなくなる。また、圧縮強度は高いがアルカリに
対して弱くなり、従つて、軽量材を使用して製造
されたコンクリートがアルカリ性物質と接触する
と、軽量材が急速に溶解される虞れがある。一
方、酸化硼素の含有量が18％を超えると、軽量材
は非常に軽量になるが、建材用の骨材として使用
するに足る圧縮強度は得られなくなる。
アルカリ金属酸化物は、軽量材を構成する混合
物のガラス化を生じさせて、軽量材をガラス化す
ると共に、熱膨脹係数を低く抑えて非ガラス化し
ないよう安定させるための溶剤として使用され
る。アルカリ金属酸化物の含有量が５％未満であ
ると、混合物の融点が高くなり過ぎて、軽量材を
良好にガラス化させることが困難になり、また、
非ガラス化しないように安定させることができな
い。一方、アルカリ金属酸化物の含有量が60％を
超えると、混合物のガラス化が急速に進み過ぎで
軽量材は脆性が大となり、建材に使用する骨材と
して適しなくなる。
酸化アルミニウムの含有量が１％未満である
と、混合物は不当に流動化して適切な成形がさま
たげられ、その結果、得られる軽量材は不当に高
い密度を有することになるので、軽い軽量材の製
造には不適当である。一方、酸化アルミニウムの
含有量が45％を超えると、この発明のプロセスに
よつて処理する場合に、混合物が液相を達成する
には極めて高い温度が必要で、このため、所望の
発泡が得られなくなる。また、得られる軽量材は
不当に密度が高くなり、軽い軽量材にならない。
添加剤は後述するように、軽量材を構成する混
合物の膨脹を促進して、軽量化を低密度にするな
ど、軽量材に所望の特殊な性質を付与することを
主たる目的として添加されるが、添加剤の添加
は、また軽量材のコストを下げる効果もある。添
加剤の含有量が１％未満であると、添加剤を添加
することによる所期の効果が軽量材に得られず、
また軽量材のコストを下げる効果も少ない。一
方、添加剤の含有量が20％を超えると、軽量材の
品質が低下する。
この発明の軽量材の最適な特性は以下、すなわ
ち、二酸化硅素：約55％、酸化硼素：約10％、酸
化ナトリウム：15％、酸化アルミニウム：約15
％、および特性を得るための添加剤：約５％（以
上重量％）からなる組成で得られる。
この発明の軽量材は容易に利用可能な天然物と
して入手可能な材料をほとんどの場合出発原料と
して使用できる。
このように、最も好ましい塩基性酸化物は、酸
化ナトリウムであるが、この酸化物は、酸化カリ
ウムに代えることもできる（ただし、コストは上
昇する）。前記酸化ナトリウムの主な供給源は、
水酸化ナトリウムまたは炭酸ナトリウムであり、
さらに、前記ナトリウム酸化物は、酸性酸化物お
よび両性酸化物の供給源となりうる鉱物によつて
も供給できる。前記酸性酸化物および両性酸化物
は次のようなものである。
前記の最も好ましい酸性酸化物は、SiO2およ
び酸化硼素であり、これらは、鉱物を出発原料と
して使用することによつて供給されるものであ
る。そして、前記鉱物は、たとえば、SiO2とし
ては、砂、トリポリ、カオリン、土壌、ベントナ
イト、漂布土、ボーキサイト、長石、十字石、キ
ーゼルグール（硅藻土）、および玉髄、その他が
ある。また、前記酸化硼素としては、硼酸アルミ
ニウム、三硼化ナトリウム、硼酸などのような材
料を使用することができる。
前記の最も好ましい両性酸化物は、本発明に従
うものとしては酸化アルミニウムであり、これは
カオリン、水ばん土、ジアスポル、ボーキサイ
ト、十字石、紅柱石、正長石、明ばん石などの出
発原料によつて供給され、しかもナトリウムアル
ミン酸塩、およびアルミニウム硼酸塩のようなも
のでもよい。
以上述べたことから明らかなように上述のいず
れの原料がこの発明の化学的工程において必要な
酸性、塩基性、および両性の酸化物として使用さ
れることが明らかであり、このことが、この発明
の利点の１つであることがわかる。もちろん、選
択した出発原料の定量分析を以下の目的で知るこ
とが必要である。すなわち、適当な混合割合を計
算可能にし、ついで酸化物の添加により組成を調
整し上述の酸化物の基本的組成割合にするためで
ある。
基本的組成が酸化物の上述の配合範囲内になる
ようにした上述の材料は、不溶解性（度）、強
度、および軽量度のような非常に重要な特徴を失
なわない多孔質軽量材となる。
上述の基本的組成に添加される種々の添加材に
