JP7336793B2 - セメント成形体の製造法 - Google Patents

Description

本発明は、セメント成形体の表面部を改質する製造技術に関する。

コンクリートやモルタルのようなセメント成形体は、製造時、表面に微細な亀裂が発生することがある。特に、促進養生の高温養生を行なったときに顕著になる。また、製造後の乾燥収縮、乾湿繰り返しや凍結融解などによって、表面に微細な亀裂が発生することがある。セメント成形体は、表面に微細亀裂が発生すると、耐久性が低くなる。なお、セメント成形体とは、セメントを含む成形体である。

セメント成形体の表面を補強する技術がある。セメント成形体の表面に補強剤を塗布したり、散布したりする。特許文献１は、セメント硬化体の表面に塗布する塗布剤を開示している。この塗布剤は、セルロースナノファイバー(ＣＮＦ)を含有している。なお、ＣＮＦとは、木材のパルプをナノレベルに微細にほぐして得られる超微細植物繊維である。

特開２０１７－１１４７１４号公報

［課 題］
上記のような微細亀裂の発生が抑制されるセメント成形体の製造法を提供する。

［構 想］
１）セメント成形体の表面に微細亀裂が発生する事象は、セメント成形体の表面部と中心部の含水率の差が大きくなることに起因しているものと推察される。
セルロースナノファイバー(ＣＮＦ)と熱可塑性樹脂粒子を水のような分散媒に分散させた液、ＣＮＦ樹脂粒子分散液は、保水性がある。
セメント成形体は、保水性のあるＣＮＦ樹脂粒子分散液を表面部に混入すると、表面部が保水される。表面の微細亀裂の発生が抑制される。

２）ＣＮＦ樹脂粒子分散液は、硬化後のセメント硬化体よりも、硬化前のセメント組成物に付着する方が、混入し易い。
セメント組成物を成形する型枠は、内面にＣＮＦ樹脂粒子分散液を膜状に付着した状態でセメント組成物を流入させる。型枠内部のセメント組成物は、表面部にＣＮＦ樹脂粒子分散液が侵入して混入する。なお、セメント組成物とは、セメントを含む組成物である。

３）ＣＮＦ樹脂粒子分散液は、粘度の温度依存性がある。常温では粘度が高くて粘着性があり、加熱して高温になると粘度が下がって流動性が生じ、冷却して常温に戻ると再び粘度が高くなって粘着性が戻る。
粘度の温度依存性のあるＣＮＦ樹脂粒子分散液は、加熱して流動性のある状態で塗布や噴霧によって型枠の内面に膜状に付着する。型枠の内面に形成したＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜は、放置して冷却し、粘着性のある状態で付着状態を維持する。

４）ＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜を内面に形成した型枠は、内部にセメント組成物を流入させる。

５）型枠に充填したセメント組成物は、加熱して促進養生の高温養生をする。すると、型枠内面のＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜は、加熱されて流動性が生ずる。流動性が生じたＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜は、膜の形態が崩れ、ＣＮＦ樹脂粒子分散液が型枠内部のセメント組成物の表面部に侵入して混入する。

［具体化］
セメント成形体を製造するに当たり
１）型枠は、内面に、ＣＮＦ樹脂粒子分散液を加熱して流動性のある状態で塗布や噴霧によって膜状に付着する。型枠の内面に形成したＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜は、放置して冷却し、粘着性のある状態で付着状態を維持する。

２）ＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜を内面に形成した型枠は、内部にセメント組成物を流入させる。その際、型枠内面の膜を剥ぎ取らないようにする。そのため、例えば、トレミー管を用いる。セメント組成物が型枠の底から湧き上がるように型枠内部に流入させる。

３）型枠に充填したセメント組成物は、促進養生の蒸気養生（常圧高温養生）又はオートクレープ養生（高圧高温養生）する。型枠内面のＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜は、加熱されて流動性が生ずる。流動性が生じたＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜は、膜の形態が崩れ、ＣＮＦ樹脂粒子分散液が型枠内部のセメント組成物の表面部に侵入して混入する。

４）ＣＮＦ樹脂粒子分散液を表面部に混入したセメント組成物は、養生で硬化した後、脱型する。セメント成形体を得る。
このセメント成形体は、表面部に保水性のあるＣＮＦ樹脂粒子分散液が混入している。表面に微細亀裂が発生し難い。

