(57)【要約】      （修正有）【課題】  有機分の吸着能を高めて、硬化促進剤を添加しなくても、セメントの硬化反応を阻害することがなく、安価で製造が容易であり、流動性が良好で、強度発現性を確保できるセメント組成物を用いた、木質セメント板及びその製造方法。【解決手段】  木質セメント板は、クリンカ鉱物組成としてＣ３Ｓ、Ｃ２Ｓ及び間隙相を含有し、かつＣ３Ａを含有せず、石膏を含まないセメント組成物を用い、特に、上記間隙相はＣ３Ａを含有しないものであり、かつ平均組成がＣ４ＡＦ乃至Ｃ６ＡＦ２の範囲に含まれる連続固溶体であり、また、クリンカ鉱物のＦｅ２Ｏ３が４．０質量％以上であって、Ｆｅ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３がモル比で１以上であるセメント組成物を用いるものである。前記木質セメント板は、当該セメント組成物と、木質繊維と水とを混合し、該混合物を所定形状に成形し、次いで養生、硬化させることにより得られる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
クリンカ鉱物組成としてＣ３Ｓ、Ｃ２Ｓ及び間隙相を含有し、かつＣ３Ａを含有せず、石膏を含まないセメント組成物を用いたことを特徴とする、木質セメント板。
【請求項２】
請求項１記載の木質セメント板において、上記間隙相はＣ３Ａを含有しないものであり、かつ平均組成がＣ４ＡＦ乃至Ｃ６ＡＦ２の範囲に含まれる連続固溶体であることを特徴とする、木質セメント板。
【請求項３】
請求項１または２記載の木質セメント板において、クリンカ鉱物中のＦｅ２Ｏ３含有量が４．０質量％以上であって、Ｆｅ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３がモル比で１以上であることを特徴とする、木質セメント板。
【請求項４】
クリンカ鉱物組成としてＣ３Ｓ、Ｃ２Ｓ及び間隙相を含有し、かつＣ３Ａを含有せず、石膏を含まないセメント組成物と、木質繊維と水とを混合し、該混合物を所定形状に成形し、次いで養生、硬化させることを特徴とする、木質セメント板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質セメント板およびその製造方法に関し、特に、高い有機物吸着性能を有し、耐硫酸塩性にも優れる、高強度を有する木質セメント板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の建設、土木分野における施工技術の合理化、省力化及び効率化の観点から、これらに使用される原材料であるセメントに対するニーズが極めて、多様化、複合化等してきている。
特に、最近、建築物の外装材や屋根材等の不燃化、難燃化を目的として、セメントと、木質繊維と水を練り混ぜた混合物を所定の形状に成形し、その後、養生硬化した木質セメント板が開発され、実用に供されている。
【０００３】
これらの木質セメント板には、木質繊維としては、木質パルプ、木片、木チップ、木粉、木毛等が用いられており、木質セメント板には、多くの有機物が含有されている。
しかし、木質セメント用途に、一般的なポルトランドセメントを用いては、木質セメントに含まれる酸等の、木質パルプ、木片、木チップ、木粉、木毛等の木材に含有される有機成分の含有率が高いため、ポルトランドセメントでは強度の発現が悪くなる。
【０００４】
これは、木質セメント板としての用途に、一般的なポルトランドセメントを用いる場合、これらの木質セメント板原料の木材に含有される有機成分が、ポルトランドセメントの表面に吸着されてしまい、セメントの水和反応を遅延させて硬化を阻害し、したがって固化強度や強度発現性を劣化させるからである。
【０００５】
上記点に鑑点に鑑み、木質セメント板に用いるセメント組成物の水和反応を促進させるために、塩化カルシウムや硫酸アルミニウムなどの硬化促進材を添加して固化性能及び強度発現の改善を図っている。
また、更に、木質セメント板の製造にあたり、養生時においても、養生を高温養生やオートクレーブ養生をおこなって、硬化反応を促進させている。
かかる木質セメント板として、特開２００５−５９５１３号には、水硬性無機材料と、微小繊維状セルロースを含む木質補強材とを主体とする原混合物を加水した上で撒布し、マットをフォーミングし、該マットを圧縮、養生、硬化せしめる木質セメント板の製造方法が開示されている。
