JP2018024179A - コンクリートブロック及びその製造方法、並びにコンクリートブロックの成形枠 - Google Patents

Abstract

【課題】その表面に優れた強度や意匠性等の表面特性などを有するコンクリートブロックの製造に適した成型枠や、このコンクリートブロックのように優れた表面特性などを有するコンクリートブロックの製造方法を提供する【解決手段】無焼成型セラミックスの表面層を有するコンクリートブロックの成型枠。無焼成型セラミックスの表面層を有するコンクリートブロックの製造方法であって、無焼成セラミックスを成形し、前記無焼成型セラミックスの表面層を有する成型枠を形成する工程と、前記成型枠に、少なくとも、セメント、骨材及び水が混和されたコンクリート系混合物を打設して成型した後、養生を行い固化する工程と、を有する製造方法。【選択図】 図１

Description

本発明は、コンクリートブロック及びその製造方法、並びにコンクリートブロックの成形枠に関する。

セメントに水や、適宜、細骨材粗骨材、混和剤などを混合し、適宜鉄筋を配置し、任意の形状で硬化させることで得られるセメント系のコンクリートや、ジオポリマーを用いるコンクリート等の種々のコンクリートが、道路、橋、トンネル、ダム、建物などの土木建築資材として幅広く利用されている。

従来から、コンクリートを、土木建築資材等としてさらに多用途に利用するために、その表面硬度を向上させたり、外観を調整することが試みられてきた。例えば、特許文献１は、コンクリートブロック表面に、所定の厚さのセラミック薄膜を接着することで、タイル同様の優れた機能性、テクスチャーを付与するものである。また、特許文献２は、コンクリート製母材と、その表面に設置した化粧材料の焼結により前記コンクリート製母材と一体に形成した化粧層との二層構造からなる化粧ブロックに関するものである。

さらに、特許文献３には、コンクリート構造体の状態を検査するために、圧電センサ素子を型枠内に配置してコンクリートを打設等することで、この圧電センサ阻止から検出される電圧値等からコンクリート構造体の応力や損傷評価を行うヘルスモニタリング方法が開示されている。

一方、特許文献４は、新たなセラミックスを提供しようとするものである。これはセラミックスの表面をメカノケミカル的に非晶質化させた活性化セラミックス粉体をアルカリ金属水酸化物を含むアルカリ水溶液で処理して固化させたセラミックス固化体に関する技術を開示するものである。

特開２０１２−１４９４９４号公報 特開平１１−１５７９６１号公報 特開２０１２−２２９９８２号公報 特許第５０５５５５０号公報

前述のように、特許文献１〜３に開示されるようにコンクリートの表面や内部等に、他の素材を組み合わせることで、その表面に耐久性や景観性を付与したり、コンクリートの状態をモニタリングすることが開示されている。

しかし、特許文献１ではセラミック薄膜を得るために、一般に８００℃〜１１５０℃で行われる焼成工程が必須であり、さらにコンクリートと接着させるためには実質的にアクリル系接着剤等の接着剤を用いることが必要であり、このコンクリートブロックは単にコンクリート表面にセラミック薄膜を貼り合わせたものに過ぎなかった。このようなコンクリートブロックの場合、そのセラミック薄膜が破壊されやすく利用できる範囲は狭い。例えば、河川のように石との衝突が頻繁に生じるような環境で顕著である。また、一般的なセラミックスは、成形工程での寸法変化が大きく枠等には使用しにくく、高温熱処理の焼成工程での二酸化炭素排出量が多いことも問題となる。

また、特許文献２では、一時成形後のコンクリート母材の基となるセメント混練物に、セラミック素地材料等を含むスラリー状の化粧材料を打設する二次成形を行った後に、加熱等を行って化粧材料を焼結することが必要であり、この加熱は約６５０〜８００℃で行う必要があることから、コンクリート母材が加熱による影響を受けたり、化粧材料層に使用できる素材に耐熱性の大きな制限があった。

さらに、特許文献３で埋め込まれる圧電センサ素子は、コンクリート構造体内に直接封止されており、コンクリート構造体のモニタリングは可能であっても、コンクリート構造体そのものの表面性状等は改善されていない。また、一般的な圧電センサ素子等では、特許文献１や２のセラミックに適用されているような焼成や加熱の温度によって損傷するため、同時に適用することができない。

一方、特許文献４に開示されているセラミックス固化体は、高温焼成が不要であり、固化の制御が容易等の特性を有しており、その用途展開が検討されている。しかし、土木建築の分野では、一般的なセラミックスは、そのコストや、型からの離型性や焼結工程での寸法変化が問題となるなどの成形工程の懸念点から積極的に利用されてこなかったこともあり、このセラミックス固化体も建築用としての適性や、そのための他素材との併用適性等が不明であった。

