JPH04321548A - 切断及び彫刻加工性にすぐれた無機質ブロック、その製造用組成物及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、切断及び彫刻加工性に
すぐれた無機質ブロック、その製造用組成物及びその製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】無機質ブロックを得るため
に、海砂や山砂に接合材料としてのセメント及び水を添
加混合し、所要形状に成形し、硬化させる方法は知られ
ている。しかし、この無機質ブロックの場合、セメント
の添加量が少ないと、脆弱で加工性が乏しくなり、一方
、セメントの添加量を多くすると、限定された一定時間
の間においてのみ加工可能で、その後にはブロックの硬
度が大きくなって加工困難になる。また、前記接合材料
として半水石こうを用いた無機質ブロックも知られてい
るが、この無機質ブロックの場合、混合中に硬化を生じ
やすいという問題があり、しかも、混合物中の適正水分
量の検知がむつかしく、その検知に手間がかかる上、そ
の製造コストが高いという問題もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の無機
質ブロックに見られる前記問題点を解決し、切断及び彫
刻加工性にすぐれた新しい無機質ブロック、その製造用
組成物及びその製造方法を提供することをその課題とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。

【０００５】即ち、本発明によれば、粉末状無機質材料
に、固化剤として、半水石こう、ポルトランドセメント
及び急冷高炉滓微粒子を配合した混合物を加水条件で硬
化させて形成したブロックであって、該半水石こうの重
量Ａと、該ポルトランドセメントと急冷高炉滓微粒子の
合計重量Ｂとの比率（Ａ／Ｂ）が６５／３５〜７５／２
５の範囲にあり、かつポルトランドセメントの重量Ｃと
急冷高炉滓微粒子の重量Ｓとの比率（Ｃ／Ｓ）が４／６
〜７／３の範囲にあることを特徴とする切断及び彫刻加
工性にすぐれた無機質ブロックが提供される。また、本
発明によれば、粉末状無機質材料に、固化剤として、半
水石こう、ポルトランドセメント及び急冷高炉滓微粒子
を配合した混合物からなり、該半水石こうの重量Ａと、
該ポルトランドセメントと急冷高炉滓微粒子の合計重量
Ｂとの比率（Ａ／Ｂ）が６５／３５〜７５／２５の範囲
にあり、かつポルトランドセメントの重量Ｃと急冷高炉
滓微粒子の重量Ｓとの比率（Ｃ／Ｓ）が４／６〜７／３
の範囲にあることを特徴とする切断及び彫刻加工性にす
ぐれた無機質ブロック製造用組成物が提供される。さら
に、本発明によれば、組成物に水を添加混合し、得られ
た加水混合物を所要形状に成形し、硬化させることを特
徴とする切断及び彫刻加工性にすぐれた無機質ブロック
の製造方法が提供される。

【０００６】なお、本明細書で言う切断及び彫刻加工性
とは、鋸やナイフによって切断加工や切削加工が可能で
あるとともに、ナイフや、ドライバー等による穿孔加工
等が可能であることを示す。

【０００７】本発明における粉末状無機質材料としては
、山砂や海砂の他、各種の天然鉱物、人工鉱物等の集合
粉粒物が用いられる。例えば、火山砕屑物である軽石、
火山灰、パーライト等が用いられる。本発明で用いる粉
末状無機質材料は、５ｍｍ以下、特に平均粒径２ｍｍ以
下の粒径であることが好ましく、かつ０．０１ｍｍ以上
、特に平均粒径０．１ｍｍ以上の粒径であることが好ま
しい。本発明で用いる粉末状の無機質材料は、以下に示
す粒度分布を有するのが好ましい。 粒径（ｍｍ）　　　　　　含有率（重量％）　　　　　
　２．００より大　　　　　　　　　　４〜１５２．０
０以下　　　　　　　　　　９６〜８５０．４２以下　
　　　　　　　　　８５〜１５０．０７４以下　　　　
　　　　５０〜　　０粉末状無機質材料中に含まれる粗
大粒子の割合が高くなると、その粗大粒子が彫刻加工時
に剥落し、ブロック表面に凹凸が生じてそのブロックの
価値が低下する。一方、無機質材料に含まれる微細粒子
の割合が高くなると、ブロック表面が平滑になりすぎ、
粘土ブロック様の表面となり、粘着性が増大し、彫刻加
工性が悪化する。

