JPS61155242A - 耐水性フツ酸無水石膏組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、各種コンクリート構造物の外壁建築材料とし
て好適な耐水性フッ酸無水石膏組成物に関するものであ
る。

しｆ来の技術１ 鉄筋（鉄骨）コンクリート、プレキャストコンクリート
、軽量コンクリート、気泡コンクリート（ＡＬＣ）ある
いはコンクリートブロック等のコンクリート構造物にお
いては、現在、耐水性の心安とされる外壁面にはセメン
トモルタルを２０〜３０＋ｍ厚塗りして仕上げる例が多
い。しかし、このセメントモルタル塗りによると、材料
の収縮性に起因して亀裂事故や剥離事故を発生し易いと
いう不都合な点がある。

これに対して、石膏系の材料は無収縮性で寸法変化が少
なくクラック等の発生防止の観点からは外壁材料として
有望であるが、反面耐水性に劣るという致命的な欠点が
あり、このため従来は水が当らない内壁の場所などに限
定的に使用されているにすぎない。そこで、石膏のもつ
特徴を活しながらその耐水性に劣る点を改善するための
試みが種々提案されているが、いずれも十分なものとは
いえず、未だ石膏を主成分とする組成物をこの種外壁材
料に利用するまでには到っていない現状にある。

従来の改善策について具体的に説明すると、まずα型半
水石膏、β型半水石膏及び焼石膏に耐水性を付与する［
１的で提案ｙれている方法としては、大別して次のよう
なものがある。

ａ）メラミン樹脂、尿素樹脂、ビニルアルコール樹脂、
エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ユリア樹脂、アスファル
トワックスエマルジョンなどの合成樹脂を用いて混練成
形法又は含浸法により石膏と複合化する方法。

ｂ）ケイ酸ソーダ及びケイ酸カリウムなどのケイ酸アル
カリ金属塩を石膏硬化体に塗布又は含浸させる方法。

Ｃ）ポルトランドセメント又は石灰系材料を石膏に混入
して硬化せしめる方法。

しかし乍ら、」−記ａ）の合成樹脂と複合化する方法で
は、触媒の混入もしくは硬化後加熱を必要とするなど、
建築材料特に左官材料としては応用できない要素を含む
不具合な点があり、また−１−記ｂ）、ｃ）のものを含
めて、いずれの方法によっても数ケ月程度の短期材令で
の耐水性は改良できても数年程度の長期材令における耐
水性を改良するまでには到らず、結局これらの方法によ
っては石膏を外壁用建築材料として使用することは困難
である。

次に、■■型無水石膏については、焼成温度によってそ
の水和反応性が異なり、低温焼成では水利率が高いが、
高温焼成になる程水和率が低下するものである。通常、
ＴＩ型無水石膏は３００〜８００℃の温度で焼成され、
そのままでは水和反応性がきわめて低いか、Ｍ酸アルカ
リ金属ＩＩＩ等の硬化促進剤の屹加によって水利反応性
を高めることができる。しかし、水和して生成する三水
石膏に耐水性が無い点は半水石膏の場合と同様であり、
やはり前記ａ）の合成樹脂と複合化する方法又は前記ｂ
）のケイ酸アルカリ金属塩の使用等によって短期材令で
の耐水性を付与−することができても、ｋＣ期材令での
耐水性は得られず、外壁用建築材料としての使用に適さ
ないことに変りない。

Ｉ発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、かかる従来の技術背景に着［１してなされた
もので、コンクリート構造物の外壁建築材料に必要とさ
れる耐水性、低収縮性等の諸性質を兼備し、この種用途
に好適に使用できる石膏をに成分とした新規な耐水性フ
ッ酸無水石膏組成物を提供することを目的とするもので
ある。

Ｅ問題点を解決するための手段］ 本発明は、このような独自の目的を実現するために研究
を重ねた結果、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム及び硫酸
アルミニウムなどの硫酸塩からなる群から選ばれた一種
以上の硬化促進剤と水酸化カルシウムとを配合したフッ
酸無水石膏９０〜５０重量部と、高炉水滓スラグ粉末１
０〜５０重量部と、カルシウムシリケートを主成分とす
る粉末即ち、水硬性をもつカルシウムシルケートにカル
シウムアルミネート及びカルシウムアルミノフェライト 量部とを混合してなることを特徴とする、耐水性その他
の性質に優れたフッ酸無水石膏組成物を提供することが
できたものである。

