JP2009234820A - セメント組成物、セメント硬化体、およびセメントの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造ロット間の物性の変動を抑制し得るセメント組成物を提供することを一の課題とする。また、該セメント組成物が用いられた、製造ロット間の物性の変動を抑制し得るセメント硬化体を提供することを他の課題とする。さらに、セメント組成物およびセメント硬化体の製造ロット間の物性の変動を抑制し得るセメントの製造方法を提供することを別の課題とする。
【解決手段】ポリエチレングリコールの存在下でセメントクリンカが粉砕されてなる粉砕物が含まれているセメント組成物による。
【選択図】 なし

Description

本発明は、セメント組成物、該セメント組成物が用いられたセメント硬化体、および該セメント組成物又は該セメント硬化体に用いられるセメントの製造方法に関する。

従来、モルタルやコンクリートに用いられるセメント組成物としては、粉砕効率を向上させ粉砕された微粒子同士の凝集を抑制する粉砕助剤の存在下でセメントクリンカが粉砕されてなる粉砕物が含まれているものなどが知られている。具体的には、例えば、粉砕助剤としてジエチレングリコールが採用されているセメント組成物が知られている。

また、粉砕効率をより向上させるべく、粉砕助剤としてジエチレングリコールより分子量の大きいエチレングリコール類が採用されたセメント組成物も知られている（特許文献１）。

しかしながら、この種のセメント組成物は、製造ロット間でその物性が変動しやすいという問題を有している。具体的には、水が混合されたセメント組成物の流動性が製造ロット間で変動したり、また、この種のセメント組成物が用いられたモルタルやコンクリートなどのセメント硬化体の強度が製造ロット間で変動したりし得る。

以上のように、従来のセメント組成物は、該セメント組成物の物性や該セメント組成物が用いられた硬化体等の物性が製造ロット間で変動しやすく、その物性が安定しにくいという問題を有している。

特開平０２−２９８３６６号公報

これに対して、本願の発明者は、該セメント組成物の物性や該セメント組成物が用いられた硬化体等の物性が製造ロット間で変動しやすい原因について、次のような点に着目した。即ち、従来のセメント組成物では、セメントクリンカの粉砕に伴う熱などによって、粉砕助剤として添加された分子量の比較的小さいエチレングリコール類が揮発し得るうえに、その揮発量の制御が困難であるため、得られるセメント組成物に含まれている粉砕助剤の量が製造ロット間で変動しやすく、そのために、斯かるセメント組成物が用いられたモルタルやコンクリート等のセメント硬化体は、強度などの物性が製造ロット間で変動しやすくなるという点に着目した。

本発明は上記のような従来技術の問題点などに鑑みてなされたものであり、製造ロット間の物性の変動を抑制し得るセメント組成物を提供することを一の課題とする。また、該セメント組成物が用いられた、製造ロット間の物性の変動を抑制し得るセメント硬化体を提供することを他の課題とする。さらに、セメント組成物およびセメント硬化体の製造ロット間の物性の変動を抑制し得るセメントの製造方法を提供することを別の課題とする。

上記課題を解決すべく、本発明は、ポリエチレングリコールの存在下でセメントクリンカが粉砕されてなる粉砕物が含まれていることを特徴とするセメント組成物を提供する。

本発明に係るセメント組成物によれば、セメントクリンカが粉砕されるときの熱によっても揮発しにくいポリエチレングリコールが含まれているため、用いられたポリエチレングリコールが減少せずにセメント組成物に残存し得る。従って、セメント組成物に残存するポリエチレングリコールの量が制御でき、残存しているポリエチレングリコールの量が製造ロット間で安定化できる。

