(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築材料を形成するのに用いられる建築材料用配合物であって、
該配合物が、下記成分を含む建築材料用配合物：
ポルトランドセメント                配合物の５〜８０重量％；
骨材                                配合物の８０重量％未満；
セルロース繊維のみ                  配合物の４重量％超；及び
建築材料の密度を１．２ｇ／ｃｍ3以下に低下させ、建築材料の水分膨張率を０．１７％以下のレベルに維持するように、同重量で該骨材を置き換える量である、火山灰、ミクロスフェア又はこれらの混合物を含む低密度添加剤。
【請求項２】
前記建築材料の密度が、０．５〜１．２ｇ／ｃｍ3である請求項１に記載の建築材料用配合物。
【請求項３】
前記建築材料の密度が、０．９〜１．１ｇ／ｃｍ3である請求項１に記載の建築材料用配合物。
【請求項４】
前記低密度添加剤のメジアン粒子径が、２０〜１２０μｍである請求項１に記載の建築材料用配合物。
【請求項５】
前記低密度添加剤が、さらに第２の低密度添加剤がブレンドされているミクロスフェアである請求項１に記載の建築材料用配合物。
【請求項６】
前記火山灰が、２〜５０重量％である請求項１に記載の建築材料用配合物。
【請求項７】
前記火山灰が、膨張火山灰である請求項１に記載の建築材料用配合物。
【請求項８】
前記膨張火山灰が、２〜２５ポンド／立方フィート（０．０３２〜０．４０ｇ／ｃｍ3）のかさ密度を有する請求項７に記載の建築材料用配合物。
【請求項９】
前記膨張火山灰が、２０〜１００μｍのメジアン粒子径を有する請求項１に記載の建築材料用配合物。
【請求項１０】
ミクロスフェアが、８０〜１２０μｍのメジアン粒子径を有する請求項１に記載の建築材料用配合物。
【請求項１１】
５〜３０重量％のミクロスフェアを含む請求項１に記載の建築材料用配合物。
【請求項１２】
前記ミクロスフェアが、セノスフェアである請求項１に記載の建築材料用配合物。
【請求項１３】
前記第２の低密度添加剤が膨張ポリスチレンビーズ、クレイ、バーミキュライト、パーライトおよびケツ岩の１つを含む請求項５に記載の建築材料用配合物。
【請求項１４】
前記第２の低密度添加剤が火山灰である請求項５に記載の建築材料用配合物。
【請求項１５】
前記第２の低密度添加剤が低かさ密度のケイ酸カルシウム水和物である請求項５に記載の建築材料用配合物。
【請求項１６】
配合物が３０重量％までの低かさ密度のケイ酸カルシウム水和物を含む請求項１５に記載の建築材料用配合物。
【請求項１７】
４．１〜１５重量％のセルロース繊維を含む請求項１に記載の建築材料用配合物。
【請求項１８】
前記骨材がシリカ骨材である請求項１に記載の建築材料用配合物。
【請求項１９】
前記骨材が粉末にしたシリカである請求項１に記載の建築材料用配合物。
【請求項２０】
前記建築材料が、内装用建築用パネル、外装用建築用パネル、壁用タイルの裏打ち板、床用タイルの裏打ち板、サイディング、下端、周り縁、屋根ふき材、塀材及びデッキ材の１つ以上である請求項１に記載の建築材料用配合物。
【請求項２１】
サイディング、屋根ふき、塀及びデッキへの請求項１記載の建築材料用配合物の使用。
【請求項２２】
建築材料であって、
下記成分を含む建築材料用配合物からなる建築材料：
ポルトランドセメント                配合物の５〜８０重量％；
骨材                                配合物の８０重量％未満；
セルロース繊維のみ                  配合物の４重量％超；及び
建築材料の密度を１．２ｇ／ｃｍ3以下に低下させ、建築材料の水分膨張率を０．１７％以下のレベルに維持するように、同重量で該骨材を置き換える量である、火山灰、ミクロスフェア又はこれらの混合物を含む低密度添加剤。
【請求項２３】
前記建築材料の密度が、０．５〜１．２ｇ／ｃｍ3である請求項２２に記載の建築材料。
【請求項２４】
前記建築材料の密度が、０．９〜１．１ｇ／ｃｍ3である請求項２２に記載の建築材料。
【請求項２５】
前記低密度添加剤のメジアン径が、２０μｍ〜１２０μｍである請求項１に記載の建築材料。
【請求項２６】
前記低密度添加剤が、膨張火山灰である請求項２２に記載の建築材料。
【請求項２７】
前記配合物が、２〜５０％の火山灰を含む請求項２２に記載の建築材料。低密度添加剤が請求項１に記載の建築材料。
【請求項２８】
前記低密度添加剤が、セノスフェアである請求項２２に記載の建築材料。
【請求項２９】
前記配合物が、セラミックミクロスフェアに加えて第２の低密度添加剤をさらに含む請求項２２に記載の建築材料。
【請求項３０】
前記第２の低密度添加剤が、火山灰である請求項２９に記載の建築材料。
【請求項３１】
前記第２の低密度添加剤が、ケイ酸カルシウム水和物である請求項２９に記載の建築材料。
【請求項３２】
前記配合物が、１５％までセルロース繊維を含む請求項２２に記載の建築材料。
【請求項３３】
低密度の建築材料を形成する方法であって、
ポルトランドセメント、骨材、繊維、低密度添加剤および水を混合してスラリー（該スラリーは、ポルトランドセメント５〜８０重量％、骨材８０重量％未満、繊維がセルロース繊維のみで４重量％超、及び骨材とは異なる、火山灰、セラミックミクロスフェア又はこれらの混合物を含む低密度添加剤を含む）をつくるステップ；
該スラリーを未硬化の成形した物品に加工するステップ；及び
該未硬化の成形した物品を硬化して低密度の建築材料に形づくるステップを含み、
該低密度添加剤が該建築材料の密度を１．２ｇ／ｃｍ3以下に低下させ、該建築材料の水分膨張率を０．１７％以下のレベルに維持するように、該骨材を同重量で置き換える
低密度の建築材料を形成する方法。
【請求項３４】
繊維、ポルトランドセメント、骨材、低密度添加剤および水と共にその他の添加剤を混合して、スラリーをつくるステップをさらに含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
ポルトランドセメント、骨材、繊維、セラミックミクロスフェアおよび水と共に第２の低密度添加剤を混合して、スラリーをつくるステップをさらに含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記第２の低密度添加剤が低かさ密度ケイ酸カルシウム水和物である請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、建築材料およびそれを製造する方法に関するものであり、より詳細には、セメント質のセルロース繊維強化建築材料に低密度添加剤（ＬＤＡ）を添加することに関する。
【０００２】
（背景技術）
耐水性建築用薄板等の繊維強化セメント（ＦＲＣ）製品は、１８９５年以来建築物に使用されている。近年の歴史においてそのような製品に使用される補強用繊維としては、アスベスト繊維だけでなく、セルロース繊維（オーストラリア特許第５１５１５１号参照）、金属繊維、ガラス繊維およびその他の天然および合成繊維が挙げられる。一般に、そのような建築用薄板の密度は、およそ１．２〜１．７ｇ／ｃｍ3であり、その密度の変化は、一般に、製造時に使用するファイバーセメントスラリーを圧縮して脱水すること、および繊維の使用量を変えることによって達成することができる。このような密度では、そのセメントを成分とする基質は空隙が殆んどなく、その結果、セメント基質の優れた耐久性能に普通必要と考えられている水の吸収が少なくなる。
