JPH07247183A - 建築および構造材料、その製造方法ならびに成形体または建築または構造部材、およびその製造方法 - Google Patents

建築および構造材料、その製造方法ならびに成形体または建築または構造部材、およびその製造方法

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JPH07247183A
JPH07247183A JP6245485A JP24548594A JPH07247183A JP H07247183 A JPH07247183 A JP H07247183A JP 6245485 A JP6245485 A JP 6245485A JP 24548594 A JP24548594 A JP 24548594A JP H07247183 A JPH07247183 A JP H07247183A
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building
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Hans Beat Fehlmann
ビート フェールマン ハンス
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 著しく高められた強度を有する建築および構
造材料を提供する。 【構成】 前記材料は、きわめて均質に分布した微細な
多孔性の構造を有し、有利には孔直径は約０．０１〜約
５μｍであり、自体閉鎖されている。前記材料には反応
性結合剤または反応性マトリックス材料が含まれ、たと
えばセメント／水混合物または合成樹脂であってもよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、材料、主に１種の材料
からなる建築または構造部材、前記材料の製造方法、お
よび成形体または建築または構造部材を製造するための
前記材料の使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】きわめてよく知られており、かつきわめ
て広い範囲にわたっている構造および建築材料であるコ
ンクリートは、単位体積重量約２．４ｔ／ｍ3を有し、
重くかつ重量感があるとみなされている。更に、コンク
リートは劣った断熱特性を有し、これは特に住宅建築に
おいて好ましくない。
【０００３】一方でコンクリートの密度を減少させ、同
時に可能な限り断熱特性を改良するために多数の提案さ
れた方法が存在する。
【０００４】たとえば英国特許第２２１９５４８号明細
書においては、いわゆる気泡状のセメントを製造するた
めにセメントに発泡剤を加えることが提案されており、
このセメントは確かに向上した断熱性を生じるが、同時
に強度の低下を甘受しなければならない。
【０００５】米国特許第４０４０８５５号明細書におい
ては、空気を封入した添加剤、たとえば発泡性ポリスチ
レンをコンクリートに導入することによる軽量コンクリ
ートの製造が提案されている。それにより、前記の重量
を１ｔ／ｍ3未満に減少することができるが、再び強度
の低下を免れることができない。
【０００６】この技術は、一連の刊行物、たとえば、P.
Cormonによる論文、“Betons legeres d'aujourd'hu
i”，１９７３年、Editions Eyrolles,Paris，１５６〜
１６６頁および Betonstein-Zeitung No.5，１９６０
年５月１日、２０８〜２１２頁、K.Kohling,“Die Hers
tellung von Leichtbeton unter Verwendung von vorex
pandierten(R)Styropor-Partikeln als Zuschlagstof
f”に記載されている。
【０００７】最後に、同様の形式および方法で、カナダ
特許第１２８３６６６号明細書において、軽量コンクリ
ートにポリスチレンを導入することが提案されており、
この場合に硬化の際に目減りを減少するために、更にた
とえばポリプロピレン繊維をコンクリートに加える。
【０００８】スイス特許第４５３９９８号明細書におい