関し、上記添加材は、種々の変わつた特性をもつ
たものがあり、上述の組成に示された範囲内で添
加される。
この発明の添加剤に関し、製品の膨張を最大限
に促進する望ましい添加剤としては、リン酸カル
シウム、胡粉、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、
蓚酸ナトリウムおよび、蓚酸カリウムがある。ま
た、中間的な膨張促進を図ると共に、低密度の材
料を得るために使用される添加剤としては、たと
えば酸化鉄、酸化亜鉛、酸化鉛、マグネシアなど
がある。さらに、焙焼鉱、および土壌は、最少限
の膨張を促進する添加剤でしかも軽さが必要でな
い軽量材製造に使用した場合には密度の高い範
囲、すなわち、約100Kg／m3近辺の軽量材が得ら
れる。穴の均一性と共に粒の幾何学的形状を最も
高い程度で改善するために使用される添加剤とし
ては、たとえばアセトン、およびメチルエチルケ
トンのような揮発性溶媒、さらに望ましくは尿素
およびカーボンブラツクがある。また、幾何学的
形状および穴の分配を中程度に改善する添加剤と
しては、酸化鉄、焙焼鉱および土壌などが使用さ
れる。軽量材の強度を最高程度に改善する添加剤
としては、水酸化アルミニウム、土壌、焙焼鉱、
アルミニウムアセテート、銅アセテート、アミー
ルアセテート、エチルアセテート、および、酸化
アルミニウムの１種または２種以上がある。また
さらに、この発明の軽量材の強度を中程度に改善
する添加剤としては、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化
鉛、および酸化チタンがある。最後に、アルカリ
土類金属酸化物、とくに酸化マグネシウムは、こ
の発明の方法によつて得られた粒子の硬さを著し
く高めるということがわかつている。
この発明の多孔質軽量材は、まず、 酸化硅素と、酸化アルミニウムの結合体として
のカオリン、または、必要とされる酸化硅素の要
求量を満たす他の鉱物と、 硼酸源と、 たとえば、酸化鉄、または硝酸カリウムのよう
な製品の膨張を促進する添加剤、尿素または揮発
性溶媒のような幾何学的形状および穴分布を改善
する添加剤、ならびに、火山灰または他の適当な
材料のような強度改善のための添加剤、の混合物
からなる添加剤と、 を適当な割合に混合したアルカリ金属の水酸化
物、とくにナトリウム水酸化物の濃縮水溶液を用
意するという工程によつて行なわれる。
上述のアルカリ金属の水酸化物の溶液に加えら
れる上述の鉱物、および材料は、最終製品に望ま
れる酸化物割合におけるように、その量を選択し
なければならない。
水性ペーストを形成するために、固体成分を水
に加えると、すぐに化学反応が始まり、温度が、
自発的に約70〜80℃まで上昇する。いつたん上記
温度に達すると、さらに、この化学反応の初期段
階が完了する予定時間の間、さらに温度の上昇が
おこらない。
ついでこのようにして得られた生成物を、約
300℃の温度で乾燥し、ついでこの乾燥材料を、
粉砕手段によつて粒子とする。つぎにこの乾燥し
粉砕した材料を、炉内を通過させ、そこで膨張さ
せ、その表面をわずかにガラス化するために、約
600〜1000℃、望ましくは700℃の温度に達するま
で焼成する。
この発明の方法において、製品は、最高温度に
達するまでは、著しい膨張はおこらない。なぜな
らば、反応の第１相においては、金属の硅酸塩、
硼酸塩、およびアルミン酸塩のある量が形成さ
れ、この後の上記高温において、金属の硼硅アル
ミン酸塩、硅硼酸塩、硼アルミン酸塩、および硅
アルミン酸塩のような複合成分の成型が完了する
が、このときに最高の膨張がおこるからである。
もちろん、粒の最高程度の膨張および穴分布
は、実質的に工程の終了段階で瞬間的状態でおこ
るけれども、非常に一様な製品が得られる。これ
は、処理中に粒子がつぶれるということがないた
めである。それ故、この発明の方法は、従来の多
孔質軽量材のいかなる製造法に比して著しい技術
的改良がなされている。
この発明を以下の実施例によつて説明する。
実施例 １ 釜内で80重量部の水酸化ナトリウムを60重量部
の水で完全に溶解し、濃度約57重量％の苛性ソー
ダの水溶液を得た。
このようにして得た苛性ソーダに、カオリン20
重量部と、トリポリ60重量部と、硼砂20重量部
