(57)【要約】【課題】軽量で断熱性が高い金属スラグ含有セメント組成物を提供する。【解決手段】金属スラグ５〜１００重量％とセメント０〜９５重量％との混合物１００重量部に対して、内部に複数の空孔を有する多孔質中空樹脂粒子０．１〜２０重量部が含有されていることを特徴とする金属スラグ含有セメント組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属スラグ５〜１００重量％とセメント０〜９５重量％との混合物１００重量部に対して、内部に複数の空孔を有する多孔質中空樹脂粒子０．１〜２０重量部が含有されていることを特徴とする金属スラグ含有セメント組成物。
【請求項２】
金属スラグ５０〜１００重量％とセメント０〜５０重量％との混合物１００重量部であることを特徴とする請求項１記載の金属スラグ含有セメント組成物。
【請求項３】
多孔質中空樹脂粒子は、平均粒径が１０〜５０μｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の金属スラグ含有セメント組成物。
【請求項４】
多孔質中空樹脂粒子は、アクリル樹脂粒子であることを特徴とする請求項１〜３記載の金属スラグ含有セメント組成物。
【請求項５】
請求項１〜４記載の金属スラグ含有セメント組成物を硬化させて得られたセメント硬化物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属スラグを含有するセメント組成物に関する。より詳しくは、含有されている多孔質中空樹脂粒子によって内部に多数の気泡が形成されたセメント硬化物となる金属スラグを含有するセメント組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築材料や土木材料として軽量コンクリートは汎用されている。軽量コンクリートは、セメントに気泡を混入させて硬化させることにより得られるが、より容易な方法として軽量フィラーを含有させたセメント組成物を用いる方法がある。
【０００３】
例えば、セメントに対してガラスバルーンやフライアッシュ、鉱物破砕粉末、樹脂微粒子、熱膨張性マイクロカプセル、熱膨張済みのマイクロカプセル、平均粒径１〜２μｍの中空樹脂粒子などを含有させたセメント組成物が知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、軽量骨材として中空ガラス球、リサイクルガラス発泡体、シラスバルーンなどの無機バルーンを含有させたセメント組成物が開示されている。また、特許文献２には、砕かれた高炉スラグや玄武岩、石灰石などを含有させた金属スラグ含有セメント組成物が開示されている。
さらに、特許文献３には、高温で乾燥処理した粒子状の膨張性頁岩、流紋岩系天然ガラス、浮石質黒雲母流紋岩、花崗岩、カンラン岩、高炉スラグなどの骨材を含有させた金属スラグ含有セメント組成物が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１８９４７９号公報
【特許文献２】
特開平９−３０９７５９号公報
【特許文献３】
特開平５−１５５６４５号公報
【０００６】
しかしながら、これら軽量材料を含有させたセメント組成物は、混練中に軽量材料が破壊されやすく得られたコンクリートに十分に軽量材料が含有されないといった問題点があった。
【０００７】
特に、中空の軽量材料は得られるコンクリート内部に多数の孔を形成できることから軽量化とともに断熱性を高めることができるが、金属スラグを含有する場合は著しい応力が加わるため中空の軽量材料であるとどうしても強度が不足しがちであって特に破壊されやすいといった問題点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、軽量で断熱性が高い金属スラグ含有セメント組成物を提供することである。
【０００９】
【発明を解決するための手段】
本発明の金属スラグ含有セメント組成物は、金属スラグ５〜１００重量％とセメント０〜９５重量％との混合物１００重量部に対して、内部に複数の空孔を有する多孔質中空樹脂粒子０．１〜２０重量部が含有されていることを特徴とする。
【００１０】
なお、セメントの割合が多いと遮水性が高くなる傾向にあるので、透水性の高いコンクリートを得ようとする場合は、金属スラグ５０〜１００重量％とセメント０〜５０重量％との混合物１００重量部に対して、内部に複数の空孔を有する多孔質中空樹脂粒子０．１〜２０重量部が含有されているセメント組成物であることが好ましい。
