(57)【要約】【課題】  表面の吸着水の自由エネルギーを簡単に制御して、耐炭酸化性に優れた特性のコンクリートを精度よく且つ効率的に選択取得可能な高耐炭酸化性軽量気泡コンクリートを提供する。【解決手段】  相対湿度を６５％以下に設定する、もしくは製造時に疎水性助剤を添加する、さらにその他の方法によって軽量気泡コンクリート表面の吸着水の化学ポテンシャルの低下による状態変化の自由度の抑制が、−４０℃までの冷却によっても発熱反応が生じない化学ポテンシャルに設定する簡単な方法により、耐炭酸化特性を大幅に向上させた軽量気泡コンクリートの選択取得ができ、軽量気泡コンクリートの炭酸化を抑え、強度低下やひび割れを防止することが可能になり、該軽量気泡コンクリートを使用した建築物の耐用年数の延長、修理コストの低減及び産業廃棄物の削減が可能になる。【選択図】  図１
2006016287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対湿度を６５％以下に設定し、軽量気泡コンクリート表面の吸着水の化学ポテンシャルを低下させることにより、前記吸着水の状態変化の自由度が抑制され、前記軽量気泡コンクリートの耐炭酸化特性が向上されてなることを特徴とする高耐炭酸化性軽量気泡コンクリート。
【請求項２】
製造時に疎水性助剤を添加して、軽量気泡コンクリート表面の吸着水の化学ポテンシャルを低下させることにより、前記吸着水の状態変化の自由度が抑制され、前記軽量気泡コンクリートの耐炭酸化特性が向上されてなることを特徴とする高耐炭酸化性軽量気泡コンクリート。
【請求項３】
軽量気泡コンクリート表面の吸着水の化学ポテンシャルの低下による状態変化の自由度の抑制が、−４０℃までの冷却によっても発熱反応が生じない化学ポテンシャルの低下設定であることを特徴とする高耐炭酸化性軽量気泡コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は耐炭酸化特性に優れた高耐炭酸化性軽量気泡コンクリートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＡＬＣ（Ａｕｔｏｃｌａｖｅ  Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ  Ａｅｒａｔｅｄ Ｃｏｃｒｅ ｔｅ：オートクレーブ発泡コンクリート）は、通常軽量気泡コンクリートと呼ばれており、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るものであり、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程度のスラリーが作成される。そして、モールド内で、このスラリーに対して、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ており、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に対して強度低下やひび割れなどの問題が生じる。
この場合、炭酸化の度合を示す炭酸化度Ｄｃ（Ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ ｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎ ）は、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が行なわれている。
このことに関して、例えば特許文献１にあるように、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、撥水剤として０．０００５〜０．０４（ｗｔ％）含むＡＬＣが開示されている。
また、例えば特許文献２にあるように、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、撥水剤として０．００１〜０．１８（ｗｔ％）含むＡＬＣが開示されている。
【０００６】
しかしながら、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、これらの特許文献１及び特許文献２には、ＡＬＣの吸着水のエネルギーを制御するという技術的思想は存在しない。
一方で、非特許文献１では、吸着水膜の統計的厚みと化学ポテンシャルについて論じられている。
【特許文献１】特開２０００−２１９５７９号公報
【特許文献２】特開２０００−２１９５５８号公報
【非特許文献１】Ｒ．Ｂａｄｍａｎｎ，Ｎ．Ｓｔｏｃｋｈａｕｓｅｎ  ＆  Ｍ．Ｊ．Ｓｅｔｚｅｒ：“Ｔｈｅ  Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ａｎｄ ｔｈ ｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｏｆ Ａｄｓｏｒｂｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｆｉｌｍｓ”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｌｌｏｉｄ ＆ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，８ ２，ｐｐ５３４〜５４２．１９８１