と、硝酸カリウム２重量部と、アセトン２重量部
とを加え、そして混合物を均質で粘稠な物質にな
るまで適当な撹拌機により連続的に撹拌した。
温度は自然に上昇し、最終的に約75℃の温度に
とどまり、その時、反応が完全に終つたことが認
められた。
次に前記粘稠物質をなべに注ぎ、300℃の温度
の加熱器の中に入れ前記工程で残存した遊離水を
全て除去して乾燥した固型物を得た。
前記乾燥固型物を粉砕及び篩分けして種々の大
きさに分別し、非膨張粒子を最大膨張粒になるま
で700℃の温度の炉内に入れた。
前記膨張粒子を室温になるまで徐々に冷却した
ところ表面に多くのクレータを有し、密度65Kg／
m3、圧縮強度約40Kg／cm2、融解温度1650℃、PH
8.5の球状粒子を得た。
このようにして得た粒子をポルトランドセメン
トに混入して、軽量材とセメントとの割合が１対
６のコンクリートを得、このコンクリートを24時
間養生した。
前記蒸気養生して得たコンクリートのサンプル
の横断面には、軽量材の粒子の蒸気養生工程によ
る変化が見られず、このことは前記粒子が完全に
水や蒸気に溶解しないことを意味する。
実施例 ２ 撹拌翼を備えた釜内で、43重量部の水酸化ナト
リウムを40重量部の水に完全に溶解するようにた
えず混合して溶解し、52重量％の濃度の苛性ソー
ダを得た。
このようにして得た苛性ソーダに、硅砂150重
量部と、62重量部の工素用アルミン酸ナトリウム
と、硼酸13重量部と、６重量部の硝酸カリウム
と、2.5重量部の水和マグネシアと、５重量部の
酸化第２鉄と加え、連続的に撹拌して、均質なペ
ーストを得た。反応物の温度が74.5℃になるまで
自然上昇した。前記撹拌は種々の時間温度が不変
になるまで連続的に行なつた。
次に前記ペーストを平らな型の中に注いだ後、
300℃の加熱器に入れ、全ての残存遊離水を蒸発
させて石の如き乾燥物質を得た。
前記石の如き乾燥物質をベル型破砕機により破
砕した後種々の大きさの粒子に篩分け、この篩分
けした粒子を更に処理するために別々に選別し
た。
前記選別した各粒子を回転炉に入れて730℃の
温度まで加熱したところ最初に若干の膨張が認め
られ、最高温度に近づくにつれて激しく膨張して
ガラス状になり、これによつて高多孔質で外面が
ガラス化されたほぼ球状で一様な形状の表面に多
数のクレータを有する粒子が得られた。
前記膨張粒子を室温になるまで冷却したところ
軽量で表面に多数のクレータを有するほぼ球状で
一様な形状の、密度78Kg／m3圧縮強度147Kg／
cm2、融解温度1680℃、PH8.2の軽量材が得られ
た。
このようにして得られた多孔質軽量材を選別し
て平均粒径約１cmの粒子群を得、これを１対６の
割合でポルトランドセメントの中に混入し、直径
20cmの円筒形の型の中で36時間蒸気養生してコン
クリートを得た。
前記蒸気養生して得たコンクリートのサンプル
を切断し、内部構造を見たところ多孔質軽量材
は、蒸気養生工程においても全く変化していない
ことが認められた。
実施例 ３ カオリン153重量部、硅そう土85重量部、苛性
カリ65重量部、硼砂13重量部、硝酸ナトリウム２
重量部、メチルエチルケトン３重量部を乾燥状態
で混合した。前記混合物をリボン型混合機に入
れ、高濃度のスラリーにするのに十分な量の水を
加え、混合を続けると温度が76.2℃まで自然に上
昇した。前記温度が10分間で前記の値で不変にな
つた時に、前記混合作業を中止した。
次に前記高濃度で一部反応したスラリーを浅く
四角な型に入れた後、この型を内部の物質が完全
に固化しそして遊離水が除去されるまで305℃の
温度の加熱器に入れた。
このようにして得た乾燥物質を粉砕機中で粉砕
し、この粒子を回転炉床式炉内に入れて840℃の
温度まで加熱した。前記粒子をバーナー到達前の
約3mの距離にそつて炉内を移動させて、上記温
度まで徐々に上温せしめたところ、この第１加熱
段階では前記粒子は僅かに膨張し、一方、バーナ
ー近傍のゾーン、すなわち、粒子の温度が約700
℃程度の温度になつたときに、前記粒子は激しく
膨張してほぼ球状になり、全ての表面の気胞は破
裂して表面に多数のクレータが形成された。
前記膨張粒子を炉から取出し、室温まで冷却し
たところ、ほぼ球状で表面にクレータを有し、密
度約87Kg／m3、圧縮強度173Kg／cm2、融解温度
1720℃、PH8.5の多孔質軽量材が得られた。
