JP2004160693A

JP2004160693A - 硫黄固化成形体の接合方法及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004160693A
Application number: JP2002326121A
Authority: JP
Inventors: Kosei Tatekawa; 孝生竪川; Masashige Akiyama; 正成秋山
Original assignee: Obayashi Corp; Nippon Oil Corp
Current assignee: Obayashi Corp; Eneos Corp
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】温度差及び腐食性を有する環境に対して耐性を有する硫黄固化成形体を得ることができる接合方法及びその製造方法を提供する。
【解決手段】硫黄及び無機系資材を主成分とする硫黄固化成形体から成形されたパネル１どうしの接合方法であって、接合すべき端面どうしが接合部分８となるべき間隙を保持しつつ相対するパネルに対して、当該間隙を囲繞し当該両端面のそれぞれの外周縁に密着する板材５を設ける工程と、当該両端面と当該板材とで画成された接合部分８を、高温且つ液状の硫黄９によって満たす工程と、当該接合部分の当該硫黄を固化させる工程とを備えてなる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硫黄固化成形体を、互いの端部を溶融させることによって一体化させる接合方法及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
およそ１１９℃を超えると融解し常温では固体であるという硫黄の性質に着目し、硫黄に所定の試料を配合して、土木用、建設用等の資材の一つとして利用することが試みられている（例えば、特許文献１〜１３参照。）。
【０００３】
セメントを使用する通常のコンクリートと仕上がりや取り扱いが見かけ上類似していることから、硫黄を使用した上記の資材は硫黄コンクリートと呼ばれることもある。硫黄コンクリート等の硫黄固化成形体は、溶融させた硫黄に、砂や砂利等を、およそ１１９℃乃至１５９℃を保持しつつ練り混ぜ、これを冷却硬化させて製造される。
【０００４】
硫黄固化成形体は、セメントを使用する通常のコンクリートと比較して、以下のような特徴がある。
（１）配合により、通常のコンクリート以上の圧縮強度を得ることができる。
（２）中性であるために、酸に対し不活性であり、従って酸に溶解しない。また、硫黄固化成形体を使用して、魚を飼う池等を造る場合に、アルカリ性である通常のコンクリートで造った池のように、灰汁抜きをする必要がない。
【０００５】
（３）通常のコンクリートは、その硬化におよそ１乃至４週間を要するが、硫黄固化成形体は、常温にて数時間で硬化する。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−６９１８８号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２０００−５１８１５号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開２０００−５３４６１号公報
【０００９】
【特許文献４】
特開２０００−１５９９８号公報
【００１０】
【特許文献５】
特開２０００−３２７３９９号公報
【００１１】
【特許文献６】
特開平１１−１６５１５１号公報
【００１２】
【特許文献７】
特開２００１−９７７６０号公報
【００１３】
【特許文献８】
特開平１１−３４７５１４号公報
【００１４】
【特許文献９】
特開２００２−６０４９１号公報
【００１５】
【特許文献１０】
特開２００１−１６３６４９号公報
【００１６】
【特許文献１１】
特開２００２−９７０５９号公報
【００１７】
【特許文献１２】
特開２０００−７２５２３号公報
【００１８】
【特許文献１３】
特開２００１−２６３７５９号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、厳しい環境に耐性を有する硫黄固化成形体も、これらの成形体どうしを接合する手段の開発が遅れていたために、上記の特徴を発揮することが困難であった。
【００２０】
例えば、硫黄固化成形体からなるパネルどうしを、通常のコンクリートの場合と同様にエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂等の接着剤で接着し、酸性の強い温泉の浴槽に使用する場合を考える。この時、例えば浴槽内の湯水の入れ換え時に生ずる温度差によりパネル及び樹脂が膨張収縮を繰り返すと、パネルと樹脂との膨張収縮度の相違から接着部分が損傷し、浴槽として機能しなくなる恐れがある。また、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂が酸性の強い温泉水によって腐食されて損傷し、浴槽として機能しなくなる恐れもある。このように、硫黄固化成形体からなるパネル自身は腐食性物質を保持するといった厳しい環境に耐性を有するが、このパネルどうしの接合手段が適切でないが故に、硫黄固化成形体をこのような環境で使用することが困難であった。
