JP2015221743A - コンクリート組成物 - Google Patents

Abstract

【解決手段】非イオン性水溶性セルロースエーテル、水、セメント、細骨材、粗骨材を含有するコンクリート組成物であって、前記非イオン性水溶性セルロースエーテルの２０℃における２質量％の水溶液粘度が３〜１，０００ｍＰａ・ｓであり、かつスランプ比（Ａ／Ｂ）が０．５０以上であることを特徴とするコンクリート組成物。
【効果】本発明によれば、材料分離抵抗性に優れ、かつ所定時間静置後の流動性の低下が少なく、施工時のポンプ圧送性の経時変化の少ないコンクリートを製造することが可能である。
【選択図】なし

Description

本発明は、コンクリート組成物に関するものであり、更に詳しくは、材料分離抵抗性に優れ、かつ経時的な流動性低下を改善することを目的としたコンクリート組成物に関するものである。

コンクリートはセメントの水和反応の進行に伴い、混練後、時間の経過と共に流動性を次第に失うため、施工性・作業性が経時的に低下する。コンクリートのポンプ圧送に関しては、休憩や段取り代えなどにより圧送を一時中断し、その後、圧送を再開しようとする場合、配管中のコンクリートの流動性が低下していると、圧送再開時のポンプ圧が急激に上昇、更に進むと配管内でコンクリートが閉塞する場合もある。

従来、水硬性組成物の流動性を向上させる目的で使用されるコンクリート混和剤には、リグニンスルホン酸系減水剤、ポリカルボン酸塩系減水剤、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物塩等のナフタレン系減水剤、メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物塩等のメラミン系減水剤等の減水剤や流動化剤が使用されている。しかし、これらの混和剤は流動性に優れるものの、スランプロス（経時的な流動性低下）が大きいという問題点を抱えている。

このようなコンクリートのフレッシュ物性の経時変化を抑えるために、スランプ保持剤や凝結遅延剤、凝結促進剤の量や種類によりコントロールする方法が採られている。
例えば、特開平５−２１３６５１号公報（特許文献１）では、分散剤と亜硝酸カルシウム等の凝結促進剤を併用する方法が提案されている。

また、特開平９−０２５１４９号公報（特許文献２）及び特開平９−０４０４４７号公報（特許文献３）は、オキシカルボン酸もしくはその塩から構成されるスランプ保持剤と糖及び糖アルコールのような凝結遅延剤を併用する方法が提案されている。

特開平５−２１３６５１号公報 特開平９−０２５１４９号公報 特開平９−０４０４４７号公報

しかし、特許文献１の方法では、両添加剤の割合により影響を受けるため、材料分離抵抗性とスランプロスを共に満足させることは困難である。

また、特許文献２及び３の方法では、断続的に混練した際の６０分後のスランプロスは小さいが、施工が一時中断した場合などは、施工再開の際にポンプ圧送が困難となる可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コンクリートに適度な粘性を付与すると共に、セルロースエーテルのもつ潤滑作用により、骨材同士のかみ合いを抑制し、流動性の経時的な低下を改善したコンクリート組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記問題を達成するために鋭意研究を行った結果、特定の水溶液粘度及びスランプ比を有することにより、上記課題に対して顕著な効果を発現することを見出し、本発明を完成するに至った。

従って、本発明は以下のコンクリート組成物を提供する。
〔１〕
非イオン性水溶性セルロースエーテル、水、セメント、細骨材、粗骨材を含有するコンクリート組成物であって、前記非イオン性水溶性セルロースエーテルの２０℃における２質量％の水溶液粘度が３〜１，０００ｍＰａ・ｓであり、かつスランプ比（Ａ／Ｂ）が０．５０以上であることを特徴とするコンクリート組成物。
〔２〕
ＪＩＳ Ａ １１０１による混練直後のスランプ値が、５〜２４ｃｍであることを特徴とする〔１〕記載のコンクリート組成物。
〔３〕
前記非イオン性水溶性セルロースエーテルの添加量が、コンクリート組成物１ｍ³あたり０．０１〜５ｋｇであることを特徴とする〔１〕又は〔２〕記載のコンクリート組成物。
〔４〕
前記非イオン性水溶性セルロースエーテルが、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース又はヒドロキシエチルセルロースであることを特徴とする〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載のコンクリート組成物。
〔５〕
前記コンクリート組成物の水／セメント比が、３５〜７２質量％であることを特徴とする〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載のコンクリート組成物。

