JP2002348165A - ポリマーセメント組成物及び固化体 - Google Patents

ポリマーセメント組成物及び固化体

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JP2002348165A JP2001159474A JP2001159474A JP2002348165A JP 2002348165 A JP2002348165 A JP 2002348165A JP 2001159474 A JP2001159474 A JP 2001159474A JP 2001159474 A JP2001159474 A JP 2001159474A JP 2002348165 A JP2002348165 A JP 2002348165A
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Gantan Funaki
元旦 舩木
Koji Yanagimachi
孝治 柳町
Hideo Tamanoi
英雄 玉野井
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Gantan Beauty Industry Co Ltd
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Gantan Beauty Industry Co Ltd
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 石炭灰、溶融スラグ、廃陶磁器細粒、廃ガラ
ス等の産業廃棄物を有効利用できると共に、優れた圧縮
強度と曲げ強度を有する固化体を得るポリマーセメント
組成物及び固化体を提案する。 【解決手段】 本発明のポリマーセメント組成物は、水
硬性セメントと、天然珪酸塩鉱物の微細粉粒と、石炭灰
と、水性合成樹脂エマルジョンとからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種の産業廃棄物
を骨材として用いるポリマーセメント組成物及び固化体
に関し、詳しくは石炭灰や、溶融スラグ、廃陶磁器細
粒、廃ガラス粉粒等の産業廃棄物の一種又は二種以上を
多量に混練、固化して優れた圧縮強度と曲げ強度を有す
るインターロッキングブロック、タイル、レンガ等とし
て適用することができるポリマーセメント組成物及び固
化体に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、廃棄物の再利用処理は環境保全、
資源の有効活用の観点から重要な課題となり、多くの提
案がある。火力発電所の燃料として石炭を用いることに
より、多量の石炭灰が産業廃棄物として発生する。近
年、石炭灰の発生量は年間990万tが予想され、セメ
ントの製造への利用や窯業分野での有効な活用が図られ
ている。現在、石炭灰と廃ガラスを主原料として成型
し、高温で焼成する人工軽量骨材の製造法が特開平9−
77541号公報に提案されている。また、アルミナセ
メントに、骨材、ポリマーを用いて付着力や弾性に優れ
たポリマーセメントモルタル組成物に関する提案が特許
公報第2951385号に開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記特開平9‐775
41号の提案は、石炭灰と廃ガラスを主原料とするが、
900〜1100℃で焼成する人工軽量骨材の製造に関
するものであって、高温の熱量が必要とする為、使用さ
れる燃料量も多くなり、その燃焼により、二酸化炭素が
発生するので、環境保全の点で問題があった。特許公報
第2951385号の提案は、アルミナセメント、骨
材、ポリマーを必須成分とし、弾性及び付着力に優れ、
防水材、接着材として用いられるポリマーセメントモル
タル組成物であるが、優れた圧縮強度や曲げ強度の固化
体を得ることは困難であった。そして、フライアッシュ
を混合することも記載されているが、その使用量は全体
の2%に過ぎなかった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意研究の
結果、水硬性セメントと、天然珪酸塩鉱物の微細粉粒
と、石炭灰と、水性合成樹脂エマルジョンとからなるポ
リマーセメント組成物を混練、固化したポリマーセメン
ト固化体が優れた圧縮強度と曲げ強度を有することを見
出した。
【0005】天然珪酸塩鉱物の微細粉粒を強化素材とし
て用いると、混練の際に水の界面活性が高くなり、その
結果、天然珪酸塩鉱物と水硬性セメントとを水性合成樹
脂エマルジョンで混練、固化することにより、高強度ポ
リマーセメント固化体となることを確認し、特願200
1−132470を提案してきた。これを基本に、多量
の石炭灰を用いると、溶融スラグ、廃陶磁器細粒、廃ガ
ラス粉粒を骨材として用いても早期に高い強度特性を有
する高強度のポリマーセメント固化体が得られることを