【０００８】本発明においては、前記粉末状無機質材料
に対する固化剤として、半水石こうと、ポルトランドセ
メントと、急冷高炉滓微粒子との組合せを用いる。半水
石こうそれ自体は、加水すると水和反応を起し、微細な
針状２水石こうを生成し、その結晶の絡み合いにより強
度が発現し、固形化する。なお、半水石こうに対する加
水量の検定は、ＪＩＳ　　Ｒ−９１１２に定められてい
る。半水石こうを水と混合する場合、その加水量の割合
に応じて、流動可能な時間、硬化終結時間も変る。流動
可能時間は、加水量６９〜８５重量％の範囲において約
４〜７分であり、硬化終結時間は約２０〜２４分である
。この半水石こうの最大の特徴は、セメントとは異なり
、それらの時間が極めて短かく、かつ成形体の材令とと
もに強度が増加することなく、一定値を保つことである
。しかし、半水石こうのみを無機質材料に対する固化剤
として用いても、加工性の良いブロックを得ることはで
きない。半水石こうのみを固化剤として用いた無機質ブ
ロックは、その半水石こうの添加量が少量であると、半
水石こうの水和により生成した水２石こうの針状結晶は
、無機質材料の粒子間に分散した状態で存在し、結晶相
互の絡み合いは少ない。従って、締め固め後のブロック
は、外観上一体の成形体を示すが、この成形体は脆弱で
加工を施すことはできない。一方、前記２水石こう結晶
の絡み合いを増大させるために、半水石こうの添加量を
多くすると、混合中に硬化が終了してしまって成形不能
になったり、得られたブロックが硬すぎて加工困難にな
ったりする。そして、これらの不都合を回避しようとす
ると、原料である無機質材料中の水分を測定し、加水量
を限定された範囲に厳密にコントロールする必要がある
が、その実際上の操作は非常に面倒であり、実用的では
ない。

【０００９】本発明者らの研究によれば、前記半水石こ
うに対して、ポルトランドセメントと急令高炉滓微粒子
を組合せて用いることにより、前記半水石こう単独で使
用する場合に見られる問題が一挙に解決されることを見
出した。本発明で用いる半水石こうは、粉末状でＪＩＳ
　　Ｒ９１１１−１９７７表−１に示されるＢ級の粉末
度に該当するものでよく、その粒度分布は特に制限され
ない。

【００１０】本発明で用いるポルトランドセメントは、
日本工業規格ＪＩＳ　　Ｒ５２１０に準ずるものである
が、一般的にはその内の普通ポルトランドセメントに準
ずるものが用いられる。しかし、場合によっては、中庸
熱ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント及
び超早強セメントなどの規格に準ずるポルトランドセメ
ントの単独またはこれらを混合したものが使用される。

【００１１】本発明で用いる急冷高炉滓微粒子は、粒径
１００〜１μｍであり、ポルトランドセメントとほぼ同
じか、それ以下の微粒子であることが好ましい。このも
のは、製鉄用溶鉱炉の副生物であるスラグ、すなわち、
鉱滓を水で急冷して１〜５ｍｍぐらいの砂状ないしは粒
状に砕いた水砕鉱滓（以下高炉滓という）を更に粒径１
００〜１μｍに微粉砕したものである。この組成は、鉄
鉱石の成分やその溶鉱炉の操作方針によって若干異なる
が、およそ次のようなものである。ＳｉＯ２：３０〜３
５％、Ａｌ２Ｏ３：１３〜１８％、ＣａＯ：３８〜４５
％、Ｆｅ２Ｏ３：０．５〜１．０％、ＭｇＯ：３〜６％
、Ｓ：５〜１．０％、ＭｎＯ：０．５〜１．５％、Ｔｉ
Ｏ２：０．５〜１．０％。前記急冷高炉滓微粒子は、潜
在水硬性を有し、半水石こうやポルトランドセメントの
刺激作用により水硬化する。

