(57)【要約】【課題】意匠性が重視されるセメント系化粧材を可及的に安価に製造しつつ、そのセメント系化粧材が優れた耐久性や持続性の下で白華防止効果を有するようにする。【解決手段】７０〜９５質量部の高炉水砕スラグと、１０〜２０質量部の無水石膏と、０．２〜３質量部のアルカリ刺激剤と、２０質量部未満のポゾラン系混和材と、水とを含む調合物を成形して成形体とする成形工程Ｓ１０と、成形体を養生してケイ酸カルシウム水和物を生じて硬化したセメント系化粧材を得る硬化工程Ｓ２０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】
７０〜９５質量部の高炉水砕スラグと、１０〜２０質量部の無水石膏と、０．２〜３質量部のアルカリ刺激剤と、２０質量部未満のポゾラン系混和材と、水とを含む調合物を成形して成形体とする成形工程と、
該成形体を養生してケイ酸カルシウム水和物を生じて硬化したセメント系化粧材を得る硬化工程とを有することを特徴とするセメント系化粧材の製造方法。
【請求項２】
前記調合物は有機酸アルカリ金属塩を含むことを特徴とする請求項１記載のセメント系化粧材の製造方法。
【請求項３】
前記調合物中の有機酸アルカリ金属塩は６質量部未満であることを特徴とする請求項２記載のセメント系化粧材の製造方法。
【請求項４】
前記有機酸アルカリ金属塩はポリアクリル酸ナトリウムであることを特徴とする請求項２又は３記載のセメント系化粧材の製造方法。
【請求項５】
前記成形工程では、前記調合物を成形型のキャビティ内に流し込むことにより成形体とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のセメント系化粧材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセメント系化粧材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラーコンクリート製品、コンクリート擬石、インターロッキングブロック等のセメント系化粧材を製造するためには、普通ポルトランドセメントの替わりに白セメントが用いられている。つまり、白セメントを水とともに含む調合物を用意し、この調合物を成形して成形体とした後、この成形体を養生してケイ酸カルシウム水和物を生じて硬化したセメント系化粧材が得られる。調合物中に顔料が練り込まれれば、色彩のあるセメント系化粧材が得られる。こうして得られたセメント系化粧材は、意匠性が要求される種々の箇所に施工され、実使用される。
【０００３】
このセメント系化粧材は、白セメントから生成するカルシウム分（水酸化カルシウム）が余剰に存在し、養生中に表面に存在する水分によってそのカルシウム分が表面移動し、炭酸カルシウムを生じて一次白華（エフロレッセンス）を生じたり、実使用中の雨水等によってやはりそのカルシウム分が炭酸カルシウムを生じて二次白華を生じたりし易い。このため、このような白華現象を防止するため、一般的には、上記調合物に白華防止剤や吸水防止剤を添加したり、硬化後の中間品の表面にコーティングを施したりすることが行われている。調合物に添加した白華防止剤は、余剰のカルシウム分と反応して不溶性の化合物を生成し、これによってセメント系化粧材の白華を防止する。また、調合物に添加した吸水防止剤は、セメント系化粧材の表面からの水分の含浸を防ぐことにより、内部のカルシウム分が表面に移動することを防止して白華を防止する。さらに、中間品の表面に施されるコーティングも、表面からの水分の含浸を防ぐことにより、内部のカルシウム分が表面に移動することを防止して白華を防止する。こうして製造されたセメント系化粧材は、白華を生じ難く、優れた意匠を呈する化粧材として用いられる。
【０００４】
しかし、上記従来の製造方法によって製造されたセメント系化粧材は、白華防止効果の耐久性や持続性が十分でなく、また高価になってしまうという不具合がある。すなわち、白華防止剤や吸水防止剤を調合物に添加するとすれば、これらが有機物であるため、長期劣化を起こしやすく、白華防止効果の耐久性や持続性が損なわれてしまう。硬化後の中間品の表面にコーティングを施すとしても、コーティング剤がやはり有機物であるため同様であり、また工程数の増加によって製造コストの高騰化を招来してしまう。