【００１１】
上記金属スラグとしては、例えば、高炉スラグ、鉄鋼スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグ、電気炉還元スラグ、電気炉酸化スラグ、水砕スラグ、風砕スラグ、膨張スラグ、溶融スラグ、高炉徐冷スラグ、脱燐スラグ、脱珪スラグ、フェロニッケルスラグなどのフェロアロイスラグが挙げられる。なお、さらに銅スラグなどが含有されてあってもよい。
【００１２】
なお、金属スラグの含有量が少なすぎると耐久性の改善効果は十分でなく、金属スラグの含有量が多すぎると初期強度の低下が大きくなる場合がある。
金属スラグの平均粒径は特に限定されないが０．１５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
上記セメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドなどのポルトランドセメントや、高炉セメント、アルミナセメント、フライアッシュセメント、シリカセメントなどの一般に使用される種々のセメントを使用することができる。特に、普通ポルトランドセメントはピーライト系セメントが好ましく、ピーライト系セメントは水酸化カルシウムの発生が少なくコンクリートの耐熱性を向上させることができる。
【００１４】
内部に複数の空孔を有する多孔質中空樹脂粒子は、平均粒径が１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、平均粒径が１０μｍ以上３００μｍ以下である。さらに好ましくは、平均粒径が１０μｍ以上５０μｍ以下である。
【００１５】
また、多孔質中空樹脂粒子は、１０％圧縮強度が５．０ＭＰａ以上であることが好ましい。なお、高い圧縮強度を持ちながらも中空部の体積の割合が５０体積％以上である多孔質中空樹脂粒子が特に好ましい。
なかでも、ハロゲン材料を含まないアクリル樹脂粒子であることが好ましい。
【００１６】
かかる多孔質中空樹脂粒子は多官能モノマーを含む重合用モノマー成分１００重量部を重合用モノマーとは反応しない有機溶剤１〜４００重量部と混合した重合用モノマー溶液を、分散安定剤を含む極性溶媒に懸濁せしめた後、重合用モノマー成分を重合させて、有機溶剤を内包するポリマー粒子を得て、得られたポリマー粒子中の有機溶剤を除去することにより得られる。なお、混合される重合用モノマー成分と有機溶剤の溶解度パラメータ（ＳＰ値）の差が１．０ＭＰａ０．５未満の時は、重合用モノマー成分に占める多官能モノマーの割合が少なくとも５重量％以上とし、１．０以上１．５ＭＰａ０．５未満の時は、重合用モノマー成分に占める多官能モノマーの割合が少なくとも２０重量％以上となるよう調整することで得られる。
【００１７】
上記方法により得られた多孔質中空樹脂粒子は中空部分の割合が高く高強度で粒子が破壊しにくい。これは内部に中空部分を複数有しており中空部分の間は厚いポリマー隔壁により仕切られておりこれがピラーとして働き十分な圧縮強度を確保している。
【００１８】
上記重合用モノマーを構成する単官能性モノマーとしては、特に限定されないが、例えば、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、クミル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、ミリスチル（メタ）アクリレート、パルミチル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート等のアルキル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリロニトリル、（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリル酸、グリシジル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート等の極性基含有（メタ）アクリル系モノマー、スチレン、α−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、ｐ−クロロスチレン等の芳香族ビニルモノマー、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル、塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン含有モノマー、ビニルピリジン、２−アクリロイルオキシエチルフタル酸、イタコン酸、フマル酸、、エチレン、プロピレン等が挙げられ、これらは単独または２種類以上を組み合わせて用いることができる。