【００１２】本発明の無機質ブロックは、粉末状無機質
材料に、前記半水石こう、ポルトランドセメント及び急
冷高炉滓微粒子を混合し、さらに水を添加混合し、得ら
れた加水混合物を所要形状に成形し、硬化させることに
よって製造される。ポルトランドセメントと急冷高炉滓
微粒子は、別々にして無機質材料に添加することもでき
るが、あらかじめ混合し、混合物の形で添加するのが好
ましい。ポルトランドセメントの重量Ｃと急冷高炉滓微
粒子の重量Ｓの比率Ｃ／Ｓは、４／６〜７／　　３、好
ましくは４５／５５〜５５／４５の範囲である。ポルト
ランドセメントの割合が前記範囲より多くなると、短時
間の経過では脆弱なブロックしか得られず、また５日以
上の長期間の経過ではブロックの硬度が大きすぎ、加工
性の悪いブロックしか得られない。一方、ポルトランド
セメントの割合が前記範囲より小さくなると、ブロック
の強度が小さくなり、脆弱なブロックしか得られない。

【００１３】半水石こうの重量Ａと、ポルトランドセメ
ントと急冷高炉滓微粒子の合計重量Ｂとの比率（Ａ／Ｂ
）は、６５／３５〜７５／２５、好ましくは約７０／３
０である。この重量比（Ａ／Ｂ）が前記範囲より小さく
なると、ポルトランドセメント及び急冷高炉水滓微粒子
による水和反応が大きくなりすぎ、無機質材料粒子間を
充填する水和物量が多量となり、ブロックの材令ととも
にブロック強度が増加し、約２４時間経過後には硬くな
りすぎて、加工性が低減する。一方、前記重量比（Ａ／
Ｂ）が前記範囲を超えるようになると、得られるブロッ
クは短時間（１〜２４時間）では良好な加工性を示すも
のの、それ以上の長い時間の経過後ではブロックは脆弱
化し、加工性が悪化する。

【００１４】粉末状無機質材料に対する全固化剤の添加
量は、無機質材料１ｍ３に対し、７５〜１１０ｋｇ、好
ましくは８０〜１００ｋｇの割合である。

【００１５】無機質材料と固化剤との混合物に対する加
水量は、乾燥状態の無機質材料を使用した場合、混合物
１ｋｇ当り、通常、０．１９〜０．２２ｋｇの割合であ
る。多孔質無機質材料にあってはさらに必要な水量を添
加する。加水量が少なすぎると、固化剤の十分な水和反
応が達成されず、得られるブロックは脆弱のものとなり
、一方、加水量が多すぎると、得られるブロックが緻密
なものとなりすぎ、加工性が損われるようになる。最適
加水量は、無機質材料の含水量等によって変り、一義的
に定めることは困難であるが、簡単な予備実験によって
適宜決めることができる。一般的には、水を加えた混合
物を、握力２．５ｋｇｆ（スメドレー氏型握力計による
）程度で握り締めた時に塊状に締固めすることができ、
かつその際に混合物から余剰水の滲出が生じない時に、
その加水量は最適範囲に在ると判断される。簡便には、
加水した混合物を手のひらで握りしめて団塊を形成する
ことができ、かつその団塊を取除いた後の手のひらに付
着水が実質的になく、手のひらを白色光にさらした時に
白色光の照返し（反射）のない時に、その加水量は最適
範囲にあるものと判断することができる。前記のように
して得られる水を添加した混合物は、これを所要形状の
成形型に入れ、加圧条件で締め固めし、硬化させること
によって、ブロックとすることができる。この場合の加
圧は、通常、０．３〜０．８ｋｇ／ｃｍ２、好ましくは
０．４〜０．６ｋｇ／ｃｍ２である。ブロックの形状は
、板状、直方体状、柱状、球状、筒状、容器状等の任意
の形状であることができる。

