JP2015214459A - ガラス発泡体入り路盤材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】路盤材の長期強度を抑制して工事の容易化・短時間化を図るとともに、耐アルカリ性を改善し、耐久性を向上したガラス発泡体入り路盤材およびその製造方法を提供する。【解決手段】圧縮強度が所定範囲内に設定されたガラス発泡体を少なくとも含む骨材と、前記骨材同士を結合する結合材とを含有する路盤材において、前記ガラス発泡体が、樹脂でコーティングされていることを特徴とするガラス発泡体入り路盤材。【選択図】図１

Description

本発明は、軌道工事、道路、各種法面、公園、各種運動施設等の路盤の新設または改良に用いられるガラス発泡体入り路盤材およびその製造方法に関し、とくに、路盤材の長期強度を抑制して工事の容易化・短時間化を図るとともに、耐アルカリ性を改善し、耐久性を向上したガラス発泡体入り路盤材およびその製造方法に関するものである。

近年、列車の高速化とダイヤの一層の過密化が進み、工事直後の列車運行によって繰り返し荷重が軌道下の路盤に掛かるため、軌道工事に用いられる路盤材には、初期強度の発現が良好なものが用いられるようになってきている（例えば、特許文献１）。

軌道下の路盤材は、骨材と結合材とから構成されているものも多くあり、初期強度と長期強度を別々に制御することができず、初期強度が高くなるよう調合すると必然的に長期強度も非常に高くなってしまうものであった。そのため、特許文献１に記載されているような長期強度が高い路盤材では、既存の路盤材を一部撤去する場合、通常のバックホーなどで割り砕くことが困難な場合もあり、撤去するのに時間がかかり、列車の運行ダイヤに支障をきたすという問題があった。

また、作業のし易さだけを考慮して初期強度の発現が遅い路盤材を用いると、所定時間（期間）経過後の必要強度が足りず、噴泥対策、鉄道継ぎ目部分の沈下対策、構造物背面部の不等沈下対策、シートパイル、Ｈ鋼などの土留め材引き抜き後の地盤の弛み対策には使えなくなるという問題がある。

一方、特許文献２には、ガラス粉末と発泡剤とを混ぜて焼成してなる多数の発泡材を他の骨材と共にセメントと混合して打設し養生した後、カット又は研磨などの手法で発泡材を露出させた発泡材入りコンクリートが開示されている。

このようなガラス発泡体を混合させたコンクリートを用いた路盤材は、ガラス発泡体が高い吸水率を有し、かつセメント中のアルカリ成分に溶解しやすいという性質を有することから、長期的な耐久性が得られない場合がある。

特許文献３には、有機ポリマーのエマルションまたは溶液を発泡ガラスにコーティングし、余剰のエマルションまたは溶液を除去することからなる、耐アルカリ性に優れたモルタル用軽量骨材の製造方法が開示されている。

しかしながら、特許文献３に記載されたモルタル用軽量骨材は、軽量裏込め材などの構造物に適用されるものであり、圧縮強度が所定範囲内に設定される路盤材への適用については何ら開示または示唆していない。

特開２００４−３３９７８４号公報 特開２００５−０５３７３２号公報 特開２０１２−０９６９９５号公報

上記事情に鑑み、本発明は、路盤材の長期強度を抑制して工事の容易化・短時間化を図るとともに、耐アルカリ性を改善し、耐久性を向上したガラス発泡体入り路盤材およびその製造方法を提供することを課題とする。

