JP2638060B2 - セメント混和剤 - Google Patents

セメント混和剤

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセメント又はセメント配合物の混和剤に関す
るものであり、更に詳しくは、水硬性セメント配合物で
あるコンクリート、モルタル又はセメントペーストのワ
ーカビリティの経時による低下を防止し、その施工性、
作業性を改善することを可能ならしめるセメント混和剤
に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、セメント、水及び砂、砂利、混和材(混和剤)
とを混合してなるセメント配合物は、混練り後、時間の
経過とともにセメント粒子の物理的、化学的凝集が進行
するとともに配合物は流動性を次第に失い、施工性、作
業性が低下する。このためセメント配合物は施工可能な
時間(可使時間)が限定されるという欠点を有する。
これらの問題を解決するためにセメント配合物のワー
カビリティ低下防止方法が種々提案されている。
例えば、セメントの化学的凝集を防止する目的でオキ
シカルボン酸塩やリグニンスルホン酸塩等の硬化遅剤を
添加する方法や、高性能減水剤や流動化剤を粒状にして
添加し、セメント粒子の凝集を防止しようとする方法で
ある。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上述のような方法ではコンクリートの硬化が
遅延したり、流動化剤が局在的に残存したりするため
に、強度低下や耐久性の低下という欠点が生じる。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは、上述した欠点を解決すべく鋭意研究の
結果、分子内にカルボキシル基を有する平均分子量500
〜50,000の重合体と陽イオン活性剤より得られる水に不
溶性のコンプレックスをセメント配合物に添加すること
により、セメント配合物の流動性を長時間保持し、セメ
ント配合物の施工性、作業性を改善し得ることを見出
し、本発明を完成するに至った。
即ち本発明は、分子内にカルボキシル基を有する平均
分子量500〜50,000の重合体(以下高分子カルボン酸と
略記する)と陽イオン活性剤より得られる水に不溶性の
コンプレックスを含有することを特徴とするセメント混
和剤であり、セメント配合物の流動性低下防止(スラン
プロス防止)に極めて有効なセメント混和剤である。
本発明のスランプロス防止のメカニズムは次のように
推察される。
セメント、水及び必要に応じて砂、砂利、混和材
(剤)とを混合してなるセメント配合物中のセメント粒
子は、混練後、水和反応による化学的凝集と、粒子間引
力による物理的凝集とが進行し、流動性を徐々に失う。
このため、コンクリート、モルタル等のセメント配合物
にはスランプロスが生じる。この時点でセメント分散剤
を添加することにより、セメント粒子間に反発力が生
じ、セメント粒子が分散し、流動性が向上することによ
り、スランプロスを一次的に防止できる。
しかし、セメントの水和反応は更に進行し、エトリン
ガイト(通称セメントバチルス又はカルシウムスルホア
ルミネート)のゲルが連続的に生成する。このため系の
流動性は低下し続けると共にセメント分散剤が、溶液中
及びセメント粒子上に新たに生成するエトリンガイトな
どの新しい析出鉱物中に吸着或いは収蔵され、溶液中の
セメント分散剤濃度が減少し、セメント粒子の凝集が進
行する。ここに、セメント分散剤を何らかの方法で連続
的に供給できればスランプロスを防止できる。
本発明者は、すでにセメント分散剤として公知(例え
ば、特公昭53−38095号、特開昭49−117519号他)であ
る高分子カルボン酸の水溶性塩に着目し、このものをセ
メント配合物に連続的に供給する方法を研究した結果、
これらのポリマーを水不溶性の錯体とすることによりセ
メント配合物中で徐々に溶解する機能を付与することに
成功し、本発明のセメント混和剤を開発するに至った。
即ち、高分子カルボン酸が水溶性ポリマーとなり得るの
は、親水性の官能基(カルボキシル基)を有する高分子
電解質であるため、水溶液中でのNa+等の1価金属イオ
ンの存在によりこれらの対イオンの力で水に溶解するわ
けである。しかし、ここにカチオン性を有する陽イオン
活性剤が存在すると分子間架橋によるコンプレックスが
