(57)【要約】【課題】補強材を内部に備えることが可能で、かつ、従来のＡＬＣパネルよりも耐火性に優れたワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネルおよびその製造方法を提供する。【解決手段】内部に補強材が配置されており、かつ、ゾノトライト生成率が５０質量％〜８０質量％であるゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を、７５０℃〜８５０℃の温度範囲で、かつ、前記補強材の温度が７００℃以上となるように加熱処理をする。さらに、前記ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体として、室温から７００℃までの加熱寸法変化が０．０％〜＋１．０％の範囲にあり、かつ、７００℃〜９００℃における熱収縮率が１．０％以下であるゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を用いる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワラストナイト系珪酸カルシウム成形体と、その内部に配置された補強材とからなることを特徴とするワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネル。
【請求項２】
内部に補強材が配置されており、かつ、ゾノトライト生成率が５０質量％〜８０質量％であるゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を、７５０℃〜８５０℃の温度範囲で、かつ、前記補強材の温度が７００℃以上となるように加熱処理をすることにより得られたことを特徴とするワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネル。
【請求項３】
前記ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体として、室温から７００℃までの加熱寸法変化が０．０％〜＋１．０％の範囲にあり、かつ、７００℃〜９００℃における熱収縮率が１．０％以下であるゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を用いたことを特徴とする請求項２に記載のワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネル。
【請求項４】
前記補強材が、炭素鋼からなる鉄筋もしくは金網である請求項１〜３のいずれかに記載のワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネル。
【請求項５】
内部に補強材が配置されており、かつ、ゾノトライト生成率が５０質量％〜８０質量％であるゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を、７５０℃〜８５０℃の温度範囲で、かつ、前記補強材の温度が７００℃以上となるように加熱処理をすることを特徴とするワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネルの製造方法。
【請求項６】
前記ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体として、室温から７００℃までの加熱寸法変化が０．０％〜＋１．０％の範囲にあり、かつ、７００℃〜９００℃における熱収縮率が１．０％以下であるゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を用いることを特徴とする請求項５に記載のワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネルの製造方法。
【請求項７】
ポルトランドセメントおよび生石灰からなる石灰質原料と、珪酸質原料とを、ＣａＯ／ＳｉＯ2のモル比が０．８〜１．１であり、かつ、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比が６％以下となるように配合し、水と混合してスラリーとした後、該スラリーに金属アルミニウム粉末を添加して成形体材料を得て、該成形体材料を、予め補強材を配置した型枠に鋳込み、発泡硬化処理を行い、水蒸気養生処理を施してゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を得て、該ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を７５０℃〜８５０℃の温度範囲で、かつ、内部の補強材の温度が７００℃以上となるように加熱処理をすることを特徴とするワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネルの製造方法。
【請求項８】
前記成形体材料の原料として、さらに石膏を添加することを特徴とする請求項７に記載のワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネルの製造方法。
【請求項９】
