JP2003286057A - セメント分散助剤およびセメント分散剤、それらを含んだセメント組成物 - Google Patents

セメント分散助剤およびセメント分散剤、それらを含んだセメント組成物

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JP2003286057A JP2002088253A JP2002088253A JP2003286057A JP 2003286057 A JP2003286057 A JP 2003286057A JP 2002088253 A JP2002088253 A JP 2002088253A JP 2002088253 A JP2002088253 A JP 2002088253A JP 2003286057 A JP2003286057 A JP 2003286057A
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敏弘 杉脇
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 公知のセメント分散剤に添加してその流動性
及び強度発現性の改善、特に間隙通過性を向上せしめる
ためのセメント分散助剤を提供する。 【解決手段】 ポリアルキレングリコールモノ(メタ)
アクリル酸エステル系単量体(a)40〜80重量%、モノ
(メタ)アクリル酸エステル系単量体(b)5〜30重量
%、不飽和結合を有するカルボン酸系単量体(c)10〜
40重量%及びこれらと共重合可能な単量体0〜30重量%
を反応して得られる共重合体および/またはその共重合
体塩からなるセメント分散助剤を50重量%未満含有せし
める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリート混和
剤として使用されるセメント分散助剤、及びセメント分
散剤、さらには、これらを含むセメント組成物に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、コンクリート構造物の大型化によ
り、コンクリートの高強度化が要求されている。そのた
め、単位水量を減少させてより高い強度を実現するため
に、高い減水性と優れた経時安定性を併せ持った高性能
AE減水剤が開発されている。高性能AE減水剤は、そ
の主成分からポリカルボン酸系重合物、ナフタレンスル
ホン酸ホルムアルデヒド縮合物、メラミンスルホン酸ホ
ルムアルデヒド縮合物、リグニンスルホン酸、アミノス
ルホン酸類に分類される。この中でも、グラフト鎖にオ
キシアルキレン基をもつ水溶性カルボン酸系ポリマーを
主成分としたポリカルボン酸系高性能AE減水剤(例え
ば、特公昭59−18338号、特開平11−2462
50号、特開2001−294462号等)は、より高
い減水性を示すものである。一方、環境問題に伴った天
然骨材の枯渇問題より、従来の良質な川砂、川砂利、海砂
等が供給不足となり、砕砂、砕石等をコンクリート用骨材
に用いるようになってきている。しかし、これらを用い
た結果、十分な流動性が得られなかったり、練り上がっ
たコンクリートの粘性が高く、鉄筋骨材間の通過性(間
隙通過性)が悪く、よって作業性が悪くなるという問題
が生じている。特に、水/セメント比が40%以下の高
強度コンクリートでは単位水量が低く、粉体量が多いた
め、より顕著に問題視されている。これらに対して、従
来の高性能AE減水剤を用いても、これらの問題が解決
されるものではなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、作業
性が良好で尚かつ、流動性及び強度発現性が高い、セメ
ント分散助剤およびこれを含むセメント分散剤を提供す
るものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
した結果、特定の単量体から成る共重合体及び/または
その中和塩であるセメント分散助剤を用いることによっ
て、上記課題を解決することを見いだした。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明で用いられる、ポリアルキ
レングリコール(メタ)アクリル酸エステル系単量体
(a)は、一般式(1)で示されるものである。
【0006】
【化4】一般式(1)
【0007】R:水素原子またはメチル基 RO:オキシエチレン基、またはオキシプロピレン基 m:5〜50の整数 R:水素または炭素数1〜3のアルキル基 具体的には、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレ
ート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリ
レート、エトキシポリエチレングリコール(メタ)アク
リレート等のポリエチレングリコールモノ(メタ)アク
リル酸エステル類;ポリプロピレングリコール(メタ)
アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール(メ
タ)アクリレート、エトキシポリプロピレングリコール
(メタ)アクリレート等のポリプロピレングリコールモ
ノ(メタ)アクリル酸エステル類;またこれらのポリア
ルキレングリコール部分がエチレングリコールとプロピ
レングリコールが併用されたものも用いることができ、
これらはブロック状に付加していてもランダム状に付加
していてもかまわない。さらに、これらは1種または2
種以上を併用できる。
【0008】本発明で用いられる、モノ(メタ)アクリ
ル酸エステル系単量体(b)は、一般式(2)で示され
るものである。
【0009】
【化5】一般式(2)
【0010】R:水素原子またはメチル基 R:炭素数1〜4のアルキル基、該アルキル基の一部
が水酸基で置換されたヒドロキシアルキル基、該アルキ
ル基の一部がメトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基
で置換されたアルコキシアルキル基、又は一部が水酸基
あるいはアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基等)で
置換されてもよいベンジル基もしくはシクロヘキシル基 具体的には、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アク
リル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)
アクリル酸i-ブチル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、
(メタ)アクリル酸t-ブチル等の低級アルコールのエス
テル類、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メ
タ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリ
ル酸ヒドロキシブチル等の低級ジオールと(メタ)アクリ
ル酸とのエステル類、(メタ)アクリル酸2-メトキシエチ
ル、(メタ)アクリル酸2-エトキシエチル等の低級ジオー
ルモノアルキルエーテルの(メタ)アクリル酸エステル、
(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル
酸ベンジル等の(メタ)アクリル酸と脂環或いは芳香環
アルコールとのエステル類が挙げられ、これらは1種ま
たは2種以上を併用できる。
【0011】本発明で用いられる、不飽和結合を有する
カルボン酸系単量体(c)は、一般式(3)で示される
ものである。
【0012】
【化6】一般式(3)
【0013】R6,R7,R8:水素またはメチル基ま
たは(CH2mCOOM (mは、0〜2の整数) M:水素原子、一価金属原子、二価金属原子、アンモニ
ウム基または有機アミン基 具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、
フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸等、又はこれらの
塩、例えばアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アン
モニウム塩、有機アミン塩が挙げられる。これらは1種
又は2種以上併用してもよい。これらの中で特にアクリ
ル酸、メタクリル酸、マレイン酸、及び/又はその塩が
好ましい。
【0014】本発明で用いられる、これらと共重合可能
な単量体(d)とは、前記単量体(a)、単量体
(b)、及び単量体(c)と共重合可能な単量体であ
る。単量体(d)の例としては、マレイン酸フマル酸等
のジカルボン酸とアルコールとのモノエステルあるいは
ジエステル類、(メタ)アクリルアミド等の不飽和アミ
ド類、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエス
テル類、ビニルスルホン酸、スルホエチル(メタ)アク
リレート、2-メチルプロパンスルホン酸(メタ)アクリ
ルアミド、スチレンスルホン酸等の不飽和スルホン酸類
およびこれらの金属塩、アンモニウム塩、有機アミン
塩、スチレン等の芳香族ビニル類、アリルフェノール等
の芳香族アリル類が挙げられ、これらは1種又は2種以
上を用いることができる。特に、これら単量体(d)と
して、(メタ)アリルビスフェノール類を0.1〜10重量
%用いると、硬化コンクリートの圧縮強度発現性が高ま
る。本発明における、(メタ)アリルビスフェノール類
とは、下記一般式(4)、(5)又は(6)で示される
ものである。
【0015】
【化7】一般式(4)
【0016】
【化8】一般式(5)
【0017】
【化9】一般式(6)
【0018】例えば、4,4’-ジヒドロキシジフェニルプ
ロパン、4,4’-ジヒドロキシジフェニルメタン、4,4’-
ジヒドロキシジフェニルスルホンの3位アリル置換物、
又は3及び3’位アリル置換物等が挙げられる。
