JP2018127394A - 水硬性組成物用分散剤組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、ポリアクリル酸ナトリウムはセメントに対しても作用し、添加量が多い場合などでは、セメントミルクなどの水硬性組成物に偽凝結(ゲル化)が発生する。そのため、セメントミルクを作製した後、地盤土と混合攪拌するような工法では、この様な添加剤を多量に添加できない問題が生じる。
本発明者らは、こうした偽凝結(ゲル化)に着目し改良を行った。偽凝結は比較的水和が早いアルミネート系鉱物の水和が影響していると考えられた。そのためアルミネート系鉱物に高い吸着性を示す、芳香環を含むモノマー単位を有する高分子化合物を添加し評価した。その結果、ポリアクリル酸ナトリウムを用いる場合の偽凝結(ゲル化)が抑制されることがわかった。芳香環を含むモノマー単位を有する高分子化合物には、水硬性組成物に分散剤として用いられているものもあるが、本発明では、(B)成分及び(C)成分との組み合わせることで、セメントミルクの流動性の維持とソイルセメントの増粘の抑制を両立できるという、予想外の効果をもたらしている。
〔(A)成分〕
(A)成分は、芳香環を含むモノマー単位を有する高分子化合物である。
芳香環としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、トリアジン環が挙げられる。芳香環を含むモノマー単位としては、ベンゼン環を含むモノマー単位、ナフタレン環を含むモノマー単位、及びトリアジン環を含むモノマー単位から選ばれる1種以上のモノマー単位が挙げられる。
ここで、「モノマー単位」とは高分子化合物中の「繰り返しユニット」を意味する。例えば、ナフタレンスルホン酸ナトリウムホルマリン縮合物の場合、下記式のような「繰り返しユニット」をモノマー単位と呼ぶ。なお、下記式において、nは繰り返しユニット数を示す。
(A)成分としては、より好ましくは、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物又はその塩が挙げられる。ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物又はその塩は、ナフタレンスルホン酸とホルムアルデヒドとの縮合物又はその塩である。ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物は、性能を損なわない限り、単量体として、例えばメチルナフタレン、エチルナフタレン、ブチルナフタレン、ヒドロキシナフタレン、ナフタレンカルボン酸、アントラセン、フェノール、クレゾール、クレオソート油、タール、メラミン、尿素、スルファニル酸及び/又はこれらの誘導体などのような、ナフタレンスルホン酸と共縮合可能な芳香族化合物と共縮合させても良い。
[GPC条件]
カラム:G4000SWXL+G2000SWXL(東ソー株式会社)
溶離液:30mM CH3COONa/CH3CN=6/4
流量:0.7ml/min
検出:UV280nm
サンプルサイズ:0.2mg/ml
標準物質:西尾工業(株)製 ポリスチレンスルホン酸ソーダ換算(単分散ポリスチレンスルホン酸ナトリウム:分子量、206、1,800、4,000、8,000、18,000、35,000、88,000、780,000)
検出器:東ソー株式会社 UV−8020
乾燥、粉末化は、噴霧乾燥、ドラム乾燥、凍結乾燥等により行うことができる。
(B)成分は、カルボン酸基を有するモノマー単位を有する重合物である。ここで、「モノマー単位」とは、重合物中の「繰り返しユニット」を意味する。例えば、ポリアクリル酸ナトリウムの場合、下記式に示す「繰り返しユニット」をモノマー単位と呼ぶ。下記式において、mは繰り返しユニット数を示す。
(B)成分としては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸/マレイン酸共重合体、及びこれらの塩が挙げられる。塩としては、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、アルキルアンモニウム塩等が挙げられる。
(B)成分は、ポリアクリル酸又はその塩が好ましく、ポリアクリル酸のナトリウム塩、及びポリアクリル酸のアンモニウム塩から選ばれる重合物がより好ましい。
[GPC条件]
カラム:G4000PWXL+G2500PWXL(東ソー(株)製)、
