JPH08301647A - セメントコンクリート類接着補強材、複合材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】セメントコンクリート類の接着剤として使用す
ることにより、種々のセメントコンクリート類を加工
し、小さな材料から大きな材料や単純な形状の材料から
複雑な形状の材料を製造するのに適し、かつセメントコ
ンクリート類の特質を損なうことなくこれらとの接着強
度が高く耐久性のある水硬性組成物及び建築材料として
有用な複合材を提供すること。 【解決手段】高炉水砕スラグ、シリカヒューム、水溶性
高分子、硬化刺激剤及び水を含有してなるセメントコン
クリート類接着用水硬性組成物及びこれとセメントコン
クリート類とを接着、養生硬化してなる複合材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セメントコンクリ
ート類を接着補強するのに適した水硬性組成物、該水硬
性組成物を用いた複合材に関する。

【０００２】

【従来の技術】セメント、モルタル、コンクリート、Ａ
ＬＣ（オートクレーブ養生して得られる軽量気泡コンク
リート、以下ＡＬＣと呼ぶ）等のセメント系材料は広く
使用されているが、強度が弱い、耐凍結融解性が悪い、
遮音性が悪い等の問題があり、種々の材料との複合化が
検討されてきた。その中でも特にエポキシ樹脂等の有機
系の接着剤を用いて、鋼板と複合化する方法が一般的で
あるが、鋼板及び有機系の接着剤は耐火性が無く、火に
当たると剥がれてしまうという問題があった。また、長
期耐久性においても有機系の接着剤は長い年月の間に分
解し、接着層にひびが入る等の問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、セメントコ
ンクリート類の接着補強材として使用することにより、
種々のセメントコンクリート類を加工し、小さな材料か
ら大きな材料や単純な形状の材料から複雑な形状の材料
を製造するのに適し、かつセメントコンクリート類の特
質を損なうことなくこれらとの接着強度が高く耐久性の
ある接着補強材及びこれからなる上記した問題点のない
複合材を提供することを目的としている。例えば、ＡＬ
Ｃのような軽量材料と本発明の接着補強材とを複合化さ
せることにより、ＡＬＣの軽量であり施工性、加工性、
不燃性に優れるという性質を活かしながら、耐凍結融解
性や遮音性等の問題点を解決し、優れた複合材を提供す
ることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、高炉水砕
スラグ、シリカヒューム、水溶性高分子、硬化刺激剤、
水を含有する接着補強材がセメントコンクリート類と非
常に良く接着することを見い出し、この接着補強材をセ
メントコンクリート類の接着剤として使用することによ
り前述のような課題を解決することができることを見出
し本発明に到達した。すなわち本発明は、

【０００５】（１）高炉水砕スラグ、超微粉状物質、水
溶性高分子、硬化刺激剤及び水を含有してなるセメント
コンクリート類接着補強材、 （２）上記（１）記載の接着補強材を混練し、必要によ
り成形してなる材料（１）とセメントコンクリート類
（材料（２））を密着し一体化した後養生硬化してなる
複合材、 （３）下記材料（３）と請求項２記載の材料（２）、ま
たは材料（２）と材料（２）の間に上記（２）記載の材
料（１）を挟み込み一体化した後これを養生硬化してな
る複合材、 材料（３）：高炉水砕スラグ、超微粉状物質、水溶性高
分子、硬化刺激剤及び水を混合、混練後成形し、養生硬
化してなる硬化体。 （４）材料（２）が比重１以下の軽量セメント硬化体で
ある上記（２）または（３）記載の複合材、 （５）軽量セメント硬化体が、ＡＬＣ（オートクレーブ
養生して得られる軽量気泡コンクリート）である上記
（４）記載の複合材。 （６）材料（１）が厚み１０mm以下の板状である上記
（２）、（３）、（４）または（５）記載の複合材に関
する。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のセメントコンクリート類接着補強材は、高炉水
砕スラグ、超微粉状物質、水溶性高分子、硬化刺激剤、
及び水を含有する。これらのうち工業的に生産されてい
る高炉水砕スラグは、ブレーン比表面積２，０００〜１
４，０００cm²/ ｇの粒度のものであり、これら全ての
ものが使用できるが、３，０００〜６，０００cm² / ｇ
の粒度のものを使用するのが、経済的に好ましい。

