JPH0723246B2 - 建築用材料製造用の硬化性組成物および建築用材料の製造方法 - Google Patents
建築用材料製造用の硬化性組成物および建築用材料の製造方法Info
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- JPH0723246B2 JPH0723246B2 JP61501868A JP50186886A JPH0723246B2 JP H0723246 B2 JPH0723246 B2 JP H0723246B2 JP 61501868 A JP61501868 A JP 61501868A JP 50186886 A JP50186886 A JP 50186886A JP H0723246 B2 JPH0723246 B2 JP H0723246B2
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はケイ酸塩結合シリカ材料に関し、さらに詳しく
はそのような材料から製造される構造単位材および石積
み単位材並びに建築構成材に関する。これら単位材およ
び構成材としては壁材、床材、屋根および天井タイル、
舗装材料、並びに特別な左官材料配合物（現場で石積み
単位材として使用される）が含まれる。
はそのような材料から製造される構造単位材および石積
み単位材並びに建築構成材に関する。これら単位材およ
び構成材としては壁材、床材、屋根および天井タイル、
舗装材料、並びに特別な左官材料配合物（現場で石積み
単位材として使用される）が含まれる。
背景技術 「人造」石材および「再構成」石材は長い間人類によっ
て製造されており、ローマ帝国の時代から始まる多くの
建築物は大理石で表面仕上げした一種のコンクリートか
ら主に建造されている。しかしながら、この20世紀の後
半において今日の市街地に見られるひどい大気汚染のた
めに、コンクリートは建築材料としては魅力の乏しいも
のとなってきた。コンクリートは、このような汚染状況
の下において破壊され、やがては大理石および砂岩のよ
うな天然の材料でさえ破壊されうる。
て製造されており、ローマ帝国の時代から始まる多くの
建築物は大理石で表面仕上げした一種のコンクリートか
ら主に建造されている。しかしながら、この20世紀の後
半において今日の市街地に見られるひどい大気汚染のた
めに、コンクリートは建築材料としては魅力の乏しいも
のとなってきた。コンクリートは、このような汚染状況
の下において破壊され、やがては大理石および砂岩のよ
うな天然の材料でさえ破壊されうる。
オーストラリア国特許第155386号明細書は、ｉ）ケイ酸
ナトリウム、ii）細かく粉砕されたシリカ、砂、または
閃縁岩ダスト、およびiii）部分的に縮合された有機ケ
イ酸エステル（例えば加水分解されたケイ酸エチル）を
含有してなる急速凝結性耐酸モルタルを開示している。
これらの成分の重量比は、モルタルの凝結時間が非常に
短く、典型的にはおよそ数分であって、そのモルタルが
「花こう岩様の塊」を作るようなものである。英国特許
出願公開第256258号明細書は、種々のケイ酸塩と水ガラ
ス溶液との硬化性混合物を開示している。
ナトリウム、ii）細かく粉砕されたシリカ、砂、または
閃縁岩ダスト、およびiii）部分的に縮合された有機ケ
イ酸エステル（例えば加水分解されたケイ酸エチル）を
含有してなる急速凝結性耐酸モルタルを開示している。
これらの成分の重量比は、モルタルの凝結時間が非常に
短く、典型的にはおよそ数分であって、そのモルタルが
「花こう岩様の塊」を作るようなものである。英国特許
出願公開第256258号明細書は、種々のケイ酸塩と水ガラ
ス溶液との硬化性混合物を開示している。
発明の開示 酸性物質および他の大気汚染物質に対して著しく抵抗力
があり、かつ建築構造物に使用することが出来る物理的
強度および他の機械的特性を有する「人造石材」を提供
することにより、従来の建築材料の上記欠点および他の