【0019】本発明は、前記単量体(a)40〜80重量
%、単量体(b)5〜30重量%、単量体(c)10〜40重
量%、及び単量体(d)0〜30重量%(但し、(a)+
(b)+(c)+(d)=100重量%)の割合で反応す
る必要がある。この比率の範囲外では、強度発現性が低
下する場合があり、特に、低水セメント比領域における
コンクリートの間隙通過性向上効果は発現されない。
【0020】本発明の単量体(a)、(b)、(c)、
(d)からなる共重合体は、公知の方法で製造すること
ができる。共重合は溶媒中での重合や塊状重合等の方法
により行うことができる。
【0021】溶媒としては、水、メタノール、エタノー
ル、イソプロパノール、ブタノール等の低級アルコー
ル;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水
素;シクロヘキサン等の脂環属炭化水素;酢酸エチル等
のエステル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケト
ン類を挙げることができるが、単量体、重合体の溶解性
の面から水、低級アルコールが好ましい。
【0022】共重合は、各単量体と重合開始剤を各々反
応容器に連続滴下しても良いし、単量体の混合物と重合
開始剤を各々反応容器に連続滴下しても良い。また反応
容器に溶媒を仕込み、単量体と溶媒の混合物と、重合開始
剤溶液を各々反応容器に連続滴下しても良いし、単量体
の一部または全部を反応容器に仕込み、重合開始剤を連
続滴下しても良い。
【0023】共重合に使用する重合開始剤は、水溶媒中
では過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カ
リウム等の過硫酸塩;あるいはt-ブチルハイドロパーオ
キサイド等の水溶性有機過酸化物を用いることができ
る。この際、亜硫酸水素ナトリウム、モール塩等の促進
剤を併用することもできる。また、有機溶媒を使用する
際にはベンゾイルパーオキサイドやラウリルパーオキサ
イド等のパーオキサイド;クメンハイドロパーオキシド
等のハイドロパーオキシド;アゾビスイソブチロニトリ
ル等の芳香族アゾ化合物等が使用できる。この際、アミ
ン等の促進剤を併用することもできる。重合温度は溶媒
によって異なるが通常50〜120℃の範囲内で行われる。
【0024】共重合反応においては、必要に応じて連鎖
移動剤を用い、分子量を調整することができる。使用さ
れる連鎖移動剤は例えば、低級アルキルメルカプタン、
低級メルカプト脂肪酸、チオグリセリン、チオリンゴ
酸、2-メルカプトエタノール等が挙げられる。
【0025】重合体の重量平均分子量は、10000以上300
00以下が好ましい。10000未満であると、分散性を発現
しないためコンクリートの間隙通過性向上効果は発現さ
れない。また30000を超えると、凝集作用を示すためコ
ンクリートの間隙通過性向上効果は発現されない。より
好ましくは、10000以上25000以下である。尚、本発明に
おける重量平均分子量は、ゲルパーミエイションクロマ
トグラフィー(GPC、標準物質ポリエチレングリコー
ル、カラム:Shodex OHpak SB-806 HQ + SB-804 HQ + S
B-802.5 HQ、溶離液:0.05M NaNO3水溶液/アセトニト
リル=8/2(容積比))で測定した値である。
【0026】水溶媒中で共重合する場合、重合時のpH
は通常不飽和結合を有する単量体の影響で強酸性となる
が、これを適当なpHに調整してもよい。しかしエステ
ル系の単量体の加水分解を抑制するため、pHは8以下
が好ましい。pH調整に用いるアルカリに特に限定はな
いが、通常NaOH、Ca(OH)2等が一般的であ
る。また、pH調整は重合前の単量体に対して行っても
よいし、重合後の共重合体溶液に対して行ってもよい。
またこれらは重合前に一部のアルカリを添加して重合を
行った後、更に共重合体に対してpH調整を行ってもよ
い。
【0027】本発明のセメント分散剤は、上記のセメン
ト分散助剤と公知のセメント分散剤と混合することによ
って得ることができる。公知のセメント分散剤として
は、特に限定はないが、例えば、ポリカルボン酸系セメ
ント分散剤、ナフタレンスルホン酸系分散剤、メラミン
スルホン酸系分散剤、リグニンスルホン酸系分散剤、ア
ミノスルホン酸系分散剤、等が挙げられる。特に、ポリ
カルボン酸系セメント分散剤と併用すると、間隙通過性
の向上において著しい効果がある。又、リグニンスルホ
ン酸系分散剤と併用することにより、経時安定性の向上
効果がある。
【0028】本発明のセメント分散剤において、セメン
ト分散助剤は1重量%以上50重量%未満(固形分)配
合すれば、間隙通過性において、効果が得られる。より
好ましくは、10〜46重量%である。
【0029】本発明のセメント分散剤のセメントに対す
る添加率は、固形分添加率で通常0.1〜1.5%である。ま
た本発明のセメント分散剤は、更に、他のポリカルボン
酸系分散剤、アミノスルホン酸系分散剤、ナフタレンス
