ゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルおよびその製造方法
【課題】内部に鉄筋等の補強材が配置されたゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルの耐熱性をさらに改善するために、加熱寸法変化および熱収縮を低減させたゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】ポルトランドセメントおよび生石灰からなる石灰質原料と、珪酸質原料と、石膏とを、ＣａＯ／ＳｉＯ2のモル比が０．８〜１．１であり、かつ、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比が６％以下となるように配合し、水と混合してスラリーとした後、該スラリーに金属アルミニウム粉末を添加して成形体材料を得て、該成形体材料を、予め補強材を配置した型枠に鋳込み、発泡硬化処理を行い、水蒸気養生処理を施す。
【解決手段】ポルトランドセメントおよび生石灰からなる石灰質原料と、珪酸質原料と、石膏とを、ＣａＯ／ＳｉＯ2のモル比が０．８〜１．１であり、かつ、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比が６％以下となるように配合し、水と混合してスラリーとした後、該スラリーに金属アルミニウム粉末を添加して成形体材料を得て、該成形体材料を、予め補強材を配置した型枠に鋳込み、発泡硬化処理を行い、水蒸気養生処理を施す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱性、断熱性および施工性に優れた建築用材料として用いられるゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体は、ＡＬＣとして知られているトバモライト系珪酸カルシウム成形体に比べても特に耐熱性に優れているために、主として高温用の保温材、断熱材、耐火被覆材といった建築用材料に使用されている。
【０００３】
従来は、壁材または床材のように強度が要求されるゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を得る方法としては、特開昭６３−１４４１５８号公報に記載されているように、珪酸質原料である珪石と、石灰質原料である消石灰とを配合し、成形体の強度を向上させるために、棒状のワラストナイト、繊維状の石綿やセラミックファイバー等を添加し、さらに水を添加してスラリー状として、得られたスラリーを型枠に流し込んで成形した後、型枠ごとオートクレーブ中で水熱反応させる。
【０００４】
特開昭６３−１４４１５８号公報に記載されているこの方法では、珪石、消石灰およびワラストナイト等の原料からなるスラリーが硬化しにくく、型枠ごとオートクレーブに入れなくてはならないために、要求される成形体の大きさに応じて種々の寸法の型枠を必要とする。そのため、コスト的に問題があるために、大型の成形体を得てから、所望の寸法に、一々、切断して使用に供さなければならず、実際問題として、様々な用途により異なる寸法が要求されるような場合には適さないという欠点もあった。
【０００５】
このような問題を解決するための手段として、特許第２７５７８７８号公報に記載されているように、ポルトランドセメントおよび生石灰よりなる石灰質原料と、珪石、珪砂等の珪酸質原料と、石膏とを主原料とし、ＣａＯ／ＳｉＯ2のモル比を０．７〜１．１とし、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比を７％以下とし、石膏の添加量を全原料固形物の２質量％〜３０質量％となるように調整し、前水和した後、適量の金属アルミニウム粉末を添加し、型枠に鋳込み、発泡硬化させた後、オートクレーブ中で１９０℃〜２４０℃の温度で適当な時間の水蒸気養生することにより、ゾノトライト含有率が３５質量％以上のゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を得ていた。
【０００６】
特許第２７５７８７８号公報に記載されているこの方法により得られたゾノトライト系珪酸カルシウム成形体は、内部に気泡を有しているので軽量であり、またゾノトライト結晶の存在比率を３５質量％以上のように高含有率とすることができるので、耐熱性を向上させることができる。また、型枠内に鋳込まれた原料スラリーは、ポルトランドセメントを原料として用いているために高い硬化性を有しているので、オートクレーブによる水蒸気養生を行う前に、型枠から取り出して、ピアノ線等を用いて容易に所望の寸法形状に切断することができるという利点もある。
【０００７】
しかしながら、得られたゾノトライト系珪酸カルシウム成形体は、極めて軽量でありながら圧縮強度が３０ｋｇ／ｃｍ2以上であるように、この種としてはかなり強靭であるが、壁材や床材として使用するには、強度がやや不足するおそれがあり、より一層の強度向上が望まれた。そのため、特開平４−１６４８７２号公報には、内部に鉄筋や金網等の補強材を配置させたゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルが記載されている。
【０００８】
特開平４−１６４８７２号公報に記載されているゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルは、特許第２７５７８７８号公報に記載されているゾノトライト系珪酸カルシウム成形体が有する断熱性、耐熱性、強度を有し、かつ内部を鉄筋等で補強しているため、従来から知られているＡＬＣよりも、特に耐熱性の面で優れたものである。
【０００９】
ＡＬＣは、トバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ2・５Ｈ2Ｏ）と呼ばれる珪酸カルシウム鉱物を主要構成成分としており、トバモライトは、５分子の結晶水を有している。そのため、ＡＬＣでは７００℃までに約２％もの加熱収縮を引き起こす。
