(57)【要約】      （修正有）【課題】  鋳物廃砂を配合原料とし、実用上十分な強度、耐久性を備えたセメント部材を提供する。【解決手段】  粒径１５０μｍ以下の粒子が９５〜１００重量％、５０％体積累積粒子径が５０μｍ以下、ＳｉＯ２換算での珪酸質分の割合が６０重量％以上、かつ強熱減量が５．５重量％以下である鋳物砂を含んでなる、セメント混和材料。（ａ）前記セメント混和材料３〜３０重量％、（ｂ）セメント２０〜４０重量％、（ｃ）珪酸質原料２０〜４５重量％、（ｄ）充填材０〜４５重量％および（ｅ）繊維質材料３〜１５重量％を含んでなる、繊維強化セメント材料。前記繊維強化セメント材料から形成された、繊維強化セメント部材。および（イ）前記繊維強化セメント材料と水とを混練して水硬化性組成物を得る工程と、（ロ）前記水硬化性組成物を成形して成形体とする工程と、（ハ）前記成形体を水熱養生する工程と、を含む繊維強化セメント部材の製造方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径１５０μｍ以下の粒子が９５〜１００重量％であり、５０％体積累積粒子径が５０μｍ以下であり、ＳｉＯ２換算での珪酸質分の割合が６０重量％以上であり、かつ強熱減量が５．５重量％以下である鋳物砂を含んでなることを特徴とする、セメント混和材料。
【請求項２】
（ａ）請求項１に記載のセメント混和材料３〜３０重量％、（ｂ）セメント２０〜４０重量％、（ｃ）珪酸質原料２０〜４５重量％、（ｄ）充填材０〜４５重量％および（ｅ）繊維質材料３〜１５重量％を含んでなることを特徴とする、繊維強化セメント材料。
【請求項３】
請求項２に繊維強化セメント材料から形成されたものであることを特徴とする、繊維強化セメント部材。
【請求項４】
（イ）請求項２に記載の繊維強化セメント材料と水とを混練して水硬化性組成物を得る工程と、
（ロ）前記水硬化性組成物を成形して成形体とする工程と、
（ハ）前記成形体を水熱養生する工程と、を含むことを特徴とする、繊維強化セメント部材の製造方法。
【請求項５】
前記（ハ）の成形体を水熱養生する工程を、温度５０〜８０℃、常圧下、４〜２４時間処理することからなる蒸気養生および／または温度１４０〜２００℃、３．６〜１５気圧下、４〜２４時間処理することからなる高温・高圧養生により実施する、請求項４に記載の繊維強化セメント部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント混和材料、このセメント混和材料を含んでなる繊維強化セメント材料、この繊維強化セメント材料から形成された繊維強化セメント部材およびこの繊維強化セメント部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、窯業系産業から産出されるフライアッシュ、炭酸カルシウムといった各種廃材は、廃棄物の有効利用という観点から各種の利用方法が検討されている。
【０００３】
例えば、特開平０８−２０６７７号公報には、鋳物砂の再生処理時に発生する鋳物ダストを分級機にかけて粗分微粒粉と、微分微粒粉とに分級することを特徴とする鋳物ダストの処理方法が記載され、特開２００１−３５４４５７号公報には、鋳物砂と高含水セメント原料と混合してセメント原料として活用する技術が記載されている。
【特許文献１】特開平０８−２０６７７号公報
【特許文献２】特開２００１−３５４４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように窯業系産業の廃棄物の有効利用の一環として、鋳物砂製造工程で発生する廃砂をセメントの配合原料として利用する方法が検討されている。
【０００５】
しかし、鋳物廃砂を配合原料として用いると、それから形成された外壁材等のセメント部材は強度が不足する場合があって、鋳物廃砂の有効利用および実用上十分な強度、耐久性を備えたセメント部材を得ることは必ずしも容易ではなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、特定の強熱減量および粒状特性を備えた鋳物砂を用いること、そしてこの特定の鋳物砂と他のセメント配合原料との配合量、ならびにこれらと特定の水熱養生処理等を組み合わせることによって、上記問題点に解決を与えるものである。
