(57)【要約】【課題】ボロン鉱を含有させても強度が低下しにくく長期間の使用に適したジオポリマ硬化体を提供する。【解決手段】アルミノ珪酸塩酸化物を主成分とするジオポリマとボロン鉱とが混合されている。ジオポリマは、フィラから溶出した金属とジオポリマ液の珪酸錯体とが重合して硬化が進行するもので、ボロン鉱からのＢ２Ｏ３溶出による硬化阻害を受けない。そのため、ジオポリマ硬化体は、微粒化されたボロン鉱が分散していても、硬化が阻害されることなく強度を発現できる。また、ボロン鉱は、粒径が２０ｍｍ以下のものを用いると均一に分散しやすいので好ましい。さらに、ジオポリマ硬化体は、未固化のジオポリマを型枠に充填した後、４０℃以上１００℃以下で加熱養生することにより、より強度が発現しやすいので好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミノ珪酸塩酸化物を主成分とするジオポリマとボロン鉱とを含有している
ことを特徴とするジオポリマ硬化体。
【請求項２】
ボロン鉱は、粒径が２０ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１記載のジオポリマ硬化体。
【請求項３】
フィラとジオポリマ液とボロン鉱とを混合することにより、前記フィラと前記ジオポリマ液とから生成された未固化のジオポリマに前記ボロン鉱を混在させ、
このボロン鉱が混在した未固化のジオポリマを型枠に充填した後、４０℃以上１００℃以下で加熱養生する
ことを特徴とするジオポリマ硬化体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジオポリマ硬化体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然に産するコレマナイトなどのボロン鉱（ボレート鉱）は、ホウ素と結晶水を含有しているため、中性子遮蔽性材料として有用であることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、ボロン鉱およびボロン鉱を焼成した焼成ボロン鉱は、抗菌・抗かび効果を有することが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
さらに、ボロン鉱は、シロアリやゴキブリなどの害虫を駆除できることも知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
しかしながら、これらの効果を利用するために、ボロン鉱を含んだコンクリートまたはモルタルを製造しようとすると、水に溶出したＢ２Ｏ３（酸化ホウ素）がポルトランドセメントの水和を阻害し、硬化が著しく遅延するだけでなく、強度も低下してしまう（例えば、特許文献１、特許文献４および特許文献５参照。）。
【０００６】
そこで、ボロン鉱からのＢ２Ｏ３の溶出量を低減するために、ボロン鉱の粒径を大きくすること（例えば、特許文献１参照。）、ボロン鉱の使用量を一定量以下にすること（例えば、特許文献６参照。）、および、ボロン鉱の表面をコーティングすること（例えば、特許文献１および特許文献４参照。）などが提案されている。
【０００７】
また、ボロン鉱のＢ２Ｏ３による水和阻害を受けにくいアルミナセメントを使用すること（例えば、特許文献１および特許文献４参照。）、および、合成樹脂（プラスチック）を用いること（例えば、特許文献７参照。）なども提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公昭５８−６７０４号公報
【特許文献２】特許第４０９１２６７号公報
【特許文献３】特開２０００−２６２１８号公報
【特許文献４】特公平７−２５５８２号公報
【特許文献５】特許第４９１８７２７号公報
【特許文献６】特開２００８−１５７８０１号公報
