JP3365811B2 - 水硬性成形物の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、セメント、石膏、水滓
スラグなどの水硬性材料よりなる成形物の製造方法に関
する。詳細には、本発明は成形物中に空隙を有していて
軽量であり、しかも強度にも優れた水硬性成形物を製造
する方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】セメント、石膏、水滓スラグなどの水硬
性物質からなる成形物の機械的物性、耐凍害性、寸法安
定性等の向上、表面状態の改良、成形性の改善などのた
めに、水硬性物質中にポリビニルアルコール（以下「Ｐ
ＶＡ」ということがある）を添加して成形を行うことが
従来から行われている。例えば、特開昭４９−４５９３
４号公報にはパルプセメント板中にＰＶＡを配合してそ
の曲げ強度および衝撃強度を向上させることが、また特
開昭６１−７７６５５号公報および特開昭６１−２０９
９５０号公報にはスラグ石膏板の曲げ強度、衝撃強度、
寸法安定性の向上、クラック防止のためにＰＶＡを使用
することが記載されている。 【０００３】また、特開昭４９−５００１７号公報、特
開昭６０−２３９３７７号公報、特開昭５１−１３７７
１９号公報等にもセメント成形物または軽量コンクリー
トの強度向上、表面状態の改良、亀裂防止などのため
に、ＰＶＡを用いることが開示されている。更に、特開
平３−９７６４４号公報および特開平３−１９３６５１
号公報には、ＰＶＡを粉末状で水硬性材料中に添加して
成形・養生を行って、水硬性成形物の強度、耐凍害性な
どを向上させることが記載されている。 【０００４】ＰＶＡが水硬性成形物に対して上記したよ
うな効果を有する理由は、ＰＶＡが一般に水硬性物質中
のアルカリ性領域において安定であり、且つ水硬性物質
の水和反応を阻害せず、水に溶解してセメント等の水硬
性物質のマトリックス中に均一に分散して水硬性物質等
の粒子間の結合作用を果たし、更に強力な皮膜を形成す
ることによるとされている。 【０００５】そして、上記した従来技術においては、Ｐ
ＶＡを使用することによって強度の向上やその他の点で
かなりの効果を奏することができるが、未だ改良の余地
があり、特に水硬性成形物の軽量化の点では充分満足の
ゆくものではない。 【０００６】一方、水硬性成形物の軽量化のためにパー
ライトやポリスチレンビーズなどの軽量骨材を配合する
ことが従来から行われており、その際にＰＶＡを併用す
ることも知られている。しかしそのような従来技術で
は、水硬性成形物の軽量化は達成できるものの、得られ
る成形物の強度が軽量骨材の添加によって大幅に低下す
る傾向があり、軽量で且つ強度に優れた水硬性成形物が
得られないというのが現状である。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、軽量
でしかも強度やその他の物性においても優れている水硬
性成形物を得ることである。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明者は研究を続けてきた。その結果、ＰＶＡと
ゲル化剤を水硬性物質に配合して常温でそのまま成形し
次いで養生する代わりに、ＰＶＡとゲル化剤を配合した
水硬性物質を少なくとも養生に至るまでの段階、すなわ
ち養生前の任意の段階で、特定の温度に加熱して水硬性
組成物中に含まれているＰＶＡ粉末を膨潤した吸水ゲル
化粒体の形態にし、そのようなＰＶＡの吸水ゲル粒体を
含む成形物を養生すると、得られる成形物中に多数の空
隙が形成されて成形物の軽量化を図ることができるこ
と、しかも空隙が存在するにも拘わらず成形物の強度が
優れていることを見出して本発明を完成した。 【０００９】 すなわち、本発明は、水硬性物質、ポリ
ビニルアルコール系重合体（以下「ＰＶＡ系重合体」と
いう）粉末およびＰＶＡ系重合体粉末用のゲル化剤を含
む水硬性組成物を成形した後、養生して水硬性成形物を
製造する方法であって、水硬性組成物の調製段階、水硬
