(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントおよび骨材を主原料とする加圧セメント瓦において、混和された黒鉛粒子にて着色されているとともに、前記黒鉛粒子の平均粒径が２〜１０μｍで、前記主原料の合量１００重量部に対し、０．１５〜０．９重量部含まれていることを特徴とする加圧セメント瓦。
【請求項２】
セメントおよび骨材の主原料と、水に平均粒径が２〜１０μｍの黒鉛粒子を前記主原料の合量１００重量部に対し、０．１５〜０．９重量部の割合で分散させた黒鉛粒子分散水とを混合した混練物を、加圧脱水成形により型形状に造形した後、養生することを特徴とする加圧セメント瓦の製造方法。
【請求項３】
前記黒鉛粒子分散水は、平均粒径が２〜１０μｍの黒鉛粒子を１５〜３０重量％の割合で水に分散した黒鉛水分散液および水の混合物であり、前記黒鉛水分散液の配合比が前記主原料の合量１００重量部に対し、１〜３重量部である請求項２に記載の加圧セメント瓦の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、着色された加圧セメント瓦およびその製造方法に関し、特に外観と共に曲げ強度等を向上したものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の加圧セメント瓦は、厚形スレート（Pressed cement roof tiles）として規格化（例えば、ＪＩＳ  Ａ  ５４０２）されており、主原料であるセメントおよび砂等の骨材と、必要に応じて付加される硬化促進材や顔料等の混和材と、水を加えて混合して原料モルタルとし、これを型詰めして、加圧脱水成形した後、所定条件下にて養生したものである。また、このような、加圧セメント瓦は、混和された酸化鉄等の顔料により着色されたり、養生後に塗料を表面と側面に塗布して仕上げられることも多く、形状と共に多彩なものが屋根葺瓦等として提供されている。
【０００３】
なお、この加圧セメント瓦において、規格面では官能判定以外に、計量的に表示される曲げ強度や吸水率について規定されているが、高品質化を図る上では更なる外観性と共に曲げ強度のより大きなものが好ましいこととなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の主原料に顔料を混和して着色したものは、着色しないものに比して曲げ強度が低下する傾向にあり、例えば、屋根の上で踏み割れ等を発生し易いという報告もある。また、無着色品に塗装した加圧セメント瓦の場合は、塗布部分が瓦表面と側面とに限られており、例えば、屋根の端側から突出した状態に配置された瓦の裏面が目視され見栄えを悪くする。また、その瓦の裏面部分を別途に塗布処理することは、コスト高になり、屋根の端側のみに裏面部分を塗布処理した瓦を配置することは作業性が悪い。
なお、表面塗装は、多彩な外観を付与するために顔料を用いた着色品にも施されることもあるが、経費増と共にむらや白化等の塗布不良による歩留まり上の問題がある。このため、着色品の性能品質を向上することにより無塗装での適用可能なケースをできるだけ拡大したいという要望もある。
【０００５】
本発明者らは以上のような背景から、顔料を混和して着色する場合に外観性と共に曲げ強度を向上できる顔料およびその製造方法について検討を重ねてきた結果、従来奇想されない顔料が見つかり、これを用いると品質をより向上できることが判明し、発明を完成するに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明の加圧セメント瓦は、セメントおよび骨材を主原料とする加圧セメント瓦において、混和された黒鉛粒子にて着色されているとともに、前記黒鉛粒子の平均粒径が２〜１０μｍで、前記主原料の合量１００重量部に対し、０．１５〜０．９重量部含まれているものである。