【特許文献７】特開２００３−２７０３８６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「アルミナセメントと高炉スラグの混合セメントの基礎物性」、コンクリート工学年次論文集、２００４年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、ボロン鉱の粒径を大きくすると、ボロン鉱の強度が低いため、ボロン鉱を混入したコンクリートの強度を低下させてしまう。
【００１１】
また、ボロン鉱の使用量を一定量以下に少なくすると、コンクリート中のホウ素分布が不均一になるため、当然ながら十分な中性子線遮蔽効果、抗菌・防かび効果および害虫駆除効果が得られなくなってしまう。
【００１２】
さらに、ボロン鉱の表面をコーティングすると、セメントコンクリート中へのＢ２Ｏ３の溶出を抑制できるが、粒径の小さなボロン鉱にコーティングを行うことは困難であり、比較的に粒径の大きなボロン鉱のみに限られてしまうため、強度との関係からボロン鉱の使用量を少なくする必要がある。
【００１３】
また、アルミナセメントは、Ｂ２Ｏ３の水和阻害を受けにくいが、非特許文献１に記載されているように長期的な強度低下が生じるため、その強度を考慮すると長期間の使用に適していない。
【００１４】
さらに、合成樹脂（プラスチック）は、重合または冷却によって硬化するため、Ｂ２Ｏ３による水和阻害を受けることはないが、一般的に、熱に弱く紫外線劣化を生じるため、住居や屋外での長期間の使用に適していない。
【００１５】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、ボロン鉱を含有させても強度が低下しにくく長期間の使用に適したジオポリマ硬化体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載されたジオポリマ硬化体は、アルミノ珪酸塩酸化物を主成分とするジオポリマとボロン鉱とを含有しているものである。
【００１７】
請求項２に記載されたジオポリマ硬化体は、請求項１記載のジオポリマ硬化体において、ボロン鉱は、粒径が２０ｍｍ以下であるものである。
【００１８】
請求項３に記載されたジオポリマ硬化体の製造方法は、フィラとジオポリマ液とボロン鉱とを混合することにより、前記フィラと前記ジオポリマ液とから生成された未固化のジオポリマに前記ボロン鉱を混在させ、このボロン鉱が混在した未固化のジオポリマを型枠に充填した後、４０℃以上１００℃以下で加熱養生するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ジオポリマの硬化がボロン鉱により阻害されないため、強度が良好であるとともに、長期間の使用に適している。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１の圧縮強度の測定結果を示すグラフである。
【図２】実施例２の圧縮強度の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施の形態の構成について詳細に説明する。
【００２２】
ジオポリマ硬化体は、ジオポリマとボロン鉱とを含有しているものである。
【００２３】
ジオポリマは、フィラとモノマであるジオポリマ液とを混合して生成されるアルミノ珪酸塩酸化物を主成分とする高アルカリ性のシリコアルミン酸無機塩結合剤である。
【００２４】
フィラは、焼成カオリンや石炭灰や高炉スラグなどの粉末であり、ジオポリマ液と混合することにより、アルミニウムなどの金属を溶出する。
【００２５】
ジオポリマ液は、珪酸ナトリウム溶液（水ガラス）、および、アルカリ補助剤としての水酸化カリウムや水酸化ナトリウムなどが用いられ、珪酸錯体を含有している。
【００２６】
そして、ジオポリマは、フィラとジオポリマ液とが混合されると、フィラから溶出した金属と、ジオポリマ液の珪酸錯体とが架橋し重合して硬化して生成される。
【００２７】
