島根県産業技術センター研究報告資第48号(2012)

料

粘土瓦の耐凍害性と耐塩害性
江木

１. 目俊雄＊・原田達也＊＊・中島剛＊についても実施した. これらの結果について以下に報告す

的る.

石州瓦は, 島根県の石見地域に広く分布している耐火度

２. 方が高い都野津層の粘土を用い, 1200℃近傍の高温で焼成して製造されている. その結果, 石州瓦は他産地の瓦よりも2.1法

試験体凍害や塩害に強いと言われている. 永島１)は石州瓦の耐凍浜田技術センターが毎年実施している瓦の定期調査用に害性と細孔分布との関係について研究を行い, 1.0μm以上提供を受けた石州瓦製造メーカー７社の８工場で2008年〜に大部分の細孔が分布する場合は表面剥離式凍害が発生し2010年に製造された新品の瓦と, 石州瓦工業組合と瓦製造やすく, 1.0μm以下に大部分の細孔が分布する場合は凍害メーカーから提供された他産地の2008年〜2010年製の新品が発生し難い, 更に総細孔量や細孔の累積中央径が熱処理の瓦を試験体とした. 尚, 同一メーカーにおいても瓦の提２)温度によって変わることを報告している. また塩村 は,供を受けた時期が異なると, 吸水率に若干の違いがあった.

石州瓦の耐寒性および細孔分布と坏土の粒度組成の相関を

瓦は銀黒色の釉薬が施釉されたものを主とし, 来待色, マッ調べ, 坏土中の砂分が増加すると1.4μm以上の大孔径細孔

ト調黒の釉薬瓦, およびいぶし瓦を試験対象とした.

量が増加し表面剥離型の凍害を受ける可能性があり, 他方,以上により対象試験体は, 石州の釉薬瓦８種 (石州A〜

坏土中のシルト分が増加すると0.25μm〜1.4μmの中孔径H), 他産地の釉薬瓦３種およびいぶし瓦１種 (他産地A細孔量が増加し亀裂破壊型の凍害を受ける可能性がある,〜D), 別の他産地の釉薬瓦といぶし瓦各１種 (他産地E,と報告している. これらの研究は1980年代に精力的に行わF) の全14種とした.

れ, 石州瓦の凍害に対する耐性を高めることに寄与してき

2.2

た.

吸水率の測定と凍害試験

JIS A 5208:1996に従って吸水率の測定を実施した. 凍石州瓦の出荷量は, 新設住宅着工数の伸び悩み, 化粧ス

害試験については, JIS A 5208:1996に定められている方レートや金属屋根との競合, 三州瓦との産地間競争の激化

法で, 試験体に凍害が発生するまで行った. 尚, 本試験で等により, 1992年度の25,500万枚を境に減少に転じ, 2007

は−20℃での凍害試験の他に−50℃での試験を同様の方法

年度は約9,500万枚, 2010年度は6,500万枚まで減少し, まで行った. ただし−50℃で保持する時間は６時間とした.

たこの間瓦の製造メーカー数も減少し, 現在は12社にまで2.3

塩害試験減っている. この厳しい経営環境に打ち勝つための１つとオーストラリア／ニュージーランドの規格を基に塩害試して海外市場への展開が進行しており, 特に石州瓦の特長験を行った. 試験方法は, 瓦を115℃で12時間以上乾燥しである凍害や塩害に強い性質が活かせるロシアや中国内陸た後に, シリカゲルにより乾燥したデシケーター内で２時部, アセアン諸国への輸出を目指している. ロシアや中国間前後で19±３℃に冷却した. 次に濃度が14±0.2％の食の内陸部では冬場に気温が−20〜−50℃まで下がり, 他方,塩水中に２時間浸漬した. その後試験体を取り出し水切り

アセアン諸国では日本と同様に海に接している地域があり,を行った後に115℃で12時間以上乾燥した. これを１サイ

凍害や塩害に強い石州瓦の特長は国内市場と同様に海外でクルとして40サイクル実施した. 評価は瓦の外観検査と実の商品価値を高める.

