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JP2001302295A - 無機炭酸化硬化体の製造方法 - Google Patents

無機炭酸化硬化体の製造方法

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JP2001302295A
JP2001302295A JP2000118157A JP2000118157A JP2001302295A JP 2001302295 A JP2001302295 A JP 2001302295A JP 2000118157 A JP2000118157 A JP 2000118157A JP 2000118157 A JP2000118157 A JP 2000118157A JP 2001302295 A JP2001302295 A JP 2001302295A
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低温で且つ、短時間の炭酸化処理で製造可能
な組織安定性に優れた、無機炭酸化硬化体を提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】 粒体粒度の体積分布において、累積10
%径が1μm以下、窒素吸着比表面積が1m2 /g以上
であるウォラストナイトを、水と混合し、賦形した後
に、温度30〜200℃、圧力が、大気圧(0MPa)
〜20MPaの条件で炭酸化処理することを特徴とする
無機炭酸化硬化体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、組織の安定性に優
れた無機炭酸化硬化体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、セメント硬化体の耐久性や強度を
増進させる方法として、セメント硬化体を炭酸ガス雰囲
気下にさらすことで、セメントの水和により生成した水
酸化カルシウムを炭酸カルシウムに変化させ、セメント
硬化体の細孔を埋めて強度を増進させる方法が試みられ
ている。具体的には例えば、セメントの水和反応が活発
化し始めた以降で炭酸ガス雰囲気中で養生を行うことに
より、より炭酸化を進行させ緻密化させる方法が開示さ
れている(特開平6−263562号公報)。
【0003】しかし、上記方法では炭酸ガス雰囲気下の
養生に長時間を必要とし、生産性が良くないという問題
点が残されている他、材料に含有される水分量によって
は、水分の存在が炭酸ガスの拡散を阻害して、内部まで
炭酸化が進行しないといった問題が残されている。セメ
ント硬化体の炭酸化物において内部に未反応の材料が残
存した場合、長期における材料変質の要因となることが
予想されるため、より高いレベルの安定性が望まれてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決するためになされたものであり低圧で且つ、短時間
の炭酸化処理で製造可能な組織安定性に優れた無機炭酸
化硬化体の製造方法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、粉体粒度の体
積分布において累積10%径が1μm以下、窒素吸着比
表面積が1m2 /g以上であるウォラストナイトを水と
混合し、賦形した後に、温度30〜200℃、圧力が、
大気圧(0MPa)〜5MPaの条件で、炭酸化処理す
ることを特徴とする無機炭酸化硬化体の製造方法であ
る。以下に、本発明を詳細に説明する。
【0006】本発明で使用するウォラストナイトは、粉
体粒度の体積分布において累積10%径が1μm以下の
ものを使用する。又、粉体粒度の体積分布とは、粉体の
粒度分布を粒子の体積によって表した値であり、その累
積10%径とは、粒径の小さいものから粒子全体積の1
0%に相当する粒子径である。累積10%径が1μmを
越える場合は炭酸化処理における反応性が小さくなり、
硬化体を形成するために長時間もしくは高い圧力を必要
とする。
【0007】また、本発明で使用するウォラストナイト
は、窒素吸着比表面積が1m2 /g以上であり、より好
ましくは2m2 /g以上である。比表面積が1m2 /g
未満の場合には、炭酸化処理における反応性が低くな
る。また、比表面積は大きければ大きいほど炭酸化処理
は迅速に進めることが可能であるが、現実的には、製造
上、1000m2 /g以下である。上記ウォラストナイ
トとは、CaSiO3 で表されるカルシウム珪酸塩鉱物
であり、白色の繊維状又は塊状物として、天然に産出さ
れる。
【0008】一般にその繊維状の形状を利用して、アス
ベスト代替等の補強部材として利用されているが、本発
明におけるウォラストナイトは、特に繊維状である必要
はなく、アスペクト比の小さいもので良く、一般に補強
