JP2002104852A

JP2002104852A - 高強度セメント混和材及びそれを用いたセメント組成物

Info

Publication number: JP2002104852A
Application number: JP2000295692A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Watanabe; 芳春渡邉; Shigeru Tomioka; 茂富岡; Morimasa Shiokawa; 守正塩川
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2002-04-10
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: JP4679707B2

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な作業性を保持したままで高強度を発現
できる、高強度セメント混和材、及びそれを用いたセメ
ント組成物を提供すること。【解決手段】（１）高性能減水剤と鹸化度９５ｍｏｌ
％以上のポリビニルアルコールを主成分とする高強度セ
メント混和材、（２）石膏類及び／又は炭酸カルシウム
を配合することを特徴とする（１）の高強度セメント混
和材、（３）活性シリカを配合することを特徴とする
（１）又は（２）の高強度セメント混和材、（４）セメ
ントに（１）〜（３）のいずれかの高強度セメント混和
材を配合することを特徴とするセメント組成物を構成と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モルタルやコンク
リートに使用される、モルタルフローの低下やコンクリ
ートのスランプロスを改善した良好な作業性で、かつ、
高強度を発現するセメント混和材及びそれを用いたセメ
ント組成物に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、高性能減水剤は、リグニンスルホン
酸塩系やポリオール系、オキシカルボン酸塩系などの一
般的な減水剤と比較して減水率が大きく、また、ポリカ
ルボン酸塩系の高性能ＡＥ減水剤と比較して比較的多量
に添加しても凝結硬化に対する遅延性が小さく、かつ、
空気連行性も小さいので高強度モルタル又はコンクリー
トの製造に好適である。しかしながら、フローの低下や
スランプロスが大きいために、生コンプラントで練混ぜ
て運搬して打設する現場打ちのモルタルやコンクリート
には使用されないという課題を有している。そして、高
性能減水剤はコンクリートの処理時間が１５分程度と短
いコンクリート製品の製造のみに使用されているが、こ
の製品工場においてもトラブルが発生して３０分以上放
置されると成形できない場合があるという課題を有す
る。

【０００３】一方、鹸化度95ｍｏｌ％以上のポリビニル
アルコールは、水に不溶又は難溶性であり、通常は繊維
や紙の加工用として使用されており、モルタルやコンク
リートには使用されない（通常、壁用モルタルなどに使
用されるものは鹸化度の低い易溶性のポリビニルアルコ
ールである）が、高性能減水剤とポリビニルアルコール
を併用することにより遠心力成形時の脱水性が向上する
として遠心力成形方法が提案されている（特開昭61-127
653号公報）。しかしながら、この提案では遠心力成形
性を改善するにはポリビニルアルコールであれば何でも
良く、鹸化度などの制限はないし、本発明の目的である
高性能減水剤を添加したモルタルフローの低下やコンク
リートのスランプロスを改善する効果については全く示
唆されていない。

【０００４】セメントには既に石膏類が凝結を正常化す
るために、モルタルやコンクリートが膨張しない範囲
（セメントの種類によりJIS規格値が設定されている。
添加される石膏の種類は一般には二水石膏である）で添
加されている。炭酸カルシウムは増量材としてセメント
に対して５％以下で有れば添加しても良いことになって
いるが、このように規定量の石膏や、石膏と炭酸カルシ
ウムが添加されていても高性能減水剤を添加したモルタ
ルフローの低下やコンクリートのスランプロスを改善す
る効果はない。ましてや、本発明のように、さらに多く
の石膏類及び／又は炭酸カルシウムを配合しても、その
配合量の多寡に関係なく高性能減水剤を添加したモルタ
ルのフロー低下やコンクリートのスランプロスを改善す
る効果はない。そして、鹸化度９５ｍｏｌ％以上のポリ
ビニルアルコール有するフロー低下やスランプロスの改
善効果を助長することも知られていない。なお、石膏類
の中でもII型の無水石膏は、通常セメントに比較的多量
に配合することにより、常圧蒸気養生及び常温において
強度を高めることは知られており、高強度コンクリート
の製造に利用されている。

【０００５】活性シリカの微粉末は、セメントの水和反
応によって生成する水酸化カルシウムと反応してＣａＯ
−ＳｉＯ₂−Ｈ₂Ｏ水和物を生成して強度を高めることは
知られているが、高性能減水剤を添加したモルタルのフ
ロー低下やコンクリートのスランプロスはむしろ促進さ
れるという課題がある。そして、鹸化度９５ｍｏｌ％以
上のポリビニルアルコールが、この活性シリカが促進す
るモルタルフローの低下やコンクリートのスランプロス
を改善する効果があることは全く知られいてない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、高性能減
水剤の前記課題を解決するに当たり、鋭意研究した結
果、鹸化度９５ｍｏｌ％以上のポリビニルアルコールの
少量と高性能減水剤を比較的多量に用いることにより、
また、石膏類及び／又はや炭酸カルシウム、活性シリカ
を併用することにより、良好な作業性を保持したままで
高強度を発現できることを知見し、本発明を完成するに
至った。

