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技術 軽量気泡コンクリートの製造方法

出願人 住友金属鉱山シポレックス株式会社
発明者 松下文明今澤公一
出願日 2005年9月21日 (15年3ヶ月経過) 出願番号 2005-273041
公開日 2007年4月5日 (13年8ヶ月経過) 公開番号 2007-084365
状態 特許登録済
技術分野 セメント、コンクリート、人造石、その養生 セメント、コンクリート、人造石、その養正 多孔質人造石または多孔質セラミック製品
主要キーワード 単結晶サイズ 珪酸成分 単一サイズ 管理指標 粉砕領域 構成鉱物 切断屑 ALC廃材
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この項目の情報は公開日時点(2007年4月5日)のものです。
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図面 (2)

課題

珪酸質原料として、単結晶サイズが10μm以下の微結晶と大きさが30〜500μmの結晶脈とを有する珪石を、単独で又は他の珪石と混合して用いることを可能とし、圧縮強度乾燥収縮率などの諸物性に優れたALCを製造する方法を提供する。

解決手段

上記微結晶と結晶脈を有する珪石を単独で使用し、1室式の転動ボールミルにより単一サイズボールを用いて粉砕し、単結晶サイズが30〜500μmとなる破砕的な粗粉砕が主体的になるように粒度調整する。また、他の方法では、上記微結晶と結晶脈を有する珪石と単結晶サイズの異なる珪石を混合して、2室式の転動ボールミルを用いて粉砕し、粒径10μm以下が50重量%以下、10〜50μmが35〜55重量%、50μm以上が7〜15重量%の粒度分布とする。

概要

背景

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程度と軽量でありながら、高い耐火性及び断熱性を備え、施工性にも優れているため、建築材料として広く使用されている。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の主要構成鉱物であるトバモライトは、強度物性に優れ、乾燥収縮率が小さいという特性を持つ。このトバモライトは、ケーキ状半硬化体の製造過程においてセメントと生石灰の水和により生成した低結晶性珪酸カルシウム水和物が、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。一般的に、単結晶サイズの小さい珪石は反応面積が大きいためにトバモライトの生成に大きく寄与し、単結晶サイズの大きい珪石は一部が未反応として残存し、骨材的な役割を担うとされている。

しかしながら、珪石の単結晶サイズが小さすぎると、水蒸気養生の過程において、トバモライトの前駆体である低結晶性の珪酸カルシウム水和物(CSH)が生成した状態で反応が安定化してしまうため、珪酸成分との反応によるトバモライトの生成が不充分な状態となる。その結果、得られるALCの圧縮強度や乾燥収縮率等の諸物性に大きな影響を及ぼすため、珪石の単結晶サイズはALCの品質における重要な管理項目とされている。

例えば、特開2001−019571号公報には、水蒸気養生においてトバモライトの生成に寄与する10μm以下の単結晶サイズを有する珪石と、圧縮強度や乾燥収縮率の向上に有効な10〜500μmの単結晶サイズを有する珪石を混合して粉砕する方法が記載されている。また、特開2001−302367号公報には、単結晶サイズの異なる珪石を2種混合した状態で粉砕し、平均単結晶サイズを10〜40μmに制御する方法が記載されている。

一方、日本において最も多く産出されるチャート質の珪石の中には、単結晶サイズが10μm以下の微結晶と大きさが30〜500μmの結晶脈とを有する特徴的な珪石がある。上記公報記載の方法は、いずれも、単結晶サイズの異なる珪石2種を混合して粉砕することを特徴とするものであるが、上記した微結晶と結晶脈とを有する特徴的な珪石を珪酸質原料とする場合には有効ではなかった。

特開2001−019571号公報
特開2001−302367号公報

概要

珪酸質原料として、単結晶サイズが10μm以下の微結晶と大きさが30〜500μmの結晶脈とを有する珪石を、単独で又は他の珪石と混合して用いることを可能とし、圧縮強度や乾燥収縮率などの諸物性に優れたALCを製造する方法を提供する。 上記微結晶と結晶脈を有する珪石を単独で使用し、1室式の転動ボールミルにより単一サイズボールを用いて粉砕し、単結晶サイズが30〜500μmとなる破砕的な粗粉砕が主体的になるように粒度調整する。また、他の方法では、上記微結晶と結晶脈を有する珪石と単結晶サイズの異なる珪石を混合して、2室式の転動ボールミルを用いて粉砕し、粒径10μm以下が50重量%以下、10〜50μmが35〜55重量%、50μm以上が7〜15重量%の粒度分布とする。