ては、たとえばスチュロポールを導入する際の強度の低
下の欠点を、ここではその代りにセメントまたは合成樹
脂に導入するための充填剤として、たとえば石英砂およ
びソーダから製造したガラスフォームまたは膨張岩石、
たとえば軽石または凝灰岩を提案することにより配慮し
ている。
【０００９】提案されたすべての解決手段、たとえばセ
メントの発泡または建築材料へのガスの封入、軽量の充
填剤、たとえばスチュロポールの導入またはガラスフォ
ームの使用等は、より軽量のコンクリートの利点のほか
に強度の低下という重要な欠点を有する。これは、特に
支持する建築部材において、より重い補強剤の導入によ
り、より高価な補強剤、たとえばガラス繊維または炭素
繊維の使用により、またはより厚い壁の選択により少な
くとも一部分補償しなければならず、このことは経費が
かかり、かつ作業が煩雑である。更にそのような建築部
材の腐食および亀裂の発生が著しく高くなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、建築および構造材料、または建築または構造部品ま
たは部材または成形品をきわめて高い強度を有して製造
することができる方法を提供することであった。
【００１１】この結果として、同様の形式および方法
で、軽量の充填剤を使用するにもかかわらず十分な強度
を有し、支持する建築部材の製造のために使用される材
料を提供するというもう１つの課題が生じる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記課題は、本発明によ
り、請求項１記載の材料により解決される。
【００１３】本発明により定義された建築または構造材
料がきわめて均質に分布した、微細な多孔性の構造によ
り特徴付けられることが提案された。
【００１４】この微細な孔の直径は約０．０１μｍ〜約
５μｍの範囲内にあり、この場合に個々の孔は有利には
自体閉鎖されている。
【００１５】これらの孔を包囲するためにまたはマトリ
ックスを形成するために、前記材料は反応性の結合剤を
含んでおり、この材料を使用または適用する場合に化学
的硬化反応が行われる。
【００１６】前記の微細な多孔性または微細な気泡構造
により、本発明により提案された材料を用いて、圧縮強
さおよび引張り強さが相当する結合剤または微細な孔構
造を有しない材料を用いて得られた圧縮強さおよび引張
り強さの約３〜４倍である成形体または建築または構造
部材を製造することができる。意想外にも、前記の微細
な孔を導入することにより、明らかに個々の孔内のきわ
めて高い毛細管力のために、建築材料またはこれから製
造した成形体の強度特性を決定的に高めることができる
ことが示された。この場合に、まず引張り強さが高ま
り、それにより自動的に圧縮強さが同様に増加する。
【００１７】今や本発明により、この形式および方法
で、コンクリート部材またはコンクリートからなる建築
部材において補強剤を導入せずに引張り強さを著しく高
めることが可能である。
【００１８】本発明により提案された材料中の結合剤ま
たはマトリックス材料として、特に合成樹脂、たとえば
ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、シリ
コン樹脂、アクリル樹脂等または無機材料、たとえばセ
メントが適当である。
【００１９】有利な変更実施態様により、材料としてセ
メント／水混合物が提案され、この場合にセメント／水
比は約０．２４〜約０．４、有利には約０．２６〜０．
３２である。
【００２０】本発明により提案された材料から製造され
た建築部材の強度を著しく高めることができるというこ
の重要な利点のほかに、前記の重量を孔直径および孔の
頻度に応じて約３０％まで減少することができる。その
ほかに、以下の、一連のほかの重要な利点を生じる。
【００２１】強度を高めるために現在まで一般に使用さ
れる、経費のかかる珪素をベースとする添加剤を省くこ
とができる。
【００２２】支持しない充填剤の添加、特に砂利および
砂の添加を省くことができる、それというのも、セメン
トマトリックス自体が高い強度を荷っているからであ
る。
【００２３】セメントマトリックス自体が現在常用の建
築部材よりも著しく高い強度を有するので、廉価な軽量
