JP2020147454A - 水硬性組成物用混和剤 - Google Patents

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Abstract

【課題】得られる硬化体の乾燥収縮を低減させる効果に優れると共に、凍結融解作用に対する抵抗性を強くすることが可能であり、更に、優れた材料分離抵抗性を付与することが可能な水硬性組成物用混和剤を提供する。【解決手段】特定のビニル共重合体であるA成分と、特定のポリオキシアルキレン化合物であるB成分とを含有する水硬性組成物用混和剤。【選択図】なし

Description

本発明は、水硬性組成物に用いる水硬性組成物用混和剤に関する。更に詳細には、本発明は、水硬性組成物に使用したとき、その硬化体の乾燥収縮を低減するだけではなく、凍結融解抵抗性を向上させるとともに、優れた材料分離抵抗性を付与することが可能であり、セメント組成物などに好適に用いることができる水硬性組成物用混和剤に関する。
水硬性組成物は、セメントペースト、モルタル、コンクリートなどのセメント組成物として広く用いられている。近年、この水硬性組成物の硬化体の高耐久化が要求されるようになっている。
硬化体の耐久性を低下させる原因としては、(1)乾燥収縮による硬化体のひび割れ、(2)寒冷地における凍結融解作用による劣化や破壊が知られており、水硬性組成物を硬化させた硬化体の耐久性を向上させるためには、上記のような硬化体の耐久性を低下させる原因が生じることを抑制する必要がある。
乾燥収縮による硬化体のひび割れを防止する手段としては、各種の収縮低減剤が提案されている(特許文献1及び特許文献2)。しかし、収縮低減剤は、水硬性組成物の乾燥収縮や自己収縮を低減するが、凍結融解抵抗性を低下させることが知られている(非特許文献1)。これに対し、凍結融解作用に対する抵抗性を向上させるために、水溶性ビニル共重合体と、(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルと、有機リン酸エステルと、ポリエーテル系化合物を配合した混和剤も提案されている(特許文献3)。
国際公開番号WO82/03071号公報 特開平2−307849号公報 特開2007−153652号公報
「コンクリート混和材料ハンドブック」、社団法人日本材料学会、2004年、144〜148頁
しかしながら、特許文献1、特許文献2に開示された技術では、従来のセメント分散剤を用いたコンクリートに従来の乾燥収縮低減剤を加えると、得られる硬化体の凍結融解作用に対する抵抗性が弱くなり、この抵抗性は、乾燥収縮低減剤を加える量を増せば増すほど弱くなるという問題がある。すなわち、得られる硬化体について乾燥収縮の低減効果を高めることと凍結融解作用に対する抵抗性を強くすることが相反する現象となっているのである。また、特許文献3に開示された技術では、骨材条件などにより凍結融解作用に対する抵抗性が弱くなるという問題がある。
従って、本発明が解決しようとする課題は、水硬性組成物用混和剤を水硬性組成物に使用した際、得られる硬化体の乾燥収縮を低減させる効果に優れると共に、凍結融解作用に対する抵抗性を強くすることが可能であり、更に、優れた材料分離抵抗性を付与することが可能な水硬性組成物用混和剤を提供することにある。
本発明者らは、前記の課題を解決すべく研究した結果、特定のビニル共重合体とポリオキシアルキレン化合物を有する水硬性組成物用混和剤を用いるのが正しく好適であることを見出した。本発明によれば、以下の水硬性組成物用混和剤が提供される。
[1] 下記のA成分と、下記のB成分とを含有する水硬性組成物用混和剤。
A成分:分子中に下記の構成単位1及び構成単位2を有し、かつ、構成単位1及び構成単位2の合計100質量%に対し、構成単位1を1〜99質量%及び構成単位2を1〜99質量%の割合で含有するビニル共重合体;
構成単位1:下記の単量体1から形成された構成単位、
構成単位2:分子中にビニル基を有するカルボン酸単量体から形成された構成単位、
単量体1:下記の式(1)で示される不飽和(ポリ)アルキレングリコール:
Figure 2020147454
(式(1)中、R、R及びRは同一又は異なり、水素原子、メチル基及び−(CH)rCOOMで示される有機基(但し、R、R及びRのうちの少なくとも1つは水素原子又はメチル基を表す)から選ばれる少なくとも1種を表し、Rは水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基を表し、ROは炭素数2〜4のオキシアルキレン基の1種又は2種以上を表し、pは0〜5の整数を表し、qは0又は1を表し、mは1〜300の整数を表し、rは0〜2の整数を表し、Mは水素原子又は金属原子を表す。)
B成分:下記の式(2)で示されるポリオキシアルキレン化合物:
Figure 2020147454
(式(2)中、Rは炭素数6〜25の芳香族炭化水素基及びフェノール性の2個の水酸基を有する化合物から前記2個の水酸基を除いた残基を表し、X、Yはそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜22のアルキル基を表し、OR、ROはそれぞれ独立に、炭素数2〜4のオキシアルキレン基を表し、a、bは1〜299の整数であって、かつ、a+b=60〜300を満足する整数を表す。)
[2] 前記式(2)において、Rが下記式(3)で示されるビス(4−ヒドロキシフェニル)骨格を有する基である、[1]に記載の水硬性組成物用混和剤。
Figure 2020147454
(式(3)中、Zは、炭素数1〜13の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基、又は、スルホニル基を表す。)
[3] 前記式(2)において、a、bはa+b=70〜220を満足する整数を表す[1]又は[2]に記載の水硬性組成物用混和剤。
[4] 前記式(2)において、Rが2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、又はビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホンから2個の水酸基を除いた残基である[1]〜[3]のいずれかに記載の水硬性組成物用混和剤。
[5] 前記式(2)において、OR及びROの全オキシアルキレン基中の90モル%以上がオキシエチレン基である、[1]〜[4]のいずれかに記載の水硬性組成物用混和剤。
