JP2005145733A

JP2005145733A - 高靭性セメント成形体

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Publication number: JP2005145733A
Application number: JP2003382347A
Authority: JP
Inventors: Seiki Miyasoto; 清貴宮外; Hiroyuki Takashima; 博之高島; Hideaki Nishimatsu; 英明西松
Original assignee: Kurabo Industries Ltd; Kurashiki Spinning Co Ltd
Current assignee: Kurabo Industries Ltd; Kurashiki Spinning Co Ltd
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】防水性に優れた高靭性セメント成形体を提供すること。
【解決手段】伸び率が５０％以上である弾性保護層を表面に付与された高靭性セメント成形体。
【選択図】なし

Description

本発明は高靭性セメント成形体、特に弾性保護層を表面に付与されたものに関する。

近年、荷重に対して多重亀裂を生じて破壊する、いわゆる高靭性セメント成形体が知られている（特許文献１〜３）。高靭性セメント成形体においては、荷重が付与されて最初の亀裂が発生した後でも直ちに破断に至らず、配合された繊維によって亀裂に橋架けを生じさせて応力を分担させるため、多重亀裂が発生し、大きい変形と破断応力を呈する。
特開２０００−７３９５号公報特開２０００−２６４７０８号公報特開２００３−１２８４５２号公報

しかしながら、そのような高靭性セメント成形体においては、強度的に問題ないレベルを維持しても、複数の微細亀裂から透水が起こることにより問題が生じる可能性がある。例えば、パネル形状の高靭性セメント成形体を家屋用外壁の表面部材・化粧材として使用した場合、当該成形体は靭性が高いために、初期の亀裂が発生した状況においても、外壁の機械的耐久性や家の耐震性等は実用に耐えうるレベルに維持されているのであるが、初期亀裂が発生した部分からの透水が起こりうるため、外壁内部で建物躯体に使用される鉄骨、木材等に腐食が起こる可能性がある。

本発明は防水性に優れた高靭性セメント成形体を提供することを目的とする。

本発明は伸び率が５０％以上である弾性保護層を表面に付与された高靭性セメント成形体に関する。

本発明の高靭性セメント成形体は表面に所定の伸び率を発揮する弾性保護層を有するため、成形体に亀裂が発生しても、保護層が当該亀裂に追随して伸長し、亀裂を防ぐとともに、保護層上に、わずかに亀裂が生じた場合でも、その幅は非常に狭い。そのため、本発明の高靭性セメント成形体は透水を有効に防止でき、優れた防水性を有する。

本発明の高靭性セメント成形体が表面に付与される弾性保護層は伸び率が５０％以上、好ましくは伸び率９５％の樹脂層である。本発明の高靭性セメント成形体はそのような伸び率を達成する保護層を有するため、成形体に多重亀裂が発生しても当該保護層が亀裂に追随して伸長する。その結果、優れた防水性を発揮する。

例えば、本発明の高靭性セメント成形体は、ＪＩＳＫ７０５５に準拠した荷重破壊試験（４点曲げ試験：乾燥条件：６０℃×４８ｈｒ）において荷重方向の変位が２ｍｍになるまで荷重を付与したときに生じる多重亀裂に対して、２４時間後の透水量が５ｍｌ以下、好ましくは２ｍｌ以下という優れた防水性を発揮する。

透水量はＪＩＳＡ６９０９７．１３「透水試験Ｂ法」によって測定された値を用いている。

保護層の伸び率が小さ過ぎると、成形体に亀裂が生じたとき保護層が当該亀裂に追随して伸長できず、亀裂が発生し、さらに亀裂幅が広くなるため、透水を防止できない。例えば、上記透水量が５ｍｌを超えると実使用上において問題となる。

伸び率は試験前の試験体の長さに対する伸びの割合であり、詳しくはＪＩＳＡ６９０９の７．３１．３に規定する２０℃時の伸び試験と同様の手順によって測定された値を用いている。

保護層の厚さは、得られる保護層が上記伸び率を有する限り、特に制限されるものではないが、通常は、製造コストおよび製造容易性の観点から、０．０１〜４．０ｍｍ、特に０．２〜３．０ｍｍが好ましい。伸び率は保護層の厚さに大きく依存するため、厚さを制御することによって伸び率を調整可能である。例えば、保護層の厚さが上記範囲内で大きいほど伸び率は大きく、厚さが小さいほど伸び率は小さい。