欠点を克服することが、本発明の目的である。
があり、かつ建築構造物に使用することが出来る物理的
強度および他の機械的特性を有する「人造石材」を提供
することにより、従来の建築材料の上記欠点および他の
欠点を克服することが、本発明の目的である。
本発明の別の目的は、上記目的を達成するため地球上で
最も豊富な元素の１つ、すなわちケイ素を利用して、ケ
イ酸塩結合シリカ材料を製造することである。
最も豊富な元素の１つ、すなわちケイ素を利用して、ケ
イ酸塩結合シリカ材料を製造することである。
本発明の１つの側面によれば、屋内用途あるいは屋外用
途に適した建築用ブロック、構造単位材および予備成形
されたコンクリート様材料を製造するための組成物であ
って、80〜95重量％のシリカと、相応じて５〜20重量％
のケイ酸ナトリウムまたはケイ酸カリウムとを含んでな
り、そしてまた、シリカとケイ酸ナトリウムまたはケイ
酸カリウムの総重量の５〜15重量％の割合で存在するケ
イ酸エチルを含んでいる硬化性組成物が提供される。
途に適した建築用ブロック、構造単位材および予備成形
されたコンクリート様材料を製造するための組成物であ
って、80〜95重量％のシリカと、相応じて５〜20重量％
のケイ酸ナトリウムまたはケイ酸カリウムとを含んでな
り、そしてまた、シリカとケイ酸ナトリウムまたはケイ
酸カリウムの総重量の５〜15重量％の割合で存在するケ
イ酸エチルを含んでいる硬化性組成物が提供される。
本発明はまた、次に掲げる工程を含む、屋内用途あるい
は屋外用途用の建築用ブロック、構造単位材または同様
の材料として用いるのに適した建築用製品であって雨水
や大気中のガスに長期間耐えるものを製造する方法も提
供する。その工程とは、すなわち、 （ａ）80〜95重量％のシリカと、相応じて５〜20重量％
のケイ酸ナトリウムまたはケイ酸カリウムとを含んでな
り、そしてまた、シリカとケイ酸ナトリウムまたはケイ
酸カリウムの総重量の５〜15重量％の割合で存在するケ
イ酸エチルを含んでいる水ガラス組成物を調製する工
程、および （ｂ）上記の組成物から成形型でもって物品を成形し、
そして該組成物を硬化させて当該物品を製造する工程、 である。
は屋外用途用の建築用ブロック、構造単位材または同様
の材料として用いるのに適した建築用製品であって雨水
や大気中のガスに長期間耐えるものを製造する方法も提
供する。その工程とは、すなわち、 （ａ）80〜95重量％のシリカと、相応じて５〜20重量％
のケイ酸ナトリウムまたはケイ酸カリウムとを含んでな
り、そしてまた、シリカとケイ酸ナトリウムまたはケイ
酸カリウムの総重量の５〜15重量％の割合で存在するケ
イ酸エチルを含んでいる水ガラス組成物を調製する工
程、および （ｂ）上記の組成物から成形型でもって物品を成形し、
そして該組成物を硬化させて当該物品を製造する工程、 である。
上記シリカは、容易に入手することのできるどのような
好適なケイ砂または砂の混合物でもよい。好ましいケイ
砂は純粋で白色のケイ砂であり、このようなケイ砂の非
常に大量の堆積物は特にオーストラリアに存在している
ことが確認されている。確認されたそのような堆積物の
１つは非常に純度が高く、Fe2O3の含有量は、0.008％未
満である。実質的には鉄を含まないこの原料は、風化作
用による変色、縞の生成等を避けるという大きな天然の
利点を有しており、これによって天然のままの白色単位
材、または添加剤、例えば顔料と組み合わせて微妙な濃
淡の効果を付与した単位材が作り出される。しかしなが
ら、様々な色の他の砂も使用することができ、最終成形
品に異なった色彩の濃淡または異なった表面効果を付与
することができる。
好適なケイ砂または砂の混合物でもよい。好ましいケイ
砂は純粋で白色のケイ砂であり、このようなケイ砂の非
常に大量の堆積物は特にオーストラリアに存在している
ことが確認されている。確認されたそのような堆積物の
１つは非常に純度が高く、Fe2O3の含有量は、0.008％未
満である。実質的には鉄を含まないこの原料は、風化作
