JP2002293597A - セメント用減水剤 - Google Patents

セメント用減水剤

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JP2002293597A JP2001098225A JP2001098225A JP2002293597A JP 2002293597 A JP2002293597 A JP 2002293597A JP 2001098225 A JP2001098225 A JP 2001098225A JP 2001098225 A JP2001098225 A JP 2001098225A JP 2002293597 A JP2002293597 A JP 2002293597A
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Masami Uzawa
正美 鵜澤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高度に減水されたセメントペ−スト・モルタ
ル・コンクリ−トの混練物の流動性を向上させ、かつ、
流動性の経時変化を小さくすること。 【解決手段】 (a)一般式R1O(AO)nCH3で示
されるポリオキシアルキレン 化合物の単位(ただし、
式中、R1は炭素数2〜5のアルケニル基であり、AO
は炭素数2〜3のオキシアルキレン基でその80モル%
以上がオキシエチレン基であり、nはオキアルキレン基
の平均付加モル数で15〜70である)(b)一般式C
2=CHCH2SO3Mで示されるアリルスルホン酸化
合物の単位(ただ し、式中、Mは水素またはアルカリ
金属である)、(c)マレイン酸系化合物の単位を用
い、かつ、それら3つの単位を(a):(b):(c)
=1.0:0.05〜0.5:1.0〜1.5の比率
(モル比)にして合成された共重合体を含有するセメン
ト用減水剤。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セメント用減水剤
に関し、特に、高度に減水されたセメントペ−スト、モ
ルタル、コンクリ−トに高流動性を付与し、かつ、流動
性の経時変化を大幅に改良できるセメント用減水剤に関
する。
【0002】
【従来の技術】一般に、強度(圧縮強度、曲げ強度な
ど)の優れたモルタル、コンクリ−トなどの利点は、 建築物などの現場打ち施工の場合、モルタル層やコン
クリ−ト層の厚さが薄くできる分打設量が減少し、労力
が低減し、コストが削減され、利用空間が増大するこ
と、 プレキャスト製品の製造の場合、上記と同様に、該部
材の厚さを薄くできる分軽量となり、運搬や施工が容易
になること、さらに、 モルタル、コンクリ−トなどの耐磨耗性、中性化、ク
リ−プなどの耐久性が向上することなどが知られてい
る。
【0003】最近では、現場打ち施工やプレキャスト製
品の製造の場合、前記機械的特性のほかに作業性の向上
(打設時間の短縮、振動時間の低減など)の観点から、
モルタル、コンクリ−トなどの自己充填性を向上させる
ために、それらの流動性の改良が模索されていた。
【0004】上記のような流動性を考慮した減水剤とし
て、例えば、特開平9−268041号公報に開示され
たセメント用添加剤が挙げられる。その添加剤の構成
は、 (a)ポリオキシアルキレンアルケニルエ−テル[一般
式:R1O(AO)n2]の単位、 (b)アルケニルスルホン酸[一般式:R3SO3M]の
単位、 (c)マレイン酸系化合物の単位 の3つの単位を用いて、(a)(b)及び(c)が
[(a)+(b)]:(c)=3:7〜7;3、かつ、
(a):(b)=1:9〜99:1の組成比(モル比)
で合成された共重合体を含有するものである。
【0005】上記セメント用添加剤は、水/セメント比
が35%程度のモルタル、コンクリ−トなどに使用され
る。
【0006】その一方、近年では、圧縮強度を150M
