(57)【要約】【課題】セメント系水硬物の代表であるコンクリート、モルタルが打設された以降に自然環境に曝されて生じる乾燥収縮あるいは自己収縮によって発生するひび割れを防止でき、さらにはひび割れ後のひび割れを修復する自己修復性を有するセメント系水和混合物の製造法、セメント系水和混合物、及びセメント系硬化物を提供する。【解決手段】本発明のセメント系水和混合物の製造法は、セメント混合物が形成する高いアルカリ条件で粘度が高まり、ゲル状態になるシュードモナス属細菌を培養した培養物から採取される多糖体を、セメント練り混ぜ時に混合することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント混合物が形成する高いアルカリ条件で粘度が高まり、ゲル状態になるシュードモナス属細菌を培養した培養物から採取される多糖体を、セメント練り混ぜ時に混合することを特徴とするセメント系水和混合物の製造法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造法によって得られるセメント系水和混合物であって、シュードモナス属細菌を培養した培養物から採取される多糖体をセメント練り混ぜ時に混合することによって粘度が高まりゲル化を促進させることができること特徴とするセメント系水和混合物。
【請求項３】
請求項１に記載の製造法によって得られるセメント系水和混合物を硬化させたものであることを特徴とするセメント系硬化物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント系水硬物の代表であるコンクリート、モルタルが打設された以降に自然環境に曝されて生じる乾燥収縮あるいは自己収縮によって発生するひび割れを防止でき、さらにはひび割れ後のひび割れを修復する自己修復性を有するセメント系水和混合物の製造法、セメント系水和混合物、及びセメント系硬化物に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートは社会基盤造成に必須の構造材料で、概ね全ての構造物に使われている。しかし、石灰石と粘土を高温で焼成して製造するセメントと水、粗骨材、細骨材を常温で練り混ぜて製造することから、セメントの水和反応は発熱反応であり、硬化過程での温度差による温度応力によるひび割れや乾燥収縮によるひび割れが発生する。このひび割れの対策として、低発熱セメントや石膏主体にした混和剤を添加してセメント中のカルシウムアルミネートと石膏を反応させ、結晶水を３２分子持つエトリンガイトを生成させる処置が採られているが、解決には至っていない。特に高強度を期待した場合はこのような対策でのひび割れ防止は困難である。
このようにコンクリートのひび割れ対策は、コンクリートを扱う永遠の課題であり、殆ど対処手法としてひび割れに接着剤を注入する工法が採用されており、最近では耐震性向上もあいまって補修企業が成長産業化しており、古い構造物の建て替え等新規公共投資予算の足かせにもなっている。
【０００３】
わが国の土木を中心にした社会資本整備は、高度成長期から活発化し、１９８０年代をピークに年々新規社会資本整備に係わる投資から、維持管理、耐震改修などのリニューアル事業の投資を余儀なくされている。その要因は、海砂を使った鉄筋コンクリートの鉄筋の錆び膨張によるひび割れ、アルカリ骨材反応によるひび割れ、そしてコンクリートの宿命による乾燥収縮を中心にしたひび割れによるコンクリート構造物の劣化、そして道路構造物のように通行車両が大型化し、通行量の増加に伴う積載荷重による劣化である。
要因の明確な海砂の利用とかアルカリ骨材の利用は、学会を中心にその対策が取られているが、乾燥収縮によるひび割れや温度応力のよるひび割れについては、根本的解決には至っていない。その要因の一つに人為的管理が伴う施工というが関与しており、施工業者のコンクリート打設管理の良否があり、その人為的の係わりを解決する適切なコンクリート混和剤が求められていると言っても過言でない。
【０００４】
近年、全く異なる分野ではあるが、特許文献１には、食品や化粧料の粘性特性の改善等の目的で使用されてきたキタンサンガムを初めとする他糖体に対し、高いアルカリ性条件でも特異な粘性特性を有する多糖体及びその製造方法が提案され、市場にその他糖体が提供されるに至り、本発明者等はその技術に着目した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０５７２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のようにコンクリートが有するひび割れの問題、及び該ひび割れによるコンクリート構造物の劣化の問題は宿命的な課題であり、現在でも有効な対策が採られていないという実情があった。
【０００７】
