(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
最大径３００μｍを越える気泡が実質的になく、かつ最大径５０μｍ以上２００μｍ以下の気泡の体積分率が２０ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下であり、かつ最大径２００μｍ以上３００μｍ以下の気泡の体積分率が２ｖｏｌ％以上１５ｖｏｌ％以下であり、かつ嵩比重が０．３以上０．７未満であることを特徴とする軽量気泡コンクリート。
【請求項２】
水銀圧入法で測定される微分細孔分布の最大値の１／４の高さにおける対数分布幅が０．４以上１．２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の軽量気泡コンクリート。
【請求項３】
少なくとも珪酸質原料とセメントと石灰質原料と硫酸アルミニウムもしくはその含水物と水及び起泡剤を含む水溶液を、固体原料の総重量に対する使用した全ての水の重量比が０．９以上２．５以下になるように混合してスラリーを得た後に、該スラリーを、気泡を含まないスラリーの単位容積に対する、気泡含有させた後のスラリーの単位容積が１．１倍以上１．３５倍以下になるように気泡発生装置中で処理し、該気泡含有スラリーを型枠に注入し、予備硬化した後にオートクレーブ養生することを特徴とする軽量気泡コンクリートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明に属する技術分野】
本発明は、軽量気泡コンクリートおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽量建材として一般的な軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）は、不燃で耐火性、断熱性に優れ、軽量であり、施工性にも優れている等の多くの特徴を有しているため、壁、床、屋根、間仕切り等の建築材料として広く使用されている。
軽量気泡コンクリートは一般に珪石、ポルトランドセメント、生石灰等を主原料としたスラリーに、発泡剤や起泡剤等により気泡を導入し、硬化させた後、オートクレーブ養生して製造されている。このようにして製造された軽量気泡コンクリートは、一般的には嵩比重が０．５〜０．６程度で、圧縮強度が４〜５Ｎ／ｍ2の範囲のものが多い。そして固体部分はトバモライト結晶（５ＣａＯ・６ＳｉＯ2・５Ｈ2Ｏ）、低結晶性ケイ酸カルシウム水和物（以降ＣＳＨと記す。）、および残留珪石を主体とする。これら軽量気泡コンクリートの発泡剤としては、金属アルミニウムを用いるのが一般的である。
【０００３】
一方、起泡剤としては非イオン系、イオン系界面活性剤等を用いるのが一般的であり、その製造方法は主に、起泡剤を含む水溶液を予め撹拌等により起泡させた後に、これをスラリーと混合して気泡を含有させる方法と、起泡剤を含む水溶液とコンクリート材料との撹拌混合作業時にスラリー中に気泡を含ませる方法などが挙げられる。しかし、これらの方法で得られる気泡径の多くは１ｍｍ程度の粗大なものが多く、結果として、硬化体の圧縮強度、曲げ強度の低下、及び表面平滑性や保釘力の劣化をもたらしている。
【０００４】
軽量気泡コンクリートの高強度に改善する方法として、例えば特開平７−１０１７８７号公報には、起泡剤を用いずに軽量かつ高強度を有した軽量コンクリートを製造する技術が開示され、また、特開平８−１２４６４号公報には、起泡剤を用いて軽量かつ高強度を有した気泡コンクリートを製造する技術が開示されている。両公報共に圧縮強度約２０N／ｍ2を越える建材が報告されている。しかしながら、最低到達比重は０．７〜０．８程度であり、軽量部材としては未だ不十分なレベルである。
【０００５】
一方、軽量気泡コンクリートの平面平滑性を向上させる検討として、例えばＷＯ９９／４２４１８には、径が２００μｍ以上の気泡を実質的に含まずに嵩比重０．３以上０．７以下の範囲で、従来の軽量気泡コンクリートにない優れた平面平滑性及び強度が得られたことが報告されている。
しかし、径が２００μｍ以上の気泡を実質的に含まない場合、すなわち気泡が導入されない場合、強度、表面平滑性ともに大幅に改善されるが、硬化体中の気体の透過率が非常に低くなる。気体透過率の低下は、硬化体中からの水の拡散の抑制につながり、硬化体が濡れた場合の乾燥速度が遅くなる。従って、気体透過率の高い、軽量かつ高強度、平面平滑性を有する軽量気泡コンクリートが望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、嵩比重が０．３以上０．７未満で、気体透過率を一定以上有しながら、高強度かつ表面平滑性に優れ、さらには保釘力が高い軽量気泡コンクリート、並びにそれらの製造方法を提供すことにある。
【０００７】
【課題が解決するための手段】
本発明者らは、固体原料に対する水の重量比および気泡の導入量、導入方法に着目し、鋭意研究の結果、高強度かつ平面平滑性を維持しながら、気泡径２００μｍ以上、３００μｍ以下の気泡の体積分率が一定範囲内に存在すると、気体の透過率を高めることが出来ることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、