【０００３】
上記のファイバーセメントの密度は、その製品が、同じ寸法の木材を素材とする製品より重量があって、ワーカビリティーが劣ることを意味する。ワーカビリティーとは板の取り扱いと据付が容易なことを含む。したがって、ファイバーセメント建築製造物は、木材および木材を素材とする製品より切断、機械加工、および釘打ちが困難である。この点に関して、天然木材薄板の密度は、一般に、乾燥した硬材でおよそ０．７〜０．９ｇ／ｃｍ3、乾燥した軟材でおよそ０．３８〜０．６ｇ／ｃｍ3の範囲である。それゆえ、木材と同じ密度を有するように密度を変えたファイバーセメント材料は、ワーカビリティーが改善され、軽量で釘打ちがし易く、切断が容易で機械加工も容易な製品を製造することが可能となることが期待される。しかしながら、これは、密度を変えたファイバーセメントを同じ用途範囲で使用する場合は、ファイバーセメントの耐久性、耐火性、耐腐敗性、耐水性等を保持したままで実現しなければならないであろう。
【０００４】
従来技術は、軽量の無機粉末をセメントまたは繊維強化セメント材料中の密度調節剤として如何にして加えることができるかについて記載している。ＦＲＣ製品用の低密度添加剤は、かさ密度が約０．８ｇ／ｃｍ3（約５０ポンド／立法フィート）以下の密でないものと定義される。使用される一般的な低密度添加剤（ＬＤＡ）としては、かさ密度の低いケイ酸カルシウム水和物（ＣＳＨ）、膨張ポリスチレンビーズ（ＥＰＳ）、膨張バーミキュライト、膨張パーライト、膨張ケツ岩、膨張クレー等が挙げられる。セメントを素材とする材料のそのような無機粒子による密度の調節は、主として材料中に空隙を導入することによって達成する。一般に、穴の空間は、その材料を相当期間水中に入れるか雨にさらすと水で満たされる。このことは、これらの材料が、不十分な湿潤乾燥寸法安定性（湿気抵抗）、飽和時の高い重量、および不十分な凍結融解抵抗を有する原因となる。
【０００５】
したがって、一般的な密度調節品のそれと比較して湿潤乾燥寸法安定性の改良された軽量ＦＲＣ建築材料およびその製造方法が必要である。次に、その軽量建築材料は、密度調節品を同じ用途範囲で使用する場合は密度調節剤なしのＦＲＣ製品のそれと同様の湿潤乾燥寸法安定性を維持すべきである。さらに、その材料はまた、低い飽和重量、優れた凍結融解抵抗、および高温寸法安定性を有することが用途によってはおおいに好ましい。最後にまた、木材および木材を素材とする製品のそれと近い低い範囲の密度を、優れた耐久性と共に実現することができるＦＲＣ建築製造物を手に入れることが望まれる。
【０００６】
（発明の開示）
一般の低密度添加剤よりＦＲＣ建築材料にとって望ましい性質を有する２つの低密度添加剤を評価した。これら２つの低密度添加剤は、火山灰と中空のセラミックミクロスフェアである。本発明の一実施形態は、ＦＲＣ建築材料中に火山灰（ＶＡ）を添加することを含む。第２の実施形態は、ＦＲＣ建築材料中に中空のセラミックミクロスフェア（ミクロスフェア）を添加することを含む。第３の実施形態では、ＦＲＣ建築材料中にミクロスフェアを火山灰および／または他の一般の低密度添加剤とブレンドして組み込む。ミクロスフェアとＶＡおよび／または他の低密度添加剤のブレンドによる第３の実施形態は、火山灰だけの導入による第１の実施形態より好ましいかもしれない。ミクロスフェアだけを添加する第２の実施形態は、上記の第１または第３の実施形態のいずれより特定の用途で考えられている特性によっては好ましいものかもしれない。
【０００７】
現行のＦＲＣ製品と比較して、火山灰を用いる第１の実施形態の長所は、低価格で低い密度と優れたワーカビリティー、および、一般の低密度添加剤のものと比較して改良された寸法安定性を有する製品を提供することである。
【０００８】
第２の実施形態は、ファイバーセメント製品にミクロスフェアを添加することを含む。現行のＦＲＣ製品と比較して、ミクロスフェアを添加する利点としては、ＦＲＣ混合物中に軽量の無機材料を添加することに伴う水分膨張率の増加または凍結融解による劣化を起こさず製品を低密度にし、ワーカビリティーを改善することが挙げられる。しかも、ミクロスフェアの添加によりＦＲＣ材料の熱寸法安定性が改良される。
【０００９】
第３の実施形態は、ミクロスフェアをＶＡおよび／または他の一般的な低密度添加剤と組み合わせてＦＲＣ材料中に添加することに関する。ミクロスフェアを他の低密度添加剤とブレンドすることは、ＶＡおよび他の一般的なＬＤＡがミクロスフェアより相対的に密度が低いため、（ミクロスフェアだけに比べて）より低い割合の重量を添加することにより低密度ＦＲＣ製品を達成することができるので有利である。このことはまた、ファイバーセメント製品のより低い密度範囲を実現してワーカビリティーをさらに改善することを可能にし、一方で、ミクロスフェアが、一般的な低密度添加剤が湿潤乾燥寸法安定性および全体としての耐久性に対して有する逆効果を最小限に抑える。
【００１０】
したがって、本発明の一態様では、繊維強化セメント配合物およびその配合物に組み込んだ低密度添加剤を含む建築材料が提供される。配合物への低密度添加剤の添加は、低密度添加剤を含まない同等の繊維強化セメント配合物を有する建築材料と比較して、建築材料の密度を低下させ、一方同時に、その低密度添加剤を含む建築材料は、低密度添加剤を含まない同等の繊維強化セメント配合物を有する建築材料と比較して、水分膨張率の増加が約２０％未満である。より好ましくは、配合物への低密度添加剤の添加は、低密度添加剤を含まない同等の繊維強化セメント配合物を有する建築材料と比較して、建築材料の密度を低下し、一方同時に、その低密度添加剤は、低密度添加剤を含まない同等の繊維強化セメント配合物を有する建築材料と比較して、建築材料の水分膨張率を維持するかまたは減少させるかのいずれかである。その建築材料の密度は、好ましくは、約１．２ｇ／ｃｍ3以下である。
【００１１】
本発明の他の態様においては、建築製造物を形成する建築材料用配合物が提供される。その配合物は、水硬性のバインダー、骨材、繊維および火山灰を含む。一実施形態において、火山灰は、ワーカビリティーを改善し、最終の建築製造物の密度を、火山灰を含まない同等の配合物からつくられる建築製造物と比較して１０％より多く低下させる。他の実施形態においては、火山灰を含む配合物は、最終製品の水分膨張率が無視できるほどの違いを有しており、それによってその製品は、火山灰を含まない同等の配合物からつくられる建築製造物と比較して、水分膨張率が維持されるかまたは約２０％未満だけ増加させるかのいずれかである。達成される密度変化の度合いの割にはこの水分移動の増加は驚くほど低い。名目上は同一の配合物成分でありながら火山灰配合物の水分膨張率に違いが存在することが見出された。その違いは、主として原料の表面積の変動によるものである。
【００１２】
本発明の他の態様においては、低密度建築材料を形成する方法が提供される。水硬性バインダー、骨材、火山灰および水を混合してスラリーをつくる。そのスラリーを未硬化の成形物に加工する。その未硬化の成形物を硬化して低密度の建築材料を形成する。一実施形態においては、その物品はオートクレーブで処理して硬化する。他の実施形態においては、形成された低密度建築材料は、約１．２ｇ／ｃｍ3以下の密度と約０．１７％以下の水分膨張率を有する。
【００１３】
