JP2020142938A - Paving cement composition comprising cellulose nanofibers - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、遮熱性に優れた経年劣化しにくい舗装用セメント組成物及びこれを表面に用いた舗装道路に関する。 The present invention relates to a cement composition for pavement having excellent heat-shielding properties and which does not easily deteriorate over time, and a pavement road using the same as a surface.
近年、都市部の気温がその周辺の郊外部に比べて異常な高温を示すヒートアイランド現象の影響が大きくなっており、産業界においてはその緩和策が急務となっている。 In recent years, the influence of the heat island phenomenon, which indicates an abnormally high temperature in urban areas compared to the surrounding suburbs, has become greater, and there is an urgent need for mitigation measures in the industrial world.
ヒートアイランド現象の原因としては様々な要素があるが、その１つとして、セメントによる光反射率の低下、熱吸収率の増加が挙げられる。その緩和策としては、例えば、透水性舗装、保水性舗装、遮熱性舗装が近年採用され始めている。 There are various factors that cause the heat island phenomenon, and one of them is a decrease in light reflectance and an increase in heat absorption rate due to cement. As the mitigation measures, for example, permeable pavement, water-retaining pavement, and heat-shielding pavement have begun to be adopted in recent years.
このうち、遮熱性舗装は、舗装道路の表面に、路面温度の上昇させる主因の太陽光を反射する遮熱性塗料を塗布することによって、塗布しない通常の道路と比較して、最大１０℃程度まで路面温度の上昇を抑えることができるという舗装手法である。例えば、特許文献１は、遮熱性舗装用塗料に関する技術が開示されている。 Of these, heat-shielding pavement is made by applying a heat-shielding paint that reflects sunlight, which is the main cause of raising the road surface temperature, on the surface of paved roads, up to a maximum of about 10 ° C compared to ordinary roads without application. It is a pavement method that can suppress the rise in road surface temperature. For example, Patent Document 1 discloses a technique relating to a heat-shielding pavement paint.
しかしながら、従来の遮熱性舗装は、スプレー等によって遮熱性塗料を塗布することから、塗布される層の厚みが薄く、十分な遮熱効果が発揮できないという問題点があった。また、一旦塗布された層であっても、セメントとの密着が不十分で、時間と共に剥離して、遮熱効果が長年にわたって維持できないという問題点があった。 However, the conventional heat-shielding pavement has a problem that since the heat-shielding paint is applied by spraying or the like, the thickness of the applied layer is thin and a sufficient heat-shielding effect cannot be exhibited. Further, even if the layer is once applied, there is a problem that the adhesion to the cement is insufficient, the layer is peeled off with time, and the heat shielding effect cannot be maintained for many years.
また、セルロース繊維を混合した舗装用セメント組成物自体は、公知である（特許文献２〜４）。 Moreover, the cement composition itself for pavement mixed with cellulose fibers is known (Patent Documents 2 to 4).
しかしながら、そのいずれも金属酸化物を含む中空球状体が用いられておらず、また、舗装用途でもない。同じ舗装用セメント組成物であっても、建築用外壁材や防音壁などの土木・建築分野で用いられる舗装用セメント組成物と、舗装用セメント組成物とは、使用される環境が異なることから要求される性能に大きな違いがあり、お互いに流用できるものではなかった。 However, none of them use hollow spheres containing metal oxides, nor are they used for pavement. Even if the same cement composition for pavement is used, the environment in which it is used is different between the cement composition for pavement used in the civil engineering / building field such as exterior wall materials for construction and soundproof walls, and the cement composition for pavement. There was a big difference in the required performance, and they could not be diverted to each other.
本発明は、このような課題に鑑みて、遮熱性に優れ、かつ経年劣化しにくい舗装用セメント組成物及びこれを表面に用いた舗装を提供するものである。 In view of such a problem, the present invention provides a cement composition for pavement which is excellent in heat shielding property and hardly deteriorates over time, and a pavement using the same as a surface.