起こり、水に不溶の錯塩となる。
コンプレックスは、水中で解離した高分子カルボン酸
の〔R−COO〕と陽イオン活性剤、例えば〔R2−NH2
が会合して〔R−COOR2−NH2〕となって水に不溶
の粒子となる。一般にイオンの吸着力はイオン化ポテン
シャル等により決定されるものであるが、各種イオン濃
度の相対関係によりイオンの吸着力が変化する。つま
り、Na+等のイオン濃度が高ければ陽イオン活性剤のイ
オン濃度もより大きくしなければ水に不溶のコンプレッ
クスが生じない。セメント配合物中ではセメントの水和
反応に伴い、Na+,Ka+等の金属イオンが溶出するので、
徐々に不溶性のコンプレックス粒子が溶解してくるもの
と考えられる。しかも分子内の立体障害、電荷分布、親
水/疎水濃度分布により架橋力、即ちコンプレックスの
構造の安定性が変化する。従って、コンプレックスの溶
解速度が変化する。以上のことよりセメント配合物の流
動性を長時間保持し、スランプロス防止も可能にできる
ものと推察される。
本発明においては、セメント粒子の化学的、物理的凝
集によるスランプロス速度とコンプレックスの溶解速度
とのバランスがセメント配合物のスランプロスを防止す
るために最も重要な要素となる。即ち、セメント粒子の
凝集速度に比べコンプレックスの溶解速度が遅い場合に
はスランプロスが生じ、逆に速すぎる場合にはセメント
配合物の流動性が増大する。これらをコントロールする
には高分子カルボン酸の分子構造、立体障害、官能基効
果やカチオン活性剤の構造によるコンプレックスの安定
性、反応性等を調整することで可能になるものと考えら
れる。
更には対イオン(Na+等)濃度やカルボキシル基の解
離度にも影響を受けるものと考えられる。
従って、高分子カルボン酸と陽イオン活性剤との架橋
力がコンプレックスの溶解速度を支配することになる。
架橋力を決定する一つの要因として、架橋割合が挙げら
れる。通常、カルボキシル基1個に対して、カチオン基
0.2〜1.0、好ましくは0.2〜0.5を与える陽イオン活性剤
が使用される。
高分子カルボン酸の水溶性塩のセメント分散性が高い
ことは必要条件であるので、セメント分散剤としての適
性な親水/疎水基バランスと分子量及び分子量分布を有
することも重要である。
本発明者は各種セメント配合物ごとに上記の点を適性
化することによりセメント配合物の流動性を長時間一定
に保持し得るセメント混和剤を開発したのである。
本発明に用いられる高分子カルボン酸としては、セメ
ント分散性に優れたアクリル酸、メタクリル酸の単独重
合体又は共重合可能なモノマーとの共重合体、或いは
(無水)マレイン酸、イタコン酸、フマル酸の単独重合
体又は共重合可能なモノマーとの共重合体等が挙げら
れ、特に炭素数4〜8のオレフィンとエチレン性不飽和
ジカルボン酸無水物との共重合物や(メタ)アクリル酸
系コポリマーで平均分子量500〜50,000のものが好まし
い。具体的には下記に示す化合物が挙げられる。
(メタ)アクリル酸のホモポリマー、 (メタ)アクリル酸と(メタ)アクリル酸エステルと
のコポリマー、 (メタ)アクリル酸と酸アミド及びこれらのエステル
類とのコポリマー、 (メタ)アクリル酸と他の共重合可能な親水性モノマ
ー(例えばアリルアルコール)とのコポリマー、 (メタ)アクリル酸と共重合可能な疎水性モノマー
(例えばスチレン)とのコポリマー、 (メタ)アクリル酸とα,β−不飽和ジカルボン酸
(例えばマレイン酸、イタコン酸)とのコポリマー、 α,β−不飽和ジカルボン酸と(メタ)アクリル酸エ
スレルとのコポリマー、 α,β−不飽和ジカルボン酸のホモポリマー、 α,β−不飽和ジカルボン酸と炭素数4〜8のアルケ
ンとのコポリマー、 α,β−不飽和ジカルボン酸と共重合可能な疎水性モ
ノマー(例えばスチレン)とのコポリマー、 α,β−不飽和ジカルボン酸と他の共重合可能な親水
性モノマーとのコポリマー、 α,β−不飽和ジカルボン酸と酸アミド及びこれらの
エステル類とのコポリマー これらの中で特に炭素数4〜8のオレフィン(アルケ
ン)と無水マレイン酸で代表されるエチレン性不飽和ジ
カルボン酸(α,β−不飽和ジカルボン酸)との共重合
物が好ましい。また、分子量的には500〜50,000の範囲
にあることが必要である。分子量がこの範囲より大きす
ぎると分子間架橋力が大きくなり、また小さすぎると逆