保護層を構成する材料としては、得られる保護層が上記の伸び率と防水性とを達成できる程度の弾性と非水溶性とを有する樹脂であれば特に制限されない。そのような樹脂として、例えば、いわゆる微弾性塗料または弾性塗料として市販されている、弾性系のアクリル系樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、フッ素系樹脂等が有用である。なお、塗料機能は亀裂を目立たなくさせる意味、すなわち外観性を向上させる点からして非常に有用であるが、防水性能を維持する観点からは、塗料機能は必須ではなく、透明弾性保護層であっても差し支えない。

そのような塗料を用いて保護層を形成するに際しては、高靭性セメント成形体の表面に塗料を、所定の厚さが達成されるような塗布量で塗布し、乾燥すればよい。塗布方法は特に制限されず、例えば、ローラー塗布法、スプレー塗布法、ブラシ（刷毛）塗布法、真空塗装、電着塗装等が採用可能である。

保護層は２層以上の複層型であってもよい。その場合、複層型保護層全体の伸び率が前記範囲内であればよい。複層型保護層は上記のような塗布−乾燥の操作を繰り返すことによって形成すればよい。

本発明においては保護層を形成するに先だってシーラー層が形成されていてもよい。シーラー層は保護層とセメント成形体との接着を良好に維持するために設けられるものである。このため、シーラー層の構成材料はセメント成形体と保護層との接着性に依存する。セメント成形体において、例えば、保護層がアクリルシリコン系であれば、シーラーとしてエポキシ樹脂系を使用する等、それぞれの構成材料に応じて決定すればよい。

上記のような弾性保護層を表面に付与される高靭性セメント成形体は、曲げ荷重に対して多重亀裂を生じて破壊する破断機構を呈するものである。

本明細書中、「多重亀裂」とは次のことを意味する。応力が印加されてセメント成形体に最初の亀裂が入った段階で、その亀裂部に応力が集中して、通常のセメント成形体ではそのまま破断に至る。すなわち応力−歪曲線が直線となる弾性変形の段階で破断に至る。そのためエネルギー吸収能が低く脆性破壊を呈する。これに対して最初の亀裂が入ったのちも、直ちに成形体全体の破断に至らず、最初の亀裂に続いて複数の亀裂が発生する現象が存在する。これを多重亀裂という。多重亀裂が発生すると、応力が分散されるため、最初の亀裂発生後も増加する荷重に耐えて大きな歪に至るまで破壊せず、高いエネルギー吸収能と高い靭性を示す。

そのような高靭性セメント成形体は多重亀裂を生じて破壊する破断機構を呈するものであれば特に制限されないが、通常は、少なくとも水硬性セメント、繊維、シリカ質原料、パルプおよび水溶性セルロースからなる水硬性セメント組成物に必要量の水を配合および混練し、成形および養生して得られるものである。

「水硬性セメント」とは水との反応により硬化体を形成することのできるセメントをいう。本発明で使用する水硬性セメントは特に限定されず、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、アルミナセメント、シリカセメント、マグネシアセメント、硫酸塩セメント等をすべて含む。

本発明において水硬性セメント組成物に配合可能な繊維としては、得られる成形体への荷重付与時に亀裂に橋架けを生じて応力を分担させ得るものであり、例えば、ポリビニルアルコール繊維（ＰＶＡ繊維、ビニロン繊維）、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、炭素繊維等の有機繊維が挙げられる。成形体の靭性を有効に向上させる観点からは、ＰＶＡ繊維を使用することが好ましい。なお、ＰＶＡ繊維は硬化後の成形体における体積混入率が１〜１０％、好ましくは２〜７％となるように配合される。

ＰＶＡ繊維は、繊維長が３〜１５ｍｍ、特に６〜１２ｍｍ、繊維径が５〜２００μｍ、特に１０〜４０μｍ、アスペクト比が１５０〜１０００であるものを使用することがより好ましい。「アスペクト比」とは、繊維長を繊維断面の面積と同面積を有する相当円の直径で除した値である。

繊維の「体積混入率」とは以下の方法によって測定可能な含有割合をいう。セメント成形体を押出方向に対して直角方向に裁断し、その裁断面を走査電子顕微鏡を用いて、加速電圧２５ｋＶで反射電子像を観察した。セメント成形体中の体積混入率Ｖ_ｆは、顕微鏡の視野にある観察面における繊維の断面積の合計を、電子顕微鏡の視野の面積で除した値として求めた。体積混入率Ｖ_ｆは、試験片の裁断面中の異なる３つの視野について測定した値の平均値を採用した。

シリカ質原料としては、珪石粉、高炉スラグ、珪砂、フライアッシュ、珪藻土、シリカヒューム、非晶質シリカ等を使用することができる。好ましくは、成形体の強度向上および寸法安定性に寄与する点から、珪石粉、珪砂である。これらのシリカ質原料として好ましくは比表面積（ＪＩＳＲ５２０１に記載の方法による）が３０００〜１５０００ｃｍ^２／ｇのものを使用する。シリカ質原料は水硬性セメント１００重量部に対して４０〜１００重量部、好ましくは５０〜８０重量部の割合で配合される。

