(57)【要約】【課題】  軽量セメント質硬化体およびその製造方法において、例えばオートクレーブ養生などの専用設備を要することなく、型枠へ流し込み成形が行え、低比重とできるようにする。【解決手段】  セメント、もしくはセメントと水硬性鉱物との混合物、および骨材に、水を加えて混練し、その後、前記骨材の最大径の２〜１０倍の繊維長を有する補強繊維と気泡とを投入・混練して、硬化時の気乾比重が０．５〜０．９となるようにする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、もしくはセメントと水硬性鉱物との混合物、および骨材に、水を加えて混練し、
その後、前記骨材の最大径の２〜１０倍の繊維長を有する補強繊維と気泡とを投入・混練して、
硬化時の気乾比重が０．５〜０．９となるようにしたことを特徴とする軽量セメント質硬化体の製造方法。
【請求項２】
前記補強繊維と前記気泡とを投入・混練する際、前記補強繊維を投入・混練してから、前記気泡を投入・混練することを特徴とする請求項１に記載の軽量セメント質硬化体の製造方法。
【請求項３】
前記水に対する前記セメント、もしくはセメントと水硬性鉱物との混合物の量が、質量比で０．３〜０．５５、
前記骨材の量が、前記軽量セメント質硬化体全体に対する容積比で０．２５〜０．５、
前記気泡の量が、前記軽量セメント質硬化体全体に対する容積比で０．１５〜０．５、
前記補強繊維の量が、前記軽量セメント質硬化体全体に対する容積比で０．００３〜０．０２となるように配合されたことを特徴とする請求項１または２に記載の軽量セメント質硬化体の製造方法。
【請求項４】
セメント、骨材および気泡を含む軽量セメント質硬化体であって、
前記骨材の最大径の２〜１０倍の繊維長を有する補強繊維を含有し、
気乾比重が０．５〜０．９であることを特徴とする軽量セメント質硬化体。
【請求項５】
前記骨材が吸水率２％以下の人工軽量骨材を含むことを特徴とする請求項４に記載の軽量セメント質硬化体。
【請求項６】
前記骨材の占める容積比が０．２５〜０．５であり、
前記気泡の占める容積比が０．１５〜０．５であり、
前記補強繊維の占める容積比が０．００３〜０．０２であることを特徴とする請求項４または５に記載の軽量セメント質硬化体。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれかに記載の軽量セメント質硬化体の製造方法により製造された軽量セメント質硬化体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量セメント質硬化体およびその製造方法に関する。特に、成形が容易であり、建築物の外壁材などとして好適となる軽量セメント質硬化体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軽量のモルタル成形品、コンクリート成形品として、モルタルやコンクリートなどのセメント質硬化体に気泡や多孔質の軽量骨材を含有させたものが知られている。
例えば、軽量気泡コンクリートは、混和剤として気泡剤を混入し、コンクリート混練時に発泡して気泡が含有されるようにしたものである。
また、ＡＬＣは、石灰質原料および珪酸質原料を主原料とし、これらに気泡剤を加えて多孔質化し、高温蒸気によるオートクレーブ養生を施すことにより製造された軽量コンクリートである。
特許文献１には、気泡コンクリート中に無機質発泡粒体を所定量混合することにより、気乾比重が０．７〜１．０の軽量コンクリート成形体が記載されている。
特許文献２には、人工軽量骨材を空練りする空練工程と、起泡剤を軽量骨材に混合する混合・混練工程とを有する超軽量コンクリート成形品の製造方法、およびそれにより製造された気乾比重０．９〜１．２の超軽量コンクリート成形品が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１９２２８２号公報（第４−６頁）
【特許文献２】特開平１１−４８２３４号公報（第６−８頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の軽量コンクリートおよびその製造方法には、以下のような問題があった。
ＡＬＣによれば、比較的比重の小さい軽量コンクリートを製作できるものの、オートクレーブ養生を施すため専用設備が必要となる。そのため、型枠への流し込み成形を行うことで種々の製品形状に対応したり、現場で打設したりできないという問題があった。
特許文献１に記載の技術では、ＡＬＣと異なり型枠への流し込み成形が可能となるものの、そこにも記載されているように、比重０．７より小さい成形品に適用しようとすると、機械的強度が小さくなって輸送や横持ち移動などの際に破壊されやすくなるという問題があった。