の充填剤、たとえばスチュロポールを、重量を減少する
ために独立気泡のコンクリートに加えて、単位体積重量
約６００ｋｇ／ｍ3を有するセメント構造部材を製造す
ることができる。それにもかかわらず、そのような軽量
の充填剤を含有するコンクリートを用いて支持する建築
部材を製造することが可能である。
【００２４】微細な孔構造により、コンクリートが弾性
を、すなわち約２５〜４０ｋｇＮ／ｍｍ2のＥ−モジュ
ールを有する自体きわめてかたいコンクリートが一定の
弾性を獲得し、その際コンクリートが亀裂せずにＥ−モ
ジュールを３．６ｋｇＮ／ｍｍ2まで低下することがで
きる。それにより、高層建築において亀裂のない構造を
製造することが可能である。
【００２５】重量節約により、たとえば天井の構造にお
いて、より厚い壁厚（より高い静的高さ）を選択するこ
とが可能であり、それにより補強剤を減少することがで
きる。従って、たとえば天井板のたわみを阻止するため
に、Ｅ−モジュールを修正するためになお添加補強剤を
加えることのみが必要である。しかしながら、著しく軽
量の建築材料により、全部でわずかの補強剤が必要であ
り、その際完全に従来の規格に適合する。
【００２６】本発明による材料、たとえば多孔性セメン
トの多孔性により、この材料は容易に加工可能である、
それというのも孔がボールベアリングのように作用する
からである。更にこのセメントはチキソトロピー特性を
獲得する。
【００２７】たとえばこのセメントがチキソトロープで
あるので、著しく良好な水／セメント比で作動すること
ができ、すなわちわずかの水を添加するだけでよく、そ
れというのもこの材料は容易に加工可能である。水／セ
メント比は約０．２５〜０．４、有利には０．２６〜約
０．３１の範囲内で選択することができる。
【００２８】より低い水／セメント比を選択することが
できるので、実際にはこのセメントによりすべての混合
水（Anmachwasser）を取り入れることができる。
【００２９】建築成形体中の少ない水含量により、この
成形体は凝固後すでに約１週間後に乾燥する。
【００３０】過剰の水が存在しないので、開放した毛細
管が得られない、すなわち本発明により提供される建築
成形体は中空でない。約０．４〜０．５５の水／セメン
ト比において連続気泡の成形体が得られる。
【００３１】開放した毛細管が存在しないことにより、
建築成形体の耐腐食性が著しく高まる。従って、建築成
形体に腐食性の物質、たとえば露水塩またはほかの腐食
性の物質が入り込まない。しかしながら、それとともに
凍結安定性が自動的に高まる。
【００３２】本発明により定義されたセメントを用いて
製造したコンクリート建築物はすぐに再び型からはずす
ことができる。更にコンクリートはすでに７日間後もは
や収縮せず、この場合に付加的に収縮は全体として著し
く少ない。
【００３３】建築または構造材料において、骨剤を添加
する際に分解が生じない。
【００３４】本発明により定義された建築または構造材
料の使用により、建築または構造部材において０．３
（Ｗ／ｍ2Ｋ）およびそれより良好な断熱値またはＫ値
を生じることが可能である。
【００３５】特に砂利および砂が手に入りにくい国々
で、本発明により提案された建築または構造材料の使用
が有利である、それというのも砂利および砂の添加は必
須でないからである。このことは特に、塩を含まない砂
または砂利が存在しない地域に適している。
【００３６】本発明による材料の列挙した利点は最も重
要なものだけを含んでおり、これらに限定されるもので
はない。
【００３７】本発明による建築および構造材料のほかの
変更実施態様は請求項２以下に特徴付けられている。
【００３８】前記の本発明により定義された構造または
建築材料は、特に建築または構造部材または部品を製造
するためにおよび完全な建築物のために適している。こ
の建築または構造部材は使用される建築材料の高められ
た強度により補強されていなくてもよく、またはたとえ
ば内部に配置された補強剤、たとえば鉄筋により更に補
強されていてもよい。繊維、たとえばガラス繊維または
炭素繊維を導入することによる補強も可能である。
【００３９】材料に微細な多孔性構造を導入するという
本発明による思想が水硬性の結合剤、たとえばセメント