【０００７】
したがって、本発明によるセメント混和材料は、粒径１５０μｍ以下の粒子が９５〜１００重量％であり、５０％体積累積粒子径が５０μｍ以下であり、ＳｉＯ２換算での珪酸質分の割合が６０重量％以上であり、かつ強熱減量が５．５重量％以下である鋳物砂を含んでなること、を特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明による繊維強化セメント材料は、（ａ）前記のセメント混和材料３〜３０重量％、（ｂ）セメント２０〜４０重量％、（ｃ）珪酸質原料２０〜４５重量％、（ｄ）充填材０〜４５重量％および（ｅ）繊維質材料３〜１５重量％を含んでなること、を特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明による繊維強化セメント部材は、前記の繊維強化セメント材料から形成されたものであること、を特徴とするものである。
【００１０】
そして、本発明による繊維強化セメント部材の製造方法は、（イ）前記の繊維強化セメント材料と水とを混練して水硬化性組成物を得る工程と、（ロ）前記水硬化性組成物を成形して成形体とする工程と、（ハ）前記成形体を水熱養生する工程と、を含むこと、を特徴とするものである。
【００１１】
このような本発明による繊維強化セメント部材の製造方法は、好ましくは、前記（ハ）の成形体を水熱養生する工程を、温度５０〜８０℃、常圧下、４〜２４時間処理することからなる蒸気養生および／または温度１４０〜２００℃、３．６〜１５気圧下、４〜２４時間処理することからなる高温・高圧養生により実施するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、従来廃棄処理されてきた鋳物廃砂の有効利用を図ることができ、かつこの鋳物廃砂をセメント配合原料として利用することによって、実用上十分な強度、耐久性を備えたセメント部材、例えば外装材、屋根材、エクステリア部材等の建築用資材、マスコンクリート構造物の混和材としての利用等が挙げられる。
【００１３】
従来、鋳物廃砂を配合することによってセメント部材の強度、耐久性が大幅に低下する傾向が見られたが、特定の強熱減量および粒状特性を備えた鋳物砂を用いる本発明によれば、実質的に鋳物廃砂配合による強度低下を引き起こすことなく、実用上十分な強度、耐久性を備えたセメント部材を得ることができる。
【００１４】
本発明者らは、鋳物廃砂の強熱減量に着目して研究した結果、この強熱減量と鋳物廃砂の粒状特性と、得られるセメント部材の強度ならびに耐久性との間には特定の相関関係がみられることを知見した。さらに、これらの特性を制御すること、そしてさらにこの特定の鋳物廃砂と他のセメント配合原料との配合量、ならびにこれらと特定の水熱養生処理等を組み合わせることによって、得られるセメント部材の強度が従来品に比べて顕著に向上することを見いだした。従って、本発明によって、十分な強度、耐久性を備えたセメント部材が得ることができたことは予想外のことであった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜セメント混和材料料＞  
本発明によるセメント混和材料は、粒径１５０μｍ以下の粒子が９５〜１００重量％であり、５０％体積累積粒子径が５０μｍ以下であり、ＳｉＯ２換算での珪酸質分の割合が６０重量％以上であり、かつ強熱減量が５．５重量％以下である鋳物砂を含んでなること、を特徴とするものである。
【００１６】
本発明において、鋳物砂としては鋳物型用の珪砂およびその鋳物型からの再生砂等を用いることができるが、強熱減量、粒度分布および珪酸質分の割合に関して所定のものでなくてはならない。
【００１７】
ここで、「強熱減量」とは、試料を強熱した際に生じる質量の減少を言うものであり、試料を常温〜９７５±２５℃で恒量になるまで加熱したときの減量を原試料に対する百分率で示したものである。本発明では、具体的には、ＪＩＳ Ｒ ５２０２の「強熱減量の定量方法（８）」に規定されたものを意味する。本発明において、強熱減量が５．５重量％超過である場合、鋳物砂の強熱減量分によるセメントの反応阻害によってセメント部材の強度が低下することがあって、本発明の目的を達成することができない。強熱減量は、好ましくは５．０重量％以下、特に好ましくは２．０重量％以下、である。
