(57)【要約】    【課題】  セメント組成物にセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)を良好に分散させる。    【解決手段】  セメント組成物に混和材とセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)を分散させるに当たり、混和材は、無機材料の粉体にし、一種類又は複数種類の粉体にする。この混和材とＣＮＦを付着して複合材の粉体を作製する。複合材の粉体はセメント組成物に加える。複合材入りセメント組成物は練り混ぜ、セメント組成物にＣＮＦ付き無機材料の粉体を分散させる。また、複合材の粉体を作製するに当たり、混和材の無機材料の粉体とＣＮＦ及び水を混ぜて、無機材料の粉体とＣＮＦが水に懸濁した混合液を調合する。混合液は、微粒化して水分を除去し、無機材料とＣＮＦが付着した複合材の粉体にする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント組成物に混和材とセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)を分散させる方法であって、
混和材は、無機材料の粉体にし、一種類又は複数種類の粉体にし、
この混和材とセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)を付着して複合材の粉体を作製し、
複合材の粉体をセメント組成物に加え、複合材入りセメント組成物を練り混ぜ、セメント組成物に、無機材料とＣＮＦが付着した複合材の粉体を分散させることを特徴とするＣＮＦの分散方法。
【請求項２】
複合材の粉体を作製するに当たり、混和材の無機材料の粉体とセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)及び水を混ぜて、無機材料の粉体とＣＮＦが水に懸濁した混合液を調合し、
混合液は、微粒化して水分を除去し、無機材料とＣＮＦが付着した複合材の粉体にすることを特徴とする請求項１に記載のＣＮＦの分散方法。
【請求項３】
混合液は、微粒化して水分を除去するに当たり、熱気中に噴霧して水分を蒸発させることを特徴とする請求項２に記載のＣＮＦの分散方法。
【請求項４】
混和材の無機材料の粉体は、シリカヒューム、フライアッシュ、高炉スラグ、石膏、炭酸カルシウム、天然ポゾランと消石灰のなかから選ばれた一種類又は複数種類の粉体であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のＣＮＦの分散方法。
【請求項５】
セメント組成物は、主成分が、セメント、水と細骨材、又は、セメント、水、細骨材と粗骨材、若しくは、セメントと水であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＣＮＦの分散方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のＣＮＦの分散方法でセメント組成物に混和材の無機材料とセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)が付着した複合材を分散させ、
複合材を分散させたセメント組成物は、成形して養生し、硬化させて、複合材が分散したセメント成形体にすることを特徴とするセメント成形体の製造法。
【請求項７】
セメント組成物に分散させる粉体であって、
粉体は、混和材とセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)を付着した複合材にし、
混和材は、無機材料の粉体にし、一種類又は複数種類の粉体にしたことを特徴とする複合材の粉体。
【請求項８】
請求項７に記載の複合材の粉体を作製する方法であって、
混和材の無機材料の粉体とセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)及び水を混ぜて、無機材料の粉体とＣＮＦが水に懸濁した混合液を調合し、
混合液は、微粒化して水分を除去し、無機材料とＣＮＦが付着した複合材の粉体にすることを特徴とする複合材の粉体の作製方法。
【請求項９】
請求項８に記載の複合材の粉体の作製方法において、
混合液を微粒化して水分を除去するに当たり、混合液は、熱気中に噴霧して水分を蒸発させることを特徴とする。
【請求項１０】
硬化させてセメント成形体にするセメント組成物であって、
セメント組成物は、請求項７に記載の複合材の粉体が分散することを特徴とする複合材入りセメント組成物。
【請求項１１】
セメント組成物を硬化させたセメント成形体であって、
セメント組成物は、請求項１０に記載の複合材入りセメント組成物であることを特徴とするセメント成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント組成物にセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)を分散させてセメント成形体の性能を高める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