【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に対して取られている耐炭酸化性向上の手段の現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、表面の吸着水の自由エネルギーを、簡単な方法で制御することによって、耐炭酸化性に優れた軽量気泡コンクリートを精度よく且つ効率的に選択取得可能な高耐炭酸化性軽量気泡コンクリート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、本発明に係る高耐炭酸化性軽量気泡コンクリートは、相対湿度を６５％以下に設定し、軽量気泡コンクリート表面の吸着水の化学ポテンシャルを低下させることにより、前記吸着水の状態変化の自由度が抑制され、前記軽量気泡コンクリートの耐炭酸化特性が向上されてなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記目的を達成するために、本発明に係る他の高耐炭酸化性軽量気泡コンクリートは、製造時に疎水性助剤を添加して、軽量気泡コンクリート表面の吸着水の化学ポテンシャルを低下させることにより、前記吸着水の状態変化の自由度が抑制され、前記軽量気泡コンクリートの耐炭酸化特性が向上されてなることを特徴とするものである。
【００１０】
更に、前記目的を達成するために、本発明に係る他の高耐炭酸化性軽量気泡コンクリートは、軽量気泡コンクリート表面の吸着水の化学ポテンシャルの低下による状態変化の自由度の抑制が、−４０℃までの冷却によっても発熱反応が生じない化学ポテンシャルの低下設定であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る高耐炭酸化性軽量気泡コンクリートによれば、相対湿度を６５％以下に設定する簡単な方法によって、吸着水の化学ポテンシャルを低下させ、状態変化の自由度を抑制して、耐炭酸化特性を大幅に向上させた軽量気泡コンクリートを選択取得することが可能になり、軽量気泡コンクリートの炭酸化を抑えて耐炭酸化特性を向上させることが可能になり、軽量気泡コンクリートの炭酸化による強度低下やひび割れを防止することが可能になる。
さらには、該軽量気泡コンクリートを使用した建築物の耐用年数の延長、修理コストの低減、及び産業廃棄物の削減が可能になる。
【００１２】
また、本発明に係る他の高耐炭酸化性軽量気泡コンクリートによれば、軽量気泡コンクリートの製造時に疎水性助剤を添加する簡単な方法によって、吸着水の化学ポテンシャルを低下させ、状態変化の自由度を抑制して、耐炭酸化特性を大幅に向上させた軽量気泡コンクリートを選択取得することが可能になり、軽量気泡コンクリートの炭酸化を抑えて、耐炭酸化特性を向上させることが可能になり、軽量気泡コンクリートの炭酸化による強度低下やひび割れを防止することが可能になる。
さらには、該軽量気泡コンクリートを使用した建築物の耐用年数の延長、修理コストの低減、及び産業廃棄物の削減が可能になる。
【００１３】
更に、本発明に係る他の高耐炭酸化性軽量気泡コンクリートによれば、軽量発泡コンクリートに対する−４０℃までの冷却によっても、発熱反応が生じないように、軽量気泡コンクリート表面の吸着水の化学ポテンシャルを低下設定することにより、軽量気泡コンクリート表面の吸着水の状態変化の自由度を抑制して、上記発明で得られる効果の実現が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態を、図１、図２ 及び図４を参照して説明する。
図１は本実施の形態の炭酸化度を示す特性図、図２は本実施の形態の示差走査熱量測定を比較例との比較で示す特性図、図４は本発明の基礎となる統計的吸着膜厚と炭酸化度との関係を示す特性図である。
【００１５】
本実施の形態は、相対湿度を所定値以下に設定し、軽量気泡コンクリート表面の吸着水の化学ポテンシャルを低下させて、吸着水の状態変化の自由度を抑制することにより、軽量気泡コンクリートの耐炭酸化特性を向上させるものである。
前述した非特許文献１には、この種の軽量気泡コンクリート（以下ＡＬＣと略称する）表面の吸着水の厚みと炭酸化進行の度合とに対する理論的考察と実験に基づいて、ＡＬＣ表面への統計的吸着膜厚と炭酸化度との間には、図４の曲線Ａに示すような関係があることが示され、統計的吸着膜厚が５を越える位置から、炭酸化が急激に進することが明らかにされている。ところで、水分子が球形近似形を取ると仮定すると、水分子の直径はほぼ２．６Åであり、５Åはほぼ２分子層に近い厚みになる。
【００１６】
一方で、吸着水の２分子層は、固体試料表面からの束縛を強く受けることが知られており、２分子層までの厚みの吸着水は、固体試料を冷却して行っても、温度が−４０℃になるまでは凍結しないことが、多くの文献によって報告されている。
