(57)【要約】【課題】  コンクリート中に酸化チタンを均一に添加することによって、ＮＯｘ分解性能が安定的に発揮されるとともに、従来よりも安価に製造することのできる、酸化チタンが添加されているコンクリートの製造技術を提供する。【解決手段】  酸化チタンと水とコンクリート用化学混和剤とを混合してなる酸化チタンスラリー。前記コンクリート用化学混和剤は、コンクリート用減水剤であることを特徴とする酸化チタンスラリー。前記酸化チタンは、アパタイトで被覆されている酸化チタンの微粒子であることを特徴とする酸化チタンスラリー。これらの酸化チタンスラリーを未硬化のコンクリート中に添加することを特徴とする、酸化チタンが添加されているコンクリートの製造方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化チタンと水とコンクリート用化学混和剤とを混合してなる酸化チタンスラリー。
【請求項２】
コンクリート用化学混和剤は、コンクリート用減水剤であることを特徴とする請求項１に記載の酸化チタンスラリー。
【請求項３】
酸化チタンは、アパタイトで被覆されている酸化チタンの微粒子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の酸化チタンスラリー。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の酸化チタンスラリーを未硬化のコンクリート中に添加することを特徴とする、酸化チタンが添加されているコンクリートの製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の酸化チタンスラリーを練混ぜ水に添加することを特徴とする、酸化チタンが添加されているコンクリートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒物質の一種である酸化チタンが添加されているコンクリートの製造技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光触媒物質である酸化チタンを舗装用ブロックに保持させることによって、自動車から排出される排気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を分解する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、セメント、光触媒用酸化チタン粉末及び砂からなる混練物をコンクリート基材と組み合わせて舗装用ブロックとすることにより、酸化チタンの触媒性能を損なわずに効率よくＮＯｘを除去する技術が開示されている。特許文献２には、セメントをバインダとして粒子径の大きな骨材同士を接合し、該骨材間の空隙が連通孔により表面まで開口したコンクリートブロックを形成するとともに、前記コンクリートブロックの表層付近の骨材間に形成された空隙に光触媒として機能するＮＯｘ除去用の酸化チタンを保持させる技術が開示されている。特許文献３には、コンクリートの混練時に酸化チタンの粉末を添加することによって、コンクリート中に酸化チタンの粉末を添加する技術が開示されている。
また、関連する技術として、特許文献４には、酸化チタンで被覆されているアパタイトの製造に関する技術が開示されている。特許文献５には、ヒドロキシアパタイトで被覆されている酸化チタンを、酸化チタン、界面活性剤等を含有するスラリーを乾燥させて製造する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２６８５０９号公報
【特許文献２】特開２００１−９０００４号公報
【特許文献３】特開平１０−１１４５５８号公報
【特許文献４】特開２００１−２７０７０９号公報
【特許文献５】特開平１１−２６７５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光触媒物質である酸化チタンをコンクリートに保持させるためには、上述したように、コンクリートブロックの表面に酸化チタンのスラリーを吹き付ける、あるいは、未硬化のコンクリート中に酸化チタンを直接添加するなどの方法をとることができる。このうち、後者の方法を用いた場合には、コンクリートマトリックス中に酸化チタンの粉末を分散させることができるので、コンクリートブロックの表面部が摩滅した場合であっても、酸化チタンが露出した表面が新しく現れるので触媒機能が低下しないという利点を得ることができる。
しかしながら、酸化チタンの粉末は水中で凝集することが知られており（酸化チタンの微粒子が電荷によって引き合うためである）、未硬化のコンクリート中に均一に分散させることが極めて困難である。酸化チタンの粉末がコンクリート中に均一に分散しない場合には、コンクリートブロックの表面に露出する酸化チタンの量が一定とならず、安定したＮＯｘ分解性能が得られないだけでなく、コンクリートの組織内部における物理的強度が一定にならなくなるおそれがある。また、要求されるＮＯｘ分解性能を有するコンクリートを製造するために、コンクリートに添加する酸化チタンの量が多くなってしまう（均一に分散していないので、酸化チタンを多めに添加する必要があるためである）。この場合、酸化チタンは高価な材料であるので、コンクリートの製造コストが高くなるという経済上の問題も生ずることとなる。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、コンクリート中に酸化チタンを均一に添加することによって、ＮＯｘ分解性能が安定的に発揮されるとともに、従来よりも安価に製造することのできる、酸化チタンが添加されているコンクリートの製造技術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】
