JP2003335562A - スランプロス防止に優れるセメント減水剤 - Google Patents
スランプロス防止に優れるセメント減水剤Info
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Abstract
メントを提供する。 【解決手段】 式1で表される化合物および式2 R1−O−(A)n1−(AO)n2−R2 (1) (R1はアルケニル基,R2はアルキル基,Aはアルキ
レンイミン基) (R3、R4は水素,メチル基,Aはアルキレンイミン
基,AOはオキシアルキレン基,X1はアルキル基)で
表される化合物と式3(R5〜R7はH,メチル基,Y
1はアルカリ金属等)で表される化合物と式4(R8は
H,メチル基, Z1はH,アルカリ金属等)で表される化合物,スチレ
ン等から選択される単量体との共重合体およびその塩か
らなるセメント減水剤である。
Description
ルタルなどのセメント組成物を製造する際に使用される
スランプロス防止に優れるセメント減水剤に関する。
組成物は、その品質を改善する目的でセメント減水剤が
広く使用されている。セメント減水剤としては、ナフタ
レンスルホン酸ホルマリン縮合物系減水剤、メラミンス
ルホン酸ホルマリン縮合物系減水剤、リグニンスルホン
酸系減水剤、ポリカルボン酸系減水剤などが一般的に使
用されている。その中でも、近年に開発されたポリカル
ボン酸系減水剤は、他のセメント減水剤と比較して減水
性能及びスランプロスの防止効果に優れているために、
その需要が増加しつつある。
発の経緯からみて、減水効果に着目した「分散型」のポ
リカルボン酸と、スランプロス防止に着目した「スラン
プ保持型」のポリカルボン酸に大別することができる。
ポリカルボン酸系セメント減水剤の開発当初においては
専ら「分散型」のものが着目されており、ポリアルキレ
ンオキシド基をもたない、不飽和ジカルボン酸や不飽和
モノカルボン酸の共重合体などが提案されていた(特許
1708477号や特許1675225号)。しかし、
これらはスランプロス防止性能が不十分であったことは
勿論、減水性能においても充分に満足するものではなか
った。その後、ポリエチレングリコールメタクリレート
とメタクリル酸との共重合体(特開昭58−3838
0)、ポリエチレングリコールメタクリレートとメタク
リル酸と不飽和カルボン酸のポリアルキレンオキシドを
有するアミド化合物付加物との共重合体(特開昭62−
70250)など、より減水性能の高いポリアルキレン
オキシド基を有するポリカルボン酸系セメント減水剤が
開発され、前者に変わって広く使われるようになった。
しかし、この「分散型」のポリカルボン酸系セメント減
水剤は、それまでのポリアルキレンオキシド基をもたな
いものと比較すれば減水性能は向上したものの、スラン
プロス防止効果に関しては、なお充分に満足する性能で
はなかった。
ンクリートのスランプロス防止効果への要求もより大き
くなり、「スランプ保持型」のポリカルボン酸の開発が
進んだ。例えば、ポリエチレングリコールメタクリレー
トとメタクリル酸との共重合体(特開平5−21364
4)、不飽和結合を有するポリアルキレングリコールジ
エステル系単量体とアクリル酸系単量体と不飽和結合を
有するポリアルキレングリコールモノエステル系単量体
から選択された共重合体(特開平5−238795)、
オキシエチレン基が1〜10と11〜100の異なる鎖
長のポリエチレングリコールメタクリレートとメタクリ
ル酸との共重合体(特開平9−286645)、ポリオ
キシアルキレン誘導体と無水マレイン酸との共重合体
(特許2541218号)、ポリオキシアルキレン誘導
体と無水マレイン酸との共重合体(特開平7−2157
46)、アルケニルエーテルと無水マレイン酸との共重
合体(特開平5−310458)、炭素数2〜8のオレ
フィンとエチレン性不飽和ジカルボン酸無水物との共重
合体(特開平4−74748)、ポリアクリル酸や炭素
数2〜8のオレフィンとエチレン性不飽和ジカルボン酸
との共重合体などとの金属コンプレックス(特開昭62
−83344)などが提案され、前述の「分散型」のポ
リカルボン酸系セメント減水剤と「スランプ保持型」と
