JPS604155B2 - エネルギ−吸収及び衝撃減衰用低密度コンクリ−ト組成物及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエネルギー吸収及び衝撃減衰用低密度コンクリ
ート組成物並びに該組成物の製造方法に関する。

更に詳細には、本発明は、成形されかつ硬化された低密
度コンクリート組成物、及び車がハイウェイに隣接する
固定した障害物に接近する時車の減速あるいはそれ（ｄ
ｅ打ｅｃｔｉｏｎ）のためのハイウエイクラッシュバリ
ヤー（ｈｉｇｈｗａｙｃｒａｓｈｂａｍｅｒ）として有
用な上記組成物の製造方法に関する。かなりの研究がエ
ネルギー吸収装置として及び衝撃減衰器として挙動する
ハイウェイ安全装置の発展にささげられてきた。

これらの装置または減衰器（ａｔｔｅｎ雌ｔｏｒｓ）は
車がそれがなければ堅い路傍の障害物に衝突する時に移
されるエネルギーを弊害なく吸収するために固定された
路傍の障害物のまわりの突出部として保護的に設置され
うる構造物である。エネルギー減衰装置が作られる材料
は、衝撃により伝えられるショックエネルギーの実質的
全部を分散し、一方車に伝えられる力を最小量に制限し
交通の流れの中へそのはね返りを防ぐことができるべき
である。構造、そのものはまた衝突車から伝えられてい
るエネルギーのほんど全量を塑性変形又は他の手段によ
り吸収することができるべきである。材料が吸収するエ
ネルギー量は材料の密度に逆比例することが、一般に知
られていた。

従って、低密度コンクリートは衝撃減衰器としての用途
に．提案されてきた、というのはそれはハイウェイバリ
ャー装置、突出部及びディバィダー用の構造材料として
現在使用されている標準高密度コンクリートよりもより
多くの衝撃のエネルギーを吸収すると期待されるからで
ある。このような低密度コンクリートは局部粉砕または
塑性変形をうけることにより車衝撃のエネルギーの実質
的部分を吸収することができるべきである。加えて、低
密度コンクリートは衝突後容易にかつ廉価に再びつくら
れるという利点を有している。衝撃減衰器して有用な低
密度コンクリートをつくるためにコンクリート混合物の
密度を減少するために提案された一つの方法は、コンク
リート混合物の単位容積当りのセメント結合材の量の減
少を伴う。

これは化学泡の使用、あるいはパーラィトまたは発泡ポ
リマービーズの如き軽量骨材（ａｇｇｒｅｇａに）のか
なりの量の添加により達成される。コンクリート混合物
の単位容積当りのセメント結合材の量は、発泡ポリマー
ビーズまたは軽量骨材の使用に加えてコンクリートに空
気を連行することによって更に減少しうる。連行空気を
もつ軽量骨材コンクリートは、通常のすなわち高密度コ
ンクリートの２８８０【９／あの密度に比較して、３２
０〜８００ｋ９／あの密度を通常有している。現在入手
できる泡及び軽量骨材低密度コンクリートのいくつかは
衝撃試験にかけられている。この試験は１９７４年７月
、オハイオ・デパートメント・オブ・トランスポーテー
シヨン（０ｈｉｏＤｅｐａ九ｍｅｎｔｏｆＴｒａｎｓｐ
ｏｒｔａｓｉｏｎ）、報告第ＯＨＩＯ−ＤＯＴ−２３一
７３Ｊ．Ｄ．べーコス、Ｊｒ博士の“低密度コンクリー
ト衝撃減衰器の発展（Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ
Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ ＣｏｎＣｒｅにＩｍｐａｃｔ
Ａｕｅｎ岬ｔｏｒ）”に報告されている。この研究の中
に、ひる石、パーライト、泡及び発泡ポリスチレンの如
き軽量骨村を含む低密度コンクリートのエネルギー吸収
特性がエネルギー減衰適用における低密度コンクリート
の使用を定るために試験された。連行空気と共にひる石
、パーライト、泡または発泡ポリスチレンの如き軽量骨
材で作られた種々の低密度コンクリートの衝撃試験は、
このような低密度のコンクリートの組成物はハイウェイ
衝撃減衰器に要求されるすべての要件を十分には満足し
ないことを示した。

低密度コンクリートのいくつかは衝撃減衰器またはクラ
ッシュバリャーに要求される要件のいくつかに近づく特
性を示したが、あるものは必要なエネルギー吸収特性を
有さず、一方他のものは満足な凍結融解特性を有してい
ない。また、低密度コンクリートのきわめて大きな塊が
いかなる有意な衝撃減衰器に対しても要求される。

更に、ある種の試験された低密度コンクリートは衝撃時
微粉砕または縦クラッキング（ｌｏｎｇｉｔｕｄ；ｎａ
ｌｃｒａｃｋｊｎｇ）の如き望ましくない特性を示す。

このような挙動は衝突車と低密度コンクリートから作ら
れたクラッシュバリャーまたは衝撃減衰器間の不満足な
エネルギー転移を招来する。低密度コンクリートのあも
のの不満足な凍結融解特性は、コンクリートによって示
される熱膨張の大きな係数に由来する。これらのコンク
リートについての多数の凍結融解サイクル後、顕著な強
度の損失が見られる。低密度コンクリートに使用される
軽量骨材に依存して、コンクリート試験体または望まし
くない水吸収特性を示す。これらの特性は低密度コンク
リートの表面の塔酷な砕片化（ｓｐａｌｌｉｎｇ）とし
て呈される。ある場合には、砕片化はあまりに苛酷でコ
ンクリートの大量の表面をこなごなにくずす。水吸収に
抵抗することができないことは、これらの低密度コンク
リ−トで作られたいかなる衝撃減衰器の耐久性の減少を
招来する。上記衝撃試験に使用された低密度ポリスチレ
ン骨材コンクリートは、米国特許第３２７２７６５号に
記載された低密度コンクリートであった。

