(57)【要約】【課題】産業廃棄物である廃発泡プラスチックを利用した軽量不燃材用セメントプレミックス材の提供を目的とする。【解決手段】セメント材料と、粉砕された廃発泡プラスチック粒とを混合してなる軽量不燃材用セメントプレミックス材であって、セメント材料として、アルミナセメントを７８Ｗｔ％以上７９Ｗｔ％以下、ポルトランドセメントを１９Ｗｔ％以上２０Ｗｔ％以下と、廃発泡プラスチックとして粉砕された廃発泡プラスチックを１．０Ｗｔ％以上３．０Ｗｔ％以下の割合で混合する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント材料と、廃発泡プラスチックとを混合してなる軽量不燃材用セメントプレミックス材であって、
セメント材料として、
アルミナセメントを７８Ｗｔ％以上７９Ｗｔ％以下、
ポルトランドセメントを１９Ｗｔ％以上２０Ｗｔ％以下と、
廃発泡プラスチックとして、
粉砕された廃発泡プラスチック粒を１．０Ｗｔ％以上３．０Ｗｔ％以下
の割合で混合したことを特徴とする軽量不燃材用セメントプレミックス材。
【請求項２】
請求項１に記載された軽量不燃材用セメントプレミックス材であって、凝結促進剤として純度９０％以上、平均粒径０．５μｍ以下のＳｉＯ２を添加したことを特徴とする軽量不燃材用セメントプレミックス材。
【請求項３】
セメント材料と、廃発泡プラスチックとを含有するセメント成形品であって、
セメント材料として、
アルミナセメントを７８Ｗｔ％以上７９Ｗｔ％以下、
ポルトランドセメントを１９Ｗｔ％以上２０Ｗｔ％以下と、
廃発泡プラスチックとして、
粉砕された廃発泡プラスチック粒を１．０Ｗｔ％以上３．０Ｗｔ％以下
の割合で含有することを特徴とするセメント成形品。
【請求項４】
請求項３に記載されたセメント成形品であって、平均粒径０．５μｍ以下のＳｉＯ２を含有することを特徴とするセメント成形品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃発泡スチロールなど廃発泡プラスチックを利用した軽量で不燃性を有するセメント成形品と、その軽量不燃材用セメントプレミックス材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業廃棄物として排出される発泡スチロールなど廃発泡プラスチックの処理が社会問題として取り上げられている。これら廃発泡プラスチックは、廃棄後も長年にわたり分解せずに残存するうえ、焼却すると有毒ガスや二酸化炭素を排出するため、地球環境への悪影響が無視できない。
【０００３】
そこで、各方面で廃発泡プラスチックの再利用化に関する研究開発が盛んに行われてきた。その中で有用性、低コスト性に優れることから注目される技術の１つに、廃発泡プラスチックを粉砕したものをセメント材料に混合し、コンクリートの軽量骨材として再生利用するものがある。（例えば、特許文献１参照。）
廃発泡プラスチックは、多量の気泡を含み比重が小さい。そのため、得られた成形品は軽量で断熱性に富むといった特長を有する。しかも、高価であった天然の軽量骨材に変えて、廃発泡プラスチック粒を使用することにより安価なコンクリート成形品を供給することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２１９５６３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の廃発泡プラスチックを利用したコンクリート製品は、既存のポルトランドセメントを主成分として使用するものがほとんどであった。ポルトランドセメントの主成分の一つにＣａ（カルシウム）がある。Ｃａは、耐酸性や耐アルカリ性が低いため、上記従来のコンクリート製品は、環境汚染要因である酸性物質に弱いという問題があった。
【０００６】
また、ポルトランドセメントは、比較的強度がでにくいため水分量を抑えて強度の向上を図るが、水分量を抑えると流し込み打設に必要な流動性が得られない。そのため、粘度の高いモルタルを造粒工程で粒塊状にして金型内に充填し、プレス成形を行わなければならず、製造コスト上昇の原因となっていた。
【０００７】
更に、ポルトランドセメントは耐火性が低いため、加熱されると内包される発泡プラスチック粒からガスが発生したり、成形品自体が破壊するといった問題があった。従って、建築材としては、震災などの経験を踏まえ軽量で且つ不燃性を有するものが求められている。
【０００８】