（１）  最大径３００μｍを越える気泡が実質的になく、かつ最大径５０μｍ以上２００μｍ以下の気泡の体積分率が２０ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下であり、かつ最大径２００μｍ以上３００μｍ以下の気泡の体積分率が２ｖｏｌ％以上１５ｖｏｌ％以下であり、かつ嵩比重が０．３以上０．７未満であることを特徴とする軽量気泡コンクリート、
（２）  水銀圧入法で測定される微分細孔分布の最大値の１／４の高さにおける対数分布幅が０．４以上１．２以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載の軽量気泡コンクリート、
（３）  少なくとも珪酸質原料とセメントと石灰質原料と硫酸アルミニウムもしくはその含水物と水及び起泡剤を含む水溶液を、固体原料の総重量に対する使用した全ての水の重量比が０．９以上２．５以下になるように混合してスラリーを得た後に、該スラリーを、気泡を含まないスラリーの単位容積に対する、気泡含有させた後のスラリーの単位容積が１．１倍以上１．３５倍以下になるように気泡発生装置中で処理し、該気泡含有スラリーを型枠に注入し、予備硬化した後にオートクレーブ養生することを特徴とする軽量気泡コンクリートの製造方法、
である。
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の軽量気泡コンクリートは、最大径３００μｍを越える気泡が実質的になく、かつ最大径５０μｍ以上２００μｍ以下の気泡の体積分率が２０ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下であり、かつ最大径２００μｍ以上３００μｍ以下の気泡の体積分率が２ｖｏｌ％以上１５ｖｏｌ％以下である。
ここでいう最大径３００μｍを越える気泡が実質的にないこととは、本発明の軽量気泡コンクリートを破断させて生じた面上において、３０ｍｍ四方に最大径が３００μｍを越える気泡が２０個以下、好ましくは１０個以下、さらに好ましくは５個以下であることである。最大径３００μmを越える気泡が２０個を越えて存在すると、表面平滑性が低下し、さらには強度低下を引き起こす可能性がある。従来の材料では１ｍｍを越える粗大気泡を多く有しており、このような粗大気泡なくすことは強度向上につながると考えられる。
【０００９】
本発明の軽量気泡コンクリートは、最大径５０μｍ以上２００μｍ以下の気泡の体積分率が２０ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下であり、かつ最大径２００μｍ以上３００μｍ以下の気泡の体積分率が２ｖｏｌ％以上１５ｖｏｌ％以下であることが必要であり、好ましくは最大径５０μｍ以上２００μｍ以下の気泡の体積分率が２０ｖｏｌ％以上２５ｖｏｌ％以下であり、かつ最大径２００μｍ以上３００μｍ以下の気泡の体積分率が２ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下である。
【００１０】
ここで、最大径５０μｍ以上２００μｍ以下の気泡の体積分率が２０ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下であり、かつ最大径２００μｍ以上３００μｍ以下の気泡の体積分率が２ｖｏｌ％以上１５ｖｏｌ％以下であるとは、上記に記載する気泡の最大径の体積分率範囲を満たし、かつ最大径５０μｍ以上３００μｍ以下の気泡の体積分率が２２ｖｏｌ％以上３５ｖｏｌ％以下である事を意味する。
ここで、最大径５０μｍ以上２００μｍ以下の気泡の体積分率が２０ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下であり、かつ最大径２００μｍ以上３００μｍ以下の気泡の体積分率が２ｖｏｌ％以上１５ｖｏｌ％以下であると、高強度で表面平滑性を有しながら、硬化体の気体透過率を一定以上に保持することが可能となる。
【００１１】
本発明において、気泡の体積分率とは、本発明の軽量気泡コンクリートの破断面の単位面積当たりの全気泡の気泡径を計測し、その気泡径の分布から、気泡がすべて円であると仮定して、面積を算出し、単位面積に対する円の総面積の比率つまり気泡の面積分率から算出した値のことである。任意の断面における、気泡の面積分率は、体積分率に一致することから、ここで算出された気泡の面積分率を気泡の体積分率とした。ここでいう気泡径とは、破断面上のおのおのの気泡の最大径を測定し（以降Ｌａと記す）、つづいてＬａに対して垂直方向の同気泡の最大径（以降Ｌｂと記す）を測定し、これらＬａとＬｂの平均径から算出した。これら気泡径は、光学顕微鏡を用いて５０倍の倍率で観察した像を印刷して、手動で測定した。測定に際しては、気泡の計測カウント数が１０００個以上になるように単位面積を選んだ。
【００１２】
また、ここでいう気泡とは、起泡剤により生成した球状の空隙をいい、通常、球、楕円体、水滴状、あるいはこれらが結合した形状をなすことから、亀裂や欠けによって発生した空隙とは容易に区別できる。さらに製造過程にて空気が混入して生じた不可避の気泡も含める。