前記補強材として、炭素鋼からなる鉄筋もしくは金網を用いることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載のワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱性、断熱性および施工性に優れた建築用材料として用いられるワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネルおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワラストナイトは、ＣａＯ・ＳｉＯ2という組成の耐熱性の珪酸カルシウムである。
【０００３】
ワラストナイトを得る方法の一つとして、ゾノトライト（６ＣａＯ・６ＳｉＯ2・Ｈ2Ｏ）を加熱脱水してワラストナイトに変成する方法がある。この方法を用いて得られたワラストナイトは、軽量で断熱性があり、加工も容易で、軽量な割には強度も強いなどの特徴を有している。
【０００４】
このようなゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を加熱してワラストナイト系珪酸カルシウム成形体を製造する方法は、例えば、特公昭４７−７８８５号公報等に記載されている。しかし、この方法では、ゾノトライトからワラストナイトへの変成の過程において、製品寸法に１．５％〜２．５％の寸法変化を生じるので、得られた成形体の寸法精度が保ちにくくなるとともに、製品表面においてクラック（亀裂）等の欠陥も発生しやすい。
【０００５】
このような加熱時の寸法変化によるクラック等の欠陥発生を防止するために、特許第２９６２４２２号公報には、２０℃〜６５０℃に加熱したときの寸法変化率が０．２％以下であるゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を、成形体の表面温度が７００℃に達したときにおいて、成形体の表面温度と成形体の内部温度との差が、深さ１ｃｍについて５０℃以上、有する状態で、７００℃で加熱した後、さらに７００℃〜７６０℃において１０時間〜０．５時間、加熱保持することにより、ワラストナイト系珪酸カルシウム成形体を製造する方法が記載されている。
【０００６】
この方法により、ゾノトライトからワラストナイトへの変成領域を、外側から形成させ、かつ、変成領域を狭い範囲に限定することができる。従って、成形体の外側でワラストナイトへの変成を終了した部分は、加熱膨張し、成形体の内側でワラストナイトへの変成を終了していない部分は、現状の寸法を維持しようとするため、応力が働き、結果的に寸法変化が小さく抑制される。
【０００７】
しかしながら、近年、ＡＬＣパネルに代表される珪酸カルシウム軽量パネルに対して、耐火性の要求が高まっている。さらに、軽量パネルとして使用するためには、珪酸カルシウム成形体の内部に補強材を配置することが求められている。
【０００８】
元来、珪酸カルシウム系成形体は、圧縮強度に比し、曲げ強度に劣るという欠点を持っている。そのため、レンガやブロック等のように比較的小さな成形体として使用することはできても、軽量パネルとして比較的大きな成形体とすると、曲げ強度の不足により、破壊してしまう。この対策として、内部に補強材を配置することにより、曲げ強度を補強材に保持させることができ、軽量パネルとして製造することができるようになる。
【０００９】
特許第２９６２４２２号公報に記載された方法では、内部に補強材を配置しようとすると、鉄筋の熱膨張と成形体の熱膨張との間で、熱収縮の不均衡により成形体にクラックが生じるという問題がある。そのため、この方法によっては、補強材を内部に備えるワラストナイト系珪酸カルシウム成形体を用いた軽量パネルを得ることができなかった。
【００１０】
なお、石灰質原料と、珪酸質原料と、石膏とを原料として、前記ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を得る方法としては、例えば、特許第２７５７８７８号公報に記載がある。
【００１１】
【特許文献１】特公昭４７−７８８５号公報
【００１２】
【特許文献２】特許第２９６２４２２号公報
【００１３】
【特許文献３】特許第２７５７８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、補強材を内部に備えることが可能で、かつ、従来のＡＬＣパネルよりも耐火性に優れたワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネルおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネルの一態様では、ワラストナイト系珪酸カルシウム成形体と、その内部に配置された補強材とからなる。
【００１６】
本発明のワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネルの異なる態様では、内部に補強材が配置されており、かつ、ゾノトライト生成率が５０質量％〜８０質量％であるゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を、７５０℃〜８５０℃の温度範囲で、かつ、前記補強材の温度が７００℃以上となるように加熱処理をすることにより得られる。
【００１７】
