JP2004010397A

JP2004010397A - ポーラスコンクリート用混和剤

Info

Publication number: JP2004010397A
Application number: JP2002164079A
Authority: JP
Inventors: Jun Uchida; 内田　潤; Akio Kitagawa; 北川　明雄; Takahiro Hori; 堀　孝廣
Original assignee: Nissan Chemical Corp
Current assignee: Nissan Chemical Corp
Priority date: 2002-06-05
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】ポーラスコンクリート用混和剤、それら混和剤を含有するポーラスコンクリート用セメント組成物、及びポーラスコンクリート硬化体を提供する。
【解決手段】ケイ酸塩又はシリカゾル（Ａ）からなり、且つ空隙率１０〜３５％の連続した空隙を有するポーラスコンクリート硬化体の製造に用いられる混和剤。水硬性結合材（Ｃ）、ケイ酸塩又はシリカゾル（Ａ）、及び骨材（Ｂ）を含有する空隙率１０〜３５％の連続した空隙を有するポーラスコンクリート硬化体を製造するための組成物。水硬性結合材（Ｃ）、ケイ酸塩又はコロイド状シリカ（Ａ１）、及び骨材（Ｂ）を含有する空隙率１０〜３５％の連続した空隙を有するポーラスコンクリート硬化体。
【選択図】　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポーラスコンクリート用混和剤、それら混和剤を含有するポーラスコンクリート用セメント組成物、及びポーラスコンクリート硬化体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポーラスコンクリートと称される透水性のあるコンクリートは、１０〜３５％の連続した空隙を有するコンクリートである。主に、排水性のあるコンクリート舗装材料、緑化や植物栽培用のコンクリート、水質浄化コンクリート、吸音性コンクリートなどの分野に広く用いられている。
【０００３】
これらポーラスコンクリートはセメントペーストもしくはモルタルを粗骨材に均一にまぶし成形することによって製造される。
【０００４】
特開２００１−６４０５９号では多糖類又はそのアルキル化若しくはヒドロキシアルキル化誘導体の一部又は全部の水酸基の水素原子が、特定構造を有する疎水性置換基と親水性置換基で置換されている多糖誘導体を含有する透水性コンクリート用混和剤が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ポーラスコンクリートは、所定の形状の型枠内又は型枠で仕切られた場所に打設される時にコンクリート表面や型枠に振動締め固めを行い成型する。この際、セメントペーストないしモルタルが下部へ流れ空隙を閉塞させ、空隙の連続性を損ない、透水性の低下と強度の低下をもたらす。
【０００６】
本願発明の目的は、セメントペーストの骨材への付着性、均一性を保ちつつ、連続した空隙を形成させ、強度の高いポーラスコンクリートを得ることが出来る混和剤を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明は第１観点として、ケイ酸塩又はシリカゾル（Ａ）からなり、且つ空隙率１０〜３５％の連続した空隙を有するポーラスコンクリート硬化体の製造に用いられる混和剤、
第２観点として、ケイ酸塩がケイ酸リチウムである第１観点に記載の混和剤、第３観点として、シリカゾルが粒子径１〜１５０ｎｍのシリカ粒子を含有する水性シリカゾルである第１観点に記載の混和剤、
第４観点として、水硬性結合材（Ｃ）、ケイ酸塩又はシリカゾル（Ａ）、及び骨材（Ｂ）を含有する空隙率１０〜３５％の連続した空隙を有するポーラスコンクリート硬化体を製造するための組成物、
第５観点として、骨材（Ｂ）が、粗骨材（Ｂ１）の単独物又は粗骨材（Ｂ１）と細骨材（Ｂ２）の混合物であり、（Ｂ１）：（Ｂ２）の容積比が１００：０〜７５：２５である第４観点に記載のポーラスコンクリート硬化体を製造するための組成物、
第６観点として、減水剤（Ｄ）を更に含有する第４観点又は第５観点に記載のポーラスコンクリート硬化体を製造するための組成物、
第７観点として、水硬性結合材（Ｃ）と水（Ｗ）のＷ／Ｃ重量比が０．１５〜０．３５である第４観点乃至第６観点のいずれか一つに記載のポーラスコンクリート硬化体を製造するための組成物、
