(57)【要約】  【課題】木質セメント成形体の廃材を原料として配合してなる木質セメント成形体に、良好な成形性と強度発現性とを付与することを一の目的とする。  【解決手段】セメント、木質セメント成形体の廃材、木質材料、及びＳｉＯ2含有量が９８．０質量％以上であり強熱減量が０．５質量％以下でありＢＥＴ比表面積が１〜４．５ｍ2／ｇである二酸化珪素微粉末を、該二酸化珪素微粉末の添加量が前記セメントに対する内割り添加で５〜５０質量％となるように配合し、硬化させてなることを特徴とする木質セメント成形体による。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、木質セメント成形体の廃材、木質材料、及びＳｉＯ2含有量が９８．０質量％以上であり強熱減量が０．５質量％以下でありＢＥＴ比表面積が１〜４．５ｍ2／ｇである二酸化珪素微粉末を、該二酸化珪素微粉末の添加量が前記セメントに対する内割り添加で５〜５０質量％となるように配合し、硬化させてなることを特徴とする木質セメント成形体。
【請求項２】
前記木質セメント成形体の廃材の添加量が、原料全体に対する内割りで５〜３０質量％であることを特徴とする請求項１記載の木質セメント成形体。
【請求項３】
セメント、木質セメント成形体の廃材、木質材料、及びＳｉＯ2含有量が９８．０質量％以上であり強熱減量が０．５質量％以下でありＢＥＴ比表面積が１〜４．５ｍ2／ｇである二酸化珪素微粉末を、該二酸化珪素微粉末の添加量が前記セメントに対する内割り添加で５〜５０質量％となるように配合し、硬化させることを特徴とする木質セメント成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質セメント成形体と、その製造方法に関し、特に、木質セメント成形体の廃材を使用した木質セメント成形体と、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメント、骨材、及びパルプ、木片、木毛、木粉等の木質補強材を主成分とする木質セメント成形体は、各種建築物の内外装として多用されている。
該木質セメント成形体を製造する際に発生する不良品や端材、現場施工時に発生する端材は、原材料費の削減という観点のみならず、資源の有効利用や、環境保護などの観点からも、それらをリサイクル利用することが検討されている。
【０００３】
中でも、不良品や端材を、該木質セメント成形体の原料中へ配合して再利用することについては、様々な利用技術が提案されている。
例えば、下記特許文献１には、セメント板の廃材を粒径３００μｍ以下に粉砕し、該粉砕物をマットにフォーミングして１５０ｋｇ／ｃｍ2以上の高圧プレスした上でオートクレーブ養生を行なうセメント板の製造方法が提案されている。
この特許文献１記載のセメント板の製造方法によれば、セメント板の廃材を粒径３００μｍ以下に粉砕して硬化反応に関与する活性面積を増大させ、しかもマットを高圧プレスして原料相互を密着させ、オートクレーブ養生を施すことにより、セメント板廃材に若干残存している未反応のＣａＯ、ＳｉＯ2、及びＡｌ2Ｏ3等の活性物質に因る硬化反応が円滑に進み、その結果セメント板の廃材を大量に使用しても高強度なセメント板製品が得られる。
【０００４】
また、下記特許文献２には、無機質建材（セメント成形体）の廃材を粉砕処理した粉砕物を撥水処理し、無機質建材原料の５〜３０％の割合で添加する方法が提案されている。
この特許文献２記載の無機質建材の製造方法によれば、無機質建材の廃材を粒径３０〜５００μｍに粉砕した後、アルキルアルコキシシラン及びその重合体を用いて撥水処理を施すことによって、建材抄造時または脱水時のろ過抵抗または脱水抵抗を低下させ、大量の廃材を添加しても生産性を向上させることが可能となる。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１９３１１７号公報