本発明の軽量気泡コンクリートの嵩比重は、０．３以上０．７未満の範囲にあり、好ましくは０．３以上０．６以下である。ここでいう嵩比重とは、１０５℃で２４時間乾燥させた際の嵩比重、すなわち絶乾比重を指す。０．３未満では本発明の目的とする高い強度は得られない。逆に０．７以上では本発明の目的とする軽量な気泡コンクリートの範疇からはずれる。
【００１３】
本発明の軽量気泡コンクリートにおいては、水銀圧入法で測定される微分細孔分布の最大値の１／４の高さにおける対数分布幅が０．４以上１．２以下であることが好ましい。ここで水銀圧入法とは、硬化体内部へ水銀を圧入させて、その時の圧力と侵入量の関係から細孔径の分布を測定するものであり、細孔の形状が円筒形であると仮定して計算されたものである。従って、細孔径の測定可能範囲は６ｎｍ〜３６０μｍの範囲であるが、この値は実際の細孔の直径を表すものでなく、構成物質間の隙間の大きさの指標として使用され、特に本発明の比重範囲の細孔構造を記述する際には有効な解析手段である。水銀圧入法で測定された微分細孔分布は、測定された細孔径に対する細孔量の積算曲線を一次微分して得られる。通常、０．３以上０．７未満の嵩比重の低い軽量気泡コンクリートの骨格を形成する部分（以降マトリックスと記す）の空隙は、その測定範囲内の細孔径６ｎｍ〜５０μｍの間で存在する。
【００１４】
微分細孔分布の最大値１／４の高さにおける対数分布幅とは、細孔径分布の広がりを表す一つの指標であり、微分細孔分布の最大値の１／４の高さにおける細孔径分布の幅を対数にて表示したものである。その算出方法を図１（Ａ）、（Ｂ）に示す。最大値の１／４の高さにおける対数分布幅が１．２を越えると空隙径が５０μｍ以下の細孔領域における細孔径分布は広い分布を持つことになり、これはすなわち応力を担うマトリックスの空隙の均一性が低いことを示す。そのために、局所的な応力集中が生じやすくなり、圧縮強度の低下をもたらす傾向がある。
【００１５】
例えば従来の軽量気泡コンクリートは、発泡剤や起泡剤により導入された粗大気泡部を除いた部分、すなわち骨格を形成するマトリックスに存在する空隙は広い分布を持ち、水銀圧入法で測定された微分細孔分布の最大値の１／４の高さにおける対数分布幅は１．２を越えている。すなわち、これら細孔領域に存在する広い分布を持つ空隙が、水銀圧入法で測定された微分細孔分布の最大値の１／４の高さにおける対数分布幅で１．２以下にすることが、強度等の物性を改善することに好ましいと本発明者らは推測している。
【００１６】
本発明において、該対数分布幅は小さい方が強度その他物性は向上するが、本発明の製造方法をもってしても０．４より小さい対数分布幅を得ることは難しい。従って、水銀圧入法で測定される微細孔分布の最大値の１／４の高さにおける対数分布幅が０．４以上１．２以下であることが好ましい。さらに好ましくは０．４以上１．１以下、特に好ましくは０．４以上１．０以下である。
本発明の軽量気泡コンクリートにおいては、トバモライトが主体であることが好ましい。
【００１７】
トバモライトは、従来の軽量気泡コンクリートなどの組織中に通常みられる代表的な結晶性ケイ酸カルシウム水和物の一つであり、板状あるいは短冊状粒子形態をとる。
本発明の軽量気泡コンクリートにおいて、トバモライトが主体であるか否かは、珪酸カルシウム硬化体の破断面の走査型電子顕微鏡観察と粉末Ｘ線観察を併用することにより判断する。
【００１８】
すなわち、粉末Ｘ線回折において、トバモライトの最強線（２２０）を越える他の回折ピークが存在しないことである。ただし、トバモライトとともに、結晶質シリカ、炭酸カルシウム、石膏が共存する場合、トバモライトが主体であっても、これら共存物質の高い結晶性のために、これらの物質の最強線がトバモライトの最強線を越える場合があるが、この様な場合は走査型顕微鏡観察下において、その構造が板状であるいは短冊状の粒子が主体であると判断できれば、トバモライトが主体であるとする。ここで板状あるいは短冊状の粒子とは、１つの粒子において、互いにほほ平行な２つの表面間の距離がその粒子の最小長さに相当し、その粒子の最大長さが最小長さ（以降厚みと記す）の５倍以上である粒子とする。もちろん、ここでいう最大長さ、厚みは二次元への投影長さである。これらトバモライトの粒子の大きさは特に規定はしないが、最大長さが数μｍ〜１０μｍであることが好ましい。
【００１９】
通常トバモライトは、ＣＳＨと共存することが多い。ＣＳＨは様々な粒子形態をとることが知られているが、通常、繊維状、粒状、塊状の粒子形態をとるために電子顕微鏡下でトバモライト粒子と区別できる。ここで、ＣＳＨは強度、耐候性、耐久性など建材としての様々な必要性能を低下させるので、可能な限り含有しないことが好ましい。
さらに、本発明の軽量気泡コンクリートにおいて、少量の軽量骨材、補強繊維、樹脂等もトバモライトの基本骨格を崩さない範囲で含有することができる。
【００２０】
本発明の軽量気泡コンクリートは、粉末Ｘ線回折において観察される、２つのトバモライトの回折線（２２０）、（０２２）に挟まれた角度領域における回折強度の最低値Ｉａに対するトバモライトの（２２０）回折ピーク強度Ｉｂの比（Ｉａ／Ｉｂ）が４．０以上であることが好ましい。軽量コンクリート中にＣＳＨが多量に存在すると、建材としての様々な性質が低下する。トバモライトとＣＳＨが共存する硬化体について、粉末Ｘ線回折を行うと、トバモライトの（２２０）回折ピークと（２２２）回折ピークに挟まれた領域に、ブロードなＣＳＨの回折ピークが認められる。この回折ピークは通常２９．１〜２９．４°（２θ）付近に出現する。またＣＳＨがトバモライトに比べて少ない場合、ＣＳＨのピークは、トバモライトの回折線に吸収された形になり、通常ＣＳＨの回折強度の測定は不可能となる。