本発明に係る組成物の主成分は、フッ酸無水石膏である
。このフッ酸無水石膏は、フッ化カルシウム（螢石）と
！＆酸によりフッ化水素酸を製造する際に副生ずる無水
石膏で、結晶学的には■型無水石膏に属する。他に■型
無水石膏に属するものとして、天然無水石膏や加圧釜中
で可溶性無水石膏をさらに１悦水し結晶化した無水石膏
及び空気中３００〜８００℃の高温で焼成される無水石
膏などがある。フッ酸無水石膏は、これらの無水石膏と
結晶子の大きさ、水利速度、さらに水和して生成する三
水石膏の結晶状態などが異なる。すなわち、前述の無水
石膏の結晶子が２４０〜４００Ａであるのに対して，フ
ッ酸無水石膏の結晶子は５００〜６５０Ａで、これは１
　０００〜１１００℃で焼成される無水石膏の結晶子に
相当する。フッ酸無水石膏が２００〜３５０℃の反応キ
ルン中で生成する無水石膏にもかかわらず、このように
大きな結晶子をとる理由は、フッ酸無水石膏が特定な化
学反応によって直接合成される無水石膏であるからと考
えられる。

一般に半水石膏は水和速度が〒−〈生成する三水石膏は
ほとんど針状結晶をとるのに対して、■型無水石膏は水
利速度が遅く生成する三水石膏は針状結晶と柱状結晶を
とる。さらにＩＩ型無水石膏についていえば、焼成温度
が高くなるほど結晶子が大きくなり水和速１Ｗが緩慢に
なる。そして、生成する工水石膏には柱状結晶が占める
割合が多くなり高強度で重い容重をしめず硬化体が得ら
れる。

本発明で、フッ酸無水石膏を用いる主な必要性は、まさ
しくこれらの点にある。すなわちフッ酸素水石膏はｎ型
無水石膏の中でも特に結晶子が大きく、水和速度が遅く
、生成する工水石膏に柱状結晶が多いという特徴をもつ
。工業的な副産石膏で本発明の目的とする物性が得られ
るものは、現在のところフッ酸無水石膏のみのようであ
る。もちろん工水石膏を焼成して本発明の目的とする物
性をもつ無水石膏を製造できるが、それには前述したよ
うに１０００〜ｔｔｏｏ℃の高温焼成を必要とし、本発
明組成物の用途上、経済的に見合わないものとなる。

以下の説明及び図表中で焼成無水石膏と呼称するものは
、工水石膏を、代表的な焼成温度である５００℃で１時
間焼成して調整したものである。

このような温度で焼成された無水石膏とフッ酸無水石膏
は、いずれも結晶学的にはｎ型無水石膏に属するが、結
晶子の大きさ、水和速度及び生成する工水石膏の結晶状
態などにおいて性質が異なるものである。

本発明に係る組成物は、硬化促進剤として硫酸ナトリウ
ム、硫酸カリウム及び硫酸アルミニウムなどの硫酸塩か
らなる群から選ばれた一種以上と中和剤として水酸化カ
ルシウムを配合した上記のフッ酸無水石膏９０〜５０重
早一部に、高炉水滓スラグ粉末１０〜５０重量部を混合
して、その硬化体の耐水性を付与している。このさい、
高炉水滓スラグ粉末の混合量の増加に伴ない耐水性は向
上し１例えばフッ酸無水石膏５０重量部に高炉水滓スラ
グ粉末５０重量部を混合してなる硬化体では、流水中養
生で約３ケ月まで耐水性を示すが、それ以上の長期材令
での耐水性は無く、重量減少及び強度低Ｆを招く。

