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Info
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
たは(CH2)mCOOM (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。
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。
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。
%、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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
施例1と同様に共重合物を生成した。
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。
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。
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。
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%
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。
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。
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。
Claims (4)
- 【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) R1:水素原子またはメチル基 R2O: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 R3:水素または炭素数1〜3のアルキル基 【化2】一般式(2) R4:水素原子またはメチル基 R5: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
H2)mCOOM (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 - 【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。 - 【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。 - 【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。
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