本発明によれば、材料分離抵抗性に優れ、かつ所定時間静置後の流動性の低下が少なく、施工時のポンプ圧送性の経時変化の少ないコンクリートを製造することが可能である。

本発明に係るコンクリート組成物は、非イオン性水溶性セルロースエーテル、水、セメント、細骨材及び粗骨材を必須成分として含有する。

ここで、本発明で用いる非イオン性水溶性セルロースエーテルは、２０℃における２質量％の水溶液粘度が、Ｂ−Ｈ型粘度計の２０ｒｐｍにおいて、３〜１，０００ｍＰａ・ｓ、好ましくは２０〜８００ｍＰａ・ｓ、更に好ましくは５０〜５００ｍＰａ・ｓである。非イオン性水溶性セルロースエーテルの２０℃における２質量％の水溶液粘度が、１，０００ｍＰａ・ｓを超える場合は、粘性が強すぎるため、混練直後の流動性が著しく悪くなってしまう。一方、３ｍＰａ・ｓ未満の場合は、ブリーディングが起こり、骨材が沈降してしまい、硬化後の強度が均一にならない。

この場合、本発明に使用される非イオン性水溶性セルロースエーテルは、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等が挙げられる。

ヒドロキシプロピルメチルセルロースとしては、メチル基の置換度が好ましくは１．０〜２．０、より好ましくは１．２〜１．８であり、ヒドロキシプロピル基の置換モル数が好ましくは０．０５〜０．４５、更に好ましくは０．１０〜０．４０である。ヒドロキシエチルメチルセルロースとしては、メチル基の置換度が好ましくは１．０〜２．０、更に好ましくは１．２〜１．８であり、ヒドロキシエチル基の置換モル数が好ましくは０．０５〜０．４５、より好ましくは０．１０〜０．４０である。ヒドロキシエチルセルロースとしては、ヒドロキシエチル基の置換モル数が好ましくは０．０５〜３．００、更に好ましくは０．１０〜２．９０である。

なお、上記アルキル基の置換度及びヒドロキシアルキル基の置換モル数の測定方法としては、第１６改正日本薬局方記載のヒプロメロース（ヒドロキシプロピルメチルセルロース）の置換度分析方法により測定できる。

非イオン性水溶性セルロースエーテルの添加量は、コンクリート組成物１ｍ³あたり、好ましくは０．０１〜５ｋｇ、更に好ましくは０．０５〜３ｋｇ、特に好ましくは０．１〜２ｋｇである。添加量が５ｋｇを超えると、粘性が強すぎることによる流動性の低下、並びに、非イオン性水溶性セルロースエーテルの凝結遅延作用により、初期材齢強度が低くなってしまう場合がある。一方、添加量が０．０１ｋｇ未満の場合は、十分な材料分離抵抗性が得られず、ブリーディングが起こり、骨材が沈降してしまい、硬化後の強度が均一にならず、耐久性に劣る場合がある。

本発明に用いられるセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント、超早強ポルトランドセメント等の各種のセメントを用いることができる。

この場合、コンクリート組成物中の水／セメント比は、好ましくは３５〜７２質量％、更に好ましくは４５〜６３質量％である。水／セメント比が７２質量％を超えると材料分離を引き起こしたり、硬化が著しく遅れたりする場合がある。３５質量％未満の場合は減水剤等を使用しても十分な流動保持性が得られない場合がある。

本発明のコンクリート組成物は、骨材として、粗骨材及び細骨材を含有する。粗骨材は川砂利、山砂利、陸砂利、砕石等が好ましい。細骨材としては、川砂、山砂、陸砂、砕砂等が好ましい。本発明においては、コンクリート組成物の流動性の点から川砂利及び川砂を用いることが好ましい。この場合、細骨材は粒径が好ましくは５ｍｍ以下であり、粗骨材はこれより大きく、好ましくは４０ｍｍ以下、更に好ましくは２５ｍｍ以下である。

骨材（細骨材＋粗骨材）の添加量は、コンクリート組成物１ｍ³あたり、好ましくは１，０００〜２，３００ｋｇ、更に好ましくは１，１５０〜２，１５０ｋｇである。細骨材の添加量は、コンクリート１ｍ³あたり、好ましくは４００〜１，１００ｋｇ、更に好ましくは５００〜１，０００ｋｇである。粗骨材の添加量は、コンクリート１ｍ³あたり、好ましくは６００〜１，２００ｋｇ、更に好ましくは６５０〜１，１５０ｋｇである。
骨材中における細骨材率（容積百分率）は、流動性又は十分な強度を保持する点で、好ましくは３３〜５１％、更に好ましくは３５〜５０％、特に好ましくは３７〜４９％である。

