JP2007238368A - 木質セメント板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セメントの硬化促進が可能で生産性が高く、塩化物に起因する金属の腐食やダイオキシンの発生等のない木質セメント板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】セメント系無機材料と木質補強材を含む主原料に、アルミナセメント、硫酸カルシウム、並びに、アルカリ金属炭酸塩及び／又は硫酸アルミニウム塩を混合し、前記混合物を基板上に散布してマットをフォ−ミングし、前記マットを一次養生して硬化せしめ、さらに前記一次養生マットを常温養生又はオ−トクレ−ブ養生することを特徴する木質セメント板の製造方法、並びに、前記製造方法により得られる木質セメント板。
【選択図】なし

Description

本発明は木質セメント板およびその製造方法に関するものである。

木質セメント板は、セメント系無機材料と木質補強材を主原料として、湿式法、乾式法、あるいは半乾式法によって製造されている。
前記木質補強材としては、従来、木片、木毛、木質パルプ等が用いられたが、資源の枯渇から良質の補強材が不足する傾向にある。また、地球環境保護の観点からも木質資源の節約が求められている。

最近では、木質資源の節約のために木造建築物を解体する際に発生する古材や製材工程から発生する鋸屑や端材、針葉樹の間伐材、木質セメント板のスクラップ等、従来では埋め立てや焼却して処分されている木質スクラップから再生した木質補強材の使用が検討されている。

しかしながら、前記木質スクラップは多種多様の樹種からなり、セメントの硬化阻害物質となる糖類等を多量に含む樹種が混入する場合があり、木質セメント板の原料として実用的に使用する為には、セメントの硬化促進を円滑に進める必要があった。

従来、木質補強材に含有される糖類等によるセメントの硬化阻害を解消するために、木質補強材中に塩化カルシウムや塩化マグネシウム等の金属塩化物を硬化促進剤として添加し、セメントの硬化を促進する方法が提案されている。
最新・コンクリート混和剤の技術と応用、シーエムシー、Ｐ.９６、２００１

塩化カルシウムや塩化マグネシウム等の金属塩化物は、セメントの硬化を促進するものの、成型枠等構造物中の鉄等の金属が錆びたり、焼却時にダイオキシンの発生原因となったりする等の課題を有している。本発明は、セメントの硬化促進が可能で、塩化物に起因する前記課題のない木質セメント板およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、セメント系無機材料と木質補強材を含む主原料に、アルミナセメント、硫酸カルシウム、並びに、アルカリ金属炭酸塩及び／又は硫酸アルミニウム塩を混合し、前記混合物にてマットをフォ−ミングし、このマットを養生せしめることを主要な特徴とする。

本発明により、セメントが速やかに硬化するため生産性が高く、塩化物に起因する金属の腐食やダイオキシンの発生等のない木質セメント板、並びに、その製造方法が提供される。

以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
本発明に使用されるセメント系無機材料とは、例えば、普通ポルトランドセメント、早強セメント、高炉スラグセメント、フライアッシュセメント等のセメント類、高炉スラグ、電気炉酸化スラグ、電気炉還元スラグ等のスラグ類、生石灰、消石灰等の石灰類が挙げられる。前記セメント系無機材料は、二種以上併用することが可能である。中でも、早強セメント、高炉スラグ及び消石灰の組合せが好ましい。

本発明に使用される木質補強材としては、木粉、木片、木毛、木質繊維、木質パルプ、木質繊維束、ドライパルプ等が挙げられる。中でも、巾０．５〜３．０ｍｍ、長さ１〜３０ｍｍ、長さと厚みの比率（アスペクト比）が２０〜５０の木片や、直径０．１〜３．０ｍｍ、長さ２〜５０ｍｍの木質繊維束が好ましい。また、本発明に使用される木質補強材の樹種は、ひのき、米ひのき、ひば、米ひば、杉辺材、松、あかまつ、いたや楓、白樺辺材、もみ、みずなら、レッドラワン等のセメント硬化阻害物質の少ない樹種はもちろん、杉芯材、からまつ、なら、けやき、杉、松、つが、イエロ−ラワン、ケナフ、竹、麻、バガス、もみ殻等の比較的セメント硬化阻害物質を多く含む樹種についても使用可能である。前記木質補強材は二種以上混合して用いてもよい。
木質補強材の使用量は、絶乾状態に換算して５〜４０質量％が好ましい。５質量％未満では、曲げ強度が低下する場合がある。一方、４０質量％を超えると木質補強材が多くなり、混練り時の水量が多くなって強度低下をもたらす場合がある。より好ましい使用量は１５〜３０質量％である。