さらに、本発明に係る組成物は、−上記フッ酸無水石膏
９０〜５０重量部と高炉水５室スラグ粉末１θ〜５０市
酸部と混合したものに、水硬性をもつカルシウムシリケ
ートにカルシウムアルミネート及びカルシウムアルミノ
フェライトを含むか含まない粉末３０〜１００重輌部を
混合して、長期材令でも良好な耐水性を示す、即ち、流
水中養生２年経過後においても硬化体の重量減少や強度
低下を示さないものを提供する。カルシウムシリケート
を主成分とする粉末は、３０重垂部以下では本発明の目
的とする耐水性が得られず、また１００重量部以上では
長さ変化が大きくなり不都合をきたす。本発明で使用す
るカルシウムシリケート、カルシウムアルミネート及び
カルシウムアルミノフェライトは紬薬合成したものでも
よいし、ポルトランドセメントや超速硬性セメント（商
品名ライオンシスイ＄１０１、＃１０５、＃１１５、＃
１６０）などの混合粉末でもよい。また、これらカルシ
ウムシリケート化合物には、高炉セメント（普通ポルト
ランドセメントにスラグ粉末を配合したもの）も一種と
して含まれる。

酸物では、 ｌ）流水中養生あるいは乾湿繰り返し養生の長期材令に
おいても、重量減少及び強度低下がない、２）乾燥収縮
が少なく、亀裂事故や剥離事故が発生しない、 ３）凝結時間及び強度発現等の物性の温度依存性が少な
く、５℃前後の低温から３５℃前後の高温にわたって安
定した物性が得られる、 ４）石膏系建築材料の塗布工事で発生する錆が発生しな
いなど、 耐水性、収縮性、温度依存性及び防錆性のすべての面で
優れた性質を兼備できるものとなっている。

本発明のフッ酸無水石膏組成物には、混和材として、エ
チレン酢酸ビニル樹脂、アクリル酸エステル樹脂及びス
チレンブタジェン合成ゴム樹脂の一種以上を、固形物換
算で１〜３０重量部添加することができる。これらの合
成樹脂は防水皮膜を形成することにより、本発明組成物
の添加は、耐−Ｊｅ　　Ｍｈ　　も　！　　仁、　＋＋
＋　　ｔ＝１　Ｌ　　＜　　ｘ　　ｘ　　Ｍ　　＋ｗ　
　４　ｍ　　ｉ　　＋　　＊　　　　　＋　　Ｊ＋　　
ｘち、１重に部具下では本発明の基本組成物量」二の耐
水性を付与する効果がなく、また３０重＠部以−Ｌでは
作業性に劣４Ｊ　８９塗りが困難となり、さらに強度低
Ｆを招くためである。そして、耐火性能及び価格の−１
−からの好ましくない。

本発明のフッ酸無水石膏組成物には、また、シロキサン
のオリゴマーを主成分とするシリコン樹脂を０．５〜５
．０重酸部添加することができる。このシリコン樹脂の
添加は撓水性の付与−を１−１的とするものである。す
なわち、０．５垂訓部以ドでは本発明の基本組成物量−
１−の耐水性付与の効果がなく、また５、０重酸部以−
Ｉ−では泥水」直の増加に伴い強度低ドを招き好ましく
ないからである。

さらに、本発明のフッ酸無水石膏組成物には、大豆油、
ヒマワリ油、ナタネ油、米ぬか油、ゴム油、ヤシ油、パ
ーム油、オリーブ油あるいはヒマシ油等の植物油の一種
以上を１〜３０重礒部添加することもできる。この植物
油の添加はシリコン樹脂と同様に幣水性の付手を目的と
するものである。すなわち、１重酸部より少ないと耐水
性に対して本発明の基本組成物以上の改善効果が期待で
きず、一方３０屯量部以上では作業性に劣り鰻塗りが困
難となり、又強度低下を招くからである。

本発明のフッ酸無水石膏組成物は、その優れた耐水性か
らセメントモルタルと同様に各種コンクリート構造物の
外望用建築材料として使用できる。そして、この組成物
による壁面施工では、必要な外壁面に１０１１１１１以
下の塗厚で塗布すれば足りるものである。なお、骨材を
混合して石膏モルタルとして使用する場合では、川砂、
山砂、海砂、珪砂、寒水石、砕石、焼成黒よう石、焼成
真珠岩あるいは焼成蛭石の一種以上を容積比で０．５〜
４倍量加えて用いればよい。

