(57)【要約】【課題】通常エージング処理や促進エージング処理を行なわなくても、ＣａＯやＭｇＯ等の膨張性鉱物を含有する鉄鋼スラグのような路盤材の膨張を長時間に亘って実用上充分に抑えることができる膨張抑制剤を提供する。【解決手段】膨張性鉱物を含有する路盤材の膨張抑制剤として、水不溶性の高吸水性樹脂を用いた。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張性鉱物を含有する路盤材の膨張抑制剤であって、水不溶性の高吸水性樹脂から成ることを特徴とする膨張抑制剤。
【請求項２】
高吸水性樹脂が、全構成単位中に下記の化１で示される構成単位Ａと下記の化２で示される構成単位Ｂとを合計で５０モル％以上有するアクリル酸系架橋重合体である請求項１記載の膨張抑制剤。
【化１】
2018003529.tif 000007
【化２】
2018003529.tif 000008
（化２において、
Ｍ：アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム又は有機アミン）
【請求項３】
アクリル酸系架橋重合体が、全構成単位中に構成単位Ａと構成単位Ｂとを合計で６０モル％以上有し、且つ構成単位Ａ／構成単位Ｂ＝８５／１５〜５／９５（モル比）の割合で有するものである請求項２記載の膨張抑制剤。
【請求項４】
高吸水性樹脂が、粒子径２０００μｍ以下のものである請求項１〜３のいずれか一つの項記載の膨張抑制剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張性鉱物を含有する路盤材の膨張抑制剤に関する。道路や駐車場等に用いられる路盤材には、天然砕石のほかに、鉄鋼スラグや再生材料等がある。これらの路盤材にＣａＯやＭｇＯ等の膨張性鉱物が含まれると、それらが水分と反応してＣａＯ水和物やＭｇＯ水和物を形成する。これらの水和物は元の鉱物に比べて単位物質量あたりの体積が大きいため、体積膨張し、路盤等の隆起や破壊を引き起こし、更には舗装に隣接した構造物等を破壊することがある。本発明は、ＣａＯやＭｇＯ等の膨張性鉱物を含有する例えば鉄鋼スラグのような路盤材の膨張を実用上充分に抑えることができる膨張抑制剤に関する。尚、本発明において、路盤材には、未舗装道路や未舗装の駐車場、広場、資材置き場などの整地等に使用される土工用材も含まれる。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄鋼スラグを路盤材として用いる場合、鉄鋼スラグに含まれる膨張性鉱物の水和反応を進行させる通常エージング処理や、温水又は蒸気による促進エージング処理が行なわれている。しかし、かかる通常エージング処理や促進エージング処理では実際のところ、かかる処理を行なった鉄鋼スラグを路盤材として用いたときに、路盤材の膨張を充分に抑えることができない場合が生じるという問題がある。
【０００３】
前記のような問題は、ＣａＯの水和反応は速いが、ＭｇＯの水和反応は遅いことに起因することが指摘され（例えば、非特許文献１参照）、またＣａＯは水中２０℃において３日で水和率が１００％に到達するが、ＭｇＯは水中２０℃において１８０日で水和率が５７％に留まり、ＭｇＯの水和速度はＣａＯの１／１００程度と非常に遅いことに起因することが指摘されている（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｊｕｒｇｅｎ  Ｇｅｉｓｅｌｅｒ，Ｒｕｔｈ  Ｓｃｈｌｏｓｓｅｒ，Ｒｕｄｉｇｅｒ  Ｓｃｈｅｅｌ，Ｋｌａｕｓ  Ｋｏｃｈ  ａｎｄ  Ｄｉｅｔｅｒ  Ｊａｎｋｅ：Ｓｔｅｅｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ５８（１９８７），ｐ．２１０