【００１０】
一方、ゾノトライト（６ＣａＯ・６ＳｉＯ2・Ｈ2Ｏ）は、結晶水が１分子であり、トバモライトと比して少ない。そのため、ゾノトライトは、トバモライトに比較して、加熱脱水により、結晶の分解で生ずる寸法変化が小さくなる。つまり、ゾノトライト系珪酸カルシウムが耐熱性に優れるのは、ゾノトライト結晶の特性に起因する。
【００１１】
このように、特開平４−１６４８７２号公報に記載されている製造方法で得られたゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルは、ゾノトライト結晶の特性を反映し、高温加熱時の寸法安定性が優れているため、従来のＡＬＣに比較して耐熱性能により優れているが、近年、耐熱性能に対する要求がさらに高まり、ゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルとして、さらに耐熱性に優れたものが要求されている。
【００１２】
特に、内部に鉄筋等の補強材が配置されているゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルは、加熱によって内部の補強鉄筋が熱膨張するため、加熱収縮を低減させることが要求される。
【００１３】
【特許文献１】特開昭６３−１４４１５８号公報
【００１４】
【特許文献２】特許第２７５７８７８号公報
【００１５】
【特許文献３】特開平４−１６４８７２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、内部に鉄筋等の補強材が配置されたゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルの耐熱性をさらに改善するために、加熱寸法変化および熱収縮を低減させたゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルの一態様では、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体と、その内部に配置された補強材とからなる。
【００１８】
具体的には、内部に補強材が配置されており、ゾノトライト生成率が５０質量％〜８０質量％であり、室温から７００℃までの加熱寸法変化が０．０％〜＋１．０％の範囲にあり、かつ、７００℃〜９００℃における熱収縮率が１．０％以下である。
【００１９】
さらに、前記補強材が、炭素鋼からなる鉄筋もしくは金網であることが望ましい。
【００２０】
本発明のゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルの製造方法では、ポルトランドセメントおよび生石灰からなる石灰質原料と、珪酸質原料と、石膏とを、ＣａＯ／ＳｉＯ2のモル比が０．８〜１．１であり、かつ、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比が６％以下となるように配合し、水と混合してスラリーとした後、該スラリーに金属アルミニウム粉末を添加して成形体材料を得て、該成形体材料を、予め補強材を配置した型枠に鋳込み、発泡硬化処理を行い、水蒸気養生処理を施す。
【００２１】
前記成形体材料の原料として、さらに石膏を添加することが望ましい。
【００２２】
さらに、前記補強材として、炭素鋼からなる鉄筋もしくは金網を用いることが望ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、内部に鉄筋が配置されていても、加熱による寸法変化によりクラックが発生する可能性は極めて小さくなり、耐熱性が要求される壁材や床材などへ適用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明のゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルは、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体と、その内部に配置された補強材とからなる。
【００２５】
さらに、室温から７００℃までの加熱寸法変化は０．０％〜＋１．０％の範囲とした。また、７００〜９００℃における熱収縮率は１．０％以下とした。なお、加熱寸法変化の「＋」記号は、膨張を示す。
【００２６】
ゾノトライトそのものの熱分解の挙動は、７００℃までは分解することなく安定であることが知られており、７００℃までは加熱により膨張する。約７５０℃から８５０℃で、ゾノトライト結晶の結晶水を失い、結晶自体が収縮する。
【００２７】
工業的に得られるゾノトライトの場合は、結晶性に幅があるため、一般的に結晶水が失われるとされる温度範囲７５０℃〜８５０℃よりもやや広い範囲、すなわち７００℃〜９００℃で結晶水が脱水する。
【００２８】
本発明のゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルは、前記ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体の内部に、補強材を備える。補強材として、炭素鋼からなる鉄筋または金網が使用され、鉄筋を溶接したマット状でよい。一般的には、ＡＬＣパネル等で用いられている鉄線であり、ＪＩＳＧ３５３２に規定されるＳＷＭ−Ｂが好ましい。これは、ＪＩＳＧ３５０５に規定されている軟鋼線材であり、炭素の含有量は０．１％程度である。
【００２９】
炭素鋼は、室温から７００℃までの平均熱膨張係数が１５×１０-6程度であるから、室温から７００℃までの炭素鋼を用いた補強材の熱膨張率は、約１％となる。
【００３０】
