JP2008230933A

JP2008230933A - ポップアウト防止用膨張材組成物およびそれを用いてなるセメント硬化体

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Publication number: JP2008230933A
Application number: JP2007075743A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kida; 勉木田; Kentaro Suhara; 健太郎栖原
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2027-03-23
Also published as: JP4611331B2

Abstract

【課題】ポップアウトの生じない、耐久性があり、美観のあるセメント硬化体となるポップアウト防止材を含有してなるポップアウト防止用膨張材組成物を提供すること。
【解決手段】膨張材と膨潤性粘土からなるポップアウト防止材を含有してなり、膨張材とポップアウト防止材との合計100部中、膨張材が99.9〜99.0部であり、ポップアウト防止材が0.1〜１部であるポップアウト防止用膨張材組成物、ポップアウト防止材が、さらに、リグニンスルホン酸カルシウム及び／又は高吸水性樹脂を含有してなる該膨張材組成物、セメントと該膨張材組成物とを含有してなるセメント組成物、該膨張材組成物が、セメントと膨張材組成物からなる結合材100部中、３〜20部である該セメント組成物、並びに、該セメント組成物を用いたセメント硬化体を構成とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、膨張材とポップアウト防止材とを含有してなるポップアウト防止用膨張材組成物およびそれを用いたセメント硬化体に関する。

従来、骨材性状の悪化やポンプ圧送の確保等から、コンクリート硬化体は、その製造時、コンクリートの所定のワーカビリティーを確保するために、必要以上の水とセメントが使用され、乾燥収縮量が大きくなっている。
そのため、ひび割れを生じ、コンクリート構造物の美観や耐久性を損なう場合があった。
この課題を解決するために、膨張材を使用する方法が提案されている。

膨張材を使用した膨張コンクリートは、レデイーミクストコンクリートとして供給されることが多く、膨張材を生コンプラントで練り混ぜて調製されている。そして、よく分散された膨張コンクリートを得るために、混ぜ時間を延ばしたり、最適な膨張材の投入方法を選択したりしている。
しかしながら、膨張材の塊が少量でもコンクリート中に存在すると、数日〜数年を経てコンクリートの表面付近でポップアウト現象を生じ、美観のみならず耐久性を損なうという課題があった。
これら課題解決のために、種々、膨張材の改良が試みられているが、条件によりポップアウト現象を生じる場合があるのが現状である（特許文献１、特許文献２、及び特許文献３参照）。

一方、膨潤性粘土は、層間に水が入って膨張する粘土鉱物であり、ハロイサイト、モンモリロナイト、バイデライト、バーミキュライト、及びスメクタイトなどの層状珪酸塩の粘土が挙げられ、なかでも、膨潤度が高いモンモリロナイトを主成分とするベントナイトがセメント分野で多量に使用されている。
例えば、ベントナイト、ポリビニルアルコール、及び膨張材を併用するヒューム管の遠心成形におけるノロ低減又は防止材が提案されているが、ベントナイトは、ノロ低減又は防止材として使用され、本発明のポップアウトを防止することを目的とするものではない（特許文献４参照）。
さらに、ベントナイト、ベントナイトの膨潤性を高める添加剤、及び膨張材からなるセメント組成物が提案されているが、ベントナイトは、ブリーディング防止や粘性の増加のために使用され、本発明のポップアウトを防止することを目的とするものではない（特許文献５参照）

また、リグニンスルホン酸塩は、サルファイトパルプ廃液の塩置換、その他の化学処理、スラッジ分離、及び噴霧乾燥して得られる粉体であり、一般に、セメント、粘土、顔料、染料、石膏、及び掘削泥水等の分散剤、練炭やレンガなどの粘結剤又は粘結助剤、並びに、ボイラのスケール除去剤等に使用されている。
本発明者は、流動性の改善や単位水量を低減するために、膨張材とリグニンスルホン酸カルシウムなどの減水剤を併用して、フローダウンやスランプロスの少ない、ワーカビリティーの良好な膨張材含有セメント組成物を提案したが、特定割合で、膨張材とリグニンスルホン酸カルシウムを併用することによって、ポップアウトを防止することを目的とするものではない（特許文献６参照）。

さらに、高吸水性樹脂は、自重の数百倍の水を吸水できる高分子で、水に膨潤してヒドロゲルを形成するもので、水を、形あるものとして保持し、吸水や保水に関する用途開発が進められている。具体的には、紙オムツ、化粧品、湿布剤、土壌改良剤、及びコンクリート養生マットなどに使用されているが、膨張材のポップアウトを防止することを目的として使用されるものではない。