【０００６】
上記課題を解決するために、以下の（１）〜（５）に記載した発明が構成される。
（１）酸化チタンと水とコンクリート用化学混和剤とを混合してなる酸化チタンスラリー。
（２）コンクリート用化学混和剤は、コンクリート用減水剤であることを特徴とする上記（１）に記載の酸化チタンスラリー。
（３）酸化チタンは、アパタイトで被覆されている酸化チタンの微粒子であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の酸化チタンスラリー。
（４）上記（１）から（３）のうちいずれか１項に記載の酸化チタンスラリーを未硬化のコンクリート中に添加することを特徴とする、酸化チタンが添加されているコンクリートの製造方法。
（５）上記（１）から（３）のうちいずれか１項に記載の酸化チタンスラリーを練混ぜ水に添加することを特徴とする、酸化チタンが添加されているコンクリートの製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、コンクリート中に酸化チタンを均一に添加することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の酸化チタンスラリーは、光触媒物質の一種である酸化チタンと水とコンクリート用化学混和剤とを混合してなるものである。本発明にいう酸化チタンとは、チタンの酸化物のことであるが、主として二酸化チタン（ＴｉＯ２）のことである。したがって、本明細書中の酸化チタンは、すべて二酸化チタンに置き換えて説明することも可能である。
本発明にいう光触媒物質とは、光が照射されることによって光触媒反応を誘起し得る物質である。この光触媒物質に光が照射されると、その表面から電子が飛び出して内部に正孔が形成されるとともに、この正孔によって水中にあるＯＨ−イオンがＯＨラジカルに変化する。そして、このＯＨラジカルが持つ強力な酸化力によって、大気中のＮＯｘやＳＯｘ、ホルムアルデヒドなどの有害物質を分解できることが知られている。光触媒物質は、大気中の有害物質の浄化以外にも、脱臭、浄水、抗菌、防汚などの様々な用途に用いられている。
【０００９】
本発明において、酸化チタンスラリーの原料として用いられる酸化チタンは、従来公知の方法によって得られる酸化チタンであればよく、酸化チタンの由来や製造方法は特に限定しない。酸化チタンは、ルチル型、アナターゼ型のどちらでも用いることができるが、触媒としての活性が高いアナターゼ型がより好ましい。酸化チタンは粉末状であることが好ましく、酸化チタン微粒子の粒径が０．０１μｍ〜１０μｍの範囲であるものが特に好ましい。本発明に用いられる酸化チタンは、その他の物質と混合したもの、例えば、他の光触媒物質や金属酸化物、鉱物等と混合したものであってもよい。
【００１０】
本発明に用いられるコンクリート用化学混和剤とは、コンクリートの物理的特性の改質用に添加される界面活性剤の一種であり、公的な定義としては、日本工業規格JIS A 6240等に規定されるものである。このコンクリート用化学混和剤には、減水剤、ＡＥ剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤などが含まれる。以下、これらについて順に説明する。
【００１１】
減水剤とは、水中におけるコンクリート粒子の分散性・懸濁性を向上させるために添加される界面活性剤の一種である。この減水剤は、分散剤、乳化剤、あるいは可溶化剤などと呼ばれることもある。本発明において、コンクリートに添加される減水剤としては、アニオン系あるいはノニオン系の界面活性剤を使用することができる。アニオン系では、カルボン酸系、硫酸エステル系、スルホン酸系、リン酸エステル系などの界面活性剤を使用することができる。ノニオン系では、ポリアルキレングリコール系、多価アルコール系などの界面活性剤を使用することができる。また、これらの界面活性剤を二種以上組み合わせて使用することもできる。本発明において用いられる減水剤としては、ポリカルボン酸又はその塩、ナフタリンスルホン酸ホルマリン縮合物又はその塩、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物又はその塩、リグニンスルホン酸又はその塩、オキシカルボン酸又はその塩などが特に好ましい。
【００１２】
コンクリートに水とともに減水剤を加えることによって、コンクリートに要求される所定のスランプを得るのに必要な単位水量を減少させることができる。すなわち、水とコンクリートを混合すると、コンクリート粒子（セメント粒子）が電荷を帯びているために水中で凝集して塊（フロック）を形成するのであるが、ここに減水剤が加えられることによって、この減水剤がコンクリート粒子と水との界面に入り込み、コンクリート粒子間に電気的な反発力が生じて水中における分散性や懸濁性を向上させることができる。