【特許文献２】特開２００５−９７０３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載のセメント板の製造方法は、セメント板廃材を、製品となるセメント板の物性に影響の少ないレベルにまで細かく粉砕し、その粉体を充填材として原料に添加して使用する必要があるため、繊維を含んだ廃材を用いた場合には、該廃材を均一な粒子径となるまで微粉砕することが難しいという問題がある。
【０００７】
さらに、建材物性に影響のないレベルまで小さく粉砕した廃材を混入させた場合、抄造脱水に於いてろ過抵抗が大きくなって生産性が悪化するため、このような生産性の面から添加量が制限されることとなる。また、脱水プレスする場合にも、脱水時の抵抗が大きくなり、同様に生産性を悪化させることとなる。
逆に、ろ過抵抗（脱水抵抗）に影響のない程度の粉砕に止めた場合（即ち、粒子径を大きくした場合）には、成形性や強度発現性といった建材物性が低下するおそれがあり、かかる建材物性の面から添加量が制限されることになる。
【０００８】
一方、特許文献２記載の無機質板の製造方法では、確かに廃材粉末に撥水処理を施すことによって、抄造方法ではろ過抵抗が小さくなり、また脱水プレス方式でも脱水時の抵抗が小さくなり、これによって生産性は向上するが、撥水処理によって廃材粉末の接着力（水和活性）が低下するため、廃材の添加量が増えると成形体の強度が低下し、オートクレーブなど高温養生中に層間剥離などによる成形体の破壊現象が発生しやすくなるという問題がある。さらに撥水剤は高価であるため製造コスト面において不利である。
【０００９】
ところで、木質セメント成形体を製造する際にも、セメント成分の水和により生成するＣａ（ＯＨ）2（消石灰）と反応させるためのシリカ質原料としてシリカフューム、フライアッシュ、珪石粉などが添加され、充填性や強度発現性などの改善が図られている。
【００１０】
シリカフュームは、金属シリコンやフェロシリコンの製造時に副生される非晶質二酸化珪素を主成分とする粒径約０．１〜０．３μｍの球状超微粒子材料である。セメントの代表的な製品であるコンクリートの場合、セメントに混和するとその高いポゾラン活性やマイクロフィラー効果によりコンクリート硬化体が緻密化され、強度が増進することが知られており、木質セメント成形体の製造においても、該シリカフュームは製品強度改善用の混和材として使用されている。
しかしながら、シリカフュームの一次粒子は粒径約０．１〜０．３μｍという超微粒子であり、通常凝集して数〜数十μｍサイズの二次粒子を形成しているため、木質セメント成形体を製造する際の原料モルタルあるいはスラリー中での分散性が良好でないという問題がある。特に、輸送に適するように嵩密度を大幅に上げた顆粒状シリカフュームは分散性に劣るものであり、使用し難いという問題がある。
【００１１】
フライアッシュは、石炭灰とも呼ばれ、主に石炭焚き火力発電所から大量に発生するが、この石炭灰には未燃炭素（未燃カーボン）が数〜十数％程度含まれており、特に近年、公害防止の観点から窒素酸化物排出量を抑制するべく燃焼温度が下げられているため、石炭灰中の未燃炭素量は増大傾向にある。この未燃炭素は、製品（木質セメント成形体）の表面部の美観を著しく損なうという問題がある。またフライアッシュはＳｉＯ2含有量が低く、低温では反応性に劣り、さらに品質が安定しない等の問題がある。
【００１２】
珪石粉は、結晶性の石英を主成分とするものであり、製品（木質セメント成形体）に短期間で強度を発現させるべく１００℃以上のオートクレーブ（高温高圧）養生を行うと、該珪石中の珪酸がセメント中のカルシウムと反応して１．１ｎｍトバモライトなどの結晶性の珪酸カルシウム水和物を生成する。しかし、１００℃未満の常圧養生では、該珪石粉はほとんど反応しないという問題がある。また、セメント成分の水和により生成するＣａ（ＯＨ）2（消石灰）とシリカ質材料との反応（いわゆるポゾラン反応）は、非晶質シリカよりも活性が低いものである。
【００１３】