かかる状況下、本発明は、その表面に優れた強度や意匠性等の表面特性などを有するコンクリートブロックの製造に適した成型枠や、このコンクリートブロックのように優れた表面特性などを有するコンクリートブロックの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明者は鋭意検討の結果、基材としてコンクリートを用いて、その表面に無焼成型セラミックスの層を設けたコンクリートブロックは、［１］無焼成型セラミックス層が高い表面硬度を有して傷がつきにくく、［２］そのセラミックス層に意匠性に優れた着色や模様を設けることができること、［３］従来のセラミックスで課題となる型からの離型性が優れていること、［４］成型工程での寸法変化が少ないこと、［５］無焼成セラミックスの成形工程で生じる微細な孔（メソポーラス）にコンクリート系混合物が浸透し接着性が高いこと、［６］セメント系のコンクリート単体ではアルカリ性を維持する必要があるが、無焼成型セラミックスを用いれば中和された層が表層となり、生体系への影響が少ないこと、さらには、［７］無焼成型セラミックスは製造工程で排出する二酸化炭素が少なく二酸化炭素の排出削減にも寄与できることを見出し本発明に到達したものである。

すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。
＜１＞ 無焼成型セラミックスの表面層を有するコンクリートブロックの製造方法であって、無焼成セラミックスを成形し、前記無焼成型セラミックスの表面層を有する成型枠を形成する工程と、前記成型枠に、コンクリート系混合物を打設して成型した後、養生を行い固化する工程と、を有することを特徴とする製造方法。
＜２＞ 前記無焼成型セラミックスの表面層が、少なくとも表面がケイ酸及び／又はケイ酸塩からなるセラミックスの該表面をメカノケミカル的に非晶質化させた活性化セラミックス粉体をアルカリ金属水酸化物を含むアルカリ水溶液で処理して固化させたものである前記＜１＞記載の製造方法。
＜３＞ 前記無焼成型セラミックスの表面層が、ポーラス構造を有する表面層である前記＜１＞または＜２＞記載の製造方法。
＜４＞ 前記成型枠が、かみ合わせ構造、はめあい構造、ピン留め構造、嵌合構造、段差構造、ヒンジ構造のずれかの構造を有する成型枠である前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の製造方法。
＜５＞ 前記表面層の厚さが１ｍｍ以上である前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の製造方法。
＜６＞ 前記成型枠の内部に、センサ、電源、通信装置、発信装置、光学素子、反射材、蓄光材および電子回路材から選択される１種以上の機能材が埋め込まれた成型枠を用いることで機能材が埋め込まれた表面層とする前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の製造方法。
＜７＞ 無焼成型セラミックスの表面層を有するコンクリートブロックの成型枠。
＜８＞ 前記無焼成型セラミックスが、少なくとも表面がケイ酸及び／又はケイ酸塩からなるセラミックスの該表面をメカノケミカル的に非晶質化させた活性化セラミックス粉体をアルカリ金属水酸化物を含むアルカリ水溶液で処理して固化させたものである前記＜７＞に記載のコンクリートブロックの成型枠。
＜９＞ 前記＜７＞または＜８＞に記載のコンクリートのブロック成型枠により形成された成型枠の内部にコンクリートが充填されてなるコンクリートブロック。

本発明のコンクリートブロックは、優れた表面特性等を有する。さらに、本発明のコンクリートブロックの製造方法によれば、このような優れた特性を有するコンクリートブロックを安定的に製造することができる。

本発明の第一の実施形態に係るコンクリートブロックの製造方法の工程を説明するための図である。 本発明の第二の実施形態に係るコンクリートブロックの成型枠の構成を示す図である。 本発明の第三の実施形態に係るコンクリートブロックの成型枠の構成を示す図である。 本発明の第四の実施形態に係るコンクリートブロックの成型枠の構成を示す図である。 本発明の第五の実施形態に係るコンクリートブロックの構成を示す図である。 本発明の第六の実施形態に係るコンクリートブロックの構成を示す図である。 本発明の第七の実施形態に係るコンクリートブロックの構成を示す図である。

以下、本発明について例示物等を示して詳細に説明するが、本発明は以下の例示物等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更して実施できる。

［第一の実施形態（コンクリートブロックの製造方法）］
図１は本発明に係るコンクリートブロックの成型枠を用いてコンクロートブロックを製造する工程を説明するための図である。この図１においては、図１（ａ）〜（ｆ）の流れで、コンクリートブロック２０を製造する。なお、本願においては、本願の成型枠の発明は、本願のコンクリートブロックの製造方法に用いることができ、それぞれの発明の構成の対応する構成を適宜合わせて説明する。

図１（ａ）は、組み立て前の成型枠１１ａ〜１７ａを示す図である。これらの成型枠は、無焼成型セラミックスを成形して形成されているため、すべての面が無焼成セラミックスの表面層を有するものとなっている。また、成型枠１６ａは、これらの成型枠を用いて製造されるコンクリートブロック２０の使用時に外側となる面のため、テクスチャー処理して意匠性を高めたものとなっている。

