(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレミックスドセメントと木質材料とが混在したセメント硬化物である木質セメント板の原料を構成する木質セメント板用セメント組成物において、
上記プレミックスドセメントは、
ポルトランドセメントを７５〜８９．８重量％、
石膏を１０〜１５重量％含むとともに、
このポルトランドセメントの硬化促進剤である水可溶性の薬剤を０．２〜１０重量％添加してなる木質セメント板用セメント組成物。
【請求項２】
上記薬剤が、塩化物、硫酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、ギ酸塩および酢酸塩からなる群より選ばれたものである請求項１に記載の木質セメント板用セメント組成物。
【請求項３】
上記ポルトランドセメントの比表面積が、２０００〜８０００ｃｍ２／ｇである請求項１または請求項２に記載の木質セメント板用セメント組成物。
【請求項４】
ポルトランドセメント７５〜８９．８重量％と、石膏１０〜１５重量％と、ポルトランドセメントの硬化促進剤である水可溶性の薬剤を０．２〜１０重量％とを予め混合して木質セメント板用セメントを作製する工程と、
この木質セメント板用セメント、木質材料および水を混練し、成形し、養生硬化させる工程とを含む木質セメント板の製造方法。
【請求項５】
上記薬剤が、塩化物、硫酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、ギ酸塩および酢酸塩からなる群より選ばれたものである請求項４に記載の木質セメント板の製造方法。
【請求項６】
上記ポルトランドセメントの比表面積が、２０００〜８０００ｃｍ２／ｇである請求項４または請求項５に記載の木質セメント板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は木質セメント板用セメント組成物および木質セメント板の製造方法、詳しくは硬化したセメント内に木片または木毛が混在する木質セメント板の製造に際して用いられる木質セメント板用セメント組成物およびこのセメントを使用した木質セメント板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
木片や木毛（木材をリボン状に削ったもの）がセメントと混在した木質セメント板は、断熱性、遮音性および防火性に優れる。このため、その利点を生かして、例えば建物の内外壁材として、あるいは、天井下地材および屋根の下地材などに用いられている。
この木質セメント板は、通常、次の方法によって製造されている。すなわち、まず、木質繊維や、木片や木材をリボン状に削った木毛である木質材料、セメントおよび水を混練し、次いで、この混練物を所定形状の型に入れて圧縮成形し、その後、この圧縮成形物を養生硬化させて木質セメント板とする方法である。
【０００３】
ところが、この木質セメント板の利用分野においては、木質材料から抽出される有害成分により、セメントの凝結遅延や硬化不良が生じてしまい、木質セメント板の強度が著しく低下することが問題となっている。
これは、混練後、木質材料の成分であるヘミセルロース、リグニン、タンニン、フミン酸や糖分質などが、水和過程中のペーストのｐＨ上昇にともなって外部へ溶出し易くなり、これがセメントから遊離したＣａ２＋、Ｋ＋、Ｎａ＋と結合して塩を生成し、この塩がセメント粒子を覆ってしまう結果、セメントの水和反応が抑制されることに起因する。
今日、これを解消する従来方法として、例えば(1)木質材料から硬化不良材を選別除去する方法や、(2)木質材料から硬化阻害成分を抽出除去する方法や、(3)木質材料の外被をコーティングし、硬化阻害成分を溶出させない方法などが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来技術によれば、以下のような解決すべき課題があった。
すなわち、(1)の従来方法においては、当然ながら樹種による選別には限界があり、また、近年の原木事情や資源の有効利用の観点からも、適切な樹種だけを使用することは難しいという問題があった。
次に、(2)の従来方法は、予め木質材料を水やＮａ２ＣＯ３、ＮａＯＨ、Ｃａ(ＯＨ)２などの水溶液に浸漬して、この材料から硬化阻害成分のヘミセルロースやリグニンなどを溶出し、その後、これを水洗いして使用する方法である。この方法はかなりの効果が期待できるが、製造工程数の増加と、薬品使用によるコスト高を招くおそれがあった。
【０００５】