ひる石骨材を含む低密度コンクリートでつくられたエネ
ルギー吸収装置は、米国特許第３６６６０５５号に示さ
れている。また、特別低密度の軽構造コンクリートは東
独特許第２３４５６９２号に示されている。衝撃減衰器
としての低密度コンクリートの使用に関する上記研究か
ら導き出される結論は、このクラスのより強力な、より
糠密な材料はより竪い、より弱い型のものより貧弱なエ
ネルギー吸収を有しているということである。結合剤（
ボルトランドセメント）のそれ以上の減少のような、常
法の手段によるより弱い材料の製造は、いくつかの欠点
を有している。一定量の水は骨材をぬらすのに要求され
、セメント含有量の減少が水／セメント比の増大を生じ
る。この増大がいくつかの不利な結果を生じる。一つの
不利は厚い及び薄い壁または区分をもつ洋型品中収縮を
増大させしかもさらに泡崩壊または過度のクラッキング
を生じることさえできるあわのような（ｈｏｔｈｙ）結
合材相の生成である。別の不利は長い製造サイクルであ
る、なぜなら過剰の水が蒸発しなければならず、かくし
て貧弱な生強度をもつ柱型品を生ずるからである。さら
に別の不利は水吸収を増大し、凍結一融解抵抗を減少し
かつ有効寿命を短くするコンクリート中の一層多孔性マ
トリックスの生成である。低密度コンクリートの密度及
び強度を減少するための別の研究は軽量骨材、例えば一
様の形状を有する発泡ポリスチレンビーズの追加量の添
加である。発泡ポリスチレンビーズの量を増大させると
ビーズの高容積は低密度コンクリートのためのコンパウ
ンドの全容積に迅速に近づくので、この研究には制限が
ある。これは低密度コンクリートのためのコンパウンド
をダイラタントになるよにし、従って型（ｆｏ血）ある
いは金型（ｍｏｌｄ）中に混合あるいは仕込むことは事
実上不可能である。衝撃減衰及びエネルギー吸収のため
に使用される、現在の低密度コンクリート組成物の上記
の諸問題及び不利は、本発明の成形され硬化された低密
度コンクリート組成物及びそれの製造方法の使用によっ
て解決される。

本発明の成形し、硬化しうる低密度コンクリート組成物
及び成形され、硬化された低密度コンクリート組成物及
びその製造方法は先行技術の低密度コンクリート組成物
によって提供されない多くの利点を提供する。これらの
利点は混合においてダィラタンシーを避けしかもエネル
ギー吸収能力、減速能力、凍結融解特性、耐久性及び水
吸収への耐性を有する低密度コンクリート組成物または
その製造方法を含む。従って、本発明はエネルギー吸収
及び衝撃減衰用の低密度コンクリート組成物に成形かつ
硬化されうる組成物、低密度コンクリート組成物、及び
その製造方法を提供する。エネルギー吸収及び／または
衝撃減衰用の成形かつ硬化されうる組成物は、第一軽量
骨材相、界面活性剤及び水を含む結合材相、からなる約
４０〜８批容量％（全組成物基準として）のマトリック
ス混合物、及び２０〜６０容量％（全組成物基準として
）の第二軽量骨材相からなる。

第一軽量骨村相は１〜４肋の範囲の平均直径を有しかつ
１６〜１６０ｋ９／あの密度を有している、独立気泡の
、多孔質、発泡ポリマー粒子を含む。１袋のセメント（
４２．６ｋ９）対第一軽量骨材相中の２８．３そのポリ
マー粒子の配合比が１：２〜１：８にあるように、結合
材相は水硬セメントを含む。

第一軽量骨材相、及び界面活性剤を含む結合材相を結合
剤相が結合剤相を基準として１３．５〜５０容量％の量
で連行空気を含むように混合する。第二骨材相は４〜６
．４ｋ９′での密度をもち４豚より実質的に大きい平均
直径をもつ独立気泡の、多孔質、発泡ポリマー粒子から
なり、その結果マトリックス混合物の池成分と共に第一
軽量骨材相のより小さいポリマー粒子が第二軽量骨村相
の大きいポリマー粒子間の空隙を満たす。大きい粒子間
の隙間を小さい粒子で満たす、小さい粒子と大きい粒子
間の不同（ｄｉｓｐａｒｉｔｙ）は、第一軽量骨材相の
みを含むものよりも軽量コンクリート組成物の密度の低
下を可能にし、またダィラタンシーの問題を避けること
を可能にする。また密度は第一軽量骨材相のみをもつ軽
量コンクリートと同じ水対セメント比を維持しながら下
げられる。従って、結合材相は強度において減少されな
い。第一軽量骨材相と、セメント、界面活性剤、及び水
の結合材相の混合物は良好な流動性をもつ非−ダィラタ
ソト系である。より大きな形状粒子をもつ第二軽量骨材
相を混合物に添加する時、新しい系が造られ、その中で
混合物はマトリックスになり、より大きな形状粒子によ
って形成される隙間を満たす。この二番目の系はダィラ
タントではなく、良好な流動性を有し現在工業で入手で
きるものより低い密度のコンクリート組成物を生成する
。１６０〜８００ｋ９′あの乾燥密度を有する、エネル
ギー吸収または衝撃減衰用低密度コンクリート組成物の
製造方法は、空気連行条件下に１〜４肋の平均直径をす
るポリマー粒子の第一軽量骨材相、水硬セメント、水及
び界面活性剤の結合材相を混合して一様なマトリックス
混合物を形成しついでこのマトリックス混合物に４柵よ
りも実質的に大きい平均直径を有するポリマー粒子の第
二軽量骨材相を混合して均質な成形硬化しうる組成物を
形成することからなる。

