JP3537511B2 - マグネシア系超軽量質耐火性材料 - Google Patents
マグネシア系超軽量質耐火性材料Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ゼオライトと無機質
または合成樹脂系中空発泡体を骨材として混入したマグ
ネシア系超軽量質耐火性材料に関するものである。さら
に詳しくは、この発明は、断熱、耐火、耐久性が要求さ
れる建築構造材料等に有用な、ゼオライトと無機質また
は合成樹脂系中空発泡体を骨材としたマグネシア系超軽
量質耐火性材料に関するものである。
または合成樹脂系中空発泡体を骨材として混入したマグ
ネシア系超軽量質耐火性材料に関するものである。さら
に詳しくは、この発明は、断熱、耐火、耐久性が要求さ
れる建築構造材料等に有用な、ゼオライトと無機質また
は合成樹脂系中空発泡体を骨材としたマグネシア系超軽
量質耐火性材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、軽量な無機質材料
として焼結発泡セラミックスや微小口径ハニカム構造の
セラミックスが知られているが、これらは成形、焼成の
プロセスが複雑であってコストも高いことから大型構造
材料への利用が困難であり、小形の耐火断熱材またはバ
イオリアクター等の触媒担体として利用されるにとどま
っている。また、繊維状セラミックスも軽量な耐火断熱
材として利用されているに過ぎない。さらに、ガラスウ
ールやスラグウールがマット状の断熱、防音材として利
用されているが、これらも構造材とはなり得ない。
として焼結発泡セラミックスや微小口径ハニカム構造の
セラミックスが知られているが、これらは成形、焼成の
プロセスが複雑であってコストも高いことから大型構造
材料への利用が困難であり、小形の耐火断熱材またはバ
イオリアクター等の触媒担体として利用されるにとどま
っている。また、繊維状セラミックスも軽量な耐火断熱
材として利用されているに過ぎない。さらに、ガラスウ
ールやスラグウールがマット状の断熱、防音材として利
用されているが、これらも構造材とはなり得ない。
【０００３】一方、繊維状珪酸カルシウム、セラミック
発泡体をポルトランドセメントで硬化した軽量質コンク
リート板も知られているが、ＢＳＧが１．５以上で強度
が低く、炭酸化による経年劣化が顕著である等の欠点が
ある。また、ＡＬＣ(Autoclaved Light weight Concret
e)に分類され、水熱合成法によって生成された珪酸カル
シウム発泡体は、鉄筋を内蔵する大型耐火構造材料とし
て広く利用され、現状においては唯一のセラミック構造
材料として扱われている。しかしながら、このＡＬＣは
含水珪酸カルシウム(Tobermorite) と未反応の二酸化珪
素(SiO2)の混合組織であるため、含水珪酸カルシウムが
炭酸化によってゲル状酸化珪素と炭酸カルシウムに分解
し、これによる吸収、乾燥に伴い膨張、収縮を繰り返す
ため、経年劣化が大きいことが指摘されている。また、
吸水率が大きく、強度が弱いために脆く、取り扱い中に
破壊しやすく、表面塗装膜も劣化しやすい等の欠点があ
る。
発泡体をポルトランドセメントで硬化した軽量質コンク
リート板も知られているが、ＢＳＧが１．５以上で強度
が低く、炭酸化による経年劣化が顕著である等の欠点が
ある。また、ＡＬＣ(Autoclaved Light weight Concret
e)に分類され、水熱合成法によって生成された珪酸カル
シウム発泡体は、鉄筋を内蔵する大型耐火構造材料とし
て広く利用され、現状においては唯一のセラミック構造
材料として扱われている。しかしながら、このＡＬＣは
含水珪酸カルシウム(Tobermorite) と未反応の二酸化珪
素(SiO2)の混合組織であるため、含水珪酸カルシウムが
炭酸化によってゲル状酸化珪素と炭酸カルシウムに分解