本発明は、木質セメント成形体の廃材を原料として配合してなる木質セメント成形体に、良好な成形性と強度発現性とを付与することを一の目的とする。また、本発明は、繊維を含んだ廃材を微破砕することなく原材料として簡便に使用しうる木質セメント成形体と、その製造方法を提供することを他の目的とする。また、本発明は、繊維を含んだ廃材を使用しつつも抄造脱水や脱水プレスする際の脱水抵抗を低減することにより、木質セメント成形体の生産性向上と製造コスト低減を図りうる木質セメント成形体の製造方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決すべく、本発明に係る木質セメント成形体は、セメント、木質セメント成形体の廃材、木質材料、及びＳｉＯ2含有量が９８．０質量％以上であり強熱減量が０．５質量％以下でありＢＥＴ比表面積が１〜４．５ｍ2／ｇである二酸化珪素微粉末を、該二酸化珪素微粉末の添加量が前記セメントに対する内割り添加で５〜５０質量％となるように配合し、硬化させてなることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る木質セメント成形体の製造方法は、セメント、木質セメント成形体の廃材、木質材料、及びＳｉＯ2含有量が９８．０質量％以上であり強熱減量が０．５質量％以下でありＢＥＴ比表面積が１〜４．５ｍ2／ｇである二酸化珪素微粉末を、該二酸化珪素微粉末の添加量が前記セメントに対する内割り添加で５〜５０質量％となるように配合し、硬化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る木質セメント成形体及びその製造方法によれば、ＳｉＯ2含有量が９８．０質量％以上であり強熱減量が０．５質量％以下でありＢＥＴ比表面積が１〜４．５ｍ2／ｇである二酸化珪素微粉末は、一般的なシリカフュームよりも一次粒子の粒径が大きいために分散性に優れ、また、未燃カーボンのような製品外観を損ねる有害物、酸化アルミニウムや酸化鉄などの水和反応に寄与しない不純物を殆ど含有しないものであるため、廃材の微粉末を多量に添加した木質セメント成形体の成形性や強度発現性を改善することが可能となり、しかも製品表面の仕上がりに悪影響を及ぼすことを防止しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明で使用する二酸化珪素微粉末は、非晶質ＳｉＯ2を主成分とする微粒子材料である。該微粉末中における非晶質ＳｉＯ2の含有割合は９８．０質量％以上であるが、好ましくは９９．０質量％以上である。
即ち、該二酸化珪素微粉末は、一般的なシリカ質混和材であるシリカフューム、フライアッシュ、珪石粉などよりＳｉＯ2含有量が高く、未燃カーボン、酸化アルミニウム、酸化鉄などの不純物をほとんど含有しないものである。
非晶質ＳｉＯ2の含有割合が、９８．０質量％未満であると、混和材としてセメントに添加した場合、成形体の強度改善効果が不十分となる。
【００１８】
また、該二酸化珪素微粉末の強熱減量は０．５質量％以下であるが、好ましくは０．３質量％以下である。強熱減量が上記範囲であれば、未燃炭素（未燃カーボン）や有機物の含有量が少ないものとなり、製品である木質セメント成形体の表面美観が良好になるという効果がある。
尚、二酸化珪素微粉末の強熱減量とは、二酸化珪素微粉末をＪＩＳ  Ａ  ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に準じて１０００±５０℃の温度条件下で測定されるものである。
【００１９】
また、該二酸化珪素微粉末のＢＥＴ比表面積は１〜４．５ｍ2／ｇであるが、好ましくは２〜４ｍ2／ｇである。ＢＥＴ比表面積が上記範囲であれば、混和材としてセメントに添加した場合、成形体の強度改善効果が大幅に向上するという効果がある。
【００２０】
ＢＥＴ比表面積が１〜４．５ｍ2／ｇであるような上記二酸化珪素微粉末は、粒径換算では０．５〜３０μｍの粒度分布を有するものであるため、シリカフュームの数倍から数十倍程度大きい粒径であるために凝集しにくく、比較的少ない添加量でも十分な効果を発揮させることができる。
