JP2000143313A - セメント添加剤及びセメント組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セメントペースト、モルタル又はコンクリ
ートの練り混ぜ直後の流動性を所定の範囲に確保すると
共に、流動性の経時的な低下を抑制して充填性、施工性
を改善しうるセメント添加剤及びセメント組成物の提
供。 【解決手段】 高分子凝集剤とポリカルボン酸系減水剤
からなるセメント添加剤及びこのセメント添加剤と、石
灰石微粉末、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ又はシ
リカフュームの１種又は２種以上の鉱物質微粉末からな
るセメント組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セメントペース
ト、モルタル又はコンクリート（以下、コンクリート等
という）の練り混ぜ直後の流動性（以下、初期流動性と
いう）を所定の範囲に確保すると共に、流動性の経時的
な低下（以下、スランプロスという）を抑制して充填
性、施工性を改善しうるセメント添加剤（以下、本セメ
ント添加剤という）及びセメント組成物（以下、本セメ
ント組成物という）に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンクリート等は、硬化後の耐久性を十
分に確保できるように施工することが不可欠である。そ
のためには、コンクリート等はフレッシュな状態で型枠
の隅々や鉄筋の間等に十分充填できる柔らかさを有し、
かつ、材料分離による欠陥を生じることなく締め固めや
仕上げができることが必要となる。かかる施工性に優れ
たコンクリート等とは、運搬、打ち込み、締め固め、及
び仕上げ等の作業容易性を表す“ワーカビリティ”に優
れたものでなければならない。

【０００３】しかし、現実は、夏冬でのコンクリート等
の練り混ぜ温度の変動や用いるセメントや細骨材の種類
により、また細骨材の産地が同じで粒度分布が同一でも
ロットの変更により、初期流動性やスランプロスの程度
が大きく変動して、コンクリート等の製造管理が困難な
場合が多い。加えて、交通渋滞によるコンクリート等の
運搬時間や施工現場での待ち時間を含む練り混ぜから施
工までの時間が延長すると、スランプロスが大きくなり
コンクリート等の施工性は著しく低下する。

【０００４】従来から、かかるスランプロスを抑制する
ために、スランプ保持性能を有する高性能AE減水剤やス
ランプ保持剤等のセメント分散剤が用いられている。し
かしながらスランプ保持性能を有すると言われるこれら
の分散剤を用いても、スランプロスの抑制は未だ十分で
なく、特に初期流動性の制御とスランプロスの抑制を共
に満足する方策は見出されていない。また、初期流動性
に優れる混和材や骨材、例えば、石灰石微粉末、高炉ス
ラグ微粉末、フライアッシュやシリカヒューム等の鉱物
質微粉末や、JIS A 1103に規定される骨材の洗い試験方
法によって選定された洗い損失の少ない細骨材等を用い
ると、少ないセメント分散剤の添加量で所定の初期流動
性を確保できるが、分散剤の減量により逆にスランプロ
スは大きくなり、スランプ保持成分を多く含有する特殊
な分散剤の使用、又は流動化剤の現場添加等が必要にな
る。しかし、かかるスランプ保持成分や流動化剤の添加
は、セメントの凝結遅延を招く等の新たな問題を生じる
場合がある。

【０００５】そこで、コンクリート等の流動性低下抑制
法として、特開昭６１−６１６３号公報に凝集剤と減水
剤を併用添加する方法が開示されている。この公報に
は、特に、減水剤としてスランプロスの大きいナフタレ
ンスルホン酸やメラミンスルホン酸のホルムアルデヒド
縮合物塩を使用した場合のスランプロス抑制効果が示さ
れている。しかし、近年、減水効果に優れるとして多用
されているポリカルボン酸系減水剤を使用した場合の効
果は見出されていない。また、凝集剤の添加量はセメン
ト100重量部に対して、概ね0.01〜0.5重量部と多い。更
に、石灰石微粉末、シリカフューム、高炉スラグ微粉
末、フライアッシュ等の鉱物質微粉末、高分子凝集剤及
び減水剤の相乗的な効果も、何ら記載されていない。ま
た、当該公報で高分子凝集剤として用いられているアル
ギン酸ナトリウムやカルボキシメチルセルロース等は、
セメントの凝結を遅延させる作用が知られているため、
施工工期が延長して施工場所の早期解放ができず、また
ブリーディングが増加して鉄筋とコンクリートの付着力
が低下する等の問題が生じる虞がある。