し、これによる吸収、乾燥に伴い膨張、収縮を繰り返す
ため、経年劣化が大きいことが指摘されている。また、
吸水率が大きく、強度が弱いために脆く、取り扱い中に
破壊しやすく、表面塗装膜も劣化しやすい等の欠点があ
る。
【０００４】このように、従来の軽量質無機質材料は、
建築構造材料として利用するには物性ならびに経済性の
面で適正さを欠いており、唯一広く利用されているＡＬ
Ｃも強度不足と経年劣化という二つの大きな問題を抱え
ている。この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされ
たものであり、これまでのものとは異なる発想をもと
に、軽量かつ大型の構造材料として安定した物性を示
し、経済性にも優れ、特に大きな疎水性を持つマグネシ
ア系軽量質耐火性構造材料を提供することを目的として
いる。
建築構造材料として利用するには物性ならびに経済性の
面で適正さを欠いており、唯一広く利用されているＡＬ
Ｃも強度不足と経年劣化という二つの大きな問題を抱え
ている。この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされ
たものであり、これまでのものとは異なる発想をもと
に、軽量かつ大型の構造材料として安定した物性を示
し、経済性にも優れ、特に大きな疎水性を持つマグネシ
ア系軽量質耐火性構造材料を提供することを目的として
いる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、ゼオライトもしくはそれを主成
分とする凝灰岩粒子と無機質または合成樹脂系の中空発
泡体を骨材として、活性度の高いマグネシアならびにそ
の塩類を混合して成形したものを低温で硬化させること
によって、軽量でかつ大型の構造材料として安定した物
性を示すことを特徴とする軽量質耐火性材料を提供す
る。
を解決するものとして、ゼオライトもしくはそれを主成
分とする凝灰岩粒子と無機質または合成樹脂系の中空発
泡体を骨材として、活性度の高いマグネシアならびにそ
の塩類を混合して成形したものを低温で硬化させること
によって、軽量でかつ大型の構造材料として安定した物
性を示すことを特徴とする軽量質耐火性材料を提供す
る。
【０００６】さらにこの発明について、その背景を説明
すると、マグネシアとその塩類であるリン酸塩、硫酸
塩、塩化物等との反応によって生成するマグネシウムオ
キシ塩セメントは、軽量であり、曲げ強度が大きく、木
材や岩石等との接着力に優れていることは従来より知ら
れており、さらにオキシ塩の可溶性によって、金属表面
上で加水分解を起こし腐食が生じることも知られてい
る。このようなマグネシアセメントの欠点を改善するた
めの手段として種々の添加物が提案されているが完全な
ものはない。
すると、マグネシアとその塩類であるリン酸塩、硫酸
塩、塩化物等との反応によって生成するマグネシウムオ
キシ塩セメントは、軽量であり、曲げ強度が大きく、木
材や岩石等との接着力に優れていることは従来より知ら
れており、さらにオキシ塩の可溶性によって、金属表面
上で加水分解を起こし腐食が生じることも知られてい
る。このようなマグネシアセメントの欠点を改善するた
めの手段として種々の添加物が提案されているが完全な
ものはない。
【０００７】そこで、この発明の発明者らは、マグネシ
ウムオキシ塩の吸着水による可溶性を抑止するために、
ゼオライトの吸着性とイオン交換性に着目し、これらを
複合することによって上記現象を完全に抑止でき、さら
に凝灰岩粒子を酸で処理することによって、その複合効
果が発揮されることを見いだした。しかしながら、ゼオ
ライトを主成分とする凝灰岩は多孔性であるため、粒子
の容積重量（ＢＳＧ）が０．９と低く、またマグネシア
のＢＳＧが０．７以下であるため、その硬化体のＢＳＧ
を０．８以下とすることも容易である。だが、近年、省
