JP4057329B2 - 舗装材用組成物及びそれを用いた舗装材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は土木・建設工業に用いる舗装材用組成物、特にダイマー酸とアルカリ土類金属化合物との反応物をバインダーとする舗装材用組成物に関するものであり、さらにはその舗装材用組成物を硬化させる舗装材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
土木・建築工業界で使用される舗装材としては、砂、礫、粘土あるいはガラス破片などを骨材とし、セメントあるいは漆喰などをバインダーとした水硬化性の舗装材、又はこれらの骨材とアスファルトなどをバインダーとした熱流動性の舗装材が古くから使用されている。一方、これらの耐久性、作業性あるいは舗装面の柔軟性や弾性を改良すべく、セメント又はアスファルトのかわりに前述の骨材と合成樹脂、例えばウレタン樹脂、アクリル樹脂あるいはポリエステル樹脂など、をバインダーとした樹脂舗装材が使用されてもいる。
【０００３】
かかる従来の舗装材は、強度、耐久性あるいは経済性など種々の利点を有しているものの人造物であり、自然界の水や地中にいるバクテリアでは分解されず、自然環境の異物として環境問題を起こしがちである。セメントの硬化したコンクリートは量が大な上に強度も大なだけに、不要になった後の再使用もリサイクルも困難であり、廃棄処理場不足が常に問題視されている。一方、樹脂舗装材は水硬化性舗装材以上に水による加水分解もバクテリアによる分解も極めて遅く、いつまでも人造物として残り、これもまた、廃棄後の環境汚染が問題にされている。さらに、樹脂バインダーの硬化前の樹脂、硬化剤あるいは溶剤の臭気は受け入れ難いだけでなく、例えば上述したウレタン樹脂の原料であるイソシアネートは毒性も危惧されている。
【０００４】
かかる従来の舗装材は長期間、良物性を維持できる高耐久性を目的として作られたが、舗装材を使用する用途は従来のように半永久的に強度を維持しなければならない用途ばかりではなくなった。例えば会期を限った展示会場、レジャーランドあるいはスポーツイベントなど仮設会場の簡便な舗装材は、期間終了後はむしろ分解でき、廃棄できる方が望ましい。同時に、舗装材が最終物性になるまでに１ヶ月も養生期間を要するセメント系舗装材は、使用後の処理の困難さに加えて工事の迅速さにおいても好ましくない。
【０００５】
【発明が解決しょうとする課題】
本発明の課題は、従来の舗装材と同等又はそれ以上の硬化速度を有し結束するが、使用後は急速に天然物へ分解され環境問題を惹起しない簡便な舗装材用組成物を提供することにある。
【０００６】
環境問題を惹起しない一つの方策は、バインダーが接着力を有し舗装材を形成するが、舗装材が使用目的を果たした後は容易に壊し得て、加水分解とかバクテリアの食餌となって急速に分解し、仮に放棄されても自然力により天然物へ帰るような舗装材用バインダーの開発にある。
簡便な工事を可能にする一方策は、硬化に特別の加熱を要さず、硬化プロセスに原料として水とか空気とかの自然物を利用できるプロセス開発にある。
【０００７】
本発明者らはかかる観点から、高耐久性を必要としないかかる用途に適した簡便な舗装材用組成物を得るべく、結束するが使用後は急速に天然物へ分解されるバインダーを検討した。また、骨材を混ぜ舗装材へと工事する作業において、硬化に高温は不要の、水分により急速に硬化する舗装材用のバインダーを開発すべく鋭意検討した結果、本発明に至ったものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、骨材とバインダーを主成分としてなる舗装材用組成物において、バインダーとしてダイマー酸とアルカリ土類金属化合物の反応物を用いることを特徴とする舗装材用組成物、及び、骨材とバインダーを主成分としてなる舗装材用組成物を硬化させる舗装材の製造方法において、バインダーとしてダイマー酸とアルカリ土類金属化合物の反応物を用い、骨材とバインダーを主成分としてなる舗装材用組成物を水と接触させて硬化させることを特徴とする、舗装材の製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