【０００６】一方、特開昭62-123052号公報において、
ポリアクリルアミド系凝集剤、高炉スラグ及びシリカフ
ュームを配合したセメントスラリー組成物が開示されて
いるが、湿式抄造法に用いるセメント組成物に関するも
のであり、本発明のスランプロス抑制効果等に関する示
唆は見出し得ない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、コンクリー
ト等の凝結を遅延させることなく、初期流動性の制御と
スランプロスの抑制を共に果たすセメント添加剤及びセ
メント組成物を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、コンクリー
ト等の強度発現性、耐久性等の物性を損なうことなく、
コンクリート等に初期流動性とスランプの保持効果を付
与する方法を鋭意研究した結果、コンクリート等に流動
性を付与するポリカルボン酸系減水剤（以下、本減水剤
いう）と、セメントの分散を阻害する高分子凝集剤を併
用することによって、上記の課題が解決できることを見
出した。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を実施例と共に詳
しく説明する。始めに、本発明者は、流動性の経時変化
とコンクリート等の液層中におけるセメント分散剤の残
存量（以下、液層残存量という）との関係について検討
した。具体的には、モルタルに使用した場合にモルタル
の流動性に差が生じる8種類の産地の異なる細骨材と、
一定量の本減水剤を用いて流動性の異なるモルタルを調
整し、練り混ぜから６０分経過後の本減水剤の液層残存
量及びモルタルフローを測定した。図1に、本減水剤の
添加量に対する、６０分経過後の本減水剤の液層残存量
の比率（以下、液層残存率という）と、練り混ぜ直後と
６０分経過後のモルタルフローの差との関係を示す。

【００１０】図1から分かるように、本減水剤の液層残
存率とモルタルフローの差とは良好な相関を有し、本減
水剤の液層残存率が高いほど流動性の低下（モルタルフ
ローの差）が少ないことが判明した。これにより、液層
中に常に十分な量の本減水剤が存在すれば、長時間に渡
って減水剤は経時的にセメント粒子に吸着でき、流動性
の低下を防ぐものと考えられる。従って、原理的には、
液層残存量の低下がある場合に本減水剤を適宜追加して
液層残存量の低下分を補うことで、流動性の経時的低下
が抑制できるとも考えられるが、この方法では適正な添
加量の決定が困難で、例えば、本減水剤を多く添加した
場合、初期流動性は高くなりすぎて一定に調整できない
ばかりかコンクリート等の分離が生じる。従って、本減
水剤の液層残存量を多く維持できる別の手段が望まれる
のである。

【００１１】次に、かかる手段を見出すために、本減水
剤を含む各種減水剤に高分子凝集剤を併用して、モルタ
ルフローの経時変化と減水剤の液層残存量を測定した。
その結果を、それぞれ図2及び表1に示す。図2から、前
記の特開昭６１−６１６３号公報に記載のナフタレンス
ルホン酸ホルムアルデヒド縮合物（以下、芳香族スルホ
ン酸系減水剤という）又はメラミンスルホン酸ホルムア
ルデヒド縮合物（以下、メラミン系減水剤という）をポ
リアクリルアミド系高分子凝集剤と併用した場合と比
べ、本減水剤とポリアクリルアミド系高分子凝集剤の併
用は、流動性の経時的低下を抑制する効果が非常に大き
いことが判明した。その理由として、表１に示すよう
に、芳香族スルホン酸系減水剤やメラミン系減水剤は液
層残存率が元々少ないことに加え、高分子凝集剤の添加
によっても液層残存率が殆ど増加しないが、一方、本減
水剤は高分子凝集剤の併用により、更に液層残存率が増
加する点が挙げられる。