【０００６】
また、強度発現性を劣化させないための他の方法として、木材に含有される有機成分を除外する方法があり、例えば、木材をあらかじめ洗浄する方法、無機質多孔体等の有機成分吸着剤を添加する方法、あるいは、セメント組成に石膏等を多量に含ませて有機成分吸着能の高いエトリンガイトをセメントの水和反応過程で生成させる方法等が知られている。
【０００７】
一方、ポルトランドセメントは、クリンカ鉱物として３ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ３Ｓ）、２ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ２Ｓ）、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（Ｃ３Ａ）及び４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ４ＡＦ）を含有するが、前記鉱物の中のひとつである４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ４ＡＦ）に代表される鉄を含有するフェライト相にも比較的高い有機物吸着能があることが知られている。
【０００８】
Ｃ４ＡＦ等を多く含むものとして、特開平１０−３３０１３５号公報には、セメントクリンカ中のＡｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３比が０．５２〜０．６２であり、当該クリンカに、ＳＯ３量で２質量％となるように石膏を添加して得られたセメント組成物が開示されている。
しかしながら、Ｃ４ＡＦ等の有機物吸着能は、石膏共存下ではＳＯ３２−イオンの影響により低下してしまうことも知られており、上記のセメント組成物は有機分吸着能の点では満足できるものではなかった。
【０００９】
なお、ＪＩＳに規定されているポルトランドセメントは、ＳＯ３２−イオンの非存在下では瞬結して強度発現性が損なわれてしまうため、凝結時間を調節して瞬結を抑制するためにＳＯ３２−イオンの供給源として石膏を添加することが不可欠である。
従って、強度発現性を確保しつつＣ４ＡＦ等の有機分吸着能を高めたセメント組成物を得ることは困難であった。
よって、木質セメント板において、木材に含有される有機成分を除外して、強度発現の改善を図るのに、鉄を含有するフェライト相の有機物吸着能を利用することは困難であった。
【特許文献１】特開２００５−５９５１３
【特許文献２】特開平１０−３３０１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の目的は、上記問題点を解決し、強度発現性を確保しつつ、Ｃ４ＡＦ等の有機分の吸着能を高めたセメント組成物を用いた木質セメント板及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、セメント組成物中に含まれるクリンカ鉱物を特定のものとすることにより、石膏が非含有であっても強度発現性を確保することが可能であることを見出し、これによりＳＯ３２−イオン非存在の環境を実現し、Ｃ４ＡＦ等の有機分吸着能が高められたセメント組成物を得て、これを用いることによって、鉄を含有するフェライト相の有機物吸着能を利用する木質セメント板に至ったものである。
【００１２】
すなわち、本発明の木質セメント板は、クリンカ鉱物組成としてＣ３Ｓ、Ｃ２Ｓ及び間隙相を含有し、かつＣ３Ａを含有せず、石膏を含まないセメント組成物を用いたことを特徴とする。
好適には、本発明の木質セメント板は、上記間隙相はＣ３Ａを含有しないものであり、かつ平均組成がＣ４ＡＦ乃至Ｃ６ＡＦ２の範囲に含まれる連続固溶体であることを特徴とする。
更に好適には、前記本発明の木質セメント板において、前記セメント組成物は、クリンカ鉱物中のＦｅ２Ｏ３含有量が４．０質量％以上であって、Ｆｅ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３がモル比で１以上であることを特徴とする。
また、本発明の木質セメント板の製造方法は、上記特定の組成を有するセメント組成物と、木質繊維と水とを混合し、当該混合物を所定形状に成形し、次いで養生、硬化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の木質セメント板は、クリンカ鉱物として、Ｃ３Ｓ、Ｃ２Ｓ及び間隙相を含有し、Ｃ３Ａを含有しない特定のセメントクリンカを製造して、これを主成分として用いることで、凝結遅延材としての石膏を用いなくても、初期水和における瞬結が起こらず、高流動性を保持することができる。
