JP2007326727A - シリカフュームスラリー用分散剤、シリカフュームスラリー及びコンクリートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な流動性が維持され、かつ、コンクリートに配合した場合にコンクリートの物性に悪影響を及ぼさない、セメント混和用高濃度シリカフュームスラリーを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のシリカフュームスラリー用分散剤は、分子中にカルボキシル基を含有するモノマーからなる重合体と、分子中にアミド基及びスルホン酸基を含有するモノマーからなる重合体とを含んでいる共重合体からなる水溶性ポリマー、および／またはポリスチレンスルホン酸又はその塩を主成分とする水溶性ポリマーを少なくとも含むものである。
【選択図】なし

Description

本発明は、シリカフュームの輸送及び取扱いを容易にしたシリカフュームスラリーを製造するための分散剤であって、特に高強度コンクリートの製造に好適なシリカフュームスラリーを製造するための分散剤、及びそれを用いて製造したシリカフュームスラリー、並びにそれを用いて製造したコンクリートに関するものである。

シリカフュームは、シリカ質の超微粒子材料であり、従来、ポゾラン反応、マイクロフィラー効果によるコンクリートの高強度化、低水結合材比のコンクリートの流動性改善などを目的にコンクリート混和材料として使用されている。また吹き付けコンクリートの使用時におけるはね返り量及び粉塵量の低減等、作業環境の改善の目的にも用いられている。

近年、構造物の高層化、トンネル工事の増加により、シリカフュームが使用された高強度コンクリート及び吹き付けコンクリートの使用量が増加傾向にある。シリカフュームをこれらコンクリートに配合する際、シリカフュームは粉状のまま直接配合されることが多かった。しかしながらこの場合、シリカフュームは、嵩密度が０．２〜０．３程度と著しく嵩高であるため、一度に大量輸送することが困難であり、また、作業時に粉塵が発生しやすく、取扱いが難しかった。さらにシリカフュームは、コンクリート中へ均一に混合され難く、局部的に凝集するという問題点を有していた。

このような問題を解決するものとして、シリカフュームにコンクリートや、モルタル用の高性能減水剤である分散剤と水を加えて高濃度のシリカフュームスラリーとする方法が提案されている。例えば、特許文献１には、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物系、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物系、リグニンスルホン酸塩系、ポリカルボン酸塩系、ナフタレンスルホン酸とリグニンスルホン酸の共縮合物系、高縮合トリアジン系等が挙げられている。

また、特許文献２には、硫酸や炭酸ガスをｐＨ調整剤として加え、シリカフュームスラリーのｐＨを１．０〜５．８に調整することで粘性を下げることが提案されている。

さらに、特許文献３には、脂肪族（不飽和）スルホン酸と不飽和カルボン酸の共重合体、あるいは、ポリアクリル酸塩とナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物塩等を組み合わせた分散剤とｐＨ調整剤とを併用することで、濃度４０〜６０重量％の低粘性シリカフュームスラリーを得ることが開示されている。
特開昭６０−１２９１３２号公報 特許第２６７２００４号公報 特許第３４５１４０７号公報

しかしながら、ポリカルボン酸塩系の分散剤は、シリカフュームの分散性に優れていないため、得られるスラリーの流動性は悪く、５０重量％を超える高濃度のシリカフュームスラリーの製造には適していない。また、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物塩は、シリカフュームの分散性に優れているが、高強度コンクリートの製造に広く使用されているポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤と混合すると、フレッシュコンクリートの流動性を著しく低下させてしまうため、高強度コンクリートに所定の流動性を付加するには、ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤を過剰添加せざるを得ず、コンクリートの凝結遅延、強度発現の停滞等の問題が発生する。

また、ｐＨ調整によってシリカフュームスラリーの流動性を改善する場合、酸の種類あるいは添加量の多寡によっては、凝結異常、強度低下、異常膨張、鉄筋の発錆など高強度コンクリートの物性に悪影響を与えるという問題がある。

そこで本発明は、高濃度のシリカフュームスラリーであって、良好な流動性が維持され、かつ、コンクリートに配合した場合にコンクリートの物性に悪影響を及ぼさない、セメント混和用高濃度シリカフュームスラリーを提供することを目的とする。

