(57)【要約】      （修正有）【課題】ケイ酸カルシウム系建材の養生固化を短時間で効率よく行う。【解決手段】珪酸質原料、石灰質原料、補強繊維、水、および原料混合物固形分総量１００重量部に対して、固形分４重量部以下の水酸化アルカリ含有混合原料を成型した後、所定温度で前乾燥し、大気圧下水蒸気雰囲気中で、マイクロ波パルス照射の出力およびで出力のオン・オフ時間を調整して養生固化させ、後乾燥する窯業系成形体及びその製造方法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧の水蒸気存在下、１００℃以下の温度で数分から数十秒のマイクロ波をパルス照射する実用的機械強度を持つ窯業系成形体の製造方法。
【請求項２】
水蒸気の存在下マイクロ波パルス照射パワーのオン・オフ時間をマイクロ波出力及び原材料組成に応じて最適条件に調整することによって、所定の強度を有する窯業成形体の製造方法。
【請求項３】
請求項１、２の方法により製造した窯業成形体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築内装材、建築外装材、瓦、縁石、舗装板として採用され、不燃性にして実用的な機械的強度及び寸法安定性を有するケイ酸カルシウム系固化体のマイクロ波のパルス照射を利用した迅速な製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ケイ酸質原料、石灰質原料及び補強繊維を主原料とし、適量の水酸化アルカリ水溶液を添加し混錬して、成形後前乾燥を行う。得られた半固化体を水蒸気養生又は水蒸気雰囲気中でマイクロ波加熱することによって、実用化できるケイ酸カルシウム系材料が成形される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のマイクロ波を使用しない水蒸気養生の場合（当所で開発したもの、特願２００１−３４８２１８）では、１００℃で、６時間前後を要し、エネルギー消費が大きく、生産性が低く、生産コストが高くなる。また、当所で開発した（特願２００２−０５６００４、特願２００２−２１０７１４）マイクロ波連続照射法を利用した水蒸気養生の場合でも、０．５〜２時間の養生を必要とする。
【０００４】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ケイ酸カルシウム系建材を数分から数十秒で製造できる迅速養生固化方法を見出したものである。本発明によれば、従来方法で製造されているケイ酸カルシウム系成形体に劣らず実用的な機械的強度と寸法安定性を有する方法である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、珪酸質原料、石灰質原料、補強繊維と適当な濃度の水酸化アルカリ水溶液を加えて混練した混合原料を成形した後、低温で余剰水分を乾燥させ、含水率を１０〜１５ｗｔ％まで前乾燥を行い、得られた半固化体を開放系水蒸気雰囲気中、一定のマイクロ波の出力でパルス照射して固化、後乾燥の各工程を経るケイ酸カルシウム系材料の製造方法を要旨としている。
【０００６】
ケイ酸カルシウム系材料成形体の場合、原料の珪酸質原料、石灰質原料、補強繊維、水、および水酸化アルカリを混練して原料ゲルとする。この原料ゲルの水分率は、次工程の成形方法にもよるが、２５〜４０％が好ましい。なお、水酸化アルカリとしては水酸化ナトリウムや水酸化カリウムが利用できるが、材料の強度及びコスト面から考えて、水酸化ナトリウムが望ましい。
【０００７】
上記の混合原料ゲルを成形して原料成形体とし、この原料成形体を６０℃以下、６時間以内の条件で、前乾燥処理を行い半固化体とした後、得られた半固化体を開放系水蒸気雰囲気中で、所定出力のマイクロ波で数分間パルス照射（例えば、出力は１０００Ｗａｔｔの場合、１０秒照射して３０秒パワーオフする。これを１０回繰り返して行う）して、６０から１００℃の所定温度で所定時間、後乾燥することを特徴としている。
【０００８】
本発明における珪酸質原料とは、珪酸（ＳｉＯ２）が含まれている原料を言う。例えば珪石、珪砂、珪藻土、白土等の鉱物微粉末、フライアッシュ、シリカヒュームダスト、コンクリート廃材、建設汚泥等を用いることができる。
石灰質原料としては、例えば、生石灰、生石灰の乾式消化で得られる粉末状の消石灰や多量の水で生石灰を湿式消化して得られるスラリー状の消石灰（石灰乳）等を使用することができる。
【０００９】
珪酸質原料と石灰質原料との混合物に水酸化アルカリを添加したことにより、養生工程での固化が促進し、機械的強度が向上するとともに、乾燥工程における変形がなく、寸法安定性の優れた高強度成形体が得られる。水酸化アルカリとして水酸化ナトリウムや水酸化カリウムが用いることができるが、材料の強度面及びコスト面などから考えて、水酸化ナトリウムが望ましい。また、その添加量は珪酸質原料と石灰質原料との混合物に対し、４重量部以下の量を添加することが望ましい。
