JPH0977549A - 硬化性無機質組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的短時間で硬化反応が終了し、しかも機
械的強度や耐水性に優れ、品質の均質なものが得られる
硬化性無機質組成物を提供する。 【解決手段】 反応性無機質粉体１００重量部と、アル
カリ金属珪酸塩３〜３００重量部と、水１０〜３００重
量部とからなり、該反応性無機質粉体が、セメント５〜
９８重量％と、カオリン９５〜２重量％とからなり、該
カオリンとして、予め粉砕機等を用いて０．５〜３０ｋ
ｗｈ／ｋｇの機械的エネルギーを作用させたものを使用
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木、建築材料等
に使用される無機質成形体の、製造原料となる硬化性無
機質組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、アルカリの存在下で熱により硬化
する硬化性無機質組成物、及びこの組成物を用いて無機
質成形体を成形する方法については、いくつかの技術が
提案されている。例えば、特開平４−５９６４８号公報
には、アルカリ金属珪酸塩水溶液、無機固体成分及び充
填材からなる主材と、有機処理された有機ベントナイト
とからなる無機成形体用組成物が提案されている。ま
た、特開平４−６１３８号公報には、上記主材からなる
混練物を型内に注入し、加熱・硬化させて無機質成形体
を成形する方法が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記主材を
構成する成分のうち、無機固体成分としては、メタカオ
リン、コランダム、ムライト等の製造時に発生する集塵
装置の灰、或いは粉砕焼成ポーキサイト、フライアッシ
ュ等が例示されているが、安定で且つ安価に供給可能な
ものとしては、カオリンとフライアッシュが挙げられ
る。

【０００４】そこで、本発明者等は、カオリンやフライ
アッシュを用いて研究を進めたところ、カオリンについ
ては、結晶性が高いためにアルカリと殆ど反応せず、そ
の為に所望の無機質成形体が得られず、また、フライア
ッシュの場合は、産出する発電所により反応性のバラツ
キがあるほか、反応速度が非常に遅いということを知見
し、カオリンの機械的処理により結晶構造を無定形化す
ることにより反応性を向上することを試みた。このこと
により、８５℃の加温条件下で約１〜２時間という短時
間での硬化反応・脱型も可能になるが、反面、このよう
な短時間で硬化させた場合、無機質成形体の耐水性が劣
るという課題が残存した。

【０００５】本発明は、比較的短時間で硬化反応が終了
し、しかも機械的強度や耐水性に優れ、品質の均質なも
のが得られる硬化性無機質組成物を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の硬化性無機質組
成物は、「セメント５〜９８重量％と０．５〜３０ｋｗ
ｈ／ｋｇの機械的エネルギーを作用させたカオリン９５
〜２重量％とからなる反応性無機質粉体１００重量部
と、アルカリ金属珪酸塩３〜３００重量部と、水１０〜
３００重量部とを主材とすること」を特徴とするもので
あり、このことにより上記目的が達成される。

【０００７】本発明の硬化性無機質組成物に使用する反
応性無機質粉体として、セメントと機械的エネルギーを
作用させたカオリンとの組合せからなるものを使用する
ことを骨子とする。

【０００８】セメントとしては、例えば、ＪＩＳ Ｒ−
５２１０に規定されるポルトランドセメント、ＪＩＳ
Ｒ−５２１１に規定される高炉セメント、ＪＩＳ Ｒ−
５２１２に規定されるシリカセメント、ＪＩＳ Ｒ−５
２１３に規定されるフライアッシュセメント、及び白色
ポルトランドセメント、アルミナセメントに代表される
特殊セメント等が挙げられる。

【０００９】カオリンとしては、０．５〜３０ｋｗｈ／
ｋｇの機械的エネルギーを作用させたものを使用する。
ここでいうカオリンとは、カオリン鉱物が５０重量％以
上含有する反応性無機質粉体を指す。カオリン鉱物は、
所謂１：１型層状珪酸塩で、Ａｌ₂ Ｓｉ₂ Ｏ₅(ＯＨ)₄の
化学式で示される。

