JP2004231497A

JP2004231497A - 硬化促進剤及びそれを用いる方法

Info

Publication number: JP2004231497A
Application number: JP2003025048A
Authority: JP
Inventors: Norio Nakayama; 紀夫中山; Tamotsu Kobuchi; 存小渕; Yoshimasa Nakagawa; 好正中川
Original assignee: FLOWRIC KK; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Nippon Paper Chemicals Co Ltd
Current assignee: FLOWRIC KK; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Nippon Paper Chemicals Co Ltd
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP4255290B2

Abstract

【課題】セメントペースト、モルタル、コンクリート等の練混ぜ時に添加されることによって、鉄筋等の腐食を促進することなく、その硬化を促進するセメント混和剤及びそれを用いる方法を提供する。
【解決手段】複数の窒素原子と少なくとも１個の炭素原子より構成される含窒素５員環もしくは６員環の、前記炭素原子のうち少なくとも１個が窒素原子に隣接し、該窒素原子と共鳴構造をとるカルボニル基を構成しており、この５員環もしくは６員環に結合基ないしは縮合環として含窒素５員環を有する双環式化合物もしくはその塩、又はそれらと金属酸化物、もしくは金属塩から選ばれた少なくとも１種の混合物よりなるセメントモルタルの硬化促進剤。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセメントペースト、モルタル、コンクリート等の硬化を促進し、短期施工を可能にするセメント混和剤とその一般土木、建築製品やコンクリート製品への使用に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このようなセメント混和剤として従来は、例えば荒井康夫著：改訂２版セメントの材料化学、５．４．２節（１９９１）（非特許文献１）に記載されているように、ＣａＣｌ_２、ＮａＣｌ、ＭｇＣｌ_２のようなアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の塩化物が用いられていたが、これらは塩素イオンにより鉄筋の腐食を引き起こすという問題があった。
【０００３】
【非特許文献１】
荒井康夫著改訂２版「セメントの材料化学」５．４．２節（１９９１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の技術における上記した実状に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は鉄筋の腐食を引き起こすことのないセメントペースト、モルタル、コンクリート等の硬化を促進する硬化促進剤及びそれを用いる方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記した課題を解決すべく塩素イオンを含まない硬化促進剤について鋭意研究を重ねた結果、特定の環構造及び官能基を持つ複素環式化合物が、腐食を加速する弊害を生ずることなくセメントペースト、モルタル、コンクリート等の硬化を促進する効果を有することを見出し、この知見に基づき本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、
（１）複数の窒素原子と少なくとも１個の炭素原子より構成される含窒素５員環もしくは６員環の、前記炭素原子のうち少なくとも１個が窒素原子に隣接し、該窒素原子と共鳴構造をとるカルボニル基を構成しており、この５員環もしくは６員環に結合基ないしは縮合環として含窒素５員環を有する双環式化合物もしくはその塩、又はそれらと金属酸化物、もしくは金属塩から選ばれた少なくとも１種の混合物よりなることを特徴とするセメントモルタルの硬化促進剤、
（２）（１）項において、双環式化合物が尿酸化合物であることを特徴とする硬化促進剤、
（３）（１）又は（２）項において、金属酸化物がＡｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯないしはこれらの複数の混合物、金属塩がアルカリ金属、アルカリ土類金属の水酸化物またはこれらの双方の混合物であることを特徴とする硬化促進剤、
（４）（１）〜（３）項のいずれかの硬化促進剤をセメント粉末や細骨材、粗骨材、水のいずれかあるいはこれらの複数にあらかじめ混合し、練り混ぜて打設するか、これらの混練時にこれらの材料とともに当該硬化促進剤を混合し、打設することにより、当該硬化促進剤を含有するセメントペースト、モルタル、コンクリート等の硬化を促進することを特徴とする方法、及び
（５）（４）項において、双環式化合物の添加量がセメント重量に対し、０．１〜５．０％であることを特徴とする方法
を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【０００７】
本発明は、主として、鉄筋等の鉄鋼製材料が内部に設けられているセメントペースト、モルタルまたはコンクリート構造体（以下、これらを、単に「コンクリート構造体」という。）の作製過程において添加されることにより、これらコンクリート構造体内部の鉄鋼製材料の腐食を促進することなくセメントペースト、モルタルまたはコンクリートの硬化を促進し、当該鉄鋼製材料の腐食に伴うこれら構造体の耐久性能の劣化を引き起こすことなくコンクリート構造体の短期施工を容易ならしめる硬化促進剤、及びこれを用いる方法である。
【０００８】
本発明において対象とするセメントの種類は主として各種ポルトランドセメント及びこれらと他のセメントの混合物であり、また、コンクリート構造体は、主として、前記構造体の強度を向上させるためにそれらの内部に鉄筋等の鉄鋼製材料が内部に設けられているセメントの誘導製品であって、セメント、水及び必要に応じて配合する砂等の細骨材や小石等の粗骨材等のセメント混合材料を練り混ぜて硬化させることにより構築されるものである。しかし、当該鉄鋼製材料が設けられていないコンクリート構造体の作成過程においても適用が可能である。
【０００９】
本発明の硬化促進剤は、複数の窒素原子と少なくとも１個の炭素原子より構成される含窒素５員環もしくは６員環の、前記炭素原子のうち少なくとも１個が窒素原子に隣接し、該窒素原子と共鳴構造をとるカルボニル基を構成しており、この５員環もしくは６員環に結合基ないしは縮合環として含窒素５員環を有する双環式化合物もしくはその塩、又はそれらと金属酸化物、もしくは金属塩から選ばれた少なくとも１種の混合物よりなる。
【００１０】
本発明に用いられる双環式化合物は、前記の５員環又は６員環の基本環構造上に置換基を有するものも包含する意味である。そのような置換基の例としては、アルキル基、ハロゲン原子、アミノ基、カルボキシル基、ホスホノ基、ニトロ基などがあげられる。また双環式化合物は、前記のカルボニル基を有する含窒素複素環が６員環であり、これに５員環の含窒素複素環が縮合した構造のものが好ましい。窒素原子数はカルボニル基を有する含窒素複素環は２〜３個が好ましく、これに結合する、もしくは縮合する含窒素複素環では１〜２個が好ましい。含窒素複素環の窒素原子以外の構成原子は炭素原子であるのが好ましい。
【００１１】
本発明の硬化促進剤として使用されるそのような双環式化合物としては、例えば、環状ウレイド構造を有する縮合環化合物であり、具体的には尿酸、キサンチンなどが挙げられる。なかでも尿酸が最も好適である。下記［化１］に尿酸の構造式を示す。尿酸は式（Ａ）のようにカルボニル基のみを含む構造（ケト型構造）を持つが、ケトーエノール互変異性により式（Ｂ）のような水酸基を持つ構造を示す場合もあり、さらに式（Ｃ）のようにこの水酸基が陰イオンとなり塩を形成する。
【００１２】
【化１】

