JP2006240965A - セメント系組成物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２種類の水溶性低分子化合物を組み合わせて成る増粘性混和剤が配合されたセメント系混合物を作製する際に、一度の混練で早強性、流動性、材料分離抵抗性、及び、耐水性に優れたセメント系組成物を製造する方法を提供する。
【解決手段】 セメント、水、骨材に、カチオン性界面活性剤から選ばれる第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と、アニオン性芳香族化合物から選ばれる第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを含有する混和剤を増粘性混和剤として配合したセメント系組成物を製造する際に、上記第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）を粉体の形態でセメント、水、骨材に混合し、この混合物に、水と第１の水溶性低分子化合物（Ａ）とを添加して混練することにより、上記化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）とを均質な状態で結合させることができるようにした。
【選択図】 なし

Description

本発明は、セメント系組成物の製造方法に関するもので、特に、２種類の水溶性化合物から成る増粘性添加剤を配合して成るセメント系組成物の製造方法に関する。

従来、シールド工法の直打ちコンクリートライニング材などに使用されるコンクリートとしては、セメント、水、骨材に、高性能ＡＥ減水剤などのコンクリート用化学混和剤を添加して成る高流動コンクリートが用いられている。
ところで、シールド工法、特に、湧水地層におけるシールド工法の直打ちコンクリートとして使用されるコンクリート組成物には、流動性、材料分離抵抗性、及び、早強性に優れるとともに、耐水性にも優れていることが要求されている。この早強性と耐水性とは、従来、両立が困難な特性であって、上記高流動コンクリートでは流動性、材料分離抵抗性に優れており、また、コンクリート用化学混和剤を適宜選択するなどして、早強性を発揮させることも可能であるが、耐水性に問題があるため、地下水圧中での打込みにおいて、十分な強度を確保することが困難であった。
一方、水中に直接打込んでも材料分離が少なく、かつ、耐水性の高いコンクリートとして、セメント、水、骨材に、セルロース系またはアクリル系の水溶性高分子を主成分とする水中不分離性混和剤を配合した水中不分離性コンクリートが知られているが、この水中不分離性コンクリートは、耐水性、流動性、材料分離抵抗性には優れているが、早強性に問題があるため、シールドの反力を負担するだけの十分な初期強度が得られないといった問題点があった。

そこで、本出願人は、混和剤として２種類の水溶性化合物から成る増粘性添加剤を添加した、早強性、高流動性、材料分離抵抗性に加えて、耐水性にも優れた流動性や早強性に優れるとともに、耐水性にも優れた早強性耐水コンクリート組成物を提案している（特願２００４−９９５０９号、特願２００４−９９５５２号）。
上記特殊増粘剤は、第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを含有する添加剤であり、上記化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）とが、両性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）とアニオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ｂ）の組み合わせ、または、カチオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）とアニオン性芳香族化合物から選ばれる化合物（Ｂ）との組み合わせ、カチオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）と臭素化合物から選ばれる化合物（Ｂ）との組み合わせ、から選択される添加剤のうちのいずれかの添加剤である。

上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とがある一定の割合でセメント中に混入されると、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とが電気的に配列して擬似ポリマーを形成することにより、上記混和剤は増粘剤として機能する。これにより、流動性や早強性に優れるとともに、優れた耐水性を有するコンクリート組成物を得ることができる。なお、実験の結果では、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）との配合の割合は、１：１の場合が最適であった。