【００１３】
ＡＥ剤とは、コンクリート中に多数の微小な気泡を一様に分布させ、コンクリートのワーカビリティー及び耐凍害性を向上させるために使用される化学混和剤のことである。このＡＥ剤としては、例えば、樹脂酸系、アルキルベンゼンスルホン酸系、高級アルコール硫酸エステル塩系などの陰イオン系の界面活性剤が使用される。ＡＥ剤がコンクリート中に添加されると、ＡＥ剤がコンクリート粒子と水、または気泡と水の界面に吸着・配向して、コンクリート中に微細な気泡を形成することができる。
【００１４】
ＡＥ減水剤とは、減水剤とＡＥ剤の両方の使用効果を兼ね備えた化学混和剤のことである。このＡＥ減水剤としては、リグニン系、オキシカルボン酸系などの界面活性剤を使用することができる。このＡＥ減水剤がコンクリート中に添加されることによって、コンクリート中に微細な気泡を形成しつつ、コンクリート粒子の分散作用によって単位水量を低減し、コンクリートのワーカビリティーの改善が図られるとともに、耐凍害性などの硬化コンクリートの諸物性を向上させることができる。
【００１５】
高性能ＡＥ減水剤とは、ＡＥ減水剤よりも高い減水性能及び良好なスランプ保持性能を持つ化学混和剤のことである。この高性能ＡＥ減水剤は、ポリカルボン酸系、ナフタリン系、メラミン系、アミノスルホン酸系などに分類できることが知られているが、いずれを使用することもできる。
【００１６】
本発明の酸化チタンスラリーは、酸化チタン（好ましくは酸化チタン粉末）、水、及びコンクリート用化学混和剤を混合して製造することができる。これら３つの成分はどの順番で混合してもよいが、水とコンクリート用化学混和剤とを混合した後に、酸化チタン（粉末）をその中に加える順番がより好ましい。混合方法は特に制限するものではなく、例えば、３つの成分を同一の容器内でミキサーによって混合することができる。
【００１７】
酸化チタンは水中で凝縮して塊（フロック）状になり易いことが知られている。これは、酸化チタン粒子が電荷を帯びており、粒子同士が電荷によって引き合うためであると考えられている。このような凝集現象は、酸化チタンの粒径がより小さくなるほどに顕著である。にもかかわらず、本発明における酸化チタンスラリーによれば、スラリー中において酸化チタンの微粒子が凝集してフロック状にならないことが実験的に確認されている。これは、コンクリート用化学混和剤が、スラリー中に酸化チタンを親和・分散させるための分散剤として機能しているためであると考えられる。つまり、コンクリートの諸性質を改善するために使用されるコンクリート用化学混和剤を、酸化チタン粉末をスラリー中に分散させるための分散剤として兼用できるという新たな発見がここで利用されている。なお、スラリー中に酸化チタン粉末をより均一に分散させるためには、添加するコンクリート用化学混和剤として、コンクリート用減水剤を選択することが特に好ましい。前述したように、酸化チタン粉末、水、及びコンクリート用化学混和剤の３つの成分はどの順番で混合してもよいが、水とコンクリート用化学混和剤とを混合した後に、酸化チタン粉末をその中に加えることによって、酸化チタン粉末をスラリー中により均一に分散させることができる。
【００１８】
酸化チタンスラリー全体における酸化チタンの含有量は、混合されているコンクリート用化学混和剤の種類や量によって若干上下するが、この酸化チタンスラリーの計量精度や投入設備類への付着性などを考慮すると、７０重量％以下であることが好ましく、より好ましくは５０重量％以下である。
【００１９】
本発明の酸化チタンスラリーに混合される酸化チタンとしては、アパタイト被覆型の酸化チタンの微粒子が使用されるのが特に好ましい。酸化チタンの表面に光触媒活性を持たないアパタイトが被覆されていることによって、酸化チタンとコンクリート用化学混和剤との直接的な接触を防止できる。これにより、有機化合物を主成分とするコンクリート用化学混和剤が、酸化チタンと接触して光触媒反応により分解することを防止できる。このため、コンクリート用化学混和剤が本来持つ各種の改質機能（コンクリートのワーカビリティ向上機能、耐凍害性向上機能等）が十分に発揮されるという利点が得られる。
また、コンクリート中にアパタイト被覆型の酸化チタンが添加されることによって、窒素化合物（ＮＯｘ）などの窒素を含む化合物を効率よく吸着することができるために、大気中のＮＯｘを効率的に分解できるという利点が得られる。
【００２０】
アパタイト被覆型の酸化チタンは、その製造方法や形態については特に制限するものではない。アパタイト被覆型の酸化チタンとしては、例えば、金平糖型酸化チタン複合微粒子光触媒を使用することができる。あるいは、特開平１１−２６７５１９号公報に開示されている方法等により製造されたアパタイト被覆型酸化チタン等を使用することができる。
【００２１】
また、本発明には、アパタイト被覆型の酸化チタン以外にも、セラミックス複合型の酸化チタン等を使用することができる。セラミックス複合型の酸化チタンとしては、例えば、シリカと複合化されているマスクメロン型酸化チタン複合微粒子光触媒などを使用することができる。