さらに、前記ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体として、室温から７００℃までの加熱寸法変化が０．０％〜＋１．０％の範囲にあり、かつ、７００℃〜９００℃における熱収縮率が１．０％以下であるゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を用いていることが望ましい。
【００１８】
さらに、前記補強材が、炭素鋼からなる鉄筋もしくは金網であることが望ましい。
【００１９】
本発明のワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネルの製造方法の一態様では、内部に補強材が配置されており、かつ、ゾノトライト生成率が５０質量％〜８０質量％であるゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を、７５０℃〜８５０℃の温度範囲で、かつ、前記補強材の温度が７００℃以上となるように加熱処理をする。
【００２０】
さらに、前記ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体として、室温から７００℃までの加熱寸法変化が０．０％〜＋１．０％の範囲にあり、かつ、７００℃〜９００℃における熱収縮率が１．０％以下であるゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を用いることが望ましい。
【００２１】
本発明のワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネルの製造方法の異なる態様では、ポルトランドセメントおよび生石灰からなる石灰質原料と、珪酸質原料とを、ＣａＯ／ＳｉＯ2のモル比が０．８〜１．１であり、かつ、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比が６％以下となるように配合し、水と混合してスラリーとした後、該スラリーに金属アルミニウム粉末を添加して成形体材料を得て、該成形体材料を、予め補強材を配置した型枠に鋳込み、発泡硬化処理を行い、水蒸気養生処理を施してゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を得て、該ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を７５０℃〜８５０℃の温度範囲で、かつ、内部の補強材の温度が７００℃以上となるように加熱処理をする。
【００２２】
前記成形体材料の原料として、さらに石膏を添加することが望ましい。
【００２３】
さらに、前記補強材として、炭素鋼からなる鉄筋もしくは金網を用いることが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、従来のＡＬＣに比較して耐火性に極めて優れたワラストナイト系珪酸カルシウム成形体と、その内部に補強材が配置されているワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネルを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明のワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネルは、ワラストナイト系珪酸カルシウム成形体を用いる。該ワラストナイト系珪酸カルシウム成形体は、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を加熱処理することにより得られる。前記ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体におけるゾノトライト生成率は、５０質量％〜８０質量％であり、該ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体における、室温から７００℃までの加熱寸法変化は０．０％〜＋１．０％の範囲であり、７００℃〜９００℃における熱収縮率は１．０％以下である。なお、加熱寸法変化の「＋」記号は、膨張を示す。
【００２６】
ゾノトライトそのものの熱分解の挙動は、室温から７００℃までは分解することなく安定であることが知られており、ゾノトライトは、室温から７００℃までは加熱により膨張する。それ以後、約７５０℃から８５０℃まではゾノトライト結晶の結晶水を失い、結晶自体が収縮する。
【００２７】
工業的に得られるゾノトライトの場合は、結晶性に幅があるため、一般的に結晶水が失われるとされる温度範囲７５０℃〜８５０℃よりもやや広い範囲、すなわち７００℃〜９００℃で結晶水が脱水する。
【００２８】
本発明のワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネルは、前記ワラストナイト系珪酸カルシウム成形体の内部に、補強材を備える。補強材として、炭素鋼からなる鉄筋または金網が使用され、鉄筋を溶接したマット状でよい。一般的には、ＡＬＣパネル等で用いられている鉄線であり、ＪＩＳＧ３５３２に規定されるＳＷＭ−Ｂが好ましい。これは、ＪＩＳＧ３５０５に規定されている軟鋼線材であり、炭素の含有量は０．１％程度である。
【００２９】
炭素鋼は、室温から７００℃までの平均熱膨張係数が１５×１０-6程度であるから、室温から７００℃までの炭素鋼を用いた補強材の熱膨張率は、約１％となる。