図１（ｂ）で示すように、成型枠１１ａ〜１６ａは、隣接する成型枠との間で、それぞれ段差構造やはめ込み構造により組み合わることができる構造となっており、これらを組み立てて箱状の組み立て成型枠１０ａとすることができる。このとき、図１（ｂ）は、蓋部となる１７ａのみ組み合わせていない状態である。

図１（ｃ）は、図１（ｂ）の組み立て成型枠１０ａにコンクリート系混合物を打設するために向きを変えた状態である。

図１（ｄ）は、図１（ｃ）に示す成型枠１０ａに、コンクリート系混合物２を打設した状態を示す図である。

図１（ｅ）は、図１（ｄ）のコンクリート系混合物２を打設した後に、成型枠１７ａで蓋をした状態である。このとき成型枠１７ａには通気口１７１ａが設けられており、この通気口１７１ａから空気抜きをしながら蓋をはめ込むことができる。そして、この状態で、コンクリート系混合物２が固化するまで養生を行う。

図１（ｆ）は、これらの工程を経て製造されたコンクリートブロック２０を示す図である。このコンクリートブロック２０は、成型枠の元の成型枠１６ａの面がテクスチャー処理したものとなっていることで、使用時にこの面を外部から観える面として利用することで、表面硬度や意匠性等に優れたコンクリートブロックの施工を行うことができる。

［第二の実施形態（成型枠の構成）］
図２は、本発明に係る成型枠の他の一例を示す図である。ここでは、第一の実施形態の成型枠と同様に直方体状のコンクリートブロックを製造するときに用いることができる成型枠として、成型枠１１ｂおよび成型枠１２ｂを組み合わせることで、第一の実施形態における成型枠１０ａに相当する組み立て成型枠を得るための構成例を示すものである。この成型枠では成型枠１３ｂが蓋部として用いられる。この成型枠も、成型枠の基材として無焼成型セラミックスを用いて形成されており、その表面に、無焼成型セラミックスの表面層を有する。そして第一の実施形態同様にコンクリート系混合物を打設して、固化させることでコンクリートブロックを得ることができる。

［第三の実施形態（成型枠の構成）］
図３は、本発明に係る成型枠の他の一例を示す図である。ここでは、間知ブロック状のコンクリートブロックを形成する成型枠を得るための成型枠１１ｃ〜１３ｃを組み合せて、組み立て成型枠１０ｃとし、この組み立て成型枠１０ｃにコンクリート系混合物を打設したあと、成型枠１４ｃで蓋をして用いられる。この成型枠も、成型枠の基材として無焼成型セラミックスを用いて形成されており、その表面に、無焼成型セラミックスの表面層を有する。そして第一の実施形態同様にコンクリート系混合物を打設して、固化させることでコンクリートブロックを得ることができる。

［第四の実施形態（鉄筋構造を有するコンクリートブロック）］
図４は、本発明に係る成型枠を用いたコンクリートブロックの他の一例を示す図である。図４（ａ）に示すように、パネル状の成型枠１１ｄには、鉄筋構造を配置するための留め具３が縦横に配置されている。この留め具３は、成型枠１１ｄの無焼成セラミックスと一体成形枠で成形してもよいし、他の部材を所定の位置に配置されるように結合して設けてもよい。次に、図４（ｂ）に示すように、この留め具３に鉄筋４を、適宜、縦横に配置する。そして、図４（ｃ）に示すように、このような鉄筋４が配置された成型枠１１ｄを四方に配置して成型枠１０ｄとすることができる。この成型枠１０ｄには、コンクリート系混合物が打設され、養生されることでいわゆる鉄筋コンクリートの構造を有し、無焼成セラミックスの表面層を合わせて有する非常に機械的強度に優れたコンクリートブロックの構造物を得ることができる。

（無焼成型セラミックス）
本発明においては、コンクリートブロックの表面層ともなる成型枠を成型するにあたり無焼成型セラミックスを用いる。無焼成型セラミックスとは、セラミックスの成形体を得る工程において、一般的なセラミックスのように８００℃を超える場合もあるような高温での焼成を経ずに得られるセラミックスである。この無焼成型セラミックスとしては、少なくとも表面がケイ酸及び／又はケイ酸塩からなるセラミックスの該表面をメカノケミカル的に非晶質化させた活性化セラミックス粉体をアルカリ金属水酸化物を含むアルカリ水溶液で処理して固化させたものであることが好ましい。

＜原料＞
無焼成型セラミックスの原料となるセラミックスとしては、表面がケイ酸及び／又はケイ酸塩からなるものが用いられる。このようなセラミックスとしては、例えば、ベントナイト、カオリナイト、メタカオリン、モンモリロナイト等の粘土鉱物、石英、ムライト等のＳｉＯ₂-Ａｌ₂Ｏ₃系無機質粉体等を用いることができる。これらの中でも、粘土鉱物や石英は、安価かつ大量に得られるため、好適である。粘土鉱物としてメタカオリンを用いた場合、緻密で機械的強度に優れたセラミックス固化体が得られやすい。