見出し、本発明を完成するに至った。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明に用いる天然珪酸塩鉱物と
しては、鉄電気石、ガーネット砂、ゼオライト等が挙げ
られる。本発明の後述する説明や実施例では専らガーネ
ット砂を用いた。鉄電気石〔NaFe3Al63Si6(6H)
30〕は二極性結晶体である為、粉砕した微細粉粒が独立
した二極性結晶体を有し、これが水と接触するとき、天
然珪酸塩鉱物のもつ電気特性により水を電気分解し、ヒ
ドロニウムイオン(H3+)、ヒドロキシルイオン(H
32 -)を生成し、ヒドロキシルイオン(H32 -)は界
面活性物質に変化することは公知である。そこで本発明
者らは、天然珪酸塩鉱物の一種であるガーネット砂を粉
砕して粒度75〜100μm程度にしたものを水と接触
することにより、数分間で水の水素イオン濃度(pH)
が上昇し、pH10.0近くになり、且つ改質水の核磁
気共鳴(NMR)による17O-NMRスペクトル半値幅
値は71.0Hzとなり、原水117.5Hzより明らか
に小さくなることを確認した。水の17O-NMR半値幅
が小さくなるということは、水のクラスター(分子集
団)が小さいことであり、水自体の界面活性エネルギー
が高まり、親和力が高くなることである。水硬性セメン
トと天然珪酸塩鉱物のガーネット微細粒とを水性合成樹
脂エマルジョンにより混練する際、前記した改質作用に
より、混練水の界面活性が高まり濡れ性がよくなり、固
化体の強度が飛躍的に高くなることを応用し、特願20
01−132470の高強度ポリマーセメント組成物を
完成した。
【0007】天然珪酸塩鉱物の一種であるガーネット砂
は、粒度250〜350μm程度の粒径で、比重4.1
0、モース硬度7.50、赤紫色したザクロの実の色を
したアルマンダイト(鉄バン柘榴石)であり、組成はS
iO236%、Al23 20%、Fe23 30%を主成分
とし、その他MnO2、MgO、ZrO2、K2O等を微量含
有している。
【0008】本発明に用いる石炭灰は、例えばその一組
成例を挙げるとSiO2 74.0%、Al23 16.0
%、CaO 0.92%、K2O 1.70%、TiO2 1.4
0%、Fe23 3.90%、SO3 0.25%他、Mg
O、Na2O、P25等が含有されている20〜50μm
程度の粉粒である。この石炭灰中のSiO2は、セメント
水和生成物の水酸化カルシウムと結合してコンクリート
組織の緻密化に役立つことと併せ、コンクリートのアル
カリと骨材との反応によるアルカリ骨材反応の防止に役
立つポゾラン活性を呈し、固化体の長期安定性を強化さ
せる作用がある。この石炭灰の使用量は、全体の8〜6
0%にも及ぶものであり、フライアッシュの使用量が5
%に過ぎなかった従来のものに比べて廃棄物の再利用に
多大な貢献を果たす。
【0009】本発明者らは、ガーネット砂等の天然珪酸
塩鉱物と石炭灰とを用いることにより、水硬性セメント
と水性合成樹脂エマルジョンとを混練する際、混練物の
水分に界面活性作用が付与され、水硬性セメントと共に
混練した石炭灰中のSiO2がセメント成分の水酸化カル
シウムと水和反応を起こし、同時併行して水性合成樹脂
エマルジョンの硬化が調和して進行することにより、緻
密化された高い強度を持つコンクリート固化体が得られ
ることを見出した。また、その際、骨材として廃陶磁器
細粒、溶融スラグ、廃ガラス粉粒等の産業廃棄物を多量
に混合しても、緻密化された高い強度を持つ固化体を得
ることをも見出した。
【0010】廃陶磁器細粒、溶融スラグ、廃ガラス粉粒
等については以下のものを用いることが好ましい。廃ガ
ラス粉粒は1〜10mm程度に粉砕したものを用いる。
廃陶磁器細粒は製陶の際の焼きかすである。廃陶器や磁
器、これらの製品の壊れた陶磁器類を2〜10mm程度
に細粒にしたものを用いる。スラグは一般廃棄物を溶融
スラグ炉で処理した際に発生する1〜5mm程度の細粒
を用いる。
【0011】水性合成樹脂エマルジョンとしては、酢酸
ビニル樹脂エマルジョン、酢酸ビニル・アクリル共重合
合成樹脂エマルジョン、アクリル共重合樹脂エマルジョ
ン、スチレン・アクリル共重合合成樹脂エマルジョン、
酢酸ビニル・エチレン・塩化ビニル共重合樹脂エマルジ
ョンの単独ないし、複数の混合物を用いても差し支えな
い。
【0012】水硬性セメントとしては、普通ポルトラン
ドセメント、早強セメント、ホワイトセメント、アルミ
ナセメントのいずれでも差し支えないが、後述する本発
明の実施例では専らホワイトセメントおよび早強セメン
トを用いた。
【0013】
【実施例】〔実施例1〕水硬性セメントとして早強セメ
ント10重量部、ガーネット砂10重量部、石炭灰(前
述の組成例のもの,以下同様)20重量部、水性合成樹
脂エマルジョンとしてスチレン・アクリル共重合樹脂エ
マルジョン(不揮発分30%)3.5重量部をオムニミ
キサーに投入し、3分間混練した。該混練物を鉄製成型
