(57)【要約】【課題】本発明は、耐火ボード及びその製造方法に関し、より具体的に、耐火設計の適用とトンネル及び地下空間などに適用される耐火性能が向上した耐火ボード及びその製造方法を提供する。【解決手段】耐火ボードは石灰成分を含有した貝殻を用いる第１骨材、珪素成分を含有している第２骨材、及び前記第１骨材及び第２骨材を結合するバインダを含む。ここで、前記第１骨材及び第２骨材を混合する混和剤をさらに含み、前記混和剤は減水剤として、ポリカルボキシレートを使用することを特徴とする。このような構成によって本発明は、産業廃棄物のうち有機化合物及び無機化合物を用いて、短所を補完して長所を最大活用する有無機錯体を構成する。また、本発明は、産業廃棄物を活用して材料を安く供給することで、製品の単価を減らし得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カキ貝殻を粉砕して後、５ｍｍ以下であることを選別してバインダを混合してモルタル形態に製造したカキ貝殻を原料とする、耐火ボード。
【請求項２】
前記カキ貝殻を洗浄した後、乾燥させて粉砕させてから、これをバインダを配合して製造されることを特徴とする、請求項１に記載の耐火ボード。
【請求項３】
前記カキ貝殻の乾燥は１００℃の温度で２４時間乾燥させることを特徴とする、請求項２に記載の耐火ボード。
【請求項４】
前記バインダは、セメントを使用することを特徴とする、請求項１に記載の耐火ボード。
【請求項５】
第１骨材を洗浄するステップと、
前記洗浄された第１骨材を乾燥させるステップと、
前記乾燥された第１骨材を粉砕用機器で粉砕させるステップと、
前記粉砕された第１骨材を前記第２骨材及びバインダと配合するステップと、
を含む耐火ボードの製造方法。
【請求項６】
前記第１骨材及び第２骨材を混合する混合剤を追加するステップをさらに含む、請求項５に記載の耐火ボードの製造方法。
【請求項７】
前記第１骨材はカキ貝殻であり、前記第２骨材は標準砂であることを特徴とする、請求項５に記載の耐火ボードの製造方法。
【請求項８】
前記第１骨材を乾燥させるステップは、１００℃の温度で２４時間乾燥させることを特徴とする、請求項５に記載の耐火ボードの製造方法。
【請求項９】
前記第２骨材は粒砂５ｍｍ以下の標準砂であり、前記バインダはセメントであることを特徴とする、請求項５に記載の耐火ボードの製造方法。
【請求項１０】
前記第１骨材及び第２骨材、結合するバインダの配合比を相異にすることによる強度特性による変化を含む、請求項５に記載の耐火ボードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は耐火ボードに関し、より具体的にカキ貝殻を用いて産業廃棄物を減らすだけではなく、耐火設計の適用及びトンネル及び地下空間などに適用できる耐火性能が向上した耐火ボードに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、経済の発展と共に建築物の大型化及び高層化が持続的に増加し、また、都市の人口集中及び敷地利用の最大化のために複合的な用途の建物が建てられている。このような建築物の利用密度の増加は深刻になって、災害に対する危険性も同じく増加している。このように大型化及び高層化と利用密度の高い建築物で火災が発生する場合、単に建物の被害で終わることなく、在室者の安全に関する威嚇及び生命にも直結して、その深刻性が高まる。また、トンネルと機械室、地下構造物などで発生する火災は閉鎖空間であると同時に油類火災に該当し、超高温の状況が発生することになり、これはコンクリート構造物に対する被害を一層大きくする。また、爆発による既存の耐火被覆の損傷によって構造劣化に対する問題が生じることもある。
【０００３】
現在の建築物及び構造物に対する耐火対策として、不燃仕上げ材として使用されるマグネシウムボードと珪酸カルシウムボードなどが代表的であり、これは耐火性能ではない性能試験を通した不燃性のみを満足している。また、原材料及び材料のほとんどが輸入に依存して生産されているため製品も高価であり、このような問題によって耐火仕上げではない、耐火被覆又は不燃仕上げで耐火対策を行う場合が多い。しかし、一般的に用いられる耐火被覆の場合、超高温火災や爆発などによる火災には脆弱である。したがって、超高温火災などのように特定な状況に対応して、従来における耐火被覆よりも改善された性能の耐火ボードに関する研究が求められている。
