(57)【要約】  セメント成分、無機針状物および繊維を含む繊維補強炭酸化セメント成形物であって、該無機針状物は、長さが１ｍｍ以下であり、アスペクト比が２０以上である、繊維補強炭酸化セメント成形物。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント成分、無機針状物および繊維を含む繊維補強炭酸化セメント成形物であって、
該無機針状物は、長さが１ｍｍ以下であり、アスペクト比が２０以上である、繊維補強炭酸化セメント成形物。
【請求項２】
炭酸化反応率が３０％以上である、請求項１に記載の繊維補強炭酸化セメント成形物。
【請求項３】
前記繊維はポリビニルアルコール系繊維である、請求項１または２に記載の繊維補強炭酸化セメント成形物。
【請求項４】
前記無機針状物は炭酸カルシウムまたはチタン酸カリウムからなる、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維補強炭酸化セメント成形物。
【請求項５】
前記繊維補強炭酸化セメント成形物１μｍ２当たり、前記無機針状物を２×１０−２〜１０００×１０−２本含有する、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維補強炭酸化セメント成形物。
【請求項６】
前記セメント成分はビーライトを１８質量％以上含有する、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維補強炭酸化セメント成形物。
【請求項７】
パルプをさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載の繊維補強炭酸化セメント成形物。
【請求項８】
セメント成分、無機針状物および繊維を含む繊維補強セメント成形物であって、
該無機針状物は、長さが１ｍｍ以下であり、アスペクト比が２０以上である、繊維補強セメント成形物。
【請求項９】
セメント成分、無機針状物、繊維、および水を混合して硬化性組成物を得る混合工程、
上記水硬性組成物を成型して成型体を得る成型工程、
該成型体を前養生して硬化体を得る前養生工程、および
該硬化体を炭酸化養生して繊維補強炭酸化セメント成形物を得る炭酸化養生工程
を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の繊維補強炭酸化セメント成形物を製造する方法。
【請求項１０】
前記前養生工程における養生時間は１２時間以内である、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い曲げ強度と小さい寸法変化率とを兼ね備えた、繊維補強炭酸化セメント成形物およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメント成形物は、スレート等の様々な用途に世界中で広く利用されている建築材料である。セメント成形物は、構造体強度の低減および耐震性等の観点から、強度を担保しながらも、軽量性を向上させることが求められている。例えば、セメント成形物に補強繊維が添加させる技術がある。【０００３】
補強繊維を添加することにより、引張強度を補完することができるため、繊維補強セメント成形物は広い分野において使用されている。しかし、このような繊維補強セメント成形物は、一般的なコンクリートと異なり、薄くかつ比重も低いために、乾湿の寸法変化率が大きい傾向にあり、そのため拘束下でひび割れを生じたり、建付けが悪くなったりすることがある。このため、繊維補強セメント成形物を炭酸化させる技術が開発されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０６８７０４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような繊維補強セメント成形物を炭酸化させた場合、嵩比重が高く、高い曲げ強度を有し、同時に寸法変化率の小さい繊維補強炭酸化セメント成形物を得ることができる。この繊維補強炭酸化セメント成形物が有する低い寸法変化率は、前養生後、含有する水酸化カルシウムおよびビーライトと炭酸ガスとを反応させることでそれらの体積が膨張し、そのため成形物が緻密化されることに起因する。【０００６】
しかし、例えば前養生の時間が短い場合等においては、前養生だけでは成形物の曲げ強度が不十分となり、炭酸化による体積膨張に耐えられず成形物自体も膨張し、比重が増加しないばかりか、クラックを誘発し、結果として成形物の曲げ強度を低下させることがある。したがって、成形物の曲げ強度および寸法変化率に関してまだ改善の余地がある。【０００７】
そこで本発明は、高い曲げ強度と小さい寸法変化率とを兼ね備えた、繊維補強炭酸化セメント成形物およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決するために、繊維補強炭酸化セメント成形物およびその製造方法について詳細に検討を重ねた結果、本発明に到達した。【０００９】
すなわち、本発明は、以下の好適な態様を包含する。
〔１〕セメント成分、無機針状物および繊維を含む繊維補強炭酸化セメント成形物であって、
該無機針状物は、長さが１ｍｍ以下であり、アスペクト比が２０以上である、繊維補強炭酸化セメント成形物。
〔２〕炭酸化反応率が３０％以上である、前記〔１〕に記載の繊維補強炭酸化セメント成形物。
〔３〕前記繊維はポリビニルアルコール系繊維である、前記〔１〕または〔２〕に記載の繊維補強炭酸化セメント成形物。
〔４〕前記無機針状物は炭酸カルシウムまたはチタン酸カリウムからなる、前記〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の繊維補強炭酸化セメント成形物。
〔５〕前記繊維補強炭酸化セメント成形物１μｍ２当たり、前記無機針状物を２×１０−２〜１０００×１０−２本含有する、前記〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の繊維補強炭酸化セメント成形物。
〔６〕前記セメント成分はビーライトを１８質量％以上含有する、前記〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の繊維補強炭酸化セメント成形物。
〔７〕パルプをさらに含む、前記〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の繊維補強炭酸化セメント成形物。
〔８〕セメント成分、無機針状物および繊維を含む繊維補強セメント成形物であって、
該無機針状物は、長さが１ｍｍ以下であり、アスペクト比が２０以上である、繊維補強セメント成形物。
〔９〕セメント成分、無機針状物、繊維、および水を混合して硬化性組成物を得る混合工程、
上記水硬性組成物を成型して成型体を得る成型工程、
該成型体を前養生して硬化体を得る前養生工程、および
該硬化体を炭酸化養生して繊維補強炭酸化セメント成形物を得る炭酸化養生工程
を含む、前記〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の繊維補強炭酸化セメント成形物を製造する方法。
〔１０〕前記前養生工程における養生時間は１２時間以内である、前記〔９〕に記載の方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高い曲げ強度と小さい寸法変化率とを兼ね備えた、繊維補強炭酸化セメント成形物およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施態様（実施例１）における繊維補強炭酸化セメント成形物の断面に、フェノールフタレイン溶液を噴霧したときの着色状況を示す写真である。
【図２】比較例１における繊維補強炭酸化セメント成形物の断面に、フェノールフタレイン溶液を噴霧したときの着色状況を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施態様である繊維補強炭酸化セメント成形物は、セメント成分、無機針状物および繊維を含むものである。
【００１３】
（セメント成分）
