JPH10101323A - 無機質粉体、無機質硬化性組成物及び無機質硬化体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルカリ、特に、アルカリ金属珪酸塩水溶液
に対して高い反応性を有する無機質粉体、硬化性に優
れ、かつ、強度及び耐水性に優れた無機質硬化体を得る
ことができる無機質硬化性組成物、並びに、その無機質
硬化体を提供する。 【解決手段】 Ａｌ₂ Ｏ₃ 成分を１０重量％以上含有す
るＡｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂系無機質粉体であって、上記Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系無機質粉体を水中に分散させた懸
濁液が、ｐＨ７．５〜１１であるＡｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂
系無機質粉体。

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硬化体の原料として好適に用いるこ
とができる無機質粉体、無機質硬化性組成物及び無機質
硬化体に関する。

【０００２】

【従来の技術】無機質硬化体は、不燃性、無発煙性の建
築材料等として有用である。このようなものとしては、
例えば、アルカリの存在下で熱により硬化する無機質硬
化体が提案されている。特開平４−５９６４８号公報に
は、アルカリ金属珪酸塩水溶液と、メタカオリン、コラ
ンダム又はムライトの製造時に発生する集塵装置の灰、
フライアッシュ等のアルカリ反応性無機固体成分とを配
合し、更に、充填材、有機ベントナイト等の混和材を混
入することにより、建築材料として有用な無機質硬化体
を製造する技術が開示されている。また、特開平４−６
１３８号公報には、アルカリ金属珪酸塩水溶液と上述の
アルカリ反応性無機固体成分と充填材とを混練後、型内
に注入し、加熱硬化させた無機質硬化体が開示されてい
る。

【０００３】しかし、このようなアルカリ反応性無機固
体成分のうち、安定的かつ安価に供給可能なカオリンや
フライアッシュについて検討したところ、カオリンは、
結晶性が高いためアルカリとの反応性が不充分であり、
良好な無機質硬化体を得ることができない。フライアッ
シュは、産生する発電所により反応性にバラツキがあ
り、また、反応速度が非常に遅い等の問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑
み、アルカリ、特に、アルカリ金属珪酸塩水溶液に対し
て高い反応性を有する無機質粉体、硬化性に優れ、か
つ、強度及び耐水性に優れた無機質硬化体を得ることが
できる無機質硬化性組成物、並びに、その無機質硬化体
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ａｌ₂ Ｏ₃ 成
分を１０重量％以上含有するＡｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系無
機質粉体であって、上記Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系無機質
粉体を水中に分散させた懸濁液が、ｐＨ７．５〜１１で
あるＡｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系無機質粉体である。以下に
本発明を詳述する。

【０００６】本発明のＡｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系無機質粉
体は、Ａｌ₂ Ｏ₃ 成分を１０重量％以上含有する。１０
重量％未満であると、アルカリ金属珪酸塩水溶液との反
応に寄与するＡｌ量が少ないため硬化が充分に進行しな
いので、上記範囲に限定される。好ましくは、Ａｌ₂ Ｏ
₃ 成分が２０〜９０重量％であり、かつ、ＳｉＯ₂ 成分
が１０〜８０重量％である。

【０００７】本発明のＡｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系無機質粉
体は、水中に分散させた懸濁液が、ｐＨ７．５〜１１で
ある。７．５未満であると、アルカリ金属珪酸塩水溶液
との反応速度が遅く、１１を超えると、得られる硬化体
の緻密性が低いため強度等の品質が低下するので、上記
範囲に限定される。上記懸濁液は、蒸留水１００ｇに対
して本発明のＡｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系無機質粉体２０ｇ
を添加し、約３０分混合して得ることができる。

【０００８】本発明のＡｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系無機質粉
体は、Ａｌ₂ Ｏ₃ 成分を１０重量％以上含有する無機質
粉体に、０．１〜３０ｋｗｈ／ｋｇの機械的エネルギー
を印加することによって製造することができる。