目的

本発明は、このような従来の事情に鑑み、チャート質の珪石の中で単結晶サイズが10μm以下の微結晶と大きさが30〜500μmの結晶脈とを有する珪石について、この珪石を単独で又は他の珪石と混合してALC製造における珪酸質原料として用いることを可能とし、満足すべきALCの諸物性に必要とされる珪石の粒度調整を実現して、圧縮強度や乾燥収縮率などの諸物性に優れたALCを製造する方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
0件

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請求項1

珪酸質原料として、単結晶サイズが10μm以下の微結晶と大きさが30〜500μmの結晶脈とを有する珪石を単独で使用し、この珪石を1室式の転動ボールミルを用いて粉砕することを特徴とする軽量気泡コンクリートの製造方法。

請求項2

珪酸質原料として、単結晶サイズが10μm以下の微結晶と大きさが30〜500μmの結晶脈とを有する珪石と、この珪石と単結晶サイズの異なる珪石を使用し、両方の珪石を混合して2室式の転動ボールミルを用いて粉砕することにより、粒径10μm以下が50重量%以下、10〜50μmが35〜55重量%、50μm以上が7〜15重量%の粒度分布とすることを特徴とする軽量気泡コンクリートの製造方法。

技術分野

0001

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。

背景技術

0002

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。

0003

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程度と軽量でありながら、高い耐火性及び断熱性を備え、施工性にも優れているため、建築材料として広く使用されている。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。

0004

ALCの主要構成鉱物であるトバモライトは、強度物性に優れ、乾燥収縮率が小さいという特性を持つ。このトバモライトは、ケーキ状半硬化体の製造過程においてセメントと生石灰の水和により生成した低結晶性珪酸カルシウム水和物が、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。一般的に、単結晶サイズの小さい珪石は反応面積が大きいためにトバモライトの生成に大きく寄与し、単結晶サイズの大きい珪石は一部が未反応として残存し、骨材的な役割を担うとされている。

0005

しかしながら、珪石の単結晶サイズが小さすぎると、水蒸気養生の過程において、トバモライトの前駆体である低結晶性の珪酸カルシウム水和物(CSH)が生成した状態で反応が安定化してしまうため、珪酸成分との反応によるトバモライトの生成が不充分な状態となる。その結果、得られるALCの圧縮強度や乾燥収縮率等の諸物性に大きな影響を及ぼすため、珪石の単結晶サイズはALCの品質における重要な管理項目とされている。

0006

例えば、特開2001−019571号公報には、水蒸気養生においてトバモライトの生成に寄与する10μm以下の単結晶サイズを有する珪石と、圧縮強度や乾燥収縮率の向上に有効な10〜500μmの単結晶サイズを有する珪石を混合して粉砕する方法が記載されている。また、特開2001−302367号公報には、単結晶サイズの異なる珪石を2種混合した状態で粉砕し、平均単結晶サイズを10〜40μmに制御する方法が記載されている。

0007

一方、日本において最も多く産出されるチャート質の珪石の中には、単結晶サイズが10μm以下の微結晶と大きさが30〜500μmの結晶脈とを有する特徴的な珪石がある。上記公報記載の方法は、いずれも、単結晶サイズの異なる珪石2種を混合して粉砕することを特徴とするものであるが、上記した微結晶と結晶脈とを有する特徴的な珪石を珪酸質原料とする場合には有効ではなかった。

0008

特開2001−019571号公報
特開2001−302367号公報

発明が解決しようとする課題

0009

本発明は、このような従来の事情に鑑み、チャート質の珪石の中で単結晶サイズが10μm以下の微結晶と大きさが30〜500μmの結晶脈とを有する珪石について、この珪石を単独で又は他の珪石と混合してALC製造における珪酸質原料として用いることを可能とし、満足すべきALCの諸物性に必要とされる珪石の粒度調整を実現して、圧縮強度や乾燥収縮率などの諸物性に優れたALCを製造する方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

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)の第1の製造方法は、珪酸質原料として、単結晶サイズが10μm以下の微結晶と大きさが30〜500μmの結晶脈とを有する珪石を単独で使用し、この珪石を1室式の転動ボールミルを用いて粉砕することを特徴とするものである。

0011

本発明が提供する軽量気泡コンクリート(ALC)の第2の製造方法は、珪酸質原料として、単結晶サイズが10μm以下の微結晶と大きさが30〜500μmの結晶脈とを有する珪石と、この珪石と単結晶サイズの異なる珪石を使用し、両方の珪石を混合して2室式の転動ボールミルを用いて粉砕することにより、粒径10μm以下が50重量%以下、10〜50μmが35〜55重量%、50μm以上が7〜15重量%の粒度分布とすることを特徴とする。

発明の効果

0012

本発明によれば、チャート質の珪石の中で単結晶サイズが10μm以下の微結晶と大きさが30〜500μmの結晶脈とを有する珪石を珪酸質原料として使用することができ、圧縮強度や乾燥収縮率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。

