JPH0811700B2

JPH0811700B2 - 表面が緻密で、光沢と光反射性を有する板状セメント硬化体の製造方法

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Publication number: JPH0811700B2
Application number: JP30371391A
Authority: JP
Inventors: 昭小島; 俊彦浅田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-09-06
Filing date: 1991-09-06
Publication date: 1996-02-07
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: JPH0570195A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本出願の発明は、繊維強化プラス
チック（以下ＦＲＰという）を微粉末にし、それを骨材
として利用した板状セメント硬化体の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ガラス繊維などの強化材で補強されたＦ
ＲＰは、優れた性質を有していることから、多くの分野
で用いられており、その使用量及び生産量は今後益々増
加する傾向にある。ＦＲＰは、高強度と高耐久性を有す
るので、不用となった場合に、破砕の困難性や難分解性
が問題になる。そして廃棄された船艇やボート、ヨット
などの大型成形物、あるいは自動車や民生用成形物、あ
るいは製作段階に発生したトリミングカスや不良品など
は、ＦＲＰが優れた難破壊性を有することから、破砕や
分解に困難をともない、その廃棄処理に苦慮しているの
が現状である。特に、漁船やボートなどの大型の漁業廃
棄物は、それらがしばしば放置されるために、環境破壊
を引き起こし、社会問題になっている。このような現状
に鑑み、環境破壊や公害防止の点からも、ＦＲＰ廃棄物
を資源として再利用することが考えられるが、ＦＲＰ廃
棄物を資源として有効に利用するためには、まず切断、
粉砕などによって粒状、粉末状または微粉末状にするこ
とが必要である。しかし、現在の先端技術をもってして
も、ＦＲＰを微粉末にすることは極めて困難であった
が、本発明者の一人は、鋭意努力の結果、平均粒径数μ
ｍ程度の微粉末を１時間当たり１００ｋｇも製造できる
装置の開発に成功した。（特願平３−１２６９５７号）
この装置によって作られた、ＦＲＰの平均粒径がミクロ
ン単位で１桁の数値の微粉末（以下ＦＲＰ微粉末とい
う）を、走査電子顕微鏡で観察すると、一部には３０μ
ｍ程度の比較的大きな粉末もあったが、大部分は４〜５
μｍ程度であったさらに電子顕微鏡の倍率を高くして観
察すると、１μｍ程度あるいはそれ以下のものも多数認
められた。微粉末中のガラス繊維も、大部分は微粉末に
なっているが、一部に繊維の形態を保持しているものも
認められた。ガラス繊維の切断面を走査電子顕微鏡で観
察したところ、極めて鋭利な刃物で瞬時に切断されたこ
とを示していた。微粉末状になったＦＲＰのリサイクル
に関しては、本発明者らによって数々の研究が行われ、
その一つとして、ＦＲＰ微粉末を、大量に使用できるの
は土木・建築関係であるので、セメントやコンクリート
系材料の骨材としてのリサイクルを研究した。その結
果、本発明者はそれら材料の骨材である砂、軽量砂、軽
石の一部を、ＦＲＰの微粉末に置き換えてセメント系材
料の作成を検討したところ、セメント二次製品、コンク
リートブロック、ＡＬＣなどの骨材としてＦＲＰ微粉末
を使用できることがわかった。（特願平２−６１０８０
号）

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本出願の発明は、セメ
ント系材料の骨材としてのＦＲＰ微粉末の利用を検討し
た結果、光沢を有する平滑平面をもつセメント系材料の
製造に成功したものである。セメント系材料は、優れた
機械的特性をもつことから、建築構造物用の素材として
古くから使用されている。さらに、建材として利用され
る場合には、機械的強度だけでなく外観的にも美麗であ
ることが要求される。また、建材の表面は、着色できる
ことや、凹凸などの模様のつけられることなどが必要で
ある。これらの点に対処するために、高分子系塗料を、
塗布あるいは吹きつけたり、また焼成したタイルを貼付
けしたり、模様をもつ型枠を押しつけたりしている。本
発明者は、これらの建築材料と同程度あるいはそれ以上
の機械的特性並びに表面性状をもつものが、ＦＲＰのリ
サイクルによって製作できるかを研究した結果この開発
に成功したのである。特に、焼成したタイルに匹敵する
表面性状を有するセメント凝結板、即ち板状セメント硬
化体を開発したのである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本出願の表面が緻密で、
光沢と光反射性を有する板状セメント硬化体の製造方法
は、セメントに、対セメント重量比で５〜７０％のＦＲ
Ｐの平均粒径がミクロン単位で１桁の数値の微粉末と、
塩化カルシウムを主とした混和剤を添加した水とを加え
て混練し、硬化させるものである。