繊維補強炭酸化セメント成形物に含まれるセメント成分としては、例えば、普通セメント、早強セメント、および超早強セメント等の各種ポルトランドセメントが挙げられる。また、本発明の一実施態様においてセメント成分は、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュまたはシリカを配合した各種混合セメント、中庸熱セメント、またはアルミナセメント等であってもよい。
【００１４】
通常、セメントには、エーライト：３ＣａＯ・ＳｉＯ２（組成式Ｃ３Ｓ）、ビーライト：２ＣａＯ・ＳｉＯ２（組成式Ｃ２Ｓ）、アルミネート：Ａｌ２Ｏ３（組成式Ｃ３Ａ）、フェライト：４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（組成式Ｃ４ＡＦ）等のセメント鉱物が含まれている。ビーライトは、ＣａＯとＳｉＯ２を主成分とするダイカルシウムシリケートの１種であり、α型、α’型、β型およびγ型が存在し、それぞれ結晶構造および密度が異なる。このうち、α型、α’型およびβ型は水と反応して水硬性を示す。ところがγ型は、水硬性を示さず、かつ二酸化炭素と反応するという特性を有する。ポルトランドセメントをはじめとする通常のセメントには、このγ型のビーライト（γビーライト）は基本的にほとんど含まれていない。本発明の一実施態様においてセメント成分は、前養生後、炭酸化処理がなされるので、市販のビーライトセメントや各種セメントにビーライトセメントを混合したセメントを用いてもよい。上記のα型、α’型、β型およびγ型の中でも、β型およびγ型が好ましい。
【００１５】
本発明の一実施態様において、セメント成分は、好ましくは１８質量％以上、より好ましくは２０質量％以上、さらに好ましくは２２質量％以上のビーライト含有量を有し、好ましくは６０質量％以下、より好ましくは５８質量％以下のビーライト含有量を有する。セメント成分のビーライト含有量が上記下限値以上であると、ビーライトによって高い緻密化効果が発揮され、寸法安定性および耐透水性が良好であり、さらに塗装性に優れた繊維補強炭酸化セメント成形物を得ることができる。また、セメント成分のビーライト含有量が上記上限値以下であると、バインダーの役目を果たす水硬性成分の量が十分であり、高い曲げ強度を有する繊維補強炭酸化セメント成形物を得ることができる。
【００１６】
また、ビーライトの反応率は７０％以上であることが好ましい。ビーライトも水和反応が起こると、エーライトと同様にＣ−Ｓ−Ｈゲルを生成し、バインダーとして効果を発現するが、ビーライトはエーライトに比べ水和反応が遅いため、工場で製品化されるようなタイミングではその反応率はまだ低く、バインダー効果も不十分なものである。一方で本発明の一実施態様によれば、水和反応だけでなく炭酸化反応も同時に起こるため、ビーライトの反応率７０％以上を早い段階で確保でき、曲げ強度が高くかつ寸法変化率の低い製品を供給することが可能となるのである。ビーライトの反応率は、より好ましくは７５％以上、さらに好ましくは８０％以上である。
【００１７】
上記繊維補強炭酸化セメント成形物におけるセメント成分の含有量は、繊維補強炭酸化セメント成形物の全質量に基づいて、通常５０質量％以上、好ましくは６０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、さらに好ましくは８０質量％以上、特に好ましくは８５質量％以上、とりわけ好ましくは９０質量％以上、非常に好ましくは９２質量％以上であり、好ましくは９９質量％以下、より好ましくは９８質量％以下、さらに好ましくは９７質量％以下である。
【００１８】
（繊維）
上記繊維補強炭酸化セメント成形物は、繊維を含有することにより補強効果を得ることができる。繊維補強炭酸化セメント成形物に含まれる繊維は、無機繊維であっても有機繊維であってもよい。無機繊維としては、例えば、耐アルカリ性ガラス繊維、鋼繊維（スチールファイバー）、ステンレスファイバー、炭素繊維、セラミック繊維およびアスベスト繊維等が挙げられる。有機繊維としては、レーヨン系繊維（ポリノジック繊維、溶剤紡糸セルロース繊維等）等の再生繊維；ならびにポリビニルアルコール系繊維（ポリビニルアルコール繊維、ビニロン等）、ポリオレフィン系繊維（ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、エチレン／プロピレン共重合体繊維等）、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリアミド系繊維（ポリアミド６、ポリアミド６，６、ポリアミド６，１０等）、アラミド繊維（特にパラアラミド繊維）、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール系繊維（ＰＢＯ繊維）、ポリエステル系繊維（ＰＥＴ、ＰＢＴ等）、アクリロニトリル系繊維、ポリウレタン系繊維、アクリル繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維（ＰＰＳ繊維）、およびポリエーテルエーテルケトン繊維（ＰＥＥＫ繊維）等の合成樹脂繊維が挙げられる。これらの耐アルカリ性繊維は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。
【００１９】
これらの中では、繊維補強炭酸化セメント成形物の曲げ強度の向上および軽量化の観点から、有機繊維、特に合成樹脂繊維が好ましい。合成樹脂繊維の中でも、繊維補強炭酸化セメント成形物中のセメントアルカリに対する化学的耐久性の観点から、耐アルカリ性の合成樹脂繊維であることが好ましい。耐アルカリ性の合成樹脂繊維としては、繊維補強炭酸化セメント成形物が高い曲げ強度を有しつつ、低コストで製造できる観点から、ポリビニルアルコール系繊維（ポリビニルアルコール繊維、ビニロン等）、ポリオレフィン系繊維（ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、エチレン／プロピレン共重合体繊維等）、アクリル繊維およびアラミド繊維が好ましく、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維およびアラミド繊維がより好ましく、ポリビニルアルコール系繊維がさらに好ましい。上記繊維は、従来公知の方法によって製造することができる。なお、ポリビニルアルコール系繊維は、ポリビニルアルコール系重合体を溶剤に溶解した紡糸原液を用いて、湿式、乾湿式または乾式のいずれの方法によって紡糸されたものであってもよい。
【００２０】
繊維補強炭酸化セメント成形物に含まれる繊維のアスペクト比は、好ましくは３０以上、より好ましくは５０以上、さらに好ましくは７０以上、特に９０以上、とりわけ好ましくは１００以上であり、該繊維のアスペクト比は、好ましくは１０００以下、より好ましくは９００以下、さらに好ましくは８００以下、特に好ましくは７００以下、とりわけ好ましくは６００以下である。繊維のアスペクト比が上記下限値以上であると、繊維のセメント成分への付着力が高くなり、繊維補強炭酸化セメント成形物への高い靭性付与効果が発揮される。繊維のアスペクト比が上記上限値以下であると、繊維同士が絡まり難く、また成型体の伸縮に対する繊維の追従による繊維の破断および損傷が生じ難いため、繊維補強炭酸化セメント成形物の機械強度をさらに高くすることができる。
【００２１】
繊維補強炭酸化セメント成形物に含まれる繊維は、平均繊維径が１〜２００μｍであることが好ましく、２〜１００μｍであることがより好ましい。平均繊維径が上記下限値以上であると繊維の均一な分散が可能であり、上記上限値以下であると、繊維補強炭酸化セメント成形物における単位体積当たりの繊維本数が高くなり、高い補強効果が発揮される。
【００２２】
繊維補強炭酸化セメント成形物における繊維の含有量は、繊維補強炭酸化セメント成形物の全質量に基づいて、好ましくは０．１質量％以上、より好ましくは０．３質量％以上、さらに好ましくは０．５質量％以上、特に好ましくは０．７質量％以上、とりわけ好ましくは１質量％以上であり、好ましくは５質量％以下、より好ましくは４質量％以下、さらに好ましくは３質量％以下、とりわけ好ましくは２質量％以下である。繊維補強炭酸化セメント成形物における繊維の含有量が上記下限値以上であると、繊維による繊維補強炭酸化セメント成形物の補強効果がさらに高くすることができ、さらに、繊維補強炭酸化セメント成形物の通気性が向上する結果、炭酸化反応率を高くすることができ、繊維補強炭酸化セメント成形物の補強効果をさらに高めることができる。繊維補強炭酸化セメント成形物における繊維の含有量が上記上限値以下であると、繊維補強炭酸化セメント成形物中の繊維の分散性が良好であるため、効果的に繊維補強炭酸化セメント成形物を補強することができる。
