(57)【要約】【課題】  押し出し成形建材用セメント組成物及び押し出し成形建材の製造方法において、良好な寸法安定性、強度及び成形性を得ること。【解決手段】  押し出し成形建材用セメント組成物が、平均粒径が１μｍ以下であると共に円形度が０．９０以上の球状である非ポゾラン反応性の無機質微粉末をセメントに混合してなる。この押し出し成形建材用セメント組成物に少なくとも水と細骨材と有機繊維とを加えて混練して原料素地を製造する工程と、原料素地を押し出し成形して所定形状の成形体とする工程と、成形体を養生して硬化体とする工程とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径が１μｍ以下であると共に円形度が０．９０以上の球状である非ポゾラン反応性の無機質微粉末５〜４０重量部をセメントに混合してなることを特徴とする押し出し成形建材用セメント組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の押し出し成形建材用セメント組成物において、
前記無機質微粉末が、石灰石又は石英の微粉末であることを特徴とする押し出し成形建材用セメント組成物。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の押し出し成形建材用セメント組成物において、
セメントクリンカと前記無機質微粉末とを混合粉砕して製造することを特徴とする押し出し成形建材用セメント組成物。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の押し出し成形建材用セメント組成物に少なくとも水と細骨材と有機繊維とを加えて混練して原料素地を製造する工程と、
前記原料素地を押し出し成形して所定形状の成形体とする工程と、
前記成形体を養生して硬化体とする工程とを有することを特徴とする押し出し成形建材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押し出し成形によって製造される屋根材、壁材又は床材等の板状や柱状のセメント系建材に用いる押し出し成形建材用セメント組成物及び押し出し成形建材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築物の屋根材、壁材又は床材等として、原料にセメントを用いたセメント系建材が使用されている。従来、このセメント系建材の製造方法として、種々のセメント原料を用いた押し出し成形が知られている。例えば、特許文献１には、押し出し成形用セメントとして、マイカの添加により成形性と寸法安定性とを確保する技術が提案されている。また、特許文献２には、無機板状体の原料として平均粒径が０．５μｍ以下のシリカダストを添加して高強度を得る技術が提案されている。
【０００３】
また、特許文献３には、平均粒径が１μｍ以下の超微粒子を用いて曲げ強度の高いセメント製品を製造する技術が提案されている。この超微粒子としては、反応性のシリカフューム、シリカダスト、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ微粉砕物が記載されている。さらに、特許文献４には、シリカフュームをセメントに添加して建材を製造する方法が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−２７７０３５号公報
【特許文献２】特開平２−３０７８５２号公報
【特許文献３】特開平１−１９０４０８号公報
【特許文献４】特開２００４−１２３４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、板状のマイカをセメントに添加する場合、建材として寸法安定性及び成形性は向上するが、強度の増加が期待できないという不都合がある。また、シリカフュームをセメントに添加する場合、シリカフュームがポゾラン反応性を有する球状微粒子であるので、強度が高く成形性が向上するが、寸法安定性が悪くなり成形体に反りが発生する不都合がある。また、シリカフュームは高価であり、建材が高コストになってしまう不都合もある。さらに、通常の乾式粉砕などによって得られた多角形状の石灰石微粉末をセメントに添加する場合では、寸法安定性及び強度は改良されるが、成形性が悪化する問題があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、良好な寸法安定性、強度及び成形性を得ることができ、さらに低コストである押し出し成形建材用セメント組成物及び押し出し成形建材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の押し出し成形建材用セメント組成物は、平均粒径が１μｍ以下であると共に円形度が０．９０以上の球状である非ポゾラン反応性の無機質微粉末５〜４０重量部をセメントに混合してなることを特徴とする。