ルホン酸系分散剤、メラミンスルホン酸系分散剤、リグ
ニンスルホン酸系分散剤等の分散剤や増粘剤、AE剤、
消泡剤、効果促進剤等との併用も可能である。
【0030】
【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明を更に具体的に
説明する。なお、例中特に断りのない限り%は重量%
を、また、部は重量部を示す。
【0031】[製造例1]撹拌装置、還流装置、及び滴
下装置を備えた反応容器に水507重量部を仕込み、1
00℃に昇温した。その後、メトキシポリオキシエチレ
ンメタクリレート(平均付加モル数9)114重量部、
メタクリル酸エチル13重量部、アクリル酸30重量
部、4,4‘−ジヒドロキシジフェニルスルホンのジア
リル置換体4重量部及び水69重量部の混合液(1)
と、過硫酸アンモニウム3.5重量部及び水60重量部
の混合溶液(2)を各々2時間で、100℃に保持した
反応容器に連続滴下した。更に、温度を100℃に保持
し、1時間反応させることにより共重合物の水懸濁液を
得た。この液を30%NaOH水溶液でpH7に調整した。
共重合体について重量平均分子量を測定した結果23000
であった。
【0032】[製造例2]撹拌装置、還流装置、及び滴
下装置を備えた反応容器に水505重量部を仕込み、9
0℃に昇温した。その後、メトキシポリオキシエチレン
メタクリレート(平均付加モル数9)99重量部、2−
ヒドロキシエチルアクリレート26重量部、メタクリル
酸34重量部、30%NaOH水溶液8重量部、4,4‘−
ジヒドロキシジフェニルスルホンのジアリル置換体3重
量部及び水69重量部の混合液(1)と、過硫酸アンモ
ニウム3.8重量部及び水60重量部の混合溶液(2)
を各々3時間で90℃に保持した反応容器に、連続滴下
した。更に、温度を90℃に維持し、1時間反応させる
ことにより共重合物の水懸濁液を得た。この液を30%
NaOH水溶液でpH7に調整した。共重合体について重量
平均分子量を測定した結果22000であった。
【0033】[製造例3〜10]表1に示す条件で、実
施例1と同様に共重合物を生成した。
【0034】
【表1】
【0035】 a1:メトキシポリオキシエチレンメタクリレート(平
均付加モル数9) a2:メトキシポリオキシエチレンメタクリレート(平
均付加モル数23) b1:メタクリル酸エチル b2:2−ヒドロキシエチルアクリレート b3:2−ヒドロキシプロピルメタクリレート b4:メタクリル酸2-メトキシエチル b5:メタクリル酸メチル c1:アクリル酸 c2:メタクリル酸 c3:無水マレイン酸 d1:4,4‘−ジヒドロキシジフェニルスルホンのジ
アリル置換体 d2:4,4‘−ジヒドロキシジフェニルメタンのジア
リル置換体 d3:4,4‘−ジヒドロキシジフェニルプロパンのジ
アリル置換体 d4:アクリルアミド e1:過硫酸アンモニウム e2:過硫酸ナトリウム※1 :表における各項目の単位は、製造例1と同じ。※2 :製造例2は、混合液(1)に、さらに30%Na
OH水溶液8重量部添加。※3 :()内の数値は、使用した原材料の量を示す。
【0036】[公知セメント分散剤(ポリカルボン酸
系、以下PC剤と略)の製造例]特公昭59-18338号公報
参考例3に従って、以下のように重合を行った。温度
計、滴下ロート、窒素ガス導入管及び攪拌機を備えた反応
容器に水560.7部を仕込み、撹拌下に窒素置換し、95℃ま
で加熱した。ついでメトキシポリオキシエチレンメタク
リレート(NKエステルM-230G、新中村化学(株)製、平均エ
チレンオキサイド付加モル数23)75部、アクリル酸25部
及び水300部からなるモノマー混合溶液と、5%過硫酸アン
モニウム水溶液34.5部とのそれぞれを120分で添加し、添
加終了後更に5%過硫酸アンモニウム水溶液6.8部を20分
で添加した。この添加を終了した後、120分間95℃に温度
を保持し重合を完結させた。その後、NaOH溶液で中和を行
い、共重合物の水溶液を得た。共重合体について重量平
均分子量を測定した結果32000であった。
【0037】[コンクリート試験]50リットル2軸強
制練型コンクリートミキサーにて、表2の配合割合に従
って、細骨材、粗骨材、セメント、水および表3に示す
セメント分散剤を投入し、90秒間混練してコンクリー
ト(30リットル)を調製した。また、空気量は、AE
剤(AE-4、日本製紙(株)製)、消泡剤(トリミンDF325、ミ
ヨシ油脂(株)製)を添加して、4.0〜5.0%とな
るように調整した。得られたコンクリートの混練直後の
スランプと、28日後の圧縮強度を測定し、結果を表3
に示す。空気量、スランプ、圧縮強度は、それぞれ、J
IS A 1128、JIS A 1101、JIS
A 1108に従って測定した。
【0038】
【表2】
【0039】C セメント:普通ポルトランドセメント
三種(宇部三菱セメント(株)製、太平洋セメント
(株)製、住友大阪セメント(株)製)混合 比重3.16 W 水 :水道水 S 細骨材 :君津産陸砂/児玉産陸砂=6/4 比重2.61 F.W.(粗粒率)2.79 G 粗骨材 :青梅産砕石 比重2.63 実績率62.1%