【００２１】
ところがこの様な場合、トバモライトの（２２０）回折ピークと（２２２）回折ピークに挟まれた領域におけるＸ線の回折強度は、ベースラインに比べて高い値となることから、ＣＳＨの存在の有無を判定することができる。軽量気泡コンクリートがＣＳＨを全く含まず、かつ高結晶性のトバモライトを主体とする場合、同領域におけるＸ線強度の最低値はバックグランド強度と一致する。すなわち２つのトバモライトの回折線、（２２０）と（２２２）に挟まれた角度領域における回折強度の最低値Ｉａに対するトバモライトの（２２０）面の回折ピーク強度Ｉｂの比（Ｉｂ／Ｉａ）が大きい程、軽量気泡コンクリート中に含有されるＣＳＨが少ない。
【００２２】
一方、たとえＣＳＨが存在しない場合でも、トバモライトの結晶性が低い場合には、Ｉｂ／Ｉａは小さくなる。これは（２２０）と（２２２）が近接しているために、ピークのすそのが重なり合うためである。トバモライトの結晶性が低下すると、軽量コンクリートの強度劣化、および耐候性の低下が起こる。従っていずれの場合でも、Ｉｂ／Ｉａの値は４．０以上が好ましく、さらに好ましくは４．２以上、それよりさらに好ましくは４．５以上である。市販の軽量気泡コンクリートは、反応性の低い珪石源を用いることにより、トバモライトの結晶性を高め、結果としてＩｂ／Ｉａの値は高くなっている。この値が高いにも関わらず強度が低い理由は、１ｍｍ以上の粗大気泡を多量に含有するためである。Ｉａ、Ｉｂの算出方法の概略を図２（Ａ）、（Ｂ）に示す。
【００２３】
本発明の軽量気泡コンクリートは、気体透過率測定において０．１１ｍ4／ｓｅｃ・ｋｇ以上あることが好ましく、さらに好ましくは０．１２ｍ4／ｓｅｃ・ｋｇ以上である。気体透過率は、硬化体中の気体の透過のしやすさを示し、気体透過率の値が大きくなるほど気体が硬化体中を透過しやすい。硬化体中の気体の透過の程度は、硬化体中に含まれる水の拡散の程度の指標になると考えられる。すなわち、気体透過率が低いと硬化体中からの水の拡散の抑制につながり、硬化体が濡れた場合、乾燥速度が遅くなる。従って、本発明の軽量気泡コンクリートにおいては気体透過率がある一定以上ある方が好ましい。
【００２４】
以下、本発明の軽量気泡コンクリートの製造方法について説明する。
本発明の軽量気泡コンクリートの製造方法は、少なくとも珪酸質原料とセメントと石灰質原料と硫酸アルミニウムもしくはその含水物と水及び起泡剤を含む水溶液とを、固体原料の総重量に対する使用した全ての水の重量比が０．９以上２．５以下に、好ましくは固体原料の総重量に対する使用した全ての水の重量比が１．０以上２．５以下になるように混合してスラリーを得ることが必要である。なお、本発明において固体原料の総重量には結晶水の重量は含めず、使用した全ての水の重量には結晶水の重量をも含める。
【００２５】
ここで珪酸質原料とは、結晶質の珪石、珪砂、及び非結晶質の珪藻土、シリカフューム、フライアッシュ、天然の粘土鉱物、それらの焼成物等である。本発明の軽量気泡コンクリートは、目的とする高強度を達成するために、結晶性の珪石を用いることが好ましく、なかでも微粉砕したブレーン比表面積で５０００ｃｍ2／ｇ以上の微粉珪石が好ましく、より好ましくは７０００ｃｍ2／ｇ以上の微粉珪石である。珪酸質原料の添加量は、本発明の軽量気泡コンクリートを製造する際の固体原料に対して５重量％以上３０重量％以下であり、好ましくは１０重量％以上２５重量％以下である。
【００２６】
また、セメントは普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、ビーライトセメント等の珪酸成分とカルシウム成分を主体とするセメントをいう。さらに、石灰質原料とは、酸化物換算でＣａＯを５０重量％以上含む原料であり、石灰石あるいは消石灰をいう。石灰質の添加量は、本発明の軽量気泡コンクリートを製造する際の固体原料に対して２重量％以上２０重量％以下であり、好ましくは２重量％以上１５重量％以下である。
【００２７】
本発明において、硫酸アルミニウムもしくはその含水物を用いることにより、水／固体比を上げることが可能になり、その結果気泡導入量が少なくても、得られる比重を任意に制御し、かつ気泡径を自由に制御できるようになった。その硫酸アルミニウムもしくはその含水物の添加量は、固体原料に対して酸化物換算で（Ａｌ2Ｏ3）で０．０９重量％以上１０重量％以下であり、用いる固体原料の総重量に対する、使用した水の重量比（以降、水／固体比と記す）が０．９５未満の場合は、０．０９重量％以上３重量％であることが好ましく、より好ましくは０．１２重量％以上２重量％以下であり、水／固体比が０．９５以上１．９未満の場合には、好ましくは０．１５重量％以上６重量％以下であり、水／固体比が１．９以上の場合には、０．２重量％以上１０重量％以下であることが好ましい。ここでいう水量とは、水、結晶水及び起泡剤を含む水溶液中に含まれる水全てを含めたものをいう。