このような目的を達成するために本発明者らは鋭意検討を行った結果、適正な分散剤を適量用いることで流動性の良好な高濃度のシリカフュームスラリーを得ることができることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、
（１）カルボキシル基を含有するモノマーからなる重合体とアミド基及びスルホン酸基を含有するモノマーからなる重合体とを含む共重合体からなる水溶性ポリマーを少なくとも有していることを特徴とするシリカフュームスラリー用分散剤；
（２）前記カルボキシル基を含有するモノマーをアクリル酸又はメタクリル酸又はその塩とするとともに、前記アミド基及びスルホン酸基を含有するモノマーをアクリルアミドメチルスルホン酸又はその塩としている（１）記載のシリカフュームスラリー用分散剤；
（３）前記アミド基及びスルホン酸基を含有するモノマーを、２−アクリルアミドー２−メチルプロパンスルホン酸又はその塩としている（１）又は（２）記載のシリカフュームスラリー用分散剤；
（４）ポリスチレンスルホン酸又はその塩を主成分とする水溶性ポリマーを少なくとも含むことを特徴とするシリカフュームスラリー用分散剤；
（５）（１）乃至（４）の何れかに記載のシリカフュームスラリー用分散剤と、水と、シリカフュームとを含むことを特徴とするシリカフュームスラリー；
（６）前記シリカフュームの濃度を、５０〜７５重量％としている（５）記載のシリカフュームスラリー；
（７）前記シリカフュームスラリー用分散剤の添加量を、シリカフュームに対して０．０５〜２．０重量％としている（５）又は（６）記載のシリカフュームスラリー；
（８）請求項（５）乃至（７）の何れかに記載のシリカフュームスラリーを用いて製造することを特徴とするコンクリートの製造方法；
を提供するものである。

本発明によれば、コンクリートに配合した場合にコンクリートの物性に悪影響を及ぼすことを有効に回避しつつ、流動性の良好なセメント混和用高濃度シリカフュームスラリーを得ることができる。その結果、シリカフュームの輸送や取り扱いを容易としながら好適にコンクリートを製造することが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態について説明する。

本発明のシリカフュームスラリー用分散剤は、分子中にカルボキシル基を含有するモノマーからなる重合体と分子中にアミド基及びスルホン酸基を含有するモノマーからなる重合体とを含んでいる共重合体からなる水溶性ポリマー、および／またはポリスチレンスルホン酸又はその塩を主成分からなる水溶性ポリマーを少なくとも含むものである。

また、本発明で使用される分子中にカルボキシル基を含有するモノマーからなる重合体と、分子中にアミド基及びスルホン酸基を含有するモノマーからなる重合体とを含んでいる共重合体からなる水溶性ポリマーとしては、アクリル酸―アクリルアミドメチルスルホン酸共重合体又はその塩、メタクリル酸―アクリルアミドメチルスルホン酸共重合体又はその塩が例示できる。具体的には、アミド基及びスルホン酸基を含有するモノマーとして、２−アクリルアミドー２−メチルプロパンスルホン酸又はその塩が例示できるが、本発明は当該モノマーに限定されることはなく、その他、種々のものを採用することができる。

一方、本発明で使用されるポリスチレンスルホン酸又はその塩を主成分からなる水溶性ポリマーとしては、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ポリスチレンスルホン酸カルシウム等を例示することができるが、本発明はこれらに限定されることはなく種々のものを採用することができる。

そして、本発明に係るシリカフュームスラリーは、上述したシリカフュームスラリー用分散剤と、シリカフュームと、水とを有するものである。

ここで、本発明で使用されるシリカフュームは、シリカ質を主成分とする超微粒子材料であり、ＪＩＳ Ａ ６２０７に規定される「コンクリート用シリカフューム」、あるいはそれに準じた品質のものである。このようなシリカフュームとしては、例えば、シリコン、含シリコン合金、フェロシリコン等を製造する際に生成する超微粒子の副産物が挙げられる。

本発明におけるシリカフュームのスラリー中の濃度は、５０〜７５重量％であることが好ましい。シリカフューム濃度が５０重量％未満では水の量が多くなり、シリカフュームスラリーの輸送コストが嵩み、また、高強度コンクリートへのシリカフュームスラリーの配合量が制限されてしまうおそれがある。一方、シリカフューム濃度が７５重量％を超えると、分散剤の粘度低下作用も効果が及ばず、シリカフュームスラリーの粘度が高くなり過ぎて、撹拌や定量供給等の取扱いが困難となり、シリカフュームの分散性が不十分となるおそれがある。

上述の分子中にカルボキシル基を含有するモノマーからなる重合体と、分子中にアミド基及びスルホン酸基を含有するモノマーからなる重合体とを含んでいる共重合体からなる水溶性ポリマーの添加量を、シリカフュームに対して０．０５〜２．０重量％とすることが好ましい。

分散剤としての分子中にカルボキシル基を含有するモノマーからなる重合体と、分子中にアミド基及びスルホン酸基を含有するモノマーからなる重合体とを含んでいる共重合体からなる水溶性ポリマーの添加量が少なすぎると十分に粘度低下されたシリカフュームスラリーを得られなくなるおそれがあり、多すぎると配合コンクリートの強度発現が不十分になるおそれがある。