本発明においては、少ない水量で高い流動保持性を得るために、減水剤を必要に応じて用いることができる。

減水剤は、ポリカルボン酸系としては、ポリカルボン酸エーテル系、ポリカルボン酸エーテル系と架橋ポリマーの複合体、ポリカルボン酸エーテル系と配向ポリマーの複合体、ポリカルボン酸エーテル系と高変性ポリマーの複合体、ポリエーテルカルボン酸系高分子化合物、マレイン酸共重合物、マレイン酸エステル共重合物、マレイン酸誘導体共重合物、カルボキシル基含有ポリエーテル系、末端スルホン基を有するポリカルボン酸基含有多元ポリマー、ポリカルボン酸系グラフトコポリマー、ポリカルボン酸系化合物、ポリカルボン酸エーテル系ポリマー等が挙げられる。メラミン系としては、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩縮合物、メラミンスルホン酸塩ポリオール縮合物等が挙げられる。リグニン系としては、リグニンスルホン酸塩及びその誘導体などが挙げられる。本発明においては、減水効果、流動性・流動保持性の点からポリカルボン酸系の減水剤を使用することが好ましい。

減水剤の添加量は、セメント１００質量部に対して０．０１〜５質量部程度が好ましく、種類・銘柄等により、最適量が決定される。減水剤はなるべく少ない水量で優れた流動性を得る必要があるため使用されるが、添加量があまり少ないとその効果が得られない場合があり、逆に多すぎるとブリーディングや骨材沈降等の材料分離を引き起こし、強度低下に繋がる場合がある。

本発明においては、所定の空気量を確保し、コンクリートの耐久性を得るために、ＡＥ剤を必要に応じて用いることができる。

ＡＥ剤としては、陰イオン界面活性剤系、陽イオン界面活性剤系、非イオン界面活性剤系、両性界面活性剤系等が使用させる。陰イオン界面活性剤系としては、カルボン酸型、硫酸エステル型、スルホン酸型、リン酸エステル型等が挙げられる。陽イオン界面活性剤系としては、アミン塩型、第１級アミン塩型、第２級アミン塩型、第３級アミン塩型、第４級アミン塩型等が挙げられる。非イオン界面活性剤系としては、エステル型、エステル・エーテル型、エーテル型、アルカノールアミド型等が挙げられる。両性界面活性剤系としては、アミノ酸型、スルホベタイン型等が挙げられる。本発明においては、空気連行性の点から陰イオン界面活性剤系のＡＥ剤を使用することが好ましい。

ＡＥ剤の添加量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは０．０００１〜１質量部、更に好ましくは０．００１〜０．１質量部である。１質量部を超えると、コンクリート中の空気量が過剰となり、強度低下が起こる場合がある。一方、添加量が０．０００１質量部未満だと、十分な量の空気を連行させることができず、耐凍害性の改善が認められない場合がある。

本発明においては、混練時、過剰に巻き込まれた空気による強度低下防止を目的で、消泡剤を必要に応じて用いることができる。消泡剤としては、オキシアルキレン系、シリコーン系、アルコール系、鉱油系、脂肪酸系、脂肪酸エステル系等が使用される。オキシアルキレン系消泡剤としては、例えば、（ポリ）オキシエチレン（ポリ）オキシプロピレン付加物等のポリオキシアルキレン類；ジエチレングリコールヘプチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシプロピレンブチルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン２−エチルヘキシルエーテル、炭素原子数８以上の高級アルコールや炭素数１２〜１４の２級アルコールへのオキシエチレンオキシプロピレン付加物等の（ポリ）オキシアルキレンアルキルエーテル類；ポリオキシプロピレンフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等の（ポリ）オキシアルキレン（アルキル）アリールエーテル類；２，４，７，９−テトラメチル−５−デシン−４，７−ジオール、２，５−ジメチル−３−ヘキシン−２，５−ジオール，３−メチル−１−ブチン−３−オール等のアセチレンアルコールにアルキレンオキシドを付加重合させたアセチレンエーテル類；ジエチレングリコールオレイン酸エステル、ジエチレングリコールラウリル酸エステル、エチレングリコールジステアリン酸エステル等の（ポリ）オキシアルキレン脂肪酸エステル類；ポリオキシエチレンソルビタンモノラウリン酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタントリオレイン酸エステル等の（ポリ）オキシアルキレンソルビタン脂肪酸エステル類；ポリオキシプロピレンメチルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンドデシルフェノールエーテル硫酸ナトリウム等の（ポリ）オキシアルキレンアルキル（アリール）エーテル硫酸エステル塩類；（ポリ）オキシエチレンステアリルリン酸エステル等の（ポリ）オキシアルキレンアルキルリン酸エステル類；ポリオキシエチレンラウリルアミン等の（ポリ）オキシアルキレンアルキルアミン類；ポリオキシアルキレンアミド等が挙げられる。シリコーン系消泡剤としては、例えば、ジメチルシリコーン油、シリコーンペースト、シリコーンエマルジョン、有機変性ポリシロキサン（ジメチルポリシロキサン等のポリオルガノシロキサン）、フルオロシリコーン油等が挙げられる。アルコール系消泡剤としては、例えば、オクチルアルコール、２−エチルヘキシルアルコール、ヘキサデシルアルコール、アセチレンアルコール、グリコール類等が挙げられる。鉱油系消泡剤としては、例えば、灯油、流動パラフィン等が挙げられる。脂肪酸系消泡剤としては、例えば、オレイン酸、ステアリン酸、これらのアルキレンオキシド付加物等が挙げられる。脂肪酸エステル系消泡剤としては、例えば、グリセリンモノリシノレート、アルケニルコハク酸誘導体、ソルビトールモノラウレート、ソルビトールトリオレエート、天然ワックス等が挙げられる。本発明においては、消泡性能の点からオキシアルキレン系の消泡剤を使用することが好ましい。