内部に補強材を配置したゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を加熱した場合、該ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体自体の断熱性により、内蔵される補強材の温度は、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体の表面の近傍の温度よりも１０℃〜５０℃程度、低くなっている。このため、補強材を内蔵したゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を加熱処理した場合、室温から７００℃までの加熱においては、鉄筋の熱膨張率が、前述の１％を下回ることとなる。
【００３１】
本発明のゾノトライト系珪酸カルシウム成形体は、室温から７００℃までの加熱寸法変化が０．０％〜＋１．０％の範囲にあるので、鉄筋の熱膨張率との差によりクラックが生ずる可能性を、極めて低くすることができる。
【００３２】
また、７５０℃〜８５０℃の加熱処理において、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体は、ゾノトライト結晶の結晶水の脱水に伴い収縮する。この収縮は、ゾノトライト系珪酸カルシウムである限り、避けることはできないが、７００℃〜９００℃における熱収縮率が１．０％以下であれば、鉄筋を内蔵するゾノトライト系珪酸カルシウム成形体は、クラックが極めて生じにくくなる。特に、内部の鉄筋の温度が７００℃以上であれば、クラックを生ずることなくゾノトライトからワラストナイトへ変成する。
【００３３】
理由の詳細は不明であるが、内蔵されている鉄筋が、７００℃以上の高温下で軟化し、ゾノトライトがワラストナイトに転移する際の収縮に、ある程度、追随するためと考えられる。
【００３４】
室温から７００℃までの加熱寸法変化が０．０％〜＋１．０％の範囲にあり、７００℃〜９００℃における熱収縮率が１．０％以下であるゾノトライト系珪酸カルシウム成形体は、ゾノトライト生成率が５０質量％〜８０質量％であることが必要である。ゾノトライト生成率が５０質量％未満では、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を構成する物質中にトバモライト結晶やＣＳＨと称される非晶質物質の占める割合が大きくなり、特に、室温から７００℃までの加熱時の脱水に伴い、収縮が著しく大きくなる。ゾノトライト生成率が８０質量％を超えると、ゾノトライト成分が主体となるため、従来は好ましいと予想されていたが、室温から７００℃まで膨張する度合いが高まり、７５０℃〜８５０℃での熱収縮率が１．０％よりも大きくなるので、好ましくないことが判明した。
【００３５】
本発明のゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルの製造方法では、ポルトランドセメントおよび生石灰からなる石灰質原料と、珪酸質原料と、石膏とを、ＣａＯ／ＳｉＯ2のモル比が０．８〜１．１であり、かつ、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比が６％以下となるように配合し、水と混合してスラリーとした後、該スラリーに金属アルミニウム粉末を添加して成形体材料を得て、該成形体材料を、予め補強材を配置した型枠に鋳込み、発泡硬化処理を行い、水蒸気養生処理を施す。
【００３６】
原料としては、石灰質原料と、珪酸質原料を主成分とするが、いずれも通常のＡＬＣの製造原料を、そのまま使用することができる。また、前述の特許第２７５７８７８号公報に開示されているように、石膏を添加することにより、ゾノトライト成形体の強度を高めることが可能となる。
【００３７】
配合条件の一方は、ＣａＯ／ＳｉＯ2のモル比を０．８〜１．１とする。０．８を下回ると、ゾノトライト以外の珪酸カルシウム系成分として、トバモライトやＣＳＨと称される非晶質物質が生成し、ゾノトライト生成率を５０質量％以上とすることができず、特に、室温から７００℃までの加熱に伴う熱収縮率が大きくなる。１．１を超えても、ゾノトライト以外の珪酸カルシウム系成分が生成し、ゾノトライト生成率を５０質量％以上とするこができない。
【００３８】
配合条件の他方は、全原料中に含まれるＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2とから求められたＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比を６％以下とする。ゾノトライト成分は、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比が高くなると生成しにくくなり、代わってトバモライトが生成しやすくなる。なお、Ａｌ原子は、主としてセメントから混入するため、セメントの配合割合を調整することによって達成される。
【００３９】
原料を、水と混合してスラリー化する際には、前述の特許第２７５７８７８号公報に記載されているように、ポルトランドセメントと珪酸質原料の混合物、および生石灰と石膏の混合物について、それぞれの混合物に水を加え、スラリー化する前水和をして、鋳込むことがより好ましい。
【００４０】
発泡硬化処理で使用される金属アルミニウム粉末として、一般のＡＬＣ用のものが使用される。金属アルミニウム粉末の量は、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体に要求される嵩比重を考慮して、適宜、調整すればよく、通常は嵩比重が０．３〜０．７程度となるように調整する。
【００４１】
水蒸気養生処理は、オートクレーブを使用して、飽和水蒸気圧下で行われる。水蒸気養生の温度は、１９０℃〜２４０℃の温度範囲が好ましいが、この温度範囲より低い場合でも、オートクレーブ中での水蒸気養生の時間を長くすることによって、ゾノトライト成分の生成率を高めることは可能である。また、高温であれば、水蒸気養生の時間が短くても、ゾノトライト成分の生成率は高まるが、２００℃を超えると、オートクレーブ内の圧力が高くなりすぎ、設備コストの面で問題となる。ゾノトライト成分の生成速度、設備コストの面からは、１９５℃、６時間程度の水蒸気養生が最も好ましい。
