(57)【要約】【課題】従来品よりも耐久性が向上したレジンコンクリートを提供すること。【解決手段】骨材、充填剤、および結合剤を含み、前記骨材が、骨材の全質量に対して、１０質量％以上の二酸化ケイ素を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨材、充填剤、および結合剤を含むレジンコンクリートであって、
前記骨材が、骨材の全質量に対して、１０質量％以上の二酸化ケイ素を含むことを特徴とする、レジンコンクリート。
【請求項２】
二酸化ケイ素として石英を含有していることを特徴とする、請求項１に記載のレジンコンクリート。
【請求項３】
前記骨材はさらに、Ｋ，Ｆｅ，またはＡｌの金属を含むケイ酸塩鉱物を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のレジンコンクリート。
【請求項４】
二酸化ケイ素と、前記Ｋ，Ｆｅ，またはＡｌの金属を含むケイ酸塩鉱物との合計質量が、前記骨材の全質量に対して、４０質量％以上であることを特徴とする、請求項３に記載のレジンコンクリート。
【請求項５】
前記Ｋ，Ｆｅ，またはＡｌの金属を含むケイ酸塩鉱物が、アルカリ長石であることを特徴とする、請求項３または４に記載のレジンコンクリート。
【請求項６】
前記Ｋ，Ｆｅ，またはＡｌの金属を含むケイ酸塩鉱物が、カリ長石であることを特徴とする、請求項３または４に記載のレジンコンクリート。
【請求項７】
前記充填剤が、アルミナ、水酸化アルミニウム、およびカオリンからなる群から選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載のレジンコンクリート。
【請求項８】
骨材、充填剤、および結合剤を含むレジンコンクリートであって、
前記充填剤が、アルミナ、水酸化アルミニウム、およびカオリンからなる群から選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする、レジンコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レジンコンクリートに関し、より詳細には、高耐久性のレジンコンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートは、骨材および結合剤等から構成されている。結合剤として熱硬化性樹脂等のポリマーを用いるレジンコンクリートは、通常のセメントを結合剤に用いるコンクリートに比べて、強度、成形性等に優れるため、マンホール、下水パイプ・情報用ボックス等、広く構造物に適用されている。
【０００３】
ところで、従来、レジンコンクリートの主な劣化要因は、結合剤に用いられる樹脂の加水分解によるものと考えられていた（非特許文献１）。
【０００４】
このため、レジンコンクリートに用いる骨材その他の材料は、特にその種類について制限が設けられておらず、骨材として、通常のケイ酸塩鉱物からなる石および砂利、ならびに充填剤として、重質炭酸カルシウム等が用いられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】川久保、外３名「ポリエステルレジンコンクリートの劣化について」材料  別冊、昭和５０年５月、第２４巻、第２６０号、ｐ３８０〜３８５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような材料から形成されるレジンコンクリートは、構造物の長寿命化および低コスト化の観点から耐久性のさらなる向上が求められている。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、構造物の長寿命化および低コスト化のために、従来よりも耐久性が向上したレジンコンクリートを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のレジンコンクリートは、骨材、充填剤、および結合剤を含み、前記骨材が、骨材の全質量に対して、１０質量％以上の二酸化ケイ素を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のレジンコンクリートは、骨材、充填剤、および結合剤を含み、前記充填剤が、アルミナ、水酸化アルミニウム、およびカオリンからなる群から選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のレジンコンクリートは、従来のレジンコンクリートよりも耐久性が高い。