(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３及び４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３を合算して２０〜３０重量％含有したセメントが５５〜８５重量％と、かさ比重が０．５〜０．９で、平均粒度がφ１ｍｍ以下の焼却灰が５〜１５重量％と、木質補強材が５〜１５重量％とからなる混合物を水に分散してスラリーを形成する工程と、
形成された上記スラリーを抄造脱水してシート状体にフォーミングする工程と、
フォーミングされた上記シート状体を多層に巻き取りマット体を形成する工程と、
形成された上記マット体を所定の寸法に切断して原板を形成する工程と、
形成された上記原板を養生硬化する工程と、
からなることを特徴とする無機質板の製造方法。
【請求項２】
３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３及び４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３を合算して２０〜３０重量％含有したセメントが５５〜８５重量％と、かさ比重が０．５〜０．９で、平均粒度がφ１ｍｍ以下の焼却灰が５〜１５重量％と、木質補強材が５〜１５重量％とからなる混合物が硬化してなることを特徴とする無機質板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として製紙スラッジを焼却して得られた焼却灰を配合原料の一つとして含む無機質板（セメント板）及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽量化した無機質建材を得るなどの目的から、セメントと補強材としての繊維質原料とを成分とする混合物に、製紙スラッジを焼却して得られた焼却灰を配合して水性スラリーを調整し、それを抄造脱水して得られるシート状体を原板とし、該原板を養生硬化して無機質板を製造する方法が知られている（特公平２−５４２９０号公報、特公平５−５５４６０号公報など参照）。この製造方法によれば、従来、軽量化の目的で使用していたパーライトをまったく使用せずに、あるいは少ない使用量で、所要に軽量化した無機質板を得ることができ、コストの低減がはかれる利点がある。
【０００３】
しかし、上記の製造方法による場合、製紙スラッジを焼却して得られた焼却灰を添加するためにセメントの水和反応が緩慢となり、長い養生期間を必要とし、初期材令における機械的強度が低下するという不都合が生じやすいことから、通常、水和反応を促進する硬化促進剤として、アルカリ塩類物質あるいはアンモニウム塩類物質、又は硫酸アルミニウム含有物質を単独で又は複数を併用して添加することが行われており、それによって原板の早期硬化をはかり、機械的強度及び寸法安定性に優れた軽量建築用板材を得るようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の製紙スラッジを焼却して得られた焼却灰をセメントに配合した水性スラリーから軽量無機質板を製造する方法では、上記スラリー中に硬化促進剤という別物質を添加混合する工程を必要としており、製造工程が煩雑となり、製造装置も複雑なものとなっている。また、硬化促進剤として塩化カルシウム、炭酸ナトリウム、硫酸マグネシウムのように水に可溶な硬化促進剤を用いる場合には、抄造脱水時に添加した硬化促進剤が搾水と共に流出してしまう恐れがあり、歩留まりが悪く、非効率であるという欠点も生じうる。一方、水に難溶な水酸化カルシウムや水酸化マグネシウムのようなアルカリ土類金属の水酸化物からなる硬化促進剤を用いる場合には、上記の不都合は回避できるが、セメントに対する活性度が低く、初期強度の向上はあまり期待できないという不都合があった。
【０００５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、軽量化のために焼却灰をセメントに配合した水性スラリーから無機質板を製造する方法において、該スラリー中に硬化促進剤を添加混合することなく、抄造脱水した原板の早期硬化を可能とした新規な軽量無機質板の製造方法を提供することにある。本発明の他の目的は、焼却灰を配合してなる軽量無機質板において、早期硬化が可能であることから初期材令における機械的強度を所要の値に容易に確保することができ、また、寸法安定性にも優れた軽量無機質板を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく多くの実験を行うことにより、セメントとして、その組成成分のうち、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3及び４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3 を通常よりも多量に含んだセメントを原料として用いる場合に、原板の早期硬化が促進され、結果として、得られる軽量無機質板の機械的強度が早期に向上し、かつ、寸法安定性も優れたものとなることを経験した。
【０００７】
