特許 6682100 充填材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6682100

(24)【登録日】2020年3月27日

(45)【発行日】2020年4月15日

(54)【発明の名称】充填材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B28C 7/12 20060101AFI20200406BHJP

   C04B 22/02 20060101ALI20200406BHJP

   B28C 5/46 20060101ALI20200406BHJP

   C04B 103/61 20060101ALN20200406BHJP

【ＦＩ】

   B28C7/12

   C04B22/02

   B28C5/46

   C04B103:61

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-51322(P2016-51322)

(22)【出願日】2016年3月15日

(65)【公開番号】特開2017-164952(P2017-164952A)

(43)【公開日】2017年9月21日

【審査請求日】2019年2月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(73)【特許権者】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000103769

【氏名又は名称】オリエンタル白石株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120868

【弁理士】

【氏名又は名称】安彦 元

(72)【発明者】

【氏名】高橋 正好

(72)【発明者】

【氏名】北垣 亮馬

(72)【発明者】

【氏名】野口 貴文

(72)【発明者】

【氏名】堀越 直樹

(72)【発明者】

【氏名】正司 明夫

【審査官】 今井 淳一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２６１４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２４０１６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２８Ｃ ７／１２

Ｂ２８Ｃ ５／４６

Ｃ０４Ｂ ２２／０２

Ｃ０４Ｂ １０３／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

窒素微細気泡を含有する窒素微細気泡含有溶液を製造する工程と、
前記窒素微細気泡含有溶液と、鋼材の周囲に充填される充填材を組成する充填材組成物と、をミキサに投入する工程と、
前記ミキサに投入された前記窒素微細気泡含有溶液と前記充填材組成物との混合物を練り混ぜる工程と、を備え、
前記混合物を練り混ぜる工程では、前記ミキサ内に窒素ガスを充填しながら前記混合物を練り混ぜること
を特徴とする充填材の製造方法。

【請求項2】

前記窒素微細気泡含有溶液を製造する工程では、ナノスケールの窒素微細気泡を含有する窒素微細気泡含有溶液を製造すること
を特徴とする請求項１記載の充填材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンクリートやグラウト等の充填材の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、土木や建築の分野においては、鋼材の周囲に各種の充填材を充填し、鋼材の固定等、様々な機能を担わせることが行われている。

【0003】

例えば、コンクリート内部のシースに挿通されたＰＣ鋼材の腐食の防止やＰＣ鋼材と部材コンクリートの間の一体化を目的とした充填材として、セメント系、石膏系、樹脂系等のグラウトが用いられている。

【0004】

具体的には、例えばＰＣグラウトは、プレストレストコンクリート橋において、ＰＣ鋼材緊張後のシース内の空隙充填材料として使用される（特許文献１参照）。また、プレストレストコンクリート橋以外の構造物においてもＰＣグラウトは使用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平０６−１０８６６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

こうした充填材に酸素が含まれている場合、鋼材の腐食を招く恐れがある。そのため、充填材に含まれる酸素の量を低減する技術が望まれている。

【0007】

そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、充填材に含まれる酸素の量を低減し鋼材の腐食を効果的に防止することのできる充填材の製造方法に関する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第１発明に係る充填材の製造方法は、窒素微細気泡を含有する窒素微細気泡含有溶液を製造する工程と、前記窒素微細気泡含有溶液と、鋼材の周囲に充填される充填材を組成する充填材組成物と、をミキサに投入する工程と、前記ミキサに投入された前記窒素微細気泡含有溶液と前記充填材組成物との混合物を練り混ぜる工程と、を備え、前記混合物を練り混ぜる工程では、前記ミキサ内に窒素ガスを充填しながら前記混合物を練り混ぜることを特徴とする。

【0009】

第２発明に係る充填材の製造方法は、第１発明において、前記窒素微細気泡含有溶液を製造する工程では、ナノスケールの窒素微細気泡を含有する窒素微細気泡含有溶液を製造することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

上述した構成からなる本発明によれば、充填材に含まれる酸素の量を低減し鋼材の腐食を効果的に防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態に係る充填材の製造方法に用いられるミキサを示す模式図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る充填材の製造方法の手順を示すフローチャートである。