【００１２】

【表１】

【００１３】以上述べたように、本減水剤の液層残存量
を増加させることのできる特定の高分子凝集剤を選定
し、ポリカルボン酸系減水剤と組み合わせることによっ
て、スランプロスが極めて少なく、耐久性、凝結遅延
性、所定の流動性などコンクリート等に要求される性能
を満たし得るセメント添加剤とすることができる。

【００１４】次に、本減水剤と高分子凝集剤からなる本
セメント添加剤について説明する。本発明の構成成分で
ある本減水剤とは、その分子構造中にカルボキシル基を
含有する高分子化合物をいう。本減水剤は、アクリル
酸、メタクリル酸及び／又はその誘導体などのアクリル
酸系の単量体と、これらの単量体と共重合可能なポリオ
キシアルキレン化合物との共重合物、若しくは無水マレ
イン酸と、この無水マレイン酸と共重合可能なポリオキ
シアルキレン化合物との共重合物又は当該共重合物の加
水分解物を含む。アクリル酸系共重合物の減水剤は、例
えば特開昭５８−７４５５２号公報、特開平１−２２６
７５７号公報、特開平７−１０９１５６号公報、特開平
７−１２６０５３号公報、特開平７−２２３８５２号公
報、特開平８−１２３９６号公報又は特開平９−２７８
５０５号公報に記載された共重合物が挙げられ、無水マ
レイン酸系共重合物の減水剤は、例えば特開昭６３−２
８５１４０号公報、特開平５−３１０４５８号公報、又
は特開平９−２５５７４０号公報に記載された共重合物
を挙げることができる。

【００１５】本減水剤の添加量は、セメント100重量部
に対し固形分量として0.03〜1重量部が適当である。0.0
3重量部より少ない場合はセメントに対する分散力に欠
け、流動性能を付与できず、また、１重量部を超えると
材料分離、凝結遅延、又は強度発現性の低下等が生じる
場合がある。かかる添加量はスランプロスを生じない液
層残存量が得られるように添加するが、初期流動性が所
定の値より大きい場合には本発明の高分子凝集剤の添加
量によって調節することができる。

【００１６】本発明の構成成分である高分子凝集剤は、
水中に浮遊する微粒子を凝集沈殿させる作用をもつ高分
子有機化合物であり、汚水処理、廃水処理などの用途に
使用されるものでもよい。高分子凝集剤は、本減水剤と
併用した場合、少ない添加量でもスランプロス抑制効果
が大きく、セメントの凝結を阻害せず、また本減水剤の
セメント粒子への吸着量を変化させず、しかも初期に於
いてセメント粒子の一部を凝集させるのに必要なアルカ
リ性領域でも有効なものがよい。かかる機能を有する高
分子凝集剤として、ポリアクリルアミド系凝集剤、ポリ
アクリル酸系凝集剤等の１種又は２種以上が使用でき
る。

【００１７】ポリアクリルアミド系凝集剤は、ポリアク
リルアミド、アクリルアミド・アクリル酸共重合物又は
ポリアクリルアミドの部分加水分解物、スルホメチル化
物、部分マンニッヒ化物、ホフマン分解物若しくはメチ
ロールメラミン部分変性物等のポリアクリルアミドの高
分子反応生成物又はそれと共重合可能な単量体との共重
合物、その共重合物の部分加水分解物、又は共重合物の
変性物を挙げることができる。