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、所定の圧縮強度を有するガラス発泡体を樹脂でコーティングすることにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
すなわち本発明は以下の（１）〜（６）の構成を有する。
（１）圧縮強度が所定範囲内に設定されたガラス発泡体を少なくとも含む骨材と、前記骨材同士を結合する結合材とを含有する路盤材であって、前記ガラス発泡体が、樹脂でコーティングされていることを特徴とするガラス発泡体入り路盤材。
（２）前記樹脂が、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂およびシリコーン樹脂からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする前記（１）に記載のガラス発泡体入り路盤材。
（３）前記（１）または（２）に記載のガラス発泡体入り路盤材を製造する方法であって、
圧縮強度が所定範囲内に設定されたガラス発泡体に樹脂をコーティングする工程と、該樹脂でコーティングされたガラス発泡体と結合材とを混合する工程とを有することを特徴とするガラス発泡体入り路盤材の製造方法。
（４）前記樹脂をコーティングする工程が、前記ガラス発泡体と反応硬化型の水性樹脂塗料とを接触させる工程であることを特徴とする前記（３）に記載のガラス発泡体入り路盤材の製造方法。
（５）前記水性樹脂塗料が、水性アクリル樹脂塗料、水性ウレタン樹脂塗料、水性フッ素樹脂塗料および水性シリコーン樹脂塗料から選択される少なくとも１種であることを特徴とする前記（４）に記載のガラス発泡体入り路盤材の製造方法。
（６）前記樹脂をコーティングする工程が、前記ガラス発泡体に対し、固形分が２９〜５７質量％の前記水性樹脂塗料を１〜３容量倍添加し、両者を混合する工程であることを特徴とする前記（４）または（５）に記載のガラス発泡体入り路盤材の製造方法。

上記（１）の構成によれば、圧縮強度が所定範囲内に設定されたガラス発泡体が樹脂でコーティングされているので、路盤材の長期強度を抑制して工事の容易化・短時間化が可能となるとともに、耐アルカリ性を改善し、耐久性を向上したガラス発泡体入り路盤材を提供することができる。
また、上記（２）の構成によれば、ガラス発泡体の耐アルカリ性を一層改善することができる。
上記（３）の方法によれば、圧縮強度が所定範囲内に設定されたガラス発泡体に樹脂をコーティングする工程と、該樹脂でコーティングされたガラス発泡体と結合材とを混合する工程とを有するので、路盤材の長期強度を抑制して工事の容易化・短時間化が可能となるとともに、耐アルカリ性を改善し、耐久性を向上したガラス発泡体入り路盤材を製造することができる。
また、上記（４）の構成によれば、路盤材の長期強度を抑制して工事の容易化・短時間化が可能となるとともに、耐アルカリ性を改善し、耐久性を向上したガラス発泡体入り路盤材の製造を簡単に、低コストで行うことができる。
また、上記（５）の構成によれば、耐アルカリ性が一層改善したガラス発泡体入り路盤材をく製造することができる。
上記（６）の構成によれば、ガラス発泡体入り路盤材の製造を、低コストで行うことができる。

実施例１における樹脂でコーティングされたガラス発泡体および比較例１における樹脂でコーティングしないガラス発泡体の質量減少率を示す図である。 実施例１および比較例１におけるガラス発泡体自体の質量減少率を示す図である。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明のガラス発泡体入り路盤材は、軌道工事、道路、各種法面、公園、各種運動施設等の路盤の新設または改良に用いることができ、とくに、軌道工事においては路床上に打設され、硬化後軌道を支持する路盤として用いるのに好適である。以下、本発明のガラス発泡体入り路盤材を、軌道を支持する路盤に使用する例について説明するが、本発明は下記例に制限されない。

本発明のガラス発泡体入り路盤材は、主に、骨材と、骨材同士を結合する結合材と、水などから構成されている。

背景技術で述べたように、特許文献１に記載されたような初期強度発現が良好な従来の路盤材は、路盤材として必要とされる強度（１．２Ｎ／ｍｍ^２程度）を早期に発現するように調合すると、水和反応は水分がある限り材齢（時間）とともに進行するため、路盤材の圧縮強度も徐々に増強していくこととなり、結果的に長期強度が必要以上に増大してしまう。
また、ガラス発泡体を用いた場合は、必要強度を確保しつつ長期強度を抑制して工事の容易化・短時間化を図ることができるが、耐久性が低下する場合がある。

そこで、本発明のガラス発泡体入り路盤材は、骨材として砂などの細骨材に加え、圧縮強度が所定範囲内に設定されかつ樹脂でコーティングされたガラス発泡体を混入させ、そのガラス発泡体が所定範囲の強度域で圧壊することで路盤材全体の長期強度を抑制して軌道工事における作業の容易化・短時間化を図るとともに、ガラス発泡体の耐アルカリ性を向上させ、長期的な耐久性を獲得するというものである。