【図3】本発明の第２実施形態に係る充填材の製造方法に用いられるミキサを示す模式図である。

【図4】本発明の第２実施形態に係る充填材の製造方法の手順を示すフローチャートである。

【図5】本発明の第３実施形態に係る充填材の製造方法に用いられるミキサを示す模式図である。

【図6】本発明の第３実施形態に係る充填材の製造方法の手順を示すフローチャートである。

【図7】確認実験において窒素ナノバブル水をバブリングしている最中の溶存酸素量の時間経過を示すグラフである。

【図8】確認実験において窒素ガスのバブリングを終了した後の窒素ナノバブル水中の溶存酸素の時間経過を測定したグラフである

【図9】練混ぜ水として水道水を使用して、塩化物イオン量、気圧を変えてグラウト試験体を作製し、鉄筋の自然電位の材齢（日）による変化を計測したグラフである。

【図10】練混ぜ水として窒素ナノバブル水を使用して、塩化物イオン量、気圧を変えてグラウト試験体を作製し、鉄筋の自然電位の材齢（日）による変化を計測したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態に係る充填材の製造方法について詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態においては、鋼材の周囲に充填される充填材としてセメント系充填材を用いる場合を例として説明を行うが、本発明はこれに限らず、充填材としてセメント系や石膏系などの有機系、又は樹脂系などの有機系の充填材を用いてもよい。

【0014】

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る充填材の製造方法に用いられるミキサ１を示す模式図である。

【0015】

ミキサ１は、充填材を組成する充填材組成物として例示するセメント系充填材の粉体（セメント粉体）と窒素微細気泡溶液として例示する窒素ナノバブル水との混合物Ｓを収容する、上部が開放された容器２と、容器２の開放上部を封鎖する蓋体３と、容器２内部の混合物Ｓを撹拌する撹拌器４と、撹拌器４を回転駆動する駆動部５とを備えて構成されている。

【0016】

セメント系充填材に混合される窒素ナノバブル水は、ナノスケールの窒素気泡を含有した水である。窒素ナノバブル水は、溶存酸素を含んだ水に窒素ガスをマイクロナノバブル状態にして連続的に送り込むことにより生成される。

【0017】

本実施形態に係る窒素微細気泡含有溶液である窒素ナノバブル水は、モル分率が充分に小さいといえるマイクロ・ナノバルブとなった酸素より重い不活性ガスである窒素の微細気泡を含有している。よって、この窒素の微細気泡は、気体の溶解度は圧力に比例するというヘンリーの法則に従って、大気圧と同じ比率と溶液である水への溶解度を考慮した比率になろうとする。このため、窒素の微細気泡は、酸素を取り込んで気泡ごと溶液である水から抜け出すものと考えられる。その結果、水中の溶存酸素は、通常の水、すなわち窒素ナノバブルを含有しない水と比較して１０分の１以下に減少した状態となっている。

【0018】

容器２は、その内部にセメント系充填材の粉体と窒素ナノバブル水との混合物Ｓを投入可能とするため、上部が開放された中空の円筒状の部材である。

【0019】

蓋体３は、容器２の開放上部を密閉する蓋である。蓋体３は円盤状の基底面３２及び基底面３２の周縁部に沿い基底面３２に垂直に立設して設けられた周壁３３を有して構成されている。基底面３２には貫通孔３１が形成されていて、この貫通孔には撹拌器４の軸４１が回転可能に挿通されている。

【0020】

蓋体３が取り外された状態において、この解放された上部から容器２内部にセメント系充填材の粉体と窒素ナノバブル水が投入され、蓋体３が取り付けられる。

【0021】

撹拌器４は、円筒状の軸４１と、軸４１の先端部分に形成された複数枚の羽根よりなる撹拌子４２と、軸４１を回転させる駆動部４３とを有して構成されている。

【0022】

撹拌器４の軸４１は、蓋体３の基底面３２に形成された貫通孔３１を通じて容器２の外部から内部へと挿通されている。

【0023】

軸４１の容器２内部側にある先端部分には、複数枚の羽根よりなり、軸４１の回転動作に伴い回転し混合物Ｓを混合する撹拌子４２が設けられている。

【0024】

軸４１の回転動作は、容器２の外部において軸４１に連結された駆動部４３により行われる。駆動部４３は各種のモータにより形成されている。

【0025】

次に、上述したミキサ１により行われる充填材の製造方法について説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係る充填材の製造方法の手順を示すフローチャートである。

【0026】

第１実施形態に係る充填材の製造方法では、まず充填材組成物であるセメント系材料の粉体が容器２内に投入される（ステップＳ１）。また、これに先立ち窒素ナノバブル水の製造も行われる。