消泡剤の添加量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは０．００１〜０．５質量部、更に好ましくは０．０１〜０．２質量部である。添加量が０．５質量部を超えて使用しても消泡効果の向上が認められない場合がある。一方、０．００１質量部未満だと、巻き込まれた空気が脱泡せず、強度低下が起こる場合がある。

本発明においては、塩化カルシウム、塩化リチウム、蟻酸カルシウム等の凝結促進剤や、クエン酸ナトリウム、グルコン酸ナトリウム等の凝結遅延剤も使用することができる。これらは、練り混ぜ直後のフレッシュの物性を管理するためのものであり、目的に応じた物質を常用量で添加することができる。

更に、本発明においては、硬化・乾燥による収縮ひび割れ、セメントの水和反応熱による温度応力に伴うひび割れ防止のために、膨張材を必要に応じて用いることができる。膨張材としては、アウイン系や石灰系が挙げられ、目的に応じた物質を常用量で添加することができる。

本発明のコンクリート組成物は、材料分離又は流動性の観点から、ＪＩＳ Ａ １１０１による混練直後のスランプ値が好ましくは５〜２４ｃｍ、更に好ましくは８〜２１ｃｍ、特に好ましくは１０〜１８ｃｍである。

なお、上記スランプ値を５〜２４ｃｍにするためには、単位セメント量、単位水量、減水剤添加量等によりコントロールすることが好ましいが、このような手段に限定されるものではない。

また、コンクリート組成物のポンプ圧送において、休憩や段取り代え等により圧送を一時中断し、その後、圧送を再開しようとする場合、配管中のコンクリート組成物の流動性が低下することによるポンプ圧の急激な上昇、更には配管内でコンクリートの閉塞を考慮して、本発明のコンクリート組成物のスランプ比（Ａ／Ｂ）は、０．５０以上、好ましくは０．６０以上、更に好ましくは０．７０以上とすることが好ましい。なお、スランプ比（Ａ／Ｂ）の上限は１．００である。

ここで、コンクリート組成物を混練終了後、３０分経過したコンクリート組成物についてのスランプを静置スランプ（Ａ）とし、３０分間静置したコンクリート組成物を３０秒間再混練した直後のスランプを再混練スランプ（Ｂ）とする。Ａ／Ｂが０．５０未満の場合は、静置状態でのコンクリート組成物の流動性が悪いため、一旦圧送を中断した場合、再混練という追加の手間がかかってしまう。
なお、上記スランプ比（Ａ／Ｂ）を０．５０以上にするためには、２０℃における非イオン性水溶性セルロースエーテルの２質量％水溶液粘度値を基に、その添加量をコントロールすることが好ましく、通常、低粘度の場合は添加量を多くし、高粘度の場合は添加量を少なくすることがよい。

