(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント５０〜６０重量％、フライアッシュ２５〜３０重量％、補強繊維１〜１０重量％及び平均粒径３０〜１００μｍでアスペクト比２０以上の雲母２〜１５重量％を含有する繊維補強セメント成形体。
【請求項２】
更に雲母以外の無機充填材を０〜１５重量％含有する請求項１記載の繊維補強セメント成形体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強度と耐久性に優れた繊維補強セメント成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の代表的繊維補強セメント成形体としては、一般内外装用石綿スレート、波形スレート、住宅屋根用化粧スレート等が挙げられる。これらの製品はほとんどが石綿を含有するものであるが、近年環境重視の社会的要求から無石綿化が進む傾向にある。しかし、石綿を使用せずに高強度のセメント成形体を得ることは難しく、また冬季寒冷地において凍結・融解が繰り返されることによる劣化への耐性いわゆる耐凍害性等といった耐久面での性能低下も指摘されている。
【０００３】
これらのうち、石綿を使用せずに高強度の成形体を得る方法の一つとして、特開平５−７０１９４号公報には微細なフライアッシュの添加が有効であることが開示されている。しかしこの方法だけでは耐凍害性を中心とした耐久性の向上という面には効果が小さい。耐久性向上については各種充填材の添加による補強や吸水率を低下させる方法等が検討されている。その一つとして雲母を添加する方法も検討されているが、いくつかの問題点がある。従来、雲母はある程度鱗片の大きいものの方がフィラーとして有効であると考えられているが、鱗片の大きな雲母は抄造法で積層シートを成形した場合に層間密着力を低下させる原因となるので少量しか添加できない。また、成形体表面に化粧を施す場合にも塗膜密着性に悪影響を与えるため、十分な補強効果を得るための量を添加できないのが現状である。
【０００４】
一方、無石綿化の影響は物性面だけにとどまらず成形体の製造段階にもおよんでおり、従来からある石綿の性質に頼った製造方式では対応が難しいことも多い。例えば抄造法における積層シートの成形、更に波形状を賦与する工程においては、無石綿化することで成形した積層シートの柔軟性と層間密着力が低下し、波形状を賦形する段階でクラックや層間剥離が発生し易くなり、不良原因の一つとなっている。このため、仮成形した積層シートに水をかけて含水量を多くすることで柔らかくする方法等がとられているが、無石綿化によって積層シートの保水力が低下しているため思った程効果が出ていないのが実情である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、補強繊維として石綿を用いなくとも建築用の内装又は外装材料として十分な強度と耐久性を有し、且つ低コストで製造時の賦形性にも優れた繊維補強セメント成形体を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
斯かる実情に鑑み本発明者は鋭意研究を行った結果、平均粒径３０〜１００μｍ、アスペクト比２０以上の雲母とフライアッシュとを一定量組合せて配合すれば、耐凍害性に優れた高強度の繊維補強セメント成形体が得られ、かつ、製造段階において保水力が高く柔軟性に富んでいるので賦形性が良好なシート状の成形体とすることができることを見出し本発明を完成した。
【０００７】
すなわち本発明は、セメント５０〜６０重量％、フライアッシュ２５〜３０重量％、補強繊維１〜１０重量％及び平均粒径３０〜１００μｍでアスペクト比２０以上の雲母２〜１５重量％を含有する繊維補強セメント成形体を提供するものである。なお、「重量％」は固形分原料の総量に対しての重量％を示す。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
本発明の繊維補強セメント成形体において、必須原料として用いられるものは、セメント、フライアッシュ、雲母及び補強繊維である。これらの必須原料を順次説明する。
【０００９】
本発明に用いるセメントは特に限定されないが、普通ポルトランドセメント及び早強セメントのいずれか一方、又は両方を適当な割合で混合したセメントが好ましい。セメントの配合量は固形分原料の総量の４０〜６０重量％、特に好ましくは５０〜６０重量％である。セメントの割合が４０重量％未満では初期強度の発現が鈍く、養生段階でのハンドリング性が悪くなる。また、セメントの割合が６０重量％を越えて過剰であると、他の材料との複合による本発明の効果を十分に得ることが出来ない。