し作用」 耐水性 フッ酸無水石膏９０〜５０重量部と高炉水滓スラグ粉末
１０〜５　Ｑ　ｑ＜　ｆＪ部とに、前記のカルシウムシ
ルケートを主成分とする粉末を３０〜１００重騎部混合
せしめることにより、流水中養生３年経過までの実試の
結果並びにその水和物の電子類微鏡観察の結果から、本
発明のフッ酸無水石膏組成物では半永久的な耐水性を具
備するものと推測される。すなわち、若水又は無水石膏
の水和時にカルシウムシリケートが共存すると、 ■）耐水性のあるカルシウムシリケート永和物が耐水性
のない工水石膏の表面を被覆すること、および、 ２）工水石膏とカルシウムシリケートが反応してカルシ
ウムシリケート・石膏水和物が三水石膏表面に析出する
こと、 により耐水性が付与される。以上の作用により石膏に耐
水性が付与される場合、比表面積の少ない柱状結晶を多
く生成するフッ酸無水石膏の方が少ないカルシウムシリ
ケートでより効果的に耐水性が向−ヒする。実際に本発
明組成物のうちフッ酸無水石膏を半水石膏などでおきか
えると、少しの耐水性は打手されるが、本発明組成物は
どの耐水性には至らず、流水中１年で強度低ｆを招く。

半水石膏に本発明組成物と同等の耐水性を付与する′　
　　　　　　　Ｌデ　ｌ−）　　　　４ｂ　堂Ｌ４　　
うら　ｌ　の　六　１１７・ソ　ウ　ム　・ソ　１１　
　、ケ　−　ト　か　Ａソ、弾とし、石膏の長所である
寸法安定性が著しく低下し乾燥収縮の大きい効果体しか
得られなくなる。

収縮性 カルシウムシリケート、カルシウムアルミネート及びカ
ルシウムアルミノフェライトは、いずれの粉末も水硬性
を有し、硬化後硬化体に含まれる微細な毛細管の中の水
分蒸発し、このとき張力が生じて収縮を示す。特に、カ
ルシウムアルミネート及びカルシウムシリケートの乾燥
収縮は大きい。しかし、本発明のフッ酸無水石膏組成物
では、フッ酸無水石膏と高炉水滓スラグ粉末中に含まれ
るアルミナ分との水和反応及びフッ酸無水石膏とカルシ
ウムアルミネートとの水和反応により生成するエトリン
ガイト　［（Ｅ、Ａ・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２０］の膨
張性によって収縮が抑制されるため、収縮はきわめて低
い。

温度依存性 フッ酸無水石膏は低温程水利反応性が高く、硬化が早く
て強度発現に優れ、逆に高温になる程水和反応性が低下
し、硬化が遅れて強度発現も悪くなる。一方、高炉木膣
スラク粉末やカルシウムシリケート、カルシウムアルミ
ネート及びカルシウムアルミノフェライトの各粉末は高
温での水和反応性に富み、硬化及び強度発現に良好であ
るが、逆に低温では硬化が遅れ強度発現も悪くなる。本
発明のフッ酸無水石膏組成物は、これらの成分の混合物
であって、互いにその水和硬化性を補うことにより、前
述のように、５℃前後の低温から３“５℃前後の高温に
わたって安定した物性が得られるものである。

防錆性 建築用左官材料として使用される石膏は殆ど副生化学石
膏であり、残留する酸性物質を含む場合が多い０石膏は
化学的に中性であり、消石灰やドロマイトをまぜて使用
することもあるが、その場合でも塗布後の中性化はきわ
めて早い、鉄はｐ旧０以−Ｌのアルカリ領域で不動態化
し、空気と水分カー存在しても錆を発生しないが、中性
から酸性領域では空気と水分の存在下で発錆する。そし
て、石膏系左官材料の塗布工事では、塗布材料の水分が
抜けきらないうちに中性化するために、鉄製建具と接触
する部分で錆が発生する。これに対して、本発明のフッ
酸無水石膏組成物では、カルシウムシリケート、カルシ
ウムアルミネート及びカルシウムアルミノフェライトが
水和して一部水酸化カルシウムを生成する。この水酸化
カルシウムは、ＰＨ１２以上の強アルカリ性で、鉄を不
動態化させ錆の発生を抑制する効果がある。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を比較例とともに末尾の表に掲げ
、本発明に係るフッ酸無水石膏組成物の優れた性質を明
らかにする。