すなわち、この発明に係る請求項１に記載の発明は、
セメントとセルロースナノファイバーとを含有する舗装用セメント組成物である。
That is, the invention according to claim 1 according to the present invention
A pavement cement composition containing cement and cellulose nanofibers.
この発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の舗装用セメント組成物において、前記セルロースナノファイバーが、セルロースナノファイバーを水中に分散させてなるセルロースナノファイバーの水分散液又はゲル状であることを特徴とするものである。 The invention according to claim 2 of the present invention is the aqueous dispersion or gel of cellulose nanofibers in which the cellulose nanofibers are dispersed in water in the paving cement composition according to claim 1. It is characterized by being.
この発明の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の舗装用セメント組成物において、前記セルロースナノファイバーの配合量が、セメント１００重量部に対して、３〜１５重量部であることを特徴とするものである。 In the invention according to claim 3 of the present invention, in the pavement cement composition according to claim 1 or 2, the blending amount of the cellulose nanofibers is 3 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the cement. It is characterized by that.
この発明の請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の舗装用セメント組成物において、更に金属酸化物を含む中空球状体を含有することを特徴とするものである。 The invention according to claim 4 of the present invention is characterized in that the pavement cement composition according to any one of claims 1 to 3 further contains a hollow sphere containing a metal oxide. Is.
この発明の請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に舗装用セメント組成物において、更に二酸化チタンを含有することを特徴とするものである。 The invention according to claim 5 of the present invention is characterized in that the cement composition for pavement according to any one of claims 1 to 4 further contains titanium dioxide.
この発明の請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に舗装用セメント組成物において、更に塩を含有することを特徴とするものである。 The invention according to claim 6 of the present invention is characterized in that, in any one of claims 1 to 5, the cement composition for pavement further contains a salt.
この発明の請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の舗装用セメント組成物を表面から１０ｍｍ〜１００ｍｍの深さまで使用して得られたセメント舗装である。 The invention according to claim 7 of the present invention is a cement pavement obtained by using the cement composition for pavement according to any one of claims 1 to 6 to a depth of 10 mm to 100 mm from the surface.
本発明によれば、遮熱性に優れた舗装用セメント組成物を得ることができる。また、本発明の舗装用セメント組成物を表面に用いた舗装は、舗装表面が剥がれにくく、舗装部分が熱によって変形しにくい。 According to the present invention, a cement composition for pavement having excellent heat shielding properties can be obtained. Further, in the pavement using the cement composition for pavement of the present invention on the surface, the pavement surface is not easily peeled off and the pavement portion is not easily deformed by heat.
以下、本発明にかかる舗装用セメント組成物及びこれを表面に用いた舗装を実施するための形態を詳細に説明する。ただし、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the cement composition for pavement according to the present invention and a mode for carrying out pavement using the same on the surface will be described in detail. However, the present invention is not limited to these embodiments.
（セメント）
本発明の舗装用セメント組成物に用いられるセメントの種類としては、ポルトランドセメント、混合セメント、特殊セメントなど公知のあらゆるセメントが挙げられる。このうち、白セメント（普通ポルトランドセメントのうち、原料に含まれる酸化第二鉄を除去することにより、通常のポルトランドセメントより白色の程度を高めたセメント）を用いることにより、日光反射率が高くなり、遮熱性が高まることから、好適に用いられる。
(cement)
Examples of the type of cement used in the pavement cement composition of the present invention include all known cements such as Portland cement, mixed cement and special cement. Of these, by using white cement (a cement that is whiter than ordinary Portland cement by removing ferric oxide contained in the raw material from ordinary Portland cement), the sunlight reflectance is increased. It is preferably used because it enhances heat insulation.
