(57)【要約】【課題】  トバモライトの結晶性を向上させて、軽量気泡コンクリートの耐炭酸化性を高めるための原料配合の管理指標を明確にし、耐炭酸化性に優れた軽量気泡コンクリートの製造方法を提供する。【解決手段】  生石灰量、セメント量及び粒度が２０μｍ以下の珪石量に基づいて、トバモライトの結晶化に寄与する（Ｃ／Ｓ）ｃ＝（生石灰のＣａＯ量／５６＋セメントのＣａＯ量／５６）／（珪石のＳｉＯ２量×粒度２０μｍ以下の重量比／６０＋セメントのＳｉ２Ｏ量／６０）が、０．６５〜０．７５となるようＣａＯ量、ＳｉＯ２量及び粉砕後の粒度２０μｍ以下の珪石重量を管理して、トバモライトの結晶性を高め、耐炭酸化性に優れた軽量気泡コンクリートの製造が可能になり、製造される軽量気泡コンクリートは、耐ひび割れ性よく、建築物の耐用年数延長、補修・改修コストの低減、産業廃棄物の低減が可能になる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
生石灰、セメント及び桂砂を主原料とし、トバモライトを主要構成素子とする軽量気泡コンクリートの製造方法であり、
生石灰量、セメント量及び粒度が２０μｍ以下の珪石量に基づいて、演算される前記トバモライトの結晶化に寄与するＣａＯ／ＳｉＯ２モル比（Ｃ／Ｓ）ｃ＝ （生石灰のＣａＯ量／５６＋セメントのＣａＯ量／ ５６）／（珪石のＳｉＯ２量×粒度２０μｍ以下の重量比／６０＋セメントのＳｉＯ２量／６０）が、０．６５ないし０．７５となるように、前記ＣａＯ量と前記ＳｉＯ２量とを選択し、前記珪石の粒度を管理することにより、前記トバモライトの結晶性を高め、耐炭酸化性に優れた軽量気泡コンクリートを製造することを特徴とする耐炭酸化性に優れた軽量気泡コンクリートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物の壁、屋根、床などに使用される軽量気泡コンクリートに関し、特に耐炭酸化性に優れた軽量気泡コンクリートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＬＣ（Ａｕｔｏｃｌａｖｅ  Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ  Ａｅｒａｔｅｄ Ｃｏｎｃｒｅ ｔｅ：オートクレーブ発泡コンクリート）は、軽量で耐火性、耐熱性、施工性に優れているために、建築材として各方面で広く使用されている。
このＡＬＣは、珪石などの珪酸質原料と、セメントや生石灰などの石灰質原料とを主原料として製造され、先ず、これら原料の微粉末に水と発泡添加剤としてのアルミニウム粉末とを加えて、水固体比が０．５〜０．７程度のスリラーが作成される。そして、モールド内で、このスリラーに対して、発泡添加剤であるアルミニウム粉末の反応による発泡動作が行なわれ、石灰質原料の反応によって半硬化状態にされた後に、所定サイズに成形され高温高圧水蒸気養生が施されてＡＬＣが製造される。
【０００３】
このようにして製造されるＡＬＣは、内部に気泡と細孔とが形成され、嵩比重が０．５程度の軽量で耐火性、耐熱性、施工性に優れているが、気泡と細孔が全体積のほぼ８割を占め、空隙の多い微細構造であるために吸水特性を有し、水分やガスがＡＬＣ内部に侵入し易い。
このために、ＡＬＣの主要な構成素子であり、バインダーとなるトバモライト（Ｔｏｂｅｒｍｏｒｉｔｅ；５ＣａＯ・６ＳｉＯ２・５Ｈ２Ｏ ）が水分の存在下で炭酸ガスと反応 し、シリカゲルと炭酸カルシウムに分解する炭酸化が発生し、この炭酸化によってＡＬＣが収縮してひび割れが発生し強度低下の原因になるという問題が生じる。
この場合炭酸化の度合を示す炭酸化度（Dｅｇｒｅｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎ ）Ｄｃは、後記する特許文献２にも記載されているように、ＡＬＣの炭酸ガス含有量をＣｘ（ｗｔ％）、オートクレーブ養生終了直後のＡＬＣの炭酸ガス含有量をＣｏ（ｗｔ％）、最大限に炭酸化させた試料の炭酸ガス含有量をＣｍａｘ（ｗｔ％）として次式で示される。