本発明に使用するアルミナセメントは、CA、C12A7、CA2、C3A5、及びC5A3等の水硬性カルシウムアルミネートを主体とするものである（ここで、CaOをC、Al2O3をA、SiO2をS、TiO2をT、及びFe2O3をFと表す）。さらに、本発明の効果を実質的に阻害しない範囲で、α-Al2O3、C2AS、CT、及びC4AF等を含有してもよい。カルシウムアルミネートのC/Aモル比が１より大きい場合には急硬性を示し、一方、C/Aモル比が１より小さくなると急硬性を示さなくなる。使いやすさの点から、CAを主成分とするアルミナセメントが市販されており、これを使用することができる。アルミナセメントはJIS R 2511により、第１種から第５種に区分されている。
アルミナセメントの使用量は、１〜１０質量％が好ましい。１％未満では普通セメントを促進硬化する作用が得られず、一方、１０質量％を超えると作業性が悪くなる場合がある。より好ましくは２〜７質量％である。

第１種に相当するアルミナセメントとしては、電気化学工業社製商品名「デンカハイアルミナセメントスーパー」、「デンカハイアルミナセメントスーパー２」、「デンカハイアルミナセメントスーパーG」及び「デンカハイアルミナセメントスーパー90」や、アルコア社製商品名「CA25」、「CA25タイプC」及び「CA25タイプG」、さらに、ラファージュ社製商品名「セカール80」などが挙げられる。

第２種に相当するアルミナセメントとしては、電気化学工業社製商品名「デンカハイアルミナセメント」、「デンカハイアルミナセメントNEO」、「デンカハイアルミナセメントD」及び「デンカハイアルミナセメント#80」や、アルコア社製商品名「CA14」や「CA15」、さらには、ラファージュ社製商品名「セカール70」や「セカール71」などが挙げられる。

第３種に相当するアルミナセメントとしては、電気化学工業社製商品名「デンカアルミナセメント１号」、「デンカアルミナセメント１号-NEO」及び「デンカアルミナセメント１号−D」や、旭硝子社製商品名「アサヒアルミナセメント１号」、太平洋マテリアル社製商品名「アサノアルミナセメント１号」、さらには、ラファージュ社製商品名「セカール50」や「セカール51」などが挙げられる。

第４種に相当するアルミナセメントとしては、電気化学工業社製商品名「デンカアルミナセメント２号」や太平洋マテリアル社製商品名「アサノアルミナセメント２号」などが挙げられる。
第５種に相当するアルミナセメントとしては、旭硝子社製商品名「アサヒフォンジュ」、ラファージュ社製商品名「セカール41」や「シマンフオンジュ」などが挙げられる。

本発明で使用する硫酸カルシウムは、二水、半水、II型無水及びIII型無水セッコウが好ましく、天然産のものや、リン酸、排脱及び弗酸セッコウ等の化学セッコウ又はそれらを熱処理して得られたものが使用可能である。通常含まれる程度の不純物の種類や量は、本願発明に影響を与えない。硫酸カルシウムは、セメントとの反応により水和生成物としてエトリンガイトを生成し、凝結・硬化を促進する。硫酸カルシウムの形態は、特に限定されず、例えば二水石膏と半水石膏の混合物や、II型無水石膏の使用が可能である。

アルミナセメントと硫酸カルシウムの割合は質量比で２０／８０〜８０／２０が好ましく、４０／６０〜６０／４０がより好ましい。この範囲外では硬化促進作用が十分でない場合がある。