溶離液:0.2Mリン酸緩衝液/アセトニトリル=7/3(体積比)
標準物質:分子量既知の単分散ポリエチレングリコール
(C)成分は、分子量が1,000以下の糖化合物である。(C)成分は、分子量700以下、更に500以下の糖化合物が好ましい。また、(C)成分は、単糖類、二糖類及び三糖類から選ばれる1種以上の糖化合物が好ましい。
(C)成分の糖化合物としては、糖類及び糖アルコールから選ばれる1種以上の化合物が挙げられる。糖類としては、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース等の単糖類、サッカロース等の二糖類、三糖類が挙げられる。糖類は、単糖類及び二糖類から選ばれる化合物が好ましく、二糖類がより好ましい。糖アルコールとしてはソルビトール等が挙げられる。
(C)成分は、サッカロース、グルコース、マルトース、及びラクトースから選ばれる1種以上の化合物が好ましく、サッカロース、グルコース、マルトース、及びラクトースから選ばれる1種以上の化合物がより好ましく、サッカロース、及びグルコースから選ばれる1種以上の化合物が更に好ましく、サッカロースがより更に好ましい。本発明の水硬性組成物用分散剤組成物は、(C)成分としてサッカロースを含有することが好ましい。
本発明の水硬性組成物用分散剤組成物は、セメントミルクの安定性向上の観点から、(A)成分、(B)成分及び(C)成分の含有量の合計を100質量%として、(A)成分を、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上、更に好ましくは5質量%以上、そして、好ましくは60質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは20質量%以下含有する。
また、本発明の水硬性組成物用分散剤組成物は、(A)成分、(B)成分、及び(C)成分を合計で、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは1質量%以上、更に好ましくは1.5質量%以上、そして、好ましくは10質量%以下、より好ましくは7質量%以下、更に好ましくは5質量%以下、より更に好ましくは2質量%以下含有する。この組成は、希薄系の組成物や混練水など、組成物中の(A)成分、(B)成分及び(C)成分の濃度が相対的に低い場合、例えば、混練水など本発明の分散剤組成物の希釈物について示している。
ここで、該pHは、本発明の水硬性組成物用分散剤組成物が液体である場合は、該組成物そのもののpHである。また、該pHは、本発明の水硬性組成物用分散剤組成物が固体である場合は、該組成物を(A)成分、(B)成分及び(C)成分の合計含有量が、1質量%以上50質量%以下、好ましくは1質量%以上30質量%以下、より好ましくは1質量%以上10質量%以下、更に好ましくは1質量%以上5質量%以下、更に好ましくは1質量%以上3質量%以下、更に好ましくは2質量%となるように水で希釈して得た液体組成物のpHである。この合計含有量に幅がある場合は、その範囲の少なくとも何れかの質量%において、前記pHであればよい。
一般に、本発明の水硬性組成物用分散剤組成物は、水で希釈された混練水として使用される。この混練水のpHが22℃で7.5以下であることが好ましい。希釈前の組成物のpHが22℃で7.5以下であれば、混練水のpHも通常、22℃で7.5以下となる。
本発明の一例として、水、(A)成分、(B)成分及び(C)成分を含有し、(A)成分、(B)成分及び(C)成分の合計含有量が好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは1質量%以上、更に好ましくは1.5質量%以上、そして、好ましくは10質量%以下、より好ましくは7質量%以下、更に好ましくは5質量%以下、より更に好ましくは2質量%以下であり、22℃でのpHが好ましくは7.5以下、より好ましくは7以下、更に好ましくは6.9以下、そして、好ましくは2以上、より好ましくは3以上、更に好ましくは4以上、より更に好ましくは5以上である、水硬性組成物用分散剤組成物が挙げられる。この組成物は、混練水として、そのまま、あるいは任意の添加剤を添加して、使用することができる。