第二骨材のポリマー粒子は、第一軽量骨材相中のポリマ
ー粒子によって満たされる隙間を形成する。成形硬化し
うる組成物は低密度コンクリートに成形されついで硬化
される。成形及び硬化は当業者に公知及び通常の装置に
よって遂行される。エネルギー吸収及び衝撃減衰用に適
した低密度コンクリート組成物は、１〜４肌の平均直径
を有する、独立気泡の、多孔質ポリマー粒子の第一軽量
骨材相：結合材相を基準として１３．５〜６破き量％の
連行空気をもつ水硬化セメント、水及び界面活性剤の結
合材相：及び４側よりも実質的に大きい平均直径を有す
る独立気泡の、多孔質ポリマー粒子の第二軽量骨村相か
らなる。

４肋より実質的に大きい平均直径は、第一軽量骨材の粒
子によって満たされうる第二軽量骨材相の粒子間の隙間
の形成を許す直径である。

第一軽量骨村相のより４・さし・ポリマー粒子と第二軽
量骨材相のより大きいポリマー粒子の比は０．２６〜２
．４の範囲である。低密度コンクリート組成物、及びそ
の製造方法は本明細書中に参考例として組み入れられて
いる米国特許第３２７２７６５号の低密度コンクリート
組成物に対する改良である。本発明の改良された低密度
コンクリート配合は現在入手できる他の低密度コンクリ
ートよりもエネルギー吸収または衝撃減衰用により通し
かつより有効である。低密度コンクリート組成物は第一
軽量骨材相、連行空気をもつセメント及び界面活性剤及
び水の結合材相のマトリックス混合物、及びそのマトリ
ックス混合物に加えて第二軽量骨材相を含む。

第一軽量骨材相は全組成物の４８絶対容量％までのいず
れの量とすることができるが好ましくはその量は組成物
の少くとも３筋絶対容量％であるべきである。この量は
第一軽量骨材及びセメント界面活性剤及び水の結合材相
、からなるマトリックス混合物の密度を抑制する（ｈｏ
ｌｄｄｏｗｎ）。第二軽量骨材相の量は、組成物の６呪
縛対容量％までの量のいずれの量とすることができる。
好ましくはその量は大きな粒子の効果が有益であるため
に少くとも２咳絶対容量％であるべきである。低密度コ
ンクリート組成物の１〆中、成分の総量は（すべて、全
組成物の絶対容量％で）ｌａ 第一軽量骨材相 １６〜
４群容量％：ｂ 連行空気を含む水硬セメント １６〜
４筋絶対容量％：ｃ 界面活性剤 ０．００１〜０．鏡
絶対容量％：及びｄ 水 ３〜１４絶対容量％からなる
マトリックス混合物 ４０〜８既絶対容量％ロ 第二軽
量骨材相 ２０〜６豚絶対容量％である。

これらの成分の好ましい量（すべて全組成物の絶対容量
％）は、ｌａ 第一軽量骨村相 ３０〜３技絶対容量％
；ｂ 連行空気をもつ水硬セメント ３９〜４夜絶対容
量％；ｃ 界面活性剤及び好ましくは空気連行相乗剤１
．８〜２．鉄絶対容量％；及びｄ 水 １０〜１２絶対
容量％ からなるマトリックス混合物 ７５〜７球絶対容量％。

Ｄ 第二軽量骨材相 ２１〜２歳絶対容量％である。真
の容量、すなわち絶対容量は嵩容量から粒子間中の空隙
の容量をひいたものである。いかなる連行空気も組成物
の混合後、結合材相を基準として１３．５〜６筋容量％
の量で存在する。本発明の低密度コンクリートをつくる
ために添加されるべきマトリックス混合物を構成する成
分の高容量単位は以下のとおりである：１ １〜４側平
均直径をもつ発泡ポリマー粒子の第一軽量骨村相・・・
・・・２６７〜８００夕／組成物の従２ 水硬セメント
・・・・・・３３６〜１００７ｋｇ／組成物ので３ 界
面活性剤及び空気連行相乗剤・・…・１０．６〜３３９
０ｋ９／組成物のめ、及び４ 水・・・・・・３０〜１
４０〆／組成物のれこれらの範囲の嵩容量の量は、組成
物の４０〜８０絶対容量％の範囲の量で存在するマトリ
ックスをつくるために使用される。

また、これらの範囲の高容量の量が使用されると、発泡
ポリマー粒子の第二軽量骨村相は組成物の２０〜６庇絶
対容量％の範囲の量で存在する。第一及び第二骨村相中
に使用される独立気泡の多孔質、発泡ポリマー粒子は、
適当な直径をもついかなる形状、すなわち球形、楕円形
、ベレット、ビーズ、またはねじりピーナッツ（Ｐｅａ
ｎｕｔｔｗｉｓｔｓ）を有してもよい。

これらの粒子はポリスチレンまたは他の合成樹脂、例え
ばポリエチレン、ポリ塩化ピニル、ポリアクリロニトリ
ル、ポリアクリルエステル、ポリメタクリロエステル、
ブタジェンまたはアクリロニトリルの如きコモノマーと
のスチレンのコポリマー、またはフエ／ールホルムアル
デヒド縮合生成物からなってもよい。１〜４帆の範囲の
平均直径を有する、第一軽量骨材相中の重合体粒子は好
ましくはその最終密度が１６〜１６０ｋ９／〆好ましく
は１６〜４８ｋ９／での範囲にあるように発泡させられ
たポリスチレンビーズである。

小さい発泡ポリスチレンビーズはいくつかの製造業者か
ら商業的に入手できる、例えば商品名ダィラィト（ＤＹ
ＬＩＴＥ）で販売される発泡性ポリスチレンである。４
伽よりも実質的に大きく好ましくは８〜１８柳の平均直
径を有する第二軽量骨材相中のポリマー粒子は好ましく
はポリスチレンまたはスチレンとアクリロニトリルとの
コポリマーのポリマーである。