験に使用した食塩水の濁り具合で行った. 尚, 試験体の瓦

そこでJIS規格で定められている粘土瓦の吸水試験, 凍害試験, オーストラリア／ニュージーランドの規格に準じは加工せずに全形のまま使用した.
2.4

細孔分布測定た塩害試験, 更に凍害や塩害に対する耐久性を決める細孔測定に使用した試験体は, 各辺が約４×４×24㎜となる量とその分布の測定を行い, 石州瓦の凍害や塩害に対するよう角柱状に瓦素地から切り出し, 洗浄・乾燥した. また耐久性を評価した. 石州瓦の凍害や塩害に対する耐性を他

熱処理温度と細孔量の関係を調べるために, 土錬機を用い産地の瓦と比較するために, 同様の評価試験を他産地の瓦て瓦用粘土を板状に加工し, 1160, 1180, 1200℃でそれぞ＊れ１時間焼成を行った試験体からも同様の試験体を作製し無機材料・資源グループ,＊＊材料技術グループ― 28 ―

江木・原田・中島：粘土瓦の耐凍害性と耐塩害性た. 細孔分布測定は, Quantachrome INSTRUMENTS社

図３に図２で使用した瓦の−20℃での凍結融解試験結果

製水銀圧入式ポロシメーター (POREMASTER33) を使を示す. 他産地の瓦は, 平均83回の試験回数で全ての瓦の用し, 3.5kPaの減圧状態から350kPaまでの加圧により孔表面にひび割れが生じた. 他方, 吸水率が小さい石州瓦は径が100〜5μmの細孔量を, 140kPaから231MPaまでの加最短が233回､ 最長で311回でひび割れが生じた. 試験回数

圧により孔径が10μm未満の細孔量とその分布の測定を行っの平均は277回となり､ 凍害が生じるまでの試験回数は約た.

3.3倍となった.

2.5

瓦素地の断面観察図４に石州と他産地の瓦の吸水率と−20℃での凍結融解

断面観察に使用する試験体は, 瓦の中心付近より切り出試験結果の関係を示す. この図から, 吸水率が低い石州瓦し, 研磨・洗浄・乾燥を行った. 断面観察は, OLYMPUS

は他産地の吸水率が高い瓦と比べて耐凍害性に優れている社製光学顕微鏡BX60を用いて行った. 尚, 観察場所は比ことが分かる. 同様に吸水率が低い他産地Dのいぶし瓦も較的大きな空隙や石英が認められない領域とし, マトリッ高い耐凍害性を示している. 他方, 他産地と等しい吸水率クスに生じている細孔を観察した.

を示す石州瓦は他産地の瓦と同等の耐凍害性を示しており,

３. 結
3.1

石州瓦の特長の一つである優れた凍害性を保つためには,果低い吸水率を維持する必要がある.

吸水率の測定と凍害試験結果

図１に石州の７社８工場の瓦と２つの他産地の釉薬瓦といぶし瓦の吸水率を示す. 図中の石州H工場の瓦が最も低い吸水率を示しており, これは瓦の焼成温度が1300℃と非常に高いため瓦素地が他の瓦よりも焼き締まっているためと考えられる. 他産地D社のいぶし瓦も低い吸水率を示しており, 撥水加工処理がその要因の１つと考えられる. 石州瓦と他産地の釉薬瓦の吸水率を比較すると, 石州瓦の吸水率は他産地の瓦の吸水率よりも低い. これは瓦の焼成温度を粘土の耐火温度に合わせて1200℃近傍の高温とし, 瓦を搭載した焼成台車を40分前後の間隔で操車することにより瓦素地の焼結が進行したためと考えられる.
図２に石州D工場と他産地A社のそれぞれが製造した瓦５枚について吸水試験を行った結果を示す. 石州と他産地の瓦の吸水率の平均値はそれぞれ2.8％, 5.5％となり, 石州瓦の方が約2.7％低い値を示した. これらの瓦について
図２−20℃での凍結融解試験を行った.

石州Ｄ工場と他産地Ａ社で製造された５枚の瓦の吸水率

図１

石州８工場と他産地６社の瓦の吸水率

図３― 29 ―

図２に示した瓦の−20℃での凍結融解試験の結果

島根県産業技術センター研究報告

図４第48号(2012)

石州瓦と他産地の瓦の吸水率と−20℃での凍結融解試験結果の関係●は石州瓦, ▲は他産地の釉薬瓦, ■は他産地のいぶし瓦を示す. また白抜き

図６は試験継続中を示す. (試験回数が500回を超える

図５に示した瓦の−50℃での凍結融解試験結果(白抜きは試験継続中)

石州瓦は2008年に製造された.)
図５に−50℃での凍結融解試験に使用した石州の３メーカーと他産地の釉薬瓦の吸水率を示す. 石州瓦３枚の吸水塩害試験後の外観写真を示す. 試験に使用した石州瓦と他産地瓦の吸水率はそれぞれ4.5％, 6.0％であった.

