JP2015048276A

JP2015048276A - ナノ繊維含有モルタルまたはコンクリート組成物

Info

Publication number: JP2015048276A
Application number: JP2013180973A
Authority: JP
Inventors: 杉本　行弘; Yukihiro Sugimoto; 行弘杉本; 山田　真一; Shinichi Yamada; 真一山田; 横尾　彰彦; Akihiko Yokoo; 彰彦横尾; 圭太下中村; Keita Shimonakamura; 伸高岸; Shin Takagishi; 田中　裕之; Hiroyuki Tanaka; 裕之田中; 吉隆越村; Yoshitaka Koshimura
Original assignee: ABAN ASSOC KK; Hokuriku Electric Power Co; Geostr Corp; Chuetsu Pulp and Paper Co Ltd
Current assignee: ABAN ASSOC KK; Hokuriku Electric Power Co; Geostr Corp; Chuetsu Pulp and Paper Co Ltd
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2015-03-16

Abstract

【課題】適度な保水性と強度とを併せ持つナノ繊維含有モルタルまたはコンクリート組成物を提供すること。【解決手段】ナノ繊維含有モルタルまたはコンクリート組成物は、セメントと、ＣＮＦとを含み、ＣＮＦの保水性によって、モルタルまたはコンクリート組成物の保水性が高まる。また、ＣＮＦによって、組成物の熱伝導率が低くなるため、断熱性が高まる。この高い保水性および断熱性を利用して、屋上高温防止パネルなどへの適用も期待される。また、ＣＮＦは、モルタルまたはコンクリート組成物に含まれる水分の凍結時の膨張圧を吸収するとともに、軽量なフライアッシュと、比重が大きいセメントとの分離を抑制する効果がある。【選択図】図１

Description

本発明は、ナノ繊維含有モルタルまたはコンクリート組成物に関するものである。

近年、環境問題の一つとして都市部で問題となっているヒートアイランド現象を抑制する方法として、建造物を構成するモルタルまたはコンクリート組成物や構造物に保水性を持たせる技術が開示されている（特許文献１、２参照）。このような保水性を持った組成物や構造物は屋上高温化防止用にも使用される。

特開２０１１−１６３０９２号公報特開２０１２−１２７６９号公報

ところで、さまざまな構造物に保水性を持たせるために、適度な保水性と強度とを併せ持つモルタルまたはコンクリート組成物が求められている。また、環境負荷の軽減の観点から、そのような組成物は、大量に発生する石炭灰を有効活用できるものであることが好ましい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、適度な保水性と強度とを併せ持つナノ繊維含有モルタルまたはコンクリート組成物を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るモルタルまたはコンクリート組成物は、セメントと、ナノ繊維及び／又はパルプとを含むことを特徴とする。

さらに１０質量％以上の配合割合のフライアッシュを含むようにすることができ、これにより石炭灰を有効活用できる。
石炭火力発電所等において、石炭を燃焼させた結果発生するフライアッシュやクリンカアッシュ等の石炭灰は、産業廃棄物として埋め立てられるものもあり、環境負荷低減の観点から、資源としての有効利用拡大が望まれる。このような観点から、セメントにフライアッシュを混合することで、ポゾラン反応によって強度が増進するため、その成形体を利用して耐久性の高い構造物を実現できるという利点がある。

またナノ繊維はセルロースナノファイバー（以下ＣＮＦと記す）とすることができる。天然セルロース繊維の微細化により得られるＣＮＦは高い比表面積によって優れた吸着性能を示し、また生物種による繊維形態の違いが、異なる性質を発現させる。このセルロース原料としては、セルロースを含むものであれば特に限定されず、たとえば各種木材パルプ、非木材パルプ、バクテリアセルロース、古紙パルプ、コットン、バロニアセルロース、ホヤセルロース等が挙げられる。また、市販されている各種セルロース粉末や微結晶セルロース粉末を使用できる。