５）セメント成形体は、工場で製造するプレキャスト又は施工現場で製造する現場打ちにする。また、無筋又は有筋にする。
更に、セメント成形体は、予め内部応力を与えるプレストレストコンクリート又は鉄骨の周りに鉄筋を配する鉄骨鉄筋コンクリートにする。

６）ＣＮＦ樹脂粒子分散液は、ＣＮＦを水のような分散媒に分散させた懸濁液と、熱可塑性樹脂粒子を水のような分散媒に分散させた乳濁液とを混ぜて調合する。
熱可塑性樹脂粒子は、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン・アクリル系樹脂、塩化ビニル系樹脂、塩化ビニル・塩化ビニリデン共重合体系樹脂、酢酸ビニル系樹脂やスチレン・ブタジエン共重合体系樹脂などのなかから選んだ一種類又は複数種類の粒子にする。

１．セメント成形体を促進養生の高温養生を行なって製造する方法であって、
セルロースナノファイバー(ＣＮＦ)と熱可塑性樹脂粒子を分散媒に分散させた液、ＣＮＦ樹脂粒子分散液は、保水性があり、更に、粘度の温度依存性があって、常温では粘度が高くて粘着性があり、加熱して高温になると粘度が下がって流動性が生じ、冷却して常温に戻ると再び粘度が高くなって粘着性が戻るものにし、
型枠は、内面に、ＣＮＦ樹脂粒子分散液を加熱して流動性のある状態で膜状に付着し、型枠の内面に形成したＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜は、放置して冷却し、粘着性のある状態で付着状態を維持し、
ＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜を内面に付着した型枠は、内部にセメント組成物を流入させ、その際、トレミー管を用い、セメント組成物が型枠の底から湧き上がるように流入させ、
型枠に充填したセメント組成物は、加熱して高温養生し、型枠内面のＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜に流動性を生じさせ、流動性が生じたＣＮＦ樹脂粒子分散液を型枠内部のセメント組成物の表面部に侵入させて混入し、
ＣＮＦ樹脂粒子分散液を表面部に混入したセメント組成物は、養生で硬化した後、脱型し、
保水性のあるＣＮＦ樹脂粒子分散液が表面部に混入しているセメント成形体を得ることを特徴とするセメント成形体の製造法。
２．上記１のセメント成形体の製造法において、
高温養生は、促進養生の蒸気養生又はオートクレーブ養生にすることを特徴とする。
３．上記１又は２のセメント成形体の製造法において、
セメント成形体は、プレキャスト又は現場打ちにすることを特徴とする。
４．上記１、２又は３のセメント成形体の製造法において、
セメント成形体は、プレストレストコンクリート又は鉄骨鉄筋コンクリートにすることを特徴とする。
５. 上記１～４のいずれかのセメント成形体の製造法において、
ＣＮＦ樹脂粒子分散液中の熱可塑性樹脂粒子は、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン・アクリル系樹脂、塩化ビニル系樹脂、塩化ビニル・塩化ビニリデン共重合体系樹脂、酢酸ビニル系樹脂とスチレン・ブタジエン共重合体系樹脂のなかから選ばれた一種類又は複数種類の粒子であることを特徴とする。

微細亀裂の発生が抑制されるセメント成形体が得られる。

本発明の実施形態で用いる型枠の縦断面図。 同型枠の内面に離型剤を膜状に付着した状態を示す縦断面図。 同型枠の離型剤付き内面にＣＮＦ樹脂粒子分散液を膜状に付着した状態を示す縦断面図。 同型枠の内部に鉄筋かごを配置した状態を示す縦断面図。 同型枠の内部にセメント組成物を流入する途中状態を示す縦断面図。 同型枠の内部にセメント組成物を満杯にした状態を示す縦断面図。 同型枠内部のセメント組成物の上面を均してＣＮＦ樹脂粒子分散液を膜状に付着した状態を示す縦断面図。 同型枠に養生シートを被せた状態を示す縦断面図。 同養生シート内の温度変化を示す線図。 脱型したセメント成形体の縦断面図。