【００４２】
加熱処理の時間については、製造するパネルの厚さおよび大きさによって変わるため、一概に規定できないが、内部の鉄筋と成形体表面との温度差をできるだけ下げるように、昇温速度は極力、小さい方が好ましい。
【実施例】
【００４３】
（実施例１）
使用する原料の組成を、表１に示した。
【００４４】
表２に示した原料配合で混合を行い、全固体量を１００質量部として、７０質量部の水を加えてスラリーとして、４分間、混合した後、製品の嵩比重が０．５０となるように量を調整した金属アルミニウム粉末（約０．０６％）を添加し、３０秒、攪拌した後、予め鉄筋を配置した長さ７ｍ、幅１．５ｍ、高さ０．７ｍの型枠に鋳込んだ。
【００４５】
発泡硬化の後、厚さ５０ｍｍ、長さ１８００ｍｍ、幅６００ｍｍのサイズにピアノ線で切断し、オートクレーブに挿入して、１９５℃の飽和水蒸気圧下で、６時間、養生して、ゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルを得た。
【００４６】
得られたゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルについて、以下の測定を行った。
【００４７】
（１）鉄筋を除いた成形体部分を採取し、採取した成形体部分を十分に粉砕した後、１０５℃で２時間、乾燥させ、絶乾状態とした。イニシャル質量：Ｍ（ｍｇ）のサンプルについて、示差熱質量分析装置（ＴＧ−ＤＴＡ）を用いて２０℃／分の昇温速度で１０００℃までの熱質量減少曲線から、室温から１０００℃までの熱質量減少量：Ａ（ｍｇ）、および７５０℃から８５０℃までの熱質量減少量：Ｂ（ｍｇ）、を求めた。ゾノトライト生成率（％）は、以下の式で計算することができる（特許第２７５７８７８号公報参照）。
【００４８】
ゾノトライト生成率（％）＝｛Ｂ／（Ｍ−Ａ）｝／｛１８／（７１４−１８）｝×１００
【００４９】
（２）採取した成形体部分を、５ｍｍ角、長さ１５ｍｍの角柱状に成形し、２０℃／ｍｉｎの昇温速度にて、室温から７００℃までの寸法変化、および７５０℃から８５０℃までにおける収縮率を測定した。
【００５０】
（３）内部に鉄筋が配置された部分から、鉄筋ごと３００ｍｍ角に切断し、これを電気炉中で加熱処理をした。まず、室温から７００℃まで、昇温して、クラックの発生状況を観察し、その後、９００℃まで加熱した。加熱昇温速度は、９００℃までの昇温時間を１時間とした。
【００５１】
評価項目として、７００℃におけるクラック発生の有無、９００℃におけるクラック発生の有無について比較した。
【００５２】
得られた測定結果を、表３に示す。
【００５３】
（実施例２、３、比較例１〜４）
表２に示した原料配合で混合を行った以外は、実施例１と同様にして、ゾノトライト系珪酸カルシウムパネルを得た。
【００５４】
また、実施例１と同様の評価を行った。
【００５５】
得られた測定結果を、表３に示す。
【００５６】
比較例１では、ＣａＯ／ＳｉＯ2モル比が０．７０と低いため、ゾノトライト生成率も４５％にとどまり、その結果、室温から７００℃までの寸法変化も−１．４％と大きくなった。これにより、電気炉中で７００℃まで加熱した際にクラックが発生した。
【００５７】
実施例１〜３では、ゾノトライト生成率が５２％、７８％および７０％となり、加熱中の寸法変化、７５０℃〜８５０℃における熱収縮率のいずれも小さくなり、その結果、９００℃までの加熱においても、クラックの発生は認められなかった。
【００５８】
比較例２は、ＣａＯ／ＳｉＯ2モル比が１．１９と高く、その結果、ゾノトライト生成率が４１％と低下し、加熱時の寸法変化が大きくなり、クラックが発生した。
【００５９】
比較例３では、Ａｌ／（Ｓｉ＋Ａｌ）を２．０％と低くすることで、ゾノトライト生成率が８５％と高くなったが、７００℃までの熱膨張が＋１．０％を超え、７５０℃〜８５０℃における熱収縮率も大きくなり、クラックが生じた。
【００６０】
比較例４では、Ａｌ／（Ｓｉ＋Ａｌ）を６．９％と高くしたため、ゾノトライト生成率が３８％に低下し、特に、７００℃までの収縮が大きくなり、クラックが多数発生した。
【００６１】
【表１】
【００６２】
【表２】
【００６３】
【表３】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱性、断熱性および施工性に優れた建築用材料として用いられるゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体は、ＡＬＣとして知られているトバモライト系珪酸カルシウム成形体に比べても特に耐熱性に優れているために、主として高温用の保温材、断熱材、耐火被覆材といった建築用材料に使用されている。
【０００３】
従来は、壁材または床材のように強度が要求されるゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を得る方法としては、特開昭６３−１４４１５８号公報に記載されているように、珪酸質原料である珪石と、石灰質原料である消石灰とを配合し、成形体の強度を向上させるために、棒状のワラストナイト、繊維状の石綿やセラミックファイバー等を添加し、さらに水を添加してスラリー状として、得られたスラリーを型枠に流し込んで成形した後、型枠ごとオートクレーブ中で水熱反応させる。
【０００４】
特開昭６３−１４４１５８号公報に記載されているこの方法では、珪石、消石灰およびワラストナイト等の原料からなるスラリーが硬化しにくく、型枠ごとオートクレーブに入れなくてはならないために、要求される成形体の大きさに応じて種々の寸法の型枠を必要とする。そのため、コスト的に問題があるために、大型の成形体を得てから、所望の寸法に、一々、切断して使用に供さなければならず、実際問題として、様々な用途により異なる寸法が要求されるような場合には適さないという欠点もあった。
