JP2002179476A - 耐凍害性軽量断熱建材 - Google Patents

耐凍害性軽量断熱建材

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JP2002179476A
JP2002179476A JP2000374671A JP2000374671A JP2002179476A JP 2002179476 A JP2002179476 A JP 2002179476A JP 2000374671 A JP2000374671 A JP 2000374671A JP 2000374671 A JP2000374671 A JP 2000374671A JP 2002179476 A JP2002179476 A JP 2002179476A
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Noriyasu Akaishi
典康 赤石
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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    • C03C11/007Foam glass, e.g. obtained by incorporating a blowing agent and heating
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐凍害性に著しく優れかつ安価な軽量断熱建
材を提供する。 【解決手段】 ガラス粉、発泡剤、結晶化防止剤及び凍
害防止剤を含む原料混合物を成型し、得られた成型体を
焼成により発泡させてなる耐凍害性軽量断熱建材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は耐凍害性軽量断熱建
材に係り、特に耐凍害性に優れ、しかも容易かつ安価に
製造することができる耐凍害性軽量断熱建材に関する。
【0002】
【従来の技術】泡ガラスは、その多孔質により、断熱
性、吸音性等を有することから、住宅の内、外装材や壁
材等としての用途がある。
【0003】従来、泡ガラスとしては、次のようなもの
が提案されている。 ソーダ石灰ガラス等のガラス粉末に、発泡剤として
ドロマイト(MgCO・CaCO)粉末を1.5〜
9.5重量%配合し、700〜780℃で、少なくとも
1時間加熱して得た、嵩密度が0.20〜0.34g/
cmの泡ガラス(特公昭61−2618号公報)。 発泡層(嵩密度0.3〜0.6)、中間層(嵩密度
1.0〜1.7)及び緻密ガラス層の表層からなる積層
泡ガラス。各層の材料を積層成型して、そのまま加圧下
に一体焼成して製造される(特公平6−99160号公
報)。 予め発泡させたガラス発泡粒のまわりを粘土及びガ
ラスからなるコーティング材で被覆した後、加圧乾式成
型し、800〜1100℃と比較的高温で焼成した泡ガ
ラス(特開平11−79866号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の泡ガラスの
うち、,の泡ガラスでは、吸水率が高いために耐凍
害性に劣るという問題がある。即ち、,の泡ガラス
では、泡壁ガラスの薄い部分又はガラス相と結晶相の界
面部分が水によって溶解され、それらの小孔を通じて水
が内部に入り易いためか、または、焼成時にすでに泡壁
ガラスに小孔があいており、吸水初期には、泡のガス又
は空気と水との置換が十分でないために見掛上低吸水率
ではあるが、最終的な吸水率は高い。例えば、,の
泡ガラスでは、常態での吸水率は5〜15重量%と比較
的低い値であるが、煮沸吸水率や長時間吸水させた場合
の吸水率は50〜100重量%と非常に高い。このた
め、吸水した水の凍結融解の繰り返しにより、破壊に至
るものと考えられる。
【0005】また、の泡ガラスは耐凍害性の改良を目
的とするものではあるが、ガラス発泡粒に対するコーテ
ィング材の量が30〜80重量%と比較的多く、しかも
焼成温度も800〜1100℃と高い上に、ガラスの発
泡粒を作成した後、再度成形、焼成するなど工数も多い
ことから高コストとなるという欠点がある。
【0006】本発明は上記従来の問題点を解決し、耐凍
害性に優れ、低コストに製造可能な耐凍害性軽量断熱建
材を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の耐凍害性軽量断