【００２１】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、温度差及び腐食性を有する環境に対して耐性を有する硫黄固化成形体を得ることができる接合方法及びその製造方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明に係る硫黄固化成形体の接合方法は、硫黄及び無機系資材を主成分とする硫黄固化成形体から成形された硫黄固化成形体どうしの接合方法であって、接合すべき端面どうしが接合部分となるべき間隙を保持しつつ相対する硫黄固化成形体に対して、当該間隙を囲繞し当該両端面のそれぞれの外周縁に密着する封止手段を設ける工程と、前記両端面と前記封止手段とで画成された前記接合部分を、硫黄を主成分とする、高温且つ液状の接合材によって満たす工程と、前記接合部分の前記接合材を固化させる工程とを備えてなることを特徴とするものである。
【００２３】
このような接合方法によれば、前記成形体とおよそ等しい成分及び熱膨張率を有する前記接合部分によって、当該成形体どうしを一体化して接合することができる。従って、当該成形体をこのように接合して形成した構造物は、通常の接着剤を使用した構造物に比べて、より大きな温度差及び腐食性を有する環境にて使用することができる。
【００２４】
また、本発明に係る硫黄固化成形体の製造方法は、硫黄及び無機系資材を主成分とする硫黄固化成形体の製造方法であって、接合すべき端面どうしが接合部分となるべき間隙を保持しつつ相対する硫黄固化成形体単体に対して、当該間隙を囲繞し当該両端面のそれぞれの外周縁に密着する封止手段を設ける工程と、前記両端面と前記封止手段とで画成された前記接合部分を、硫黄を主成分とする、高温且つ液状の接合材によって満たす工程と、前記接合部分の前記接合材を固化させる工程とを備えてなることを特徴とするものである。
【００２５】
このような製造方法によれば、必要に応じて成形体単体の形状又は大きさを適宜選択し、これらを接合することにより、所望の固化成形体を容易に製造することができる。
【００２６】
本発明において、硫黄は、硫黄および硫黄を改質添加剤により重合した改質硫黄を使用できる。改質硫黄は、硫黄と改質添加剤とを１２０〜１６０℃の範囲で溶融混合し、硫黄組成物の１４０℃における粘度が０．０５〜３．０Ｐａ・ｓになるまで混合することにより製造できる。
【００２７】
硫黄としては、通常の硫黄単体で、天然産又は、石油や天然ガスの脱硫によって生成した硫黄等が挙げられる。
【００２８】
改質添加剤としては、ジシクロペンタジエン（ＤＣＰＤ）、テトラハイドロインデン（ＴＨＩ）、シクロペンタジエンなどとそれらのオリゴマー（２〜５量体混合物）、ジペンテン、ビニルトルエン、ジシクロペンテンなどのオレフィン化合物類の１種類又は数種類の混合物を使用することができる。
【００２９】
該ジシクロペンタジエンは、シクロペンタジエンの単体、２〜５量体を主体に構成される混合物をいい、該混合物は、ジシクロペンタジエンの含有量が７０ｍａｓｓ％以上、好ましくは８５ｍａｓｓ％以上のものをいう。従って、いわゆるジシクロペンタジエンと称する市販品の多くを使用することができる。
【００３０】
該テトラハイドロインデンとしては、例えば、テトラハイドロインデンの単体、若しくはテトラハイドロインデンと、シクロペンタジエンの単体、シクロペンタジエン及びブタンジエンの重合物、ジシクロペンタジエン、これらの２〜５量体からなる群より選択される１種又は２種以上を主体に構成されるもの等との混合物が挙げられる。該混合物中のテトラハイドロインデンの含有量は、通常５０ｍａｓｓ％以上、好ましくは６５ｍａｓｓ％以上である。従って、いわゆるテトラハイドロインデンと称する市販品やエチルノルボルネンの製造プラントから排出される副生成油の多くは本発明に用いるテトラハイドロインデンとして使用可能である。
【００３１】
前記改質添加剤の使用割合は、硫黄に対して、通常０．０１〜３０ｍａｓｓ％、特に、０．１〜２０ｍａｓｓ％の割合である。
【００３２】
硫黄の改質のための反応終了時期は、溶融物の粘度により決定することができる。例えば、１４０℃における粘度が０．０５〜３．０Ｐａ・ｓの範囲が好ましいが、改質硫黄から製造される成型物の強度や製造工程の作業性の観点から、１４０℃における粘度が０．０５〜２．０Ｐａ・ｓの範囲が総合的に最適粘度である。
【００３３】