【００１４】
また石膏を含まないため、Ｃ４ＡＦ等の鉄を含有するフェライト相の有機物質吸着量が大きく、木質セメント板を製造する際にも、硬化阻害の原因となる有機遅延物質を、Ｃ４ＡＦ等の鉄を含有するフェライト相が吸着固定するため、硬化促進剤を用いなくても十分な硬化が達成され、強度発現性を確保することができる。
更に、石膏を含有せず、硬化促進剤の添加量が少なくなるためまたは不要となるため、安価なセメント組成物が得られ、木質セメント板の製造過程においても、作業性が良好で効率のよい簡便な製造が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を次の好適例により説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明の木質セメント板は、クリンカ鉱物組成として、Ｃ３Ｓ、Ｃ２Ｓ及び間隙相を含有し、かつＣ３Ａを含有せず、石膏を含まないセメント組成物を用いたものであり、当該セメント組成物は、好ましくはクリンカ鉱物のＦｅ２Ｏ３が４．０質量％以上であって、かつＦｅ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３がモル比で１以上である。
このような組成とすることで、木質セメント板に用いるセメントの硬化反応を阻害する有機物を吸着して硬化反応を促進することができるとともに、石膏を添加しなくても、初期水和反応における瞬結の発生を抑制することができる。
【００１６】
まず、本発明の木質セメント板に用いるセメント組成物のクリンカは、クリンカ鉱物相として、Ｃ３Ｓ、Ｃ２Ｓ及び間隙相を含有し、Ｃ３Ａを含有しないものである。
ここで、間隙相はＣ３Ａを含有しないものであり、特に、平均組成がＣ４ＡＦ乃至Ｃ６ＡＦ２の範囲に含まれる連続固溶体であることが好ましい。
セメント組成物中にＣ３Ａが存在すると、かかるＣ３Ａは水和反応性が高く、水和発熱量も多いことが知られており、石膏が存在しない環境下ではＣ３Ａが瞬結して、その後の水和反応を阻害してしまうので、強度発現性を確保することができない。
【００１７】
クリンカ鉱物相の組成割合は、Ｃ３Ｓ量が５０質量％、好ましくは６０質量％以上、間隙相量が１８〜２１質量％であることが好ましい。
Ｃ３Ｓ量が５０質量％以上であれば、強度発現性を十分得ることができる。
間隙相量が１８〜２１質量％の範囲であれば、クリンカ製造時に操業面及び品質面共に安定した焼成を行うことができる。
【００１８】
上記のセメント組成物を効率的に得るためには、クリンカ鉱物相中の化学組成として、Ｆｅ２Ｏ３が４．０質量％以上、特に４．５〜９質量％であることが好ましい。
Ｆｅ２Ｏ３の割合が４質量％未満では、Ｃ３Ａが生成してしまう場合があり、また９質量％を越えると、セメント組成物の水和活性が低下する場合があり、またクリンカ製造時に操業の安定化を図ることが困難となってしまう場合がおこりうるからである。
【００１９】
また、クリンカ鉱物相中の化学組成として、Ｆｅ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３との割合は、Ｆｅ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３モル比が、１以上のものであることが好ましい。
かかるＦｅ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３モル比が約１付近で、ボーグ式で計算した場合の間隙相は、フェライト（Ｃ４ＡＦ）のみとなり、Ｃ３Ａが計算上生成しなくなる。
さらに、該モル比を増加させることにより、間隙相はＣ６ＡＦ２組成のフェライトへと変化していく。
【００２０】
これにより、平均組成がＣ４ＡＦ乃至Ｃ６ＡＦ２の範囲に含まれる連続固溶体で形成される間隙相を効率的に得ることができ、水和反応性が高く水和発熱量も多いＣ３Ａが生成しないようになり、これによって石膏を用いない環境下において、有機物質量をかかる間隙相のフェライト類が吸着性能を十分に発揮するとともに、水和開始時の瞬結を生じることなく、強度発現性を確保することができる。