Pa以上発現する超高強度セメント硬化体が開発されて
いる。そのような硬化体は、結合材としてセメントのほ
か高炉スラグ粉末、石英粉、フライアッシュ、シリカフ
ュ−ムなどの無機粉末の1種以上が配合され、水/結合
材比を25%以下と極端に小さくして製造されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記セメント用添加剤
(特開平9−268041号)を超高強度セメントに使
用した場合、 ・セメント用添加剤の添加量を多くすれば流動性を向上
させるという利点がある反面、凝結時間(特に、終結時
間)が極端に遅くなる、 ・水/結合材比が25%以下のような極端に小さいと
き、混練物の流動性の経時変化が大きくなる、という問
題点・欠点が生じた。
【0008】本発明は、上記問題点・欠点に鑑みなされ
たものであって、その目的は、・高度に減水されたセメ
ントペ−スト・モルタル・コンクリ−トの混練物の流動
性を向上させ、かつ、流動性の経時変化を小さくするこ
とのできるセメント用減水剤を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、3つの有機化
合物から合成した共重合体を含有するセメント用減水剤
であって、セメントペ−スト、モルタル、コンクリ−ト
などの配合原料に添加することにより、前記目的を達成
することのできるセメント用減水剤を提供するものであ
る。
【0010】すなわち、本発明(セメント用減水剤)
は、 「(a)一般式[1]で示されるポリオキシアルキレン
化合物の単位 R1O(AO)nCH3 [1] (ただし、式中、 ・R1 ;炭素数2〜5のアルケニル基、 ・AO;炭素数2〜3のオキシアルキレン基であり、オ
キシエチレン基が80モル%以上からなる、 ・n ;オキシアルキレン基の平均付加モル数で15〜
70 ) (b)一般式[2]で示されるアリルスルホン酸化合物
の単位、 CH2=CHCH2SO3 [2] (ただし、式中、 ・M;水素またはアルカリ金属)、 (c)マレイン酸系化合物の単位 を用い、かつ、それら3つの単位を(a):(b):
(c)=1.0:0.05〜0.5:1.0〜1.5の
比率(モル比)にして合成された共重合体を含有するこ
と」(請求項1)ことを要旨とする。
【0011】また、本発明は、 ・一般式[1]におけるAOがオキシエチレン基である
こと(請求項2)、 ・一般式[1]におけるR1がアリル基であること(請
求項3)、 ・一般式[2]におけるMがナトリウムであること(請
求項4)、 ・(c)の単位が無水マレイン酸、マレイン酸、マレイ
ン酸塩などから選ばれた化合物であること(請求項
5)、および ・共重合体が(a):(b):(c)=1.0:0.1
〜0.3:1.1〜1.4の比率(モル比)で合成され
たものであること(請求項6)、を特徴とするものであ
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のセメント用減水剤は、セメントペ−スト、モル
タル、コンクリ−トなどの配合原料に添加して、 ・混練物の流動性を向上させ、かつ、 ・原料の混練後2時間は、混練物の経時変化を小さくす
る(具体的には、混練物の流動性を低下させないか、あ
っても無視できる程度の変化)という2つの特徴を同時
に発揮する。
【0013】特に、本発明のセメント用減水剤は、高度
に減水され超高強度を発現する水/結合材比の小さい配
合原料に添加する場合、前記の特徴が顕著である。
【0014】経時変化への影響が小さいという特徴は、
作業性を大幅に改良する。例えば、 ・大規模施工における打ち継ぎ面をなくすこと、 ・コンクリ−トミキサ−車による混練物の長時間輸送の
場合にも混練物の経時変化を抑制するために、現場での
ポンプ輸送・成形に影響を及ぼさないことなどである。
【0015】流動性の測定は、減水剤を配合したモルタ
ルをJIS R 5201「セメントの物理試験方法」
の『11.フロ−試験』に規定する方法(ただし、15