モルタルやコンクリートのセメント組成物は、セメント、水と骨材の外に混和材料を加える。混和材料は、混和剤と混和材に分類される。混和剤は、減水剤やＡＥ剤が代表例である。混和材は、セメント成形体に求める性能に応じて、多数種の材料から一種類又は複数種類を選択して使用する。混和材の材料は、無機材料の粉体が多く、シリカヒューム、フライアッシュ、高炉スラグ、石膏、炭酸カルシウム、天然ポゾランや消石灰がある。なお、混和剤は、少量を添加し、薬剤的である。混和材は、多量に加えてその量を配合計算に算入する。また、セメント組成物とは、セメントを含む組成物である。セメント成形体とは、セメントを含む成形体である。セメント成形体の性能には、施工性、強度や耐久性がある。
【０００３】
近年、セメント組成物にセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)を付加してセメント成形体の性能を高めることが提案されている。なお、ＣＮＦとは、超微細植物繊維である。木材のパルプをナノレベルに微細にほぐして得られるセルロースのファイバーである。
ところが、セルロースナノファイバー(ＣＮＦ) は、セメント組成物中に分散し難いようである。ＣＮＦの分散が不十分であると、セメント成形体の性能が高まらないようである。そこで、特許文献１〜３に例示されるように、各種の技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１８８８６４号公報
【特許文献２】特開２０１５−１５５３５７号公報
【特許文献３】特開２０１７−１１９６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
［課  題］
セメント組成物にセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)を良好に分散させるための技術を提供する。
【０００６】
［着  眼］
従来、セメント組成物には混和材の粉体が加えられている。混和材の粉体はセメント組成物中に良好に分散し、その結果、セメント成形体の性能が高くなるものと認められている。また、セルロースナノファイバー(ＣＮＦ) は、混和材の粉体の粒子より微細で、粘着性ないし付着性が高いことが知られている。これらの事実に着眼して、次のように構想する。
【０００７】
［構  想］
セメント組成物に混和材の粉体とセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)を加える前に、その混和材の粉体の粒子にそのセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)を付着して複合材を作製する。そして、その複合材の粉体をセメント組成物に加える。
複合材入りセメント組成物は練り混ぜる。すると、複合材の粉体、ＣＮＦ付き混和材の粉体は、従来の混和材の粉体と同様に、セメント組成物中に良好に分散する。
複合材の粉体が良好に分散したセメント組成物は、成形して養生する。硬化すると、複合材の粉体が良好に分散したセメント成形体になる。このセメント成形体は、複合材の粉体の良好な分散に基づき、性能が高くなる。
【０００８】
［具体化］
セメント成形体に求める性能に応じて、混和材は、混和材用の多種類の無機材料から一種類又は複数種類を選択する。セメント組成物の配合を決定する。また、選択した混和材の無機材料にセルロースナノファイバー(ＣＮＦ) を付着して複合材を作製する。
複合材の作製に当たり、先ず、選択した混和材の無機材料の粉体とＣＮＦ及び水を混ぜて、無機材料の粉体とＣＮＦが水に懸濁した混合液を調合する。混合液は、濃度や配合割合を次工程の粉体化装置の使用条件に適合させる。粉体化装置は、例えば、噴霧乾燥機を選択する。
混合液は、粉体化装置の噴霧乾燥機の乾燥室に供給して乾燥室の熱気中に噴霧し、熱気中で微粒化する。すると、混合液の粒子は、乾燥室の熱気で直ちに加熱され、水分が蒸発して固体分から離脱し、固体分のみになる。乾燥した無機材料の粉体の粒子とＣＮＦになる。乾燥室の微粒化した混合液は、水分が除去されて無機材料の粉体の粒子とＣＮＦが付着した粒子の粉体になる。即ち、選択した一種又は複数種の無機材料とＣＮＦが付着した複合材の粉体が得られる。複合材の粉体は乾燥室から取り出す。なお、噴霧乾燥は、短時間の１工程で混合液を複合材の粉体にする。
この複合材の粉体は、セメント組成物に混和材とＣＮＦとして加える。複合材入りセメント組成物は、練り混ぜる。混練で複合材の粉体をセメント組成物中に分散させる。複合材の粉体を分散させたセメント組成物は、成形して養生する。硬化すると、複合材が分散したセメント成形体になる。このセメント成形体は、複合材の粉体、ＣＮＦ付き混和材の粉体が良好に分散する。その結果、性能が高くなる。