【０００７】超微粉状物質は、高炉水砕スラグの平均粒
径よりも１オーダー以上小さいものが好ましく、２オー
ダー以上小さいものが更に好ましい。好ましい平均粒径
は１μｍ以下であり、０．０１〜０．５μｍが更に好ま
しい。使用しうる超微粉状物質の具体例としては、シリ
カフューム、炭酸カルシウム、フライアッシュ、チタニ
ア、ジルコニア、アルミナ、高炉スラグ等を挙げること
が出来るが、シリカフュームが好ましい。超微粉状物質
は、高炉水砕スラグと超微粉状物質の合計量１００重量
部中、５〜３０重量部、好ましくは７〜１５重量部を占
める量を使用する。

【０００８】本発明で使用する水溶性高分子としては下
記する増粘効果を有するものであれば特に制限はない。
使用しうる水溶性高分子の具体例としては、ポリ（メ
タ）アクリル酸のアルカリ金属塩、ポリ（メタ）アクリ
ルアミド、（メタ）アクリル酸のアルカリ金属塩とアク
リルアミドの共重合体、メチルセルロース、ヒドロキシ
プロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロー
ス、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体
等を挙げることが出来、これらのうちポリアクリル酸の
ナトリウム塩が好ましい。尚ここで（メタ）アクリルは
アクリル、またはメタクリルを意味する。

【０００９】これら水溶性高分子は、接着補強材の混練
助剤、すなわち増粘剤として使用するので、分子量が大
きく増粘効果の大きなものを用いるのが好ましい。ま
た、その平均分子量は、ポリ（メタ）アクリル酸のアル
カリ金属塩を例に採ると平均分子量１００，０００以上
好ましくは５００，０００以上、より好ましくは１，０
００，０００以上のものを用いる。

【００１０】これら水溶性高分子の使用量は、高炉水砕
スラグと超微粉状物質の合計量１００重量部に対して
０．３〜７重量部、好ましくは１〜５重量部、より好ま
しくは１〜３重量部である。水溶性高分子の使用量が
０．５重量部以下であると混練が良好に行われず、添加
水量が増える傾向にある。また、１０重量部以上用いて
も混練性はそれ以上変わらず、経済的に不利になるばか
りか返って最終的に得られる複合材の耐水性が悪くなる
傾向にある。

【００１１】硬化刺激剤としては種々のアルカリ性物質
が使用できる。用いうる硬化刺激剤の具体例としては、
ナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属の水
酸化物、炭酸塩、珪酸塩等を挙げることが出来るが、ア
ルカリ金属の水酸化物が好ましく、その中でも水酸化ナ
トリウムが最も好ましい。硬化刺激剤は粉末状で用いて
もよいが、水溶液の状態で用いることが好ましい。硬化
刺激剤の使用量は、高炉水砕スラグと超微粉状物質の合
計重量１００重量部に対して通常０．５〜５重量部であ
る。また、硬化刺激剤を水溶液で使用する場合、その濃
度は通常、２〜１０重量％、好ましくは４〜８重量％で
ある。

【００１２】水の使用量は、接着補強材全体が良好な
（均一な）混練状態になるように決められるが、概ね高
炉水砕スラグと超微粉状物質の合計量１００重量部に対
して、１０〜８０重量部、好ましくは１５〜５０重量部
である。水の使用量が少なすぎると混練が行えず、多す
ぎると混練できたとしても成形性が悪くなったり、成形
できたとしても得られる複合材の曲げ強度が低くなり好
ましくない。尚、水は硬化刺激剤を水溶液として使用す
る場合、該水溶液中に含まれる水の量を加えた量が上記
範囲になるよう使用する。

