JP2583186B2 - ケイ酸カルシウム質成形体およびその製造法 - Google Patents
ケイ酸カルシウム質成形体およびその製造法Info
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- C04B28/18—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing mixtures of the silica-lime type
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- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主として建築の分野で
使用される耐火性ケイ酸カルシウム質成形体およびその
製造法に関するものである。
使用される耐火性ケイ酸カルシウム質成形体およびその
製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】建築材料の中でも耐火性、防火性、不燃
性等、火災に対する何らかの抵抗性が必要な場所に使わ
れるものの一つにケイ酸カルシウム成形体がある。ケイ
酸カルシウム成形体は、壁材、屋根材、天井材、床材等
の形で使われるほか、鉄骨建築における鉄骨の耐火性を
確保するための、耐火被覆材としても有用である。
性等、火災に対する何らかの抵抗性が必要な場所に使わ
れるものの一つにケイ酸カルシウム成形体がある。ケイ
酸カルシウム成形体は、壁材、屋根材、天井材、床材等
の形で使われるほか、鉄骨建築における鉄骨の耐火性を
確保するための、耐火被覆材としても有用である。
【０００３】しかしながら、ケイ酸カルシウム成形体は
本質的に吸湿性が強く、建築物に使用されている状態で
の含水率は通常１０％程度である。そして、含水率が比
較的高い状態にあるとき、火災に遭遇すると、含有する
水分が急激に気化することによる破壊・水蒸気破裂を起
こす。また、水蒸気破裂を起こさないまでも、７５０℃
以上の高温になると大きな収縮を起こし、それにともな
い亀裂や部分的剥落を生じる。
本質的に吸湿性が強く、建築物に使用されている状態で
の含水率は通常１０％程度である。そして、含水率が比
較的高い状態にあるとき、火災に遭遇すると、含有する
水分が急激に気化することによる破壊・水蒸気破裂を起
こす。また、水蒸気破裂を起こさないまでも、７５０℃
以上の高温になると大きな収縮を起こし、それにともな
い亀裂や部分的剥落を生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】水蒸気破裂は、温度の
急上昇によりケイ酸カルシウム成形体内部で急激に発生
した水蒸気の逃げ道がないために生じるものであり、ケ
イ酸カルシウム成形体の通気率を高くして水蒸気の逃げ
道を確保すれば水蒸気破裂は回避されることがわかっ
た。すなわち、通常のトバモライト質ケイ酸カルシウム
成形体の場合、通気率が約１.５×１０-5ml・cm/sec・cm2
・cmH2O 以上であれば、含水率１０％程度のものを耐火
試験に付しても水蒸気破裂はほとんど生じないことが確
認された。
急上昇によりケイ酸カルシウム成形体内部で急激に発生
した水蒸気の逃げ道がないために生じるものであり、ケ
イ酸カルシウム成形体の通気率を高くして水蒸気の逃げ
道を確保すれば水蒸気破裂は回避されることがわかっ
た。すなわち、通常のトバモライト質ケイ酸カルシウム
成形体の場合、通気率が約１.５×１０-5ml・cm/sec・cm2
・cmH2O 以上であれば、含水率１０％程度のものを耐火
試験に付しても水蒸気破裂はほとんど生じないことが確
認された。
【０００５】上述のような高い通気率を示すケイ酸カル
シウム成形体を製造することは、たとえば充填材の種類
や混入率、さらには成形条件等を考慮すれば可能であ
り、それほど困難な問題ではない。しかしながら、単に
通気率の高い多孔質の構造にしただけではケイ酸カルシ
ウム成形体は強度が不足し、多くの場合、実用にならな
い。したがって、通気率を高くすることによってケイ酸
カルシウム成形体の耐火性を向上させるためには、実用
上必要な強度を確保しながら通気率を高くする方法が見
いだされなければならない。
シウム成形体を製造することは、たとえば充填材の種類
や混入率、さらには成形条件等を考慮すれば可能であ
り、それほど困難な問題ではない。しかしながら、単に
通気率の高い多孔質の構造にしただけではケイ酸カルシ
ウム成形体は強度が不足し、多くの場合、実用にならな
