JP2005314140A

JP2005314140A - 流体状硬化材

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Publication number: JP2005314140A
Application number: JP2004131743A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nakajima; 裕中島; Takahisa Ichimura; 高央市村
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2024-04-27
Also published as: JP4395404B2

Abstract

【課題】混練工程がなく、粉塵の発生を抑制でき、しかも保管性に優れた流体状硬化材を提供すること。
【解決手段】ポルトランドセメント及び／又は混合セメントとカルシウムアルミネートを含む粒子間隙が45〜65容積％の混合粒子と、溶解度パラメーターが9.0以上の有機溶媒とを含有し、20℃での粘度が20Pa・s以下である流体状硬化材、並びに当該流体状硬化材の施工方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、表面塗布又は亀裂充填用に使用する流体状硬化材あって、混練を必要としない硬化材に関する。

セメント系材料は、水と混練することによりコンクリートとして硬化するものであるため、混練工程を避けることはできず、作業性の低下を招いていた。また、混練時にセメント等の粉体を取り扱うため、粉塵発生が作業環境上の問題となっていた。

建築物の外壁やタイルのひび割れの補修用として、珪酸ソーダと無機系微粉末との混合物（ペースト状）及びアルカリ剤（液状）を使用時に混合することにより急激に硬化させた無機系補修材料が知られている（特許文献１参照）。この補修材料は、粉体を使用しないため、作業時の粉塵の発生は抑制できるが、当該２液を所定の配合量となるよう秤量し、これを混合する作業が必要であり、しかも混合後は急速に硬化するため、この作業を施工直前に行わねばならず、施工作業に多大な制約をもたらすこととなっている。

また、コンクリート亀裂部の補修方法として、超速硬セメントをコンクリート亀裂内部に粉体のまま擦り込み、そこに水をしみ込ませて硬化させる方法が知られている（特許文献２参照）。この方法では、前記のような秤量及び混合作業は不要であるが、粉体を扱うため、粉塵発生の問題は避け難く、また亀裂内部への充填性が不充分となり易かった。

一方、セメント組成物に急硬性を付与する添加剤として、カルシウムアルミネートと液体の有機化合物を混合したペースト状の急硬材が知られている（特許文献３参照）。
特開平05-86354号公報特開平11-130562号公報特許第3192710号明細書

従って、本発明は、施工直前での秤量や混合操作がなく、粉塵の発生を抑制でき、しかも保管性に優れた流体状硬化材を提供することにある。

本発明者は、斯かる実情に鑑み鋭意検討を行った結果、セメントとカルシウムアルミネートを特定の混合比で混合した特定の粒子間隙を有する混合粒子及び特定の有機溶媒を含む流体状硬化材が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、ポルトランドセメント及び／又は混合セメントとカルシウムアルミネートを含む粒子間隙が45〜65容積％の混合粒子と、溶解度パラメーターが9.0以上の有機溶媒とを含有し、20℃での粘度が20Pa・s以下である流体状硬化材を提供するものである。

本発明はまた、上記記載の流体状硬化材を躯体面に塗布又は亀裂に充填した後、水を添加することを特徴とする流体状硬化材の施工方法、及び当該液体状硬化材を湿潤状態の躯体面に塗布、又は湿潤状態の亀裂に充填することを特徴とする流体状硬化材の施工方法を提供するものである。

本発明の流体状硬化材は、塗布又は充填後、施工表面に水を添加するだけで硬化させることができ、少なくとも製造から２ヶ月程度は、僅かな撹拌を行うだけで安定した品質の流体状硬化材となり、また撹拌後は少なくとも48時間程度は当該状態を保ち続けるため施工現場での作業が軽減できる。また流体状であるため、現場での粉塵発生がなく、亀裂等に充填する場合の充填性にも優れる。しかも保管性に優れる。