続いて、(3)の従来方法は、木質材料を流動パラフィンなどによりコーティングして硬化阻害成分が溶出するのを防ぐ方法である。これも高い効果が期待できるが、(2)の場合と同様に、製造工程数の増加や、コスト高を招くおそれがある。
そこで、本発明者らは、鋭意研究の結果、寒冷期や緊急工事におけるポルトランドセメントの硬化促進剤に着目した。すなわち、これを木質セメント板製造時に、プレミックスドセメントに添加しておくことで、木質材料の硬化阻害成分が溶出し、ポルトランドセメントの凝結遅延や硬化不良を起こす前に、セメントの水和を増進させてこれを十分に硬化できることを見出し、この発明を完成させた。
【０００６】
【発明の目的】
そこで、この発明は、木質材料の使用樹種に制約を受けず、比較的安価で、しかも製造工程数が増加することなく、木質材料の硬化阻害成分の溶出を防止できる木質セメント板用セメント組成物を提供することを、また、このセメントを用いた木質セメント板の製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、プレミックスドセメントと木質材料とが混在したセメント硬化物である木質セメント板の原料を構成する木質セメント板用セメント組成物において、上記プレミックスドセメントは、ポルトランドセメントを７５〜８９．８重量％、石膏を１０〜１５重量％含むとともに、このポルトランドセメントの硬化促進剤である水可溶性の薬剤を０．２〜１０重量％添加してなる木質セメント板用セメント組成物である。
【０００８】
ここでいう木質材料とは、木質繊維や木片または木毛などをいう。木質繊維は径が約０．１〜２．０ｍｍ、長さが約２〜３５ｍｍの範囲にあるものを用いる。木片は、厚さ２ｍｍ以下、幅２０ｍｍ以下、長さ６０ｍｍ以下のものを採用することができる。木毛は、厚さ０．１〜１ｍｍ、幅２〜８ｍｍ、長さ１００〜５００ｍｍの薄くて短い木帯を採用することができる。
これら木質繊維や木片、木毛の樹種としては、スギやマツやツガ等一般的なものが挙げられ、特に限定されない。
木質材料は、通常、プレミックスドセメント１００重量部に対して１０〜１２０重量部、好ましくは、２５〜１００重量部が混合される。１０重量部未満ではボード（木質セメント板）でのかさ密度が高くまた熱伝導性が大きくなる。１２０重量部を超えるとボードでの強度が低下するとともに、たわみ量が大きくなり、寸法安定性が低下する。
【０００９】
使用するポルトランドセメントとしては、普通ポルトランドセメントの他、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、耐硫酸塩ポルトランドセメント(JIS R 5210)などが挙げられる。
また、石膏としては、二水石膏、半水石膏、無水石膏などの各種石膏を１種または２種以上添加したものを含む。
【００１０】
薬剤は、プレミックスドセメントの硬化促進剤として採用できればよく、特に限定されないが、ポルトランドセメントにプレミックスされることから、粉末状であることが好ましい。例えば、請求項２に記載されたものなどを採用することができる。
プレミックスドセメント（１００重量％）に対しての薬剤の添加量は０．２〜１０重量％、特に０．５〜５重量％が好ましい。添加量が０．２重量％より小さいと、硬化促進効果が不十分である。１０重量％を超えると、硬化促進効果の増進が得られない。
【００１１】
これらの重量調整された木質材料や、薬剤が添加された混合物に対する水の添加量は、この混合物（プレミックスドセメント）１００重量部に対して、２０〜５０重量部、特に２５〜３０重量部が好ましい。
これらの木質材料、薬剤が添加されたプレミックスドセメントおよび水は、ミキサに投入され、木質材料にプレミックスドセメントと水とがまぶされたように混練される。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、上記薬剤が、塩化物、硫酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、ギ酸塩および酢酸塩からなる群より選ばれたものである請求項１に記載の木質セメント板用セメント組成物である。
塩化物としては、例えばＣａＣｌ２、ＭｇＣｌ２、ＦｅＣｌ３、ＡｌＣｌ３、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＬｉＣｌなど、および、これらの結晶水を持ったものが挙げられる。
また、上記硫酸塩としては、例えばＡｌ２(ＳＯ４)３、ミョウバン、ＦｅＳＯ４、Ｌｉ２ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４、ＭｇＳＯ４ など、および、これらの結晶水を持ったものが挙げられる。