回の落下操作は省略する)に準じて行ない、フロ−値
(mm)で表示する。フロ−値は大きいほど流動性が高
い。本発明のセメント用減水剤を添加した混練物は、混
練後120分経過してもなお、250mm以上のフロ−
値を具備し、混練物を高い流動性(自己充填性)の状態
に保持している。
【0016】次に、本発明のセメント用減水剤の構成に
ついて説明する。最初に、共重合体を合成するための化
合物(単位)について説明する。
【0017】(a)の単位:この単位は、一般式R1
(AO)nCH3[1]で示されるポリオキシアルキレン
化合物である。ここで“R1”は、炭素数2〜5のアル
ケニル基である。具体的には、アリル基、メタリル基、
ビニル基、イソプロペニル基、3−ブテニル基、2−メ
チル−1−ブテニル基、3−メチル−1−ブテニル基、
2−メチル−3−ブテニル基、3−メチル−3−ブテニ
ル基などが挙げられる。好ましい“R1”は、アリル基
である。
【0018】“AO”は、炭素数2または3のオキシア
ルキレン基である。具体的には、オキシエチレン基およ
びオキシプロピレン基が挙げられる。
【0019】さらに“AO”は、その80モル%以上が
オキシエチレン基であることが重要である。オキシエチ
レン基が80モル%未満の場合、水溶性が低下し、低い
水/結合材比のセメントペ−スト・モルタル・コンクリ
−ト混練物に高い流動性を付与できないので好ましくな
い。減水効果および流動性の経時変化(低下)の抑制の
観点から、オキシエチレン基が100モル%のものを使
用するのが最も好ましい。
【0020】“AO”の平均付加モル数『n』は、15
〜70である。『n』が15未満の場合の化合物は、凝
結時間が極端に長くなるので、実用的でない。『n』が
70を超えた場合、低い水/結合材比の混練物に高流動
性を付与するには、減水剤を多量に添加しなければなら
ない。その結果、凝結時間が極端に遅くなり、さらに、
流動性の経時低下も著しく好ましくない。流動性(減水
効果)及び流動性の経時低下への影響の2点から、
『n』は、15〜60が好ましく、15〜50がより好
ましく、15〜40が最も好ましい。
【0021】(b)の単位:この単位は、一般式CH2
=CHCH2SO3M[2]に示されるアリルスルホン酸
化合物である。式中の“M”は、水素またはアルカリ金
属である。アルカリ金属の具体例としては、リチウム、
ナトリウム、カリウムなどが挙げられ、好ましいのは、
ナトリウムである。
【0022】(c)の単位:この単位は、マレイン酸系
化合物である。具体的には、無水マレイン酸、マレイン
酸、マレイン酸塩などが含まれる。さらに、マレイン酸
塩としては、モノリチウム塩、ジリチウム塩、モノナ
トリウム塩、ジナトリウム塩、モノカリウム塩、ジカリ
ウム塩などのアルカリ金属塩、カルシウム塩、マグネ
シウム塩などのアルカリ土類金属塩、アンモニウム
塩、ジアンモニウム塩などのアンモニウム塩などが挙げ
られる。好ましいマレイン酸系化合物は、無水マレイン
酸、マレイン酸、マレイン酸ナトリウムなどである。
【0023】前述した(a)(b)(c)のそれぞれの
単位が化合物1種類で構成されていても良く、また、一
部の単位あるいは全ての単位の化合物が2種類以上の混
合物であっても差し支えない。例えば、全ての単位が2
種類の化合物からなる場合を示す。 ・(a)の単位;[CH2=CHCH2O(CH2CH
2O)25CH3]+[CH2=CHCH2CH2O(CH2
2O)25CH3] ・(b)の単位;[CH2=CHCH2SO3Na]+
[CH2=CHCH2SO3H] ・(c)の単位;[無水マレイン酸]+[マレイン酸モ
ノナトリウム]
【0024】次に、上記(a)(b)(c)の各単位の
化合物から共重合体を製造する方法について説明する。
共重合体は、各単位の割合を (a):(b):(c)=1.0:0.05〜0.5:
1.0〜1.5の比率(モル比)にして、 ・水中、有機溶剤中または水と親水性有機溶剤との混合