[6] B成分に対する、A成分の質量%が1〜200質量%である[1]〜[5]のいずれかに記載の水硬性組成物用混和剤
本発明の水硬性組成物用混和剤によれば、得られる硬化体の乾燥収縮を低減させると共に、凍結融解作用に対する抵抗性を強くすることが可能であり、更に、優れた材料分離抵抗性を付与することができるという効果がある。
以下、本発明の実施形態について説明する。しかし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し適宜変更、改良等が加えられ得ることが理解されるべきである。なお、以下の実施例等において、別に記載しない限り、%は質量%を、また部は質量部を意味する。
本実施形態の水硬性組成物用混和剤は、A成分と、B成分とを含有するものである。
本実施形態の水硬性組成物用混和剤に供するA成分は、分子中に構成単位1及び構成単位2を有するビニル共重合体である。
構成単位1は、単量体1から形成される。単量体1は、下記式(1)で表される不飽和(ポリ)アルキレングリコールである。
Figure 2020147454
式(1)中、R、R及びRは同一又は異なり、水素原子、メチル基及び−(CH)rCOOMで示される有機基から選ばれる少なくとも1種であり、但し、R、R及びRのうちの少なくとも1つは水素原子又はメチル基である。Rは水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基である。このような炭化水素基として、メチル基、エチル基、プロピル基、及びブチル基等が挙げられる。ROは炭素数2〜4のオキシアルキレン基の1種又は2種以上である。このようなオキシアルキレン基として、オキシエチレン基、オキシプロピレン基等が挙げられる。2種以上のオキシアルキレン基の場合、ランダム付加、ブロック付加、交互付加等のいずれの付加形態であってもよい。pは0〜5の整数であり、qは0又は1であり、mは1〜300の整数であり、rは0〜2の整数であり、Mは水素原子又は金属原子である。
このような単量体1としては、例えば、α−ビニル−ω−ヒドロキシ(ポリ)オキシブチレン(ポリ)オキシエチレン、α−アリル−ω−メトキシ−(ポリ)オキシエチレン、α−アリル−ω−メトキシ−(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレン、α−アリル−ω−ヒドロキシ−(ポリ)オキシエチレン、α−アリル−ω−ヒドロキシ−(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレン、α−メタリル−ω−ヒドロキシ−(ポリ)オキシエチレン、α−メタリル−ω−メトキシ−(ポリ)オキシエチレン、α−メタリル−ω−ヒドロキシ−(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレン、α−メタリル−ω−アセチル−(ポリ)オキシエチレン、α−(3−メチル−3−ブテニル)−ω−ヒドロキシ−(ポリ)オキシエチレン、α−(3−メチル−3−ブテニル)−ω−ブトキシ−(ポリ)オキシエチレン、α−(3−メチル−3−ブテニル)−ω−ヒドロキシ−(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレン、α−(3−メチル−3−ブテニル)−ω−アセチル−(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレン、α−アクリロイル−ω−ヒドロキシ−(ポリ)オキシエチレン、α−アクリロイル−ω−メトキシ−(ポリ)オキシエチレン、α−アクリロイル−ω−ブトキシ−(ポリ)オキシエチレン、α−アクリロイル−ω−メトキシ−(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレン、α−メタクリロイル−ω−ヒドロキシ−(ポリ)オキシエチレン、α−メタクリロイル−ω−メトキシ−(ポリ)オキシエチレン、α−メタクリロイル−ω−ブトキシ−(ポリ)オキシエチレン、α−メタクリロイル−ω−メトキシ−(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレン、α−メタクリロイル−ω−ヒドロキシ−(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレン、α−メタクリロイル−ω−アセチル−(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレン、マレイン酸やフマル酸、イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸と(ポリ)オキシエチレンとのモノエステル、マレイン酸やフマル酸、イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸と(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレンとのモノエステルが挙げられる。
構成単位2は、カルボン酸単量体から形成される。ここでのカルボン酸単量体とはエステル基やアミド基を持たない単量体である。カルボン酸単量体は、その分子中にビニル基を有する。このようなカルボン酸単量体として、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、(無水)マレイン酸、(無水)イタコン酸、フマル酸及びこれらの塩などが挙げられる。塩としては、特に制限するものではないが、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩、カルシウム塩、マグネシウム塩などのアルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、ジエタノールアミン塩、トリエタノールアミン塩等のアミン塩などが挙げられる。なかでもナトリウム塩とカルシウム塩が好ましい。
本実施形態の水硬性組成物用混和剤に供するA成分であるビニル共重合体は、更に分子中に、任意の構成単位として、構成単位3を含んでいてもよい。構成単位3は、単量体1及びカルボン酸単量体2と共重合可能な単量体3から形成されていてもよい。
