JP2007063091A

JP2007063091A - 軽量気泡コンクリートの製造方法

Info

Publication number: JP2007063091A
Application number: JP2005253323A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Matsushita; 文明松下; Koichi Imazawa; 公一今澤
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Siporex KK
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Siporex KK
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2007-03-15

Abstract

【課題】珪酸質原料として、明礬石を含むような特殊な珪石を使用しなくても、強度などの諸物性に優れた軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）を製造できる方法を提供する。
【解決手段】ＡＬＣを製造する方法において、珪酸質原料として、ＳｉＯ_２が９７〜９９.５重量％で且つＡｌ_２Ｏ_３が０.２〜１.２重量％である化学組成を有する珪石か、若しくはＳｉＯ_２が９０〜９５重量％で且つＡｌ_２Ｏ_３が１.８〜３.５重量％である化学組成を有する珪石を使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築物の壁、屋根、床などに使用される軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）の製造方法に関する。

ＡＬＣの製造においては、生石灰、セメント及び珪石からなる各主原料と、石膏や繰り返し原料（オートクレーブ前の切断屑並びにＡＬＣ廃材）などの副原料とを、水と混合撹拌して、得られた原料スラリーにアルミニウム粉末などの発泡剤を加え、補強鉄筋を配した型枠内に流し込んで発泡させる。更に、所定時間を経てケーキ状半硬化体となった後、ピアノ線で所定寸法に切断し、オートクレーブにより高温高圧での水蒸気養生を行って製造される。

このようにして製造されたＡＬＣは、内部に気泡と細孔を含むため絶乾かさ比重が０.５程度と非常に軽量でありながら、高い耐火性及び断熱性を備え、強度も比較的高いという優れた特性を持っている。そのため、ＡＬＣは建築材料として広く使用され、例えば、仕様に沿った各種寸法に切断され、場合によっては様々な加工や仕上げを行うことによって、壁、屋根、床などの用途に応じたパネルなどのＡＬＣ建築材料製品とされる。

ＡＬＣの強度物性を発現させているのが、オートクレーブによる高温高圧水蒸気養生で生成するトバモライトである。トバモライトは、高温高圧水蒸気養生の過程において、セメントと生石灰の水和で生成した低結晶性の珪酸カルシウム水和物（ＣＳＨ）が、水蒸気養生中に珪石から供給される珪酸成分と反応して結晶化したものである。一般に、トバモライトの生成過程であるオートクレーブでの高温高圧水蒸気養生では、珪石の溶解が反応を律速することが広く知られている。従って、珪酸質原料として使用する珪石の粒度、単結晶サイズ、純度、不純物の種類と含有量などが、ＡＬＣの物性に大きな影響を及ぼす。

そこで従来から、珪酸質原料として種々の珪石の使用が検討されている。例えば、アルミニウム鉱物である明礬石を含んだ珪石を使用するＡＬＣの製造方法が提案され、その珪石中の明礬石の含有量として、特公平０４−３５７１８２号公報には３.５〜８重量％、特公平５−００４８８０号公報には３.５〜１５重量％、特公平０７−２６７７５４号公報には３.５〜１０重量％、及び特公平０７−２６７７５９号公報には１〜４重量％などとする方法が記載されている。

しかし、上記したいずれの方法においても、珪酸質原料として、アルミニウム鉱物である明礬石ＫＡｌ_３(ＳＯ_４)_２(ＯＨ)_６を含んだ特殊な珪石を使用しなければならない。そのため、このような特殊な珪石を用いることなく、オートクレーブによる高温高圧水蒸気養生過程でのトバモライトの生成を促進して、特に強度物性に優れたＡＬＣを製造することが望まれている。

特公平０４−３５７１８２号公報特公平０５−００４８８０号公報特公平０７−２６７７５４号公報特公平０７−２６７７５９号公報

本発明は、このような従来の事情に鑑み、珪酸質原料として、明礬石を含むような特殊な珪石を使用しなくても、強度などの諸物性に優れたＡＬＣを製造できる方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明が提供する軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）の製造方法は、珪酸質原料として、ＳｉＯ_２が９７〜９９.５重量％で且つＡｌ_２Ｏ_３が０.２〜１.２重量％であるか、若しくはＳｉＯ_２が９０〜９５重量％で且つＡｌ_２Ｏ_３が１.８〜３.５重量％である化学組成を有する珪石を用いることを特徴とするものである。

本発明によれば、珪酸質原料として用いる珪石中のＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３の組成を測定して選択制御するだけで、強度などの諸物性に優れたＡＬＣを簡単に製造することができる。従って、本発明のＡＬＣを建築用パネルなどとして用いることによって、近年の特殊な工法に対応でき、例えばＡＬＣパネルを強い力で把持してクレーンなどで吊り上げたり、ＡＬＣパネルを小型の取付金具を用いて建築物に施行したりすることが可能になる。

ＡＬＣは内部に気泡と細孔を含むため非常に軽量でありながら、強度も比較的高いという優れた性質を持っている。この強度を発現させているのが、オートクレーブによる高温高圧水蒸気養生の過程で生成する珪酸カルシウム水和物のトバモライトである。このトバモライトの生成過程では、珪石の溶解が反応を律速することが広く知られている。

そこで、本発明者らは、高温高圧水蒸気養生での珪石の溶解、中でも珪石の溶解に影響を与える不純物について種々検討し、特にトバモライトのシリコンと置換固溶してトバモライトの結晶性を向上させるアルミニウムに着目した。その結果、珪石のＳｉＯ_２純度とＡｌ_２Ｏ_３含有量が一定の範囲内にあるとき、ＡＬＣが優れた強度を発現することを見出し、本発明をなすに至ったものである。