性組成物の調製後で且つ成形前の段階および成形途中の
段階のうちの少なくとも１つの段階で、水硬性組成物を
３０〜８０℃の温度に１０〜１２０分加熱して、水硬性
組成物中に含まれているポリビニルアルコール系重合体
粉末を吸水ゲル粒体の形態にした後に、養生を行うこと
を特徴とする水硬性成形物の製造方法である。 【００１０】本発明において、水硬性物質としては水と
反応して硬化する無機物質のいずれもが使用でき特に限
定されず、例えば各種ポルトランドセメント、高炉セメ
ント、アルミナセメント、石膏、水滓スラグ、水酸化カ
ルシウム、珪石粉などを挙げることができる。水硬性物
質は１種類のみを使用してもまたは２種以上を組み合わ
せて使用してもよい。 【００１１】また、ＰＶＡ系重合体粉末としては、水硬
性組成物中にそのまま溶解せずに組成物中に含まれる水
を吸収して膨潤し、しかもゲル化のための加熱処理時に
ゲル化剤と反応して吸水ゲル粒体の形態になって水硬性
組成物または成形物中に存在し得るものであればいずれ
でもよく、変性されていない通常のＰＶＡおよび変性さ
れたＰＶＡのいずれであってもよい。変性されたＰＶＡ
の例としては、イタコン酸、マレイン酸などの不飽和カ
ルボン酸成分を共重合させたカルボキシル変性ＰＶＡ、
硫酸基やリン酸基を導入したイオン変性ＰＶＡ、アセト
アセチル基やシリル基を導入したＰＶＡなどを挙げるこ
とができる。変性ＰＶＡを使用する場合は、上記したカ
ルボキシル変性ＰＶＡを使用するのが好ましい。ＰＶＡ
系重合体は１種類のみを使用しても、または２種以上を
併用してもよい。 【００１２】また、ＰＶＡ系重合体の重合度は特に制限
されないが、５００以上であるのが好ましく、１５００
以上であるのがより好ましい。５００以上の重合度を有
するＰＶＡ系重合体を使用すると、得られる水硬性成形
物の強度をより高くすることができる。更に、ＰＶＡ系
重合体のケン化度も特に限定されないが、８０モル％以
上であるのが好ましく、９０モル％以上であるがより好
ましく、９５モル％以上であるのが一層好ましい。 【００１３】そして、ＰＶＡ系重合体粉末の粒径は、粒
径が小さい方が水硬性組成物中に均一に分散させること
ができ、しかも水硬性組成物や水硬性成形物中で吸水ゲ
ル粒体を形成し易く、その上ＰＶＡ系重合体粉末の単位
重量当たりの吸水ゲル粒体の形成数が多くなり軽量化の
促進につながるので好ましい。そのような点から、ＰＶ
Ａ系重合体粉末としては、限定されるものではないが、
一般に１００メッシュ篩を通過する微粉の含有割合が７
０重量％以上のものを使用するのが好ましく、１００メ
ッシュ篩を通過する微粉の含有割合が９５重量％以上の
ものを使用するのがより好ましい。 【００１４】また、ＰＶＡ系重合体粉末の配合割合は、
水硬性物質の重量に基づいて、０．２〜１０重量％の範
囲とするのがよく、０．５〜５重量％であるのがより好
ましい。ＰＶＡ系重合体粉末の配合割合が０．２重量％
未満であると水硬性成形物の軽量化および強度の向上が
困難になり、一方１０重量％を越えると耐水性および難
燃性が低下し易くなる。 【００１５】更に、本発明では、上記したＰＶＡ系重合
体粉末と共にＰＶＡ系重合体用のゲル化剤を使用するこ
とが必要である。ゲル化剤としては硼酸、硼砂、硼酸ア
ンモニウム、２価および３価の各種鉄塩、鉛塩、ジルコ
ニウム塩、銀塩、アルミニウム塩、クロム酸塩、過マン
ガン酸塩などを挙げることができ、それらのうちでも特
に硼酸、硼砂が水硬性成形物に適した吸水ゲル粒体形成
の点で好ましい。上記したゲル化剤は１種類のみを使用
しても、または互いに悪影響を及ぼさない場合は２種以
上を併用してもよい。 【００１６】ゲル化剤の種類などによってその使用量は
種々異なり得るが、一般にＰＶＡ系重合体粉末の重量に
基づいて、ゲル化剤を１〜３０重量％の範囲で使用する
のが好ましく、５〜２０重量％がより好ましい。ゲル化
剤は、それ自身は水硬性組成物中に含まれる水に溶解
し、組成物中に併存するＰＶＡ系重合体粉末をゲル化さ
せて、ＰＶＡ系重合体粉末が溶解されずに膨潤した吸水
