(57)【要約】【課題】  再現性よく短時間で高耐炭酸化性ＡＬＣを適確に選択取得可能にする。【解決手段】  ＡＬＣのトバモライトは・平行なＣａＯ層に挟持されＣａＯ層に垂直な珪酸塩のダブルチェーンを有する結晶構造で、ＣａＯ層に直角方向は結晶構造が密でＣａイオンの拡散速度は遅く、トバモライトのＣａイオンは、主にＣａＯ層に平行方向に拡散して炭酸化が行なわれ、ＣａＯ層に平行方向の結晶化が進むとＣａイオンの拡散が阻害され耐炭酸化性が大となるので、２９Ｓｉ ＭＡＳ ＮＭＲでＡＬＣのスペクトル分析をし、得られる配位数１〜３のＳｉ原子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のピーク面積Ｑ１ｓ、Ｑ２ｓ、Ｑ３ｓを求め、ピーク面積比Ｓ＝｛Ｑ１ｓ／（Ｑ１ｓ＋Ｑ２ｓ＋Ｑ３ｓ）｝・１００（％）を演算し、ピーク面積比Ｓが２０％以下の判定で炭酸化度１０％以下の高耐炭酸化性ＡＬＣの簡単適確な選択取得、建築物の耐用年延長、改修コスト削減、産業廃棄物の抑制が可能になる．【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な平面上にそれぞれ延長成層されるＣａＯ層に挟持され、前記平面に垂直方向に珪酸塩イオンのダブルチェーンが形成された結晶構造を有するトバモライトを主要構成素子とする高耐炭酸化性軽量気泡コンクリートにおいて、
２９Ｓｉ ＭＡＳ ＮＭＲによる測定で得られる前記トバモライトのスペクトルに基づき、それぞれ算出される前記ＣａＯ層に隣接して配置される配位数２のシリコン原子のピーク面積をＱ２ｓ、前記ダブルチェーンの前記垂直方向での橋渡しをする配位数３のシリコン原子のピーク面積をＱ３ｓ、前記ダブルチェーンの前記平面の端部に位置する配位数１のシリコン原子のピーク面積をＱ１ｓとして、
ピーク面積比Ｓ＝｛Ｑ１ｓ／（Ｑ１ｓ＋Ｑ２ｓ＋Ｑ３ｓ）｝・１００（％）が、２０％以下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。
【請求項２】
軽量気泡コンクリートのオートクレーブ養生時間が、６〜５００時間であることを特徴とする請求項１記載の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 Concrete：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、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、先ず、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、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：）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、特許文献１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、特許文献２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、特許文献１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、特許文献３には、トバモライト結晶の（００２）面の西間隔が１１．4〜１１．６で、耐炭酸化性と乾燥収縮率を高めた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】
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、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２０００−２１９５５８号公報
【特許文献２】特開２０００−２１９５７９号公報
【特許文献３】特開平７−２６７７５３号公報
【特許文献４】特開２０００−１２２６７４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、前述したような従来の高耐炭酸化性ＡＬＣにおける製造コストの上昇と判定の再現性との問題を解決するためになされたものであり、その目的は、再現性よく短時間での判定によって、高耐炭酸化性に優れたＡＬＣを適確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、互いに平行な平面上にそれぞれ延長成層されるＣａＯ層に挟持され、前記平面に垂直方向に珪酸塩イオンのダブルチェーンが形成された結晶構造を有するトバモライトを主要構成素子とする高耐炭酸化性軽量気泡コンクリートにおいて、２９Ｓｉ ＭＡＳ ＮＭＲによる測定で得られる前記トバモライトのスペクトルに基づき、それぞれ算出される前記ＣａＯ層に隣接して配置される配位数２のシリコン原子のピーク面積をＱ２ｓ、前記ダブルチェーンの前記垂直方向での橋渡しをする配位数３のシリコン原子のピーク面積をＱ３ｓ、前記ダブルチェーンの前記平面の端部に位置する配位数１のシリコン原子のピーク面積をＱ１ｓとして、ピーク面積比Ｓ＝｛Ｑ１ｓ／（Ｑ１ｓ＋Ｑ２ｓ＋Ｑ３ｓ）｝・１００（％）が、