また、発明者等の長年にわたるＡＬＣに対する強度判定に基づき、ＡＬＣについては、炭酸化度が１０％を越えないことが、強度の低下やひび割れを防止し、コンクリートの特性が良好に保持される適合基準であると判定される。
【００１７】
本実施の形態の対象となるＡＬＣの製造に際しては、珪酸質材料として珪石４５重量部、石灰質原料として生石灰５重量部、セメント３０重量部、及び繰り返し原料２０重量部が混合される。そして、混合で得られる固体原料に、水６０重量部と少量のアルミニウム粉末及び界面活性剤とが加えられ、混練されてスラリーが作成される。ここで、生石灰は金属アルミニウムの化学反応により気泡の導入が急激にならないように使用されるものである。
そして、作成されたスラリーが石灰質原料の水和によって半硬化状態となった後に、所定サイズに成形され、１８０℃、１０気圧のオートクレーブ（高温高圧蒸気釜）内において、高温高圧水蒸気養生が施されてＡＬＣが製造された。
本実施の形態では、オートクレーブでの養生時間は、ほぼ６時間から１００時間までの間で行なわれ、オートクレーブでの養生により得られたＡＬＣブロックは、１０ｍｍ×４０ｍｍ×１００ｍｍのサイズのパネルに成形され、各実施例の相対湿度（ＲＨ）条件下でＡＬＣのパネルに対して、２週間炭酸化する促進炭酸化試験が行なわれ、すでに説明した（１）式によって炭酸化度の算出がそれぞれ行なわれた。
【００１８】
本実施の形態のＡＬＣは、珪酸カルシウム水和物の一つであるトバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ２・５Ｈ２Ｏ）を主要な構成素子とするものであるが、このトバモライトは配位接合を含む化合物で、その結晶構造は、互いに平行な平面上にそれぞれ比表面積の大きなＣａＯ層が配設され、これらのＣａＯ層に挟持されて、珪酸塩イオンのダブルチェーン構造が、ＣａＯ層の面に垂直方向に形成されている。 
このような構造のトバモライトは、湿度の上昇に伴って水分の吸着が行なわれ、トバモライトの炭酸化の反応は、結晶表面に吸着した水分に基づいて行なわれる。
この場合、吸着水へ雰囲気中の炭酸ガスが、炭酸水素イオンとして溶解し、トバモライトからカルシウムイオンが溶解し、これらが炭酸カルシウムとなる反応が起こり、トバモライトからカルシウム成分が徐々に抜け出て行く。
【００１９】
本実施の形態では、以上のように製造されたＡＬＣパネルに対して、相対湿度（ＲＨ）を５％ずつ変化させたそれぞれの相対湿度条件で、温度２０℃でＣＯ２３％の雰囲気条件下で２週間促進炭酸化試験を行なったが、この促進炭酸化試験は相対湿度を５％ずつ変えた状態で行い、以下のように相対湿度に対応して、実施例と比較例とが選択設定された。
即ち、実施例１ないし実施例８の相対湿度は、それぞれ６５％、６０％、５５％、５０％、４５％、４０％、３５％、３０％であり、比較例１ないし比較例５の相対湿度は、それぞれ９０％、８５％、８０％、７５％、７０％である。
【００２０】
発明者等の促進炭酸化試験で得られた結果は、図１の曲線Ｂに示すようになり、相対湿度が６５％の実施例１で炭酸化度が、ＡＬＣの特性適合基準の最低値である１０％となり、実施例１とこれより相対湿度の低い実施例２ないし実施例８が特性適合基準を満たす適合品となることが明らかになった。
一般に、吸着水の化学ポテンシャルＣｐは、ガス定数をＲ＝−８３１４Ｊ／ｍｏｌ／Ｋ、絶対温度をＴ（Ｋ）、相対湿度をｈとして次式で示される。
【００２１】
Ｃｐ＝Ｒ・Ｔ・Ｉｎ（ｈ）              ・・・  （２）
【００２２】
本実施の形態において、それぞれの相対湿度で平衡となった吸着水を含んだＡＬＣパネルを−４０℃まで冷却して行くと、図２に示す示差走査熱量測定において、相対湿度が８５％、７５％とそれぞれ高い比較例２、比較例４では、それぞれ曲線Ｃ、Ｄに示すように、冷却温度が−４０℃に達する直前において、発熱反応が発生して吸着水が凍結し、炭酸化が進んだことが確認される。
これに対して、相対湿度が実施例中では最高の６５％である実施例１でも、吸着水の化学ポテンシャルは十分に低下していて、吸着水の自由度は抑制されており、同図の特性線Ｅのように、Ｅ−４０℃までの冷却においては吸着水が凍結することはなく、発熱反応の発生は認められず炭酸化が進んでいないことが確認される。
実施例１は相対湿度が一番高い実施例であり、これより相対湿度が低い実施例２ないし実施例８では、実施例１と同様に、吸着水の化学ポテンシャルは低下していて、発熱反応が起こって吸着水が凍結し、炭酸化が停止しているのは明らかである。
【００２３】
以上、説明したように、本実施の形態によると、雰囲気温度が２０℃で、炭酸ガス３％の雰囲気条件下で、ＡＬＣパネルに対して雰囲気の相対湿度を６５％以下に設定することにより、ＡＬＣパネル表面の吸着水に対して、−４０℃までの冷却によっても吸着水が凍結しないように、その化学ポテンシャルを低下させることが可能になり、吸着水の状態変化の自由度を抑制することによって、耐炭酸化特性を大幅に向上させた軽量気泡コンクリートパネルを選択取得することができ、相対湿度を６５％以下に設定する簡単な方法によって、ＡＬＣに対する炭酸化を抑え、ＡＬＣの強度低下やひび割れを防止することが可能になる。さらには、該軽量気泡コンクリートを使用した建築物の耐用年数の延長、修理コストの低減、及び産業廃棄物の削減が可能になる。