ゲル粒体の形態で水硬性組成物中または養生前の水硬性
成形物中に存在するための剤として働く。 【００１７】本発明で使用する水硬性組成物は、上記し
た水硬性物質、ＰＶＡ系重合体粉末およびゲル化剤の３
成分からなり、更に水硬性成形物の製造において使用さ
れ得ることが知られている種々の他の成分や材などを必
要に応じて含有していてもよい。そのような他の成分や
材としては、例えばビニロン、アクリル繊維、ポリプロ
ピレン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維等の合
成繊維、ガラスなどの無機繊維、合成パルプ、木材パル
プなどのパルプ類、シラスバルーン、パーレイト、ポリ
スチレンビーズなどの軽量骨材、シリカヒューム、微細
珪石粉などを挙げることができ、これら他の成分や材は
１種類のみを使用しても２種以上を用いてもよい。水硬
性組成物中のそのような他の成分や材を配合する場合に
は、それらの種類や水硬性物質の用途などに応じてその
配合量を適宜選択することができるが、一般に水硬性物
質の重量に基づいて、１〜５０重量％の割合で配合する
のが好ましく、２〜２０重量％がより好ましい。 【００１８】そして、上記した水硬性物質、ＰＶＡ系重
合体粉末、ＰＶＡ系重合体用ゲル化剤および必要に応じ
て他の成分や材を水と共に混合して水硬性組成物を調製
する。その場合の固形分濃度は特に制限されないが、一
般に、５〜９０重量％が好ましく、１５〜８５重量％が
より好ましい。水硬性組成物を調製する際の混合方法お
よび混合手段は特に限定されず、例えばコンクリートミ
キサー、スクリュー型混練装置、ペラー型混練装置など
によって混合することができる。その際の混合条件とし
ては、ＰＶＡ系重合体粉末が溶解することなく膨潤した
吸水ゲル粒体になるよう条件を採用することが必要であ
る。 【００１９】上記により調製した水硬性組成物を次いで
成形する。成形法は特に制限されず、水硬性成形物の製
造に使用されている方法のいずれもが採用でき、例えば
型枠成形法、押出成形法、抄造成形法、フローオン法、
乾式法などを挙げることができる。 【００２０】 ここで重要なことは、本発明において
は、水硬性物質、ＰＶＡ系重合体粉末およびゲル化剤を
必須成分として含む水硬性組成物を、養生前の任意の段
階で３０〜８０℃の温度で１０〜１２０分加熱して、そ
こに含まれているＰＶＡ粉末を膨潤した吸水ゲル化粒体
にすることを必須にしている点である（なお、養生前の
かかる加熱処理を以下「ゲル化用加熱」という）。とこ
ろで、本発明において、上記の「養生前の任意の段階」
とは、水硬性組成物を調製する段階、水硬性組成物の調
製後で且つ成形前の段階および／または成形の途中の段
階をいう。したがって本発明ではそれらの段階であれば
ゲル化用加熱の時期はいずれであってもよく、場合によ
ってはそれらの複数の段階にまたがって行ってもよい。 【００２１】ゲル化用加熱は上記のように３０〜８０℃
の温度で行うことが必要であり、４０〜７０℃がより好
ましい。ゲル化用加熱時の温度が３０℃よりも低いとＰ
ＶＡ系重合体粉末の膨潤・吸水ゲルが充分に行われなく
なり、一方８０℃よりも高いと折角形成された吸水ゲル
粒体が養生前に溶解等によって消失してしまって、水硬
性成形物中に空隙が形成されなくなる。また、ゲル化用
加熱の時間は１０〜１２０分とするのが好ましく、２０
〜９０分がより好ましい。加熱時間が短か過ぎるとＰＶ
Ａ系重合体粉末から膨潤した吸水ゲル粒体が形成にくく
なり、一方長すぎると折角形成された吸水ゲル粒体がや
はり養生前に消失し易くなる。 【００２２】また、ＰＶＡ系重合体粉末からの吸水ゲル
粒体の形成をＰＶＡ系重合体粉末の膨潤度の点から見る
と、水硬性組成物中に配合されたＰＶＡ系重合体粉末
が、水硬性組成物または水硬性成形物中で、配合前のＰ
ＶＡ系重合体粉末の重量の約５〜１５倍、好ましくは７
〜１２倍に膨潤した状態で吸水ゲル粒体を形成するよう
にして、上記したゲル化用加熱を施すとよい。 【００２３】本発明では、上記のゲル化用加熱を採用す