このため、本発明のレジンコンクリートから形成される構造物は、寿命が長くなり、メンテナンス費用の低減に伴うライフサイクルコストの削減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は、レジンコンクリート試験片が引張試験に供される様子を示した模式図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すレジンコンクリート試験片として、試験２）の実施前の試験片を用いて引張試験を実施した様子を示した拡大図であり、（ｃ）は、試験片として、試験２）の実施後の試験片を用いて引張試験を実施した様子を示した拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（本発明に至るまでの経緯）
まず、本発明に至るまでの経緯を説明する。
【００１３】
これまでレジンコンクリートの強度低下は、主にレジンコンクリートに用いられている不飽和ポリエステル樹脂の加水分解が原因であると考えられてきた。そのため、レジンコンクリートの耐久性を予測する主な手法として、温度を変えた数種類の熱水中でレジンコンクリートを加水分解させ、その温度依存性を明らかにすることで、常温での加水分解の進行を予測する方法が採用されていた（非特許文献１）。そして、この方法により、レジンコンクリートの期待される耐用年数を決定し、その間、レジンコンクリートの加水分解による強度低下は問題ないレベルであることを確認していた。
【００１４】
しかしながら、レジンコンクリートは、不飽和ポリエステル樹脂以外にも、骨材や砂、炭酸カルシウムなどが含まれている複合材料であるため、不飽和ポリレステル樹脂の加水分解以外にも劣化原因は考えられる。例えば、樹脂以外の材料の劣化、および樹脂と他の材料との界面での付着力の低下なども劣化の原因となり得る。
【００１５】
そこで、発明者らは、レジンコンクリートの強度低下メカニズムを検証するため、下記１）〜３）の試験を行った。
試験１）レジンコンクリート試験片を、「６０℃の熱水」に３０００時間、浸漬する。
試験２）レジンコンクリート試験片を、「高温高湿度な空気（６０℃９５％ＲＨ）」の中で３０００時間、放置する。
試験３）骨材や砂、炭酸カルシウム等を含まない、不飽和ポリエステル樹脂のみから作製した試験片を、「高温高湿度な空気（６０℃９５％ＲＨ）」の中で３０００時間、放置する。
【００１６】
試験１）は、熱水中でレジンコンクリートを加水分解させる従来の劣化試験方法である。試験２）は、レジンコンクリートから形成される構造物が通常、高温高湿度の環境下に曝されることから設けられた試験である。さらに、試験３）は、高温高湿度な環境下に曝される樹脂の劣化を確認するための試験である。
【００１７】
試験１）〜３）を実施した試験片の強度（圧縮強度、引張強度、曲げ強度）を測定したところ、試験１）および３）を実施した試験片の強度低下は小さく（初期強度を１００％とすると、９０％以上の強度が残存）、試験２）を実施した試験片の強度低下は大きかった（初期強度を１００％とすると約８５％まで低下）。
【００１８】
試験１）および２）を実施した試験片に関する強度の測定結果から、レジンコンクリートは熱水による劣化は進行しにくいが、高温高湿度な空気中で劣化し易いことが判明した。これにより、（熱水には含まれない）空気中の成分も劣化の原因となっていることが考えられる。
【００１９】
試験２）および３）を実施した試験片に関する強度の測定結果から、樹脂の加水分解による強度低下に加え、樹脂以外の、レジンコンクリート成分も劣化の原因となっていることが示唆された。
【００２０】
以上から、レジンコンクリートの劣化原因に関し、これまで指摘されていた樹脂の加水分解による劣化に加え、樹脂以外のレジンコンクリート成分が空気中の成分と反応して、劣化が引き起こされることも考えられる。
【００２１】
そこで、樹脂以外のレジンコンクリート成分が空気中の成分と反応することによりコンクリートの劣化が引き起こされている原因を以下のように詳細に検討した。
【００２２】
先ず、試験片の強度低下が最も大きかった試験２）を実施した試験片に関し、引張強度試験を実施した後の試験片を詳細に観察した。レジンコンクリートの破壊面では、骨材は損傷を受けていないものの、樹脂に割れが発生しており、骨材が樹脂との界面から剥離していることが観察された。この剥離が起こる現象を、図１を参照して説明する。