pHは、原液である水硬性組成物用分散剤組成物の液性を酸で調整して、前記範囲とすることができる。酸は、(A)成分、(B)成分以外の酸である。ここでの酸は(A)成分や(B)成分よりも相対的に分子量の小さいものである。酸は、分子量1,000未満の酸が好ましい。酸は、有機酸、無機酸が使用でき、水硬性粉体の水和に影響しにくい酸がよい。好ましい酸は、オキシカルボン酸以外の有機酸及び無機酸から選ばれる一種以上の酸である。有機酸は、カルボン酸基を有することが好ましく、セメントゲル化防止の観点から、一分子につきカルボン酸基を1以上5以下有する有機酸がより好ましい。有機酸としては、クエン酸、グルコン酸、酒石酸、酢酸、及びギ酸から選ばれる有機酸が挙げられる。無機酸としては、硫酸、塩酸、及び硝酸から選ばれる無機酸が挙げられる。
水硬性粉体に対する(A)成分及び(B)成分の添加量が多い場合や作業環境が高温(スラリー温度25℃以上)である場合などは、セメントミルクの流動性が低下しやすい。このような場合においては、本発明の水硬性組成物用分散剤組成物の22℃のpHを7.5以下にすることで、セメントミルクの流動性の低下を抑制できる。
(D)成分は、消泡性の観点から、好ましくは、ポリシロキサン、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン、ポリプロピレンオキサイド及びその誘導体(ポリオキシプロピレン、ポリオキシプロピレングリセリルエーテルなど)、アセチレングリコール及びその誘導体(アセチレングリコール、アセチレングリコールのアルキレンオキサイド付加物など)、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルアミド、リン酸トリアルキル、アルキルアミン、並びにアルコールから選ばれる1種又は2種以上の化合物である。より好ましくはこれらの化合物であって、水に不溶の化合物である。
また、上記消泡剤の中でも、本発明の分散剤組成物の保存安定性の観点から、アルキルアミンが好ましく、アルキル基の炭素数が8以上18以下のジメチルアルキルアミンがより好ましく、ジメチルデシルアミン、ジメチルラウリルアミン、ジメチルミリスチルアミン、及びジメチルパルミチルアミンから選ばれる1種以上のアルキルアミンが更に好ましい。
また、本発明の水硬性組成物用分散剤組成物が(D)成分を含有する場合、(A)成分、(B)成分及び(C)成分の含有量の合計に対して、(D)成分を、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、そして、好ましくは3質量%以下、より好ましくは1質量%以下含有する。
本発明の水硬性組成物用分散剤組成物の対象とする水硬性組成物としては、グラウト工法又は流動化処理土工法用セメント組成物が挙げられる。
本発明は、水硬性粉体、水、芳香環を含むモノマー単位を有する高分子化合物(A)〔(A)成分〕、カルボン酸基を有するモノマー単位を有する重合物(B)〔(B)成分〕、及び分子量が1,000以下の糖化合物(C)〔(C)成分〕を含有する、水硬性組成物を提供する。セメントミルクは、本発明の水硬性組成物の1つの例である。
(A)成分、(B)成分、(C)成分、水硬性粉体の具体例及び好ましい態様は、本発明の水硬性組成物用分散剤組成物と同じである。また、水/水硬性粉体比の具体例及び好ましい態様も、本発明の水硬性組成物用分散剤組成物と同じである。また、本発明の水硬性組成物は、(D)成分を含有することができる。
例えば、本発明の水硬性組成物は、杭周固定液用として好適である。本発明の水硬性組成物は、そのまま、あるいは、掘削土と混合したソイルセメントとして、基礎杭施工における杭周固定液や根固め液として用いることができる。
また、本発明により、水、(A)成分、(B)成分及び(C)成分を含有する液体組成物を水硬性粉体と混合する、水硬性組成物の製造方法であって、(A)成分、(B)成分及び(C)成分を合計で、水硬性粉体に対して、0.1質量%以上、好ましくは0.4質量%以上、そして、2.0質量%以下、好ましくは1.2質量%以下混合する、水硬性組成物の製造方法が提供される。この方法では、前記液体組成物のpHが、好ましくは7.5以下、より好ましくは7以下、さらに好ましくは6.9以下、そして、好ましくは2以上、より好ましくは3以上、更に好ましくは4以上、より更に好ましくは5以上である。
これらの製造方法における前記液体組成物は、混練水であり、また、本発明の水硬性組成物用分散剤組成物である。
本発明により、本発明の水硬性組成物用分散剤組成物を使用する、グラウト工法又は流動化処理土工法が提供される。