そこで、本発明は、セメント系水硬物の代表であるコンクリート、モルタルが打設された以降に自然環境にさらされて生じる乾燥収縮あるいは自己収縮によって発生するひび割れを防止でき、さらにはひび割れ後のひび割れを修復する自己修復性を有するセメント系水和混合物の製造法、セメント系水和混合物、及びセメント系硬化物を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記に鑑み提案されたもので、セメント混合物が形成する高いアルカリ条件で粘度が高まり、ゲル状態になるシュードモナス属細菌を培養した培養物から採取される多糖体（以下、単に本多糖体という）を、セメント練り混ぜ時に混合することを特徴とするセメント系水和混合物の製造法に関するものである。
【０００９】
また、本発明は、前記製造法によって得られるセメント系水和混合物であって、シュードモナス属細菌を培養した培養物から採取される多糖体をセメント練り混ぜ時に混合することによって粘度が高まりゲル化を促進させることができること特徴とするセメント系水和混合物をも提案する。
【００１０】
さらに、本発明は、前記製造法によって得られるセメント系水和混合物を硬化させたものであることを特徴とするセメント系硬化物をも提案する。
【００１１】
詳しく説明すると、コンクリートやモルタルは混練時にセメントの水和反応で生じる遊離石灰（Ca(OH)2）で強アルカリ条件となるが、この水和混合物はそのままではペースト状、低粘性を示す。そこで、本発明では、セメント練り混ぜ時にシュードモナス属細菌を培養した培養物から採取される多糖体を混合することにより、この多糖体がアルカリ条件でゲル化すると共に混練りによる力で微細状態となってコンクリートやモルタルの中に分散し、系全体の水分保持力を高めることを特徴にしている。
要するに本発明に用いたシュードモナス属細菌を培養した培養物から採取される多糖体は、ｐＨが中性や弱酸性領域ではペースト状、あるいは低粘性を示すが、アルカリ条件が増すと高粘性やゲル化の状態になるという特性を有するため、系全体の水分保持力（保水性）を高め、脱型後の乾燥収縮や自己収縮を低減することができる。
【００１２】
なお、多糖類としては、水溶性の天然多糖類であるキタンサンガムやＤ−フルクトフラノース残基のみからなるホモ多糖でありレバンなどが知られているが、これらの多糖類は通常からゲル化していて、混合しても良く混ざらない。
また、他の多糖類としては、コンクリートやモルタルに、アグロバクテリウム又はアルカリゲネスの培養液から得られるβ１，３グルカンであるカードランを添加して打設時の流動性を高める工法が既に開発されているが、この場合はカードランが疎水性となってコンクリートやモルタルの安息角を減少させるボールベアリング効果によって系全体の流動性が高まっている。
さらに、水中打設向けに材料分離を避ける目的で、メチルセルロース系の増粘剤が用いられる方法も知られているが、この場合は単なる混練り水の粘性を高める効果しかない。同様な狙いで吸水ゲルを添加する試みもされているが、吸水ゲルそのものの粒径に左右され、コンクリートやモルタル全体に分散させる技術が課題である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のセメント系水和混合物の製造法は、高アルカリ条件下でゲル化するシュードモナス属細菌を培養した培養物から採取される多糖体を添加し、コンクリートやモルタル内で均一に分散させることによって系全体の水分保持力（保水性）を高め、脱型後の乾燥収縮や自己収縮を低減することができる工法である。
そして、この製造法にて得られるセメント系水和混合物、及びそれを硬化させたセメント系硬化物は、従来にない優れた性状、特性を備え、土木、建築を代表とする分野に多大な貢献を果たすことが期待される。
また、本発明では、前記多糖体をセメント練り混ぜ時に混合するという極めて簡易な操作を追加（実施）することにより、前述の極めて有効な効果を奏するものであり、本多糖体を除く他の材料についてはそのまま用いることができ、極めて実用的価値が高いものである。
【００１４】
また、本発明のセメント系水和混合物、及びセメント系硬化物は、前記多糖体が高い保水性を備えているため、仮にひび割れが生じても、残存するセメント未水和鉱物と反応する水分を供給することやひび割れから浸透する雨水などの水分を吸水することでひび割れの自己修復作用が期待される。  
しかも上述の効果があれば、年間１億ｍ3も打設されているコンクリートの標準混和剤に採用されることが期待される。また、従来、コンクリート２次製品メーカは製品の出荷工程の関係から水和反応を高める為に蒸気養生などがされているが、水和が未熟な為にひび割れが製品歩留まりを低下させる要因となっている。コンクリート２次製品は年間１５００万ｍ3（全体の約１５％）製造されており、本発明にてひび割れが低減されれば、製品品質が向上し、コンクリート廃棄物が著しく減少する。
さらに、コンクリートのひび割れはわが国だけの問題ではなく、世界的課題でもある。そのため、本発明の製造法が実証されれば、世界的にて極めて膨大な構造物に利用でき、しかもそのコンクリート構造物がひび割れが低減できることで長持ちすることから、社会基盤整備に画期的成果として注目を集めることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例におけるセメントと細骨材、水、流動化剤等を含む配合に本多糖体を混合したセメント系水和物の自己収縮ひずみと混練後の硬化材齢との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明のセメント系水和混合物の製造法は、前述のようにセメント混合物が形成する高いアルカリ条件で粘度が高まり、ゲル状態になるシュードモナス属細菌を培養した培養物から採取される多糖体を、セメント練り混ぜ時に混合することを特徴とする。