さらに、硝酸塩および亜硝酸塩としては、例えば硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウムなど、および、これらの結晶水を持ったものが挙げられる。
さらにまた、ギ酸塩や酢酸塩としては、例えばギ酸カルシウムや酢酸カルシウムなど、および、これらの結晶水を持ったものが挙げられる。
このうち、特に、硬化促進の効果があり発錆を抑えることができるという理由から、硫酸アルミニウム、ミョウバン、亜硝酸カルシウムが好ましい。また、価格の面からは塩化カルシウムが実用的である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、上記ポルトランドセメントの比表面積が、２０００〜８０００ｃｍ２／ｇである請求項１または請求項２に記載の木質セメント板用セメント組成物である。
２０００ｃｍ２／ｇ未満では、強度が不足するとともに、ボード表面の状態が粗くなり、美観が損なわれる。また、８０００ｃｍ２／ｇを超えると、微細粒のわりに強度の増大が得られず、またコスト高となる。このポルトランドセメントの比表面積を表すブレーン値は、特に２５００〜６０００ｃｍ２／ｇが好ましい。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、ポルトランドセメント７５〜８９．８重量％と、石膏１０〜１５重量％と、ポルトランドセメントの硬化促進剤である水可溶性の薬剤を０．２〜１０重量％とを予め混合して木質セメント板用セメント（プレミックスドセメント）を作製する工程と、この木質セメント板用セメント、木質材料および水を混練し、成形し、養生硬化させる工程とを含む木質セメント板の製造方法である。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、上記薬剤が、塩化物、硫酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、ギ酸塩および酢酸塩からなる群より選ばれたものである請求項４に記載の木質セメント板の製造方法である。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、上記ポルトランドセメントの比表面積が、２０００〜８０００ｃｍ２／ｇである請求項４または請求項５に記載の木質セメント板の製造方法である。
【００１７】
【作用】
この発明によれば、ポルトランドセメントおよび石膏中に水可溶性の薬剤を０．２〜１０重量％添加する。これにより、木質セメント板の製造工程において、木質材料とプレミックスドセメントを混練する工程以降、木質材料の硬化阻害成分であるヘミセルロース、リグニン、タンニン、フミン酸や糖分質などがこの木質材料の外部に溶出する前に、セメントを十分に硬化できる。
すなわち、プレミックスドセメント中に薬剤を０．２〜１０重量％添加すれば、混練中に次式（代表的な反応式で示す）の反応が起きる。
【００１８】
3ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３+3ＣａＳＯ４+32Ｈ２Ｏ→3ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・3ＣａＳＯ４・32Ｈ２Ｏ
3ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３+ＣａＣｌ２+12Ｈ２Ｏ→3ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＣｌ２+12Ｈ２Ｏ
2(3ＣａＯ・ＳｉＯ２)＋6Ｈ２Ｏ→3ＣａＯ・2ＳｉＯ２・3Ｈ２Ｏ＋3Ｃａ(ＯＨ)２
【００１９】
この反応が始まるまでの時間は、木質材料から硬化阻害成分が溶出するのにかかる時間（通常条件下で１２０〜１３０分程度）に比べ、１０〜９０分くらいと短い。これにより、外部へ溶出した硬化阻害成分によって、ポルトランドセメントの凝結遅延や硬化不良が開始される前に、ポルトランドセメントの水和を増進させて、このプレミックスドセメントを十分に硬化させることができる。したがって、木質材料の使用樹種に制約を受けず、比較的安価で、しかも製造工程数が増加することなく、木質材料の硬化阻害成分の溶出を防止できる。
【００２０】
特にポルトランドセメント、石膏および硬化促進剤は予め均一に混合（プレミックス）されているため、これに木質材料および水を加えて混練する場合十分な硬化促進効果が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を説明する。ただし、この発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜８、比較例１、２）