【００２３】
繊維がポリビニルアルコール系繊維である場合、ポリビニルアルコール系繊維はポリビニルアルコール系ポリマーと他のポリマーとの複合繊維であってもよく、海島繊維であってもよい。ポリビニルアルコール系ポリマーは、ビニルアルコールから構成され、本発明の効果を損なわない範囲であればビニルアルコール以外の他のモノマーとの共重合体であってもよく、また変性されていてもよい。繊維の機械強度および耐アルカリ性等の観点から、ポリビニルアルコール系ポリマー中の変性ユニットの比率は好ましくは３０モル％以下、より好ましくは１０モル％以下である。また、繊維の機械強度および耐アルカリ性等の観点から、３０℃の水溶液で粘度法により求めたポリビニルアルコール系ポリマーの平均重合度は、好ましくは１０００以上、より好ましくは１５００以上であり、製造コスト等の点から、好ましくは１００００以下、より好ましくは５０００以下、さらに好ましくは３０００以下である。また、耐熱性、耐久性および寸法安定性（低寸法変化率）の観点から、ポリビニルアルコール系ポリマーのケン化度は好ましくは９９モル％以上、より好ましくは９９．８モル％以上であり、通常１００モル％以下である。
【００２４】
ポリビニルアルコール系繊維は、例えば、次の方法によって製造することができる。ポリビニルアルコール系ポリマーを１０〜６０質量％の濃度で水に溶解させ、得られた防止原液を用いて、水酸化ナトリウムおよびボウ硝等を含む凝固浴中で湿式紡糸を行う。その後、ローラ延伸、中和、湿熱延伸、水洗および乾燥を行うことによってポリビニルアルコール系繊維を得ることができる。延伸は、通常２００〜２５０℃、好ましくは２２０〜２４０℃の延伸温度下で行われる。延伸倍率は、通常５倍以上、好ましくは６倍以上である。その後、ポリビニルアルコール系繊維を、所望の上記の範囲の繊維長に切断する。
【００２５】
（無機針状物）
繊維補強炭酸化セメント成形物に含まれる無機針状物は、長さが１ｍｍ以下、好ましくは０．８ｍｍ以下、より好ましくは０．６ｍｍ以下、さらに好ましくは０．４ｍｍ以下、特に好ましくは０．２ｍｍ以下、とりわけ好ましくは０．１ｍｍ以下、非常に好ましくは０．０５ｍｍ以下、特に０．０３ｍｍ以下の針状の無機結晶である。該無機結晶が有する針状形状により、薄板形状または鱗片形状等の形状に比べて、繊維補強炭酸化セメント成形物中の無機結晶の分散性が良好となり、曲げ強度等の機械強度のムラが少なく、さらに、繊維補強炭酸化セメント成形物における無機結晶の充填性に富むため、機械強度の高い繊維補強炭酸化セメント成形物を得ることができる。無機針状物の長さが上記上限値以下であると、繊維補強炭酸化セメント成形物における無機針状物の分散性が良好であるため、曲げ強度等の機械強度のムラが少なく、さらに、繊維補強炭酸化セメント成形物における無機針状物の充填性に富むため、機械強度の高い繊維補強炭酸化セメント成形物を得ることができる。なお、一般に充填剤の長さが１ｍｍ以下であると、弾性率を向上させることはできるものの、機械強度への影響は低いことが知られている。本発明の一実施態様によれば、上記所定の長さおよびアスペクト比を有する無機針状物を用いることにより、高い曲げ強度および低い寸法変化率を有する繊維補強炭酸化セメント成形物を得ることができ、同時に無機針状物の長さが短いため、繊維補強炭酸化セメント成形物中の分散性が高く、機械強度のムラを低く抑制することができる。本発明の一実施態様において、無機針状物の長さは、通常０．００２ｍｍ以上である。なお、無機針状物の長さは、繊維補強炭酸化セメント成形物の一部を割り、その破断面を電子顕微鏡にて観察し、視野中に確認される無機針状物の長さの平均をとることによって算出することができ、例えば繊維補強炭酸化セメント成形物の破断面の任意の１０箇所にて、それぞれ電子顕微鏡による６０μｍ×９０μｍの断面拡大画像を得、それら１０枚の断面拡大画像中に観察される無機針状物から任意に５０本を選び、Ｎ数５０としてその長さの平均値を算出することで無機針状物の長さを算出することができる。
【００２６】
繊維補強炭酸化セメント成形物に含まれる無機針状物は、アスペクト比が２０以上、好ましくは２５以上、より好ましくは３０以上、さらに好ましくは３３以上である。無機針状物のアスペクト比が上記下限値以上であると、繊維補強炭酸化セメント成形物の寸法変化率が小さく、クラックを抑制することができ、さらに繊維補強炭酸化セメント成形物の機械強度を向上させることができる。本発明の一実施態様において、無機針状物のアスペクト比は、通常１０００以下、特に５００以下、とりわけ３００以下、さらに１００以下、例えば５０以下である。なお、無機針状物のアスペクト比は、繊維補強炭酸化セメント成形物の一部を割り、その破断面の無機針状物を電子顕微鏡にて観察し、視野中に確認される無機針状物の幅と長さの平均（平均幅および平均長さ）をそれぞれとり、その平均長さを平均幅で除することで算出することができ、例えば繊維補強炭酸化セメント成形物の破断面の任意の１０箇所において、それぞれ電子顕微鏡による６０μｍ×９０μｍの断面拡大画像を得、それら１０枚の断面拡大画像中に観察される無機針状物から任意に５０本を選び、Ｎ数５０としてその幅と長さの平均値（平均幅および平均長さ）をそれぞれ算出し、その平均長さを平均幅で除することで無機針状物のアスペクト比を算出することができる。
【００２７】
上記無機針状物としては、例えば炭酸カルシウム、酸化チタン、チタン酸カリウム、塩基性硫酸マグネシウム、水酸化アルミニウム、ホウ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、石膏繊維、グラスファイバー、セピオライト、ゾノトライト、ワラストナイト、カオリナイト、およびカピオライト、ならびにこれらの混合物等が挙げられる。製造性および炭酸化での耐膨張性の観点から、無機針状物は、炭酸カルシウム、チタン酸カリウムまたはホウ酸アルミニウムからなることが好ましく、炭酸カルシウムまたはチタン酸カリウムからなることがより好ましく、炭酸カルシウムからなることがさらに好ましい。
【００２８】
本発明の一実施態様において、上記繊維補強炭酸化セメント成形物は、繊維補強炭酸化セメント成形物１μｍ２当たり、上記無機針状物を、好ましくは２×１０−２〜１０００×１０−２本、より好ましくは３×１０−２〜９００×１０−２本、さらに好ましくは４×１０−２〜８００×１０−２本、特に好ましくは５×１０−２〜７００×１０−２本、とりわけ好ましくは１０×１０−２〜６００×１０−２本、非常に好ましくは２０×１０−２〜５００×１０−２本、特に３０×１０−２〜４００×１０−２本、とりわけ４０×１０−２〜３００×１０−２本、例えば５０×１０−２〜２００×１０−２本含有する。繊維補強炭酸化セメント成形物における上記無機針状物１μｍ２当たりの本数が上記下限値以上であると、繊維補強炭酸化セメント成形物の曲げ強度をさらに高くすることができる。繊維補強炭酸化セメント成形物における上記無機針状物１μｍ２当たりの本数が上記上限値以下であると、成形性および分散性が良好である。なお、単位当たりの本数は、繊維補強炭酸化セメント成形物の一部を割り、その破断面を電子顕微鏡にて観察して得られる２０μｍ×３０μｍの断面拡大画像中において、任意に１０μｍ×１０μｍ区画を１０箇所選び、それら区画中に確認できる無機針状物の本数を数え、１μｍ２当たりの本数に換算して求めることができる。
本発明の一実施態様において、上記の通りに、任意に選択された１０箇所の１０μｍ×１０μｍ区画中に確認できる無機針状物の本数の標準偏差は、好ましくは１５本以下、より好ましくは１４本以下、さらに好ましくは１３本以下であり、通常３本以上である。上記標準偏差が上記上限値以下であると、繊維補強炭酸化セメント成形物における無機針状物の分散性が高いため、曲げ強度等の機械強度のムラが少なく、機械強度の高い繊維補強炭酸化セメント成形物を得ることができる。なお、上記標準偏差は、１０μｍ×１０μｍ区画中に確認できる無機針状物の本数を、１０箇所それぞれについて測定し、その測定値に基づいて算出することができる。