【００３０】
内部に補強材を配置したゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を加熱した場合、該ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体自体の断熱性により、内蔵される補強材の温度は、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体の表面の近傍の温度よりも１０℃〜５０℃程度、低くなっている。このため、補強材を内蔵したゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を加熱処理した場合、室温から７００℃までの加熱においては、鉄筋の熱膨張率が、前述の１％を下回ることとなる。
【００３１】
本発明のワラストナイト系珪酸カルシウム成形体は、室温から７００℃までの加熱寸法変化が０．０％〜＋１．０％の範囲にあるので、鉄筋の熱膨張率との差によりクラックが生ずる可能性を、極めて低くすることができる。
【００３２】
また、７５０℃〜８５０℃の加熱処理において、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体は、ゾノトライト結晶の結晶水の脱水に伴い収縮する。この収縮は、ゾノトライト系珪酸カルシウムである限り、避けることはできないが、７００℃〜９００℃における熱収縮率が１．０％以下であれば、鉄筋を内蔵するゾノトライト系珪酸カルシウム成形体は、クラックが極めて生じにくくなる。特に、内部の鉄筋の温度が７００℃以上であれば、クラックを生ずることなくゾノトライトからワラストナイトへ変成し、ワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネルを得ることができる。
【００３３】
鉄筋の温度は、成形体の厚み、鉄筋と成形体の表面との距離や、成形体の密度などの影響を受ける。そのため、鉄筋を７００℃以上に制御するために、例えば、予め実験的に鉄筋の温度と成形体の温度の推移を測定しておき、鉄筋の温度が一定となる条件を求めて、鉄筋が７００℃以上に到達するまでは同様に加熱し、鉄筋の温度が一定に保持される条件で維持する。
【００３４】
理由の詳細は不明であるが、内蔵されている鉄筋が、７００℃以上の高温下で軟化し、ゾノトライトがワラストナイトに転移する際の収縮に、ある程度、追随するためと考えられる。
【００３５】
室温から７００℃までの加熱寸法変化が０．０％〜＋１．０％の範囲にあり、７００℃〜９００℃における熱収縮率が１．０％以下であるゾノトライト系珪酸カルシウム成形体は、ゾノトライト生成率が５０質量％〜８０質量％であることが必要である。ゾノトライト生成率が５０質量％未満では、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を構成する物質中にトバモライト結晶やＣＳＨと称される非晶質物質の占める割合が大きくなり、特に、室温から７００℃までの加熱時の脱水に伴い、収縮が著しく大きくなる。ゾノトライト生成率が８０質量％を超えると、ゾノトライト成分が主体となるため、従来は好ましいと予想されていたが、室温から７００℃まで膨張する度合いが高まり、７５０℃〜８５０℃での熱収縮率が１．０％よりも大きくなるので、好ましくないことが判明した。
【００３６】
本発明のワラストナイト系珪酸カルシウム軽量パネルの製造方法では、ポルトランドセメントおよび生石灰からなる石灰質原料と、珪石、珪砂等の珪酸質原料と、石膏とからなる原材料を、ＣａＯ／ＳｉＯ2のモル比が０．８〜１．１であり、かつ、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比が６％以下となるように配合し、水と混合してスラリーとした後、該スラリーに金属アルミニウム粉末を添加して成形体材料を得て、該成形体材料を、予め補強材料を配置した型枠に鋳込み、発泡硬化処理を行い、水蒸気養生処理を施してゾノトライト系珪酸カルシウム成形体を得て、該ゾノトライト系カルシウム成形体を７５０℃〜８５０℃の温度範囲で、かつ、内部の補強材の温度が７００℃以上となるように、加熱処理をする。
【００３７】
原料としては、石灰質原料と、珪酸質原料を主原料とするが、いずれも通常のＡＬＣの製造原料を、そのまま使用することができる。また、前述の特許第２７５７８７８号公報に開示されているように、石膏を添加することにより、成形体の強度を高めることも可能である。
【００３８】
配合条件の一方は、ＣａＯ／ＳｉＯ2のモル比を０．８〜１．１とする。０．８を下回ると、ゾノトライト以外の珪酸カルシウム系成分として、トバモライトやＣＳＨと称される非晶質物質が生成し、ゾノトライト生成率を５０質量％以上とすることができず、特に、室温から７００℃までの加熱に伴う熱収縮率が大きくなる。１．１を超えても、ゾノトライト以外の珪酸カルシウム系成分が生成し、ゾノトライト生成率を５０質量％以上とするこができない。
【００３９】