単量体3は、単量体1及びカルボン酸単量体と共重合可能であれば特に制限されないが、例えば、アクリル酸メチル、メチルメタクリレート、ブチルアクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート系単量体や、(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド等の不飽和アミド類、(メタ)アクリロニトリル等の不飽和シアン類、マレイン酸やフマル酸等の不飽和ジカルボン酸と炭素数1〜22のアルキル基若しくはアルケニル基のアルコールとのモノエステルや、マレイン酸やフマル酸等の不飽和ジカルボン酸と(ポリ)アルキレングリコールや炭素数1〜22のアルキル基若しくはアルケニル基のアルコールとのジエステルとなる不飽和ジカルボン酸ジエステル類、不飽和カルボン酸や不飽和ジカルボン酸と炭素数が1〜22であるアミンとのモノアミドやジアミドとなるアミド単量体類、不飽和カルボン酸や不飽和ジカルボン酸と炭素数が1〜22であるアミンとのモノアミドやジアミドとなるアミド単量体類、アルキルジカルボン酸とポリエチレンポリアミンを縮合させたものの活性水素を持つ窒素原子にエチレンオキシドやプロピレンオキシドを付加させたものと(メタ)アクリル酸との反応物や、不飽和カルボン酸や不飽和ジカルボン酸と炭素数が1〜22であるアミンとのモノアミドやジアミドとなるアミド単量体類、アルキルジカルボン酸とポリエチレンポリアミンを縮合させたものの活性水素を持つ窒素原子にエチレンオキシドやプロピレンオキシドを付加させたものとグリシジル(メタ)アクリレートと反応させたものである、ポリアミドポリアミン単量体類、(メタ)アリルスルホン酸やビニルスルホン酸及びそれらの塩などからなるスルホン酸系単量体類、リン酸2−(メタクリロイルオキシ)エチルやリン酸−ビス[2―(メタクリロイルオキシ)エチル]およびそれらの塩などからなるリン酸系単量体類等が挙げられる。
本実施形態の水硬性組成物用混和剤に供するA成分においては、構成単位1及び構成単位2の合計100質量%に対し、構成単位1を1〜99質量%含み、70〜99質量%含むのが好ましく、75〜99質量%含むのがより好ましく、80〜99質量%含むのが更に好ましく、構成単位2を1〜99質量%含み、1〜30質量%含むのが好ましく、1〜25質量%含むのがより好ましく、1〜20質量%含むのが更に好ましい。また、本実施形態の水硬性組成物用混和剤に供するA成分においては、構成単位3を0〜30質量%含むのが好ましく、0〜20質量%含むのがより好ましく、0〜10質量%含むのが更に好ましく、0〜5質量%含むのが更により好ましい。
本実施形態の水硬性組成物用混和剤に供するA成分においては、構成単位1、構成単位2の合計が80質量%以上であることが好ましく、85質量%以上がより好ましく、90質量%以上であることが更に好ましく、95質量%以上であることが更により好ましい。
本実施形態の水硬性組成物用混和剤に供するA成分の質量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定することができ、好ましくはポリエチレングリコール/ポリエチレンオキシド換算で1000〜1000000であり、より好ましくは5000〜200000であり、更に好ましくは8000〜100000である。
このようなA成分は、公知のラジカル重合反応により得ることができる。例えば、各種方法で製造することができる。これには、溶媒に水を使用したラジカル重合、溶媒に有機溶媒を使用したラジカル重合、無溶媒のラジカル重合による方法が挙げられる。ラジカル重合における反応温度は、好ましくは0〜120℃であり、より好ましくは20〜100℃であり、更に好ましくは50〜90℃である。ラジカル重合に使用するラジカル重合開始剤は、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等の過酸化物や、2,2−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩、2,2−アゾビス(イソブチロニトリル)等のアゾ系化合物が挙げられ、重合反応温度下において分解し、ラジカル発生するものであれば、その種類は特に制限されない。これらは、亜硫酸塩やL−アスコルビン酸等の還元性物質、更にはアミン等と組み合わせ、レドックス開始剤として使用することもできる。得られるA成分の質量平均分子量を所望の範囲とするため、2−メルカプトエタノール、2−メルカプトプロピオン酸、3−メルカプトプロピオン酸、チオグリコール酸、チオグリセリン、チオリンゴ酸等の連鎖移動剤を使用することもできる。これらのラジカル重合開始剤や還元性物質、連鎖移動剤は、それぞれ単独で使用しても2種類以上を併用してもよい。本実施形態の水硬性組成物用混和剤に供するA成分は、水や有機溶媒を含んだまま使用してもよく、乾燥させて粉末として使用してもよく、水や有機溶媒を含んだままで無機多孔質粉体に担持させて使用してもよく、水や有機溶媒を含んだままで無機多孔質粉体に担持させ、かつ乾燥させて使用してもよい。反応系内の圧力は特に限定されないが、大気圧が好ましい。
本実施形態の水硬性組成物用混和剤に供するB成分は、下記の式(2)で示されるポリオキシアルキレン化合物である。
Figure 2020147454
式(2)において、Rは、炭素数6〜25の芳香族炭化水素及びフェノール性の2個の水酸基を有する化合物から2個の水酸基を除いた残基である。X、Yは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜22のアルキル基である。OR、ROは、それぞれ独立に、炭素数2〜4のオキシアルキレン基である。a、bは、1〜299の整数であって、かつ、a+b=60〜300を満足する整数である。
式(2)において、Rとしては、例えば、ハイドロキノン、カテコール、ビナフトール、4,4’−ビフェノール、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルエタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、5,5’−(1−メチルエチリデン)−ビス[1,1’−(ビスフェニル)−2−オール]プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサンから、水酸基を除いた残基などが挙げられる。Rとしては、下記式(3)で示されるビス(4−ヒドロキシフェニル)骨格を有する基(残基)とすることでもよい。これらの中でも、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホンから、2個の水酸基を除いた残基であることが好ましい。これらの残基であると、収縮低減効果が良好に発揮されることに加え、優れた凍結融解抵抗性及び材料分離抵抗性を発揮する。