用による変色、縞の生成等を避けるという大きな天然の
利点を有しており、これによって天然のままの白色単位
材、または添加剤、例えば顔料と組み合わせて微妙な濃
淡の効果を付与した単位材が作り出される。しかしなが
ら、様々な色の他の砂も使用することができ、最終成形
品に異なった色彩の濃淡または異なった表面効果を付与
することができる。
本発明のいくつかの態様においては、まず所定量のケイ
砂をより小さな粒度（例えば100〜300メッシュ）に粉砕
し、場合によっては微粉砕シリカ「粉末」を砂混合物で
使用する。通常は、約５〜20重量％以下の細砂が砂混合
物で用いられる。この粉末は、完成ブロック中に空隙が
生じ、または吸蔵が発生するのを防止するのに役立ち、
その上製造工程において要求される結合剤の量を減少さ
れることができよう。砂の混合物中に細砂が含まれない
場合、成形品の表面はきめが粗くなることがわかった。
しかしながら、より細かいシリカ材料を10％でも混合す
ることは、この表面の粗さの大部分を実質的になくすの
に十分である。ケイ酸エチルおよびアルカリ金属ケイ酸
塩の存在することも、表面のきめを完全に滑らかにす
る。
砂をより小さな粒度（例えば100〜300メッシュ）に粉砕
し、場合によっては微粉砕シリカ「粉末」を砂混合物で
使用する。通常は、約５〜20重量％以下の細砂が砂混合
物で用いられる。この粉末は、完成ブロック中に空隙が
生じ、または吸蔵が発生するのを防止するのに役立ち、
その上製造工程において要求される結合剤の量を減少さ
れることができよう。砂の混合物中に細砂が含まれない
場合、成形品の表面はきめが粗くなることがわかった。
しかしながら、より細かいシリカ材料を10％でも混合す
ることは、この表面の粗さの大部分を実質的になくすの
に十分である。ケイ酸エチルおよびアルカリ金属ケイ酸
塩の存在することも、表面のきめを完全に滑らかにす
る。
アルカリ金属ケイ酸塩は、ケイ酸ナトリウムまたはケイ
酸カリウムから選ばれるが、ケイ酸カリウムが好ましい
（SiO2：K2Oの好ましい比は1.7:1から1.4:1の範囲であ
る）。場合によっては、ケイ酸ナトリウムおよびケイ酸
カリウムの混合物を用いることが有利であろう。
酸カリウムから選ばれるが、ケイ酸カリウムが好ましい
（SiO2：K2Oの好ましい比は1.7:1から1.4:1の範囲であ
る）。場合によっては、ケイ酸ナトリウムおよびケイ酸
カリウムの混合物を用いることが有利であろう。
ケイ酸ナトリウムは、長い年月の間金属鋳造分野におい
て結合剤として広く使用されてきた。金属アルミン酸塩
および／または金属ホウ酸塩の反応生成物で被覆された
リン酸塩硬化剤を含有する硬化性ケイ酸塩組成物から構
成された吹付け保護コーティングもまた提案されてい
る。
て結合剤として広く使用されてきた。金属アルミン酸塩
および／または金属ホウ酸塩の反応生成物で被覆された
リン酸塩硬化剤を含有する硬化性ケイ酸塩組成物から構
成された吹付け保護コーティングもまた提案されてい
る。
しかしながら、ケイ酸ナトリウム結合剤は、特にプレキ
ャスト単位材の製造について必要な強度特性が不足して
いると予想され、このためケイ酸カリウム結合剤が大い
に好ましい。
ャスト単位材の製造について必要な強度特性が不足して
いると予想され、このためケイ酸カリウム結合剤が大い
に好ましい。
ケイ酸カリウム結合剤および「耐候性」保護コーティン
グの製造については種々の提案がなされており、例えば
ウエイアンド（Weiand）等は、アルカリ金属（特にカリ
ウムに関する）ケイ酸塩と種々の溶液とから調製される
常温硬化耐火性結合剤について研究を行った。カリウム
水ガラスを用いて調製される耐候性コーティングはスト
ロボノフ（Strobonov）等によって提案され、カリウム
アルミノケイ酸塩結合材料中における変性ケイ酸カリウ
ム結合剤はコーネーフ（Korneev）等によって提案され
ており、一方ケイ酸カリウム保護コーティングのカリウ
ム／シリカ比についての最適値はパーリン（Perlin）等