【０００５】
このような問題を解決するための手段として、特許第２７５７８７８号公報に記載されているように、ポルトランドセメントおよび生石灰よりなる石灰質原料と、珪石、珪砂等の珪酸質原料と、石膏とを主原料とし、ＣａＯ／ＳｉＯ2のモル比を０．７〜１．１とし、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比を７％以下とし、石膏の添加量を全原料固形物の２質量％〜３０質量％となるように調整し、前水和した後、適量の金属アルミニウム粉末を添加し、型枠に鋳込み、発泡硬化させた後、オートクレーブ中で１９０℃〜２４０℃の温度で適当な時間の水蒸気養生することにより、ゾノトライト含有率が３５質量％以上のゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を得ていた。
【０００６】
特許第２７５７８７８号公報に記載されているこの方法により得られたゾノトライト系珪酸カルシウム成形体は、内部に気泡を有しているので軽量であり、またゾノトライト結晶の存在比率を３５質量％以上のように高含有率とすることができるので、耐熱性を向上させることができる。また、型枠内に鋳込まれた原料スラリーは、ポルトランドセメントを原料として用いているために高い硬化性を有しているので、オートクレーブによる水蒸気養生を行う前に、型枠から取り出して、ピアノ線等を用いて容易に所望の寸法形状に切断することができるという利点もある。
【０００７】
しかしながら、得られたゾノトライト系珪酸カルシウム成形体は、極めて軽量でありながら圧縮強度が３０ｋｇ／ｃｍ2以上であるように、この種としてはかなり強靭であるが、壁材や床材として使用するには、強度がやや不足するおそれがあり、より一層の強度向上が望まれた。そのため、特開平４−１６４８７２号公報には、内部に鉄筋や金網等の補強材を配置させたゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルが記載されている。
【０００８】
特開平４−１６４８７２号公報に記載されているゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルは、特許第２７５７８７８号公報に記載されているゾノトライト系珪酸カルシウム成形体が有する断熱性、耐熱性、強度を有し、かつ内部を鉄筋等で補強しているため、従来から知られているＡＬＣよりも、特に耐熱性の面で優れたものである。
【０００９】
ＡＬＣは、トバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ2・５Ｈ2Ｏ）と呼ばれる珪酸カルシウム鉱物を主要構成成分としており、トバモライトは、５分子の結晶水を有している。そのため、ＡＬＣでは７００℃までに約２％もの加熱収縮を引き起こす。
【００１０】
一方、ゾノトライト（６ＣａＯ・６ＳｉＯ2・Ｈ2Ｏ）は、結晶水が１分子であり、トバモライトと比して少ない。そのため、ゾノトライトは、トバモライトに比較して、加熱脱水により、結晶の分解で生ずる寸法変化が小さくなる。つまり、ゾノトライト系珪酸カルシウムが耐熱性に優れるのは、ゾノトライト結晶の特性に起因する。
【００１１】
このように、特開平４−１６４８７２号公報に記載されている製造方法で得られたゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルは、ゾノトライト結晶の特性を反映し、高温加熱時の寸法安定性が優れているため、従来のＡＬＣに比較して耐熱性能により優れているが、近年、耐熱性能に対する要求がさらに高まり、ゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルとして、さらに耐熱性に優れたものが要求されている。
【００１２】
特に、内部に鉄筋等の補強材が配置されているゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルは、加熱によって内部の補強鉄筋が熱膨張するため、加熱収縮を低減させることが要求される。
【００１３】
【特許文献１】特開昭６３−１４４１５８号公報
【００１４】
【特許文献２】特許第２７５７８７８号公報
【００１５】
【特許文献３】特開平４−１６４８７２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、内部に鉄筋等の補強材が配置されたゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルの耐熱性をさらに改善するために、加熱寸法変化および熱収縮を低減させたゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルの一態様では、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体と、その内部に配置された補強材とからなる。
【００１８】
具体的には、内部に補強材が配置されており、ゾノトライト生成率が５０質量％〜８０質量％であり、室温から７００℃までの加熱寸法変化が０．０％〜＋１．０％の範囲にあり、かつ、７００℃〜９００℃における熱収縮率が１．０％以下である。
【００１９】
さらに、前記補強材が、炭素鋼からなる鉄筋もしくは金網であることが望ましい。
【００２０】
本発明のゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルの製造方法では、ポルトランドセメントおよび生石灰からなる石灰質原料と、珪酸質原料と、石膏とを、ＣａＯ／ＳｉＯ2のモル比が０．８〜１．１であり、かつ、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比が６％以下となるように配合し、水と混合してスラリーとした後、該スラリーに金属アルミニウム粉末を添加して成形体材料を得て、該成形体材料を、予め補強材を配置した型枠に鋳込み、発泡硬化処理を行い、水蒸気養生処理を施す。