【００１８】
鋳物砂の強熱減量が上記範囲外である場合には、例えば電気炉やキルン等によって加熱処理することで、上記範囲内に調整することができる。
【００１９】
また、本発明において、鋳物砂は、粒径１５０μｍ以下の粒子の割合および５０％体積累積粒子径に関し所定のものであることが重要である。すなわち、粒径１５０μｍ以下の粒子が９５〜１００重量％であり、かつ５０％体積累積粒子径が５０μｍ以下であることが重要である。
【００２０】
粒径１５０μｍ以下の粒子が９５重量％未満の場合、大径粒子が欠陥となり、また５０％体積累積粒子径が５０μｍ超過の場合には、鋳物砂粒子の比表面積が過度に小さくなって反応性が弱くなり、また、セメント部材の組織の緻密性が悪化して、いずれの場合にも本発明の目的を達成することができない。
【００２１】
粒径１５０μｍ以下の粒子の割合は、好ましくは９７〜１００重量％以下、特に好ましくは９９〜１００重量％以下、である。５０％体積累積粒子径は、好ましくは４０μｍ以下、特に好ましくは３０μｍ以下、である。
【００２２】
鋳物砂の粒径１５０μｍ以下の粒子の割合が上記範囲外である場合には、例えば、篩や空比式分級機等により粒径１５０μｍより大きな粒子を分離することにより、あるいはボールミルやロッドミル等の各種粉砕機による粉砕によって、上記範囲内に調整することができる。
【００２３】
なお、本発明において、「５０％体積累積粒子径」とは、「体積平均径」により算出されたものであって、全粒子を体積順に小さい側から積算して累積していった分布を示す累積分布値において５０％の累積比率に対する粒子の直径をμｍ単位で表したものである。このような「５０％体積累積粒子径」の具体的内容は、例えば「粒度測定技術、初版」（粉体工学研究会、日刊工業新聞社、昭和５７年２月１日発行）に記述されている。
【００２４】
さらに、本発明において、鋳物砂は、ＳｉＯ２換算での珪酸質分の割合が６０重量％以上であることが重要である。珪酸質分の割合が６０重量％未満である場合には、セメントとの反応に寄与する分が少なくなり、セメント部材の強度が悪化して本発明の目的を達成することができない。ＳｉＯ２換算での珪酸質分の割合は、好ましくは７０重量％以上、特に好ましくは８０重量％以上である。
【００２５】
＜繊維強化セメント材料＞  
本発明による繊維強化セメント材料は、（ａ）前記のセメント混和材料を３〜３０重量％、（ｂ）セメント２０〜４０重量％、（ｃ）珪酸質原料２０〜４５重量％、（ｄ）充填材０〜４５重量％および（ｅ）繊維質材料３〜１５重量％を含んでなること、を特徴とするものである。
【００２６】
セメント混和材料の詳細は前記した通りである。セメント混和材料の割合は３〜３０重量％、好ましくは５〜２０重量％、特に好ましくは５〜１５重量％、である。セメント混和材料の割合が３重量％未満である場合には、配合の効果が少なく、一方、３０重量％超過の場合には、セメントおよび珪酸質原料の割合が減ずる結果、強度等の品質保持が困難となることから、本発明の目的を達成することができない。
【００２７】
本発明において、セメントとしては、ポルトランドセメント（例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸ポルトランドセメント等を含む）、高炉セメント、シリカセメント等を用いることができる。本発明の好ましいセメントとしては、従来より建材、土木用材料として用いられてきた普通ポルトランドセメントを挙げることができる。
【００２８】
セメントの割合は２０〜４０重量％、好ましくは２５〜３５重量％、特に好ましくは２７〜３３重量％、である。セメントの割合が２０重量％未満である場合には、強度等の品質が保持出来なくなり、一方、４０重量％超過の場合には、脆性が大きくなり耐衝撃性などの品質悪化が生じることから、本発明の目的を達成することができない。
【００２９】
本発明において、珪酸質原料としては、珪石粉末、フライアッシュ、シリカフェーム、籾殻灰、スラグの微粉末等を用いることができる。本発明の好ましい珪酸質原料としては、珪石粉末を例示することができる。
【００３０】