い。したがって、通気率を高くすることによってケイ酸
カルシウム成形体の耐火性を向上させるためには、実用
上必要な強度を確保しながら通気率を高くする方法が見
いだされなければならない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題は、ケイ酸原
料、石灰原料、補強用繊維および充填材を水と混合して
脱水成形し、得られた成形物をオートクレーブ中でトバ
モライト生成条件下に加熱処理してケイ酸原料と石灰原
料からトバモライトを生成させるケイ酸カルシウム成形
体の製造法において、ケイ酸原料の全部または一部にケ
イ石を用い且つ全成形原料に対して１０〜５０重量％に
なる量の２水石膏を成形原料に添加することを特徴とす
る本発明により解決された。
料、石灰原料、補強用繊維および充填材を水と混合して
脱水成形し、得られた成形物をオートクレーブ中でトバ
モライト生成条件下に加熱処理してケイ酸原料と石灰原
料からトバモライトを生成させるケイ酸カルシウム成形
体の製造法において、ケイ酸原料の全部または一部にケ
イ石を用い且つ全成形原料に対して１０〜５０重量％に
なる量の２水石膏を成形原料に添加することを特徴とす
る本発明により解決された。
【０００７】本発明はまた、上記本発明の製造法により
得られる高性能ケイ酸カルシウム質成形体、すなわちト
バモライト質のマトリックス中にII型無水石膏を含有し
且つ通気率が１.５×１０-5ml・cm/sec・cm2・cmH2O以上、
曲げ強度が８０kgf/cm2以上であることを特徴とするケ
イ酸カルシウム質成形体を提供するものである。
得られる高性能ケイ酸カルシウム質成形体、すなわちト
バモライト質のマトリックス中にII型無水石膏を含有し
且つ通気率が１.５×１０-5ml・cm/sec・cm2・cmH2O以上、
曲げ強度が８０kgf/cm2以上であることを特徴とするケ
イ酸カルシウム質成形体を提供するものである。
【０００８】２水石膏を成形原料に添加する本発明の製
造法において、添加された２水石膏は、成形物がオート
クレーブ処理されてケイ酸原料と石灰原料が反応しトバ
モライトを生成する過程で、II型無水石膏に変化する
（２水石膏は飽和水蒸気下でも約１３５℃以上の温度に
加熱されるとII型無水石膏に変化する。この反応を生じ
させるのに必要な時間は加熱温度によって異なるが、ケ
イ酸原料と石灰原料からトバモライトを十分に生成させ
るのに必要な温度・時間条件よりは温和な条件でよいの
で、トバモライトが生成するまでに無水石膏化は完了す
る。)。
造法において、添加された２水石膏は、成形物がオート
クレーブ処理されてケイ酸原料と石灰原料が反応しトバ
モライトを生成する過程で、II型無水石膏に変化する
（２水石膏は飽和水蒸気下でも約１３５℃以上の温度に
加熱されるとII型無水石膏に変化する。この反応を生じ
させるのに必要な時間は加熱温度によって異なるが、ケ
イ酸原料と石灰原料からトバモライトを十分に生成させ
るのに必要な温度・時間条件よりは温和な条件でよいの
で、トバモライトが生成するまでに無水石膏化は完了す
る。)。
【０００９】石膏は、２水石膏からII型無水石膏に変化
するとき、約４０％の体積減少を起こす。この変化がト
バモライト質マトリックスの生成と並行して生じること
により、オートクレーブ処理を終わって得られる製品に
は、均一に分散した無水石膏粒子に沿って微細な気孔が
形成されている。上述のようにして形成される微細気孔
は、石膏の体積減少とは無関係にも形成される微細気孔
と共に通気経路となるので、前述のような大きな通気率
を示す製品が得られることになる（このような効果は、
成形原料に無水石膏を添加したのでは全く期待できな
い。)。
するとき、約４０％の体積減少を起こす。この変化がト
バモライト質マトリックスの生成と並行して生じること
により、オートクレーブ処理を終わって得られる製品に
は、均一に分散した無水石膏粒子に沿って微細な気孔が
形成されている。上述のようにして形成される微細気孔
は、石膏の体積減少とは無関係にも形成される微細気孔
と共に通気経路となるので、前述のような大きな通気率
を示す製品が得られることになる（このような効果は、
成形原料に無水石膏を添加したのでは全く期待できな
い。)。
【００１０】成形原料に添加する２水石膏が針状結晶で
ある場合は、最終製品に残るII型無水石膏も針状結晶に
なる。針状結晶の体積収縮は細長い気孔を形成させ、細
長い気孔は別の気孔と連なって連通気孔を形成し易いか
ら、針状結晶２水石膏を使用することは製品の通気率を
高くするのに有利である。針状結晶の２水石膏から形成