の併用により、「分散型」では不十分とされていたスラ
ンプロス防止効果が改善されるようになった(特許第2
741631号)。
は、一応所期の目的を達成するものとはいえるものの、
以下のような実用上の点が問題視されるようになってき
た。即ち、コンクリートが、製造プラントで製造・出荷
され、トラックアジテータ車によって工事現場まで運搬
され、ポンプ車に荷卸して打設場所までポンプ圧送され
るまでに要する時間は、製造プラントから工事現場まで
の交通事情や距離、あるいは現場のコンクリート打設状
況により大きく左右されるが、スランプロスはこの時間
に大きく依存し、さらに、コンクリート温度にも依存す
る。それ故に、コンクリートに要求されるスランプロス
の防止効果も現場毎に大きく異なるが、コンクリートの
品質管理上、スランプは、現場の状況に依存することな
く、できるだけ一定であることが望まれる。
ンクリート構造物によりスランプや強度などの要求性能
が異なるために、その配合において単位水量や水セメン
ト比が異なる多種類のものが製造されている。このた
め、コンクリートの製造に使用するセメント減水剤に要
求されるスランプロスの防止効果も種々異なる。
が小さい配合のコンクリートの方が大きい配合のコンク
リートよりも顕著となる傾向を示すために、通常これに
対応するスランプロス防止効果の異なる2種類以上のセ
メント減水剤を用意してこれらを適宜配合して対処しな
ければならない。例えば、スランプロス防止効果という
要求性能に焦点を当てたセメント減水剤においては、水
セメント比が大きい配合のコンクリートに適したセメン
ト減水剤を、水セメント比が小さい配合のコンクリート
に使用した場合、減水性能が充分に発揮されず、かつ、
スランプロスが大きくなるという結果を招来してしまう
など、水セメント比や要求されるスランプロス防止効果
に応じた複数種類のセメント減水剤を適切に選択するこ
と自体容易なこととはいえない。
解決しようとする課題は、上記の問題点を解消し、コン
クリートの品質管理上、水セメント比が異なる配合のコ
ンクリートにおいて、また、要求されるスランプロス防
止効果が異なる状況においても使用することができ、減
水性能が高く、かつ、コンクリートのスランプロスを十
分に防止することできる汎用性のあるセメント減水剤を
提供することにある。
題を解決するために、鋭意研究を重ねた結果、特定の共
重合体を2種以上組み合わせると、驚くべきことにコン
クリートの配合如何に拘わらずそれぞれ単独で用いた場
合に比べて高いスランプロス防止効果が得られることを
見出し、さらに研究を進めた結果、本発明を完成するに
至った。
炭素数1〜4のアルキル基、Aは炭素数2〜4のアルキ
レンイミン基、n1は0〜30、AOは炭素数2〜4の
オキシアルキレン基、n2は0〜35である。)で表さ
れる化合物および式(2):
の整数、Aは炭素数2〜4のアルキレンイミン基、n3
は0〜30、AOは炭素数2〜4のオキシアルキレン
基、n4は0〜35、X1は1〜3のアルキル基であ
る。)で表される化合物からなる群から選択される1又
は2以上の単量体と、式(3)
2)a2COOM1、a 2は0〜2の整数、Y1および
M1は水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモ
ニウム、アルキルアンモニウムである。)で表される化
合物、
リ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、アルキルア
ンモニウムである。)で表される化合物、スチレン、ス
チレンスルホン酸、無水マレイン酸およびアクリルアミ
ドアルカンスルホン酸からなる群から選択される1又は
2以上の単量体との共重合体および/またはその塩の2
種以上の組み合わせからなり、該組み合わせが夫々単独
で用いた場合より、スランプロスが減少する組み合わせ
である、セメント減水剤に関する。
うち、第1の共重合体の式(1)および/または式
(2)のn2が9〜35、n4が9〜35であり、第2
の共重合体の式(1)および/または式(2)のn2が
0〜8、n4が0〜8であり、第1の共重合体の含有割
合が共重合体全量に対して70重量%以下であることを
特徴とする、前記セメント減水剤に関する。また、本発
