(57)【要約】【課題】従来のコンクリート用軽量骨材よりもさらに軽量で、なおかつ強度にも優れた骨材料と製法を示す。【解決手段】収縮率を考慮して目的の大きさの８〜４０倍の容積と形状に破砕した廃材発泡スチロールを原料とし、熱（好ましくは１００℃以上、２００℃以下）処理することにより得られる硬化ポリスチレン性のコンクリート用軽量骨材。熱処理と同時に高圧（２〜５気圧）を負荷すると圧密化により凝集塊全体にわたり均一に再重合が促進され、より平面が平滑な骨材が得られる。本製法による硬化樹脂の比重は０．３〜０．６と軽量であるにもかかわらず圧縮強度に優れ、低吸収性であることから練り混ぜ後の圧送性にも優れ、さらに断熱性にも優れることを特徴とするコンクリート用軽量骨材。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡スチロールを加熱処理（好ましくは１２０〜２００℃）による脱気とポリスチレンの再重合反応により硬化させた後、角や陥凹のない平滑な形状（好ましくは川砂利あるいは海砂利状）と骨材の規格サイズに裁断してなる断熱性に優れかつ、吸水率の低いコンクリート用軽量骨材、およびその製法。
【請求項２】
あらかじめ角や陥凹のない平滑な形状（好ましくは川砂利あるいは海砂利状）で最終的に得たい粗骨材の容積の８〜４０倍の大きさに裁断した発泡スチロールを、加熱処理（好ましくは１２０〜２００℃）により脱気とポリスチレンの再重合反応により硬化させてなる断熱性にに優れ、かつ吸水率の低いコンクリート用軽量骨材、およびその製法。
【請求項３】
請求項１あるいは２に記載の骨材および骨材の製法において、加熱処理と同時に高圧処理（好ましくは２〜５気圧）による圧密化処理を加えることによって発泡スチロール塊全体に均一に重合化を促進させることにより、比較的均一な強度と平滑な表面を有するコンクリート用軽量骨材、およびその製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、生コンクリート（セメントペースト）の硬化工程において混ぜる加工副産物軽量骨材料およびその製法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  建築や土木に使用するコンクリートはセメント、水、骨材および空気から構成されている。このうち容量にして約５０〜７０％を骨材が占める。骨材を混ぜるのは、材料費のコストを削減し、かつコンクリートの品質を向上させるためである。セメントペーストは単独で固めると、水和熱による温度上昇や、乾燥収縮が顕著となり、ひび割れが不可避である。固める際に、セメントペーストに骨材を混ぜると、水和熱や乾燥収縮が低減され、ひび割れを緩和することができる。また、骨材を混入することにより、コンクリートの緻密性が向上する。さらに、骨材の種類や量を調節することにより、硬化後のコンクリートの性状を種々の用途に適合したものに変えることができる。【０００３】  骨材は比重によって、普通骨材（絶乾比重２．４〜２．６）、軽量骨材（絶乾比重２．０以下）および重量骨材（絶乾比重３．０以上）に区分される。コンクリートの軽量化は、コンクリート自体の荷重負担の軽減することにより操作性の向上や構造物の強度の強化に寄与し、また、硬化前の生コンクリート材や硬化コンクリート製材の輸送を容易にする。【０００４】  構造用の軽量骨材としては、膨張けつ岩を破砕したものを焼成した人工骨材が汎用されるが、資源確保に難点がある。また、火山れきなどの天然軽量骨材や、溶融スラグを急冷して得られる膨張スラグ骨材ないし石炭がらなどの副産骨材は強度が劣るため、用途が非構造用軽量骨材に限定されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  従来の軽量骨材では、軽量性および強度を両立することができない。このため、強度を重視すると重量が増大し、地震の重量により耐荷重力を減少させてしまう。プレキャストコンクリート製品の場合は、重量が増大するほど輸送コストが増大する。さらに、軽量骨材の中では比較的強度の高い膨張けつ岩などの天然軽量骨材は軽量性が十分でないのみならず、安定供給できないという欠点があった。近年、天然資源略奪による自然破壊への批判も強くなっている。【０００５】  また、従来の軽量骨材では吸水率が高いため、ポンプ圧送時の閉塞事故が起こりやすいという施工性の欠点を有していた。【０００６】  本発明は、このような従来の軽量骨材の欠点を解決しようとするもので、従来の軽量骨材よりもさらに軽量で強度が維持され、かつ断熱性に優れ、吸水率も低いという特徴を有した軽量骨材およびその製法に関するものである。本発明の軽量骨材の原料は廃材を利用することから、天然骨材に比べて安定供給を見込むことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明に関わる軽量骨材は、梱包のスペーサーとして汎用され、搬送後はリサイクルされるかもしくは廃棄処分となる発泡スチロール（ポリスチレン）を原料とする副産物骨材に関するものである。