即ち、種々の純度を持つ珪石を用いてＡＬＣを製造し、そのＡＬＣについて物性値を調べ結果、ＳｉＯ_２が９７〜９９.５重量％で且つＡｌ_２Ｏ_３が０.２〜１.２重量％であるか珪石、あるいはＳｉＯ_２が９０〜９５重量％で且つＡｌ_２Ｏ_３が１.８〜３.５重量％である珪石を使用したとき、高い強度のＡＬＣが得られることが分かった。尚、本発明方法で使用する珪石は、Ａｌ_２Ｏ_３が明礬石として含まれる特殊な珪石である必要はない。

上記組成範囲内の珪石を用いた場合に、ＡＬＣの強度が向上する理由は明らかではないが、ＳｉＯ_２が９７〜９９.５重量％で且つＡｌ_２Ｏ_３が０.２〜１.２重量％である場合には、バインダーとなるトバモライトの生成量自体が増えることにより、またＳｉＯ_２が９０〜９５重量％で且つＡｌ_２Ｏ_３が１.８〜３.５重量％である場合には、トバモライトの生成量と結晶性のバランスが優れることにより、ＡＬＣの強度が高くなるものと考えられる。

珪酸質原料として、それぞれ下記表１に示すＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３の化学組成を持つ１７種類の珪石を使用して、試料１〜１７のＡＬＣを製造した。尚、これらの珪石をＸ線回折にて同定したところ、いずれにも明礬石は含まれていなかった。上記全ての珪石は予めボールミルにして粉砕し、比表面積３０００±２００ブレーンに粒度を調整して使用した。

まず、上記の珪石４５重量部に、石灰質原料として生石灰５重量部とセメント３０重量部、繰り返し原料２０重量部を混合し、これらの固体原料の合計１００重量部に対し水６０重量部と、少量のアルミニウム粉末及び界面活性剤を加え、混練してスラリーを作成した。このスラリーを型枠に流し込んで発泡させ、水和により硬化してケーキ状半硬化体とした後、１８０℃、１０気圧のオートクレーブにおいて６時間の高温高圧水蒸気養生を施した。

得られたＡＬＣブロックを１００ｍｍ角の立方体に成形し、ＪＩＳＡ５４１６に準じて圧縮強度を測定した。その結果を珪石の組成（ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３のみ）と共に下記表２に示した。圧縮強度のＪＩＳＡ５４１６における規格値は３.０Ｎ／ｍｍ^２以上であるが、実際には近年開発されているクレーンでの吊り上げや小型の取付金具を用いる特殊な工法に対応するためには、４.５Ｎ／ｍｍ^２以上が必要であり、更には５.０Ｎ／ｍｍ^２以上が好ましい。そこで、表２中の評価においては、圧縮強度５.０Ｎ／ｍｍ^２以上を適（◎）、４.５Ｎ／ｍｍ^２以上５.０Ｎ／ｍｍ^２未満を可（○）、３.０Ｎ／ｍｍ^２以上４.５Ｎ／ｍｍ^２未満を不適（△）、３.０Ｎ／ｍｍ^２未満を不可（×）と判定した。

また、上記１７種類の各試料について、珪石中のＳｉＯ_２含有量とＡｌ_２Ｏ_３含有量との関係を、圧縮強度４.５Ｎ／ｍｍ^２以上と未満とに分けて、図１にプロットして示した。

本発明の実施例である試料３〜７においては、圧縮強度の判定は全て可であり、このときの珪石の化学組成はＳｉＯ_２が９０〜９５重量％且つＡｌ_２Ｏ_３が１.８〜３.５重量％の範囲内であった。また、同じく実施例である試料１３〜１７においては、圧縮強度の判定は可あるいは適であり、このときの珪石の化学組成はＳｉＯ_２が９７〜９９.５重量％且つＡｌ_２Ｏ_３が０.２〜１.２重量％の範囲内であった。

一方、比較例である試料１〜２においては、圧縮強度の判定は不適であった。これらの比較例における珪石の化学組成は、試料１ではＳｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の両方が上記２つの範囲を外れ、同じく試料２ではＳｉＯ_２は９０〜９５重量％の範囲内であったが、Ａｌ_２Ｏ_３が１.８〜３.５重量％の範囲を外れていた。

また、比較例である試料８〜１２においても、圧縮強度の判定は不適であった。これらの比較例における珪石の化学組成は、試料８、１０、１２ではＳｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の両方が上記２つの範囲を外れており、試料９、１１ではＡｌ_２Ｏ_３は０.２〜１.２重量％の範囲内であったが、ＳｉＯ_２が９７〜９９.５重量％の範囲を外れていた。

以上の結果から、十分な圧縮強度を有するＡＬＣを製造するためには、珪酸質原料として用いる珪石について、ＳｉＯ_２が９７〜９９.５重量％で且つＡｌ_２Ｏ_３が０.２〜１.２重量％の化学組成を有するか、若しくは、ＳｉＯ_２が９０〜９５重量％で且つＡｌ_２Ｏ_３が１.８〜３.５重量％の化学組成を有する必要があることが明らかとなった。

珪石中のＳｉＯ_２含有量とＡｌ_２Ｏ_３含有量との関係を圧縮強度４.５Ｎ／ｍｍ^２以上と未満とに分けてプロットしたグラフである。

Claims

珪酸質原料として、ＳｉＯ_２が９７〜９９.５重量％で且つＡｌ_２Ｏ_３が０.２〜１.２重量％であるか、若しくはＳｉＯ_２が９０〜９５重量％で且つＡｌ_２Ｏ_３が１.８〜３.５重量％である化学組成を有する珪石を用いることを特徴とする軽量気泡コンクリートの製造方法。