【０００４】
一方、現在に生産されている耐火ボードのうちカルシウムボードの大部分は珪酸カルシウムボードがほとんどであり、類似の用途で用いられるマグネシウムボードのような製品の場合、相当の高価な製品として経済的な側面で不利である。これに類似な用途として用いられる防火石膏ボードの場合、超高温における性能が確認されておらず、強度が弱いことから爆発火災に対応し難い実状である。
【０００５】
カキ貝殻は塩分などの異質物が多量ついており、これを建築分野に利用するためには現実的に難しい問題があって、雑石のように埋めたてられて処理されていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態によると、カキ貝殻を用いて産業廃棄物を減らすだけではなく、曲げ強度及び圧縮強度を満足する十分な性能の耐火ボードを提供することにある。
【０００７】
また、不燃性能及び耐火性能に優れて、施工時に脱落又は破損の発生を防止する耐火ボードを提供することにある。
【０００８】
また、産業廃棄物を活用して材料を安く供給することで、製品の単価を減らす耐火ボードを提供することにある。
【０００９】
また、様々な粒度範囲で圧縮強度、曲げ強度などの物性を多様に構成できるため、使い道に適する十分な物性値を実現した耐火ボードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した本発明の実施形態に係る耐火ボードは、カキ貝殻を粉砕して後、５ｍｍ以下であることを選別してバインダを混合してモルタル形態に製造したカキ貝殻を原料とする。
【００１１】
一実施形態に係る前記カキ貝殻を洗浄した後、乾燥させて粉砕させてから、これをバインダを配合して製造されることを特徴とする。
【００１２】
一実施形態に係る前記カキ貝殻の乾燥は１００℃の温度で２４時間乾燥させることを特徴とする。
【００１３】
一実施形態に係る前記バインダは、セメントを使用することを特徴とする。
【００１４】
一方、本発明の他の実施形態に係る耐火ボードの製造方法は、第１骨材を洗浄するステップと、前記洗浄された第１骨材を乾燥させるステップと、前記乾燥された第１骨材を粉砕用機器で粉砕させるステップと、前記粉砕された第１骨材を前記第２骨材及びバインダと配合するステップとを含む。ここで、前記第１骨材及び第２骨材を混合する混合剤を追加するステップをさらに含み得る。
【００１５】
他の実施形態に係る前記第１骨材を乾燥させるステップは、１００℃の温度で２４時間乾燥させることを特徴とする。
【００１６】
他の実施形態に係る前記第２骨材は粒砂５ｍｍ以下の標準砂であり、前記バインダはセメントであることを特徴とする。
【００１７】
他の実施形態に係る前記第１骨材及び第２骨材、結合するバインダの配合比を相異にすることによる強度特性による変化を含む。
【発明の効果】
【００１８】
以上で説明したように、本発明の実施形態によると、カキ貝殻を用いて産業廃棄物を減らすだけではなく、曲げ強度及び圧縮強度を満足する十分な性能を提供することができる。
【００１９】
また、不燃性能及び耐火性能に優れて、施工時に脱落又は破損の発生を防止することができる。
【００２０】
また、産業廃棄物を活用して材料を安く供給することで、製品の単価を減らすことができる。
【００２１】
また、様々な粒度範囲で圧縮強度、曲げ強度などの物性を多様に構成できるため、使い道に適する十分な物性値を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係るカキ貝殻原料の形状を示す写真である。
【図２】本発明の実施形態に係る材料の混合及び試験体を製造する過程を示す写真である。
【図３】混合圧縮強度を各ＩＤに応じて３日の材齢強度、７日の材齢強度、２８日の材齢強度をそれぞれ測定したものである。
【図４】０．６ｍｍ以下のカキ貝殻骨材に対する圧縮強度を各ＩＤに応じて３日の材齢強度、７日の材齢強度、２８日の材齢強度をそれぞれ測定したものである。
【図５】一実施形態に係る耐火ボードが製造される過程を簡略に示す構成図である。