ボロン鉱は、天然に産するコレマナイト（２ＣａＯ・３Ｂ２Ｏ３・５Ｈ２Ｏ）、メーヤホッフェライト（２ＣａＯ・３Ｂ２Ｏ３・７Ｈ２Ｏ）、クーコバナイト（２ＭｇＯ・３Ｂ２Ｏ３・１３Ｈ２Ｏ）、ウレキナイト（Ｎａ２Ｏ・２ＣａＯ・５Ｂ２Ｏ３・１６Ｈ２Ｏ）およびホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ５（ＯＨ）４・８Ｈ２Ｏ）などであり、アルカリ金属またはアルカリ土類金属とホウ酸塩とを含有しているため、ジオポリマの硬化を促すアルカリ補助剤としても利用できる。
【００２８】
また、ジオポリマ硬化体では、ボロン鉱の粒径が小さい程、ボロン鉱の混入による強度の低下を抑制できるとともに、均一に分散させやすいため、ボロン鉱の粒径は、２０ｍｍ以下が好ましい。
【００２９】
このようなジオポリマ硬化体を製造する際には、フィラとジオポリマ液とボロン鉱とを混合する。
【００３０】
これらフィラとジオポリマ液とボロン鉱と混合されると、フィラから溶出した金属と、ジオポリマ液の珪酸錯体とが重合してアルミノ珪酸塩酸化物が生成され、未固化のジオポリマとなる。
【００３１】
また、アルミノ珪酸塩酸化物が形成された未固化のジオポリマ液中には、混合したボロン鉱が略均一に分散した状態で混在している。
【００３２】
このボロン鉱が混在した未固化のジオポリマを、所定形状の型枠に流し込んで充填し、所望の製品の形状に成形する。
【００３３】
そして、型枠に充填された未固化のジオポリマを所定温度および時間で養生し硬化させる。
【００３４】
なお、養生温度は、常温でもよいが、４０℃以上１００℃以下で加熱養生すると、強度が発現しやすく硬化時間を短縮できるので好ましい。
【００３５】
このように未固化のジオポリマを養生し硬化させることにより、型枠から離型するために必要な強度となったジオポリマ硬化体が得られる。
【００３６】
次に、上記一実施の形態の作用および効果を説明する。
【００３７】
上記ジオポリマ硬化体によれば、ジオポリマは、フィラから溶出した金属とジオポリマ液の珪酸錯体とが重合して硬化が進行するので、ボロン鉱からのＢ２Ｏ３溶出による硬化阻害を受けない。そのため、ジオポリマ硬化体は、微粒化されたボロン鉱が分散していても、硬化が阻害されることなく、強度を発現できる。
【００３８】
さらに、ジオポリマは、適当な粘性を有しているため、下地が多少湿っていても接着性が良好であり、左官工事などのように所定の位置にこて作業で塗布して用いることが可能である。
【００３９】
ジオポリマ硬化体は、化学的に安定で、耐熱性も良好であるため、例えば、ポルトランドセメントのように長期間屋外で使用でき、建築用構造物や土木用構造物などの材料として使用できる。
【００４０】
また、ジオポリマ硬化体は、ボロン鉱を含有するため、中性子線遮蔽効果、抗菌効果、防かび効果および害虫駆除効果を奏することができ、様々な用途に適用できる。
【００４１】
さらに、ジオポリマ硬化体は、ボロン鉱により硬化阻害されないため、混入するボロン鉱の量が制限を設定する必要がなく、所望の効果に応じて、混入するボロン鉱の量を調整できる。
【００４２】
また、ジオポリマ硬化体は、ボロン鉱により硬化阻害されないため、ボロン鉱をコーティングなどの処理を施す必要がなく、容易に製造できる。
【００４３】
さらに、ジオポリマ硬化体は、ジオポリマの材料である石炭灰や高炉スラグは産業副産物であり、水ガラスや水酸化カリウムや水酸化ナトリウムは汎用の産業資材であるため、容易かつ安価に入手できる。
【００４４】
また、ジオポリマ硬化体は、ボロン鉱により硬化阻害されないため、小さい粒径のボロン鉱を用いることができ、ボロン鉱を均一に分散させやすい。
【００４５】
特に、ボロン鉱の粒径が２０ｍｍ以下であることにより、ジオポリマ硬化体においてボロン鉱が均一に分散しやすく、ボロン鉱による中性子線遮蔽効果、抗菌効果、防かび効果および害虫駆除効果を発現しやすくできる。
【００４６】
ここで、ジオポリマは、常温養生であってもジオポリマの重合により硬化し強度が発現するが、未固化のジオポリマを型枠に充填した後、４０℃以上１００℃以下で加熱養生されることにより、硬化が進行しやすく、より速やかに強度を発現できる。