ることによって、ＰＶＡ系重合体粉末を膨潤した吸水ゲ
ル粒体状で成形物中に多数分散存在させることができ、
その吸水ゲル粒体が成形物の養生後に多数の独立した空
隙（独立気泡）となって水硬性成形物中に存在するよう
になり、成形物を軽量なものとする。 【００２４】次いで、上記により得られたＰＶＡ系重合
体の膨潤した吸水ゲル粒体を分散含有する成形物を養生
することによって最終的な水硬性成形物を製造する。そ
の際の養生法は特に制限されず、水硬性成形物の既知の
養生法のいずれもが採用でき、例えばオートクレーブ養
生、スチーム養生、自然養生などを挙げることができ
る。そのうちでも、加熱を伴うオートクレーブ養生およ
びスチーム養生が好ましく、オートクレーブ養生がより
好ましい。限定されるものではないが、オートクレーブ
養生を採用する場合は、約１２０〜１８０℃の飽和蒸気
圧下で５〜２０時間養生を行うのが好ましい。 【００２５】そして、上記のような養生の結果、最終的
な水硬性成形物が得られる。得られた水硬性成形物中に
は多数の独立した空隙（独立気泡）が形成されていて、
これが成形物を軽量なものとしており、しかも多数の空
隙の存在にも拘わらず得られる水硬性成形物は強度に優
れている。本発明の方法で得られる水硬性成形物が多数
の独立気泡を有し且つ強度に優れる理由は明確ではない
が、養生前の成形物中に形成されていた膨潤したＰＶＡ
系重合体の吸水ゲル粒体が最後の養生工程において溶解
等によって消失すると同時に水硬性成形物のマトリック
ス中に浸透して補強作用を果たすと共に、吸水ゲル粒体
が存在していた部分に独立した空隙が残留して成形物の
軽量化を果たすものと考えられる。 【００２６】本発明で製造される水硬性成形物は、建
築、土木、船舶などの種々の分野で広く使用することが
でき、特にその優れた軽量性と強度により、屋根、外
壁、内壁、床材、門扉、道路用ブロック、護岸用ブロッ
クなどの建材として極めて有効に使用できる。 【００２７】 【実施例】以下に本発明を実施例などにより具体的に説
明するが、本発明はそれにより限定されない。以下の例
中、得られた成形物のかさ比重、曲げ強度および長さ変
化率（寸法安定性）は次のようにして求めた。 【００２８】かさ比重：ＪＩＳ Ａ５４１３に準拠し
て、試験片を熱風乾燥器に入れて１０５℃±５℃で２４
時間乾燥し、その時の重量／体積の値として求めた。曲げ強度（曲げたわみ） ：ＪＩＳ Ａ１４０８「建築ボ
ード類の曲げ試験法」に準拠して、スパン長５ｃｍで測
定した。長さ変化率（寸法安定性） ：ＪＩＳ Ａ５４１６に準拠
して、６０℃で一昼夜乾燥したものを基準とし、２０℃
で一昼夜水に浸漬した時の長さを測定してその変化率を
求めた。 【００２９】 《実施例１〜２および比較例１〜２》 （１） ポルトランドセメント５０重量部、珪石粉３０
重量部、木材パルプ５重量部、ＰＶＡ粉末［（株）クラ
レ製；重合度１７５０；ケン化度合９８．５モル％；１
００メッシュパス品］３重量部および下記の表１に示す
割合の硼酸を混合した後、水を加えて固形分濃度３０重
量％の水性スラリーを形成した。 （２） 上記（１）で得られた水性スラリーを、実施例
１〜２では温度４５℃で３０分間加熱処理した。また、
比較例１〜２では加熱処理を施さなかった。 【００３０】（３） 上記（２）の加熱処理スラリーま
たは未加熱スラリーを型枠に流し込んだ後、固形分濃度
が６０〜７０重量％になるようにプレスして搾液し、厚
さ８ｍｍの板材を作製した。 （４） 上記（３）で得られた板材を１６０℃の飽和蒸
気圧下に１０時間オートクレーブ養生し、得られた板材
から試験片を採り、そのかさ比重、曲げ強度、長さ変化
率を上記した方法により求めた。その結果を表１に示
す。 【００３１】《参考例１〜２》 上記実施例１において、水性スラリーに加熱処理を施す
代わりに、その（３）の工程により得られた搾液後の板
材をその養生前に下記の表１に示した温度で３０分間加
熱処理した以外は実施例１と同様にして板材を製造し、
それから試験片を採って、そのかさ比重、曲げ強度、長