【００１０】何れもＳｉ四面体層とＡｌ八面体層が１層
ずつで単位結晶層を形成しているので１：１型と呼称さ
れる。具体的にはカオリナイト、ディッカイト、ナクラ
イト等の鉱物が挙げられ、カオリン鉱物の層間に水分子
を含んだハロイサイトも含まれる。

【００１１】本発明に使用するカオリンは、上述のカオ
リン鉱物以外の粘土鉱物、即ち、雲母、タルク、スメク
タイト、アロフェン、イモゴライト等や、α−クオーツ
等のシリカ鉱物、長石、沸石等一般に粘土中に含まれる
鉱物が含まれていてもよいが、上記カオリン鉱物が５０
重量％以上含有されたものでなければならない。もし５
０重量％よりも少ないと、アルカリと反応して硬化性を
有する無機質組成物を得ることが困難である。

【００１２】カオリンの粒径は特に限定されないが、後
述するところの、機械的エネルギー付与が有効に実施で
きるか否かの観点からすれば、平均粒径が０．１〜５０
０μｍのものが好ましく、より好ましくは０．１〜１０
０μｍである。

【００１３】本発明に使用するカオリンは、そのまま使
用するのではなく、機械的エネルギーを作用させたもの
を使用する。ここでいう「機械的エネルギーを作用させ
る」とは、カオリン粉体に、圧縮力、剪断力、衝撃力等
を加えることを意味する。具体的には、一般に粉砕を目
的に使用されている粉砕機に投入することにより可能で
ある。

【００１４】例えば、被粉砕物に対し、衝撃、摩擦、圧
縮、剪断等の各種の力を複合的に作用させることができ
るボール媒体ミル（ボールミル、振動ミル、遊星ミル、
媒体攪拌型ミル等）、ローラーミル、乳鉢等の粉砕機、
或いは、被粉砕物に対し、主として衝撃、摩砕等の力を
作用させることができるジェット粉砕機等が挙げられる
が、どちらかと言えば、ボール媒体型のミルの方が、カ
オリンに対してより有効に機械的エネルギーを付与する
ことが出来るので好ましい。

【００１５】尚、粉砕に際しては適宜粉砕助剤を使用す
るのは任意である。例えば、一般にセメントクリンカ
ー、珪砂、石灰石等の粉砕時に使用されるメチルアルコ
ール等のアルコール類、トリエタノールアミンのような
エタノール・アミン類等の液体系粉砕助剤、ステアリン
酸ナトリウム、ステアリン酸カルシウム等の固体系粉砕
助剤、アセトン蒸気等の気体系粉砕助剤が挙げられる。

【００１６】カオリン粉体に作用させる機械的エネルギ
ーは、０．５〜３０ｋｗｈ／ｋｇの範囲内に限定され
る。ここで言う機械的エネルギーは、粉砕機にカオリン
粉体を入れて稼働させ、粉砕が終了するまでの間の、カ
オリン粉体の単位重量当たりの所要電力量で表した。

【００１７】機械的エネルギーが０．５ｋｗｈ／ｋｇに
満たない場合は、結晶構造の変性が不十分な為にアルカ
リ金属珪酸塩との反応性が殆どない。また、３０ｋｗｈ
／ｋｇを超えると、粉砕機の負荷が大きくなり、媒体と
してのボールや容器の磨耗が激しく、カオリンを汚染し
たり、機械の保全・管理費が嵩む等、生産性の面で問題
が生じる。尚、機械的エネルギーを作用させた後、更に
カオリン粉体に５０〜７５０℃の温度条件下で加熱処理
を施してもよい。

【００１８】反応性無機質粉体中に占めるセメントとカ
オリンとの配合割合は、反応性無機質粉体において、セ
メント５〜９８重量％、カオリン９５〜２重量％でなけ
ればならない。セメントが９８重量％より多いと無機質
成形体の成形が困難であり、且つ該無機質成形体の機械
的強度が低くなる。また、機械的エネルギーを加えたカ
オリンが９５重量％より多いと、耐水性が低くなる。