この押し出し成形建材用セメント組成物では、１μｍ以下の平均粒径で円形度０．９０以上のほぼ球状粒子とされた非ポゾラン反応性の無機質微粉末がセメントに添加されているので、水硬性物質が硬化する際に硬化体中に存在する微細孔を少なくして緻密性を向上させることで強度を高めると共に、球状粒子によるボールベアリング効果により成形性が向上し、さらに寸法安定性にも優れている。したがって、本発明の押し出し成形建材用セメント組成物を用いることで、所定の板状や柱状などの成形性に優れていると共に、強度や寸法安定性に優れた建材を得ることができる。
【０００８】
また、この押し出し成形建材用セメント組成物では、無機質微粉末を５〜４０重量部含むので、強度が高く、寸法安定性と成形性に優れ、かつ安価な押し出し成形建材の製造に適している。なお、無機質微粉末が５重量部未満であると、球状粒子によるボールベアリング効果が不十分となり成形性が向上しない。また、無機質微粉末が４０重量部を超えると、セメント中の水硬性成分が不足し建材の強度が低下するとともに成形性も悪くなる。
【０００９】
また、本発明の押し出し成形建材用セメント組成物は、前記無機質微粉末が、石灰石又は石英の微粉末であることを特徴とする。すなわち、この押し出し成形建材用セメント組成物では、無機質微粉末として石灰石又は石英の微粉末を用いるので、低コストな建材を得ることができる。
【００１０】
また、本発明の押し出し成形建材用セメント組成物は、セメントクリンカと前記無機質微粉末とを混合粉砕して製造することを特徴とする。すなわち、この押し出し成形建材用セメント組成物では、セメントクリンカと無機質微粉末とを混合粉砕して得られているので、無機質微粉末が均一にセメント中に分散されており、曲げ強度の改善効果が顕著となる。
【００１１】
本発明の押し出し成形建材の製造方法は、上記本発明の押し出し成形建材用セメント組成物に少なくとも水と細骨材と有機繊維とを加えて混練して原料素地を製造する工程と、前記原料素地を押し出し成形して所定形状の成形体とする工程と、前記成形体を養生して硬化体とする工程とを有することを特徴とする。
この押し出し成形建材の製造方法では、上記本発明の押し出し成形建材用セメント組成物を用いた原料素地を押し出し成形するので、強度、成形性に優れていると共に反りが抑制された良好な寸法安定性の板状や柱状などの建材を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る押し出し成形建材用セメント組成物及び押し出し成形建材の製造方法によれば、１μｍ以下の平均粒径で円形度０．９０以上のほぼ球状粒子とされた非ポゾラン反応性の無機質微粉末がセメントに添加されているので、強度が高く成形性が良いと共に寸法安定性に優れた板状や柱状などの建材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る押し出し成形建材用セメント組成物及び押し出し成形建材の製造方法の一実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００１４】
本実施形態の押し出し成形建材用セメント組成物は、押し出し成形によって製造される屋根材、壁材又は床材等の板状や柱状のセメント系建材に用いるものであり、図１に示すように、平均粒径が１μｍ以下であると共に円形度が０．９０以上の球状である非ポゾラン反応性の無機質微粉末をセメントに混合して構成されている。上記無機質微粉末としては、石灰石又は石英の微粉末が好適であり、添加量としてセメント１００重量部に対して５〜４０重量部含むように設定される。また、好ましくは、添加量として１０〜２０重量部の範囲内に設定される。
【００１５】