また、この発明の製造方法は、セメントおよび骨材の主原料と、水に平均粒径が２〜１０μｍの黒鉛粒子を前記主原料の合量１００重量部に対し、０．１５〜０．９重量部の割合で分散させた黒鉛粒子分散水とを混合した混練物を、加圧脱水成形により型形状に造形した後、養生するものである。
なお、この製造方法では次のような構成がより好ましい。すなわち、前記黒鉛粒子分散水は、平均粒径が２〜１０μｍの黒鉛粒子を１５〜３０重量％の割合で水に分散した黒鉛水分散液および水の混合物であり、前記黒鉛水分散液の配合比が前記主原料の合量１００重量部に対し、１〜３重量部である。
【０００７】
以上の発明において、使用される主原料はセメントと骨材である。セメントとしては、単味ポルトランドセメントの普通と早強、および混合ポルトランドセメント、高炉セメントなどである。骨材としては、川砂、海砂、砕石細砂、砕石粉、スラグ細骨材、フライアッシュなどであり、これらの何れか又は１種以上の混合物が用いられる。この骨材の粒度配列については従来と同様に細粒や微粒が適度に含まれるよう調整される。また、組成的には必要に応じて、例えば、減水剤、増粘剤、消泡剤など少量の補助材料が従来と同様に付加されることもある。
【０００８】
黒鉛粒子は顔料であり、その平均粒径が２〜１０μｍの範囲で、上記主原料の合量１００重量部に対して０．１５〜０．９重量部のものが混和材として好適なものとなる。なお、加圧セメント瓦中の黒鉛粒子の含有量については、一般的に、瓦が養生後にも１５〜１７％程度の水分を含んでいてその含水量により変化するため特定できないことから、主原料の合量に対する割合で特定したものである。
黒鉛粒子は、水に良好に分散させられた黒鉛粒子分散水のかたちで用いることが均一性の観点から望ましい。黒鉛粒子分散水としては、水に対し平均粒径が２〜１０μｍの黒鉛粒子が主原料の合量１００重量部に対して０．１５〜０．９重量部の割合で分散したものである。この場合、黒鉛粒子を水に良好に分散する上で一般的には水溶性樹脂の分散剤を付加するが、本発明の黒鉛粒子分散水はそのような適量の分散剤を付加したものも当然に含まれる。なお、黒鉛粒子は、平均粒径が２μｍ未満になったり、逆に、１０μｍよりも大きくなると分散性が悪くなることから、平均粒径が２〜１０μｍの範囲のものを用いることが好ましい。ここで、粒子径の測定は沈降法による。
【０００９】
また、前記黒鉛粒子分散水は、黒鉛水分散液を水で希釈したものとして用いることができる。この黒鉛水分散液は、水に対し黒鉛粒子が１５〜３０重量％の割合で水に分散したものであり、主原料の合量１００重量部に対して１〜３重量部を水に調合することで前述の黒鉛粒子分散水が得られる。
加圧セメント瓦の製造現場で黒鉛粒子を水に分散させる処理を行うことは、新たに分散処理設備の導入が必要となりコスト高となることから、一般的には、黒鉛を水に分散する処理設備を持った業者より購入する方が安価である。
その場合、上記の黒鉛粒子分散水を脱水処理して黒鉛粒子を濃縮した黒鉛水分散液のかたちで納入する方が製品の量が小さくて済み、輸送コスト、保管コスト等が抑えられ効果的である。但し、黒鉛水分散液に含まれる黒鉛粒子が１５重量％未満では容積がまだ大きく上記メリットが得られない。また、３０重量％程度のものは外観上はぼそぼそのケーキ状の固まりとなるが、３０重量％以上に脱水処理を行っても前述のケーキ状の固まりの容積自体は減らず、脱水処理コストがいたずらに増加するのみであり、経済的でない。
そして、以上の黒鉛水分散液の配合比は、各種の試験から判明し、主原料の合量１００重量部に対して１重量部未満では着色効果に乏しくなると共に曲げ強度の向上も期待できなくなること、逆に、３重量部を超えると曲げ強度が低下する等の現象に基づいている。
【００１０】