本発明の他の態様において、建築材料用配合物は、水硬性バインダー、骨材、繊維および中空セラミックミクロスフェアを含む。その最終の建築材料は約１．２ｇ／ｃｍ3以下の密度を有する。一実施形態においては、配合物中に約４．１％〜１５％のセルロース繊維が与えられる。１つの好ましい実施形態においては、ミクロスフェアが、最終建築材料の密度を、ミクロスフェアを含まない同等の配合物から製造した建築製造物と比較して、約１５％より多く、さらにより好ましくは約３０％より多く低下させる。他の実施形態においては、ミクロスフェアは、ミクロスフェアを含まない同等の配合物から製造した建築製造物と比較して、最終製品の水分膨張率を、好ましくは、約５％より多く、より好ましくは、約１０％より多く減少させる。１つの好ましい実施形態においては、配合物中に、ミクロスフェアと共に、さらに火山灰および／または低嵩密度のＣＳＨ等の低密度添加剤との組み合わせが提供される。
【００１４】
本発明の他の態様においては、水硬性バインダー、骨材、繊維、中空セラミックミクロスフェアおよび水を混合してスラリーをつくることを含む低密度建築材料を形成する方法が提供される。そのスラリーは、未硬化の成形物に加工する。その未硬化の成形物は、硬化して低密度の建築材料を形成する。得られる建築材料は、約１．２ｇ／ｃｍ3以下の密度を有する。一実施形態においては、スラリーをつくるために約４％より多い繊維を混合する。他の実施形態においては、その物品はオートクレーブで処理することによって硬化する。
【００１５】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明の好ましい実施形態では、中空のセラミックミクロスフェアおよび／または火山灰の２つの低密度添加剤の少なくとも１つを組み込んだ繊維強化セメント建築材料について説明する。これらの添加剤が、本明細書で記載するタイプの建築材料（すなわち、繊維強化材料）だけに使用できるのではなく、他の建築材料にも同様に使用できることは認識されよう。加えて、ミクロスフェアおよび／または火山灰と他の密度調節剤とをさまざまなに組み合わせることによって密度を低下させ、建築材料の全体の性能を改良することも考えられる。そのうえ、中空のセラミックミクロスフェアおよび火山灰と類似の他の低密度添加剤であって、密度低下の特性を実現させる一方で最終製品の水分膨張率を維持または減少させ、同時にワーカビリティー、耐久性およびその他の性質（以下で論ずる）を改良するものもまた本発明の範囲内であるものと考えられる。
【００１６】
１．第１の実施形態−火山灰
第１の実施形態において、本発明は、火山灰をセメント質のセルロース繊維強化建築材料中に添加することに関する。火山灰はまた、通常、「空中パーライト」、「軽石」または「火山塵」とも称する。火山灰は、一般に、火山のマグマから噴火の間にもたらされる天然のガラスである。火山灰は、約３０重量％の結晶性ミネラルおよび７０重量％の非晶質の火山灰ガラスを含む材料を生じさせながら高温のマグマが冷却されて形成された比較的軽量の砂の堆積物である。それは約２５〜７５ポンド／立法フィート（０．４０〜１．２０ｇ／ｃｍ3）の標準的かさ密度を有する。通常この火山灰は、熱を加えることによって膨張して形態が変化し、約２〜２５ポンド／立法フィート（０．０３２〜０．４０ｇ／ｃｍ3）の範囲の標準的かさ密度を有する軽さの増した材料が得られる。膨張火山灰は、メジアン粒径が約２０〜１００μｍの間の範囲であって、約１０μｍ未満から約４２５μｍまでの広い範囲の粒径を持つことができる。化学組成は、主として、シリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、および酸化カリウム（Ｋ2Ｏ）からなる。
【００１７】
火山灰または膨張火山灰は、アリゾナ州フェニックスのＴｕｆｆｌｉｔｅ  Ｉｎｃ．、カリフォルニア州フライアントのＣａｌｉｆｏｒｎｉａ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｍｉｎｅｒａｌｓ、カリフォルニア州チャッツワースのＵＳ  Ｐｕｍｉｃｅ、アイダホ州アイダホホールズのＡｍｃｏｒ  Ｐｒｅｃａｓｔ、アイダホ州マラドシティーのＨｅｓｓ  Ｐｕｍｉｃｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、カンザス州マンカトのＫａｎｓａｓ  Ｍｉｎｅｒａｌ  Ｉｎｃ．、カンザス州ノートンのＣａｌｖｅｒｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、ニューメキシコ州エスパノーラのＣｏｐａｒ  Ｐｕｍｉｃｅ  Ｃｏｍｐａｎｙ、ニューメキシコ州サンタフェのＣ．Ｒ．Ｍｉｎｅｒａｌｓ、ニューメキシコ州アルバカークのＵｔｉｌｉｔｙ  Ｂｌｏｃｋ、オレゴン州ベンドのＣａｓｃａｄｅ  Ｐｕｍｉｃｅ等の供給業者を通して入手できる。
【００１８】
本発明の第１の実施形態の１つの好ましい配合物は、水硬性バインダー、骨材、繊維、火山灰および添加剤を含む。水硬性バインダーは、好ましくはポルトランドセメントであるが、非限定で、高アルミナセメント、石灰、粉末にして粒状化した高炉スラグセメント、セッコウプラスター、またはそれらの混合物でもあり得る。骨材は、好ましくは、粉末にしたシリカサンドであるが、非限定で、無定形シリカ、珪藻土、籾殻灰、高炉スラグ、粒状化スラグ、製鋼スラグ、ミネラル酸化物、ミネラル水酸化物、クレー、マグネサイトまたはドロマイト、ポリマービーズ、金属酸化物および金属水酸化物、またはそれらの混合物でもあり得る。繊維は、好ましくは、ウッドパルプのセルロースであるが、非限定で、セラミック繊維、ガラス繊維、ミネラルウール、スチール繊維、ポリアミド、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、ビスコース、ナイロン、ＰＶＣ、ＰＶＡ、レーヨン等の合成ポリマー繊維、ガラスセラミック、炭素、またはそれらの任意の混合物であり得る。添加剤としては、非限定であるが、シリカヒューム、地熱水シリカ、難燃剤、シックナー、顔料、着色料、可塑剤、分散剤、発泡剤、凝集剤、防水剤、有機密度調節剤、アルミニウム粉末、カオリン、アルミナ三水和物、雲母、メタカオリン、炭酸カルシウム、珪灰石、ポリマー樹脂エマルション、またはそれらの混合物を挙げることができる。
【００１９】
火山灰は、個々の用途（たとえば、サイディング、屋根ふき材、回り縁、下端、タイルの下敷き用裏打ち板など）に合わせた最適の特性を得るために、水硬性バインダー、骨材、火山灰、および添加剤をすべて異なる比率で有する様々な建築製造物に使用することができる。火山灰の割合が所望される用途によって変化するかもしれないことは理解されよう。１つの好ましい組成物は、約５％〜８０％のポルトランドセメント、約０％〜８０％のシリカ、約４．１％〜１５％のセルロース、約０％〜１０％の添加剤、および約２％〜５０％の火山灰を含むことができる。火山灰を含む一般的な配合物の１つの具体例は以下の通りである。
【００２０】
ポルトランドセメント（バインダー）      ２８％
シリカ（骨材）                          ５４％
セルロース（繊維）                      ７％
金属水酸化物（添加剤）                  ４％
火山灰（ＬＤＡ）                        ７％