【００１６】

【発明の効果】本発明の無機質ブロックは、半水石こう
と、ポルトランドセメントと、急冷高炉滓微粒子からな
る固化剤を用いたことにより、その切断及び彫刻加工性
は、そのブロック製造後、長期間にわたって安定に保持
される。本発明のブロックの場合、その材令が１〜２４
時間という長時間であっても、また１日以上、特に７日
以上という長期材令であっても、その良好な加工性が保
持される。本発明の無機質ブロックは、彫刻基材として
利用される他、使用後の処分を容易とするための破壊し
やすい構造物基材等としても利用される。

【００１７】

【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。なお、以下において示す％は重量％である。

【００１８】実施例 無機質材料として、以下に示す粒度分布を示す乾燥海砂
（密度１．４９４ｇ／ｃｍ３）を用いた。 粒径（ｍｍ）　　　　　　含有率（％）　　　　２．０
０より大　　　　　　　　　　６．７２．００以下　　
　　　　　　　　９３．３０．４２以下　　　　　　　
　　　５４．００．０７４以下　　　　　　　　　　０
急冷高炉滓微粒子としては、市販品（平均粒径約４μｍ
、組成：ＳｉＯ２：３２〜３５％、Ａｌ２Ｏ３：１５〜
１６％、ＣａＯ：４１〜４４％、ＭｇＯ：４〜６％、Ｆ
ｅ２Ｏ３：０．５〜１．２％、Ｓ：０．８〜１．０％、
偏光顕微鏡下の観察ではほとんど結晶質物質を含まずガ
ラス質であった）を用いた。固化剤のうち、ポルトラン
ドセメントと急冷高炉滓微粒子は、両者をあらかじめ混
合して固化剤Ｂとした用いた。その際のポルトランドセ
メントと急冷高炉滓微粒子との重量混合比（Ｃ／Ｓ）を
表１（１）に示す。前記無機質材料１ｍ３に対し、固化
剤Ａ（半水石こう）と固化剤Ｂを合計１００Ｋｇ添加混
合し、この混合物にその最適水分量（混合物１００重量
部に対し、約１９〜２２重量部）を添加した。その際の
固化剤Ａと固化剤Ｂとの重量比（Ａ／Ｂ）を表１（１）
に示す。なお、前記最適水分量は、前記したように、加
水した混合物を人の手のひらで握りして団塊を形成する
ことができ、かつその団塊を手のひらから除いた後の手
のひらを白色光（太陽光）にさらした時に、白色光の照
返しがない状態を与える加水量である。この場合、加水
量が少なすぎると、混合物はパサパサの状態を示し、手
のひらで握りしめた時に団塊を形成することができない
。 一方、加水量が多すぎると、団塊を除いた後の手のひら
に多くの水が付着し、その手のひらを白色光にさらした
時に、その付着水による照返し（反射）を生じる。

【００１９】次に、前記のようにして得られた加水混合
物を、８個１組の５００ｍｌの円筒状容器（直径：９ｃ
ｍ、深さ：１２ｃｍ）にそれぞれ充填し、その充填物の
上に直径５０ｍｍ、重量２．９ｋｇの鉄製突棒を乗せて
静かに締固めをし、その後、その鉄製突棒を除き、容器
の上端開口を密封した。このようにして作製したブロッ
ク試料を、所定時間毎に容器から取出し、鋸による切断
性、ナイフによる剥取り切削性、マイナスネジ用のドラ
イバーによる穿孔性を以下の基準で評価した。その結果
を表１（２）に示す。 （加工性評価基準） ×：脆弱 △：硬すぎる ○：若干硬いが、加工可能 ◎：加工性良好