以下、本発明についてさらに詳しく説明する。

本発明で使用されるセメントは、ポルトランドセメント及び／又は混合セメントである。ポルトランドセメントとしては、普通、早強、超早強、中庸熱、低熱、耐硫酸塩等のいずれも使用できる。混合セメントとしては、高炉セメント、フライアッシュセメント等が使用できる。また、混合セメントの一部を石灰石粉末又はシリカヒュームで置換したセメント、混合セメントに石膏を添加したセメント等も使用できる。速硬性の点から、ポルトランドセメントが好ましく、より好ましくは、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント又は白色ポルトランドセメント、特に早強ポルトランドセメント又は白色ポルトランドセメントが好ましい。

本発明では、セメントの水和を促進し、速硬性を付与するため、セメントに結晶性又は無定形のカルシウムアルミネートを添加する。本発明で使用される結晶性又は無定形のカルシウムアルミネートとしては、Ｃ₁₂Ａ₇（12Ca0・7Al₂O₃）、ＣＡ（Ca0・Al₂O₃）、Ｃ₃Ａ（3Ca0・Al₂O₃）、アーゥイン（3Ca0・3Al₂O₃・CaSO₄）、Ｃ₁₁Ａ₇・ＣａＦ₂（11Ca0・7Al₂O₃・CaF₂）、ＮＣ₈Ａ₃（Na₂O・8CaO・3Al₂O₃）、アルミナセメント等が挙げられ、アルミナセメント又はＣ₁₂Ａ₇が好ましい。Ｃ₁₂Ａ₇としては、速硬性の点から、ガラスの含有量が40重量％以上のものが好ましく、より好ましくは50重量％以のもの、特に70重量％以上のものが好ましい。

セメントとカルシウムアルミネートの混合割合は、速硬性の点から、セメントに対するカルシウムアルミネートの重量比で0.1〜1.8が好ましく、より好ましくは0.2〜1.5、特に0.2〜1.0が好ましい。ここで、カルシウムアルミネートの重量比は、配合するセメント自体に含有されているカルシウムアルミネートを除いた外部から配合せしめられるカルシウムアルミネートの重量比である。重量比が0.1未満では、カルシウムアルミネートのセメントへの水和促進効果が不足するため、好ましくない。重量比が1.8を超えると、硬化材中のセメントの割合が相対的に低下するため、速硬性が低下し、好ましくない。

セメントとカルシウムアルミネートを含む混合粒子は、系全体でも静置状態で少なくとも48時間はその粒子間隙が45〜65容積％に留まるものであり、好ましくは45〜60容積％に留まるものである。また、長期間、例えば、２ヶ月程度静置状態にされても、１〜10分程度の攪拌によって容易に粒子間隙が45〜65容積％になり、品質変化を生じないものである。混合終了後静置し続けると、有機溶媒の一部が上方に分離してしまうことがあるが、本発明では少なくとも48時間は静置状態でも分離した有機溶媒を除いた沈降部分の粒子間隙が45容積％以上である必要がある。一方、45容積％未満にしかならないものでは、施工表面に添加した水が施工内部に浸透せず、硬化しない。また、65容積％を超えると、粒子間隙が多くなりすぎて、水和反応時に反応生成物が粒子間隙を埋めきれず、硬化しないか、硬化しても充分な硬化強度を発現できない。

静置しても粒子間隙が45容積％以上を保持するためには、混合粒子の粒度分布を制限することが望ましい。具体的には、混合粒子の90重量％が通過する篩径（D9）と10重量％が通過する篩径（D1）の比（D9/D1）を好ましくは8.0以下に、特に好ましくは6.5〜8.0に調整する。当該比を8.0以下にすると、粒度分布幅が狭くなり、沈殿・分離を生じることなく、粒子間隙を大きくすることができる。一方、6.5未満にすると、製造上、コストがかかり過ぎるので好ましくない。

本発明に使用される有機溶媒は、水との親和性が高いという点から、溶解度パラメーターが9.0以上の溶媒である。有機溶媒としては、一価アルコール、多価アルコール又は一価又は多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物が挙げられる。本明細書において、「有機溶媒の溶解度パラメーター」（SP値）とは、親水性か否かの指標因子であり、次式で算出される。