特開２００２−２２６２４３号公報特開２００２−０６８８０８号公報特開平１１−３０２０４７号公報特開２００６−２１９３２０号公報特開２００６−２４８８８７号公報特開平１０−２２６５４９号公報

数日〜数年を経てから、コンクリートの表面付近でポップアウト現象が生じる課題に対して、本発明者は、特定のポップアウト防止材を含有してなるポップアウト防止用膨張材組成物を使用することによって、前記課題が解消できるという知見を得て、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、膨張材と、膨潤性粘土からなるポップアウト防止材とを含有してなり、膨張材とポップアウト防止材との合計100部中、膨張材が99.9〜99.0部であり、ポップアウト防止材が0.1〜１部であるポップアウト防止用膨張材組成物であり、ポップアウト防止材が、さらに、リグニンスルホン酸カルシウム及び／又は高吸水性樹脂を含有してなる該ポップアウト防止用膨張材組成物であり、セメントと該ポップアウト防止用膨張材組成物とを含有してなるセメント組成物であり、該ポップアウト防止用膨張材組成物が、セメントと該ポップアウト防止用膨張材組成物とからなる結合材100部中、３〜20部である該セメント組成物であり、セメント、膨張材、及び膨潤性粘土からなるポップアウト防止材を含有してなり、膨張材とポップアウト防止材との合計100部中、膨張材が99.9〜99.0部、ポップアウト防止材が0.1〜１部であるセメント組成物であり、該セメント組成物を用いたセメント硬化体である。

本発明のポップアウト防止用膨張材組成物を使用したセメント硬化体は、ポップアウトの生じないものとなり、耐久性があり、美観のあるものとなる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のコンクリートはセメントモルタルも含む場合がある。

本発明のポップアウト防止用膨張材組成物（以下、単に膨張材組成物という）は、膨張材とポップアウト防止材とを含有するものである。

本発明で使用する膨張材としては、カルシウムサルホアルミネート系膨張材や石灰系膨張材等がある。
膨張材の粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積値(以下、ブレーン値という)2,000〜7,000cm²/gが好ましい。2,000cm²/g未満では未反応物が長期間残存して耐久性が低下するおそれがあり、7,000cm²/gを超えると水和反応が早く、所定の膨張が得られなくなるおそれがある。

本発明で使用するポップアウト防止材は、膨潤性粘土を、また、膨潤性粘土と、リグニンスルホン酸カルシウム及び／又は高級水性樹脂とを含有するものである。

本発明で使用する膨潤性粘土は、層間に水が入って膨張する粘土鉱物であり、ハロイサイト、モンモリロナイト、バイデライト、バーミキュライト、及びスメクタイトなどの層状珪酸塩の粘土が挙げられる。
これらのうち、膨潤度が高いモンモリロナイトを主成分とするベントナイト、特に、ベントナイトナトリウム塩が好ましく、水分含有量が少ないのもがより好ましい。
ベントナイトは、粉鉄鉱石等を団粒化し、落下強度の向上、耐圧強度の向上、及び粉化防止に効果があり利用されている。
膨潤性粘土の使用量は、膨張材と、膨潤性粘土からなるポップアウト防止材との合計100部中、0.1〜１部が好ましく、0.2〜0.8部がより好ましい。0.1部未満ではポップアウト防止効果が得にくくなるおそれがあり、１部を超えてもポップアウト防止効果はかわらず、流動性の低下が大きくなるおそれがある。

本発明では、膨潤性粘土に、リグニンスルホン酸カルシウム及び／又は高級水性樹脂を併用することは、流動性や強度の低下を防ぐ面から好ましい。

通常、リグニンスルホン酸塩には、ナトリウム塩とカルシウム塩があるが、本発明では、カルシウム塩でないと所用の性能が得られないため、リグニンスルホン酸カルシウムを使用する。

本発明で使用するリグニンスルホン酸カルシウム（以下、リグニンCaという）は、低分子量のものから高分子量のものまで使用可能であり、水分含有量が７％以下のものが好ましく、３％以下のものがより好ましい。
ポップアウト防止材が、膨潤性粘土とリグニンCaからなる場合、膨潤性粘土とリグニンCaの配合割合は、膨潤性粘土100部に対して、10〜100部が好ましい。10部未満では併用効果が認められなくなるおそれがあり、100部を超えてもポップアウト効果は向上しない。