その他、フライアッシュ、キラ、ガラス、ペーパースラッジ、アルミドロス等の廃棄物をセラミックスとして用いることができる。また、表面のみがケイ酸及び／又はケイ酸塩からなるセラミックスとしては、例えば窒化ケイ素、炭化ケイ素、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）、シリコンオキシカーバイド（ＳｉＯＣ）等が挙げられる。

また、少なくとも表面がケイ酸及び／又はケイ酸塩からなる骨材を併用することもできる。このような骨材としては、砂、砕砂、砂利、砕石、珪砂、珪石粉、フライアッシュ、マイカ、珪藻土、雲母、岩石粉末（シラス、抗火石等）、玄武岩、長石、珪灰石、粘土、セピオライト等を用いることができる。

＜摩砕工程＞
摩砕工程では、少なくとも表面がケイ酸及び／又はケイ酸塩からなるセラミックスを摩砕することによって、表面がメカノケミカル的に非晶質化された非晶質層を有する活性化セラミックス粉体とされる。非晶質層ではシリカの網目構造がアモルファス状態とされており、アルカリによって侵食され易い状態となっている。

このようなメカノケミカル作用を行うためには、衝撃、摩擦、圧縮、剪断等の各種の力を複合的に作用させることが効果的である。このような作用を行うことができる装置としては、ボールミル、振動ミル、遊星ミル、媒体攪拌型ミル等の混合装置ボール媒体ミル、ローラーミル、乳鉢等の粉砕機などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、被粉砕物に対し、主として衝撃、摩砕等の力を作用させることができるジェット粉砕機等も用いることができる。ジェット粉砕機で粉砕すれば、圧縮力、せん断力、衝撃力等を加えることができ、これによりセラミックス表面のケイ酸及び／又はケイ酸塩を非晶質化し、活性化セラミックス粉体とすることができる。

また、摩砕工程においては、粒度分布の経時変化がなくなるまで、摩砕することが好ましい。粒度分布の経時変化がなくなるまで摩砕するということは、セラミックスが摩砕によって細かくできる限界に達していると考えられ、セラミックス表面のメカノケミカル的な非晶質化が最も進行した状態となっている。こうした状態にまで摩砕されて得られる活性化セラミックス粉体は、アルカリ水溶液による溶解も進みやすくなり、得られるセラミックス固化体は緻密で機械的な強度の高いものとなる。

＜アルカリ処理工程＞
アルカリ処理工程では、活性化セラミックス粉体をアルカリ金属水酸化物及び／又はアルカリ土類金属水酸化物を含むアルカリ水溶液で処理する。アルカリ水溶液と活性化セラミックス粉体との混合・混練を行うための装置としては、特に限定されるものではなく、従来公知の任意の混合機、混練機が使用できる。例えば、双腕ニーダー、加圧ニーダー、アイリッヒミキサー、スーパーミキサー、プラネタリーミキサー、バンバリーミキサー、コンティニュアスミキサー、あるいは連続混練機等が挙げられる。気泡を抜くために真空土練機を用いることも好ましい。こうであれば、セラミックス固化体の中に気泡が残ることを防止することができる。

この処理により活性化セラミックス粉体の表面の非晶質層は溶解し、さらには脱水縮合されて析出層が生成する。この析出層が接着剤の役割を果たしてセラミックス固化体が得られる。このアルカリ処理工程では、非晶質層の溶解反応や、脱水縮合反応は室温で行ってもよいし、加熱して迅速化を図ることもできる。反応温度は原料となるセラミックスの種類やアルカリ水溶液の種類や濃度によって適宜選択すればよいが、一般的には室温〜２００℃が好ましく、さらに好ましいのは室温〜８０℃の範囲であり、特に好ましくは４０℃〜８０℃である。

（無焼成型セラミックスによる表面層）
本発明のコンクリートブロックは、この無焼成型セラミックスを用いた表面層を有する。この表面層は、コンクリートブロックの表面にそのコンクリートブロックとして求められる表面硬度等の特性が得られる範囲で適宜調整される。
例えば、ブロックの表面層の全体を広く覆うように設けてもよいし、そのコンクリートブロックの利用時に、表面層の特性が求められる方向のみに配置してもよい。