【００１０】
前乾燥処理の温度条件や乾燥時間は、原料成形体の原料組成及び原料成形体の水分率により変動する。水酸化ナトリウムを添加する場合、前乾燥処理において半固化体の含水率を１０〜１５ｗｔ％にすることが望ましい。
【００１１】
本発明ケイ酸カルシウム系成形体の製造方法の好ましい態様は、珪酸質原料と石灰質原料及び補強繊維を混合した混合物に、混合固形分総量１００重量部に対して、固形分４重量部以下の水酸化ナトリウム水溶液を加えて混練する。
【００１２】
前乾燥処理により得られた半固化体は、脱水成形、押出成形および抄造成形などの成形方法や成形体の形状、寸法によらず、本発明の方法のよって数分以内のマイクロ波パルス照射で迅速に固化が促進して、実用的機械強度および寸法安定性を有するケイ酸カルシウム系成形体が得られる。
【００１３】
本発明による窯業系成形体の製造法では、次の効果がある。
（１）従来の水蒸気養生や、マイクロ波加熱養生の方法に比べ、著しい短時間化ができ、低コスト化が実現できる。
（２）マイクロ波のパルス照射のため、半固化体内部の急速な温度上昇を防げ、固化反応に必要な水分を保持できるので、得られた成形体の変形やクラックが発生しにくく、製品の機械的強度と寸法安定性をもたらす。
【００１４】
【作用】
本発明は、マイクロはパルス照射によって、ケイ酸カルシウム系建材を大気圧中に短時間の養生で固化させる窯業系製造方法であるため、生産効率が大幅に向上できるほか、生産コストの面からもメリットがある。また、得られた成形体が従来のものより、変形やクラックが生じにくく、寸法安定性が優れている。
【００１５】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本願発明をより具体的に説明する。本願発明はこれらの実施例並びに比較例によって何ら限定される物ではない。
【００１６】
珪酸質原料として、平均粒径５〜２５ｍｍの敦賀産結晶質珪石粉末を用いた。この珪石粉末はＳｉＯ２含有量９７．１％である。他の原料として、石灰質原料は消石灰、補強繊維にはＡＲＧ（耐アルカリ性ガラス繊維）を用いた。
モルタルミキサーを用い、５０ｒｐｍで原料混合物を攪拌した。
マイクロ波のパルス照射形式について説明する。照射のとき、所定のパワーで全パワー出力し、照射時間をｔｏｎとする。照射しない（パワーオフ）時間をｔｏｆｆとし、パワーのオン−オフを周期として繰り返す回数をＮとする。例として、照射時間ｔｏｎを１０秒に、照射しない（パワーオフ）時間ｔｏｆｆを３０秒にして、パワーのオン−オフ周期として繰り返す回数Ｎを５にした場合の出力状況を図１に示した。
【００１７】
実施例１
平均粒径５ｍｍの珪石８１．６重量部、消石灰１４．４重量部をモルタルミキサーによって、１０分間攪拌した。次に水酸化ナトリウム４重量部を含んだ水溶液添加し、さらに水分率が２４％になるように水を添加した後、モルタルミキサーによって５分間攪拌を行い、原料ゲルを得た。
得られた原料ゲルを１５ｍｍ×１５ｍｍ×３０ｍｍの型枠に詰め、原料成形体を得た。さらに、原料成形体を通常の乾燥機にて５０℃、５時間乾燥させて、半固化体を得た。得られた半固化体をマイクロ波装置に設置し、水蒸気雰囲気中でマイクロ波の出力を１０００Ｗａｔｔ、８００Ｗａｔｔ、６００Ｗａｔｔ、４００Ｗａｔｔ及び２００Ｗａｔｔでそれぞれ表１に示すような照射形式でパルス照射を行った後、乾燥機中で１００℃、１時間乾燥させてケイ酸カルシウム系成形体を得た。
得られたケイ酸カルシウム系成形体の外観には異常がなく、その圧縮強度とｔｏｎとの関係を図２、図３に示す。この結果からマイクロ波の出力と照射形式を適切に選択すれば、極めて短時間（２〜３分）の処理により、４０ＭＰａを超えた実用的な強度を有するケイ酸カルシウム系建材得られることが確認された。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
実施例２
前記実施例１の方法において、珪石の平均粒径を５ｍｍ、１５ｍｍ、２５ｍｍとした以外は全く同様にして、得られた半固化体をマイクロ波装置に設置し、水蒸気雰囲気中でマイクロ波の出力を１０００Ｗａｔｔにして、パルス出力形式はｔｏｎ＝１０秒、ｔｏｆｆ＝１２０秒、Ｎ  ＝１５で照射を行った後、乾燥機中で１００℃、１時間乾燥させてケイ酸カルシウム系成形体を得た。
得られたケイ酸カルシウム系成形体の外観には異常がなかった。圧縮強度と珪石に平均粒径との関係を図４に示す。結果から、上述した形式のマイクロ波照射の場合において、珪石の粒径が相違にもかかわらず得られた材料の強度がほぼ変わらなく、いずれの場合においても十分な強度であることが確認された。
【００２０】
実施例３