一方、ポリスチレンスルホン酸又はその塩を主成分とする水溶性ポリマーの添加量を、シリカフュームに対して０．０５〜２．０重量％とすることが好ましい。

分散剤としてのポリスチレンスルホン酸又はその塩を主成分とする水溶性ポリマーの添加量が少なすぎると十分に粘度低下されたシリカフュームスラリーを得られなくなるおそれがあり、多すぎると配合コンクリートの強度発現が不十分になるおそれがある。

そして、本発明に係るコンクリートの製造方法は、上述のシリカフュームスラリーを用いることを特徴としている。具体的には、本発明のシリカフュームスラリーのセメント組成物への混和量は、使用対象となるコンクリート等セメント組成物に応じて、適宜定められるが、基本的には使用対象となるコンクリート等セメント組成物に所望のワーカビリティー、強度及び耐久性等の品質を付与する量であればよい。例えば、通常セメント組成物中に含まれるセメント重量に対して、濃度６０重量％のシリカフュームスラリーの場合、スラリーとして５〜３０重量％の割合で混和するのが適量である。

以下、本発明に係るシリカフュームスラリーを製造する態様について詳述する。

本発明のシリカフュームスラリーの製造方法は、シリカフューム、水および分子中にカルボキシル基を含有するモノマーからなる重合体と、分子中にアミド基及びスルホン酸基を含有するモノマーからなる重合体とを含んでいる共重合体からなる水溶性ポリマー、および／またはポリスチレンスルホン酸又はその塩を主成分からなる水溶性ポリマーを均一に混合できれば特に制限されない。

通常、上述の水溶性ポリマーを水に溶解させ、高速撹拌下シリカフュームを少しずつ投入しながら分散させてスラリー化するのが、本発明のシリカフュームスラリーを得る上で好適な方法である。

かくして製造された本発明のシリカフュームスラリーは使用あるいは輸送までの間、貯蔵タンクに貯蔵される。本発明のシリカフュームスラリーは、この貯蔵の間、継続的な機械的強制撹拌を施すことによってスラリーの流動性が保持されていることが好ましい。

継続的な機械的強制撹拌とは、連続的もしくは断続的に機械的な強制撹拌を行うことを意味するが、消費電力の削減の観点から低速連続撹拌あるいは高速間欠撹拌であることが好ましい。

機械式撹拌装置は、高粘度用の一般的な回転数＝５〜３００ｒｐｍ、定格トルク＝０．５Ｎ・ｍ程度の能力を有する撹拌装置であれば特に限定されず、製造するシリカフュームスラリーの容量に合せて出力等が選択される。また、撹拌翼はエッジドタービン翼、プロペラ翼、タービン翼、パドル翼、アンカー翼、リボン翼等いずれも用いることができ、貯蔵タンク内のスラリーを均一に撹拌し、かつ長期間スラリーの流動性が保持できるのであれば、安価かつ簡易な装置が好ましい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

以下に本発明の実施例を挙げて、さらに詳しく本発明を説明するが、本発明は当該実施例に限定されるものではない。

（１）シリカフュームスラリーの粘度測定試験
実施例１−１、実施例２−１、比較例1−１及び比較例２−１に係るシリカフュームスラリーを製造し、粘度をそれぞれ測定した。

［使用材料］
水：水道水
シリカフューム：９４０−Ｕ（エルケムジャパン株式会社）
分散剤１：Ａ−６０１７（カルボキシル基を含有するモノマーと、アミド基及びスルホン基を含有するモノマーの共重合体からなる水溶性ポリマー：東亜合成株式会社）
分散剤２：ポリティＰＳ−１９００（ポリスチレンスルホン酸ナトリウム：株式会社ライオン）
分散剤３：マイティ１５０（ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物系減水剤：花王株
式会社）
［試験方法］
２０℃恒温下で水道水７９４０ｇを円筒型３０リットルポリエチレン容器に入れ、分散剤１、分散剤２、分散剤３を６０ｇ添加して溶解させた後、ハンドミキサーで高速機械撹拌しながらシリカフューム１２０００ｇを少しずつ投入し、５分間撹拌して濃度６０重量％のシリカフュームスラリーを得た。斯かるシリカフュームスラリーのうち、分散剤１を使用したものを実施例１−１、分散剤２を採用したものを実施例２−１、分散剤３を採用したものを比較例１−１とした。
また対照として、上述の方法から分散剤を使用せずに製造した水とシリカフュームとの混合物を比較例２−１とした。
そして、得られたスラリーの粘度をＢ型粘度計（Ｂ−８Ｌ：株式会社東京計器）を用いて測定した。