【００２９】
本発明の一実施態様において、繊維補強炭酸化セメント成形物における上記無機針状物の含有量は、無機針状物の種類ならびに繊維、パルプおよび骨材等の他の成分の量および種類によるが、繊維補強炭酸化セメント成形物の全質量に基づいて、好ましくは０．１〜１０質量％、より好ましくは０．３〜８質量％、さらに好ましくは０．６〜６質量％、特に好ましくは０．８〜４質量％、とりわけ好ましくは１〜３質量％である。繊維補強炭酸化セメント成形物における上記無機針状物の含有量が上記下限値以上であると、繊維補強炭酸化セメント成形物の曲げ強度をさらに高くすることができる。繊維補強炭酸化セメント成形物における上記無機針状物の含有量が上記上限値以下であると、成形性および分散性が良好である。繊維補強炭酸化セメント成形物における上記無機針状物の含有量は、例えば、無機針状物の添加量から算出することができ、また、無機針状物がチタン酸カリウム等からなる場合にはチタン等の元素を元素分析等により定量することにより測定することもできる。
【００３０】
（パルプ）
上記繊維補強炭酸化セメント成形物はパルプをさらに含むことが好ましい。上記パルプは、天然パルプまたは合成パルプのいずれでもよい。天然パルプとしては、針葉樹または広葉樹からの未晒しパルプおよび晒しパルプが挙げられ、具体的には、ワラ、竹、木綿、麻、ラミー、こうぞ、みつまた、またはユーカリ等から得られるパルプが挙げられる。また、新聞紙や紙袋、段ボール箱等から得られる回収古紙も挙げられる。合成パルプとしては、ポリオレフィン系パルプやポリアラミド系パルプ等が挙げられ、また、合成パルプはこれらに形状が類似したフィブリル状の物質であれば何でもよい。
【００３１】
上記パルプは、叩解されていてもよい。叩解の程度を表すＣＳＦ（カナダ標準濾水度、Ｃａｎａｄｉａｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｆｒｅｅｎｅｓｓ）は、好ましくは３０〜７５０ｍｌ、より好ましくは５０〜３００ｍｌである。本発明において、ＣＳＦは、ＪＩＳ  Ｐ  ８１２１「パルプの濾水度試験方法」に従って測定することができる。パルプの叩解は、リファイナーやビーターのような叩解機にて行うことができる。
【００３２】
上記繊維補強炭酸化セメント成形物がパルプを含有する場合、パルプの含有量は、繊維補強炭酸化セメント成形物に対して、好ましくは１〜１０質量％、より好ましくは２〜６質量％である。繊維補強炭酸化セメント成形物中のパルプの含有量が上記下限値以上であると、粒子状物質の捕捉性が良好となる。繊維補強炭酸化セメント成形物中のパルプの含有量が上記上限値以下であると、分散の均一性が良好となり、また層間剥離が抑制され、さらに高い難燃性を得ることができる。
【００３３】
本発明の好適な実施態様においては、繊維補強炭酸化セメント成形物はパルプを含む。上記繊維補強炭酸化セメント成形物がパルプを含有することにより、繊維補強炭酸化セメント成形物中における繊維の分散性が向上され、通気率制御も容易となり、かつ補強効果にも寄与することができる。また、パルプが存在する場合には、抄造法による繊維補強炭酸化セメント成形物の製造の場合、製造が容易となる。抄造とは、セメント成分などを水媒体に懸濁させたスラリー状の硬化性組成物をメッシュに濾し取り成型することをいう。抄造板（抄造体）とは、上記抄造により成型された成型板（成形物）をいう。
【００３４】
（骨材）
繊維補強炭酸化セメント成形物には骨材が含まれてよい。骨材としては、必要に応じてさまざまな骨材を使用することができる。骨材として、例えば、細骨材、軽量骨材および粗骨材等が挙げられる。骨材は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。
【００３５】
細骨材は、粒径が５ｍｍ以下の細骨材であってもよく、例えば、粒径が５ｍｍ以下の砂類；珪石、フライアッシュ、高炉スラグ、火山灰系シラス、各種汚泥、および岩石鉱物等の無機質材を粉末化または顆粒状化した細骨材等が挙げられる。これらの細骨材は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。砂類としては、例えば、川砂、山砂、海砂、砕砂、珪砂、鉱滓、ガラス砂、鉄砂、灰砂、炭酸カルシウム、および人工砂等の砂類が挙げられる。これらの細骨材は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。
【００３６】
粗骨材は、粒径５ｍｍ以上の粒子が８５質量％以上含まれる骨材である。粗骨材は、粒径５ｍｍ超の粒子からなるものであってもよい。粗骨材としては、例えば、各種砂利類、人工骨材（高炉スラグ等）および再生骨材（建築廃材の再生骨材等）等が挙げられる。これらの粗骨材は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。
【００３７】
軽量骨材としては、火山砂利、膨張スラグおよび炭殻等の天然軽量骨材、ならびに発泡真珠岩、発泡パーライト、発泡黒よう石、バーミキュライト、シラスバルーンおよびフライアッシュマイクロバルーン等の人工軽量骨材が挙げられる。これらの軽量骨材は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。上記繊維補強炭酸化セメント成形物は、薄肉化した場合であっても機械強度を保持できるので、製造工程中に粉砕し易い軽量骨材の量を低減しつつ、軽量化が可能である。したがって、全骨材中における軽量骨材の割合は、好ましくは１０質量％以下、より好ましくは５質量％以下に低減することが可能である。
【００３８】
また、上記繊維補強炭酸化セメント成形物は、機能性骨材を含んでもよい。ここで、機能性骨材とは、有色の骨材、硬質の骨材、弾性を有する骨材、および特定の形状を有する骨材等が挙げられ、具体的には、層状ケイ酸塩（例えば、マイカ、タルク、カオリン）、アルミナ、およびシリカ等が挙げられる。骨材に対する機能性骨材の割合は、それぞれの種類に応じて適宜設定することが可能であるが、例えば、骨材と機能性骨材との質量比（骨材／機能性骨材）は、９９／１〜７０／３０であってもよく、好ましくは９８／２〜７５／２５であってもよく、より好ましくは９７／３〜８０／２０であってもよい。これらの機能性骨材は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。
【００３９】
上記繊維補強炭酸化セメント成形物が骨材を含む場合、骨材の総量（Ｓ）とセメント成分（Ｃ）の質量比（骨材（Ｓ）／セメント成分（Ｃ））は、好ましくは１／２０〜１００／１、より好ましくは１／１０〜５０／１、さらに好ましくは１／６〜３／１であってもよい。
【００４０】
本発明の好適な実施態様においては、繊維補強炭酸化セメント成形物は骨材を含む。繊維補強炭酸化セメント成形物が骨材を含むことによって、骨材による補強効果だけでなく、骨材と繊維とが共存することにより炭酸化反応率を高まり、機械強度を高くすることができる。このメカニズムは明らかではないが、繊維および骨材間を伝って炭酸ガスが繊維補強炭酸化セメント成形物内部に通気し易くなり、炭酸化養生工程において、炭酸ガスの通気率が向上し、炭酸化反応率が高まることが考えられる。
【００４１】
上記繊維補強炭酸化セメント成形物は、適宜、必要に応じて各種混和剤を含んでよい。混和剤としては、例えば、ＡＥ剤、流動化剤、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、増粘剤、保水剤、撥水剤、膨張剤、硬化促進剤、炭酸化促進剤および凝結遅延剤等が挙げられる。混和剤は、単独でまたは二種以上組み合わせて含まれていてもよい。
【００４２】