【図６】一実施形態に係る耐火ボードの製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態に係る構成及び適用に関して詳細に説明する。以下の説明は、特許請求の可能な本発明の様々な態様の１つであり、下記の記述は本発明に対する詳細な記述の一部である。
【００２４】
ただし、本発明の説明において、公知された機能あるいは構成に関する具体的な説明は、本発明の要旨を明瞭にするために省略することにする。
【００２５】
本発明の実施形態に係る貝殻の化学的な特性を測定したところ、カルシウム（Ｃａ）が主に含有されており、天然の多孔性ナノ無機物として熱衝撃に対する収縮膨張に極めて安定的であり、コーティングの使用において発生するクラックを防止することができる。
【００２６】
特に、カキ貝殻は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）が主成分であり、少量の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、アルミナ（ＡＬ２Ｏ３）を含有しており、また、カキ貝殻は方解石の構造で構成され、天然石灰石と同一の構造を有する。
【００２７】
したがって、本発明では、天然材料であるカキ貝殻を用いて耐火ボードを製造できる耐火ボード用のモルタルに関する。モルタルは、モールドに入れて固めて耐火ボードで製造する。
【００２８】
耐火ボードは、前述したモルタルを用いた貝殻成分とバインダ、珪素成分が入っている骨材、混和剤を混合して製造する。
【００２９】
カキ貝殻は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）が主成分であり、少量の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、アルミナ（ＡＬ２Ｏ３）を含有しており、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）によって９００℃で加熱する場合、酸化カルシウムの形態で存在し得る。また、ｃは方解石構造で構成され、天然石灰石と同一の構造を有する。
【００３０】
このような貝殻及び骨材、混和剤、バインダなどを設定された比率に配合し、配合後に鋳物に入れて一定の形に耐火ボードを製造する。このような構成により産業廃棄物を用いる耐火ボードは、不燃性能及び耐火性能に優れ、施工時に脱落又は破損の発生を防止できる。
【００３１】
耐火ボード用モルタルは、カキ貝殻リサイクル業者が加工を行って生産されたカキ貝殻製品を用いることができ、予め洗浄を行って不純物を除去した状態で２４時間以上乾燥して使用することが好ましい。図１は、本発明に使用されたカキ貝殻の形状を示した写真資料であり、図２は、本発明の実施形態に係る材料の混合及び試験体を製造する過程を示す写真である。
【００３２】
このような洗浄及び乾燥したカキ貝殻をＫＳ  Ｌ  ＩＳＯ６７９、「セメントの強度試験方法」に準じて試験を行った。以下、試験について説明する。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
第１実施形態に記載されたＮｏ．１〜５の試験はバインダとしてセメントを使用し、骨材は標準砂を用いた比較群である。ＩＤにおいて、１：１〜５はセメントに対する骨材の質量比を示し、５０％とは、バインダに対する水の質量比率である。すなわち、５０％ということは、バインダの半分に該当する質量の水を含有していることを意味する。ここで、曲げ強度及び圧縮強度の単位はＭＰａであり、３日、７日、２８日の材齢強度をそれぞれ測定した。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
第２実施形態に記載されたＮｏ．６〜１４の試験は、バインダとしてセメントを使用し、骨材はカキ貝殻を用いた試験である。ＩＤにおいて、１：１〜２はセメントに対する骨材の質量比を示し、その後のパーセントはバインダに対する水の質量比率であり、曲げ強度及び圧縮強度の単位は、ＭＰａとして、３日、７日、２８日の材齢強度をそれぞれ測定した。
【００３７】