本発明は、上記の知見に基づくものであり、本発明による無機質板の製造方法は、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３及び４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３を合算して２０〜３０重量％含有したセメントが５５〜８５重量％と、かさ比重が０．５〜０．９で、平均粒度がφ１ｍｍ以下の焼却灰が５〜１５重量％と、木質補強材が５〜１５重量％とからなる混合物を水に分散してスラリーを形成する工程と、形成された上記スラリーを抄造脱水してシート状体にフォーミングする工程と、フォーミングされた上記シート状体を多層に巻き取りマット体を形成する工程と、形成された上記マット体を所定の寸法に切断して原板を形成する工程と、形成された上記原板を養生硬化する工程と、からなることを特徴とし、また、本発明による無機質板は、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３及び４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３を合算して２０〜３０重量％含有したセメントが５５〜８５重量％と、かさ比重が０．５〜０．９で、平均粒度がφ１ｍｍ以下の焼却灰が５〜１５重量％と、木質補強材が５〜１５重量％とからなる混合物が硬化してなることを特徴とする。
【０００８】
本発明において、セメントとは、水と反応して水和物を作り硬化する鉱物質の粉末を総称しており、具体的例として、最も普通の水硬性セメントであるポルトランドセメント（早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメントなども含まれる）、高炉スラグ微粉を混和材として用いた混合セメントである高炉セメント、ケイ酸白土などのポゾランを混入した混合ポルトランドセメントであるシリカセメント、ポルトランドセメントに微粉炭燃焼後の副産物であるフライアッシュを混合したフライアッシュセメントなどがあげられる。
【０００９】
通常、上記セメントは、３ＣａＯ・ＳｉＯ2（Ｃ3Ｓ），２ＣａＯ・ＳｉＯ2（Ｃ2Ｓ），３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3（Ｃ3Ａ），４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3（Ｃ4ＡＦ）などを主成分とする組成からなっている。本発明者らの実験では、上記成分のうち、特に、Ｃ3Ａ＋Ｃ4ＡＦの含有率を２０〜３０重量％含むようなセメントであれば、前記したどのような種類のセメントであっても、早期硬化という所期の目的が達成されることを経験した。なお、より好ましくは、Ｃ3Ａ＋Ｃ4ＡＦが２０〜３０重量％であって、かつＣ3Ａが１２重量％以上、さらに好ましくは、Ｃ3Ａが１２〜２２重量％であり、この場合には、初期強度の増大において特に著しい効果が得られた。なお、Ｃ3Ａ＋Ｃ4ＡＦの含有率が２０重量％以下の場合には、焼却灰の組成成分のバラツキに十分に対応できないため好ましくなく、３０重量％以上の場合には、所定の石膏量では擬凝結を起こしやすく好ましくない。
【００１０】
本発明において、焼却灰とは、従来廃棄物として廃棄されていた下水、工場排水などの活性汚泥処理から発生する余剰汚泥を焼却して得られた汚泥焼却灰や、紙パルプ工場で生ずる製紙スラッジを焼却して得られる通常のパルプ焼却灰などである。通常、そのような焼却灰の組成成分は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯなどであり、好ましくは、それらの配合比は、ＳｉＯ2：３０〜４０重量％、Ａｌ2Ｏ3：１５〜３０重量％、Ｆｅ2Ｏ3：２〜１５重量％、ＣａＯ：１０〜３０重量％、ＭｇＯ：１〜６重量％である。前記焼却灰のかさ比重及び粒度は、製紙スラッジの成分組成や焼却条件により一定ではないが、かさ比重が０．５〜０．９である場合、また、平均粒度がφ１ｍｍ以下の細かさである場合に、軽量化と板製品強度の双方を満足する無機質板を製造することができる。
【００１１】
焼却灰のかさ比重が０．５以下の場合には、原料スラリー中での分散性が悪くなり、０．９以上の場合には、所望の軽量効果が得られなかった。また、平均粒度がφ１ｍｍを越える焼却灰を添加混合する場合には、硬化反応が不活性となっって十分な強度が確保できなくなる傾向を示した。
【００１２】
本発明において、木質補強材は、セメント粉体を捕捉してセメント系マトリックスを補強する目的で混和されるものであり、木質繊維パルプ、木質繊維束、木片、木粉など、従来のこの種無機質建材への補強材として用いられてきたものと同じものであってよい。また、その混和量（配合割合）も従来のものと同様であってよい。さらに、木質材に限らず、竹繊維、麻繊維、バカス、もみガラ、稲わらなどの材料も有効に用いることができる。
【００１３】
本発明者らの実験によれば、木質繊維パルプは特に有効な補強材であり、より好ましい条件としては、ダブルディスクリファイナ（ＤＤＲ）によって叩解したスラリーのカナディアンフリーネス（Ｃ．Ｓ．Ｆ）が２００〜３００ｍｌのものであり、この叩解度のパルプを用いることにより、高い抄造性が得られた。
【００１４】
本発明において、前記セメントと焼却灰と木質補強材の配合割合は、セメント５５〜８５重量％、焼却灰５〜１５重量％、パルプ５〜１５重量％、軽量骨材５〜１５重量％程度であることが好ましい。この配合割合の場合には、外壁材、屋根材などの初期の目標比重に対する強度を確実に発現させることが可能となる。焼却灰が１５重量％を越える場合には、焼却灰中の成分組成のバラツキを吸収することができず、また、５重量％未満の場合には、軽量化のために軽量骨材を併用する必要があり、コスト高になる恐れがある。
【００１５】
本発明において、上記主成分に対し、さらに、骨材（例えば、ケイ砂、ケイ石粉、フライアッシュなど）、軽量骨材（例えば、パーライト、シラスバルーン、硅ソウ土など）、マイカ、発泡ビーズなどを添加してもよい。さらに、第三成分として、必要な場合には、硬化促進剤を使用してもよい。また、防水剤、撥水剤など、従来のこの種無機質建材を製造するときに添加されてきた第三成分を任意に添加しても差し支えない。
【００１６】