Figure 2020147454
式(3)において、Zは、炭素数1〜13の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基、又は、スルホニル基である。
式(2)におけるXとしては、水素原子又は炭素数1〜22のアルキル基が挙げられる。炭素数1〜22のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ブチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基、ヘンエイコシル基、ドコシル基、2−メチル−ペンチル基、2−エチル−ヘキシル基、2−プロピル−ヘプチル基、2−ブチル−オクチル基、2−ペンチル−ノニル基、2−ヘキシル−デシル基、2−ヘプチル−ウンデシル基、2−オクチル−ドデシル基、2−ノニル−トリデシル基等が挙げられる。なかでもXとしては、水素原子又はメチル基が好ましく、水素原子がより好ましい。
また、式(2)におけるYについては、Xと同様のものを挙げることができる。
ここで、X及びYが水素原子であると、該化合物の合成の容易さ、原料入手、経済性の面から好ましい。
式(2)においてORは、炭素数2〜4のオキシアルキレン基である。ORが複数存在する場合には、2種類以上のオキシアルキレン基を用いてもよい。ORとしては、具体的には、オキシエチレン基及び/又はオキシプロピレン基が含まれることが好ましく、より好ましくはオキシエチレン基を50モル%以上含有し、更に好ましくはオキシエチレン基を90モル%以上含有するものである。なお、2種類以上のオキシアルキレン基が付加した場合、結合の順には特に制限はなく、ランダム結合でもよいし、ブロック結合でもよい。
また、式(2)におけるROについても、ORについて述べたことと同様である。
OR及びROにおいて、ORとROを合計した全オキシアルキレン基中の90モル%以上がオキシエチレン基であることが好ましい。収縮低減効果が良好に発揮されることに加え、高い凍結融解抵抗性及び材料分離抵抗性を得ることが可能となる。
式(2)において、a、bは、ポリオキシアルキレン基の付加モル数を示し、a+bはポリオキシアルキレン基の総付加モル数を示す。a及びbはそれぞれ1〜299の整数であり、好ましくは1〜219の整数である。また、a+bは、60≦a+b≦300であり、好ましくは70≦a+b≦220である。a+bが60より小さいと、凍結融解抵抗性が著しく低下し、a+bが大きすぎても製造コストがかかり現実的ではない。
式(2)におけるX及び/又はYが水素原子であるポリオキシアルキレン化合物の製造方法としては、特に限定されず、各種の製造方法で製造することができる。
例えば、Rにフェノール性の2つの水酸基を有する化合物にアルキレンオキシドを付加することで得られる。アルキレンオキシドを付加する際には、触媒を用いることができる。アルキレンオキシドを付加重合する際の触媒としては、アルカリ金属及びアルカリ土類金属やそれらの水酸化物、アルコラート等のアルカリ触媒やルイス酸触媒、複合金属触媒を用いることができ、好ましくはアルカリ触媒である。
アルカリ触媒としては、例えば、ナトリウム、カリウム、ナトリウムカリウムアマルガム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムハイドライド、カリウムハイドライド、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムエトキシド、カリウムブトキシド、カリウムtert−ブトキシド等を挙げることができる。好ましくは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド、カリウムブトキシド、カリウムtert−ブトキシドである。
ルイス酸触媒としては、例えば、四塩化錫、三フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素ジn−ブチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素テトラヒドロフラン錯体、三フッ化ホウ素フェノール錯体、三フッ化ホウ素酢酸錯体等の三フッ化ホウ素化合物などが挙げられる。
本実施形態の水硬性組成物用混和剤においては、A成分とB成分の濃度は特に制限されないが、B成分に対する、A成分の質量%が1〜200質量%であるのが好ましく、1〜150質量%であることがより好ましく、1〜100質量であることが更により好ましく、2〜85質量%であるのが特に好ましく、4〜20質量%であることが最も好ましい。
次に、本実施形態の水硬性組成物用混和剤が配合される水硬性組成物について説明する。
水硬性組成物用混和剤の水硬性組成物に対する配合方法は、A成分とB成分とが予め溶媒にて混合された一液型混和剤として添加されてもよく、また、A成分とB成分とをそれぞれ独立して添加してもよく、また同時に添加してもよい。A成分及びB成分は、粉末として水硬性組成物スラリーに添加してもよく、また、A成分及びB成分を液体の収縮低減剤や液体の消泡剤等に分散させた状態又は溶解させた状態で水硬性組成物スラリーに添加してもよく、更に、A成分及びB成分を水に溶解させた状態で水硬性組成物スラリーに添加してもよい。
本実施形態の水硬性組成物は以上説明したような水硬性組成物用混和剤を使用して調製したものであり、セメントペースト、モルタル、コンクリート等のセメント組成物であることが好ましい。セメント組成物は、結合材として、少なくともセメントを使用したものであるが、セメントを単独で使用してもよく、また、セメントとポゾラン物質や潜在水硬性をもつ微粉末混和材料を併用してもよい。このようなセメントとしては、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、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカフュームセメント等の各種混合セメントが挙げられる。また、微粉末混和材料としては、高炉スラグ微粉末、シリカフューム、フライアッシュ等が挙げられる。