【０００５】

【作用】本出願の板状セメント硬化体の製造方法によれ
ば、セメントに対セメント重量比で５〜７０％のＦＲＰ
微粉末と、塩化カルシウムを主とした混和剤を添加した
水とを加えて混練し、硬化させるため、焼成処理を全く
施すことなく、表面が緻密で、光沢と光反射性を有し、
撥水性をもった、タイル等として広く利用できる板状セ
メント硬化体を容易に製造することができる。

【０００６】

【実施例】本出願の発明の一実施例について説明する。
まず、対セメント重量比で前記所定範囲のＦＲＰ微粉末
と白セメントとを混合し、その中に所定量の水を加えて
セメントペーストを作り、それを型枠中に流し込んで凝
結させる。使用する型枠表面は、できるだけ鏡面研磨し
た表面をもつことが必要である。また、加える水の中に
は、セメントペーストの流動性を高めることや、凝結速
度を調節するための各種混和剤（無機系、有機系）を添
加しておくことも重要な要素となる。そのための混和剤
には、各種混和剤（急結剤、高性能減水剤など）を用い
る。混和剤を用いなくても平滑な表面は作れるが、上記
の混和剤を用いることによって、セメント硬化体の表面
は、より光沢をもつようになる。セメント硬化体の表面
を更に高密度にするには、セメントペーストを型枠中に
流し込み、真空ポンプで脱気することも重要である。型
枠に流し込み、脱型した後には、水中で養生する。場合
によっては、型枠のまま気中で養生する。特に光沢のあ
る緻密な表面を形成するためには、１〜１０℃程度の低
温下の気中に保持することが望ましい。養生期間は、１
日〜１４日、望ましくは２日〜７日である。この方法で
製造したＦＲＰ微粉末含有セメント硬化体の表面は、平
滑で光反射性を有し、また、おぼろげながらではある
が、鏡のように周囲の状況を写すこともできた。この表
面に、油性インクで字あるいは絵などを描いても容易に
拭き取ることが可能であった。さらに、このＦＲＰ微粉
末含有セメント硬化体の表面上に水を滴下してもしみ込
むこともなく、球形をした水滴のままであった。その際
のセメント硬化体表面と水との接触角は、１２０〜１４
０°であった。従来のセメント硬化体の場合、滴下した
水滴は瞬時にしてセメント硬化体の中に吸収されること
と比べれば、極めて緻密になっていることがわかる。こ
のような表面状態をもつＦＲＰ含有セメント硬化体の表
面状況を、走査電子顕微鏡で観察したところ、平滑、緻
密で、顕微鏡の焦点を合わせるのが困難な程であった。
通常のセメント硬化体の場合には、２０〜３０μｍ程度
の大きな結晶が生成していたが、本発明によって製造し
たＦＲＰ微粉末含有セメント硬化体はサブμｍ以下の微
粒子の集合した態様を示した。また、緻密な表面状態を
もつＦＲＰ含有セメント硬化体のＸ線回折分析を行った
が、混和剤の有無、製造条件に関わらず、いずれの場合
も同一であった。作られた板状のＦＲＰ微粉末含有セメ
ント硬化体の強度は、（１）水―セメント比、（２）Ｆ
ＲＰ含有率によって大きく影響された。水―セメント比
は、製造時の作業性に大きく作用し、それが小さい場合
には両者の混練ができない。それが大きな場合には作ら
れたＦＲＰ微粉末含有セメント硬化体の強度が低くな
る。そして、後者のＦＲＰ微粉末含有量は、強度と作業
性の両方に作用する。従ってセメント硬化体の強度をど
の程度必要とするかによって、ＦＲＰ微粉末含有量及び
水の使用量は、決定されることになる。低温度の気中で
養生させたセメント硬化体の機械的強度は、常温の水中
で養生した場合よりも低くなる。その点を改善するに
は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ビニロン繊
維、その他の各種繊維で補強することである。これらの
繊維で補強することは、ＦＲＰ微粉末含有セメント硬化
体表面の光沢や緻密さを低下させることにはならない。
また、繊維で強化したセメント材料の破壊形態は、セメ
ント系材料に一般的に見られる最大荷重から一気に破壊
する脆性的な破壊ではなく、タフネスをもつように改善
された。そして、破壊形態の制御は、使用する繊維の形
態（例えば、チョップドストランド、ミルドフアイバ
ー、フエルト、マット、ストランド、メッシュ、織物な
ど）あるいは繊維の種類や添加量などで可能である。炭
素繊維不織布で強化したＦＲＰ微粉末含有セメント硬化
体の一例では、１９ＭＰａの曲げ強度を示した。一般
に、焼成したタイルは、目的に応じて種々の物があり、
嵩密度は３ｇ／ｃｍ^３程度、曲げ強度は２５〜５０ＭＰ
ａ程度である。従って、ＦＲＰ微粉末含有セメント硬化
体でも炭素繊維などの繊維含有量を増やすことや、メッ
シュなどの繊維を用いることによって、焼成したタイル
と同程度あるいはそれ以上の強度を実現することは、そ
れほど困難なことではない。また、セメントペースト中
に顔料を添加して、ＦＲＰ微粉末含有セメント硬化体を
着色することも可能である。更に、ＦＲＰ微粉末は見か
け比重が０．５程度であるので、製造される板状セメン
ト硬化体は、ＦＲＰ微粉末の含有率を高めることによっ
て軽量化をはかることが可能である。