【００１３】
前記双環式化合物の塩としては、尿酸と同様にして形成されるこれらの陰イオンと、アルカリ金属またはアルカリ土類金属陽イオンとの塩が挙げられる。なかでもＮａ^＋イオンまたはＣａ^２＋イオンと尿酸とで形成される塩が好適である。また、これら双環式化合物と混合される金属酸化物としてはＡｌ_２Ｏ_３、ＣａＯないしはＭｇＯ又はこれらの複数の混合物があげられ、なかでもＣａＯが好適である。さらにこれら双環式化合物と混合される金属塩としては、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＮＯ_３）_２、Ｃａ（ＮＯ_３）_２、ＬｉＮＯ_３、ＮａＮＯ_３、ＫＮＯ_３等が挙げられるが、なかでもＣａ（ＯＨ）_２が好適である。双環式化合物と金属塩の使用モル比は１：０．３〜１：３が好ましく、１：０．５〜１：１がより好ましい。また双環式化合物と金属酸化物の使用モル比は１：０．３〜１：３が好ましく、１：０．５〜１：１がより好ましい。
【００１４】
実施態様を述べると、本発明では当該の硬化促進剤をセメント粉末や細骨材、粗骨材、水のいずれかあるいはこれらの複数にあらかじめ混合しておき、練混ぜ時にこれらを混合して打設するか、セメント粉末や細骨材、粗骨材、水の混練時に当該硬化促進剤を混合し、打設する。混合する際、当該硬化促進剤は粉末、水溶液、顆粒他の固形物のいずれの形態でも良い。双環式化合物の他に金属塩、金属酸化物を混合する硬化促進剤の場合には、これらをセメント粉末や細骨材、粗骨材、水のいずれに混合しても良く、また、双環式化合物、金属塩、金属酸化物をこれらの材料にそれぞれ別個に混合しても良い。また、当該硬化促進剤をこれらの材料に混合せずに、これらの材料とともに、これら材料の混練時に粉末、顆粒、固形物、または水溶液として混合することも可能である。
【００１５】
水溶液とする場合には、双環式化合物濃度は好ましくは０．０１〜０．１ｍｏｌ／ｄｍ^３であり、より好ましくは０．０１５〜０．０５ｍｏｌ／ｄｍ^３程度とし、さらに好適にはこれに双環式化合物の０．５〜１等量（モル比）程度のＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）_２等を同時に溶解させる。いずれの方法による場合でも、硬化促進剤を構成する双環式化合物の添加重量は、セメント重量の０．１〜２．０％が好ましく、０．２〜１．０％がより好ましい。また、同時に金属塩、金属酸化物を混合する場合は、これらを好適には双環式化合物の０．５〜１等量（モル比）程度混合する。
【００１６】
この場合、セメントをモルタル比後硬化させる際の場合、方法、構成材料としての水、粗骨材、細骨材の使用量、種類などは従来と特に異ならない。
【００１７】
本発明の硬化促進剤は塩素イオン等の腐食を加速する成分を含有しないものであり鉄筋の腐食をひき起こさない。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
実施例１
普通ポルトランドセメントを用い、硬化促進剤として純水に尿酸とＣａ（ＯＨ）_２とを混合した練混ぜ水を用いてモルタル（水／セメント比５０％）を作成し、凝結試験を行った。
【００１９】
使用材料は以下の通りである。なお、モルタルの練混ぜには機械練り用練混ぜ機を使用した。
・セメント：普通ポルトランドセメント（密度３．１６ｇ／ｃｍ^３）１８００ｇ
・細骨材：標準砂（密度２．６４ｇ／ｃｍ^３）５４００ｇ
・練混ぜ水：純水９００ｇ
・硬化促進剤：尿酸（上記純水中に６．８ｇ添加、セメント重量比０．３８％、純水中濃度０．０４５ｍｏｌ／ｄｍ^３）、Ｃａ（ＯＨ）_２（上記純水中に添加、純水中濃度０．０２２ｍｏｌ／ｄｍ^３）の混合物
【００２０】
試験はＪＩＳＡ１１４７（コンクリートの凝結時間試験方法）に記載されている通常の方法に準じて実施した。即ち、油圧を介して貫入針に貫入力を伝える機構を持ち、貫入に要する力を圧力計によって最大１００Ｎまで、精度１０Ｎで測定できる貫入抵抗試験装置を使用し、温度２０±３℃、湿度８０％以上に保たれた環境下で、貫入部が均一な円形断面の複数の貫入針（１００ｍｍ^２、５０ｍｍ^２、２５ｍｍ^２、および１２．５ｍｍ^２の断面積を持ち、先端から２５ｍｍの位置の円周に刻印を付けた丸鋼）の中からモルタル試料の硬化状態に応じた適切な断面積をもつ貫入針を選んで貫入抵抗試験装置に取り付け、水密で十分な強度を持つ金属製の円筒容器（内径１８０ｍｍ、内高１５０ｍｍ）に入れたモルタル試料中に一定速度で鉛直方向に約１０秒かけて２５ｍｍ貫入させ、貫入試験を行った時刻及び貫入に要した力（Ｎ）を装置から読みとり記録する。貫入に要した力（Ｎ）を用いた貫入針の断面積（ｍｍ^２）で除して貫入抵抗（Ｎ／ｍｍ^２）とし、経過時間を横軸、貫入抵抗を縦軸にとり、その関係をグラフ化する。このグラフから貫入抵抗が３．５Ｎ／ｍｍ^２になるまでの経過時間を読みとり、セメントに練混ぜ水を注水してからの経過時間を始発時間とした。同様に、貫入抵抗が２８Ｎ／ｍｍ^２になるまでの経過時間を終結時間とした。練混ぜ水に硬化促進剤を添加したモルタルと添加しないモルタルについてこれらの時間を測定し、両者を比較した。