【００２１】
前記成形体材料の原料として、さらに石膏を添加することが望ましい。
【００２２】
さらに、前記補強材として、炭素鋼からなる鉄筋もしくは金網を用いることが望ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、内部に鉄筋が配置されていても、加熱による寸法変化によりクラックが発生する可能性は極めて小さくなり、耐熱性が要求される壁材や床材などへ適用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明のゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルは、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体と、その内部に配置された補強材とからなる。
【００２５】
さらに、室温から７００℃までの加熱寸法変化は０．０％〜＋１．０％の範囲とした。また、７００〜９００℃における熱収縮率は１．０％以下とした。なお、加熱寸法変化の「＋」記号は、膨張を示す。
【００２６】
ゾノトライトそのものの熱分解の挙動は、７００℃までは分解することなく安定であることが知られており、７００℃までは加熱により膨張する。約７５０℃から８５０℃で、ゾノトライト結晶の結晶水を失い、結晶自体が収縮する。
【００２７】
工業的に得られるゾノトライトの場合は、結晶性に幅があるため、一般的に結晶水が失われるとされる温度範囲７５０℃〜８５０℃よりもやや広い範囲、すなわち７００℃〜９００℃で結晶水が脱水する。
【００２８】
本発明のゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルは、前記ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体の内部に、補強材を備える。補強材として、炭素鋼からなる鉄筋または金網が使用され、鉄筋を溶接したマット状でよい。一般的には、ＡＬＣパネル等で用いられている鉄線であり、ＪＩＳＧ３５３２に規定されるＳＷＭ−Ｂが好ましい。これは、ＪＩＳＧ３５０５に規定されている軟鋼線材であり、炭素の含有量は０．１％程度である。
【００２９】
炭素鋼は、室温から７００℃までの平均熱膨張係数が１５×１０-6程度であるから、室温から７００℃までの炭素鋼を用いた補強材の熱膨張率は、約１％となる。
【００３０】
内部に補強材を配置したゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を加熱した場合、該ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体自体の断熱性により、内蔵される補強材の温度は、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体の表面の近傍の温度よりも１０℃〜５０℃程度、低くなっている。このため、補強材を内蔵したゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を加熱処理した場合、室温から７００℃までの加熱においては、鉄筋の熱膨張率が、前述の１％を下回ることとなる。
【００３１】
本発明のゾノトライト系珪酸カルシウム成形体は、室温から７００℃までの加熱寸法変化が０．０％〜＋１．０％の範囲にあるので、鉄筋の熱膨張率との差によりクラックが生ずる可能性を、極めて低くすることができる。
【００３２】
また、７５０℃〜８５０℃の加熱処理において、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体は、ゾノトライト結晶の結晶水の脱水に伴い収縮する。この収縮は、ゾノトライト系珪酸カルシウムである限り、避けることはできないが、７００℃〜９００℃における熱収縮率が１．０％以下であれば、鉄筋を内蔵するゾノトライト系珪酸カルシウム成形体は、クラックが極めて生じにくくなる。特に、内部の鉄筋の温度が７００℃以上であれば、クラックを生ずることなくゾノトライトからワラストナイトへ変成する。
【００３３】
理由の詳細は不明であるが、内蔵されている鉄筋が、７００℃以上の高温下で軟化し、ゾノトライトがワラストナイトに転移する際の収縮に、ある程度、追随するためと考えられる。
【００３４】
室温から７００℃までの加熱寸法変化が０．０％〜＋１．０％の範囲にあり、７００℃〜９００℃における熱収縮率が１．０％以下であるゾノトライト系珪酸カルシウム成形体は、ゾノトライト生成率が５０質量％〜８０質量％であることが必要である。ゾノトライト生成率が５０質量％未満では、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を構成する物質中にトバモライト結晶やＣＳＨと称される非晶質物質の占める割合が大きくなり、特に、室温から７００℃までの加熱時の脱水に伴い、収縮が著しく大きくなる。ゾノトライト生成率が８０質量％を超えると、ゾノトライト成分が主体となるため、従来は好ましいと予想されていたが、室温から７００℃まで膨張する度合いが高まり、７５０℃〜８５０℃での熱収縮率が１．０％よりも大きくなるので、好ましくないことが判明した。
【００３５】
本発明のゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルの製造方法では、ポルトランドセメントおよび生石灰からなる石灰質原料と、珪酸質原料と、石膏とを、ＣａＯ／ＳｉＯ2のモル比が０．８〜１．１であり、かつ、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比が６％以下となるように配合し、水と混合してスラリーとした後、該スラリーに金属アルミニウム粉末を添加して成形体材料を得て、該成形体材料を、予め補強材を配置した型枠に鋳込み、発泡硬化処理を行い、水蒸気養生処理を施す。