上記非ポゾラン反応性の無機質微粉末とは、ポゾラン反応を生じない無機質微粉末であって、ポゾラン物質ではない石灰石や石英などの微粉末である。なお、ポゾラン物質とは、シリカフューム、フライアッシュ、高炉スラグ、けいそう土、ゼオライトなどであって、それ自体は水硬性を殆どもたないけれども、水の存在のもとで水酸化カルシウムと常温で徐々に反応して不溶性の化合物を作って硬化するシリカ質化合物を生成する反応（ポゾラン反応）を起こすシリカ質の物質である。
【００１６】
この無機質微粉末は、対向衝突湿式粉砕法、すなわちスラリー状の石灰石粉砕原料や石英粉砕原料を高圧で対向衝突させて得たものである。石灰石を例にして詳述すれば、まず石灰石をローラーミルで乾式粉砕した後、分級して例えば平均粒径１８．６μｍの石灰石粉砕原料とする。この石灰石粉砕原料を水性スラリー（溶媒：水道水）とし、対向衝突式粉砕法で上記平均粒径及び円形度となるように超微粉末化した後、必要に応じて気流乾燥機によって乾燥させて無機質微粉末が作製される。なお、上記対向衝突湿式粉砕法による粉砕条件は、例えば吐出圧力２００ＭＰａ、固形分濃度２０％、分散剤添加率１％による３０分間の湿式粉砕とされる。また、粉砕原理として対向衝突式粉砕法で製造した無機質微粉末であれば乾式粉砕でも円形度が０．９０以上であれば使用可能である。
【００１７】
上記石灰石は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を主成分とした鉱物であって、その構成鉱物の５０％以上が方解石またはアラゴナイト（ＣａＣＯ３）とドロマイト（ＣａＭｇ（ＣＯ３）２）よりなる堆積岩で、方解石またはアラゴナイトがドロマイトよりはるかに多い岩石である。本発明の石灰石は、方解石またはアラゴナイトが８０％から１００％のものを用いる。石灰石は、生成過程で、隠微晶質、粗粒結晶質のものがあるがどちらも使用できる。また、かき殻等の貝殻の成分もアラゴナイトであり、石灰石と同様に使用することが可能である。
また、上記石英は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が結晶化してできた鉱物であり、石英を成分とする砂は珪砂と呼ばれ、石英を主体とした珪化物からなる鉱石は珪石と呼ばれる。
【００１８】
このように得られた無機質微粉末の円形度は、走査型電子顕微鏡で粒子形状を観察し、これを画像処理することにより、以下の円形度の式（１）に基づいて求める。なお、真円の円形度は、１．００である。また、この無機質微粉末（石灰石微粉末）の走査型電子顕微鏡写真の一例を図１に示す。
円形度＝（粒子の投影した面積に等しい円の周長）／（粒子の投影の輪郭長）  …（１）
なお、比較例として、石灰石を乾式粉砕したままの石灰石微粉砕物について、その走査型電子顕微鏡写真の一例を図２に示す。
【００１９】
上記セメントとしては、特に限定されるものではなく、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、エコセメント等が挙げられる。
なお、この押し出し成形建材用セメント組成物は、セメントクリンカの粉砕工程において、セメントクリンカと石こうと上記無機質微粉末とを混合し、粉砕助剤を加えてボールミル等で粉砕することで製造することが好ましい。
【００２０】
次に、本実施形態の押し出し成形建材用セメント組成物を用いた押し出し成形建材の製造方法について説明する。
まず、上記押し出し成形建材用セメント組成物に、水、細骨材、有機繊維、増粘剤などを所定の配合で加えて混練して原料素地を製造する。なお、水及び増粘剤以外の上記材料を予め上記押し出し成形建材用セメント組成物に混合させておいても構わない。次に、この原料素地を押し出し成形して所定形状の成形体とする。そして、この成形体を養生して硬化体とすることで、所望の形状とされた建材が作製される。
【００２１】
上記水としては、例えば上水道水が採用される。
上記細骨材としては、川砂、山砂、海砂、珪砂、人工細骨材、砕砂、天然珪砂、高炉水砕スラグ粉末、高炉徐冷スラグ粉末、溶融スラグ骨材、フライアッシュ等が例示されるが、本実施形態では、例えば珪砂を採用する。上記珪砂は、主に石英からなる鉱物や岩石である珪石の砂状物であり、本発明の珪砂は、化学成分（ＳｉＯ２）が８０％から１００％のものを用いる。
上記有機繊維としては、ポリプロピレン、ナイロン、パルプ、木粉、鋸屑、コルク粉、各種繊維等が挙げられる。