【０００７】次に、本出願の発明を具体的な実施例によ
って詳細に説明する。

【第１実施例】白色ポルトランドセメントに所定量のＦ
ＲＰ微粉末を加え、両者を充分に混合した。この場合の
ＦＲＰ添加量は、セメント重量１．０部の０．２部，
０．４部，０．６部，０．８部及び１．０部であった。
この混合物に、混練可能な最小量の水を加えて充分に攪
拌し、セメントペーストを作った。使用した水量は、夫
々セメント重量の０．７部，０．９部，１．３部，１．
５部及び１．７部であった。添加した水の中に、所定量
の無機系の塩化カルシウムを主とした混和剤をあらかじ
め添加しておいた。この場合の水／混和剤は１５であっ
た。このセメントペーストを型枠（３．６ｃｍ×６．６
ｃｍ×０．５ｃｍ）中に流し込み硬化させた。１日後に
脱型し、２週間水中養生してＦＲＰ微粉末含有セメント
硬化体を作った。比較のために、混和剤を添加しないＦ
ＲＰ微粉末含有セメント硬化体も同時に作製した。セメ
ント板の表面状況は、目視による光沢・緻密度の判定、
水の滴下による浸透速度試験などによって評価した。水
浸透試験は、駒込ピペットから、水を一滴（０．０５ｃ
ｃ）落とし、全てしみ込むまでの時間を測った。水がし
み込まなかった場合は、「なし」と評価した。それらの
結果を表１に示す。作られたＦＲＰ微粉末含有セメント
硬化体の表面は、混和剤を使用することによって光沢を
示すようになった。また、使用した水の量が増えると、
表面の緻密度は低下した。水の浸透速度は、混和剤の有
無によって大きな違いがあった。混和剤を加えたセメン
ト硬化体では、水が全くしみ込まなかったのに、混和剤
を入れない通常のセメント系材料の場合には、すぐにし
み込んだ。水の浸透速度は、硬化体表面に存在する細孔
量に関係しているので、混和剤を添加した場合のＦＲＰ
微粉末含有セメント硬化体の表面が、より緻密な構造を
形成していることがわかる。