つまり、該二酸化珪素微粉末をセメントに混和した場合、セメントとの反応性や製品原料中での分散性が非常に優れているため、廃材を多量に添加しても安定して木質セメント成形体を製造することができる。特に、該二酸化珪素微粉末の添加による成形体の強度の改善により、オートクレーブなど高温養生中に発生する、層間剥離などの破壊現象を抑止する効果が顕著となる。
しかも、上記のような二酸化珪素微粉末を使用することにより、抄造脱水や脱水プレスする際の脱水抵抗が低減され、木質セメント成形体の生産性向上と製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００２１】
尚、前記二酸化珪素微粉末のＢＥＴ比表面積は、ＪＩＳ  Ｒ  １６２６「ファインセラミックス粉体の気体吸着ＢＥＴ法による比表面積の測定方法」に基づいて測定されるものであり、また、粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置（日機装株式会社製、マイクロトラックＭＸ３３００ＥＸ、測定範囲０．０２〜２０００μｍ）を用いて測定されるものである。
【００２２】
斯かる二酸化珪素微粉末は、例えば、純度９９．９％以上に精錬された高純度の人工（合成）原料（金属珪素及び二酸化珪素）を用い、気流速度や酸素濃度などの燃焼条件を調整しながら、気流中で燃焼および溶融させた後、表面張力により球状が保たれたまま冷却することによって得ることができる。
【００２３】
このような製造方法により得られた二酸化珪素微粉末は、その一次粒子がほぼ真球状となる。本発明において、該二酸化珪素微粉末の一次粒子の平均真球度合は、１．２５以下であることが好ましく、１．１１以下であることがより好ましい。このような真球状の二酸化珪素微粉末を使用することにより、混和材としてセメントに添加した場合、ボールベアリング効果により木質セメント成形体の原料モルタルまたはスラリーの流動性が大幅に改善されることとなる。
尚、本発明における平均真球度合とは、電子顕微鏡などにより撮影された一次粒子の投影写真（平面図）から、粒子の長径と短径とを計測し、「長径／短径＝真球度合」として真球度合を求め、これを任意の一次粒子１００個について行った際の平均値として算出されるものである。
【００２４】
前記二酸化珪素微粉末の色調は純白に近いものとなるため、木質セメント成形体のような建材製品表面の美観や塗装の仕上がり状態が良好となる。
【００２５】
本発明で使用する二酸化珪素微粉末は、上記のような製造方法によって得ることができるが、市販品としても、例えば、アドマテックス社製の商品名「アドマファインＳＯ−Ｅ２」、同「ＳＯ−Ｅ３」、同「ＳＯ−Ｅ５」、同「ＳＯ−Ｅ６」、同「ＳＯ−Ｃ３」、同「ＳＯ−Ｃ５」、同「ＳＯ−Ｃ６」などとして入手することができる。
【００２６】
本発明における二酸化珪素微粉末の木質セメント成形体への配合量は、セメントに対する内割り添加で５〜５０質量％とすることが必要である。配合量が５質量％未満では、抄造時又は成形時のモルタル又はスラリーに要求されるワーカビリティー改善効果が十分に発揮されず、逆に配合量が５０質量％を超えると廃材を多量に添加した木質セメント成形体の強度発現性や耐久性が大幅に低下してしまい、さらに原料コストが高騰してしまう。
【００２７】
また、本発明において使用されるセメントとしては、特に限定されず、普通、中庸熱、低熱、早強、超早強、耐硫酸塩などの各種ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメントなどの混合セメント、アルミナセメントやジェットセメントなどの超速硬セメント、アーウィン系セメントなどが挙げられる。木質セメント板に要求されるスペックやコストを考慮した上で、これら種々のセメントから、任意に一種以上を選択して使用することができる。
【００２８】
また、本発明において使用する木質セメント成形体の廃材としては、木質セメント成形体の製造工程、輸送や保管などの流通工程、又は建築物への施工工程などにおいて発生した廃材を挙げることができる。