率はそれぞれ1.3％, 3.3％, 4.0％で他産地B社の釉薬瓦の先ず図７(a)と図８(a)の石州瓦の試験前後の釉薬面を比6.1％よりも低い値を示した. これらの瓦について−50℃

較すると､ 塩害試験により釉薬面に間隔が広い貫入が生じ,での凍害試験を行った. 図６に−50℃での凍害試験結果をその貫入に沿って変色が認められた. ただし, 瓦の裏面の示す. 他産地Bの釉薬瓦は52回の試験回数で割れが生じた素地に関しては, 変化が認められなかった.

が, 石州C, D工場の瓦は約３倍のそれぞれ162, 151回で割れが生じた. 石州H工場の瓦は吸水率が低いことから割れが生じず, 試験を継続している. この結果から吸水率が低い石州瓦は−50℃においても耐凍害性が高いことが明らかになった.
3.2

塩害試験結果図７(a), (b)に石州瓦と他産地の瓦の塩害試験前の外観写真を示す｡ また図８(a), (b)に石州瓦と他産地瓦の図７(a)図５

石州C, D, H工場､ 他産地Ｂ社の釉薬瓦の吸水率

図７(b)― 30 ―

塩害試験前の石州瓦の外観写真

塩害試験前の他産地の瓦の外観写真

江木・原田・中島：粘土瓦の耐凍害性と耐塩害性

図９(a)図８(a)

塩害試験後の石州瓦の外観写真

図９(b)

図８(b)

石州瓦の塩害試験終了後の食塩水の写真

他産地釉薬瓦の塩害試験終了後の食塩水の写真

μmの細孔量を求めた. 図10に石州瓦において３区分した

塩害試験後の他産地瓦の外観写真

細孔径毎の細孔量と10μm未満の総細孔量を示す. 図11に次に図７(b)と図８(b)の他産地瓦の試験前後の釉薬面他産地の瓦における同様の結果を示す.

を比較すると, 試験後の瓦の釉薬面には間隔が狭く緻密な

図１と図10, 11から吸水率が大きいほど総細孔量が増加貫入が認められ, 変色の程度も大きかった. 瓦の裏面の素することが分かる. 図10と11を比較すると, 他産地の瓦よ地に関しては, 塩害試験により素地の表面に剥離によるとりも全体的に吸水率が低い石州瓦は, 総細孔量が他産地の考えられる凹凸が観察された.

瓦よりも少ない. また石州瓦においては吸水率が4.5％を

図９(a), (b)にそれぞれ石州瓦､ 他産地の瓦の塩害試超えた試験体 (石州B, F) では0.25〜1.4μmの細孔は少験に使用した試験終了後の食塩水の写真を示す. 図９(a)なく1.4〜10μmの細孔は多い傾向がある. 他方, 他産地のの石州瓦の塩害試験に使用した食塩水には, 濁りや沈殿物吸水率が6％前後の試験体 (他産地A, B, C) では, 0.25が殆ど観察されなかった. また他の石州瓦についても同じ〜1.4μmの細孔と1.4〜10μmの細孔はほぼ同量となった.

結果が得られた.

塩村２) は坏土中の砂分が増加すると1.4μm以上の大孔径他方, 図９(b)の他産地瓦の塩害試験に使用した食塩水細孔量が増加し, シルト分が増加すると0.25μm〜1.4μmについては, 赤茶色の濁りが認められ瓦の裏面の素地からの中孔径細孔量が増加すると報告している. このことから剥離した沈殿物が多数観察された. 他の他産地の釉薬瓦も細孔の分布の違いは焼成温度の違いだけではなく, 坏土に同様の結果となった. 撥水処理が施してある他産地のいぶ含まれる粘土 (粒径が２μm以下), シルト (２〜74μm),し瓦は石州瓦と同様の結果を示し, もう一方のいぶし瓦は砂 (74μm以上) の配合比の違いに依ると考えられる.

表面の炭素膜が剥離したが, 素地の剥離は認められなかっ

図12に石州瓦と他産地瓦の総細孔量に対する0.25〜1.4た. これらの結果から, 石州瓦と他産地のいぶし瓦は, 他μmの細孔量を示す. この図から石州瓦の値は主にグラフ産地の釉薬瓦よりも塩害に強いことが明らかになった.の左下に分布し, 他産地の瓦は右上に分布していることが3.3分かる. Ravaglioli A.３) は, 大部分の細孔径が0.25〜1.4

細孔分布測定結果

図１に吸水率を示した８工場の石州瓦, 他産地の６社のμmの間にあれば, その物質は凍害破壊を受ける. 細孔径

瓦について細孔分布測定を行い, 累積細孔量と細孔サイズが1.4μm以上の細孔を有する物質は, 恒常的に繰り返し応の関係から細孔径が0.25μm未満, 0.25〜1.4μm, 1.4〜10力を受けると次第に劣化すると報告している. このことは― 31 ―

島根県産業技術センター研究報告

図10第48号(2012)

石州瓦の細孔量
図12

石州瓦, 他産地の瓦の総細孔量に対する0.25〜1.4μmの細孔量の関係●は石州瓦, ▲は他産地の釉薬瓦, ■は他産地のいぶし瓦を示す.