珪酸質原料割合は、２０〜４５重量％、好ましくは２５〜４０重量％、特に好ましくは２７〜３５重量％、である。珪酸質原料割合が２０重量％未満である場合には、セメントと珪酸カルシウム反応の珪酸質分が不足し、一方、４５重量％超過の場合には、未反応珪酸質分が過剰になり強度低下を引き起こすことから、本発明の目的を達成することができない。
【００３１】
本発明において、充填材としては、本発明の目的に反しない任意のものを使用することができる。例えば、シラスバルーン、パーライト、タンカル、石膏、セメント・石膏・珪酸カルシウム等のボード廃材、汚泥・製紙汚泥等の焼却灰、石灰石粉末、等を例示することができる。この充填材は、必要に応じて用いられるものであり、その配合量は、この充填材以外の他の成分、即ち、セメント混和材料、セメント、珪酸質および繊維質材料、の配合量等に応じて適宜定めることができる。ただし、この充填材の配合量は４５重量％を超えない。充填材の配合量が４５重量％超過の場合には、セメントおよび珪酸質原料の割合が減ずる結果、強度等の品質保持が困難となることから、本発明の目的を達成することができない。
【００３２】
本発明において、繊維質材料としては、公知の有機繊維質材料および（または）無機繊維質材料を用いることができる。このような繊維質材料としては、好ましくは、ポリプロピレン、アラミド、ビニロン、アクリル等の各種の合成樹脂からなる有機繊維質材料、およびパルプ（広葉樹／針葉樹バージンパルプ、再生パルプ、廃紙離解品など）等の天然物由来の有機繊維質材料、ならびに、ガラス繊維、ロックウール、グラスウール、カーボン繊維、あるいはワラストナイト等の鉱物繊維等の無機繊維質材料を用いることができる。これらは、一ないし二以上のいずれかの組み合わせによって使用することができる。
【００３３】
本発明では、繊維長が１〜３０ｍｍ、特に３〜１５ｍｍ、が好ましく、また繊維太さが８〜５０μｍ、特に１０〜３０μｍ、のものが好ましい。
【００３４】
＜繊維強化セメント部材＞  
本発明による繊維強化セメント部材は、前記の繊維強化セメント材料から形成されたものであること、を特徴とするものである。
【００３５】
このような本発明による繊維強化セメント部材の好ましい具体例としては、板状物（具体的にはセメント板、スレート板等）、管状物、カワラ類、ブロック状物、舗装石、タイル状物、容器状物等を例示することができる。本発明において最も好ましいものは、外装用建築建材としてのセメント板である。
【００３６】
＜繊維強化セメント部材の製造方法＞  
本発明による繊維強化セメント部材の製造方法は、（イ）前記の繊維強化セメント材料と水とを混練して水硬化性組成物を得る工程と、（ロ）前記水硬化性組成物を成形して成形体とする工程と、（ハ）前記成形体を水熱養生する工程と、を含むこと、を特徴とするものである。
【００３７】
本発明おける工程（イ）は、前記の繊維強化セメント材料（即ち、前記の（ａ）セメント混和材料、（ｂ）セメント、（ｃ）珪酸質原料、（ｅ）繊維質材料、および必要に応じて（ｄ）充填材からなる）と、水とを混練して水硬化性組成物を得る工程である。本発明では、前記の（ａ）〜（ｄ）を乾燥ないし若干の湿潤状態で混合し、その後、水と混練することが普通でありかつ好ましいが、前記（ａ）〜（ｅ）および水のいずれか一種または二種以上の混合物に、残りの成分を一度にあるいは複数回にわたって添加し、これらを混練することによっても行うこともできる。ただし、（ｂ）セメントと水とが接触した場合、セメントと水との水和反応の進行に伴い混練物が硬化し、他成分との均一な混練が阻害される場合がある。このことから、前記（ａ）〜（ｄ）を混合して均質化して固体状のプレミックス得た後、水を添加し混練することが好ましい。このような工程（イ）によって、ペーストないしスラリー状の水硬化性組成物が形成される。
【００３８】
前記（ａ）〜（ｄ）からなる繊維強化セメント材料（固体）と水との混合比率は、主として、目的とするセメント部材およびこのセメント部材の具体的成形方法等に応じて適宜決定することができる。例えば、繊維強化セメント材料（固体）と水との混合比率は、セメント板を抄造法で成形する場合には、水／固体＝１００〜２００／１００（重量比）、押出法で成形する場合には、水／固体＝３０〜５０／１００（重量比）、プレス法で成形する場合には、水／固体＝１０〜２０／１００（重量比）、とすることが好ましい。