【００１９】本発明の硬化性無機質組成物は、上述の反
応性無機質粉体１００重量部に対し、アルカリ金属珪酸
塩３〜３００重量部と、水１０〜３００重量部とが配合
される。

【００２０】本発明で使用するアルカリ金属珪酸塩と
は、一般式がＭ₂ Ｏ・ｎＳｉＯ₂ で表される塩（但し、
ＭはＬｉ、Ｋ、Ｎａの群から選ばれる１種以上の金属、
ｎは０または正の整数）であって、通常は水溶液の形で
使用する。ｎの値が小さくなると、無機質成形体の機械
的強度が低下し、ｎが大きくなると、水と混合してアル
カリ金属珪酸塩水溶液とした場合の粘度が急激に上昇す
るため、反応性無機質粉体との混合が困難になる。従っ
て、ｎが０．０５〜８のものを用いるのが好ましい。

【００２１】尚、アルカリ金属珪酸塩は、単独で使用し
ても、或いは数種のものを混合して使用してもよい。組
成物中の配合量は、多くても少なくても得られる硬化性
無機質組成物の硬化性が不十分になるので、反応性無機
質粉体１００重量部に対して、３〜３００重量部とする
必要がある。

【００２２】アルカリ金属珪酸塩は、通常水溶液として
使用する。該水溶液を得るには、アルカリ金属珪酸塩を
そのまま加圧・加熱下で水に溶解してもよいが、アルカ
リ金属水酸化物水溶液に珪砂、珪石粉等のＳｉＯ₂ 成分
を、ｎの値が上記所定範囲内の分量となるように加圧・
加熱下で溶解してもよい。

【００２３】アルカリ金属珪酸塩は、予め水溶液にして
添加することによりアルカリ金属珪酸塩の分散性が向上
するので好ましい。かかる際、アルカリ金属珪酸塩の濃
度は、特に限定されないが、濃過ぎると、得られる硬化
性無機質組成物の粘度が高くなり、成形性が悪くなるこ
とがある。また、薄過ぎると、硬化性無機質組成物が硬
化しないことがあるので、１〜７０重量％が好ましく、
より好ましくは３０〜６０重量％である。

【００２４】水の添加量は、その全量もしくはその一部
が上記アルカリ金属珪酸塩水溶液として添加されてもよ
いし、独立して添加されてもよい。水の量が少ないと混
合作業が困難となり、また、充分に硬化せず、無機質成
形体の成形が困難になる。また、これが多いと得られる
無機質成形体の強度が低下する傾向にあるので、反応性
無機質粉体１００重量部に対して、１０〜３００重量部
とする必要がある。

【００２５】更に、本発明の硬化性無機質組成物におい
ては、目的とする性能を具有したものを得るために、上
述の主体となる各種原料に対し、必要に応じて補強繊
維、無機質充填材（上述の反応性無機質粉体以外の反応
性無機物質も含む）、軽量骨材その他の添加剤を混合し
てもよい。

【００２６】補強繊維としては、無機質成形体に付与し
たい性能に応じ、任意のものが使用でき、例えばビニロ
ン、ポリプロピレン、アクリル、レーヨン、アラミド等
の合成繊維や半合成繊維、ガラス繊維、チタン酸カリウ
ム、ロックウール等の無機繊維、カーボン繊維、鋼繊維
等が挙げられる。

【００２７】これらの繊維は、織物や編み物状で使用し
てもよいし、長繊維或いは短繊維の形で使用してもよ
い。短繊維を使用する場合、上記補強繊維の太さは、細
すぎると混合時に再凝集し、交絡によりファイバーボー
ルが形成され易くなり、得られる無機質成形体の強度が
低く、またその表面凹凸が激しくなり、良好な外観を有
するものが得られない。また逆に太すぎたり短かすぎた
りすると、補強効果が不十分になるので、太さとしては
１〜５００μｍ、長さとしては１〜１５ｍｍのものが好
ましい。

【００２８】また、補強繊維の添加量は、これが多すぎ
ると繊維の分散性が悪くなり、又得られる無機質成形体
の耐熱性も悪くなるので、上記反応性無機質粉体１００
重量部に対し、１０重量部以下とするのが好ましい。