かかるＣＮＦの製造方法として水に不溶な天然セルロース繊維を、水中でナノレベルから分子レベルにいたるまで迅速に微細化・ナノ分散させ、半透明な水分散液を調製する水中対向衝突法：ＡＣＣ（ＡｑｕｅｏｕｓＣｏｕｎｔｅｒＣｏｌｌｉｓｉｏｎ）法が知られている。この手法は、特許文献１にも開示されたように水に懸濁した天然セルロース繊維を、チャンバー３中で相対する二つのノズル４ａ，４ｂに同時に分離し、両方から一点に向かって噴射、衝突させる手法である（図１）。この手法によれば、水中で天然微結晶セルロース繊維（フナセル）の懸濁水を互いに対向衝突させ、その表面をナノフィブリル化させて引き剥がし、キャリアーである水との親和性を向上させることにより、最終的には溶解に近い状態に至らせることが可能となる。図１に示される装置は液体循環型となっており、原料タンク１，プランジャ２、熱交換器５を備え、液体内に微粒子を分散させた後、それを等量に二分し、高圧下で合い対するノズル４ａ，４ｂより噴射し、対向衝突させる。

この水中対向衝突処理によれば、多糖類原材料と水しか使わず、繊維間の相互作用のみを解裂させてナノ微細化を行うので、多糖類の構造が変化することなく、粉砕に伴う重合度の低下を最小限にしつつ、多糖類の微細粉砕品を得ることができるため、セルロースをはじめとする多糖類の成形加工が容易となる。
また衝突回数（Ｐａｓｓ数）・衝突圧を変えることで、ナノ微細化の程度を変えられること、他物質との同時処理が可能であること、創製するナノ物質のサイズや形態を自由にデザインすることが出来る等の利点がある。

なおナノ繊維を加えるにあたってはあらかじめ添加する場合に限らず工程中で適切なタイミングで添加することもできる。
また天然セルロース繊維としては、竹、藁、または麻等のパルプ繊維や、針葉樹や広葉樹等の木質のパルプ繊維を使用できる。特に、木質繊維であれば、製紙に使用されるパルプ繊維が安価かつ安定して入手できるので好ましい。
加えてナノ繊維と共に、あるいはナノ繊維に代えてパルプを含むようにすることができる。
パルプとしては製紙用パルプが幸便であり、広葉樹や針葉樹といった木本植物、竹や葦といった草本植物を原料としたクラフトパルプ、メカニカルパルプ及び古紙は効率的に入手できる。なお、このパルプの繊維幅は、原料によって異なるが、広葉樹を原料とした晒クラフトパルプで１０−２０μｍ、針葉樹を原料とした晒クラフトパルプで２０−３０μｍ、竹を原料とした晒クラフトパルプで１０−２０μｍ程度である。

以上のモルタルまたはコンクリート組成物は圧縮強度が１０Ｎ／ｍｍ^２以上、曲げ強度が４．０Ｎ／ｍｍ^２以上、かつ保水量が０．１６ｇ／ｃｍ^３以上の特性を有することができる。

前記フライアッシュの配合割合が４０質量％以上であるようにしてもよい。

また、本発明に係るモルタルまたはコンクリート組成物は、さらにクリンカアッシュを含むことができる。

また、本発明に係るモルタルまたはコンクリート成形体は、本発明のモルタルまたはコンクリート組成物を成形してなることを特徴とする。

本発明によれば、適度な保水性と強度とを併せ持つモルタルまたはコンクリート組成物を実現できるという効果を奏する。

図１は、水中対向衝突：ＡＣＣ法の説明図である。

以下に、図面を参照して本発明に係るナノ繊維含有モルタルまたはコンクリート組成物の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

本発明の実施の形態に係るナノ繊維含有モルタルまたはコンクリート組成物は、セメントと、ＣＮＦとを含み、かかる本実施の形態に係るナノ繊維含有モルタルまたはコンクリート組成物は、上記組成を有することによって、以下に示した様々な効果を奏する。まず、ＣＮＦの保水性によって、モルタルまたはコンクリート組成物の保水性が高まる。また、ＣＮＦによって、組成物の熱伝導率が低くなるため、断熱性が高まる。この高い保水性および断熱性を利用して、屋上高温防止パネルなどへの適用も期待される。