好ましくは、セメントおよびシリカは、約２００〜４５０ｍ2／ｋｇの粗粒率を有する。セメントおよびシリカの両方の粗粒率はＡＳＴＭ  Ｃ２０４−９６ａに準拠して試験する。
【００２１】
その材料は、当分野の技術者には知られていると思われる下記のような多数の通常の方法によって、水性の混合物またはスラリーから未硬化の成形物（後圧縮があるものまたはないもの）に形づくることができる。
【００２２】
・ハチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）薄板製法
・マザ（Ｍａｚｚａ）パイプ製法
・マグナニ（Ｍａｇｎａｎｉ）法
・射出成形法
・押出し成形法
・ハンドレイアップ法
・モールディング法
・キャスティング法
・フィルタープレス法
・機械上の流し込み、ロールフォーミング法、など
ハチェック製法を用いて最終製品を完成させるために使用する手順のステップおよびパラメーターは、オーストラリア特許第５１５１５１号に記載されている。
【００２３】
その材料は、好ましくは、８０時間まで、最も好ましくは２４時間以下の時間予備硬化し、配合物をしっかりと固める。その材料は次に通気乾燥（およそ２８日）するか、より好ましくは、１２０〜１８０℃の飽和水蒸気の環境中昇温加圧下で３〜３０時間、最も好ましくは、２４時間以内でオートクレーブ処理する。硬化のために選ぶ期間および時間は、配合物、製造方法、および物品の形状に依存する。
【００２４】
試験結果
密度およびワーカビリティー
ファイバーセメント材料中への火山灰の添加は、一般的な低密度添加剤のそれで見られる水分膨張率を減少する一方で、経済的代価で密度を低下し、全体的なワーカビリティー特性を改善する。火山灰を含む製品は軽く、したがって、持ち運び、釘打ち、切れ目付け、所望の寸法に切り取ることが容易である。火山灰を含む配合物はまた、かどの近く（たとえば、３／８〜３／４”（０．９５〜１．９ｃｍ）で板に釘を打付けるときのかど割れまたは砕け（たとえあるとしても）が減少する。下の表１および２は、ＦＲＣ配合物およびこれら配合物の試験結果を示し、より詳しくは、火山灰を添加することの密度低下およびワーカビリティー改善についての優位性を明らかにする。
【００２５】
【表１】
0005025872.tif 000002
【００２６】
【表２】
0005025872.tif 000003
【００２７】
上の表２は、１０”×１０”（２５．４ｃｍ×２５．４ｃｍ）のフィルタープレスをかけた原型板で火山灰を含むものおよび含まないものについての試験結果を比較している。原型板は、所望の配合物をホバートミキサー（Ｈｏｂａｒｔ  Ｍｉｘｅｒ）で混合して均一なスラリーを形成して作製する。そのスラリーは次にウォバシュプレス（Ｗａｂａｓｈ  Ｐｒｅｓｓ）（型番ＰＣ−７５−４ＴＭ）により２枚の脱水用スチール板の間に３５００ｐｓｉ（２４．１ＭＰａ）で１分間圧縮してモノリシックな薄板を形づくる。そのスラリーは、スチール枠の型内のスラリー混合物の下と上に置かれたスチールワイヤーのメッシュ網（３０〜４０ＵＳメッシュ）で保持されている。そのモノリシックな薄板を次に最低約１２時間予備硬化し、１５０℃の飽和水蒸気環境中昇温加圧下で約１２時間オートクレーブ処理する。
【００２８】
表２において、７．５％の火山灰を含む配合物Ｋは、火山灰を含まない対照実験の配合物である同等の配合物（配合物Ｂ）と比較すると密度が１．３４ｇ／ｃｍ3から１．１１ｇ／ｃｍ3に約１７％低下している。本明細書では、同等の配合物は、好ましいＬＤＡ（たとえば、火山灰）が同等の割合のバインダー、骨材、および／または添加剤によって置換されており、より好ましくは、同等の割合の骨材によって置換されているものと定義する。この低下した密度はまた、釘打ちつけ適性、言い換えると釘を板に打ちつける容易さを改良する。試験では、釘の貫通が３３．０ｍｍから４５．４ｍｍまで増加し、５０ｍｍが釘の長さであるので最大の釘の貫通を達成することができることを示した。釘貫通試験は、層状に積み重ねた板に一貫した釘打ち圧力を確保するためにＰａｓｌｏｄｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ（登録商標）のコードレスの金属銃（ポジティブ配置）を使用して釘打ちすることからなる。層状の積み重ねは、一般に、釘の長さ（２インチまたは５０ｍｍ）より大きい高さに積み重ねた１／４〜１／２”（０．８８〜１．７７ｃｍ）厚の板を含む。Ｓｅｎｃｏ  ６ｄの亜鉛めっきした頭部を切り取った釘（パーツ＃ＧＣ２１ＡＡＢＮ）を使用した。
【００２９】
かくして、一実施形態において、約１．３ｇ／ｃｍ3の密度を有する一般的な建築用薄板と比較して、上記の建築材料用配合物は約１．２ｇ／ｃｍ3未満の密度を有する最終製品をもたらした。建築材料用配合物への火山灰の添加は、好ましくは最終製品に約１．２ｇ／ｃｍ3以下の密度を与えるか、または、火山灰を含まない同等の配合物と比較して密度が約１０％以上減少するように調整できることがより好ましい。さらに、火山灰をより多く添加することによって建築製造物の密度をさらに低下できるものと考えられる。
【００３０】
湿潤乾燥寸法安定性
通常の密度調節剤を含む硬化したファイバーセメント配合物は、ＬＤＡを含まないＦＲＣ配合物と比べて増大した水分膨張率およびパーセント重量の増加基準で増大した水分吸収量を有する。従来技術と比較して第１の実施形態の１つの利点は、火山灰の添加によって、同じ重量パーセント基準で導入したときの他の通常の低密度添加剤より少ない水分膨張率で所望する密度およびワーカビリティーが得られることである。湿潤乾燥寸法安定性は、建築製造物における据え付けた製造物の品質および耐久性のために、特に厳しい気候の変化を受ける外装用途において所望される。優れた寸法安定性は、薄板間に開く隙間または建築物パネルまたは板材の長さ間にできるずれを最小にする。また、優れた寸法安定性は、寸法が変化するパネルまたは板材と製造物を固定している支持骨組との間で発生する応力によって起こるシートクラックの可能性を減少する。
【００３１】
下の表３および４は、ＦＲＣ配合物およびこれら配合物の試験結果を示し、より詳しくは、同等の重量基準で添加する他の低密度添加剤で一般的となっている水分膨張率を最小限に抑える一方で、火山灰を添加することの密度低下の利点を明らかにする。
【００３２】
【表３】
0005025872.tif 000004
【００３３】
【表４】
0005025872.tif 000005
【００３４】
上の表４は、１０”×１０”（２５．４ｃｍ×２５．４ｃｍ）のフィルタープレスをかけた原型板であって、火山灰を７．５重量％および一般の低密度添加剤であるパーライト（Ｈａｒｂｏｒｌｉｔｅ  Ｃｏｒｐ．製のＨａｒｂｏｒｌｉｔｅ  ２０００）を５．０％含む配合物を比較した試験結果を表示している。パーライト５．０％を含む配合物Ｌは、対照実験からの水分膨張率で２２．２％の増加を得ているのに対して火山灰を７．５％含む配合物Ｋは、実際、対照実験からの水分膨張率で約５％より多い減少を示している。
【００３５】
かくして、火山灰の添加は、同等またはそれより低い重量パーセントの添加で一般の密度調節剤より優れた寸法安定性を提供する。これによって、火山灰が、通常の低密度添加剤と対比して同等またはそれより多い火山灰の添加で、低密度およびより優れたワーカビリティー特性を実現することが可能となる。
【００３６】