【００２３】
図１（ａ）は、レジンコンクリート試験片が引張試験に供される様子を示した模式図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すレジンコンクリート試験片として、試験２）の実施前の試験片を用いて引張試験を実施した様子を示した拡大図であり、図１（ｃ）は、試験片として、試験２）の実施後の試験片を用いて引張試験を実施した様子を示した拡大図である。
【００２４】
レジンコンクリート試験片として、試験２）の実施前の試験片を用いた場合には、骨材は、樹脂と高い付着力により結合し、樹脂と一体となってレジンコンクリートを構成している。このため、図１（ｂ）に示すように、レジンコンクリート試験片に荷重が加えられた場合、応力はレジンコンクリート全体に分散する。
【００２５】
他方、試験２）の実施後の試験片は、骨材と樹脂との界面における付着力が低下している。この試験片を用いて引張試験を実施した場合には、図１（ｃ）に示すように、骨材が樹脂部との界面から剥離し、応力は、樹脂の一部に集中し、樹脂の割れが発生する。このため、レジンコンクリートの強度も大幅に低下する。
【００２６】
以上のことから、レジンコンクリートの破壊面では、骨材は損傷を受けていないものの、樹脂に割れが発生したと考えている。
【００２７】
ところで、上記説明のとおり、試験２）の実施後の試験片は、骨材と樹脂との界面における付着力が低下し、剥離が生じていた。この原因は、樹脂の加水分解によるものに加え、例えば、骨材が空気中の二酸化炭素および水と反応して、骨材表面が変質することによってももたらされたと考えている。
【００２８】
これは、レジンコンクリートは熱水による劣化は進行しにくいが、高温高湿度な空気中で劣化し易いことが判明した上記の試験１）および２）の結果から類推される。すなわち、二酸化炭素は、熱水中ではほとんど供給されないが、大気中では３５０ｐｐｍ〜４００ｐｐｍ程度含まれるため、試験１）および２）を実施した後の試験片に強度差が生じたと考えられる。
【００２９】
大気中の二酸化炭素が劣化原因となっていることを実証するために、高温高湿度な大気環境において、ＣＯ2濃度を通常濃度（３５０ｐｐｍ〜４００ｐｐｍ）および高濃度（４０００ｐｐｍ）の２条件でレジンコンクリートの劣化試験を実施した。その結果、高濃度の環境下では、通常濃度の環境下と比較してレジンコンクリートの劣化が大幅に加速した。これにより、二酸化炭素が、樹脂以外のレジンコンクリート成分と反応し、レジンコンクリートの強度が低下したと考えられる。
【００３０】
以上のことから、レジンコンクリートを構成する骨材および充填剤に関し、大気中の成分（特に二酸化炭素および水）と反応し難い材料を選定することでレジンコンクリートの寿命を高めることができると確信した。
【００３１】
以下、本発明のレジンコンクリートを構成する骨材、充填剤、結合剤について詳述する。
【００３２】
（本発明のレジンコンクリート）
先ず、本発明の組成物の第１の実施形態について説明する。本実施形態では、レジンコンクリートを構成する成分（骨材、充填剤、および結合剤）のうち、骨材について、大気中の成分（二酸化炭素および水）に対して反応性が低い材料を用いる。
【００３３】
大気中の成分に対して反応性が低い骨材としては、二酸化ケイ素を挙げることができる。
【００３４】
本実施形態では、骨材中に、二酸化ケイ素は、骨材の全質量に対して、１０質量％以上含まれている。好ましくは、二酸化ケイ素は、骨材の全質量に対して、２０質量％以上、３０質量％以上、４０質量％以上、５０質量％以上、６０質量％以上、７０質量％以上、８０質量％以上、または９０質量％以上含まれている。
【００３５】
二酸化ケイ素は、多様な結晶多形で存在し、その代表的なものとして、石英、鱗珪石、クリストバライト、コーサイト、スティショバイト、ザイフェルト石、衝撃石英などがあり、これらを好適に用いることもできる。なお、これらは岩石を構成する鉱物の一部であることが多いため、二酸化ケイ素を含む岩石を用いてもよい。例えば、二酸化ケイ素を含む岩石として、チャート、珪質砂岩、珪岩、石英片岩（珪質片岩）、デイサイト、流紋岩、花崗岩、花崗閃緑岩、トーナル岩、ｑｕａｒｔｚ  ｒｉｃｈ  ｇｒａｎｉｔｅ（石英のリッチな花崗岩）、粗面安山岩、安山岩、レータイト、粗面岩、アルカリ長石粗面岩、石英岩などを好適に用いることができる。
【００３６】
また、二酸化ケイ素に加えて、大気中の成分に対して反応性が低い材料を骨材中に含有させてもよい。