【０００９】上記Ａｌ₂ Ｏ₃ 成分を１０重量％以上含有
する無機質粉体（以下「原料粉体」という）としては特
に限定されず、例えば、カオリン；各変態のアルミナ；
ダイアスポア（α−Ａｌ₂ Ｏ₃ ・Ｈ₂ Ｏ）、ベーマイト
（γ−Ａｌ₂ Ｏ₃ ・Ｈ₂ Ｏ）、ハイドラルジライト（γ
−Ａｌ₂ Ｏ₃ ・３Ｈ₂ Ｏ）等の水和アルミナ；ボーキサ
イト；ばん土頁岩；水酸化アルミニウム；シリマナイ
ト、カイアナイト、アンダリュサイト等のシリマナイト
族鉱物（Ａｌ₂ ＳｉＯ₅ ）；ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃ ・
２ＳｉＯ₂ ）；フライアッシュ；メタカオリン；ガラス
粉；アルミナ系研磨剤の製造時に発生するダスト；焼成
ボーキサイト等のＡｌ含有粉体等が挙げられる。これら
は、単独で用いてもよいし、２種類以上の混合粉体とし
て用いてもよい。

【００１０】上記原料粉体は、シリカヒューム、珪藻
土、珪石、アエロジル、白土等のＳｉＯ₂ 高含有粉体と
の混合粉体として使用してもよい。この場合、この混合
粉体の平均組成において、Ａｌ₂ Ｏ₃ 成分が１０重量％
を超えていることが必要である。

【００１１】上記原料粉体の平均粒径は特に限定されな
いが、機械的エネルギーの有効利用の観点から、０．０
０１ｎｍ〜１ｍｍが好ましい。より好ましくは、０．０
０５ｎｍ〜１００μｍである。

【００１２】上記機械的エネルギーとしては特に限定さ
れず、例えば、圧縮力、せん断力、衝撃力等によるエネ
ルギーが挙げられる。上記機械的エネルギーを作用させ
る方法としては特に限定されず、粉砕を目的として一般
的に使用されている粉砕機を用いて行うことができる。
このような粉砕機としては、例えば、衝撃、摩擦、圧
縮、せん断等が複合したボールミル、振動ミル、遊星ミ
ル、媒体攪拌型ミル等のボール媒体ミル；ローラーミ
ル；乳鉢等が挙げられる。また、衝撃、摩砕が主である
ジェット粉砕機を使用することも可能である。これらの
うち、機構的に上記原料粉体に有効に機械的エネルギー
を付与することが可能であるので、ボール媒体ミルが好
ましい。

【００１３】上記粉砕に際しては、セメントクリンカ
ー、珪砂、石灰石等の粉砕時に通常使用される粉砕助材
を使用することもできる。上記粉砕助材としては、例え
ば、メチルアルコール等のアルコール類；トリエタノー
ルアミン等のエタノールアミン類等の液体系のもの；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
体系のもの；アセトン蒸気等の気体系のもの等が挙げら
れる。

【００１４】上記機械的エネルギーは、粉砕装置に投入
した電力を処理原料の単位重量当たりで表して、０．１
〜３０ｋｗｈ／ｋｇが好ましい。０．１ｋｗｈ／ｋｇ未
満であると、得られるＡｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系無機質粉
体の反応性の向上が不充分となり、３０ｋｗｈ／ｋｇを
超えると、粉砕装置への過大負荷、媒体としてのボール
や容器の過度の磨耗、処理粉体中への不純物の混入、コ
スト等の生産性等の各種問題が生じる。上記機械的エネ
ルギーにより得られるＡｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系無機質粉
体の平均粒径は、０．１〜３００μｍが好ましい。より
好ましくは、０．１〜５０μｍである。