【００２８】
また、硫酸アルミニウムもしくはその含水物における硫酸アルミニウムとは、化学式（Ａｌ2（ＳＯ4）3）からなる物質をいい、その含水物とは例えば化学式（Ａｌ2（ＳＯ4）3・１７Ｈ2Ｏ）で示されるような結晶水を含む化合物をいう。原料形態としては粉末、スラリー、水溶液いずれでも構わない。
起泡剤を含む水溶液としては、気泡を生成するものであれば任意の周知の起泡剤を使用することができ、たとえば、動物蛋白系の起泡剤としてマールＰ（麻生フォームクリート（株）製）等が、界面活性剤として、アニオン系界面活性剤のオレイン酸ナトリウム、テトラプロピレンベンゼンスルホン酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム等、非イオン系界面活性剤のオクチルフェノールのエチレンオキサイド付加物、高級アルコールのエチレンオキサイド付加物、ラウリル酸ジエタノールアミド等、カチオン系界面活性剤のトリエタノールアミンモノスアレートの蟻酸塩、ステアラミドエチルジエチルアミンの酢酸塩、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアラミドメチルピリジニウムクロライド等、両性界面活性剤のラウリルアミノプロピオン酸ナトリウム、ラウリルジメチルベタイン、ラウリルジヒドロキシエチルベタイン等が挙げられ、イオン性や構造を限定するものではない。
【００２９】
起泡剤を含む水溶液の添加量に関しては、特に規定しないが、起泡剤の量が少ないと、スラリー中に気泡が得にくく、逆に起泡剤が多すぎるとスラリーの粘度が増加し気泡が得にくい、従ってスラリー中の水の重量に対して０．０５重量％以上５０重量％が好ましく、さらに好ましくは０．１重量％以上４５重量％である。混合に関しては、任意のミキサーが使用可能である。
本発明に用いる起泡剤とは、軽量気泡コンクリートで一般的に使用されている金属アルミニウム等による発泡剤とは異なり、上記に示したような界面活性剤等を用いて気泡を導入する起泡剤のことである。
【００３０】
固体原料と水からなるスラリーを混合する温度については特に規定はないが、混合温度が低すぎると反応が進みにくい。従って混合直後の温度で４０℃以上、１００℃以下が好ましく、より好ましくは５０℃以上１００℃以下である。また、スラリーを混合する時間にも特に規定はないが、短すぎると各固体原料の均一分散が不十分であり、長すぎるとセメントの水和が進行しすぎるので予備硬化を遅らせてしまう。従って、１０分以上５時間未満が好ましく、より好ましくは３０分以上３時間未満である。
【００３１】
本発明の製造方法において、気泡を導入するに当たり、気泡を含まないスラリーの単位容積に対する、気泡含有させた後のスラリーの単位容積が１．１倍以上１．３５倍以下になるように気泡発生装置中で処理することが必要である。これは本発明の目的である、３００μｍを越える気泡が実質的になく、かつ気泡径２００μｍ以上、３００μｍ以下の気泡の体積分率が一定範囲内に存在させ、平面平滑性、高強度、一定以上の気体透過率を達成するのに必須条件である。気泡を含まないスラリーの単位容積に対する気体を含有させた後のスラリーの単位容積が１．３５倍を越えると、気泡同士の合一や破泡が起こり均一かつ微細な気泡を得ることが困難になり、さらに表面平滑性を低下させることになる。また気泡を含まないスラリーの単位容積に対する気体を含有させた後のスラリーの単位容積が１．１倍未満では、一定以上の気体透過率が得られない。
【００３２】
従って、本発明の軽量気泡コンクリートの製造方法では、気泡を含まないスラリーの単位容積に対する、気泡含有させた後のスラリーの単位容積が１．１０倍以上１．３５倍以下になるように気泡を導入することが好ましく、さらに好ましくは１．１５以上１．３０以下に、よりさらに好ましくは１．２０以上１．３０以下である。
本発明において、気泡を含まないスラリーとは、総固体原料及び水を加え混合し、さらに起泡剤を含む水溶液を加えて得た気泡を含まないスラリーをいう。
【００３３】
本発明において、気泡発生装置とは、例えば図３に示すような通常、起泡剤を含む水溶液等を加え泡沫を作製する装置をいい、主に液体投入部分と、液体出口及びその先に接続されたビーズ等が充填剤された発泡筒部分と、圧縮空気供給部分と、それらが接続された圧力容器部分からなるものをいう。圧縮空気供給部分は、供給する空気圧力を変えられるものが好ましい。本発明において、発泡筒内に詰める充填剤は素材、形状については特に決まりはないが、セラミックスビーズ、ガラスビーズ、金属たわし等の気泡が均一かつ微細になるものが好ましい。また、気泡発生装置中で処理するとは、通常気泡発生装置内に起泡剤を含む水溶液等を投入し泡沫を作製するのと同様に、起泡剤を含むスラリーを通過あるいは滞留させる操作をいう。
【００３４】
本発明の軽量気泡コンクリート製造用の気泡を含むスラリーは、起泡剤を投入したスラリーを、この気泡発生装置内を通過あるいは滞留させるという操作を行うことで得ることができる。ここで、発泡筒の長さは本発明の軽量気泡コンクリートを製造するにあたって特に限定はないが、２５ｃｍ以上１５０ｃｍ以下が好ましい。さらに、圧縮空気の圧力は本発明の軽量気泡コンクリートを製造するにあたって特に限定はないが、０．００１ＭＰａ以上０．１５ＭＰａ以下が好ましい。