【００３７】
例えば、大気中の成分に対して反応性が低い材料として、Ｋ，Ｆｅ，またはＡｌの金属を含むケイ酸塩鉱物を挙げることができる。Ｋを含むケイ酸塩鉱物としては、例えば、アルカリ長石を挙げることができる。ここで、Ｃａ、Ｎａ，またはＭｇの金属を含むケイ酸塩鉱物は、大気中の成分と比較的反応し易いために、Ｎａを含まないカリ長石が好ましい。
【００３８】
Ｋ，Ｆｅ，またはＡｌの金属を含むケイ酸塩鉱物は、二酸化ケイ素との合計含有量が、骨材の全質量に対して、４０質量％以上、５０質量％以上、６０質量％以上、７０質量％以上、８０質量％以上、９０質量％以上、または９５質量％以上であることが好ましい。
【００３９】
骨材の平均粒径は、レジンコンクリート成形品の大きさ、用途等により相違するが、例えば、２．５〜５ｍｍである。ここで、平均粒径は、ノギスにより測定した値である。
【００４０】
骨材の含有量は、特に制限するわけではないが、例えば、レジンコンクリート全質量に対して、５０〜８５質量％とすることができる。
【００４１】
本実施形態において用いる充填剤としては、従来のレジンコンクリートにおいて用いられている公知の充填剤を適用することができる。公知の充填剤としては、特に制限するわけではないが、（重質）炭酸カルシウム、クレー、マイカ、タルク、ウォラストナイトなどを挙げることができる。また、大気中の成分に対して反応性が低い、アルミナ、水酸化アルミニウム、およびカオリンからなる群から選択される少なくとも１種を、従来の充填剤（例えば、（重質）炭酸カルシウム）と一緒に、または従来の充填剤に代えて用いてもよい。充填剤として、アルミナ、水酸化アルミニウム、およびカオリンからなる群から選択される少なくとも１種が含まれる場合には、レジンコンクリートの耐久性がより向上するため好ましい。
【００４２】
充填剤の含有量は、特に制限するわけではないが、例えば、レジンコンクリート全質量に対して、８〜４３質量％とすることができる。
【００４３】
本実施形態で用いる結合剤としては、従来のレジンコンクリートで用いられている熱硬化性樹脂などの合成樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂の例としては、特に限定するものではないが、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などを挙げることができる。
【００４４】
また、結合剤には、適用する熱硬化性樹脂に好適な硬化剤も含まれる。
【００４５】
さらに、熱硬化性樹脂の硬化時間を調整するために、必要に応じて、硬化促進剤または硬化遅延剤を含んでいてもよい。
【００４６】
結合剤の含有量は、特に制限するわけではないが、例えば、レジンコンクリート全質量に対して、７〜２５質量％とすることができる。
【００４７】
次に、本発明の組成物の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、レジンコンクリートを構成する成分（骨材、充填剤、および結合剤）のうち、充填剤について、大気中の成分（二酸化炭素および水）に対して反応性が低い材料を用いる。
【００４８】
従来、充填剤として、（重質）炭酸カルシウムが広く用いられてきたが、（重質）炭酸カルシウムは、下記式１のとおり、大気中の成分である二酸化炭素および水と反応し、別の鉱物へと変化する。
ＣａＣＯ3＋Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2⇔Ｃａ（ＨＣＯ3）2    （式１）
【００４９】
このため、充填剤として炭酸カルシウムを用いると樹脂との付着力の低下が考えられる。また炭酸カルシウムは水溶液が弱アルカリ性であり、レジンコンクリートの樹脂部分の加水分解を促進する可能性がある。そのため、炭酸カルシウムは用いない、もしくは使用量を減らすことが望ましい。
【００５０】
本実施形態で用いる充填剤は、アルミナ、水酸化アルミニウム、およびカオリンからなる群から選択される少なくとも１種を含む。
【００５１】
アルミナ、水酸化アルミニウム、およびカオリンからなる群から選択される少なくとも１種の充填剤は、充填剤の全質量に対して、５０質量％以上、７０質量％以上、または９０質量％以上であることが好ましい。
【００５２】
充填剤の含有量は、特に制限するわけではないが、例えば、レジンコンクリート全質量に対して、８〜４３質量％とすることができる。
【００５３】