材として繊維状に粉砕する際に発生する残留物を利用す
ることも出来る。
【0009】本発明における炭酸化処理とは、ウォラス
トナイト成分が炭酸化されうる処理のことを意味する。
この様な炭酸化処理としては例えば、気体状態の二酸化
炭素を利用する方法が挙げられる。炭酸ガスの濃度は任
意の濃度を利用して良いが、100%に近い濃度で処理
することが炭酸化の効率という点で好ましい。炭酸化処
理時の温度としては、30℃〜200℃の範囲内である
ことが好ましく、さらに好ましくは50℃〜200℃で
ある。
【0010】加温温度が、30℃より低いと炭酸化反応
が充分に起こるには大きな時間を要し、逆に加温温度
が、200℃より高いと炭酸化反応は迅速になるものの
大きなエネルギーが必要となり、又、硬化体中の骨材等
の添加物に有機系の強化繊維等が含まれる場合には、こ
れら繊維等が熱劣化を起こしやすくなる。
【0011】炭酸化処理時の圧力としては、大気圧(0
MPa)〜5MPaの範囲内である。加圧圧力が5MP
aを越えると炭酸化反応は進行するが、大きなエネルギ
ーが必要となり設備の大型化という点から工業的な生産
性が困難となる。一方、大気圧未満での炭酸化処理は、
エネルギー消費や炭酸化反応進行の両面で効率的でな
い。尚、本発明において圧力とは絶対圧力ではなく、ゲ
ージ圧をいう。
【0012】上記炭酸化処理の時間としては特に限定さ
れないが、5〜120分以内であることが好ましい。処
理時間が5分より短いと、炭酸化反応が充分に起こらず
成形体の保型強度が得られにくくなる。又、処理時間を
120分より長くしても炭酸化の程度は大きく変化せ
ず、余り効率的でない。
【0013】本発明は、無機炭酸化硬化体を構成する材
料として、ウォラストナイト以外の無機材料を含んでも
良く、そのような無機材料としては例えば、セメント;
珪砂、川砂等のセメントモルタル用骨材;炭酸カルシウ
ム、珪藻土等の無機質充填材等が挙げられるが、賦形性
をより向上させるという点でセメントが好ましい。
【0014】さらに、本発明の無機炭酸化硬化体成分に
は、上記無機材料以外にも木片、パルプ等の天然繊維;
ビニロン、ポリエステル、ナイロン等の合成樹脂繊維等
が添加されても良い。
【0015】上記セメントは、水和に伴い水酸化カルシ
ウムが生成するセメントであれば、賦形体の炭酸化処理
時の反応させることが可能であり、例えば、普通ポルト
ランドセメント、特殊ポルトランドセメント,アルミナ
セメント等を使用することが出来る。但し、非常に高い
レベルの耐久性を得ることを目的として、完全炭酸化硬
化体を製造する場合、セメントの添加量は少ない方が良
く、ウォラストナイトに対し、1/3(重量%)以下の
添加量であることが好ましい。
【0016】上記ウォラストナイト単体、と、水は、所
望の比率で混合される。混合方法については周知の混合
装置により混練され、特に限定されない。また、賦形方
法については例えば、圧縮成形法(脱水プレス等)、押
出成形法等により所望の形状に賦形される。賦形に際し
ては賦形に最適な流動性が得られる配合が選択出来る
が、粒子間に水分が十分に充填するほど水分が多いと炭
酸化の進行を阻害する恐れがある。
【0017】水の配合量は、ウォラストナイトの比表面
積、形状、その他の添加物の種類、量によって大きく変
化するが、一般的にウォラストナイト単体の場合、ウォ
ラストナイトの重量の10〜100%の重量であること
が好ましい。水の配合量が100%の重量を越える場合
は、賦形時に水が染み出す場合が有る。その場合には加
圧もしくは吸引によって炭酸化処理時の水分量を適当に
することが出来る。また、水の配合量がウォラストナイ
トの重量の10%未満の場合には、二酸化炭素との反応
が充分に起こらず炭酸化反応の効率が低下する。
【0018】(作用)ウォラストナイトはそれ自体、常
圧での炭酸加速度が非常に小さく、水和性も殆どみられ
ないため、通常のセメント材料おける残存未水和物と異
なり、硬化体中に炭酸化せずに残存した場合でも長期の
耐久性に悪影響を与えない。通常、このように反応性の
低いウォラストナイトを硬化させるには高圧且つ長時間
の反応が必要であるが、特定の粒度分布、比表面積を有
するウォラストナイトを使用することにより炭酸化率を
高めることが可能となり、生成した無機硬化体の機械物
性を向上させることが可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】(実施例1、2、比較例1)表1
に示した配合でウォラストナイト、水を混合し、ハンド
プレレスを用いて、25MPaでプレスを行い直径15
mm高さ30mmの円柱賦形体を得た。その後、オート
クレーブ中において表1に示す条件で炭酸化処理を行
い、無機炭酸化硬化体を得た。
【0020】(比較例2)普通ポルトランドセメント1