（セルロースナノファイバー）
本発明のセルロースナノファイバーは、繊維幅が好ましくは１〜１００ｎｍ、繊維長が好ましくは０．２〜４μｍの微細繊維である。本発明においては、セルロース系原料をカルボキシル化してなるセルロースが、好適に用いられる。
(Cellulose nanofiber)
The cellulose nanofibers of the present invention are fine fibers having a fiber width of preferably 1 to 100 nm and a fiber length of preferably 0.2 to 4 μm. In the present invention, cellulose obtained by carboxylating a cellulosic raw material is preferably used.
セルロースナノファイバーは、繊維質であってその内部に空気を保持していると共に、セルロースナノファイバー同士が複雑に絡み合うことで更に空気を保持する空間を作り出す。このセルロースナノファイバーが本発明の舗装用セメント組成物中に均一に分布することにより、熱伝導率が小さくなる。これにより、本発明の舗装用セメント組成物を使用して舗装された道路に照射された熱エネルギーは、その深部に到達せず、内部に蓄熱されることなく表面から外部に効率的に放出されることになる。 Cellulose nanofibers are fibrous and hold air inside, and the cellulose nanofibers are intricately entangled with each other to create a space that further holds air. The uniform distribution of the cellulose nanofibers in the cement composition for pavement of the present invention reduces the thermal conductivity. As a result, the heat energy applied to the road paved using the cement composition for paving of the present invention does not reach the deep part thereof and is efficiently released from the surface to the outside without being stored inside. Will be.
本発明のセルロースナノファイバーは、セルロース繊維を原料とする。セルロース繊維は、例えば、エゾマツ、ポプラ、ブナなどの木材パルプ、綿花などのリンターパルプ、ケナフなどの非木材パルプなどの原料を、必要に応じて適宜チップ化するなどした上で、機械的・化学的或いはその組み合わせによる方法で処理することによって得られる。 The cellulose nanofibers of the present invention are made from cellulose fibers. Cellulose fibers are made from raw materials such as wood pulp such as Ezomatsu, poplar, and beech, linter pulp such as cotton, and non-wood pulp such as kenaf, which are appropriately chipped as necessary, and then mechanically and chemically. It is obtained by processing by a method based on the target or a combination thereof.
得られたセルロース繊維は、更に機械的・化学的処理によって、束になっている繊維をほぐしてナノ化される。得られたセルロースナノファイバーは、乾燥品として取り出した上で使用しても良いし、水分散液又はゲル状のものを使用してもよい。後者の場合は、乾燥工程を経ないので、より安価に製造することができ、より好適に用いられる。 The obtained cellulose fibers are further mechanically and chemically treated to loosen the bundled fibers and make them nano-sized. The obtained cellulose nanofibers may be taken out as a dried product and then used, or an aqueous dispersion or a gel may be used. In the latter case, since it does not go through a drying step, it can be manufactured at a lower cost and is more preferably used.
セルロースナノファイバーの詳細な製造方法については、特許文献４に挙げた特開２０１７−２４９３８号公報などに記載がある。 A detailed method for producing cellulose nanofibers is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-24938, which is mentioned in Patent Document 4.
（中空球状体）
本発明の舗装用セメント組成物は、更に金属酸化物を含む中空球状体を含有していても良い。中空球状体は、空気を内部に含んだ中空構造をした微粒子であり、その粒径は１０〜１００μｍ、より好ましくは１０〜５０μｍである。空気を内部に含んだ中空球状体が、本発明の舗装用セメント組成物中に均一に分布することにより、熱伝導率が小さくなる。これにより、本発明の舗装用セメント組成物を使用して舗装された道路に照射された熱エネルギーは、その深部に到達せず、内部に蓄熱されることなく表面から外部に効率的に放出されることになる。
(Hollow sphere)
The cement composition for pavement of the present invention may further contain hollow spheres containing a metal oxide. The hollow sphere is a fine particle having a hollow structure containing air inside, and the particle size is 10 to 100 μm, more preferably 10 to 50 μm. The hollow spheres containing air inside are uniformly distributed in the cement composition for pavement of the present invention, so that the thermal conductivity is reduced. As a result, the heat energy applied to the road paved using the cement composition for paving of the present invention does not reach the deep part thereof and is efficiently released from the surface to the outside without being stored inside. Will be.