【００２０】

【表１（１）】

【００２１】

【表１（２）】

【００２２】実施例２ 実施例１において、固化剤Ａと固化剤Ｂとの重量比（Ａ
／Ｂ）が７５／２５で、固化剤Ｂ中のポルトランドセメ
ントと急冷高炉滓微粒子との比（Ｃ／Ｓ）が５０／５０
である固化剤Ａ及びＢを用い、その固化剤Ａ及びＢの無
機質材料１ｍ３に対する添加量（ｋｇ）を変えた以外は
同様にして実験を行った。その結果を表２に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】実施例３ 実施例１の試料Ｎｏ．７に示した組成の加水混合物を、
直径９ｃｍ、高さ４０ｃｍの２つ割り筒状容器に対し、
先ず、その１／３の高さまで充填して実施例１と同様に
して締固め、次にその締固め３０分後、新たに作製した
同様の加水混合物をその上に２／３の高さまで充填して
同様にして締固め、さらにその締固め３０分後、新たに
作製した同様の加水混合物を容器内の残りの空間に充填
し、同様にして締固めた。次いで最終の締固め後、所定
時間毎に試料ブロックを取出し、その加工性を評価した
。その結果を表３に示す。なお、試料ブロックは、１〜
４時間以内は密封養生とし、１日以降は試料ブロックを
屋外に静置し、自然条件下に曝した。その結果、容器内
の充填物は、その締固め境界部で密着性を保持し、ブロ
ックは一体性を保持し、分離した状態は観察されなかっ
た。また、長期にわたって自然条件下に曝した試料ブロ
ックについて、亀裂の発生は認められなかった。

【００２５】

【表３】

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　粉末状無機質材料に、固化剤として、
   半水石こう、ポルトランドセメント及び急冷高炉滓微粒
   子を配合した混合物を加水条件で硬化させて形成したブ
   ロックであって、該半水石こうの重量Ａと、該ポルトラ
   ンドセメントと急冷高炉滓微粒子の合計重量Ｂとの比率
   （Ａ／Ｂ）が６５／３５〜７５／２５の範囲にあり、か
   つポルトランドセメントの重量Ｃと急冷高炉滓微粒子の
   重量Ｓとの比率（Ｃ／Ｓ）が４／６〜７／３の範囲にあ
   ることを特徴とする切断及び彫刻加工性にすぐれた無機
   質ブロック。
2. 【請求項２】　　該半水石こう、ポルトランドセメント
   及び急冷高炉滓微粒子の合計重量が、該粉末状無機質材
   料１ｍ３当り、７５〜１１０ｋｇである請求項１のブロ
   ック。
3. 【請求項３】　　該粉末状無機質材料が、粒径２ｍｍよ
   り大の成分４〜１５重量％、粒径２ｍｍ以下の成分９６
   〜８５重量％、粒径０．４２ｍｍ以下の成分８０〜１５
   重量％及び粒径０．０７４ｍｍ以下の成分５０〜０重量
   ％の粒度分布を有する請求項１又は２のブロック。
4. 【請求項４】　　粉末状無機質材料に、固化剤として、
   半水石こう、ポルトランドセメント及び急冷高炉滓微粒
   子を配合した混合物からなり、該半水石こうの重量Ａと
   、該ポルトランドセメントと急冷高炉滓微粒子の合計重
   量Ｂとの比率（Ａ／Ｂ）が６５／３５〜７５／２５の範
   囲にあり、かつポルトランドセメントの重量Ｃと急冷高
   炉滓微粒子の重量Ｓとの比率（Ｃ／Ｓ）が４／６〜７／
   ３の範囲にあることを特徴とする切断及び彫刻加工性に
   すぐれた無機質ブロック製造用組成物。
5. 【請求項５】　　該ポルトランドセメントと急冷高炉滓
   微粒子は、両者をあらかじめ混合して形成した混合物と
   して組成物に含まれる請求項４の組成物。
6. 【請求項６】　　該半水石こう、ポルトランドセメント
   及び急冷高炉滓微粒子の合計重量が、該粉末状無機質材
   料１ｍ３当り、７５〜１１０ｋｇである請求項４又は５
   の組成物。
7. 【請求項７】　　該粉末状無機質材料が、粒径２ｍｍよ
   り大の成分４〜１５重量％、粒径２ｍｍ以下の成分９６
   〜８５重量％、粒径０．４２ｍｍ以下の成分８０〜１５
   重量％及び粒径０．０７４ｍｍ以下の成分５０〜０重量
   ％の粒度分布を有する請求項４〜６のいずれかの組成物
   。
8. 【請求項８】　　請求項４〜７のいずれかの組成物に水
   を添加混合し、得られた加水混合物を所要形状に成形し
   、硬化させることを特徴とする切断及び彫刻加工性にす
   ぐれた無機質ブロックの製造方法。