【０００５】
この点、特許文献１記載の製造方法のように、２０〜８０質量部の高炉スラグと、２０〜８０質量部のフライアッシュ等のポゾラン系混和材と、０．１〜４０質量部のアルカリ刺激剤とを含む調合物を用いることも考えられる。この調合物を用いれば、高炉スラグの水硬反応時に生じる余剰のカルシウム分がポゾラン系混和材と長期に亘って反応して不溶性のケイ酸カルシウム水和物となることから、余剰のカルシウム分が順次消費され、優れた耐久性及び持続性の下で白華が防止されると考えられる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１６３６５６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報記載の製造方法は、緻密な構造をなし、高強度が要求される屋根材を製造するものに過ぎないため、意匠性が重視される化粧材の製造方法にそのまま適用することが困難である。すなわち、この製造方法では、ポゾラン系混和材の添加量が多すぎるため、ポゾラン系混和材独自の色彩がセメント系化粧材に影響を及ぼしてしまう。例えば、フライアッシュの色彩は灰色であることから、その灰色によってセメント系化粧材が醜いものになってしまう。このため、その製造方法において、顔料を多量に用いるとしても、顔料の色彩がポゾラン系混和材独自の色彩によって損なわれるとともに、多量の顔料を消費することによって製造コストの高騰化も生じてしまう。
【０００８】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、意匠性が重視されるセメント系化粧材を可及的に安価に製造しつつ、そのセメント系化粧材が優れた耐久性や持続性の下で白華防止効果を有するようにすることを解決すべき課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記課題解決のために鋭意研究を重ね、多量の高炉水砕スラグと微量のアルカリ刺激剤及びポゾラン系混和材とを無水石膏とともに用いることにより、上記課題を解決できることを発見し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
すなわち、本発明のセメント系化粧材の製造方法は、７０〜９５質量部の高炉水砕スラグと、１０〜２０質量部の無水石膏と、０．２〜３質量部のアルカリ刺激剤と、２０質量部未満のポゾラン系混和材と、水とを含む調合物を成形して成形体とする成形工程と、該成形体を養生してケイ酸カルシウム水和物を生じて硬化したセメント系化粧材を得る硬化工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の製造方法では、成形工程において、調合物を成形し、成形体を得る。調合物は、高炉水砕スラグ、無水石膏、アルカリ刺激剤、ポゾラン系混和材及び水を含む。無水石膏に替えて、半水石膏や二水石膏等を用いることができる。この場合、水分量に合わせて各種石膏の調合量を変更することができる。また、アルカリ刺激剤としては、水酸化ナトリウム、普通ポルトランドセメント、白セメント、消石灰又は水ガラス等を用いることができる。さらに、ポゾラン系混和材としては、シリカフューム、フライアッシュ、白土又は火山灰等といったポゾラン反応を生じさせるものを用いることができる。なお、調合物には、骨材又は顔料等を含ませることもできる。
【００１２】
そして、硬化工程において、成形体を養生してケイ酸カルシウム水和物を生じて硬化したセメント系化粧材を得る。この際、調合物中に高炉水砕スラグを用いているため、余剰のカルシウム分が生じるとしても、高炉水砕スラグが水硬反応を生じやすいことから、そのカルシウム分が高炉水砕スラグに含まれる二酸化ケイ素と長期に亘って反応することによって不溶性のケイ酸カルシウム水和物になる。また、そのカルシウム分はアルカリ刺激剤と長期に亘って反応することとによってエトリンジャイト（ｅｔｔｒｉｎｇｉｔｅ：Ｃａ６Ａｌ２（ＳＯ４）３（ＯＨ）１２・２６Ｈ２Ｏ）にもなる。さらに、そのカルシウム分はポゾラン系混和材との間で生ずる長期のポゾラン反応によっても不溶性のケイ酸カルシウム水和物になる。