火山灰の添加は、火山灰を含まない同等の配合物と比較して水分膨張率で無視できるほどの違いを示すように調節できることがより好ましい。一実施形態において、火山灰は、好ましくは、最終製品の水分膨張率を、火山灰を含まない同等の配合物から形成される建築製造物と比較して約２０％未満で増加させ、より好ましくは、最終製品のその水分膨張率を低減する。１つの好ましい実施形態において、火山灰を有する配合物からつくる建築製造物の水分膨張率は約０．１７％以下である。
【００３７】
２．第２の実施形態−中空セラミックミクロスフェア
本発明の第２の実施形態は、セメント質のセルロース繊維強化建築材料中に中空のセラミックミクロスフェアを添加することを含む。中空セラミックミクロスフェアを含むこの第２の実施形態は、ＦＲＣ材料へのミクロスフェアの添加が、凍結融解抵抗および熱寸法安定性を含む他の耐久性の利点と相まって、さらに優れた耐湿性を有するので火山灰を含む第１の実施形態以上に好ましいかもしれない。第２の実施形態の好ましい実施形態がこのタイプのミクロスフェアまたは建築材料に限定されるものでないことは理解されよう。したがって、他のタイプの充填剤および建築材料もまた考慮に入れる。
【００３８】
ミクロスフェアは、天然物、合成物または副生物があり得る。その材料は結晶性であり得るが、より一般的には無定形またはガラスである。ミクロスフェアの１つの好ましいタイプは、通常セノスフェアとして知られる中空のセラミックミクロスフェアである。セノスフェアは、石炭灰の副生物であって、一般に、球体が、清澄器、池または湖から水面に浮かぶ浮上分離法によって、フライアッシュから分離する。ミクロスフェアは、たとえば、Ｅｘｔｅｎｄｏｓｐｈｅｒｅ（登録商標）、Ｒｅｃｙｃｌｏｓｐｈｅｒｅ（登録商標）、Ｚｅｅｏｓｐｈｅｒｅ（登録商標）等の名前で入手でき、テネシー州チャタヌーガのＰＱ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、ミネソタ州セントポールのＺｅｅｌａｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  Ｉｎｃ．／３Ｍ、テネシー州オークリッジのＳｐｈｅｒｅ  Ｓｅｒｖｉｃｅ，Ｉｎｃ．、ワシントン州ブレーンのＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｅｍｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（Ａ．Ｃ．Ｔ．）等の供給業者から入手できる。
【００３９】
ミクロスフェアは、メジアン粒径が約８０〜１２０μｍの範囲の約１２〜３００μｍの範囲の一般的な粒径を有する。この大きさはもちろん試料間で変化し得る。好ましいミクロスフェアは、一般に、約６２〜６５％のシリカ（ＳｉＯ2）、約２３〜２６％のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、約３．０〜４．０％の酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）を含有する。建築材料中に導入すると、ミクロスフェアはその材料中に水ですぐに満たされることがない細孔を導入し、それが飽和重量を下げ、湿潤乾燥寸法安定性を改良し、凍結融解抵抗を改良するためその材料にとって有利である。
【００４０】
第２の実施形態の１つの好ましい配合物は、水硬性バインダー、骨材、繊維、中空セラミックミクロスフェア、および添加剤を含む。第２の実施形態の好ましい配合物の様々な成分として、第１の実施形態の各成分用に表示した前記の材料のいずれもが含まれ得ることは理解されよう。またこの材料は、第１の実施形態で表示し説明した多数の通常の方法および硬化条件により製造することができる。応用できる場合、原料、方法、ステップまたは条件の選択は、第１の実施形態のものと同じである。
【００４１】
ミクロスフェアは、個々の用途（たとえば、サイディング、屋根ふき材、回り縁、下端、タイルの下敷き用裏打ち板など）に合わせた最適の特性を得るために、水硬性バインダー、骨材、ミクロスフェア、および添加剤をすべて異なる比率で有する様々な建築製造物に使用することができる。１つの好ましい組成物は、約５％〜８０％のポルトランドセメント、約０％〜８０％のシリカ、約４．１％〜１５％のセルロース、約０％〜１０％の添加剤、および約２％〜９０％のミクロスフェアを含むことができる。ミクロスフェアを含む一般的な配合物の１つの具体例は以下の通りである。
【００４２】
ポルトランドセメント（バインダー）      ２８．７％
シリカ（骨材）                          ５０．３％
セルロース（繊維）                      ７％
金属水酸化物（添加剤）                  ４％
ミクロスフェア（ＬＤＡ）                １０％
ミクロスフェアの割合が所望される用途によって変化しうることは理解されよう。たとえば、ミクロスフェアの高い添加割合（約９０重量％まで）は、あるタイプの耐火性の等級を必要とする建築材料およびシステム用として適し得る。ミクロスフェアの高い添加率は、材料の低い熱収縮を提供する。
【００４３】
試験結果  密度  ミクロスフェアによる密度の低下は、ファイバーセメント製品が提供する耐久性（すなわち、寸法安定性）および構造保全に関する優位性と妥協することなく厚みの増した製品のワーカビリティーを改善する。この特質は特に約８分の３インチを超える（＞３／８”（０．９５ｃｍ））厚さの製品に対して有利である。ミクロスフェアを含む製品は、軽く、したがって、持ち運びが用意である。第２に、ミクロスフェアを含む製品は、釘打ちすることおよび所望の寸法に切れ目付けする／切り取ることが容易である。さらに、ミクロスフェアの配合物は、かどの近くで（たとえば、３／８〜５／８”（０．９５〜１．５９ｃｍ））板に釘を打付けるときのかど割れまたは砕け（たとえあるとしても）が減少する。
【００４４】
下の表５および６は、ＦＲＣ配合物の配合割合および試験結果を表示し、より詳しくは、配合物にミクロスフェアを添加することが、密度を低下し、ワーカビリティーを改善する利点を明らかにする。
【００４５】
【表５】
0005025872.tif 000006
【００４６】
【表６】
0005025872.tif 000007
【００４７】
表６は、配合物ＡおよびＢからハチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）法で作製した３’×５’（０．９１ｍ×１．５２ｍ）の板の試験結果を示す。１０％のミクロスフェアを含む配合物Ａは、ミクロスフェアを含まない同等の配合物（配合物Ｂ）と比較すると密度が１．３９ｇ／ｃｍ3から１．１６ｇ／ｃｍ3に約１５％低下している。加えて、板に釘を打付ける容易さが改良されている。試験は、釘の貫通が３１．７ｍｍから４７．０ｍｍに増加しており、５０ｍｍが釘の長さであるので最大の釘の貫通が得られることを明らかにした。
【００４８】
全体として、原型および試験で作製した製造物の試験により、ミクロスフェアを１０％添加するごとに密度が約１５％減少し、釘打ち性が顕著に改善されることが明らかとなった。したがって、ミクロスフェアの添加は、ミクロスフェアを含まない同等の配合物と比較して、約１５％より多く、さらにより好ましくは約３０％より多くＦＲＣ建築材料の密度を低下するために、有利に利用することができる。本発明者等は、ミクロスフェアの添加により材料の密度を約０．９ｇ／ｃｍ3まで（下の表１０参照）、より好ましくは、約０．５ｇ／ｃｍ3の低さまでも低下できるものと考えている。