また、本発明は、さらにポリカルボン酸系分散剤が含まれているセメント組成物を提供する。前記ポリカルボン酸系分散剤は、前記粉砕物を水に分散しやすくし、分散された前記粉砕物が凝集することを抑制し、また、水和時におこるセメント粒子の凝集を防ぎ粒子相互を分散させるためのものである。加えて、セメント組成物の流動性などの物性又は該セメント組成物が用いられた硬化体の強度などの物性の変動を抑制するために、その配合量を調整して用いられ得るものである。このように、前記ポリカルボン酸系分散剤は、セメント組成物又は該セメント組成物が用いられた硬化体の各種物性を所望のものとするための重要な性能を有するものであるが、その性能の発揮において前記ポリエチレングリコールの影響を受けやすい。即ち、ポリエチレングリコールの残存量が変動することによって生じる物性の変動に合わせて、前記ポリカルボン酸系分散剤の配合量を変える必要が生じ、これにより、セメント組成物や該セメント組成物が用いられた硬化体の他の物性が大きく変動し得る。これに対して本発明は、セメント組成物に残存しているポリエチレングリコールの量が製造ロット間で安定化されているため、各種物性を調整すべく配合される前記ポリカルボン酸系分散剤の配合量も安定化され得る。従って、前記ポリカルボン酸系分散剤が含まれている本発明のセメント組成物は、分散性等が優れていると同時に、製造ロット間の物性の変動が抑制され得る。

本発明のセメント組成物は、前記ポリエチレングリコールの分子量が２００〜７００であることが好ましい。前記ポリエチレングリコールの分子量が２００以上であることにより、セメントクリンカが粉砕されるときの熱によってもポリエチレングリコールがより揮発しにくくなるという利点があり、７００以下であることにより、ポリエチレングリコールが室温においてセメント組成物中で固体となって析出しにくいという利点がある。

また、本発明のセメント組成物は、前記セメントクリンカ１００重量部に対して前記ポリエチレングリコールが０．０１〜０．０６重量部であることが好ましい。前記セメントクリンカ１００重量部に対して前記ポリエチレングリコールが０．０１重量部以上であることにより、粉砕時の効率がより向上し得るという利点があり、０．０６重量部以下であることにより、セメント組成物や該セメント組成物が用いられたセメント硬化体の物性に対して影響をより与えにくくなるという利点がある。

さらに、本発明は、ポリエチレングリコールの存在下でセメントクリンカが粉砕されてなる粉砕物が含まれているセメント組成物が用いられていることを特徴とするセメント硬化体を提供する。

本発明は、ポリエチレングリコールの存在下でセメントクリンカを粉砕して粉砕物とする粉砕工程を実施することを特徴とするセメントの製造方法を提供する。

本発明に係るセメント組成物によれば、用いられたポリエチレングリコールが減少せずにセメント組成物に残存し得る。また、セメント組成物に残存するポリエチレングリコールの量が制御でき、残存しているポリエチレングリコールの量が製造ロット間で安定化できる。従って、本発明のセメント組成物は、製造ロット間の物性の変動を抑制し得るという効果を奏する。

本発明に係るセメント組成物の実施形態について以下に詳細を説明する。

本実施形態のセメント組成物は、ポリエチレングリコールの存在下でセメントクリンカが粉砕されてなる粉砕物が含まれている。

前記ポリエチレングリコールとしては、特に限定されないが、室温（２５℃）で液状のものが好ましい。液状であることにより、水に容易に溶解混合させることができるという利点がある。なお、所定の濃度に調整したポリエチレングリコール水溶液は、セメントクリンカの粉砕時に添加して用いられ得る。また、２５℃で液状であることにより、前記粉砕物が保管されているときにポリエチレングリコールが粒状の固体となって前記粉砕物の表面に析出しにくいという利点がある。

前記ポリエチレングリコールの分子量は、２００〜７００であることが好ましく、３５０〜７００であることがより好ましい。前記ポリエチレングリコールの分子量が２００以上であることにより、セメントクリンカが粉砕されるときの熱によってもポリエチレングリコールがより揮発しにくくなるという利点があり、３５０以上であることにより、さらに揮発しにくくなるという利点がある。また、前記ポリエチレングリコールの分子量が７００以下であることにより、ポリエチレングリコールが室温において液状であるため、固体となって析出しにくいという利点がある。