上記繊維補強炭酸化セメント成形物は、また、必要に応じて水溶性高分子物質を含んでいてもよい。水溶性高分子物質としては、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のセルロースエーテル、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、およびリグニンスルホン酸塩等が挙げられる。水溶性高分子物質は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用されていてもよい。
【００４３】
上記繊維補強炭酸化セメント成形物は、必要に応じて水硬性成分（セメント成分）の硬化促進剤を含んでもよい。硬化促進剤としては、例えば塩化カルシウム、塩化アルミニウム、塩化鉄、塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、硫酸アルカリ、炭酸アルカリ、およびケイ酸ソーダ、および硫酸カルシウム（石膏等）等が挙げられる。
【００４４】
さらに上記繊維補強炭酸化セメント成形物は、必要に応じて炭酸化促進剤を含んでもよい。炭酸化促進剤としては、例えば、水性ポリマーディスパージョンとして、ポリアクリル酸エステル、ポリ酢酸ビニル、およびエチレン−酢酸ビニル共重合体等の熱可塑性エマルジョン、ならびにスチレンブタジエンゴム等の合成ゴムラテックスが挙げられる。また、再乳化形粉末樹脂（粉末エマルジョン）として、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体、酢酸ビニルビニルバーサテート（ＶＡＶｅｏＶａ）等が挙げられる。
【００４５】
また、上記繊維補強炭酸化セメント成形物は炭酸ガスと親和性の高い薬剤を含んでもよい。親和性の高い薬剤としては、例えばモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、およびトリエタノールアミンをはじめとするアミン系薬剤、ならびにそれらが固定されたゲルなど、特に制限なく使用することができる。なお、これらは単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。
【００４６】
上記繊維補強炭酸化セメント成形物は炭酸化されている。炭酸化とは、セメント成分の水和反応によって生じたＣａ(ＯＨ)２や、セメント成分であるビーライトが炭酸ガスと反応してＣａＣＯ３を生成することを意味する。上記繊維補強炭酸化セメント成形物の炭酸化反応率は、好ましくは３０％以上、より好ましくは４０％以上、さらに好ましくは５０％以上、特に好ましくは６０％以上、とりわけ好ましくは７０％以上、非常に好ましくは８０％以上、最も好ましくは９０％以上である。繊維補強炭酸化セメント成形物の炭酸化反応率が上記下限値以上であると、繊維補強炭酸化セメント成形物内部がより緻密化するために、さらに高い機械強度（曲げ強度等）を有する繊維補強炭酸化セメント成形物を得ることができる。なお、繊維補強炭酸化セメント成形物の炭酸化反応率の上限値は、特に限定されるものではないが、通常９９％以下、例えば９８％以下、特に９５％以下である。繊維補強炭酸化セメント成形物の炭酸化反応率は後述の方法によって測定することができる。
【００４７】
上記繊維補強炭酸化セメント成形物は、機械強度に優れるため、薄肉化が可能であり、例えば、繊維補強炭酸化セメント成形物における最も薄い部分の厚みは、好ましくは８〜１００ｍｍ、より好ましくは１０〜９５ｍｍ、さらに好ましくは１５〜９０ｍｍである。
【００４８】
上記繊維補強炭酸化セメント成形物の製造方法は、特に限定されない。本発明の好適な実施態様においては、
上記のセメント成分、無機針状物、繊維および水を混合して硬化性組成物を得る混合工程、
上記水硬性組成物を成型して成型体を得る成型工程、
成型体を前養生して硬化体を得る前養生工程、および
硬化体を炭酸化養生して繊維補強炭酸化セメント成形物を得る炭酸化養生工程
を含む方法によって、繊維補強炭酸化セメント成形物を製造することができる。
【００４９】
（混合工程）
上記のセメント成分、繊維および水、ならびに必要に応じてパルプ、骨材および／または各種混和剤は、公知または慣用のミキサーなどの混合手段により混合することにより、スラリー状の硬化性組成物を得ることができる。なお、硬化性組成物がパルプを含む場合、混合にあたりパルプと水を混合し、パルプを水中に分散させた後、他の成分を添加することが、各成分の分散性の観点から好ましい。
なお、混合にあたり、混合順序は特に制限ないが、好ましくは、硬化性組成物がパルプを含む場合にはパルプと水を混合しパルプを水中に分散させた後、セメント成分や混和剤等の他の添加剤と共に無機針状物を投入混合し、最後に繊維を添加することが、各成分の分散性の観点からより好ましい。
【００５０】
上記混合物には無機針状物そのものを添加してもよいし、混合物中において無機針状物をインサイチュで形成させるために、該無機針状物の原料となる化合物を添加してもよい。該無機針状物の原料となる化合物を添加する場合、前養生工程および炭酸化養生工程を経た後に、繊維補強炭酸化セメント成形物中に無機針状物が形成すればよい。
【００５１】
繊維の分散方法は、さまざまな方法によって行うことができる。例えば、撹拌性能の高いミキサーまたはニーダーを用いることができ、撹拌性能の高いミキサーおよびニーダーとしては、例えば、抄造法で用いられる縦型ミキサー、スクリュー式ミキサー、双腕ニーダー、加圧ニーダー、アイリッヒミキサー、スーパーミキサー、プラネタリーミキサー、バンバリーミキサー、コンティニュアスミキサー、および連続混練機等が挙げられる。
【００５２】
上記水硬性組成物に含まれる水は、例えば、水／セメント成分比（Ｗ／Ｃ）が２０〜８０質量％であってもよく、好ましくは２５〜７０質量％、より好ましくは３０〜６０質量％であってもよい。
【００５３】
（成型工程）
成型工程においては、上記のようにして調合されたスラリー状の硬化性組成物を成型して成型体を得ることができる。例えば、以下のように硬化性組成物は成型される。上記硬化性組成物は、湿式抄造機の複数バットに送り込まれ、バット中の内部陰圧の網目シリンダーの回転によりシリンダー表面にケーキとなって抄き上げられて、メイキングロールまで運搬され、単層または積層されて所定の厚みにして巻き取りロールから切り離される。切り離された湿潤状態の板状の成形物は必要に応じてプレス機で加圧成型され、ついで養生（前養生および炭酸化養生）、その後必要に応じて乾燥されて、所望の水硬性無機質成型板が製造される。以上、ハチェック式抄造機による場合について述べたが、上記水硬性組成物の成型方法は、特に限定されず、一般的な繊維補強コンクリートやセメントの成型方法を用いることもできる。例えば、一層抄き等の長網抄造方式成型、流し込み成型、プレス成型、押出成型、または、スラリーを用いて１回または数回で所望の厚みを得るフローオン方式などの方法により、容易に所望の形状の成型体を成型することができる。
【００５４】
（前養生工程）
上記前養生工程は、所望形状に成型された成型体全体が硬化する程度に養生を行うのが好ましい。全体が硬化しないと、脱板または脱型をして以降の工程へ移行するハンドリング時に成型体が破損する恐れがあるだけでなく、後述する炭酸化で生成するＣａＣＯ３による質量増加（すなわち体積増加）により、成型体もつられて膨張することになるため、緻密化効果が発現し難い。そのため、前養生は少なくとも成型体中の水分が蒸発しない高湿度雰囲気下で行うことが好ましい。硬化は、セメント成分の水和反応（凝結反応）によるものであるが、成型体内の水分が蒸発するとセメント成分の水和反応が阻害され、成型体をハンドリングできるまで硬化が進行しなくなる場合がある。相対湿度が、好ましくは３０〜１００％、より好ましくは５０〜１００％、さらに好ましくは６５〜１００％、さらにより好ましくは８０〜１００％、特に好ましくは９０〜１００％、とりわけ好ましくは１００％の雰囲気下において前養生工程を行う。また、このような高湿度雰囲気下において更に、水分を通さない容器または袋等に成型体を入れたり、プラスチック板またはプラスチックフィルム（ポリエチレンシート等）、金属板に成型体を挟んだりする方法等、成型体中の水分の蒸発が防止できる方法で養生を行ってもよい。前養生工程の養生温度としては特に限定されないが、例えば３０〜１２０℃、好ましくは５０〜１１０℃である。１００℃以上の温度において前養生工程を行う場合には、オートクレーブ処理を行ってもよい。なお、繊維としてポリビニルアルコール系繊維を用いる場合には、同繊維の耐湿熱性の観点から、１２０℃以下の温度で前養生工程を行うことが好ましい。また、養生に必要なマチュリティー（養生温度℃×養生時間ｈｒ）は、２００〜２０００が好ましく、２５０〜１５００がより好ましく、３００〜１０００がさらに好ましい。