本発明で配合されるパルプは、綿パルプまたは木材パルプ等の天然パルプが好ましい。天然パルプであれば特に限定されず、バージンパルプのみならず古紙からの再生パルプも使用できる。また木材パルプの場合、木材の組織からリグニンを化学的に取り除いた化学パルプ、木材を機械的に処理した機械パルプのいずれも使用できる。パルプは繊維長が０.０５〜１０ｍｍのものが好ましい。パルプは水硬性セメント１００重量部に対して０．５〜５０重量部、好ましくは１〜１５重量部の割合で配合される。

本発明で配合される水溶性セルロースとしては、メチルセルロース、エチルセルロース等のアルキルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエシルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシアルキルアルキルセルロース、カルボキシメチルセルロース等を例示することができる。水溶性セルロースは水硬性セメント組成物を混練、押出成形する場合に、混練物に粘性を付与し、成形性を向上させるものである。水溶性セルロースは水硬性セメント１００重量部に対して０.１〜１０重量部、好ましくは１〜７重量部の割合で配合される。

水硬性セメント組成物には更に鉱物繊維および軽量骨材が配合されてもよい。
鉱物繊維としては、セピオライト、ウォラストナイト、タルク、アタパルジャイト、ロックウール等を例示することができる。鉱物繊維は水硬性セメント１００重量部に対して０〜４０重量部、好ましくは３〜２５重量部の割合で配合される。

軽量骨材としては、火山れきなどの天然軽量骨材、焼成フライアッシュなどの人工軽量骨材、真珠岩パーライト、黒曜石パーライト、バーミキュライトなどの超軽量骨材、膨張スラグなどの副産物軽量骨材を使用することができる。好ましくは、比重を０.０６〜０.５に設定できる真珠岩パーライト、黒曜石パーライト、バーミキュライトである。例えば、特許第３０４０１４４号の特許公報に記載されているようなパーライトが例示できる。

水硬性セメント組成物には、上記以外の添加剤として、必要に応じて、マイカ、アルミナ、炭酸カルシウム等のシリカ以外の無機質材料、減水剤、界面活性剤、増粘剤等を配合することもできる。

以上のような水硬性セメント組成物を用いて高靭性セメント成形体を製造する際の成形条件および養生条件等は、従来からセメント成形体の製造条件として採用されている条件を採用する限り、特に限定されるものではないが、特に、成形条件については押出成形を行うことが好ましい。押出成形することにより、一般により緻密な硬化体が得られ、更に繊維が押出方向により支配的に配向するため、押出方向に対する引張応力、または押出方向に直角な方向からの曲げ応力に対して繊維の架橋作用による補強効果をより効果的に発揮することができる。このようにして得られる高靭性セメント成形体は比重０.８〜２．０の軽量の硬化体である。比重０．８〜２．０であることにより家屋用外壁の表面部材・化粧材として使用するうえで好ましい成形体となる。

実施例１
（１）高靭性セメント成形体の製造
普通ポルトランドセメント１００重量部に、長さ６ｍｍ、繊維径４０μｍ（アスペクト比１５０）のＰＶＡ短繊維（クラレ社製、商品名「クラレビニロンＲＫＷ１５０２」）５.１重量部、珪石粉（比表面積４０００ｃｍ^２／ｇ）６３.５重量部、パルプ（広葉樹系パルプ）５重量部、セピオライト５重量部およびメチルセルロース（信越化学工業社製）６重量部を加えて、ミキサーにより３分間粉体混合した。粉体混合を続けながらこれに水５０重量部を少しずつ加えつつ２分間混合したのちニーダーに移して３分間混練してセメントペーストを練り上げた。得られたセメントペーストをシリンダー式真空押出成形機から金型を通して押出成形した。金型の吐出口寸法は幅８０ｍｍ、高さ１５ｍｍの長方形のものを用いた。金型から吐出された成形体はトレーに受けた。成形体はトレーごとプラスチックフィルムで包み、恒温恒湿器中で蒸気養生して高靭性セメント成形体（比重１．７）を得た。蒸気養生は、湿度９８％の条件下で、７０℃で５時間保持した。

