JP2003286060A

JP2003286060A - セメント組成物

Info

Publication number: JP2003286060A
Application number: JP2002090537A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Kono; 克哉河野; Hiroshi Hayashi; 浩志林; Yasuyuki Ishida; 泰之石田; Masaki Ishimori; 正樹石森
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2003-10-07

Abstract

(57)【要約】【課題】ポゾランを含有するセメント組成物におい
て、表面の黒色化ならびに気泡を生じて美観を損なうこ
となく、しかも流動性を保つセメント組成物を提供す
る。【解決手段】ポゾランとセメント用分散剤を含有するセ
メント組成物においてポリビニル化合物を配合したこと
を特徴とするセメント組成物であり、特に、ポリビニル
化合物がビニル基に親水基および疎水基が付加した水溶
性ポリビニル化合物であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポゾランを含有し
たセメント組成物に関する。さらに詳しくはポゾランに
含まれる炭素粒子の混練時の分離を抑え、硬化体の表面
美観を改善し、かつ良好な流動性を確保するセメント組
成物に関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】ポゾランは、シリカ質、また
はシリカ質およびアルミナ質の微粉末で、それ自体に水
硬性はないが、セメントの水和で生じる水酸化カルシウ
ムと水が存在すれば、常温で珪酸カルシウム塩、アルミ
ン酸カルシウム塩等の不溶性化合物をつくるものをい
い、天然ポゾランと人工ポゾランがある。セメント組成
物用の混和材として広く利用されているものとしては、
工業上の副産物として排出されるシリカフューム、フラ
イアッシュ等の人工ポゾランが一般的である。シリカフ
ュームはシリコン、フェロシリコン、クロムシリコン、
シリコンマンガン等の珪素合金を電気炉で製造する際、
排ガス中に浮遊して発生する超微粒子を集塵機で捕集し
た副産物であり、また、フライアッシュは火力発電所等
の粉炭をボイラーで燃焼する際、排ガス中に含まれる灰
の微粒子を集塵機で捕集した副産物である。ポゾラン
は、セメント組成物に配合して水と混合すると、流動性
が向上してセメント組成物のワーカビリティーを改善で
きるうえ、硬化組織が密実になるので耐久性が向上する
とともに長期強度が増加する等、セメント組成物に優れ
た性能を付与することが可能となる。

【０００３】しかし、上記人工ポゾランは燃焼副産物で
あるために未燃焼の炭素粒子が残存している。該炭素粒
子は疎水性であるうえ、セメント組成物を構成する他の
材料成分と比重差が大きいためにセメント混練物中の液
相を移動して、施工時に上面に浮き出て凝集する、また
は型枠と接する面で捕そくされて凝集する。その結果、
セメント硬化体の表面に不規則な斑状、縞状等の黒色模
様となって表面の美観を損なうという問題がある。特
に、ポンプ圧送や振動締固め成形機等によって打込み作
業を行った際には、脈動や振動を受けて、分離した炭素
粒子が浮上し易くなり、表面美観を著しく悪くする。セ
メント硬化体表面の黒色化が激しい場合には、構造的欠
陥となってセメント硬化体の強度および耐久性を低下さ
せるといった問題も生じる。

【０００４】該セメント硬化体表面の黒色化を防止する
ためには、含有炭素粒子が低減、好ましくは全て除去さ
れたポゾランを配合すれば良い。しかしながら、副産物
である人工ポゾランは、現状、炭素粒子低含有品が安定
的に供給されることはなく、副産物として集塵する際に
炭素粒子除去工程を設けることは経費の増大を招くう
え、回収した炭素粒子の処理、廃棄等の面で新たな問題
を生じる。