発明を実施するための最良の形態

0013

トバモライトの生成過程である水蒸気養生では、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の物性値に大きな影響を持つ。特に珪石の単結晶サイズについては、一般的に、単結晶サイズの小さい珪石は反応面積が大きいためにトバモライトの生成に大きく寄与し、単結晶サイズの大きい珪石は一部が未反応として残存し、骨材的な役割を担うとされている。

0014

本発明者らは、従来から知られているALCの物性向上に最も望ましい単結晶サイズの条件を踏まえて、日本において最も多く産出されるチャート質の珪石の中で単結晶サイズが10μm以下の微結晶と大きさが30〜500μmの結晶脈とを有する珪石について、転動ボールミルでの粉砕性、及び得られるALCの物性を詳しく検討した。その結果、上記の微結晶と結晶脈とを有する珪石を珪酸質原料とする場合について、転動ボールミルでの粉砕条件並びに粒度分布について最も好ましい条件を見出し、本発明をなすに至ったものである。

0015

即ち、本発明の第1の方法においては、珪酸質原料として、単結晶サイズが10μm以下の微結晶と大きさが30〜500μmの結晶脈とを有する珪石を単独で使用する。そして、上記微結晶と結晶脈とを有する珪石を、1室式の転動ボールミルを用いて粉砕する。この1室式転動ボールミルでの粉砕に際しては、単一サイズボールを用いての粒度調整により、単結晶サイズが30〜500μmとなる破砕的な粗粉砕が主体的に起こるように実施することが望ましい。

0016

一般的に、ALCの製造に用いる珪石は転動ボールミルで粉砕される。転動ボールミルは、処理量が多く、粗粉砕から超微粉砕まで幅広粉砕領域を有し、湿式及び乾式の両方に対応できるため、窯業分野において最も一般的に使用されている。転動ボールミルの内部は通常2室以上に分けられており、各室投入するボール径を変化させることで、粒径の大きいボールによる破砕的な粗粉砕と粒径の小さいボールによる摩砕的な微粉砕の両方の役割を果たすことができる。

0017

上記した本発明の第1の方法では、従来から通常使用されている2室以上の転動ボールミルを使用せず、1室の転動ボールミルを使用する。微結晶と結晶脈とを有するチャート質の珪石1種類のみを用い、これを1室式の転動ボールミルで粉砕することによって、トバモライトの生成に寄与する単結晶サイズが10μm以下の微結晶が存在すると共に、破砕的な粗粉砕によって主に単結晶サイズが30〜500μmの粗粉砕粉が得られる。

0018

そのため、この珪石の粗粉砕粉が水蒸気養生中に未反応のまま残存して骨材的な役割を担うことによって、圧縮強度を向上させ且つ乾燥収縮率を小さくするなど諸物性を向上させることができる。また、摩砕的な微粉砕を軽減することで、単結晶サイズが小さくなり過ぎることを防止し、トバモライトの生成阻害を抑制することができる。

0019

また、本発明の第2の方法においては、珪酸質原料として、単結晶サイズが10μm以下の微結晶と大きさが30〜500μmの結晶脈とを有する珪石と、この珪石と単結晶サイズの異なる珪石、例えば単結晶サイズが20〜100μmの珪石を使用する。そして、両方の珪石を混合し、通常の2室式の転動ボールミルを用いて粉砕し、ボール径の選定、ボールの投入量や被粉砕物の投入量、運転時間などを制御することによって、粒度分布の調整を行う。即ち、2室式の転動ボールミルによる粉砕によって、粒径10μm以下が50重量%以下、10〜50μmが35〜55重量%、50μm以上が7〜15重量%となるように珪石の粒度分布を調整する。

0020

この第2の方法により、微結晶と結晶脈とを有するチャート質の珪石を珪酸質原料の一つとして使用する場合の粒度分布の管理指標を明確化でき、圧縮強度や乾燥収縮率などの諸物性に優れたALCを製造することができる。この方法によりALCの強度が向上する原因としては、粒径10μm以下の珪石によって生成したトバモライトの結晶成長が、水蒸気養生中に粒径10〜50μmの珪石から供給される珪酸成分によって促進されること、更に粒径50μm以上の珪石は一部が未反応として残存し、骨材的な役割を担うことによるものと考えられる。

0021

[実施例1]
珪酸質原料として、徳島県産のチャート質珪石のみを用いた。このチャート質珪石は、単結晶サイズが10μm以下の微結晶と、大きさが30〜500μmの結晶脈とを有している。この珪石を、1室式の転動ボールミルを用い、直径90mmの鉄球を投入して、比表面積3000±200ブレーンに粒度を調整して粉砕した。この実施例1により得られた粉砕粉の粒度分布を図1に示した。