【００５５】
本発明の一実施態様によれば、成型体が無機針状物を含むことにより成型体の機械強度を高めることができるため、前養生工程における養生時間が短くても硬化体を型から取り出し可能な程度に硬化させることができ、また、前養生工程における養生時間が短くても炭酸化養生工程にて硬化体の膨張を抑制することができ、高い曲げ強度および低い寸法変化率を有する繊維補強炭酸化セメント成形物を得ることできるため、工業的に有利である。本発明の好適な実施態様において、前養生工程における養生時間は、養生温度によるが、好ましくは１２時間以内、より好ましくは１０時間以内、さらに好ましくは８時間以内、特に好ましくは６時間以内、とりわけ好ましくは５時間以内である。なお、養生時間は通常１時間以上、特に２時間以上、とりわけ３時間以上である。
【００５６】
前養生工程における養生雰囲気ガスとしては特に限定されず、空気以外に、炭酸化養生における濃度よりも低い濃度の炭酸ガス、窒素、酸素、水蒸気、ヘリウムもしくはアルゴンまたはこれらの混合ガス等を、本発明の目的を阻害しない範囲内で混合して使用することができる。
【００５７】
水硬性組成物は、パルプおよび／または骨材を含むことが好ましい。水硬性組成物がパルプおよび／または骨材を含む場合、前養生工程において得られる硬化体の通気率を高めることができる。通気率の上昇により、後の炭酸化反応が進行し易くなる。硬化体の通気率は、例えば、水硬性組成物中のパルプおよび／または骨材の含有量を増やしたり、骨材として軽量骨材を一部使用したり、プレス圧を調整したりすることなどにより調整することができる。
【００５８】
本発明の別の実施態様によれば、上記のセメント成分、無機針状物および繊維を含む繊維補強セメント成形物であって、該無機針状物は、長さが１ｍｍ以下であり、アスペクト比が２０以上である、繊維補強セメント成形物も提供される。該繊維補強セメント成形物とは、炭酸化されておらず、即ち前養生工程後の硬化体である。該繊維補強セメント成形物は、炭酸化を経ることにより高い曲げ強度および低い寸法変化率を達成することが可能である。上記繊維補強セメント成形物の炭酸化反応率は、好ましくは５％以下、より好ましくは３％以下、さらに好ましくは１％以下であり、通常０％以上である。
【００５９】
（炭酸化養生工程）
前養生工程によって得られた硬化体は、型から取り出し可能な程度に全体が硬化されていることが好ましい。この硬化体を用いて炭酸化養生工程を行う。ここで、硬化体の炭酸化養生工程においては、セメント成分の水和反応により生成した水酸化カルシウム：Ｃａ(ＯＨ)２［下記式（１）参照］と、浸透してきた炭酸ガス：ＣＯ２とが反応して、下記式（２）に示すように、炭酸カルシウム：ＣａＣＯ３および水が生じる反応が行われる。この時、硬化体が高アルカリ性から中性側に移行するので、硬化体の切断面にフェノールフタレイン溶液を塗布して呈色状況を観察することにより容易に炭酸化反応率を確認することができる。
ＣａＯ・ＳｉＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ(ＯＨ)２＋ＳｉＯ２  ・・・（１）
Ｃａ(ＯＨ)２＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｏ  ・・・・・・・（２）
【００６０】
炭酸化養生工程は、炭酸ガス濃度が高い雰囲気下において行われることが好ましい。炭酸化養生工程は、好ましくは濃度５％以上、より好ましくは８％以上、好ましくは３０％以下、より好ましくは２０％以下の炭酸ガス雰囲気下において行われる。炭酸ガス濃度が上記下限値以上であると、炭酸化がより促進され、繊維補強炭酸化セメント成形物の機械強度が向上し、さらに塗料の選択性が広がる。また、炭酸ガス濃度が上記上限値以下であると、炭酸ガス濃度の過剰な上昇による危険性が低減され、また経済的にも有利である。なお、雰囲気ガスとしては炭酸ガス以外に、空気、窒素、酸素、水蒸気、ヘリウム、またはアルゴン等のガスを本発明の目的を阻害しない範囲内で混合して使用することができる。また、炭酸ガスを含む高圧容器中で炭酸化することも、生産性向上の面から有効である。一方で、炭酸化の温度としては特に限定されないが、高温であるほど炭酸化反応を早くすることができ、例えば０℃以上、好ましくは２０℃以上、より好ましくは３０℃以上、さらに好ましくは４０℃以上、特に好ましくは５０℃以上、とりわけ好ましくは６０℃以上である。なお、繊維としてポリビニルアルコール系繊維を用いる場合には、同繊維の耐湿熱性の観点から、１２０℃以下の温度で炭酸化養生工程を行うことが好ましい。炭酸化養生工程の時間は、炭酸化養生工程の時間および炭酸ガス濃度等に応じて異なるが、通常、８〜４８時間である。
【００６１】
本発明の一実施態様においては、炭酸化反応には、上記式（１）の通り、水が必要であるため、炭酸化養生工程も一定の湿度下で行うことが好ましい。炭酸化養生工程における相対湿度は、好ましくは３０〜９５％、より好ましくは３５〜９０％、さらに好ましくは４０〜８５％である。炭酸化養生工程における相対湿度が上記下限値以上であると、炭酸化反応およびセメント成分の水和反応をより促進させることができる。また、炭酸化養生工程における相対湿度が上記上限値以下であると、硬化体表面での結露水の発生が抑制され、炭酸ガスが硬化体内部まで侵入し易くなり、また結露水による硬化体表面の浸食が抑制されるために製品の外観が良好となる。
【００６２】
前養生工程において得られた硬化体が、炭酸化養生により硬化体表面だけでなく内部まで炭酸化反応が進行することで、硬化体全体の均一な緻密化を行うことができる。ビーライトを含有するセメント硬化体の場合、炭酸ガスによりさらに緻密化が進行し易い。そのメカニズムについては未解明な部分も多いが、次のように考えられる。通常のセメント硬化体が炭酸化（中性化）する場合には、上記式（１）および（２）に示されるように、セメントの水和反応によって生じたＣａ(ＯＨ)２が炭酸ガスと反応してＣａＣＯ３になるが、セメント硬化体中にビーライトが多量に存在すると、ビーライトが水和反応せずに直接炭酸ガスと反応して多量のＣａＣＯ３およびＳｉＯ２を生成する。同時に、水和反応で生成したＣ−Ｓ−Ｈゲルも、炭酸ガスと反応することで、同様にＣａＣＯ３およびＳｉＯ２を生成する。さらに、セメントの水和反応で生じたＣａ(ＯＨ)２も炭酸ガスと反応してＣａＣＯ３となる。このため、通常のセメント硬化体に比べ早期に多量の反応生成物が生じ、これがセメント硬化体内の空隙を埋めて緻密化すると考えられる。実際、炭酸化された硬化体は、炭酸化される前に比べ、比重は増加し、吸水率は低減し、細孔総容積は減少し、さらには寸法変化率も減少することからも、内部組織の緻密化が起こっていることが理解される。細孔総容積は、水銀圧入法による細孔分布測定から把握することができる。なお、ＣａＣＯ３の結晶形態としては、カルサイト、アラゴナイト、バテライトの３種類が存在する。いずれの場合でも緻密化できる点で好ましいが、特にアラゴナイトおよびバテライトが好ましい。アラゴナイトは、アスペクト比が２０ｍｍに満たない針状結晶であるが、繊維補強炭酸化セメント成形物の曲げ強度向上にわずかに寄与し得る。バテライトは、カルサイトおよびアラゴナイトに比べて比重が小さく、そのためセメント硬化体中に同一質量のＣａＣＯ３が存在した場合、占有体積はバテライトの方が大きくなるため、より緻密化には有効で好ましい。なお、カルサイトはＣａ(ＯＨ)２から生成されやすいのに対し、アラゴナイトやバテライトはビーライトやＣ−Ｓ−Ｈゲルから生成されやすい。そのことも、緻密化に有効なアラゴナイトおよびバテライトが早い段階で生成される点で、本発明の大きな特徴の１つである。このような炭酸化による緻密化は、硬化前にプレス等を施すことで機械的に比重を増加させ空隙を少なくする方法に比べ、より効率的に緻密化することができる点で好ましい。例えば寸法変化率は、吸水／蒸発時の膨張／収縮に伴うものであり、比重を高くすることで変化率を抑制することができるが、同じ比重においては、プレスして比重を高めた場合と比較し、炭酸化により緻密化した場合の方が、比重当たりの寸法変化率が低い繊維補強炭酸化セメント成形物が得られる。