表１にシリカフュームスラリーの粘度測定結果を示す。

実施例１−１、実施例２−１では、分散剤無添加である比較例２−１に比較して、著しく低い粘度を示し、従来の分散剤である比較例１−１と比較しても同等以上の分散性能を示した。
（２）ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤との相互作用比較試験。

実施例１−１、実施例２−１、比較例1−１及び比較例２−１に係るシリカフュームスラリー又はシリカフュームと水との混合物に、練り混ぜ水、セメント、砂、ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤をそれぞれ添加し、攪拌することにより、シリカヒュームを混合したセメントモルタルを作成した。
そして得られた各モルタルをそれぞれ実施例１−２、実施例２−２、比較例1−２及び比較例２−２とし、スランプフローを測定した。

［使用材料］
実施例１−１、実施例２−１、比較例1−１及び比較例２−１以外の材料を以下に示す。
練混ぜ水：水道水
セメント：低熱ポルトランドセメント（ベータＬ：住友大阪セメント）
砂：野洲産川砂
高性能ＡＥ減水剤：シーカメント１２００Ｎ（日本シーカ）
［試験方法］
モルタルの配合割合を表２に示す。

実施例１−１、実施例２−１、比較例1−１及び比較例２−１に係るシリカフュームスラリーに、表2に示した配合割合に基づいて水、セメント、砂、及び高性能ＡＥ減水剤を混合した。
具体的に説明すると、実施例１−１、実施例２−１、比較例1−１及び比較例２−１に係るシリカフュームスラリーに、高性能ＡＥ減水剤を除く水、すなわち練り混ぜ水を添加した後セメントと砂を混合した。そして３０秒攪拌した後、高性能ＡＥ減水剤を投入した。その後、ホバートミキサーにより、低速にて３００秒、さらに高速にて３００秒攪拌した。
このように作成されたモルタルを、上述の通り、実施例１−１を使用したものを実施例１−２、実施例２−１を採用したものを実施例２−２、比較例１−１を採用したものを比較例１−２、比較例２−１を採用したものを比較例２−２とした。スランプフローを測定した。
そして、得られたモルタルである実施例１−２、実施例２−２、比較例1−２、比較例２−２のスランプフローを、ＪＩＳ Ａ １１５０に定義される方法に基づいて測定した。

［試験結果］
表３に各モルタルのスランプフローを示す。

比較例１−２では、分散剤無添加である比較例２−２に比べてスランプフローが低い結果を得た。斯かる原因はポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤と従来の分散剤であるナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物系減水剤とを併用したことにあると考察される。

一方、実施例１−２並びに実施例２−２においては、スランプフローが分散剤無添加である比較例２−２に比べて高くなるという結果を得た。特に比較例１−１においては、特に高いスランプフローを得た。

以上の２つの試験により、本発明の実施例に係るシリカフュームスラリー用分散剤は、粘度が低いすなわち流動性の良好なシリカフュームスラリーを得ることができることが判明した。また斯かるシリカフュームスラリーは、コンクリートに配合した場合にコンクリートの物性に悪影響を及ぼすことすなわちスランプフローを低下させることを、有効に回避し得るものであることが判明した。

Claims (8)

1. カルボキシル基を含有するモノマーからなる重合体とアミド基及びスルホン酸基を含有するモノマーからなる重合体とを含む共重合体からなる水溶性ポリマーを少なくとも有していることを特徴とするシリカフュームスラリー用分散剤。
2. 前記カルボキシル基を含有するモノマーをアクリル酸又はメタクリル酸又はその塩とするとともに、前記アミド基及びスルホン酸基を含有するモノマーをアクリルアミドメチルスルホン酸又はその塩としている請求項１記載のシリカフュームスラリー用分散剤。
3. 前記アミド基及びスルホン酸基を含有するモノマーを、２−アクリルアミドー２−メチルプロパンスルホン酸又はその塩としている請求項１又は２記載のシリカフュームスラリー用分散剤。
4. ポリスチレンスルホン酸又はその塩を主成分とする水溶性ポリマーを少なくとも含むことを特徴とするシリカフュームスラリー用分散剤。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載のシリカフュームスラリー用分散剤と、水と、シリカフュームとを含むことを特徴とするシリカフュームスラリー。
6. 前記シリカフュームの濃度を、５０〜７５重量％としている請求項５記載のシリカフュームスラリー。
7. 前記シリカフュームスラリー用分散剤の添加量を、シリカフュームに対して０．０５〜２．０重量％としている請求項５又は６記載のシリカフュームスラリー。
8. 請求項５乃至７の何れかに記載のシリカフュームスラリーを用いて製造することを特徴とするコンクリートの製造方法。