（金属酸化物）
上記中空球状体は、金属酸化物を含むものである。金属酸化物としては、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、三酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３）等が挙げられる。これらは単独で用いても混合物としてもよい。混合物として用いる場合には、使用する金属酸化物の配合比が、ほぼ均等になるようにすることが好ましい。
(Metal oxide)
The hollow sphere contains a metal oxide. Metal oxides include aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (Mg O), ferric oxide (Fe 2 O 3 ), sodium oxide (Na 2 O), potassium oxide (K 2 O), and titanium oxide. (TiO 2 ), cerium oxide (CeO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ), antimony trioxide (Sb 2 O 3 ) and the like can be mentioned. These may be used alone or as a mixture. When used as a mixture, it is preferable that the mixing ratio of the metal oxides used is substantially equal.
本発明の金属酸化物を含む中空球状体としては、中空構造をしたアルミノ珪酸ソーダガラスが好適に用いられる。 As the hollow sphere containing the metal oxide of the present invention, soda glass aluminosilicate having a hollow structure is preferably used.
（二酸化チタン）
本発明の舗装用セメント組成物は、更に二酸化チタンを含有していてもよい。この二酸化チタンの配合により、本発明の中空球状体やセルロースナノファイバーが安定的に配置されることになり、本発明の効果がより奏功されることになる。また、アナターゼ型二酸化チタンは、光触媒活性を有することも知られている。この光触媒活性機能を本発明に付与させる目的で、各種結晶型の中でも、アナターゼ型二酸化チタンを用いることが好ましい。
(titanium dioxide)
The cement composition for pavement of the present invention may further contain titanium dioxide. By blending this titanium dioxide, the hollow spheres and cellulose nanofibers of the present invention will be stably arranged, and the effects of the present invention will be more effective. It is also known that anatase-type titanium dioxide has photocatalytic activity. Among various crystal types, it is preferable to use anatase-type titanium dioxide for the purpose of imparting this photocatalytic activity function to the present invention.
（骨材）
本発明の舗装用セメント組成物には、必要に応じて骨材を加えることができる。骨材としては、珪砂、石灰石、砂利石、砕石、花崗岩、大理石等の自然石、酸化アルミニウム、陶磁器片、寒水石、ガラス破砕物、セラミック等が使用される。
本発明の舗装用セメント組成物には、その粒径が０．５〜３ｍｍ程度のものを主に含むものが好適に使用される。
本発明においては、金属酸化物を含む中空球状体が骨材として機能しうるため、骨材を入れない状態であっても十分に舗装用セメント組成物として機能する。ただ、組成物の最適化の為に、適宜上記骨材を併用することができる。
(aggregate)
Aggregates can be added to the pavement cement composition of the present invention as needed. As the aggregate, natural stones such as silica sand, limestone, gravel stone, crushed stone, granite and marble, aluminum oxide, ceramic pieces, cold water stone, crushed glass, ceramic and the like are used.
As the cement composition for pavement of the present invention, a cement composition having a particle size of about 0.5 to 3 mm is preferably used.
In the present invention, since the hollow sphere containing the metal oxide can function as an aggregate, it sufficiently functions as a cement composition for pavement even in a state where no aggregate is contained. However, in order to optimize the composition, the above aggregate can be used in combination as appropriate.
（その他の添加物）
本発明の舗装用セメント組成物には、上記の他、塩、顔料、硬化促進剤、減水材、着色剤などの添加剤を含んでいてもよい。
(Other additives)
In addition to the above, the cement composition for pavement of the present invention may contain additives such as salts, pigments, hardening accelerators, water reducing materials, and coloring agents.