（ガラス発泡体）
本発明で使用するガラス発泡体は、例えば０．２ｍｍ以下の粒径からなる廃ガラスの微粉末に、発泡剤を添加して８００〜１１００℃程度の温度で焼成することで得ることができる。この発泡剤は、廃ガラスの粉末を発泡させることができる物質であれば、特に種類は問わないが、好適には、炭酸カルシウム、ホウ砂、炭化珪素、硫黄、炭素、ドロマイト、硝酸ソーダ、及び硝酸カルシウムから選択される一種類の物質であり、廃ガラスの微粉末に対して質量％で０．１〜４．０％の範囲で添加される。発泡剤の添加量が０．１質量％未満であるとガラスが発泡しにくいため好ましくなく、４．０質量％を超えて添加しても発泡率にあまり変化がないため好ましくない。

また、ガラス発泡体の発泡率とガラス発泡体の一軸圧縮強度には、反比例の関係が認められる。本発明において、ガラス発泡体の一軸圧縮強度を、路盤材の必要強度である１．２Ｎ／ｍｍ^２以上で、取壊し作業のし易い５Ｎ／ｍｍ^２以下とするには、ガラス発泡体の発泡率を８．３倍〜２．９倍とすればよい。
添加する発泡剤の種類により発泡剤のガラス廃材に対する添加量は異なるが、上記発泡率に着目すれば、即ち、発泡剤の添加量とガラス発泡体の発泡率との関係を実験により求めることにより、ガラス発泡体の一軸圧縮強度を所望の２〜４Ｎ／ｍｍ^２の範囲にコントロールすることが可能である。

本発明で使用されるガラス発泡体は、前記のように圧縮強度が所定範囲内に設定され、かつその表面が樹脂でコーティングされていることを特徴としている。
該樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ＭＭＡ樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、アミノアルキッド樹脂、酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリ塩化ビニリデン等の合成樹脂；ロジン、セラック、あまに油、やし油等の天然樹脂・油；セルロース誘導体；天然ゴムおよびスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、塩化ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム等の合成ゴム；ならびにエポキシシラン、アクリルシラン等のシランカップリング剤が挙げられる。これらの有機ポリマーは、単独で使用しても二種以上を併用してもよい。

本発明において該樹脂のコーティングは、ガラス発泡体と反応硬化型の水性樹脂塗料とを接触させることにより行なうことが好ましい。反応硬化型の水性樹脂塗料は、周知のように、加熱、紫外線などの放射線照射、あるいは主剤と硬化剤の混合等により反応硬化して塗膜を形成する塗料である。本発明において水性樹脂塗料は、耐アルカリ性の向上および操作の容易性という観点から、水性アクリル樹脂塗料、水性ウレタン樹脂塗料、水性フッ素樹脂塗料および水性シリコーン樹脂塗料から選択される少なくとも一種であることが好ましい。

反応硬化型の水性樹脂塗料を用いてガラス発泡体の表面に樹脂をコーティングする方法としては、例えばガラス発泡体と該水性樹脂塗料とを混合および攪拌し、ガラス発泡体の表面に樹脂を付着させた後、加熱乾燥して水性樹脂塗料を硬化させ、ガラス発泡体の表面に樹脂をコーティングする方法が挙げられる。
このとき、水性樹脂塗料は、固形分（樹脂）が２９〜５７質量％のものを用いることが好ましく、２９〜５２質量％がより好ましい。水性樹脂塗料の固形分がこの範囲内であることにより、ガラス発泡体の表面に樹脂を効率よくコーティングすることができる。水溶性樹脂塗料中、固形分が２９質量％未満では、ガラス発泡体の表面への樹脂のコーティングの割合が低下することがある。逆に固形分が５７質量％を超える水溶性樹脂塗料を用いても、必要以上に樹脂がコーティングされることになり、高コストとなり好ましくない。

また、水性樹脂塗料は、ガラス発泡体に対し、コーティングの効率性から、例えば１〜５容量倍、好ましくは１〜３容量倍添加し、両者を混合することが好ましい。
ガラス発泡体に対する樹脂のコーティングの割合は、コーティング前後の乾燥質量を測定し、固形分（塗料）が増加質量に対して１２〜２３％となる程度が好ましい。
また本発明において樹脂でコーティングされたガラス発泡体の粒径は、例えば４〜７５ｍｍであり、４〜１０ｍｍであるのがより好ましい。