【００１０】
フライアッシュは、石炭火力発電所の微粉炭燃焼炉に取り付けられた集塵機によって採取される微粉炭灰をいう。フライアッシュはその成分中に多量の二酸化珪素（ＳｉＯ2）を含み、それ自身は水硬性を示さないがセメントの水和反応によって生じる水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）と反応して水和物を生成する、いわゆるポゾラン物質の一つである。通常、集塵機で採取されたままのフライアッシュは粒径の分布が１〜１００μｍと広く、その形状は球状粒子である。本発明では、これをそのまま用いてもよいが、更に粉砕又は分級処理して平均粒径を３０μｍ以下としたものを使用することが好ましい。これは微細なものほど反応性が高く、緻密な結合を作るので強度発現への寄与が大きいためである。また、成形した積層シートを波形状に仮成形又は成形する際、球状粒子のベアリング効果によって賦形を容易にする効果がある。よってこの点からは球状粒子の破壊が少ない分級処理によって微細フライアッシュを得る方法がより好ましい。フライアッシュの配合量は固形分原料の総量に対し１５〜４０重量％、好ましくは１５〜３０重量％である。添加の割合が１５重量％未満では十分な強度発現が得られず、また４０重量％を超えて過剰に加えても強度が低下するので好ましくない。
【００１１】
補強繊維は、特に限定されないが得られる成形体の曲げ強度及び衝撃強度の向上と成形におけるプロセスファイバーとしての役割から、木質パルプを使用することが好ましい。木質パルプの種類は特に限定されないが、補強効果の大きさから見ると針葉樹パルプを使用するのが好ましい。また、必要に応じ解繊処理を行ってパルプの濾水性を調整して使用することもできる。補強繊維の配合割合は固形分原料の総量に対し１〜１０重量％、好ましくは２〜６重量％である。補強繊維を添加する割合が１重量％未満では十分な補強効果が得られずまた１０重量％を超えて過剰に添加すると繊維が耐火性能を低下させるので好ましくない。
【００１２】
前記木質パルプに加え、補強繊維として更にポリビニルアルコール繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリロニトリル繊維などの有機系繊維あるいはカーボンファイバー、耐アルカリガラス繊維などの無機系繊維を添加して補強効果の増強を図ることができる。これらの補強繊維の添加割合は固形分原料の総量に対し０．３〜３重量％とするのが好ましい。添加する割合が０．３重量％未満では十分な補強効果が得られず、また３重量％を超えて過剰に添加すると繊維が分散不良をおこして成形体の強度を低下させるので好ましくない。
【００１３】
本発明においては、雲母を添加することにより、成形体の強度、寸法安定性、耐凍害性を向上させることができる。更に雲母は他の無機充填材に比べ抄造後のシート状の成形体の保水性を損ないにくく、また鱗片形状の効果により賦形する際に生ずる歪みに対し緩衝効果もある。フライアッシュと組合せて使用することによりその効果は更に顕著となり、シート状の成形体の柔軟性が増して賦形の際に発生する層間剥離やクラックを防止することができる。本発明において使用できる雲母としては、白雲母（マスコバイト）、金雲母（フロゴバイト）黒雲母、パラゴナイト、レピドナイト等が挙げられる。雲母は平均粒径３０〜１００μｍ、好ましくは平均粒径４０〜８０μｍのものを使用する。雲母の鱗片形状の指標となるアスペクト比の値は２０以上であることが好ましく、４０以上であると更に好ましい。雲母を添加する割合は固形分原料の総量に対し２〜１２重量％、好ましくは４〜８重量％の範囲である。添加の割合が２重量％未満では十分な補強効果が得られず、また１２重量％を超えて過剰に加えると成形体の層間密着性や成形体表面に化粧を施す場合の塗膜密着性等に悪影響を与えるため好ましくない。
【００１４】
本発明においては、更に雲母以外の無機充填材を配合してもよい。このような無機充填材としては、ウォラストナイト、炭酸カルシウム、珪砂等の従来から用いられているものが挙げられる。
雲母と他の無機充填材を組合せて使用する場合においては、合算した無機充填材の添加量が固形分原料の総量に対し５〜３０重量％（すなわち、雲母以外の無機充填材は０〜１５重量％）の割合とするのが好ましい。添加の割合が５重量％未満では十分な補強効果が得られず、また３０重量％を超えて過剰に加えると成形段階での賦形性が悪くなるうえ、原料コストが高くなりすぎて実用的でない。
【００１５】