更に、Ｆｅ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３モル比が増大するにつれて、セメントの水和発熱量が低下し、流動性が向上する。
【００２１】
このように石膏を用いない環境下において、フェライト相が有機物質を効率的に吸着するとともに、Ｃ３Ａが含有されないことにより瞬結が起こらず、エーライト（Ｃ３Ｓ）の初期水和活性が阻害されることなく強度発現性を確保することができるので、これにより有機物を含んでいても、優れた強度発現性を有することができる。
【００２２】
かかるセメント組成物に含まれるクリンカは、具体的には、例えば石灰石、珪酸質原料、アルミナ質原料及び鉄原料の混合物を焼成して得られる。
このようにして得られたクリンカを粉砕することにより、あるいはこれに必要に応じて石膏以外のセメント混和材を添加することにより、本発明の木質セメント板の製造に用いられるセメント組成物が得られる。
石膏以外のセメント混和材としては、高炉スラグ、フライアッシュ、石灰石微粉末等が挙げられる。
【００２３】
また、得られたセメント組成物の粉末度は特に限定されないが、好適には、２５００〜４５００ｃｍ２／ｇ、特に好適には、２８００〜４０００ｃｍ２／ｇであることが望ましい。
これは２５００ｃｍ２／ｇ未満であると、十分な強度が得られない場合があり、また、４５００ｃｍ２／ｇを超えると、製造コストがかさみ不経済であるからである。
【００２４】
木質セメント板を製造する際に、添加される水は、水セメント比（セメントに対する水の質量比）は、５０質量％以上かつ３００質量％以下が好ましい。
その理由は、セメント／水比が５０質量％未満であると、混合物の性状が硬くなって流動性が悪くなり、得られた硬化体の均質性が低下するからであり、また、３００質量％を超えると、混合物の性状が軟らかくなり過ぎ（材料が分離する）、ブリーディング水が発生し、得られた硬化体の均質性が低下するからである。
【００２５】
本発明の木質セメント板に用いることができる木質繊維としては、木質パルプ、木片、木チップ、木粉、木毛、木質繊維束等が好適に用いられる。
木質繊維の配合量は、セメント１００質量部に対して０．５質量部以上かつ１００質量部以下であることが好ましい。その理由は、木質繊維の配合量が１００質量部を超えると、混合物の性状が硬くなり、練り混ぜ時に均質になり難いからであり、また、０．５質量部未満であると、木質繊維の添加効果が得られないからである。
【００２６】
前記混合物は、必要に応じて、さらに硬化促進剤を含むものとしてもよいが、これらの硬化促進剤を含まなくても、硬化反応が阻害されることなく、十分に発揮することができる。
硬化促進剤としては、塩化マグネシウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、蟻酸カルシウム、酢酸カルシウム、アクリル酸カルシウム、硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、チオシアン酸ナトリウム、亜硝酸カルシウム、亜硝酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等が好適に用いられる。
【００２７】
硬化促進剤を配合する場合には、セメント組成物中のクリンカ成分１００質量部に対して３質量部未満でよい。
その理由は、木質セメント板に用いるセメント組成物は、上記組成を有することにより、硬化反応を阻害されることがないからであり、十分に高い強度を保持できるからである。
【００２８】
また、混和材としては、高炉スラグ微粉末、石灰石粉、フライアッシュ、シリカフューム、石炭灰、珪石粉等が好適に用いられる。
混和材の配合量は、セメント組成物中のクリンカ成分１００質量部に対して５０質量部以上かつ３００質量部以下であることが好ましい。
その理由は、配合量が５０質量部未満であると、混和材の添加効果が得られず、混合物の性状が安定しない場合があるからであり、また、配合量が３００質量部を超えると、混合物の性状が硬くなる場合があるからである。
【００２９】
上記の木質繊維を解繊した後、セメント、木質繊維及び水を混練し、必要に応じて、さらに硬化促進剤および／または混和材を混練して、セメント及び木質繊維を含む混合物を調製する。
【００３０】
かかる木質繊維の解繊は、例えば、ジューサーミキサ等、攪拌能力があるミキサに所定量の木質繊維及び水を投入し、ミキサ解繊能力の最大値にて、木質繊維の解繊を実施する。