【０００７】

【課題を解決する手段】即ち、本発明は、（１）高性能
減水剤と鹸化度９５ｍｏｌ％以上のポリビニルアルコー
ルを主成分とする高強度セメント混和材、（２）石膏類
及び／又は炭酸カルシウムを配合することを特徴とする
（１）の高強度セメント混和材、（３）活性シリカを配
合することを特徴とする（１）又は（２）の高強度セメ
ント混和材、（４）セメントに（１）〜（３）のいずれ
かの高強度セメント混和材を配合することを特徴とする
セメント組成物、（５）セメント１００部に対して高性
能減水剤は固形分換算で０．８〜５．０部、鹸化度９５
ｍｏｌ％以上のポリビニルアルコールは０．００５〜
１．０部、石膏類及び／又は炭酸カルシウムは１５部以
下、活性シリカは３０部以下とすることを特徴とする
（４）のセメント組成物である。なお、本発明で使用す
る配合割合を示す部は質量単位である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。

【０００９】本発明の高性能減水剤とは、ポリアルキル
アリルスルホン酸塩系、芳香族アミノスルホン酸塩系、
メラミンホルマリン樹脂スルホン酸塩系のいずれかを主
成分とするものであり、これらの一種又は二種以上が使
用される。そして、前記したリグニンスルホン酸塩系な
どの一般的な減水剤やポリカルボン酸塩系の減水剤とは
異なるカテゴリーの減水剤である。ポリアルキルアリル
スルホン酸塩系高性能減水剤には、アルキルナフタレン
スルホン酸ホルマリン縮合物、ナフタレンスルホン酸ホ
ルマリン縮合物、アントラセンスルホン酸ホルマリン縮
合物などがあり、市販品としては電気化学工業（株）商
品名「FT-500」とそのシリーズ、花王（株）商品名「マ
イティ-100（粉末）」や「マイティ-150」とそのシリー
ズ，第一工業製薬（株）商品名「セルフロー110P（粉
末）」、竹本油脂（株）商品名「ポールファイン510N」
など、山陽国策パルプ（株）社商品名「サンフローPS」
とそのシリーズなどが代表的である。芳香族アミノスル
ホン酸塩系高性能減水剤としては、藤沢薬品（株）商品
名「パリックFP200H」とそのシリーズがあり、メラミン
ホルマリン樹脂スルホン酸塩系高性能減水剤には、グレ
ースケミカルズ（株）商品名「FT-3S」、昭和電工
（株）商品名「モルマスターF-10（粉末）」や「モルマ
スターF-20（粉末）」が挙げられる。

【００１０】本発明の高性能減水剤は、セメント１００
部に対して固形分換算で０．８〜５．０部となるように
比較的多量に配合される。本発明の鹸化度９５ｍｏｌ％
以上のポリビニルアルコールは、高性能減水剤の配合量
が０．８部以上で急にモルタルフローの低下やコンクリ
ートのスランプロス（以下、単にスランプロスという）
を改善する効果が示されるもので、０．８部未満では、
むしろスランプロスを促進する傾向にあるので好ましく
ない。また、５．０部を超えて配合してもスランプロス
はそれ以上改善されないので好ましくない。好ましくは
１．０〜４．０部、より好ましくは１．２〜３．０部で
ある。

【００１１】本発明の鹸化度９５ｍｏｌ％以上のポリビ
ニルアルコール（以下、単にＰＶＡという）は、前記し
た通り、高性能減水剤がある一定量以上配合された場合
のスランプロスを改善する。鹸化度を９５ｍｏｌ％以上
とするのは、逆に鹸化度が９５ｍｏｌ％未満では易溶性
となり同一スランプロスを得るのに単位水量が急増し、
強度が低下するので好ましくないからである。

【００１２】本発明のＰＶＡの配合量は、セメント１０
０部に対して０．００５〜１．０部となるように配合す
る。０．００５部未満では高性能減水剤を多く配合して
もスランプロスを改善する効果は小さく、１．０部を超
えて配合すると、逆にスランプロスを促進するようにな
るので好ましくない。好ましくは０．０１〜０．６部、
より好ましくは０．０２〜０．３部である。