【００３５】
この様にして得られた気泡含有スラリーは、好ましくはそのまま型枠に流し込まれ成形される。得られた成形体は、好ましくは４０℃以上１００℃以下で１時間以上かけて予備硬化される。得られた予備硬化体の切断は、軽量気泡コンクリートの製造に一般的に用いられるワイヤーによる切断方法も使用できる。必要に応じて任意の形状に切断された後に、オートクレーブを用いて高温高圧養生される。オートクレーブの条件としては、１６０℃（ゲージ圧：約０．５４ＭＰａ）以上、２２０℃（ゲージ圧：約２．３ＭＰａ）以下が好ましい。得られた硬化体は乾燥され、本発明の軽量気泡コンクリートが得られる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。なお、本発明において使用される各種の測定方法は以下の通りである。
［曲げ強度、圧縮強度］
ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１の曲げ強さ及び圧縮強さの測定に準じて測定した。すなわち、曲げ強度測定に用いた試験体寸法は、４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍであり、スパン幅は１００ｍｍである。圧縮強度は曲げ試験で割れた半分の試料において、加圧面４０ｍｍ×４０ｍｍで上下両圧縮面が平行となる構造として最大荷重を測定した。なお試験体は、２０℃、相対湿度６０％の乾燥器中で、硬化体の絶乾状態を基準とした含水量が、１０±２重量％になるまで乾燥させ測定を行った。
［気泡径の測定、体積分率］
曲げ強度試験後の試料破断面にエポキシ樹脂接着剤を含浸させ、エポキシ樹脂接着剤が硬化した後に、表面を紙ヤスリで研磨して、試料表面をキーエンス（株）製、デジタルＨＤマイクロスコープＶＨ−７０００を用いて観察した。気泡径の面積は、気泡の最大径（Ｌａ）を測定し、Ｌａに対して垂直方向の同気泡の最大径（Ｌｂ）を測定し、ＬａとＬｂの平均径を円の直径と近似して面積を算出した。
【００３７】
［粉末Ｘ線回折：Ｉａ，Ｉｂの測定］
強度測定に用いた試料を乳鉢中で粉砕した後に、理学電気（株）製ＲＩＮＴ２０００において、ＣｕのＫα線を用いて測定した。測定条件は、加速電圧４０ＫＶ、加速電流は２００ｍＡ、受光スリット幅０．１５ｍｍ、走査速度４°／分、サンプリング０．０２°である。なお回折線はグラファイトのモノクロメーターにより単色化されてカウントされた。２つのトバモライト回折線（２２０），（２２２）に挟まれた角度領域におけるバックグランドを含めた回折強度の最低値をＩａ、およびバックグランドを含めたトバモライト回折線（２２０）の最大強度をＩｂとする。なおこれら２つの回折線はそれぞれ２９．０°、３０．０°（２θ）付近に見られる回折線に対応する。図１（Ａ）、（Ｂ）に算出方法の模式図を示す。
【００３８】
［水銀圧入法による対数分布幅、細孔量割合の算出］
オートクレーブ後の硬化体を粉砕した後に分級して得た２〜４ｍｍ部分を、１０５℃にて２４時間乾燥させて測定用試料とした。これら試料を、Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｔｉｃｓ社製、Ｐｏｒｅ  Ｓｉｚｅｒ  ９３２０を用いて細孔径分布を測定した。この時、水銀と硬化体の接触角は１３０度、水銀の表面張力は４８４ｄｙｎ／ｃｍとして計算を行った。測定された細孔径に対する細孔量の積算曲線を１次微分して得られる微分細孔分布の最大値の１／４の高さを与える細孔径が二つの場合、大きい順にＡ1、Ａ2とすると、対数分布幅は、Ａ1、Ａ2それぞれの常用対数の差となる。微分細孔分布の最大値の１／４の高さを与える細孔径が二つの場合の算出方法を図２（Ａ）、（Ｂ）に示す。微分細孔分布の最大値の１／４の高さを与える細孔径が二つより多い場合は最大値を与える細孔径の常用対数と最小値を与える細孔径の常用対数の差となる。
［嵩比重］
曲げ試験に使用したものと同じ寸法のオートクレーブ後の硬化体を１０５℃にて２４時間乾燥させた時の重量と寸法から算出した。
【００３９】
［表面平滑性］
表面状態を目視で観察、ほとんど凹凸がない状態を○、凹凸が分かる状態を△、凹凸がかなりある状態を×で評価した。
［鋸引き試験］
木工用鋸を用いて硬化体を切断し、切断しやすさを、容易に切断できる○、少し欠ける△、欠けて切断できない×で表現した。また、切断面の状況をほとんど凹凸がない状態を○、凹凸が分かる状態を△、凹凸がかなりある状態を×で評価した。
［保釘力試験］
５０ｍｍ×１８０ｍｍ×１８０ｍｍの試験体の中央に下穴（径３．０ｍｍ  深さ２５ｍｍ）をドリルにて制作した後、サラ木ネジ（径４．１φ、長さ４５ｍｍ、八幡ねじ製  ４−０２０−０４１４５）を深さ３０ｍｍまで手動でねじ込み、建研式付着力試験機を用いて引き抜き測定をした。なお試験体は、２０℃、相対湿度６０％の乾燥器中で、硬化体の絶乾状態を基準とした含水量が、１０±２％になるまで乾燥させ測定を行った。保釘力は、コーン破壊の有無で判断する。釘と硬化体との保釘力が高い場合、釘を引き抜いたときに、釘に付着した硬化体の一部も同時にとれるコーン破壊が起こり、保釘力が低いと釘だけが抜ける釘抜け現象が起こる。
【００４０】
［気体透過率］