エネルギーの観点から超軽量化が要求されており、材料
のＢＳＧを極限まで低下させることが重要となってい
る。
ウムオキシ塩の吸着水による可溶性を抑止するために、
ゼオライトの吸着性とイオン交換性に着目し、これらを
複合することによって上記現象を完全に抑止でき、さら
に凝灰岩粒子を酸で処理することによって、その複合効
果が発揮されることを見いだした。しかしながら、ゼオ
ライトを主成分とする凝灰岩は多孔性であるため、粒子
の容積重量（ＢＳＧ）が０．９と低く、またマグネシア
のＢＳＧが０．７以下であるため、その硬化体のＢＳＧ
を０．８以下とすることも容易である。だが、近年、省
エネルギーの観点から超軽量化が要求されており、材料
のＢＳＧを極限まで低下させることが重要となってい
る。
【０００８】そこで、この発明の発明者らは、無機質、
または合成樹脂系中空発泡体を混入させることにより、
ＢＳＧを０．６以下から０．３以下までに低くし、同時
に曲げ強度（ＭＯＲ）を１０Ｋｇｆ／ｃｍ2 に保持する
ことが可能であることを見いだした。これにより、構造
体の構築エネルギーと構造体自身の省エネルギー化を達
成できることを確認し、この発明を完成した。
または合成樹脂系中空発泡体を混入させることにより、
ＢＳＧを０．６以下から０．３以下までに低くし、同時
に曲げ強度（ＭＯＲ）を１０Ｋｇｆ／ｃｍ2 に保持する
ことが可能であることを見いだした。これにより、構造
体の構築エネルギーと構造体自身の省エネルギー化を達
成できることを確認し、この発明を完成した。
【０００９】そしてまた、この発明による軽量材は、大
型パネルとして利用することができ、この場合には、合
成樹脂によるコーティングを施した鉄筋によってＲＣ構
造とすることが構築物の安全上望ましい。
型パネルとして利用することができ、この場合には、合
成樹脂によるコーティングを施した鉄筋によってＲＣ構
造とすることが構築物の安全上望ましい。
【００１０】
【作用】この発明においては、マグネシアならびにその
塩類に、ゼオライトを主成分とする凝灰岩粒子と無機質
または合成樹脂の中空粒子を骨材として混合し硬化さ
せ、マグネシア系軽量質耐火性材料を製造する。そし
て、特にこの発明では、ゼオライトを整粒し、十分に乾
燥させ、この粒子にリン酸、塩酸、硫酸等を１０％以下
に希薄したものを加えてゼオライト表面層のアルカリな
らびにアルカリ土類金属イオンを置換し、ゾル、ゲル化
状態になった粒子表面にマグネシアを反応させ水和珪酸
塩を生成させることで、その粒子表面層は粒子内部のゼ
オライト効果を失うことなく、マグネシウムオキシ塩の
セメント接着性を強める作用を発揮する。
塩類に、ゼオライトを主成分とする凝灰岩粒子と無機質
または合成樹脂の中空粒子を骨材として混合し硬化さ
せ、マグネシア系軽量質耐火性材料を製造する。そし
て、特にこの発明では、ゼオライトを整粒し、十分に乾
燥させ、この粒子にリン酸、塩酸、硫酸等を１０％以下
に希薄したものを加えてゼオライト表面層のアルカリな
らびにアルカリ土類金属イオンを置換し、ゾル、ゲル化
状態になった粒子表面にマグネシアを反応させ水和珪酸
塩を生成させることで、その粒子表面層は粒子内部のゼ
オライト効果を失うことなく、マグネシウムオキシ塩の
セメント接着性を強める作用を発揮する。
【００１１】これらの配合組成物に、無機質または合成
樹脂の中空発泡体として、セラミックバルーン、ガラス
バルーンなどの無機質中空発泡体や、ポリスチレン、ポ
リエチレン等の樹脂発泡粒子を混合することで、この発
明の超軽量質耐火材料が実現される。さらに詳しくは、
この発明においては、ゼオライト石が天然またはその酸
もしくはアルカリ処理したもの、特に［（Ｃａ；Ｎａ2
…Ｋ2 ）（Ａｌ2 Ｓｉ7 Ｏ13）・６Ｈ2 Ｏ］を主鉱物と
する凝灰岩粒子を酸処理したもの等と上記の無機または
合成樹脂の中空発泡体とを骨材とし、マグネシア（Ｍｇ