【非特許文献２】ＧＡＯ  Ｐｅｉｗｅｉ， ＬＵ  Ｘｉａｏｌｉｎ， ＧＥＮＧ  Ｆｅｉ， ＬＩ  Ｘｉａｏｙａｎ， ＨＯＵ  Ｊｉｅ，ＬＩＮ  Ｈｕｉ，ＳＨＩ  Ｎａｎｎａｎ．Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ＭｇＯ−ｔｙｐｅ  ｅｘｐａｎｓｉｖｅ  ａｇｅｎｔｉｎ  ｄａｍ  ｃｏｎｃｒｅｔｅ  ｂｙ  ｕｓｅ  ｏｆ  ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ｂｙ−ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｂｕｉｌｄ  Ｅｎｖｉｒｏｎ，Ｖｏｌ．４３  Ｎｏ．４  Ｐａｇｅ．４５３−４５７ （２００８．０４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、通常エージング処理や促進エージング処理を行なわなくても、ＣａＯやＭｇＯ等の膨張性鉱物を含有する鉄鋼スラグのような路盤材の膨張を長時間に亘って実用上充分に抑えることができる膨張抑制剤を提供する処にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、前記の課題を解決するべく研究した結果、ＣａＯやＭｇＯ等の膨張性鉱物を含有する鉄鋼スラグのような路盤材に用いる膨張抑制剤として、水不溶性の高吸水性樹脂が正しく好適であることを見出した。
【０００７】
すなわち本発明は、膨張性鉱物を含有する路盤材用の膨張抑制剤であって、水不溶性の高吸水性樹脂から成ることを特徴とする膨張性抑制剤に係る。
【０００８】
本発明において、膨張抑制剤として用いる水不溶性の高吸水性樹脂は、一般的に紙おむつや生理用品等の衛生材料に使用され、また土壌保水剤や保冷剤等の非衛生材料にも使用されているもので、水にはほとんど不溶であり、水を高度に吸水して膨潤し、一度吸水すると僅かな圧力をかけても離水しにくい特性を持っている架橋構造の樹脂である。かかる水不溶性の高吸水性樹脂を路盤材の膨張抑制剤として用いた場合、路盤材中の膨張性鉱物であるＣａＯやＭｇＯが水和物となって膨張すると、周辺の高吸水性樹脂が圧搾されて離水し、収縮するので、路盤材全体としては体積膨張せず、また高吸水性樹脂の吸水によってＣａＯやＭｇＯの水和反応水が少なくなるので、水和膨張それ自体が減少する。
【０００９】
膨張抑制剤として使用できる水不溶性の高吸水性樹脂としては、ポリアクリル酸（塩）系、ポリスルホン酸（塩）系、無水マレイン酸（塩）系、ポリアクリルアミド系、ポリビニルアルコール系、ポリエチレンオキシド系、ポリアスパラギン酸（塩）系、ポリグルタミン酸（塩）系、ポリアルギン酸（塩）系、デンプン系、セルロース系等のものが挙げられる。尚、ここでいうところの系とは、それらを主成分としていることを表しでおり、単一の構成単位や２種類以上の構成単位から構成されていてもよく、製造上の理由から、重合開始剤、内部架橋剤、連鎖移動剤、キレート剤、架橋抑制剤、界面活性剤等が含まれていてもよい。また製造方法は、水溶液重合、逆相乳化重合、逆相懸濁重合等のいずれの方法でもよい。
【００１０】
以上、膨張抑制剤として使用できる水不溶性の高吸水性樹脂を例示したが、なかでも水不溶性の高吸水性樹脂としては、全構成単位中に下記の化１で示される構成単位Ａと下記の化２で示される構成単位Ｂとを合計で５０モル％以上有する水不溶性で高吸水性のアクリル酸系架橋重合体が好ましい。
【００１１】
【化１】
2018003529.tif 000002
【００１２】
【化２】
2018003529.tif 000003
【００１３】
化２において、
Ｍ：アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム又は有機アミン
【００１４】