本発明で使用する高吸水性樹脂は、自重の数百倍の水を吸水できる高分子で、水に膨潤してヒドロゲルを形成する。
高吸水性樹脂は、製造方法により、デンプン・アクリロニトリル系高吸水性樹脂、デンプン・アクリル酸系高吸水性樹脂、カルボキシルメチルセルロース系高吸水性樹脂、ポリアクリル酸系高吸水性樹脂、及びビニルアルコール・アクリル酸系高吸水性樹脂があり、これらのいずれの高吸水性樹脂も使用可能であり、カルシウム飽和水溶液中での吸水量が大きいものが好ましい。
高吸水性樹脂の粒度は、平均粒径20〜300μｍが好ましい。
高吸水性樹脂と膨潤性粘土の配合割合は、膨潤性粘土100部に対して、10〜100部が好ましい。10部未満では併用効果が認められなくなるおそれがあり、100部を超えてもポップアウト効果は向上しない。

本発明の膨張材組成物は、膨張材と、膨潤性粘土、又は膨潤性粘土とリグニンCa及び／又は高吸水性樹脂とを含有するポップアウト防止材とを含有する。
ポップアウト防止材は、水分含有ができるだけ少ないことが、膨張材の性能を保持させることから好ましい。
また、ポップアウト防止材は、膨張材によく分散していることが、ポップアウト防止上必要である。
ポップアウト防止材の使用量は、ポップアウト防止材が、膨潤性粘土からなる場合、膨潤性粘土とリグニンCaからなる場合、膨潤性粘土と高吸水性樹脂からなる場合、膨潤性粘土とリグニンCaと高吸水性樹脂からなる場合のいずれも、膨張材とポップアウト防止材との合計100部中、0.1〜２部が好ましい。0.1部未満ではポップアウト防止効果が得られないおそれがあり、２部を超えると、強度の低下や流動性の低下が大きくなるおそれがあり、ポップアウト防止効果が変わらず経済的に無駄になるおそれがある。

膨張材組成物の使用量は、セメントと膨張材組成物からなる結合材100部中、３〜20部が好ましく、５〜15部がより好ましい。３部未満では収縮低減効果が少なくなるおそれがあり、20部を超えると膨張量が大きすぎて強度が低下するおそれがある。

ここで、セメントとしては、低熱、普通、早強、及び超早強等の各種ポルトランドセメント、これらのポルトランドセメントに、高炉スラグやフライアッシュなどを混合した各種混合セメントなどが使用可能である。
セメントの使用量は、モルタル又はコンクリートの配合等により異なるが、セメント単位量で270〜1,000kg/m³が好ましい。270kg/m³未満では構造上の耐久性や強度が得られなくなるおそれがあり、1,000kg/m³を超えると作業性が得られなくなるおそれがあり、水和発熱や乾燥収縮によるひび割れを生じるおそれがある。

水の使用量は、モルタル又はコンクリートの配合等によってかわり特に限定されるものではないが、単位量で120〜600kg/m³が好ましい。120kg/m³未満では骨材の表面水管理を厳しくしなければならない場合や、特殊な減水剤を併用しなければならない場合などがあり、施工性が悪化するおそれがある。また、600kg/m³を超えると長期の耐久性が得にくくなるおそれがあり、所定のコンクリート構造物としての強度が得にくくなるおそれがある。

本発明のセメント組成物、特に、膨張材組成物の混合方法は、膨張材とポップアウト防止材とがよく分散できれば特に限定されるものではなく、通常のミキサやブレンダーの使用が可能である。

以下、本発明を実験例に基づいてさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実験例１
ポップアウト現象は、膨張材の塊が、モルタルやコンクリート中で吸水し、固まり、分散せずに、長時間の膨張により生じる。そのため、プレスした成形体が、水中で崩壊しやすいものは、分散して塊が生じず、ポップアウトが生じないことから、本発明のポップアウト防止材の効果を迅速に確認する方法として下記の試験方法を行った。
表１に示す膨張材αと、膨張材とポップアウト防止材との合計100部中、表１に示すポップアウト防止材を混合した粉体を、φ19mmの円柱型に入れ、２分間、プレス圧15.9N/mm²でプレスして成形体を作製した。
作製した成形体の崩壊までの時間と金網中に残り吸水した成形体の残存量を測定した。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
膨張材α ：カルシウムサルホアルミネート系膨脹材、市販品
ポップアウト防止材ａ：膨潤性粘土、ベントナイトナトリウム塩、粉体、市販品
ポップアウト防止材ｂ：膨潤性粘土、ベントナイトカルシウム塩、粉体、市販品
ポップアウト防止材ｃ：非膨潤性粘土、カオリン
ポップアウト防止材ｄ：非膨潤性粘土、タルク