によって研究され、またケイ酸カリウム溶液はムラシュ
ケビック（Murashkevick）によって研究されている。
グの製造については種々の提案がなされており、例えば
ウエイアンド（Weiand）等は、アルカリ金属（特にカリ
ウムに関する）ケイ酸塩と種々の溶液とから調製される
常温硬化耐火性結合剤について研究を行った。カリウム
水ガラスを用いて調製される耐候性コーティングはスト
ロボノフ（Strobonov）等によって提案され、カリウム
アルミノケイ酸塩結合材料中における変性ケイ酸カリウ
ム結合剤はコーネーフ（Korneev）等によって提案され
ており、一方ケイ酸カリウム保護コーティングのカリウ
ム／シリカ比についての最適値はパーリン（Perlin）等
によって研究され、またケイ酸カリウム溶液はムラシュ
ケビック（Murashkevick）によって研究されている。
ケイ酸ナトリウムまたはケイ酸カリウムは、成形可能組
成物の５〜20重量％の量で用いられるが、一般的に約20
0℃以内の温度で数時間熱硬化する必要がある。理想的
には、成形可能混合物中のケイ酸ナトリウムまたはケイ
酸カリウムの量は、アルカリの浸出によって引き起こさ
れる着色を防止するため最小量に抑えられる。
成物の５〜20重量％の量で用いられるが、一般的に約20
0℃以内の温度で数時間熱硬化する必要がある。理想的
には、成形可能混合物中のケイ酸ナトリウムまたはケイ
酸カリウムの量は、アルカリの浸出によって引き起こさ
れる着色を防止するため最小量に抑えられる。
ケイ酸ナトリウムまたはケイ酸カリウムは成形可能組成
物に加えることができ、または水酸化ナトリウム若しく
は水酸化カリウムのようなアルカリと砂とを混合するこ
とにより現場で生成することができ、これによれば対応
するアルカリ金属ケイ酸塩が沈殿して粒状ケイ砂の結合
剤として作用するようであり、そして周囲温度で硬化す
る。200℃以内の温度での熱硬化は、製品を強化するの
に役立ち、かつ、存在する遊離アルカリの量を、恐らく
は存在するシリカとの反応のため減少させるのに役立
つ。
物に加えることができ、または水酸化ナトリウム若しく
は水酸化カリウムのようなアルカリと砂とを混合するこ
とにより現場で生成することができ、これによれば対応
するアルカリ金属ケイ酸塩が沈殿して粒状ケイ砂の結合
剤として作用するようであり、そして周囲温度で硬化す
る。200℃以内の温度での熱硬化は、製品を強化するの
に役立ち、かつ、存在する遊離アルカリの量を、恐らく
は存在するシリカとの反応のため減少させるのに役立
つ。
ケイ酸エチルは、成形可能組成物の約５〜15重量％の量
で用いられる（例えば５〜10％のケイ酸カリウムおよび
５〜15％のケイ酸エチル）。ケイ酸エチルを添加するこ
とは、ケイ酸カリウム単独のものと比べた場合、生成物
の強度を増加させるように思われる。
で用いられる（例えば５〜10％のケイ酸カリウムおよび
５〜15％のケイ酸エチル）。ケイ酸エチルを添加するこ
とは、ケイ酸カリウム単独のものと比べた場合、生成物
の強度を増加させるように思われる。
200℃以内の温度で数時間熱硬化させることは強度を増
加させる。
加させる。
必要に応じて他の化合物、例えばエステル触媒（代表的
には長鎖有機カルボン酸のエステル類）、付加的な結合
剤、可塑剤および充填材を成形可能組成物中に含めるこ
とができよう。充填材としては通常の不活性物質が使用
され、このような不活性物質は着色のような特別な目的
のため混入することもでき、または例えばボーキサイ
ト、石灰、カオリンおよび他の粘土が、地方によって容
易に入手可能な材料であるため使用される。
には長鎖有機カルボン酸のエステル類）、付加的な結合
剤、可塑剤および充填材を成形可能組成物中に含めるこ
とができよう。充填材としては通常の不活性物質が使用
され、このような不活性物質は着色のような特別な目的
のため混入することもでき、または例えばボーキサイ
ト、石灰、カオリンおよび他の粘土が、地方によって容