これらの粒子はそれらの嵩密度が４〜６．４ｋｇ／めで
あるように発泡されている。大きな発泡ポリスチレン及
びスチレンとアクリロニトリルのコポリマーは好ましく
はアルコ・ポリマーズ・インコーポレーテツド（Ａｒｃ
ｏＰｏｌｖｍｅ岱Ｉｎｃ．）から商品名ダイラィトＫＦ
Ｐ５２４及びダイラィトＫＦＰ５２５で夫々商業的に入
手できるビーズの形態である。本発明の低密度コンクリ
ート組成物の結合材相は、第一及び第二軽量骨材相を支
持するコンクリート組成物の部分である。

結合材相は水硬セメント、水、界面活性剤及び好ましく
は空気連行相乗剤を、第一軽量骨材の粒子が第二軽量骨
材の粒子よって形成される隙間を満たしている。第一及
び第二軽量骨材相中の均質に分布されたポリマー粒子に
支持を与えるように機能する割合で含む。これらの割合
は米国特許第３２７２７６５号に於て軽量骨村を支持す
るのに必要とされるものと同じである。セメントはいず
れかの一般の無機の水硬セメント、例えば通常のボルト
ランドセメント、高アルミナセメント、又は多くの商業
源から容易に入手できる石膏製品であってもよい。セメ
ントは通常のセメントまたは高初期強度セメントのいず
れでもよい。水はセメントに流動性を付与するためにセ
メントに添加される。

また表面活性剤を、結合材相に注型適性を付与しかつ第
一及び第二軽量骨材相が結合材相全体に均質に配分され
るようにするために添加してもよい。本発明の教示のも
とに有用であると判った界面活性剤の例はすべての型の
アニオン系、カチオン系、及びノニオン系界面活性剤、
例えばアルキルアリールスルホン酸塩、ホルムアルデヒ
ドのナトリウム塩、及び商業的に入手できるナフタレン
スルホン酸類、第４級アンモニウム塩、例えばラウリル
ピリジニウムクロラィド及び商品名アルカムス（ＡＩＫ
ＡＭＳ）で商業的に入手できる二級アミン、及び商品名
トリトン（ＴＲＮＴＯＮ）×４５、トリトン×１００及
びＤＭＳで商業的に入手できるエチレンオキサィド生成
物を含む。本発明の低密度コンクリート組成物に使用さ
れる好ましい界面活性剤は、商品名タモル（Ｔａｍｏｌ
）一ＳＮでローム・アソド‘ハースカンパ′一（Ｒｏｈ
ｍａｎｄＨａａｓＣｏｍｐａｎｙ）から商業的に入手で
きる。

界面活性剤はまた結合材相全体に均質に分散された第一
及び第二軽量骨材相を保持する傾向がありしかも水硬相
に流動性を付与するのに通常必要とされる水を減少する
。本発明の教示のもとではまた結合材相の少くとも３．
弦容量％の量で空気を連行することが必要である。

ある種の界面活性剤は単独であるいは補助空気連行剤ま
たは相乗剤と組合わせてこの成果を達成するのに役立つ
。もし本発明の製品の最小必要量を満足にするのに十分
な空気が連行されないならば、空気連行相乗剤の少量の
添加が最小空気連行の要求を満足するであろう。かくて
選ばれた空気連行相乗剤は、新規なコンクリート配合の
粘度を減少することができるべきである。

空気連行相乗剤として液状脂肪族、ナフテン族または芳
香族炭化水素が要求される成果を達成しうる。選ばれた
空気連行相乗剤はコンクリートの硬化期間中結合材中懸
濁されたままにあるように比較的不揮発性であるべきで
ある。相乗剤はまた混合相中粒子の凝集、粒子そのもの
の崩壊、あるいは骨材相の粒子の表面上の一様でない被
覆を生じないようにポリマー粒子の表面の被覆に十分に
ゆっくりであるべきである。特に有用な相乗剤は商品名
ヴィンソル （ＶｍＳＯＬ）ＮＶＸで商業的に入手でき、それはポリ
マー状炭化水素の熱可塑性樹脂である。

本発明の低密度コンクリート組成物に用いられる好まし
い空気連行剤は、商品名ネボニィ（Ｎｅｂｏｎｙ）Ｌ−
５５でネピツレ・ケミカル・カンパニイ（Ｎｅｂｉｌｌ
ｅＣｈｅｍｉｃａｔＣｏｍａｎｙ）から商業的に入手で
きる。他の相乗剤は混合脂肪族ナフテン族炭化水素混合
物、またはタールクレオソート芳香族混合物を含む。選
ばれる空気連行相乗剤は結合材相全体に一様かつ安定な
空気連行を維持することができることが望ましい。一様
な空気連行は低密度コンクリート組成物を生成するのに
必要である。結合材全体にわたる空気泡の分散は界面活
性剤により安定化される。選ばれる界面活性剤及び空気
連行剤は少なくとも結合材相の１３．５容量％の量の空
気の連行を確実にすべきである。もし連行空気の容量が
結合材相の６蟹容量％を越えるならば、もはや空気泡の
一様な分散を確実にするに十分な結合材相は存在しない
。この点で、空気泡は巨大な不規則セルとなり混合物を
発泡させる。発泡の結果、コンクリート結合材相自体は
不規則になり弱められ、コンクリート組成物の圧縮強さ
は有意に低下される。使用される空気連行相乗剤の量は
通常結合材相中のセメントの２．の重量％までか、また
は界面活性剤の量の２０％付近である。もし界面活性剤
の量が組成物１で当りｉｌ〜３９９０夕の範囲にあるな
らば、その時は空気連行相乗剤の量は組成物１で当り２
〜７９９夕の範囲にある。本発明に従って衝撃減衰及び
エネルギー吸収用低密度コンクリートの新規な製造方法
は、商品名ＫＦＰ５２４アルコ・ポリマーズ及びＫＦＰ
５２５アルコ・ポリマーズで商業的に入手できる好しく
は発泡性コポリマーポリスチレンを軽量骨材相、及びセ
メント、界面活性剤好ましくは空気連行剤とともに、及
び水の結合材相を含むマトリックス混合物に添加すると
いう後添加を伴う。