本発明は、軽量で且つ不燃性を有る建築材等に利用されるセメントプレミックス材及びセメント成形品の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、セメント材料と、廃発泡プラスチックとを混合してなる軽量不燃材用セメントプレミックス材であって、セメント材料としてアルミナセメントを７８Ｗｔ％以上７９Ｗｔ％以下、ポルトランドセメントを１９Ｗｔ％以上２０Ｗｔ％以下と、廃発泡プラスチックとして、粉砕された廃発泡プラスチック粒を１．０Ｗｔ％以上３．０Ｗｔ％以下の割合で混合したことを特徴とする。
【００１０】
従って、本発明においてアルミナセメントを７８％以上７９％以下の割合で配合し、廃発泡プラスチックを１．０％以上３．０％以下の割合で配合したことにより、該セメントプレミックス材を使用して成形された建築材など成形品は、軽量で且つ高い機械的強度を発揮する。上記アルミナセメントが７８％以下であれば、モルタル状態での流動性が低下する傾向にあり、流し込み打設を実現するためにはモルタルの水分比率を上げなければならなくなる。その結果、成形品の強度が低下してしまい、建築材料等として使用した場合、充分な機械的強度を得ることができない。一方、アルミナセメントが７９％以上であれば、成形品の比重が大きくなってしまい軽量性が低下する。
【００１１】
また、廃発泡プラスチックが１．０％以下であれば、成形品の比重が大きくなってしまい、軽量性が低下する。一方、廃発泡プラスチックが３．０％以上であれば、成形品の強度が低下してしまい、充分な機械的強度を得ることができない。
【００１２】
上記ポルトランドセメントは、増量成分として添加されるが、ポルトランドセメントが２０ｗｔ％を越えると、成形時に急激な擬凝結を起こすおそれがある。
【００１３】
本発明において廃発泡プラスチックは、３．０ｍｍ以下の粒状であることが好ましい。発泡プラスチックの種類については、特に限定されるものではないが、代表的なものとして発泡スチロールが挙げられる。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載された軽量不燃材用セメントプレミックス材であって、凝結促進剤として純度９０％以上、平均粒径０．５μｍ以下のＳｉＯ２を添加したことを特徴とする。
【００１５】
このように高純度でごく微細なＳｉＯ２を上記請求項１に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材に混合することにより、上記軽量不燃材用セメントプレミックス材の水和反応の誘導期を短縮することができる。従って、型に流し込まれた建築材などが、目標の脱型強度に達するまでの時間を短縮することができる。
【００１６】
請求項３に係る発明は、セメント材料と、廃発泡プラスチックとを含有するセメント成形品であって、セメント材料として、アルミナセメントを７８Ｗｔ％以上７９Ｗｔ％以下、ポルトランドセメントを１９Ｗｔ％以上２０Ｗｔ％以下と、廃発泡プラスチックとして、粉砕された廃発泡プラスチック粒を１．０Ｗｔ％以上３．０Ｗｔ％以下の割合で含有することを特徴とする。
【００１７】
従って、本発明においてアルミナセメントを７８％以上７９％以下の割合で含有し、廃発泡プラスチックを１．０％以上３．０％以下の割合で含有したことにより、該成形品は、軽量で且つ高い機械的強度を発揮する。上記アルミナセメントが７８％以下であれば、成形品の強度が低下してしまい、建築材料等として使用した場合、充分な機械的強度を得ることができない。一方、アルミナセメントが７９％以上であれば、比重が大きくなってしまい軽量性が低下する。
【００１８】
また、廃発泡プラスチックが１．０％以下であれば、比重が大きくなってしまい軽量性が低下する。一方、廃発泡プラスチックが３．０％以上であれば、強度が低下してしまい、充分な機械的強度を得ることができない。
【００１９】
上記ポルトランドセメントは、増量成分として添加される。
【００２０】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載されたセメント成形品であって、平均粒径０．５μｍ以下のＳｉＯ２を含有することを特徴とする。
【００２１】
このようにごく微細なＳｉＯ２を含有するセメント成形品は、成形時において水和反応の誘導期を短縮することができる。従って、型に流し込まれた建築材などが、目標の脱型強度に達するまでの時間を短縮することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材を用いて外壁パネルやタイルといったセメント成形品、特に軽量不燃材を製造する際のフロー図である。