配合条件の他方は、全原料中に含まれるＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2とから求められたＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比を６％以下とする。ゾノトライト成分は、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の原子比が高くなると生成しにくくなり、代わってトバモライトが生成しやすくなる。なお、Ａｌ原子は、主としてセメントから混入するため、セメントの配合割合を調整することによって達成される。
【００４０】
原料を、水と混合してスラリー化する際には、前述の特許第２７５７８７８号公報に記載されているように、ポルトランドセメントと珪酸質原料の混合物、および生石灰と石膏の混合物について、それぞれの混合物に水を加え、スラリー化する前水和をして、鋳込むことがより好ましい。
【００４１】
発泡硬化処理で使用される金属アルミニウム粉末として、一般のＡＬＣ用のものが使用される。金属アルミニウム粉末の量は、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体に要求される嵩比重を考慮して、適宜、調整すればよく、通常は嵩比重が０．３〜０．７程度となるように調整する。
【００４２】
水蒸気養生処理は、オートクレーブを使用して、飽和水蒸気圧下で行われる。水蒸気養生の温度は、１９０℃〜２４０℃の温度範囲が好ましいが、この温度範囲より低い場合でも、オートクレーブ中での水蒸気養生の時間を長くすることによって、ゾノトライト成分の生成率を高めることは可能である。また、高温であれば、水蒸気養生の時間が短くても、ゾノトライト成分の生成率は高まるが、２００℃を超えると、オートクレーブ内の圧力が高くなりすぎ、設備コストの面で問題となる。ゾノトライト成分の生成速度、設備コストの面からは、１９５℃、６時間程度の水蒸気養生が最も好ましい。
【００４３】
加熱処理の時間については、製造するパネルの厚さおよび大きさによって変わるため、一概に規定できないが、内部の鉄筋と成形体表面との温度差をできるだけ下げるように、昇温速度は極力、小さい方が好ましい。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
使用する原料の組成を、表１に示した。
【００４５】
表２に示した原料配合で混合を行い、全固体量を１００質量部として、７０質量部の水を加えてスラリーとして、４分間、混合した後、製品の嵩比重が０．５０となるように量を調整した金属アルミニウム粉末（約０．０６％）を添加し、３０秒、攪拌した後、予め鉄筋を配置した長さ７ｍ、幅１．５ｍ、高さ０．７ｍの型枠に鋳込んだ。
【００４６】
発泡硬化の後、厚さ５０ｍｍ、長さ１８００ｍｍ、幅６００ｍｍのサイズにピアノ線で切断し、オートクレーブに挿入して、１９５℃の飽和水蒸気圧下で、６時間、養生して、ゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルを得た。
【００４７】
得られたゾノトライト系珪酸カルシウム軽量パネルについて、以下の測定を行った。
【００４８】
（１）鉄筋を除いた成形体部分を採取し、採取した成形体部分を十分に粉砕した後、１０５℃で２時間、乾燥させ、絶乾状態とした。イニシャル質量：Ｍ（ｍｇ）のサンプルについて、示差熱質量分析装置（ＴＧ−ＤＴＡ）を用いて２０℃／分の昇温速度で１０００℃までの熱質量減少曲線から、室温から１０００℃までの熱質量減少量：Ａ（ｍｇ）、および７５０℃から８５０℃までの熱質量減少量：Ｂ（ｍｇ）、を求めた。ゾノトライト生成率（％）は、以下の式で計算することができる（特許第２７５７８７８号公報参照）。
【００４９】
ゾノトライト生成率（％）＝｛Ｂ／（Ｍ−Ａ）｝／｛１８／（７１４−１８）｝×１００
【００５０】
（２）採取した成形体部分を、５ｍｍ角、長さ１５ｍｍの角柱状に成形し、２０℃／ｍｉｎの昇温速度にて、室温から７００℃までの寸法変化、および７５０℃から８５０℃までにおける収縮率を測定した。
【００５１】
（３）内部に鉄筋が配置された部分から、鉄筋ごと３００ｍｍ角に切断し、これを電気炉中で加熱処理をした。まず、室温から７００℃まで、昇温して、クラックの発生状況を観察し、その後、８００℃で一定温度に保持して、ワラストナイト化加熱処理を行った。加熱昇温速度は、室温から７００℃までの昇温時間を２時間とした。
【００５２】
評価項目として、７００℃におけるクラック発生の有無、ワラストナイト化加熱処理の雰囲気温度（成形体表面温度に等しいと仮定）、鉄筋温度（熱電対にて測定）、ワラストナイト生成状況（粉末Ｘ線回折により測定）、ワラストナイト化加熱処理後のクラック発生の有無について比較した。
【００５３】
得られた測定結果を、表３に示す。
【００５４】
（実施例２〜４、比較例１〜５）
表２に示した原料配合で混合を行った以外は、実施例１と同様にして、ゾノトライト系珪酸カルシウムパネルを得た。
【００５５】
また、ワラストナイト化加熱処理の温度を、表３に示した温度とした以外は、実施例１と同様の評価を行った。
【００５６】
なお、７００℃までの加熱で、クラックが生じた比較例１、３〜５では、以降のワラストナイト化加熱処理は実施しなかった。
【００５７】
得られた測定結果を、表３に示す。
【００５８】
【表１】
2007153686.tif 000002
【００５９】
【表２】
2007153686.tif 000003
【００６０】
【表３】
2007153686.tif 000004