グラウト工法とは、地中に水硬性組成物を高圧ジェット噴流体として送り、周囲の土砂を削り取り、排泥液として地上に排出しながら、地中に柱体や壁体を構築する軟弱地盤の改良工法である。また流動化処理土工法とは建設や土木工事で排出される土をセメント類と混合して埋め戻し、再利用する工法である。
地盤の改良工法としては、具体的には、浅層改良や深層改良が挙げられる。これら浅層改良や深層改良は、「セメント系固化材による地盤改良マニュアル 第3版」(社団法人セメント協会)を参照できる。地盤の改良工法としては、より詳細には、「既製コンクリート杭の埋め込み工法」が挙げられ、更に「プレボーリング工法」、「中堀り工法」の杭根固め部、杭周部に本発明の水硬性組成物が用いられる。鋼管杭においては、上記工法以外にも「鋼管ソイルセメント杭工法」が挙げられる。その他、既製杭を用いない機械撹拌工法として「TRD工法」や「SMW工法」、「パワーブレンダ―工法」などが挙げられる。本発明の地盤の改良工法は、これらの工法において、地盤と本発明の水硬性組成物用分散剤組成物を含有する水硬性組成物とを混合するものである。該水硬性組成物の混合量は、水硬性組成物の組成、工法、地盤の土質、目標強度などを考慮して適宜決めることができる。例えば、土1m3に対して該水硬性組成物の混合量を100kg以上1,000kg以下とすることができる。
表1に、以下の実施例、比較例で用いた成分を示した。C’−1のデキストリンは、分子量が1,000よりも大きいものであった。
表1の成分を用いて、セメントミルクとソイルセメントに対する評価を以下のように行った。結果を表2〜3に示す。
(1−1)セメントミルクの調製
表1の成分と水とを混合して分散剤水溶液を調製し、2Lプラスチックカップ(2Lディスポカップ、ニッコー・ハンセン株式会社)内でセメントと混合し、ハンドミキサーにて1分間混練してセメントミルクを調製した。その際、各材料、水、及び各成分の温度、並びに室温は、すべて22℃とした。
セメントは普通セメントを用いた。分散剤水溶液を調製するための水は上水道水を用いた。セメントと分散剤水溶液は、分散剤水溶液/セメントが60%となるように用いた。
分散剤水溶液/セメントは、実質的に水/水硬性粉体比に相当する。
表1の(A)成分、(B)成分、(C)成分は、セメントに対する添加量が表2〜3の通りとなるように用いた。(C’)成分は、(C)成分の比較化合物であるが、便宜的に(C)成分とみなして質量比と質量%を示した(以下同様)。
表2〜3では、(D)成分として、消泡剤No.21を、(A)成分、(B)成分及び(C)成分の合計量(有効分換算)に対し、0.2質量%添加した。
セメントミルクの調製後、表に示す経過時間ごとに、メカニカルスターラー(アズワン株式会社製、トルネードスタンダード)で、セメントミルクを、200rpmで30分間攪拌した。メカニカルスターラーには、攪拌羽として、アズワン株式会社製、トルネード用撹拌羽根 FUT−100と、攪拌棒として、アズワン株式会社製、撹拌シャフト S−500をセットして用いた。
撹拌終了後、セメントミルクの外観を観察し、ゲル化層の形成の有無を確認し、ゲル化層の厚み、流動層(流動可能な層)の高さを、それぞれ、定規で測定した。カップの底から液面の高さをAとし、流動層の高さをB、ゲル化層の厚みをCとするとA=B+Cとなる。B/A×100により流動率(%)を求め、表に示した。流動率は100%に近いほど好ましい。経過時間は、セメントと水が最初に接触してからの時間を表す。
(2−1)ソイルセメントの調製
まず、セメントミルクを次の手順で調製した。表1の成分と水とを混合して分散剤水溶液を調製し、500mlプラスチックカップ(500mLディスポカップ、ニッコー・ハンセン株式会社)内でセメントと混合し、ハンドミキサーにて1分間混練してセメントミルクを調製した。その際、各材料、水、及び各成分の温度、並びに室温は、すべて22℃とした。
セメントは普通セメントを用いた。分散剤水溶液を調製するための水は上水道水を用いた。セメントと分散剤水溶液は、分散剤水溶液/セメントが60質量%となるように用いた。分散剤水溶液/セメントは、実質的に水/水硬性粉体比に相当する。
表1の(A)成分、(B)成分、(C)成分は、セメントに対する添加量が表2〜3の通りとなるように用いた。
表2〜3では、(D)成分として、消泡剤No.21を、(A)成分、(B)成分及び(C)成分の合計量(有効分換算)に対し、0.2質量%添加した。