【００６３】
本発明の一実施態様である繊維補強炭酸化セメント成形物は、前養生工程により型から取り出し可能な程度に成型体全体が硬化されてから炭酸化養生工程を行うことにより、反応速度の速い炭酸化が先行して緻密化が進行するため、炭酸化に比べ反応速度の遅い水硬性成分の水和反応が不完全でも、短期間に、曲げ強度が高く、かつ、比重あたりの寸法変化率が小さく、耐透水性に優れ、かつ、塗装性が良好な繊維補強炭酸化セメント成形物を得ることができる。
【００６４】
また、本発明の一実施態様によれば、硬化体が無機針状物を含むことにより、硬化体の機械強度が高められ、炭酸化で生成するＣａＣＯ３に起因する硬化体の外部への膨張を抑えることができる。それゆえ、炭酸化で生成するＣａＣＯ３の増量分の大部分または全てが更なる緻密化に寄与する。本発明の一実施態様によれば、硬化体が無機針状物を含むことにより、炭酸化養生による緻密化効果を高めることができる。
さらに、このような無機針状物に起因する緻密化効果により、硬化体内部のセメント成分と繊維との密着性が高まり、繊維補強炭酸化セメント成形物の曲げ強度等の機械強度をさらに高め、寸法変化率を低くすることができる。
【００６５】
このように、上記繊維補強炭酸化セメント成形物は、繊維および無機針状物を含み、炭酸化養生を経て製造されるため、比重当たりの寸法変化率が非常に低く、好ましくは０．１％以下、より好ましくは０．０９％以下、さらに好ましくは０．０８％以下、特に好ましくは０．０７５％以下であり、寸法変化率の低い繊維補強炭酸化セメント成形物を得ることができる。なお、繊維補強炭酸化セメント成形物の比重当たりの寸法変化率は、通常０％以上である。
【００６６】
炭酸化養生工程は、特に制限なく実施することができ、例えば前養生工程において得られる硬化体をラック等に入れて養生槽に導入した後で、所定の条件下で養生することによって行うことができる。一方で、炭酸ガスの硬化体への接触が抑制され、硬化体内で反応斑が発生すると、硬化体が反る等の問題が生じることがある。そのため、反応斑を解消するために、養生槽内の気体を循環させたり、硬化体の上下から炭酸ガスを均一に吹き付けたり、ラックに硬化体を積載する際に硬化体同士が重ならないようスペーサーを設けたり、硬化体を縦置きにするなど、炭酸ガスが硬化体に均一に接触できるように工夫することが特に好ましい。
【００６７】
炭酸化養生工程において、前養生工程において得られた硬化体は、炭酸化反応率が好ましくは３０％以上、より好ましくは４０％以上、さらに好ましくは５０％以上、特に好ましくは６０％以上、とりわけ好ましくは７０％以上、非常に好ましくは８０％以上、最も好ましくは９０％以上まで炭酸化される。炭酸化反応率が上記下限値以上であると、繊維補強炭酸化セメント成形物内部において緻密化（高密度化）が進行し易く、高い機械強度を有する繊維補強炭酸化セメント成形物を得ることができる。なお、炭酸化反応率の上限値は、特に限定されるものではないが、通常９９％以下、例えば９８％以下、特に９５％以下である。
【００６８】
炭酸化養生工程後の繊維補強炭酸化セメント成形物表面は、必要に応じて塗料を用いて塗装されていてもよい。塗料としては、特に限定されるものではなく、フェノール樹脂塗料、合成樹脂調合ペイント、アルキド樹脂塗料、フタル酸樹脂塗料、アクリルアルキド樹脂塗料、アミノアルキド樹脂塗料、メラミン焼付樹脂塗料、エポキシ樹脂塗料、変性エポキシ樹脂塗料、タールエポキシ樹脂塗料、ポリウレタン樹脂塗料、湿気硬化ポリウレタン樹脂塗料、アクリルウレタン樹脂塗料、ポリエステルウレタン樹脂塗料、アルキド変性シリコン樹脂塗料、アクリルシリコン樹脂塗料、シリコン樹脂塗料、塩化ゴム系樹脂塗料、酢酸ビニルエマルション塗料、アクリル樹脂塗料、アクリルエマルション樹脂塗料、ＮＡＤアクリル樹脂塗料、塩化ビニル樹脂塗料、フッ素樹脂塗料、およびラッカー塗料等が挙げられる。上記繊維補強炭酸化セメント成形物は緻密性が高く、かつ中性化が進んでいるので、通常のセメント系材料に必要である耐アルカリ性の塗料を選ぶ必要もなく、経済的に優れている。
【００６９】
本発明の一実施態様である繊維補強炭酸化セメント成形物は、建築材料として有用である。建築材料としては、例えばスレート、瓦、壁パネル、天井材、床パネル、屋根材、および間仕切り壁などの成形物ならびに二次製品等が挙げられる。
【００７０】
本発明の別の実施態様においては、上記繊維補強炭酸化セメント成形物の使用および使用方法、特に建築材料としての使用および使用方法も提供される。
【実施例】
【００７１】
以下、実施例および比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。【００７２】
（繊維の平均繊維径（μｍ）およびアスペクト比）
ＪＩＳ  Ｌ  １０１５「化学繊維ステープル試験方法（８．５．１）」に準じて平均繊維長を算出し、平均繊維径との比により繊維のアスペクト比を評価した。なお、平均繊維径については、無作為に繊維を１００本取り出し、それぞれの繊維の長さ方向の中央部における繊維径を光学顕微鏡により測定し、その平均値を平均繊維径（ｍｍ）とした。【００７３】
（無機針状物の長さ（ｍｍ）およびアスペクト比）
無機針状物の長さは、繊維補強炭酸化セメント成形物の一部を割り、その破断面を走査型電子顕微鏡Ｓ−３４００Ｎ（株式会社日立ハイテクノロジーズ社製、Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）にて観察し、視野中に確認された無機針状物の長さの平均をとることで算出した。観察は、繊維補強炭酸化セメント成形物の破断面の任意の１０箇所において行い、それぞれ上記走査型電子顕微鏡による６０μｍ×９０μｍの断面拡大画像を得た後、それら１０枚の断面拡大画像中に観察される無機針状物から任意に５０本を選び、その長さおよび幅の平均値（平均長さおよび平均幅）を算出した。この平均長さを無機針状物の長さとした。また、平均長さを平均幅で除することでアスペクト比を算出した。【００７４】
（繊維補強炭酸化セメント成形物１μｍ2当たりの無機針状物の本数の測定）
繊維補強炭酸化セメント成形物の一部を割り、その破断面を走査型電子顕微鏡Ｓ−３４００Ｎ（株式会社日立ハイテクノロジーズ社製、Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）にて観察し、得られた２０μｍ×３０μｍの断面拡大画像中において、任意に１０μｍ×１０μｍ区画を１０箇所選び、それら区画中に確認された無機針状物の本数を数え、１μｍ２当たりの本数に換算して、繊維補強炭酸化セメント成形物１μｍ2当たりの無機針状物の本数を求めた。
また、上記１０箇所の１０μｍ×１０μｍ区画中に確認できる無機針状物の本数に基づいて、無機針状物の本数の標準偏差を算出した。【００７５】
（炭酸化反応率の測定）
炭酸化養生工程前および炭酸化養生工程後の硬化体の断面に和光純薬工業（株）製１．０ｗ／ｖ％フェノールフタレインエタノール（９０）溶液を塗り、１分後に硬化体の断面の写真を撮った。その後、炭酸化養生工程後の断面写真に対して、炭酸化養生工程前のフェノールフタレインで染色されたものと同等の色目を持つ部分の総面積を、画像解析ソフト（フリーソフトＩＭＡＧＥ−Ｊ）を用いて算出し、以下式により炭酸化反応率（％）を算出した。
炭酸化反応率（％）＝｛（断面積−染色面積）／（断面積）｝×１００【００７６】
（嵩比重の測定方法）
ＪＩＳ  Ａ  ５４３０に準拠し、繊維補強炭酸化セメント成形物をかきまぜ機付空気乾燥器に入れ、１０５℃±５℃で２４時間乾燥後の質量と体積から嵩比重（ｇ／ｃｍ３）を求めた。【００７７】
（曲げ強度の測定）
繊維補強炭酸化セメント成形物より、長さ約１５０ｍｍ、幅約５０ｍｍの短冊状に切り出した切出片を繊維補強炭酸化セメント成形物１枚あたり３体切出した。その後、切出片の測定時の含水率を一定に調整するため、切出片を、４０℃に調整した乾燥機にて７２時間乾燥した。曲げ強度（Ｎ／ｍｍ２）の測定方法は、ＪＩＳ  Ａ  １４０８に準じて測定した。島津製作所社製オートグラフＡＧ５０００−Ｂにて、試験速度（戴荷ヘッドスピード）２ｍｍ／分、中央戴荷方式で曲げスパン１００ｍｍで、３点曲げ荷重試験を行った。【００７８】