【００２１】
測定結果を図１に示す。硬化促進剤添加により始発時間、終結時間共に減少し、硬化を促進することが確認された。
【００２２】
実施例２
普通ポルトランドセメントを用い、硬化促進剤として上水道水に尿酸とＣａ（ＯＨ）_２とを混合した練混ぜ水を用いてモルタル（水／セメント比５５％）を作成し、材齢３、７、２８日における圧縮強度を測定し、硬化促進剤を添加しない場合と比較することにより硬化促進効果を評価した。
【００２３】
使用材料は以下の通りである。なお、モルタルの練り混ぜには機械練り用練混ぜ機を使用した。
・セメント：普通ポルトランドセメント（密度３．１６ｇ／ｃｍ^３）１３６４ｇ
・細骨材：木更津産陸砂（密度２．６２ｇ／ｃｍ^３）４６１５ｇ
・練混ぜ水：上水道水７５０ｇ
・硬化促進剤：尿酸（上記水道水中に５．５ｇ添加、セメント重量比０．４％、上水道中濃度０．０４４ｍｏｌ／ｄｍ^３）、Ｃａ（ＯＨ）_２（上水道中濃度０．０２２ｍｏｌ／ｄｍ^３）の混合物
【００２４】
試験はＪＩＳＡ１１０８（コンクリートの圧縮試験方法）に記載されている通常の方法に準じて実施した。即ち、直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの円柱に成形したモルタル供試体を作成して、これを３、７、２８日の各材齢まで２０±２℃の封緘状態で養生し、各材齢３個の供試体について載荷端面を研磨し、衝撃を与えない一様な荷重を加える速度（圧縮応力度の増加が毎秒０．６±０．４Ｎ／ｍｍ^２）で荷重を加え続け、供試体が破壊するまでに試験機が示す最大荷重（Ｎ）を読み、これを供試体の断面積で除した値の３本の平均値で圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２）を算定した。
【００２５】
測定結果を図２に示す。グラフ中の数字は各材齢における圧縮強度増加量を、硬化促進剤を添加しない場合を１００％とし、これとの比率により表した値である。材齢３、７、２８日とも硬化促進剤添加により圧縮強度は増大し、硬化を促進することが確認された。
【００２６】
実施例３
普通ポルトランドセメントを用い、モルタル練混ぜ時に、材料に尿酸とＣａ（ＯＨ）_２とを粉末のまま添加して練り混ぜたモルタル（水／セメント比５０％）を作成し、材齢３、７、２８日における圧縮強度を測定し、硬化促進剤を添加しない場合と比較することにより硬化促進効果を評価した。
【００２７】
使用材料は以下の通りである。なお、モルタルの練混ぜには機械練り用練混ぜ機を使用した。
・セメント：普通ポルトランドセメント（密度３．１６ｇ／ｃｍ^３）１５００ｇ
・細骨材：木更津産陸砂（密度２．６２ｇ／ｃｍ^３）４５００ｇ
・練混ぜ水：水道水７５０ｇ
・硬化促進剤：尿酸（練混ぜ水中に６．０ｇ添加、セメント重量比０．４％、練混ぜ水中濃度０．０４８ｍｏｌ／ｄｍ^３）、Ｃａ（ＯＨ）_２（練混ぜ水中に１．３ｇ添加、練混ぜ水中濃度０．０２４ｍｏｌ／ｄｍ^３）の混合物
【００２８】
試験は実施例２と同様に、ＪＩＳＡ１１０８に記載されている通常の方法に準じて実施した。
【００２９】
測定結果を図３に示す。図２と同様に、このグラフ中の数字は各材齢における圧縮強度増加量を硬化促進剤を添加しない場合を１００％とし、これとの比率により表した値である。材齢３、７、２８日とも促進剤添加により圧縮強度は増大し、この場合も硬化を促進することが確認された。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の硬化促進剤及びそれを用いる方法を適用することにより、これらコンクリート構造体内部の鉄鋼製材料の腐食を加速することなくセメントペースト、モルタルまたはコンクリートの硬化を促進し、当該鉄鋼製材料の腐食に伴うこれら構造体の耐久性能の劣化を引き起こすことなくコンクリート構造体の短期施工を容易ならしめることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例であるモルタルの凝結時間測定結果を表すグラフである。
【図２】本発明の別の実施例であるモルタル供試体の圧縮強度の経時変化測定結果を示すグラフである。
【図３】本発明の別の実施例であるモルタル供試体の圧縮強度の経時変化測定結果を示すグラフである。