構成単位Ａを形成することとなる単量体はアクリル酸である。構成単位Ｂを形成することとなる単量体としては、１）アクリル酸ナトリウム、アクリル酸カリウム、アクリル酸リチウム等のアクリル酸アルカリ金属塩、２）アクリル酸カルシウム、アクリル酸マグネシウム等のアクリル酸アルカリ土類金属塩、３）アクリル酸のアンモニウム塩、４）アクリル酸トリエタノールアミン、アクリル酸ジエタノールアミン等のアクリル酸有機アミン塩が挙げられる。構成単位Ｂには、単量体としてアクリル酸を用いて重合した後、アルカリ金属、アルカリ土類金属又は有機アミンで中和して得られるアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、有機アミン塩が含まれる。なかでも構成単位Ｂの塩としては、アルカリ金属塩が好ましく、ナトリウム塩がより好ましい。
【００１５】
前記の水不溶性で高吸水性のアクリル酸系架橋重合体は、構成単位Ａ及び構成単位Ｂ以外に、他の構成単位を有することができる。かかる他の構成単位を形成することとなる単量体としては、１）メタクリル酸、メタクリル酸の塩、クロトン酸、クロトン酸の塩、イタコン酸、イタコン酸の塩、マレイン酸、マレイン酸の塩、無水マレイン酸、フマル酸、フマル酸の塩等のα ， β − 不飽和カルボン酸又はその塩、２）アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、酢酸ビニル等のビニル単量体等が挙げられるが、なかでもアクリルアミドが好ましい。
【００１６】
また前記の水不溶性で高吸水性のアクリル酸系架橋重合体において、架橋構造部分の構成単位を形成することとなる単量体としては、１）Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミド等のアミド系架橋性単量体、２）エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパンジ（メタ） アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート等のエステル系架橋性単量体、３）グリセリンジアリルエーテル、グリセリントリアリルエーテル、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、トリメチロールプロパントリアリルエーテル、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル等のエーテル系架橋性単量体、４）エチレングリコールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル等の多価グリシジル化合物系架橋性単量体等が挙げられる。
【００１７】
前記の水不溶性で高吸水性のアクリル酸系架橋重合体は、全構成単位中に構成単位Ａと構成単位Ｂとを合計で５０モル％以上有するものであるが、なかでも構成単位Ａと構成単位Ｂとを合計で６０モル％以上有し、構成単位Ａ／構成単位Ｂ＝８５／１５〜５／９５（モル比）の割合で有するものが好ましく、構成単位Ａと構成単位Ｂとを合計で９０モル％以上有し、且つ構成単位Ａ／構成単位Ｂ＝７０／３０〜１０／９０（モル比）の割合で有するものがより好ましい。またかかるアクリル酸系架橋重合体としては、全構成単位中に、前記のような架橋性単量体から形成された架橋構造部分の構成単位を０．００１〜１モル％有するものが好ましく、０．０１〜０．５モル％有するものがより好ましい。
【００１８】
前記の水不溶性で高吸水性のアクリル酸系架橋重合体それ自体は、公知の方法で合成できる。これには例えば、特開平３−５６５１３号公報に記載の方法が挙げられる。より具体的には、ステンレス製圧力反応容器に、まずアクリル酸水溶液と水酸化ナトリウム水溶液とを加えてアクリル酸を部分中和し、次に架橋性単量体を加え、更に窒素雰囲気下に過硫酸塩及び促進剤を加えた後、加圧下に６０〜１１０℃の温度で重合反応を行うことにより合成できる。
【００１９】