（比重あたりの寸法変化率の測定）
ＪＩＳ  Ａ  ５４３０に準じ、試験体を撹拌機付き乾燥機に入れ、その温度を６０±３℃に保ち、２４時間経過した後取り出して、シリカゲルで調湿したデシケータに入れ、室温（２０±１．５℃）になるまで放置した。次に、試験体にガラス片を貼り標線間距離が約１４０ｍｍになるように標線を刻み、１／５００ｍｍの精度をもつコンパレータで標線間の長さを測定して、それを基長とした。次に、試験体の長さ方向を水平にこば立てし、水面下約３０ｍｍとなるようにして、２０℃±１．５℃の水中に浸漬した。２４時間経過した後、水中から取り出して表面に付着した水を拭き取り、再び標線間の長さを測定した。吸水による長さ変化率は、（吸水時の標線間の長さ−乾燥時の標線間の長さ）／乾燥時の長さ×１００にて求めた。さらに、得られた長さ変化率を嵩比重で除して、比重あたりの寸法変化率（％）を求めた。【００７９】
実施例および比較例において、以下の成分を用いた。【００８０】
（繊維）
重合度１７００の完全ケン化ポリビニルアルコールを１６．５質量％の濃度で水に溶解し、ポリビニルアルコールに対して、ホウ酸を１．６質量％添加して紡糸原液とした。該紡糸原液を水酸化ナトリウム１１ｇ／Ｌ、ボウ硝３５０ｇ／Ｌからなる７０℃の凝固浴中に湿式紡糸し、常法に従ってローラ延伸、中和、湿熱延伸、水洗、および乾燥後、同じく繊維製造工程内の熱処理工程内で、２３５℃で総延伸倍率が１９倍となるように乾熱延伸して巻き取った。得られた繊維は、平均繊維径７μｍであった。これを４ｍｍの繊維長にカットし（アスペクト比：５７１）、ＰＶＡ繊維を得た。【００８１】
（セメント成分）
・普通ポルトランドセメント：ビーライト含有量１８質量％、太平洋セメント社製【００８２】
（無機針状物および無機物）
・針状炭酸カルシウム：長さ０．０２ｍｍ、アスペクト比４０
・チタン酸カリウムウィスカー：長さ０．０１５ｍｍ、アスペクト比３３
・炭酸カルシウム（カルサイト）：長さ０．００７ｍｍ、アスペクト比１
・炭酸カルシウム（アラゴナイト）：長さ０．００１ｍｍ、アスペクト比１０
・グラスファイバー：長さ３ｍｍ、アスペクト比２３０【００８３】
（パルプ）
・ＮＵＫＰ：兵庫パルプ（株）社製、セロファイバー、ＣＳＦ＝１１５ｍｌ【００８４】
実施例１
ハチェック式抄造機を用いて、パルプ（ＮＵＫＰ）３質量％、無機針状物として針状炭酸カルシウム（長さ：０．０２ｍｍ、アスペクト比：４０）１質量％、普通ポルトランドセメント（βビーライト含有量：２７質量％）９４．５質量％、および繊維としてＰＶＡ繊維１．５質量％、ならびに水を混合し、水硬性組成物を得た。得られた水硬性組成物を成型して抄造板（サイズ：３０ｃｍ×４５ｃｍ×６ｍｍ）を得た。なお、水硬性組成物における水の含有量に関して、水／セメント成分（Ｗ／Ｃ）＝４０質量％であった。また、パルプ、無機針状物、普通ポルトランドセメントおよび繊維の添加量は、全固形分に対しての比率を基準とする数値である。【００８５】
その後、得られた抄造板（成型体）をポリエチレンシートに包み、相対湿度１００％、５０℃下において６時間の前養生工程を行い、硬化体を得た。【００８６】
次に、得られた硬化体を朝日科学株式会社製アサヒ中性化試験装置ＡＣＴ−２５０に入れ、炭酸ガス濃度２０％、相対湿度６０％、温度６０℃において２４時間の炭酸化養生工程を行った。こうして繊維補強炭酸化セメント成形物（１）を得た。繊維補強炭酸化セメント成形物（１）の物性を表２に示す。【００８７】
実施例２
無機針状物の添加量を１質量％に代えて３質量％とし、普通ポルトランドセメント（βビーライト含有量：２７質量％）を９４．５質量％に代えて９２．５質量％とした以外は、実施例１と同様にして、繊維補強炭酸化セメント成形物（２）を得た。繊維補強炭酸化セメント成形物（２）の物性を表２に示す。【００８８】
実施例３
無機針状物として、針状炭酸カルシウムに代えてチタン酸カリウムウィスカー（長さ：０．０１５ｍｍ、アスペクト比：３３）を用いた以外は、実施例１と同様にして、繊維補強炭酸化セメント成形物（３）を得た。繊維補強炭酸化セメント成形物（３）の物性を表２に示す。【００８９】
比較例１
無機針状物を添加しなかったこと、および炭酸化養生工程を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にして、繊維補強炭酸化セメント成形物（４）を得た。繊維補強炭酸化セメント成形物（４）の物性を表２に示す。【００９０】
比較例２
無機針状物を添加しなかった以外は、実施例１と同様にして、繊維補強炭酸化セメント成形物（５）を得た。繊維補強炭酸化セメント成形物（５）の物性を表２に示す。【００９１】
比較例３
無機物として、針状炭酸カルシウムに代えて粒子状の炭酸カルシウム（カルサイト、長さ：０．００７ｍｍ、アスペクト比：１）を用いた以外は、実施例１と同様にして、繊維補強炭酸化セメント成形物（６）を得た。繊維補強炭酸化セメント成形物（６）の物性を表２に示す。【００９２】
比較例４
無機針状物として、針状炭酸カルシウムに代えて炭酸カルシウム（アラゴナイト、長さ：０．００１ｍｍ、アスペクト比：１０）を用いた以外は、実施例１と同様にして、繊維補強炭酸化セメント成形物（７）を得た。繊維補強炭酸化セメント成形物（７）の物性を表２に示す。【００９３】
比較例５
無機針状物として、針状炭酸カルシウムに代えてグラスファイバー（長さ：３ｍｍ、アスペクト比：２３０）を用いた以外は、実施例１と同様にして、繊維補強炭酸化セメント成形物（８）を得た。繊維補強炭酸化セメント成形物（８）の物性を表２に示す。【００９４】
比較例６
ＰＶＡ繊維を添加しなかった以外は、実施例１と同様にして、繊維補強炭酸化セメント成形物（９）を得た。繊維補強炭酸化セメント成形物（９）の物性を表２に示す。【００９５】
比較例７
炭酸化養生工程を行わなかった以外は、実施例１と同様にして、繊維補強炭酸化セメント成形物（１０）を得た。繊維補強炭酸化セメント成形物（１０）の物性を表２に示す。【００９６】
【表１】
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【００９７】
【表２】
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【００９８】
表２に示された結果から、実施例１〜３において得られた繊維補強炭酸化セメント成形物（１）〜（３）は、曲げ強度が高く、寸法変化率が低く抑えられていた。また、比重が高く、緻密化を達成したことが分かる。
一方、比較例１では、無機針状物を用いず、炭酸化養生工程を行っていないため、寸法変化率が高く、曲げ強度も低い結果となった。また、無機針状物を用いていない比較例２では、実施例１〜３において得られた繊維補強炭酸化セメント成形物（１）〜（３）と比べて、比重が低く、寸法変化率も高くなっていることから、緻密化の程度がより低くなっており、また曲げ強度が低くなった。アスペクト比が１である無機物、アスペクト比が１０である無機針状物または長さが３ｍｍである無機針状物を用いた比較例３〜５でも、同様に、緻密化の程度がより低くなっており、また曲げ強度も低くなった。ポリビニルアルコール繊維を用いなかった比較例６では、比重は比較的高いものの、曲げ強度が低くなった。これは、炭酸化養生工程において無機針状物による硬化体の外部への膨張は抑制されたものの、ポリビニルアルコール繊維による補強効果が得られなかったためと考えられる。炭酸化養生を行わなかった比較例７では、比重が低く、寸法変化率が高くなった。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明に係る繊維補強炭酸化セメント成形物は、高い曲げ強度と小さい寸法変化率とを兼ね備えるため、建築材料、特にスレート、瓦、壁パネル、天井材、床パネル、屋根材、および間仕切り壁等として好適に使用することができる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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