明は、第1の共重合体の平均分子量がポリエチレングリ
コール換算で10000〜30000、第2の共重合体
の平均分子量がポリエチレングリコール換算で5000
〜30000であることを特徴とする、前記セメント減
水剤に関する。
の共重合体の酸残存基を示す単量体の重量比が、各共重
合体の重量に対して10%以上であることを特徴とす
る、前記セメント減水剤に関する。また、本発明は、さ
らにオキシカルボン酸および/またはその塩、糖類、糖
アルコール類からなる群から選択される1または2以上
を、共重合体全量に対して5〜40重量%含有すること
を特徴とする、前記セメント減水剤に関する。
重合体のうち、主に付加されるアルキレン鎖長の異なる
単量体を用いた共重合体を2種以上組み合わせてなり、
夫々単独で用いた場合より、スランプロスが減少する組
み合わせのものである。即ち、本発明により、これらの
共重合体を適宜2種以上組み合わせるだけで、スランプ
防止効果が得られるだけでなく、さらにそのスランプ防
止効果が水セメント比に依存しない、従来では達成でき
なかった汎用性の減水剤が得られる。このことは、単独
で用いた場合には、十分なスランプ防止効果が得られな
いため、前述のとおりコンクリートの配合などに応じて
スランプ防止剤と組み合わせざるを得なかった従来技術
に比べ格段に経済性、作業効率の向上に資するものであ
る。
カニズムは必ずしも明確ではないが以下のことが推測さ
れる。コンクリートのスランプロスを防止する作用機構
は、一般的にはDLVO理論と立体的反発理論とによっ
て説明され得るが、ポリカルボン酸系セメント減水剤
は、一般的には強力な立体的反発力の作用により、低添
加量でスランプロス防止効果が得られるとされている。
本発明のスランプロス防止に優れるセメント減水剤は、
立体的反発力に優れるポリカルボン酸と、DLVO理論
に基づく電気的反発力に優れるポリカルボン酸を適宜組
み合わせることで、相乗的なスランプロス防止効果が得
られ、水セメント比が異なる場合や、要求されるスラン
プロス防止効果が異なる状況の中であっても、スランプ
ロスの防止効果を一律に改善することが可能になるもの
と考えられる。
るセメント減水剤は、特定の共重合体を2種以上の組み
合わせからなり、組み合わせが夫々単独で用いた場合よ
り、スランプロスが減少する組み合わせであることを特
徴とし、夫々単独で用いた場合より、スランプロスが減
少するものであれば、いずれの組み合わせであってもよ
い。本発明に用いられる共重合体は、式(1): R1−O−(A)n1−(AO)n2−R2 (1) (ただし、R1は炭素数2〜5のアルケニル基、R2は
炭素数1〜4のアルキル基、Aは炭素数2〜4のアルキ
レンイミン基、n1は0〜30、AOは炭素数2〜4の
オキシアルキレン基、n2は0〜35である。)で表さ
れる化合物
の整数、Aは炭素数2〜4のアルキレンイミン基、n3
は0〜30、AOは炭素数2〜4のオキシアルキレン
基、n4は0〜35、X1は1〜3のアルキル基であ
る。)で表される化合物からなる群から選択される1又
は2以上の単量体と、式(3)
2)a2COOM1、a 2は0〜2の整数、Y1および
M1は水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモ
ニウム、アルキルアンモニウムである。)で表される化
合物、
リ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、アルキルア
ンモニウムである。)で表される化合物、スチレン、ス
チレンスルホン酸、無水マレイン酸およびアクリルアミ
ドアルカンスルホン酸からなる群から選択される1又は
2以上の単量体との共重合体である。
ち、付加されるアルキレンオキサイド鎖長の長い単量体
と短い単量体を用いた共重合体を組み合わせて用いるこ
とが、スランプロス防止効果の点から好ましく、具体的
には、2種の共重合体のうち、第1の共重合体の式
(1)および/または式(2)のn2が9〜35、n4
が9〜35であり、第2の共重合体の式(1)および/
または式(2)のn2が0〜8、n4が0〜8を第1の
共重合体の含有割合が共重合体全量に対して70重量%
以下で用いるのが好ましい。第1の共重合体に用いられ
