(57)【要約】      （修正有）【課題】型枠が複雑形状であって、かつ、セメント由来のＣａＯ成分の含有量が少ない配合物の場合において、養生時の亀裂発生を抑制し、かつ、高温時の強度を確保することができる不定形耐火物の施工方法の提供。【解決手段】耐火原料及び粒径５μｍ未満の超微粉粒子を含む配合物と水とを混練した混練物を型枠に流し込み、流し込んだ混練物にマイクロ波を照射して混練物を養生し、この養生中に前記粒径５μｍ未満の超微粉粒子が凝集することで固める不定形耐火物の施工方法において、前記型枠の熱伝導率を１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、好ましくは、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下とし、前記配合物中のセメント由来のＣａＯ成分の含有量を２質量％以下、好ましくは０．７質量以下（０を含む）とする不定形耐火物の施行方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火原料及び粒径５μｍ未満の超微粉粒子を含む配合物と水とを混練した混練物を型枠に流し込み、流し込んだ混練物にマイクロ波を照射して混練物を養生し、この養生中に前記粒径５μｍ未満の超微粉粒子が凝集することで固める不定形耐火物の施工方法であって、
前記型枠は、複雑形状であって、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の断熱性を有し、
前記配合物中のセメント由来のＣａＯ成分の含有量が２質量％以下（０を含む。）である、不定形耐火物の施工方法。
【請求項２】
前記配合物中のセメント由来のＣａＯ成分の含有量が０．７質量％以下（０を含む。）である、請求項１に記載の不定形耐火物の施工方法。
【請求項３】
前記型枠は、汎用プラスチック及び硬質ポリウレタンフォームの少なくとも１つからなる、請求項１又は２に記載の不定形耐火物の施工方法。
【請求項４】
前記型枠は、エンジニアリングプラスチック及びスーパーエンジニアリングプラスチックの少なくとも１つからなる、請求項１から３のいずれか一項に記載の不定形耐火物の施工方法。
【請求項５】
前記型枠は、熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の断熱性を有する、請求項１又は２に記載の不定形耐火物の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不定形耐火物(キャスタブル耐火物)の施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不定形耐火物の施工においては、耐火原料を含む配合物と水とを混練した混練物を型枠に流し込み、流し込んだ混練物を養生し、その後、脱枠、乾燥を行う。また、一般的に不定形耐火物の配合物中には結合剤としてセメントが配合されており、養生中に、主としてセメント由来のＣａＯ成分の水和反応によりボンドが生成し、所定の養生強度が発現する。
【０００３】
このようにセメントは養生強度の発現には効果的であるが、本発明者らの研究によると、結合剤としてセメントを使用した不定形耐火物の施工体（プレキャストブロック）は、高温での使用時にセメント由来の水和物の脱水によって収縮しやすく、亀裂が入り強度が不十分となる場合があることがわかった。
【０００４】
そこで本発明者らは、セメントを配合しない又はセメントの配合量が少ない配合物、すなわちセメント由来のＣａＯ成分の含有量が少ない配合物よる不定形耐火物の施工を検討したが、型枠が複雑形状の場合、温風や蒸気による養生などの一般的な養生では養生時に亀裂が生じてしまうという問題が生じた。この亀裂発生の問題が生じる原因について本発明者らは次の（ａ）及び（ｂ）にあると考えた。
（ａ）温風や蒸気による養生などの一般的な養生では、型枠に流し込んだ混練物には専ら型枠の外周側から伝熱するので、型枠が複雑形状の場合、型枠に流し込んだ混練物への伝熱が不均一となり、結果として型枠に流し込んだ混練物の硬化、収縮のタイミングが型枠内の混練物の位置によって異なることから、亀裂が生じやすくなる。
（ｂ）ＣａＯ成分の含有量が少ない配合物の場合、ＣａＯ成分の水和反応により生成するボンドによるボンド効果が得られないため、養生中に水分の脱水の際の収縮が顕著となり、その収縮のタイミングが型枠内の混練物の位置によって異なると、後に収縮する位置において引張応力が働きやすくなり亀裂が生じてしまう。
【０００５】