される針状結晶II型無水石膏はまた、その針状の形状に
基づき、ケイ酸カルシウム質マトリックスの収縮を阻止
する作用があり、ケイ酸カルシウム成形体が１０００℃
を超えるような高温に加熱されたときの収縮を小さくす
る。
ある場合は、最終製品に残るII型無水石膏も針状結晶に
なる。針状結晶の体積収縮は細長い気孔を形成させ、細
長い気孔は別の気孔と連なって連通気孔を形成し易いか
ら、針状結晶２水石膏を使用することは製品の通気率を
高くするのに有利である。針状結晶の２水石膏から形成
される針状結晶II型無水石膏はまた、その針状の形状に
基づき、ケイ酸カルシウム質マトリックスの収縮を阻止
する作用があり、ケイ酸カルシウム成形体が１０００℃
を超えるような高温に加熱されたときの収縮を小さくす
る。
【００１１】さらに、石膏の解離により生じるＳＯ4 --
イオンはオートクレーブ処理においてケイ酸カルシウム
水和物結晶の生成に好影響を与え、加熱収縮率の小さい
ケイ酸カルシウム質マトリックスを与える。上述のよう
な石膏の作用に基づき、本発明の製造法によれば製品の
物性を著しく低下させることなしに通気率を高くし、耐
火性の良いケイ酸カルシウム成形体を製造することがで
きる。
イオンはオートクレーブ処理においてケイ酸カルシウム
水和物結晶の生成に好影響を与え、加熱収縮率の小さい
ケイ酸カルシウム質マトリックスを与える。上述のよう
な石膏の作用に基づき、本発明の製造法によれば製品の
物性を著しく低下させることなしに通気率を高くし、耐
火性の良いケイ酸カルシウム成形体を製造することがで
きる。
【００１２】本発明の製造法において、ケイ酸原料は、
少なくとも一部がケイ石でなければならない。使用する
ケイ酸原料がこのように制限される理由は、前記２水石
膏からII型無水石膏への変化が、ケイ石を用いた場合に
最も容易に進行するからである。他のケイ酸原料は石膏
の無水化を遅らせることがあり、特にフェロシリコンダ
ストはそれが著しい。石膏の無水化にあまり悪影響がな
くケイ石と併用可能なケイ酸原料の例としては、珪藻土
がある。
少なくとも一部がケイ石でなければならない。使用する
ケイ酸原料がこのように制限される理由は、前記２水石
膏からII型無水石膏への変化が、ケイ石を用いた場合に
最も容易に進行するからである。他のケイ酸原料は石膏
の無水化を遅らせることがあり、特にフェロシリコンダ
ストはそれが著しい。石膏の無水化にあまり悪影響がな
くケイ石と併用可能なケイ酸原料の例としては、珪藻土
がある。
【００１３】石灰原料、補強用繊維、充填材等は特に制
限されるものではなく、石灰原料としては消石灰、生石
灰、ポルトランドセメント等、補強用繊維としてはパル
プ、耐アルカリ性ガラス繊維、炭素繊維、有機合成繊維
（たとえばポリプロピレン繊維、アラミド繊維）等、充
填材としてはワラストナイト、炭酸カルシウム、炭酸マ
グネシウム、タルク等、ケイ酸カルシウム成形体の製造
に通常使用されるものをいずれも使用することができ
る。
限されるものではなく、石灰原料としては消石灰、生石
灰、ポルトランドセメント等、補強用繊維としてはパル
プ、耐アルカリ性ガラス繊維、炭素繊維、有機合成繊維
（たとえばポリプロピレン繊維、アラミド繊維）等、充
填材としてはワラストナイト、炭酸カルシウム、炭酸マ
グネシウム、タルク等、ケイ酸カルシウム成形体の製造
に通常使用されるものをいずれも使用することができ
る。
【００１４】これらの原料に添加する２水石膏は、前述
の理由により針状結晶であるものが好ましいが、不定形
の粉末を使用してもよい。その添加量は、２水石膏を含
む全成形原料に対して１０〜５０重量％程度になるよう
にする。５０重量％を超える多量を添加するのは、強度
を低下させる悪影響が顕著になるので望ましくない。特
に好ましい添加率は２０〜３０重量％である。
の理由により針状結晶であるものが好ましいが、不定形
の粉末を使用してもよい。その添加量は、２水石膏を含
む全成形原料に対して１０〜５０重量％程度になるよう
にする。５０重量％を超える多量を添加するのは、強度
を低下させる悪影響が顕著になるので望ましくない。特
に好ましい添加率は２０〜３０重量％である。
【００１５】２水石膏を添加した原料は、ケイ酸カルシ
ウム成形体製造の常法に従い多量の水と共に混合し、得
られたスラリー状混合物を抄造法またはプレス成形法に
より脱水成形する。得られた成形物は、オートクレーブ
中で加熱処理してケイ酸原料と石灰原料からトバモライ
トを生成させると共に２水石膏をII型無水石膏に変換す
る。この処理に必要な温度は約１６５〜２００℃、時間