特許文献２に記載の技術では、空練工程で人工軽量骨材の表面に水膜を形成し、混合・混練工程における分散性を向上したり、水量管理を適正化したりすることにより軽量コンクリートが得られるものの、気乾比重が０．９〜１．２というように比較的大きくなってしまうという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、例えばオートクレーブ養生などの専用設備を要することなく、型枠へ流し込み成形が行える低比重の軽量セメント質硬化体およびそ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】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、セメント、もしくはセメントと水硬性鉱物との混合物、および骨材に、水を加えて混練し、その後、前記骨材の最大径の２〜１０倍の繊維長を有する補強繊維と気泡とを投入・混練して、硬化時の気乾比重が０．５〜０．９となるようにした軽量セメント質硬化体の製造方法とする。
この発明によれば、混練時に補強繊維と気泡とを投入することにより、流動性が向上するので、補強繊維を全体に均一に分散させることができる。そして気泡量が多い場合でも補強繊維により骨材間の一体性が保たれる。そのため、実用的な強度を保ちつつ低比重であり、型枠への流し込み成形も可能となる。
気泡は起泡剤を投入・混練することにより発生するものであってもよいし、予め発泡装置を用いて気泡を形成してから練り混ぜるようにしてもよい。
【０００６】
なお、水硬性鉱物とは、例えば高炉スラグやフライアッシュなど、セメントに混合して、セメントの硬化特性、流動特性などを改善する水硬性鉱物を指す。
また、気乾比重は、軽量セメント質硬化体に鉄筋や継手などの埋設物、付属物を含む場合は、それらを除いた比重とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の軽量セメント質硬化体の製造方法において、前記補強繊維と前記気泡とを投入・混練する際、前記補強繊維を投入・混練してから、前記気泡を投入・混練する方法とする。
この発明によれば、補強繊維を投入・混練してから気泡を投入・混練するので、補強繊維がより分散しやすくなる。そのため打設時の作業性、施工性を向上することができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の軽量セメント質硬化体の製造方法において、前記水に対する前記セメント、もしくはセメントと水硬性鉱物との混合物の量が、質量比で０．３〜０．５５、前記骨材の量が、前記軽量セメント質硬化体全体に対する容積比で０．２５〜０．５、前記気泡の量が、前記軽量セメント質硬化体全体に対する容積比で０．１５〜０．５、前記補強繊維の量が、前記軽量セメント質硬化体全体に対する容積比で０．００３〜０．０２となるように配合された方法とする。
この発明によれば、気乾比重０．５〜０．９の軽量セメント質硬化体であって、十分な実用強度を備えるために好適な配合となる。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、セメント、骨材および気泡を含む軽量セメント質硬化体であって、前記骨材の最大径の２〜１０倍の繊維長を有する補強繊維を含有し、気乾比重が０．５〜０．９である構成とする。
この発明によれば、骨材の最大径の２〜１０倍の繊維長を有する補強繊維を含むから、多量の気泡を含むにも係わらず骨材間の一体性が保たれるので、高強度を備えることができる。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の軽量セメント質硬化体において、前記骨材が吸水率２％以下の人工軽量骨材を含む構成とする。
この発明によれば、人工軽量骨材の吸水率が２％以下なので人工軽量骨材内の空隙の吸水が小さくなり、効率的な軽量化を図ることができる。
【００１１】
請求項６に記載の発明では、請求項４または５に記載の軽量セメント質硬化体において、前記骨材の占める容積比が０．２５〜０．５であり、前記気泡の占める容積比が０．１５〜０．５であり、前記補強繊維の占める容積比が０．００３〜０．０２である構成とする。
この発明によれば、気乾比重０．５〜０．９の軽量セメント質硬化体であって、十分な実用強度を備えることができる。
【００１２】
請求項７に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の軽量セメント質硬化体の製造方法により製造された軽量セメント質硬化体とする。
この発明によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の軽量セメント質硬化体およびその製造方法によれば、セメント、もしくはセメントと水硬性鉱物との混合物に、補強繊維と気泡とを投入・混練することにより、骨材間の一体性を確保しつつ低比重の成形品を得ることができ、しかも流動性を向上できるから型枠への流し込み成形を行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る軽量セメント質硬化体について説明する。