枠(160×40×40)(m/m)に詰め込んだ。翌日これを脱
型し、4週間養生して成型固化体を得た。成型固化体の
強度試験はJASS7M101に準じ実施した。その結
果、圧縮強度700kg/cm2、曲げ強度130kg/cm2とな
る測定値を得た。
【0014】〔実施例2〕ホワイトセメント50重量
部、ガーネット砂50重量部、石炭灰50重量部、廃ガ
ラス微細粒(1〜3mm)30重量部、水性合成樹脂エ
マルジョンとしてスチレン・アクリル共重合樹脂エマル
ジョン(不揮発分30%)と酢酸ビニル・エチレン・塩
化ビニル共重合樹脂エマルジョン(不揮発分30%)と
を1:1で混合し、混合エマルジョン4.0重量部を5
分間混練した。この混練物を型枠に詰め込み固化脱型
し、4週間後の固化体の強度試験を行なった。圧縮強度
500kg/cm2、曲げ強度120kg/cm2となる値を得た。
【0015】〔実施例3〕ホワイトセメント50重量
部、ガーネット砂25重量部、石炭灰20重量部、廃陶
磁器細粒30重量部、水性合成樹脂エマルジョンは、実
施例2に準じたものを3.6重量部5分間混練した。該
混練物を型枠に詰め込み固化脱型し、4週間後の固化体
の強度試験を行った。圧縮強度750kg/cm2、曲げ強度
136kg/cm2となる値を得た。
【0016】〔実施例4〜9〕石炭灰を多量に用いた場
合について、水硬性セメントにはホワイトセメント、強
化素材にはガーネット砂の微粉粒、水性合成樹脂は実施
例2に準じた混合エマルジョンを用いて、表1に示す混
練条件で、それぞれ個別に混練を実施し、各混練物を型
枠に詰め込み固化脱型し、養生した。
【表1】
【0017】4週間後の強度試験結果を表2に示す。比
較例を併せて示す。
【表2】
【0018】以上本発明の実施例を示したが、本発明は
前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲
に記載の構成を変更しない限りどのようにでも実施する
ことができる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のポリマー
セメント組成物及び固化体は、産業廃棄物の有効活用の
手段として、これを高熱処理することなく、多量の石炭
灰や、廃陶磁器細粒、溶融スラグ、廃ガラス等を水性合
成樹脂エマルジョンと混練・固化することにより、固化
体の組織が緻密となり、高い圧縮強度、高い曲げ強度を
有する為、インターロッキングブロック、タイル、レン
ガ等、各種建材として活用が計られ、産業廃棄物の有効
活用と環境保全への貢献は多大である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C04B 14:04 C04B 18:10 A 18:10 24:24 24:24 18:16 18:16 18:14 A 18:14) (72)発明者 玉野井 英雄 静岡県榛原郡御前崎町御前崎6177−3 元 旦ビューティ工業株式会社静岡工場内 Fターム(参考) 4G012 PA03 PA23 PA26 PA29 PA30

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水硬性セメントと、天然珪酸塩鉱物の微
    細粉粒と、石炭灰と、水性合成樹脂エマルジョンとから
    なるポリマーセメント組成物。
  2. 【請求項2】 溶融スラグ、廃陶磁器細粒、廃ガラス粉
    粒から選ばれる産業廃棄物の一種又は二種以上を配合し
    てなる請求項1に記載のポリマーセメント組成物。
  3. 【請求項3】 水硬性セメントと、天然珪酸塩鉱物の微
    細粉粒と、石炭灰と、水性合成樹脂エマルジョンとを混
    練、固化してなるポリマーセメント固化体。
JP2001159474A 2001-05-28 2001-05-28 ポリマーセメント組成物及び固化体 Pending JP2002348165A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100982653B1 (ko) 2010-06-25 2010-09-16 김강욱 속경형 폴리머 시멘트 모르타르 조성물, 이를 이용한 경계석 블록 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 경계석 블록
JP2018002537A (ja) * 2016-06-30 2018-01-11 宇部興産株式会社 ポリマーセメント組成物及びポリマーセメント硬化物
JP2018002538A (ja) * 2016-06-30 2018-01-11 宇部興産株式会社 コンクリート構造体の表面被覆工法
CN108558294A (zh) * 2018-04-12 2018-09-21 合肥宝丽环保科技有限公司 路面砖

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