第８観点として、水硬性結合材（Ｃ）、ケイ酸塩又はコロイド状シリカ（Ａ１）、及び骨材（Ｂ）を含有する空隙率１０〜３５％の連続した空隙を有するポーラスコンクリート硬化体、
第９観点として、骨材（Ｂ）が、粗骨材（Ｂ１）の単独物又は粗骨材（Ｂ１）と細骨材（Ｂ２）の混合物であり、（Ｂ１）：（Ｂ２）の容積比が１００：０〜７５：２５である第８観点に記載のポーラスコンクリート硬化体、及び
第１０観点として、減水剤（Ｄ）を更に含有する第８観点又は第９観点に記載のポーラスコンクリート硬化体である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本願発明はケイ酸塩又はシリカゾル（Ａ）からなり、且つ空隙率１０〜３５％の連続した空隙を有するポーラスコンクリート硬化体の製造に用いられる混和剤である。
【０００９】
上記ケイ酸塩は水ガラス（ケイ酸ナトリウム）や珪酸リチウム等の水性ケイ酸塩が挙げられる。これらケイ酸塩はＳｉＯ_２／Ｍ_２Ｏモル比（Ｍはナトリウム又はリチウム）として２．０〜８．０が好ましい。
【００１０】
上記シリカゾルは粒子径１〜１５０ｎｍのシリカ粒子を含有する水性シリカゾルが用いられる。このシリカゾルの製造方法は、特に限定されたものではなく公知の方法で製造することができる。例えば、水ガラス等のケイ酸塩の水溶液に硫酸、塩酸、酢酸、クエン酸等を加える方法、あるいは水ガラス等のケイ酸塩の水溶液を脱陽イオン処理することで得られるケイ酸又はそのオリゴマーを加熱熟成する方法が挙げられる。
【００１１】
本願発明ではケイ酸塩又はシリカゾル（Ａ）はＳｉＯ_２濃度１〜５０重量％の水性液として用いることができる。
【００１２】
本願発明に用いられるケイ酸塩又はシリカゾル（Ａ）の添加量は、水硬性結合材の重量に対して、ケイ酸塩又はシリカゾル中のＳｉＯ_２固形分に換算して０．０１〜５．０重量％、好ましくは０．１〜２．０重量％である。
【００１３】
本願発明では、水硬性結合材（Ｃ）、ケイ酸塩又はシリカゾル（Ａ）、及び骨材（Ｂ）を含有する空隙率１０〜３５％の連続した空隙を有するポーラスコンクリート硬化体を製造するための組成物を得ることが出来る。
【００１４】
また、本願発明においてポーラスコンクリート硬化体を製造するための組成物中に添加されたシリカゾルは、ポーラスコンクリート硬化体中ではコロイド状シリカ粒子として存在する。即ち、空隙率１０〜３５％の連続した空隙を有するポーラスコンクリート硬化体は、水硬性結合材（Ｃ）、ケイ酸塩又はコロイド状シリカ（Ａ１）、及び骨材（Ｂ）を含有するものである。
【００１５】
本願発明で使用する水硬性結合材（Ｃ）は、普通ポルトランドセメント、普通ポルトランドセメントと高炉スラグ、普通ポルトランドセメントとシリカヒューム、又は普通ポルトランドセメントとフライアッシュを使用することができる。
【００１６】
本願発明で使用されるポルトランドセメントは、普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントを用いることも可能であるが、アルミナ分が１０重量％以下で実質的にアルミナセメントを含まないセメントである。
【００１７】
本願発明で使用する水硬性結合材は普通ポルトランドセメントを単独で用いることができる。そして、普通ポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、シリカフュームなどを添加した混合セメントを使用する事が出来る。
【００１８】
高炉スラグ微粉末、シリカヒューム、フライアッシュを一部セメントに置換した混合セメントの混合比率は特に限定されない。通常は、高炉スラグ微粉末、シリカヒューム、及びフライアッシュは普通ポルトランドセメントに対して重量割合で５〜６０％の割合で含有することができる。
【００１９】
また、本願発明では水／セメント重量比の低減のために減水剤、高性能減水剤を用いることが好ましい。使用する減水剤（Ｄ）は、特に限定されないがメラミン系、ナフタレン系などの高性能減水剤、ポリカルボン酸系の高性能ＡＥ減水剤が好ましい。
【００２０】
メラミン系減水剤はメラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の塩であり、ナフタレン系の減水剤はβ−ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の塩である。
【００２１】