この表面層が求められる面等における、表面層の厚さは、１ｍｍ以上であることが好ましい。なお、この表面層の厚さは、成型枠の基材である無焼成型セラミックスを用いて形成したときの、無焼成型セラミックスの成形枠としての厚みとして把握することもできる。この厚さを、１ｍｍ以上の厚さとすることで、より優れた表面硬度や、製造方法における型枠として安定性を得ることができる。表面層の厚さの上限はその用途によって適宜設定される。より具体的には、無焼成型セラミックスの表面層の厚さは、具体的な用途によって、そのコンクリートブロックのサイズや、応力歪みや応力疲労を加味して厚さ設計を行う。例えば、道路の縁石のような小さいブロックの場合、厚さ１ｍｍから６ｍｍ程度である。６０ｃｍ〜２ｍ程度の大きいブロックの場合、厚さ６ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。ブロック自体が河川などの流石による外的衝撃を受ける環境の場合、厚さ１５ｍｍ〜３００ｍｍ程度である。更に、大きなブロック構造物、例えば、橋脚や堰などの場合、厚さ２５ｍｍ〜１０００ｍｍ程度である。

この無焼成型セラミックスには、そのセラミックスの原料に白色のものが存在し、これを選択することができる。よって、様々な、形・色・模様、質感（テクスチャ）の外観にすることができる。より具体的には、顔料を添加した特定の色や、複雑な色調合を施した自然な色・模様とすることができる。これは、例えば、白系のセラミックスを主材として黒色のセラミックスを飛沫で分散させ硬化定着して斑状の外観としたり、筋状の外観や、にじみ状の外観のように、自然石等の外観とすることができる。

この外観については、従来の構造物に汎用されてきたコンクリートやモルタルとは異なって、表面層に用いられるセラミックスは流動性があり、細かな形状を再現するのに適しており様々な形状や質感を調整しやすいためである。また、色の調整においては、原料として白色のものを用いれば、着色剤を投入しても白色をベースとした調整が可能となり、想定外の変色が生じないため、色再現性が良い。また、模様の調整においては、セラミックスの原料の粒子が細かいため、緻密性が高く、模様の再現性が飛躍的に高くなる。さらにその優れた特性として、無焼成型セラミックスの表面層を形成するために用いた型の鏡面処理面やシボ処理面をも忠実に再現できる。

無焼成型セラミックスに着色する方法をより詳しく説明すると、無焼成型セラミックスに着色剤を添加する方法があげられる。さらには、これを複数用意して、多色の模様を演出することもできる。そして、無焼成型セラミックスに細骨材などを混ぜて固化体とした後、ショットブラスト処理を行うと多様な石を模造した形・色・模様を再現することができる。

例えば、交通安全を誘導するために縁石などに黄色、緑色、赤色などを塗装している場合がある。しかし、従来の塗装は、色落ちなどが生じ易い。本発明によって得られるコンクリートブロックを無焼成型セラミックスに着色剤を添加したものとして、これを縁石として利用すると色落ちが生じにくい。または、無焼成型セラミックスをポーラス構造のものを採用して真空含浸塗装を行うことにより、更なる、色強度を達成することができる。前述した交通安全を誘導するために縁石などに黄色、緑色、赤色などを着色する方法は、このような標識の他、看板などとして設計して利用することもできる。

また、例えば、無焼成型セラミックスの表面層として、割石のような形状を作成することもでき、その見た目は割石と相似したものとなる。従来のセラミックスでは、製造工程上のコストや原料コストなど、素材の性質や特徴から対用途を考えると現実的ではなかったが、本発明の無焼成型セラミックスは、その主原料として安価なメタカオリン等を用いることができ、硬化処理が４０〜８０度程度の加熱で済み工程のコストも低減でき、全体としてコストダウンも達成できる。

本発明により、無焼成型セラミックスの成型枠にコンクリートの原料を打設し、養生等行い固化させてコンクリートブロックを得ることができる。このセラミックスの成型枠とコンクリートとの境界面に関して、それらの機械的強度、粘着性や接着性について調整することで種々の構造改良を行うことができる。この本願発明は、予め、造形物の表面層だけをセラミックスで作成して、後から、セメントペースト等のコンクリート系混合物を打設することにより、コンクリート自体が接着性を持っているため、別途接着剤を用意せずに製造することができる。

例えば、無焼成型セラミックスは成形工程での水分等の揮発によるメソポーラスな孔を有している。さらに、発泡材等を用いて、メソポーラスな孔よりも大きいポーラス構造物とした成型枠にすることで、その無数の空隙孔にコンクリートを浸入させることにより、コンクリートとの接着性をより高めて、コンクリートブロックとしての機械的強度を向上させることができる。あるいは、セラミック容器を成形する際に、打設されるコンクリート系混合物と接する面に逆テーパーのリブ構造を成型させておくことにより、コンクリート系混合物が固化したとき強固な噛合を持たせることもできる。また、成型枠内部をリブ構造とすることで容器としての機械的強度も向上することもできる。