本発明に係るアルカリ金属炭酸塩は、アルミナセメントの水和反応、即ち、水和発熱時間を著しく遅延することなく、作業性や可使時間を確保できるもので、具体的には、K2CO3、Na2CO3、Li2CO3、KHCO3、及びNaHCO3等の試薬や工業品が挙げられ、そのうちの一種又は二種以上が使用可能である。アルカリ金属炭酸塩は溶解し易い粉末品が好ましい。特に、100mesh以下のものが好ましく、200mesh以下のものがより好ましい。アルカリ金属炭酸塩は、ＧＣ−ＭＳ、Ｃ13ＮＭＲ、ＨＰＬＣ、ＦＴ−ＩＲ、及び放射化分析法等で分析可能である。アルカリ金属炭酸塩の使用量は、０．１〜３質量％が好ましい。０．１％未満では普通セメントの硬化を促進する作用が得られない場合があり、一方、３質量％を超えると作業性が悪くなる場合がある。より好ましい使用量は０．５〜１．５質量％である。

本発明に係る硫酸アルミニウム塩は、硫酸アルミニウムと硫酸バンド（ミョウバン）が好ましく、中でも、入手容易性や硬化促進作用の面から硫酸バンドが好ましい。硫酸バンドとしては、カリウムミョウバン、ナトリウムミョウバン及び鉄ミョウバンなどのミョウバン類、ミョウバン石、並びに仮焼ミョウバン石等が挙げられる。工業用には粉末状で市販されている。中でも、カリウムミョウバン（Ｋ・Ａｌ(ＳＯ₄)₂・１２Ｈ₂Ｏ）が好ましい。硫酸アルミニウム塩は、セメントとの反応によってエトリンガイトを生成する。硫酸アルミニウム塩の使用量は、０．１〜３質量％が好ましい。０．１％未満では普通セメントの硬化を促進する作用が得られない場合があり、一方、３質量％を超えると作業性が悪くなる場合がある。より好ましい使用量は０．５〜１．５質量％である。

セメント系無機材料および木質補強材以外に、本発明においては骨材、特に軽量骨材を混合してもよい。骨材は、例えば、ケイ砂、ケイ石粉、等が一般的であり、軽量骨材としては、例えばパ−ライト、シラスバル−ン、膨張頁石、膨張粘土、焼成珪藻土、フライアッシュ、石炭ガラ等が使用される。また、シリカヒューム、高炉スラグ、フライアッシュ、ベントナイト、ケイソウ土等のケイ酸含有物質及び／又はポゾラン物質を配合しても良い。骨材の添加量は、製造する品種により異なるが、一般的には５〜５０質量％程度である。木質板の強度の点から、１０〜３０質量％が好ましい。

硬化調整剤は、急硬材を使用する際に可使時間を調節するもので、通常凝結遅延剤として使用しているものを用いるのが一般的である。硬化調整剤としては、クエン酸、酒石酸、グルコン酸、又はそれらの塩類の使用が好ましい。硬化調整剤の使用量は、５質量％以下が好ましく、０．１〜２質量％がより好ましい。

上記原料の他に、ギ酸カルシウム、酢酸カルシウム等のギ酸塩または酢酸塩、アルミン酸ソーダ、水ガラス等のセメント硬化促進剤や、ロウ、ワックス、パラフィン、界面活性剤、シリコン等の防水剤、撥水剤、発泡性ポリスチレンビーズ等の発泡性熱可塑性プラスチックビーズ等を添加してもよい。さらに、セメントを分散させるために使用される一般的なポリカルボン酸塩やリグニンスルホン酸塩、β−ナフタレンスルホン酸塩等の減水剤の使用も可能である。これらの添加剤の使用量は２質量％以下が好ましい。

本発明では、半乾式製法または乾式製法によって木質セメント板を製造する。半乾式製法の場合、セメント系無機材料および木質補強材、そして所望により骨材、第三成分を含有する混合物に、アルミナセメント、硫酸カルシウム、並びに、アルカリ金属炭酸塩及び／又は硫酸アルミニウム塩を水に混合したものを添加し、混合する。得られた成形材料を基板上に散布してマットをフォ−ミングする。水は前記マットの水分含有率が１０〜８０質量％となるように添加するのが好ましい。また、アルミナセメント及び硫酸カルシウムとは別に、アルカリ金属炭酸塩及び／又は硫酸アルミニウム塩を水に溶解し添加することも可能である。