00重量部、水20重量部を混合し、上記と同様の方法
により、25MPaでプレスを行い直径15mm、高さ
30mmの円柱賦形体を得た。その後、オートクレーブ
中において表1に示した条件で炭酸化処理を行い、無機
炭酸化硬化体を得た。 (比較例3)比較例2と同様にして円柱賦形体を得た
後、炭酸化処理をせずに室温で一週間養生し、無機硬化
体を得た。 (比較例4)実施例1と同様の配合と方法により円柱賦
形体を得た後、1週間室温で養生したが、硬化体にはな
らずに乾燥して崩壊したため、試験は行わなかった。実
施例、及び比較例の硬化体について以下の試験を行い、
その結果を表1に示した。
【0021】[圧縮強度測定]実施例1、2、及び比較
例1〜4で得られた円柱状硬化体について、JISA1
108に準拠した圧縮試験を行い、圧縮強度を測定し
た。
【0022】[組織溶解度測定]実施例1、2、及び比
較例1〜4で得られた円柱状硬化体について、粒径10
0μm以下に粉砕したもの1gにイオン交換水100g
を注入し、5分間振とうした後、24時間放置した水溶
液中のカルシウムイオン濃度をICP(誘導結合プラズ
マ発光分析)によって測定した。
【0023】[フェノールフタレイン試験]実施例1〜
3、及び比較例1〜4で得られた円柱状硬化体につい
て、1/2に切断し、切断面にフェノールフタレインエ
タノール溶液を滴下して中性化度を、以下のような評価
項目に従って目視評価を行った。 A:変色(赤色)部分が認められない。 B:変色部分が断面積の20%未満。 C:変色部分が断面積の60%未満20%以上。 D:変色部分が断面積の60%以上。 [耐熱性試験]実施例1、及び比較例3の円柱状硬化体
について、600℃で30分加熱した後に、JIS A
1108に準拠した圧縮試験を行い、圧縮強度を測定し
た。
【0024】
【表1】
【0025】表1から分かる通り、実施例1及び2では
使用したウォラストナイトの比表面積と粒度分布、炭酸
化処理条件が適当であるため、炭酸化処理によって、十
分な初期強度を有する硬化体が得られている。これに対
して、比較例1では使用したウォラストナイトの比表面
積が小さく、粒度分布が適当でないことから、十分な炭
酸化反応が進行せず硬化体としての強度が不十分なもの
となった。
【0026】また、比較例2のようにワラストナイト以
外の材料、例えば普通ポルトランドセメントを使用して
炭酸化を行った場合、十分な硬化体強度を得ることが出
来ない。また、比較例3のように通常のセメント水和反
応を利用した場合、硬化体強度は十分に得られるもの
の、溶出カルシウムイオン濃度が大きくなっている。溶
出カルシウムイオン濃度は、硬化体の組織が水に対する
安定性を示しており、ウォラストナイトを使用した組織
(実施例1及び2、比較例1)では非常に小さく、水に
対して安定であることが示されている。
【0027】同様に、ウォラストナイトを使用した組織
ではフェノールフタレイン試験で変色がなく、二酸化炭
素等によって変質を起こさない中性の組織であることが
示されている。一方、比較例2及び3の硬化体はアルカ
リ性であり、炭酸化による組織の変化が懸念される。
【0028】実施例1と比較例3の硬化体を使用した耐
熱性試験では、ウォラストナイトを炭酸化して得られた
組織と水和組織の耐熱安定性の違いが示されている。実
施例1の硬化体が耐熱性試験後も外観、圧縮強度共に殆
ど変化がなかったのに対して、比較例3の水和硬化体で
は耐熱性試験後の試料は直径が3%程度収縮して全体に
クラックがみられ、圧縮強度も大幅に低下した。
【0029】
【発明の効果】本発明の方法によれば、特定の比表面
積、粒度分布を有するウォラストナイトを用いることで
比較的、短時間で、低温、低圧のマイルドな条件下で目
的の無機炭酸化硬化体を生産性良く得ることが出来る。
このような方法により得られた、無機炭酸化硬化体は、
ウォラストナイトとその炭酸化物より構成されるため、
化学的に安定な構造であり、水や二酸化炭素による組織
の変化が殆どないため長期の耐久性に優れた組織であ
る。また、通常の水和組織と異なり組織中に水を含まな
いため、高い耐熱性を有している。従って、この様な高
い耐久性を活かし、例えば住宅の外壁や瓦等の建築材料
や土木建設材料のロングライフ化に寄与することが出来
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粉体粒度の体積分布において、累積10
    %径が1μm以下、窒素吸着比表面積が、1m2 /g以
    上であるウォラストナイトを、水と混合し、賦形した後
    に、温度が、30〜200℃、圧力が、大気圧(0MP
    a)〜5MPaの条件で炭酸化処理することを特徴とす
    る無機炭酸化硬化体の製造方法。
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