【００３６】
原料としては、石灰質原料と、珪酸質原料を主成分とするが、いずれも通常のＡＬＣの製造原料を、そのまま使用することができる。また、前述の特許第２７５７８７８号公報に開示されているように、石膏を添加することにより、ゾノトライト成形体の強度を高めることが可能となる。
【００３７】
配合条件の一方は、ＣａＯ／ＳｉＯ2のモル比を０．８〜１．１とする。０．８を下回ると、ゾノトライト以外の珪酸カルシウム系成分として、トバモライトやＣＳＨと称される非晶質物質が生成し、ゾノトライト生成率を５０質量％以上とすることができず、特に、室温から７００℃までの加熱に伴う熱収縮率が大きくなる。１．１を超えても、ゾノトライト以外の珪酸カルシウム系成分が生成し、ゾノトライト生成率を５０質量％以上とするこができない。
【００３８】
配合条件の他方は、全原料中に含まれるＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2とから求められたＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比を６％以下とする。ゾノトライト成分は、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比が高くなると生成しにくくなり、代わってトバモライトが生成しやすくなる。なお、Ａｌ原子は、主としてセメントから混入するため、セメントの配合割合を調整することによって達成される。
【００３９】
原料を、水と混合してスラリー化する際には、前述の特許第２７５７８７８号公報に記載されているように、ポルトランドセメントと珪酸質原料の混合物、および生石灰と石膏の混合物について、それぞれの混合物に水を加え、スラリー化する前水和をして、鋳込むことがより好ましい。
【００４０】
発泡硬化処理で使用される金属アルミニウム粉末として、一般のＡＬＣ用のものが使用される。金属アルミニウム粉末の量は、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体に要求される嵩比重を考慮して、適宜、調整すればよく、通常は嵩比重が０．３〜０．７程度となるように調整する。
【００４１】
水蒸気養生処理は、オートクレーブを使用して、飽和水蒸気圧下で行われる。水蒸気養生の温度は、１９０℃〜２４０℃の温度範囲が好ましいが、この温度範囲より低い場合でも、オートクレーブ中での水蒸気養生の時間を長くすることによって、ゾノトライト成分の生成率を高めることは可能である。また、高温であれば、水蒸気養生の時間が短くても、ゾノトライト成分の生成率は高まるが、２００℃を超えると、オートクレーブ内の圧力が高くなりすぎ、設備コストの面で問題となる。ゾノトライト成分の生成速度、設備コストの面からは、１９５℃、６時間程度の水蒸気養生が最も好ましい。
【００４２】
加熱処理の時間については、製造するパネルの厚さおよび大きさによって変わるため、一概に規定できないが、内部の鉄筋と成形体表面との温度差をできるだけ下げるように、昇温速度は極力、小さい方が好ましい。
【実施例】
【００４３】
（実施例１）
使用する原料の組成を、表１に示した。
【００４４】
表２に示した原料配合で混合を行い、全固体量を１００質量部として、７０質量部の水を加えてスラリーとして、４分間、混合した後、製品の嵩比重が０．５０となるように量を調整した金属アルミニウム粉末（約０．０６％）を添加し、３０秒、攪拌した後、予め鉄筋を配置した長さ７ｍ、幅１．５ｍ、高さ０．７ｍの型枠に鋳込んだ。
【００４５】
発泡硬化の後、厚さ５０ｍｍ、長さ１８００ｍｍ、幅６００ｍｍのサイズにピアノ線で切断し、オートクレーブに挿入して、１９５℃の飽和水蒸気圧下で、６時間、養生して、ゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルを得た。
【００４６】
得られたゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルについて、以下の測定を行った。
【００４７】
（１）鉄筋を除いた成形体部分を採取し、採取した成形体部分を十分に粉砕した後、１０５℃で２時間、乾燥させ、絶乾状態とした。イニシャル質量：Ｍ（ｍｇ）のサンプルについて、示差熱質量分析装置（ＴＧ−ＤＴＡ）を用いて２０℃／分の昇温速度で１０００℃までの熱質量減少曲線から、室温から１０００℃までの熱質量減少量：Ａ（ｍｇ）、および７５０℃から８５０℃までの熱質量減少量：Ｂ（ｍｇ）、を求めた。ゾノトライト生成率（％）は、以下の式で計算することができる（特許第２７５７８７８号公報参照）。
【００４８】
ゾノトライト生成率（％）＝｛Ｂ／（Ｍ−Ａ）｝／｛１８／（７１４−１８）｝×１００
【００４９】
（２）採取した成形体部分を、５ｍｍ角、長さ１５ｍｍの角柱状に成形し、２０℃／ｍｉｎの昇温速度にて、室温から７００℃までの寸法変化、および７５０℃から８５０℃までにおける収縮率を測定した。
【００５０】
（３）内部に鉄筋が配置された部分から、鉄筋ごと３００ｍｍ角に切断し、これを電気炉中で加熱処理をした。まず、室温から７００℃まで、昇温して、クラックの発生状況を観察し、その後、９００℃まで加熱した。加熱昇温速度は、９００℃までの昇温時間を１時間とした。
【００５１】
評価項目として、７００℃におけるクラック発生の有無、９００℃におけるクラック発生の有無について比較した。
【００５２】
得られた測定結果を、表３に示す。
【００５３】
（実施例２、３、比較例１〜４）
表２に示した原料配合で混合を行った以外は、実施例１と同様にして、ゾノトライト系珪酸カルシウムパネルを得た。