斯かる木質セメント成形体の廃材は、ボールミル、ローラーミル、ハンマーミル、インパクトミル等の一般的な粉砕装置を用いて粉砕した後、木質セメント成形体の原料として配合する。
【００２９】
該廃材の破砕後の粒径は、３００μｍ未満とすることが好ましく、２００μｍ未満とすることがより好ましい。粒径が３００μｍ未満となるまで破砕した廃材を用いることにより、製品強度を高め、高温養生中に発生する層間剥離による破壊現象を抑制するという効果がある。
また、該廃材の添加量は、原料全体（混練水を除く）に対する内割りで５〜３０質量％とすることが好ましく、１０〜２０質量％とすることがより好ましい。このような添加量とすることにより、製品の抄造脱水や脱水プレスする際の脱水抵抗が低減され、木質セメント成形体の生産性向上と製造コスト低減を図ることが可能になるという効果がある。
【００３０】
また、本発明において使用する木質材料としては、木片、木毛、木粉または古紙などの繊維質のものであれば特に限定されず、用途に応じて種々の木質材料の中から１種以上を選択して用いることができる。
【００３１】
本発明に係る木質セメント成形体の製造方法は、上述したような原料、即ち、セメント、木質セメント成形体の廃材、木質材料、及び上述の如き二酸化珪素微粉末を、該二酸化珪素微粉末の添加量が前記セメントに対する内割り添加で５〜５０質量％となるように配合し、硬化させることを特徴とするものである。
【実施例】
【００３２】
以下に本発明の実施例を挙げ、さらに詳しく本発明を説明する。
［使用材料］
・セメント：普通ポルトランドセメント（住友大阪セメント株式会社、ブレーン比表面積３３００ｃｍ2／ｇ）
混和材Ａ：二酸化珪素微粉末（アドマテックス株式会社製、アドマファインＳＯ−Ｃ５、ＳｉＯ2含有量９９．５質量％、ＢＥＴ比表面積２．２ｍ2／ｇ、平均粒径３．６μｍ）
・混和材Ｂ：シリカフューム（中国産、金属シリコン製造時の副生品、ＪＩＳ  Ａ  ６２０７相当品、顆粒状、ＢＥＴ比表面積１７．１ｍ2／ｇ、二次粒子＝顆粒の平均粒径４２０μｍ）
・混和材Ｃ：フライアッシュ（中国炭を使用する火力発電所産、ＪＩＳ  Ａ  ６２０１のII種相当品、粉末状、ブレーン比表面積４３００ｃｍ2／ｇ、ＢＥＴ比表面積０．６ｍ2／ｇ）
・混和材Ｄ：珪石粉（愛知県産、オートクレーブ用、粒度２０メッシュ＝目開き８４０μｍのふるいを通過したもの）
・木質材料（市販南洋材数種のおがくず、含水率８．９％）
・木質セメント成形体の廃材粉末（市販木質セメント板の粉砕品、粒度４８メッシュ＝目開き２９７μｍのふるいを通過したもの）
・水：上水道水
【００３３】
下記表１に、使用した混和材の種類と性状を示す。尚、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、及びＦｅ2Ｏ3の含有量は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０２「ポルトランドセメントの化学分析方法」およびＪＩＳ  Ａ  ６２０７「コンクリート用シリカフューム」に準じて測定した。また、強熱減量は、ＪＩＳ  Ａ  ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に準じて１０００±５０℃で測定した。また、ＢＥＴ比表面積は、ＪＩＳ Ｒ １６２６「ファインセラミックス粉体の気体吸着ＢＥＴ法による比表面積の測定方法」に準じて、窒素吸着脱着法によって測定した。さらに、混和材の結晶性または非晶質の判定は、粉末Ｘ線回折法により、結晶性鉱物に由来するピークの有無を確認した。
【００３４】
【表１】
2009001437.tif 000002
【００３５】
表１より、混和材Ａは、混和材Ｂ、Ｃ、ＤよりＳｉＯ2含有量が高く、強度改善に寄与しないＡｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3の含有量は極めて低いことが認められる。また、混和材Ａは、混和材Ｂ、Ｃ、Ｄより強熱減量が少なく、未燃炭素（未燃カーボン）や有機物の含有量が少ないものであると判断される。