【００４９】
湿潤乾燥寸法安定性
前述したように、通常の密度調節剤を含む硬化したファイバーセメント配合物は、パーセント重量の増加基準で増加した水分膨張率および増加した水分吸収量を有する。好ましい実施形態の従来技術を超える１つの利点は、密度を下げるためのミクロスフェアの添加が湿潤乾燥を繰り返しても水分膨張率が増えないことである。このことは第１の実施形態で既に述べた多くの理由で有用である。
【００５０】
下の表７は、ミクロスフェアを含むものおよび含まないものについて、ハチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）法で作製した３’×５’（０．９１ｍ×１．５２ｍ）の板の試験結果を示す。ミクロスフェア１０％を含む配合物Ａは、ミクロスフェアを含まない配合物Ｂの水分膨張率を維持するか、より好ましくは、それより減少する。配合物ＡおよびＢは、上の表５のものである。
【００５１】
【表７】
0005025872.tif 000008
【００５２】
下の表８〜１０は、フィルタープレスにかけた１０”×１０”（２５．４ｃｍ×２５．４ｃｍ）の原型板についてミクロスフェアと通常の水分膨張率を高める密度調節剤を比較する配合物および試験結果を示す。通常の密度調節剤としては、かさ密度の低いケイ酸カルシウム水和物（ＣＳＨ）、および、膨張ポリスチレン、バーミキュライト、パーライト、ケツ岩またはクレーを含む。
【００５３】
【表８】
0005025872.tif 000009
【００５４】
下の表９のデータは、従来の低密度添加剤である低かさ密度のＣＳＨ（Ｃｅｌｉｔｅ  Ｃｏｒｐ．製のＳｉｌａｓｏｒｂ）を５％加えると対照実験の配合物Ｂより水分膨張率が増えることを示す。
【００５５】
【表９】
0005025872.tif 000010
【００５６】
下の表１０は、同じ基本フォーミュラを有し、１つはミクロスフェア２５重量％を含み、他方はパーライト（Ａｚｔｅｃ  Ｐｅｒｌｉｔｅ製のＡｚｔｅｃ  ＸＸ）を２５重量％含む２つの配合物を比較する。パーライトとミクロスフェアの配合物の両方とも対照実験の配合物Ｃの密度１．３ｇ／ｃｍ3から０．９ｇ／ｃｍ3付近に低下するが、水分膨張率は、パーライトの配合物では増加し、ミクロスフェアの配合物では減少している。
【００５７】
【表１０】
0005025872.tif 000011
【００５８】
かくして、ファイバーセメント配合物へのミクロスフェアの添加は、最終製品の水分膨張率の維持または減少の効果を有する。好ましくは、ミクロスフェアの添加は、ミクロスフェアを含まない同様の配合物と比較して、水分膨張率を約５％、より好ましくは、約１０％以上減少するように調節することができる。
【００５９】
凍結融解抵抗
凍結融解抵抗とは、凍結と融解の繰り返しサイクルにさらされたときの損傷に対する材料の抵抗を指す。たとえば、コンクリートは、霜、特に、凍結と融解の繰り返しサイクルによって損傷されうる。損傷は通常表面の薄片化で始まり、徐々に内部に広がる、もっとも、深い割れが生じるかもしれない。凍結に伴う損傷は、一般に細孔中に十分な量の水が存在しない限り起こらず、水対セメント比が小さく透水性の低い高密度のコンクリートにおいては極微である。
【００６０】
高密度のコンクリートと同様に、高密度のファイバーセメントにおいては凍結融解の損傷は極微である。好ましい実施形態においては、ＦＲＣ配合物へのミクロスフェアの添加は、配合物に加える密度調節剤が材料の凍結融解抵抗を減少させる従来技術とは異なり、凍結融解抵抗を維持する低密度硬化製品を生み出す。
【００６１】
図１および２は、ハチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）法で作製した３’×５’（０．９１ｍ×１．５２ｍ）の板のＭＩＰ法（水銀圧入細孔解析法  ｍｅｒｃｕｒｙ  ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ  ｐｏｒｏｓｉｍｅｔｒｙ）およびＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ，Ｅｍｍｅｔｔ  ａｎｄ  Ｔｅｌｌｅｒ）法を用いた細孔サイズの分布グラフを示す。ミクロスフェア１０％を含む配合物Ａの凍結融解サイクル１４７回後の細孔サイズの分布は、ミクロスフェアを含まない配合物Ｂの１２６サイクル後より変化が少ない。これは凍結融解による損傷で代表される構造変化に対するミクロスフェア配合物の耐性を証明するものである。ミクロスフェア配合物の凍結融解による損傷に対する耐性をさらに裏付けるために、図３は、ミクロスフェア１０％を含むハチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）法で作製した板（３’×５’（０．９１ｍ×１．５２ｍ））が、凍結融解サイクル１４７回後に、他のウッドセメント複合体ならこの段階で一般に劣化があるのに、劣化の兆候をなんら示していないＳＥＭ（走査型電子顕微鏡  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）の写真を示している。
【００６２】
図３の凍結融解試験は、題目が「急速な凍結と融解に対するコンクリートの耐性の標準試験法（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｏｆ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ  ｔｏ  Ｒａｐｉｄ  Ｆｒｅｅｚｉｎｇ  ａｎｄ  Ｔｈａｗｉｎｇ）」であるＡＳＴＭ（アメリカ標準試験法）Ｃ６６６Ａに準拠して実施した。この試験法には２つの異なる手順ＡまたはＢがあるが、手順Ａに従った。つまり、空気中で急速凍結し、水中で急速融解する（手順Ｂ）のではなく、急速な凍結と融解の両方を、試料を水中に入れて行った。試料は凍結融解の循環から定期的に取り出し、ひび割れ、水分膨張率、試料中の海綿状／湿気、全体の構造保全状態等の劣化を目視で点検した。試料がばらばらになり、したがって建築材料として機能しそうにないような劣化の程度になったところで、その試料は凍結融解のサイクルから除去する。
【００６３】
高温寸法安定性
建築材料の熱収縮の減少は、高温による応力とひずみが建物の構成部分に起こるのを防ぐ。この熱寸法安定性を改善することで、建物構成部分を、建物火災の中で、ひび割れ、崩壊および火が急速に広がることを防ぐ火除けとして維持できる。
【００６４】
下の表１１および１２は、ＦＲＣ配合物および１０”×１０”（２５．４ｃｍ×２５．４ｃｍ）のフィルタープレスをかけた原型板の試験結果を示し、より詳細には、ミクロスフェアを配合物に添加することの高温寸法安定性改善に対する利点を明らかにするものである。
【００６５】
【表１１】
0005025872.tif 000012
【００６６】
【表１２】
0005025872.tif 000013
【００６７】