【００５４】
また、実施例１と同様の評価を行った。
【００５５】
得られた測定結果を、表３に示す。
【００５６】
比較例１では、ＣａＯ／ＳｉＯ2モル比が０．７０と低いため、ゾノトライト生成率も４５％にとどまり、その結果、室温から７００℃までの寸法変化も−１．４％と大きくなった。これにより、電気炉中で７００℃まで加熱した際にクラックが発生した。
【００５７】
実施例１〜３では、ゾノトライト生成率が５２％、７８％および７０％となり、加熱中の寸法変化、７５０℃〜８５０℃における熱収縮率のいずれも小さくなり、その結果、９００℃までの加熱においても、クラックの発生は認められなかった。
【００５８】
比較例２は、ＣａＯ／ＳｉＯ2モル比が１．１９と高く、その結果、ゾノトライト生成率が４１％と低下し、加熱時の寸法変化が大きくなり、クラックが発生した。
【００５９】
比較例３では、Ａｌ／（Ｓｉ＋Ａｌ）を２．０％と低くすることで、ゾノトライト生成率が８５％と高くなったが、７００℃までの熱膨張が＋１．０％を超え、７５０℃〜８５０℃における熱収縮率も大きくなり、クラックが生じた。
【００６０】
比較例４では、Ａｌ／（Ｓｉ＋Ａｌ）を６．９％と高くしたため、ゾノトライト生成率が３８％に低下し、特に、７００℃までの収縮が大きくなり、クラックが多数発生した。
【００６１】
【表１】
【００６２】
【表２】
【００６３】
【表３】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に補強材が配置されており、ゾノトライト生成率が５０質量％〜８０質量％であり、室温から７００℃までの加熱寸法変化が０．０％〜＋１．０％の範囲にあり、かつ、７００℃〜９００℃における熱収縮率が１．０％以下であることを特徴とするゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネル。
【請求項２】
前記補強材が、炭素鋼からなる鉄筋もしくは金網である請求項１に記載のゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネル。
【請求項３】
ポルトランドセメントおよび生石灰からなる石灰質原料と、珪酸質原料とを、ＣａＯ／ＳｉＯ2のモル比が０．８〜１．１であり、かつ、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比が６％以下となるように配合し、水と混合してスラリーとした後、該スラリーに金属アルミニウム粉末を添加して成形体材料を得て、該成形体材料を、予め補強材を配置した型枠に鋳込み、発泡硬化処理を行い、水蒸気養生処理を施すことを特徴とするゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルの製造方法。
【請求項４】
前記成形体材料の原料として、さらに石膏を添加することを特徴とする請求項３に記載のゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルの製造方法。
【請求項５】
前記補強材として、炭素鋼からなる鉄筋もしくは金網を用いる請求項３または４に記載のゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルの製造方法。
【請求項１】
内部に補強材が配置されており、ゾノトライト生成率が５０質量％〜８０質量％であり、室温から７００℃までの加熱寸法変化が０．０％〜＋１．０％の範囲にあり、かつ、７００℃〜９００℃における熱収縮率が１．０％以下であることを特徴とするゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネル。
【請求項２】
前記補強材が、炭素鋼からなる鉄筋もしくは金網である請求項１に記載のゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネル。
【請求項３】
ポルトランドセメントおよび生石灰からなる石灰質原料と、珪酸質原料とを、ＣａＯ／ＳｉＯ2のモル比が０．８〜１．１であり、かつ、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比が６％以下となるように配合し、水と混合してスラリーとした後、該スラリーに金属アルミニウム粉末を添加して成形体材料を得て、該成形体材料を、予め補強材を配置した型枠に鋳込み、発泡硬化処理を行い、水蒸気養生処理を施すことを特徴とするゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルの製造方法。
【請求項４】
前記成形体材料の原料として、さらに石膏を添加することを特徴とする請求項３に記載のゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルの製造方法。
【請求項５】
前記補強材として、炭素鋼からなる鉄筋もしくは金網を用いる請求項３または４に記載のゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルの製造方法。
【公開番号】特開２００７−１５３６８７（Ｐ２００７−１５３６８７Ａ）
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５２０５３（Ｐ２００５−３５２０５３）
【出願日】平成１７年１２月６日（２００５．１２．６）
【出願人】（３９９１１７７３０）住友金属鉱山シポレックス株式会社 (195)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月６日（２００５．１２．６）
【出願人】（３９９１１７７３０）住友金属鉱山シポレックス株式会社 (195)
【Ｆターム（参考）】
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