【００２９】無機質充填材は、無機質成形体の硬化段
階、乾燥段階での収縮率を低減し、また、スラリーの流
動性向上等の目的のために使用する。具体例としては、
珪砂、珪石粉、フライアッシュ、スラグ、シリカヒュー
ム、マイカ、タルク、ワラストナイト、炭酸カルシウ
ム、粘土等が挙げられる。

【００３０】無機質充填材の好ましい平均粒径として
は、０．０１μｍ〜１ｍｍである。もし平均粒径が大き
いと、硬化性無機質組成物の流動性が悪くなり、得られ
た無機質成形体の表面の凹凸が大きくなる傾向にあり、
また逆に平均粒径が小さいと、硬化或いは乾燥時におけ
る収縮率の低減効果が不十分となる傾向にある。

【００３１】また、無機質充填材の添加量としては、反
応性無機質粉体１００重量部に対して８００重量部以下
とするのが好ましく、これよりも多くなると、組成物中
における反応性無機質粉体の全体割合が少なくなり、硬
化性が不十分となる。より好ましくは、１００〜５００
重量部である。

【００３２】軽量骨材は、材料の軽量化を目的として有
機質或いは無機質の各種軽量骨材が使用される。具体例
としては、スチレン、塩化ビニリデン、フェノール、ウ
レタン、エチレン等の合成樹脂発泡体、ガラスバルー
ン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン、シリカ
バルーン、パーライト等が挙げられる。

【００３３】これらの軽量骨材は、比重が０．０１未満
では、無機質成形体の機械的強度の低下を招き、逆に比
重が１を超えると、軽量化の効果が得られないため、
０．０１〜１の範囲内のものを使用するのが好ましい。
また、添加量は反応性無機質粉体１００重量部に対して
０．１〜１００重量部とするのが好ましく、０．１重量
部未満では軽量化の効果が得られず、１００重量部を超
えると機械的強度が低下する傾向にある。

【００３４】上述の各成分を用いて本発明の硬化性無機
質組成物を得る方法としては、特に限定はないが、例え
ば、オムニミキサー、アイリッヒミキサー、万能ミキサ
ー、雷潰機等のミキサーに、予め調製したアルカリ金属
珪酸塩水溶液、反応性無機質粉体、充填材等を供給して
混合すればよい。

【００３５】本発明の硬化性無機質組成物は、目的とす
る無機質成形体の大きさや形状、用途等から勘案して、
最も適切な成形方法を選択して成形される。成形方法と
しては、例えば注入法、プレス法、押出法等が挙げられ
る。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００３７】〔カオリンの調製〕 ．カオリンＫ１及びＫ２の調製 山陽クレー社製のＡＡカオリン（カオリン鉱物９５重量
％、α−クオーツ５重量％、ＢＥＴ表面積１３ｍ² ／
ｇ）２ｋｇに、粉砕助剤としてトリエタノールアミン２
５％、エタノール７５％の混合物を１０ｇ添加したもの
を、三菱重工社製のウルトラファインミルＡＴ−２０
（ジルコニアボール１０ｍｍφ使用、ボール投入量４４
ｋｇ）に投入して粉砕し、４．０ｋｗｈ／ｋｇの機械的
エネルギーを作用させた後、１００℃で約３時間乾燥し
てカオリンＫ１とした。また、１．０ｋｗｈ／ｔの機械
的エネルギーを作用させたこと以外は、上記と同様にし
てカオリンＫ２を調製した。

【００３８】．カオリンＫ３の調製 カオリンＫ１と同じカオリン１５ｋｇを、マキノ社製の
ボールミルＢＭ１５０（アルミナボール１５ｍｍφ使
用、ボール投入量２００ｋｇ）に投入して粉砕し、１
５．０ｋｗｈ／ｔの機械的エネルギーを作用させてカオ
リンＫ３を製造した。

