JP2007204933A - 水路設備用複合構造物及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリート層と改質硫黄含有層との２層構造を備え、該２層構造の接着性、機械的強度等に優れ、しかも、優れた耐酸性を付与したり、また、非危険物とすることができ、水路設備に有用な水路設備用複合構造物及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の水路設備用複合構造物は、水路設備用コンクリート構造物の少なくとも水路部表面に、改質硫黄及び骨材を含む改質硫黄含有層を備えた、コンクリート層及び改質硫黄含有層の２層構造を有し、本発明の製造方法は、水路設備用コンクリート構造物を準備する工程(A)と、該コンクリート構造物の少なくとも水路部表面を含む改質硫黄含有層を設ける面(S)に、コンクリート層と改質硫黄含有層との接着性を改善するための接着改善手段を設ける工程(B)と、該接着改善手段を設けた面(S)に、溶融改質硫黄及び骨材を含む溶融改質硫黄含有材料を接触、冷却し、改質硫黄含有層を設ける工程(C)とを含む。
【選択図】 なし

Description

本発明は、コンクリート層及び改質硫黄含有層の２層構造を有する、管渠や水槽等の水路設備用複合構造物及びその製造方法に関する。

管渠、下水用水槽、集水枡等の水路設備は、従来、セメントコンクリートにより製造されていることが多い。しかし、近年、下水等における酸性水のコンクリートに対する影響や、急流等におけるコンクリートの耐摩耗性が問題になっており、セメントコンクリート製の水路設備では所望の耐久年数が得られないこともある。
そこで、セメントコンクリートの水路表面に、耐酸性等を有する樹脂被覆層を形成すること等が提案されている。しかし、このような樹脂被覆層は、コンクリートとの接着性が充分とは言えず、更には、樹脂被覆層にピンホール等が発生し、目的とする機能が充分達成されない等の問題がある。このような欠点を解決するために、特許文献１には、コンクリート製水路の粗面化し加熱した表面にプラズマ溶射によるセラミックス層を形成したコンクリート製水路が提案されている。
しかし、このようなセラミックス層によりコンクリートを被覆した場合でも、該セラミックス層の曲げ強度等が充分とは言えず、しかも、製造においてプラズマ発生装置等の特殊な装置が必要であり、コスト的な問題も新たに生じる。

近年、コンクリートに代わる土木、建設資材として、耐酸性、機械的強度、遮水性等に優れる硫黄含有資材が多数提案され、利用されはじめている。
このような硫黄含有資材は、該資材中の硫黄又は改質硫黄の溶融温度が通常１２０℃以上であるため、１２０〜１６０℃程度に保持した溶融硫黄含有物を、所定の型枠に流し込み成型固化させることにより製造されている。このような硫黄含有資材については、セメントコンクリートの曲げ強度よりも優れた曲げ強度を発現させることができることも知られている。
また、例えば、ジシクロペンタジエン等の硫黄改質剤により変性された改質硫黄と骨材とを含む改質硫黄含有材料を、各種土木・建設材料に利用することも、従来、多数提案がなされている。特に、特許文献２には、このような改質硫黄含有材料に耐酸性を付与する技術が、また特許文献３には、小ガス炎着火試験によって検定される非危険物とする技術が開示されている。
しかし、コンクリート層と改質硫黄含有層という異なる材料層を実質的に直接接合した２層構造を有する複合構造物については従来提案されていない。
実公平７−１５９１０号公報 WO２００４−１１３８４号パンフレット 特開２００５−８２４７５号公報

本発明の課題は、コンクリート層と改質硫黄含有層との２層構造を備え、該２層構造の接着性、機械的強度等に優れ、しかも、優れた耐酸性を付与したり、また、非危険物とすることができ、水路設備に有用な水路設備用複合構造物を提供することにある。
本発明の別の課題は、コンクリート層と改質硫黄含有層との２層構造を備え、該２層構造の接着性、機械的強度等に優れ、しかも、優れた耐酸性を付与したり、また、非危険物とすることができる水路設備用複合構造物を、容易な接着改善手段により製造することができる方法を提供することにある。