溶媒中で溶液重合させる ・溶剤を全く用いない系で塊状重合させる のいずれかの方法で容易に合成することができる。
【0025】共重合体は、各単位が上記比率(モル比)
の範囲内で合成されることが重要である。(b)の単位
の比率(モル比)が ・0.05未満の場合、流動性が低下し、また、 ・0.5を超えた場合、流動性の経時変化が大きくなる という理由から、いずれの場合も好ましくない。
【0026】(c)の単位の比率(モル比)が ・1.0未満の場合、流動性が低下し、また、 ・1.5を超えた場合、凝結時間が長くなる という理由から、いずれの場合も好ましくない。
【0027】各単位の比率(モル比)で好ましいのは、 (a):(b):(c)=1.0:0.1〜0.3:
1.1〜1.4 である。
【0028】前記(a)(b)(c)の各単位を所定の
比率(モル比)の範囲で合成するときに用いる重合開始
剤について説明する。重合開始剤は、合成方法が ・有機溶剤中および溶剤を用いない系の場合は、過酸化
ベンゾイルなどの有機過酸化物系または2,2′−アゾ
ビスイソブチロニトリルなどのアゾ系化合物 ・水中の場合は、過酸化水素、tert−ブチルヒドロ
ペルオキシドなどのヒドロペルオキシド類、過硫酸カリ
ウムなどの過硫酸塩類(いずれも水溶性)などを用い
る。
【0029】本発明のセメント用減水剤は、セメントペ
−スト、モルタル、コンクリ−トなどの配合原料に添加
し混練される。その添加割合は、配合される結合材中の
セメントに対して1.5〜0.05重量%(固形分換
算)であり、好ましくは、1.0〜0.1重量%(固形
分換算)である。
【0030】その添加割合が ・0.05重量%(固形分換算)未満の場合、低い水/
結合材比の混練物に高流動性を付与することが困難とな
り、 ・1.5重量%(固形分換算)を超える場合、凝結時間
が極端に長くなるなどの理由から好ましくない。
【0031】上記結合材とは、普通・早強・中庸熱・低
熱ポルトランドセメントおよび該ポルトランドセメント
に高炉スラグ、フライアッシュ、ポゾラン質微粉末
(例;シリカヒュ−ム)、無機粉末(例;石英粉、石灰
石粉)などを含む混合セメントが挙げられる。
【0032】本発明のセメント用減水剤は、セメントペ
−スト・モルタル・コンクリ−ト原料を秤取し混練し混
練物に至るまでのいかなる工程で添加してもよく、ま
た、既混練物に添加し再混練して混練物としてもよい。
要は、打設(成形)前の混練物(未凝結状態)に混入分
散しさえしていれば、本発明の目的を十分に達成できる
ので、セメント用減水剤の添加順序・方法を特に限定す
るものではない。
【0033】セメント用減水剤を添加するにあたり、本
発明の効果が減殺されない範囲で他の公知のセメント用
混和剤を併用することは差し支えない。例えば、減水剤
(例;ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の
塩、メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の塩な
ど)、空気連行剤、消泡剤、硬化促進剤、凝結促進剤・
遅延剤、膨張材、乾燥収縮低減剤、防錆剤、材料分離低
減剤などである。
【0034】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 1.減水剤(共重合体)の合成 1−1)合成に使用した化合物; (a)ポリオキシアルキレン化合物(3種類の単量体) CH2=CHCH2O(CH2CH2O)25CH3 CH2=CHCH2O(CH2CH2O)34CH3 CH2=CHCH2O(CH2CH2O)91CH3 (b)アリルスルホン酸化合物 CH2=CHCH2SO3Na (c)マレイン酸系化合物 無水マレイン酸
【0035】1−2)合成する減水剤(共重合体)の種
類ほか;上記各単位の化合物を用いて、次段落で説明す
る方法により8種類の減水剤(共重合体)を合成した。
それらの減水剤(共重合体)を添加した実施例・比較例