本実施形態の軽量セメント質硬化体は、水硬性セメント、骨材、水、補強繊維、気泡を混練してモルタル、コンクリートなどのセメント質流動体を形成し、型枠に流し込むなどして成形し、適宜養生後硬化して、様々の形状とされたものである。必要に応じて適宜鉄筋を配筋したり、継手などの付属物を設けてもよいが、それら鉄筋・継手などを除いた硬化後の気乾比重は、０．５〜０．９とされる。
【００１５】
水硬性セメントは、例えばポルトランドセメントなどのセメント自体、もしくはセメントに水硬性鉱物として、例えば高炉スラグやフライアッシュなどを混合したものを採用することができる。以下では、誤解の恐れのない限り、セメントもしくはセメントと水硬性鉱物との混合物を単にセメントと称する。
【００１６】
骨材は、必要に応じて粗骨材、細骨材を使い分けることができる。すなわち、コンクリートとするかモルタルとするかは自由に選ぶことができる。
骨材の種類としては、天然骨材、人工軽量骨材のいずれを使用してもよく、それらを併用してもよい。
ただし、後述する気泡の容積比を満足するためには、骨材の比重が小さいことが好ましい。例えば、比重０．６〜０．８が好ましい。また、吸水により見かけ上の比重が変化したり、硬化時の水分比率の変化を低減するためには、骨材の吸水率が、例えば２％以下であることが好ましい。
また骨材の最大粒径を２．５ｍｍ程度としておけば、混練時や打設時の作業性、施工性が向上し、仕上がり面の精度も向上するのでより好ましい。
このような本実施形態に好適な骨材の例としては、例えば廃ガラス発泡軽量骨材などを挙げることができる。
【００１７】
補強繊維は、軽量セメント質硬化体のベースマトリックスであるセメントペースト内に、セメントペーストと良好に付着した状態で配向され、ベースマトリックスの強度を補強するとともに、ベースマトリックスと骨材との一体性、骨材間の一体性を向上するために配合されるものである。
補強繊維は、軽量化を図るためには、その比重がベースマトリックスの比重の１．５倍以下であることが好ましい。またさらに親水性が良好であれば、ベースマトリックスとの付着性が良好となってより好ましい。
【００１８】
また、補強繊維は分散性が良好となるためには繊維長に対する繊維径の比であるアスペクト比ｒａｓが小さい方が望ましい。一方、良好な補強効果を得るには、アスペクト比ｒａｓは大きい方が望ましい。
分散性と補強効果とのバランス良好となる範囲は、発明者らが鋭意検討したところによれば、アスペクト比ｒａｓが５０〜４００の範囲であった。なお、より好ましいアスペクト比ｒａｓの範囲は８０〜２００であり、さらに好ましいアスペクト比の範囲は１００〜１３０であった。
【００１９】
また発明者らは、補強繊維の分散性と補強効果との間には、骨材の最大径と補強繊維の繊維長との比ｒａｇが適切な範囲にあることが重要であることを見出した。すなわち、比ｒａｇが２以上でないと補強効果が十分でなく、比ｒａｇが１０より大きいと分散不良となって強度低下を引き起こすことを見出した。そのため、本実施形態では、比ｒａｇの範囲は、２〜１０とする。より好ましい比ｒａｇの範囲は、４〜６である。
【００２０】
このような補強繊維の材質としては、無機繊維であれば、例えば、アルミナ、シリカ、ムライト、および鉱物などからなる繊維を採用できる。また、有機繊維であれば、例えば、ビニロン、ポリプロピレン、アラミド、ナイロンなどからなる繊維を採用できる。
【００２１】
気泡は、後述する容積比だけ投入できれば、どのようにして投入してもよい。例えば起泡剤をセメント、骨材、水とともに混合して混練し、発泡させることにより投入することができる。ただし、発泡装置を用いて起泡剤により気泡を発生させておき、気泡の形態でセメント、骨材、水に投入すれば起泡剤の発泡効率が向上するので起泡剤の使用量を低減でき、施工性や強度を向上できるという利点がある。
【００２２】
本実施形態の軽量セメント質硬化体における上記のセメント、水、補強繊維、気泡の配合は以下の通りである。
セメントもしくはセメントと水硬性鉱物との混合物の割合は、水に対する質量比で０．３〜０．５５である。
骨材の割合は、軽量セメント質硬化体に対する容積比で０．２５〜０．５である。
気泡の割合は、軽量セメント質硬化体に対する容積比で０．１５〜０．５である。
補強繊維の割合は、軽量セメント質硬化体に対する容積比で０．００３〜０．０２である。
このような配合により、主に骨材および補強繊維の量を加減することにより、軽量セメント質硬化体の強度を可変することができる。また、主に気泡の量を加減することにより軽量セメント質硬化体の気乾比重を可変することができる。
【００２３】
次に、本実施形態の軽量セメント質硬化体の製造方法の一例について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る軽量セメント質硬化体の製造方法を説明するための概略工程図である。
セメント、骨材、水、また必要に応じて水硬性鉱物を計量して、上記配合量となるように混合し、練り混ぜ、セメント質流動体を形成する（第１混練工程）。
その後、セメント質流動体に計量された補強繊維を投入し、補強繊維が十分分散するように混練する（第２混練工程）。
それから、発泡装置を用いて気泡を形成し、補強繊維が混練されたセメント質流動体中に所定量投入して練り混ぜる（第３混練工程）。