実施例２と全く同様の方法で得られた半固化体をマイクロ波装置に設置し、水蒸気雰囲気中でマイクロ波パルス照射を行った後、乾燥機中で１００℃、１時間乾燥させてケイ酸カルシウム系成形体を得た。マイクロ波の出力、パルス照射の形式、原料である珪石の平均粒径と、得られた材料の圧縮強度、かさ比重、吸水率、吸水長さ変化率及び材料などの物性値の測定結果、また、外観の評価をも含めて表２にまとめた。これらの結果から、マイクロ波の出力や照射形式などを組合せば、目的の強度を持つケイ酸カルシウム系材料が得られる。一方、吸水長さ変化率も低く、吸水に対する十分な寸法安定性を有していることが確認された。また、表２中のＮｏ１０とＮｏ１７のように、ｔｏｎやｔｏｆｆを一定にしない方法もあり、目的に応じて、ｔｏｎ、ｔｏｆｆ又はＮを自在に調整することができる。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
比較例１
珪石８１．２重量部、消石灰１４．３重量部、補強繊維０．５重量部をモルタルミキサーによって、１０分間攪拌した。次に水酸化ナトリウム４．０重量部を含んだ水溶液を添加し、さらに水分率が２４％になるように水を添加した後、モルタルミキサーによって、５分間攪拌を行い、原料ゲルを得た。
得られた原料ゲルを、前記実施例１と同様の方法で成型、乾燥機中で５０℃、６時間、前乾燥を行い、半固化体を得た。この半固化体を水蒸気雰囲気下、一定出力下（２００Ｗａｔｔ）でマイクロ波を３０分、６０分、９０分間連続照射した後、乾燥機中で１００℃、１時間乾燥させて窯業系成形体を得た。
得られた窯業系成形体の外観には異常がなかった。圧縮強度とマイクロ波の照射時間との関係を図５に示す。結果から、従来のマイクロ波連続照射の場合、３０分以下の照射処理では、材料の強度が発見できず、実用的な強度を有するケイ酸カルシウム系材料を得るために、６０分以上のマイクロ波の照射を必要であることが分かった。
【００２３】
前記かさ比重、吸水率、および吸水長さ変化率の測定は、ＪＩＳ  Ａ５４３０に準拠した方法により測定した。また、前記圧縮強度の測定は、ＪＩＳ  Ｒ２６１５に準拠した方法により測定した。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、窯業系成形体をマイクロ波加熱養生する場合は、従来の水熱処理養生の製造法及びマイクロ波加熱法よりはるかに短時間にて、不燃性にして実用的な機械的強度を発現できる。本発明は短時間で窯業系材料を製造する方法であるため、生産効率が大幅に向上できるほか、生産コストの面からもメリットがある。
また、マイクロ波のパルス照射のため半固化体内部の急速な温度上昇を防げ、固化反応に必要な水分を保持できるので、得られた成形体の変形やクラックが発生しにくく、製品の寸法安定性をもたらす。
本発明のマイクロ波パルス照射による養生では、大気圧下で行えるため設備費、運転費を削減できるとともに、連続生産による生産性向上、コスト削減を可能とする。
【００２５】
【図面の簡単な説明】
［表１］実施例１におけるマイクロ波出力とパルス照射の形式との関係を明記したものである。ｔｏｎは所定のパワーで全パワー出力での照射時間、ｔｏｆｆは照射しない（パワーオフ）時間である。Ｎはパワーのオン−オフを周期として繰り返す回数である。
［表２］実施例３においてマイクロ波出力、パルス照射形式及びこれらの照射条件のもとで得られた窯業系成形体の物性の測定値（圧縮強度、かさ比重、吸水率および吸水長さ変化率など）及び外観の結果をまとめたものである。
【図１】マイクロはパルス照射形式の説明例である。照射時間ｔｏｎを１０秒に、照射しない（パワーオフ）時間ｔｏｆｆを３０秒にして、パワーのオン−オフ周期として繰り返す回数Ｎを５にした場合のマイクロ波の出力状況である。
【図２】実施例１における１０００Ｗａｔｔ、８００Ｗａｔｔおよび６００Ｗａｔｔのマイクロ波出力で得られたケイ酸カルシウム系材料の圧縮強度と一回パルス照射の時間（ｔｏｎ）との関係である。
【図３】実施例１における４００Ｗａｔｔと２００Ｗａｔｔマイクロ波出力で得られたケイ酸カルシウム系材料の圧縮強度と一回パルス照射の時間（ｔｏｎ）との関係である。
【図４】実施例２におけるマイクロ波出力が１０００Ｗａｔｔにした場合で、パルス出力形式はｔｏｎ＝１０秒、ｔｏｆｆ＝１２０秒、Ｎ  ＝１５で照射して得られたケイ酸カルシウム系材料の圧縮強度と珪石の平均粒径との関係である。
【図５】比較例１における一定出力（２００Ｗａｔｔ）のマイクロ波連続照射で得られたケイ酸カルシウム材料の圧縮強度と照射時間との関係である。
【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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