一方、不定形耐火物の施工においては、施工途中での硬化や硬化遅延などの硬化トラブルを解消し、かつ、短時間で養生強度を発現するためにマイクロ波を用いて養生する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかし、特許文献１には、型枠が直方体という単純形状であって、しかも結合剤としてセメントを使用した実施例が記載されているのみで、本発明者らが試験を行ったところ、型枠が複雑形状であって、かつ、セメント由来のＣａＯ成分の含有量が少ない配合物の場合、単にマイクロ波を用いて養生するだけでは前述の亀裂発生の問題は解消されなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１５５３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、型枠が複雑形状であって、かつ、セメント由来のＣａＯ成分の含有量が少ない配合物の場合において、養生時の亀裂発生を抑制し、かつ、高温時の強度を確保することができる不定形耐火物の施工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、次の（１）から（５）の不定形耐火物の施工方法が提供される。
（１）耐火原料及び粒径５μｍ未満の超微粉粒子を含む配合物と水とを混練した混練物を型枠に流し込み、流し込んだ混練物にマイクロ波を照射して混練物を養生し、この養生中に前記粒径５μｍ未満の超微粉粒子が凝集することで固める不定形耐火物の施工方法であって、
前記型枠は、複雑形状であって、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の断熱性を有し、
前記配合物中のセメント由来のＣａＯ成分の含有量が２質量％以下（０を含む。）である、不定形耐火物の施工方法。
（２）前記配合物中のセメント由来のＣａＯ成分の含有量が０．７質量％以下（０を含む。）である、（１）に記載の不定形耐火物の施工方法。
（３）前記型枠は、汎用プラスチック及び硬質ポリウレタンフォームの少なくとも１つからなる、（１）又は（２）に記載の不定形耐火物の施工方法。
（４）前記型枠は、エンジニアリングプラスチック及びスーパーエンジニアリングプラスチックの少なくとも１つからなる、（１）から（３）のいずれかに記載の不定形耐火物の施工方法。
（５）前記型枠は、熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の断熱性を有する、（１）又は（２）に記載の不定形耐火物の施工方法。
【００１０】
以下、本発明の特徴を説明する。
【００１１】
本発明では、不定形耐火物の配合物中のセメント由来のＣａＯ成分の含有量を２質量％以下に制限している。これは、前述のとおり、結合剤としてセメントを使用した場合、高温時の強度が不十分となるという本発明者らの知見に基づき、セメントの使用量を制限して高温時の強度を確保するためである。高温時の強度を確保する点からは、配合物中のセメント由来のＣａＯ成分の含有量は少なければ少ない方が良いが、ＣａＯ成分は高温時に膨張性を発揮することがあるので、この高温時の膨張性を積極的に利用したい場合は、少量含有させることが好ましい。これらの点から、配合物中のセメント由来のＣａＯ成分の含有量は０．７質量％以下であることが好ましい。
【００１２】
ただし、セメント由来のＣａＯ成分の含有量が少ない配合物では前述のとおり、型枠が複雑形状である場合、養生時に亀裂が生じてしまうという問題が生じる。そこで本発明者らは、亀裂発生の問題が生じる原因は主に前記（ａ）及び（ｂ）にあるとの考えのもと、亀裂発生の問題を解消するために以下の対策を講じた。
【００１３】
第一に、結合剤としてセメントに代えて粒径５μｍ未満の超微粉粒子を使用することとした。すなわち、粒径５μｍ未満の超微粉粒子が養生中に凝集することで型枠内の混練物を固め、亀裂が生じないように養生強度を発現させることとした。養生強度を発現させる手段としては、超微粉粒子を使用する以外の手段もあるが、本発明者らの研究の結果、養生強度と高温時の強度の両方をバランスよく確保する点から、超微粉粒子が最適であることが分かった。
【００１４】