本実施形態の水硬性組成物は、水と骨材を含むことも好ましい。骨材としては、細骨材や粗骨材などの任意の適切な骨材を採用し得る。このような骨材のうち、細骨材としては、川砂、山砂、陸砂、珪砂、砕砂、高炉スラグ細骨材などが挙げられ、粗骨材としては、川砂利、山砂利、陸砂利、砕石、高炉スラグ粗骨材などが挙げられる。
本実施形態の水硬性組成物においては、結合材100質量部に対する、A成分とB成分の合計の質量部が0.1〜5.0質量部であるのが好ましく、0.2〜4.0質量部であるのがより好ましく、0.5〜3.0質量部であるのが更に好ましい。
本実施形態の水硬性組成物においては、水結合材比は通常70%以下とするが、20〜60%で使用されることが好ましく、30〜55%がより好ましく、35〜55%が更に好ましい。なお、水結合材比とは、水硬性組成物中のセメントなどの結合材100質量部に対する水の質量部であり、水が50質量部となる場合は水結合材比が50%となる。
本実施形態の水硬性組成物は、効果が損なわれない範囲内で、適宜、AE調整剤、消泡剤、凝結遅延剤、硬化促進剤、他の収縮低減剤、防腐剤、防水剤、防錆剤等を含有させることができる。
試験区分1(A成分としてのビニル共重合体の合成)
・製造例1{ビニル共重合体(A−1)の合成}
蒸留水436.2g、α−メタクリロイル−ω−メトキシ−ポリ(n=23)オキシエチレン351.3g、メタクリル酸43.4g、3−メルカプトプロピオン酸6.3gを温度計、攪拌機、滴下ロート、窒素導入管を備えた反応容器に仕込み、攪拌しながら均一に溶解した後、雰囲気を窒素置換し、反応系の温度を温水浴にて70℃に保持した。次に、2.3%過酸化水素水溶液77.9gを投入し、2時間かけてラジカル共重合反応を行った。2時間経過後、1.3%過酸化水素水溶液33.6gを投入し、更に2時間反応を行った後、重合反応を終了した。その後、反応系に30%水酸化ナトリウム水溶液7.5gを投入し、蒸留水にて濃度を40%に調整して反応混合物を得た。この反応混合物をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて分析したところ、質量平均分子量18000であった。この反応物をビニル共重合体(A−1)とした。
・製造例2{ビニル共重合体(A−2)の合成}
製造例2(A−2)は、表1に示すように、製造例1(A−1)において使用したα−メタクリロイル−ω−メトキシ−ポリ(n=23)オキシエチレンに代えて、α−メタクリロイル−ω−メトキシ−ポリ(n=45)オキシエチレンを使用し、更に、各種構成成分の仕込み量を変化させたこと以外は、製造例1(A−1)と同様にして製造した。
・製造例3{ビニル共重合体(A−3)の合成}
蒸留水204.1g、α−(3−メチル−3−ブテニル)−ω−ヒドロキシ−ポリ(n=53)オキシエチレン365.5gを温度計、攪拌機、滴下ロート、窒素導入管を備えた反応容器に仕込み、攪拌しながら均一に溶解した後、雰囲気を窒素置換し、反応系の温度を温水浴にて70℃に保持した。次に、3.5%過酸化水素水溶液19.9gを3時間かけて滴下し、それと同時に蒸留水158.9gにアクリル酸31.8gを均一に溶解させた水溶液を3時間かけて滴下し、それと同時に蒸留水17.5gにL−アスコルビン酸1.6gと3−メルカプトプロピオン酸2.8gを溶解させた水溶液を4時間かけて滴下した。その後、2時間、反応系の温度を70℃に維持し、重合反応を終了した。その後、反応系に30%水酸化ナトリウム水溶液6.2gを加え、蒸留水にて濃度を40%に調整して反応混合物を得た。この反応混合物をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて分析したところ、質量平均分子量32000であった。この反応物をビニル共重合体(A−3)とした。
・製造例4{ビニル共重合体(A−4)の合成}
蒸留水194.4gを温度計、攪拌機、滴下ロート、窒素導入管を備えた反応容器に仕込み、雰囲気を窒素置換し、窒素雰囲気下にて反応系の温度を60℃に保持した。次に、蒸留水240.2g、α−メタクリロイル−ω−メトキシ−ポリ(n=113)オキシエチレン365.5g、メタクリル酸19.4g、ヒドロキシエチルアクリレート3.9g、3−メルカプトプロピオン酸3.9gを均一混合し、単量体混合物水溶液を調製した。この単量体混合物水溶液と10%過硫酸ナトリウム水溶液58.3gとを4時間かけて反応容器に同時に滴下してラジカル共重合反応を行った。その後、反応系の温度を60℃に保持して、1時間反応を行い、重合反応を終了した。その後、反応系に30%水酸化ナトリウム水溶液20.8gを加え、蒸留水にて濃度を40%に調整して反応混合物を得た。この反応混合物をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて分析したところ、質量平均分子量40000であった。この反応物をビニル共重合体(A−4)とした。
・製造例5{ビニル共重合体(A−5)の合成}
蒸留水424.8g、α−メタクリロイル−ω−メトキシ−ポリ(n=9)オキシエチレン282.9g、メタクリル酸70.7g、アクリル酸メチル19.6g、チオグリコール酸11.8gを温度計、攪拌機、滴下ロート、窒素導入管を備えた反応容器に仕込み、攪拌しながら均一に溶解した後、雰囲気を窒素置換し、反応系の温度を温水浴にて60℃に保持した。次に、10%過硫酸ナトリウム水溶液39.3gを投入し、2時間かけてラジカル共重合反応を行った。2時間経過後、10%過硫酸ナトリウム水溶液19.7gを投入し、更に2時間反応を行った後、重合反応を終了した。その後、反応系に30%水酸化ナトリウム水溶液66.6gを投入し、蒸留水にて濃度を40%に調整して反応混合物を得た。この反応混合物をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて分析したところ、質量平均分子量12000であった。この反応物をビニル共重合体(A−5)とした。以上製造したビニル共重合体について、表1にまとめて示した。
Figure 2020147454
表1において、
*1:A成分であるビニル共重合体の種類
*2:構成単位1を形成することとなる単量体1の種類
*3:構成単位2を形成することとなるカルボン酸単量体の種類
*4:構成単位3を形成することとなる単量体3の種類
割合:単位は質量%
L−1:α−メタクリロイル−ω−メトキシ−ポリ(n=23)オキシエチレン
L−2:α−メタクリロイル−ω−メトキシ−ポリ(n=45)オキシエチレン