【０００８】

【表１】

【０００９】

【第２実施例】白色ポルトランドセメントにＦＲＰ微粉
末及び混練可能な最小量の水を加え、両者を充分に混合
して、セメントペーストを作った。この場合のＦＲＰ添
加量及び使用した水量は、表２に示した。添加した水の
中には所定量の無機系の塩化カルシウムを主とした混和
剤をあらかじめ添加しておいた。（水／混和剤１５）
このセメントペーストを型枠（３．６ｃｍ×６．６ｃｍ
×０．５ｃｍ）中に流し込み、１日後に脱型し、２週間
水中養生してセメント硬化板を作った。比較のために、
混和剤を添加しないＦＲＰ微粉末含有セメント硬化板も
同時に作製した。作られたＦＲＰ微粉末含有セメント硬
化板の嵩密度、曲げ強度、ヤング率及び比強度を測定
し、その結果を表２に示す。ＦＲＰ微粉末の含有量が増
すに従って、嵩密度及び曲げ強度は低下する傾向を示し
た。これは添加する水の量が増えたことによるものであ
る。また、混和剤を添加しても機械的特性には、違いは
見られなかった。しかし、ＦＲＰ微粉末をセメント重量
の２０％加えても、その曲げ強度は１５ＭＰａを示し
た。この場合の比強度（曲げ強度／嵩密度）は、ＦＲＰ
微粉末を添加しない場合に比べて２０％も向上した。

【００１０】

【表２】

【００１１】

【第３実施例】ＦＲＰ微粉末含有セメント凝結物の内部
構造をより緻密にするには、セメントペーストを真空脱
気し、ペースト中の気泡を除去することが必要であるの
で、この点について検討した。白色ポルトランドセメン
トにＦＲＰ微粉末及び混練可能な最小量の水を加え、
両者を充分に混合してセメントペーストを作った。この
場合のＦＲＰ添加量及び使用した水量は、セメント重量
の０．０５部と０．４部であった。添加した水の中には
所定量の無機系の塩化カルシウムを主とした混和剤をあ
らかじめ添加しておいた。この場合の水／混和剤比は１
５であった。このセメントペーストを型枠（３．６ｃｍ
×６．６ｃｍ×０．５ｃｍ）中に流し込んだ後、真空デ
シケーター中に入れ、真空ポンプで５分間吸引してセメ
ントペーストを脱気し、硬化させた。１日後に脱型し、
２週間水中養生してセメント硬化体を作った。比較のた
めに、混和剤を添加しないＦＲＰ微粉末含有セメント硬
化体も同時に作製した。作られたＦＲＰ微粉末含有セメ
ント硬化体の嵩密度及び機械的特性を表３に示す。真空
脱気処理を行っても、ＦＲＰ微粉末含有セメント硬化体
の嵩密度及び曲げ強度にあまり違いは見られなかった
が、表面の光沢度、緻密度、光反射性は、より向上し
た。また、ＦＲＰ微粉末を添加した硬化体の方が、表面
硬さは向上した。しかし、焼成したタイルに比べると光
の反射性はやや欠けていたので、更に緻密にするために
次の第４実施例に示す実験を行った。

【００１２】

【表３】

【００１３】

【第４実施例】ＦＲＰ／セメントを０．１及び０．２、
水／セメント（Ｗ／Ｃ）を０．４、水／混和剤比を１０
としてセメントペーストを作り、充分に攪拌してから型
枠中に流し込んだ。これらセメント硬化体を水中（１５
℃、５０℃）あるいは気中（５℃、１５℃）で養生し
て、セメント硬化体を作った。作製したＦＲＰ微粉末含
有セメント硬化体の表面状態は、ＦＲＰ微粉末の含有量
に関わらず、水中養生した場合よりも気中養生したもの
の方が、１５℃の気中で養生したものよりも５℃の冷蔵
庫中で養生したものの方が、夫々より緻密な表面状態を
示した。作られたセメント硬化体の表面状態を走査電子
顕微鏡で観察したところ、平滑・緻密で、混和剤無添加
の場合に見られる大きな結晶は、全く見当たらず、サブ
μｍ以下の微粒子の集合した様子であった。これらセメ
ント硬化体のＸ線回折分析を行ったところ、混和剤の有
無、製造条件に関わらず、いずれの場合も同一であっ
た。しかし、上記の条件で作製したタイル調の表画をも
つＦＲＰ微粉末含有セメント硬化体は、低温での気中養
生のために、その曲げ強度は８ＭＰａと低いので、この
点を改善するために各種繊維による強化をはかった。