【００１３】本発明の接着補強材には、その成形性や得
られる複合材の物性の向上を目的に種々の材料を添加す
ることが出来る。具体的には成形性の向上を目的に、パ
ルプ、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ビニロ
ン繊維、カーボン繊維、アラミド繊維等の繊維物質を、
また、複合材の硬化収縮を低減する目的で、珪砂、珪石
粉、パーライト等の細骨材を添加することが出来る。こ
れら繊維物質の使用量はその種類にもよるが、高炉水砕
スラグと超微粉状物質の合計量１００重量部に対して、
概ね１〜１５重量部、好ましくは２〜７重量部である。
また、細骨材の使用量は同様に２０〜２００重量部、好
ましくは５０〜１５０重量部である。

【００１４】次に、本発明の接着補強材の製造法に関し
て説明する。まず、所定量の高炉水砕スラグ、超微粉状
物質、水溶性高分子及び必要により使用する繊維、細骨
材を出来るだけ均一に粉体混合する。混合に使用しうる
機器は混合物が均一に混合出来るものであればよく具体
的にはアイリッヒタイプの混合機、揺動攪拌タイプのオ
ムニミキサー等を挙げる事が出来る。この粉体混合物に
硬化刺激剤、及び水（必要により硬化刺激剤を所定量の
水に溶解した水溶液）を添加し、更に混合物全体が均一
になるように混合し本発明の接着補強材を得ることがで
きる。

【００１５】この際好ましくは、上記の混合物に強い剪
断力を作用させて粘土状に混練する。ここで用いうる混
練機の具体例としては、ニーダールーダー、一軸または
に二軸のパドル型混練機、加圧ニーダー、二本ロールニ
ーダー等を挙げることが出来る。

【００１６】次に本発明の複合材につき説明する。上記
のようにして得られた本発明の接着補強材は、材料
（１）としてそのままセメントコンクリート類の接着補
強材として用いることができるが、所定の形状に成形し
使用することもできる。この際用いうる成形機の具体例
としてはプレス成形機、真空押出し成形機等を挙げるこ
とが出来るが、成形体が気泡を含有しない真空押出し成
型機を用いるのが好ましい。成形体の形状に特に制限は
ないが、厚さ１０mm以下、より好ましくは７mm以下の板
状が好ましい。

【００１７】次いで、得られた接着補強材（必要により
その成形体）を接着補強しようとするセメントコンクリ
ート類（材料（２））と密着させ一体物を得る。ここで
使用される材料（２）としては、通常使用されるセメン
トコンクリート類であれば特に限定されないが、例えば
普通ポルトランドセメント、アルミナセメント、高炉セ
メント等を原料とし、これらに減水剤、発泡剤等の種々
の添加剤を添加したもの、種々の骨材、繊維等の添加材
を添加したもの、ＡＬＣ等が挙げられる。これら材料
（２）のうち比重１以下の軽量セメント硬化体が好まし
く、ＡＣＬが特に好ましい。比重１以下の軽量セメント
硬化体は、軽量であるが故に強度、特に曲げ強度が低
く、引っ張り力が大きく作用する部位に使用する場合に
は材料の厚みを厚くして剛性を出さなければならず結果
として材料が重くなる。本発明の接着補強材は、例えば
軽量セメント硬化体と一体化、補強することでこれら問
題点を容易に解決することができる。

【００１８】また２枚またはそれ以上の材料（２）のそ
れぞれの間に材料（１）を挟み込んで一体化してもよ
い。また、複数の材料（２）を接着補強する場合、少な
くとも１枚は材料（２）である限り、材料（２）の代わ
りに下記材料（３）を用いてもよい。 材料（３）：高炉水砕スラグ、超微粉状物質、水溶性高
分子、硬化刺激剤及び水を混合、混練後成形し、養生硬
化してなる硬化体。 前記において材料（３）は、材料（１）を養生硬化して
得られたものを用いることができる。この場合の養生硬
化は、下記する一体化物の養生硬化と同様にして行うこ
とができる。ここで、複数存在する材料（２）または材
料（３）は、互いに同一であっても異なっていてもよ
い。また、本発明においては上記した材料（２）のうち
通常硬化しているものを使用するが、未硬化のものも使
用できる。