【０００５】ポゾランを含有するセメント組成物では、
セメント組成物用の増粘剤として一般的に利用されてい
るセルロースエーテル系またはアクリル系の高分子から
成る分離低減剤を配合し、液相の粘性を高めて炭素粒子
の移動に対して抵抗性を持たせることで表面への浮上を
抑制できる。しかし、粘性付与によってセメント混練物
自体の流動性が低下するばかりでなく、粘性が増加した
セメント混練物では練混ぜに際して巻き込んだ空気が抜
けず、硬化後に表面気泡として取り残され、かえって表
面美観を悪化させるといった問題があった。特開平５−
１３２３４７号ではアミン化合物の添加、特開２０００
−７２５１０号では陽イオン性界面活性剤および／また
は非イオン性界面活性剤の添加によって炭素粒子をセメ
ント組成物中に均一に分散させて表面の黒色化を防止し
ているが、いずれも界面活性作用が強いため液相中で気
泡を発生させるばかりでなく、共用するセメント分散剤
の種類によっては増粘作用が生じて流動性を低下させ
る。また、該手段によって発生した気泡は表面張力によ
って炭素粒子を付着させる作用があるため、気泡の移動
に伴って炭素粒子も表面に浮上し、表面の黒色化防止に
対する効果は十分でない。また、セメント組成物用の消
泡剤として利用されるポリエーテル系またはシリコン系
の高分子を添加した場合でも、未燃焼の炭素粒子に吸着
され易いため十分な消泡効果が得られず、該消泡成分を
吸着した炭素粒子は疎水性が高められ、さらに分離し易
くなるといった問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、ポゾランを含有するセメント組成物において、含有
される炭素粒子の分離および気泡の発生を生じることな
く表面美観を改善でき、しかも粘性を増加させることな
く流動性を保つセメント組成物を提供することを目的と
している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは前記課題解
決のため鋭意研究した結果、分散作用かつ造膜作用を兼
ね備えた特定成分を配合することで、該成分の分散作用
によって液相の粘性を変化させずに炭素粒子と液相の親
和性を強めて分離を防止すると共に気泡発生を抑制する
効果、ならびに該成分の造膜作用が打込み表面で発揮さ
れることによって炭素粒子および気泡の浮き上がりを表
面近傍で妨害する効果の２つの効果が相乗的に作用する
ことによって表面美観に対する改善性が著しく高まり、
しかも該成分の添加によって粘性が増大しないために流
動性の保持性能が向上することを見出し、本発明を完成
させた。

【０００８】すなわち、本発明のセメント組成物は、
（１）ポゾランとセメント用分散剤を含有するセメント
組成物においてポリビニル化合物を配合したことを特徴
とし、好ましくは、（２）ポリビニル化合物がビニル基
に親水基および疎水基が付加した水溶性ポリビニル化合
物であるもの、（３）ポリビニル化合物の添加量がポゾ
ラン１００重量部に対して０．０１〜１重量部であるこ
とを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明のセメント組成物は、粉体
成分、または粉体と液体の２成分から成り、セメント組
成物と水を混合して得られるセメントペースト、モルタ
ル、コンクリートを含むものである。

【００１０】本発明のセメント組成物に必須含有される
ポゾランは、シリカフューム、石炭灰（ボトムアッシ
ュ、シンダーアッシュ、フライアッシュ）等の人工ポゾ
ラン、火山灰等の天然ポゾランが挙げられ、炭素粒子を
含有するポゾランであれば特に限定されるものではな
く、セメント組成物への配合量も限定されるものではな
い。

【００１１】本発明のセメント組成物に必須含有される
セメントは、いずれのセメントであっても良く、普通セ
メント、中庸熱セメント、低熱セメント、早強セメン
ト、超早強セメント、耐硫酸塩セメント等の各種ポルト
ランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フラ
イアッシュセメント等の各種混合セメント、超速硬セメ
ント、アルミナセメント、白色セメント、油井セメント
等のセメントが挙げられ、特に限定されるものではな
い。

【００１２】本発明のセメント組成物に含有されるセメ
ント用分散剤は、リグニンスルホン酸系、ナフタレンス
ルホン酸系、メラミンスルホン酸系、ポリカルボン酸系
等の高分子界面活性剤、およびオキシカルボン酸等の低
分子界面活性剤から成る減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減
水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤等を挙げることがで
きる。セメントおよびセメント水和生成物の粒子を分散
できるものであれば特に限定されないが、セメント用分
散剤の中でも高性能減水剤や高性能ＡＥ減水剤に属する
ものが好ましく、より好ましくはポリカルボン酸系の高
性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤である。ポリカルボン酸
系のセメント用分散剤は、側鎖中に有するエーテル結合
の酸素が液相中の水分子と強い水素結合を生じて広範囲
な親水性の立体保護膜を形成する。該保護膜はセメント
粒子同士の凝集に対して立体的な障害となって高い分散
状態を保つため、高分散系に置かれた液相中の炭素粒子
は移動し難くなるうえ、セメントの水和進行に伴う粘性
上昇を長時間抑制できる効果がある。

【００１３】本発明のセメント組成物に配合されるポリ
ビニル化合物は、液相の水分子と固体相の炭素粒子表面
との親和力を強めることによって、炭素粒子をセメント
組成物中に均一に分散させることのできる水溶性の物質
であり、すなわち、その分子構造中に親水基および疎水
性基を有することで異なる２相の界面によく吸着される
物質である。また、該ポリビニル化合物は、外気と接す
るセメント混練物の表面で極薄い皮膜を形成することに
よって、浮き上がってきた炭素粒子ならびに気泡の表面
露出を近傍で遮断することのできる物質である。外気と
接するセメント混練物の表面は、外気中への水分逸散、
ならびにセメントの水和反応による水分消費に起因し
て、局所的な強い乾燥を受けており、この乾燥によって
造膜性を発揮する物質である。