東洋精機製作所（株）製ＰＥＲＭＥＡＧＲＡＰＨを用いて、φ５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの試験体で気体透過率測定を行った。
［乾燥速度］
４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍの試験体を水中に４０時間以上浸水させ、試験体を飽水させた後、６０℃、相対湿度４０％の条件の乾燥器中で、硬化体の絶乾状態を基準とした含水量が、２０±２％になるまでの乾燥時間の測定を行った。
【００４１】
【実施例１〜２】
表１に示す原料配合比にて、撹拌機を用いて混合を行った。混合は、６０℃に加温した水に固体原料を加えた後、混合槽を６０℃に加温しながら、大気圧で２時間行った。撹拌機の回転数は１２００ｒｐｍであった。なお、石灰質原料の投入については、表１に示すような割合（一次投入：二次投入）で二段に分けて投入を行った。すなわち、その他原料と同様にはじめから加える一次投入と、大気圧で２時間撹拌を行った後に加える二次投入である。二次石灰質原料投入後、同様な条件で１分間混合を行った。混合後のスラリーにセメント系材料用起泡剤の水溶液（マールＰ、加水分解蛋白３５．０％、灰分０．６％、水分６４．６％、麻生フォームクリート社製）を上記スラリー中及び起泡剤を含む水溶液の全水の重量に対して約１重量％加え、数秒起泡剤を含むスラリーを数秒撹拌して、該起泡剤含有スラリーを気泡発生装置（セルフォーム技術研究社製）内に投入し、通常気泡を作製するのと同様の操作方法で空気圧力０．０２５ＭＰａ、送液圧力０．０２５ＭＰａの条件下で通気を調節して、気泡を含まないスラリーの単位容積に対する、気泡含有させた後のスラリーの単位容積が約１．２５倍になるように気泡を導入した。
【００４２】
その後気泡含有スラリーを型枠に流し込み、６０℃にて５時間保持して、予備硬化させた。これらを脱型してオートクレーブにて１８０℃で４時間、高温高圧養生を行った後に乾燥して軽量気泡コンクリートを得た。また、表１に示す珪酸質原料としては珪石粉砕粉を、石灰質原料としては生石灰を、セメントは普通ポルトランドセメントを、硫酸化合物としては二水石膏を用いた。表１中の重量部は用いた水を含まない純分で表記した。これら得られた軽量気泡コンクリートの各種物性を行った。その結果を表２に示す。
【００４３】
軽量気泡コンクリートに対する最大気泡径の体積分率は、５０〜２００μｍで２２〜２５ｖｏｌ％、２００〜３００μｍで６〜７ｖｏｌ％あった。粉末Ｘ線回折の結果、いずれの硬化体においても、最強線はトバモライトの（２２０）回折線と同定された。曲げ強度は実施例１で３．７Ｎ／ｍ2、実施例２で４．６Ｎ／ｍ2、圧縮強度はそれぞれ９．８Ｎ／ｍ2、１８．５Ｎ／ｍ2であった。保釘力試験を行った結果は、コーン破壊であった。気体透過率試験結果は実施例１で０．１２ｍ4／ｓｅｃ・ｋｇ、実施例２で０．１７ｍ4／ｓｅｃ・ｋｇであった。乾燥試験結果は、硬化体の絶乾状態を基準とした含水量が、２０±２％になるまでに３５〜４０時間かかった。
【００４４】
【比較例１、２】
表１に示す配合比で、起泡剤を含む水溶液を添加しないこと以外は、実施例１、２同様な方法で軽量コンクリートを作製し、各種物性測定を行った。その結果を表２に示す。絶乾比重はそれぞれ、０．４５と０．７０であった。軽量コンクリートに対する最大気泡径の体積分率は、比較例１、２共に５０〜２００μｍで１ｖｏｌ％以下、２００〜３００μｍで１ｖｏｌ％以下であった。粉末Ｘ線回折の結果、いずれの硬化体においても、最強線はトバモライトの（２２０）回折線と同定された。気体透過率試験結果はそれぞれ０．１０ｍ4／ｓｅｃ・ｋｇ、０．０９ｍ4／ｓｅｃ・ｋｇであり、実施例１、２に比べ低い値である。乾燥試験結果は、硬化体の絶乾状態を基準とした含水量が、２０±２％になるまでにそれぞれ８５時間、７５時間かかり、実施例１、２に比べて乾燥時間が増加した。
【００４５】
【比較例３】
起泡剤を用いて、気泡を含まないスラリーの単位容積に対する、気泡含有させた後のスラリーの単位容積が約１．８倍になるように気泡を導入した以外は、実施例１と同じ配合で、同様な方法で軽量コンクリートを作製し、各種物性測定を行った。その結果を表２に示す。絶乾比重は０．３１であった。軽量気泡コンクリートに対する最大気泡径の体積分率は、５０〜２００μｍで９．５ｖｏｌ％、２００〜３００μｍで２１ｖｏｌ％であった。粉末Ｘ線回折の結果、最強線はトバモライトの（２２０）回折線と同定された。保釘力試験を行った結果、釘抜けであった。気体透過率試験結果は０．２１ｍ4／ｓｅｃ・ｋｇであった。乾燥試験結果は、硬化体の絶乾状態を基準とした含水量が、２０±２％になるまでに４０時間かかり、実施例１とほぼ同じであった。
【００４６】
【比較例４】
市販のＡＬＣから無筋部分を採取して、各種物性測定を行った。その結果を表２に示す。絶乾比重は０．５１であった。軽量気泡コンクリートに対する最大気泡径の体積分率は、５０〜２００μｍで０．２６ｖｏｌ％、２００〜３００μｍで１．７ｖｏｌ％であった。粉末Ｘ線回折の結果、トバモライトの（２２０）回折線よりも高いピークとして、石英の（１０１）回折線のみが観察された。曲げ強度は１．４Ｎ／ｍ2で、圧縮強度は５．０Ｎ／ｍ2であり、実施例１〜２より低い値であった。保釘力試験を行った結果は、釘抜けであった。気体透過率試験結果は０．２２ｍ4／ｓｅｃ・ｋｇであった。乾燥試験結果は、硬化体の絶乾状態を基準とした含水量が、２０±２％になるまでに２０時間かかった。