また、粉末Ｘ線回折の結果より、混和材ＡおよびＢは明確なピークが現れなかったため、非晶質微粉末であることが確認された。一方、混和材Ｃには、クリストバライト：ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ（ＳｉＯ2）、ムライト：ｍｕｌｉｔｅ（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）等の小ピークが、混和材Ｄには石英（クオーツ：ｑｕａｒｔｓ）（ＳｉＯ2）の大きなピークが確認されたことから、結晶性の鉱物を含むことが確認された。
【００３６】
［モルタル試験］
２０℃の恒温室において下記表２の配合で木質セメントモルタルを容量１０リットルのモルタルミキサーで練混ぜを行なった。具体的な材料の投入および練混ぜの手順は、まず水以外の全材料をモルタルミキサーに投入して空練りを６０秒間行い、次に、水を投入して６０秒間練混ぜ後かき落としを行い、さらに１２０秒間の本練りを行った。
【００３７】
【表２】
2009001437.tif 000003
【００３８】
練上がり後、直ちにモルタルフローを測定するとともに、圧縮強度測定用のφ５０ｍｍ×１００ｍｍの円柱供試体を作製し、圧縮強度を測定した。
具体的には、モルタルフローは、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法」に準拠し、フローコーン引き上げ後に１５回の落下運動を与えた１５打フローを測定した。
また、圧縮強度は、鋼製簡易型枠に振動をかけながらモルタルを充填して円柱供試体を作成し、２０℃恒温室内で２時間前置き養生を行なった後、それぞれ８５℃飽和水蒸気圧下で６時間および１８０℃オートクレーブで６時間の二通りの養生を行なった。養生終了後自然放冷し、材齢１日で脱型し、硬化供試体の外観観察を行なった後、供試体頭部を研磨によってキャッピングし、材齢２日におけるＪＩＳ  Ａ  １１０８に準じた圧縮強度を測定した。
モルタル試験結果を表３に示す。
【００３９】
【表３】
2009001437.tif 000004
【００４０】
表３に示すように、実施例１〜４では、得られたモルタルの流動性が良好であると同時に、８５℃養生および１８０℃オートクレーブ養生により得られた硬化供試体が、何れも圧縮強度の高いものであること認められた。特に、実施例２のように、二酸化珪素微粉末を、結合材の３０質量％添加した場合（即ち、セメントに対する内割で３０質量％の場合）には、圧縮強度が最も高いことが認められる。
【００４１】
一方、比較例１は、従来技術としてシリカフュームを混和した場合であるが、得られたモルタルの圧縮強度は良好であったが流動性に劣るものであった。比較例２は、従来技術としてフライアッシュを混和した場合であるが、得られたモルタルの流動性は良好であったが圧縮強度は低いものであった。比較例３は、従来技術として珪石粉を混和した場合であるが、得られたモルタルの流動性は良好であったが圧縮強度は低いものであった。比較例４は、混和材を添加しなかった場合であるが、得られたモルタルの流動性は良好であったが圧縮強度は低いものであった。
【００４２】
また硬化供試体の状態は、実施例１〜４は８５℃養生および１８０℃オートクレーブ養生いずれの場合も欠陥の全くない健全な状態であった。
一方、比較例１は、モルタルの流動性が低かったことによると考えられる巣（空隙）が多数入っていた。比較例２は、混和材Ｃ（フライアッシュ）由来と考えられる未燃カーボンによる黒い斑点が生じ、美観を損ねていた。比較例３および４は、８５℃養生の場合は供試体は健全であったが、１８０℃オートクレーブ養生した場合は、成形体の強度不足によると考えられる膨張亀裂が生じていた。
【００４３】
以上のように、本発明の如き二酸化珪素微粉末を混和した木質セメント成形体は、従来の混和材（シリカフューム、フライアッシュ、珪石粉）を使用して得られた木質セメント成形体と比較して、優れた作業性、強度、及び表面美観を有していることが分かる。