このような結果を図３〜図４に整理した。図３は、混合圧縮強度を各ＩＤに応じて３日の材齢強度、７日の材齢強度、２８日の材齢強度をそれぞれ測定したものであり、図４は、０．６ｍｍ以下のカキ貝殻骨材に対する圧縮強度を各ＩＤに応じて３日の材齢強度、７日の材齢強度、２８日の材齢強度をそれぞれ測定したものである。
【００３８】
上記で確認される事項は、耐火ボードの原料としてのモルタル状態におけるカキ貝殻は、ＩＳＯ  ６７９の質量比である１：３の比率ではない、１：１あるいは１：２の質量比の変化と、５０％の水：セメント比に限定されることなく、４０％〜１００％まで様々に適用し、曲げ強度の条件及び圧縮強度の条件を満たすものと確認される。
【００３９】
結論的に、密度及び強度の多様性を求めることができるため、使い道に適する十分な物性値を実現する耐火ボードを製造することができ、様々な粒度範囲で活用可能であることが確認される。
【００４０】
一方、このような耐火ボード用のモルタルを用いて耐火ボードの製造方法について説明することにする。図５は、一実施形態に係る耐火ボードが製造される過程を簡略に示す構成図である。
【００４１】
図５を参照すると、一実施形態に係る耐火ボード５０は、石灰成分を含有している貝殻を用いる第１骨材１０と、珪素成分を含有している第２骨材２０と、第１骨材１０及び第２骨材２０を結合するバインダ３０を含むモルタルによって製造されてもよい。
【００４２】
第１骨材１０、第２骨材２０、及びバインダ３０を予め設定された比率に配合して形成されたモルタルを用いて耐火ボード５０を製造する。例えば、前記モルタルを鋳物に入れて一定の形態に製造する方式により耐火ボード５０を製造する。
【００４３】
このような構成によると、産業廃棄物を用いる耐火ボードは、不燃性能及び耐火性能に優れ、施工時に脱落又は破損の発生を防止することができる。
【００４４】
第１骨材１０は、石灰（Ｃａ）成分を含有している貝殻、例えば、カキ貝殻を用いてもよい。特に、カキ貝殻は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）が主成分であり、少量の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、アルミナ（ＡＬ２Ｏ３）を含有しており、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）によって９００℃に加熱した場合、酸化カルシウムの形態に存在する。また、カキ貝殻は方解石の構造から構成され、天然石灰石と同一の構造を有する。カキ皮の場合、９２．８％の程度が炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）から構成され、多孔質体として比表面積が大きいことから、他の重金属及び有機物に対する高い吸着性を期待することができ、強度及び透水特性に対する研究結果を引用すれば破砕が容易で、かつ軽量であり、強度が砂に似ていることが明らかである。また、耐火ボードの原料として用いられるカルシウムが多量含まれており、これを原料として活用した優秀な耐火性を有するカルシウム耐火ボードを製造することができる。カキ貝殻は、例えば、５ｍｍ以下に分級して細骨材として用いてもよい。
【００４５】
第２骨材２０は、例えば、５ｍｍ以下の標準砂を使用し、バインダは、例えば、セメント（ｃｅｍｅｎｔ）を使用してもよい。
【００４６】
図６は、一実施形態に係る耐火ボードの製造方法を示すフローチャートである。
【００４７】
図６を参照すると、一実施形態に係る耐火ボードの製造方法は、第１骨材１０を洗浄するステップＳ９００と、洗浄された第１骨材１０を乾燥させるステップＳ９１０と、乾燥された第１骨材１０を粉砕用機器で粉砕させるステップＳ９２０と、粉砕された第１骨材１０を分級するステップＳ９２５と、粉砕された第１骨材１０を第２骨材２０及びバインダ３０と配合してモルタルを形成するステップＳ９３０と、前記形成されたモルタルを用いて耐火ボードを形成するステップＳ９４０とを含む。
【００４８】
第１骨材１０を乾燥させるステップＳ９１０は、例えば、約１００度で２４時間の間に実行される。
【００４９】