【００１９】
上記重合用モノマー成分を構成する多官能性モノマーは、粒子の収縮を抑制し、耐圧縮強度を改善する目的で添加され、特に種類は限定されないが、例えば、以下に示すようなジ（メタ）アクリレート、トリ（メタ）アクリレート、ジアリル化合物、トリアリル化合物、ビニル化合物が挙げられ、これらは単独または２種類以上を組み合わせて用いることができる。
【００２０】
ジ（メタ）アクリレートとしては、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１．６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパンジ（メタ）アクリレート等が挙げられる。
トリ（メタ）アクリレートとしては、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、エチレンオキサイド変性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トリ（メタ）アクリレート等が挙げられる。
【００２１】
ジもしくはトリアリル化合物としては、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ジアリルフタレート、ジアリルマレート、ジアリルフマレート、ジアリルサクシネート、トリアリルイソシアヌレート等が挙げられる。ジビニル化合物としては、ジビニルベンゼン、ブタジエンが挙げられる。
【００２２】
上記非重合性有機溶剤は、重合用モノマー溶液とのＳＰ値の差が１．５ＭＰａ０．５未満となり、且つ重合系の媒体である水等の極性溶媒と相溶しないものから適宜選択され、特に種類は限定されないが、例えば、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、塩化メチル、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素等が挙げられる。
非重合性有機溶剤の添加量は、少なすぎると粒子の空隙率が低くなり、多すぎると空隙率が大きくなりすぎて粒子の強度が低下するため、重合用モノマー成分１００重量部に対して１重量部以上４００重量部以下の割合で添加されることが好ましく、さらに好ましくは１０重量部以上２００重量部以下である。
【００２３】
また、モノマー溶液を極性溶媒中で懸濁重合する際に、分散安定剤として、部分ケン化ポリ酢酸ビニル、セルロース誘導体、ポリビニルピロリドンの少なくとも一つを添加しておいてもよい。
【００２４】
上記懸濁重合に用いられる極性溶媒は、上記重合用モノマー溶液と非相溶である必要があり、特に種類は限定されないが、例えば、水、メタノール、エタノール、ジメチルスルフォキシド、ジメチルホルムアミド等が挙げられ、扱いが容易なことから水を使用することが好ましい。
【００２５】
他の骨材としては、例えば、砂、砂利、砕砂、膨張性頁岩、流紋岩系天然ガラス、浮石質黒雲母流紋岩、花崗岩、安山岩、玄武岩、カンラン石、石灰石などが挙げられる。これらは、高温で脱水処理され内部の遊離水分と結晶水が除去されていることが好ましい。
【００２６】
なお、これらの骨材はセメント１００重量部に対して５重量部〜１５０重量部であることが好ましい。５重量部未満では初期強度の改善効果は十分でなく、１５０重量部を超えると長期的な強度が低下する恐れがある。
【００２７】
また、セメント組成物には必要に応じてシリカフューム、フライアッシュなどの混和材料が含有されていてもよい。
さらに、本発明のセメント組成物には、減水剤、流動化剤、補強繊維、鉄筋、消泡剤、増粘剤、防錆剤、凍結防止剤、収縮低減剤、高分子エマルジョン、凝結調整剤、セメント膨張材、粘土鉱物、ハイドロタルサイトなどが添加されてあってもよい。
【００２８】
本発明では、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめその一部、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００２９】