【実施例】
【００４７】
［実施例１］
細骨材の５０重量％をボロン鉱としてのコレマナイトとしたジオポリマ硬化体（本実施例）およびセメントモルタル（比較例）を作製し、その圧縮強度を比較した。
【００４８】
なお、細骨材は、粒径５ｍｍ以下に破砕したコレマナイトおよび珪砂を使用した。
【００４９】
ジオポリマ硬化体の材料は、フィラとして、石炭灰（ＪＩＳ Ａ ６２０１フライアッシュ II種）および高炉スラグ微粉末（ＪＩＳ Ａ ６２０６高炉スラグ微粉末４０００）を使用した。また、ジオポリマ液として、水ガラス（ＪＩＳ Ｋ １４０８ １種）、メタ珪酸ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムおよび水を使用した。
【００５０】
セメントモルタルの材料は、細骨材に加えて、普通ポルトランドセメント（ＪＩＳ Ｒ ５２１０）および水を使用した。
【００５１】
これらジオポリマ硬化体およびセメントモルタルの材料を表１に示す。
【００５２】
【表１】
2014125375.tif 000002
【００５３】
この表１に示すジオポリマ硬化体およびセメントモルタルの材料を、それぞれミキサで混錬して、型枠に充填し、常温養生または加熱養生（８０℃で６時間、以後常温）した。
【００５４】
そして、これらジオポリマ硬化体およびセメントモルタルについて圧縮強度を測定した。この圧縮強度の測定結果を図１に示す。なお、図１では、常温養生したジオポリマ硬化体をＧＰ常温養生とし、加熱養生したジオポリマ硬化体をＧＰ加熱養生とした。
【００５５】
図１に示すように、比較例である細骨材の５０重量％にコレマナイトを使用したセメントモルタルは、養生開始から７日経過しても硬化していなかった。
【００５６】
これに対して、本実施例である細骨材の５０重量％にコレマナイトを使用したジオポリマ硬化体（ＧＰ常温養生）は、常温養生開始の翌日には硬化しており離型可能だった。また、常温養生開始から７日後の圧縮強度は１５Ｎ／ｍｍ２に達していた。さらに、加熱養生したジオポリマ硬化体（ＧＰ加熱養生）は、加熱養生開始の翌日の強度が２５Ｎ／ｍｍ２に達していた。
【００５７】
［実施例２］
細骨材の５０重量％にコレマナイトを使用し、残りの５０重量％に珪砂を使用したジオポリマ硬化体（本実施例）と、細骨材の全てに珪砂を使用したジオポリマ（比較例）とを作製し、その圧縮強度を比較した。
【００５８】
細骨材は、粒径５ｍｍ以下に粉砕したコレマナイトおよび珪砂を使用した。
【００５９】
ジオポリマ硬化体の材料は、表２に示すように、細骨材に加え、フィラとして、石炭灰（ＪＩＳ Ａ ６２０１フライアッシュ II種）を使用した。なお、細骨材の５０重量％をコレマナイトとした本実施例については、高炉スラグ微粉末を用いなかったものをジオポリマ硬化体Ａ（５０％Ａ）とし、高炉スラグ微粉末（ＪＩＳ Ａ ６２０６高炉スラグ微粉末４０００）を用いたものをジオポリマ硬化体Ｂ（５０％Ｂ）とした。
【００６０】
また、ジオポリマ液として、水ガラス（ＪＩＳ Ｋ １４０８ １種）、メタ珪酸ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムおよび水を使用した。
【００６１】
【表２】
2014125375.tif 000003
【００６２】
この表２に示すジオポリマ硬化体の材料を、それぞれミキサで混錬して、型枠に充填し、常温養生して、圧縮強度を測定した。この圧縮強度の測定結果を図２に示す。
【００６３】
図２に示すように、比較例であるコレマナイトを使用していないジオポリマ硬化体は、常温養生では養生開始翌日に硬化していなかった。
【００６４】
これに対して、本実施例である細骨材の５０重量％をコレマナイトとした５０％Ａおよび５０％Ｂのいずれも常温養生開始の翌日には硬化しており、型枠から離型可能だった。
【図１】
2014125375.tif 000004
【図２】
2014125375.tif 000005