本発明において、路盤材の膨張抑制剤として用いる水不溶性の高吸水性樹脂は、粒子径が１０〜２０００μｍであるものが好ましく、粒子径が１０〜１０００μｍであるものがより好ましい。またかかる水不溶性の高吸水性樹脂は、その吸水量が２０ｇ／ｇ以上のものが好ましく、３０〜７０ｇ／ｇのものがより好ましい。ここでの吸水量は、ＪＩＳ  Ｋ７２２３−１９９６に定義された方法にて、０．９質量％の食塩水を用いた場合の測定量である。
【００２０】
路盤材の膨張抑制剤として用いる水不溶性の高吸水性樹脂は、膨張性鉱物を含有する路盤材、例えば鉄鋼スラグの質量に対して１質量％以下となるように用いるのが好ましい。水不溶性の高吸水性樹脂は、単独で使用しても、あるいは必要に応じ２種類以上を併用しても構わない。また水不溶性の高吸水性樹脂の本来的機能を損なわない限り、水溶性アクリル酸（塩）系ポリマーやその塩、オキシカルボン酸やその塩、単糖類、多糖類、消泡剤、起泡剤、ポゾラン物質、水硬性物質等と併用しても構わない。水不溶性の高吸水性樹脂は、膨張性鉱物を含有する路盤材にそのまま添加しても、又は吸水させてから添加してもよく、双方を併用してもよい。膨張性鉱物を含有する路盤材は、予めこれに水不溶性の高吸水性樹脂を加えておいたものを路盤材として用いてもよいし、既に施工されている膨張性鉱物を含有する路盤材を取出し、これに高吸水性樹脂を加えた後に、再度路盤材として用いてもよい。以上説明したような水不溶性の高吸水性樹脂の市販品としては、三洋化成工業社製の共に商品名でサンフレッシュＧＴやアクアパールＤＳ、日本触媒社製の商品名でアクアリックＣＡ、住友精化社製の商品名でアクアキープＳＡ等が挙げられる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の膨張性鉱物を含有する路盤材の膨張抑制剤は、時間のかかる通常エージング処理や、コストのかかる促進エージング処理をわざわざ行なわなくても、膨張性鉱物を含有する鉄鋼スラグのような路盤材の膨張を長期間に亘って実用上充分に抑えることができるという効果がある。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の構成及び効果をより具体的にするため、実施例等を挙げるが、本発明がこれら実施例に限定されるものではない。尚、以下の実施例及び比較例において、部は質量部を、また％は質量％を意味する。
【００２３】
試験区分１（アクリル酸系架橋重合体等の合成）
・アクリル酸系架橋重合体（Ａ−１）の合成
ステンレス製圧力反応容器に、アクリル酸１１０．５ 部、水２３２部及び３０％濃度の水酸化ナトリウム水溶液１４３．２部をかき混ぜながら加えてアクリル酸を部分中和した。室温まで冷却した後、Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミド０．４部を加え、窒素でバブリングして混合した。更に１０％濃度の過硫酸ナトリウム水溶液０．３部及び１０％濃度のエリソルビン酸ナトリウム０．０１５部を加え、圧力３００ｋＰａ及び最高温度９０℃で６０分間、重合反応を行なった。反応系から生成物を分離し、細断して、１２０℃の熱風乾燥器中で乾燥した後、粉砕し、篩で分級して、水不溶性で粉末状のアクリル酸系架橋重合体（Ａ−１）を得た。
【００２４】
・アクリル酸系架橋重合体等（Ａ−２）〜（Ａ−５）の合成
アクリル酸系架橋重合体（Ａ−１）と同様にして、アクリル酸系架橋重合体等（Ａ−２）〜（Ａ−５）を得た。以上で合成した各アクリル酸系架橋重合体等の内容を表１にまとめて示した。
【００２５】
【表１】
2018003529.tif 000004
【００２６】
表１において、
（１）＋（２）：全構成単位中に占める化１で示される構成単位Ａと化２で示される構成単位Ｂとの合計割合（モル％）
（１）／（２）：化１で示される構成単位Ａ／化２で示される構成単位Ｂの比率（モル比）
吸水量（ｇ／ｇ）：ＪＩＳ  Ｋ  ７２２３−１９９６に定義された方法にて、０．９質量％の食塩水を用いた場合の測定量
Ｍ−１：メタクリル酸から形成された構成単位
Ｍ−２：アクリルアミドから形成された構成単位