は約３〜２０時間である。
ウム成形体製造の常法に従い多量の水と共に混合し、得
られたスラリー状混合物を抄造法またはプレス成形法に
より脱水成形する。得られた成形物は、オートクレーブ
中で加熱処理してケイ酸原料と石灰原料からトバモライ
トを生成させると共に２水石膏をII型無水石膏に変換す
る。この処理に必要な温度は約１６５〜２００℃、時間
は約３〜２０時間である。
【００１６】処理を終わった成形体は、オートクレーブ
から取り出して熱風で乾燥する。本発明によるケイ酸カ
ルシウム質成形体は、その優れた耐火性を生かして鉄骨
ビル建築における鉄骨被覆材として使用するほか、各種
建造物における壁材、屋根材、天井材、床材等に使用す
ることができる。
から取り出して熱風で乾燥する。本発明によるケイ酸カ
ルシウム質成形体は、その優れた耐火性を生かして鉄骨
ビル建築における鉄骨被覆材として使用するほか、各種
建造物における壁材、屋根材、天井材、床材等に使用す
ることができる。
【００１７】
【実施例】表１記載の原料配合で、本発明の方法により
ケイ酸カルシウム成形体を製造した。また、比較例とし
て、表２記載の原料配合によるケイ酸カルシウム成形体
の製造を行なった。製造条件は下記のとおりである。 成形：常法に従い丸網抄造機で抄造して、８層積層（合
計厚さ８mm）のグリーンシートを得る。 オートクレーブ処理 条件Ａ：１８０℃×１０時間 条件Ｂ：１６５℃×１０時間 乾燥：オートクレーブ処理終了後、温度が１００℃に下
がったあとオートクレーブから取り出し、１０５℃の熱
風で乾燥する。
ケイ酸カルシウム成形体を製造した。また、比較例とし
て、表２記載の原料配合によるケイ酸カルシウム成形体
の製造を行なった。製造条件は下記のとおりである。 成形：常法に従い丸網抄造機で抄造して、８層積層（合
計厚さ８mm）のグリーンシートを得る。 オートクレーブ処理 条件Ａ：１８０℃×１０時間 条件Ｂ：１６５℃×１０時間 乾燥：オートクレーブ処理終了後、温度が１００℃に下
がったあとオートクレーブから取り出し、１０５℃の熱
風で乾燥する。
【００１８】得られた製品について、密度および曲げ強
さの測定、石膏の状態の確認、および下記の方法による
特性試験を行なった。なお、石膏の状態確認はＸ線回折
および走査型電子顕微鏡観察により行なった。 通気率の測定：ＢＳ１９０２ Ｐａｒｔ１Ａ 耐火性の評価：含水率を７％に調整した試料を９００mm
角に細断し、軽量鉄骨にビス留めして耐火試験炉に取付
ける。その後、ＢＳ476．Ｐart20に準じて５５６℃まで
５分、８２１℃まで３０分、１０５０℃まで１２０分を
費やして昇温する。この加熱による水蒸気破裂および亀
裂発生の有無を調べる。 加熱による寸法変化：幅５mm、長さ２０mmの試料を上記
耐火性試験の場合と同じ昇温条件で加熱し、１０００℃
に達したときの長さ方向の寸法変化を測定する（ＴＭＡ
による)。
さの測定、石膏の状態の確認、および下記の方法による
特性試験を行なった。なお、石膏の状態確認はＸ線回折
および走査型電子顕微鏡観察により行なった。 通気率の測定：ＢＳ１９０２ Ｐａｒｔ１Ａ 耐火性の評価：含水率を７％に調整した試料を９００mm
角に細断し、軽量鉄骨にビス留めして耐火試験炉に取付
ける。その後、ＢＳ476．Ｐart20に準じて５５６℃まで
５分、８２１℃まで３０分、１０５０℃まで１２０分を
費やして昇温する。この加熱による水蒸気破裂および亀
裂発生の有無を調べる。 加熱による寸法変化：幅５mm、長さ２０mmの試料を上記
耐火性試験の場合と同じ昇温条件で加熱し、１０００℃
に達したときの長さ方向の寸法変化を測定する（ＴＭＡ
による)。
【００１９】結果は表１および表２に示したとおりであ
った。
った。
【表１】 実施例１〜５ 実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５ 原料配合（重量部） ２水石膏(針状結晶) ３０ １０ ２０ ３０ 〃 (不定形粉末) ３０ ワラストナイト ２２ ２０ １０ ２２ ２２ ケイ石 １１ ２２ ２２ １１ １１ 珪藻土 １０ １０ １０ １０ １０ 消石灰 ２２ ３３ ３３ ２２ ２２ パルプ ５ ５ ５ ５ ５ オートクレーブ条件 Ａ Ａ Ａ Ａ Ｂ 製品特性 石膏の状態 無水針状 無水針状 無水針状 無水 無水針状 嵩密度（g/cm3） 0.91 0.92 0.93 0.89 0.88 曲げ強さ(kgf/cm2) 100 138 118 95 83 通気率（×105） 16.0 1.5 3.4 7.0 35.0 加熱試験 水蒸気破裂 なし なし なし なし なし 亀裂発生 なし なし なし なし なし 寸法変化（％） ＋0.3 −1.4 −0.7 ０ ＋0.2