【００１３】本発明のＰＶＡの重合度は、スランプロス
の改善効果に大きな影響は与えないが、重合度が小さい
方がスランプロス改善効果は大きくなる傾向がある。そ
して最も好ましい重合度は５００前後であるが、１５０
０前後、２５００前後でも充分実用的なスランプロスの
改善効果を発揮する。なお、ＰＶＡの重合度は２００〜
４５００などと任意に変えることが可能である。

【００１４】本発明において石膏類及び／又は、炭酸カ
ルシウムは、ＰＶＡの有するスランプロスの改善効果を
助長する。石膏類は、II型の無水石膏、二水石膏、半水
石膏、III型無水石膏が使用されるが、特に、II型の無
水石膏はＰＶＡによるスランプロス改善効果を助長する
作用が大きく、かつ、強度の増進効果も有するので好ま
しい。II型の無水石膏は天然産のものやフッ酸発生時に
副生するフッ酸石膏、他の形態の石膏類を３５０℃以上
の温度で熱処理したものが使用されるが、粉末度はセメ
ントと同等以上で有れば特に限定されない。

【００１５】石膏類は、セメント１００部に対して多く
ても無水物換算で１５部配合されるが、これを超えると
ＰＶＡのスランプロスを改善する効果を助長する作用が
低下するので好ましくない。好ましくは１〜１０部、よ
り好ましくは２〜８部である。

【００１６】炭酸カルシウムは、石灰石を粉砕した重質
のもの、沈降法による軽質のもののいずれも使用可能で
あるが、石灰石を粉砕した重質のものが安価でより好ま
しい。これらはセメント１００部に対して多くても１５
部配合されるが、これを超えるとＰＶＡのスランプロス
を改善する効果を助長する作用は低下するので好ましく
ない。好ましくは１〜１０部、より好ましくは２〜８部
である。なお、粉末度などはセメントと同等以上で有れ
ば特に限定されない。

【００１７】また、石膏類と炭酸カルシウムを併用して
配合する場合は、それぞれ任意の割合で、かつ、合量で
１０部以下が好ましい。

【００１８】本発明においてスランプロスを改善した良
好な作業性の高強度セメント混和材やセメント組成物を
提供するために活性シリカを配合する。活性シリカとは
シリコンやシリコン合金を電気炉で製造するときに発生
するシリカフュームや稲、藁、竹、葦などのケイ化木の
焼成灰、人工のアエロジル（以上、いずれも非晶質Ｓｉ
Ｏ₂を主成分とする超微粉）及びアルミナケイ酸塩の粘
土鉱物を焼成したものや麦飯石や珪藻土などであり、こ
の中の一種又は二種以上を配合する。

【００１９】活性シリカはセメント１００部に対して、
多くても３０部配合され、３０部を超えて配合するとＰ
ＶＡのスランプロス改善効果が阻害されるようになり、
かつ、強度の伸びも頭打ちとなるので好ましくない。好
ましくは１５部以下、より好ましくは２〜１０部であ
る。

【００２０】本発明のセメント混和材やそれを用いたセ
メント組成物を使用することにより、スランプロスの小
さい高流動で高強度を発現するコンクリートが容易に製
造可能となるが、反面、斜面では流れるという課題が発
生する。この課題を解決する場合はベントナイトをセメ
ント１００部に対して３部以下の少量を配合すればよ
い。

【００２１】また、本発明におけるセメントとは、普通
ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中
庸熱ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメン
ト、超早強ポルトランドセメント、低発熱（ビーライ
ト）セメント、耐硫酸塩性ポルトランドセメントなどの
各種ポルトランドセメントの他、シリカ粉末や高炉スラ
グ粉末及びフライアッシュを混合した混合セメントであ
り、既に適量の石膏が添加されているものであるが、ポ
ルトランドセメントクリンカーをベースに予めセメント
組成物として製造してもよい。

【００２２】本発明の混和材及びそれを用いたセメント
組成物を使用して、モルタルやコンクリートを練混ぜる
に際し、特別な方法は必要でなく、各成分を別々に、又
は予め混合した混和材やセメント組成物として他のコン
クリート材料と一緒にミキサに投入して常法にて練混ぜ
ることができる。