２０％以下であることを特徴とするものである。
【０００９】
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は、軽量気泡コンクリートのオートクレーブ養生時間が、６〜５００時間であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明に係る耐炭酸化性軽量気泡コンクリートによれば、高耐炭酸化性軽量気泡コンクリートに対して、２９Ｓｉ ＭＡＳ ＮＭＲによる測定が行なわれ、その測定で得られるトバモライトのスペクトルに基づき、ＣａＯ層に隣接して配置される配位数２のシリコン原子のピーク面積Ｑ２ｓ、珪酸塩イオンのダブルチェーンの垂直方向での橋渡しをする配位数３のシリコン原子のピーク面積Ｑ３ｓ、ダブルチェーンの平面の端部に位置する配位数１のシリコン原子のピーク面積Ｑ１ｓがそれぞれ算出され、算出されるピーク面積Ｑ１ｓ、Ｑ２ｓ、Ｑ３ｓに基づいて、ピーク面積比Ｓ＝｛Ｑ１ｓ／（Ｑ１ｓ＋Ｑ２ｓ＋Ｑ３ｓ）｝・１００（％）が演算され、演算されたピーク面積比Ｓが２０％以下であると判定することにより、トバモライトの炭酸化度が、１０％以下の高耐炭酸化性軽量気泡コンクリートを短時間で効率的に選択取得することが可能になり、該コンクリートを使用した建築物の耐用期間を延長し、補修・改修コストを削減し、さらには産業廃棄物の発生を抑制することが可能になる。
【００１１】
本願発明に係る他の耐炭酸化性軽量気泡コンクリートによれば、オートクレーブ養生時間が、６〜５００時間の軽量気泡コンクリートに対して、上記効果が実現可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の一実施の形態を、選択された各実施例について、各比較例との比較に基づき図１及び図２を参照して説明する。
図１は本実施の形態のトバモライトの結晶構造を示す説明図、図２は本実施の形態のトバモライトの２９ＳｉＭＡＳＮＭＲスペクトルを示す説明図である。
【００１３】
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。
表１には本実施の形態の実施例１ないし実施例５と、比較例１ないし比較例５とにおけるオートクレーブでの養生時間が示されている。
【００１４】
【表１】
2006021939.tif 000003
【００１５】
本実施の形態は、表１に示すように、オートクレーブでの養生時間が６時間から５００時間までの間で実施例１〜５と、０時間から５時間までの間で比較例１〜５とからなる。
本実施の形態では、この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、各実施例の条件下の養生で得られたＡＬＣのパネルそれぞれに対して、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。
【００１６】
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結合を含む化合物であり、図１に示すような結晶構造を有している。
このトバモライトの結晶構造では、同図に示すように、互いに平行な平面上にそれぞれ延長成層されるＣａＯ層１ａ、１ｂ、１ｃが配設されており、これらのＣａＯ層に挟持されるようにして、ＣａＯ層の面に垂直方向に珪酸塩イオンのダブルチェーン構造２ａ、２ｂが形成されている。
また、シリコン（Ｓｉ）は４配位の原子で、配位数を０〜４にとることができ、配位数１〜４のシリコン原子は通常Ｑ１〜Ｑ４と表示されるが、図１に示すように、珪酸塩イオンのダブルチェーン構造中には、ＣａＯ層１ａ、１ｂ、１ｃに隣接する配位数２のシリコン原子Ｑ２と、垂直方向にダフネチェーン構造の橋渡しをする配位数３のシリコン原子Ｑ３と、ダブルチェーン構造の延長方向の端部に位置する配位数１のシリコン原子Ｑ１とが存在する。
【００１７】
本実施の形態では、外部からの電磁波の照射により原子核がそのエネルギーを吸収して磁気モーメントの向きを変える核磁気共鳴（ＮＭＲ：Nuclear Magnetic Resonance）に基づいて、ＡＬＣのダブルチェーン構造内のシリコン原子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３に対して、相互の存在状態を解明するために、２９Ｓｉ ＭＡＳ ＮＭＲによるスペクトル分析が行なわれた。
このスペクトル分析によって、図２に示すように、珪酸塩イオンのダブルチェーン構造２ａ、２ｂ中の配位数１のシリコン原子Ｑ１、配位数２のシリコン原子Ｑ２、及び配位数３のシリコン原子Ｑ３のスペクトルが得られた。同図において−８０ｐｐｍを中心とするスペクトルが、配位数１のシリコン原子Ｑ１のスペクトル、−８４ｐｐｍを中心とするスペクトルが、配位数２のシリコン原子Ｑ２のスペクトル、−９０ｐｐｍ〜−９５ｐｐｍにわたるスペクトルが、配位数３のシリコン原子Ｑ３のスペクトルである。なお、図２に示される配位数４のシリコン原子Ｑ４のスペクトルは、ＡＬＣに残存している石英のスペクトルである。