【０００４】
Ｄｃ＝｛（Ｃｘ−Ｃｏ）／（Ｃｍａｘ−Ｃｏ）｝・１００      ・・・（１）        
【０００５】
前述した炭酸化により生じる問題を解決するために、従来からＡＬＣに特定の添加物を含ませ、化学構成を変化させる方法と、ＡＬＣのトバモライトの結晶構造を特定させる方法とが行なわれている。
このことに関して、後記する特許文献１には、ＡＬＣの耐炭酸化性を向上させるために、シロキサン単位を１分子中に少なくとも一個有するオルガノポリシロキサンを、０．０００５〜０．０４（ｗｔ％）含むＡＬＣが開示されている。
また、後記する特許文献２には、ＡＬＣの耐炭酸化性を向上させるために、側鎖が全てメチル基であるジメチルポリシロキサンを０．００１〜０．１８（ｗｔ％）含むＡＬＣが開示されている。
一方で、後記する特許文献３には、トバモライト結晶の（００２）面の面間隔を１１．４〜１１．６とすることによって、耐炭酸化性を高め、乾燥収縮性を低減したＡＬＣが開示されている。さらに、特許文献４には、トバモライトの（２２０）面のＸ線回折ピークの強度Ｉｂが、トバモライト（２２０）面と（２２２）面の２本のＸ線回折ピークに挟まれた領域でのＸ線回折ピークの最低値Ｉａに対して、（Ｉｂ／Ｉａ）＞２の関係を持たせ、強度と耐炭酸化性に優れた珪酸カルシウム硬化体が開示されている。
【０００６】
特許文献１や特許文献２に開示されたＡＬＣでは、含有させる添加物が特殊な物質で高価であり、全体の製造時間も長くなってＡＬＣの製造コストが上昇するという問題があり、添加物質によってはモルタル粘性が増加して発泡成形に悪影響を及ぼす場合もある。また、特許文献３や特許文献４に開示されたＡＬＣや珪酸カルシウム硬化体では、Ｘ線回折法によって、短時間で効率的にトバモライトの結晶性を判定することにより、耐炭酸化性に優れたＡＬＣや珪酸カルシウム硬化体を選択取得できるが、試料の調整処理や測定条件によってデータにばらつきが生じたり、再現性が損なわれたりすることがあった。
【特許文献１】特開２０００−２１９５７９号公報
【特許文献２】特開２０００−２１９５５８号公報
【特許文献３】特開平７−２６７７５３号公報
【特許文献４】特開２００１−１２２６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前述したようなＡＬＣに対する従来の耐炭酸化性を高める技術での問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、トバモライトの結晶性を向上させて、軽量気泡コンクリートの耐炭酸化性を高めるための原料配合の管理指標を明確にし、耐炭酸化性に優れた軽量気泡コンクリート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】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明は、生石灰、セメント及び桂砂を主原料とし、トバモライトを主要構成素子とする軽量気泡コンクリートの製造方法であり、生石灰量、セメント量及び粒度が２０μｍ以下の珪石量に基づいて、演算される前記トバモライトの結晶化に寄与するＣａＯ／ＳｉＯ２モル比（Ｃ／Ｓ）ｃ＝（生石灰のＣａＯ量／５６＋セメントのＣａＯ量／５６）／（珪石のＳｉＯ２量×粒度２０μｍ以下の重量比／６０＋セメントのＳｉＯ２量／６０）が、０．６５ないし０．