(57)【要約】【課題】水分や炭酸ガスの浸入が抑制され、コンクリートのひび割れや中性化による劣化が抑制され、靭性を備えたコンクリートを提供する。【解決手段】ポリオレフィン等の高分子有機化合物からなるペレットを、遠心粉砕あるいは冷凍粉砕等によって微粉砕し、粒径１０〜１００μｍの粉末状の添加剤を得る。得られた添加剤を、対セメントの質量比で１％以上配合し、コンクリートを製造する。複数個のセメント粒子（３、３、…）から一次造核（７）されるとき、内部に水（２）と共に添加剤の粒子（６）が取り込まれる。コンクリートが硬化したとき、核（７）中に添加剤の粒子（６）が残されるので、コンクリート中の空隙が少なくなる。これによって水分、炭酸ガスの浸入が抑制される。【選択図】   図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径１０〜１００μｍの粉末状の高分子有機化合物からなる添加材を含有していることを特徴とするコンクリート。
【請求項２】
請求項１に記載のコンクリートにおいて、前記添加材は熱可塑性樹脂からなることを特徴とするコンクリート。
【請求項３】
請求項２に記載のコンクリートにおいて、前記添加材は、ポリオレフィンからなることを特徴とするコンクリート。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの項に記載のコンクリートにおいて、前記添加材は、遠心粉砕あるいは冷凍粉砕によって製造されることを特徴とするコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の添加材が配合されたコンクリートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートは、所定の配合に従って計量された砂利、砂、セメント、混練水等がミキサに投入されて所定時間混練されて製造される。このようにして製造されるコンクリートには色々な混和材料が必要に応じて配合され、コンクリートの性能が改善されている。例えば混和材料の一種である減水剤は流動性を確保しつつ混練水を少なくすることができ、凝結遅延剤はコンクリートの凝結・硬化を遅延することができる。また分離低減剤は、ブリーフィングの量を少なくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９７９５７号公報
【特許文献２】特開２００９−１６７０３３号公報
【０００４】
いわゆる混和剤ではないが、所定の材料が配合されたコンクリートも周知であり、例えば特許文献１、２に記載されている。特許文献１には、保水性注入材と塩化物系粉末材とが配合されたコンクリートが記載されている。特許文献１によると、保水性注入材として非焼成バーミュキュライト、製紙スラッジ焼却灰、珪藻土等を利用することができ、塩化物系粉末材として塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化鉄等を利用することができる。このような材料が配合されたコンクリートにおいては、雨水がコンクリートに浸透しても塩化物系粉末材によって凍結し難くなり、保水性注入材によって水分の保持率が高くなるので塩化物系粉末材が流出し難く長期間に渡って凍結抑制効果が持続されることになる。なお特許文献１には、このようなコンクリートにポリマーを配合することもできる点が記載されており、その目的は耐摩耗性や表面強度の改善、硬化後のひび割れの発生の抑制となっている。特許文献１には、ポリマーの配合率については記載されているが、ポリマーの具体的な形状や大きさ等については格別に記載されてはいない。
【０００５】
特許文献２は本発明と直接の関係はないが、この文献にはコンクリートから骨材を容易に回収することができるようにする技術が記載されている。特許文献２によると、コンクリートの材料として使用される骨材に、予めその表面に酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル等の誘電体からなる粉末を付着させる。誘電体を付着させるのに熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー等の有機系接着材料からなる付着材料が使用される。このような骨材から製造されたコンクリートは、通常のコンクリートと同様に使用することができ、コンクリート自体の性能は従来のものと相違しない。しかしながらこのコンクリートが不要になってコンクリートから骨材を回収するとき、回収が容易になるという効果を奏する。具体的には、コンクリートに電磁波を照射する。