該粘度が０．０５Ｐａ・ｓ未満では、改質硫黄を使用して得られる硫黄固化成形体の強度が純硫黄を使用したものと変わらず、改質添加剤による改質効果が不十分となる。粘度が高くなるに従い、改質が進行し、得られる硫黄の強度も高くなるが、３０Ｐａ・ｓを超えると改質硫黄の成形が困難となり、作業性が著しく悪化する。
【００３４】
また、硫黄固化成形体の製造に用いる骨材の材質としては、骨材として使用可能であれば特に限定されないが、一般にコンクリートで用いられる天然骨材、例えば天然石、砂利、砂、硅砂等や再利用可能な産業廃棄物等やこれらの２以上の組合わせが使用できる。
【００３５】
また本発明においては、上記骨材の他に、例えば、シリカ、アルミナ、石英粉、石英質岩石、粘土鉱物、活性炭、ガラス粉末やこれらと同等の有害物質を含有しない無機系資材、有機系資材等も骨材として使用可能である。
【００３６】
前記産業廃棄物としては、例えば、電力事業及び一般産業から排出される石炭灰、研磨屑、各種金属製造時に副生する副生物（例えば、鉄鋼スラグ・ダスト、フェロニッケルスラグ、アルミドロス、鋼スラグ等から選ばれる１種又は２種以上）、焼却灰・焼却飛灰、都市ごみや下水道汚泥高温溶融炉から発生する溶融スラグ、流動床焼却装置で使用した流動砂等が挙げられる。特に、本発明の製造方法では、鉄綱スラグ、石炭灰等の廃棄物を骨材として無害化しながら再利用することもできる。
【００３７】
また繊維質充填材を使用することにより資材の曲げ強度を高め、パネルやタイルなどの用途として用いるときに耐酸性硫黄資材を薄型化、軽量化することができる。そのような繊維質充填材としてカーボンファイバー、グラスファイバー、鋼繊維、アモルファス繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維等あるいはこれらの混合物を使用することができる。
【００３８】
該繊維径は材質により異なるが通常５μｍ〜１ｍｍのものが使用できる。繊維長さは短繊維、連続繊維いずれの形態でも良いが短繊維の場合は２〜３０ｍｍのもので資材に均一に分散させることができる。この場合の繊維質充填材の配合量は硫黄に対して０．５〜１０体積％、好ましくは１〜７体積％である。
【００３９】
連続繊維の場合は骨材が通過できるような隙間を空けた格子状の素材、該素材は織構造あるいは不織布構造のいずれでもよいが、該充填材として硫黄固化成形体内部に配置することができる。
【００４０】
本発明においては硫黄固化成形体の靭性を高めるために、繊維状粒子、薄片状粒子を混合することができる。繊維状粒子としては平均長さ１ｍｍ以下のウォラスナイト、ボーキサイト、ムライト等が使用でき、薄片状粒子としては平均粒度１ｍｍ以下のマイカフレーク、タルクフレーク、バーミキュライトフレーク、アルミナフレーク等を使用することができる。これらの使用量は硫黄固化成形体の３５重量％以下、好ましくは１０〜２５重量％である。
【００４１】
本発明の硫黄固化成形体の製造において、上述の改質硫黄と骨材との混合割合は、質量比で１〜５：９〜５である。最も望ましいのは、骨材が最密充填構造をとった場合のその空隙を埋める量の改質硫黄が配合された場合であり、この際に強度は最も高くなる。改質硫黄の混合割合が１０質量％未満（骨材が９０質量％を超える場合）は、骨材としての無機系資材表面を十分に濡らすことができず、骨材が露出した状態となり、強度が十分発現しないと共に遮水性が維持できない恐れがある。一方、改質硫黄の混合割合が５０質量％を超える（骨材が５０質量％未満の場合）と、改質硫黄単独の性質に近づき強度が低下する傾向にある。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本実施の形態における、硫黄固化成形体の接合方法及びその製造方法について説明する。
およそ１５０℃にて溶融させた硫黄に、細骨材及び粗骨材（無機系資材）を混合（石炭灰、鉄鋼スラグ、アスファルト燃焼灰等を混合することもできる）して練り混ぜ、冷却硬化させて成形した長方形をなす硫黄固化パネル１（成形体ないしは成形体単体）を、図１に示されるように並べて建て込み、さらにこのパネル１の背面に接するように通常のコンクリート２を打設して硬化させる。硫黄固化パネル１（成形体ないしは成形体単体）は、硫黄あるいは改質硫黄を骨材と溶融混合して製造される。例えば、溶融硫黄と骨材とを特定割合で１２０〜１６０℃の温度下、溶融混合した後、型枠に流し込み、１２０℃以下に冷却することにより製造される。
【００４３】
これにより、通常のコンクリート２からなる構造物（不図示）の表面が、硫黄固化パネル１によって保護されることになる。図１に示されるように、パネル１は、接合すべき側面３（端面）どうしが間隙を保持しつつ相対しており、側面３には、その外周部の図１における正面側に面取り４が形成されている。
【００４４】
硫黄固化パネル１における、面取り４に隣接した、図１の正面側の表面（外周縁）に、金属製の板材５（封止手段）を密着させる。この板材５には、図１において上方に開口するように傾斜部６が形成されている。ここで、板材５は、耐熱性の繊維材料からなってもよい。