（結合材）
結合材としては、一般的には、ポルトランドセメントが用いられるが、骨材を包み込んで硬化し、路盤材としての必要強度である１．２Ｎ／ｍｍ^２程度以上を確保できるものであれば合成樹脂や石膏などの他の材料であっても構わない。
また、路盤材の配合や結合材の種類を替えることで路盤材の必要強度の発現時期（養生時間）を調整することができ、長期強度も発泡率を調整することで任意に抑制することができる。
また、結合材のセメントを早強ポルトランドセメントとしたり、急結材を添加したりすることにより、路盤材の必要強度を早期に発現させることができ、例えば列車の運行ダイヤに支障をきたすおそれをより一層低減することができる。なお、急結材としては、アルミン酸塩、硫酸塩、炭酸塩及びケイ酸塩等のアルカリ金属塩、並びにカルシウムアルミネート等の既知の急結材を用いることができる。

本発明のガラス発泡体入り路盤材において、ガラス発泡体と結合材との使用割合は、ガラス発泡体の配合量を１（質量部）としたときに、結合材の配合量は例えば０．６６７〜１．３３３（質量部）である。

（その他の成分）
本発明のガラス発泡体入り路盤材には、本発明の効果を損なわない限り、骨材と結合材以外に所望の成分を含有することができる。
例えば、水、砕石、割栗石等が挙げられる。

以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。

（実施例１）
＜ガラス発泡体の調製＞
廃ガラスの微粉末をふるいにかけて粒径が０．２ｍｍ以下のものを選別した。粒径０．２ｍｍ以下の廃ガラスの微粉末に、発泡剤を添加して、８００〜１０００℃の温度で焼成し、発泡率が５〜８．３倍のガラス発泡体を得た。なお、発泡剤は、炭酸カルシウム、炭化珪素を含むものである。

ガラス発泡体の発泡率とガラス発泡体の一軸圧縮強度には、反比例の関係が認められ、発泡率が（発泡後の容積が発泡前の容積の）５．８倍のとき、一軸圧縮強度が２．９Ｎ／ｍｍ^２、発泡率が７．１倍のとき、一軸圧縮強度が２．４Ｎ／ｍｍ^２となることが確認された。

＜ガラス発泡体の表面の樹脂コーティング＞
上記ガラス発泡体を容器に収容し、ガラス発泡体に対し以下の希釈率で希釈した水性樹脂塗料をそれぞれ１容量倍加え、５分間混合した後、室温で自然乾燥してガラス発泡体の表面に樹脂をコーティングした。ガラス発泡体は、コーティングの前後でその質量が０．８〜２３％増加した。
なお、水性樹脂塗料としては、水性アクリル樹脂塗料である関西ペイント株式会社製の商品名アレスアクアグロスを１．１、１．５、２、５、１０、３０、および５０倍の範囲の希釈率で、溶媒として水を用いて希釈した。この各希釈率では、水性アクリル樹脂塗料の固形分（樹脂）はそれぞれ、５２、３８、２９、１１、５．７、１．９、および１．１質量％である。なお本発明でいう固形分とは、塗料から、水等の揮発する成分を除いた残さを意味し、乾燥させた残渣の質量を、乾燥前の質量で除することにより測定することができる。

＜樹脂でコーティングされたガラス発泡体のアルカリ溶解率の測定＞
上記で得られた樹脂でコーティングされたガラス発泡体をそれぞれ、６０℃±２で、１０％のＮａＯＨ溶液に１４日間時間浸漬し、浸漬前後のガラス発泡体の質量変化を質量減少率として測定した。
なお、樹脂でコーティングされたガラス発泡体を、目開き０．０７５ｍｍおよび５ｍｍのフルイを用いてふるい分けし、５ｍｍフルイに残ったガラス発泡体と、０．０７５ｍｍフルイに残ったガラス発泡体について、それぞれの上記質量変化を測定した。

（比較例１）
樹脂でコーティングしないガラス発泡体を用いて実施例１と同様にガラス発泡体のアルカリ溶解率を測定した。５ｍｍフルイに残ったガラス発泡体の質量減少率は４５．８％であり、０．０７５ｍｍフルイに残ったガラス発泡体の質量減少率は４３．１％であった。

実施例１および比較例１の結果を図１および図２に示す。図１は、実施例１における樹脂でコーティングされたガラス発泡体と比較例１における樹脂コーティングしなかったガラス発泡体の質量減少率を示す。また図２は、実施例１および比較例１における樹脂コーティングを除いたガラス発泡体自体の質量減少率を示す。なお図１および図２において、０．０７５ｍｍフルイ、５ｍｍフルイとあるのはそれぞれ、０．０７５ｍｍフルイに残ったガラス発泡体と５ｍｍフルイに残ったガラス発泡体、５ｍｍフルイに残ったガラス発泡体を意味する。