【００２２】
上記増粘剤（押出助剤）としては、セメント組成物の押し出し成形に慣用されているものであって、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、アセチルセルロース等のセルロース誘導体やでんぷん糊、ポリビニルアルコール等が挙げられる。この増粘剤は、セメントを構成している各種無機質粒状体同士あるいは上記有機繊維との結合性を高めると共に、潤滑剤的な役割を果たすものである。また、増粘剤の他にコンクリート用化学混和剤を使用することもできる。
【００２３】
このように本実施形態の押し出し成形建材用セメント組成物では、１μｍ以下の平均粒径で円形度０．９０以上のほぼ球状粒子とされた非ポゾラン反応性の無機質微粉末がセメントに添加されているので、水硬性物質が硬化する際に硬化体中に存在する微細孔を少なくして緻密性を向上させることで強度を高めると共に、球状粒子によるボールベアリング効果により成形性が向上し、さらに寸法安定性にも優れている。
特に、無機質微粉末として石灰石又は石英の微粉末を用いるので、低コストな建材を得ることができる。
【００２４】
また、無機質微粉末を５〜４０重量部含むので、水硬性物質が硬化する際に硬化体中に存在する微細孔を少なくして緻密性を向上させることで強度を高めると共に、球状粒子によるボールベアリング効果により成形性が向上し、さらに寸法安定性にも優れ、かつ安価な押し出し成形建材の製造に適している。なお、無機質微粉末が５重量部未満であると、球状粒子によるボールベアリング効果が不十分となり成形性が向上しない。また、無機質微粉末が４０重量部を超えると、セメント中の水硬性成分が不足し建材の強度が低下するとともに成形性も悪くなる。
【００２５】
さらに、セメントクリンカと無機質微粉末とを混合粉砕して得られているので、無機質微粉末が均一にセメント中に分散されており、曲げ強度の改善効果が顕著となる。
したがって、本実施形態の押し出し成形建材用セメント組成物を用いて原料素地を押し出し成形することにより、強度、成形性に優れていると共に反りが抑制された良好な寸法安定性の板状や柱状などの建材を得ることができる。
【実施例】
【００２６】
次に、本発明に係る押し出し成形建材用セメント組成物を実際に用いて、押し出し成形建材を作製して評価した実施例について具体的に説明する。
＜実施例１＞
【００２７】
まず、以下の表１に示すセメントクリンカ、石こう、無機質微粉末である石灰石微粉末Ａ〜Ｇ（以下、炭カル微粉末Ａ〜Ｇと称す）及び粉砕助剤を、以下の表２に示す配合でボールミルによって混合粉砕して試製セメントＨ〜Ｒを製造した。なお、粉砕助剤としては、ジエチレングリコールを０．０２重量％加えた。
上記炭カル微粉末Ａ〜Ｇは、それぞれ表１に示すように、平均粒径と円形度とがそれぞれ異なるものとされている。なお、平均粒径は０．５μｍ〜５．０μｍまでのものであると共に、円形度は０．７３〜０．９６までのものである。すなわち、本実施例に該当する平均粒径１μｍ以下で円形度０．９０以上の無機質微粉末は、表１における炭カル微粉末Ａ及びＢ及びＧである。また、本実施例に該当する押し出し成形建材用セメント組成物は、表２における試製セメントＨ、Ｉ、Ｌ〜Ｎ，Ｒである。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
【表２】
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【００３０】
上記表２に示す試製セメントＨ〜Ｒと以下の表３に示す材料とを、以下の表４及び表５に示す配合で計量した。そして、これら水以外の材料をミキサーにて２分間空練りし、混練水を投入した後に５分間混練して押し出し成形の原料素地を製造した。この原料素地を用いて真空脱気式押し出し成形機にて、幅７０ｍｍ、厚さ１５ｍｍ、長さ２００ｍｍの成形体を製造した。その際、成形性を判定し、さらにこの成形体を乾燥しないようにビニール掛けを行い、２０℃の恒温室に一昼夜放置した後、最高到達温度１８０℃、１０ｋｇ／ｃｍ２、保持時間５時間の条件でオートクレーブで養生して硬化体とした。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
【表４】