しかしながら、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と上記第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを同時に添加すると、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と上記第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とが不均質な状態で擬似ポリマーを形成してしまうので、擬似ポリマーを均質な状態で形成させて所望の特性を得るためには長時間の混練が必要となる。そこで、上記早強性耐水コンクリート組成物を製造する際には、はじめに、セメント、水、細骨材に第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）を添加して混練して混練物を作製した後、上記混練物に第１の水溶性低分子化合物（Ａ）を添加して再度混練し、最後に粗骨材を加えて混練するようにしていた。したがって、製造工程が複雑になるとともに、製造に時間がかかるといった問題点があった。
このような問題は、上記早強性耐水コンクリート組成物の製造に限らず、コンクリートやモルタルなどの、セメント系混合物に上記特殊増粘剤を配合したものを製造する場合にも問題となっている。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、２種類の水溶性低分子化合物を組み合わせて成る増粘性混和剤が配合されたセメント系混合物を作製する際に、上記２種類の水溶性低分子化合物を同時に添加しても、早強性、流動性、材料分離抵抗性、及び、耐水性に優れたセメント系組成物を製造することのできる方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討した結果、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）のうちの少なくとも一方を粉体の形態とすれば、上記粉体が水中に分散されるまで上記化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）とは結合しないので、上記化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）とを同時に添加しても、上記化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）とを均質な状態で結合させることができることを見出し本発明に到ったものである。
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、セメント、水、骨材とに、増粘性混和剤として、第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを含有する添加剤であり、上記化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）とが、両性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）とアニオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ｂ）の組み合わせ、または、カチオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）とアニオン性芳香族化合物から選ばれる化合物（Ｂ）との組み合わせ、カチオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）と臭素化合物から選ばれる化合物（Ｂ）との組み合わせ、から選択される添加剤のうちのいずれかの添加剤を添加して成るセメント系混合物を製造する際に、セメントと骨材とに、少なくとも一方、あるいは、両方の水溶性低分子化合物の粉体を混合した後、この混合物に他方の水溶性低分子化合物と水、あるいは、水を加えて混練するようにしたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のセメント系組成物の製造方法において、
セメントと骨材とに上記第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）の粉体とを混合した後、この混合物に、水と上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）とを加えて混練するようにしたことを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のセメント系組成物の製造方法において、上記増粘性混和剤として、カチオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）とアニオン性芳香族化合物から選ばれる化合物（Ｂ）を含有する増粘性混和剤を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、カチオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）とアニオン性芳香族化合物から選ばれる化合物（Ｂ）との組み合わせなどから選択される第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを含有する添加剤が増粘性添加剤として添加されたセメント系混合物を製造する際に、セメントと骨材とに、少なくとも一方、あるいは、両方の水溶性低分子化合物の粉体を混合した後、この混合物に他方の水溶性低分子化合物と水、あるいは、水を加えて混練することにより、上記化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）とを均質な状態で結合させるようにしたので、２種類の水溶性低分子化合物を組み合わせて成る増粘性混和剤が配合されたセメント系混合物を効率よくかつ短時間で製造することができる。

以下、本発明の最良の形態について説明する。
本発明の最良の形態に係るセメント系組成物は、セメント、水、骨材に、セメント混和剤を配合するとともに、増粘性混和剤として、カチオン性界面活性剤から選ばれる第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と、アニオン性芳香族化合物から選ばれる第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを含有する混和剤を用いたもので、本例では、上記第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）を粉体の形態で、セメント、水、骨材に混合し、この混合物に、水とセメント混和剤（減水剤）と第１の水溶性低分子化合物（Ａ）とを添加して混練し作製する。
上記セメントとしては、特に限定されるものではなく、石灰石・粘土・酸化鉄などを原料とした普通ポルトランドセメント，早強ポルトランドセメント，中庸熱ポルトランドセメント，白色ポルトランドセメントなどのポルトランドセメントや、高炉セメント，フライアッシュセメント，シリカセメントなどの混合セメントを用いることができる。
なお、水セメント比（Ｗ／Ｃ）は、セメント系混合物の種類あるいは用途により適宜設定されるもので、コンクリート組成物であれば、３０〜６０％、モルタル組成物であれば、４０〜〜７０％、低強度モルタル組成物であれば、７０〜２５０％となる。
また、上記骨材としては、川砂から得られた細骨材や粗骨材が用いられる。このとき、セメント系混合物がコンクリート組成物である場合には、細骨材率を（Ｓ／ａ）＝３０〜４５％とすることが好ましい。なお、モルタル組成物の場合には、主に、砂を用いる。

本発明に用いられる第１の水溶性低分子化合物（Ａ）としては、４級アンモニウム塩型カチオン性界面活性剤が好ましく、特に、アルキルアンモニウム塩を主成分とする添加剤が好ましい。また、第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）としては、芳香環を有するスルフォン酸塩が好ましく、特に、アルキルアリルスルホン酸塩を主成分とする添加剤が好ましいが、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）としては、ドデカン酸アミドプロピルベタインなどの両性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）とＰＯＥ（３）ドデシルエーテル硫酸エステル塩などのアニオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ｂ）の組み合わせ、または、上記カチオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）と臭化ナトリウムなどの臭素化合物から選ばれる化合物（Ｂ）との組み合わせであってもよい。