【００２４】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態を、図３を参照して説明する。
図３は本実施の形態の示差走査熱量測定を比較例との比較で示す特性図である。
【００２５】
本発明の第２の実施の形態は、製造時に疎水性助剤を添加して、軽量気泡コンクリート表面の吸着水の化学ポテンシャルを低下させることにより、吸着水の状態変化の自由度を抑制して、軽量気泡コンクリートの耐炭酸化特性を向上させるものである。
本実施の形態では、すでに第１の実施の形態で説明したようにして、１０ｍｍ×４０ｍｍ×１００ｍｍのサイズのＡＬＣパネルが製造されるが、その製造過程において、ポリジメチルシロキンを固体原料１００重量部に０．２重量部添加する添加工程が新に追加されている。
そして、本実施の形態では、各実施例の相対湿度（ＲＨ）条件下でＡＬＣのパネルに対して、２週間炭酸化する促進炭酸化試験が行なわれ、すでに説明した（１）式によって炭酸化度の算出がそれぞれ行なわれた。
【００２６】
この場合、本実施の形態では、実施例９として相対湿度８５％で促進炭酸化試験が行なわれ、実施例１０として相対湿度７５％で促進炭酸化試験が行なわれ、それぞれの実施例において平衡となった吸着水を含んだＡＬＣパネルを冷却して行き、−４０℃まで冷却して行くと、図３に示す示差走査熱量測定において、相対湿度が８５％、７５％とそれぞれ高い、比較例２、比較例４では、同図の曲線Ｆ、Ｇに示すように、冷却温度が−４０℃に達する直前において、発熱反応が発生して吸着水が凍結し、炭酸化が進んだことが確認される。
これに対して、相対湿度が８５％の実施例９でも相対湿度が７５％の実施例１０でも、吸着水の化学ポテンシャルは十分に低下していて、図３の特性線Ｈ、Ｉに示すように、−４０℃までの冷却において、吸着水が凍結することはなく、発熱反応の発生は認められず、炭酸化が進んでいないことが確認される。
【００２７】
このようにして、本実施の形態によると、試験対象となるＡＬＣパネルの製造過程において、ポリジメチルシロキンを固体原料１００重量部に０．２重量部添加する添加工程を新に追加した状態で、実施例９では相対湿度８５％で、実施例１０では相対湿度７５％で促進炭酸化試験が行なわれる。この場合、それぞれの実施例において平衡となった吸着水を含んだＡＬＣパネルを−４０℃まで冷却して行くと、示差走査熱量測定により、相対湿度が８５％の比較例２、７５％の比較例４では、冷却温度が−４０℃に達する直前で、発熱反応が発生し吸着水が凍結し炭酸化の進行が確認される。
これに対して、本実施の形態では、相対湿度が８５％の実施例９でも相対湿度が７５％の実施例１０でも、吸着水の化学ポテンシャルは十分に低下していて、−４０℃までの冷却において吸着水が凍結することはなく、発熱反応の発生は認められず、ポリジメチルシロキンの添加という簡単な方法で、ＡＬＣの炭酸化を抑え、ＡＬＣの強度低下やひび割れを防止することが可能になり、さらには、該軽量気泡コンクリートを使用した建築物の耐用年数の延長、修理コストの低減、及び産業廃棄物の削減が可能になる。
【００２８】
以上の結果から、吸着水の自由度が小さくなるような相対湿度の低下、もしくは疎水性添加剤の添加により、ＡＬＣの炭酸化を抑制することが出来る。熱力学的な説明では、材料表面の吸着水を−４０℃まで冷却しても発熱ピークが現れないレベルの化学ポテンシャル、と記述できる。
吸着水の化学ポテンシャルを低下させる方法としては、上記の方法のほかにも、各種シロキサン類を塗布するもしくは蒸着する方法、アルコール類を蒸着させる方法、水和物に熱を加えて一部の結晶水を脱離させる方法、などその他にも多くの方法がある。従って、本特許の内容は、実施例及び比較例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施の形態の炭酸化度を示す特性図である。
【図２】同実施の形態の示差走査熱量測定を比較例との比較で示す特性図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の示差走査熱量測定を比較例との比較で示す特性図である。
【図４】本発明の基礎となる統計的吸着膜厚と炭酸化度との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００３０】
Ａ  曲線
Ｂ  曲線
Ｃ、Ｄ  曲線
Ｅ  特性線
Ｆ、Ｇ  曲線
Ｈ、Ｉ  特性線
【図１】
2006016287.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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