【００１５】本発明のＡｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系無機質粉
体が、アルカリ金属珪酸塩水溶液との反応性が高い理由
については詳細は不明であるが、粉体組成及び粉体塩基
性度が上述の範囲にあるのものは、陽イオンであるアル
カリイオンとの相互作用が高く、反応成分の溶解が進行
しやすいことに起因しているのではないかと推定され
る。

【００１６】本発明２は、本発明のＡｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ
₂ 系無機質粉体、アルカリ金属珪酸塩、及び、水からな
る無機質硬化性組成物である。上記アルカリ金属珪酸塩
は、一般式 Ｍ₂ Ｏ・ｎＳｉＯ₂ （式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｋ又はＮａを表す。ｎは、０又は
正の整数を表す。）で表されるものである。上記式中、
ｎは、８以下が好ましい。８を超えると、水と混合して
アルカリ金属珪酸塩水溶液とした場合にゲル化を起こし
やすく、粘度が急激に上昇して本発明のＡｌ₂ Ｏ₃ −Ｓ
ｉＯ₂ 系無機質粉体との混合が困難になる。上記アルカ
リ金属珪酸塩は、単独で用いてもよいし、２種類以上を
併用してもよい。

【００１７】上記アルカリ金属珪酸塩の配合量は、上記
Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系無機質粉体１００重量部に対し
て３〜３００重量部が好ましい。３重量部未満であって
も、３００重量部を超えても、得られる無機質硬化性組
成物の硬化性が不充分となる。より好ましくは、１０〜
２００重量部である。

【００１８】上記水の配合量は、上記Ａｌ₂ Ｏ₃ −Ｓｉ
Ｏ₂ 系無機質粉体１００重量部に対して１０〜３００重
量部が好ましい。１０重量部未満であると、得られる無
機質硬化性組成物の成形が困難となり、３００重量部を
超えると、得られる無機質硬化性組成物を硬化させるこ
とにより得られる無機質硬化体の強度が低下する。より
好ましくは、１５〜２００重量部である。

【００１９】本発明２の無機質硬化性組成物を調製する
に際しては、上記アルカリ金属珪酸塩の分散性の観点か
ら、予め上記アルカリ金属珪酸塩を水と混合し、アルカ
リ金属珪酸塩水溶液としてから添加することが好まし
い。この場合において、上記アルカリ金属珪酸塩水溶液
の濃度は、１〜７０重量％が好ましい。１重量％未満で
あると、得られる無機質硬化性組成物が硬化しないこと
があり、７０重量％を超えると、得られる無機質硬化性
組成物の粘度が高くなり成形が困難となる。より好まし
くは、３０〜６０重量％である。

【００２０】本発明２の無機質硬化性組成物中には、必
要に応じて、補強繊維、無機質充填材、軽量骨材等を添
加することができる。上記補強繊維は、形成される無機
質硬化体に付与すべき性能に応じて適宜選択される。こ
のような補強繊維としては一般にセメント等の無機質硬
化体に使用されているものであれば特に限定されず、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；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。

【００２１】上記補強繊維は、長繊維又は短繊維のいず
れであってもよく、また、メッシュ状で使用することも
できる。短繊維を使用する場合は、その繊維径は１〜５
００μｍ、その繊維長は１〜１５ｍｍであることが好ま
しい。細すぎると、混合時に再凝集しやすく、交絡によ
りファイバーボールが形成されやすいので、得られる無
機質硬化体の強度が不充分となり、また、表面の凸凹が
激しくなり良好な外観のものが得られない。また、太す
ぎたり短すぎたりすると、補強効果が不充分になる。

【００２２】上記補強繊維の添加量は、上記Ａｌ₂ Ｏ₃
−ＳｉＯ₂ 系無機質粉体１００重量部に対して１０重量
部以下が好ましい。１０重量部を超えると、上記補強繊
維の分散性、得られる無機質硬化体の耐熱性等に問題が
生じる。

【００２３】上記無機質充填材は、硬化及び乾燥時にお
ける無機質硬化体の収縮の低減、スラリーの流動性向上
のために添加するものである。上記無機質充填材として
は特に限定されず、例えば、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。