【００３９】上記及びによって得られたカオリンの
結晶構造を、Ｘ線回折法を用いて測定・評価した結果、
カオリンＫ１とＫ３は非結質であり、カオリンＫ２には
結晶構造が若干残存し、半価幅大であった。

【００４０】〔実施例１〜５、比較例１〜５〕表１に示
すような各種材料配合の組合せからなるものを、オムニ
ミキサーを用いて５分間混合し、本発明の硬化性無機質
組成物を得た。次に、これを幅１５０ｍｍ、長さ１５０
ｍｍ、厚さ１０ｍｍの型枠内に注入し、オーブン内で表
１に示すような所定の温度及び時間の条件下で硬化さ
せ、無機質成形体を得た。

【００４１】得られた無機質成形体を切断して、幅１５
０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの試験片を作成
し、外観、曲げ強度、耐水性の各項目について測定乃至
評価を行った。その結果を表１に合わせて示す。

【００４２】尚、評価方法は次の通りである。 外 観 ：表１に示す硬化条件で硬化後、脱型して無機
質成形体の状態（割れ、クラック等）を観察し、次の評
価基準により評価した。○＝割れ、クラック等の異常が
ないもの。×＝割れ、クラック等があるもの。白華＝白
華現象が現れたもの。 曲げ強度：表１に示す硬化条件で硬化後脱型し、室温で
１２時間放置し、更に５０℃で１０時間乾燥し、ＪＩＳ
−Ａ−１４０８の方法に準じて曲げ強度を測定。尚、未
硬化＝所定時間加熱しても硬化しなかったもの．割れ＝
測定中にサンプルが割れて測定出来なかったもの。 耐水性 ：表１のブランクに示す硬化条件で硬化後脱型
し、５０℃で１０時間乾燥した後、沸騰水中に２時間浸
漬して煮沸試験を行い、然る後、ブランクと同様に外観
と曲げ強度についての測定乃至評価を実施。

【００４３】また、表中、Ａは普通ポルトランドセメン
ト（秩父小野田社製）、Ｂは白色ポルトランドセメント
（秩父小野田社製）、Ｃはアルミナセメント（旭ガラス
社製）である。

【００４４】

【表１】

【００４５】表１の結果から明らかなように、各実施例
のものは成形性が良好であって且つ各品質についても、
満足すべき結果が得られたのに対して、反応性無機質粉
体の構成成分にセメントを加えなかった比較例１の場合
は、明らかに耐水性に劣るものが得られ、逆にカオリン
を使用しなかった比較例２の場合は、成形が困難であ
り、なんとか成形したものについて行った測定乃至評価
も著しく劣るものであった。

【００４６】また、カオリンに機械的エネルギーを作用
させなかったものを使用した比較例３の場合は、やは
り、結晶構造の変性が不十分でアルカリとの反応が不足
し、外観、曲げ強度共に著しく劣るものが得られ、ま
た、アルカリ金属珪酸塩や水の配合量が極端に多かった
比較例４の場合は、材料の型内への投入や脱型は出来て
も、得られたものは充分に硬化しておらず、逆に、極端
に少なかった比較例５の場合は、組成物の配合そのもの
が不能であった。

【００４７】

【発明の効果】本発明の硬化性無機質組成物は、特定の
割合で配合された反応性無機質粉体とアルカリ金属珪酸
塩と水とからなり、且つ該反応性無機質粉体は、結晶構
造が無定形化されたカオリンとセメントとが特定の割合
で配合されてなるので、これを用いて無機質成形体を成
形した場合、その成形速度が速やかであるから生産性の
向上を図ることができる。また、反応性無機質粉体を構
成する二種類の成分相互の働きにより、得られる無機質
成形体は均質化され、特に機械的強度、耐水性に優れた
ものとなる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セメント５〜９８重量％と０．５〜３０
   ｋｗｈ／ｋｇの機械的エネルギーを作用させたカオリン
   ９５〜２重量％とからなる反応性無機質粉体１００重量
   部と、アルカリ金属珪酸塩３〜３００重量部と、水１０
   〜３００重量部とを主材とすることを特徴とする硬化性
   無機質組成物。