加圧セメント瓦を製造する場合は、先ず、以上の各原料をミキサーに投入し、撹拌混合してこれらの混練物とするが、このときには主原料をミキサーにより予め空練した後、黒鉛粒子分散水もしくは黒鉛水分散液と水を加えて充分混合することが好ましい。混練物のフロー値は１７０〜１８０ｍｍである。なお、原料の配合において、セメントと骨材とは重量比で約１：２になるように計量し、黒鉛水分散液を用いる場合、黒鉛水分散液はセメントおよび骨材の総重量×（１〜３％）に相当する量を、水はフロー値等に対応して相当する量を計量する。例えば、水セメント重量比が４２％の場合、総セメント重量×４２％−黒鉛水分散液の水が必要となる。
【００１１】
次に、以上の混練物を所定形状の型内に入れて、これを加圧脱水成形を行う。この金型および加圧脱水成形機自体は従来設備を使用することができ、混練物は表面から加圧されることにより均質に延展し、余剰水を脱水して所定の成形物となる。この場合、加圧脱水の圧力は４．９〜９．８Ｎ／ｍｍ２の範囲で行う。４．９Ｎ／ｍｍ２未満では成形が不充分であり、９．８Ｎ／ｍｍ２以上になると内部に層理等が発生しやすくなるからである。
【００１２】
次に、加圧脱水後の成形物について養生を行う。この養生は室内で湿潤状態に保つ常圧蒸気養生に限られず、例えば、二次養生として水中養生を採用してもよい。常圧蒸気養生の一例としては、初期養生として温度２０℃／時間の昇温速度で温度６０℃まで昇温し、この状態で５時間保持し、その後、室温まで冷却する。成形物はこの初期養生後、二次養生として室温で所定時間湿潤状態に保つことによってこの発明の加圧セメトン瓦となる。
【００１３】
そして、成形された養生後の加圧セメント瓦は、主原料と、黒鉛粒子が予め分散調合された黒鉛粒子分散水とを混合、あるいは黒鉛粒子が予め分散調合された黒鉛水分散液のかたちで主原料および水と混合することから、構造的に均一分散されて、黒鉛特有の質感のある黒色に着色されており、黒鉛粒子自体を主原料と水と共にミキサーに入れて撹拌混合する方法に対し安定分散性に優れひいては美観的にも安定し、混合時間の短縮化も可能となる。
【００１４】
また、より重要な点は、黒鉛粒子を黒鉛粒子分散水もしくは黒鉛水分散液のかたちで所定の配合比にて混和すると、加圧セメント瓦の曲げ強度を増大できることである。この曲げ強度は黒鉛水分散液の配合比が主原料の合量１００重量部に対し、１〜３重量部、より好ましくは約２重量部に設定したとき最も増大できる。このように、この発明は、使用黒鉛粒子が顔料作用と共にその配合比を特定することにより強度増大作用（このメカニズムは不明）を得ることができる結果、顔料を用いた着色品の多様化に寄与し、同時に曲げ強度等の品質ひいては製品価値を大きく向上することができる。なお、黒鉛粒子は従来顔料よりも同等かそれ以下のコストで入手可能であり、経済性の点でも優れている。
【００１５】
【実例例】
以下、この発明を好適な実施例を挙げてさらに明らかにする。実施例は下記の条件で行ったときのものである。
（使用原料）セメントは普通ポルトランドセメントを用い、骨材として海砂と砕石細砂およびフライアッシュ（比表面積が３２４０ｃｍ２／ｇ）を用いた。これらは粒度配合等が何れも厚形スレートに関するＪＩＳ規定を充足するものである。また、黒鉛分散液は黒鉛粒子の平均粒径が２〜１０μｍの範囲のもので、通常の方法つまり微量の分散剤と共に水に分散したものである。なお、以下の説明では普通ポルトランドセメントをセメントと、フライアッシュをＦＡと、黒鉛分散液を黒鉛液とそれぞれ略称する。
【００１６】
（試料配合と混練物の作製）以上の原料および水を使用して、下記の表１に示す配合比で計量し実施例１〜３と比較例１，２の試料とした。この試料は（セメント＋海砂＋砕石細砂＋ＦＡ）を３０ｋｇに設定し、黒鉛液と水の配合比を変えたものである。また、各試料のサンプルはそれぞれ１５個づつ作製し後述する材齢別の曲げ強度と吸水率等を調べるときに何れも３個の平均にて測定できるようにした。水は各試料の混練物のフロー値が１７０〜１８０ｍｍになるように算出された水量である。そして、各試料は混合機であるミキサーに、セメント、海砂、砕石細砂、ＦＡを投入し３０秒間空練した後、黒鉛液と水とを入れて６０秒間撹拌混合し、混練物を得た。