【0027】

次に、セメント系材料が投入されている容器２に、更に窒素ナノバブル水が投入される（ステップＳ２）。

【0028】

次に、容器２に蓋体３が取り付けられ、撹拌器４によりセメント系材料と窒素ナノバブル水の混合物Ｓが練り混ぜられる（ステップＳ３）。

【0029】

こうして練り混ぜられ製造されたセメント系充填材は、従来の水よりも残存酸素の少ない窒素ナノバブル水を用いて製造されたものであり、従来の水を用いて製造されたセメント系充填材と比較して充填剤内に残存する酸素の量が１０分の１以下に低減されている。

【0030】

そのため、本実施形態に係る充填材が鋼材の周囲に充填された場合でも残存酸素による鋼材の腐食を効果的に防止することができる。

【0031】

［第２実施形態］

【0032】

次に、本発明の第２実施形態に係る充填材の製造方法について説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る充填材の製造方法に用いられるミキサ１０を示す模式図である。

【0033】

図３に示すミキサ１０は、図１に示すミキサ１と異なり、セメント系材料と窒素ナノバブル水の混合物Ｓの練り混ぜを、窒素ガスを充填しながら行うことのできる構成となっている。

【0034】

そのため、ミキサ１０には、ミキサ１と異なり、蓋体３の基底面３２に配管３５が接続され、配管３５を介して外部の窒素タンク６から窒素ガスが供給されるとともに、内部の酸素が、供給された窒素ガスとともに容器２と蓋体３との間に形成された間隙３４から放出されるようになっている。

【0035】

また、図３に示すように、ミキサ１０の撹拌器４’は、前述のミキサ１の撹拌器４と相違して、磁力を利用して撹拌子４２’を回転させるマグネッチックスターラとなっている。

【0036】

なお、配管３５、窒素タンク６及び間隙３４以外の構成は上述したミキサ１と同様であるためその他の構成の説明は省略する。

【0037】

次に、第２実施形態に係る充填材の製造方法の手順について説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る充填材の製造方法の手順を示すフローチャートである。

【0038】

第２実施形態に係る充填材の製造方法では、まず粉体であるセメント系材料が容器２内に投入される（ステップＳ１１）。また、これに先立ち窒素ナノバブル水の製造もおこなわれる。

【0039】

次に、セメント系材料が投入されている容器２に、更に窒素ナノバブル水が投入される（ステップＳ１２）。

【0040】

次に、容器２に蓋体３が取り付けられ、撹拌器４によりセメント系材料と窒素ナノバブル水の混合物Ｓが練り混ぜられる。練り混ぜの最中には、窒素ガスが窒素タンク６から配管３５を通じて容器２内部に供給される（ステップＳ１３）。

【0041】

こうした第２実施形態に係る充填材の製造方法によると、混合物Ｓの原材料である水の中の残存酸素を減少させることができる。更にセメント系材料の粒子間隙に存在する酸素を減少させることができるとともに、練り混ぜ中に混合物Ｓ内に酸素が混入することを効果的に防止することができる。

【0042】

そのため、第２実施形態に係る充填材が鋼材の周囲に充填された場合でも残存酸素による鋼材の腐食を効果的に防止することができる。

【0043】

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る充填材の製造方法について説明する。図３は、本発明の第３実施形態に係る充填材の製造方法が適用されるミキサ１００を示す模式図である。

【0044】

図５に示すミキサ１００は、図１に示すミキサ１と異なり、セメント系材料と窒素ナノバブル水の混合物Ｓの練り混ぜを、容器２内部を真空にしながら行うことのできる構成となっている。

【0045】

具体的には、ミキサ１と異なり、ミキサ１０には蓋体３の基底面３２に配管３５が接続され、配管３５を介して真空ポンプ７が接続された態様となっている。

【0046】

なお、配管３５及び真空ポンプ７以外の構成は上述したミキサ１と同様であるためその他の構成の説明は省略する。

【0047】

次に、第３実施形態に係る充填材の製造方法の手順について説明する。図６は、本発明の第３実施形態に係る充填材の製造方法の手順を示すフローチャートである。

【0048】

第３実施形態に係る充填材の製造方法では、まず粉体であるセメント系材料が容器２内に投入される（ステップＳ２１）。また、これに先立ち窒素ナノバブル水の製造もおこなわれる。

【0049】

次に、セメント系材料が投入されている容器２に、更に窒素ナノバブル水が投入される（ステップＳ２２）。

【0050】

次に、容器２に蓋体３が取り付けられ、撹拌器４によりセメント系材料と窒素ナノバブル水の混合物Ｓが練り混ぜられる。練り混ぜの最中には、真空ポンプ７が容器２内部の残存空気を吸引し、容器２内部が真空状態に保たれる（ステップＳ２３）。なお、ここで真空状態とは、大気圧より一定程度圧力が低い状態を指しており、100kPa〜100Pa程度の低真空状態を含むものである。