さ変化率を上記した方法により求めた。その結果を表１
に示す。 【００３２】《参考例３》 硼酸の配合量を表１に示すように変えた以外は参考例２
と同様に行った。その結果を表１に示す。 【００３３】《参考例４》 ＰＶＡ粉末として２００メッシュパス品を使用した以外
は参考例２と同様に行った。その結果を表１に示す。 【００３４】 【表１】【００３５】 上記表１の結果から、養生に至るまでの
段階、すなわちＰＶＡ粉末およびゲル化剤を含む水硬性
組成物（水性スラリー）の段階または成形後で且つ養生
の前の段階でゲル化用加熱を施している実施例１〜２お
よび参考例１〜４による場合は、かさ比重が小さくて軽
量であり、それにも拘わらず強度（曲げ強度）に優れた
成形物が得られることがわかる。それに対して、本発明
におけるゲル化用加熱を行わない比較例１および２の場
合は、得られる成形物のかさ比重が大きく且つ強度が小
さいことがわかる。 【００３６】《参考例５〜６》 下記の表２に示すように、未変性ＰＶＡの代わりにイタ
コン酸を２モル％共重合したＰＶＡ共重合体粉末（重合
度１７５０；ケン化度合９８モル％；１００メッシュパ
ス品）を３重量部使用し、硼酸０．３重量部の代わりに
第２硫酸鉄０．５重量部を使用し、且つ搾液後の板材の
ゲル化用加熱を４０℃、６０分として、養生を下記の表
２に示す条件で行った以外は参考例２と同様にして板材
を作製し、それより得た試験片のかさ比重、曲げ強度、
長さ変化率を上記した方法により求めた。その結果を表
２に示す。 【００３７】《参考例７〜８および比較例３》 下記の表２に示すように、未変性ＰＶＡ３重量部の代わ
りにマレイン酸を３モル％共重合したＰＶＡ共重合体粉
末（重合度１７５０；ケン化度合９７モル％；１００メ
ッシュパス品）を表２に示す量で使用し、硼酸０．３重
量部の代わりに第２硫酸鉄を表２に示す量で使用し、且
つ搾液後の板材のゲル化用加熱を４０℃、３０分とし
て、養生を１６０℃で１０時間行った以外は参考例２と
同様にして板材を作製し、それより得た試験片のかさ比
重、曲げ強度、長さ変化率を上記した方法により求め
た。その結果を表２に示す。 【００３８】 【表２】【００３９】 上記表２の結果から、養生に至るまでの
段階、すなわちＰＶＡ粉末およびゲル化剤を含む水硬性
成形物に対して養生の前にゲル化用加熱を施している参
考例５〜８では、かさ比重が小さくて且つ強度（曲げ強
度）の大きな成形物が得られること、それに対してゲル
化用加熱を行っていない比較例３では得られる成形物の
かさ比重が大きく、軽量性に欠けていることがわかる。 【００４０】《参考例９》 ＰＶＡ粉末として、５０メッシュパス品（１００メッシ
ュオン品）を使用した以外は実施例１と同様に行ったと
ころ、得られる板材のかさ比重は１．１０であり、粒度
の大きなＰＶＡ系重合体粉末を使用した場合には、水硬
性成形物の軽量化が幾分達成されにくい。 【００４１】 【発明の効果】本発明の方法により、ＰＶＡ系重合体粉
末とそのゲル化剤を水硬性組成物中に配合して、養生に
至るまでの段階（養生前の段階）で３０〜８０℃という
比較的低温の加熱処理を１０〜１２０分という短い時間
で施すだけで、軽量性に富み、しかも強度に優れた水硬
性成形物を極めて簡単な操作で円滑に製造することがで
きる。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 水硬性物質、ポリビニルアルコール系重
   合体粉末およびポリビニルアルコール系重合体用のゲル
   化剤を含む水硬性組成物を成形した後、養生して水硬性
   成形物を製造する方法であって、水硬性組成物の調製段
   階、水硬性組成物の調製後で且つ成形前の段階および成
   形途中の段階のうちの少なくとも１つの段階で、水硬性
   組成物を３０〜８０℃の温度に１０〜１２０分加熱し
   て、水硬性組成物中に含まれているポリビニルアルコー
   ル系重合体粉末を吸水ゲル粒体の形態にした後に、養生
   を行うことを特徴とする水硬性成形物の製造方法。