斯かるポリエチレングリコールとしては、具体的には、次式（１）で表される一般式においてｎが３以上の整数であるものが挙げられる。また、好ましくは、ｎが５〜１５の整数であるものが挙げられ、より好ましくは、ｎが８〜１５の整数であるものが挙げられる。次式（１）においてｎが５以上のポリエチレングリコールであることにより、セメントクリンカが粉砕されるときの熱によってもポリエチレングリコールがより揮発しにくくなるという利点があり、ｎが１５以下のポリエチレングリコールであることにより、ポリエチレングリコールが室温において液状であるため、固体となって析出しにくいという利点がある。
ＨＯ−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_n−Ｈ 式（１）

前記ポリエチレングリコールは、分子量の異なるものが混合されているものでもよい。なお、前記ポリエチレングリコールとしては、例えば市販されているものが用いられ得る。

前記ポリエチレングリコールの添加量は、前記セメントクリンカ１００重量部に対して０．０１〜０．０６重量部であることが好ましく、０．０２〜０．０４重量部であることがより好ましい。前記セメントクリンカ１００重量部に対して前記ポリエチレングリコールが０．０１重量部以上であることにより、粉砕時の効率がより向上し得るという利点があり、０．０６重量部以下であることにより、セメント組成物や該セメント組成物が用いられたセメント硬化体の物性に対して影響をより与えにくくなるという利点がある。

また、本発明は、さらにポリカルボン酸系分散剤が含まれているセメント組成物を提供する。
前記ポリカルボン酸系分散剤は、前記粉砕物を水に分散しやすくし、分散された前記粉砕物が凝集することを抑制し、また、水和時におこるセメント粒子の凝集を防ぎ粒子相互を分散させるためのものである。加えて、セメント組成物の流動性などの物性又は該セメント組成物が用いられた硬化体の強度などの物性の変動を抑制するために、その配合量を調整して用いられ得るものである。
このように、前記ポリカルボン酸系分散剤は、セメント組成物又は該セメント組成物が用いられた硬化体の各種物性を所望のものとするための重要な性能を有するものであるが、その性能の発揮において前記ポリエチレングリコールの影響を受けやすい。即ち、ポリエチレングリコールの残存量が変動することによって生じる物性の変動に合わせて、前記ポリカルボン酸系分散剤の配合量を変える必要が生じ、これにより、セメント組成物や該セメント組成物が用いられた硬化体の他の物性が大きく変動し得る。これに対して本発明は、セメント組成物に残存しているポリエチレングリコールの量が製造ロット間で安定化されているため、各種物性を調整すべく配合される前記ポリカルボン酸系分散剤の配合量も安定化され得る。従って、前記ポリカルボン酸系分散剤が含まれている本発明のセメント組成物は、分散性等が優れていると同時に、製造ロット間の物性の変動が抑制され得る。さらに付言するならば、セメント組成物等の物性に対して大きな影響を与えうる前記ポリカルボン酸系分散剤の配合量を製造ロット間で調整する必要性が低くなり、前記ポリカルボン酸系分散剤が含まれている本発明のセメント組成物は、結果として物性が安定し得る。

前記ポリカルボン酸系分散剤は、分散剤としてだけでなく、例えば、ＡＥ剤（Air Entraining剤）、減水剤としても機能し得るものである。前記ポリカルボン酸系分散剤としては、通常は前記セメント組成物にごく少量配合され得る混和剤として知られているポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤も挙げられる。該ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤は、ごく少量でも性能を発揮できるその性能ゆえに、通常、セメント組成物に対して１％未満の量で分散、空気泡混入、減水などの性能を発揮する反面、その量がわずかでも変動するとセメント組成物の物性等に大きな変化を与え得るものである。