L−3:α−(3−メチル−3−ブテニル)−ω−ヒドロキシ−ポリ(n=53)オキシエチレン
L−4:α−メタクリロイル−ω−メトキシ−ポリ(n=113)オキシエチレン
L−5:ヒドロキシエチルアクリレート
L−6:α−メタクリロイル−ω−メトキシ−ポリ(n=9)オキシエチレン
M−1:メタクリル酸
M−2:アクリル酸
N−1:アクリル酸メチル
A成分であるビニル共重合体の質量平均分子量の測定は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC)にて行い、条件を以下のものとした。結果を表1に示した。
[測定条件]
検出器:示差屈折計(RI)
カラム:昭和電工社製OHpak SB−G+SB−806M HQ+SB−806M HQ
溶離液:50mM硝酸ナトリウム水溶液
流速:0.7mL/分
カラム温度:40℃
標準物質:PEG/PEO(アジレント社製)
試験区分2(B成分としてのポリオキシアルキレン化合物の合成)
・製造例1{ポリオキシアルキレン化合物(B−1)の合成}
攪拌機、圧力計、及び温度計を備えた圧力容器中に、「ニューポールBPE−60(三洋化成工業社製)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンのすべての水酸基にエチレンオキシド合計6モル付加物)」318.9g及び水酸化カリウム3.0gを仕込んだ。次いで、反応系を120℃まで昇温させた後、この系中を減圧下にて脱水を1時間行った。その後、この反応系内に、130±5℃に維持しながらエチレンオキシド(表2中、「EO」と記す)2681.1gを0.4MPaのゲージ圧にて6時間かけて添加した。その後、反応温度(130±5℃)で1時間保持した後、反応を終了した。その後、「キョーワード600(協和化学工業社製)」を用いて中和を行った後、ろ過を行い、式(2)で示されるポリオキシアルキレン化合物(B−1)を得た。
・製造例2{ポリオキシアルキレン化合物(B−2)の合成}
攪拌機、圧力計、及び温度計を備えた圧力容器中に、「ニューポールBPE−60(三洋化成工業社製、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンのすべての水酸基にエチレンオキシド合計6モル付加物)」257.3g及び水酸化カリウム1.5gを仕込んだ。次いで、反応系を120℃まで昇温させた後、この系中を減圧下にて脱水を1時間行った。その後、この反応系内に、130±5℃に維持しながらエチレンオキシド1702.7gを0.4MPaのゲージ圧にて5時間かけて添加した。その後、反応温度(130±5℃)で1時間保持した後、反応を終了した。その後、「キョーワード600(協和化学工業社製)」を用いて中和を行った後、ろ過を行い、式(2)で示されるポリオキシアルキレン化合物(B−2)を得た。
・製造例3{ポリオキシアルキレン化合物(B−3)の合成}
攪拌機、圧力計、及び温度計を備えた圧力容器中に、「ニューポールBPE−60(三洋化成工業社製)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンのすべての水酸基にエチレンオキシド合計6モル付加物)」338.5g及びカリウムtert−ブトキシド10.0gを仕込んだ。次いで、反応系を120℃まで昇温させた後、この系中を減圧下にて脱水を1時間行った。その後、この反応系内に、130±5℃に維持しながらエチレンオキシド4661.5gを0.4MPaのゲージ圧にて7時間かけて添加した。その後、反応温度(130±5℃)で1時間保持した後、反応を終了した。その後、「キョーワード600(協和化学工業社製)」を用いて中和を行った後、ろ過を行い、式(2)で示されるポリオキシアルキレン化合物(B−3)を得た。
・製造例4{ポリオキシアルキレン化合物(B−4)の合成}
攪拌機、圧力計、及び温度計を備えた圧力容器中に、「ニューポールBPE−60(三洋化成工業社製、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンのすべての水酸基にエチレンオキシド合計6モル付加物)」272.5g及び水酸化カリウム5.0gを仕込んだ。次いで、反応系を130℃まで昇温させた後、この系中を減圧下にて脱水を1時間行った。その後、この反応系内に、130±5℃に維持しながらエチレンオキシド4727.5gを0.4MPaのゲージ圧にて8時間かけて添加した。その後、反応温度(130±5℃)で1時間保持した後、反応を終了した。その後、「キョーワード600(協和化学工業社製)」を用いて中和を行った後、ろ過を行い、式(2)で示されるポリオキシアルキレン化合物(B−4)を得た。
・製造例5{ポリオキシアルキレン化合物(B−5)の合成}
攪拌機、圧力計、及び温度計を備えた圧力容器中に、市販のビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン250.3g及びカリウムtert−ブトキシド8.0gを仕込んだ。次いで、反応系を120℃まで昇温させた後、エチレンオキシドを176.0g仕込み、反応を開始した。圧力が低下することを確認後、この反応系内に、130±5℃に維持しながらエチレンオキシド4224.0gを0.4MPaのゲージ圧にて8時間かけて添加した。反応温度で1時間保持した後、反応を終了した。その後、「キョーワード600(協和化学工業社製)」を用いて中和を行った後、ろ過を行い、式(2)で示されるポリオキシアルキレン化合物(B−5)を得た。
・製造例6{ポリオキシアルキレン化合物(B−6)の合成}
化合物B(B−6)は、表2に示すように、製造例5において使用したビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホンに代えて、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタンを使用したこと以外は、製造例5と同様にして製造した。
・製造例7{ポリオキシアルキレン化合物(B−7)の合成}