ＳＰ値＝（ｄＨ−Ｒ・Ｔ）^1/2／Ｖ^1/2
ｄＨ：蒸発潜熱（cal/ml）
Ｖ：モル容積（cc/mol）
Ｒ：気体定数
Ｔ：温度（K）

このような一価アルコールとしては、炭素数１〜６のアルコールが好ましく、例えば、メタノール（SP値 14.5。但し、293Kでの値であり、以下同様。）、エタノール（SP値 12.7）、n-プロパノール（SP値 11.4）、イソプロパノール（SP値 11.5）、n-ブタノール（SP値 11.4）、tert-ブタノール（SP値 10.6）、n-ヘキシルアルコール（SP値 10.7）、シクロヘキサノール（SP値 11.4）等が挙げられる。また、このような多価アルコールとしては、炭素数２〜10の多価アルコールが好ましく、例えば、エチレングリコール（SP値 14.1）、ジエチレングリコール（SP値 12.1）、グリセリン（SP値 13.7）、ソルビトール（SP値 14.0）等が挙げられる。

また、一価アルコールのアルキレンオキサイド付加物としては、その付加モル数が１〜10のものが好ましく、特に２〜８のものが好ましい。このようなアルキレンオキサイド付加物としては、例えば、一般式：
Ｒ₁Ｏ（ＡＯ）_aＨ
[式中、Ｒ₁は水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基；Ａは炭素数２〜３の１種又は２種のアルキレン基；ａは１〜100の整数。]で示されるものが挙げられる。また、多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物としては、その付加モル数が１〜30のものが好ましく、このようなアルキレンオキサイド付加物としては、例えば、一般式：
Ｒ₂−（（−ＡＯ−）_mＨ）_c
[式中、Ｒ₂はｃ個の活性水素を有する化合物の残基；Ａは炭素数２〜３の１種又は２種のアルキレン基；ｍは１〜15の整数；ｃは２〜８の整数。]で示されるものが挙げられる。

これらの有機溶媒のうち、一価アルコールのアルキレンオキサイド付加物又は多価アルコールが好ましく、特に一価アルコールのアルキレンオキサイド付加物（太平洋マテリアル株式会社製「テトラガード」SP値 9.7）、エチレングリコール（SP値 14.1）又はジエチレングリコール（SP値 12.1）が好ましい。上記有機溶媒は、一種又は二種以上を組み合わせて使用してもよい。

溶解度パラメーターが9.0以上の有機溶媒は、水との親和性が高く、施工表面に添加された水が有機溶媒と置換されて施工物内部に浸透する。一方、9.0未満の場合には、親水性が低く、水を添加しても内部へ浸透せず、硬化しない。溶解度パラメーターの上限は特に制限されないが、15.0を超えると、親水性が高くなりすぎることがあり、硬化材の保管時に空気中の水分を吸湿してしまい、硬化材の粘性が上昇したり、硬化時間が遅延したり、更には保管時に硬化してしまうおそれがある。

上記有機溶媒の常温における表面張力は、50dyn/cm以下が好ましい。左官用途等では硬化剤は、施工表面に薄く塗ることが多く、乾燥し易い状態となっているが、水を添加して硬化した後に乾燥が生じた場合、有機溶媒の表面張力が50dyn/cm以下であれば、表面張力降下による収縮やひび割れの低減を期待できる。

また、上記有機溶媒の常温における粘性は、50mPa・ｓ以下が好ましい。粘性が高いと、混合粉末と有機溶媒とを均質に混合することが困難となり、水の添加後の硬化材強度が不均質となり、ひび割れの発生の原因となる可能性があるので好ましくない。