＜測定方法＞
崩壊までの時間：２リットルのポリ容器に水1.2リットルを入れ、水を撹拌しながら、作製した成形体を入れた金網を、２分間浸漬し、接水から、成形体が崩れ、金網内に残らなくなる時間
残存量：金網中に残った成形体の質量／金網中に入れた成形体全体の質量

実験例２
膨張材βを使用し、膨張材とポップアウト防止材との合計100部中、表２に示すポップアウト防止材を用いたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。

＜使用材料＞
膨張材β ：石灰系膨張材、市販品
ポップアウト防止材ｅ：リグニンCa、粉体、市販品、平均分子量51,000
ポップアウト防止材ｆ：リグニンCa、粉体、市販品、平均分子量11,000
ポップアウト防止材ｇ：リグニンCa、粉体、市販品、平均分子量 5,100

実験例３
膨張材βを使用し、膨張材とポップアウト防止材との合計100部中、表３に示すポップアウト防止材を用いたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記する。

＜使用材料＞
ポップアウト防止材ｈ：デンプン・アクリロニトリル系高吸水性樹脂、市販品、粒度20〜50μｍ
ポップアウト防止材ｉ：デンプン・アクリル酸系高吸水性樹脂、市販品、粒度50〜150μｍ
ポップアウト防止材ｊ：ポリアクリル酸系高吸水性樹脂、市販品、粒度150〜300μｍ

実験例４
膨張材βと、膨張材とポップアウト防止材からなる膨張材組成物100部中、表４に示すポップアウト防止材とからなる膨張材組成物を使用して、実験例１と同様に成形体を作製した。
セメント93.4部、水54部、減水剤0.25部、細骨材260部、及び粗骨材337部のコンクリート配合でコンクリートを練り混ぜた中に、セメントと膨張材組成物からなる結合材100部に対して、セメント組成物中の膨張材に換算して6.6部となるように作製した成形品を、壊れないようにバラバラに分散して押し込み、２分後に、30秒練り混ぜた。
練り混ぜたコンクリートを用いて、40×40×10cmの型枠に打設した。
翌日脱枠し、20℃水中養生を行い、ポップアウトの発生時期を測定した、結果を成形体の崩壊までの時間とともに表４に併記する。

＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント
細骨材：川砂、密度2.57g/cm³、粗粒率2.80
粗骨材：川砂利、５〜25mm、密度2.67g/cm³、粗粒率6.82
減水剤：ポリオール系ＡＥ減水剤、市販品

＜測定方法＞
ポップアウト発生時期：平滑なコンクリート表面が盛り上がり、ポップアウトが生じるまでの時間

実験例５
膨張材と、膨張材組成物100部中、表５に示すポップアウト防止材とからなる膨張材組成物を調製した。
セメントと、セメントと膨張材組成物からなる結合材100部中、表５に示す膨張材組成物を使用して成形体を作製したこと以外は実験例４と同様に行った。結果を表５に併記する。

Claims

膨張材と、膨潤性粘土からなるポップアウト防止材とを含有してなり、膨張材とポップアウト防止材との合計100部中、膨張材が99.9〜99.0部であり、ポップアウト防止材が0.1〜１部であるポップアウト防止用膨張材組成物。
ポップアウト防止材が、リグニンスルホン酸カルシウムを含有してなる請求項１に記載のポップアウト防止用膨張材組成物。
ポップアウト防止材が、高吸水性樹脂を含有してなる請求項１又は請求項２に記載のポップアウト防止用膨張材組成物。
セメントと、請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載のポップアウト防止用膨張材組成物とを含有してなるセメント組成物。
ポップアウト防止用膨張材組成物が、セメントとポップアウト防止用膨張材組成物とからなる結合材100部中、３〜20部である請求項４に記載のセメント組成物。
セメント、膨張材、及び膨潤性粘土からなるポップアウト防止材を含有してなり、膨張材とポップアウト防止材との合計100部中、膨張材が99.9〜99.0部、ポップアウト防止材が0.1〜１部であるセメント組成物。
請求項４〜請求項６のうちのいずれか１項に記載のセメント組成物を用いてなるセメント硬化体。