なお、複合材の粉体を加えるセメント組成物は、配合の主成分がセメント、水と細骨材であると、モルタルのセメント成形体が得られる。セメント、水、細骨材と粗骨材であると、コンクリートのセメント成形体が得られる。セメントと水であると、セメントペーストのセメント成形体が得られる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１．セメント組成物に混和材とセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)を分散させる方法であって、
混和材は、無機材料の粉体にし、一種類又は複数種類の粉体にし、
この混和材とセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)を付着して複合材の粉体を作製し、
複合材の粉体をセメント組成物に加え、複合材入りセメント組成物を練り混ぜ、セメント組成物に、無機材料とＣＮＦが付着した複合材の粉体を分散させることを特徴とする。
２．上記１の方法において、
複合材の粉体を作製するに当たり、混和材の無機材料の粉体とセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)及び水を混ぜて、無機材料の粉体とＣＮＦが水に懸濁した混合液を調合し、
混合液は、微粒化して水分を除去し、無機材料とＣＮＦが付着した複合材の粉体にすることを特徴とする。
３．上記２の方法において、
混合液は、微粒化して水分を除去するに当たり、熱気中に噴霧して水分を蒸発させることを特徴とする。
４．上記１、２又は３の方法において、
混和材の無機材料の粉体は、シリカヒューム、フライアッシュ、高炉スラグ、石膏、炭酸カルシウム、天然ポゾランと消石灰のなかから選ばれた一種類又は複数種類の粉体であることを特徴とする。
５．上記１〜４のいずれかの方法において、
セメント組成物は、主成分が、セメント、水と細骨材、又は、セメント、水、細骨材と粗骨材、若しくは、セメントと水であることを特徴とする。
６．上記１〜５のいずれかの方法でセメント組成物に混和材の無機材料とセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)が付着した複合材を分散させ、
複合材を分散させたセメント組成物は、成形して養生し、硬化させて、複合材が分散したセメント成形体にすることを特徴とするセメント成形体の製造法。
７．セメント組成物に分散させる粉体であって、
粉体は、混和材とセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)を付着した複合材にし、
混和材は、無機材料の粉体にし、一種類又は複数種類の粉体にしたことを特徴とする複合材の粉体。
８．上記７の複合材の粉体を作製する方法であって、
混和材の無機材料の粉体とセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)及び水を混ぜて、無機材料の粉体とＣＮＦが水に懸濁した混合液を調合し、
混合液は、微粒化して水分を除去し、無機材料とＣＮＦが付着した複合材の粉体にすることを特徴とする複合材の粉体の作製方法。
９．上記８の複合材の粉体の作製方法において、
混合液は、微粒化して水分を除去するに当たり、熱気中に噴霧して水分を蒸発させることを特徴とする。
１０．硬化させてセメント成形体にするセメント組成物であって、
セメント組成物は、上記７の複合材の粉体が分散することを特徴とする複合材入りセメント組成物。
１１．セメント組成物を硬化させたセメント成形体であって、
セメント組成物は、上記１０の複合材入りセメント組成物であることを特徴とするセメント成形体。
【発明の効果】
【００１０】
セメント組成物に混和材とセルロースナノファイバー(ＣＮＦ)が良好に分散する。
セメント成形体の性能が高くなる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［複合材の作製］
＜材  料＞
混和材の無機材料は、混和材用の多種類の無機材料からシリカヒューム（ＳＦ）を選択し、ＳＦの粉体にする。
セルロースナノファイバー(ＣＮＦ) は、製造販売会社の販売時の態様のまま、水に分散した分散液にする。
水は、上水道水にする。
【００１２】
＜混合液の調合＞
上記の材料、上水道水とセルロースナノファイバー(ＣＮＦ) の分散液及びシリカヒューム（ＳＦ）の粉体は、撹拌機の容器に容れる。そして、容器内を撹拌して、水とＣＮＦ及びＳＦを混ぜる。すると、ＳＦとＣＮＦが水に懸濁したスラリーの混合液になる。なお、混合液は、濃度や配合割合を次工程の粉体化装置の使用条件に適合させる。
【００１３】
＜混合液の粉体化＞