解繊時間は例えば２〜４分とする。
この時間内であれば、木質繊維は十分解繊することができる。
この様にして、解繊した木質繊維が水中に分散された分散液を得ることができる。
【００３１】
上記分散液に、セメント、必要に応じて硬化促進剤および／または混和材を投入する。
投入後、例えば、ホバートミキサ、ハンドミキサ等、混練能力があるミキサを用いて混練する。
混練時間は、例えば、１〜４分とする。
この時間内であれば、十分混練することができる。
【００３２】
次いで得られた混合物を所定の型枠に打設し、養生、硬化させて木質セメント板を製造することができる。
かかる養生は、湿潤養生、高温高圧養生、オートクレーブ養生等、任意の養生方法を用いることができる。
【００３３】
一般に、木質材料に含まれる有機質を高含有率で含む場合には、セメントの水和反応を著しく遅延するが、本発明の組み合わせにおいて促進される水和反応は、かかる木質材料の影響を受けないため、速やかに強度を発現することができる。
これは、Ｃ４ＡＦやＣ６ＡＦ２等の鉄を含有するフェライト相やその水和物であるカルシウムアルミネートハイドレート等により、木質材料の有機質分などの有機酸が吸着されるため、３ＣａＯ・ＳｉＯ２の水和遅延を起す作用が軽減されることになるからである。
したがって、硬化促進剤の使用量を極めて軽減することが可能となる。
【実施例】
【００３４】
本発明を次の試験例及び実施例に基づき説明する。
試験例１〜４
各試薬を用いてセメントクリンカの原料を調合した混合物を、電気炉にて１４５０℃で１時間焼成後、当該電気炉より取り出して空気中で急冷して、表１に示す各組成のクリンカを得た。
【００３５】
【表１】
2006306671.tif 000002
【００３６】
得られたクリンカをＸ線回析装置（理学電機（株）製；ＲＡＤ−ｒＣ）を用いて回析し、得られた鉱物組成結果を、表２に示す。
また、鉱物フェライト相中のＦｅ／Ａｌのモル比も、同様に表２に示す。
【００３７】
【表２】
2006306671.tif 000003
【００３８】
次いで、上記クリンカ１〜３を、ブレーン比表面積で粉末度３３００ｃｍ２／ｇに粉砕して、試験例１〜３のセメント組成物を得た。
また、上記クリンカ４には、二水石膏を３質量％添加して、ブレーン比表面積で粉末度を３３００ｃｍ２／ｇに粉砕して、試験例４のセメント組成物を得た。
【００３９】
各セメント組成物にグルコン酸ナトリウムを０．２質量％添加し、さらに水を水セメント比が５０質量％となるように添加して、有機遅延物質入りのモルタルを得た。
得られたモルタルについて、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１−１９９７「セメントの物理試験方法：（５）強さ試験」に準拠して材齢７日のモルタル強さを測定した。
その結果を表３に示す。
【００４０】
【表３】
2006306671.tif 000004
【００４１】
表３より、試験例１〜３は、石膏を含まないものであるにもかかわらず良好な強度発現性を示しており、有機遅延物質入りの条件下で試験例４よりも高い強度が得られていることが解る。
【００４２】
実施例
上記試験例３のセメント組成物１００質量部、木粉１０質量部、硬化促進剤２質量部及び水６５質量部を混合し、これを成型・養生して実施例の木質セメント板を得た。
なお、上記材料には、木粉として北米カラマツを、硬化促進剤として塩化マグネシウムを用いた。
また、養生条件は、成型後７０℃、６時間の気中養生を一次養生とし、一次養生後１６５℃、昇温１．５時間、保持７時間、降温１．５時間のオートクレーブ養生を行った。
【００４３】
この実施例の木質セメント板について、上記試験例と同様に一次養生後及びオートクレーブ養生後の強さを測定したところ、一次養生後強度１．５Ｎ／ｍｍ２オートクレーブ養生後、強度３．４Ｎ／ｍｍ２となり、良好な強度発現性を有する結果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の木質セメント板は、高い有機物吸着性能を有するため、硬化促進反応が阻害されず、高強度であるため、建築物の外装材や屋根材等の、建築分野に有効に適用することができる。
更にＣ３Ａを含有しないため耐硫酸性に優れ、海洋や油井等の土木、建築分野の建材等に利用することも可能となる。