易に入手可能な材料であるため使用される。
発明の実施するための形態 本発明によれば、成形可能組成物の各成分は、所望の形
状に成形するのを助けるのに必要な程度に加えられる水
と一緒に混合されて均一混合物を生じる。
状に成形するのを助けるのに必要な程度に加えられる水
と一緒に混合されて均一混合物を生じる。
優れた機械的性質を有する製品を提供するのに高温での
硬化を必要としないので、所望ならば、成形物品を周囲
温度で完全に硬化させることができよう。しかしなが
ら、200℃以内の温度で数時間熱硬化させることは、製
品の強度を増加させ、かつ、水によるスランプ（water
slumping）または最終製品からアルカリが浸出する可能
性を減少させることができよう。
硬化を必要としないので、所望ならば、成形物品を周囲
温度で完全に硬化させることができよう。しかしなが
ら、200℃以内の温度で数時間熱硬化させることは、製
品の強度を増加させ、かつ、水によるスランプ（water
slumping）または最終製品からアルカリが浸出する可能
性を減少させることができよう。
本発明の成形可能組成物は、ブロック、パネル、シー
ト、タイル等の様な種々の形に成形することができる。
最終製品は、密に圧縮されかつ非孔質であり、さらに酸
およびアルカリによる腐食（例えば「酸性雨」による腐
食）に対して抵抗力を有する。製造中に好適な顔料を添
加して、一連の着色仕上材料を製造することができる。
製品の表面には上薬をかけ、または所望のどのような表
面仕上処理を加えることもできよう。
ト、タイル等の様な種々の形に成形することができる。
最終製品は、密に圧縮されかつ非孔質であり、さらに酸
およびアルカリによる腐食（例えば「酸性雨」による腐
食）に対して抵抗力を有する。製造中に好適な顔料を添
加して、一連の着色仕上材料を製造することができる。
製品の表面には上薬をかけ、または所望のどのような表
面仕上処理を加えることもできよう。
本発明に従って製造されたブロックを積み上げる際には
従来のモルタルを用いることができるが、可塑剤または
他の添加剤を用いて、またはそれらを用いずに本発明の
成形可能混合物から好適なモルタルその他同種類のもの
を製造することもできよう。
従来のモルタルを用いることができるが、可塑剤または
他の添加剤を用いて、またはそれらを用いずに本発明の
成形可能混合物から好適なモルタルその他同種類のもの
を製造することもできよう。
本発明の特別の利点が、ずっと低級のコンクリートとち
ょうど同じように材料を周囲温度で硬化させることがで
きるという事実にあることは理解されよう。従って、石
積みブロック、パネル、タイルなどを安価にかつ容易に
プレキャストして、その後建築現場に輸送することがで
きる。一方、大きなスラブ、構造単位材等はまさしく安
価にかつ迅速に現場において製造することができる（補
強しながら、あるいは補強することなしに）。
ょうど同じように材料を周囲温度で硬化させることがで
きるという事実にあることは理解されよう。従って、石
積みブロック、パネル、タイルなどを安価にかつ容易に
プレキャストして、その後建築現場に輸送することがで
きる。一方、大きなスラブ、構造単位材等はまさしく安
価にかつ迅速に現場において製造することができる（補
強しながら、あるいは補強することなしに）。
成形品は、必要量の原料を秤量し、これらを混合して調
製された成形可能組成物から、得られた組成物を所望の
形に成形しそして成形物を周囲温度または高温で硬化さ
せて作製された。最終製品は、良好な仕上りおよび満足
な外観を呈し、また良好な強度（15〜40MPaの圧縮強
さ）を有しかつ雨、太陽光線および一般的は気象条件に
対して安定であった。水によるスランプに対する抵抗力
は、成形品を熱湯に少なくとも４時間入れておくことに
より試験した。酸による腐食に対する抵抗力は、成形品
を濃塩酸（4M）中に少なくても数時間入れておくことで
試験した。
製された成形可能組成物から、得られた組成物を所望の