乾式製法の場合、まず、セメント系無機材料および木質補強材、そして所望により骨材、第三成分を含有する混合物に、アルミナセメント、硫酸カルシウム、並びに、アルカリ金属炭酸塩及び／又は硫酸アルミニウム塩を添加混合し、得られた成形材料を基板上に散布してマットをフォ−ミングし、前記マットに水を噴霧する。噴霧する水は前記マットの水分含有率が１０〜８０質量％となるように添加するのが好ましい。

以上のようにマットがフォ−ミングされたら、マットを基板とともに圧締して加熱状態下で一次養生する。一次養生における温度は通常５０〜１５０℃であり、圧締圧は通常２〜８ＭＰａである。上記一次養生後、得られた硬化体を脱型し、さらに常温養生またはオートクレーブ養生する。常温養生は、通常常温で３〜１０日間行われ、オートクレーブ養生は、通常１〜５ＭＰaの圧力下で、１３０〜１８０℃に加熱し、５〜２０時間行われる。常温養生またはオートクレーブ養生後は、乾燥工程を経て表面塗装等を行い、最終製品とする。最終製品の水分含有率は、通常１５〜５０質量％である。

木質セメント板表面に凹凸模様を付する場合には、前記基板の型面に対応した凹凸模様を形成しておけばよい。また、表面に凹凸模様の無い平滑な木質セメント板を製造する場合は、基板として直接搬送板を使用しても良い。

以上説明した方法によって、二層または三層構造の木質セメント板を製造することも出来る。二層構造の場合には、まず粒子径の細かい木質補強材を混合した成形材料を基板上に散布し、次いでその上に粒子径の大きい木質補強材を混合した成形材料を散布して二層構造のマットをフォ−ミングし、前記マットを圧締・加熱して前記粒子径の細かい木質補強材を混合した成形材料によって緻密構造の表層部を形成し、前記粒子径の大きい木質補強材を混合した成形材料によって粗構造の裏面部を形成する。

三層構造の場合は、前記二層構造の場合における粒子径の大きい木質補強材を混合した成形材料の上に、更に粒子径の細かい木質補強材を混合した成形材料を散布して三層構造のマットをフォ−ミングし、前記マットを圧締・加熱して上記粒子径の大きい木質補強材を混合した成形材料からなる層を芯層部とし、その上下の粒子径の細かい木質補強材を混合した成形材料からなる層を表裏層部とする。或いは、前記二層構造のマットを、粒子径の大きい木質補強材を混合した成形材料からなる層相互が接触するように二枚積層して圧締・加熱してもよい。

セメント系無機材料として、早強ポルトランドセメント、消石灰及びフライアッシュを表1に示す配合にて混合したものを使用した。また、木質補強材の使用量は２５質量％とした。その他の材料は、アルミナセメント、半水石膏、硫酸バンド、炭酸ナトリウム、及び塩化カルシウム（比較用）であり、半乾式法によりマットをフォーミングした。マットの水分含有率は４５質量％であった。マットを養生して得られた木質セメント板について、曲げ強度、密度及び厚み膨張率の測定を行った。結果を表１に示す。
<使用材料＞
早強ポルトランドセメント：宇部三菱セメント製 ブレーン3800cm2/g
消石灰 ：上田消石灰 特号消石灰
フライアッシュ ：四国電力 ファイナッシュ
木質補強材 ：木片（針葉樹及び広葉樹の混合物）
樹種はエゾマツ、アカマツの針葉樹とブナの広葉樹
アルミナセメント ：アルミナセメント１号 電気化学製 ブレーン値4600cm2/g
硫酸カルシウム ：半水石膏 ステラケミファ製 ブレーン値4000cm2/g
硫酸アルミニウム塩 1：硫酸バンド（大明化学製 硫酸カリウムアルミニウム）
アルカリ金属炭酸塩 a：炭酸ナトリウム 旭硝子製
塩化カルシウム ：関東化学製 １級試薬 （比較用）