に制限されるのでなく、合成樹脂、たとえばポリウレタ
ン、エポキシ樹脂等に使用可能であることが自然に理解
される。もちろん、たとえば製造すべき成形体または建
築物の強度を高めるために、たとえばいわゆるポリマー
コンクリート中で水硬性の結合剤に合成樹脂を添加する
ことによる組合せも可能である。
【００４０】本発明により定義された建築または構造材
料を製造するために、請求項１４または１６に記載の方
法が提案される。
【００４１】相当して、反応性の結合剤または種々の反
応成分を、場合により添加剤または骨剤と一緒に高速乱
流混合機内で混合することが提案される。この高速乱流
混合機により、材料に本発明に特徴的な微細な孔を導入
し、きわめて均質に分布した微細な多孔性構造を提供す
る。
【００４２】発泡剤、発泡添加剤、エアーゾル、発泡剤
または軽量の充填剤により空気封入体および孔を、たと
えばセメントまたはセメント混合物または合成樹脂混合
物に導入する技術水準とは異なり、本願では広範に混合
機を用いて微細な多孔性構造を生じる。技術水準との相
違は特に、技術水準において空気封入体においてたとえ
ば１００〜２００μｍの大きさ範囲の著しく大きい孔直
径が測定され、２０μｍ未満の独立気泡の封入体は一般
に好ましくないと評価されたのに対して、本願ではこれ
がまさに意想外にも高められた強度値を荷っていること
である。
【００４３】本発明に特徴的な微細な多孔性構造を有す
る本発明により提案された材料を製造するための本発明
によるほかの方法に相当して、材料配合物に添加剤、た
とえば流動特性を促進する添加剤またはたとえばアンモ
ニアベースの液化添加剤をセメント重量に対して全部で
約１．５％まで添加することにより、この微細な多孔性
構造を低速回転混合機、たとえば従来のセメント混合機
内で製造することも可能である。界面活性剤またはチキ
ソトロピー剤の添加も可能であるが、この場合に混合の
際に生じる孔があまりに大きくならないように注意しな
ければならない、それというのもすでに記載されたよう
に、孔の大きさが５μｍより大きくないことが本発明に
特徴的であるからである。本発明により定義された微細
な孔において高い毛細管力が生じ、これが成形体または
建築部材における引張り強さおよび圧縮強さを高める。
【００４４】材料配合物に骨剤、たとえば砂、砂利、軽
量の充填剤等を混合する場合は、材料配合物の全部の成
分を同時に高速乱流混合機内でまたは第２の変更実施態
様により通常の混合機内で混合するのが有利である。も
ちろん高速回転混合機内でセメント混合物を製造する場
合に、まずセメント／骨剤混合物を低速回転で混合し、
引き続き水を最初に高速回転混合領域に加えるのが有利
と示された。
【００４５】本発明による建築または構造材料を加工す
る場合は、硬化工程における温度が高過ぎないように、
すなわち材料の成分の１種が蒸発を開始する範囲に上昇
しないことに注意しなければならない。水／セメント混
合物の場合はたとえば最高６０℃〜８０℃の温度を上回
らないようにすべきである。そうでなければ、特に大き
な流し込むべきブロックにおいては、たとえば冷却管を
取り付け、高過ぎる反応温度を前記の最高値に低下す
る。しかしながら他面では、特に本発明によるセメント
混合物においては低い水含量により、たとえば０℃未満
の温度で流し込むことが可能であり、それというのも凝
固温度が周囲による冷却より高いからである。
【００４６】本発明により定義された建築および構造材
料の多くの、全く新しい特性により、この材料をそれ自
体一般的でない使用目的に使用することが可能である。
高い強度値が要求されるすべての所で、たとえば純粋な
セメント／水混合物を用いて作動することができ、補強
剤または付加的な補強剤が必要でない。このための例と
して鉄道レールの基礎構造を挙げることができ、ここで
本発明により定義されたコンクリートは十分な強度を有
し、今日一般的な高速列車における高められた要求を満
足する。更に高層建築において、最も高い所で天井のた
わみに対する補強剤が備えられるべき天井を製造するこ
とが可能であり、しかも十分な強度が得られる。
【００４７】同様のことはもちろん、一般に高められた
強度が生じるが弾性が低下する合成樹脂配合物を使用す