図11

他産地瓦の細孔量

図12の左下側での分布は耐凍害性が高く､ 右上側の分布は耐凍害性が低いことを意味している. 石州瓦と他産地の瓦

図13

石州瓦の坏土を３種類の温度条件で焼成した時の細孔量との耐凍害性の違いは, 細孔の孔径とその量によって説明できる事が明らかになった.
図13に石州瓦の原料用坏土から作製した板状試験体を３ない. また石州瓦の断面には, 1200℃近傍での焼成により種類の温度で焼成し, 細孔量を測定した結果を示す. この長石が溶融・発泡したと思われる組織が観察された. 他方,

図から, 焼成温度を高くすると総細孔量が減少し, それと他産地の瓦においては溶融・発泡が認められる組織が観察

共に0.25〜1.4μmの細孔と1.4〜10μmの細孔が減少していされない. これらの瓦のX線回折パターンにおいて, 石州る. 他方, Ravaglioli A.３)が水が浸入し難いとしている孔瓦には長石の回折ピークは認められず, 他産地の釉薬瓦で径が0.25μm未満の細孔は増加している. この結果から,は認められるという結果と一致している. この違いは他産凍害を引き起こす要因となる0.25〜1.4μmと1.4〜10μmの地の瓦の焼成温度が石州瓦と比較して低いこと, 長石の種細孔量を減らし, 石州瓦の特長である高い凍害性を維持す類が異なる等の要因が考えられる. これらの結果と吸水率,るためには1200℃近傍での熱処理を継続する必要があると細孔量とは相関があり, 石州瓦の高い耐凍害性や耐塩害性考えられる.

は, 高い温度の焼成により, 瓦素地が焼きしめられている

3.4

ことにより発現していると考えられる.

瓦素地の断面観察

図14に石州瓦と他産地の瓦の断面観察写真を示す. これ

3.5

まとめ

らの写真を比較すると, マトリックス中に存在する長さが石州瓦と他産地の瓦についてJIS規格で定められている

数十μm程度の細孔は他産地の瓦と比べて石州瓦の方が少

粘土瓦の吸水試験, 凍害試験, およびオーストラリア／ニュー― 32 ―

江木・原田・中島：粘土瓦の耐凍害性と耐塩害性
ジーランドの規格に準じた塩害試験, 更に凍害や塩害に対する耐久性を決める細孔量とその分布の測定を行った. 以下に得られた結果を示す.
１) 石州瓦の吸水率は他産地の瓦よりも低く, 特に吸水率が低い石州瓦は他産地の瓦と比較して−20℃および−50℃での凍結融解試験では３倍程度以上の耐久性を示した.
２) 塩害試験によって石州瓦と他産地の釉薬瓦の双方の釉薬面に貫入が生じ, 変色が認められたが, 貫入量と変色の程度には違いが有った. 他産地の瓦では試験に使用した食塩水に瓦素地から剥離した砂状の沈殿物が生じたが, 全ての石州瓦で砂状の沈殿物は認められなかった. このことか
ら石州瓦は他産地の瓦と比較して塩害に強いことが分かっ

図14(a)

石州Ｄ工場の釉薬瓦の素地の断面写真

図14(b)

他産地Ａ社の釉薬瓦の素地の断面写真

図14(c)

他産地Ｅ社の釉薬瓦の素地の断面写真

た.
３) 石州瓦は他産地の瓦よりも総細孔量が少なく, 更に耐凍害性や耐塩害性に影響を与える0.25〜1.4μｍの孔径の細孔が少ない. これは1200℃近傍での高温焼成により長石が溶融し, 瓦素地の焼結が促進されたためと考えられる.

謝

辞

試験体瓦の提供に関して, 石州瓦工業組合とその組合員である石州瓦製造メーカー各社からの御協力に謝意を表します.

文献

１) 永島晴夫. 石州瓦の耐凍害性と細孔分布との関係について.
島根県立工業技術センター研究報告. 1980, 17, p.62-68.
２) 塩村隆信. 石州瓦の耐寒性および細孔分布と坏土の粒度組成の相関. 島根県立工業技術センター研究報告. 1986, 23, p.1215.
３) Ravaglioli. A. Evaluation of the Frost Resistance ofPressed Ceramic Products Based on the Dimensional
Distribution of Pores. Transactions and Journal of theBritish Ceramic Society. 1976, 75, p.92-95.

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