Ｏ）をその塩類とからなるマグネシアオモシ塩化物とに
よって耐火材を構成する。
樹脂の中空発泡体として、セラミックバルーン、ガラス
バルーンなどの無機質中空発泡体や、ポリスチレン、ポ
リエチレン等の樹脂発泡粒子を混合することで、この発
明の超軽量質耐火材料が実現される。さらに詳しくは、
この発明においては、ゼオライト石が天然またはその酸
もしくはアルカリ処理したもの、特に［（Ｃａ；Ｎａ2
…Ｋ2 ）（Ａｌ2 Ｓｉ7 Ｏ13）・６Ｈ2 Ｏ］を主鉱物と
する凝灰岩粒子を酸処理したもの等と上記の無機または
合成樹脂の中空発泡体とを骨材とし、マグネシア（Ｍｇ
Ｏ）をその塩類とからなるマグネシアオモシ塩化物とに
よって耐火材を構成する。
【００１２】マグネシアは、マグネシウム塩を１０００
℃以下の温度で焼成して得られる活性マグネシアであっ
て、粒径５０μｍ以下で、比表面積が２５〜４０ｍ2／
ｇであることを特に好ましい態様としている。また、マ
グネシア微粉末は、ゼオライト石にコーティングして配
合することが有効でもある。マグネシウムオキシ塩化合
物は、［（ｎＭｇＯ・ＭｇＣｌ2 ・ＳＯ4 ・Ｐ2 Ｏ5)・
ｍＨ2 Ｏ］（ｎ＝５〜１０）で表わされるものを好適に
使用する。このものはマグネシアとマグネシウム塩との
混合スラリーとして実現される。また、高分子エマルジ
ョンを配合することも有利である。
℃以下の温度で焼成して得られる活性マグネシアであっ
て、粒径５０μｍ以下で、比表面積が２５〜４０ｍ2／
ｇであることを特に好ましい態様としている。また、マ
グネシア微粉末は、ゼオライト石にコーティングして配
合することが有効でもある。マグネシウムオキシ塩化合
物は、［（ｎＭｇＯ・ＭｇＣｌ2 ・ＳＯ4 ・Ｐ2 Ｏ5)・
ｍＨ2 Ｏ］（ｎ＝５〜１０）で表わされるものを好適に
使用する。このものはマグネシアとマグネシウム塩との
混合スラリーとして実現される。また、高分子エマルジ
ョンを配合することも有利である。
【００１３】全体の配合については、マグネシア、その
塩、ゼオライト、さらには高分子エマルジョンの総量が
９０〜９９重量％、中空発泡体が１〜１０重量％程度と
し、また、ゼオライトは３〜２０重量％、マグネシア、
その塩は８０〜９５重量％、高分子エマルジョンは３０
％以下とするのが好ましい。なお、耐火性の観点から
は、合成樹脂系発泡体の場合は１〜５重量％とするのが
好ましい。
塩、ゼオライト、さらには高分子エマルジョンの総量が
９０〜９９重量％、中空発泡体が１〜１０重量％程度と
し、また、ゼオライトは３〜２０重量％、マグネシア、
その塩は８０〜９５重量％、高分子エマルジョンは３０
％以下とするのが好ましい。なお、耐火性の観点から
は、合成樹脂系発泡体の場合は１〜５重量％とするのが
好ましい。
【００１４】以下、実施例を示してさらに詳しくこの発
明の超軽量質耐火材について説明する。
明の超軽量質耐火材について説明する。
【００１５】
【実施例】サイズ６００×６００×４０ｍｍの超軽量質
耐火材料中に５ｍｍ×４００ｍｍの鉄筋を配筋し、振動
成形により成形し、２４時間養生して硬化体を得た。す
なわち、ゼオライトを主成分とする凝灰岩（大谷石）を
粒径２ｍｍ以下に整粒し、これにリン酸（Ｈ2 ＰＯ4 ）
の５％水溶液をスプレーし、１時間後にマグネシアの微
粉末をまぶして２時間放置した。このコーティング処理
により、凝灰岩粒子は白色の薄膜と強く接着され、振動
攪拌によっても粉状物質の発生は認められなかった。
耐火材料中に５ｍｍ×４００ｍｍの鉄筋を配筋し、振動
成形により成形し、２４時間養生して硬化体を得た。す
なわち、ゼオライトを主成分とする凝灰岩（大谷石）を
粒径２ｍｍ以下に整粒し、これにリン酸（Ｈ2 ＰＯ4 ）
の５％水溶液をスプレーし、１時間後にマグネシアの微
粉末をまぶして２時間放置した。このコーティング処理
により、凝灰岩粒子は白色の薄膜と強く接着され、振動