また、上記セメント混和剤としては、リグニン系、ポリカルボン酸系、メラミン系、ナフタリン系、あるいは、アミノスルホン酸系などのポリエーテル系減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤などの、通常使用されているセメント混和剤の中から適宜選択することができる。中でも、上記増粘性混和剤との相溶性に優れたカルボキシル基含有ポリエーテル系減水剤を配合することにより、セルフレベリング性、高流動性を確実に発揮させることができる。

ところで、上記混和剤は、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とが電気的に配列して擬似ポリマーを形成することにより増粘剤として機能するが、本例では、上記のように、第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）を粉体の形態でセメント及び骨材と混合し、この混合物に、水とセメント混和剤と第１の水溶性低分子化合物（Ａ）を添加して混練することにより、上記化合物（Ａ）と上記化合物（Ｂ）とがそれぞれ水に均一に近い状態で分散してから結合するようにしている。
すなわち、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と上記第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とがともに液状の場合には、上記化合物（Ａ）と上記化合物（Ｂ）とを同時に添加すると、上記化合物（Ａ）と上記化合物（Ｂ）とが水に均質に分散する前に結合してしまうため、擬似ポリマーの形成が不均質な状態になってしまうが、本例では、上記第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）の粉体はセメント中に均質に混合されており、この化合物（Ｂ）と、水に均一に分散された第１の水溶性低分子化合物（Ａ）とを結合するので、均質な状態で擬似ポリマーを形成させることができる。

このように、本実施の形態では、セメント、水、骨材に、セメント混和剤を配合するとともに、カチオン性界面活性剤から選ばれる第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と、アニオン性芳香族化合物から選ばれる第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを含有する混和剤を増粘性混和剤として配合したセメント系組成物を製造する際に、上記第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）を粉体の形態で、セメント、水、骨材に混合し、この混合物に、水とセメント混和剤（減水剤）と第１の水溶性低分子化合物（Ａ）とを添加して混練するようにしたので、上記化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）とを均質な状態で結合させることができる。したがって、２種類の水溶性低分子化合物を組み合わせて成る増粘性混和剤が配合されたセメント系混合物を効率よくかつ短時間で製造することができる。

なお、上記実施の形態では、第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）を粉体の形態で添加した場合について説明したが、第１の水溶性低分子化合物（Ａ）を粉体の形態でセメントと骨材とに混合し、この混合物に水と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを添加して混練するようにしてもよい。
あるいは、セメントと骨材とに上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）の粉体と上記第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）の粉体とを混合した後加水して混練しても同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、２種類の水溶性低分子化合物を組み合わせて成る増粘性混和剤が配合されたセメント系混合物を効率よくかつ短時間で製造することができるので、作業工程を簡素化することができるとともに、製造効率を大幅に向上させることができる。

Claims (3)

1. セメント、水、骨材とに、増粘性混和剤として、第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを含有する添加剤であり、上記化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）とが、両性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）とアニオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ｂ）の組み合わせ、または、カチオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）とアニオン性芳香族化合物から選ばれる化合物（Ｂ）との組み合わせ、カチオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）と臭素化合物から選ばれる化合物（Ｂ）との組み合わせ、から選択される添加剤のうちのいずれかの添加剤を添加して成るセメント系混合物の製造方法であって、セメントと骨材とに、少なくとも一方、あるいは、両方の水溶性低分子化合物の粉体を混合した後、この混合物に他方の水溶性低分子化合物と水、あるいは、水を加えて混練するようにしたことを特徴とするセメント系組成物の製造方法。
2. セメントと骨材とに上記第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）の粉体とを混合した後、この混合物に、水と上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）とを加えて混練するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のセメント系組成物の製造方法。
3. 上記増粘性混和剤として、カチオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）とアニオン性芳香族化合物から選ばれる化合物（Ｂ）を含有する増粘性混和剤を用いたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセメント系組成物の製造方法。