７５となるように、前記ＣａＯ量と前記ＳｉＯ２量とを選択し、前記珪石の粒度を管理することにより、前記トバモライトの結晶性を高め、耐炭酸化性に優れた軽量気泡コンクリートを製造することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明によると、生石灰、セメント及び桂砂を主原料とし、トバモライトを主要構成素子とする軽量気泡コンクリートの製造に際して、生石灰量、セメント量及び粒度が２０μｍ以下の珪石量に基づいて、演算されるトバモライトの結晶化に寄与するＣａＯ／ＳｉＯ２モル比（Ｃ／Ｓ）ｃ＝（生石灰のＣａＯ量／５６＋セメントのＣａＯ量／５６）／（珪石のＳｉＯ量×粒度２０μｍ以下の重量比／６０＋セメントのＳｉＯ量／６０）が、０．６５ないし０．７５となるように、ＣａＯ量とＳｉＯ２量とを選択し、珪石の粒度を管理することによって、トバモライトの結晶性が高められ、耐炭酸化性に優れた軽量気泡コンクリートが製造される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、生石灰、セメント及び桂砂を主原料とし、トバモライトを主要構成素子とする軽量気泡コンクリートの製造に際して、生石灰量、セメント量及び粒度が２０μｍ以下の珪石量に基づいて、演算されるトバモライトの結晶化に寄与するＣａＯ／ＳｉＯ２モル比（Ｃ／Ｓ）ｃ＝（生 石灰のＣａＯ量／５６＋セメントのＣａＯ量／５６）／（珪石のＳｉＯ量×粒度２０μｍ以下の重量比／６０＋セメントのＳｉＯ量／６０）が、０．６５ないし０．７５となるように、ＣａＯ量とＳｉＯ２量とを選択し、珪石の粒度を管理することによって、トバモライトの結晶性を高めることが可能になり、耐炭酸化性に優れた軽量気泡コンクリートの製造が可能になる。
このようにして製造される軽量気泡コンクリートでは、炭酸化による収縮量が抑えられ、圧縮強度が高められて、耐ひび割れ性が向上し、軽量気泡コンクリートを使用した建築物の耐用年数を延長し、補修・改修コストを低減し、ひいては産業廃棄物を低減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本実施の一実施の形態を、表１を参照しながら、選択された各実施例に基づいて、比較例との比較下で説明する。
表１は本発明の一実施の形態の各実施例における原料配合データ、各条件下のＣ／Ｓ（ＣａＯ／ＳｉＯ２モル比）、Ｘ線回折法によるトバモライトの結晶性データ、及び炭酸化度データを示す表である。
【００１２】
前述したように、ＡＬＣでは、バインダーとなるＡＬＣの主要鉱物であるトバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ２・５Ｈ２Ｏ）が水分の存在下で炭酸ガスと反応し、シリカゲルと炭酸カルシウムに分解する炭酸化が発生し、この炭酸化によってＡＬＣが収縮してひび割れの原因となる。
トバモライトは、半硬化体の製造工程において、セメントと生石灰の水和で生成した低結晶性珪酸カルシウムと水和物が、水蒸気養生中に珪石が溶融して供給されるＳｉＯ２成分と反応して結晶化したものである。
【００１３】
一般に、トバモライトの結晶性を、Ｘ線回折法によるトバモライト結晶面のピーク強度により判定することが行なわれている。
本実施の形態では、トバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ２・５Ｈ２Ｏ ）の理論組成に基づいて、水蒸気養生後のＡＬＣを化学分析して、石英量、ＣａＯ量、全ＳｉＯ２量、及びＳＯ３量を測定し、次式によって、水蒸気養生後の反応生成物のＣ／Ｓ＝（Ｃ／Ｓ）ａを求め、得られる結果がトバモライトの組成式から化学量論的に得られる５／６＝０．８３に近いほど、トバモライトの結晶性が高いと判定することにした。
ここで、石英量とは未反応のまま残存した珪石量に対応するものであり、水蒸気養生後の反応生成物のＳｉＯ２量を求めるには、全ＳｉＯ２量から残存珪石量を減算する必要がある。