攪拌によっても粉状物質の発生は認められなかった。
【００１６】なお、ここでは、マグネシアの２５％の塩
化マグネシウム溶液を８ＭｇＯ・（ＭｇＣｌ2 ＋ＭｇＳ
Ｏ4 ）・３Ｈ2 Ｏのような組成比となるように添加しス
ラリー状とした。表１のような配合比（重合比）でコー
ティング処理を施した凝灰岩粒子とマグネシウムスラリ
ーを混合し、さらに粒径３ｍｍ以下のポリスチレン中空
発泡体を配合し、セメントミキサー内で５分間混合攪拌
した。これを型枠に流し込み、約５分間振動成形を行っ
た後、型枠のまま６０℃、湿度７０％の条件で６時間養
生室にて硬化させた。硬化後、１５０℃の空気乾燥炉で
２４時間乾燥硬化させ、さらに空気中で三日間放置し
た。
化マグネシウム溶液を８ＭｇＯ・（ＭｇＣｌ2 ＋ＭｇＳ
Ｏ4 ）・３Ｈ2 Ｏのような組成比となるように添加しス
ラリー状とした。表１のような配合比（重合比）でコー
ティング処理を施した凝灰岩粒子とマグネシウムスラリ
ーを混合し、さらに粒径３ｍｍ以下のポリスチレン中空
発泡体を配合し、セメントミキサー内で５分間混合攪拌
した。これを型枠に流し込み、約５分間振動成形を行っ
た後、型枠のまま６０℃、湿度７０％の条件で６時間養
生室にて硬化させた。硬化後、１５０℃の空気乾燥炉で
２４時間乾燥硬化させ、さらに空気中で三日間放置し
た。
【００１７】以上の通りに製造した硬化体の乾燥収縮、
吸水性、曲げ強度を測定し、その結果を表２に示した。
試料Ｎｏ．１は、型枠面は白色でやや光沢を帯び、乾燥
収縮はなかった。試料Ｎｏ．２は、型枠面にはやや粒子
がみられたが、乾燥収縮はなかった。なお、乾湿収縮率
は乾気中から湿気中への環境変化を１０回繰り返し、そ
の後の寸法変化を示した。吸水率は１時間水中に浸した
後の吸水量を示した。また、曲げ強度は空気中に１時間
放置した後に計測した。
吸水性、曲げ強度を測定し、その結果を表２に示した。
試料Ｎｏ．１は、型枠面は白色でやや光沢を帯び、乾燥
収縮はなかった。試料Ｎｏ．２は、型枠面にはやや粒子
がみられたが、乾燥収縮はなかった。なお、乾湿収縮率
は乾気中から湿気中への環境変化を１０回繰り返し、そ
の後の寸法変化を示した。吸水率は１時間水中に浸した
後の吸水量を示した。また、曲げ強度は空気中に１時間
放置した後に計測した。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】
【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明したと
おり、軽量質耐火材料として広く利用されているＡＬＣ
と比較し、高い寸法精度、半分の吸水率、約２．５倍の
曲げ強度という優れた性質を示し、長期的に空気中にお
ける炭酸ガスによる劣化もない、軽量質で耐火性、断熱
性を具備し、大型構造材料として利用できうる新しい材
料を提供することが可能となる。
おり、軽量質耐火材料として広く利用されているＡＬＣ
と比較し、高い寸法精度、半分の吸水率、約２．５倍の
曲げ強度という優れた性質を示し、長期的に空気中にお
ける炭酸ガスによる劣化もない、軽量質で耐火性、断熱
性を具備し、大型構造材料として利用できうる新しい材
料を提供することが可能となる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｃ０４Ｂ 38/08 Ｃ０４Ｂ 38/08 Ａ
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C04B 2/00 - 32/02
B28B 23/02
C04B 35/66
C04B 38/08
Claims (9)
- 【請求項１】 マグネシア（ＭｇＯ）とその塩類とから
なるマグネシウムオキシ塩化合物に骨材を混入して硬化
させたもの、またはそのＲＣ構造体からなるマグネシア
系耐火性材料であって、骨材として、ゼオライトと無機