ここで、本発明に係るコンクリートブロックには、そのコンクリートブロックの母材として、コンクリート系混合物を打設して、固化させ、適宜養生することで得られるコンクリートが用いられる。このコンクリート系混合物には、セメント系ペースト（セメント、骨材及び水が混和されたもの）を主とするものや、ジオポリマー系ペーストを主とするもの（石灰石、水ガラスを主成分とするもの）などの、種々のコンクリート用の材料を使用することができ、さらに、適宜、必要によりセメントやジオポリマーを組み合わせて使用したり、粗骨材、細骨材、顔料、混和剤の他、繊維強化コンクリート、ジオポリマー、アスファルト、産業廃棄物系混和物などを混合してもよい。さらには、コンクリートが打設される部分にあらかじめ鉄筋を配置したいわゆる鉄筋コンクリートのような構成とすることもできる。

さらに、無焼成型セラミックスの成型枠として、組立式となるようにセラミックス成型枠を形成する場合、噛み合わせ構造やはめ込み式構造、はめあい構造、ピン留め構造、嵌合構造、段差構造、ヒンジ構造のいずれかの接続用の構造を有する成型枠などの構造とすることができる。これらの構造は、成型枠に用いられる無焼成型セラミックスを用いるため、その形状の自由度が調整できるためであり、従来の成型枠では達成しにくい構造である。なお、これらの構造の接合部には、河川水や雨水などの浸透や浸入が生じる場合があるため、その接合部内部のコンクリートの中性化による劣化が生じる場合がある。このような接合部付近の課題を防止するために、接合部にリブ構造を成型して防止することができる。

または、接合部に接着剤を布塗して接着することもできる。または、接合部の境界となる部分に接着剤を通る空洞道を成型して、噛み合わせやはめ込みを行った後に、空洞に接着剤を流し込むこともできる。この接合部における水等の浸透や浸入を防止する方法は、これに限らず他の手法で行ってもよい。これらの手法で、接合部の隙間をなくすことで、浸透や浸入を防止する。前記した接合部に用いる接着剤は、ベントナイト、カオリナイト、メタカオリン、モンモリロナイト等の粘土鉱物、無機系、金属配合セラミックスなどがあげられ、浸透や浸入を防止するものであれば、特に材質は問わない。

無焼成型セラミックスの表面層は、塩害や耐候性にも優れている。また、その機械的強度は、およそ、圧縮強度として１００〜１７５Ｎ／ｍｍ²、曲げ強度として２０〜３５Ｎ／ｍｍ²程度であり、圧縮強度６００〜８００Ｎ／ｍｍ²も達成することができる。これは、一般的なコンクリートブロックの参考値としての圧縮強度が１８Ｎ／ｍｍ²程度、曲げ強度が１．２Ｎ／ｍｍ²程度であることからも、コンクリートよりはるかに優れた圧縮強度や曲げ強度を有している。よって、本発明の成型枠を用いたコンクリートブロックとして、鉄筋なしでも鉄筋を用いたものと同様の特性を達成することもできる。

また、この表面層は、耐摩耗性や耐傷性も合わせて持つため、外的要因による衝突にも耐えることが可能である。例えば、簡易的な評価として、ハンマーとタガネを使ってコンクリート削り試験をすると、本発明に係る無焼成型セラミックスの表層部を有するコンクリートブロックで削り試験を実施するとその表面にやや傷が入るものの、従来のコンクリートの表層部に削り試験を行ったときに生じるような全体の割れは生じない。

無焼成型セラミックスを用いて成型枠を作る工程としては、成型枠の型を３Ｄプリンタで造形した物や、樹脂や金属などを切削した型を用いても良い。これらは、成型枠の製造時にセラミックス原料などの流動性を有する状態のものが漏れない型であればよい。さらには、所定の粘性を持ったセラミックを用いて押出成形、射出成形などで製造することで無焼成型セラミックスの成型枠を大量生産することも可能である。無焼成型セラミックスは、この成型工程で、寸法の変化が少ない、優れた寸法安定性を有しているため、型等で設定した形状の再現性に優れている。この再現性によって、型として隣接する型同士の接続も隙間がないものとしても製造しやすい。

無焼成型セラミックスの成型枠を噛み合わせ構造やはめ込み式構造などにしたことで、コンパクトにまとまるので、狭い保管場所でも、積み重ね式パレットなどを活用することで積み上げるような保管方法ができる。また、無焼成型セラミックスの成型枠を噛み合わせ構造やはめ込み式構造などにしたことにより、無焼成型セラミックスの成型枠のみでも型枠の機能性を併せ持つので、鋼板製型枠やウレタン型枠などを用いずに成型することも可能である。

一般的にコンクリートブロックを製造するにあたっては、専用の成型枠にコンクリート打設を行い、その成型枠内で養生等まで行い、コンクリートブロックが固化することを待って製造を完了する。そして、その専用の成型枠からコンクリートブロックを外して、次の製造を開始するので、これまでの１日当りの製造回転数が１〜２回転であった。しかし、本発明によれば、本発明の成型枠を適宜配置して、その成型枠内で製造することができ、専用の成型枠の数当の制限がなく、他の打設する場所の制約や養生する場所の制約を受けない限り、大量に打設する事が可能である。