【００２４】上記無機質充填材の平均粒径は、０．０１
μｍ〜１ｍｍが好ましい。０．０１μｍ未満であると、
硬化及び乾燥時における収縮の低減効果が不充分であ
り、１ｍｍを超えると、流動性が悪化し、得られる無機
質硬化体の表面の凸凹が大きくなる。上記無機質充填材
の添加量は、上記Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系無機質粉体１
００重量部に対して８００重量部以下が好ましい。８０
０重量部を超えると、上記Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系無機
質粉体の割合が小さくなるために硬化性が不充分とな
る。より好ましくは、１００〜５００重量部である。

【００２５】上記軽量骨材は、得られる無機質硬化体の
軽量化のために添加するものである。上記軽量骨材とし
ては特に限定されず、有機質のものであっても、無機質
のものであってもよく、例えば、スチレン系、塩化ビニ
リデン系、フェノール系、ウレタン系、エチレン系等の
各種合成樹脂発泡体；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
イト等の無機質発泡体等が挙げらる。これらは単独で用
いてもよく、２種以上を併用してもよい。

【００２６】上記発泡体の比重は、０．０１〜１が好ま
しい。０．０１未満であると、得られる無機質硬化体の
強度が低下し、１を超えると、軽量化の効果が得られな
い。上記軽量骨材の添加量は、上記Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ
₂ 系無機質粉体１００重量部に対して０．１〜１００重
量部が好ましい。０．１重量部未満であると、軽量化の
効果が得られず、１００重量部を超えると、得られる無
機質硬化体の強度が低下する。

【００２７】本発明２の無機質硬化性組成物の製造方法
としては特に限定されず、例えば、セメント組成物を製
造する際に通常使用されるオムニミキサー、アイリッヒ
ミキサー、万能ミキサー、ライカイ機等を使用して、予
め調製したアルカリ金属珪酸塩水溶液、本発明のＡｌ₂
Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系無機質粉体、充填材等を配合し、混合
する方法等が挙げられる。

【００２８】本発明３は、本発明２の無機質硬化性組成
物を硬化して得られる無機質硬化体である。本発明３の
無機質硬化体は、本発明２の無機質硬化性組成物を、一
般的な方法により硬化して得ることができ、例えば、注
入法、プレス法、押し出し法等を用いることができる。

【００２９】本発明３の無機成形体を製造する際の硬化
温度は、１〜３００℃が好ましい。１℃未満であると、
硬化反応速度が低下することがあり、３００℃を超える
と、硬化時の収縮が大きくなり、得られる無機質硬化体
にクラック等が発生することがある。より好ましくは、
１０〜１５０℃である。

【００３０】

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。

【００３１】実施例１〜３及び比較例１〜４ ウルトラファインミルＡＴ−２０（三菱重工業社製、１
０ｍｍφジルコニアボール４４ｋｇを使用）に、表１に
示す出発原料２ｋｇ、及び、粉砕助剤としてトリエタノ
ールアミン２５％とエタノール７５％との混合物１０ｇ
を投入し、表１に示す条件で、無機質粉体を調製した。

【００３２】上記出発原料として、白土（平均粒径７μ
ｍ、化学組成Ａｌ₂ Ｏ₃ ：１６％、ＳｉＯ₂ ：７６
％）、水酸化アルミニウム（平均粒径５２μｍ、化学組
成Ａｌ₂Ｏ₃ ：６７％、ＳｉＯ₂ ：０％）、アエロジル
（平均粒径０．０１２ｎｍ、化学組成Ａｌ₂ Ｏ₃ ：０
％、ＳｉＯ₂ ：１００％）及びカオリン（平均粒径２．
４μｍ、化学組成Ａｌ₂ Ｏ₃ ：４２％、ＳｉＯ₂ ：３７
％）を用いた。上記出発原料の平均粒径は、レーザー回
折を用いて測定し、化学組成は、蛍光Ｘ線を用いて測定
した。