加熱することにより、発泡スチロールのセル内の空気を脱気するとともに、ポリスチレンをゲル化して再重合反応を促進させた硬化樹脂を得ることができる。廃棄処分となるは発泡スチロールを利用することから、安定供給が見込まれ、かつ環境保護にも寄与する。代わりに、当初より骨材とすることを目的として、適切なサイズと形状のポリスチレンを断熱性に優れた軽量骨材の原料とすることもできる。【０００８】  発泡スチロールを高温（好ましくは１２０℃以上、２００℃以下）に曝すと、セル内に封入されていた気体が膨張し、セルの隔壁が破裂して外部とセル内の気体が交通する。温度が低下する際には気体の圧縮により急速にセルは虚脱する。同時にポリスチレンはゲル化し、再重合反応が起こって樹脂は硬化する。樹脂の重合過程でも空気は排除されていく。結局、セル内に封入されていた気体の大半は排除され、機械的強度に優れる硬化スチロールポリマーが形成される。硬化スチロールの比重は０．３〜０．６と軽量である。種々の条件下で発泡スチロールを強化させて得られた再生骨材の物性を原料の発泡スチロールおよび人工軽量骨材と対比して表１に示す。
【表１】
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【０００９】  熱硬化反応と同時に高圧（好ましくは２気圧以上、５気圧以下）を負荷すると、圧密化により発砲スチロール塊全体に比較的均一な硬化を起こすことができる。表面が平滑な凝縮塊の方がセメントペーストあるいはモルタルとの練り混ぜに適している。高圧水蒸気を密室に送り込むことにより、均一な硬化反応を起こす１２０℃、２気圧程度の条件を容易に達成することができる。【００１０】  コンクリート用の粗骨材のサイズとしては５〜２５ｍｍ程度の粗骨材が一般的である。発泡スチロールは高温および高圧による硬化処理後は、約１／８〜１／４０に容積が縮小するため、縮小率を考慮して、予め１０〜６０ｍｍのサイズに破砕したのちに硬化処理を行う。形状は、練り混ぜを容易にする観点から、川砂利もしくは海砂利のように角のない円滑なものがよい。破砕工程で生じる微細断片も同様に硬化させれば砂状の細骨材として使用できる。【００１１】あるいは、硬化処理をおこなった後に５〜２５ｍｍのサイズに破砕することもできる。破砕の際に生じる微細断片は細骨材（砂状の骨材）として別途使用できる。硬化前の発泡スチロールの方が柔らかいため、硬化前に破砕しておく方が容易である。予め破砕して硬化させてできた骨材をより至適な大きさに破砕したり表面加工することもできる。
【発明の効果】
【００１２】  本発明に関わる軽量骨材は、表１に示したごとく、従来の軽量骨材よりもさらに軽量で（比重が小さく）、なおかつ強度が維持されている。廃材である発泡スチロールを原料とすることから、資源枯渇の懸念もなく、安定供給が可能である。【００１３】  軽量であることから輸送コストが低減されるので、予め目的の形状（コンクリート板やコンクリート杭など）に大量生産した後に施工地に搬送することも可能である。【００１４】    軽量性と併せて断熱性に優れることから屋根防水の押さえコンクリートとして好適である。【００１５】  さらに、本骨材は練り混ぜ水を吸収しないため、従来の軽量骨材のように施工軟度やポンプ圧送性を悪化させることがなく取り扱いに優れる。したがって予め骨材に吸水させておくプレソーキングも不要である。【００１６】  近年、セメント中のアルカリと骨材中の珪酸が反応して、コンクリートにひび割れを生じるアルカリ骨材反応が問題となっている。発泡スチロールを硬化させた加工副産物軽量骨材には珪酸は含まれないのでアルカリ骨材反応は生じない。【００１７】  本発明に関わる軽量骨材を各種普通骨材と併用してコンクリートを製造すると、強度ならびに比重を広い範囲にわたって自在に調整することが可能となる。
【発明実施するための最良の形態】
【００１８】  本発明に関わる軽量骨材を通常の骨材と併用したコンクリートの配合例としては、水セメント比３０〜５５％、単位水量１５５〜１７０ｋｇ／ｍ３、骨材率（実積率）４５〜７２％、細骨材率〜４５％、空気量を４〜５％の範囲に設定するのがよい。前記条件にて、おおむね圧縮強度が２１〜３９Ｎ／ｍｍ２、単位容積質量が１．５〜１．９％ｃｍ３のコンクリートが得られる。
【実施例】
【００１９】  水セメント比３０％、海砂からなる細骨材率４５％とし、本発明に関わる軽量骨材を容積比で４０％、直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍのサイズの円筒状のコンクリートを硬化させ、ＪＩＳ  Ａ１１０８に則った強度試験を行った結果、圧縮強度は２２Ｎ／ｍｍ２であった。
【産業上の利用の可能性】
【００１９】  本発明に関わる骨材を使用したコンクリートは軽量であるため、非耐力壁や押さえコンクリートとして適している。特に橋梁用コンクリート、屋根防水の押さえコンクリート、室内の間仕切りコンクリートとして好適である。従来のコンクリートより断熱性に優れることから、特に屋根防水の押さえコンクリート、室内の間仕切りコンクリートとして好適である。その他、歩行床用のコンクリートとしても応用が可能である。