本発明によれば、水路設備用コンクリート構造物の少なくとも水路部表面に、改質硫黄及び骨材を含む改質硫黄含有層を備えた、コンクリート層及び改質硫黄含有層の２層構造を有する水路設備用複合構造物が提供される。
また本発明によれば、コンクリート層及び改質硫黄含有層の２層構造を有する水路設備用複合構造物の製造方法であって、水路設備用コンクリート構造物を準備する工程(A)と、
該コンクリート構造物の少なくとも水路部表面を含む改質硫黄含有層を設ける面(S)に、コンクリート層と改質硫黄含有層との接着性を改善するための接着改善手段を設ける工程(B)と、該接着改善手段を設けた面(S)に、溶融改質硫黄及び骨材を含む溶融改質硫黄含有材料を接触、冷却し、改質硫黄含有層を設ける工程(C)とを含む水路設備用複合構造物の製造方法が提供される。

本発明の水路設備用複合構造物は、コンクリート層と改質硫黄含有層との２層構造を有し、該改質硫黄含有層が水路設備用コンクリート構造物の少なくとも水路部表面に設置されているので、コンクリートによる機械的強度を劣化させること無く、水路設備におけるコンクリートの耐酸性、更には磨耗性等を向上させ、耐久年数を向上させることができる。
本発明の製造方法は、上記工程(A)〜(C)を含むので、特に、工程(B)において、コンクリート構造物の少なくとも水路部表面を含む改質硫黄含有層を設ける面(S)に、コンクリート層と改質硫黄含有層との接着性を改善するための接着改善手段を設けるので、コンクリート層と改質硫黄含有層という異なる材料層を、強固に接着接合することができ、本発明の水路設備用複合構造物を容易に得ることができる。
従って、本発明の製造方法により得られる複合構造物は、耐酸性や耐磨耗性を有する、管渠、Ｕ字溝、水路用ボックスカルバート、水槽又は集水枡等の水路設備に有用である。

以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明の水路設備用複合構造物は、水路設備用コンクリート構造物の少なくとも水路部表面に、改質硫黄及び骨材を含む改質硫黄含有層を備えた構造を有する、管渠、Ｕ字溝、水路用ボックスカルバート、水槽又は集水枡等の水路設備用の構造物である。
前記水路設備用コンクリート構造物は、公知の方法等により、その適用する用途の形状に合わせて、例えば、所望形態の型枠等を用いてセメントコンクリートを打設し、常法に従って、硬化、養生させる方法等により得ることができる。

本発明の水路設備用複合構造物において改質硫黄含有層を形成するための改質硫黄は、例えば、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を硫黄改質剤により重合したものであって、硫黄と硫黄改質剤との反応物である。

硫黄改質剤としては、例えば炭素数４〜２０のオレフィン系炭化水素又はジオレフィン系炭化水素、具体的には、リモネン、ピネン等の環状オレフィン系炭化水素、スチレン、ビニルトルエン、メチルスチレン等の芳香族炭化水素、ジシクロペンタジエン及びそのオリゴマー、シクロペンタジエン、テトラヒドロインデン、ビニルシクロヘキセン、ビニルノルボルネン、エチリデンノルボルネン、シクロオクタジエン等のジエン系炭化水素等の１種又は２種以上の混合物が挙げられる。
前記改質硫黄は、硫黄と硫黄改質剤とを溶融混合することにより得ることができる。この際、硫黄改質剤の使用割合は、硫黄と硫黄改質剤との合計量に対して、通常０．１〜３０質量％、特に、１．０〜２０質量％の割合が好ましい。