る、式(1)におけるn1が0、n2が9〜35の化合
物としては、具体的には、メトキシポリエチレングリコ
ールアリルエーテル(11EO)、メトキシポリエチレ
ングリコールアリルエーテル(25EO)、メトキシポ
リエチレングリコール・ポリプロピレングリコールアリ
ルエーテル(11EO・3PO)、メトキシポリエチレ
ングリコールアリルエーテル(35EO)、メトキシポ
リエチレングリコールビニルエーテル(12EO)が挙
げられ、好ましくは、メトキシポリエチレングリコール
アリルエーテル(11EO)である。
おけるn3が0、n4が9〜35の化合物としては、具
体的には、メトキシポリエチレングリコールアクリレー
ト(11EO)、メトキシポリエチレングリコールメタ
クリレート(11EO)、メトキシポリエチレングリコ
ールメタクリレート(25EO)、メトキシポリエチレ
ングリコール・ポリプロピレングリコールメタクリレー
ト(11EO・3PO)、メトキシポリエチレングリコ
ール−メタリルカルボン酸エステル(25EO)が挙げ
られ、好ましくは、メトキシポリエチレングリコールメ
タクリレート(11EO)、メトキシポリエチレングリ
コールメタクリレート(25EO)である。
おけるn2が0〜8であり、特にアルキレンイミンを有
さないn1が0である化合物としては、具体的には、メ
トキシポリエチレングリコールアリルエーテル(4E
O)、メトキシポリエチレングリコールアリルエーテル
(6EO)、メトキシポリエチレングリコール・ポリプ
ロピレングリコールアリルエーテル(4EO・2P
O)、メトキシポリエチレングリコールアリルエーテル
(5EO)、メトキシポリエチレングリコールビニルエ
ーテル(6EO)が挙げられ、好ましくは、メトキシポ
リエチレングリコールアリルエーテル(6EO)であ
る。
おけるn2が0〜8であり、n1が1〜30である化合
物としては、具体的には、メトキシポリエチレングリコ
ール(4)−ポリエチレンイミン(10)アリルエーテ
ル、メトキシポリエチレングリコール(6)−ポリエチ
レンイミン(10)アリルエーテル、メトキシポリエチ
レングリコール(8)−ポリエチレンイミン(25)ア
リルエーテル、メトキシポリエチレングリコール(6)
−ポリエチレンイミン(10)ビニルエーテルが挙げら
れ、メトキシポリエチレングリコール(4)−ポリエチ
レンイミン(10)アリルエーテル、メトキシポリエチ
レングリコール(6)−ポリエチレンイミン(10)ビ
ニルエーテルが好ましい。
おけるn4が0〜8であり、特にアルキレンイミンを有
さないn3が0である化合物としては、具体的には、メ
トキシポリエチレングリコールアクリレート(6E
O)、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート
(2EO)、メトキシポリエチレングリコールメタクリ
レート(6EO)、メトキシポリエチレングリコール・
ポリプロピレングリコールメタクリレート(4EO・2
PO)、メトキシポリエチレングリコール−メタリルカ
ルボン酸エステル(6EO)が挙げられ、好ましくは、
メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(4E
O)、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート
(6EO)である。
おけるn4が0〜8であり、n3が1〜30である化合
物としては、具体的には、メトキシポリエチレングリコ
ール(4)−ポリエチレンイミン(10)アクリレー
ト、メトキシポリエチレングリコール(4)−ポリエチ
レンイミン(10)メタクリレート、メトキシポリエチ
レングリコール(6)−ポリエチレンイミン(10)メ
タクリレート、メトキシポリエチレングリコール(8)
−ポリエチレンイミン(25)メタクリレート、メトキ
シポリエチレングリコール(6)−ポリエチレンイミン
(10)メタリルスルホン酸エステルが挙げられ、好ま
しくは、メトキシポリエチレングリコール(4)−ポリ
エチレンイミン(10)メタクリレート、メトキシポリ
エチレングリコール(6)−ポリエチレンイミン(1
0)メタクリレートである。
である、式(3)の化合物としては、具体的には、アク