このようにして得られた多孔質材を種々の割合
でポルトランドセメントの中に入れ、18時間から
36時間の間蒸気養生されるコンクリートを得た。
前記養生したコンクリートの破断したサンプルを
見たところ前記粒子の形状と構造には変化が認め
られず、このことは前記粒子が実際上蒸気中に溶
解しないことを意味する。
上記に従つて得られた前記粒子を酸、アルカリ
特に塩酸、硫酸及びカセイソーダを用いて溶解試
験を行なつたところ、前記粒子は実際上それらに
溶解しないことがわかつた。
比較例 １ 硼砂と硝酸カリウムを用いない以外は前記実施
例１に記載した方法を繰り返してほう素及びカリ
ウムの酸化物を含まない多孔質軽量材を得た。か
くして得られた多孔質軽量材の粒子は、上記実施
例の粒子と同様な膨張をしなかつたという点で不
十分であり、このように多孔質軽量材の粒子が得
られなかつた場合であつても軽量で強固なコンク
リート材として有用な性質を備えている。
この例によつて得られた多孔質軽量材は密度
420Kg／m3であり、これは前記実施例１から３に
よつて得られたものより重たいが、その強度は約
250Kg／cm2まで増加しており、かくしてこの生成
物は更に強い強度と更に大きい比重の構造材とし
て適しているものであつた。
前記多孔質軽量材の粒子はまた完全に耐水性で
あり、かくして前記多孔質軽量材は蒸気養生下で
も変化しなかつたが、アルカリによる溶解試験に
耐えなかつた。
以上のことから、本発明の多孔質軽量材中のほ
う素の存在はこれが構造物の強度を過度に減少さ
せることなしに多孔質軽量材の密度を改善するた
めに極めて有効であると共にアルカリでの軽量材
の不溶性の改善にも有効であると云つても良い。
上記のことから、アルカリ金属の硼硅アルミン
酸塩と同時に複合硼硅酸塩、硅アルミン酸塩及び
硼アルミン酸塩によつて、実質的に化学的に生成
され、かつ表面に多数のクレータを有し、密度が
60〜100Kg／m3で、水や蒸気に極めて溶けにくい
と共に酸やアルカリにも極めて溶けにくく、約
1500℃よりも高い温度の融解温度を有し、低い塩
基度で、酸性、塩基性及び両性の酸化物と、粒子
を所望の特別な性質を付与させるのに適した添加
剤との均質混合物によつて構成された軽量材が初
めて得られるということがわかつた。
前記軽量材の強度は密度に依存して極めて高
く、約140〜250Kg／cm2の間にするので、それらを
従来の重質材料と代替してもそれらの機械的強度
を減少させることなく構造材に用いることができ
る。
本発明による多孔質軽量材は、安価な材料、す
なわち、一般に容易に入手できる鉱石から製造で
きるので、極めて安価でしかも重量を基準として
も従来の重質軽量材の価格と競合できる。
また、その製法は、水の存在下または不在下
（水が存在しない場合は水を後で添加してもよ
い）のいずれかで、前記鉱石によつて供給される
所望酸化物の混合物を調整し、そしてそれが部分
的に反応するまで前記混合物を撹拌することから
なるだけであるので、非常に簡単である。次に、
前記混合物を乾燥させ、粉砕させ、焼成させそし
て養生させて、先行技術に存在しない極めて効果
的な多孔質軽量材が得られる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ アルカリ金属の硼硅アルミン酸塩からなると
    共に、ほぼ球形を有し、さらに約60〜100Kg／m3
    の比重および約1500℃以上の溶融温度を有する不
    連続多孔の膨脹粒子からなる軽量材にして、前記
    軽量材は、SiO2：20〜92％、B2O3：１〜18％、
    M2O（但し、Ｍ：アルカリ金属）：５〜60％、
    Al2O3：１〜45％、用途に応じて要求される特性
    付与のための適当な添加剤；１〜20％（以上重量
    ％）から構成される酸性、塩基性、および両性の
    酸化物の均質混合物からなり、さらに前記軽量材
    は、約140〜250Kg／cm2の圧縮強度をもつと共に、
    実質的に水、蒸気、酸、およびアルカリに不溶に
    して、約８〜９のPHを有することを特徴とする多
    孔質軽量材。 ２ 上記酸性、塩基性、および両性の酸化物の混
    合物は、出発材料によつて供給された種々の金属
    の硼硅酸塩、硅アルミン酸塩、および硼アルミン