【００１４】本発明のセメント組成物に配合するポリビ
ニル化合物としては、ポリビニルアルコールが好まし
い。ポリビニルアルコールのけん化度が８７〜９８モル
％であることが好ましく、８７〜９０モル％であること
がより好ましい。けん化度がこれの範囲より低くても高
くても、セメント組成物が使用される通常５℃〜３５℃
の温度範囲において水に溶解し難くなり、黒色粒子を分
散させる効果が小さくなる。また、２０℃の４％水溶液
の粘度が２７．０ｍＰａ・ｓ以下であることが好まし
く、さらに好ましくは１０．０ｍＰａ・ｓ以下のポリビ
ニルアルコールである。粘度がこれより大きいと、セメ
ント混練物の粘性も増加し、流動性の低下よって作業性
が悪くなるうえ、練混ぜ中に空気が混入することによっ
て表面気泡が発生し易くなる。

【００１５】本発明に係るポリビニル化合物は、粉末の
形態、または水に溶解させた水溶液の形態としてセメン
ト組成物に配合され、いずれの形態であっても限定され
るものではない。粉末の形態で配合される場合には、粒
子径が６００μｍ以下のものが好ましい。粒子径が６０
０μｍを超えるものは水への溶解速度が遅く、液相中へ
の分散が不十分となるため、好ましくない。

【００１６】本発明のセメント組成物において、ポリビ
ニル化合物の添加量は、ポゾラン１００重量部に対し
て、固形分の重量で０．０１〜１．０重量部であること
が好ましい。ポリビニル化合物の添加量が０．０１重量
部より少ないとポゾラン中の炭素粒子を液相中に分散さ
せる作用ならびに造膜によって表面への浮上がりを防止
する作用が不十分であり、１．０重量部より多いと混練
時に粘性が増加して、流動性の低下および空気の巻き込
みによる表面気泡を生じるため、好ましくない。

【００１７】本発明のセメント組成物には、その他の成
分として、例えば、ＡＥ剤、消泡剤、流動化剤、増粘
剤、促進剤、遅延剤、防錆剤、収縮低減剤、水和熱低減
剤等の混和剤、高炉スラグ微粉末、石灰石微粉末、膨張
材等の混和材、川砂、川砂利、山砂、山砂利、海砂、海
砂利などの天然骨材、砕砂、砕石、高炉スラグ骨材、溶
融スラグ骨材、人工軽量骨材、重量骨材、プラスチック
骨材等の人工骨材、鋼繊維、ガラス繊維、プラスチック
繊維、炭素繊維等の繊維補強材を配合してよい。

【００１８】本発明のセメント組成物を製造する場合、
セメント組成物を構成する材料の添加方法および添加順
序は特に限定されるものではなく、セメント組成物の練
混ぜ方法も特に限定されるものではない。

【００１９】

【実施例】以下に本発明を実施例によって具体的に示
す。なお、本発明はこれらの例に限定されない。

【００２０】セメントとして普通ポルトランドセメント
（密度３．１５ｇ／ｃｍ³、太平洋セメント社製）、ポ
ゾラン混和材としてシリカフューム（マイクロシリカ９
４０−Ｕ、密度２．２ｇ／ｃｍ³、炭素含有量１．５重
量％、エルケム社製）およびフライアッシュ（密度２．
１ｇ／ｃｍ³、炭素含有量３．５重量％、火力発電所産
出品）、細骨材としてセメント強さ試験用標準砂（ＪＩ
ＳＲ５２０１、セメント協会製）、高性能減水剤と
して粉末型ポリカルボン酸系化合物（コアフローＮＦ−
１００、太平洋セメント社製）、添加剤として本発明に
係るポリビニル化合物（信越ポバールＰＡ−０５Ｓ、け
ん化度８８モル％、２０℃の４％水溶液粘度５ｍＰａ・
ｓ、信越化学工業社製）、従来のセルロース系化合物
（メトローズＨｉ９０ＳＨ−４０００、信越化学工業社
製）を用い、これらを表１に示す配合量に従ってセメン
ト組成物を調整した。