【0040】
【表3】
【0041】[モルタル試験]5リットル練りモルタル
ミキサーを用いて、表4の配合割合に従って、モルタル
を作製した。細骨材及びセメント投入後、低速5秒間混
練の後、水及び表5に示すセメント分散剤を投入して低
速1分、高速2分混練した。得られたモルタル(混練直
後と混練30分後)について、下記のようにフローとJ
ロート流下時間を測定した。結果を表5に示す。尚、本
発明では、Jロート流下時間を、間隙通過性の指標とし
た。
【0042】・フロー 底辺直径10cm、上辺直径5cm、高さ15cmのミニスランプコ
ーンにモルタルを詰め、コーンを上方に引き抜き、モルタ
ルの広がり(フロー)を測定した。 ・Jロート流下時間 土木学会標準示方書に示されたJ14ロートにモルタルを
詰め、流下時間を測定した。流下時間は、ロートを上方
から観察してロートの穴から下方が見通せるまでの時間
として、0.1秒単位で測定した。
【0043】
【表4】
【0044】
【表5】
【0045】
【発明の効果】以上の結果より、本発明のセメント分散
助剤が、流動性及び強度発現性に優れることは明らかで
ある。尚、コンクリート強度は一般にコンクリートの配
合、特に水とセメントの重量比率(水セメント比)が大
きく影響を与えるが、他の因子も少なからず影響があ
り、分散剤も強度に何らかの影響を与えていると考えら
れる。さらに、間隙通過性(作業性)にも優れることが
分かる。従って、本発明により、フレッシュコンクリー
ト時の施工性や作業性が改善されるものであり、特に、
低水セメント比領域において、有効である。
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) C08F 290/06 C08F 290/06 // C04B 103:32 C04B 103:32 103:40 103:40 111:20 111:20 (72)発明者 上田 隆明 山口県岩国市飯田町2−8−1 日本製紙 株式会社化成品開発研究所内 Fターム(参考) 4G012 PB27 PB31 PB32 PC02 PC03 PC12 4J027 AC02 AC06 BA06 BA07 BA18 CD00

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式(1)で示されるポリアルキレン
    グリコールモノ(メタ)アクリル酸エステル系単量体
    (a)40〜80重量%、一般式(2)で示されるモノ(メ
    タ)アクリル酸エステル系単量体(b)5〜30重量%、
    一般式(3)で示される不飽和結合を有するカルボン酸
    系単量体(c)10〜40重量%、及びこれらと共重合可能
    な単量体(d)0〜30重量%(但し、(a)+(b)+
    (c)+(d)=100重量%)の割合で反応して得ら
    れる共重合体及び/または該重合体を更にアルカリ性物
    質で中和して得られる共重合体塩であることを特徴とす
    るセメント分散助剤。 【化1】一般式(1) :水素原子またはメチル基 RO:オキシエチレン基、またはオキシプロピレン基 m:5〜50の整数 R:水素または炭素数1〜3のアルキル基 【化2】一般式(2) :水素原子またはメチル基 R:炭素数1〜4のアルキル基、該アルキル基の一部
    が水酸基で置換されたヒドロキシアルキル基、該アルキ
    ル基の一部がメトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基
    で置換されたアルコキシアルキル基、又は一部が水酸基
    あるいはアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基等)で
    置換されてもよいベンジル基もしくはシクロヘキシル基 【化3】一般式(3) R6,R7,R8:水素またはメチル基または(C
    2mCOOM (mは、0〜2の整数) M:水素原子、一価金属原子、二価金属原子、アンモニ
    ウム基または有機アミン基
  2. 【請求項2】 前記単量体(d)が、(メタ)アリルビス
    フェノール類0.1〜10重量%である請求項1記載のセメ
    ント分散助剤。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載のセメント分散助剤
    50%未満を含むことを特徴とするセメント分散剤。
  4. 【請求項4】 請求項3記載のセメント分散剤、セメン
    ト及び水を含有してなるセメント組成物。
JP2002088253A 2002-03-27 2002-03-27 セメント分散助剤およびセメント分散剤、それらを含んだセメント組成物 Expired - Fee Related JP4151941B2 (ja)

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