また、粒子間隙を45容積％以上に容易に保持できる点から、上記有機溶媒に水を0.01〜0.1重量％含有させることが好ましい。極少量の水が混合粒子と反応すると、混合粒子の微粉部分を粗粉に付着させるため、混合粒子の粒度分布幅が狭くなり、沈殿・分離を生じさせることなく、粒子間隙を大きくすることができ、また長期間静置させて粒子間隙が狭くなったものでも極短時間の撹拌を行うだけで容易に大きな粒子間隙の状態に戻すことができる。一方、水の含有量が0.01重量％未満では粒子間隙を顕著に大きくすることができない。また、0.1重量％を超えると、硬化材の粘性が高くなりすぎて、塗布が困難となるため好ましくない。更に多量に水を存在させると、塗布前に硬化してしまうおそれがあるので好ましくない。

本発明の流体状硬化材は、B型粘度計による20℃での粘度が20Pa・s以下であり、好ましくは0.1〜19Pa・sであり、特に１〜17Pa・sが好ましい。20Pa・sを超えると、施工時に水を添加しても、施工物内部に水が極めて浸透し難くなり、硬化しない場合があるので、好ましくない。また、粘性が0.1Pa・s未満では、施工表面が概ね水平でなく傾斜している面の場合に、硬化材が硬化前に垂れ落ちる可能性が高くなる。

本発明の流体状硬化材には、更に、石膏、炭酸アルカリ、アルミン酸アルカリ、硫酸アルミニウム等の従来より使用されている硬化促進剤を添加することができる。また、骨材等のコンクリート用に使用されている材料も添加することができる。骨材としては、川砂、海砂、山砂、砕砂、これらの混合物等が挙げられる。

本発明の流体状硬化材の製造方法は特に制限されないが、その好適な一例を示すと次の通りである。例えば、慣用の粉体用ミキサーでセメントとカルシウムアルミネートを所定量混合して得られた混合粒子及び有機溶媒をホバートミキサー、パン型ミキサー等の慣用のモルタルやコンクリート混練用のミキサーで混合する方法が挙げられる。

本発明の流体状硬化材の施工方法としては、本発明の流体状硬化材を躯体面に塗布又は亀裂に充填した後に水を添加する方法；流体状硬化材を湿潤状態の躯体面に塗布又は湿潤状態の亀裂に充填する方法が挙げられる。水の添加方法としては、霧吹き等による噴霧が好ましい。これらの方法により、特に水との混練作業を行うことなく流体状硬化材を硬化させることができる。

本発明の流体状硬化材は、家屋の内装の補修、タイルのひび割れの補修等、家庭用に手軽に使用できる。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１〜２４、比較例１〜６
表１に記載の流体状硬化材を製造し、粒子間隙、硬化性、粉塵の発生、粘度及び保管性を評価した。

＜流体状硬化材の製造＞
流体状硬化材の製造に使用した原料は以下の通りであった。
（１）セメント
A1：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
A2：早強ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
A3：白色ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
（２）カルシウムアルミネート
B1：アルミナセメント（太平洋マテリアル社製）
B2：Ｃ₁₂Ａ₇（純薬からの焼成品、ガラス40％）
B3：Ｃ₁₂Ａ₇（純薬からの焼成品、ガラス70％）
（３）混合粉末は、上記セメントとカルシウムアルミネートを混合又は混合粉砕して製造した。
（４）有機溶媒
C1：一価のアルコールのアルキレンオキサイド付加物（商品名：テトラガード、太平洋マテリアル社製、溶解度パラメーター（SP値）9.7、粘度20.0mPa・s、表面張力37.5dyn/cm）
C2：エチレングリコール（SP値14.1、粘度19.9mPa・s、表面張力48.4dyn/cm）
C3：ジエチレングリコール（溶解度パラメーター12.1、粘度35.7mPa・s、表面張力45.2dyn/cm）
C4：キシレン（SP値8.8、粘度0.3mPa・s、表面張力18.4dyn/cm）
C5：ヘキサン（SP値7.3、粘度0.8mPa・s、表面張力30.3dyn/cm）
C6：エタノール（SP値12.7、粘度1.2mPa・s、表面張力22.4dyn/cm）
C7：メタノール（SP値14.5、粘度0.6mPa・s、表面張力22.5dyn/cm）
C8：n-ブタノール（SP値11.4、粘度3.0mPa・s、表面張力25.4dyn/cm）
C9：イソプロパノール（SP値11.5、粘度2.4mPa・s、表面張力21.3dyn/cm）
C10：エチレングリコールのプロピレンオキサイド 3モル及びエチレンオキサイド 3モル付加物（SP値10.1、粘度48.9mPa・s、表面張力39.7dyn/cm）