（２）保護層の形成
得られた高靭性セメント成形体（幅８０ｍｍ×厚さ１５ｍｍ×長さ２５０ｍｍ）を、前処理として６０℃×４８時間の条件にて気乾乾燥した。成形体における幅８０ｍｍ×長さ２５０ｍｍの片面にシーラー「シルビアＷＥプライマー」（日本特殊塗料社製）を０．１ｋｇ／ｍ^２の塗布量にて塗布し、２４時間自然乾燥し、シーラー層を形成した。その後、その上に弾性塗料「シルビアサーフ」（日本特殊塗料社製）を塗布量０．６ｋｇ／ｍ^２にてローラー塗布し、４８時間自然乾燥を行い、伸び率９７％の保護層によって保護された高靭性セメント成形体を得た。

実施例２
「シルビアサーフ」を塗布量０．３５ｋｇ／ｍ^２にてローラー塗布したこと以外、実施例１と同様の方法で、伸び率５０％の保護層によって保護された高靭性セメント成形体を得た。
実施例３
「シルビアサーフ」を塗布量０．４５ｋｇ／ｍ^２にてローラー塗布したこと以外、実施例１と同様の方法で、伸び率７５％の保護層によって保護された高靭性セメント成形体を得た。

実施例４
以下の方法に従って保護層を形成したこと以外、実施例１と同様の方法で、保護層によって保護された高靭性セメント成形体を得た。
シーラー層の上に弾性塗料「シルビアサーフ」（日本特殊塗料社製）を塗布量０．６ｋｇ／ｍ^２にてローラー塗布し、４８時間自然乾燥を行った後、さらにその上に「シルビアＷＵ−２００」（日本特殊塗料社製）を塗布量０．２５ｋｇ／ｍ^２にてローラー塗布し、４８時間自然乾燥を行い、伸び率１２０％の保護層を形成した。

比較例１
以下の方法に従って保護層を形成したこと以外、実施例１と同様の方法で、保護層によって保護された高靭性セメント成形体を得た。
エポキシ系シーラー層の上に硬質塗料「アクア」（日本油脂社製）を塗布量０．１ｋｇ／ｍ^２にてハケ塗りし、４８時間自然乾燥を行い、伸び率２０％の保護層を形成した。

比較例２
実施例１で得られた高靭性セメント成形体をそのまま用いた。

比較例３
以下の方法に従って製造されたセメント成形体を使用したこと以外、実施例４と同様の方法で、伸び率１２０％の保護層によって保護されたセメント成形体を得た。
普通ポルトランドセメント１００重量部に、パルプ１５重量部、水溶性セルロース３重量部を加え、さらにシリカ質原料７０重量部、軽量骨材５０重量部、鉱物質原料５重量部、ポリプロピレン繊維２重量部、無機質原料３０重量部を配合した。こうして調製した水硬性セメント組成物をミキサーにより３分間粉体混合し、混合を続けながらこれに水１２０重量部を少しずつ加えつつ２分間混合した。これをニーダーに移して３分間混練してセメントペーストを練り上げた。得られたセメントペーストをスクリュー式真空押出成形機から金型を通して押出成形した。金型の吐出口寸法は、幅８０ｍｍ、高さ１５ｍｍであった。金型から吐出された成形体はトレーに受けた。成形体はトレーごと恒湿器中で蒸気養生してセメント成形体（比重１．１７）を得た。蒸気養生は、湿度９８％の条件下で７０℃５時間保持した。なお得られた成形体は、曲げ試験において単一亀裂で破断する性質のものであった。

（透水量）
上記幅８０ｍｍ、厚さ１５ｍｍ、長さ２５０ｍｍの実施例品および比較例品を、スパンが長さ方向で１８０ｍｍの４点曲げ試験において、上記成形体における保護層の非形成面側より、荷重方向の変位が２．０ｍｍになるまで曲げ荷重を付与した。その後、図１に示すように、成形体の保護層１形成面の概略中央部に、メスピペット付き漏斗３（開口径７５ｍｍ）を載置した。なお、亀裂が見られる場合は、亀裂の上を円筒状部材（漏斗開口部）が重なるように載置した。そのように載置されたメスピペット付き漏斗３の中に、水４を高さ２５０ｍｍまで入れ、経時的な水の減量を目盛から算出した。図１は透水量の測定方法を説明するための概念図である。
以上により得られた実施例および比較例の透水量の測定結果を表１に示す。また、測定結果に基づいてグラフを作成した（図２）。

透水量の測定方法を説明するための概念図である。実施例および比較例の測定結果に基づくグラフである。

符号の説明

１；保護層、２；セメント成形体、３；メスピペット付き漏斗、４；水。

Claims

伸び率が５０％以上である弾性保護層を表面に付与された、高靭性セメント成形体。
曲げ荷重に対して多重亀裂を生じて破壊する破断機構を呈することを特徴とする請求項１に記載の高靭性セメント成形体。
弾性保護層の伸び率が９５％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高靭性セメント成形体。