その後、別の500mlプラスチックカップ内に、泥水とセメントミルクとを投入し、ハンドミキサーにて30秒撹拌してソイルセメントを調製した。泥水は、笠岡粘土(水を加え比重1.5に調整)を用いた。泥水とセメントミルクは、泥水/セメントミルク=240/70の質量比で用いた。攪拌後、振動を与えて上面を均し、ラップフィルムで封をして所定時間まで22℃で静置した。
ソイルセメントの調製から2、3、4時間後に、ソイルセメントの粘性をベーンせん断試験機によるトルクを測定して評価した。ベーンせん断試験機はテスコ社製のものを使用した。ベーン(羽根)は15mm×30mm、トルクドライバーはFTD5CN−S、FTD20CN−S、FTD50CN2−Sを使用した。
*2 (D)成分の質量%は、(A)成分、(B)成分及び(C)成分の合計に対する質量%である(以下同様)。
*3 (A)+(B)+(C)添加量は、セメントに対する質量%である(以下同様)。
表1の成分を表4のように用いてセメントミルクとソイルセメントを調製し、実施例1と同様の評価を行った。結果を表4に示す。なお、分散剤水溶液の調製の際に、表5の酸((E)成分として示した)を用いてpHが表4の通りとなるように調整した。
表1の成分を表6のように用いてセメントミルクとソイルセメントを調製し、実施例1と同様の評価を行った。結果を表6に示す。なお、(B)成分は、水酸化ナトリウムを用いて、中和度が表6の通りとなるように調整して用いた。
表1の成分及び水を混合して、表7の組成で(A)成分、(B)成分及び(C)成分を合計で40質量%含有する水硬性組成物用分散剤組成物を調製した。表7では、(D)成分として、D−2のファーミンDM2098を、(A)成分、(B)成分及び(C)成分の合計量(有効分換算)に対し、0.4質量%添加した。また、酢酸を添加して、水硬性組成物用分散剤組成物の、2質量%水溶液の22℃でのpHが6〜7となるように調整した。該組成物を、40℃で1日又は7日保存し、外観を目視観察した。結果を表7に示す。
Claims (14)
- 芳香環を含むモノマー単位を有する高分子化合物(A)、カルボン酸基を有するモノマー単位を有する重合物(B)、及び分子量が1,000以下の糖化合物(C)を含有する、水硬性組成物用分散剤組成物。
- 前記高分子化合物(A)の重量平均分子量が1,000以上100,000以下であり、前記重合物(B)の重量平均分子量が2,000以上1,000,000以下である、請求項1に記載の水硬性組成物用分散剤組成物。
- 前記高分子化合物(A)がナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物又はその塩を含む、請求項1又は2に記載の水硬性組成物用分散剤組成物。
- 前記重合物(B)がポリアクリル酸又はその塩を含む、請求項1〜3いずれかに記載の水硬性組成物用分散剤組成物。
- 前記糖化合物(C)がサッカロースを含む、請求項1〜4いずれかに記載の水硬性組成物用分散剤組成物。
- 22℃でのpHが7.5以下である、請求項1〜5いずれかに記載の水硬性組成物用分散剤組成物。
- 更に消泡剤(D)を含有する、請求項1〜6いずれかに記載の水硬性組成物用分散剤組成物。
- 消泡剤(D)が脂肪酸エステル及びアルキルアミンから選ばれる1種以上の化合物を含む、請求項7に記載の水硬性組成物用分散剤組成物。
- 前記水硬性組成物が、グラウト工法又は流動化処理土工法用セメント組成物である、請求項1〜8いずれかに記載の水硬性組成物用分散剤組成物。
- 請求項1〜9いずれかに記載の水硬性組成物用分散剤組成物を使用する、グラウト工法又は流動化処理土工法。
- 請求項1〜9いずれかに記載の水硬性組成物用分散剤組成物を含有する水硬性組成物を地盤と混合する、地盤の改良工法。
- 水、水硬性粉体、芳香環を含むモノマー単位を有する高分子化合物(A)、カルボン酸基を有するモノマー単位を有する重合物(B)、及び分子量が1,000以下の糖化合物(C)を混合する、水硬性組成物の製造方法。
- 水、芳香環を含むモノマー単位を有する高分子化合物(A)、カルボン酸基を有するモノマー単位を有する重合物(B)、及び分子量が1,000以下の糖化合物(C)を含有する液体組成物を、水硬性粉体と混合する、請求項12に記載の水硬性組成物の製造方法。
- 前記液体組成物の22℃でのpHが7.5以下である、請求項13に記載の水硬性組成物の製造方法。
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