そうすると誘電体が選択的に加熱されて骨材とセメント硬化体との付着力が脆弱化される。コンクリートにせん断力を加えてコンクリートを破壊すると、骨材を回収することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の混和剤によっても、あるいは特許文献１に記載の材料によってもコンクリートの性能を改善することができ優れている。従って所定の性能を向上させる点に関しては格別に問題はない。しかしながら、コンクリートのある種の問題に関しては解決すべき点が見受けられる。この問題を説明する。コンクリートは硬化すると、内部や表面に微小な空隙や細孔が多数形成される。このような空隙や細孔から水分が少しずつコンクリート内に浸入したり内部の水分が外部に蒸散したりするが、浸入・蒸散を繰り返すと次第にコンクリートが収縮しひび割れが発生する。特に冬期にはコンクリート内に浸入した水分が凍結してひび割れが進行し易い。また空隙や細孔から炭酸ガスも浸入してコンクリートが中性化する。正常なコンクリートはアルカリ性に維持されており、コンクリート内の鉄筋が保護されているが、コンクリートがひび割れて中性化が進むと、内部の鉄筋が錆びて耐久性を低下させてしまう。つまり、コンクリートには多数の空隙や細孔が形成されるので、水分や炭酸ガスが浸入してひび割れが発生したり、コンクリートの耐久性を低下させてしまうという問題がある。また、コンクリートは圧縮強度が非常に大きく優れているが、靭性が小さく曲げ強度が小さいという問題もある。さらには耐火性の問題もある。コンクリートは火災等によって高熱に晒されると、水和反応によって取り込まれた水分がセメント分から分離し、この分離した水がコンクリート内部で蒸発して高圧になり、コンクリートを内部から破壊する、いわゆる爆裂現象を引き起こす。そうすると構造物の強度は著しく低下してしまう。これらの問題に関しては、従来の混和剤や特許文献１に記載の材料によっては、解決されていない。また特許文献２に記載のコンクリートにおいても、骨材を容易に回収することはできるが、上記したような問題を解決するものではない。
【０００７】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたもので、具体的には、コンクリートへの水分や炭酸ガスの浸入を適切に防止することができ、従ってコンクリートのひび割れや中性化による劣化を防ぐことができ、さらには靭性を備え、耐火性の高いコンクリートを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、以下のように構成される。
すなわち、請求項１記載の発明は、粒径１０〜１００μｍの粉末状の高分子有機化合物からなる添加材を含有していることを特徴とするコンクリートとして構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコンクリートにおいて、前記添加材は熱可塑性樹脂からなることを特徴とするコンクリートとして構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のコンクリートにおいて、前記添加材は、ポリオレフィンからなることを特徴とするコンクリートとして構成される。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載のコンクリートにおいて、前記添加材は、遠心粉砕あるいは冷凍粉砕によって製造されることを特徴とするコンクリートとして構成される。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明によると、粒径１０〜１００μｍの粉末状の高分子有機化合物からなる添加材を含有していることを特徴とするコンクリートとして構成される。このように構成されているコンクリートは、透水率が従来のコンクリートと比して小さい。すなわち水の浸入を抑制することができる。従ってひび割れし難く凍結によってひび割れが拡大することもない。そして炭酸ガスも浸入し難いのでコンクリートは中性化し難く耐久性に優れている。そして高分子有機化合物は弾性を有するのでコンクリートの靭性が大きくなるという効果も得られる。また他の発明によると、添加材は熱可塑性樹脂からなる。そうすると火災によってコンクリートが高熱に晒されたときに、コンクリート内に含まれている添加材は溶融することになる。粉末状の添加材は、その所定の割合がコンクリート内の多数の空隙を埋めているが、火災時にこれらの添加材が溶融して細孔、隙間等に流動すると空隙の容積はその分だけ大きくなる。