舗装材用組成物における骨材は、荷重、雨水、太陽熱、紫外線あるいは舗装材自体の強度に耐える、安価な材料であり、例えば各種砂、礫、鉱滓砕片、コンクリート破砕細粒、ガラス破砕細粒、木材チップ、プラスチックチップ、ゴムチップ、繊維屑、紙屑、おが屑、金属細粒あるいは泥土などがあげられる。
【００１０】
バインダーは、かかる骨材をよく結束する接着剤である。バインダーの配合量は、骨材総重量１００に対しバインダー総重量を１０〜２００、好ましくは１５０〜２０重量部である。２００重量部を超えると舗装材の経済性を損ね、１０重量部未満では強度不全になり易い。
【００１１】
本発明においてはバインダーとしてダイマー酸とアルカリ土類金属化合物の反応物を用いる。ダイマー酸は、一般には炭素数１８の不飽和脂肪酸同士のディールス・アルダー型付加反応によって製造される炭素数３６のジカルボン酸を主成分とした一塩基酸、三塩基酸を含有する液状脂肪酸である。炭素数３６のジカルボン酸には様々な構造異性体が存在し、其々の異性体の含有量は原料である炭素数１８の不飽和脂肪酸の飽和レベルやプロセスの反応条件等によって異なるが、本発明においてダイマー酸は、
組成：モノマー酸１０．０重量％以下、ダイマー酸７０．０重量％以上、トリマー酸２０．０重量％以下、
苛性カリによる酸価：１８５〜２００ｍｇ／ｇ、
苛性カリによる鹸化価：１８８〜２０５ｍｇ／ｇ
のものである。形状は室温では粘度の高い液状であるから、硬化前でも仮接着し、舗装材を仮形成できる利点がある。
【００１２】
本発明においてアルカリ土類金属化合物は、元素の周期表で言う２族元素の化合物であり、水に溶けるか反応して土類金属イオンを遊離し得る化合物であればいずれでも構わないが、安価に入手でき、自然界に多量に存在するマグネシウム、カルシウムおよびバリウムの酸化物、水酸化物、炭酸化物、塩化物があげられる。具体的には、例えば酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸バリウム、水酸化バリウム、塩化バリウムなどがあげられる。
【００１３】
バインダーはこのダイマー酸とアルカリ土類金属化合物の反応物であるが、配合量はダイマー酸１００重量部に対してアルカリ土類金属化合物２〜１５０重量部、好ましくは５〜１００重量部である。１５０重量部を超えると舗装材の強度が不足し、２重量部未満では硬化不全になり易い。
【００１４】
本発明の舗装材用組成物は水と接触させることにより硬化される。ここに、水と接触させて硬化せしめる態様としては、ダイマー酸とアルカリ土類金属化合物の反応物と骨材と水を混練し設置（又は成形）する態様、ダイマー酸とアルカリ土類金属化合物の反応物と骨材を混練し設置（成形）した舗装材を水で処理する（舗装材に散水または水を含浸させる）態様、またはダイマー酸とアルカリ土類金属化合物の反応物と骨材を混練し設置（成形）した舗装材を大気中に放置して湿気で硬化せしめる（舗装材を大気中の水で処理する）態様、等の各種の態様があげられる。簡便性を考慮すれば、ダイマー酸とアルカリ土類金属化合物の反応物と骨材を混練して設置（成形）した舗装材を水で処理して硬化させる、後二者の態様が好ましい。