【００４７】
【比較例５】
表１に示される原料配合比にて固体原料及び水を混合し、混合が終了した後、発泡剤として表１に示す重量部のアルミニウム粉末を添加し、されに同じ温度で１分間混合した後に型枠に流し込んだ以外は実施例１〜２と同様にして作製し、各種物性測定を行った。その結果を表２に示す。絶乾比重は０．５６であった。軽量気泡コンクリートに対する最大気泡径の体積分率は、５０〜２００μｍで２．３ｖｏｌ％、２００〜３００μｍで５．３ｖｏｌ％であった。粉末Ｘ線回折の結果、いずれの硬化体においても、最強線はトバモライトの（２２０）回折線と同定された。保釘力試験を行った結果は、コーン破壊であった。気体透過率試験結果は０．１４ｍ4／ｓｅｃ・ｋｇであった。乾燥試験結果は、硬化体の絶乾状態を基準とした含水量が、２０±２％になるまでに３５時間かかり、実施例１とほぼ同じであった。
【００４８】
【比較例６】
普通ポルトラルドセメント３１重量部、生石灰４２重量部、ブレーン値１１０００の微粉珪石２７重量部、及び水１６重量部を撹拌機を用いて６０℃で混合した。その後、撹拌を止めて静置し、６０℃で４時間保持して硬化させた。得られた硬化体の解砕物４０重量部、普通ポルトランドセメント１３．６重量部、生石灰１３．６重量部、ブレーン値１１０００の微粉珪石２９．８重量部、二水石膏３重量部、水１１８重量部、および古紙パルプをミクロフィブリル化した繊維１重量部を混合した後、得られたスラリーを型枠に流し込み、水分の蒸発を抑制した状態で６０℃で１２時間かけて予備硬化させた。予備硬化体を脱型して、オートクレーブにて１８０℃で４時間蒸気養生を行って硬化体を得た。各種物性測定を行った結果を表２に示す。
【００４９】
絶乾比重は０．５１であった。粉末Ｘ線回折の結果、いずれの硬化体においても、最強線はトバモライトの（２２０）回折線と同定された。軽量気泡コンクリートに対する最大気泡径の体積分率は、５０〜２００μｍで１ｖｏｌ％以下、２００〜３００μｍで１ｖｏｌ％以下であった。気体透過率試験結果は０．１０ｍ4／ｓｅｃ・ｋｇであり、従来の軽量気泡コンクリート及び実施例１，２に比べ低い値であった。乾燥試験結果は、硬化体の絶乾状態を基準とした含水量が、２０±２％になるまでに８５時間かかり、実施例１に比べて５０時間、比較例４に比べて６５時間も乾燥時間が増加した。
【００５０】
【比較例７】
普通ポルトランドセメント１８重量％、生石灰３２．２重量％、消石灰１０．７重量％、及び平均粒子２０μｍ程度の珪石粉末４１．７重量％と、これらの合計に対して３重量％の二水石膏を混合し、全固体原料に対して水／固体比０．７９になるように水を添加してスラリーとした。このスラリーを４０℃に加熱して、離型剤を塗布したＪＩＳ  Ｒ  ５２０１のモルタル強度試験用型枠（１０ｃｍ×１０ｃｍ×４０ｃｍ；鉄筋を配置していない）に注入した。この型枠を湿度８０％および温度５０℃の雰囲気中に１０時間おいて、スラリーを予備硬化させた。予備硬化体を脱型して、オートクレーブにて１８０℃で７時間蒸気養生を行って、硬化体を得た後、各物性測定を行った。その結果を表２に示す。絶乾比重は０．８８であった。粉末Ｘ線回折の結果、明確なトバモライトの回折線は観察されず、最強線は石英の（１０１）回折線であった。
【００５１】
軽量気泡コンクリートに対する最大気泡径の体積分率は、５０〜２００μｍで１ｖｏｌ％以下、２００〜３００μｍで１ｖｏｌ％以下であった。気体透過率試験結果は０．１０ｍ4／ｓｅｃ・ｋｇであり、従来の軽量気泡コンクリート及び実施例１，２に比べ低い値であった。乾燥試験結果は、硬化体の絶乾状態を基準とした含水量が、２０±２％になるまでに８５時間かかり、実施例１に比べて５０時間、比較例４に比べて６５時間も乾燥時間が増加した。
【００５２】
【表１】
0004628584.tif 000002
【００５３】
【表２】
0004628584.tif 000003
【００５４】
【発明の効果】
本発明の軽量気泡コンクリートは、軽量かつ高い圧縮強度及び保釘力有し、表面平滑性に優れ、さらには気体透過率を一定上に保持でき、乾燥時間が短いという特徴を有することから、壁、床、屋根、間仕切り材等に好適であり、産業上大いに有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】水銀圧入法における微分細孔分布の対数１／４値幅算出方法の説明図である。
（Ａ）：実施例１の微分細孔分の最大値の１／４の高さにおける対数分布幅の算出例。
（Ｂ）：比較例１の微分細孔分の最大値の１／４の高さにおける対数分布幅の算出例。
【図２】粉末Ｘ線回折における、Ｉａ、Ｉｂの算出方法の説明図である。
（Ａ）：実施例１に対するＩａ、Ｉｂの算出例。
（Ｂ）：比較例１に対するＩａ、Ｉｂの算出例。
【図３】本発明で用いる気泡発生装置の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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