リル酸、メタクリル酸、マレイン酸が挙げられ、好まし
くは、メタクリル酸、マレイン酸である。また、同じく
他の単量体である、式(4)の化合物としては、具体的
には、メタリルスルホン酸が挙げられ、他には、スチレ
ン、スチレンスルホン酸、無水マレイン酸、アクリルア
ミドメチルプロパンスルホン酸が挙げられ、スチレン、
無水マレイン酸が好ましい。
ト減水剤は、上記第1の共重合体の平均分子量がポリエ
チレングリコール換算で10000〜30000が好ま
しく、特に好ましくは、15000〜25000であ
り、上記第2の共重合体の平均分子量がポリエチレング
リコール換算で5000〜30000が好ましく、特に
好ましくは、8000〜20000である。組み合わせ
てなる本発明のセメント減水剤の上記第1および第2の
共重合体の平均分子量が上記範囲内であれば、相乗的な
スランプロス防止効果が得られ、水セメント比が異なる
場合や、要求されるスランプロス防止効果が異なる状況
の中でも、スランプを一定に保持することできることか
ら特に好ましい。
ト減水剤は、上記第1の共重合体および第2の共重合体
の酸残存基を示す単量体の重量比が、各共重合体の重量
に対して10%以上であることを特徴とし、20%〜4
0%が好ましく、10%未満の場合、セメントに対する
減水性が低下し、添加量が増加するために経済性に劣る
ことと、相乗的なスランプロス防止効果が得られ難くな
り、すなわち、水セメント比が異なる場合や、要求され
るスランプロス防止効果が異なる状況の中でも、スラン
プを一定に保持することが困難となる。
ト減水剤は、共重合体の混合物に、さらにオキシカルボ
ン酸および/またはその塩、糖類、糖アルコール類の中
から1以上選択されたものを、適宜の量、好ましくは共
重合体の総重量に対して、5〜40重量%、とくに好ま
しくは10〜30重量%を含有する。
酸、グルコン酸、フマル酸などが、またその塩として
は、アルカリ金属塩が、糖類としてはマルトース、ラク
トース、キシロース、サッカロースなどが、糖アルコー
ル類としては、ソルビトール、キシリトール、エリスリ
トールなどが各々好適に用いられる。
ト減水剤は、多様性を持たせるために、他の添加剤を所
望により配合させることもできる。他の添加剤として
は、慣用のAE剤、ポリサッカライド誘導体、リグニン
誘導体、乾燥収縮低減剤、促進剤、遅延剤、起泡剤、消
泡剤、防錆剤、急結剤、増粘剤、水溶性高分子物質等を
例示することができる。
減水剤の実施例を示すが、本発明はこれらの実施態様例
によって限定されるものではない。
1および表2に示す。
と第2の共重合体の重量混合比を表3に示す。
の混合したセメント添加剤に、さらにオキシカルボン
酸、糖類、糖アルコールを混合したセメント添加剤を表
4に示す。
ために、下記に異なる水セメント比として、配合I、I
IおよびIIIのコンクリートを調製し、調製直後のス
ランプとコンクリートを60分間静置した後のスランプと
の差で比較するとともに、セメント減水剤の使用量の変
化を比較して、スランプロス防止効果の良否の判断を行
った。
の差) a:調製直後のスランプの差が±2cm以内。 b:調製直後のスランプの差が±2cmの範囲を逸脱
し、スランプの差が±4cm以内。 c:調製直後のスランプの差が±4cmを超える。
減水剤の使用量の変化) a:水セメント比50%のセメント減水剤の使用量に対
して、同一のスランプ18cmを得るための使用量が±20
%以内。 b:水セメント比50%のセメント減水剤の使用量に対
して、同一のスランプ18cmを得るための使用量が±20
〜40%。 c:水セメント比50%のセメント減水剤の使用量に対
して、同一のスランプ18cmを得るための使用量が±40
%以上。
に示す配合により、目標スランプ18.0±0.5cm、
目標空気量4.5±0.5%のコンクリートを調製した。
コンクリートの練混ぜは、練混ぜ量が80リットルとな
るようにそれぞれ材料を計量した後、100リットルパ
ン型強制ミキサに全材料を投入後、120秒間練混ぜて
コンクリ−トを調製した。
トを使用した。(密度3.16) 細骨材 :大井川水系産陸砂を使用した。(密度2.5
9) 粗骨材 :青梅産砕石を使用した。(密度2.65)
準ずる。 空気量の測定:JIS A−1128に準ずる。