また、分析されるＣａＯ量には、トバモライトの他に、セメントに含まれる石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）のＣａ量分と、原料として配合された石膏のＣａ量分とが含まれるので、ＳＯ３量に基づき算出される石膏分のＣａＯ量を減算する必要がある。
【００１４】
（Ｃ／Ｓ）ａ＝
（ＣａＯ量／５６−ＳＯ３量×５６／８０）／（全ＳｉＯ２量／６０−石英量／６０）
・・・  （２）
【００１５】
ところで、実際にＡＬＣの製造を工業的に行なう場合には、水蒸気養生中の珪石の溶解速度が遅いために、主原料の配合ではトバモライトの化学量論的なＣ／Ｓよりも、過剰量の珪石を加える必要がある。
発明者等の繰り返した実験の結果では、次式で与えられる主原料全体の（Ｃ／Ｓ）ｂは０．４ないし０．６の範囲に設定すると、最適の製造条件であるとの結論に達した。
【００１６】
（Ｃ／Ｓ）ｂ＝
（生石灰のＣａＯ量／５６＋セメントのＣａＯ量／５６）／（珪石のＳｉＯ２量／６０
＋セメントのＳｉＯ２量／６０）
・・・  （３）
【００１７】
水蒸気養生中では、珪石量の一部がトバモライトの結晶化に消費されるが、その他の珪石は未反応残存することが知られている。この場合、珪石の粒度２０μｍ以下が水蒸気養生中に反応してトバモライトの結晶化に消費されているために、珪石の被粉砕性によって、粒度２０μｍ以下の重量が変動すると、珪石の反応性やトバモライトの結晶性に影響を与える。
【００１８】
これらの観点に基づき、発明者等は、長年の研究と実験の積み重ねにより、水蒸気養生中に未反応のまま残存する珪石量を除いて、トバモライトの結晶化に寄与する生石灰、セメント及び易溶解性の粒度（２０μｍ以下の粒度）の珪石からなる結晶化に寄与するＣ／Ｓ＝（Ｃ／Ｓ）ｃを、次式のように導出し、この（Ｃ／Ｓ）ｃが、０．６５ないし０．７５の条件下で、トバモライトの結晶性が向上し、ＡＬＣの耐炭酸化性が高まっているとの結論に達した。
【００１９】
（Ｃ／Ｓ）ｃ＝
（生石灰のＣａＯ量／５６＋セメントのＣａＯ量／５６）／（珪石のＳｉＯ２量×粒度２０μｍ以下の重量比／６０＋セメントのＳｉＯ２量／６０）
・・・    （４）
【００２０】
（４）式に示す結晶化に寄与する（Ｃ／Ｓ）ｃが０．７５以上になると、水蒸気養生中にトバモライトへ反応するＳｉＯ２成分に対して、ＣａＯ成分が過剰になり、トバモライ トの結晶化が不十分になり、耐炭酸化性が低下する原因になる。
一方、結晶化に寄与する（Ｃ／Ｓ）ｃが０．６５以下になると、易溶解性の珪石が多くなり、トバモライトが結晶化する前に、低結晶性珪酸カルシウム水和物として水蒸気養生の条件下で安定化するために、耐炭酸化性が低下する原因となる。
【００２１】
本実施の形態では、主原料としてＣａＯ量９５．０％の生石灰、ＣａＯ量６５．１％でＳｉＯ２量９６．５％の珪石、副原料として、石膏及び繰り返し原料からなる固体原料を 、各実施例及び各比較例ごとに、表１に示す配合量で混合して、ＡＬＣの固体原料とし、これらの固体原料に水６０重量部、発泡剤としてアルミニウム粉末、界面活性剤及びアルキル変性シリコンを加えたスラリーを混練作成した。次いで、このスラリーを型枠内に所定時間配置し、ケーキ状半硬化体に成形し、この半硬化体に１８０°１０気圧のオートクレーブ内で８時間の水蒸気養生が施されてＡＬＣが製造された。
【００２２】
【表１】
2006069868.tif 000002
【００２３】
このようにして得られたＡＬＣの耐炭酸化度性を評価するために、１０ｍｍ×４０ｍｍ×１００ｍｍのサイズに成形したサンプルに対して、２０℃、相対湿度７５％、炭酸ガス濃度３体積％の一定雰囲気内に７日間放置して促進炭酸化試験を施した。
各サンプルの炭酸化度は、すでに説明した（１）式によって算出した。
（１）式におけるＡＬＣの炭酸ガス含有量Ｃｘ、オートクレーブ養生終了直後のＡＬＣの炭酸ガス含有量をＣｏは、炭酸ガス結合量を熱天秤を用いる熱重量測定によって、６００℃〜８００℃の炭酸ガス分解による重量減少量として測定し、最大限に炭酸化させた試料の炭酸ガス含有量Ｃｍａｘは、各試料中のカルシウム含有量を分析し、そのカルシウムが全て炭酸カルシウムとなった場合の炭酸ガス結合量とした。