以下、実施例及び比較例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。なお、下記例において、％は特に断らない限り質量％を表す。
＜使用材料＞
（１）セメント（Ｃ）；普通ポルトランドセメント（太平洋セメント製）
密度；３．１６ｇ／ｃｍ³
（２）細骨材（Ｓ）；最大粒径５ｍｍの砂、新潟県妙高市下濁川産
吸水率；２．２９％、表乾密度；２．５７ｇ／ｃｍ³、粗粒率；２．８１％
（３）粗骨材（Ｇ）；最大粒径２５ｍｍの砕石、新潟県妙高市下濁川産
吸水率；２．０５％、表乾密度；２．６１ｇ／ｃｍ³、粗粒率；６．６２％
（４）水（Ｗ）；水道水
（５）非イオン性水溶性セルロースエーテル（ＣＥ）
（６）減水剤；チューポールＨＰ−８
竹本油脂社製 ポリカルボン酸系減水剤
（７）ＡＥ剤；マイクロエア３０３Ａ
ＢＡＳＦジャパン社製 陰イオン界面活性剤
（８）消泡剤；ＳＮデフォーマー１４ＨＰ
サンノプコ社製 オキシアルキレン系消泡剤

ＨＰＭＣ；ヒドロキシプロピルメチルセルロース
ＨＥＭＣ；ヒドロキシエチルメチルセルロース
ＨＥＣ；ヒドロキシエチルセルロース

＜コンクリート混練＞
１００リットルの強制二軸練りミキサーに、表１及び２に示すコンクリート配合に従って、セメント、細骨材、粗骨材、消泡剤、表３に示す、各種非イオン性水溶性セルロースエーテルを入れ、空練りを３０秒間行った。その後、水、減水剤、ＡＥ剤を入れて９０秒間、軸回転数６０ｒｐｍで混練しコンクリートを得た。１バッチ当たりのコンクリートの練り混ぜは７０リットルとした。
なお、コンクリート組成物の空気量が、４．５±１．５％になるように、ＡＥ剤及び消泡剤は必要に応じて使用した。

＜評価方法＞
１．コンクリート温度
コンクリートの練り上がり温度は、２０±３℃になるように材料温度を調整した。
２．空気量
ＪＩＳ Ａ １１２８に準じて試験を行った。
３．スランプ試験
１）混練直後のスランプ
ＪＩＳ Ａ １１０１に準じて試験を行った。
２）スランプ比
静置スランプ（Ａ）と再混練スランプ（Ｂ）を以下のように定義し、その比をスランプ比（Ａ／Ｂ）とした。
・静置スランプ（Ａ）
混練終了後、スランプコーンにコンクリートを充填し、３０分間静置後にＪＩＳ Ａ １１０１に準じて測定した値を静置スランプＡとした。
・再混練スランプ（Ｂ）
混練終了後、３０分間静置したコンクリート５０リットルを、１００リットルの強制二軸練ミキサーにて、軸回転数６０ｒｐｍで３０秒間、再混合を行った。得られたコンクリート組成物をＪＩＳ Ａ １１０１に準じて測定したスランプ値を再混練スランプ（Ｂ）とした。
なお、静置中のコンクリート組成物温度は２０±３℃になるように試験を行った。

４．ブリーディング率
ＪＩＳ Ａ １１２３に準じて試験を行った。
ブリーディング率が低い方が、材料分離抵抗性の点で優れている。
試験結果を表４及び表５に示す。

表４に示した通り、所定の粘度を有する非イオン性水溶性セルロースエーテルを、所定の添加量使用した場合、スランプ比が高く、ブリーディング率も低かった。この結果は、安定した流動性が一定時間確保でき、かつ材料分離が少ないことから、ポンプ圧送性・施工性に優れたコンクリート組成物と言える。

一方、表５に示した比較例１では、非イオン性水溶性セルロースエーテルの水溶液粘度が請求項範囲よりも低いため、スランプ比は低く、ブリーディング率は高くなった。一方、比較例２では、非イオン性水溶性セルロースエーテルの水溶液粘度が請求項範囲よりも高いため、ブリーディング率は低く、スランプ比は低くなった。

Claims (5)

1. 非イオン性水溶性セルロースエーテル、水、セメント、細骨材、粗骨材を含有するコンクリート組成物であって、前記非イオン性水溶性セルロースエーテルの２０℃における２質量％の水溶液粘度が３〜１，０００ｍＰａ・ｓであり、かつスランプ比（Ａ／Ｂ）が０．５０以上であることを特徴とするコンクリート組成物。
2. ＪＩＳ Ａ １１０１による混練直後のスランプ値が、５〜２４ｃｍであることを特徴とする請求項１記載のコンクリート組成物。
3. 前記非イオン性水溶性セルロースエーテルの添加量が、コンクリート組成物１ｍ³あたり０．０１〜５ｋｇであることを特徴とする請求項１又は２記載のコンクリート組成物。
4. 前記非イオン性水溶性セルロースエーテルが、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース又はヒドロキシエチルセルロースであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のコンクリート組成物。
5. 前記コンクリート組成物の水／セメント比が、３５〜７２質量％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のコンクリート組成物。