＜実施形態における選定＞
１）セメント成形体は、鉄筋のプレキャストにする。

２）原材料のセメント組成物は、主成分を、セメント、水と細骨材、又は、セメント、水、細骨材と粗骨材にする。フライアッシュや高炉スラグのような混和材やＡＥ剤のような混和剤は、必要に応じて添加する。

３）セルロースナノファイバー(ＣＮＦ) と熱可塑性樹脂粒子を水のような分散媒に分散させた液、ＣＮＦ樹脂粒子分散液は、保水性のあるものにする。また、粘度の温度依存性があって、常温では粘度が高くて粘着性があり、加熱して高温になると粘度が下がって流動性が生じ、冷却して常温に戻ると再び粘度が高くなって粘着性が戻るものにする。

４）養生は、促進養生の蒸気養生にする。

＜製造方法＞
１）型枠の設置と離型剤の付着
型枠１は、図１に示すように、複数の横棒２の上に載せて作業場所に設置する。この型枠１は、上面が開口した箱形状にし、鋼製又は木製にする。
箱形状の型枠１は、図２に示すように、内面の底面と前後左右の側面に型枠の離型剤３を塗布や噴霧で膜状に付着する。離型剤３は、油性又は水性にする。

２）ＣＮＦ樹脂粒子分散液の付着
型枠１の離型剤付き内面には、図３に示すように、ＣＮＦ樹脂粒子分散液を加熱して流動性のある状態で塗布や噴霧によって膜状に付着する。そのＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜４は、放置して冷却し、粘着性のある状態で付着状態を維持する。

３）鉄筋かごの配置
型枠１は、図４に示すように、内部に鉄筋かご５を配置する。

４）セメント組成物の流入
ＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜４を内面に形成した型枠１は、内部にセメント組成物６を流入させる。その際、型枠内面のＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜４を剥ぎ取らないようにする。そのため、トレミー管７を用いる。
トレミー管７は、図５に示すように、型枠１の底面に近接した下端開口からセメント組成物６を型枠１の底面に流出させて、その流出セメント組成物に下端開口を埋没する。そして、トレミー管７の下端開口からセメント組成物６を流出し続ける。型枠内部のセメント組成物６は、増え続けて、上面が上昇する。そのセメント組成物６の上面の上昇に合わせてトレミー管７を上昇させる。トレミー管７は、セメント組成物が流出している下端開口をセメント組成物６の上面近くに埋没した状態を維持する。セメント組成物６が型枠１の底から湧き上がるように型枠内部に流入させる。そのセメント組成物６は、ＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜４に接触し、鉄筋かご５を埋没する。

５）上面へのＣＮＦ樹脂粒子分散液の付着
型枠１は、図６に示すように、セメント組成物６を満杯にしてトレミー管７を撤去する。そして、型枠内部のセメント組成物６は、凸凹の上面を均す。その平坦にした上面の上に、図７に示すように、ＣＮＦ樹脂粒子分散液を噴霧や散布によって膜状に付着する。型枠内部のセメント組成物６は、上面をＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜８で覆う。

６）蒸気養生
セメント組成物６は、全面をＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜４、８で被覆した後、蒸気養生を行う。型枠１には、図８に示すように、断熱性のある養生シート９を被せる。養生シート９は、型枠１の外面の上面と前後左右の側面を覆い、型枠１を密封する。養生シート９の内部は、図９に示すように、温度を変化させる。常温、昇温、高温と降温を経て再び常温にする。昇温時と高温時に養生シート９の内部に蒸気を供給管１０から供給する。蒸気は、養生シート９の内部に充満する。ＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜４、８で全面を被覆したセメント組成物６は、常温養生し、昇温蒸気養生して高温蒸気養生する。そして、自然放熱、自然冷却して常温に戻る。
養生シート９内部の昇温時と高温時に、蒸気が型枠１の外回りを包む。型枠内面のＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜４、８は、加熱されて流動性が生ずる。流動性が生じたＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜４、８は、膜の形態が崩れ、ＣＮＦ樹脂粒子分散液が型枠内部のセメント組成物６の表面部に侵入して混入する。