ここに、第１表は試験に供した各種石膏系材料の成分配
合を示し、第２表は長期材令での耐水性に関する試験結
果を、第３表は同じく寸法安定性に関する試験結果を、
また第４表は温度依存性にに関する試験結果を示してい
る。

なお、試験は本発明組成物に対し、重量比で２゜５倍量
の乾燥珪砂（２，５ｍｍフルイ下）を骨材として使用し
、混水酸はＪＩＳ　Ｒ５２０１のフロー試験方法に準じ
てフロー（ｆｉ１８０±３ｍｍとなるように調節して各
供試体を作製したものである。各試験の内容を説明する
と、まず第４表における凝結試験はＪＩＳＲ５２０１お
よびＪＩＳ　Ａ３９０４に準じてビガー針装置を用いて
凝結時間を測定した。なお、気温５℃、２０℃及び３５
℃の３条件下で行な′っている。また、第２表及び第４
表における気中圧縮強度試験はＪＩＳＲ５２０１に準じ
て測定したものである。この場合、その供試体寸法は４
Ｘ４Ｘ１６ｃｍとし、打込後翌日脱型して所定材令まで
気′！！５℃、２０℃及び３５℃の３条件下で養生した
。また、第３表における長さ変化率はＪＩＳ　Ａ１１２
１３のコンパレーター法に準じて測定した。そして、や
はり供試体寸法は４×４×１６ｃ■とし、打込後翌日説
型して店長を測定し、気温２０℃湿度８０ＸＲＨの雰囲
気下で養生して長さ変化率を測定した。さらに、第２表
における流水中型に変化及び流水生圧縮強度については
、耐水性に関する公的規格がないため次のようにした。

すなわち、ここでは縦２．１＊Ｘ横０．８曹×深さ０．
４腸にに士　１４．し感色り＾蛸＾肩伯吻出１ず嬰磐　
　を曽１＋Ｆ　　１ζイブをはわせてＩＱａｍ間隔に穴
をあけそこから流水量を５００ｍ　ｌ　／ｗｉｎに調節
しつつ水道水を流入させ上部から過剰水をオーバーフロ
ーさせる流水条件下に４Ｘ４Ｘ１６ｃｍの供試体を養生
し、その重量変化測定し、またＪＩＳ　Ｒ５２０１に準
じて圧縮強度を測定するようにしている。そして、第２
表における乾湿繰り返し養生の圧縮強度については、上
述の流水中１６時間、気温２０℃の気中８時間の繰り返
し条件ｒで養生した４Ｘ４Ｘ１６ｃｍの供試体の圧縮強
度をＪＩＳｔ　Ｒ５２０１に準じて測定したものである
。

この実施例の結果から理解されるように、本発明に係る
ものでは、他種の石膏系材料に比較すると、長期材令（
２年）においても十分な耐水性が得られ、しかも寸法安
定性に優れ物性の温度依存性も少ないことが確かめられ
る。

［発明の効果］ 以上のように、本発明のフッ酸無水石膏組成物は１石膏
系材料の欠点であった耐水性に劣る点を長期材令にわた
り良好なものに改善することができて、耐水性　鼾りＩ
ｖ嫁騨かり＾ｐｉ、　ｓｔ　＆楕址暦↓−時に満足させ
ることができ、既述の外壁建築材料の用途に頗る好適な
ものを提供している。また、他の用途としてボード、ブ
ロック、パネルなどの成型品用材料にも利用可能である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 硫酸ナトリウム、硫酸カリウム及び硫酸アルミニウムな
   どの硫酸塩からなる群から選ばれた一種以上の硬化促進
   剤と水酸化カルシウムとを配合したフッ酸無水石膏９０
   〜５０重量部と、高炉水滓スラグ粉末１０〜５０重量部
   と、カルシウムシルケートを主成分とする粉末３０〜１
   ００重量部とを混合してなることを特徴とする耐水性フ
   ッ酸無水石膏組成物。