    酸塩を含有するアルカリ金属の硼硅アルミン酸塩
    の均質混合物を製造するために化学的に集合され
    たものであることを特徴とする上記特許請求の範
    囲第１項記載の多孔質軽量材。 ３ 上記アルカリ金属を、ナトリウムおよびカリ
    ウムから選んだことを特徴とする上記特許請求の
    範囲第１項または第２項記載の多孔質軽量材。 ４ 上記SiO2は、シリカ、トリポリ（硅藻土）、
    カオリン、土壌、ベントナイト、漂布土、ボーキ
    サイト、長石、十字石、キーゼルグール（硅藻
    土）、玉髄、および石英砂から選んだ材料を用途
    に応じて混合したものからなることを特徴とする
    上記特許請求の範囲第１項記載の多孔質軽量材。 ５ 上記B2O3は、アルミニウムの硼酸塩、硼
    砂、および硼酸から選んだ材料を用途に応じて混
    合したものからなることを特徴とする上記特許請
    求の範囲第１項記載の多孔質軽量材。 ６ 上記Al2O3は、カオリン、水礬土、ジアスポ
    ル、ボーキサイト、十字石、紅柱石、正長石、明
    礬石、ナトリウムアルミン酸塩、およびアルミニ
    ウム硼酸塩から選んだ材料の混合物からなること
    を特徴とする上記特許請求の範囲第１項記載の多
    孔質軽量材。 ７ 上記添加剤は、カルシウム燐酸塩、胡粉、ナ
    トリウム硝酸塩、カリウム硝酸塩、ナトリウム蓚
    酸塩、カリウム蓚酸塩、鉄酸化物、亜鉛酸化物、
    鉛酸化物、マグネシア、焙焼鉱、および土壌から
    選んだ膨脹促進用添加剤、カーボンブラツク、尿
    素、および揮発性有機溶媒、特にアセトンおよび
    メチルエチルケトンから選んだ粒子の幾何学的形
    状および多孔の均一性改善用添加剤、アルミニウ
    ム水酸化物、土壌、焙焼鉱、アルミニウムアセテ
    ート、銅アセテート、アミルアセテート、エチル
    アセテート、アルミニウム酸化物、鉄酸化物、亜
    鉛酸化物、鉛酸化物、およびチタン２酸化物から
    選んだ機械的強度向上用添加剤、およびアルカリ
    土類金属酸化物、特にマグネシウム酸化物から選
    んだ硬さ向上用添加剤のうちの１種または２種以
    上からなることを特徴とする上記特許請求の範囲
    第１項記載の多孔質軽量材。 ８ 鉱物形のアルミニウム酸化物、望ましくはカ
    オリンと、鉱物形の硅素酸化物、望ましくはトリ
    ポリと、特にアルミニウム硼酸塩、硼酸、および
    他の硼酸塩の形での硼素酸化物と、揮発性材料、
    望ましくは尿素または溶媒、特にアセトンまたは
    メチルエチルケトンと、鉱物の形での鉄、亜鉛、
    鉛、およびチタンの酸化物から選んだ重金属酸化
    物の適当な量を混合した、アルカリ金属の水酸化
    物または炭酸塩の水性ペーストを用意し、 自然昇温温度が70〜80℃に達するまで水性ペー
    ストを撹拌し、 上記温度に短時間保持した後撹拌動作を中止
    し、反応物を約300℃の温度で乾燥し、 上記乾燥材料を粉砕して所望寸法の粒子に形成
    し、 上記粒子を約600〜1000℃、望ましくは700℃の
    温度で焼成して、SiO2：20〜92％、B2O3：１〜
    18％、M2O（但し、Ｍ：アルカリ金属）：５〜
    60％、Al2O3：１〜45％、用途に応じて要求され
    る特性付与のための適当な添加剤：１〜20％（以
    上重量％）から構成される、酸性、塩基性および
    両性の酸化物の均質混合物からなる粒子を調製
    し、このように焼成し、膨脹させた粒子を室温ま
    で冷却することによつて、比重：60〜100Kg／
    m3、圧縮強度：約140〜250Kg／cm2を有し、水、蒸
    気、酸、またはアルカリに不溶のPH８〜９を有す
    る軽量材を得ることを特徴とする多孔質軽量材の
    製造法。 ９ 上記出発混合物は、ナトリウム水酸化物、カ
    オリン、トリポリ、硼砂、尿素、カリウム硝酸
    塩、およびアセトンの水性ペーストであることを
    特徴とする上記特許請求の範囲第８項記載の多孔
    質軽量材の製造法。
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