ここで、前記ポリカルボン酸系分散剤は、前記ポリエチレングリコールによってその性能の発揮において影響を受けやすい。具体的には、前記ポリカルボン酸系分散剤と前記ポリエチレングリコールとの量比がわずかに変わることにより、このセメント組成物が用いられたモルタル等の物性は、予想以上に大きく変わり得る。この作用機構については明確に解明されているわけではないが、前記ポリカルボン酸系分散剤の主成分および前記ポリエチレングリコールは、分子内に親水基を有し、水素結合などを介して互いに影響を及ぼし合うものと考えられる。

前記ポリカルボン酸系分散剤としては、例えば、オレフィンマレイン酸共重合物、（メタ）アクリル酸と（メタ）アクリル酸エステルとの共重合物、アリルエーテルマレイン酸エステル系等のポリカルボン酸系化合物を含むものなどが挙げられる。また、ポリカルボン酸系化合物を含むものであれば、前述したような機能を有する分散剤として市販されているものでなくとも、例えば、高性能ＡＥ減水剤として各種市販されているもの（１０〜３０％の水溶液）も用いられ得る。

前記ポリカルボン酸系分散剤の添加量は、特に限定されず、前記セメント組成物や該セメント組成物が硬化されたものを所望の物性とすべく適宜調整される。

なお、前記ポリカルボン酸系分散剤は、通常、前記粉砕物が水などと混合されて前記セメント組成物が調製されるときに配合されるものである。

前記粉砕物は、通常、塊状のセメントクリンカが粉砕機によって粉砕されてなるものである。前記粉砕物は、前記ポリエチレングリコールの存在下で粉砕されてなるものであり、粉砕時には、石膏が共存し得る。粉砕手段としては、特に限定されず、従来公知の一般的な手段が挙げられる。なお、粉砕時の温度は、通常、１００〜２００℃程度である。

前記セメント組成物としては、例えば、前記粉砕物、前記粉砕助剤、石膏などが含まれているものなどが挙げられる。また例えば、セメントペースト、モルタル用組成物、コンクリート用組成物などが挙げられる。具体的には、前記セメントペーストは、前記粉砕物、前記粉砕助剤、前記ポリカルボン酸系分散剤、及び水などが混合されてなる。前記モルタル用組成物は、前記粉砕物、前記粉砕助剤、前記ポリカルボン酸系分散剤、及び細骨材（砂）などが混合されてなる。前記コンクリート用組成物は、前記粉砕物、前記粉砕助剤、前記ポリカルボン酸系分散剤、粗骨材（砂利）、及び細骨材（砂）などが混合されてなる。

次に、本発明のセメント硬化体の一実施形態について説明する。本実施形態のセメント硬化体としては、例えば、前記モルタル用組成物が硬化されてなるモルタル、前記コンクリート用組成物が硬化されてなるコンクリートなどが挙げられる。
本実施形態のセメント硬化体は、上記実施形態のセメント組成物を用いて、従来公知の一般的な方法で製造できる。

続いて、本発明のセメントの製造方法の一実施形態について説明する。本実施形態のセメントの製造方法は、ポリエチレングリコールの存在下でセメントクリンカを粉砕して粉砕物とする粉砕工程を実施する。該粉砕工程では、上記実施形態のポリエチレングリコール、セメントクリンカを用いて、従来公知の一般的な方法を採用して粉砕物を得ることができる。
なお、本発明のセメントの製造方法では、前記粉砕工程を実施する他、一般的なセメントの製造方法を採用してセメントを製造することができる。