【００２４】
先ず、主材料となるセメント材と軽量骨材、及び副材料となる顔料や各種添加剤を電子秤０１，０２で秤量しておく。
【００２５】
本実施形態に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材は、セメント材としてアルミナセメントを７８ｗｔ％と、ポルトランドセメントを２０ｗｔ％、廃発泡プラスチックとして廃発泡スチロールを粒状の粉砕したものを２ｗｔ％を混合してなる。本実施形態において、廃発泡スチロール粒の平均粒径は、約３．０ｍｍ程度である。廃発泡スチロール粒の最大粒径は、成形時の脱型強度を確保するため製品厚さの１／４以下が好ましい。
【００２６】
これらセメント材及び廃発泡スチロールを攪拌機０３に投入し、約２０分程度充分に攪拌混合することでプレミックス材を得る。
【００２７】
このプレミックス材を高速攪拌機０４内の一定量の混練水に徐々に添加してモルタルを混練する。ここで使用される混練水は、水道水などの通常の水であって、定量水槽０５から上記高速攪拌機０４に供給される。混練水の分量は、上記混合セメント材との関係で、廃発泡スチロールが約１００容量部、セメント材が約７３容量部に対し、混練水が約４４容量部程度が適当である。混練水の分量は気温や湿度に応じて適宜調節することができるが、得られたモルタルを流し込み打設することができるよう、充分な流動性を確保できるように調節する。
【００２８】
得られたモルタルから一定量を定量攪拌機０６に移し、予め秤量しておいた副材料を添加する。ここで添加される副材料は、製品の意匠性を高めるために加えられる顔料などである。このように上記高速攪拌機０４から定量攪拌機０６に一定量ずつ取り分けて顔料等を加えるため、異なる色調の軽量不燃材用のモルタルを小ロットずつでも調製することができる。
【００２９】
副材料が混練されたモルタルは、真空装置０７に移され、真空脱気処理が施される。真空装置０７は、内部に攪拌用ペラを備えた密閉可能な攪拌槽と真空ポンプ及びコンプレッサを組み合わせてなる。上記定量攪拌機０６で副材料を混練されたモルタルを真空装置０７の攪拌槽に移し、攪拌槽を密封状態にして攪拌用ペラを回転させる。攪拌用ペラの回転数を上げてゆくと、攪拌槽内のモルタルは、攪拌槽の内壁に設けられた抵抗壁にぶつかり逆流を起こし始める。  攪拌用ペラによる回転方向の流動と抵抗壁による逆流動とがほぼ同等となる状態（等価対流状態）となるまで攪拌用ペラの回転数を上げる。攪拌槽のモルタルが等価対流状態に到達した後、攪拌槽を密閉状態にロックする。そして、このときの回転数を維持して攪拌用ペラを回転させながら、真空ポンプを起動させると攪拌槽内の空気が脱気されてゆく。
【００３０】
攪拌槽の真空度計が６５Ｐａｒに達すると真空ポンプを停止する。この状態から攪拌用ペラの回転数を落としてゆくとともに、リーク弁から徐々に攪拌槽内へ空気を送り込む。コンプレッサを用いて攪拌槽内の気圧を２気圧にまで上昇させる。攪拌槽の気圧が２気圧に達すると攪拌用ペラを停止して、攪拌槽内の気圧を常圧に戻す。
【００３１】
このように真空脱気処理を施すことにより、上記廃発泡スチロール粒の表面を被覆している空気層を完全に除去することができる。この真空処理により、無機材料であるセメント材と有機材料である廃発泡スチロール粒との界面における密着性を飛躍的に向上させることができる。真空処理を施されたモルタルは、完全均一液状となっており、攪拌槽から取り出してもこの状態を保持する。
【００３２】
また、真空処理を施すことにより、上記廃発泡スチロール粒に内包される空気量を減少させることになる。これにより、内包空気の熱膨張による悪影響を抑制することができる。すなわち、モルタルは硬化する際に水和反応による発熱を伴う。この発熱により、廃発泡スチロール粒に内包される空気が膨張して、未だ強度の発現していないセメント層にクラックやボイドを形成するおそれがある。真空処理によって、廃発泡スチロール粒に内包される空気量を減じておくことにより、クラックやボイドの発生による強度低下を防止することができる。
【００３３】
真空処理を施された軽量不燃材用セメントプレミックス材は、打設装置０８により打設成形される。本発明に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材は、モルタル状態で高い流動性を有しているため、流し込み打設が可能である。  従って、従来、必要とされていた造粒工程を要しない。また、成形工程において金型によるプレス工程を必要としないため、ゴム型や樹脂型を使用することができる。