混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサー、オムニミキサー、ヘンシェルミキサー、Ｖ型ミキサー、及びナウターミキサーなどが挙げられる。
【００３０】
本発明の金属スラグ含有セメント組成物は水と混和することで硬化してコンクリートとなる。
本発明のコンクリートには、酸化アルミナ、酸化珪素、酸化ジルコニア、長石粉、カオリン粉、陶石粉、花崗岩粉などを溶射して溶射塗膜を形成させておいてもよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に示す「部」及び「％」はそれぞれ「重量部」及び「重量％」を意味する。
（中空ポリマー粒子Ａ〜Ｄの作製）
表１に示した配合割合に基づいて、下記の手順で中空ポリマー粒子を得た。
重合用モノマー成分（単官能モノマー、多官能性モノマー）、有機溶剤、開始剤としてのアゾビスイソブチロニトリル（表１では「ＡＩＢＮ」と記す）を混合・撹拌して重合用モノマー溶液を調製した。ついで極性溶媒としてのイオン交換水（表１に示した量の半分）および水溶性高分子水溶液を添加し、分散装置で撹拌して懸濁液を調製した。一方、撹拌機、ジャケット、還流冷却器、および温度計を備えた２０リットルの重合器に、残り半分のイオン交換水、水溶性重合禁止剤としての亜硫酸ナトリウムを入れて、攪拌を開始した。重合器内を減圧して容器内の酸素を除いた後、窒素により置換して容器内の圧力を大気圧まで戻して内部を窒素雰囲気とした後、上記懸濁液を重合槽に一括投入したのち、重合槽を６０℃まで昇温し重合を開始した。４時間で重合を終了し、その後１時間反応溶液を熟成した後、重合槽を室温まで冷却した。得られたスラリーを脱水装置で脱水し、その後真空乾燥することにより有機溶剤を除去し中空ポリマー粒子を得た。
【００３２】
（中空ポリマー粒子Ｅの作製）
ローム・アンド・ハース社製、「ローペイク  ＨＰ−９１」を用いた。本品は固形分５３重量％の水懸濁状態であったが、懸濁液のままセメントと混合した。
【００３３】
（中空ポリマー粒子Ｆの作製）
松本油脂製薬社製、「マイクロバルーン  Ｆ５０Ｅ」を用いた。
【００３４】
（無機粒子Ｇの作製）
旭硝子社製、「ＣＥＬ−ＳＴＡＲ  Ｚ３６」を用いた。
中空ポリマー粒子Ａ〜Ｈについて、それぞれ粒子内部の構造、体積平均粒径、空隙率、ガラス転移温度を下記方法に従って調べその結果を表１に示した。
【００３５】
〔粒子内部モルホロジーの観察〕
粒子の赤道断面を薄膜にカットし、透過型電子顕微鏡にて内部構造を観察した。なお、得られた粒子のうち多孔と表記した粒子は表面にスキン層を有し内部に複数の空孔を有する粒子であった。
【００３６】
〔平均粒径〕
中空ポリマー粒子から３回サンプリングしてその平均値を体積平均粒径とした。
【００３７】
〔中空率（空隙率）〕
アムコ社製ポロシメーター２０００を用いて測定した。封入水銀圧力は２０００ｋｇ／ｃｍ２であった。乾燥した粉末状の中空粒子から０．５ｇサンプリングして評価を行った。
【００３８】
（実施例１〜４、比較例１〜６）
表２の組成に準じて粒子、ポルトランドセメント、高炉スラグ、水をパン型ミキサーで混練し、常温にて４８時間湿空養成後、脱型して試験体を完成した。試験体形状はＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に従った。
試験体の比重、圧縮強度及び熱伝導率を下記方法に従って調べその結果を表２に示した。
【００３９】
〔比重〕
ミラージュ貿易社製ＥＤ−１２０Ｔ比重計にて測定した。
【００４０】
〔圧縮強度〕
ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に従って測定した。測定はそのまま常温で行った場合と、６００℃で３０分間焼成した後のそれぞれの圧縮強度を測定した。
【００４１】
［熱伝導率］
京都電子工業社製の迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００を用いて測定した。
【００４２】
【表１】
2004238245.tif 000002
【００４３】
【表２】
2004238245.tif 000003
【００４４】
【発明の効果】
本発明のセメント組成物は、軽量で断熱性が高い金属スラグ含有コンクリートを得ることができる。したがって、例えば、建築用構造材料、高強度路盤材、高強度覆土材、トンネル用壁材などに利用することができる。なかでも、道路舗装用路盤材として利用する際には凍結融解に対する抵抗性に優れる。