本発明の繊維補強セメントの成形体は、例えば、セメント及び補強繊維を含む原料を水と混合し、得られたスラリーを例えば抄造法によりシート状の成形体に成形し、これを、凸部に吸引孔を有する凸形吸引部が間隔をおいて複数設けられた吸引装置に吸引することにより吸着させ、次いで該凸形吸引部の間隔を縮めつつ吸引を行い波形状に仮成形した後、加圧成形し、養生することにより製造することができる（図１）。以下、各工程について順次説明する。
【００１６】
原料と水を混練するには攪拌機能を有する容器を用意し、この容器の中へ先ず必要量の水を投入し、攪拌を行いながら補強繊維、雲母等の無機充填材を順次投入してこれらを均一に分散させる。その後、フライアッシュを投入し、最後にセメントを投入するのが好ましい。セメント投入後、所定時間攪拌して均一な混練物を得る。この混練に使用する水の量は固形分原料の総量に対し３〜１２倍が好ましく、スラリー状の混練物となるようにする。混練に用いる容器としては、容器の底部に羽根を有し、この羽根が高速で回転して原料を水中で混合することができる、いわゆるパルパーを用いるのが好ましい。
【００１７】
次に、上記混練によって得られたスラリー状混練物を好ましくは抄造法によって所望の厚さのシート状の成形体に成形する。抄造工程は従来公知の石綿スレート製造方法をそのまま採用できる。抄造時には前記スラリー状混練物に割り水を加えて固形分濃度を調整することができる。また、必要に応じて市販の凝集剤や消泡剤を若干量添加するなど、良好なシート状の成形体を成形できるようスラリー状混練物の微調整をすることができる。シート状の成形体の厚さは、後工程で加圧成形することを考慮して、希望の製品厚さに対し１．１〜１．３倍程度となるよう設定することが好ましい。
【００１８】
抄造により得られたシート状の成形体は、セメントが硬化する前に直ちにシート断面が波形状となるよう仮成形してプレス機により加圧成形する。仮成形する方法は特に限定されるものではなく、上記シート状の成形体に無理な応力が加わらないように希望する波形状に賦形できる方法であればよい。
【００１９】
特に好ましい方法としては、波形の波の尾根に直交する方向に伸縮可能な機構を備えたサクションボックス（凸部に吸引孔を有する凸形吸引部）が間隔をおいて複数設けられた吸引装置、すなわちサクションコルゲーターを用い、この凸形吸引部の間隔を広げた状態でシート状の成形体を吸着し（図２、▲２▼上）、該凸形吸引部の間隔を、しわをよせるように縮めつつ吸引を行ない（図２、▲２▼下）、波形状に仮成形する方法が挙げられる。このとき、必要に応じ仮成形前のシート状の成形体に水を散布し、柔軟性を増加させてから仮成形してもよい。
【００２０】
こうしておおよその波形状を仮成形した成形体を型板上に移し取り（図２、▲３▼）、プレス機に設置したモールドにセットして加圧成形を行う。加圧により所望の形状通りに成形され、また余分な水が搾り出されるので成形体の密度が上がり、養生後の強度が高くなる。モールドにセットする際使用する型板には、加圧により搾り出された余剰水が排出されやすいようあらかじめ直径３mm程度の孔を多数設けておくことが望ましく、必要に応じ金網や樹脂ネットなどを仮成形体との間に挟んで加圧すると更に好ましい。また、モールドの下型にもあらかじめ排水用の溝を設けておくことが好ましい。加圧力は、面圧１０〜２０ＭＰａの範囲で任意に設定することが好ましい。設定圧力が１０ＭＰａより低いと得られる成形体の比重が小さすぎて強度が不足するうえ、耐凍害性も十分でなくなる。逆に２０ＭＰａを超えて過剰な圧力を加えても、得られる成形体の強度に効果的に寄与しないので、エネルギー的にも生産性の面から実用的ではない。
【００２１】
加圧成形後、乾燥しない雰囲気を確保した状態で室温のまま自然養生を行い、セメントの硬化によって型板からはずして積み替えられるだけの強度を発現するまで放置する。自然養生に必要な時間は室温に影響されるが、最低でも６時間以上、好ましくは２４時間程度確保することが好ましい。自然養生後、成形体を７０℃以上１００℃未満、好ましくは８０〜９０℃の湿り蒸気中で８時間〜２４時間加熱養生すれば、硬化反応が促進し、強固な成形体が得られる。養生する温度が低いか、あるいは養生時間が短すぎると硬化反応が不十分となり、高強度の成形体を得ることが困難となる。また、養生温度が高すぎると硬化組織が緻密で強固となり初期強度が高くなる反面、成形体の内部空隙が大きくなるので吸水率が高くなり、結果として耐凍害性などの耐久性能が低下することがある。更に１００℃以上の蒸気で養生するにはオートクレーブが必要となるため設備が大がかりとなり、製造コストの面からも好ましくない。一方、養生時間を２４時間より長くしても、得られる成形体の強度に効果的寄与は見られず、エネルギー的にも生産性の面からも実用的ではない。