【００３４】
本発明に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材は、モルタル状態で高い流動性を有するとともに、含有する上記廃発泡スチロール粒の表面を完全にセメント材に被覆されているため、極めて高い転写性を有している。そのため、本発明に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材は、天然木や天然石の質感を容易に再現できるゴム型や樹脂型に流し込み打設されることによって、極めて意匠性の高い建築材等の成形品を提供することができる。
【００３５】
本発明に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材は、あらゆる形に成形が可能であるが、ポルトランドセメントを主成分とするプレミックス材に比べて、水和反応による発熱量が若干多いため、厚肉の製品よりもタイルやプレート材といった薄肉の製品に使用されるのが好適である。
【００３６】
なお、流し込み打設を行う際、成形品の機械的強度の向上を目的として、型内に合成樹脂製シートやグラスファイバ製シートなどをを敷設することも可能である。また、型に施された意匠が細密で気泡が残りやすい場合などには、バイブレータを用いて振動詰めすることにより、表面の転写性を向上させることができる。
【００３７】
上記モルタルが打設された成形型は、温度調節が可能な常温室（養生室）１０に移され第１養生が施される。本実施形態に係るモルタルは、約２〜４時間程度で急激な強度発現が始まり、約６〜８時間程度で強度発現のピークを迎える。このように本発明に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材は、アルミナセメントを主成分とするため、ポルトランドセメントを主成分とするセメント材料に比べて硬化速度が極めて速い。従って、本実施形態では第１養生時間として約１２〜１８時間程度で脱型可能な強度を発現する。
【００３８】
また、本発明では、従来ポルトランドセメントを主成分とするプレミックス材において必要とされる水蒸気養生が不要であり、ビニールシート等でラップする空気遮断養生で足りる。ただし、本発明に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材においても、養生温度が２０℃を越えると最終強度が低下する傾向にある。そのため、セメント材の水和反応による反応熱や夏場の外気温の影響により、成形品温度が２０℃を越える場合には、冷房養生することが好ましい。
【００３９】
第１養生が完了すると、脱型装置１１や手作業で成形品が脱型される。
【００４０】
脱型された成形品は、表面改質処理が施される。表面改質処理には、例えば、乾燥収縮低減剤の塗布や表層密度増加剤の塗布などがある。乾燥収縮低減剤は、成形品が屋外に施工された後、水分吸収膨張変形と乾燥収縮変形の繰り返しにより発生するひび割れを低減するものである。表層密度増加剤は、成形品の表面に形成された毛細管空隙を減少させることにより、表層の密度を増加させ、白華防止、耐摩耗性向上、止水性向上の効果を発揮する。
【００４１】
尚、表面改質処理は、第２養生の完了後に施すこともできる。
【００４２】
表面改質処理が施された成形品は、仕上げ加工が施される。仕上げ加工は、電動研磨機１３などを用いて、成形品の周囲に出たバリを削り落とすなどして行われる。
【００４３】
仕上げ加工が施された成形品は、第２養生が施される。第２養生は、屋内で自然乾燥させることにより行われる。脱型後、３〜４日間は、乾燥過程において変形挙動を発現する可能性があるため、平坦を保持しつつ表裏両面を平均的に乾燥できる状態におくことが好ましい。
【００４４】
本発明に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材を用いた成形品は、気温、湿度等の条件にもよるが１週間程度で第２養生を完了する。
【００４５】
本発明に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材を用いた成形品は、第２養生が完了すると製品として完成する。
【００４６】