【００１３】
こうして得られるセメント系化粧材は、余剰のカルシウム分が順次消費されることから、白華防止剤や吸水防止剤を調合物に添加する場合よりも、優れた耐久性及び持続性の下で白華が防止される。また、ポゾラン系混和材の添加量が少ないため、セメント系化粧材の意匠が損なわれず、顔料を多量に用いる必要が無い。また、硬化後の中間品の表面にコーティングを施す必要もない。このため、製造コストの低廉化を実現することができる。
【００１４】
したがって、本発明の製造方法によれば、意匠性が重視されるセメント系化粧材を可及的に安価に製造しつつ、そのセメント系化粧材が優れた耐久性や持続性の下で白華防止効果を有することとなる。
【００１５】
本発明の製造方法では、調合物は有機酸アルカリ金属塩を含むことが好ましい。有機酸アルカリ金属塩の金属イオンと調合物に含まれるカルシウム等の多価金属イオンとの間でイオン交換が行われ、不溶性の有機酸多価金属塩が生成されることとなる。つまり、白華の原因であるカルシウム分がこれによっても消費され、有機酸カルシウム塩が順次生成される。また、白華の原因となる他の金属イオン（例えば、ナトリウムイオンやカリウムイオン等）の移動が抑制されることとなる。このため、この場合には、セメント系化粧材がより一層優れた白華防止効果を有することとなる。また、調合物に含まれるマグネシウムイオンやアルミニウムイオンが緻密化された有機酸多価金属塩となるため、セメント系化粧材の構造がより一層緻密化され、優れた強度を有することとなる。
【００１６】
調合物中の有機酸アルカリ金属塩は６質量部未満であることが好ましい。発明者らの経験則によれば、セメント系化粧材が形状を保持するのに必要な有機酸アルカリ金属塩の量は、アルカリ刺激剤の約２倍未満である。このため、有機酸アルカリ金属塩が６質量部未満であれば、セメント系化粧材の形状が保持されることとなる。
【００１７】
有機酸アルカリ金属塩としては、アクリル酸ナトリウム、メタクリル酸ナトリウム、マレイン酸ナトリウム、イタコン酸ナトリウム、フマル酸ナトリウム等を用いることができる。これらは単量体（モノマー）又は重合体（ポリマー）であり得るが、重合体であることが好ましい。分子量５０００〜１０万程度のポリ有機酸アルカリ金属塩が好ましい。分子量が５０００より小さいと、セメント系化粧材の強度が十分でなく、分子量が１０万を超えて大きいと、調合物の粘性が高くなり、成形が困難になる。また、有機酸アルカリ金属塩のアルカリ金属はナトリウムに限定されず、カリウムやリチウム等でもよい。有機酸アルカリ金属塩はポリアクリル酸ナトリウムであることが好ましい。ポリアクリル酸ナトリウムは、比較的安価である。
【００１８】
本発明の製造方法では、成形工程において、調合物を押出成形機で押し出すことにより成形体とすることもできるが、調合物を成形型のキャビティ内に流し込むことにより成形体とすることが好ましい。流し込みにより成形体を得れば、比較的高価な押出成形機が不要であり、設備投資に多額の費用を要することなく、製造コストの低廉化を実現することができる。また、調合物を成形型のキャビティ内に流し込むことにより成形体を得れば、成形型に鏡面を配置することにより、成形体に鏡面が転写され、セメント系化粧材の表面に光沢を付与することができる。その際、調合物に減水剤を加えてもよい。調合物の流動性を高めることでき、調合物中の水の含有量が少なくても成形が可能となるからである。
【００１９】