粉体化装置は、噴霧乾燥機にする。噴霧乾燥機は、乾燥室に熱風供給路、原液供給路と排気路をそれぞれ接続している。熱風供給路は、熱風を乾燥室に供給する構成にしている。原液供給路は、ノズル式又は円盤式の噴霧装置を設け、原液を噴霧装置に供給し噴霧装置から乾燥室に噴霧して微粒化する構成にしている。排気路は、サイクロンのような固気分離装置を設け、乾燥室の排気を固気分離装置に供給して固気分離装置で気体中から固体の粒子、粉体を分離する構成にしている。
上記の混合液は、噴霧乾燥機の原液供給路に供給する。混合液は、原液供給路の噴霧装置に供給して、噴霧装置から乾燥室の熱風、熱気中に噴霧する。乾燥室の熱気中で微粒化する。すると、混合液の粒子は、乾燥室の熱気で直ちに加熱され、水分が蒸発して固体分から離脱し、固体分のみになる。乾燥した固体のＳＦとＣＮＦになる。乾燥室の微粒化した混合液は、水分が除去されてＳＦとＣＮＦが付着した粒子の粉体になる。この粉体は、乾燥室の排気に混入して排気路を流れる。排気路の排気は、固気分離装置に供給して、固気分離装置で気体中から固体の粒子、粉体を分離する。分離した粒子、粉体は、固気分離装置の固体収納部に入る。固体収納部から粉体を取り出す。即ち、ＳＦとＣＮＦが付着した複合材の粉体が得られる。
【００１４】
［セメント成形体の製造］
＜材  料＞
水は、上水道水(Ｗ)にする。
セメントは、普通セメント(Ｃ)にする。
骨材は、細骨材の硅砂(Ｓ)にする。
混和材は、上記の複合材(ＣＮＦ＋ＳＦ)にする。
混和剤は、高性能減水剤(Ａｄ)にする。
【００１５】
＜セメント組成物の調合＞
上記の材料、上水道水 (Ｗ) 、普通セメント(Ｃ)、硅砂(Ｓ) 、複合材(ＣＮＦ＋ＳＦ) と高性能減水剤(Ａｄ) は、混練機に投入して練り混ぜる。すると、複合材(ＣＮＦ＋ＳＦ)が良好に分散したセメント組成物になる。
【００１６】
＜セメント組成物の成形養生＞
上記のセメント組成物、複合材(ＣＮＦ＋ＳＦ) が良好に分散したセメント組成物は、型枠に投入して成形する。そして、型枠内で気中養生する。その後、脱型して水中養生する。このセメント組成物が硬化すると、モルタルのセメント成形体になる。このモルタル成形体は、複合材(ＣＮＦ＋ＳＦ)が良好に分散する。強度などの性能が高い。
【００１７】
［実験例］
＜供試体の作製＞
供試体は、上記のモルタル成形体で、次の通りに作製した。
大きさは、φ３×６ｃｍにした。
水 (Ｗ) とセメント(Ｃ) の比(Ｗ／Ｃ) は、０．５にした。
硅砂(Ｓ) とセメント(Ｃ) の比(Ｓ／Ｃ) は、１にした。
高性能減水剤(Ａｄ) とセメント(Ｃ) の比(Ａｄ／Ｃ) は、０．８％にした。
なお、複合材(ＣＮＦ＋ＳＦ)の作製に当たり、混合液は、濃度を１％にし、セルロースナノファイバー(ＣＮＦ)とシリカヒューム（ＳＦ）の比(ＣＮＦ／ＳＦ)を０．２５にした。
複合材(ＣＮＦ＋ＳＦ) は、 セメント(Ｃ)の外割とし、硅砂(Ｓ)置換とした。セメント(Ｃ) との比率は、０％、５％又は１０％にした。
供試体０は、複合材(ＣＮＦ＋ＳＦ) の比率を０％にし、ＣＮＦが混入していない比較例にした。
供試体１は、複合材(ＣＮＦ＋ＳＦ) の比率を５％にし、ＣＮＦをＡ社の製造販売品、水中の固形分が１％の分散液にした。
供試体２は、複合材(ＣＮＦ＋ＳＦ) の比率を１０％にし、ＣＮＦをＢ社の製造販売品、水中の固形分が１％強の分散液にした。
【００１８】
＜強度試験＞
上記の各供試体についてそれぞれ３本ずつ圧縮強度試験を行った。３本の圧縮強度(Ｎ／ｍｍ2)の平均値は、次の通りであった。
供試体０（比較例）：３５．８
供試体１（実施例１）：３７．７
供試体２（実施例２）：４５．５
この試験結果から明らかな通り、モルタル成形体は、複合材(ＣＮＦ＋ＳＦ) の混入、分散で強度が高くなる。
【００１９】
［変形例］
本発明は、上記の実施形態に限定されない。次のような変形が例示される。
１．上記の実施形態において、混和材の無機材料は、シリカヒューム（ＳＦ）の一種類であるが、シリカヒューム（ＳＦ）、フライアッシュ、高炉スラグ、石膏、炭酸カルシウム、天然ポゾランと消石灰のなかから選択した一種類又は複数種類の粉体にする。
２．上記の実施形態において、混合液の粉体化には、混合液を熱気中に噴霧して水分を蒸発させる噴霧乾燥機を用いるが、混合液を微粒化して水分を除去するその他の粉体化装置を用いる。
３．上記の実施形態において、セメント成形体は、モルタルのセメント成形体であるが、コンクリートのセメント成形体又はセメントペーストのセメント成形体にする。
４．上記の実施形態において、セルロースナノファイバー(ＣＮＦ) は、水に分散した分散液を使用するが、乾燥粉体又はその他を使用する。
５．上記の実施形態において、セメント組成物は、成形後、気中養生と水中養生の両方を行ったが、一方のみを行う。又は、その他の養生を行う。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、土木や建築において、セメント製品、モルタル製品やコンクリート製品に利用することができる。