【００２２】
本発明の酸化チタンスラリーを未硬化のコンクリート中に添加することによって、コンクリートマトリックス中に酸化チタンの微粒子を速やかにかつ均一に分散させることができる。なお、本発明にいう「未硬化」のコンクリートとは、水が加えられて練り混ぜられた後の流動状のコンクリート、および、練り混ぜ水が加えられる前の粉体状のコンクリート、の双方を含む概念である。
【００２３】
上述のような効果が得られる理由については、必ずしも完全には明らかではないが、次のように推察される。すなわち、本発明の酸化チタンスラリー中には、コンクリート用化学混和剤が含まれているので、酸化チタンの微粒子が均一に分散している。それとともに、本発明の酸化チタンスラリー中にはコンクリート用化学混和剤が含まれており、未硬化のコンクリートに対する親和性が極めて大である。つまり、酸化チタンの微粒子を予めスラリー中に分散させてから未硬化のコンクリート中に添加することによって、未硬化のコンクリートに対する酸化チタンの親和性・分散性が飛躍的に向上しているものと考えられる。なお、このような推察は、本発明の範囲を何ら制限するものではない。
【００２４】
本発明の酸化チタンスラリーによれば、未硬化のコンクリートに対する酸化チタンの分散性を飛躍的に向上させることができる。このような効果は、酸化チタン、水、及びコンクリート用化学混和剤とを予め混合してスラリーを調製してから、この調製したスラリーを未硬化のコンクリートに加えることによって、初めて得られる効果である。他の順番で混合した場合、このような効果は得られない。例えば、未硬化のコンクリートに対して、酸化チタン、コンクリート用化学混和剤、及び水をそれぞれ単独で投入した場合には、このような効果は得られない。未硬化のコンクリートに対して、コンクリート用化学混和剤を加えてから、酸化チタン及び水を加えた場合であっても、このような効果は得られない。未硬化のコンクリートに対して、酸化チタンを加えてから、コンクリート用化学混和剤及び水を加えた場合であっても、このような効果は得られない。
【００２５】
また、別の混合方法として、本発明の酸化チタンスラリーをコンクリート用の練り混ぜ水に添加してから、この練り混ぜ水をコンクリート中に添加する方法を採用することもできる。この方法によれば、本発明の酸化チタンスラリーをコンクリートに加える工程と、コンクリートに練り混ぜ水を加えて当該コンクリートを練り混ぜる工程と、を同時に実施することができる。これにより、酸化チタンが添加されているコンクリートの製造工程を短縮化することができる。
【００２６】
本発明の酸化チタンスラリーを加えることによって製造されたコンクリートによれば、コンクリートの表面に露出する酸化チタンの量が一定となるために、安定したＮＯｘ分解性能を発揮させることができる。また、コンクリート中に均一に酸化チタンが分散しているので、コンクリートの組織内部における物理的強度を均一に保つことが可能となる。また、要求されるＮＯｘ分解性能を満たすために酸化チタンを多めに加える必要がなくなるために、コンクリートに加える酸化チタンの量を少なくすることが可能となる。このようにして得られたコンクリートは、ＮＯｘ分解機能だけでなく、除菌、防汚、浄水、脱臭、セルフクリーニングなど、様々な機能を発揮し得る。本発明により得られた酸化チタンが添加されているコンクリートは、舗装用ブロック、透水性ブロック、建物の外壁材、庭石、プール、床材等、様々な用途に利用することが可能である。
【実施例】
【００２７】
アパタイトによって被覆されていない酸化チタンと、アパタイトによって被覆されている酸化チタンの２種類によって、本発明の酸化チタンスラリーを調製した。これらの酸化チタンスラリーを調製するために、まず、ビーカーの内部に酸化チタンの粉末と水を加えた後に、この混合液に対してポリカルボン酸系のコンクリート用減水剤を添加した。酸化チタンスラリーに対する酸化チタン粉末の含有量は３０重量％であり、酸化チタンに対するコンクリート用減水剤の含有量は２重量％となるように調製した。
【００２８】
ビーカーの内部に酸化チタン粉末と水を加えてから、実験用のスターラーを用いてこれらを撹拌した後に、ＢＨ型回転粘度計（50ｒｐｍ，スピンドル＃2）を用いて混合液の粘度を測定した。次に、酸化チタンと水の混合液に対してコンクリート用減水剤を加えてから、実験用のスターラーを用いてこれらを撹拌した後に、ＢＨ型回転粘度計（50ｒｐｍ，スピンドル＃2）を用いて酸化チタンスラリーの粘度を測定した。測定結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１に示すように、コンクリート用減水剤を添加した後では、コンクリート用減水剤を添加する前よりも、酸化チタンを含有するスラリーの粘度が格段に低下すること判明した（粘度が約１／１０〜１／７に低下）。
つまり、水に対して酸化チタン及びコンクリート用減水剤を加えることによって、水に対する酸化チタンの親和性・分散性が格段に向上することが判明した。また、実験者の目視によっても、酸化チタンがスラリー中に均一に分散していることが確認されるとともに、酸化チタンの塊（フロック）等は全く発見されなかった。