【００４５】
面取り４を有するパネル１の側面３と、通常のコンクリート２と、板材５と、これらを支持する床面７とで画成された接合部分８に対して、傾斜部６の側から、およそ１１９℃乃至１５９℃にて溶融させた硫黄９（接合材）を流し込み、次に常温にてこれを硬化させる。接合部分８は、面取り４によって一部が拡張され、さらに傾斜部６を有するために、溶融させた硫黄９を流し込み易い形状をなしている。溶融させた硫黄９は接合部分８に一度に流し込まず、少量ずつ流し込んでは硬化させ、この工程を、接合部分８の図１における下部から上部まで繰り返し行ない、接合部分８に気泡等による空隙が生ずることを防止する。このような工程を、板材５を適宜上方にずらしつつ行なうことにより、パネル１の両側面３全体を接合することができる。ここで、硫黄８は、硫黄や改質硫黄の単体の他に、硫黄や改質硫黄に対して骨材、例えば細かい砂分を混合した混合物であってもよい。
【００４６】
また、パネル１又は接合材に混合される骨材は、接合材が特に優れた耐酸性を有するようにＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が０．９以下である無機のものが好ましく、石炭灰、珪砂、シリカ、石英粉のいずれかから選ばれる単独あるいは２以上の混合物であることがさらに好ましい。なお、骨材の使用は必須ではなく、また、パネル１及び接合材は、硫黄や骨材等が全くの同一材質である必要はない。
【００４７】
本実施の形態では、硫黄９を高温にて溶融させ、これを接合部分８に注入するために、ヒータ等を備えた容器（不図示）等を適宜使用することが好ましい。
【００４８】
溶融させた硫黄９を接合部分８に流し込むと、高温の硫黄９の熱によって、同様に硫黄を成分とするコンクリートからなるパネル１の側面３が溶融され、硫黄９と液状にて混合される。この混合部分が硬化すると、パネル１と接合部分８とは略一体となる。パネル１における固化した後の接合部分８とその周囲との断面を図２に示す。
【００４９】
例えば、背面にて接する通常のコンクリート２に温度差が生じても、パネル１と接合部分８とは略一体に膨張及び収縮をし、接合部分８と側面３との境界面にて亀裂が発生し難くなる。また、接合部分８は硫黄を主成分とするために、腐食性を有する環境への耐性が高く、背面の通常のコンクリート２を保護できる。
【００５０】
このように接合されたパネルは、硫黄固化成形体単体であるパネル１，１が複数接合されて製造された一つの硫黄固化成形体として、酸に対して不活性なために、下水処理場、酸性の強い温泉関連設備、化学工場の床等に使用できる。また、パネル形状以外の硫黄固化成形体どうしを接合する際に、本実施の形態の接合方法を応用することが可能であり、これによって形成された構造物として、海草の生育設備、漁礁用ブロック、草木を育成する植生ブロック等が挙げられる。中性であるという特徴を有するが故に、硫黄固化成形体がこれらの構造物の材料となる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明における硫黄固化成形体の接合方法によれば、温度差及び腐食性を有する環境に対して耐性を有する構造物を得ることができる。また、本発明における硫黄固化成形体の製造方法によれば、必要に応じて成形体単体の形状又は大きさを適宜選択し、これらを接合することにより、所望の固化成形体を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態における硫黄固化パネル及びその周囲の斜視図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態における硫黄固化パネルの接合部分及びその周囲の断面図である。
【符号の説明】
１硫黄固化パネル
２通常のコンクリート
３側面
４面取り
５板材
６傾斜部
７床面
８接合部分
９硫黄

Claims

硫黄及び無機系資材を主成分とする硫黄固化成形体どうしの接合方法であって、
接合すべき端面どうしが接合部分となるべき間隙を保持しつつ相対する硫黄固化成形体に対して、当該間隙を囲繞し当該両端面のそれぞれの外周縁に密着する封止手段を設ける工程と、
前記両端面と前記封止手段とで画成された前記接合部分を、硫黄を主成分とする、高温且つ液状の接合材によって満たす工程と、
前記接合部分の前記接合材を固化させる工程とを備えてなることを特徴とする硫黄固化成形体の接合方法。
硫黄及び無機系資材を主成分とする硫黄固化成形体の製造方法であって、
接合すべき端面どうしが接合部分となるべき間隙を保持しつつ相対する硫黄固化成形体単体に対して、当該間隙を囲繞し当該両端面のそれぞれの外周縁に密着する封止手段を設ける工程と、
前記両端面と前記封止手段とで画成された前記接合部分を、硫黄を主成分とする、高温且つ液状の接合材によって満たす工程と、
前記接合部分の前記接合材を固化させる工程とを備えてなることを特徴とする硫黄固化成形体の製造方法。