アクリロニトリルとの共重合の効果はポリスチレン粒子
の分子構造がポリスチレンホモポリマーのそれより非常
に不規則であることである。かくて処理された粒子はよ
り多くのペンタン発泡剤を吸収するであろう。通常の水
蒸気エキスパンダーを二度通されると、ポリスチレンコ
ポリマーは格別に低密度及び大きな粒蓬（４〜６．４ｋ
９／杖及び８〜１８肋直径）に達する。結合材相及びデ
ィコン（Ｄｙｃｏｎ）コンクＩＪ−トとして商業的に入
手できる低密度コンクリート組成物の発泡ポリマー粒子
の軽量骨材相であるマトＩＪックス混合物に後添加とし
て添加されると、コポリマーポリスチレソビーズは過度
の収縮、遅い硬化または増加された水透過性のいずれも
生ずることないこ、コンクリート組成物の最終圧縮強さ
を減少するという並はずれた効果を有している。コポリ
マーポリスチレンピーズは一般に全組成物の１が当り２
０〜６晩絶対容量％の範囲好ましくは全低密度コンクリ
ート組成物の１で当り２０〜６０％の範囲の量でマトリ
ックス混合物に後添加として添加される。選ばれるコポ
リマーポリスチレンビーズの直径は好ましくは８〜１８
柳直径の範囲である。大きい直径の発泡コポリマーポリ
スチレンピーズの導入は、もしコンクリート組成物中の
小さい粒子の量が単に増加されたならばコンクリートの
圧縮強さを妨げるであろう表面領域現象を減少するとい
う予期されなかった驚くべき利点を有している。ポリス
チレンは独立気泡特性を有しており、実質的に水透過性
であるので、コポリマーポリスチレソの選択はコンクリ
ート組成物を水透過性にしない。コポリマーポリスチレ
ンビーズの第二軽量骨材の後添加後、混合物は均質にな
るまで混合されついで成形され硬化される。

成形及び硬化は当業者に公知のいかなる方法によっても
行なわれうる。型はクラッシュバリャ−のエネルギー吸
収及び衝撃減衰を最大にする、当業に公知のいかなるデ
ザインであってもよい。一般に組成物は、かきまぜなが
ら型に注がれついで軽量構造コンクリートのためのＡＴ
Ｍ法Ｃ−３３淀己戦の標準条件下で硬化する。第１図は
二つの軽量骨材相をもつ本発明の低密度コンクリートの
表面図を示す。

結合材相は線１０によって示される。第一軽量骨材相は
１２で表わされる。第一軽量骨材相１２及び結合材１０
は第三軽量骨材相１４間の間隙を満たしている。この低
密度コンクリート構造はそれを衝撃減衰及びエネルギー
吸収のクラッシュバリヤーとしての用途に特に好適にす
る、圧縮性と耐久性を有している。低密度コンクリート
組成物は１６０〜８００ｋ９′あの炉乾燥密を有してお
り、エネルギー吸収及び衝撃減衰用によく適している。

その組成物は第一軽量骨材、好ましくは１〜４柳の平均
直径を有している発泡ポリスチレンビーズ、及び水硬セ
メント、界面活性剤及び空気連行相乗剤及び空気からな
る結合材相のマトリックス混合物：及び第二軽量骨材、
好ましくは８〜ｉ８柳の好ましい平均直径を有している
発泡コポリマースチレンビーズを有している。より小さ
い直径のビーズ／より大きい直径のビーズの比は、０．
２６〜２．４好ましくは１．２〜１．８／低密度コンク
リート組成物の１めである。以下の実施例により本発明
を説明するが、その範囲をなんら限定するものではない
。

実施例 １ ミキサーの中に「３．仇奴の平均直径を有する、３０．
０ｋ９／オの高密に発泡させられたダィラィト（ＤＹＬ
ＩＴＥ）Ｆ‐６のポリスチレンビーズ１．６夕、３．１
ｋ９の飲料水及び６０夕のＤｒｊ−ＲｅｓＮ、界面活性
剤を添加した。

１分間４０〜５仇．ｐ．ｍ．Ｓ、のスピードでの混合を
続けた。

ついで上誌の混合物へ５．７０ｋｇ（３．３５そ）の１
型ボルトランドセメントを添加した。混合を約３硯砂、
間再び続けた。ついでそのマトリックス混合物に１０〜
１６肌平均直径及び４．０ｋｇ′あの密度を有するダィ
ラィトＫＦＰ５２４発泡コポリマーポリスチレンビーズ
１．１そを添加した。混合を更に１分間続けて一様な大
きいビーズの懸濁液を得た。ぬれたセメント配合をミキ
サーから成形ビレットに注ぎこみ標準条件及び操作に従
って硬化した。この配合は３６０ｋ９′がのウェット（
ｗｅｔ）密度を有していたが、一昼硬化後取り出し取り
扱ことができた。形成されたブロック注形品の一夜後の
強度は３．５ｋ９／めであった。さらに約５ケ月の外界
の硬化後、圧縮強さは５．５ｋ９′のに上昇した。表１
は衝撃減衰及びエネルギー吸収に於ける本発明の新規低
密度コンクリート組成物及び軽量骨村をもついくつかの
低密度コンクリートの比較データを示す。衝撃減衰器と
して使用のためのコンクリートの適性は、そのエネルギ
ー吸収能力及びその減衰ィンデクスに関係する。平均吸
収ェネルギ−は振子腕及びスプリングに付着された塊に
よって衝撃を与えられる１０〜２瓜ネ試験シリンダーに
よって吸収されるエネルギーの尺度である。衝撃エネル
ギーと吸収エネルギー間の関係は次式によって与えられ
る。（ただし衝撃エネルギーは一定で３４１３ｋ９一弧
である。）Ｅｉ＝Ｅｓ十Ｅｂ＋Ｅｒ＋Ｅａ （ただし、 Ｅｉ＝入力運動エネルギー Ｅｓ＝スプリングに吸収されるェネルギーＥｂ＝振子腕
の曲げによって吸収されるエネルギーＥｒ＝反溌エネル
ギー Ｅａ＝試験体によって吸収されるエネルギー望ましい衝
撃減衰材料は、衝突車に逆に移すのに役に立つエネルギ
ーを最小にするために最小＊Ｅｒでもつて極めて高いＥ
ａを有すべきである。