【００１８】
発明者等が、実施の形態に係るトバモライトの炭酸化のメカニズムを長年にわたって研究し、各種の実験を繰り返した結果によると、トバモライトのＣａＯ層１ａ、１ｂ、１ｃに垂直な方向では結晶構造が非常に密であることが明らかにされており、その方向でのＣａイオンの拡散速度は極めて遅いものになり、Ｃａイオンは主としてＣａＯ層１ａ、１ｂ、１ｃに平行な方向に拡散すると考えられる。
このために、ＣａＯ層に平行な方向への結晶成長が進んでいるほど、Ｃａイオンの拡散が阻害され炭酸化抵抗が増大し、耐炭酸化性が大きくなると考えられる。ＣａＯ層１ａ、１ｂ、１ｃに平行な方向への結晶成長が進んでいる状態では、ＣａＯ層１ａ、１ｂ、１ｃに平行な方向の末端基である配位数１のシリコン原子Ｑ１が、所定の条件下で少ないことがその判定基準となる．
この観点から発明者等は研究を進め、２９Ｓｉ ＭＡＳ ＮＭＲによるスペクトル分析で得られる図２に示すスペクトルに基づき、配位数１のシリコン原子Ｑ１のスペクトルピークから算出されるピーク面積Ｑ１ｓ、配位数２のシリコン原子Ｑ２のスペクトルピークから算出されるピーク面積Ｑ２ｓ、配位数３のシリコン原子Ｑ３のスペクトルピークから算出されるピーク面積Ｑ３ｓから、次式で示されるピーク面積比Ｓを、トバモライトのＣａＯ層１ａ、１ｂ、１ｃに平行な方向での結晶成長の度合を示す因子とするのが最適であるとの結論を得た。
【００１９】
Ｓ＝｛Ｑ１ｓ／（Ｑ１ｓ＋Ｑ２ｓ＋Ｑ３ｓ）｝・１００（％）・・・（２）
【００２０】
（２）式で示すピーク面積比Ｓが小さいほど、トバモライトのＣａＯ層１ａ、１ｂ、１ｃに平行な方向への結晶成長が進んでおり、これが高炭酸化抵抗につながる。
このようにして発明者等は、前述した各実施例に対して、（２）式に基づいてピーク面積比Ｓをそれぞれ演算し、さらに、すでに説明した（１）式に基づいて、２週間炭酸化した各実施例に対して炭酸化度を算出し、最終的には表２に示すような判定データを得ることができた。
また、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、コンクリートの特性適合基準であると判定し、そこに判定基準を設定した。この基準に従って、本実施の形態の各実施例に係るＡＬＣのピーク面積比Ｓを確認すると、ピーク面積比Ｓが２０％を越えないことが、目的とする高耐炭酸化性軽量気泡コンクリートには必要であった。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
以上に説明したように、本実施の形態に係るＡＬＣの主要構成素子であるトバモライトは、互いに平行なＣａＯ層１ａ、１ｂ、１ｃに挟持されて、ＣａＯ層１ａ、１ｂ、１ｃに垂直に珪酸塩のダブルチェーン構造が形成された結晶構造を有するが、ダブルチェーンが形成される方向では、結晶構造は非常に密であり、この方向でのＣａイオンの拡散速度は遅く、トバモライトのＣａイオンは、主としてＣａＯ層１ａ、１ｂ、１ｃに平行な方向に拡散してトバモライトの炭酸化が行なわれる。
この場合、ＣａＯ層１ａ、１ｂ、１ｃに平行な方向への結晶成長が進んでいるほど、Ｃａイオンの拡散が阻害されることになり、トバモライトの炭酸化抵抗が増大し、耐炭酸化性が大きくなる。
【００２３】
ここで、ＣａＯ層１ａ、１ｂ、１ｃに平行な方向での結晶成長の度合を解明するために、本実施の形態では、２９Ｓｉ ＭＡＳ ＮＭＲによりＡＬＣのスペクトル分析が行なわれ、この分析で得られる配位数１のシリコン原子Ｑ１、配位数２のシリコン原子Ｑ２、及び配位数３のシリコン原子Ｑ３のスペクトルについて、それぞれのピーク面積Ｑ１ｓ、Ｑ２ｓ、Ｑ３ｓが算出され、ピーク面積Ｑ１ｓ、Ｑ２ｓ、Ｑ３ｓから、ピーク面積比Ｓ＝｛Ｑ１ｓ／（Ｑ１ｓ＋Ｑ２ｓ＋Ｑ３ｓ）｝・１００（％）を演算する。
そして、演算されるピーク面積比Ｓが２０％を越えないことを確認判定することにより、炭酸化度が１０％を越えない高耐炭酸化性のＤｃを、簡単適確に選択取得することが可能になり、該コンクリートを使用した建築物の耐用期間を延長し、補修・改修コストを削減し、さらには産業廃棄物の発生を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施の形態のトバモライトの結晶構造を示す説明図である。
【図２】同実施の形態のトバモライトの２９Ｓｉ ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルを示す説明図である
【符号の説明】
【００２５】
１ａ、１ｂ、１ｃ  ＣａＯ層
２ａ、２ｂ        ダブルチェーン構造
【図１】
2006021939.tif 000005
【図２】
2006021939.tif 000006