少ない仕込み量（たとえば、約１０〜２０％）で、ミクロスフェアは、一般の無機物の密度調節剤をファイバーセメント配合物に導入すると起こる高温熱収縮を最小限に抑える。表１２は、ミクロスフェアを１０％含む配合物Ａと対比して低かさ密度ＣＳＨ（Ｃｅｌｉｔｅ  Ｃｏｒｐ製のＳｉｌａｓｏｒｂ）１０％を含む配合物Ｇで得られた熱収縮パーセントの結果を示している。対照実験（配合物Ｂ）と比較すると、両方の配合物共、密度が、約１．４から１．１５ｇ／ｃｍ3に減少しているが、低かさ密度ＣＳＨを含む配合物は、ミクロスフェアを含む配合物のほぼ２倍の熱収縮を有している。さらに、２０．０重量％のミクロスフェアを含み、密度が約１．０ｇ／ｃｍ3である配合物Ｈは、わずか５．０％の低かさ密度ＣＳＨ（Ｃｅｌｉｔｅ  Ｃｏｒｐ製のＳｉｌａｓｏｒｂ）を含むだけで、約１．２ｇ／ｃｍ3という高い密度を有する配合物Ｆより４０％を超える低い熱収縮を有している。
【００６８】
高温熱収縮は、熱機械分析装置（ＴＭＡ）を使用して測定した。試料は、１０ｍｍ×２５ｍｍ、１２ｍｍまでの厚さに切断した。飽和した試料の温度を２０℃／分の速度で９５０℃まで昇温させ、試料の寸法をマクロ膨張プローブで測定した。熱収縮は、２５℃から９５０℃まで全体の寸法変化を測り取り、全体の初期長さの百分率として記録した。
【００６９】
ミクロスフェアをファイバーセメント配合物に使用する他の利点は、ミクロスフェアの添加量が増えるにしたがって熱収縮が減少する点である。ミクロスフェアによる熱収縮は添加した重量パーセントに逆比例するのに対して、従来の密度調節剤による熱収縮は添加した重量パーセントに正比例する。したがって、ミクロスフェアの添加量の多い配合物（約９０重量％まで）は、添加量の少ない（約２０重量％まで）配合物より低い熱収縮を有する。
【００７０】
下の表１３は、ミクロスフェアの添加量の多い配合物を提供し、表１４は、高温熱収縮の結果を提供している。ミクロスフェア添加量が７０重量％と９０重量％の配合物ＩとＪは、それぞれ約２．７％と１．１％の熱収縮の結果を生じている。配合物ＩとＪの熱収縮は、試料をおよそ１０ｍｍ×１０ｍｍ×４０ｍｍ長さに切断し、オーブン乾燥して１０００℃のマッフル炉で１時間焼成し、オーブン乾燥の条件まで放冷することにより測定した。熱収縮パーセントは、オーブン乾燥から１０００℃に上げたときの全体の長さの差を測定し、最初のオーブン乾燥時の長さで除して決定した。
【００７１】
【表１３】
0005025872.tif 000014
【００７２】
【表１４】
0005025872.tif 000015
【００７３】
したがって、ファイバーセメント配合物中に２０％のミクロスフェアを使用する実施形態においては、ミクロスフェアを含まない配合物から作製した同等の製品と対比した最終製品の熱収縮の増加は約５０％未満である。上で説明したように、ミクロスフェアの割合を増やすに従って熱収縮の割合は、ミクロスフェアを含まない製品と対比して、ミクロスフェアを含む最終製品が、好ましくは約１０％から約７０％の低さである低い熱収縮を示す点までも減少する。より好ましくは、ミクロスフェアを含む製品の熱収縮は、好ましくは約４％未満である。
【００７４】
３．第３の実施形態−ミクロスフェアおよび他の添加剤
本発明の第３の実施形態は、セメント質のセルロース繊維強化建築材料中に中空のセラミックミクロスフェアを火山灰および／または他の低密度添加剤と共に添加することに関する。火山灰および中空のセラミックミクロスフェアの説明は、それぞれ、第１および第２の実施形態の詳細な説明の中で見られる。ミクロスフェアと低密度添加剤のブレンドを含む第３の実施形態は、ＶＡを添加したＦＲＣ製品が改良された耐湿性および耐久特性をもった低い範囲の密度を実現することができる第１の実施形態よりさらに好ましいかもしれない。しかしながら、ミクロスフェアが独立で添加されている第２の実施形態の方が、ミクロスフェアの独立の添加によって提供される最高の耐久特性のためにこの第３の実施形態より好ましいかもしれない。第３の実施形態より第２の実施形態を選択するかどうかは、個々の用途における耐久性の相対的な重要度に依存する。
【００７５】
第１および第２の実施形態と同様に第３の実施形態の１つの好ましい配合物は、水硬性バインダー、骨材、繊維、中空セラミックミクロスフェア、低密度添加剤および他の添加剤を含む。第３の実施形態の様々な成分として、第１の実施形態で各成分用に掲げた前記の材料のいずれもが含まれることは理解されよう。また第３の実施形態は、第１の実施形態で表示し説明した多数の従来の方法および硬化条件により製造することができる。応用できる場合、原料、方法、ステップまたは条件の選択は、第１の実施形態のものと同じである。
【００７６】
ミクロスフェアのＶＡおよび／または低密度添加剤とのブレンドは、個々の用途（たとえば、サイディング、屋根ふき材、回り縁、下端、タイルの下敷き用裏打ち板など）に合わせた最適の特性を得るために、水硬性バインダー、骨材、低密度添加剤、および他の添加剤をすべて異なる比率で有する様々な建築製造物に使用することができる。第３の実施形態の１つの好ましい組成物は、約５％〜８０％のポルトランドセメント、約０％〜８０％のシリカ、約４．１％〜１５％のセルロース、約０％〜１０％の添加剤、および約２％〜６０％のミクロスフェアおよび他の一般のＬＤＡを含むことができる。ミクロスフェアと一般の低密度添加剤のブレンドを含む一般的な配合物の１つの具体例は以下の通りである。
【００７７】
ポルトランドセメント（バインダー）      ２８．７％
シリカ（骨材）                          ５０．３％
セルロース（繊維）                      ７％
金属水酸化物（添加剤）                  ４％
ミクロスフェア（ＬＤＡ）                １０％
火山灰（ＬＤＡ）                        ５％
ミクロスフェアおよびＶＡを含む他のＬＤＡの割合が所望される用途によって変化しうることは理解されよう。
【００７８】
試験結果
耐久性を伴う低密度
ミクロスフェアをＶＡまたはかさ密度の低いＣＳＨ等他の一般の低密度調節剤または膨張ポリスチレンビーズ、クレー、バーミキュライト、パーライト、ケツ岩等とブレンドすることにはいくつかの利点がある。１つの利点は、ミクロスフェアに比べて密度の低いＶＡおよび一般のＬＤＡを添加することによって、（ミクロスフェア単独よりも）少ない全体の添加重量パーセントで、同等またはより低い密度を実現することができることである。低い添加割合は、より経済的であり、ミクロスフェアが一般の無機物密度調節剤の添加に付随する水分膨張率を最小限度に抑える。ミクロスフェアを他の一般の低密度添加剤とブレンドすることの他の利点は、ＦＲＣ製品が低い密度範囲を達成しながら、それにもかかわらず、取り扱いに対する十分な製品の強度を維持できることである。したがって、一般の低密度添加剤が有する寸法安定性および全体としての耐久性への悪影響を最小限に抑えながら、ミクロスフェアと他のＬＤＡの組み合わせを高い仕込み量（重量パーセント基準）で加えることができる。
【００７９】
しかしながら、本明細書に記載した実施形態のすべてにおいて低密度添加剤の添加が、セメントを基材とする配合物の密度を低下させる唯一の手段ではない。繊維または低密度添加剤を含まないセメントと骨材からなる配合物は、一般に、約１．８から２．１ｇ／ｃｍ3の範囲の密度を有する。セメント配合物への繊維の添加は、繊維が強度と釘打ちに適した製品を提供することに加えて密度も低下させるので有利である。約４重量％より多い繊維を含むファイバーセメント配合物の密度は、一般に、約１．２から１．４ｇ／ｃｍ3の範囲である。約４重量％以下の繊維を含むＦＲＣ配合物は、据付けのための十分な強度と延性を持たないことが分かった。このようなＦＲＣ製品は、しばしば脆過ぎて釘打ちによってひび割れが生じ、据付け中に破裂する。別法において、約１５重量％より多い繊維の添加は、ＦＲＣ配合物中の繊維が、水分膨張率、透水性の増加、および全体としての耐久性の妥協を助長するので、用途によっては望ましくない。