（舗装用セメント組成物の配合比）
本発明の舗装用セメント組成物におけるセルロースナノファイバーの含有量としては、セメント１００重量部に対して、好ましくは３〜１５重量部、更に好ましくは５〜１０重量部である。セルロースナノファイバーの含有量が３重量部以下では、遮熱性が不十分となりやすく、１５重量部以上では、舗装用セメント組成物の強度に問題が生じやすい。
(Compounding ratio of cement composition for pavement)
The content of cellulose nanofibers in the cement composition for pavement of the present invention is preferably 3 to 15 parts by weight, more preferably 5 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of cement. When the content of the cellulose nanofibers is 3 parts by weight or less, the heat shielding property tends to be insufficient, and when the content is 15 parts by weight or more, the strength of the cement composition for pavement tends to be problematic.
本発明の舗装用セメント組成物における金属酸化物を含む中空球状体の含有量としては、セメント１００重量部に対して、好ましくは１０〜１００重量部、更に好ましくは１５〜４０重量部である。 The content of the hollow spheres containing the metal oxide in the cement composition for pavement of the present invention is preferably 10 to 100 parts by weight, more preferably 15 to 40 parts by weight, based on 100 parts by weight of the cement.
本発明の舗装用セメント組成物に骨材を用いる場合は、骨材の含有量としては、セメント１００重量部に対して、好ましくは１０〜３００重量部、更に好ましくは５０〜２００重量部である。 When an aggregate is used in the cement composition for pavement of the present invention, the content of the aggregate is preferably 10 to 300 parts by weight, more preferably 50 to 200 parts by weight, based on 100 parts by weight of the cement. ..
本発明の舗装用セメント組成物に二酸化チタンを用いる場合は、二酸化チタンの含有量としては、セメント１００重量部に対して、好ましくは１〜５０重量部、更に好ましくは１〜１０重量部である。 When titanium dioxide is used in the cement composition for pavement of the present invention, the content of titanium dioxide is preferably 1 to 50 parts by weight, more preferably 1 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the cement. ..
本発明の舗装用セメント組成物に塩を用いる場合は、塩の含有量としては、好ましくは１〜２０ｇである。 When salt is used in the cement composition for pavement of the present invention, the salt content is preferably 1 to 20 g.
次に、実施例により本発明を更に詳細に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。 Next, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the present invention is not limited to these examples.
（実施例１）
舗装用セメント組成物として、太平洋株式会社製「普通ポルトランドセメント」を、セルロースナノファイバーとして、株式会社スギノマシン製「ＢｉＮＦｉ−ｓ」ＩＭａ−１０００２を用いた。
各成分を表１の配合割合で配合して混練し、振動プレス成形することにより、３０ｃｍ平方の正方形のセメント舗装領域を得た。
(Example 1)
"Ordinary Portland cement" manufactured by Pacific Ocean Co., Ltd. was used as the cement composition for pavement, and "BiNFi-s" IMa-10002 manufactured by Sugino Machine Limited was used as the cellulose nanofibers.
Each component was blended in the blending ratio shown in Table 1, kneaded, and vibrated press-molded to obtain a 30 cm square cement pavement area.
（実施例２）
実施例１に用いた舗装用セメント組成物に加えて、金属酸化物を含む中空球状体として、ポッターズ・バロティーニ株式会社製「エクステンドＳＧ」を用いた。その他は、実施例１と同様にしてセメント舗装領域を得た。
(Example 2)
In addition to the cement composition for pavement used in Example 1, "Extend SG" manufactured by Potters Barotini Co., Ltd. was used as a hollow sphere containing a metal oxide. Other than that, a cement pavement area was obtained in the same manner as in Example 1.
（実施例３）
実施例２に用いた舗装用セメント組成物に加えて、フルウチ化学株式会社製二酸化チタンを用いた。その他は、実施例１と同様にしてセメント舗装領域を得た。
(Example 3)
In addition to the pavement cement composition used in Example 2, titanium dioxide manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd. was used. Other than that, a cement pavement area was obtained in the same manner as in Example 1.