ダイマー酸とアルカリ土類金属化合物の反応は、ダイマー酸とアルカリ土類金属化合物を混合することによっておこる。この反応は、ダイマー酸のカルボキシ基と水にかい離したアルカリ土類金属イオンの配位結合によるものと思われ、硬化に当たっては金属化合物を金属イオンへ遊離する水が必要である。水は骨材とバインダーの混合時に加えてもよく、又は、骨材とバインダーの混合物中では骨材は粘度の高いダイマー酸で結束されているので形状を維持できるこの混合物をまず舗装材として設置した後に水で処理してもよい。水による処理は仮設の舗装材に散水するだけで良い。さらに散水しないまでも大気中の水分を吸湿したいわゆる湿気硬化が期待できる特徴があり、湿気硬化の場合は作業工程を省き得る。また水の配合量、配合方法あるいは配合時期と硬化までの時間は深い関連があるので、許される工事時間を考慮して選択できる利点がある。
【００１５】
本発明の本質が変わらない限り、個々の目的で本発明の混合物中へ種々の材料を配合しても差し支えない。例えば反応を促進するために金属石鹸など触媒を加えたり、遅延するためにアルコールなどを配合することも差し支えない。また柔軟さを増すために脂肪族モノカルボン酸をことさら配合するのも効果がある。
【００１６】
さらに、本発明におけるバインダーはダイマー酸という長鎖の脂肪族基が基礎になっているので概して樹脂状となり、硬化前でも一時的な結束剤となって舗装材用組成物の設置（仮設）の形状を保つ利点がある。一時的に形状を保たせた上で浸水処理する硬化工程も取り得て、多様な工事方法が選択でき、好都合である。
【００１７】
本バインダーが環境への影響度が低い理由は以下の通りである。ダイマー酸とアルカリ土類金属化合物の結合は、ダイマー酸の２官能カルボキシル基と多価金属イオンの配位（キレート）結合であると考えられる。配位結合は低温で瞬時に結合する利点がある反面、水中ではかい離し易くなる。長期間の雨水に加水分解されいずれダイマー酸とアルカリ土類金属イオンにかい離する。ダイマー酸は、元々、植物から絞った天然油脂即ち長鎖不飽和脂肪族カルボン酸グリセリンエステルの脂肪族カルボン酸成分の２分子が、不飽和結合部分で２量体化した２官能性カルボン酸である。エステル結合がかい離していようと２分子が２量体化していようと天然バクテリアに対す感作性は天然油脂と同様であり、ごく一般に自然界で行われるバクテリア分解サイクルに組み込まれる。一方のアルカリ土類金属イオンは海水の一部になるか、いずれは水酸化塩又は炭酸塩となって自然界に回帰する。
【００１８】
【実施例】
以下に実施例、比較例をあげて説明する。なお、実施例等における圧縮強度は室温条件下に圧縮試験機で測定した。
【００１９】
実施例１
ダイマー酸（ モノマー酸７．０重量％、ダイマー酸７９．０重量％、トリマー酸１４．０重量％；酸価１９４ｍｇ／ｇ、鹸化価；１８８〜２０５ｍｇ／ｇ ）６７ｇと酸化カルシウム３３ｇをモルタルミキサーにいれ、６号珪砂３００ｇを混入した後、水３３ｇを配合して良く混練した。混合液を直径２５ｍｍ、高さ２５ｍｍの塩化ビニール円筒に打設し、一日室温で放置した。脱型後９個の円盤状試験体を水中（室温）にて養生した。材令１日、７日、２８日後に取り出し、室温で圧縮強度を各３個測定しその平均値を出した。
【００２０】
実施例２
実施例１と同じダイマー酸６７ｇと酸化カルシウム３３ｇをモルタルミキサーにいれ、６号珪砂３００ｇを混入した。粘度の高い混合液を直径２５ｍｍ、高さ２５ｍｍの塩化ビニール円筒に打設し、一日室温で放置した。脱型後９個の円盤状試験体を水中（室温）にて反応を促進すると同時に養生した。材令１日、７日、２８日後に取り出し、室温で圧縮強度を各３個測定しその平均値を出した。
【００２１】
実施例３
