無機硬化体及びその製造方法
【目的】 硬化体中のアルカリ濃度が低く、耐アルカリ性ガラス繊維の使用は勿論のこと、安価なＥガラス繊維を補強材として使用しても、長期耐久性に優れ、高強度及び高靱性な無機硬化体及びその製造方法を提供する。
【構成】 この発明は、水和前処理したスラグを用いて成形体とし、該成形体に炭酸ガスを作用させ硬化させることを特徴とする。
【構成】 この発明は、水和前処理したスラグを用いて成形体とし、該成形体に炭酸ガスを作用させ硬化させることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、外装材及び内装材のような建築材料、或いはブロック材のような土木材料等として用いられる無機硬化体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ポルトランドセメントや混合セメントをバインダとして用い、ガラス繊維を補強材としたガラス繊維補強コンクリート（ＧＲＣ）は、強度も高く、靱性に優れており、建築材料や土木材料等として一部利用されてきている。しかし、その使用に際しては、セメントから生じるアルカリ（主としてＣａ（ＯＨ）2 ）によってガラス繊維が侵されて強度及び靱性が低下するという欠点があり、用途はごく制限されたものとなっている。
【０００３】このため、高価な耐アルカリ性のガラス繊維を用いたり、セメントに炭酸ガスを作用させアルカリを低減することが試みられているが、いずれも長期の使用では、ガラス繊維の劣化が避けられず、十分な改善効果が得られていないのが現状である。
【０００４】また、低アルカリの硬化体を得るためにスラグの利用が試みられているが、スラグは、そのままの状態、即ち、未水和のスラグは低アルカリであるが炭酸ガスと反応せず炭酸化によって硬化体を得ることができない。従って、スラグとアルカリ刺激材を含む成形体を養生して水和させ硬化体とするか、あるいはスラグを含む成形体を高温におき水和させ硬化体とした後、炭酸ガスを作用させるなどの方法が採られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法は成形体の養生中にガラス繊維が高いアルカリ下におかれることになり、その間にガラス繊維の劣化が生じて好ましいものでない。また、硬化体とした後に炭酸ガスを作用させることは、硬化体の内部へ炭酸ガスが非常に浸透し難く、炭酸化が極めて不十分なものとなりやすい。このため、炭酸ガスの浸透を容易ならしめるために硬化体の空隙を多くすると高強度のものが得られないなどの欠点がある。
【０００６】この発明は、硬化体中のアルカリ濃度が低く、耐アルカリ性ガラス繊維の使用は勿論のこと、安価なＥガラス繊維を補強材として使用しても、長期耐久性に優れ、高強度及び高靱性な無機硬化体及びその製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するために、この発明の無機硬化体によれば、水和前処理したスラグを成形体材料とすること（請求項１）、又この発明の無機硬化体の製造方法によれば、水和前処理したスラグを用いて成形体とし、該成形体に炭酸ガスを作用させ硬化させること（請求項２）、ブレーン比表面積１０００cm2 ／ｇ以上のスラグを水中若しくは温水中で少なくともＩｇ．Ｌｏｓｓで５重量％以上となるように攪拌混合して水和前処理すること（請求項３）、温度が２０℃以上の水中若しくは温水中で水和前処理すること（請求項４）、成形体中にガラス繊維を補強材として混入すること（請求項５）を特徴とする。以下、この発明を詳しく説明する。
【０００８】まず、ここで使用されるスラグは、いわゆるカルシウム含有スラグであり、カルシウムとして１０％以上含有しているものであれば、特に制限されることなく利用することができ、中でも鉄鋼高炉スラグが好適に使用される。スラグは、後述する水和前処理を効果的に進めるために粉末状のものが良く、ブレーン比表面積１０００〜２００００cm2/g程度のものが好ましい。これが１０００cm2/g以下では炭酸化時の効率が悪く、水和前処理後の再粉砕が必要となり、また、２００００cm2/gをこえて粉砕しても水和前処理を効率的に進める以上に粉砕に要する負担が大きく経済的でない。また、当然のことながら、スラグに砂、砂利等を加え、モルタルまたはコンクリートとして使用することになんら問題はない。
【０００９】前述したように、スラグは、そのままでは炭酸化することはなく、硬化体を得ることができない。この発明は、スラグを水和前処理し、これを成形体材料として用いる。水和前処理は、スラグを単に水に漬けておくだけでも良いが、温度が２０℃以上の水中若しくは温水中で攪拌混合することが好ましい。水和は水温が高いほど早く進み、また、水和中、スラグを攪拌混合することにより水和を促進すると共にスラグの固結ができないようにすれば、このスラリーを用いて直接成形の用に供することができる。