７）脱 型
ＣＮＦ樹脂粒子分散液を表面部に混入したセメント組成物６は、養生によって硬化した後、脱型する。図１０に示すように、鉄筋セメント成形体１１を得る。このセメント成形体１１は、表面部にＣＮＦ樹脂粒子分散液を混入している。

８）付 記
型枠１に入れるセメント組成物６は、主成分がセメント、水と細骨材であると、モルタルのセメント成形体が得られる。セメント、水、細骨材と粗骨材であると、コンクリートのセメント成形体が得られる。また、セメントと水であると、セメントペーストのセメント成形体が得られる。
なお、型枠１の内部に鉄筋かご５を配置しないと、無筋モルタル、無筋コンクリートのセメント成形体が得られる。

［変形例］
本発明は、上記の実施形態に限定されない。次のような変形が例示される。
１．上記の実施形態において、セメント成形体１１は、プレキャストであるが、現場打ちにする。
また、セメント成形体１１は、プレストレストコンクリート又は鉄骨鉄筋コンクリートにする。
２．上記の実施形態において、型枠内部のセメント組成物６は、凸凹の上面を均して平坦にした上面の上にＣＮＦ樹脂粒子分散液を付着するが、凸凹の上面にＣＮＦ樹脂粒子分散液を付着してから凸凹の上面を均す。その際、ＣＮＦ樹脂粒子分散液をセメント組成物６の平坦にした上面の下、表面部に混ぜ込む。
３．上記の実施形態において、蒸気養生は、養生シート９を用いたが、養生槽を用いる。
４．上記の実施形態において、高温養生は、蒸気養生にしたが、オートクレーブ養生にする。

本発明の製造法は、土木業界や建築業界において実施される。本発明で得られるセメント成形体は、土木や建築の構造物の部材に使用される。

１ 型枠
２ 横棒
３ 型枠の離型剤
４ ＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜
５ 鉄筋かご
６ セメント組成物
７ トレミー管
８ ＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜
９ 養生シート
１０ 蒸気の供給管
１１ 鉄筋セメント成形体

Claims (5)

1. セメント成形体を促進養生の高温養生を行なって製造する方法であって、
   セルロースナノファイバー(ＣＮＦ)と熱可塑性樹脂粒子を分散媒に分散させた液、ＣＮＦ樹脂粒子分散液は、保水性があり、更に、粘度の温度依存性があって、常温では粘度が高くて粘着性があり、加熱して高温になると粘度が下がって流動性が生じ、冷却して常温に戻ると再び粘度が高くなって粘着性が戻るものにし、
   型枠は、内面に、ＣＮＦ樹脂粒子分散液を加熱して流動性のある状態で膜状に付着し、型枠の内面に形成したＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜は、放置して冷却し、粘着性のある状態で付着状態を維持し、
   ＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜を内面に付着した型枠は、内部にセメント組成物を流入させ、その際、トレミー管を用い、セメント組成物が型枠の底から湧き上がるように流入させ、
   型枠に充填したセメント組成物は、加熱して高温養生し、型枠内面のＣＮＦ樹脂粒子分散液の膜に流動性を生じさせ、流動性が生じたＣＮＦ樹脂粒子分散液を型枠内部のセメント組成物の表面部に侵入させて混入し、
   ＣＮＦ樹脂粒子分散液を表面部に混入したセメント組成物は、養生で硬化した後、脱型し、
   保水性のあるＣＮＦ樹脂粒子分散液が表面部に混入しているセメント成形体を得ることを特徴とするセメント成形体の製造法。
2. 高温養生は、促進養生の蒸気養生又はオートクレーブ養生にすることを特徴とする請求項１に記載のセメント成形体の製造法。
3. セメント成形体は、プレキャスト又は現場打ちにすることを特徴とする請求項１又は２に記載のセメント成形体の製造法。
4. セメント成形体は、プレストレストコンクリート又は鉄骨鉄筋コンクリートにすることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のセメント成形体の製造法。
5. ＣＮＦ樹脂粒子分散液中の熱可塑性樹脂粒子は、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン・アクリル系樹脂、塩化ビニル系樹脂、塩化ビニル・塩化ビニリデン共重合体系樹脂、酢酸ビニル系樹脂とスチレン・ブタジエン共重合体系樹脂のなかから選ばれた一種類又は複数種類の粒子であることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のセメント成形体の製造法。

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