【００１４】

【第５実施例】ＦＲＰ／セメントを０．１、水／セメン
ト（Ｗ／Ｃ）を０．４、水／混和剤比を１０としてセメ
ントペーストを作った。この中に炭素繊維不織布（厚さ
０．３ｍｍ，目付３３ｇ／ｍ^２、ＰＡＮ系）６枚をつけ
こみ、充分にしみ込ませてから型枠（３．６ｃｍ×６．
６ｃｍ×０．５ｃｍ）中に積層した。真空デシケーター
中に入れて脱気した後、これらのＦＲＰ微粉末含有セメ
ント硬化体を冷蔵庫気中（５℃）で養生した。比較のた
めに炭素繊維を入れないＦＲＰ微粉末含有セメント硬化
体も、同条件で作製した。作製したＦＲＰ微粉末含有セ
メント硬化体の嵩密度及び機械的特性を表４に示す作ら
れたＦＲＰ微粉末含有セメント硬化体中の炭素繊維含有
量は、約２％であった。炭素繊維不織布を添加しても、
作られたＦＲＰ微粉末含有セメント硬化体の表面状態は
変わることなく、焼成したタイル相当の緻密さ、光沢、
光反射性、無吸水性を示した。そして、炭素繊維で補強
することによりＦＲＰ微粉末含有セメント硬化体の曲げ
強度は、１９ＭＰａになり、無添加の２．４倍にも達し
た。また、ＦＲＰ微粉末含有セメント硬化体の破壊形態
は、炭素繊維を配置することによって著しく異なった。
炭素繊維不織布を入れない場合には、典型的な脆性破壊
であったが、炭素繊維不織布を入れることによって、Ｆ
ＲＰ微粉末含有セメント硬化体は二つに分断されること
なく高いタフネスを示した。

【００１５】

【表４】

【００１６】

【発明の効果】以上のように、本出願はＦＲＰ廃棄物を
資源として再利用し、表面が緻密で、光沢と光反射性を
有する板状セメント硬化体、いわゆる焼成したタイルと
同様の表面性状を有する新材料を開発したものである。
本発明によって作られた光沢平面をもつセメント硬化体
は、硬度が高く緻密で細孔のない撥水性をもった表面を
有している。このような表面をもつものは、セメント硬
化体の内部への水の浸透が避けられるので、厳寒地で頻
繁に発生する、浸透した水が凍結し、それが膨張してセ
メント構造物を破壊する凍結融解現象の防止に役立つ。
また、酸性雨による社会的問題が多数発生し始めている
がこの問題の一つに、セメント構造物の内部にしみ込ん
だ酸性雨水が、セメント硬化体を浸食し、構造物の強度
を低下させることがある。しかし、本発明によれば、水
がしみ込み難いことや、骨材となっているＦＲＰ微粉末
が耐薬品性に富むことから、従来のセメント系建材より
も、酸性雨に対して強固になる。更にＦＲＰ微粉末の見
かけ比重が０．５程度であるので、ＦＲＰ微粉末の含有
率を高めることによって、軽量なセメント系建材を提供
することができる。一方、凍結融解や酸性雨に対して強
い建材であるタイルは、粘土とその他の添加物とを混練
し、その表面に釉薬をかけ、それを１３００℃の高温下
で３０時間から７０時間もかけて焼成し、ガラス層を形
成した物である。従って、それに要するエネルギー経費
は莫大なものになり、コスト高になることは避けられな
い。それに対し、ＦＲＰのリサイクルを目指した本発明
のＦＲＰ微粉末含有セメント硬化体は、セメント系材料
の表面性状を、硬く緻密で光沢をもち、光を反射できる
ようになすとともに、無焼成であることから製造時にエ
ネルギーが不用であり、省エネルギーに貢献し、極めて
低コストで製造することができる。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 22:12）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セメントに、対セメント重量比で５〜７
０％の繊維強化プラスチックの平均粒径がミクロン単位
で１桁の数値の微粉末と、塩化カルシウムを主とした混
和剤を添加した水とを加えて混練し、硬化させることを
特徴とする表面が緻密で、光沢と光反射性を有する板状
セメント硬化体の製造方法