火災の高熱によってコンクリート中のセメント分から結晶水が分離して蒸発しても、この空隙によって水蒸気の圧力が緩和されるのでコンクリートの爆裂現象を抑制することができる。すなわち耐火性が高くなるという効果が得られる。また、他の発明によると添加材はポリオレフィンからなるように構成されている。ポリオレフィンは構造物や容器等に利用されており使用後は産業廃棄物または一般廃棄物として廃棄されているが、このような廃棄物から添加材を製造することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来のコンクリートと本発明の実施の形態に係るコンクリートとを模式的に示す図で、その（ア）（イ）は従来のコンクリートと、本実施の形態に係るコンクリートのそれぞれにおいて、セメントの粒子が混練水によって一次凝集している状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態に係るコンクリートも、主要な材料は、従来のコンクリートと同様である。すなわち、セメントと、混練水と、砂、砂利、砕石等の骨材とがコンクリートの主要な材料であり、必要に応じて減水剤、凝結遅延剤等の混和剤が添加されている。しかしながら本実施の形態に係るコンクリートにおいては、本実施の形態に係る添加材、すなわち高分子有機化合物からなる粉末状の添加材が所定の割合で配合されている。
【００１２】
本実施の形態に係る添加材は高分子有機化合物すなわちポリマーからなり、耐火性を考慮して熱可塑性樹脂から製造されている。添加材は、例えばポリエステル、ポリビニールアルコールからでも製造することができるが、本実施の形態においては、安価で機械特性に優れるために構造材料として広く利用されているポリオレフィンから製造されている。ポリオレフィンは未使用の新しいものを利用してもよいし、家庭ゴミ等から分別された再生ポリオレフィンを利用してもよい。ポリオレフィンは所定の大きさのペレットにされ、あるいは裁断されて小片にされ、遠心粉砕機に投入される。遠心粉砕機において内部に設けられているインペラによって気流と共に遠心され、インペラによって機械的に裁断されたり小片同士がぶつかり合う。これによって１０〜１００μｍの粒径の粉末にされ、添加材を得ることができる。あるいは、ポリオレフィンのペレットまたは小片は、冷凍粉砕機に投入される。冷凍粉砕機には複数個の鋼球が入れられており、液体窒素によって、ポリオレフィンと鋼球とが冷凍される。そして冷凍粉砕機を駆動すると鋼球がぶつかってポリオレフィンが粉砕される。このようにしてもポリオレフィンが１０〜１００μｍの粒径の粉末にされ、添加材を得ることができる。
【００１３】
本実施の形態に係るコンクリートは、コンクリート製造用のミキサに材料と混練水とを一括で投入して混練してもいいし、材料の種類に応じて順番に投入して混練するようにしてもよい。本実施の形態においては、最初にセメントと、混練水と、混和剤と、本実施の形態に係る添加材とを投入して混練する。これによってセメントペーストを得、次いで砂、砂利等の骨材を投入して混練し、コンクリートを得る。添加材はごく少量添加されるだけでコンクリートの吸水率を低下させることができ、例えば対セメントの質量比で０．１％以上添加されれば発明の効果が得られる。しかしながら、対セメントの質量比で好ましくは０．３％以上、より好ましくは１％以上添加するようにすると、吸水率の低下効果が高くなる。得られたコンクリートを従来周知のようにアジテータトラックのミキサに積載し、コンクリート打設現場まで輸送する。コンクリート打設現場にて荷下ろししてコンクリートを打設する。
【００１４】
後で実験データによって説明するように、本実施の形態に係るコンクリートが硬化したものは、従来のコンクリートに比して吸水率が小さい。このような効果を奏するメカニズムは明らかになっていないが、次のような現象が生じていることが推測される。すなわち、一般的にセメントが混練水によって混練されるとき、図１の（ア）に示されているように、最初に内側に水２を取り込むようにしてセメントの粒子３、３、…が複数個凝集・結合する、いわゆる一次造核による核４が形成される。あるいは一次凝集する。これに対して本実施の形態においては、ポリオレフィンの粉末からなる添加材が混練水と一緒に投入されるので、図１の（イ）に示されているように、セメントの粒子３、３、…が一次造核されるときに水２と共にポリオレフィンの粒子６が取り込まれ、ポリオレフィン入りの核７が形成される。一般的に一次造核された核４は、他の核４、４、…と共に凝集・結合していわゆる二次造核され、最終的にコンクリートはセメント分の水和反応が進行して凝結・硬化する。