攪拌機、圧力計、及び温度計を備えた圧力容器中に、「ニューポールBPE−60(三洋化成工業社製、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンのすべての水酸基にエチレンオキシド合計6モル付加物)」700.3g及び水酸化カリウム5.5gを仕込んだ。次いで、反応系を120℃まで昇温させた後、この系中を減圧下にて脱水を1時間行った。その後、この反応系内に、130±5℃に維持しながらエチレンオキシド5886.8gを0.4MPaのゲージ圧にて5時間かけて添加した。その後、反応温度(130±5℃)で1時間保持した。更に同温度にてプロピレンオキシド(表2中、「PO」と記す)を826.9g添加し、反応温度(130±5℃)で1時間保持した後、反応を終了した。その後、「キョーワード600(協和化学工業社製)」を用いて中和を行った後、ろ過を行い、式(2)で示されるポリオキシアルキレン化合物(B−7)を得た。
・製造例8{ポリオキシアルキレン化合物(B−8)の合成}
攪拌機、圧力計、及び温度計を備えた圧力容器中に、「ニューポールBPE−60(三洋化成工業社製、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンのすべての水酸基にエチレンオキシド合計6モル付加物)」628.4g及び水酸化カリウム4.0gを仕込んだ。次いで、反応系を120℃まで昇温させた後、この系中を減圧下にて脱水を1時間行った。その後、この反応系内に、150±5℃に維持しながらエチレンオキシド3315.6gを0.4MPaのゲージ圧にて5時間かけて添加した。その後、反応温度(150±5℃)で1時間保持した後、反応を終了した。その後、「キョーワード600(協和化学工業社製)」を用いて中和を行った後、ろ過を行い、式(2)で示されるポリオキシアルキレン化合物(B−8)を得た。
・製造例9{RB−1の合成}
攪拌機、圧力計、及び温度計を備えた圧力容器中に、市販のジエチレングリコール106.1g及び水酸化カリウム4.4gを仕込んだ。次いで、反応系を120℃まで昇温させた。その後、この反応系内に、130±5℃に維持しながらエチレンオキシド4311.9gを0.4MPaのゲージ圧にて5時間かけて添加した。その後、反応温度(130±5℃)で1時間保持した後、反応を終了した。その後、「キョーワード600(協和化学工業社製)」を用いて中和を行った後、ろ過を行い、ポリオキシアルキレン化合物(RB−1)を得た。
・製造例10{RB−2}
「ニューポールBPE−100(三洋化成工業社製)」をそのまま用いたものをRB−2とした。
・製造例11{RB−3の合成}
攪拌機、圧力計、及び温度計を備えた圧力容器中に、「ニューポールBPE−40(三洋化成工業製、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンのすべての水酸基にエチレンオキシド合計4モル付加物)」451.1g及び水酸化カリウム3.0gを仕込んだ。次いで、反応系を120℃まで昇温させた後、この系中を減圧下にて脱水を1時間行った。その後、この反応系内に、150±5℃に維持しながらエチレンオキシド2259.9gを0.4MPaのゲージ圧にて5時間かけて添加した。その後、反応温度(150±5℃)で1時間保持した後、反応を終了した。その後、「キョーワード600(協和化学工業社製)」を用いて中和を行った後、ろ過を行い、ポリオキシアルキレン化合物(RB−3)を得た。
以上で調製した各B成分の内容を表2にまとめて示した。
Figure 2020147454
表2おいて、
※1:式(2)中の「R」は、この欄に記載された化合物から水酸基を除いた残基である。
a+b(平均総付加モル数)における、「合計モル数」は、「EO付加モル数」と「PO付加モル数」との和の値である。
試験区分3(水硬性組成物用混和剤の調製)
表1に記載のA成分、表2に記載のB成分、及び蒸留水を表3に示す割合で配合容器に投入し、攪拌機を用いて混合することで、混和剤(SR−1)〜(SR−16)を調製した。
混和剤(SR−1)〜(SR−16)と同様にして、混和剤(RSR−1)〜(RSR−3)を調製した。
以上で調製した各混和剤の内容を表3にまとめて示した。
Figure 2020147454
試験区分4(水硬性組成物としてのコンクリートの調製及び評価)
[コンクリート試験1]
・実施例1〜16及び比較例1〜4
表3で示した水硬性組成物用混和剤を水硬性組成物にて評価を行った。表4に示した配合条件で、20℃の試験室内で50Lのパン型強制練りミキサーに、普通ポルトランドセメント(太平洋セメント社製、宇部三菱セメント社製、及び住友大阪セメント社製等量混合、密度=3.16g/cm)からなる水硬性結合材と、骨材として陸砂(大井川水系産、密度=2.58g/cm)及び砕石(岡崎産砕石、密度=2.66g/cm)とを添加し、更に表5に示した添加量で、混和剤(表3参照)及び空気連行剤「AE−300(竹本油脂社製)」を、それぞれ所定量と、消泡剤である「AFK−2(竹本油脂社製)」を上記セメントに対して0.002%として練り混ぜ水(上水道水)の一部として計量し、ミキサーに投入して90秒間練混ぜた。スランプが18±1cm、連行空気量が4.5±0.5%の範囲となるようコンクリート組成物(水硬性組成物)を調製した。
Figure 2020147454
・水硬性組成物の評価
調製した各例のコンクリート組成物について、スランプ、空気量、凍結融解抵抗性及び長さ変化率を下記のように求めた。結果を表5にまとめて示した。
・スランプ(cm):
空気量の測定と同時にJIS A 1101に準拠して測定した。
・空気量(容積%):
練り混ぜ直後及び30分間静置後の水硬性組成物について、JIS A 1128に準拠して測定した。
・耐久性指数(凍結融解抵抗性):
各コンクリート組成物の硬化体を作製し、この硬化体についてJIS A 1148に準拠して耐久性指数を求めた。評価は、以下の基準に基づいて行った。この数値は、最大値が100であり、100に近いほど、凍結融解に対する抵抗性が優れていることを示す。
耐久性指数(凍結融解抵抗性)の評価:
S:90〜100
A:80〜90未満
B:60〜80未満
C:60未満
・長さ変化率:
JIS A 1129に準拠し、各コンクリート組成物を20℃×60%RHの条件下で保存した材齢26週の供試体について、コンパレータ法により乾燥収縮ひずみを測定し、長さ変化率を求めた。評価は、以下の基準に基づいて行った。この数値は小さいほど、乾燥収縮が小さいことを示す。
長さ変化率の評価:
A:500(×10−6)〜650(×10−6)未満
B:650(×10−6)〜700(×10−6)未満
C:700(×10−6)〜
Figure 2020147454
表5において、
※1:混和剤使用量は、結合材100質量%に対する質量%である。表3に示す蒸留水を含めた混和剤有姿の使用量と、混和剤中に含まれるA成分及びB成分のみの合計の使用量を示した。