ポリカルボン酸系化合物は、末端にカルボキシル基を有するポリマー系セメントコンクリート用減水剤であって、ポリカルボン酸化合物、ポリカルボン酸エーテル、ポリカルボン酸エステル、カルボン酸エステル架橋ポリマー等が例示される。これらのポリカルボン酸としては、例えば不飽和二重結合を有するカルボン酸のラジカル共重合物、不飽和二重結合を有するカルボン酸とオレフィン又はメトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート等の不飽和二重結合を有するカルボン酸のエステル化物のラジカル重合物、カルボキシル基含有重合体にアルキレンイミン及び／又はアルキレンオキサイドを付加したもの、オレフィンとエチレン性不飽和ジカルボン酸無水物を共重合したものの加水分解物、オレフィンと無水マレイン酸との共重合体やスチレン又はその他の共重合性モノマーと無水マレイン酸との共重合体などの加水分解物が挙げられる。
【００２２】
本願発明では減水剤の使用量は、水硬性結合材に対して固形分に換算して０．１〜１０重量％、好ましくは０．５〜８重量％の範囲である。
【００２３】
本願発明ではポーラスコンクリート硬化体を製造するための組成物において、水／セメント重量比（Ｗ／Ｃ）は０．１５〜０．３５である。
【００２４】
本願発明に用いられる骨材（Ｂ）は、粗骨材（Ｂ１）と細骨材（Ｂ２）の混合物であり、（Ｂ１）：（Ｂ２）の容積比は１００：０〜７５：２５である。
【００２５】
粗骨材（Ｂ１）は粒子径５〜２０ｍｍ程度の砕石、川砂利、再生骨材及びこれらの混合物等を用いる事が出来る。
【００２６】
また、細骨材（Ｂ２）を空隙率１０〜３５％を保持できる範囲において添加することができる。細骨材は、粒子径５〜０．０７５ｍｍ程度の砕砂、川砂、珪砂及びこれらの混合物等を用いることができ、最大粒径は２ｍｍ以下のものが好ましい。細骨材の添加量は、粗骨材に対して０〜２５容積％である。細骨材の添加により、乾燥による収縮および収縮ひび割れの発生を抑制することができる。
【００２７】
また、任意成分として、ＡＥ剤、起泡剤、遅延剤、硬化促進剤、保水剤、高分子増粘剤、水溶性高分子、樹脂エマルション、膨張剤、繊維、等を添加する事が出来る。
【００２８】
本願発明で得られるポーラスコンクリートは、硬化体中で空隙１０〜３５％、結合材５〜３０％、粗骨材５０〜６０％の容積比率を示す。
【００２９】
【実施例】
下記材料を準備した。
セメント：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント製）
粗骨材：砕石２００５（表乾密度２．６８ｇ／ｃｍ^３、実績率６０．０％）
減水剤：メラミン系減水剤、アクセリート１００（日産化学工業（株）製）
ナフタレン系減水剤、マイティ１５０（花王（株）製）
ポリカルボン酸系減水剤、レオビルド８０００Ｓ（エヌエムビー（株）製）
水性ケイ酸塩：３号水ガラス（ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏ＝３．２２、富士化学（株）製）
ケイ酸リチウム、リチウムシリケート３５（ＳｉＯ_２／Ｌｉ_２Ｏ＝３．５、日産化学工業（株）製）
水性シリカゾル：スノーテックスＳ（粒子径８〜１１ｎｍ、日産化学工業（株）製）
実施例１
普通ポルトランドセメント、水、混和剤（水性ケイ酸塩及び水性シリカゾル）、及び減水剤を５０Ｌパン型強制練りコンクリートミキサーに投入し、２分間練り混ぜてセメントペーストを調整する。その後、粗骨材を投入し、９０秒間練り混ぜてポーラスコンクリートを得た。練り上がったポーラスコンクリートは、１０ｃｍφ×２０ｃｍの型枠に詰め、振動テーブル上にて６０００ｖｐｍの振動で１０秒間振動締め固めを行った。
【００３０】
コンクリート組成物の上記成分：普通ポルトランドセメント（Ｃ１）、水（Ｗ）、粗骨材（Ｂ１）、３号水ガラス（Ａ１）、ケイ酸リチウム（Ａ２）、スノーテックスＳ（Ａ３）、メラミン系減水剤（Ｄ１）、ナフタレン系減水剤（Ｄ２）、及びポリカルボン酸系減水剤（Ｄ３）の配合は表１に記載の割合で行った。
【００３１】
なお、３号水ガラス（Ａ１）、ケイ酸リチウム（Ａ２）、スノーテックスＳ（Ａ３）、メラミン系減水剤（Ｄ１）、ナフタレン系減水剤（Ｄ２）、及びポリカルボン酸系減水剤（Ｄ３）の添加量は、それらの固形分で表示した。そして、表１及び表２中の配合量はすべてｋｇ表示とした。
【００３２】
実験Ｎｏ．１〜９までは本願発明の組成物であり、実験番号１０〜１２は比較のための組成物である。
【００３３】
【表１】