本発明において、凝結促進剤として純度９０％以上、平均粒径０．５μｍ以下のＳｉＯ２粉末を添加することも可能である。添加されるＳｉＯ２粉末は、プレミックス材の数ｗｔ％程度であって、主材料を配合する段階、あるいはモルタルを混練する段階で添加するのが好ましい。本発明に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材は、ＳｉＯ２粉末が添加されることにより、凝結時間を短縮することができる。
【００４７】
また、ＳｉＯ２粉末の添加量を調節することにより凝結時間を調節することも可能である。
【００４８】
上記実施形態に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材を用いた成形品の比重を測定し、従来の成形品と比較した。その結果、従来の天然珪砂を軽量骨材として使用した成形品では、比重が１．８〜１．９程度であったのに対し、本実施形態に係る成形品では、約１．１であった。このように本発明に係るセメント成形品は、従来の成形品と比較して極めて軽い成形品を得ることができる。
【００４９】
本実施形態に係るセメント成形品の不燃性を確認するため、ガスバーナーを用いた燃焼試験を行った。本発明に係るセメント成形品と従来のポルトランドセメントを主成分とする発泡プラスチック含有成形品とから、厚さ１２ｍｍ、１００ｍｍ×１００ｍｍの試験片を作成した。各試験片をガスバーナーで加熱した結果、従来の成形品は数分間の加熱により、試験片の表面から発泡プラスチック由来のガスの発生が認められ、一部ガスへの着火も認められた。これに対し、本実施形態に係る成形品では、ガスの発生などは認められなかった。これは、従来品に使用されているポルトランドセメントの耐熱性が低いため、バーナーの加熱により発泡プラスチックを被覆するセメント層に微細なクラックが生じ、加熱によって発泡プラスチックから生じたガスが、このクラックを通って成形品の表面から放出された結果であると考えられる。一方、本実施形態に係る成形品に使用されアルミナセメントは、耐熱性に富み、バーナーの加熱によって生じるクラックがごく少ない。そのため、成形品に内包される発泡スチロールが熱により分解されたとしても、生じたガスはセル内に封じ込められ表面から放出されることがないためであると考えられる。
【００５０】
本実施形態に係るセメント成形品の圧縮強度及び曲げ強度を測定したところ、従来の天然珪砂を骨材として使用した軽量セメント成形品と遜色のない強度が得られた。
【００５１】
このように本発明に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材は、軽量でありながら高い機械的強度を有し、耐火性に富む優れた成形品を提供することができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材は、セメント材としてアルミナセメントを主成分とし、所定量の廃発泡プラスチックを内包する。これにより得られるセメント成形品は、軽量で且つ高い機械的強度を有する。
【００５３】
また、本発明に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材を使用した成形品は、アルミナセメントの有する耐火性により、有機物である廃発泡プラスチックを含有するにも拘わらず不燃性を実現することができる。
【００５４】
更に、本発明に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材は、アルミナセメントを主成分とするため、流し込み打設に可能な程度の水分を添加した場合であっても、充分な強度を確保することができる。従って、成型時に造粒工程やプレス加工を必要とせず、成形品の製造工程上も有利である。
【００５５】
また、本発明に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材は、モルタル状態で流動性に富むことから、成形品の表面転写性能に富み、優れた意匠的効果を有するセメント成形品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る軽量不燃材用セメントプレミックス材を用いた成形品の製造工程を示すフロー図である。
【符号の説明】
０１  電子秤
０２  電子秤
０３  攪拌機
０４  高速攪拌機
０５  定量水槽
０６  定量攪拌機
０７  真空装置
０８  打設装置
【図１】
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