前記改質硫黄含有層に用いる骨材は特に限定されないが、一般にコンクリートで用いられる骨材、例えば、天然石、砂、れき、硅砂、鉄鋼スラグ、フェロニッケルスラグ、銅スラグ、金属製造時に生成する副生物、石炭灰、燃料焼却灰、電気集塵灰、溶融スラグ類及びこれらの混合物等からなる群より選択される１種又は２種以上が挙げられる。また、シリカヒューム、アルミナ、石英粉、石英質岩石、粘土鉱物、活性炭、ガラス粉末や他の無機系、有機系等の微粉末も使用可能である。

骨材として、少なくともCa及びSiを含み、骨材中のCa、Si、Alを酸化物換算したCaO／(SiO₂＋Al₂O₃)の割合が、質量比で０．２以下の無機骨材を用いることにより、得られる改質硫黄含有層の耐酸性を更に改善することができる。前記骨材中のCa量はCaOに換算し、Si量はSiO₂に換して、Al量はAl₂O₃に換算してそれぞれ質量比を決定する。この際、Alは必ずしも含まれなくて良い。
このような無機骨材としては、例えば、石炭灰、硅砂、シリカ、石英粉、石英質岩石、砂利、砂、粘土鉱物、ガラス粉末等のシリカ成分を主体とする骨材の１種又は２種以上が挙げられる。

骨材として、粒径５ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下、更には１００μｍ以下の無機系細骨材を用い、該細骨材を、改質硫黄１００質量部に対して、通常、３０〜４００質量部、特に５０〜３００質量部とすることにより、得られる改質硫黄含有層を小ガス炎着火試験によって検定される非危険物とすることができる。このような無機系細骨剤としては、上記無機系細骨材のほとんどが使用できるが、代表例としてはフライアッシュ、硅砂等が挙げられる。

前記改質硫黄含有層を形成する材料、即ち、改質硫黄含有材料は、前記改質硫黄や骨材の他に、例えば、軽石、パーライト等の軽量骨材、各種粗骨材、繊維質充填材、薄片状粒子等や各種添加剤を含有させることもできる。
繊維質充填材としては、例えば、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、アラミド繊維又はこれらの混合物等が挙げられる。

前記改質硫黄含有層を形成する材料の組成は、上記非危険物とする場合には、上記範囲とすることが好ましいが、後述する型枠等に、改質硫黄含有材料を導入し、冷却固化させる場合の組成は、通常、改質硫黄１００質量部に対して、骨材５０〜３５０質量部程度であり、また、後述する改質硫黄含有材料を、水路設備用コンクリート構造物の所定箇所に吹付けにより形成する場合の組成は、通常、改質硫黄１００質量部に対して、骨材５０〜３５０質量部程度である。このような組成は、改質硫黄含有層の形成方法や、形態、厚さ等に応じて、製造時に最適なフロー値、硬化後の曲げ強度等を勘案して適宜決定することが好ましい。

改質硫黄含有材料は、上記各成分を、公知の溶融混合装置等を用いて、好ましくは骨材を予熱した状態で溶融改質硫黄と混合することで調製することができる他、予め、改質硫黄と骨材を含む改質硫黄含有材料を調製しておき、再加熱により改質硫黄を溶融させ混合する方法により調製することもできる。
ここで、溶融改質硫黄含有材料の温度は、改質硫黄の溶融温度以上であって、通常は、１２０〜１６０℃程度とすることが好ましい。このような改質硫黄含有材料は、後述する本発明の製造方法等により水路設備用コンクリート構造物の所定箇所に改質硫黄含有層を形成することができる。

改質硫黄含有層の層厚は、水路設備の種類、改質硫黄含有層の形成方法等により適宜選択することができる。例えば、後述する型枠等に、改質硫黄含有材料を導入し、冷却固化させる場合には、通常、１５〜２５ｃｍ程度とすることにより所望の効果を得ることができる。また、後述する改質硫黄含有材料を、水路設備用コンクリート構造物の所定箇所に吹付けにより形成する場合には、通常、５〜１５ｍｍ程度とすることにより所望の効果を得ることができる。