【００３９】
本発明おける工程（ロ）は、前記水硬化性組成物を成形して成形体とする工程である。本発明では、従来この種のセメント部材の製造において用いられてきたもののうち、合目的的な任意の成形方法を採用することができる。例えばセメント板を製造する場合には、抄造法、押出法およびプレス法が特に好ましい。抄造法としては、丸網式、長網式、フローオン、脱水プレスを例示することができ、プレス法としては、乾式、半乾式を例示することができる。このような工程（ロ）によって、半成品が形成される。
【００４０】
本発明おける工程（ハ）は、前記成形体を水熱養生する工程である。この工程（ハ）によって、前記（ａ）〜（ｅ）の反応および結合ないし接着を均一化および向上し、緻密なセメント組織が形成されて、十分な強度、耐久性を備えたセメント部材が得られるようになる。
【００４１】
本発明では、（ハ）の成形体を水熱養生する工程を、好ましくは、温度５０〜８０℃、特に６０〜７０℃で、常圧下、４〜２４時間、特に５〜１２時間、処理することからなる蒸気養生、および／または、温度１４０〜２００℃（３．６〜１５気圧下）、特に１４０〜１８０℃（３．６〜１０気圧下）で、４〜２４時間、特に４〜１０時間、処理することからなる高温・高圧養生により実施することができる。また、本発明では、同一の水熱養生を複数回実施することができ、また、異なる水熱養生を組み合わせて実施することができる。  
このような工程（ハ）によって、本発明による繊維強化セメント部材が製造される。
【００４２】
なお、本発明では、工程（イ）の前、工程（イ）と工程（ロ）との間、工程（ロ）と工程（ハ）との間、および（または）、工程（ハ）の後に、必要に応じて他の工程を実施することができる。例えば、工程（イ）と工程（ロ）との間に、スラリー調整工程、脱水工程を実施することができ、工程（ロ）と工程（ハ）との間に、前置き養生工程を実施することができ、工程（ハ）の後に、乾燥工程、切削・加工工程、塗装工程、塗料乾燥工程、梱包工程を実施することができる。
【００４３】
下記に、本発明において特に好ましい繊維強化セメント板の製造工程フローを示す。
「原料混合工程（工程（イ））」→「スラリー調整工程」→「脱水プレス工程（工程（ロ））」→「前置き養生工程」→「蒸気養生工程（工程（ハ））」→「オートクレーブ工程（工程（ハ））」→「乾燥工程」→「切削・加工工程」→「塗装工程」→「塗料乾燥工程」→「梱包工程」
【実施例】
【００４４】
＜実施例１〜５、比較例１〜７＞  
表２に示される原料を、表１に示される配合比率で配合して、繊維強化セメント材料（プレミックス）を得た。これらの繊維強化セメント材料４ｋｇに対して水を１０ｋｇを加え、両者を混練して水硬化性組成物を得た。
【００４５】
この水硬化性組成物を、プレス時の条件として１０秒間で到達圧力５．０ＭＰａに達した後にその状態を５秒間保持し成形して、成形品（半製品）を得た。次いで、６０℃で１０時間の蒸気養生、続いて１７０℃で１０時間の水熱養生をして、実施例１〜５および比較例１〜７の板状の繊維強化セメント部材を製造した。
【００４６】
実施例１および比較例１〜７において用いられたセメント混和材料の強熱減量、粒度、珪酸量ならびに製造された繊維強化セメント部材の物性評価結果は、表３に示される通りである。
【００４７】
なお、物性評価は次の条件で行ったときのものである。
比    重：ＪＩＳ Ａ ５４３０「かさ比重試験（１）」に準拠。
曲げ強度：ＪＩＳ Ａ ５４２２「曲げ破壊荷重試験」に準拠。
強熱減量：ＪＩＳ Ｒ ５２０２「強熱減量の定量方法（８）」に準拠。
粒度分布：試験機  ＨＯＲＩＢＡ社製  ＬＡ−９２０にて測定。  
平均粒子径  Ｄ５０  体積累積粒径
強度判定基準：ＪＩＳ Ａ ５４２２「表３ 性能」−「厚さ １５ｍｍ」−「曲げ破壊荷重」の７８５〔Ｎ〕。曲げ強度換算値  ５．２Ｎ／ｍｍ２（規定試験片大の換算値）
【００４８】
【表１】
2005306686.tif 000002
【００４９】
【表２】
2005306686.tif 000003
【００５０】
【表３】
2005306686.tif 000004