このアルカリ条件で粘度が高まり、ゲル状態になるシュードモナス属細菌を培養した培養物から採取される多糖体を、以下の説明では、単に「本多糖体」と記すが、この本多糖体は、前記特許文献１にて提案された多糖体であり、既にダイソー株式会社等にて製造販売され、容易に入手することができる。
【００１７】
本発明のセメント系水和混合物の製造法では、前述のように本多糖体をセメント練り混ぜ時に混合するという極めて簡易な操作を追加（実施）することにより、系全体の水分保持力（＝保水性）を高め、脱型後の乾燥収縮や自己収縮を低減するという極めて有効な効果を奏するものであり、この製造法にて得られるセメント系水和混合物、及びそれを硬化させたセメント系硬化物は、従来にない優れた性状、特性を備え、土木、建築を代表とする分野に多大な貢献を果たすものである。
また、本多糖体を除く他の材料（セメント、水、細骨材、粗骨材、その他のフライアッシュ等の混和材など）についてはそのまま用いることができ、極めて実用的価値が高いものである。
【００１８】
より詳しくは、前述のように本多糖体はアルカリ条件で粘度が高まり、ゲル状態になる特性を有するため、セメント練り混ぜ時にこの本多糖体を混合して練り混ぜ機械で混合すると、セメントから溶出するアルカリによって本多糖体の粘度が高まり、混合課程で細かく細断され、微細な多糖体のゲルがセメント混合物の中に分散する。
また、本多糖体は高い保水性を有するため、この多糖体を含むセメント系水和混合物が硬化した後、本多糖体から硬化後の未水和セメントに水分を供給し、未水和セメントの水和を促進することができる。
また、本多糖体は高い保水性を有するため、この多糖体を含むセメント系水和混合物が硬化した後、乾燥等による水分の蒸散を抑制し、乾燥収縮を防止することが可能である。
また、本多糖体を含むセメント系水和混合物にひび割れが生じた場合、本多糖類の保持する水分によってひび割れにあるセメント未水和生物と水分が反応して新たなセメント水和鉱物が形成することが可能である。
また、本多糖体は１００％天然物であり、役目の終わったセメント水和混合物が解体された場合も生物分解性があり、無機化される。
【実施例】
【００１９】
［実施例］
〈本多糖体の特性（粘性変化）〉
前記特許文献１（特許第３０５７２２１号公報）によるシュードモナス属細菌を培養した培養物から採取される多糖体（以下、本多糖体という）の培養液の状態、並びに酸又はアルカリを添加してｐＨを変化した状態における粘性の関係を表１に示す。
【表１】
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培養液状態からｐＨ４にすると本多糖体は粘性が低くなり、この液状態でセメント系水和物を混練製造すると良く混合されて混合物全体に行きわたり、セメントが水和反応を始めると粘性は基に戻ってゲル化する。よって、水和物及び硬化物全体の本多糖体添加による水分保持力が高まる。
【００２０】
〈セメント系水和物の自己収縮ひずみ〉
表２に示す配合のセメント系水和物において、その自己収縮ひずみと混練後の硬化材齢との関係を調べ、その結果を図１に示した。
なお、実施例は前記本多糖体を添加した配合であり、比較例Ａは基本配合（無添加）であり、比較例Ｂは通常紙おむつなどに使われている吸水剤（高吸水性ポリマー）を添加した配合である。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
〈結果及び考察〉
図１に示すように、セメントと細骨材、水、流動化剤等を含む配合に本多糖体を混合したセメント系水和物は、無添加である比較例Ａ及び吸水剤ＳＡＰを配合した比較例Ｂに比べて自己収縮ひずみが材齢４０日まで発生していない。
また、比較例Ａ（無添加）に見られるように、通常は硬化後にすぐ自己収縮ひずみが発生するが、本多糖体を添加した実施例は自己収縮ひずみが減少する傾向となり、自己収縮によるひび割れの危険を低減している効果が確認された。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年12月11日(2012.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明のセメント系水和混合物の製造法は、前述のようにセメント混合物が形成する高いアルカリ条件で粘度が高まり、ゲル状態になるシュードモナス属細菌を培養した培養物から採取される多糖体を、セメント練り混ぜ時に混合することを特徴とする。
このアルカリ条件で粘度が高まり、ゲル状態になるシュードモナス属細菌を培養した培養物から採取される多糖体を、以下の説明では、単に「本多糖体」と記すが、この本多糖体は、前記特許文献１にて提案された多糖体であり、既に製造販売され、容易に入手することができる。