本発明の製造方法は、水路設備用コンクリート構造物を準備する工程(A)を含む。
工程(A)において準備する水路設備用コンクリート構造物は、前述のとおり、公知の方法等により、水路設備の種類に応じて適宜製造することができる他、既存の水路設備用コンクリート構造物であっても良い。

本発明の製造方法は、該コンクリート構造物の少なくとも水路部表面を含む改質硫黄含有層を設ける面(S)に、コンクリート層と改質硫黄含有層との接着性を改善するための接着改善手段を設ける工程(B)を含む。
前記面(S)は、水路設備用構造物において、通常、構造物における下水等の水が接する内面等が挙げられるが、該水路以外の面を含んでいても良い。

工程(B)において接着改善手段を設ける方法としては、例えば、前記面(S)に、複数のアンカーを設ける方法(以下、この方法を工程(B-1)の方法という)、具体的には、水路設備用コンクリート構造物の前記面(S)の所定箇所に複数のアンカーの一端が埋設される状態とする方法が挙げられる。このようなアンカーの埋設は、例えば、コンクリート構造物を調製する際に、予めアンカーの一端側を埋設させるようにセメントコンクリートを打設し、硬化、養生する方法、準備したコンクリート構造物の面(S)の所定箇所に、公知の方法によりアンカーの一端を埋設させる方法等により実施することができる。
前記面(S)に埋設するアンカーの数及び所定箇所は、コンクリート構造物における面(S)の形状、大きさ等に応じて、後述する工程(C)により形成する改質硫黄含有層との接着強度が良好になるよう適宜選択することができる。

また、工程(B)において接着改善手段を設ける方法としては、例えば、面(S)に凹凸を形成する方法(以下、この方法を工程(B-２)の方法という)、具体的には、水路設備用コンクリート構造物の前記面(S)に、研磨剤等を用いて物理的に凹凸を作成する方法や、該コンクリート構造物の製造時に、該面(S)と接する型枠面に、セメント硬化遅延剤等を塗布しておき、脱型後、水洗等により該面(S)の未硬化セメントを洗い出し、骨材等を露出させ凹凸を形成する方法等が挙げられる。

更に、工程(B)において、接着改善手段を設ける方法としては、例えば、面(S)に接着剤層を設ける方法(以下、この方法を工程(B-3)の方法という)、具体的には、エポキシ接着剤(コニシ社製の製品名E４５０)等の接着剤を、水路設備用コンクリート構造物の前記面(S)に接触付着し、後述する工程(C)により形成する改質硫黄含有層を接着するための接着層を形成する方法等が挙げられる。

更にまた、工程(B)において接着改善手段を設ける方法としては、例えば、面(S)を１４０℃以上に加熱する工程(以下、この方法を工程(B-4)の方法という)、具体的には、ガスバーナー等を用いて、面(S)を所望温度以上に加熱する方法等が挙げられる。
上記工程(B-1)〜(B-4)の方法は、適宜２以上組合せて実施することが面(S)と、改質硫黄含有層との接着強度をより向上させることができる点で好ましい。
特に、工程(B-1)〜(B-4)の方法の２以上を組合せることにより、コンクリート層と改質硫黄含有層との異なる熱伝導率による膨張・収縮率の相違に起因する経時的な層間剥離を有効に抑制することができる。

本発明の製造方法は、前記接着改善手段を設けた面(S)に、溶融改質硫黄及び骨材を含む溶融改質硫黄含有材料を接触、冷却し、改質硫黄含有層を設ける工程(C)を含む。
工程(C)は、例えば、接着改善手段を設けた面(S)に、改質硫黄含有層を形成するための所望の層厚となるように型枠を設け、該型枠内に溶融改質硫黄含有材料を導入した後、冷却固化して脱型する方法、又は接着改善手段を設けた面(S)に、溶融改質硫黄含有材料を吹付けて、接触、冷却する方法等により行うことができる。
工程(C)を、型枠を用いて行う場合には、溶融改質硫黄含有材料が、型枠内の隅々まで導入されるように、例えば、コンクリート構造物と該構造物に付設した型枠とを、振動装置上に設置し、振動させながら溶融改質硫黄含有材料を導入することが好ましい。
一方、工程(C)を、溶融改質硫黄含有材料を吹付けて行う場合には、該材料の溶融状態を維持しうる加熱手段を備えた吹付け装置を用いて行うことができる。