熱建材は、ガラス粉、発泡剤、結晶化防止剤及び凍害防
止剤を含む原料混合物を成型し、得られた成型体を焼成
により発泡させてなることを特徴とする。
【0008】本発明に従って、結晶化防止剤と凍害防止
剤とを併用することにより、特に凍害防止剤を用いるこ
とで、耐凍害性に優れた泡ガラスよりなる軽量断熱建材
を製造することができる。
【0009】本発明に係る泡ガラスにおいて、優れた耐
凍害性が発現される作用機構の詳細は明らかではない
が、次のように推定される。
【0010】即ち、従来の泡ガラスでは、独立気泡とい
うことで、常態吸水率数%は、表面の付着水であると判
断し、吸水しないから凍害性は十分であるとみなされて
いたが、実際には、長期にわたって少しづつ吸水し、凍
害によるクラックが起こる。
【0011】これは、従来の泡ガラスでは、泡を構成す
る壁のガラス体の薄い部分、又はガラス相と結晶相との
界面部分とが水によって溶解され、それらの小孔を通じ
て水が入ったり、焼成時にすでに泡部に小孔があいてお
り、吸水初期には泡のガス又は空気の水との置換が十分
でなく水が浸透しないために見掛上低吸水率になってい
るだけであり、実際の吸水率は高いものと考えられる。
【0012】これに対して、本発明では、凍害防止剤を
用いることで、常態吸水率のみならず、煮沸吸水率や長
期の吸水性を低く抑え、且つ、強度的に高強度にしたこ
とにより、これらの問題点を解決する。
【0013】本発明において、結晶化防止剤としては、
水ガラス、硅酸ソーダ、硼酸、硼砂及びボウ硝よりなる
群から選ばれる1種又は2種以上を用いることができ、
凍害防止剤としては硅酸カルシウム系材料、より具体的
には、軽量気泡コンクリート、モルタル、コンクリー
ト、セメント、硅酸カルシウム板、石綿セメント板、ウ
ォラストナイト及び石綿よりなる群から選ばれる1種又
は2種以上を用いることができる。
【0014】特に、凍害防止剤として、硅酸カルシウム
系建築廃材を用いた場合には、廃棄物の有効利用を図る
ことができ、好ましい。
【0015】また、発泡剤としては、炭酸塩及び/又は
金属アルミニウムを用いることができる。
【0016】本発明において、原料混合物中の結晶化防
止剤の含有量は硅酸ソーダ換算で1〜10重量%、凍害
防止剤の含有量は0.5〜30重量%とするのが好まし
い。
【0017】また、原料混合物中の発泡剤は、0.3〜
10重量%の炭酸塩及び/又は0.1〜5重量%の金属
アルミニウムとするのが好ましい。
【0018】本発明の耐凍害性軽量断熱建材は、原料混
合物の成型体を700〜800℃という比較的低い温度
で焼成することにより製造することができる。
【0019】本発明において、ガラス粉として廃ガラス
を用いた場合には、より一層の廃棄物の有効再利用が図
れ、好ましい。
【0020】また、本発明では、結晶化防止剤及び凍害
防止剤の配合量を低温発泡が可能な範囲とすることがで
き、従来の泡ガラスのような高温焼成の必要がなく、低
温で焼成することができるため、金型や焼成炉に特別な
設備を必要とすることなく低コストで焼成することがで
きる。また、予め発泡粒を製造するための発泡焼成を行
う必要もなく、一体成型及び焼成という少ない工程数で
安価に製造することが可能である。
【0021】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を詳細
に説明する。
【0022】本発明の耐凍害性軽量断熱建材は、ガラス
粉、発泡剤、結晶化防止剤及び凍害防止剤を含む原料混
合物を成型し、得られた成型体を焼成により発泡して得
られるものである。
【0023】ガラス原料としては、板ガラス、ビンガラ
ス等のソーダ石灰系ガラスを用いることができ、このガ
ラス原料は、板ガラス工場やガラス加工工場から排出さ
れる板ガラス、ビンガラスの廃材を粉砕して得られるガ
ラスカレットや建築廃材の廃ガラス等を用いるのが、廃
棄物のリサイクル性の点で好ましい。
【0024】発泡剤としては、ドロマイト(MgCO
・CaCO)、炭酸カルシウム、石灰石粉(CaCO
)等の炭酸塩、好ましくはドロマイトや金属アルミニ
ウム等を用いることができる。
【0025】本発明において、炭酸塩及び/又は金属ア
ルミニウムの原料混合物中の配合量は、次のような範囲
とするのが好ましい。 炭酸塩のみを用いる場合:0.3〜10重量%、より好
ましくは0.5〜6重量% 金属アルミニウムのみを用いる場合:0.1〜5重量