二次造核による結合力は比較的弱く、ミキサを攪拌すると容易に結合状態が解除され、これによってコンクリートの流動性が維持されることになる。これに対して一次造核による結合力は強固であり、ミキサによる攪拌によっては結合が解除されない。つまり最終的にコンクリートが硬化するとき一次造核による核４、７、…は結合状態が維持されて硬化することになる。従来のコンクリートの場合には、核４の中心に存在した水２は硬化時に消滅してこの部分が空隙になってしまうが、ポリオレフィン入りの核７の場合には、ポリオレフィンの粒子６が残って空隙は小さい。また二次造核による結合部分にもポリオレフィンの粒子６が残されることになる。これらによっても空隙が少なくなる。従ってコンクリートの吸水率が小さくなることが推測される。
【実施例１】
【００１５】
本発明に係るコンクリートの性能を調べるため、次の実験を行った。
（１）実験方法
本実施の形態に係る添加材を含まない従来のコンクリートと、本実施の形態に係る添加材を色々な配合で添加したコンクリートを製造し、それぞれのコンクリートを試験用の型枠に打設した。硬化後、所定の日数が経過したコンクリート片に対して、表面から水を浸透させて吸水率を計算した。吸水率は、コンクリートの単位質量に対して吸収された水の質量の割合である。
（２）実験結果
３回に渡って実験して、以下の表１〜３の結果を得た。各表において上段の表は、コンクリートを１ｍ３製造する場合の各材料の質量を示す示方配合が示されている。これらの表のＮｏ．１の行には本実施の形態に係る添加材を含まないコンクリートについての、Ｎｏ．２以降の各行には本実施の形態に係る添加材が色々な条件で添加されたコンクリートの、それぞれの示方配合が示されている。表においてＷ／Ｃは水セメント比を、Ｓ／ａは細骨材率を、Ｗは混練水を、Ｃ（Ｎ）は普通ポルトランドセメントを、Ｓ１、Ｓ２はそれぞれ粒径の異なる細骨材を、Ｇは粗骨材をそれぞれ示している。またポリオレフィン粉末は、本実施の形態に係る添加材を示している。そして各表の下段の表には、上段の表の示方配合に従って製造された各コンクリートに対して測定された吸水率が示されている。
【００１６】
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【００１７】
表１の実験では、Ｎｏ．２〜４のコンクリートのそれぞれには、本実施の形態に係る添加材が対セメントの質量比でいずれも１％配合されているが、添加材の粒径が異なっている。実験結果を見ると、いずれも吸水率が従来のコンクリートに比して小さくなっているが、粒径が５０μｍの添加材が配合されたＮｏ．３のコンクリートにおいて最も吸水率が小さくなっていることが分かる。また表２の実験では、Ｎｏ．２のコンクリートは本実施の形態に係る添加材が対セメントの質量比で１％配合され、Ｎｏ．３〜５のコンクリートは２．５％配合されている。そしてＮｏ．２とＮｏ．３のコンクリートは添加材の粒径が１００μｍ、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５のコンクリートはそれぞれ添加材の粒径が５０μｍ、１０μｍになっている。実験結果を見ると、添加材が配合されたコンクリートはいずれも吸水率が小さくなっている。１００μｍの添加材が配合されたＮｏ．２、３のコンクリートにおいてはその配合の割合の大小は吸水率にあまり影響していない。しかしながら、Ｎｏ．３、〜５のコンクリートを比較すると、添加材の粒径が小さくなるに従って吸水率が小さくなっていることが分かる。表３の実験においては、Ｎｏ．２〜４のコンクリートについていずれも粒径が５０μｍの添加材が配合されているが、配合の割合がそれぞれ対コンクリートの質量比で１％、２．５％、５％になっている。実験の結果より、添加材の割合が大きくなるに従って吸水率が小さくなっていることが分かる。
【００１８】
以上により、本実施の形態に係る添加材が配合されたコンクリートは水分を吸収し難く、従って乾燥収縮ひび割れを抑制し、凍結融解によるひび割れが抑制されることが推測される。また炭酸ガスの進入も抑制し、コンクリートの中性化も改善され、耐久性を改善することが推測される。
【符号の説明】
【００１９】
２      水                      ３      セメントの粒子
４      核                      ６      ポリオレフィンの粒子
７      ポリオレフィン入りの核
【図１】
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