【００３４】
【表２】

実施例２
上記Ｎｏ．１からＮｏ．１２の配合組成のセメント組成物を型枠に打設し、７日間湿空養生した後に脱型し、２０℃の水中で養生した。
【００３５】
それらセメント硬化体を以下の試験項目で評価し、その結果を表３と表４に記載した。
【００３６】
圧縮強度試験：ＪＩＳ　Ａ−１１０８に準じた方法で試験体端面をキャッピングした後、材齢７日の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２）を測定した。
【００３７】
空隙率：日本コンクリート工学協会の「エココンクリート研究委員会報告書、ポーラスコンクリートの空隙率測定方法（案）」に準じて連続空隙率（％）を測定した。
【００３８】
測定方法は、まずノギスで試験体の直径、高さを測定して供試体の容積Ｖ１を算出する。次いで、１０ｃｍφ高さ２０ｃｍの円柱型枠内で硬化したポーラスコンクリートを脱型後２４時間供試体を水中で飽水させた後、水中重量Ｗ１を測定する。供試体を水中から取り出し、気中で乾燥させ、その重量が一定となったときの重量Ｗ２を測定する。連続空隙率（％）＝（１−（Ｗ２−Ｗ１）／Ｖ１）×１００　の式によって測定を行った。
【００３９】
均一性の評価試験：練り上がったポーラスコンクリートをＪＩＳ　Ｚ８８０１に規定する呼び寸法４．７５ｍｍのふるい（直径２０ｃｍ）に採取し、振動テーブル上にて６０００ｖｐｍの振動で６０秒間振動させた。落下したセメントペーストの重量を測定し、振動によって落下したセメントペーストの重量％を算出した。
【００４０】
【表３】