【００１８】また、ポリアクリル酸系凝集剤は、ポリア
クリル酸、ポリメタクリル酸又はそれらのエステル化
物、アクリル酸又はメタクリル酸とＮ−ビニルアセトア
ミドとを必須成分とする共重合物が例示され、また、そ
の他の凝集剤としてポリスチレンスルホン酸塩、ポリビ
ニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、ポリ
ビニルピリジン塩、無水マレイン酸と酢酸ビニル、メチ
ルビニルエーテル又はエチレンとの共重合物、Ｎ−ビニ
ルアセトアミドの単独重合体又はＮ−ビニルアセトアミ
ドとＮ−ビニルアセトアミドと共重合可能な単量体との
共重合物、アスパラギン酸・ヘキサメチレンジアミン重
縮合物、Ｎ−アルキル−ビス（３−アミノプロピル）ア
ミンと尿素を縮合してなる陽性ポリ尿素、ポリアミノト
リアゾール、アミン−エピクロルヒドリン重付加物、ア
ンモニア−エピクロルヒドリン重付加物、水溶性アニリ
ン樹脂、ポリエチレンイミンなどが例示される。本発明
の高分子凝集剤は何れもその重量平均分子量が50万以
上、好ましくは50万〜3千万である高重合度高分子凝集
剤が好適であり、分子量が50万より小さいとスランプロ
ス抑制効果が少ない。高分子量の高分子凝集剤は、アル
カリ性領域でも効果を発揮することからコンクリート等
への添加剤として適し、低添加量でスランプロス抑制効
果を発揮する。

【００１９】本発明で用いる高分子凝集剤の添加量は、
セメント100重量部、又はセメントと鉱物質微粉末を合
わせた量100重量部に対して、0.0001〜0.01重量部が好
ましい。0.0001重量部より少ないとスランプロス抑制効
果が得られず、また0.01重量部より多いとセメント粒子
に対する凝集作用が強すぎて所定の流動性が得られな
い。

【００２０】アルギン酸ナトリウムやカルボキシメチル
セルロースナトリウム及びその誘導体は凝集剤として前
記の特開昭６１−６１６３号に記載されているが、一般
にその平均分子量が数千〜数万であり、本発明で用いる
高分子凝集剤と比較してその分子量は小さいものであ
る。従って、本減水剤と併用しても、スランプロス抑制
効果を示す場合があるが、セメント100重量部に対して
概ね0.01〜0.5重量部といった高濃度の凝集剤の添加が
必要となり、本発明の場合よりも添加量が多く不経済で
あるだけでなく、アルギン酸ナトリウムやカルボキシメ
チルセルロースナトリウム等はセメントに対して凝結遅
延作用が強く初期強度を低下させる。また、これら凝集
剤をセメント100重量部に対して0.01〜0.5重量部添加す
るとコンクリート等の粘性が非常に増加し作業性は低下
し、またポンプ圧送性が損なわれる。これら凝集剤を水
溶液としてセメント組成物に添加する際にはセメントに
対する添加量が多いため高濃度で可溶化しなければなら
ないが、可溶化が困難で水溶液の粘性も高くなることか
ら水溶液としてコンクリート等に添加するのが難しい。
更に、アルギン酸ナトリウムやカルボキシメチルセルロ
ースナトリウム等はナトリウムなどのアルカリ金属を含
有するため、コンクリート等に多く添加すると、コンク
リート等に使用する骨材によっては、アルカリ骨材反応
を引き起こす危険性もある。

【００２１】本発明で使用する高分子凝集剤は所定のス
ランプを得るためのスランプ調整剤としても有効であ
る。即ち、コンクリート等の製造過程で、骨材表面水
率、骨材粒度分布、セメントの種類、練り混ぜ時間、練
り混ぜ温度、練り混ぜ量等の変動など外部的要因によっ
て初期流動性が変動し、通常は減水剤の添加量によって
初期流動性（初期スランプ）を調整する。しかしなが
ら、特に本減水剤単独使用の場合、その添加量を変更す
ると初期流動性のみならずスランプロスの程度が変化
し、例えば本減水剤単独の添加量が多い場合にはスラン
プロスが比較的少ないが、添加量が少ない場合にはスラ
ンプロスが大きくなる。レディーミクストコンクリート
の場合には、コンクリートの荷下ろし又は施工時におけ
る流動性が所定のものでなければならず、減水剤の添加
量の増減はスランプ管理上特に問題となる。しかしなが
ら、本発明では、コンクリート製造時に本減水剤の添加
量を一定とし、高分子凝集剤の添加量の調整によって初
期流動性を制御すると、スランプロスが抑制されるだけ
でなく、多少変動する場合でも常に一定したスランプロ
スを見込むことができ、スランプ管理が容易となる。