本発明において、上記のセメントと木質補強材と焼却灰、及び所望によるその他の第三成分とを所定の成分割合で混合して混合物とし、該混合物を水に分散して所定固形分濃度の水性スラリーを形成する。そして、該水性スラリーを従来知られた抄造機により抄造脱水してシート状体にフォーミングし、該シート状体を従来知られたメイキングロールなどで多層に巻き取るなどにより積層マット体とし、該積層マット体から所要の寸法の原板を調整する。該原板をプレスして従来知られた手法により一次養生、二次養生を行って硬化させることにより、本発明による無機質板が製造される。
【００１７】
本発明によれば、上記養生硬化に必要とする時間は、従来のスラリー中に硬化促進剤を添加混合して養生硬化するのに要する時間とほぼ同じであり、抄造脱水した原板の早期硬化が可能となる。その結果、焼却灰を配合してなる軽量無機質板でありながら、初期材令における機械的強度の低下もなく、また、寸法安定性に優れた軽量無機質板が得られる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び比較例によってさらに詳細に説明する。本発明が下記の実施例に限られないことは言うまでもない。
［実施例１〜５］
表１に示す成分組成のセメントを用意した。
【００１９】
【表１】
0004008171.tif 000002
【００２０】
上記実施例１〜５のセメント７３重量部に、焼却灰（かさ密度０．６、平均粒径０．３ｍｍ）１０重量部と、木質パルプ７重量部と、パーライト７重量部と、その他３重量部とを混合した原料を水に分散して固形分濃度８〜１５重量％の水性スラリーとし、該水性スラリーを抄造機にて抄造脱水してシート状体にフォーミングした。その後、該シート状体をメイキングロールで５〜１５層巻き取り、積層マット体（原板）とし、該積層マット体をプレスして、８０℃で６時間の蒸気養生下での一次養生と、６０℃で１８時間ので二次養生を行い、無機質板とした。
【００２１】
［比較例１〜３］
表２に示す成分組成のセメントを用意した。
【００２２】
【表２】
0004008171.tif 000003
【００２３】
比較例１〜３のセメント７３重量部に、実施例１〜５と同じ条件で焼却灰、木質パルプ、パーライトを混合して原料を調整し水に分散して固形分濃度８〜１５重量％の水性スラリーを得た。該水性スラリーから実施例１〜５と同じ条件で原板を得、同じ条件で一次養生と二次養生を行い無機質板とした。
【００２４】
［比較例４〜６］
比較例１〜３と同じ原料に、水和反応を促進する硬化促進剤として塩化カルシウムをセメント比２％添加混合し、該混合物を水に分散して固形分濃度８〜１５重量％の水性スラリーを得た。該水性スラリーから実施例１〜５と同じ条件で原板を得、同じ条件で一次養生と二次養生を行い無機質板とした。
【００２５】
［比較試験］
実施例品１〜５及び比較例品１〜６の無機質板それぞれについて、かさ比重、曲げ強さ（Ｎ／ｍｍ2）、凍結融解試験による厚さ膨潤率（％）を測定した。なお、曲げ強さはＪＩＳＡ１４０８に準拠して行い、凍結融解試験はＡＳＴＭ（Ｂ法）による３００サイクル下における厚さ膨潤率として測定した。その結果を表３、表４及び表５に示す。
【００２６】
【表３】
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【００２７】
【表４】
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【００２８】
【表５】
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【００２９】
［考察］
実施例品１〜５のものと比較例品１〜３のものとを比較すると、かさ比重はほぼ同じであり、かつ、同じ養生硬化時間のものでありながら、実施例品１〜５のものは曲げ強さは大きな値を示し、また、厚さ膨潤率は小さな値を示している。このことは、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3及び４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3を合算した含有量が通常のセメントよりも高いもの（通常のセメントが１６〜１８重量％に対して、２０（実施例品１）〜２６（実施例品４）重量％）を用いることにより、短い時間で、機械的強度が高くかつ寸法安定性に優れた軽量無機質板が得られることを示している。
【００３０】
また、実施例品１〜５のものと比較例品４〜６のものとを比較すると、かさ比重はほぼ同じであり、かつ、同じ養生硬化時間のものでありながら、実施例品１〜５のものは曲げ強さは大きな値を示し、また、厚さ膨潤率は小さな値を示している。このことは、３ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 及び４ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3
・Ｆｅ2 Ｏ3 を合算した含有量が通常のセメントよりも高いものを用いることにより、硬化促進剤を添加混合しなくとも、従来の硬化促進剤を添加混合したものよりも、機械的強度が高くかつ寸法安定性に優れた軽量無機質板が得られることを示しており、製造工程が簡略化、製造装置も簡素化がはかれることを示している。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の無機質板及びその製造方法によれば、製紙スラッジを焼却して得られた焼却灰を配合原料の一つとして含む無機質板（セメント板）及びその製造方法において、従来用いられてきた硬化促進剤の使用を省略できることから、製造工程を簡略化でき、また、製造装置も簡素化でき、軽量無機質板の製造コストを大きく低減することが可能となる。特に、木質補強材として硬化阻害成分の多い樹種からなるパルプなどを用いる場合であっても早期脱型硬化が可能であり、本発明は実用上高い有効性を示す。