【００１０】スラグと水の混合比は、攪拌の便を考慮し重量比でスラグ／水＝５〜０．１の範囲とすることが好ましい。この範囲を外れて水の量が少なくなると攪拌に大きな動力を必要とし、また、水の量が多くなると次工程における炭酸化で脱水量が多くなり非効率となる。尚、スラリーの凝集を防ぐために公知の分散剤を添加しても良く、さらに水和前処理を促進するためにオートクレーブや蒸気を作用させることもできる。
【００１１】上述したスラグの水和前処理は、Ｉｇ．Ｌｏｓｓ（強熱減量、１００℃〜７００℃の加熱による重量減少率）で５重量％以上となるまで行う。Ｉｇ．Ｌｏｓｓは、スラグの水和率、すなわち、炭酸化可能度を端的に、しかも精度良く現すもので、これを５重量％以上とすることで、効果的に炭酸化硬化体を得ることができる。
【００１２】次に、水和前処理したスラグを用い、これに所望により砂、砂利、ガラス繊維等を混合して成形体を作る。成形は、公知のプレミックス法、スプレーサクション法、ダイレクトスプレー法等がいずれも採用できるが、多孔質板上で成形することにより効果的な脱水が行われる。補強材として混合するガラス繊維は、耐アルカリ性ガラス繊維を使用することにより飛躍的にその耐久性を上げることができるが、安価なＥガラス繊維を用いても大幅に耐久性を改善することができ、特にガラス繊維の種類を問うことなく使用できる。
【００１３】次いで、成形体に炭酸ガスを作用させ硬化させる。硬化は、炭酸ガス雰囲気中に成形体を静置する方法、或いは、圧力を利用して炭酸ガスを成形体中に浸透させる方法等があるが、前記多孔質板上の成形体に加圧炭酸ガスを作用させることにより、余剰水の脱水と炭酸化硬化を効率的に行うことができる。炭酸ガスは、高濃度ガスほど効率的に炭酸化を行うことができるが、特に濃度に制限を受けるものではなく、また、炭酸ガスを含有する各種の排気ガスを有効に利用することもできる。
【００１４】
【作用】水和前処理したスラグを成形体材料とし、炭酸化によって得た硬化体は、アルカリ濃度が低く、耐アルカリ性ガラス繊維の使用は勿論のこと、安価なＥガラス繊維を補強材として使用しても、長期耐久性に優れ、高強度及び高靱性な無機硬化体とすることができる。
【００１５】
【実施例】粉末度がブレーン値で６０００cm2/gとした鉄鋼高炉スラグ（Ｉｇ．Ｌｏｓｓ、１．０重量％）を、３０℃の温水（水対スラグの重量比２：１）中で７日間攪拌して水和前処理した（Ｉｇ．Ｌｏｓｓ、１０重量％）。次に砂をスラグと同重量添加し、均一に攪拌してモルタルとした。成形は、１辺５０ｃｍ、高さ８０ｃｍの角柱容器の下方から２０ｃｍの位置に布を張った穴空き鉄板を設置し、容器上方からスプレーガンを用いてモルタルを吹き付けると同時に、モルタルの固形分に対し５重量％のガラス繊維をカットしながら吹き付け、穴空き鉄板上に厚さ１０ｍｍの成形体を得た。次いで、容器に蓋をし、成形体に２気圧の炭酸ガスを５分間作用させ、余剰水の脱水と炭酸化硬化を行った。得られた硬化体を２５ｃｍｍ×５ｃｍの大きさに切り分け、７０℃の温水に所定期間浸漬したのち、スパン２０ｃｍの中央点集中載荷式による曲げ試験を行い、強度の変化を測定した。結果を表１に示す。表１には、比較例として、上記水和前処理したスラグの代わりに普通セメントモルタルを用いたものと、炭酸化未処理の普通セメントモルタル（２０℃水中で７日間養生）の例を併せて示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれば、ガラス繊維のアルカリ劣化が防止され、長期耐久性に優れたものとすることができる。
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、外装材及び内装材のような建築材料、或いはブロック材のような土木材料等として用いられる無機硬化体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ポルトランドセメントや混合セメントをバインダとして用い、ガラス繊維を補強材としたガラス繊維補強コンクリート（ＧＲＣ）は、強度も高く、靱性に優れており、建築材料や土木材料等として一部利用されてきている。しかし、その使用に際しては、セメントから生じるアルカリ（主としてＣａ（ＯＨ）2 ）によってガラス繊維が侵されて強度及び靱性が低下するという欠点があり、用途はごく制限されたものとなっている。