また、ＣＮＦは、モルタルまたはコンクリート組成物に含まれる水分の凍結時の膨張圧を吸収する。ＣＮＦの配合割合は、０．２質量％以上が好ましく、０．５質量％以上がさらに好ましい。

さらに実施の態様によっては１０質量％以上の配合割合のフライアッシュを含むようにする。フライアッシュを含むことによってフライアッシュの主成分であるシリカおよびアルミナが、セメントと混合することによって、セメントの水和の際に生成される水酸化カルシウムとポゾラン反応し、強度が増進するため、耐久性が高くなる。なお、ポゾラン反応に寄与しないフライアッシュは組成物中で砂の代替物として作用するが、砂よりも軽量であるため組成物の軽量化に寄与する。なお、ＣＮＦも軽量であり、組成物の軽量化に寄与する。

さらに、フライアッシュの空隙の保水性によって、モルタルまたはコンクリート組成物の保水性が高まる。また、空隙が多いフライアッシュによって、組成物の熱伝導率が低くなるため、断熱性が高まる。この高い保水性および断熱性を利用して、屋上高温防止パネルなどへの適用も期待される。

なお、フライアッシュを含む場合にはＣＮＦは軽量なフライアッシュと、比重が大きいセメントとの分離を抑制する効果がある。
また、フライアッシュを使用することによって、産業廃棄物とされていた石炭灰を有効活用でき、環境へ負荷を軽減できる。なお、フライアッシュの配合割合を高くすればするほど、リサイクル性が高く、環境負荷を軽減できるとともに、原料費の抑制にもつながり、結果として低コストのモルタルまたはコンクリート組成物となる。フライアッシュの配合割合としては、１０質量％以上であれば特に限定されないが、たとえば４０質量％以上と高くできる。

また、本実施の形態に係るナノ繊維含有モルタルまたはコンクリート組成物は、圧縮強度が１０Ｎ／ｍｍ^２以上、曲げ強度が４．０Ｎ／ｍｍ^２以上、かつ保水量が０．１６ｇ／ｃｍ^３以上であるため、適度な保水性と強度とを併せ持つ。これによって、保水性を有するさまざまな構造物に適用することができる。また、上記のように軽量化されているため、たとえば成形して屋上緑化のための保水パネルとした場合にも、軽量であり使用や管理がしやすいものである。また、より高い強度が要求される歩道用の保水ブロックにも適用可能である。なお、本実施の形態に係るモルタルまたはコンクリート組成物において、圧縮強度を１５Ｎ／ｍｍ^２以上、曲げ強度を５．０Ｎ／ｍｍ^２以上として、さらに高い強度を実現してもよいし、保水量を０．１８ｇ／ｃｍ^３以上として、さらに高い保水性を実現してもよい。

また、本実施の形態に係るナノ繊維含有コンクリート組成物は、さらに石炭灰であるクリンカアッシュを含めてもよい。クリンカアッシュを含めることによって、さらに石炭灰を有効活用できるとともに、クリンカアッシュの多孔質性により、保水性の向上、軽量化、低熱伝導化（高断熱化）を実現できる。さらには、クリンカアッシュは軽量な砂の代替物としても作用する。

また、本実施の形態に係るモルタルまたはコンクリート組成物は、たとえば細骨材としての砂を配合してもよいし、粗骨材としての石や砂利を配合してコンクリート組成物としてもよい。本実施の形態に係るモルタルまたはコンクリート組成物では、フライアッシュを砂の代替物として使用できるので、これらの骨材の配合量を削減することができ、軽量化が実現される。

３・・・チャンバー、４ａ，４ｂ・・・ノズル、１・・・原料タンク、２・・・プランジャ、５・・・熱交換器。

Claims

セメントと、ナノ繊維及び／又はパルプとを含むことを特徴とするナノ繊維含有モルタルまたはコンクリート組成物。
前記ナノ繊維はセルロースナノファイバー（以下ＣＮＦと記す）である請求項１又は請求項３記載のナノ繊維含有モルタルまたはコンクリート組成物。
さらに１０質量％以上の配合割合のフライアッシュを含む請求項１又は請求項２記載のナノ繊維含有モルタルまたはコンクリート組成物。