%、より好ましくは0.3〜1.5重量% 炭酸塩と金属アルミニウムとを併用する場合:炭酸塩を
0.5〜5重量%、金属アルミニウムを0.3〜1.0
重量%で、合計で1.0〜5重量%、より好ましくは合
計で2〜4重量%
【0026】発泡剤としての炭酸塩の割合が上記範囲よ
りも多いと、炭酸塩の分解生成物である酸化カルシウム
(CaO)や酸化マグネシウム(MgO)がガラスを結
晶化させ、ガラスの軟化点を高くして発泡を抑制し、十
分な嵩比重の泡ガラスを得ることができない。また、炭
酸塩の割合が上記範囲よりも少ないと炭酸塩から発生す
る炭酸ガス量が不足して、発泡が不十分となって、十分
な気孔率で嵩比重の小さい泡ガラスを製造することがで
きない。また、金属アルミニウムの割合が上記範囲より
も多いと、得られる泡ガラスが発泡過剰で連続気泡とな
って吸水率を高め、耐凍害性が低下し、逆に、上記範囲
よりも少ないと、発泡が不十分で十分な気泡率で嵩比重
の小さい泡ガラスを製造することができない。
【0027】発泡剤として金属アルミニウムのみを用い
た場合には、得られる泡ガラスが黒色を呈し、見掛上の
美観が損なわれる場合があるが、金属アルミニウムと共
にドロマイト等の炭酸塩を併用した場合には、金属アル
ミニウムによる黒色が淡色化され、美観を向上させるこ
とができる。
【0028】結晶化防止剤としては、水ガラス、硅酸ソ
ーダ、硼酸、硼砂及びボウ硝よりなる群から選ばれる1
種又は2種以上を用いることができ、原料混合物中の結
晶化防止剤の割合は、硅酸ソーダ換算で1〜10重量%
特に3〜7重量%とするのが好ましい。結晶化防止剤の
割合が上記範囲よりも少ないと、結晶化防止剤によるガ
ラスの結晶化防止効果が十分でなく、発泡が抑制されて
しまう。また、結晶化防止剤の割合が上記範囲よりも多
いとガラスの軟化点を過剰に低くし、過発泡となって、
得られる泡ガラスの強度が低くなり耐凍害性が低下す
る。
【0029】また、凍害防止剤としては、硅酸カルシウ
ム系材料、具体的には、軽量気泡コンクリート、モルタ
ル、コンクリート、セメント、硅酸カルシウム板、石綿
セメント板、ウォラストナイト及び石綿よりなる群から
選ばれる1種又は2種以上を用いることができる。特
に、凍害防止剤として、硅酸カルシウム系建築廃材を用
いた場合には、廃棄物の有効利用を図ることができ好ま
しい。
【0030】このような凍害防止剤の原料混合物中の割
合は0.5〜30重量%、特に3〜12重量%であるこ
とが好ましい。
【0031】凍害防止剤の割合が上記範囲よりも少ない
と十分な凍害防止効果を得ることができず、多いとガラ
スを結晶化させ、ガラスの軟化点を高くして発泡を抑制
したり、過剰な凍害防止剤を通して吸水が起こることに
より凍害を招いたりするため、好ましくない。
【0032】なお、本発明で用いる原料混合物中には、
建築廃材等に由来する土砂、木、紙、プラスチック、金
属等の夾雑物が10重量%以下の範囲で原料混合物中に
混入していても良い。
【0033】本発明の耐凍害性軽量断熱建材の泡ガラス
は例えば次のようにして製造される。
【0034】まず、ガラスカレットと発泡剤及び結晶化
防止剤を混合粉砕する。この粉砕機としては、ボールミ
ル又は振動ミルを用いることができる。この粉砕粒度は
細かい程、均一分散性に優れ、得られる泡ガラスの気泡
が独立気泡となって吸水率も低下することから望まし
い。従って、粉砕後の粒径は、87μm以下、好ましく
は43μm以下でしかも10μm以下のものが30%以
上であるような粒度であることが望ましい。これよりも
粒度が粗いと得られる泡ガラスの気泡が連続気泡となっ
て好ましくない。
【0035】次に別途粉砕して粉末状とした凍害防止剤
を混合する。この凍害防止剤の粒径は上記混合粉砕物よ
りも若干粗くてよく、10〜43μmのものが50%以
上あれば良い。
【0036】凍害防止剤は、その粒度が過度に細かい
と、ガラスとの反応で結晶化を生じやすく発泡不良とな
り、また、多少発泡しても、結晶化ガラス部分以外の、
結晶(ウォラストナイトCaO・SiO)化によって
シリカ(SiO)成分が少なくなったガラス部分、す
なわち軟化点の低下したガラスが水に溶けて小孔を生じ
吸水しやすくなる。硅カル材等の凍害防止剤が過剰に微
粉砕されるのを防止するため、廃ガラスと一緒に最初か
ら共粉砕せずに後混合するのは、この理由による。ま
た、粒度が過度に粗いと混和材自体からの吸水によって
凍害を招く。