【００８０】
したがって、個々の製品の厚さおよび形状に合わせた正しくバランスのとれた繊維をＦＲＣ用として有利となるように決定しなければならない。一実施形態においては、約４．１％〜１５％の繊維の割合が好ましい。ＦＲＣ配合物には低密度添加剤を加えて繊維を添加した密度をさらに低下させる。しかしながら、一般に、ＬＤＡの添加が多くなればなるほど、ＦＲＣ製品の強度特性は低下する。したがって、ＦＲＣ製品は、好ましくは、持ち運びと据付けが十分にできる最低限の強度を維持すべきであるので、ＬＤＡの添加は制限される。ＬＤＡの最大添加量は、ＬＤＡ、特定のＬＤＡの仕込み量、個々のＦＲＣ製品の形状等多数の要因に依存する。必要な最低限の強度もまた、ＦＲＣ製品の形状と厚さに依存する。図４は、フィルタープレスをかけた１０”×１０”（２５．４ｃｍ×２５．４ｃｍ）の原型板の密度と強度に対するミクロスフェアの添加量（重量％）の一般的な関係を示している。
【００８１】
下の表１５〜１７は、ＦＲＣ配合物とフィルタープレスをかけた１０”×１０”（２５．４ｃｍ×２５．４ｃｍ）の原型板の試験結果を示し、より詳細には、低い密度範囲を達成し、耐久性を改良するためにミクロスフェアを他の低密度添加剤とブレンドすることの利点を示している。
【００８２】
【表１５】
0005025872.tif 000016
【００８３】
表１６は、１２重量％のミクロスフェアを含む配合物Ｍ、９重量％の、ミクロスフェアと低かさ密度ＣＳＨの、ブレンドを含む配合物Ｏ、および低密度添加剤を含まない対照実験の密度を比較している。配合物Ｏに使用している低かさ密度のＣＳＨは、シリカ、石灰、および水を含み、実質的にトベルモライトの形をしているＣＳＨである低かさ密度の材料をもたらす方法を使用して、ジェームスハーディー（Ｊａｍｅｓ  Ｈａｒｄｉｅ）により製造している。さらなる詳細は、米国特許出願第０９／０５８，４４４号（出願日：１９９８年４月９日（米国特許第６３４６１４６：登録日２００２年２月１２日））に記載されており、その全部を参照により本明細書に合体する。配合物ＭとＯの密度の減少は、対照実験と対応させると違いが顕著ではないが、ブレンド品（配合物Ｏ）の低密度添加剤の添加量の合計は、ミクロスフェアだけを含む配合物Ｍより３％少ない。配合物ＭとＯにとって水硬性バインダーと骨材の重量％の微妙な相違は、密度特性には影響しない。
【００８４】
【表１６】
0005025872.tif 000017
【００８５】
下の表１７は、主として種々の低密度添加剤の添加量のみを変化させたものと、低密度添加剤なしの対照実験を含む、４つの配合物のフィルタープレスをかけた１０”×１０” （２５．４ｃｍ×２５．４ｃｍ）の原型板の試験結果を示す。結果は、１２重量％のミクロスフェアを含む配合物Ｍが密度を対照実験のそれの１．３５ｇ／ｃｍ3から１．１６ｇ／ｃｍ3まで減少させるが、ミクロスフェア／低かさ密度ＣＳＨ（Ｃｅｌｉｔｅ製のＳｉｌａｓｏｒｂ）ブレンドの計１１重量％を添加した配合物Ｎは、密度をさらに１．１０ｇ／ｃｍ３まで低下することを示している。そのうえ、ミクロスフェア／低かさ密度ＣＳＨブレンドの計１１重量％を含む配合物Ｎおよび低密度添加剤を含まない対照実験の水分膨張率はそれぞれ０．１６７％と０．１６３％で、顕著な差はない。それに比べて、わずか１０重量％の低かさ密度ＣＳＨを含む配合物Ｇは、配合物Ｎの計１１重量％のブレンドの場合とほぼ同じ密度を与えるが、０．１９７％という著しく高い水膨張率を有する。配合物中の水硬性バインダーと骨材の重量％の微妙な相違は、密度または水分膨張率特性には影響しない。
【００８６】
【表１７】
0005025872.tif 000018
【００８７】
結論
概して、本発明の好ましい実施形態、より詳細には、火山灰、中空セラミックミクロスフェア、またはミクロスフェアと火山灰および／または他の添加剤の組み合わせを含有する繊維強化建築材料が、従来技術と比較していくつかの利点を有することが認識されよう。これらの材料は、従来のファイバーセメント建築製造物と比較して低い密度を有する。これによってより厚い製品（たとえば、３／８”〜１．０”（０．９５〜２．５４ｃｍ））の製造が可能となり、軽量であり、したがって、取り扱い、切断、釘打ち、据付け等が容易となる。
【００８８】
その材料はまた、湿潤乾燥寸法安定性が改良されており、建築材料の耐久性が改善されるため、建築物のパネルが過剰に収縮およびひび割れすることがない。また、湿度の変化または雨期から乾期への変化の後、パネルまたは板材の間に過剰のすき間が開くことがない。
【００８９】
少なくとも中空のセラミックミクロスフェアを組み込む配合物および建築製造物に関しては、ほとんどの無機物密度調節剤を加えたファイバーセメント材料と違って、材料の凍結融解抵抗が低密度で維持される。このことによって凍結と融解の条件を頻繁に経験する気候の中のこれらの材料に、優れた耐久性が提供できる。
【００９０】
ミクロスフェアを組み込むこれらの材料は、一般の低密度添加剤と比較して熱寸法安定性が改良されているため、耐火特性が改善されている。したがって、この材料は、建物火災の中でも建物の構成部分として安定しており、その材料を、ひび割れ、崩壊することなく、また火を急速に広がらせない防火物として維持できる。
【００９１】
好ましい実施形態は、多数の建築製造物の用途、たとえば、限定はしないが、建築用パネル（内装および外装）、タイルの裏打ち板（壁および床）、サイディング、下端、回り縁、屋根ふき材、塀材、デッキ材等への適用性を有している。上で明示し、説明した実施形態は、本発明の確かな好ましい実施形態の例として単に用意したものである。当業者なら本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に示された実施形態から様々な変更および修正を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  中空セラミックミクロスフェアを含むものおよび含まないもののハチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）法で作製した板の凍結融解試験後のＭＩＰ法による細孔径分布のグラフである。
【図２】  中空セラミックミクロスフェアを含むものおよび含まないもののハチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）法で作製した板の凍結融解試験後のＢＥＴ法による細孔径分布のグラフである。
【図３】  １０重量％の中空セラミックミクロスフェアを含むハチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）法で作製した板が１４７サイクルの凍結融解の後劣化を示さないことを明らかにしているＳＥＭの写真である。
【図４】  低密度添加剤の添加と、密度および強度の間の関係を明らかにするグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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