【００２３】以下、本発明を実施例で詳細に説明する
が、これらに限られるものではない。

【００２４】

【実施例】実施例で使用する材料と試験項目とその方法
を以下にまとめて示す。

【００２５】「使用材料」（１）セメント：電気化学工業（株）製普通ポルトラン
ドセメント（２）砂：新潟県姫川産川砂（5mm下）（３）砕石：新潟県姫川産砕石（13〜5mm）（４）高性能減水剤Ａ：ポリアルキルアリルスルホン酸塩系高性能減水剤、
第一工業製薬（株）商品名「セルフロー110P（粉末）」Ｂ：メラミンホルマリン樹脂スルホン酸塩系高性能減水
剤、昭和電工（株）商品名「モルマスターF-10（粉
末）」（５）ＰＶＡａ：電気化学工業（株）品種名「K-05」、重合度500，
鹸化度98〜99mol% ｂ：電気化学工業（株）品種名「K-17」、重合度1700，
鹸化度98.5〜99.5mol% ｃ：電気化学工業（株）品種名「K-24」、重合度2400，
鹸化度97.5〜98.5mol% ｄ：電気化学工業（株）品種名「H-45」、重合度4500，
鹸化度95〜96mol% （６）石膏類などイ：フッ酸発生無水石膏：粉末度5000cm2/g ロ：二水石膏：粉末度3500cm2/g（試薬、無水物換算で
配合する）ハ：石灰石（炭酸カルシウム）粉末：粉末度6000cm2/g （７）活性シリカ I：シリカフューム（BET比表面積23m2/g） II：メタカオリン：粉末度9000cm2/g

【００２６】「試験項目とその方法、試験温度は２０
℃」 (１)モルタルフロー：JIS R 5201による抜き上げたとき
のフローを測定する。なお、モルタルフローの経時変化
はモルタルを静置した状態とし、測定時間毎に練り返し
て測定する。 (２)モルタル強度：JIS R 5201により圧縮強度を測定す
る。但し、モルタル配合は実施例の通りとした。 (３)コンクリートのスランプフロー：JIS A 1101により
スランプを測定した時のコンクリートの広がり。スラン
プフローの経時変化はコンクリートを静置した状態と
し、測定時間毎に練り返して測定する。 (４)コンクリート強度：JIS A 1132によりφ１０×２０
ｃｍの型枠に成形し、JIS A 1108により強度測定する。

【００２７】実施例１セメント８００ｇ、砂１６００ｇを配合し、抜き上げフ
ロー２００±１０ｍｍに設定したモルタルに、高性能減
水剤の種類と配合量及びＰＶＡの種類と配合量を変えた
場合のフローの経時変化と材齢２８日の圧縮強度を測定
した結果を、用いた水量と一緒に表１に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１より、ＰＶＡの配合量を一定として高
性能減水剤の配合量を多くして行くと、セメント１００
部に対して固形分換算で０．８部以上で急にモルタルフ
ローの低下を改善する効果が示され、高性能減水剤の配
合量が多くなるほどその改善効果も増大する。そして、
好ましくは１．０部以上、より好ましくは１．２部以上
であるが、３．０部を超えて配合してもモルタルフロー
の改善効果は増大しないことが示される。したがって、
高性能減水剤の配合量は０．８〜５．０部であり、好ま
しくは１．０〜４．０部、より好ましくは１．２〜３．
０部である（実験No.1-10〜 No.1-18）。

【００３０】高性能減水剤の配合量を一定としてＰＶＡ
の配合量を多くして行くと、セメント１００部に対して
ＰＶＡは、０．００５〜１．０部でモルタルフローの低
下を改善する効果が示され、配合量が多くなるほど改善
効果も増大するが、多すぎると逆にその改善効果は小さ
くなる。そして、好ましくは０．０１〜０．６部であ
り、より好ましくは０．０２〜０．３部であることが示
される（実験No.1-19〜1-27)。

【００３１】なお、実験No.1-15、No.1-23、No.1-28、N
o.1-29の比較においてＰＶＡの重合度が小さい方がモル
タルフローの低下を改善する効果も大きいことが示され
る。

【００３２】実施例２空気量３％，単位セメント量５００ｋｇ／ｍ³、単位水
量１４０ｋｇ／ｍ³、単位砂量８６５ｋｇ／ｍ³、単位砕
石量９００ｋｇ／ｍ³、高性能減水剤量Ａ１０ｋｇ／ｍ³
（セメント１００部に対して２部をコンクリートに対し
て外割添加）、ＰＶＡを０ｇ／ｍ³（無混和）とＰＶＡ
ａを５００ｇ／ｍ³と（セメント１００部に対して０．
１０部、コンクリートに対して外割添加）配合したコン
クリートの基本配合に、石膏類及び／又は炭酸カルシウ
ムの配合量（外割配合で砂と容積で置き換えた）を変え
てコンクリートを練混ぜ、スランプ値よりも厳しいスラ
ンプフロー値とその経時変化及び材齢２８日強度を測定
した結果を表２に示す。