との関係は、次のとおりである。 減水剤[1]:実施例1・3・5・7・9・11 減水剤[2]:実施例2・4・6・8・10 減水剤[3]:比較例1・2・3・4 減水剤[4]:実施例12 減水剤[5]:実施例13 減水剤[6]:比較例5 減水剤[7]:比較例6 減水剤[8]:比較例7・8
【0036】1−3)減水剤の合成方法;撹拌装置、冷
却管、温度計および窒素ガス導入管を装着した1リット
ル四つ口フラスコに、ポリオキシエチレン(平均付加モ
ル数;n=25)アリルメチルエ−テル1.172g
(1モル)、無水マレイン酸127.4g(1.3モ
ル)、アリルスルホン酸ナトリウム14.4g(0.1
モル)およびイオン交換水876gを秤取り、窒素ガス
雰囲気下、50〜60℃に加温し、均一に溶解させた。
【0037】続いて、35℃まで冷却後、過硫酸アンモ
ニウム36.5g(0.16モル)をイオン交換水20
0gに溶解させた溶液を加え、窒素ガス雰囲気下、50
〜55℃、12時間、撹拌反応させることにより減水剤
[1]を合成した。
【0038】減水剤[1]の合成方法と同様の方法で、
表1および表3に記載した各化合物の単位(a)(b)
および(c)を、表1および表3記載したモル比で、過
硫酸アンモニウムをポリオキシアルキレンの単位に対し
て、16モル%使用し、イオン交換水中、固形分として
60wt%の濃度で共重合反応させることにより、減水
剤[2]〜[8]を合成した。
【0039】 2.モルタルの製造に使用した原材料(減水剤を除く) 1)セメント ;低熱ポルトランドセメント(太平洋セメント(株)製) 2)ポゾラン質微粉末;シリカヒュ−ム(平均粒径0.7μm) 3)無機粉末 ;石英粉(平均粒径7μm) 4)細骨材 ;珪砂4号、珪砂5号 5)金属繊維 ;鋼繊維(直径:0.2mm、長さ:15mm) 6)有機繊維 ;ビニロン繊維(直径:0.3mm、長さ:13mm) 7)繊維状粒子 ;ウォラストナイト(平均長さ:0.3mm、長さ/直径 の比4) 8)水 ;水道水
【0040】(実施例1〜13)表1に示す(a)
(b)(c)の各単位で合成された減水剤[1][2]
[4]および[5]を用いて、表2に示す配合にしたが
って、各原材料をモルタルミキサ−に一括投入し、12
分間混練してモルタル混練物を製造した。表2の原材料
の配合は、重量部である。ただし、金属繊維および有機
繊維はスラリ−中の容量%である。なお、減水剤は、固
形分量である。
【0041】得られたモルタル混練物について、フロ
−、圧縮強度、および凝結時間(終結)の測定を行
い、得た結果を表2に示した。
【0042】測定方法は、次のとおりである。 1)フロ−試験方法 フロ−値は、前述したように、JIS R 5201
「セメントの物理試験方法」の『11.フロ−試験』に
規定する方法に準じて、モルタルの混練直後、30分、
60分、120分の各経過後にそれぞれ測定した。試験
は、20℃、60%RHの室内で行なった。
【0043】なお、フロ−試験を行なうにあたり下記の
点を変更した。・モルタル混練物のフロ−値が250m
m前後を呈すると推測されるため、規定されている15
回の落下操作を省略した。 ・モルタル混練物は、120分のフロ−試験が終了する
まで練バチ上に濡れウェスをかぶせて静置保管した。 ・30分以降の測定では、モルタル混練物を「モルタル
さじ」で測定直前に数回練り返した。
【0044】2)圧縮強度の測定方法 モルタル混練物を型枠を用いてφ50×100mmに成
形し、72時間前置きしたのち、90℃、48時間蒸気
養生して供試体を作製した。その後、JIS R 11
08「コンクリ−トの圧縮強度試験方法」に準じて供試
体の圧縮強度を測定した。
【0045】3)終結時間の測定方法 終結時間は、モルタル混練物をJIS A 6204
「コンクリ−ト用化学混和剤」の付属書1『コンクリ−
トの凝結時間試験方法』に準じて測定した。
【0046】(比較例1〜8)表3に示す(a)(b)