第二に、養生にマイクロ波照射を用いることとし、さらにマイクロ波照射により型枠内の混練物が均一かつ効率的に加熱されるように型枠の熱伝導率（断熱性）を限定した。すなわち、型枠の熱伝導率が高いと、マイクロ波照射により型枠内の混練物全体を均一に加熱できたとしても、型枠からの放熱（抜熱）により型枠付近の混練物の温度が下がる。この型枠からの放熱（抜熱）による混練物温度の不均一性は、結合剤としてセメントを含む配合物の場合は問題となっていなかったが、本発明のように、型枠が複雑形状であって、かつ、セメント由来のＣａＯ成分の含有量が少ない配合物の場合、養生時の亀裂発生の問題を招来する。さらに、本発明では前述のとおり、結合剤として粒径５μｍ未満の超微粉粒子を使用し、これが養生中に凝集することで養生強度を発現させるようにしているから、結合剤としてセメントを使用する場合に比べ養生温度を高くして脱水を促進する必要がある。このように本発明では従来より養生温度を高くするから、型枠からの放熱（抜熱）による混練物温度の不均一性がより大きな問題となる。そこで、本発明では型枠の熱伝導率を１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下に限定し、マイクロ波照射により型枠内の混練物が均一かつ効率的に加熱されるようにした。なお、従来のマイクロ波照射は、前述の特許文献１にも記載のとおりセメントを含む配合物に適用されていたが、このときのマイクロ波照射の目的はセメント（ＣａＯ）の水和反応を促進することにあり、本発明のように加熱により脱水を促進するものではない。このように、本発明におけるマイクロ波照射の目的は、特許文献１に記載されているような従来技術におけるマイクロ波照射の目的とは異なる。このことからもわかるように、従来技術では型枠からの放熱（抜熱）の問題は認識されておらず、型枠からの放熱（抜熱）の問題に対する前記の対策は本発明に特有のものである。
【００１５】
ここで、本発明において「複雑形状」とは、単純な円柱体や直方体ではなく、凹みや穴を有する形状のことをいう。また、本発明において型枠の熱伝導率とは、型枠を構成する材質の熱伝導率のことをいう。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の不定形耐火物の施工方法によれば、型枠が複雑形状であって、かつ、セメント由来のＣａＯ成分の含有量が少ない配合物の場合であっても、養生時の亀裂発生を抑制し、かつ、高温時の強度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の不定形耐火物の施工方法に用いる型枠の一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の不定形耐火物の施工方法は、耐火原料及び粒径５μｍ未満の超微粉粒子を含む配合物と水とを混練した混練物を型枠に流し込み、流し込んだ混練物にマイクロ波を照射して混練物を養生し、この養生中に前記粒径５μｍ未満の超微粉粒子が凝集することで固めるというものである。
【００１９】
この本発明の不定形耐火物の施工方法において、配合物に配合する耐火原料は公知の耐火原料から用途に応じて適宜選択すればよく、例えば、アルミナ、シリカ、マグネシア、カルシア、炭化ケイ素、カーボン、スピネル、粘土等から選択する一種又は二種以上の組合せとすることができる。
【００２０】
粒径５μｍ未満の超微粉粒子（以下、単に「超微粉粒子」という。）は、養生中に凝集することで型枠内の混練物を固めるという結合剤としての機能を果たす。この超微粉粒子の配合量（配合物中の含有量）は、結合剤としての機能を十分に果たす点から５質量％以上であることが好ましく、高温時の耐スポール性を考慮すると１５質量％以下であることが好ましい。
【００２１】
配合物は、耐火原料及び超微粉粒子のほかにも、一般的な不定形耐火物（キャスタブル耐火物）の配合物と同様に、結合剤、分散剤、硬化調整剤等を適宜含み得る。ただし、前述のとおり高温時の強度を確保する点からセメントの含有量は制限され、具体的には配合物中のセメント由来のＣａＯ成分の含有量は２質量％以下とし、好ましくは０．７質量％以下（０を含む。）とする。
【００２２】
結合剤としてはアルミナセメント、リン酸塩、ケイ酸塩、塩化物、硫化物、水酸化物、シリカゾル、アルミナゾル等から選択する一種又は二種以上の組合せとすることができる。
【００２３】
分散剤としては、トリポリリン酸ソーダ、ヘキサメタリン酸ソーダ、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリルリン酸ソーダ、ポリカルボン酸、ナフタレンスルホン酸ソーダ、リグニンスルホン酸ソーダ等から選択する一種又は二種以上の組合せとすることができる。
【００２４】
硬化調整剤のうち硬化促進剤としては炭酸リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、クエン酸リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。硬化遅延剤としては、ホウ酸、ホウ砂、ピロリン酸、メタリン酸、トリポリリン酸、ヘキサメタリン酸、ウルトラピロリン酸、ウルトラトリポリリン酸およびこれらナトリウム塩類やカリウム塩類、クエン酸、酒石酸、グルコン酸およびこれらのナトリウム塩類やカリウム塩類が挙げられる。
【００２５】