図１および２の結果から、ガラス発泡体を樹脂でコーティングすることによりガラス発泡体の耐アルカリ性が改善され、耐久性の向上が図れることが確認された。特に希釈率が１．１〜２倍（水性アクリル樹脂塗料の固形分が２９〜５２質量％）のものが質量減少率が低く、ガラス発泡体の耐アルカリ性を改善させることができた。また、ガラス発泡体を樹脂でコーティングしない場合、質量減少率が高く、ガラス発泡体の耐アルカリ性が悪化することが認められた。

なお、上記では本発明の実施例に係る路盤材を説明したが、骨材、結合材などは、既知のものを使用することができ、とくに骨材としては、砕石や割栗石などの粗骨材を含有してもよい。
また上記では、本発明の路盤材を軌道工事に用いることを前提に説明したが、その他、本発明の路盤材は、道路、各種法面、公園、各種運動施設等の路盤の新設または改良に用いることもできる。

以下では、本発明のガラス発泡体入り路盤材の特徴を簡潔に纏めて列記する。
（ｉ）本発明のガラス発泡体入り路盤材は、圧縮強度が所定範囲内に設定されたガラス発泡体を少なくとも含む骨材と、前記骨材同士を結合する結合材とを含有し、前記ガラス発泡体が、樹脂でコーティングされている。
（ｉｉ）前記樹脂が、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂およびシリコーン樹脂からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
（ｉｉｉ）本発明のガラス発泡体入り路盤材の製造方法は、前記（ｉ）または（ｉｉ）に記載のガラス発泡体入り路盤材を製造する方法であって、圧縮強度が所定範囲内に設定されたガラス発泡体に樹脂をコーティングする工程と、該樹脂でコーティングされたガラス発泡体と結合材とを混合する工程とを有する。
（ｉｖ）前記樹脂をコーティングする工程が、前記ガラス発泡体と反応硬化型の水性樹脂塗料とを接触させる工程であることが好ましい。
（ｖ）前記水性樹脂塗料が、水性アクリル樹脂塗料、水性ウレタン樹脂塗料、水性フッ素樹脂塗料および水性シリコーン樹脂塗料から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
（ｖｉ）前記樹脂をコーティングする工程が、前記ガラス発泡体に対し、固形分が２９〜５７質量％の前記水性樹脂塗料を１〜３容量倍添加し、両者を混合する工程であることが好ましい。

本発明の路盤材は、軌道工事、道路、各種法面、公園、各種運動施設等の路盤の新設または改良等に好適に用いることができる。

Claims (6)

1. 圧縮強度が所定範囲内に設定されたガラス発泡体を少なくとも含む骨材と、前記骨材同士を結合する結合材とを含有する路盤材であって、前記ガラス発泡体が、樹脂でコーティングされていることを特徴とするガラス発泡体入り路盤材。
2. 前記樹脂が、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂およびシリコーン樹脂からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載のガラス発泡体入り路盤材。
3. 請求項１または請求項２に記載のガラス発泡体入り路盤材を製造する方法であって、
   圧縮強度が所定範囲内に設定されたガラス発泡体に樹脂をコーティングする工程と、該樹脂でコーティングされたガラス発泡体と結合材とを混合する工程とを有することを特徴とするガラス発泡体入り路盤材の製造方法。
4. 前記樹脂をコーティングする工程が、前記ガラス発泡体と反応硬化型の水性樹脂塗料とを接触させる工程であることを特徴とする請求項３に記載のガラス発泡体入り路盤材の製造方法。
5. 前記水性樹脂塗料が、水性アクリル樹脂塗料、水性ウレタン樹脂塗料、水性フッ素樹脂塗料および水性シリコーン樹脂塗料から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項４に記載のガラス発泡体入り路盤材の製造方法。
6. 前記樹脂をコーティングする工程が、前記ガラス発泡体に対し、固形分が２９〜５７質量％の前記水性樹脂塗料を１〜３容量倍添加し、両者を混合する工程であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のガラス発泡体入り路盤材の製造方法。

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