骨材としては、従来から使用されている石、砂利を用いることができる。また、大気中の成分（二酸化炭素および水）に対して反応性が低い材料を骨材として使用してもよく、この材料等については前掲の実施形態１で説明したとおりである。
【００５４】
骨材の平均粒径は、レジンコンクリート成形品の大きさ、用途等により相違するが、例えば、２．５〜５ｍｍである。ここで、平均粒径は、ノギスにより測定した値である。
【００５５】
骨材の含有量は、特に制限するわけではないが、例えば、レジンコンクリート全質量に対して、５０〜８５質量％とすることができる。
【００５６】
本実施形態で用いる結合剤については、前掲の実施形態１で説明したとおりである。
【実施例】
【００５７】
以下、実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に制限されるものではない。
【００５８】
＜レジンコンクリートに使用する骨材の検討＞
（レジンコンクリート試験片の作製）
レジンコンクリートに使用する骨材を検討するために、以下のようにして試験片を作製した。
【００５９】
９．９質量％の不飽和ポリエステル樹脂、８０質量％の骨材、１０質量％の充填剤（重質炭酸カルシウムを配合し、混練した。次いで、これに０．１質量％の硬化剤を加え、混練し、混練物を所定の成形型に注入した。その後、室温で養生し、脱型できる程度に硬化させた後、型枠を外して、硬化が完全に進行するまで、再度室温で養生し、レジンコンクリート試験片（４０×１００×１０ｍｍ）を作製した。なお、実施例１〜８および比較例１のレジンコンクリート試験片に使用した骨材としては以下の表１に示す岩石を使用した。なお、表１において、岩石中の石英およびアルカリ長石含有量は、粉末Ｘ線回折分析により，各鉱物のピーク強度比から算出した値である。粉末Ｘ線回折分析は、粉末Ｘ線回折装置（リガク社製ＭｉｎｉＦｌｅｘ６００）を用いて、スキャン速度５°／ｍｉｎ、スキャン角度５〜９０°の測定条件で測定を行った。
【００６０】
【表１】
2017210384.tif 000002
【００６１】
＊１）実施例１および４において、石英およびアルカリ長石の含有量の異なる粗面岩を使用した。
＊２）実施例５および比較例１において、石英およびアルカリ長石の含有量の異なる粗面安山岩を使用した。
＊３）実施例６および７において、石英およびアルカリ長石の含有量の異なる花崗岩を使用した。
【００６２】
（レジンコンクリート試験片の評価）
レジンコンクリートの耐久性を評価するために、以下のような試験を実施した。
【００６３】
上記で作製したレジンコンクリート試験片を、温度１００℃、湿度９５％ＲＨ、ＣＯ2濃度４００ｐｐｍに設定された加速試験装置内に所定の時間、静置した。次いで、静置したレジンコンクリート試験片の曲げ強度をＪＩＳ  Ｋ７１７１に準じて測定した。レジンコンクリート試験片の曲げ強度が、静置前の試験片の強度に対して約７５％となるまで試験片を装置内に静置し、その静置時間を計測した。その結果を以下の表２に示す。
【００６４】
【表２】
2017210384.tif 000003
【００６５】
表２に示す結果のとおり、骨材として、石英（ＳｉＯ2）を１０質量％以上含む実施例１〜８は、石英（ＳｉＯ2）を３質量％含む比較例１と比較し、所定の強度低下までの静置時間が増大した。このことから、本発明のレジンコンクリートは、従来品と比較し、経時変化に伴う強度低下が小さく、耐久性が向上したといえる。
【００６６】
＜レジンコンクリートに使用する充填剤の検討＞
（レジンコンクリート試験片の作製）
レジンコンクリートに使用する充填剤を検討するために、比較例１のレジンコンクリートにおいて、充填剤「重質炭酸カルシウム」の代わりに「アルミナ（関東化学社製酸化アルミニウム（α型）鹿１級）」を用いて、試験片を作製した（実施例９）。また、この試験片についても、上記（レジンコンクリート試験片の評価）のとおり、静置前の試験片の強度に対して約７５％に強度が低下するまでの試験片の静置時間を計測した。その結果を以下の表３に示す。
【００６７】
【表３】
2017210384.tif 000004
【００６８】
表３に示す結果のとおり、充填剤としてアルミナを用いた実施例９は、重質炭酸カルシウムを用いた比較例１と比較し、所定の強度低下までの静置時間が増大した。このことから、本発明のレジンコンクリートは、従来品と比較し、経時変化に伴う強度低下が小さく、耐久性が向上したといえる。
【図１】
2017210384.tif 000005