形に成形しそして成形物を周囲温度または高温で硬化さ
せて作製された。最終製品は、良好な仕上りおよび満足
な外観を呈し、また良好な強度（15〜40MPaの圧縮強
さ）を有しかつ雨、太陽光線および一般的は気象条件に
対して安定であった。水によるスランプに対する抵抗力
は、成形品を熱湯に少なくとも４時間入れておくことに
より試験した。酸による腐食に対する抵抗力は、成形品
を濃塩酸（4M）中に少なくても数時間入れておくことで
試験した。
次の実施例は本発明を例示するものであって何ら限定を
意図するものではない。
意図するものではない。
例１ 90重量％のシリカ（砂80％、100メッシュのシリカ10
％、および300メッシュのシリカ10％）、10重量％のK60
ケイ酸カリウム、および7.5重量％のケイ酸エチル（全
重量に基づく）を含んでなる組成物を、成形性を促進す
るのに十分な水を加えて調製した。
％、および300メッシュのシリカ10％）、10重量％のK60
ケイ酸カリウム、および7.5重量％のケイ酸エチル（全
重量に基づく）を含んでなる組成物を、成形性を促進す
るのに十分な水を加えて調製した。
混合物を室温で24時間硬化させた。硬化した試料は良好
な強度を示し、かつ温水または4Mの塩酸により影響を受
けなかった。
な強度を示し、かつ温水または4Mの塩酸により影響を受
けなかった。
例２ 試料を100℃および200℃で硬化させたことを除いて例１
を繰り返した。生成物の硬度および強度は両方とも増加
していた。
を繰り返した。生成物の硬度および強度は両方とも増加
していた。
例３ 95％のシリカ（砂80％、100メッシュのシリカ10％、お
よび300メッシュのシリカ10％）、５％のK60ケイ酸カリ
ウム、および7.5％のケイ酸エチル（全重量に基づく）
を使用した。
よび300メッシュのシリカ10％）、５％のK60ケイ酸カリ
ウム、および7.5％のケイ酸エチル（全重量に基づく）
を使用した。
混合物を室温で24時間硬化させた。硬化した試料は良好
な強度を示し、かつ温水または4Mの塩酸によって影響さ
れなかった。
な強度を示し、かつ温水または4Mの塩酸によって影響さ
れなかった。
Claims (4)
- 【請求項１】屋内用途あるいは屋外用途に適した建築用
ブロック、構造単位材および予備成形されたコンクリー
ト様材料を製造するための組成物であって、80〜95重量
％のシリカと、相応じて５〜20重量％のケイ酸ナトリウ
ムまたはケイ酸カリウムとを含んでなり、そしてまた、
シリカとケイ酸ナトリウムまたはケイ酸カリウムの総重
量の５〜15重量％の割合で存在するケイ酸エチルを含ん
でいる硬化性組成物。 - 【請求項２】前記シリカがシリカの混合物からなり、こ
の混合物のうちの５〜20重量％が粉砕シリカ微粉であ
る、請求の範囲第１項記載の組成物。 - 【請求項３】次の工程（ａ）及び（ｂ）を含む、屋内用
途あるいは屋外用途用の建築用ブロック、構造単位材ま
たは同様の材料として用いるのに適した建築用製品であ
って雨水や大気中のガスに長期間耐えるものを製造する
方法。 （ａ）80〜95重量％のシリカと、相応じて５〜20重量％
のケイ酸ナトリウムまたはケイ酸カリウムとを含んでな
り、そしてまた、シリカとケイ酸ナトリウムまたはケイ
酸カリウムの総重量の５〜15重量％の割合で存在するケ
イ酸エチルを含んでいる水ガラス組成物を調製する工程 （ｂ）上記の組成物から成形型でもって物品を成形し、
そして該組成物を硬化させて当該物品を製造する工程 - 【請求項４】前記シリカがシリカの混合物からなり、こ
の混合物のうちの５〜20重量％が粉砕シリカ微粉であ
る、請求の範囲第３項記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AU9655 | 1985-03-12 | ||
| AUPG965585 | 1985-03-12 | ||
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