【００３３】

【表２】

【００３４】表２より、石膏類の配合量を多くしてゆく
と、ＰＶＡのスランプロス改善効果を助長する作用も大
きくなるが、多くなりすぎると小さくなり、多くてもセ
メント量１００部に対して１５部が良く、好ましくは１
〜１０部、より好ましくは２〜８部であることが示され
る（実験No.2-2〜No.2-9）。なお、石膏類がII型の無水
石膏の場合は６部が強度の最大値を示すが、常圧蒸気養
生では１０部までは直線的に強度は増加し、１５部では
僅かに増加傾向を示すことは判っている。

【００３５】炭酸カルシウムも石膏類と同様のＰＶＡの
スランプロス改善効果を助長する作用を示し、この場合
も、セメント１００部に対して多くても１５部配合でよ
く、好ましくは１〜１０部、より好ましくは２〜８部で
ある（実験No.2-14〜No.2-20）。

【００３６】なお、石膏類と炭酸カルシウムを併用して
配合することは配合量が少なくてスランプロス改善効果
をよく助長するのでより好ましい（実験No.2-21〜No.2-
24）。

【００３７】実施例３実施例２の実験No.2-1、No.2-2、No.2-6、No.2-23のコ
ンクリートを用いて、セメント量１００部に対して活性
シリカの配合量（質量部、外割配合で砂と容積で置き換
えた）を変えた場合のスランプフローの経時変化と材齢
２８日の圧縮強度を測定した結果を表３に示す。

【００３８】

【表３】

【００３９】表３より、高性能減水剤と活性シリカのみ
を併用すると、始めのスランプフロー値は変わらないが
スランプフローの経時変化を大きくする（実験No.3-1〜
No.3-2）。本発明において、活性シリカの配合量を多く
して行くとスランプフローのロスは僅かづつ大きくなる
が、ＰＶＡと併用した場合も（実験No.3-3〜No.3-1
0）、ＰＶＡとII型無水石膏と併用した場合も（実験No.
3-11〜No.3-18）、さらにはＰＶＡと石膏類及び炭酸カ
ルシウムと併用した場合も（実験No.3-19〜No.3-23）、
スランプフローの保持性からその配合量はセメント１０
０部に対して多くても３０部であり、３０部を超えて配
合するとスランプフローの経時変化は大きくなり過ぎて
実用性がなくなることが予想される。また、強度の伸び
は２部より顕著となり、３０部では頭打ちとなる傾向が
示される。したがって、活性シリカの配合量は多くても
３０部以下、好ましくは１５部以下、より好ましくは２
〜１０部であることが示される。

【００４０】

【本発明の効果】本発明の高性能減水剤と鹸化度９５ｍ
ｏｌ％以上のポリビニルアルコールを主成分とする高強
度セメント混和材、及びそれを用いたセメント組成物を
使用すると、スランプロスを改善した良好な作業性のコンクリート
を容易に製造することができる。石膏類及び／又は炭酸カルシウムを併用することによ
り、よりスランプロスを改善した良好な作業性のコンク
リートを容易に製造することができる。 II型無水及び／又は活性シリカを併用することによ
り、良好な作業性を保ちながら高強度コンクリートを容
易に製造でき、耐久性の高い土木建築構造物やコンクリ
ート二次製品用のコンクリートを製造することが出来
る。

───────────────────────────────────────────────────── 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 24/30 Ｃ０４Ｂ 24/30 Ｄ 28/02 28/02 // Ｃ０４Ｂ 103:32 103:32 111:20 111:20 Ｆターム(参考） 4G012 MA01 MB06 MB23 PA30 PB04 PB08 PB11 PB25 PB29 PB35 PC03 PC12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高性能減水剤と鹸化度９５ｍｏｌ％以上
のポリビニルアルコールを主成分とする高強度セメント
混和材。
【請求項２】石膏類及び／又は炭酸カルシウムを配合
することを特徴とする請求項１の高強度セメント混和
材。
【請求項３】活性シリカを配合することを特徴とする
請求項１又は２の高強度セメント混和材。
【請求項４】セメントに請求項１〜３のいずれかの高
強度セメント混和材を配合することを特徴とするセメン
ト組成物。
【請求項５】セメント１００部に対して高性能減水剤
は固形分換算で０．８〜５．０部、鹸化度９５ｍｏｌ％
以上のポリビニルアルコールは０．００５〜１．０部、
石膏類及び／又は炭酸カルシウムは１５部以下、活性シ
リカは３０部以下とすることを特徴とする請求項４のセ
メント組成物。