配合物を混練するために用いる水の添加量は、一般的な不定形耐火物（キャスタブル耐火物）の施工方法に準じればよく、例えば、配合物１００質量％に対して外掛けで３質量％以上２０質量％以下とする。配合物と水との混練方法及び混練手段も一般的な不定形耐火物（キャスタブル耐火物）の施工方法に準じればよい。
【００２６】
型枠としては前述のとおり、複雑形状であって、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の断熱性を有するものを用いる。また、本発明ではマイクロ波照射により養生することから、当然、型枠はマイクロ波を透過する材質で構成する。具体的に、型枠はマイクロ波の浸透深さが０．１ｍ以上の材質で構成することが好ましい。なお、マイクロ波の浸透深さとは、照射したマイクロ波のエネルギーが被照射物に吸収されて半分になる位置までの距離のことをいう。
【００２７】
型枠は、断熱性を確保する点からは、汎用プラスチック及び硬質ポリウレタンフォームの少なくとも１つから構成されるのが好ましい。汎用プラスチックは、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどの樹脂である。なお、より高い断熱性を確保する点から、型枠は熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下のポリスチレンフォーム（発泡スチロール）であることがより好ましい。
また、型枠は、強度及び耐熱性を確保する点からは、エンジニアリングプラスチック及びスーパーエンジニアリングプラスチックの少なくとも１つから構成されるのが好ましい。エンジニアリングプラスチックは、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタールなどの樹脂である。スーパーエンジニアリングプラスチックは、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミト゛、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン及びポリフェニレンスルファイドなどの樹脂である。
なお、型枠としては、汎用プラスチック、硬質ポリウレタンフォーム、エンジニアリングプラスチック及びスーパーエンジニアリングプラスチックの少なくとも１つから構成されるようにしてもよい。
また、型枠の補強材として金属板や木板を使用することもできるが、マイクロ波の浸透深さ及び熱伝導率を確保する点から、補強材は用いずに、上記の型枠のみから構成することが好ましい。
【実施例】
【００２８】
表１に本発明の実施例を比較例とともに示す。表１の各例では、それぞれ耐火原料（シリカ質耐火原料）及び超微粉粒子（シリカ超微粉粒子）を含む配合物と所定量の水とを混練した混練物を型枠に流し込み、流し込んだ混練物を養生し、この養生時の亀裂を評価した。表１では亀裂発生なしの場合を◎、微細な亀裂ありの場合を○、亀裂ありの場合を×で表記した。また、養生後に脱枠、乾燥を行い得られた試験片を用いて高温時の強度を評価した。この高温時の強度評価は曲げ強さの測定により行った。具体的には、試験片を１２００℃で３時間焼成した後、ＪＩＳ−Ｒ２５５３に準拠して曲げ強さを測定した。表１では、曲げ強さが６ＭＰａ超の場合を◎、４ＭＰａ以上６ＭＰａ以下の場合を○、４ＭＰａ未満の場合を×で表記した。
【００２９】
ここで、表１の各例で用いた型枠の形状は図１に示すとおり、直径１２０ｍｍの円柱状の中子を２個有する複雑形状である。型枠の材質は表１に示すとおりである、なお、実施例５、６は、発泡スチロール製の型枠本体の側壁部に補強材として金属板、木板を設置したものである。養生方法も表１に示すとおりで、マイクロ波照射のときは金属製ボックス内に型枠を底上げした状態で配置し、底面からもマイクロ波が照射されるようにした。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１中、実施例１から６は、本発明の施工方法の要件を全て満たす例で、養生時の亀裂なし又は微細な亀裂有りの場合であり、亀裂発生抑制の効果が得られ、高温時の強度も十分であった。
【００３２】
一方、比較例１は温風により養生した例である。温風による養生では均一な加熱ができず養生時に亀裂が発生した。比較例２は型枠の材質を金属とした例である。金属はマイクロ波を透過せず熱伝導率も高いので、比較例１と同様に均一な加熱ができず養生時に亀裂が発生した。比較例３は配合物中のセメント由来のＣａＯ含有量が高い例である。ＣａＯの影響により高温時の強度が低下した。
【図１】
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