【００３３】

【表１】

【００３４】得られた無機質粉体の特性を下記の方法で
評価した。結果を表２に示した。評価方法 （１）Ａｌ₂ Ｏ₃ 成分 得られた無機質粉体におけるＡｌ₂ Ｏ₃ 成分の含有量
（重量％）を、蛍光Ｘ線を用いて測定した。

【００３５】（２）ｐＨ値 蒸留水（ｐＨ６．８）１００ｇと得られた無機質粉体２
０ｇとを３０分間混合して作成した懸濁液に、ｐＨ計の
電極を入れ、指示計が制止した時のｐＨ指示値を測定し
た。

【００３６】（３）アルカリ金属珪酸塩水溶液との反応
性 無機質粉体１００ｇとアルカリ金属珪酸塩水溶液（Ｓｉ
Ｏ₂ ：２１％、Ｎａ₂Ｏ：１５％、水６４％）２００ｇ
とを２分間混合後、１３℃環境下でスラリーが固化する
時間を測定した。固化が観測された時は、その時間を記
載し、１２時間以上経っても固化が観測されない場合
は、×とした。

【００３７】

【表２】

【００３８】表２に示すように、実施例１〜３において
調製された無機質粉体をそれぞれ種類Ａ〜Ｃとし、比較
例１、２において調製された無機質粉体をそれぞれ種類
ａ、ｂとして、以下の実施例及び比較例に用いた。

【００３９】実施例４〜８及び比較例５、６ 表３及び表４に示す配合の組成物をオムニミキサーにて
５分間混合して、無機質硬化性組成物を得た。得られた
無機質硬化性組成物を幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚
さ１０ｍｍの型枠内に注入し、常温下３時間型枠内で硬
化後脱型し、無機質硬化体を得た。

【００４０】得られた無機質硬化体を下記の方法で評価
した。結果を表３及び表４に示した。なお、表３及び表
４中、珪石粉は、住友セメント社製、ブレーン比表面積
９０００ｃｍ² ／ｇを、ワラストナイトは、ケモリット
Ａ−６０（Ｗｏｌｋｅｍ社製）を、ビニロン繊維は、Ｒ
Ｍ１８２（繊維長６ｍｍ、繊維径１４μｍ、クラレ社
製）をそれぞれ表す。

【００４１】評価方法 （１）曲げ強度 得られた無機質硬化体を、気乾状態で２４時間放置し、
ＪＩＳ Ａ １４０８の方法に準じて曲げ強度を測定し
た。 （２）熱水試験（耐水性促進試験） 得られた無機質硬化体を、９８℃の熱水中に２時間浸漬
した後、２４時間乾燥し、上記方法で曲げ強度を測定
し、強度維持率を測定した。

【００４２】

【表３】

【００４３】

【表４】

【００４４】

【発明の効果】本発明のＡｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系無機質
粉体は、上述の通りであるので、アルカリ金属珪酸塩水
溶液との反応性が非常に高い。また、本発明のＡｌ₂ Ｏ
₃ −ＳｉＯ₂ 系無機質粉体を用いた無機質硬化性組成物
は、硬化反応性が高く、かつ、強度及び耐水性に優れた
無機質硬化体を得ることができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｌ₂ Ｏ₃ 成分を１０重量％以上含有す
   るＡｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ ₂ 系無機質粉体であって、前記Ａ
   ｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系無機質粉体を水中に分散させた懸
   濁液が、ｐＨ７．５〜１１であることを特徴とするＡｌ
   ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系無機質粉体。
2. 【請求項２】 請求項１記載のＡｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系
   無機質粉体、アルカリ金属珪酸塩、及び、水からなるこ
   とを特徴とする無機質硬化性組成物。
3. 【請求項３】 請求項２記載の無機質硬化性組成物を硬
   化して得られることを特徴とする無機質硬化体。