別の有用な変数は減衰ィンデクスであり、それはピーク
減速（好′ｓ）に対して密度をプロットすることによっ
て計算されるピーク値（タ′ｓ）で測定される材料の減
速能力と吸収エネルギーとの間の関係である。表一１ パーラィト、泡、ひる石、及びディコン （Ｄｙｃｏｎ）コンクリートのコンクリート試験体に関
する表−１のデータは、Ｊ．Ｄ．べーコス、Ｊす専士に
よる報告“低密度コンクリート衝撃減衰器の発展”ＯＤ
ＯＴ報告番号２３−７３１９７４年７月の１０５頁の表
５、６から引用した。

二つの軽量骨村相をもつ新規低密度コンクリートのデー
タは、ＯＤＯＴ報告第２３−７３に用いられた試験操作
に従って、Ｊ．Ｄ．べーコス、Ｊ辻軍士によって得られ
た。表−１は２つの軽量骨材相をもつ低密度コンクリー
トが第三番目に良好なＥａ及びフオーム試験体と共に第
１番目に良好なＥｒを有していることを示す。それはま
た良好な減衰ィンデクスを有している。ＯＤＯＴ報告番
号２３一７３は本発明の低密度コンクリートよりも良好
なＥａ値を有する低密度コンクリートにいくつかの欠点
（ｆｌａ船）を示しているので、本発明の低密度コンク
リートはハイウェイクラッシュバリャー及び衝撃減衰器
に使用するのに好ましい。実施例 ２ 本発明の二つの軽量骨材相低密度コンクリート（以後Ｄ
４という）はヤングスタウン州立大学（Ｙｏ皿袋ｓｔｏ
ｗｎＳｔａｔｅＵｎｉｖｅ岱ｉｔｙ）でジｇンベーコス
博士によって縮尺モデルクラッシュバリャ−で試験され
た。

これらの試験の結果は、“低密度コンクリート衝撃減衰
器の縮尺モデル研究、最終報告（Ｓｃａｌｅ Ｍｏｄｅ
ｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｌｏｗ ＤｅｎｓｉｔｙＣｏｎ
ｃｒｅに Ｉｍｐａｃｔａｔにｎｕａｂｒｓ、ＦｊＭＩ
Ｒｅｐｏｒｔ）’’Ｊ．○．べーコス１９７７年１月
米国運輸省、連邦ハイウェイ管理局、公道局（Ｂｕｒｅ
ａｕ ｏｆ ｐｕｂｌｉｃＲｏａ船）と協同のオノ・ィ
オ運輸局に報告されている。これらの試験に於て、二つ
の実験を実施例１に示したものと類似の方法でつくった
本発明の低密度コンクリートで行なった。このコンクリ
ートは０．４６の水／セメント比で混合された。それは
３２０〜３５２ｋ９′あのウェット密度及び２８０〜３
１２ｋ９／あの硬化密度及び５．５〜５．６ｋｇ′地の
範囲の圧縮強さを有していた。これらの実験のためのク
ラッシュバリャーは５．６伽の壁厚さをもつはちの巣状
のデザインを有していた。最初の実験は０．餅車に似せ
た縮尺モデル車で行われ、それはクラッシュバリャーに
衝突した。二番目の実験はれ車に似せた縮尺モデル車で
行った。０．９車試験は平均夕−力（夕−ｆｏｒｃｅ）
は許容の１２＃′ｓより高いことを示した、このことは
バリャーが０．＄車を安全に止めるにはいくらか堅すぎ
ることを示した。

しかしながら、２車で行った試験の結果はデイコン（Ｄ
ｙｃｏｎ）コンクリートからつくったクラッシュバリャ
ーで得た結果と同一である。これらの試験からの結論は
、Ｄ４コンクリートは入手できる限られた試験データの
ため十分には推奨されえないということであった。

Ｄ４コンクリートモデルでなされた２つの衝撃試験はこ
のコンクリートは可能性を有しておりさらに考慮するこ
とのじゆうぶんな根拠となることを示した。Ｄ４コンク
リートに対する衝撃試験結果が期待したものより低かっ
た１つの理由は、縮尺モデルクラッシュバリャーの壁の
厚さ５．６肌がＤ４コンクリートのポリマー粒子の縮尺
されていない形状を考慮しなかったことである。５．６
伽の壁の厚さは大きな発泡コポリマーポリスチレンビー
ズの平均直径（９．５〜１５．劫岬）よりも実際小さい
。

これらの縮尺モデル試験は縮尺されない、現実の衝撃減
衰器及びエネルギー吸収装置に使用されるであろうＤ４
コンクリートを確かに使用した。従って、縮尺モデル試
験はＤ４コンクリートの縮尺配合を使用しなかったので
、Ｄ４に対する縮尺モデル試験は決定的なものではなく
衝撃減衰器及びエネルギー吸収装置に於けるＤ４コンク
リートの利点を示さない。以上「低密度コンクリ−ト衝
撃減衰器として使用できる新規コンクリートを記載した
。