本発明のコンクリートブロックは、従来の規格されたコンクリートブロックと同程度の大きさおよび形状のコンクリートブロックとすることもできる。また、本発明におけるコンクリートブロックは、これらの規格品よりも小さい任意の大きさのブロック形状としてもよいし、さらには、無焼成型セラミックスの表面層を有し、コンクリートの母材部も有する建築物等の構造物も含む概念である。

コンクリートを用いた造形物の全体に、無焼成型セラミックスの表面層を利用することで、より優れた機械的強度等を得ることは可能である。または、その用途によっては特に外部との接触が多い面等を選択して採用することもできる。これらを鑑みて、本発明に関するコンクリートブロックは、例えば、倒壊しにくい住宅、高耐久性の構造物、砂防構造物、防波堤、消波ブロック、河川ブロック、パラペットなどの土木建築素材に利用することも可能である。また、このブロックはセラミックスを活用することで、ブロックを廃棄する場合に、そのままの状態で粉砕して、骨材などに再利用することができる。

コンクリートブロックを用いた造形物の表面部だけを無焼成型セラミックスにすることで、コストダウンが可能になる。より具体的なコンクリートブロックを用いた製造例を示すと、製造対象となる造形物を模造した形状で無焼成型セラミックスの成型枠を作成して、その背成型枠の内部にコンクリートなどを投入することで、表層等にセラミックス強度の耐久性を持った造形物ができる。そして、無焼成型セラミックスの成型枠を作成する場合、板状の複数のセラミックスを組み立てる方式や三面体造形物のセラミックス２対を組み合わせる方式も考えられる。また、造形物の形状によっては、多面体も考えられる。

構造物に無焼成型セラミックスの構造物を取り付ける場合、ボルトなどで連結するために、無焼成型セラミックス構造物に取り付け金具を備えている必要がある。無焼成型セラミックスは、金属のような靱性や伸びがなく、金属金具に対する接着性や粘着性が乏しいため、何らかの対策が必要になる。この対策としては、取り付け金具の表面にポーラス質や多孔質の表面処理を施す方法や、取り付け金具の表面を樹脂などで覆う方法などが考えられる。これらの方法で、無焼成型セラミックス構造物に取り付け金具を備えた構造物とすることで、取り付け金具との一体化することができる。なお、マイクロ波焼結セラミックスよるセラミックス固化体を利用する場合は、マイクロ波による固化処理を行った後、取り付け金具を設置する方法で適用することも可能である。

［第五の実施形態］
図５は、本発明に用いる成型枠にセンサを埋め込み、製造されたコンクリートブロックの一例を示す図である。この図５のコンクリートブロック２１は、成型枠にセンサ５が埋め込まれている。このセンサ５として、カメラセンサを搭載し、不審者や動物等の異常を検知して、防犯用のブロックとして配置することができる。

［第六の実施形態］
図６は、本発明に用いる成型枠に反射材を埋め込み、製造されたコンクリートブロックの一例を示す図である。この図６のコンクリートブロック２２は、成型枠に反射材６が埋め込まれている。これは道路の進行方向に沿う配置で、車のヘッドライトの光が入射するように配置しておくことで、この反射材に入り込んだ光が反射する縁石として利用することができる。このような構成の縁石は、縁石そのものの強度と、反射材が内部にはめ込まれている形により損傷されにくく、耐久性に優れたものとして利用することができる。

［第七の実施形態］
図７は、本発明に用いる成型枠をパネル状に成型し、コンクリートブロックの堤防の一面に採用した例を示す図である。この堤防２３は、大型のコンクリートブロックの構造物の一例である。この堤防２３は、基礎８１、築堤８２、およびパネル状の成型枠部によりコンクリート系混合物を打設する型としたものである。このパネル状の成型枠部は、成型枠１１ｅと、センサ７を埋め込んだ１２ｅとを適宜組み合わせた配置として設けられている。この成型枠１１ｅおよび１２ｅは、無焼成型セラミックスより成形されたものである。この堤防２３は、成型枠１２ｅに埋め込まれたセンサ７として、三次元位置センサを埋め込み、このセンサの情報を無線通信等により経時取得しておくことで堤防の負荷や異常をリアルタイムで監視することができる。

本発明のコンクリートブロックは、その表面層の成型枠の内部に、センサ、電源、通信装置、発信装置、光学素子、反射材、蓄光材、電子回路材から選択される１種以上の機能材が埋め込まれた表面層とすることができる。従来のセラミックスでは、製造過程で高温度に焼結するため、電気的機能性を埋め込むことができなかった。無焼成型セラミックスでは、４０〜８０度程度の加熱で済むため、電気的機能性を埋め込むことができる。より具体的には、本発明のコンクリートブロックは、例えば以下のような機能材を埋め込んだ用途で用いることもできる。