第１骨材１０を粉砕用機器で粉砕させるステップＳ９２０において、前記粉砕用機器として、例えば、カッターミルを用いてもよい。
【００５０】
第１骨材１０を粉砕用機器で粉砕させるステップＳ９２０において、第１骨材１０は５ｍｍ以下の細骨材に粉砕される。カキ貝殻は軽量であり、砂に似ている強度特性を有するため、これを太い骨材として使用したモルタルでは十分に高い強度を有する耐火ボードを製造するには困難である問題があった。これに関して、「カキ貝殻を骨材として使用したモルタルの強度特性に関する研究（２０１６年春季学術発表大会論文集、第１６冊１号、通巻第３０集）」などによると、カキ貝殻を細骨材基準である５ｍｍ以下に分級して使用し、適切な材令（ｍａｔｅｒｉａｌ  ａｇｅ）期間を有する場合、耐火ボードとして使用するために十分な強度を確保することが確認され、これに関するカキ貝殻の原料化工程による粒度分布に関する研究結果については後述することにする。
【００５１】
粉砕された第１骨材１０を分級するステップＳ９２５は、例えば、振動選別器を用いて実行され得る。カッターミルに取り付けられたスクリーン以外にも、振動選別器を用いて粒度ごとに選別することで分級する。
【００５２】
一方、カキ貝殻を５ｍｍ以下に分級して使用するための粉砕用機器を例示的に示すものであり、本発明の思想が必ず粉砕用機器に制限されることはないことを明らかにする。
【００５３】
カッターミルの場合、スクリーンを相異にしたとき発生する材料の粒度分布を検討し、ロールミルの場合、１次粉砕と２次粉砕によって発生する粒度分布を検討した。試験条件は、次の表３のとおりである。
【００５４】
【表３】
2018039718.tif 000005
【００５５】
前記表３に係る粒度分布試験結果は、次の表４のとおりである。
【００５６】
【表４】
2018039718.tif 000006
【００５７】
前記表４から確認されるように、カッターミルの場合、スクリーンのサイズが広くなるほど回収率が９７．３〜９８．９％に改善されることが分かる。ロールミルの場合、カッターミルに比べて回収率が優れているが、２次投入の後に回収率が急激に落ちることが分かる。カッターミルの場合、カキ貝殻原料の乾燥状態に応じて工程過程で多くの微粉が発生した。
【００５８】
また、試験結果、ロールミルの場合、１次では回収率が優れているが、カキ貝殻の平坦な形状によって粉砕がほとんど行われず、ロールミルの構造的な特徴上、２次からは回収率が急激が落ちることが分かる。したがって、もし、同一の粉砕用機器を繰り返して使用する場合を仮定すると、カキ貝殻の粉砕のためにはカッターミルを使用する場合がロールミルを使用する場合に比べて有利な効果があることが分かる。
【００５９】
一方、回収率に示された結果のように、カキ貝殻を細骨材に使用するためには２０ｍｍのスクリーンより、８ｍｍ及び／又は１２ｍｍのスクリーンを使用することが有利な効果を有する。
【００６０】
一実施形態によると、産業廃棄物を用いる耐火ボードは、不燃性能及び耐火性能が優れ、施工時に脱落又は破損の発生を防止することができる。また、産業廃棄物の活用という安価な材料を供給することで製品の単価を減らし得る。
【００６１】
上述したように本発明では、具体的な構成要素などのような特定事項及び限定の実施形態及び図面によって説明されたが、これは本発明のより全般的な理解を助けるために提供されたものである。また、本発明が上述した実施形態に限定されることなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような実施形態から様々な修正及び変形が可能である。したがって、本発明の思想は、上述した実施形態に限定されて決定されることなく、後述する特許請求の範囲だけではなく、特許請求の範囲と均等であるか等価的な変形のある全てのものは本発明の思想の範疇に属すると言える。
【符号の説明】
【００６２】
１０：第１骨材
９１０：乾燥
２０：第２骨材
９２０：粉砕
３０：混和剤
９３０：配合
５０：耐火ボード
９４０：耐火ボード形成
９００：洗浄
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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