本発明は、上記例示のセメント組成物、セメント硬化体、セメントの製造方法に限定されるものではない。
また、一般のセメント組成物、セメント硬化体、セメントの製造方法において用いられる種々の態様を、本発明の効果を損ねない範囲において、採用することができる。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（セメントクリンカの粉砕）
普通ポルトランドセメントクリンカ７ｋｇと、二水石膏２５０ｇと、粉砕助剤２．１ｇ（セメントクリンカ１００重量部に対して０．０３重量部）とをボールミルに入れて粉砕した。実施例においてはポリエチレングリコール（分子量５０２，５４６，５９０，６３４，６７８のポリエチレングリコールの混合物 花王社製）、比較例においてはジエチレングリコールを粉砕助剤として用いた。粉砕物の粉末度は、ブレーン比表面積で３３００±２００ｃｍ²／ｇとなるように調整した。なお、粉砕時の温度は１３０〜１６０℃とした。このようにして、所定ロット数の、実施例および比較例に用いるセメント（セメントクリンカの粉砕物、石膏の粉砕物、および粉砕助剤でなる）を得た。

（実施例１〜２０）
＜モルタル用組成物の配合と練り混ぜ方法＞
粉砕助剤としてポリエチレングリコールを採用した上記のセメントを用いた。砂として社団法人セメント協会が販売しているＪＩＳ標準砂を採用し、１バッチの練り混ぜにつき１３５０ｇ（１袋）を用いた。水セメント比０．３０、砂セメント比０．８５とし、練り混ぜは、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に規定されているミキサーを使用して、２０±２℃の実験室で行った。粉砕物と砂とを低速で３０秒空練りした後に練り混ぜ水を加え、低速で１２０秒、高速で１２０秒練り混ぜた。なお、ポリカルボン酸系分散剤として、高性能ＡＥ減水剤である竹本油脂社製の「チューポールＨＰ−８」（商品名）を用いた。ポリカルボン酸系分散剤の配合量は、次に述べる流動性の評価結果に応じて調整した。

＜流動性の評価＞
所定のモルタルフロー（２５０±１０ｍｍ）を得るために必要な高性能ＡＥ減水剤（ポリカルボン酸系分散剤）の添加量を測定した。

＜強度発現性の評価＞
所定のモルタルフローに調整したモルタルについて、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて強さ試験を行い、材齢１日におけるモルタルの圧縮強度を求めた。

（比較例１〜２０）
粉砕助剤として、ジエチレングリコールを採用した点以外は、実施例１〜２０と同様にしてモルタルを製造し、モルタルを評価した。

以上のようにして製造した実施例、比較例のモルタルを評価した結果を表１に示す。

表１から、粉砕助剤としてポリエチレングリコールが採用された実施例においては、比較例と比べて、モルタル用組成物の流動性及びモルタル硬化体の強度が変動しにくく、安定していることが認められる。表１から、粉砕助剤としてのポリエチレングリコールは、粉砕時に揮発しにくく、ほとんどが残存するものと考えられ、残存する量がほぼ一定に保たれ得るために、モルタル用セメント組成物およびモルタル硬化体の物性が安定するものと考えられる。また、モルタル用セメント組成物に配合されるポリカルボン酸系分散剤の量も安定し、結果としてこのセメント組成物が用いられたモルタル硬化体の物性が安定するものと考えられる。

Claims (6)

1. ポリエチレングリコールの存在下でセメントクリンカが粉砕されてなる粉砕物が含まれていることを特徴とするセメント組成物。
2. ポリカルボン酸系分散剤が含まれていることを特徴とする請求項１記載のセメント組成物。
3. 前記ポリエチレングリコールの分子量が２００〜７００であることを特徴とする請求項１又は２記載のセメント組成物。
4. 前記セメントクリンカ１００重量部に対して前記ポリエチレングリコールが０．０１〜０．０６重量部であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のセメント組成物。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載のセメント組成物が用いられていることを特徴とするセメント硬化体。
6. ポリエチレングリコールの存在下でセメントクリンカを粉砕して粉砕物とする粉砕工程を実施することを特徴とするセメントの製造方法。