る際にもあてはまる。成形体中の高い強度を生じるため
には、一般に架橋密度を高めるかまたは高価な充填剤、
たとえばガラス繊維、炭素繊維、または今日一般的なア
ラミド繊維を導入しなければならない。しかしながら、
高められた架橋密度は一般に脆性の増加を生じる。
【００４８】それに対して、微細な多孔性の構造によ
り、架橋密度を増加せずに強度が高まり、同時に成形体
中の弾性がなお高まる。これは、圧縮強さが高まり、し
かも同時に弾性が高まるという完全に新しい技術思想で
ある。これにより、たとえば架橋密度を増加せずに高め
られた強度を提供する本発明により製造されるマトリッ
クスを使用した補強された合成樹脂を製造することがで
きる。このマトリックスが高められた弾性を有するにも
かかわらず、それによりそのような材料の脆性を著しく
低下することができる。特に乗り物構造、たとえば自動
車構造に、軽量構造技術に、たとえば航空機において、
これはきわめて興味深い思想である。
【００４９】
【実施例】本発明を実施例により詳細に説明する。
【００５０】例１ セメント配合物 セメント１００重量％を水４０重量％と、たとえばセメ
ント２０ｋｇを水８ｋｇと混合した。混合物を高速乱流
混合機、たとえば翼式混合機内で１５００回転（Ｔｏｕ
ｒ）で混合した。
【００５１】この配合物から鋳造した成形体で圧縮強さ
５００〜７００ｋｇ／ｃｍ2および引張り強さ１３０〜
１６０ｋｇ／ｃｍ2を測定した。
【００５２】例２ セメント／スチュロポール混合物 セメント１００重量％および水３０重量％の配合物を軽
量充填剤、たとえばスチュロポールパールと混合した。
その際、軽量充填剤の割合は９５０ｌ／ｍ3セメント配
合物であった。混合物は更に従来の発泡剤、たとえば石
鹸または高級脂肪酸およびアンモニアベースの液化剤を
全部で約１％含有した。
【００５３】混合物を従来のセメント混合機内で約２０
回転で混合し、引き続き成形体を鋳造した。この成形体
で単位体積重量９００ｋｇ／ｍ3を測定した。
【００５４】圧縮強さは約８５ｋｇ／ｃｍ2、引張り強
さは約３２ｋｇ／ｃｍ2であった。
【００５５】同じ配合物を用いて、ただし発泡剤を添加
せず、液化剤を添加せず、同じコンクリートまたはセメ
ント混合機内で混合物を製造し、引き続き成形体を鋳造
したが、この成形体では実際には強度を測定できなかっ
た、それというのもセメントマトリックス中に微細な気
泡構造が存在しなかったからである。
【００５６】特に例２により製造した軽量の建築材料
は、いわゆるプレハブ建材または構造部材を製造するた
めに、たとえばセメント構成要素を製造するためにきわ
めて適している。この場合に、これは流動可能な配合物
を中空状の、正方形または長方形の注入型に流し込むこ
とにより製造することができる中実のまたは緻密なセメ
ント構成要素であってもよい。２つ以上の部分からなる
注入型の形状および内部の封入体の導入により、中空ま
たは空気封入体を含んだ公知の形式のコンクリート部材
を製造することができる。その際、コンクリート部材は
場所に特有の規格に相当して鋳造することができる。
【００５７】たとえば例２による配合物を有するこのよ
うに製造したコンクリート部材は、従来の砂を含んだコ
ンクリート部材に対して著しく軽量であり、しかも少な
くとも同じ強度を有し、更に断熱性に作用するという大
きな利点を有する。例２による配合物を有するこのよう
なコンクリート部材はλ値（熱伝導率）約０．１〜０．
２Ｗ／ｍＫを有する。従って、このような本発明による
コンクリート部材を用いて、必要な強度および必要な断
熱値を有する組積を製造することができ、高価なかつ手
間のかかる二重の外壁の組積を製造しなくてよい。これ
により、外側の断熱層を取り付ける必要がなくなる。
【００５８】いわゆるプレハブコンクリート部材を製造
する場合のほかの利点は、特に約０．２６％のきわめて
低いセメント／水比で本発明により製造したコンクリー
トを充填し、かつ短時間振動した後で、きわめて短い時
間の後にすでに一定の強度を有する成形体を製造するこ
とができ、すぐに型枠からはずすことが可能であること
である。コンクリートのこのいわゆる初期強度により、
そのようなプレハブコンクリート部材は、本発明による
微細な気泡構造を有しない従来のセメントを使用した場