製造物の低密度及びクラッシュ性（ｃｍｓｈａｂｉｌｉ
ｔｙ）は組成物自体の塑性変形により、衝突車をそらす
のに役立つ反溌エネルギーを残さなことにより衝突車の
エネルギー全部を実質的に分散しうる組成物を与える。
本発明の特に望しし、特徴は、低密度コンクリート組成
物は２つの方法の１つを使用してハイウェイの場所にク
ラッシュバリャ−として備え付けうろことである。型は
使用地（ｆｉｅｌｄ）に置くことができ低密度コンクリ
ート組成物は使用地のその場で成形されうる。プレキャ
ストモジュール式コンクリートも成形され硬化されつい
で使用地の場所に設置のため輸送されうる。現地成形（
ｃａｓｔ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ）コンクリート衝撃減衰器
に関しては、衝撃によって砕かれた材料は除去でき衝撃
減衰装置のその部分は新しい低密度コンクリート組成物
で再形成されうる。本発明の新規低密度コンクリート組
成物は他の低密度コンクリ−ト組成物を衝撃減衰器とし
て使用た時に見られる硬化時間及び貧弱な生強度の問題
を転滅する遠硬化組成物である。ＡＳＴＭ Ｇ−３５５
ドライカップ（ｄｒｙｃｕｐ）により測定された３．３
べームーインチ（ｐｅ側‐ｉｎｃｈｅｓ）の水蒸気透過
性及びＡＳＴＭ Ｃ一２７２によって２独特間浸積で測
定された０．１６の低い水吸収はハイウェイ衝撃減衰装
置用としての本発明の低密度コンクリート組成物の増大
された適性を実証する。図面の簡単な説明第１図は二つ
の軽量骨材相を含む本発明の低密度コンクリートの表面
の図である。