【００２４】
発泡装置はどのようなものでもよいが、図１に一例である発泡機１の概略構成を示した。すなわち、流路２から圧搾空気を送り込み、調圧機３で調圧し、流路４、５に分岐する。流路４を通る圧搾空気は流量調整バルブ１１で流量を調整され、発泡部１２に送出される。流路５を通る圧搾空気は、圧力タンク６に導かれる。圧力タンク６には、起泡剤１３が満たされており、圧搾空気の圧力により起泡剤１３が流路１０内に押し出される。流路１０に設けられた流量調整バルブ９により、起泡剤１３の流量が調整されて、発泡部１２に導かれる。
発泡部１２は、例えばガラスビーズなどの充填物１２ａに満たされており、その細隙中を圧搾空気と起泡剤１３とが通過することにより、射出口１２ｂから気泡が噴射される。
【００２５】
このように本実施形態では、気泡を発泡機１で予め調製しておくので、例えば、圧搾空気の圧力・流量や起泡剤の流量などを可変することにより、気泡の量や気泡径などの条件を容易に制御することができる。したがって、セメント質流動体の比重や粘度を正確に制御することができる。
【００２６】
気泡を練り混ぜることにより、セメント質流動体の比重が小さくなっていくとともに、流動性が増加する。そのため、第２混練工程で投入された補強繊維が分散しやすくなるという利点がある。
また、混練工程中に発泡させる場合と異なり、十分発泡するに至らない起泡剤がなくなるので、起泡剤の消費量が少なくて済むという利点がある。また、未発泡の起泡剤が残存して硬化後の強度に影響するといった不具合を防止できる。
【００２７】
こうして、硬化後に目標の気乾比重となるセメント質流動体が形成されると、軽量セメント質硬化体を形成するための型枠に打設する（打設工程）。
そして、強度を発現するまで養生を行う（養生工程）。この養生工程は、通常のコンクリート養生と同様でよく、多孔質を形成するためにオートクレーブ養生のような高温高圧水蒸気雰囲気で養生する必要はない。
養生工程後、脱型することにより、製品形状に硬化された軽量セメント質硬化体が得られる。
【００２８】
このような軽量セメント質硬化体の製造方法によれば、第１混練工程により、セメント質流動体内に骨材が分散され、均一性に富んだ流動体が形成される。そして、第２混練工程により、補強繊維が混練され、骨材と絡み合っていく。そして、第３混練工程により、骨材と絡み合った補強繊維の間に気泡が円滑に分散され、流動性を増加させていくことができる。こうして、大きさや重さの順に混練工程を多段階に設けることにより、それぞれの混練工程の混練が容易となり、均一性に優れた流動体を形成できるものである。
また本実施形態の製造方法によれば、特殊な設備を要する養生を行わないので型枠の大きさや設置場所によらず打設工程を行うことができるから、工場生産を行う製品にも、現場打ちの製品にも適用できるので、汎用性の高い軽量セメント質硬化体の製造方法となるという利点がある。
【００２９】
なお、上記の説明では、混練工程を３つに分けているが、骨材、補強繊維や気泡の大きさ、量によっては、第２、第３混練工程を１つにまとめてもよい。
【実施例】
【００３０】
本発明の実施例について説明する。
材料は、以下の材料を選んだ。
水硬性セメント：  ポルトランドセメント
骨材          ：  廃ガラス発泡軽量骨材からなる人工軽量骨材
混和剤        ：  ポリカルボン酸エーテル系の複合体
起泡剤        ：  高級アルコール硫酸エステル系化合物
補強繊維      ：  ポリビニルアルコール
また、配合は、以下の配合とした。
水            ：  １７０（ｋｇ／ｍ３）
セメント      ：  ３８０（ｋｇ／ｍ３）
骨材          ：  ３１２（ｋｇ／ｍ３）
混和剤        ：  ２．２８（ｋｇ／ｍ３）
補強繊維      ：  ８．４５（ｋｇ／ｍ３）
空気          ：  ２５０（Ｌ／ｍ３）
ここで、補強繊維のアスペクト比ｒａｓは、ｒａｓ＝１２０のものを採用した。
本実施例において、水に対するセメントの質量比は、１７０／３８０＝０．４５であった。また、モルタル製品全体に対する各材料の容積比は、骨材が０．４６、気泡が０．２５、補強繊維が０．００６５であった。
このようにして、硬化後に気乾比重０．９となるモルタルを製作することができた。これを型枠に流し込み、２日後に脱型して、モルタル製品を成形することができた。その際、例えば高温蒸気養生などの特別な養生は行っていない。
このようなモルタル製品は、圧縮強度が１５Ｎ／ｍｍ２以上となる強度を有するので、例えば建築材料などとして実用的な強度を備えるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係る軽量セメント質硬化体の製造方法を説明するための概略工程図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  発泡機
１３  起泡剤
【図１】
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