【００４１】
【表４】

水硬性結合材、減水剤、及び骨材（細骨材と粗骨材）からなるコンクリート組成物に、ケイ酸塩やシリカゾルを組み合わせる配合組成は従来より知られている。しかし、骨材として粗骨材のみ、或いは粗骨材を主成分とする骨材を用いてコンクリート組成物を作成し、粗骨材と粗骨材の隙間を空隙として、その空隙を利用して透水作用等を持たせるものがポーラスコンクリートである。このポーラスコンクリートは従来のコンクリートと異なり、粗骨材と粗骨材が点で接している。これらポーラスコンクリートを製造する際に、硬化時に型枠の上下で材料分離が発生せずに、上層でも下層でも粗骨材と粗骨材の隙間にセメント成分が流れ込んで空隙を埋めずに、コンクリート組成物を硬化させる必要がある。それによって、適度の間隙と十分な強度が有られるものである。この様に骨材として粗骨材を主成分とするセメント組成物を硬化させる際は、粗骨材の粒子表面にセメント成分等の結合材が空隙を埋めずに付着している必要がある。
【００４２】
本願発明の組成物では水硬性結合材と粗骨材からなるセメント組成物は、点接着の為に十分に強度を向上させる必要があり、Ｗ／Ｃの低いセメント組成物を作成し、初期流動性の確保の為に減水剤を添加することが好ましい。
【００４３】
しかし、試験番号Ｎｏ．１０〜１２のサンプルより判るように、Ｗ／Ｃの低いセメント組成物を作成し添加剤として減水剤のみを添加した組成物では空隙率の数値は２１％程度の数値を示すものの、均一性の評価で材料分離の傾向があり、圧縮強度も低い。これは得られた硬化体が全体に渡って、均一に連続した空隙を有しているものではなく、上層では大きな空隙があり、下層では閉塞しているためと考えられる。
【００４４】
本願発明ではケイ酸塩又はシリカゾルからなる混和剤を必須成分として用い、それらに減水剤を組み合わせることにより、粗骨材の粒子表面にセメント成分を均一に付着させ粗骨材粒子の表面からセメント成分が流れ落ちるのを防止できることが判明した。これはケイ酸塩又はシリカゾルからなる混和剤を加えることにより、適度なチキソトロピックな性状となり、粗骨材表面へのセメント成分の被覆に適した状態になったためと考えられる。
【００４５】
従来のコンクリートは砂利（粗骨材）、砂（細骨材）、及びセメントを混ぜ、すき間を作らないで硬化させるものであるが、ポーラスコンクリートではすき間を有する様に硬化させるために上記の様なセメント性状が必要になる。
【００４６】
この様な性状を発揮させるためにケイ酸塩又はシリカゾルからなる混和剤が必須成分であることを見出した。
【００４７】
本願発明で示された構成はポーラスコンクリートを得るために適するものである。
【００４８】
【発明の効果】
本願発明ではコンクリート組成物を製造する際に、水硬性結合材、粗骨材にケイ酸塩やシリカゾルを加え混練することにより、セメントペーストが粗骨材の表面に均一に付着し、型枠に流し込み振動締め固めを行っても、粗骨材表面に付着したセメントペーストが下部に流れることはなく、硬化体の下層と上層で不均一化が起こらないので、硬化体下部で空隙を閉塞させることはない。従って得られたセメント硬化体は粗骨材粒子同士がセメント成分で結合されているために水が移動できる程度の連続した空隙を有する。
【００４９】
得られたポーラスコンクリート硬化体は、空隙率１０〜３５％を有し、それら空隙は水が移動できる程度の十分な連続した空隙である。得られたポーラスコンクリート硬化体は十分な圧縮強度を有するものである。
【００５０】
このような性質を利用して、排水性のあるコンクリート舗装材料、緑化や植物栽培用のコンクリート、水質浄化コンクリート、吸音性コンクリートなどの分野に使用することが可能である。

Claims

ケイ酸塩又はシリカゾル（Ａ）からなり、且つ空隙率１０〜３５％の連続した空隙を有するポーラスコンクリート硬化体の製造に用いられる混和剤。
ケイ酸塩がケイ酸リチウムである請求項１に記載の混和剤。
シリカゾルが粒子径１〜１５０ｎｍのシリカ粒子を含有する水性シリカゾルである請求項１に記載の混和剤。
水硬性結合材（Ｃ）、ケイ酸塩又はシリカゾル（Ａ）、及び骨材（Ｂ）を含有する空隙率１０〜３５％の連続した空隙を有するポーラスコンクリート硬化体を製造するための組成物。
骨材（Ｂ）が、粗骨材（Ｂ１）の単独物又は粗骨材（Ｂ１）と細骨材（Ｂ２）の混合物であり、（Ｂ１）：（Ｂ２）の容積比は１００：０〜７５：２５である請求項４に記載のポーラスコンクリート硬化体を製造するための組成物。
減水剤（Ｄ）を更に含有する請求項４又は請求項５に記載のポーラスコンクリート硬化体を製造するための組成物。
水硬性結合材（Ｃ）と水（Ｗ）のＷ／Ｃ重量比が０．１５〜０．３５である請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載のポーラスコンクリート硬化体を製造するための組成物。
水硬性結合材（Ｃ）、ケイ酸塩又はコロイド状シリカ（Ａ１）、及び骨材（Ｂ）を含有する空隙率１０〜３５％の連続した空隙を有するポーラスコンクリート硬化体。
骨材（Ｂ）が、粗骨材（Ｂ１）の単独物又は粗骨材（Ｂ１）と細骨材（Ｂ２）の混合物であり、（Ｂ１）：（Ｂ２）の容積比が１００：０〜７５：２５である請求項８に記載のポーラスコンクリート硬化体。
減水剤（Ｄ）を更に含有する請求項８又は請求項９に記載のポーラスコンクリート硬化体。