Ｌ−１：Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミドから形成された構成単位
Ｌ−２：ジエチレングリコールジグリシジルエーテルから形成された構成単位
【００２７】
試験区分２（評価その１：１０日における水浸膨張比）
試験に供した路盤材としての鉄鋼スラグの組成はＣａＯが３６〜３９％、ＭｇＯが３．５〜５．７％で、クラッシャラン鉄鋼スラグのＣＳ−４０に粒度調整したもの。これをＪＩＳ  Ａ  ５０１５に従って８０℃で１０日間（８０℃での保持時間は１日６時間）における水浸膨張比を測定した。結果を表２にまとめて示した。各比較例及び実施例に供した鉄鋼スラグは下記の通りである。
比較例１：エージングを行なっていない鉄鋼スラグ。
比較例２：通常（大気）エージングを８ヶ月行なった鉄鋼スラグ。
比較例３：促進エージングである蒸気エージングを４８時間行なった鉄鋼スラグ。
実施例１：エージングを行なっていない鉄鋼スラグに、膨張抑制剤として試験区分１で合成したアクリル酸系架橋重合体等（Ａ−１）を０．０５％添加した。
実施例２〜８：膨張抑制剤の種類や添加量を表２記載のように変えて実施例１と同様に行なった。
【００２８】
【表２】
2018003529.tif 000005
【００２９】
表２において、
Ａ−１〜Ａ−５：試験区分１で合成したアクリル酸系架橋重合体等
Ｃ−１：セルロース系吸水性樹脂（日本製紙社製の商品名サンローズＳＬＤ−Ｆ１、カタログ値  平均粒子径５０〜６０μｍ、水不溶性、吸水量１７ｇ／ｇ）
【００３０】
表２の結果からも明らかなように、ＭｇＯの含有量が少ない鉄鋼スラグの場合でも、エージングを行なわなければ、水浸膨張比は２．５％に達するが、通常エージングや促進エージングを行なうことにより、ＪＩＳの基準を満足する水浸膨張比となることがわかる。また膨張抑制剤として水不溶性の高吸水性樹脂を用いる本発明によれば、わざわざエージングを行なわなくても、ＪＩＳの基準を満足する水浸膨張比となることがわかる。
【００３１】
試験区分３（評価その２：１０日と９０日における水浸膨張比）
試験に供した路盤材としての鉄鋼スラグの組成はＣａＯが４０〜４３％、ＭｇＯが１２〜１８％で、クラッシャラン鉄鋼スラグのＣＳ−４０に粒度調整したもの。これをＪＩＳＡ５０１５に従って８０℃で１日６時間保持の１０日間における水浸膨張比に加え、８０℃で９０日間連続保持したときの水浸膨張比を測定した。結果を表３にまとめて示した。各比較例及び実施例に供した鉄鋼スラグは次の通りである。
比較例４：通常（大気）エージングを８ヶ月行なった鉄鋼スラグ。
実施例９〜１６：エージングを行なっていない鉄鋼スラグに、膨張抑制剤として試験区分１で合成したアクリル酸系架橋重合体等を表２記載のように添加した。
【００３２】
【表３】
2018003529.tif 000006
【００３３】
表３において、
Ａ−１〜Ａ−５：試験区分１で合成したアクリル酸系架橋重合体等
Ｃ−１：セルロース系吸水性樹脂（日本製紙社製の商品名サンローズＳＬＤ−Ｆ１、平均粒子径５０μｍ、水不溶性、吸水量１７ｇ／ｇ）
【００３４】
表３の結果からも明らかなように、ＭｇＯの含有量が多い鉄鋼スラグの場合でも、通常エージングを行なうことにより、８０℃で１０日間の水浸膨張比（８０℃±３℃で６時間保持した後に養生装置内で放冷するという操作を１日１回行ない、これを１０日間繰り返した場合の水浸膨張比）が基準の１．５％以下を達成できている。しかし、８０℃で９０日間連続保持したときの水浸膨張比を測定すると、１０％を超える値となっていて、ＭｇＯの含有量の多い鉄鋼スラグの場合、通常エージングでは長期間に亘る充分な膨張抑制効果は期待できない。これに対して各実施例では、ＭｇＯの含有量が多い鉄鋼スラグの場合に、わざわざ通常エージングを行なわなくても、８０℃で１０日間の水浸膨張比はすべて０．１〜０．２％となっていて、また膨張抑制剤の種類や添加量によっては８０℃で９０日間連続保持したときの水浸膨張比を１％未満に抑制できている。