【００２０】
【表２】 比較例１〜６ 比較例１ 比較例２ 比較例３ 比較例４ 比較例５ 原料配合（重量部） 無水石膏針状結晶 ３０ ２０ １０ ワラストナイト ４６ ３２ ２２ ２２ ２２ ケイ石 １４ ２１ １１ １６ ２１ 珪藻土 １０ １０ １０ １０ １０ 消石灰 ２５ ３２ ２２ ２７ ３２ パルプ ５ ５ ５ ５ ５ オートクレーブ条件 Ａ Ａ Ａ Ａ Ａ 製品特性 石膏の状態 − − 無水針状 無水針状 無水針状 嵩密度（g/cm3） 0.95 0.88 0.87 0.88 0.88 曲げ強さ(kgf/cm2) 71 102 62 75 102 通気率（×105） 20.2 1.2 10.0 3.0 1.3 加熱試験 水蒸気破裂 なし 有り なし なし 有り 亀裂発生 有り 有り 有り 有り 有り 寸法変化（％） −1.7 −3.3 −1.7 −3.2 −4.0
【００２１】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば物性低下
を招くことなしにケイ酸カルシウム成形体の通気率を高
くし、耐火性に優れたものを提供することができる。
を招くことなしにケイ酸カルシウム成形体の通気率を高
くし、耐火性に優れたものを提供することができる。
Claims (3)
- 【請求項１】 トバモライト質のマトリックス中にII型
無水石膏を含有し、通気率が１.５×１０-5 ml・cm/sec・
cm2・cmH2O 以上、曲げ強さが８０kgf/cm2以上であるこ
とを特徴とするケイ酸カルシウム質成形体。 - 【請求項２】 II型無水石膏が針状結晶のものである請
求項１記載のケイ酸カルシウム成形体質成形体。 - 【請求項３】 ケイ酸原料、石灰原料、補強用繊維およ
び充填材を水と混合して脱水成形し、得られた成形物を
オートクレーブ中でトバモライト生成条件下に加熱処理
してケイ酸原料と石灰原料からトバモライトを生成させ
るケイ酸カルシウム質耐火断熱材の製造法において、ケ
イ酸原料の全部または一部にケイ石を用い且つ全成形原
料に対して１０〜５０重量％になる量の２水石膏を成形
原料に添加することを特徴とするケイ酸カルシウム質成
形体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9378093A JP2583186B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | ケイ酸カルシウム質成形体およびその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9378093A JP2583186B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | ケイ酸カルシウム質成形体およびその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06305807A JPH06305807A (ja) | 1994-11-01 |
| JP2583186B2 true JP2583186B2 (ja) | 1997-02-19 |
Family
ID=14091938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9378093A Expired - Lifetime JP2583186B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | ケイ酸カルシウム質成形体およびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2583186B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001226166A (ja) * | 2000-02-15 | 2001-08-21 | Nichias Corp | 珪酸カルシウム質成形板 |
-
1993
- 1993-03-30 JP JP9378093A patent/JP2583186B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06305807A (ja) | 1994-11-01 |
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