質もしくは合成樹脂系中空発泡体を混入したことを特徴
とするマグネシア系超軽量質耐火性材料。 - 【請求項２】 ゼオライト石が、天然ゼオライトまたは
その酸もしくはアルカリ処理されたものである請求項１
の耐火性材料。 - 【請求項３】 ゼオライト石が、［（Ｃａ；Ｎａ2 …Ｋ
2 ）（Ａｌ2 Ｓｉ7Ｏ13）・６Ｈ2 Ｏ］を主鉱物とする
凝灰岩粒子を酸処理したものである請求項２の耐火性材
料。 - 【請求項４】 請求項５の酸処理したゼオライト石にマ
グネシア微粉末がコーティングされているものを配合し
た請求項１の耐火性材料。 - 【請求項５】 マグネシアは、マグネシム塩を１０００
℃以下の温度で焼成して得られる活性マグネシアであっ
て、粒径５０μｍ以下で、比表面積が２５〜４０ｍ2／
ｇである請求項１の耐火性材料。 - 【請求項６】 請求項１の耐火性材料において、マグネ
シウムオキシ塩化合物が［ｎＭｇＯ・（ＭｇＣｌ2 ，Ｓ
Ｏ4 ，Ｐ2 Ｏ5 ）・ｍＨ2 Ｏ］（ｎ＝５〜１０）で表わ
されるものである請求項１の耐火性材料。 - 【請求項７】 無機質または合成樹脂系の中空発泡体
が、１〜１０重量％の割合で配合されている請求項１の
耐火性材料。 - 【請求項８】 高分子エマルジュンが配合されている請
求項１の耐火性材料。 - 【請求項９】 合成樹脂を被覆した鉄筋、または亜鉛メ
ッキした鉄筋によってかご状に配筋したＲＣ構造体から
なることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかのマ
グネシア系軽量質耐火性材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27126894A JP3537511B2 (ja) | 1994-11-04 | 1994-11-04 | マグネシア系超軽量質耐火性材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27126894A JP3537511B2 (ja) | 1994-11-04 | 1994-11-04 | マグネシア系超軽量質耐火性材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08133811A JPH08133811A (ja) | 1996-05-28 |
| JP3537511B2 true JP3537511B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=17497720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27126894A Expired - Fee Related JP3537511B2 (ja) | 1994-11-04 | 1994-11-04 | マグネシア系超軽量質耐火性材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3537511B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007069351A1 (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-21 | Azmec Co., Ltd. | 吸着剤含有常温固化組成物、吸着剤含有成形体、吸着剤含有建材及び舗装用注入材 |
-
1994
- 1994-11-04 JP JP27126894A patent/JP3537511B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08133811A (ja) | 1996-05-28 |
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