【０００３】このため、高価な耐アルカリ性のガラス繊維を用いたり、セメントに炭酸ガスを作用させアルカリを低減することが試みられているが、いずれも長期の使用では、ガラス繊維の劣化が避けられず、十分な改善効果が得られていないのが現状である。
【０００４】また、低アルカリの硬化体を得るためにスラグの利用が試みられているが、スラグは、そのままの状態、即ち、未水和のスラグは低アルカリであるが炭酸ガスと反応せず炭酸化によって硬化体を得ることができない。従って、スラグとアルカリ刺激材を含む成形体を養生して水和させ硬化体とするか、あるいはスラグを含む成形体を高温におき水和させ硬化体とした後、炭酸ガスを作用させるなどの方法が採られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法は成形体の養生中にガラス繊維が高いアルカリ下におかれることになり、その間にガラス繊維の劣化が生じて好ましいものでない。また、硬化体とした後に炭酸ガスを作用させることは、硬化体の内部へ炭酸ガスが非常に浸透し難く、炭酸化が極めて不十分なものとなりやすい。このため、炭酸ガスの浸透を容易ならしめるために硬化体の空隙を多くすると高強度のものが得られないなどの欠点がある。
【０００６】この発明は、硬化体中のアルカリ濃度が低く、耐アルカリ性ガラス繊維の使用は勿論のこと、安価なＥガラス繊維を補強材として使用しても、長期耐久性に優れ、高強度及び高靱性な無機硬化体及びその製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するために、この発明の無機硬化体によれば、水和前処理したスラグを成形体材料とすること（請求項１）、又この発明の無機硬化体の製造方法によれば、水和前処理したスラグを用いて成形体とし、該成形体に炭酸ガスを作用させ硬化させること（請求項２）、ブレーン比表面積１０００cm2 ／ｇ以上のスラグを水中若しくは温水中で少なくともＩｇ．Ｌｏｓｓで５重量％以上となるように攪拌混合して水和前処理すること（請求項３）、温度が２０℃以上の水中若しくは温水中で水和前処理すること（請求項４）、成形体中にガラス繊維を補強材として混入すること（請求項５）を特徴とする。以下、この発明を詳しく説明する。
【０００８】まず、ここで使用されるスラグは、いわゆるカルシウム含有スラグであり、カルシウムとして１０％以上含有しているものであれば、特に制限されることなく利用することができ、中でも鉄鋼高炉スラグが好適に使用される。スラグは、後述する水和前処理を効果的に進めるために粉末状のものが良く、ブレーン比表面積１０００〜２００００cm2/g程度のものが好ましい。これが１０００cm2/g以下では炭酸化時の効率が悪く、水和前処理後の再粉砕が必要となり、また、２００００cm2/gをこえて粉砕しても水和前処理を効率的に進める以上に粉砕に要する負担が大きく経済的でない。また、当然のことながら、スラグに砂、砂利等を加え、モルタルまたはコンクリートとして使用することになんら問題はない。
【０００９】前述したように、スラグは、そのままでは炭酸化することはなく、硬化体を得ることができない。この発明は、スラグを水和前処理し、これを成形体材料として用いる。水和前処理は、スラグを単に水に漬けておくだけでも良いが、温度が２０℃以上の水中若しくは温水中で攪拌混合することが好ましい。水和は水温が高いほど早く進み、また、水和中、スラグを攪拌混合することにより水和を促進すると共にスラグの固結ができないようにすれば、このスラリーを用いて直接成形の用に供することができる。
【００１０】スラグと水の混合比は、攪拌の便を考慮し重量比でスラグ／水＝５〜０．１の範囲とすることが好ましい。この範囲を外れて水の量が少なくなると攪拌に大きな動力を必要とし、また、水の量が多くなると次工程における炭酸化で脱水量が多くなり非効率となる。尚、スラリーの凝集を防ぐために公知の分散剤を添加しても良く、さらに水和前処理を促進するためにオートクレーブや蒸気を作用させることもできる。
【００１１】上述したスラグの水和前処理は、Ｉｇ．Ｌｏｓｓ（強熱減量、１００℃〜７００℃の加熱による重量減少率）で５重量％以上となるまで行う。Ｉｇ．Ｌｏｓｓは、スラグの水和率、すなわち、炭酸化可能度を端的に、しかも精度良く現すもので、これを５重量％以上とすることで、効果的に炭酸化硬化体を得ることができる。
【００１２】次に、水和前処理したスラグを用い、これに所望により砂、砂利、ガラス繊維等を混合して成形体を作る。成形は、公知のプレミックス法、スプレーサクション法、ダイレクトスプレー法等がいずれも採用できるが、多孔質板上で成形することにより効果的な脱水が行われる。補強材として混合するガラス繊維は、耐アルカリ性ガラス繊維を使用することにより飛躍的にその耐久性を上げることができるが、安価なＥガラス繊維を用いても大幅に耐久性を改善することができ、特にガラス繊維の種類を問うことなく使用できる。