【００１９】一体化する方法に特に限定されないが、通
常は本発明の接着補強材（またはその成形体）を接着し
ようとする材料（２）と圧着したり材料（２）の間に挟
んで圧縮し一体化物とする。この際に、本発明の接着補
強材中の水分が材料（２）に移行するのを防止するた
め、材料（２）の乾燥状態により、材料（２）をあらか
じめ水で濡らしておくと接着強度が高くなる場合があ
る。この場合、材料（２）の表面に霧吹き等で水を噴霧
したり、材料（２）を水中に浸漬させておく方法等があ
る。

【００２０】こうして得られた一体化物を養生硬化する
ことによって本発明の複合材とすることができる。養生
硬化は、一体化物の水分が蒸発しないような条件で行
う。具体的には室温〜１００℃の温度で蒸気養生する。
本発明で用いる接着補強材は、高温であればあるほど硬
化反応が速く進行するので、１００℃近くの温度で蒸気
養生するのが好ましい。また、１００℃以上の蒸気でオ
ートクレーブ養生を行ってもよい。養生時間は養生温度
にもよるが通常半日〜１ヵ月である。また、蒸気を用い
て１００℃付近で養生を行うような場合の養生時間は、
通常半日〜２日である。

【００２１】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定さ
れるものではない。なお、以下において部は重量部を示
す。また、実施例中の引張り試験、最大破壊荷重、最大
撓みの測定は以下のようにして行った。 ・引張り試験：得られた複合材を接着面に対して垂直方
向に切断して断面が４×４ｃｍの直方体（厚さは複合材
によって異なる。）とし、引張り強度測定用治具にエポ
キシ樹脂を用いて接着し、２４時間後にテンシロン
（（株）オリエンテック製）を用い、引張り速度０．５
mm／分の条件で行った。 ・最大破壊荷重、最大撓み：テンシロンを用いた３点曲
げ試験による測定。 スパン間距離；２６ｃｍ、載荷速度０．５ｍｍ／分（試
験体は材料（２）が上面に来るようにして固定し測定し
た。）

【００２２】参考例１ 普通ポルトランドセメント１００部、６号珪砂２００
部、水６５部をモルタルミキサーで混練し、４×４×１
６ｃｍのセメントモルタル用試験体型枠に流し込んだ
後、室温で２８日間水中養生して硬化させ材料ａを得
た。

【００２３】参考例２ 普通ポルトランドセメント８０部、シリカヒューム２０
部、珪石粉６０部、パルプ４部、分子量１５，０００の
メチルセルロース２部、水３０部をニーダールーダーで
混練し、真空押出成形機で厚さ２０ｍｍ幅４ｃｍ長さ１
０ｃｍの板状に成形し材料ｂを得た。

【００２４】参考例３ 参考例２で得られた材料ｂをビニール袋に入れ室温で２
４時間かけて硬化させた後に１８０℃のオートクレーブ
で４時間養生して得た硬化体を４ｃｍ角に切断し材料ｃ
を得た。

【００２５】実施例１ ブレーン値４０００cm² ／g の高炉水砕スラグ９０部と
シリカヒューム１０部、水溶性高分子として平均分子量
２，０００，０００のポリアクリル酸ナトリウム３部、
細骨材として７号珪砂５０部をモルタルミキサーに入れ
て２分間混合した後、硬化刺激剤として水酸化ナトリウ
ム１．５部を水２２部に溶解した水溶液を加えてニーダ
ールーダーで６分間混練して得た混練物を真空押出成形
機を用いて厚さ５ｍｍ幅１００ｍｍの板状に成形して本
発明の接着補強材の成形体を得た。