養生後の成形体は必要に応じて乾燥処理を行い、又は表面に化粧を施して製品とすることができる。
【００２２】
以上によって得られた繊維補強セメント成形体は優れた強度と耐久性を持つことから、建築用材料として好適に用いられる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２４】
実施例１〜３
表１に示した各種原料を、表１に示した配合割合で秤取し、水、補強繊維、白雲母、無機充填材、フライアッシュ、セメントの順でパルパーに投入し、固形分原料に対し約７倍量の水と混練することにより、スラリー状混練物を得た。
得られたスラリー状混練物を丸網抄造機を用いた抄造により成形し、幅７５０mm、長さ１５００mm、厚さ約７mmのシート状の成形体を得た。抄造条件の概略は以下の通りであった。
【００２５】
＜抄造条件＞
フェルトスピード：１０ｍ／分
抄造スラリー濃度（バット内）：１０％
成形圧力（メーキングロール）：１．５ＭＰａ
【００２６】
抄造後直ちにこのシート状成形体に対し、山の高さ４５mm、山のピッチ１８０mmの連続した波形状をサクションコルゲーター（図２）を用いて仮成形し、その後プレス機にセットされたモールドに移して面圧１５ＭＰａ、保持時間８秒の条件で加圧成形した。
【００２７】
加圧成形した成形体を室温で２４時間自然養生し、その後８０℃（実施例２については９５℃）の湿り蒸気内で８時間養生してから室内で７日間放置乾燥して所望の繊維補強セメント成形体を得た。このとき、得られた成形体の平均厚さは、約６mmであった。
【００２８】
比較例１〜４
表１に示した各種原料を、表１に示した配合割合で秤取し、以下実施例と同様な操作により繊維補強セメント成形体を得た。
比較例１は実施例１に対しフライアッシュを添加せず、セメントに置き換えた配合割合になっている。比較例２及び比較例３は実施例１と同様の配合割合であるが、比較例２は平均粒径１３μｍの細かい雲母を用い、また、比較例３は平均粒径１５０μｍのやや粗い雲母を使用した。比較例４は実施例２に対し雲母を使用せず、その相当分を針状珪灰石で置き換えた配合割合とした。
【００２９】
＜評価方法＞
シート状の成形体に波形状を仮成形した際に表面クラック及び層間剥離の発生がないか目視観察した。また、養生後に得られた繊維補強セメント成形体については幅４０mm、長さ１６０mmの試験片を切り出して物性を評価した。
曲げ試験は１０５℃乾燥機中で２４時間乾燥させた後、スパン１２０mmで３点曲げを実施した。また、寸法変化率は水中に２４時間浸漬したときの基線間長さを測定し、その後１０５℃乾燥機中で２４時間乾燥した後の基線間長さを測定して求めた。
【００３０】
耐凍害性はＪＩＳ  Ａ  １４３５「水中凍結水中融解法」に準拠し、飽水状態の厚さを測定してからサイクル試験を行った。１００サイクル経過後に取り出した時点での厚さを測定し、サイクル試験前の値と比較して厚さ変化率を求めた。その後、１０５℃の乾燥機中で２４時間乾燥させてから曲げ試験を行い、サイクル試験未実施の曲げ強度と比較して保持率を求めた。
評価結果を以下の表１に示す。
【００３１】
【表１】
0004143207.tif 000002
【００３２】
表１の評価結果から次のことが判明した。
▲１▼比較例１はフライアッシュを添加していないため寸法変化率が大きく又、仮成形の際クラックが生じた。また比重も大きめなので実施例に比べ製品重量が重くなった（軽量である方が施工性や建家の耐震性の面からも有利であり好ましい）。
▲２▼比較例２は使用した雲母が細かすぎたために骨材効果が不十分で、実施例よりも強度が低く、寸法変化率も大きい。
▲３▼比較例３及び４は養生前の成形性に問題があり外観も良くない。実施例に比べ層間密着が弱いことが結果的に耐凍害性の悪さにも影響していると思われる。
以上のことから明らかなように、本発明の成形体は養生前の成形性、寸法安定性、耐凍害性の全てをバランス良く満たしていることが判る。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の繊維補強セメント成形体は、無石綿でありながら高強度で耐久性に富んだ繊維補強セメント成形体であり、製造時に波形状などの賦形が容易であることから意匠性のある無石綿建築用材料として多大なる有用性をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の繊維補強セメント成形体の製造工程を示す図である。
【図２】本発明の繊維補強セメント成形体の製造工程の一部を示す図である。
【図１】
0004143207.tif 000003
【図２】
0004143207.tif 000004