ここで、工程(B)として、少なくとも上記工程(B-4)を行って吹付けによる工程(C)を行う場合には、工程(B-4)による所定温度以上に加熱した面(S)の加熱箇所に工程(C)の吹付けを続けて実施することもできる。要するに、工程(B-4)と工程(C)の吹付けとを、工程(B-4)を先行させながら略同時に進行させることができる。この際、工程(B-4)における加熱をガスバーナー等により行なうので、吹き付ける溶融改質硫黄含有材料は、上述した非危険物となる組成材料の使用が好ましい。

以上の工程(A)〜(C)の実施により、コンクリート層と改質硫黄含有層との２層構造を有する本発明の水路設備用複合構造物を製造することができるが、本発明の製造方法においては、これら必須の工程以外に、本発明の所望の効果を損なわない範囲で、更に他の効果を得るために、他の工程を付加することもできる。
本発明の複合構造物において、コンクリート層と改質硫黄含有層との層間における接着強度は、上述の本発明の製造方法等に従って具体的に実施することにより、通常１．５ＭＰａ以上とすることができる。

Claims (8)

1. 水路設備用コンクリート構造物の少なくとも水路部表面に、改質硫黄及び骨材を含む改質硫黄含有層を備えた、コンクリート層及び改質硫黄含有層の２層構造を有する水路設備用複合構造物。
2. 前記骨材が、少なくともCa及びSiを含み、骨材中のCa、Si、Alを酸化物換算したCaO／(SiO₂＋Al₂O₃)の割合が、質量比で０．２以下の無機骨材であり、改質硫黄含有層が耐酸性を示すことを特徴とする請求項１記載の複合構造物。
3. 改質硫黄含有層が、改質硫黄１００質量部と、粒径５ｍｍ以下の細骨材３０〜４００質量部とを含み、小ガス炎着火試験によって検定される非危険物である請求項１又は２記載の複合構造物。
4. 水路設備用複合構造物が、管渠、Ｕ字溝、水路用ボックスカルバート、水槽又は集水枡である請求項１〜３のいずれか１項記載の複合構造物。
5. コンクリート層及び改質硫黄含有層の２層構造を有する水路設備用複合構造物の製造方法であって、
   水路設備用コンクリート構造物を準備する工程(A)と、
   該コンクリート構造物の少なくとも水路部表面を含む改質硫黄含有層を設ける面(S)に、コンクリート層と改質硫黄含有層との接着性を改善するための接着改善手段を設ける工程(B)と、
   該接着改善手段を設けた面(S)に、溶融改質硫黄及び骨材を含む溶融改質硫黄含有材料を接触、冷却し、改質硫黄含有層を設ける工程(C)とを含む水路設備用複合構造物の製造方法。
6. 工程(B)が、面(S)に複数のアンカーを設ける工程、面(S)に凹凸を形成する工程、面(S)に接着剤層を設ける工程、面(S)を１４０℃以上に加熱する工程、又はこれら２以上の工程の組合せ工程である請求項５記載の製造方法。
7. 工程(C)が、接着改善手段を設けた面(S)に、改質硫黄含有層を形成するための型枠を設け、該型枠内に溶融改質硫黄含有材料を導入した後、冷却固化して脱型する工程である請求項５又は６記載の製造方法。
8. 工程(C)が、接着改善手段を設けた面(S)に、溶融改質硫黄含有材料を吹付けて、接触、冷却する工程である請求項５又は６記載の製造方法。