（実施例４）
実施例３に用いた舗装用セメント組成物に加えて、トーヨーテラン株式会社製珪砂「トーヨーシリカサンド」を用いた。その他は、実施例１と同様にしてセメント舗装領域を得た。
(Example 4)
In addition to the pavement cement composition used in Example 3, silica sand "Toyo Silica Sand" manufactured by Toyo Terran Co., Ltd. was used. Other than that, a cement pavement area was obtained in the same manner as in Example 1.
（比較例１〜４）
表１の通り、実施例１〜４に用いた舗装用セメント組成物からセルロースナノファイバーを抜いた配合割合で配合した。その他は、実施例１と同様にしてセメント舗装領域を得た。
(Comparative Examples 1 to 4)
As shown in Table 1, cellulose nanofibers were removed from the pavement cement compositions used in Examples 1 to 4 and blended. Other than that, a cement pavement area was obtained in the same manner as in Example 1.
（表面温度測定）
実施例１〜４、比較例１〜４で得られたセメント舗装領域の上、約１０ｃｍの距離に１００Ｗ白熱灯を設置して点灯させ、約２０分放置した後、その表面温度を測定した。
(Surface temperature measurement)
A 100 W incandescent lamp was installed at a distance of about 10 cm on the cement pavement areas obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4, turned on, left to stand for about 20 minutes, and then the surface temperature was measured.
その結果、実施例１〜４では、表面温度が、比較例１と比較して９．３℃〜１２．１℃低かった。比較例２〜４は、中空球状体、二酸化チタン、骨材を追加的に用いたものであるが、実施例１ほどの効果は得られなかった。 As a result, in Examples 1 to 4, the surface temperature was 9.3 ° C to 12.1 ° C lower than that in Comparative Example 1. In Comparative Examples 2 to 4, hollow spheres, titanium dioxide, and aggregate were additionally used, but the effects as in Example 1 were not obtained.
（実施例５〜７、比較例５、６）
比較例１の舗装用セメント組成物を１０ｃｍの深さで舗装したセメント舗装領域の上に、実施例１の舗装用セメント組成物を、表２記載の深さで舗装した。
(Examples 5 to 7, Comparative Examples 5 and 6)
The pavement cement composition of Example 1 was paved to the depth shown in Table 2 on a cement pavement region in which the paving cement composition of Comparative Example 1 was paved to a depth of 10 cm.
それぞれのセメント舗装領域の表面温度を上記と同じ条件で測定したところ、実施例５〜７では、比較例１と比較してそれぞれ３．１℃〜８．２℃低かった。他方で、比較例５は、実施例１の舗装用セメント組成物の厚みが足りなかったために、十分な遮熱性が得られなかった。比較例６は、実施例１の舗装用セメント組成物の厚みが既に十分すぎるため、実施例７と比較して追加的によい遮熱性が得られなかった。実施例１の舗装用セメント組成物が比較例１の舗装用セメント組成物と比較してコスト高であるため、この厚みは実用的ではない。
When the surface temperature of each cement pavement region was measured under the same conditions as above, it was 3.1 ° C. to 8.2 ° C. lower in Examples 5 to 7 as compared with Comparative Example 1. On the other hand, in Comparative Example 5, sufficient heat shielding property could not be obtained because the thickness of the cement composition for pavement of Example 1 was insufficient. In Comparative Example 6, since the thickness of the cement composition for pavement of Example 1 was already too thick, additional good heat shielding property could not be obtained as compared with Example 7. This thickness is not practical because the pavement cement composition of Example 1 is more costly than the pavement cement composition of Comparative Example 1.
Claims (7)
A cement pavement obtained by using the cement composition for pavement according to any one of claims 1 to 6 to a depth of 10 mm to 100 mm from the surface.
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