実施例１と同じダイマー酸６７ｇと酸化カルシウム３３ｇをモルタルミキサーにいれ、６号珪砂３００ｇを混入した。粘度の高い混合液を直径２５ｍｍ、高さ２５ｍｍの塩化ビニール円筒に打設し、一日室温で放置した。脱型後９個の円盤状試験体を相対湿度８０％の調湿箱（室温）にて反応を促進させると同時に気中養生した。材令１日、７日、２８日後に取り出し、室温で圧縮強度を各３個測定しその平均値を出した。
【００２２】
比較例１
比較例としてセメントモルタルの場合を実験した。
ポルトランドセメント１００ｇと６号珪砂３００ｇをモルタルミキサーへ入れ次に水を７０ｇ入れ混練した。粘度の高いモルタルを直径２５ｍｍ、高さ２５ｍｍの塩化ビニール円筒に打設し、一日室温で放置した。脱型後９個の円盤状試験体を水中（室温）にて養生した。材令１日、７日、２８日後に取り出し、室温で圧縮強度を各３個測定しその平均値を出した。
【００２３】
比較例２
ポルトランドセメント１００ｇと６号珪砂３００ｇをモルタルミキサーへ入れ良くブレンドした。このドライモルタルを直径２５ｍｍ、高さ２５ｍｍの塩化ビニール円筒中に圧入し、一日室温で放置した。脱型後９個の円盤状試験体を相対湿度８０％の調湿箱（室温）にて反応を促進させると同時に気中養生した。材令１日、７日、２８日後に取り出し、室温で圧縮強度を各３個測定し、その平均値を出した。
【００２４】
【表１】

【００２５】
本発明の舗装材用組成物は、水を配合すれば初期から最終強度が得られ、水を配合しなくても周辺の水を取込んで急速に硬化する特徴が見られた。
【００２６】
実施例４〜実施例７
ダイマー酸（モノマー酸５．０重量％、ダイマー酸８０．８重量％、トリマー酸１４．２重量％；酸価１９５ｍｇ／ｇ、鹸化価；１９９ｍｇ／ｇ）１０ｇ、骨材として木材チップ１５ｇに対し、酸化カルシウムの量を変えて配合した。さらにこの中へ一律２ｇの水を加え十分に攪拌した後に、直径６ｃｍ、高さ２．２ｃｍのアルミ円筒カップに詰め、室温での硬化の速度を観察した。硬化時間は木材チップが破断なしには剥がれなくなる時間とした。
【００２７】
【表２】

【００２８】
実施例８
実施例１に使用したダイマー酸１，０００ｋｇ、骨材としての木材チップ１，５００ｇおよび酸化カルシウム６００ｇをモルタルミキサーで混合し、縦横５０ｃｍ×５０ｃｍ、高さ４ｃｍの木型枠へ盛り込み、平板で押さえて表面を平滑にした。塗装直後はまだ柔らかかったが、この木枠の中に水を張り１時間たって抜いた後は既に足跡が付かないほど硬化していた。舗装材の坪量は２２０ｇ／ｍ²、厚さは３８ｍｍであった。
【００２９】
実施例９
実施例１に使用したダイマー酸１，０００ｋｇ、骨材としての木材チップ１，５００ｇおよび酸化カルシウム６００ｇをモルタルミキサーで混合し、縦横５０ｃｍ×５０ｃｍ、高さ４ｃｍの木型枠へ盛り込み、平板で押さえて表面を平滑にした。塗装直後はまだ柔らかかったが、相対湿度８０％の恒湿箱（室温）中に保持したところ、１週間後には足跡が付かないほどに硬化していた。舗装材の坪量は２２０ｇ／ｍ²、厚さは２８ｍｍであった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の舗装材と同等又はそれ以上の硬化速度を有し結束するが使用後は急速に天然物へ分解され環境問題を惹起しない簡便な舗装材用組成物が得られる。

Claims (2)

1. 骨材とバインダーを主成分としてなる舗装材用組成物において、バインダーとしてダイマー酸とアルカリ土類金属化合物の反応物を用いることを特徴とする舗装材用組成物。
2. 骨材とバインダーを主成分としてなる舗装材用組成物を硬化させる舗装材の製造方法において、バインダーとしてダイマー酸とアルカリ土類金属化合物の反応物を用い、骨材とバインダーを主成分としてなる舗装材用組成物を水と接触させて硬化させることを特徴とする、舗装材の製造方法。