る共重合体を2種以上組み合わせたものであるが、それ
ぞれ単独で用いた比較例2および3と比較してスランプ
防止効果が充分でないものである。実施例1〜18およ
び実施例28〜32に示した本発明のセメント減水剤を
用いた場合、本発明のセメント減水剤を用いない比較例
19〜27および比較例33〜34と比較して、スラン
プロス防止効果が認められた。
り、本発明のセメント減水剤を用いることで、相乗的な
スランプロス防止効果が得られ、水セメント比が異なる
場合や、要求されるスランプロス防止効果が異なる状況
の中でも、スランプを一定に保持することが可能となる
ことが確認された。
で、フレッシュコンクリートの品質管理上、出荷、運
搬、荷卸し、打設におけるコンクリートの流動性を、経
過時間や配合に影響することなく、すなわち、従来技術
にはない、簡便かつ経済的な優れた手法で、スランプロ
スの防止効果が異なる状況の中でも、コンクリートの流
動性を一定に保持することが可能となり、水セメント比
が異なる場合や、要求されるスランプロス防止効果が異
なる状況の中でも、スランプを一定に保持することが可
能となる。
Claims (5)
- 【請求項1】 式(1): R1−O−(A)n1−(AO)n2−R2 (1) (ただし、R1は炭素数2〜5のアルケニル基、R2は
炭素数1〜4のアルキル基、Aは炭素数2〜4のアルキ
レンイミン基、n1は0〜30、AOは炭素数2〜4の
オキシアルキレン基、n2は0〜35である。)で表さ
れる化合物および式(2): 【化1】 (ただし、R3、R4は水素、メチル基、a1は0〜2
の整数、Aは炭素数2〜4のアルキレンイミン基、n3
は0〜30、AOは炭素数2〜4のオキシアルキレン
基、n4は0〜35、X1は1〜3のアルキル基であ
る。)で表される化合物からなる群から選択される1又
は2以上の単量体と、式(3) 【化2】 (ただし、R5、R6、R7は水素、メチル基、(CH
2)a2COOM1、a 2は0〜2の整数、Y1および
M1は水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモ
ニウム、アルキルアンモニウムである。)で表される化
合物、式(4): 【化3】 (ただし、R8は水素、メチル基、Z1は水素、アルカ
リ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、アルキルア
ンモニウムである。)で表される化合物、スチレン、ス
チレンスルホン酸、無水マレイン酸およびアクリルアミ
ドアルカンスルホン酸からなる群から選択される1又は
2以上の単量体との共重合体および/またはその塩の2
種以上の組み合わせからなり、該組み合わせが夫々単独
で用いた場合より、スランプロスが減少する組み合わせ
である、セメント減水剤。 - 【請求項2】 2種以上の共重合体のうち、第1の共重
合体の式(1)および/または式(2)のn2が9〜3
5、n4が9〜35であり、第2の共重合体の式(1)
および/または式(2)のn2が0〜8、n4が0〜8
であり、第1の共重合体の含有割合が共重合体全量に対
して70重量%以下であることを特徴とする、請求項1
に記載のセメント減水剤。 - 【請求項3】 第1の共重合体の平均分子量がポリエチ
レングリコール換算で10000〜30000、第2の
共重合体の平均分子量がポリエチレングリコール換算で
5000〜30000であることを特徴とする、請求項
2に記載のセメント減水剤。 - 【請求項4】 第1の共重合体、第2の共重合体の酸残
存基を示す単量体の重量比が、各共重合体の重量に対し
て10%以上であることを特徴とする、請求項2または
3に記載のセメント減水剤。 - 【請求項5】 さらにオキシカルボン酸および/または
その塩、糖類、糖アルコール類からなる群から選択され
る1または2以上を、共重合体全量に対して5〜40重
量%含有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれ
かに記載のセメント減水剤。
Priority Applications (1)
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