混合粉末と有機溶媒は、ハンドミキサーを用いて、120秒間混合し、本発明の流体状（ペースト状）硬化材を得た。

＜評価＞
（粒子間隙）
粒子間隙は、φ41mmのガラス製メスシリンダー内に、300mLの上記本発明の流体状硬化材を入れて60分間静置した。その時点で、原料分離が生じていない場合は原料全体の容積を、原料分離が生じている場合は、メスシリンダー内の沈降物上面の高さより沈降物容積を測定し、流体状硬化材中の混合粉末部分の投入量（容積）より、粒子間隙を求めた。

（硬化性）
硬化性状は、モルタル平板表面に前記流体状硬化材を10cm×10cm×厚さ1mmに塗布し、60分後に霧吹きで表面を充分に湿らせた後、20℃恒温室内で静置し、指触により硬化を確認した。霧吹き後30分経過後に指で押しても全くへこまないものは○（良）、それ以外の状態となったものについては再度霧吹きで表面を充分に湿らせた後、20℃、相対湿度80%の恒温室内で更に３時間（計3.5時間）静置し、この時点で指で押しても全くへこまないものは○（良）、それ以外の状態となったものは全て×（不良）とした。

（粉塵の発生）
前記流体状硬化材１kgを１mの高さより落下させ、粉塵発生を目視で評価した。粉塵発生が明確に認められたものを×、それ以外を○とした。

（粘度）
前記流体状硬化材の粘度は、混合粉末と有機溶媒を混合終了直後に、20℃でB型粘度計を用い、回転数６〜60rpmにて測定した。

（保管性）
前記流体状硬化材２kgをステンレス容器に密封し、20℃恒温室内に６ヶ月間静置した後開封し、ハンドミキサーで約３分間攪拌した。攪拌停止から30分放置した材料について前記の粒子間隙評価方法、粘度評価方法及び硬化性の確認方法とそれぞれ同様の方法で粒間隙、粘度を求め、また硬化性を確認した。粒子間隙が45〜65容積％で、粘度が0.1〜20Pa・ｓとなり、且つ硬化性が○（良）となったものについては、○（保管性有り）と判断し、それ以外は×（保管性無し）と判断した。

表１から明らかなように、本発明の流体状硬化材は、硬化性及び保管性に優れ、しかも粉塵の発生を抑制できることが判明した。

Claims

ポルトランドセメント及び／又は混合セメントとカルシウムアルミネートを含む粒子間隙が45〜65容積％の混合粒子と、溶解度パラメーターが9.0以上の有機溶媒とを含有し、20℃での粘度が20Pa・s以下である流体状硬化材。
混合粒子中のポルトランドセメント及び／又は混合セントに対するカルシウムアルミネートの重量比が0.1〜1.8である請求項１記載の流体状硬化材。
混合粒子の90重量％が通過する篩径（D9）と10重量％が通過する篩径（D1）の比（D9/D1）が6.5〜8.0である請求項１又は２記載の流体状硬化材。
有機溶媒が、一価アルコール、多価アルコール及び一価又は多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物から選ばれる少なくとも一種以上である請求項１〜３のいずれか１項記載の流体状硬化材。
有機溶媒が更に0.01〜0.1重量％の水を含有するものである請求項１〜４のいずれか１項の流体状硬化材。
請求項１〜５のいずれか１項記載の流体状硬化材を躯体面に塗布又は亀裂に充填した後、水を添加することを特徴とする流体状硬化材の施工方法。
請求項１〜５のいずれか１項記載の流体状硬化材を湿潤状態の躯体面に塗布、又は湿潤状態の亀裂に充填することを特徴とする流体状硬化材の施工方法。