厚さ０．２〜２ｍｍ、幅０．２〜４ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのカラマツの木片を準備する。また、普通ポルトランドセメント（三菱マテリアル株式会社製）または早強ポルトランドセメント（三菱マテリアル株式会社製）と、石膏（ノリタケカンパニーリミテッド製）と、硬化促進剤である塩化物としてのＣａＣｌ２（関東化学株式会社製、純度９５％）とを、表１に示す条件で添加したものをプレミックスしてプレミックスドセメントを作製しておき、これらに木質材料である上記の木片を混合した。さらに、この木質材料とプレミックスドセメントとの混合物１００重量部に対して水３０重量部を加え、５分間のミキサによる混練を行った。その後の普通ポルトランドセメントまたは早強ポルトランドセメントの凝結時間を表１に示す。なお、木質材料の添加量は、プレミックスドセメント１００重量部に対しての添加割合を示す。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１から明らかなように、木質材料から硬化阻害成分が溶出するのにかかる時間（通常条件下で１２０〜１３０分程度）に比べ、比較例１におけるポルトランドセメントの凝結時間は１６０分と長かった。この結果、木質材料から硬化阻害成分が溶け出し、ポルトランドセメントの凝結遅延や硬化不良が発生した。よって、硬化後の強度は０．１８Ｎ／ｍｍ２と低かった。
これに対して、実施例１〜８の場合は、ポルトランドセメントの凝結時間が２１〜９５分と短かく、これにより木質材料から硬化阻害成分が溶け出す前に、プレミックスドセメントを十分に硬化することができた。この結果、硬化後の曲げ強度は０．９２〜３．１１Ｎ／ｍｍ２と良好な数値となった。
なお、比較例２の場合は、ＣａＣｌ２を２０重量％と多量に添加している。このため、木質材料からの硬化阻害成分の溶出は実施例と同様に防止できる。しかしながら、１０重量％を超えて添加したことによる硬化の増進が見られないという不具合がある。
【００２４】
その後、上記ミキサからの混練物を、プレス板を組んだ型へ投入し、７０℃、圧力１．９６×１０６Ｐａ、５分間の加圧条件で圧縮成形した。そして、得られた圧縮成形物をクランピングし、６時間圧締硬化した。その後、これを７日間自然養生した。これにより、図１のこの発明の実施例に係る木質セメント板の斜視図に示すような、セメント硬化体１１と木質材料１２とが混在する木質セメント板１０を得た。板寸は縦５００ｍｍ、横５００ｍｍ、厚さ１２ｍｍである。この木質セメント板１０は、大きな強度を有する良質のものだった。
【００２５】
このように、プレミックスドセメントに水可溶性のＣａＣｌ２を０．２〜１０重量％添加したので、木質材料１２の硬化阻害成分が溶出する前に、ポルトランドセメントの水和を増進させて、プレミックスドセメントを十分に硬化できる。よって、木質材料の使用樹種に制約を受けず、比較的安価で、しかも製造工程数が増加することなく、木質材料の硬化阻害成分の溶出を防止できる。
【００２６】
（実施例９〜１６、比較例３、４）
硬化促進剤である塩化物に代えて、硫酸塩のＡｌ２(ＳＯ４)３（関東化学株式会社製、純度９７％）を表２に示す条件で添加した以外は、実施例１〜８、比較例１、比較例２と同じ条件で木質セメント板を製造した。そのときの凝結時間および硬化後の曲げ強度を表２に示す。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
表２から明らかなように、比較例３におけるポルトランドセメントの凝結時間は１５５分と長く、この結果、木質材料から硬化阻害成分が溶け出して、ポルトランドセメントの凝結遅延や硬化不良が発生した。よって、硬化後の強度は０．２１Ｎ／ｍｍ２と低かった。
これに対して、実施例９〜１６の場合は、ポルトランドセメントの凝結時間が１５〜９０分と短かく、木質材料から硬化阻害成分が溶け出す前にプレミックスドセメントを十分に硬化することができた。この結果、硬化後の曲げ強度は０．９５〜３．８６Ｎ／ｍｍ２と良好な数値となった。
なお、比較例４の場合は、Ａｌ２(ＳＯ４)３を２０重量％と多量に添加した。この場、比較例２の場合と同様に、１０重量％を超えて添加したことによる硬化増進が生じていないという不具合が生じた。
【００２９】
（実施例１７〜２４、比較例５、６）
硬化促進剤として亜硝酸塩の亜硝酸カルシウム（関東化学株式会社製、純度９８％）を表３に示す条件で添加した以外は、実施例１〜８、比較例１、比較例２と同じ条件で木質セメント板を製造した。そのときの凝結時間および硬化後の曲げ強度を表３に示す。