本発明の製造方法では、硬化工程において成形体を蒸気養生処理及び／又は水熱処理することが好ましい。蒸気養生処理及び／又は水熱処理を行えば、ケイ酸カルシウム水和物の生成が促進され、より白華防止効果が得られる。また、セメント化粧材の構造がより緻密になり、その機械的強度が大きくなる。蒸気養生処理としては、加熱した水蒸気の雰囲気下で硬化工程を行うスチーム養生等を採用することができ、水熱処理としては、オートクレーブ装置中において加熱及び加圧した水蒸気の雰囲気下で硬化工程を行うオートクレーブ養生等を採用することができる。例えば、このような各種養生としては、成形型に成形された成形体を養生する一次養生と、成形型から離型されたセメント系化粧材の中間材を養生する二次養生とが行われることとなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセメント系化粧材の製造方法を具体化した実施形態を試験例１又は２として説明する。
【００２１】
（試験例１）
試験例１の製造方法では、まず、図１に示す成形工程Ｓ１０において、表１及び２に示すセメント系原料等を用いて各試験片１〜６及び各比較片１〜４の調合物を調合する。ここで、アルカリ刺激剤として白セメント又は消石灰を用いている。また、有機酸アルカリ金属塩としてポリアクリル酸ナトリウムを用いている。さらに、減水剤として花王（株）製のマイティー２１ＨＰ（高性能減水剤）を用いている。なお、試験例１では、顔料を用いていない。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【表２】
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【００２４】
そして、２×２×８（ｃｍ）のキャビティを有する成形型を用意し、上述した各調合物を成形型のキャビティ内に流し込む。そして、キャビティ内に流し込まれた各調合物に含まれる気泡を取り除くため、１２０（Ｈｚ）の振動数で４０秒間の間、成形型を振動させる。こうして、成形型内において、各成形体が得られる。
【００２５】
次に、硬化工程Ｓ２０において蒸気養生処理を行う。蒸気養生処理では、以下に記載する一次養生と二次養生とが行われる。まず、一次養生として、成形型内の各成形体にスチーム養生を行う。その際、室温を４０（°Ｃ）、湿度を８０（％）、養生時間を１５時間としている。こうして、一次養生を行うことによって、各成形体が硬化することとなり、セメント系化粧材の各中間材を得ることができる。次に、その各中間材は、成形型から脱型される。そして、二次養生として、その各中間材にスチーム養生を行う。その際、室温を６０（°Ｃ）、湿度を８０（％）、養生時間を１５時間としている。また、試験片６の中間材は、二次養生において、１２時間の間、１６０（°Ｃ）の温度で水熱処理としてのオートクレーブ養生を行う。こうして、二次養生を行うことによって、中間材が完成品としてのセメント系化粧材になる。こうしてセメント系化粧材を製造することができる。
【００２６】
こうして製造された各試験片１〜６及び比較片１〜４のセメント系化粧材において、以下に記載する曲げ強度測定、絶乾比重測定及び吸水率測定を行う。
【００２７】
曲げ強度測定では、オートグラフを用いて、各セメント系化粧材の３点曲げ試験を行う。こうして、得られた結果を表１及び２に示す。
【００２８】
絶乾比重測定及び吸水率測定では、水を入れた容器に各セメント系化粧材全体を２４時間浸漬させ、水中における各セメント系化粧材の質量を測定する。こうして、アルキメデスの法則により、各セメント系化粧材の体積を測定する。そして、水中から取り出した各セメント系化粧材の質量を測定する。次に、各セメント系化粧材を１０５°Ｃの温度で２４時間乾燥させる。そして、乾燥後の各セメント系化粧材の質量を測定する。こうして、各セメント系化粧材の絶乾比重を測定する。また、水中に浸漬した後と乾燥後との各セメント系化粧材の質量差を測定することにより、吸水率を算出する。得られた結果を表１及び２に示す。
【００２９】
（試験例２）
試験例２の製造方法では、実施例１と同様に成形工程Ｓ１０を行う。なお、試験例２では、ブラウン色の顔料を調合している。そして、３０×３０×１（ｃｍ）のキャビティを有する成形型を用意する。成形型のキャビティ内の下面は鏡面となっている。以下、試験例１と同様に行う。こうして得られるセメント系化粧材は、キャビティの鏡面が転写されることによって光沢を有しおり、顔料によってブラウン色を有している。
【００３０】