＜試験方法＞
曲げ強度：JIS A 1408に準じて試験片を縦７×横２０×厚み１．５ｃｍに切り出し、スパン長さを１５ｃｍとし、曲げ強度を測定した。
一次養生条件：圧締圧４．５MPa、温度１３５℃、養生時間８時間
二次養生条件：常温養生５日間、乾燥工程は、７５℃で６時間乾燥。
厚み膨張率：ノギスで測定した成型後の寸法と焼成後の寸法比率より、厚み方向の長さ変化率を算出した。
密度：１３０℃で１日乾燥して、木質板の絶乾密度を求めた。

硫酸アルミニウム塩とアルカリ金属炭酸塩の種類を変えたこと以外は、実施例１と同様に行った。結果を表２に示す。
<使用材料＞
硫酸アルミニウム塩 2：硫酸アルミニウム 大明化学製
アルカリ金属炭酸塩 b：炭酸カリウム 旭硝子製 市販品
アルカリ金属炭酸塩 c：炭酸リチウム 関東化学製 １級試薬
アルカリ金属炭酸塩 d：炭酸水素カリウム 関東化学製 １級試薬
アルカリ金属炭酸塩 e：炭酸水素ナトリウム 関東化学製 １級試薬

アルミナセメント、硫酸カルシウム、アルカリ金属炭酸塩、硫酸アルミニウムの添加量を変えたこと以外は、実施例１と同様に行った。結果を表３に示す。

セメント系無機材料６８質量％と木質補強材２５質量％を含む主原料に、アルミナセメント２．５質量％、半水石膏２．５質量％、炭酸ナトリウム１質量％、硫酸バンド１質量％を混合し、水のほかに硬化調整剤のグルコン酸ナトリウム0.05質量％(外割)を加え混合水と原料とを混合した。前記混合物を基板上に散布してマットを７層積み重ねて積層マットを作成した。マットの含水率は４１質量％であった。
次に、圧締圧４ＭＰａ、５５℃で１１時間一次養生した後、圧力２．３ＭＰａ、温度１７０℃、１５時間のオートクレーブ養生（二次養生）を行い、その後、８５℃で５時間乾燥させて、縦７ｃｍ、横２０ｃｍ、厚み１．５ｃｍの木質板製品を得た。
一次養生後の曲げ強度は４．０ＭＰａ、二次養生後の曲げ強度は１２．０ＭＰａであり、従来の製品と比べて良好な結果であった。

Claims (5)

1. セメント系無機材料、木質補強材、アルミナセメント、硫酸カルシウム、並びに、アルカリ金属炭酸塩及び／又は硫酸アルミニウム塩の混合物にてマットをフォ−ミングし、前記マットを養生してなる木質セメント板。
2. アルカリ金属炭酸塩がK₂CO₃、Na₂CO₃、Li₂CO₃、KHCO₃、NaHCO₃の群から選ばれる一種または二種以上であり、硫酸アルミニウム塩が硫酸アルミニウム及び／又は硫酸バンドであることを特徴とする請求項１記載の木質セメント板。
3. アルミナセメントと硫酸カルシウムの質量比が２０／８０〜８０／２０であり、アルカリ金属炭酸塩及び／又は硫酸アルミニウム塩の含有量が０．２〜６質量％であることを特徴とする請求項１又は２記載の木質セメント板
4. セメント系無機材料と木質補強材を含む主原料に、アルミナセメント、硫酸カルシウム、並びに、アルカリ金属炭酸塩及び／又は硫酸アルミニウム塩を混合し、前記混合物を基板上に散布してマットをフォ−ミングし、前記マットを一次養生して硬化せしめ、さらに前記一次養生マットを常温養生又はオートクレーブ養生することを特徴する木質セメント板の製造方法。
5. 硬化調整剤としてクエン酸、酒石酸、グルコン酸及びその塩の群から選ばれる１または２以上を使用することを特徴とする請求項４記載の木質セメント板の製造方法。