【００２１】

【表１】

【００２２】温度２０℃、相対湿度９０％の恒温恒湿室
において、水を投入した容積１０Ｌのステンレス製容器
に、調整した材料をハンドミキサ（回転数１１００ｒｐ
ｍ）で攪拌しながら１分間で投入し、その後３分間の練
混ぜを行った。練上がったセメント組成物は、流動性、
巻込み空気量、炭素粒子の分離、および硬化後の表面美
観性に関する評価を行った。

【００２３】流動性に関する評価は、ＪＳＣＥ−Ｆ５４
１−１９９９（充填モルタルの流動性試験方法）に準じ
て行い、練上がり直後のセメント組成物、ならびに練上
がりから１時間経過後のセメント組成物についてＪ１４
漏斗からの流下時間を測定した。

【００２４】練混ぜ中に巻き込んだ空気に関する評価
は、ＪＩＳＡ１１１６−１９９８（フレッシュコン
クリートの単位容積質量試験方法及び空気量の質量によ
る試験方法（質量方法））に準じて、練混ぜたセメント
組成物の空気量を測定した。なお、単位容積質量測定用
容器は容積が約５００ｃｍ³のものを使用した。

【００２５】炭素粒子の分離に関する評価は、練り上が
ったセメント組成物を内径１０ｃｍ×高さ２０ｃｍの鋼
製円柱型枠に打込んでテーブル式バイブレーター（振動
数２８５０ｖｐｍ）にて３０秒加振した条件にて、上面
への浮上がり状況を目視観察し、以下のように評価し
た。 ◎：浮遊なし ○：わずかに浮遊する △：多く浮遊する ×：非常に多く浮遊する

【００２６】硬化後の表面美観性に関する評価は、上述
の加振した供試体を材齢２４時間で脱型して硬化表面の
黒色化または気泡の状況を目視観察し、以下のように評
価した。表面の黒色化 ◎：均質で黒色模様は認められない ○：わずかに斑状の黒色模様が存在する △：斑状ならびに縞状の黒色模様が多い ×：斑状ならびに縞状の黒色模様が黒色模様表面の気泡 ◎：気泡は認められない ○：わずかに気泡が存在する △：気泡の発生個数が多い ×：気泡の発生個数が非常に多く、粗大な気泡も認めら
れる

【００２７】

【表２】

【００２８】表２に示すように、添加剤を配合していな
い比較例１１〜１４では、いずれもシリカヒューム、ま
たはフライアッシュに含まれる炭素粒子の分離を生じ
て、硬化後の供試体表面に黒色化した斑状あるいは縞状
の模様が見られた。また、従来のセルロース系化合物を
配合した比較例１５〜１６では、炭素粒子の分離が抑制
されて表面の黒色化は改善されたものの、流動性の低
下、練混ぜ時の空気混入、表面気泡の発生が非常に多く
観察された。一方、本発明の実施例１〜６では、炭素粒
子が表面に浮遊せず、硬化後の表面の黒色化も生じなか
った。さらに、粘性の増加による初期の流動性の低下、
および流動性の経時変化の増大は認められず、練混ぜに
よる空気の巻き込みもないため、硬化表面に気泡が発生
せず、良好な美観を保った。

【００２９】実施例７〜８は、ポリビニル化合物の添加
量がポゾラン１００重量部に対して０．０１重量部より
少なく、炭素粒子の分離抑制や表面黒色化の防止の効果
があまり十分でなかった。また、実施例９〜１０は、ポ
リビニル化合物の添加量がポゾラン１００重量部に対し
て０．１重量部より多く、練混ぜ時の空気混入や表面気
泡が、比較例１５〜１６よりは少ないものの、多く発生
したため、あまり好適でない。

【００３０】

【実施の効果】本発明によれば、良好な流動性を確保し
つつ、表面の黒色化や気泡がなく、美観に優れたセメン
ト組成物を提供できる。

───────────────────────────────────────────────────── 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 18:08 Ｃ０４Ｂ 24:26 Ｅ 24:26 Ｂ） (72)発明者石森正樹千葉県佐倉市大作二丁目４番２号太平洋セメント株式会社中央研究所内Ｆターム(参考） 4G012 PA07 PA26 PA27 PB04 PB29 PB31 PC02 PC03 PC08 PC11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポゾランとセメント用分散剤を含有する
セメント組成物においてポリビニル化合物を配合したこ
とを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】ポリビニル化合物がビニル基に親水基お
よび疎水基が付加した水溶性ポリビニル化合物であるこ
とを特徴とする請求項１記載のセメント組成物。
【請求項３】ポリビニル化合物の添加量がポゾラン１
００重量部に対して０．０１〜１重量部であることを特
徴とする請求項１〜２記載のセメント組成物。