こうして製造された各試験片１〜６及び比較片１〜４のセメント系化粧材において、強制白華試験を行う。強制白華試験では、水を入れた容器に各セメント系化粧材を２４時間浸漬する。その際、各セメント系化粧材の側端から１０（ｃｍ）を浸漬させる。そして、水中から取り出した各セメント系化粧材を乾燥させる。こうして、各セメント系化粧材において、水に浸漬された部分と水に浸漬されていない部分とを比較する。その際、各セメント系化粧材はブラウン色を有しているため、水に浸漬された部分における白華の程度を目視する。各セメント系化粧材において、水に浸漬された部分が白華を生じておらず、光沢が保持されている場合は◎としている。また、水に浸漬された部分が僅かに白華を生じているものの、白華した部分を簡単に拭き取ることができ、光沢が保持されている場合は○としている。さらに、水に浸漬された部分が顕著に白華を生じており、白華した部分を拭き取ることができず、光沢が保持されていない場合は×としている。その結果を表１及び２に示す。
【００３１】
（考察）
試験例１及び２の結果より、試験片１〜６及び比較片１、２のセメント系化粧材では、高い曲げ強度が測定された。絶乾比重及び吸水率は適度な値であった。また、試験片１〜６及び比較片３、４のセメント系化粧材では、強制白華試験の結果が良好であった。特に試験片３のセメント系化粧材では、その結果が最も良好であった。このため、試験片１〜６のセメント系化粧材が、全ての測定や試験において良好であった。
【００３２】
試験例１及び２の製造方法では、試験片１〜６のセメント系化粧材を製造するために、上述した成形工程Ｓ１０において、７０〜９５質量部の高炉水砕スラグと、１２．６５〜２５．３質量部の二水石膏（１０〜２０質量部の無水石膏）と、０．２〜３質量部の白セメント又は消石灰と、２０質量部未満のシリカフュームと、水とを含む調合物を用いている。こうして得られる試験片１〜６のセメント系化粧材は、余剰のカルシウム分が順次消費されることから、白華防止剤や吸水防止剤を調合物に添加する場合よりも、優れた耐久性及び持続性の下で白華が防止される。また、ポゾラン系混和材の添加量が少ないため、試験片１〜６のセメント系化粧材の意匠は損なわれず、顔料を多量に用いる必要が無い。また、硬化後の中間品の表面にコーティングを施す必要もない。このため、製造コストの低廉化を実現することができる。
【００３３】
したがって、これらの製造方法によれば、意匠性が重視されるセメント系化粧材を可及的に安価に製造しつつ、そのセメント系化粧材が優れた耐久性や持続性の下で白華防止効果を有することとなる。
【００３４】
特に、試験片３のセメント系化粧材は、調合物にポリアクリル酸ナトリウムを添加しているため、より一層優れた白華防止効果を有しているとともに、優れた強度を有している。
【００３５】
また、試験例１及び２の製造方法では、成形工程Ｓ１０において、調合物を成形型のキャビティ内に流し込むことにより成形体としている。このため、設備投資に多額の費用を要することなく、製造コストの低廉化を実現できる。特に、試験例２では、成形型のキャビティ内の下面が鏡面であるため、成形体に鏡面が転写され、試験片１〜６のセメント系化粧材に光沢を付与することができる。
【００３６】
さらに、試験例１及び２の製造方法では、一次養生及び二次養生からなる蒸気養生処理が行われているため、硬化工程Ｓ２０におけるケイ酸カルシウム水和物の生成が促進され、試験片１〜６のセメント系化粧材がより白華防止効果を奏するとともに、大きな機械的強度を有することとなる。特に、試験片６の製造方法では、二次養生において、水熱処理としてのオートクレーブ処理が行われているため、試験片６のセメント系化粧材が最も大きな機械的強度を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】試験例１及び２に係り、セメント系化粧材の製造方法の工程図である。
【符号の説明】
Ｓ１０…成形工程
Ｓ２０…硬化工程
【図１】
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