【0051】

こうした第３実施形態に係る充填材の製造方法によると、混合物Ｓの原材料である水の中の残存酸素を減少させることができる。更にセメント系材料の粒子間隙に存在する酸素を減少させることができるとともに、練り混ぜ中に混合物Ｓ内に酸素が混入することを効果的に防止することができる。

【0052】

そのため、本実施形態に係る充填材が鋼材の周囲に充填された場合でも残存酸素による鋼材の腐食を効果的に防止することができる。

【0053】

以上、本発明の実施形態に係る充填材の製造方法について詳細に説明したが、前述した又は図示した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたって具体化した一実施形態を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

【0054】

特に、充填材組成物としてセメント系充填材粉体を例示して説明したが、本発明に係る充填材組成物は、セメント組成物などの水和反応により硬化する材料に限られず、樹脂系などの有機系の組成物であっても構わない。要するに、本発明に係る充填材組成物は、窒素微細気泡含有溶液と混合させることにより一定時間経過後に硬化する材料を主成分とする材料であればよい。

【0055】

また、窒素微細気泡含有溶液として窒素ナノバルブ水を例示して説明したが、窒素微細気泡含有溶液は、溶質として窒素の微細気泡を含有する溶液、即ち、ヘンリーの法則に従うような理想希薄溶液であれば、水に限られず、２成分硬化型の樹脂などの他の溶液であっても構わない。

【0056】

次に、図７〜図１０を用いて、本発明の効果を確認するために行った確認実験について説明する。

【0057】

［確認実験１］
まず、２種類の窒素供給量により窒素ナノバブル水中の溶存酸素量の時間経過を計測して窒素ナノバブル水中の溶存酸素が目的の通り低減しているかを確認した。図７は、窒素ナノバブル水をバブリングしている最中の溶存酸素量の時間経過を示すグラフである。

【0058】

図７のグラフから明らかなように、時間当たりの窒素供給量が多い1.0L/minの方が、溶存酸素が低減され、３０分で溶液中の溶存酸素量は下限となる。よって、時間当たりの窒素供給量を多くして３０分程度バブリングすればよいことが分かる。

【0059】

図８は、窒素ガスのバブリングを終了した後の窒素ナノバブル水中の溶存酸素の時間経過を測定したグラフである。図８のグラフから明らかなように、時間当たりの窒素供給量に関係なく、バブリング終了直後からすぐに元に戻り始め窒素ナノバブル水中の溶存酸素の時間経過により徐々に増えていくことが確認できる。但し、６時間後でも３mg/L以下である。

【0060】

［確認実験２］
次に、練混ぜ水、塩化物イオン量、気圧を変えてグラウト試験体を作製し、グラウト硬化後は側面から鉄筋の自然電位等を測定した。一般的に、自然電位が低くなると鉄筋は錆び易くなる。なお、グラウト試験体は、型枠脱型後、鉄筋露出部は接着剤で被覆し、グラウト部は含水させたウエス（布きれ）で湿潤養生した。

【0061】

図９は、練混ぜ水として水道水を使用して、塩化物イオン量、気圧を変えてグラウト試験体を作製し、鉄筋の自然電位の材齢（日）による変化を計測したグラフであり、図１０は、練混ぜ水として窒素ナノバブル水を使用して、塩化物イオン量、気圧を変えてグラウト試験体を作製し、鉄筋の自然電位の材齢（日）による変化を計測したグラフである。

【0062】

図９のグラフから、水道水を用いてグラウト試験体を作製した場合は、塩化物イオンがあっても減圧して作製すれば、自然電位は高く錆び難い傾向にあることが分かる。

【0063】

図１０のグラフから、窒素ナノバブル水を用いて試験体を作製した場合は、常圧、減圧、塩化物イオンの有無にかかわらず全て自然電位が高く錆び難い傾向にあることが明らかである。

【0064】

以上の実験により、窒素ナノバブル水を用いて充填材であるグラウトを製造すれば、鉄筋の自然電位が高く錆び難い充填材を製造することができることが確認できた。

【符号の説明】

【0065】

１、１０、１００ ミキサ
２ 容器
３ 蓋体
４、４’撹拌器
６ 窒素タンク
７ 真空ポンプ
３１ 貫通孔
３２ 基底面
３３ 周壁
３４ 間隙
３５ 配管
４１ 軸
４２、４２’ 撹拌子
４３ 駆動部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】