0022

このチャート質珪石の粉砕粉45重量部と、石灰質原料としての生石灰5重量部及びセメント30重量部、更に繰り返し原料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製した。

0023

得られたスラリーを型枠に投入し、水和によりケーキ状半硬化体に硬化させた後、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ブロックの試料1〜5について、JIS A5416に準じた圧縮強度と乾燥収縮率を測定し、得られた結果を下記表1に示した。

0024

[比較例]
珪酸質原料として、上記と同じ徳島県産のチャート質珪石を用いたが、この珪石を2室式の転動ボールミルを用いて粉砕した。即ち、2室式の転動ボールミルの1室目に直径90mmの鉄球を投入し、2室目に直径75mmの鉄球を投入して、比表面積3000±200ブレーンに粒度を調整して粉砕した。この比較例により得られた粉砕粉の粒度分布を図1に示した。

0025

このチャート質珪石の粉砕粉45重量部と、石灰質原料としての生石灰5重量部及びセメント30重量部、更に繰り返し原料20重量部を混合し、これらの固体原料合計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製した。

0026

得られたスラリーを型枠に投入し、水和によりケーキ状半硬化体に硬化させた後、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。得られた比較例によるALCブロックの試料6〜10について、JIS A5416に準じた圧縮強度と乾燥収縮率を測定し、得られた結果を下記表1に併せて示した。

0027

圧縮強度のJIS A5416における規格値は3.0N/mm2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た施行などの特殊な工法に対応するため、4.5N/mm2以上が必要である。そこで、圧縮強度が4.5N/mm2以上を適(○)、4.0N/mm2以上4.5N/mm2未満を不適(△)、4.0N/mm2未満を不可(×)と判定し、それぞれ表1に併せて示した。

0028

0029

上記表1の結果から、本発明の試料1〜5のALCは、比較例のものに較べて圧縮強度が向上し、且つ乾燥収縮率が小さくなっていることが分かる。特に圧縮強度は本発明の試料1〜5が全て4.5N/mm2以上であり、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し得るものであることが分かる。また、圧縮強度と乾燥収縮率のバラツキについても、試料1〜5のALCは比較例のものに較べて、はるかに小さいことが分かる。

0030

また、上記の実施例1及び比較例において、ボールミル粉砕後の珪石についてレーザー回折により測定した粒度分布を図1に示す。図1は粉砕後の珪石の粒子径であって、必ずしも単結晶サイズの粒子径を示すものではないが、比較例では実施例1に較べて10μm以下の粒径の頻度が高いことから、単結晶サイズが小さいことによってトバモライトの生成が阻害された結果、ALCの圧縮強度及び乾燥収縮率が実施例に比べて劣るのではないかと考えられる。

0031

[実施例2]
珪石Aとして、徳島県の鉱山から産出したチャート質珪石で、単結晶サイズが10μm以下の微結晶と30〜500μmの大きな結晶脈を有する珪石を使用した。また、珪石Bとして、愛知県の鉱山から産出した平均単結晶サイズ23μmの珪石を用いた。この珪石Aと珪石Bを下記表2に示す割合で混合し、2室式の転動ボールミルを用い条件を変えて粉砕した。得られた混合珪石粉について、堀場製作所製のレーザー回折散乱式粒度分布測定装置LA920を用いて粒度分布を測定し、その結果を下記表2に合わせて示した。

0032

0033

上記表2に示す各試料の混合珪石粉45重量部、石灰質原料として生石灰5重量部、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重量部に対して水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製した。

0034

得られたスラリーを型枠に投入し、水和によりケーキ状半硬化体に硬化させた後、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。得られた各試料のALCブロックについて、JIS A5416に準じて圧縮強度を測定し、得られた結果を下記表3に示した。尚、表3の圧縮強度については、上記実施例1の場合と同様に、圧縮強度が4.5N/mm2以上を適(○)、4.0N/mm2以上4.5N/mm2未満を不適(△)、4.0N/mm2未満を不可(×)と判定した。

0035

0036

実施例2の試料11〜15は全て4.5N/mm2以上の圧縮強度を示したが、比較例の試料16〜19はJIS A5416の規格値を満足しているが、全て4.5N/mm2未満であった。この結果から、充分な圧縮強度を有するALCを得るためには、粒径10μm以下が50重量%以下、粒径10〜50μmが35〜55重量%、且つ50μm以上が7〜15重量%の粒度分布とする必要があることが明らかとなった。

図面の簡単な説明

0037

実施例1と比較例でのボールミル粉砕後の珪石についてレーザー回折により測定した粒度分布を示すグラフである。

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