第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Iａ１６〜１６０ｋｇ／ｍ＾３の嵩密度及び１〜４
   ｍｍの平均直径を有する発泡ポリマー粒子の第一軽量骨
   材相…全低密度コンクリート組成物の１ｍ＾３を基準と
   して１６〜４８絶対容量％、ｂ（i）結合材を基準とし
   て１３．５〜６０容量％の範囲の量の連行空気を含む水
   硬セメント…全低密度コンクリート組成物の１ｍ＾３を
   基準として１６〜４８絶対容量％、（ii）界面活性剤…
   全低密度コンクリート組成物の１ｍ＾３を基準として０
   ．００１〜０．４絶対容量％、及び（iii）水…全低密
   度コンクリート組成物の１ｍ＾３を基準として３〜１４
   絶対容量％、からなる結合材（ｂ（i）＋ｂ（ii）＋ｂ
   （iii））…全低密度コンクリート組成物の１ｍ＾３を
   基準として１９〜６２．４絶対容量％からなるマトリツ
   クス混合物…全低密度コンクリート組成物の１ｍ＾３を
   基準として４０絶対容量％〜８０絶対容量％、及びII嵩
   密度４〜６．４ｋｇ／ｍ＾３及び実質的に４ｍｍより大
   きい平均直径であって、第一軽量骨材相中の発泡ポリマ
   ー粒子の平均直径より大きく第一軽量骨材／第二軽量骨
   材の絶対容積比が０．２６〜２．４の範囲とし、その結
   果結合材相と共に小さい平均直径粒子がより大きい平均
   直径粒子間の間隙を満たす、平均直径を有する発泡ポリ
   マー粒子の第二軽量骨材相…全低密度コンクリート組成
   物の１ｍ＾３を基準として２０〜６０絶対容量％、から
   なる衝撃減衰またはエネルギー吸収用低密度コンクリー
   ト組成物。 ２ 第一及び第二軽量骨材の両者の発泡ポリマー粒子が
   、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ
   アクリロニトリル、ポリアクリル酸エステル、ポリメタ
   クリル酸エステル、スチレンとブタジエンまたはアクリ
   ロニトリルの如きコモノマーとのコポリマーまたはフエ
   ノールホルムアルデヒド縮合生成物からなる群から選ば
   れる特許請求の範囲第１項記載の組成物。 ３ 第一軽量骨材相の発泡ポリマー粒子がポリスチレン
   である特許請求の範囲第１項記載の組成物。 ４ 第二軽量骨材相の発泡ポリマー粒子がスチレンとア
   クリロニトリルのポリスチレンコポリマーである特許請
   求の範囲第１項記載の組成物。 ５ 第二軽量骨材相の発泡ポリマー粒子の平均直径が８
   〜１８ｍｍの範囲である特許請求の範囲第１項記載の組
   成物。 ６ （ａ）空気連行条件下に１〜４ｍｍの範囲の平均直
   径及び１６〜１６０ｋｇ／ｍ＾３の嵩密度を有する発泡
   ポリマー粒子の第一軽量骨材相及び水硬セメント、水及
   び界面活性剤の結合材相を、低密度コンクリート組成物
   を基準として４０〜８０容量％の範囲の量でマトリツク
   ス混合物であってしかも結合材相を基準として１３．５
   〜６０容量％の量で連行空気を有する一様なマトリツク
   ス混合物を生成するような方法で混合し、（ｂ）４ｍｍ
   より大きい平均直径をもち、それによって第一軽量骨材
   の粒子が結合材相と共に第二軽量骨材相のより大きい平
   均直径粒子間の間隙を満たすような、しかも４〜６．４
   ｋｇ／ｍ＾３の嵩密度をもつ発泡ポリマー粒子の第二軽
   量骨材相をマトリツクス混合物を基準として２５容量％
   〜１５０容量％の量範囲の量を一様なマトリツクス混合
   物に添加して成形し、硬化しうる組成物を形成し、（ｃ
   ）成形し、硬化しうる組成物を成形し、ついで（ｄ）成
   形された硬化しうる組成物を硬化してエネルギー吸収及
   び衝撃減衰に有用な低密度コンクリートを製造すること
   からなる、１６０〜８００ｋｇ／ｍ＾３の乾燥密度を有
   する衝撃減衰またはエネルギー吸収用低密度コンクリー
   トの製造方法。 ７ 第一及び第二軽量骨材相の発泡ポリマー粒子が、ポ
   リスチレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアク
   リロニトリル、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリ
   ル酸エステル、スチレンとブタジエンまたはアクリロニ
   トリルのコモノマーとのコポリマーまたはフエノールホ
   ルムアルデヒド縮合生成物からなる群から選ばれる特許
   請求の範囲第６項記載の製造方法。 ８ 第一軽量骨材相の発泡ポリマー粒子がポリスチレン
   である特許請求の範囲第６項記載の製造方法。 ９ 第二軽量骨材相の発泡ポリマー粒子がスチレンとア
   クリロニトリルのポリステレンコポリマーである特許請
   求の範囲第６項記載の製造方法。 １０ 第二軽量骨材相の発泡ポリマー粒子の平均直径が
   ８〜１８ｍｍの範囲である特許請求の範囲第６項記載の
   製造方法。 １１ （ａ）空気連行条件下に１〜４ｍｍの範囲の平均
   直径及び１６〜１６０ｋｇ／ｍ＾３の嵩密度を有する発
   泡ポリマー粒子の第一軽量骨材相及び水硬セメント、水
   、界面活性剤及び空気連行相乗剤の結合材相を、低密度
   コンクリート組成物を基準として４０〜８０容量％の範
   囲の量のマトリツクス混合物であってしかも結合材相を
   基準として１３．５〜６０容量％の量で連行空気を有す
   る一様なマトリツクス混合物を生成するような方法で混
   合し、（ｂ）８〜１８ｍｍの範囲の平均直径及び４〜６
   ．４ｋｇ／ｍ＾３の嵩密度を有するスチレンとアクリロ
   ニトリルのポリスチレンコポリマーの発泡ビーズの２０
   〜６０容量％（低密度コンクリート組成物を基準として
   ）の範囲の量を一様なマトリツクス混合物に添加して成
   形し、硬化しうる組成物を形成し、（ｃ）成形し、硬化
   しうる組成物をハイウエイクラツシユバリヤー用に適し
   た形に成形し、ついで（ｄ）成形された硬化しうる組成
   物を硬化してハイウエイクラツシユバリヤー用低密度コ
   ンクリート組成物を製造することからなる、１６０〜８
   ００ｋｇ／ｍ＾３の乾燥密度を有する衝撃減衰またはエ
   ネルギー吸収によるハイウエイクラツシユバリヤー用低
   密度コンクリートの製造方法。 １２ （ａ）空気連行条件下で以下の成分低密度コンク
   リート１ｍ＾３当り２６７〜８００ｌのポリスチレンビ
   ーズ；低密度コンクリート１ｍ＾３当り３３６〜１００
   ７ｋｇの水硬セメント；低密度コンクリート１ｍ＾３当
   り１０．６〜３３９０ｇの界面活性剤；低密度コンクリ
   ート１ｍ＾３当り２〜８００ｇの空気連行相乗剤；及び
   低密度コンクリート１ｍ＾３当り３０〜１４０ｌの水、
   を混合することにより低密度組成物の４０〜８０容量％
   の範囲の量のマトリツクス混合物を製造する特許請求の
   範囲第１１項記載の製造方法。 １３ 独立気泡の、多孔質発泡ポリマー粒子の軽量骨材
   相及び水硬セメントと界面活性剤と水の結合材相からな
   る、ただし１袋のセメント（４２．６ｋｇ）対２８．３
   ｌのポリマー粒子の混合比が１：２〜１：８の範囲にあ
   り結合材相を１００容量％としたときの１３．５〜６０
   容量％の量で連行空気を含むことからなる、２４０〜８
   ００ｋｇ／ｍ＾３の炉乾燥密度を有する衝撃減衰器及び
   エネルギー吸収器用低密度コンクリートに於て、軽量骨
   材相が（ａ）１〜４ｍｍの平均直径を有し、１６〜１６
   ０ｋｇ／ｍ＾３の嵩密度を有する第一軽量骨材相である
   発泡ポリマー粒子、及び（ｂ）８〜１８ｍｍの範囲の平
   均直径をもち、４〜６．４ｋｇ／ｍ＾３の嵩密度を有し
   しかも０．２６〜２．４の第一軽量骨材である発泡ポリ
   マー粒子対第二軽量骨材である発泡ポリマー粒子の絶対
   容積比を形成する発泡ポリマー粒子の第二軽量骨材相と
   からなる改善された、衝撃減衰器及びエネルギー吸収器
   用低密度コンクリート。 １４ コンクリートの容量％で（ａ）１〜４ｍｍの範囲
   の平均直径及び１６〜１６０ｋｇ／ｍ＾３の嵩密度を有
   するポリスチレンビーズ１６〜４８容量％（ｂ）水硬セ
   メント１６〜４８容量％ （ｃ）界面活性剤０．００１〜０．４容量％（ｄ）８〜
   １８ｍｍの範囲の平均直径および４．０〜６．４ｋｇ／
   ｍ＾３の密度を有するスチレン及びアクリロニトリルの
   ポリスチレンコポリマー２０〜６０容量％（ｅ）空気１
   ３．５〜６０容量％（ただし、セメント、界面活性剤、
   空気連行相乗剤の結合材相を基準にして）、からなる１
   ６０〜８００ｋｇ／ｍ＾３の乾燥密度を有する衝撃減衰
   及びエネルギー吸収に有用な低密度コンクリート。