【００１７】
（表１）各試料の原料組成
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【００１８】
（加圧脱水成形）上記のようにして実施例１〜３と比較例１，２の各混練物を得て、これを同形金型に充填し、油圧プレスによって加圧脱水し、横２５０ｍｍ×縦３００ｍｍ×厚さ１２ｍｍの成形体を作製した。なお、この成形では加圧力が８０トンであり、その最高圧になるまでの時間と最高圧での維持時間を何れの場合にも一定の時間になるよう設定し、実施例１〜３と比較例１，２の各成形体が同じ条件にて作製されるよう極力配慮した。
【００１９】
（養生）上記の各成形体は先ず初期養生を次の設定で行った。２０℃で湿度約７０％の室内で３時間だけ前養生し、２０℃／時間の昇温速度で２時間かけて６０℃まで昇温し、６０℃で５時間保持した後、７時間かけて室温まで自然冷却した。
また、このようにして初期養生した成形体は二次養生所に移し、所定の材齢まで放置すると共に、材齢７日、１４日、２１日、２８日に達した時点での各試料のサンプルを３個づつ取り出して曲げ強度を測定した。なお、この測定はＪＩＳ  ５４０２に規定されている曲げ試験に準拠している。表２にはその測定結果を一覧表示した。
【００２０】
（測定結果）
（表２）各材齢別の曲げ強度（Ｎ／ｍｍ２）
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なお、黒鉛液の外割重量部は黒鉛液の使用重量をセメントと骨材（海砂、砕石細砂、ＦＡ）の合計重量を１００重量部としたときの黒鉛液の重量部（重量％）である。
【００２１】
また、図１には、表２に基づいて以上の材齢推移別に調べたときの黒鉛液の重量部（重量％）と曲げ強度（Ｎ／ｍｍ２）の関係をグラフに示し、図２には実施例１〜３と比較例１，２の加圧セメント瓦について材齢と曲げ強度の関係をグラフに示している。
図１からは、黒鉛液の有無に係わらず材齢７日に対し材齢１４，２１，２２日に達したときに曲げ強度が次第に高くなる傾向があることを前提とし、曲げ強度がセメントと骨材の合計重量を１００重量部としたとき黒鉛液の外割重量部で１〜３重量部の範囲のときに何れの材齢でも高くなり、特に、黒鉛液を約２重量部で配合のときに最大値になることが分かる。図２からは、黒鉛粒子を含有した実施例１〜３のものが黒鉛粒子を含有していない比較例１のものに比して何れの材齢でも曲げ強度が向上しており、曲げ強度を上げるうえで黒鉛粒子が効果的であることが分かる。またこの場合にも、特に、黒鉛液を約２重量部で配合したときに最大値になることが分かる。なお、各試料の材齢２８日のものについて、別途に吸水試験を行ったが、吸水率が７．５〜８．４の範囲におさまっており、黒鉛液の有無および配合量によって顕著な相違は認められなかった。
【００２２】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明に係る加圧セメント瓦およびその製造方法によれば、黒鉛粒子による特有な着色外観と共に曲げ強度を向上でき、これにより表面および側面に塗料を塗布して着色する場合にも曲げ強度的に優れたものを実現することができ、着色品の性能品質を向上して無塗装での適用可能なケースの拡大も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】黒鉛液量と曲げ強度との関係を示すグラフである。
【図２】材齢と曲げ強度を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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