【００２２】次に、本セメント添加剤と鉱物質微粉末等
とからなる本セメント組成物について説明する。鉱物質
微粉末自体は、従来から、材料分離を抑制して高流動コ
ンクリートや自己充填コンクリートを製造するために用
いられている。鉱物質微粉末をコンクリート等に添加す
ると、コンクリート等の組織を緻密化し長期強度が増大
するため水密性や化学薬品抵抗性が増加し、また、水和
発熱も緩和されるため温度ひび割れを抑制でき、更にア
ルカリ骨材反応をも抑制する効果がある等、優れた特長
をコンクリート等に付与することができる。この理由
は、 1）鉱物質微粉末はセメント粒子と粒度分布が異なるた
め、コンクリート等中で最密充填効果が得られる。 2）セメントは注水直後からセメント中のアルミネート
相が水和し、生成した水和物に減水剤が補足されるのに
対して、鉱物質微粉末を配合した場合は全体として初期
水和物の生成量が少なく、その分、水和物に補足される
減水剤が少ないため、減水剤は有効に作用する。 3）シリカフュームやフライアッシュは、その形状が球
状であるためボールベアリング効果がある。 などの鉱物質微粉末が有する作用・効果によるものであ
る。しかし、鉱物質微粉末を配合したコンクリート等
は、鉱物質微粉末を配合しないコンクリート等と比べ流
動性が向上し、却って、所定の流動性を得るために減水
剤の添加量を少なくする必要があり、その結果、減水剤
の液層残存量が少なくなってスランプロスが大きくなる
という欠点があった。

【００２３】かかる現状において、本発明者は、石灰石
微粉末、シリカフューム、高炉スラグ微粉末、フライア
ッシュ等の鉱物質微粉末に上記のセメント添加剤を併用
すると、上記の鉱物質微粉末をコンクリート等に添加し
た場合の欠点を改善できる他、本セメント添加剤の単独
使用と比べ、コンクリート等のスランプロスを抑制する
効果が更に高くなることを見出した。即ち、本セメント
添加剤の構成成分である高分子凝集剤は、セメント粒子
よりも鉱物質微粉末に対する作用が大きく、鉱物質微粉
末の一部を凝集させて主に初期流動性を制御できる一
方、本減水剤の液層残存濃度を高く維持できるため、本
セメント組成物をコンクリート等に添加すると、スラン
プロス抑制効果が向上する。

【００２４】本セメント添加剤又は本セメント組成物の
使用方法は、 １）コンクリート等の製造時に、本セメント添加剤又は
本セメント組成物を添加・混合する。 ２）予め本減水剤を添加して製造したコンクリート等
に、スランプを所定の値まで調整するため施工時点で高
分子凝集剤を添加・混合する。 ３）本セメント添加剤、セメント及び骨材、又は本セメ
ント組成物及び骨材をプレミックスした後、水を加えて
練り混ぜる。 等を挙げることができる。尚、上記の使用方法におい
て、練り混ぜ方法は特に制限されない。

【００２５】本セメント添加剤又は本セメント組成物
は、本減水剤以外の減水剤、ＡＥ剤、高性能AE減水剤、
消泡剤、発泡剤、流動化剤、凝結遅延剤、凝結促進剤、
増粘剤、収縮低減剤、防錆剤等の混和剤、発泡材、膨張
材等の混和材、高炉スラグ骨材、溶融スラグ骨材、鉄鉱
石等の骨材、スチールファイバーや連続繊維等の補強材
と併用してもよい。

【００２６】また、本セメント添加剤又は本セメント組
成物が使用できるセメントは、普通、早強、中庸熱、低
熱、白色などの各種ポルトランドセメント又はこれらに
予め鉱物質微粉末が添加された混合セメント、更にはカ
ルシウムアルミネート系鉱物を含有した速硬性セメント
等を挙げることができる。何れのセメントを用いても、
スランプロスの極めて少ない、耐久性に優れるコンクリ
ート等とすることができる。