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【表５】
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【００３３】
上記表４及び表５に示すように、実施例１、実施例２、比較例１、比較例２は、添加する微粉末の平均粒径を、それぞれ０．５μｍ、１．０μｍ、２．０μｍ、５．０μｍとしたものである。また、市販品は、現在一般に製造されている製品を用いたものである。
実施例３、実施例４、実施例５、比較例３は、セメントに添加する無機質微粉末の量を、それぞれ５、２０、４０、５０％としたものである。
実施例６は、本発明の無機質微粉末と市販セメントとを別途混合し添加したものである。
実施例７は、実施例２の配合から珪砂を減らし、マイカを添加したものである。
比較例４は、乾式で粉砕した円形度０．７３の無機質微粉末を用いたものである。
実施例８と比較例５は，湿式で粉砕した円形度０．９０と０．８４の無機質微粉末を用いたものである。
【００３４】
上記各硬化体について、曲げ強さと反りとを測定した。その結果も併せて表４及び表５に示す。なお、曲げ強さの測定は、「JIS Z 2101 木材の試験方法  ９．曲げ試験」に準じて実施した。なお、曲げ強さにおけるJIS A 5441規格値は、１７．６Ｎ／ｍｍ２以上である。また、反りの測定は、試験体の両端を２０ｍｍ切断して除き、凹面を下にしてガラス板に載せ、中央部の高さを測定し、その値から板の厚さを除いて反りの量とした。なお、反りに関して、特にJIS規格はない。
【００３５】
この結果からわかるように、実施例１及び実施例２を市販品と比較すると、曲げ強さがより高く、また成形性も良好であった。一方、平均粒径２μｍの比較例１では、曲げ強さは改善されず、反りが生じた。また、平均粒径５μｍの比較例２では、成形性が悪くなるため、添加する無機質微粉末の平均粒径は１μｍ以下のものが優れていることがわかる。
【００３６】
また、無機質微粉末の添加量がそれぞれ５、１０、２０、４０％の実施例３、実施例２、実施例４、実施例５では、曲げ強さが高く、反りが少なく、また成形性も良好であった。一方、無機質微粉末の添加量が５０％の比較例３では、曲げ強さは改善されず反りも生じた。このように添加する無機質微粉末の量としては、５〜４０重量部の範囲内が好ましく、より好ましくは１０〜２０％重量部の範囲内のものが優れていることがわかる。
【００３７】
実施例６は、無機質微粉末（炭カル微粉末Ｂ）と市販セメントとを別途混合し添加した場合であるが、成形性及び反りは良好であるが，無機質微粒子がセメントに均一に分散しないため、実施例２のセメントクリンカとの混合粉砕による添加と比較して、曲げ強さの改善効果は少ない。
実施例７は、実施例２の配合から珪砂を減らし、マイカを添加したもので、成形性、曲げ強さ及び反りとも改善されている。
なお、比較例４は、乾式で粉砕した円形度０．７３の無機質微粉末を用いた場合であり、成形性が悪く反りが発生し、曲げ強さも改善されていない。
比較例５は、湿式で粉砕した円形度０．８４の無機質微粉末を用いた場合であり、実施例８の湿式で粉砕した円形度０．９０の無機質微粉末を用いた場合と比較して、反りが発生し、曲げ強さも改善されていない。
【００３８】
これら実施例から、平均粒径１μｍ以下で円形度０．９０以上の無機質微粉末を添加した押し出し成形建材用セメント組成物を用いれば、成形性、曲げ強度及び反り（寸法安定性）を改善できることが分かる。
【００３９】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る押し出し成形建材用セメント組成物及び押し出し成形建材の製造方法の一実施形態において、無機質微粉末を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図２】本発明に係る押し出し成形建材用セメント組成物及び押し出し成形建材の製造方法の従来例において、無機質微粉末を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図１】
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【図２】
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