合より著しくはやく製造することができる。
【００５９】本発明により定義された建築または構造材
料の適当な可能な使用のリストは無際限であり、従って
前記の例に限定されない。このリストは本発明による建
築または構造材料の特性を詳細に説明し、本発明を詳細
に説明するために利用したにすぎない。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 きわめて均質に分布した微細な多孔性の
    構造を有することを特徴とする建築および構造材料。
  2. 【請求項２】 微細な孔が約０．０１μｍ〜約５μｍの
    範囲内の直径を有し、自体閉鎖されている請求項１記載
    の材料。
  3. 【請求項３】 前記材料が反応性の結合剤または反応性
    のマトリックス材料を含んでおり、この材料を使用また
    は適用する場合に化学的硬化反応が行われる請求項１ま
    たは２記載の材料。
  4. 【請求項４】 結合剤またはマトリックス材料として合
    成樹脂または無機材料が存在する請求項３記載の材料。
  5. 【請求項５】 前記材料がセメント／水混合物を含んで
    おり、その際セメント／水比が約０．２４〜約０．４で
    ある請求項１から４までのいずれか１項記載の材料。
  6. 【請求項６】 少なくとも微細な気泡を形成する添加剤
    および／または流動特性を促進する添加剤および／また
    はチキソトロピー剤が存在する請求項１から５までのい
    ずれか１項記載の材料。
  7. 【請求項７】 前記材料が更に軽量の充填剤を含んでお
    り、この充填剤がきわめて均質に分布しており、その密
    度が結合剤またはマトリックス材料の密度より著しく小
    さい請求項１から６までのいずれか１項記載の材料。
  8. 【請求項８】 前記材料が補強充填剤を含んでいる請求
    項１から７までのいずれか１項記載の材料。
  9. 【請求項９】 充填剤として砂利および／または砂が存
    在する請求項１から８までのいずれか１項記載の材料。
  10. 【請求項１０】 全部または一部分が請求項１から９ま
    でのいずれか１項記載の材料からなる建築または構造部
    材。
  11. 【請求項１１】 内部に配置された補強剤を有する請求
    項１０記載の建築または構造部材。
  12. 【請求項１２】 請求項１から９までのいずれか１項記
    載の材料を型または型枠に装入しまたは流し込み、凝固
    または硬化した後で型または型枠を取りはずすことを特
    徴とする成形体または建築または構造部材の製造方法。
  13. 【請求項１３】 前記材料を型または型枠内で硬化する
    際に反応温度を最高約６０〜７０℃に限定するために、
    型または型枠内に冷却部材が設けられている請求項１２
    記載の方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１から９までのいずれか１項記
    載の材料を製造する方法において、引き続き前記材料と
    して加工することができるために、結合剤またはマトリ
    ックス材料を場合により骨剤および／または添加剤と一
    緒に高速乱流混合機内で混合することを特徴とする建築
    および構造材料の製造方法。
  15. 【請求項１５】 セメントおよび水、および場合により
    ほかの骨剤および添加剤を水／セメント比約０．２４〜
    約０．４０で高速乱流混合機内で混合する請求項１４記
    載の方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１から９までのいずれか１項記
    載の材料を製造する方法において、結合剤またはマトリ
    ックスを形成する材料を、少なくとも微細な気泡を形成
    する添加剤と一緒におよび／または流動特性を促進する
    添加剤と一緒におよび／またはほかの骨剤および添加剤
    と一緒に、従来の低速または高速回転混合機内で混合す
    ることを特徴とする建築および構造材料の製造方法。
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