※2:空気量調整剤使用量は、結合材100質量%に対する質量%である。
※3:HP−11は、竹本油脂社製チューポールHP−11である。
[コンクリート試験2]
・実施例17〜32及び比較例5〜8
表3で示した水硬性組成物用混和剤を水硬性組成物にて評価を行った。表6に示した配合条件で、20℃の試験室内で50Lのパン型強制練りミキサーに、普通ポルトランドセメント(太平洋セメント社製、宇部三菱セメント社製、及び住友大阪セメント社製等量混合、密度=3.16g/cm)からなる水硬性結合材と、骨材として陸砂(大井川水系産、密度=2.58g/cm)及び砕石(岡崎産砕石、密度=2.66g/cm)とを添加し、更に表7に示した添加量で、混和剤(表3参照)及び空気連行剤「AE−300(竹本油脂社製)」を、それぞれ所定量と、消泡剤である「AFK−2(竹本油脂社製)」を上記セメントに対して0.002%として練り混ぜ水(上水道水)の一部として計量し、ミキサーに投入して90秒間練混ぜた。スランプフローが600±30mm、連行空気量が4.5±0.5%の範囲となるよう、コンクリート組成物(水硬性組成物)を調製した。
Figure 2020147454
・水硬性組成物の評価
調製した各例のコンクリート組成物について、コンクリート試験1と同様な方法及び基準に基づいて、空気量、凍結融解抵抗性及び長さ変化率を求めた。なお、スランプフロー及び材料分離抵抗性については、下記のように求めた。結果を表7にまとめて示した。
・スランプフロー(mm):
JIS A 1150に準拠して測定した。
・材料分離抵抗性:
コンクリート組成物について、目視により、材料分離抵抗性を次の基準で評価した。
材料分離抵抗性の評価:
A:非常に良好(骨材とモルタル・ペーストの分離なし)
B:良好(わずかに骨材とモルタル・ペーストが分離)
C:悪い(明らかに骨材とモルタル・ペーストが分離)
Figure 2020147454
表7において、
※1:混和剤使用量は、結合材100質量%に対する質量%である。表3に示す蒸留水を含めた混和剤有姿の使用量と、混和剤中に含まれるA成分及びB成分のみの合計の使用量を示した。
※2:空気量調整剤使用量は、結合材100質量%に対する質量%である。
※3:HP−11は、竹本油脂社製チューポールHP−11である。
(結果)
想定スランプが18cmである普通コンクリートを対象とするコンクリート試験1においては、表5に示すように、実施例1〜16は、比較例1〜4に比べて、得られる硬化体の乾燥収縮が低減すると共に、凍結融解作用に対する抵抗性が向上することが分かる。また、想定スランプフローが600mmである高流動コンクリートを対象とするコンクリート試験2においては、表7に示すように、実施例17〜32は、比較例5〜8に比べて、得られる硬化体の乾燥収縮が低減すると共に、凍結融解作用に対する抵抗性及び材料分離抵抗性が向上することが分かる。
本発明の水硬性組成物用混和剤は、水硬性組成物を調製する際の添加剤として利用することができる。

Claims (6)

  1. 下記のA成分と、下記のB成分とを含有する水硬性組成物用混和剤。
    A成分:分子中に下記の構成単位1及び構成単位2を有し、かつ、構成単位1及び構成単位2の合計100質量%に対し、構成単位1を1〜99質量%及び構成単位2を1〜99質量%の割合で含有するビニル共重合体;
    構成単位1:下記の単量体1から形成された構成単位、
    構成単位2:分子中にビニル基を有するカルボン酸単量体から形成された構成単位、
    単量体1:下記の式(1)で示される不飽和(ポリ)アルキレングリコール:
    Figure 2020147454
    (式(1)中、R、R及びRは同一又は異なり、水素原子、メチル基及び−(CH)rCOOMで示される有機基(但し、R、R及びRのうちの少なくとも1つは水素原子又はメチル基を表す)から選ばれる少なくとも1種を表し、Rは水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基を表し、ROは炭素数2〜4のオキシアルキレン基の1種又は2種以上を表し、pは0〜5の整数を表し、qは0又は1を表し、mは1〜300の整数を表し、rは0〜2の整数を表し、Mは水素原子又は金属原子を表す。)
    B成分:下記の式(2)で示されるポリオキシアルキレン化合物:
    Figure 2020147454
    (式(2)中、Rは炭素数6〜25の芳香族炭化水素基及びフェノール性の2個の水酸基を有する化合物から前記2個の水酸基を除いた残基を表し、X、Yはそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜22のアルキル基を表し、OR、ROはそれぞれ独立に、炭素数2〜4のオキシアルキレン基を表し、a、bは1〜299の整数であって、かつ、a+b=60〜300を満足する整数を表す。)
  2. 前記式(2)において、Rが下記式(3)で示されるビス(4−ヒドロキシフェニル)骨格を有する基である、請求項1に記載の水硬性組成物用混和剤。
    Figure 2020147454
    (式(3)中、Zは、炭素数1〜13の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基、又は、スルホニル基を表す。)
  3. 前記式(2)において、a、bはa+b=70〜220を満足する整数を表す請求項1又は2に記載の水硬性組成物用混和剤。
  4. 前記式(2)において、Rが2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、又はビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホンから2個の水酸基を除いた残基である請求項1〜3のいずれか1項に記載の水硬性組成物用混和剤。
  5. 前記式(2)において、OR及びROの全オキシアルキレン基中の90モル%以上がオキシエチレン基である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の水硬性組成物用添加剤。
  6. B成分に対する、A成分の質量%が1〜200質量%である請求項1〜5のいずれか1項に記載の水硬性組成物用混和剤。

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