Claims

複数の窒素原子と少なくとも１個の炭素原子より構成される含窒素５員環もしくは６員環の、前記炭素原子のうち少なくとも１個が窒素原子に隣接し、該窒素原子と共鳴構造をとるカルボニル基を構成しており、この５員環もしくは６員環に結合基ないしは縮合環として含窒素５員環を有する双環式化合物もしくはその塩、又はそれらと金属酸化物、もしくは金属塩から選ばれた少なくとも１種の混合物よりなることを特徴とするセメントモルタルの硬化促進剤。
請求項１において、双環式化合物が尿酸化合物であることを特徴とする硬化促進剤。
請求項１又は２において、金属酸化物がＡｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯないしはこれらの複数の混合物、金属塩がアルカリ金属、アルカリ土類金属の水酸化物またはこれらの双方の混合物であることを特徴とする硬化促進剤。
請求項１〜３のいずれかの硬化促進剤をセメント粉末や細骨材、粗骨材、水のいずれかあるいはこれらの複数にあらかじめ混合し、練り混ぜて打設するか、これらの混練時にこれらの材料とともに当該硬化促進剤を混合し、打設することにより、当該硬化促進剤を含有するセメントペースト、モルタル、コンクリート等の硬化を促進することを特徴とする方法。
請求項４において、双環式化合物の添加量がセメント重量に対し、０．１〜５．０％であることを特徴とする方法。