【００２７】

【実施例】以下に、本発明の実施例を示すが、これらは
例示であり、本発明を限定するものではない。

【００２８】普通ポルトランドセメントと、フライアッ
シュまたは石灰石微粉末（ブレーン比表面積約4000cm²/
g）と、細骨材として鹿島産砂と、粗骨材として岩瀬産
砕石を用いて、100リットル強制2軸ミキサを用いてコン
クリートを練り混ぜた。表2にコンクリートの配合及び
使用した添加剤を記載した。尚、空気量が4.5±1.0％と
なるようAE剤を添加して調整した。

【００２９】

【表２】

【００３０】コンクリートのスランプ試験は、JIS A 11
01に準じて、練り混ぜ直後から所定時間まで行った。ま
た、空気量の測定はJIS A 1128に従って行った。更に直
径10cm×高さ20cmの円筒形簡易型枠を用いて円柱試験体
を成型し、材齢7日の圧縮強度を測定した。以上の試験
・測定結果を表３に記載した。

【００３１】

【表３】

【００３２】表3に示すように、本減水剤を単独使用し
た比較例No.6、ナフタレン系減水剤とポリアクリルアミ
ド系凝集剤を併用した比較例７、及び本減水剤とカルボ
キシメチルセルロースナトリウムを併用した比較例No.
９では、６０分経過後のスランプが練り上がり直後と比
べ約５０％低下している。特に、本減水剤と石灰石微粉
末のみを併用した比較例No.8において約８０％もの著し
い低下がみられる。これに対し、本減水剤（ポリカルボ
ン酸系減水剤）とポリアクリルアミド系凝集剤又はポリ
アクリル酸系凝集剤を併用した実施例No.1、2又は5で
は、スランプは、ほぼ一定の値を示し、スランプロスの
抑制効果が高いことが分かる。更に、本減水剤と鉱物質
微粉末（石灰石微粉末又はフライアッシュ）にポリアク
リルアミド系凝集剤を併用した実施例No.3又は4におい
ても、比較例No.8と異なりスランプはほぼ一定の値を示
し、スランプロスの抑制効果が極めて高いことが分か
る。以上のことから、特定の減水剤と高分子凝集剤から
なる本セメント添加剤、及びこれに鉱物質微粉末等を配
合した本セメント組成物は、スランプ保持に優れると共
に、コンクリートの圧縮強度に悪影響を与えないことが
分かる。

【００３３】

【発明の効果】本発明のセメント添加剤及びセメント組
成物は、 １）コンクリート等のスランプロスの抑制効果が高い。 ２）コンクリート等の強度、耐久性、凝結性等に悪影響
を与えない。 ３）コンクリート等の粘性を変えないため、施工性が損
なわれない。 ４）本減水剤の添加量を一定とし、初期流動性のみを高
分子凝集剤で制御すれば施工場所に於いて常に同一のス
ランプが確保でき、スランプ管理上、非常に有用であ
る。 等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】モルタルフローの差と本減水剤の液層残量率の
関係を示すグラフ

【図２】練り混ぜ後からの経過時間とモルタルフローの
関係を示すグラフ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０４Ｂ 14:28 18:08 18:14 22:06 24:26 ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高分子凝集剤とポリカルボン酸系減水剤
   からなるセメント添加剤。
2. 【請求項２】 石灰石微粉末、高炉スラグ微粉末、フラ
   イアッシュ又はシリカフュームの１種又は２種以上の鉱
   物質微粉末、高分子凝集剤、ポリカルボン酸系減水剤及
   びセメントからなるセメント組成物。
3. 【請求項３】 高分子凝集剤が、ポリアクリルアミド系
   凝集剤及び／又はポリアクリル酸系凝集剤であって、そ
   の重量平均分子量が50万以上であることを特徴とする請
   求項１に記載のセメント添加剤又は請求項２に記載のセ
   メント組成物。
4. 【請求項４】 高分子凝集剤の添加量が、セメント又は
   セメント及び鉱物質微粉末の合計100重量部に対して、
   0.0001〜0.01重量部であることを特徴とする請求項２又
   は３に記載のセメント組成物。