【００２６】この本発明の接着補強材の成形体を４×１
０ｃｍに切断し、参考例１で得られた材料ａを２枚用い
てそれぞれの長辺面（接着させようとする面）に霧吹き
で水をかけ軽く拭き取った後に、この間に挟みプレス機
で１００kgf/cm² の圧力をかけて接着し、本発明の接着
補強材の成形体と材料ａとの一体化物を得た。これをビ
ニール袋に入れて密封し、温度９０℃、湿度９８％に調
整した恒温恒湿器で１５時間養生し、本発明の複合材を
得た。この複合材について引張り試験を行ったところ接
着部分ではなく材料ａの部分で破断した。

【００２７】実施例２ ブレーン値１０，０００cm² ／g の高炉水砕スラグを使
用し、水溶性高分子として平均分子量４，０００のメチ
ルセルロース３部を使用し、添加する水量を２５部とし
た以外は実施例１と同様にして得た本発明の接着補強材
の成形体を使用し、温度７０℃湿度９８％で２０時間養
生した以外は実施例１と同様にして本発明の複合材を得
た。この複合材について引張り試験を行ったところ接着
部分ではなく材料ａの部分で破断した。

【００２８】実施例３ 実施例１において前記材料ａの代わりに参考例３で得ら
れた材料ｃを使用した以外は実施例１と同様に行い本発
明の複合材を得た。この複合材について引張り試験を行
ったところ接着部分ではなく材料ｃの部分で破断した。

【００２９】実施例４ 参考例２で得られた材料ｂを長さ１０ｃｍに切断したも
の２枚の間に４×１０ｃｍに切断した実施例１と同様に
して得られた本発明の接着補強材の成形体（水量を２３
部とした）を挟んで、プレス機で２０kgf/cm² の圧力を
かけて接着し、本発明の接着補強材の成形体と材料ｂの
一体化物を得た。これをビニール袋に入れて密封し、温
度９０℃、湿度９８％に調整した恒温恒湿器で１５時間
養生し、本発明の複合材を得た。この複合材について引
張り試験を行ったところ接着部分ではなく材料ｂの硬化
体の部分で破断した。

【００３０】実施例５ ブレーン比表面積４，０００cm²/ｇの高炉水砕スラグ９
０部、シリカフューム１０部、ポリアクリル酸ナトリウ
ム（分子量４，０００，０００）２．５部、珪砂７５
部、パルプ４部をアイリッヒ型混合機に入れ、粉体混合
した。次いで水酸化ナトリウム２部と水２８部からなる
硬化刺激剤水溶液を添加し、混合した後にニーダールー
ダーにて混練し、粘土状の混練物（本発明の接着補強
材）を得た。この混練物を真空押出し成型機にて、幅１
０cm、厚さ４mmに成形し成形体Ａを得た。

【００３１】実施例６ 実施例５と同様にして得た接着補強材を実施例５と同様
に成形し幅１０cm、厚さ７mmの成形体Ｂを得た。

【００３２】実施例７ ポリアクリル酸ナトリウム３部、珪砂２０部、パーライ
ト２０部、パルプ４部、水酸化ナトリウム２．４部と水
３４部からなる硬化刺激剤を用いた他は実施例５と同じ
操作を行い幅１０cm、厚さ４mmの成形体Ｃを得た。

【００３３】実施例８ 実施例７と同様にして得た接着補強材を実施例５と同様
に成形し幅１０cm、厚さ７mmの成形体Ｄを得た。

【００３４】実施例９〜１２ あらかじめ水に浸漬した後、表面の水分をふき取った３
５mm厚のＡＬＣ板（４cm×３０cm）に実施例５〜８で得
られた成形体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄをそれぞれ密着、一体化さ
せ、乾燥しないようにビニールシートで覆い、９０℃で
２４時間蒸気養生して本発明の複合材を得た。得られた
複合材はＡＬＣと押出し成形体が充分に接着していた。
得られた複合材について三点曲げ試験を行った結果を表
３に示す。