【００３０】
【表３】
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【００３１】
表３から明らかなように、比較例５におけるポルトランドセメントの凝結時間は１５５分と長く、ポルトランドセメントの凝結遅延や硬化不良が発生した。硬化後の強度は０．２１Ｎ／ｍｍ２と低かった。
これに対して、実施例１７〜２４では、ポルトランドセメントの凝結時間が１８〜１０２分と短かく、プレミックスドセメントを十分に硬化することができた。この結果、硬化後の曲げ強度は１．０２〜３．６８Ｎ／ｍｍ２と良好な数値となった。
なお、比較例６の場合は、Ｃａ（ＮＯ２）２を２０重量％と多量に添加したので、比較例２、４の場合と同様の不具合が生じた。
【００３２】
（実施例２５〜３２、比較例７、８）
硬化促進剤としてギ酸塩のギ酸カルシウム（関東化学株式会社製、純度９８％）を表４に示す条件で添加した以外は、実施例１〜８、比較例１、２と同じ条件で木質セメント板を製造した。そのときの凝結時間および硬化後の曲げ強度を表４に示す。
【００３３】
【表４】
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【００３４】
表４から明らかなように、比較例７におけるセメントの凝結時間は１６０分と長く、ポルトランドセメントの凝結遅延や硬化不良が発生した。硬化後の強度は０．１８Ｎ／ｍｍ２と低かった。
これに対して、実施例２５〜３２では、ポルトランドセメントの凝結時間が２３〜９８分と短かく、プレミックスドセメントを十分に硬化することができた。この結果、硬化後の曲げ強度は１．０００〜３．４９１Ｎ／ｍｍ２と良好な数値となった。なお、比較例８の場合は、Ｃａ（ＨＣＯＯ）２を２０重量％と多量に添加したので、比較例２、４、６の場合と同様の不具合が生じた。
【００３５】
（実施例３３〜３５、比較例９、１０）
プレミックスドセメントの水硬性成分として普通ポルトランドセメント（８８重量％）と石膏（１０重量％）とを用いた。これに硬化促進剤である塩化物のＣａＣｌ２を２重量％だけ添加した。さらに、木質材料であるカラマツの木片をセメント１００重量部に対して６０重量部だけ混合した。さらに、ポルトランドセメントの比表面積（ブレーン値）を表５に示す条件で変更した。これ以外は、実施例１〜８、比較例１、２と同じ条件で木質セメント板を製造した。そのときの凝結時間および硬化後の曲げ強度を表５に示す。
【００３６】
【表５】
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【００３７】
表５から明らかなように、比較例９のようにポルトランドセメントのブレーン値が２０００ｃｍ２／ｇ未満では強度が不足して、ボード表面の状態が粗くなり、美観が損なわれた。また、比較例１０のようにポルトランドセメントのブレーン値が８０００ｃｍ２／ｇを超えた場合には、８０００ｃｍ２／ｇを超えての強度の増進が得られなかった。
これに対して、実施例３３〜３５の場合は、良好な強度が得られるとともに、木質セメント板の表面が比較的密で、良好な美観が得られた。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１〜請求項３に記載の発明によれば、木質セメント板の原材料であるポルトランドセメントを含むプレミックスドセメント中に水可溶性の薬剤を０．２〜１０重量％添加することで、木質材料の硬化阻害成分がこの木質材料の外部へ溶出してポルトランドセメントの凝結遅延や硬化不良が開始される前に、ポルトランドセメントの水和を増進させて、このプレミックスドセメントを十分に硬化することができる。この結果、木質材料の使用樹種に制約を受けず、比較的安価で、しかも製造工程数が増加することなく、木質材料の硬化阻害成分の溶出を防止することができる。
【００３９】
特に、請求項３の発明によれば、ポルトランドセメントの比表面積が、２０００〜８０００ｃｍ２／ｇとしたので、良好な強度が得られるとともに、木質セメント板の表面が比較的密で、良好な美観が得られる。
【００４０】
請求項４〜請求項６に記載の発明によれば、予め均一に混合した木質セメント板用セメント組成物を作製したため、良品である木質セメント板を製造することが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施例に係る木質セメント板の斜視図である。
【符号の説明】
１０  木質セメント板、
１１  セメント、
１２  木質材料。
【図１】
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