【0037】このようにして、ガラスカレット、発泡
剤、結晶化防止剤及び凍害防止剤を所定の割合で混合し
て得られた原料粉末を金型内に充填し、焼成発泡させ
る。この際、原料粉が微粉であるために、炉内での搬送
や焼成途中の焼結時(発泡温度より低い650℃付近で
一旦焼結収縮を生じる)にクラックを生じる恐れがあ
る。このため、原料粉末に水を加えて(硅酸ソーダを使
わない場合は水ガラス)造粒する。造粒粒度は、充填時
に最密充填になるように0.3mm〜2mmのものが7
0%以上にすると、発泡体の嵩密度は低くなると共に吸
水性を抑えることができ、好ましい。特に粗粒が多いと
充填時の空隙が大きくなり、発泡後もこの空隙が残留
し、洞窟状の連続気泡が生じて吸水率を上げてしまうの
で、好ましくない。また、同じ理由で充填後プレス成型
することも望ましい方法である。成型は、メッシュベル
ト上で行い、金型は炉外で外すか、炉内挿入のいずれで
も良い。メッシュベルトは予め、微粉アルミナ、粘土、
ベントナイト及びマイカの2種以上のもので網目を閉
じ、離型剤とするのが好ましい。
【0038】成型体の焼成は、700〜800℃、好ま
しくは710〜770℃と、通常の泡ガラスと同様の比
較的低温で行うことができるため、焼成炉も通常のメッ
シュベルトキルンの使用が可能である。発泡時間は通常
10〜60分で好ましくは15〜30分である。焼成温
度及び時間とも上記範囲より少ないと発泡が十分でな
く、得られる泡ガラスの嵩密度も高くなる。上記範囲を
超えると過剰発泡となり連続気泡となって吸水率の上昇
を招く。
【0039】このようにして製造される本発明の泡ガラ
スは、軽量断熱建材等の用途の面から、嵩比重0.2〜
0.8であることが望ましい。
【0040】なお、本発明の耐凍害性軽量断熱建材は、
上記原料を発泡させた泡ガラス層のみで構成されるもの
であっても良く、表面や裏面、側面に、発泡剤が混合さ
れていないガラス原料により緻密ガラス層を設けて意匠
性、耐水性等を高めたものであっても良い。また、本発
明に係る泡ガラス層と夾雑物を含有する廃ガラスよりな
る泡ガラス層との積層構造としても良く、更にこの積層
泡ガラスの表面や裏面、側面に緻密ガラス層を形成した
ものであっても良い。
【0041】
【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明する。
【0042】なお、実施例及び比較例において用いた原
材料は次の通りである。 <ガラス> FL:フロート板ガラスの廃材 BN:ビンガラスの廃材 <発泡剤> D:ドロマイト A:金属アルミニウム <結晶化防止剤> N:硅酸ソーダ粉末(3号)NaO・3SiO W:水ガラス(3号) B:無水硼砂Na <凍害防止剤> L:ALC粉末 M:モルタル板粉末 K:硅酸カルシウム板粉末 S:石綿粉末
【0043】実施例1〜25、比較例1〜5 表1,2に示す原料配合で泡ガラスの製造を行った。
【0044】ガラス、発泡剤及び結晶化防止剤を粒径1
〜10μmのものが30%以上となるように混合粉砕
し、次いで粒径10〜43μmのものが50%以上とな
るように予め粉砕しておいた凍害防止剤を混合した。こ
の混合物に水23重量%を加えて、パン型造粒機にて
0.3〜2mm径のものが70%以上になるように造粒
した。ただし、水ガラス配合のものは粉砕混合時には添
加せずに、次工程の造粒時に水の代りに水ガラスを添加
して同様に造粒した。造粒後、18時間密封状態で静置
(ネカシ)した後、50℃で24時間乾燥した。
【0045】得られた原料粒を次のようにして成型した
後焼成した。
【0046】まず、原料粒を金型で囲われたムライトコ
ージェライト製の8mm棚板上に充填した。棚板上に
は、予め微粉アルミナとマイカからなるスラリーを塗布
乾燥させたメッシュベルト1100×1400mmを下
敷として配置した。
【0047】充填された原料粒を上から0.2kg/c
程度の圧力でプレス成型し、充填むらや空隙がない
ようにした。金型は成型後脱型した。
【0048】焼成は大型の電気炉(カンタル炉)にて行
い、昇温速度7.5℃/min、最高温度750℃(凍
害防止剤末混合の場合は730℃)で30分保持した。
その後の冷却速度は1℃/minとした。最高温度は予
備実験から、それぞれの配合で嵩比重と吸水率が最も適
切となる温度条件を選定した。
【0049】焼成により得られた焼結体の密度を測定
し、結果を表1,2に示した。密度の点では、結晶化防