(c)の単位で合成された減水剤[3]および[6]〜
[8]を用いて、表4に示す配合にしたがい、実施例1
〜13と同方法でモルタル混練物を製造し、フロ−、圧
縮強度、終結時間を測定し、得られた結果を表4に併記
した。
【0047】
【表1】
【0048】
【表2】
【0049】
【表3】
【0050】
【表4】
【0051】実施例1〜13から、 ・本発明のセメント用減水剤を配合したモルタル混練物
のフロ−値は、混練後120分経過しても250mm以
上を保持しており、目的を達成していること、 ・高い圧縮強度を発現すること ・終結時間も20〜33時間程度であること、 も明らかになった。以上から、高度に減水された混練物
に該セメント用減水剤が適用できることが確認された。
【0052】一方、使用する化合物が条件を欠いた場合
(比較例1〜5)、減水剤の合成するさいの(a)
(b)(c)の単位の比率(モル比)が規定外である場
合(比較例6〜8)には、上記フロ−値が混練60分後
に急激に低下し、また、終結時間も著しく遅延すること
が判明した。
【0053】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のセメント
用減水剤は、ポリオキシアルキレン化合物、アリルスル
ホン酸化合物およびマレイン酸系化合物の3単位を特定
比率のもとで合成した共重合体を含有するものであるこ
とを特徴とし、これを高度に減水されたセメントペ−ス
ト、モルタル、コンクリ−ト混練物などの製造時に配合
することにより、 ・該混練物の流動性の向上および経時変化の抑制を可能
にするという効果を奏する。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)一般式[1]で示されるポリオキ
    シアルキレン化合物の単位 R1O(AO)nCH3 [1] (ただし、式中、R1は炭素数2〜5のアルケニル基で
    あり、AOは炭素数2〜3のオキシアルキレン基でその
    80モル%以上がオキシエチレン基であり、nはオキシ
    アルキレン基の平均付加モル数で15〜70である) (b)一般式[2]で示されるアリルスルホン酸化合物
    の単位、 CH2=CHCH2SO3 [2] (ただし、式中、Mは水素またはアルカリ金属であ
    る)、 (c)マレイン酸系化合物の単位 を用い、かつ、それら3つの単位を(a):(b):
    (c)=1.0:0.05〜0.5:1.0〜1.5の
    比率(モル比)にして合成された共重合体を含有するこ
    とを特徴とするセメント用減水剤。
  2. 【請求項2】 前記一般式[1]において、AOがオキ
    シエチレン基であることを特徴とする請求項1に記載の
    セメント用減水剤。
  3. 【請求項3】 前記一般式[1]において、R1がアリ
    ル基であることを特徴とする請求項1に記載のセメント
    用減水剤。
  4. 【請求項4】 一般式[2]におけるMがナトリウムで
    あることを特徴とする請求項1に記載のセメント用減水
    剤。
  5. 【請求項5】 前記(c)の単位が無水マレイン酸、マ
    レイン酸、マレイン酸塩などから選ばれた化合物である
    ことを特徴とする請求項1に記載のセメント用減水剤。
  6. 【請求項6】 前記共重合体が(a):(b):(c)
    =1.0:0.1〜0.3:1.1〜1.4の比率(モ
    ル比)で合成されたものであることを特徴とする請求項
    1に記載のセメント用減水剤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008230955A (ja) * 2007-02-22 2008-10-02 Taiheiyo Cement Corp セメント質硬化体の製造方法

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