【００２４】
水蒸気養生後の反応生成物のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比）（Ｃ／Ｓ）ａは、化学分析によって、石英量、ＣａＯ量、全ＳｉＯ２量、Ｓ０3量を測定し、（２）式で算出される。
Ｘ線分析法によるトバモライト結晶面の評価に際しては、Ｘ線管電圧４０ＫＶ、管電流３０ｍＡとし、ターゲットとしてＣｕが使用され、走査速度０．２ｄｅｇ／ｍｉｎの測定条件下で、７．８ｄｅｇのトバモライト（００２）面のピーク強度が測定され、このピーク強度に基づいて結晶面の評価が行なわれた。
【００２５】
表１に示すように、 主原料全体のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比＝（Ｃ／Ｓ）ｂが一定であっても、珪石粒度２０μｍ以下の重量の変化によって、結晶化に寄与するＣａＯ／ＳｉＯ２モル比＝（Ｃ／Ｓ）ｃは変化しており、それに伴って水蒸気養生後のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比＝（Ｃ／Ｓ）ａや、トバモライトのピーク強度が変化している。主原料全体のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比＝（Ｃ／Ｓ）ｂが低下するに従って、水蒸気養生後のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比＝（Ｃ／Ｓ）ａが０．８３に近付いており、トバモライトの結晶性が向上している。但し、比較例３、４、７及び８は、実施例よりも（Ｃ／Ｓ）ａが０．８３に近いが、トバモライトのピーク強度が低いことから、トバモライトの結晶性は低いと判断できる。
（Ｃ／Ｓ）ａが０．８３に近く、更にトバモライトのピーク強度が高い実施例１ないし実施例８では、炭酸化度が何れも２０％以下であり、耐炭酸化性に優れていることが明らかである。
【００２６】
表１に示される結果で明らかなように、トバモライトの結晶性が高い場合には、耐炭酸化性が優れており、特に、結晶性に寄与するＣａＯ／ＳｉＯ２モル比＝（Ｃ／Ｓ）ｃが、０．６５から０．７５において、より耐炭酸化性に優れていることが、主原料全体の（Ｃ／Ｓ）ｂや、珪石のブレーンのみでの判定では得られぬ高精度で確認可能になる。
また、珪石粒度２０μｍ以下の重量比を変化させることにより、結晶化に寄与する（Ｃ／Ｓ）ｃが変化するので、ボールミルなどによる珪石粉砕後の粒度２０μｍ以下の珪石の重量を管理することにより、トバモライトの結晶性や耐炭酸化性を適確に制御することが可能になる。
【００２７】
以上に説明したように、本実施の形態によると、生石灰、セメント及び桂砂を主原料とし、トバモライトを主要構成素子とする軽量気泡コンクリートの製造に際して、生石灰量、セメント量及び粒度が２０μｍ以下の珪石量に基づいて、演算されるトバモライトの結晶化に寄与するＣａＯ／ＳｉＯ２モル比（Ｃ／Ｓ）ｃ＝（生石灰のＣａＯ量／５６＋セメントのＣａＯ量／５６）／（珪石のＳｉＯ量×粒度２０μｍ以下の重量比／６０＋セメントのＳｉＯ量／６０）が、０．６５ないし０．７５となるように、ＣａＯ量とＳｉＯ２量とを選択し、珪石粉砕後の粒度２０μｍ以下の珪石の重量を管理することによって、トバモライトの結晶性を高めることが可能になり、耐炭酸化性に優れた軽量気泡コンクリートの製造が可能になる。
そして、このようにして製造される軽量気泡コンクリートでは、炭酸化による 収縮量が抑えられ、圧縮強度が高められて、耐ひび割れ性が向上し、軽量気泡コンクリートを使用した建築物の耐用年数を延長し、補修・改修コストを低減し、ひいては産業廃棄物を低減することが可能になる。