【００３５】

【表３】 表３ 実施例 成形体 最大破壊荷重 最大撓み の種類 （Kg） （mm） ９ Ａ １３８ １．２８ １０ Ｂ １７５ １．５５ １１ Ｃ １１７ ０．９３ １２ Ｄ １７１ １．１５

【００３６】実施例１３ あらかじめ水に浸漬した後、表面の水をふき取った５０
mm厚のＡＬＣ板（４cm×３０cm）と実施例５で得られた
成形体Ａを実施例９〜１２と同様に養生硬化し、４cm×
３０cmの大きさに切り出した硬化体との間に成形体Ａを
二本ロールプレスにて２mm厚にした成形体（４cm×３０
cm）を挟んで一体化させ、再び同様に養生硬化させ本発
明の複合材を得た。得られた複合材の２mm厚の接着層も
完全に硬化しており、しかもこの接着層とＡＬＣ板、及
び接着層と硬化体が充分に接着していた。この複合材に
ついて三点曲げ試験を行った。その結果、最大破壊荷重
は２５８Kgであり、最大撓みは１．０２mmであった。

【００３７】比較例１〜７ 成形体Ａ〜Ｄを実施例９〜１２と同様にして養生硬化し
て得た硬化体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄおよび厚み３５mm、５０m
m、100mm のＡＬＣについて、それぞれ自体の三点曲げ
試験を行った。結果を表４に示す。

【００３８】

【表４】 表４ 比較例 硬化体 最大破壊荷重 最大撓み の種類 （Kg） （mm） １ Ａ １０ − ２ Ｂ ２４ − ３ Ｃ ７ − ４ Ｄ １６ − ５ ＡＬＣ３５mm １７ ０．３９ ６ ＡＬＣ５０mm ３３ ０．３５ ７ ＡＬＣ１００mm １０８ −

【００３９】試験例 実施例９〜１１で得られた本発明の複合材を充分に乾燥
したものの材料（１）の硬化体の側に２０分間バーナー
の直火で加熱した。この試験の後もＡＬＣと硬体は充分
に接着していた。

【００４０】

【発明の効果】本発明の接着補強材をセメントコンクリ
ート類の接着剤として使用することにより、接着強度が
高く耐久性の高い材料とすることができ、種々のセメン
トコンクリート材料を加工し、小さな材料から大きな材
料や単純な形状の材料から複雑な形状の材料を製造した
り、さらには、セメントコンクリート類と本発明の接着
補強材の成形体とを接着して、セメントコンクリート類
の持つ優れた性質を活かし、さらに高強度で耐凍結融解
性、耐火性、遮音性等に優れた複合材を製造することが
できる。こうして得られた本発明の複合材は床材、外壁
材、型枠材、間仕切り材等の建築材料としてきわめて有
用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 7:24 24:26 22:06 14:02）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高炉水砕スラグ、超微粉状物質、水溶性高
   分子、硬化刺激剤及び水を含有してなるセメントコンク
   リート類接着補強材。
2. 【請求項２】請求項１記載の接着補強材を混練し、必要
   により成形してなる材料（１）とセメントコンクリート
   類（材料（２））を密着し一体化した後養生硬化してな
   る複合材。
3. 【請求項３】下記材料（３）と請求項２記載の材料
   （２）、または材料（２）と材料（２）の間に請求項２
   記載の材料（１）を挟み込み一体化した後これを養生硬
   化してなる複合材。 材料（３）：高炉水砕スラグ、超微粉状物質、水溶性高
   分子、硬化刺激剤及び水を混合、混練後成形し、養生硬
   化してなる硬化体。
4. 【請求項４】材料（２）が比重１以下の軽量セメント硬
   化体である請求項２または３記載の複合材。
5. 【請求項５】軽量セメント硬化体が、ＡＬＣ（オートク
   レーブ養生して得られる軽量気泡コンクリート）である
   請求項４記載の複合材。
6. 【請求項６】材料（１）が厚み１０mm以下の板状である
   請求項２、３、４、または５記載の複合材。