【００１３】次いで、成形体に炭酸ガスを作用させ硬化させる。硬化は、炭酸ガス雰囲気中に成形体を静置する方法、或いは、圧力を利用して炭酸ガスを成形体中に浸透させる方法等があるが、前記多孔質板上の成形体に加圧炭酸ガスを作用させることにより、余剰水の脱水と炭酸化硬化を効率的に行うことができる。炭酸ガスは、高濃度ガスほど効率的に炭酸化を行うことができるが、特に濃度に制限を受けるものではなく、また、炭酸ガスを含有する各種の排気ガスを有効に利用することもできる。
【００１４】
【作用】水和前処理したスラグを成形体材料とし、炭酸化によって得た硬化体は、アルカリ濃度が低く、耐アルカリ性ガラス繊維の使用は勿論のこと、安価なＥガラス繊維を補強材として使用しても、長期耐久性に優れ、高強度及び高靱性な無機硬化体とすることができる。
【００１５】
【実施例】粉末度がブレーン値で６０００cm2/gとした鉄鋼高炉スラグ（Ｉｇ．Ｌｏｓｓ、１．０重量％）を、３０℃の温水（水対スラグの重量比２：１）中で７日間攪拌して水和前処理した（Ｉｇ．Ｌｏｓｓ、１０重量％）。次に砂をスラグと同重量添加し、均一に攪拌してモルタルとした。成形は、１辺５０ｃｍ、高さ８０ｃｍの角柱容器の下方から２０ｃｍの位置に布を張った穴空き鉄板を設置し、容器上方からスプレーガンを用いてモルタルを吹き付けると同時に、モルタルの固形分に対し５重量％のガラス繊維をカットしながら吹き付け、穴空き鉄板上に厚さ１０ｍｍの成形体を得た。次いで、容器に蓋をし、成形体に２気圧の炭酸ガスを５分間作用させ、余剰水の脱水と炭酸化硬化を行った。得られた硬化体を２５ｃｍｍ×５ｃｍの大きさに切り分け、７０℃の温水に所定期間浸漬したのち、スパン２０ｃｍの中央点集中載荷式による曲げ試験を行い、強度の変化を測定した。結果を表１に示す。表１には、比較例として、上記水和前処理したスラグの代わりに普通セメントモルタルを用いたものと、炭酸化未処理の普通セメントモルタル（２０℃水中で７日間養生）の例を併せて示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれば、ガラス繊維のアルカリ劣化が防止され、長期耐久性に優れたものとすることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 水和前処理したスラグを成形体材料とすることを特徴する無機硬化体。
【請求項２】 水和前処理したスラグを用いて成形体とし、該成形体に炭酸ガスを作用させ硬化させることを特徴する無機硬化体の製造方法。
【請求項３】 ブレーン比表面積１０００cm2 ／ｇ以上のスラグを、水中若しくは温水中で少なくともＩｇ．Ｌｏｓｓで５重量％以上となるように攪拌混合して水和前処理することを特徴とする請求項２記載の無機硬化体の製造方法。
【請求項４】 温度が２０℃以上の水中若しくは温水中で水和前処理することを特徴とする請求項３記載の無機硬化体の製造方法。
【請求項５】 成形体中にガラス繊維を補強材として混入することを特徴とする請求項２〜４いずれか記載の無機硬化体の製造方法。
【請求項１】 水和前処理したスラグを成形体材料とすることを特徴する無機硬化体。
【請求項２】 水和前処理したスラグを用いて成形体とし、該成形体に炭酸ガスを作用させ硬化させることを特徴する無機硬化体の製造方法。
【請求項３】 ブレーン比表面積１０００cm2 ／ｇ以上のスラグを、水中若しくは温水中で少なくともＩｇ．Ｌｏｓｓで５重量％以上となるように攪拌混合して水和前処理することを特徴とする請求項２記載の無機硬化体の製造方法。
【請求項４】 温度が２０℃以上の水中若しくは温水中で水和前処理することを特徴とする請求項３記載の無機硬化体の製造方法。
【請求項５】 成形体中にガラス繊維を補強材として混入することを特徴とする請求項２〜４いずれか記載の無機硬化体の製造方法。
【公開番号】特開平８−５９３１０
【公開日】平成８年（１９９６）３月５日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平６−２１０４７２
【出願日】平成６年（１９９４）８月１１日
【出願人】（００００００２４０）秩父小野田株式会社 (1,449)
【公開日】平成８年（１９９６）３月５日
【国際特許分類】
【出願日】平成６年（１９９４）８月１１日
【出願人】（００００００２４０）秩父小野田株式会社 (1,449)
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