止剤及び凍害防止剤を含まない比較例1,3及び凍害防
止剤を含まない比較例4は嵩密度が低く、見掛上良好な
発泡体であった。また、凍害防止剤のみで結晶化防止剤
を含まない比較例2,5は殆ど発泡せず、焼結状態のま
まであった。
【0050】次いで得られた焼成体を切断した後表裏研
削を行い、評価のための試験体を得、下記の方法で曲げ
強度、常態吸水率、煮沸吸水率、凍結融解性(耐凍害
性)を調べ、結果を表1,2に示した。 <曲げ強度>島津社製オートグラフを用い、荷重速度
(クロスヘッドスピード)2mm/minで行った。 <常態吸水率>水深300mmのところに試験体を48
時間浸漬して重量変化を測定した。 <煮沸吸水率>冷水から試験体を浸漬し、沸騰後3時間
経過した後1晩冷却してから重量変化を測定した。 <凍結融解性>マルイ社製凍結融解試験機を用いJIS
A 5422に準拠して行った。条件は、試験体寸法
100×200mmで、−20℃気中凍結、+20℃水
中融解を3時間で1サイクルとした。時々観察し、破壊
に至るまでのサイクル数を記録し、600サイクルで中
止した。評価は300サイクル以上を良(○)とし、2
50〜300サイクルを実用可(△)、250サイクル
未満を不良(×)とした。
【0051】
【表1】
【0052】
【表2】
【0053】表1,2より次のことが明らかである。
【0054】結晶化防止剤と凍害防止剤とを共に添加し
た本発明品では、これらを添加しないものに比べて、嵩
密度は若干劣るものの曲げ強度は、無添加の場合の密度
−曲げ強度の比例式よりも上まわって著しい高強度を示
す。
【0055】また、常態吸水率はいずれも同レベルであ
るが、煮沸吸水率は極端に差があり、結晶化防止剤及び
凍害防止剤無添加のものは100%以上であるのに対
し、本発明品であれば50%以下に抑えられ、良好な凍
結融解性を得ることができた。
【0056】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、耐
凍害性に著しく優れかつ安価な軽量断熱建材が提供され
る。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス粉、発泡剤、結晶化防止剤及び凍
    害防止剤を含む原料混合物を成型し、得られた成型体を
    焼成により発泡させてなる耐凍害性軽量断熱建材。
  2. 【請求項2】 請求項1において、該結晶化防止剤が、
    水ガラス、硅酸ソーダ、硼酸、硼砂及びボウ硝よりなる
    群から選ばれる1種又は2種以上であり、該凍害防止剤
    が硅酸カルシウム系材料であることを特徴とする耐凍害
    性軽量断熱建材。
  3. 【請求項3】 請求項2において、該凍害防止剤が硅酸
    カルシウム系建築廃材であることを特徴とする耐凍害性
    軽量断熱建材。
  4. 【請求項4】 請求項2又は3において、該凍害防止剤
    が軽量気泡コンクリート、モルタル、コンクリート、セ
    メント、硅酸カルシウム板、石綿セメント板、ウォラス
    トナイト及び石綿よりなる群から選ばれる1種又は2種
    以上であることを特徴とする耐凍害性軽量断熱建材。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれか1項におい
    て、発泡剤が炭酸塩及び/又は金属アルミニウムである
    ことを特徴とする耐凍害性軽量断熱建材。
  6. 【請求項6】 請求項1ないし5のいずれか1項におい
    て、原料混合物中の結晶化防止剤の含有量が硅酸ソーダ
    換算で1〜10重量%であり、凍害防止剤の含有量が
    0.5〜30重量%であることを特徴とする耐凍害性軽
    量断熱建材。
  7. 【請求項7】 請求項5又は6において、原料混合物中
    の発泡剤の含有量が0.3〜10重量%の炭酸塩及び/
    又は0.1〜5重量%の金属アルミニウムであることを
    特徴とする耐凍害性軽量断熱建材。
  8. 【請求項8】 請求項1ないし7のいずれか1項におい
    て、焼成温度が700〜800℃であることを特徴とす
    る耐凍害性軽量断熱建材。
JP2000374671A 2000-12-08 2000-12-08 耐凍害性軽量断熱建材 Pending JP2002179476A (ja)

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