三次元加速度センサや、煙検知センサ、熱検知センサ、ＧＰＳセンサ等のセンサ、また、無線モジュールや、無接点電源モジュール、ハーベスト電源など電源や通信装置、また、音声発生装置や発光装置等の発信装置となる構成を埋め込むことができる。また、カメラやレコーダー、液晶シャッター等の電子回路を有する電子回路材等を、適宜電源や通信装置と組みあわせて成型枠に埋め込むことができる。

例えば、これらを適宜組み合わせて、機能材が埋め込まれた成型枠を有するコンクリートブロック自身の位置ズレや、災害等の異常を検知し、無線モジュールにより、これらの制御・監視コンピュータ等にその情報を送信することができる。また、発光ダイオードと、無接点電源モジュールやハーベスト電源を、適宜組み合わせて埋め込み、照明となるコンクリートブロックとすることができる。

また、ガラス玉や反射膜のような光学素子や反射材を成型枠に埋め込むことができる。例えば、コンクリートブロックの表層部の無焼成型セラミックスに止まり孔を用意し、止まり孔の底部は、ガラス玉の形状に合わせた球面としておく、アルミ粉末等を混練りした接着剤を使用して、止まり孔にガラス玉を接着する。この時、止まり孔とガラス玉との境界面に反射膜を形成させる。自動車などのヘッドライトの光がガラス玉に照射すると境界面の反射により、反射光を得ることができる。また、蓄光材を成型枠に埋め込むことができる。これにより、自動車などのヘッドライトの光エネルギーにより、蓄光材に光化学反応を発生させて、暗闇で光放出をおこなうものとすることができる。

さらには、上述した構成は適宜組み合わせて利用することもできる。例えば、光センサを内蔵させているガラス玉の中央部に小さな窓を用意して検知させたり、自動車などのヘッドライトの光が光センサにより、検知により反応があるとガラス玉の前面に配置された液晶シャッターを動作させて一定時間点滅させる等や、検知により反応があると無線モジュールによりクラウド・サーバーに送信する等の組み合わせがあげられる。

本発明に係るコンクリートブロックの成型枠を用いることで得られるブロックは、従来のコンクリートからなるコンクリートブロックと比べて、優れた表面硬度等を有しており、さらに付加的な要素も種々付与することができる。よって、このようなコンクリートブロックを建築資材等として利用することで従来よりも優れた構造物等を得ることができるため産業上有用である。

１０ａ〜１７ａ、１１ｂ〜１３ｂ、１０ｃ〜１４ｃ、１０ｄ〜１１ｄ、１１ｅ〜１２ｅ 成型枠
１７１ａ 通気口
２ コンクリート系混合物
２０、２１、２２、２３ コンクリートブロック
３ 留め具
４ 鉄筋
５ センサ
６ 反射材
７ センサ
８１ 基礎
８２ 築堤

Claims (9)

1. 無焼成型セラミックスの表面層を有するコンクリートブロックの製造方法であって、
   無焼成セラミックスを成形し、前記無焼成型セラミックスの表面層を有する成型枠を形成する工程と、
   前記成型枠に、コンクリート系混合物を打設して成型した後、養生を行い固化する工程と、
   を有することを特徴とする製造方法。
2. 前記無焼成型セラミックスの表面層が、少なくとも表面がケイ酸及び／又はケイ酸塩からなるセラミックスの該表面をメカノケミカル的に非晶質化させた活性化セラミックス粉体をアルカリ金属水酸化物を含むアルカリ水溶液で処理して固化させたものである請求項１記載の製造方法。
3. 前記無焼成型セラミックスの表面層が、ポーラス構造を有する表面層である請求項１または２記載の製造方法。
4. 前記成型枠が、かみ合わせ構造、はめ込み式構造、はめあい構造、ピン留め構造、嵌合構造、段差構造、およびヒンジ構造のいずれかの構造を有する成型枠である請求項１から３のいずれかに記載の製造方法。
5. 前記表面層の厚さが１ｍｍ以上である請求項１から４のいずれかに記載の製造方法。
6. 前記成型枠の内部に、センサ、電源、通信装置、発信装置、光学素子、反射材、蓄光材および電子回路材から選択される１種以上の機能材が埋め込まれた成型枠を用いることで機能材が埋め込まれた表面層とする請求項１から５のいずれかに記載の製造方法。
7. 無焼成型セラミックスの表面層を有するコンクリートブロックの成型枠。
8. 前記無焼成型セラミックスが、少なくとも表面がケイ酸及び／又はケイ酸塩からなるセラミックスの該表面をメカノケミカル的に非晶質化させた活性化セラミックス粉体をアルカリ金属水酸化物を含むアルカリ水溶液で処理して固化させたものである請求項７に記載のコンクリートブロックの成型枠。
9. 請求項７または８に記載のコンクリートブロックの成型枠により形成された成型枠の内部にコンクリートが充填されてなるコンクリートブロック。