に小さくなり、いずれも分散性に関与しないことから不
適格である。更に好ましい分子量範囲は2,000〜10,000
である。尚、この分子量はGPC法で測定したものであ
る。
本発明のコンプレックスを構成する陽イオン活性剤と
しては、炭素数6〜20のアルキルアミンの可溶性塩でア
ルキル基1〜3個で構成される、モノアルキルアミン酢
酸塩、モノアルキルアミン塩酸塩、ジアルキルアミン塩
酸塩、ジアルキルアミン酢酸塩、トリアルキルアミン塩
酸塩、トリアルキルアミン酢酸塩;炭素数6〜20のアル
キルメチルアンモニウムクロライドでアルキル基が1〜
3で構成される、アルキルトリメチルアンモニウムクロ
ライド、ジアルキルジメチルアンモニウムクロライド、
トリアルキルモノメチルアンモニウムクロライド;更に
炭素数6〜20からなるアルキルメチルベンジルアンモニ
ウムクロライド等の1種又は2種以上の混合物が挙げら
れる。
本発明者は更に検討の結果、高分子カルボン酸と陽イ
オン活性剤とのコンプレックスとセメント分散剤とを併
用することによりセメント配合物の施工性、作業性等を
更に改善することができることを見出した。
本発明に用いられるセメント分散剤としては、ナフタ
リンスルホン酸ホルムアルデヒド高縮合物系、スルホン
化メラミン樹脂系、リグニンスルホン酸系、(メタ)ア
クリル酸系オリゴマー、マレイン酸系オリゴマー、炭素
数4〜8のオレフィンとの不飽和ジカルボン酸系オリゴ
マーから選ばれる1種又は2種以上の分散剤が挙げられ
る。
本発明によるセメント混和剤のセメント配合物への添
加方法は、混練り水への溶解及び一旦練り上がったセメ
ント配合物への添加方法がある。また、他のセメント添
加材(剤)、例えば空気連行剤、流動化剤、防水剤、膨
張材(剤)、グラフファイバー、スチールファイバー、
フライアッシュ、高炉スラグ等との併用も可能である。
〔実 施 例〕
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
実施例 1 高分子カルボン酸としてイソブチレン−無水マレイン
酸共重合物(分子量2,000〜8,000)の酸型カルボン酸及
びNa塩を選び、陽イオン活性剤とコンプレックスさせた
もののコンクリートの流動化低下防止効果について検討
した。
陽イオン活性剤として下記に示す剤を使用した。共重
合物1モルに対する陽イオン活性剤の添加モルを括弧内
に示す。
(1) ラウリルアミン酢酸塩(0.5) (2) ラウリルアミン塩酸塩(0.3) (3) ステアリルアミン酢酸塩(0.2) (4) ジステアリルアミン酢酸塩(0.1) (5) ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド
(0.4) (6) ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド
(1.0) (7) ジステアリルトリメチルアンモニウムクロライ
ド(0.2) (8) ラウリルジメチルベンジルアンモニウムクロラ
イド(0.2) コンクリートの流動性と流動性低下防止効果の測定
は、下記材料の調合のコンクリートを用い、JIS−A−1
101のスランプ試験により行った。
使用材料 セメント:普通ポルトランドセメント 比重=3.17 細骨材:紀の川産川砂 比重=2.57 粗骨材:宝塚産砕石 比重=2.59 調合 水/セメント比:53% 細骨材率:48% セメント量:920kg/m3 細骨材量:850kg/m3 粗骨材率:926kg/m3 サンプル量:セメントに対して共重合物固形分換算で0.
18% コンクリートの混練りは、上記配合に基づき100傾
胴ミキサーを用い50のコンクリート材料と所定のサン
プルを投入して高速で2分間混練り後、4rpmの低速でア
ジテートし、所定時間のスランプを測定した。表−1に
結果を示す。
実施例 2 高分子カルボン酸として炭素数4〜8のオレフィンと
無水マレイン酸の共重合物、アクリル酸ホモポリマー、
メタクリル酸とアクリル酸メチルの共重合物のNa塩を選
んだ。炭素数4のオレフィンと無水マレイン酸の共重合
物については分子量の異なるサンプルを用意した。尚、
他のサンプルについては分子量2,000〜8,000であり、陽
イオン活性剤としてはステアリルアミン酢酸塩を選び、
共重合物1モルに対し0.2モルをコンプレックスさせ
た。実験方法は実施例1と同様に行い、コンクリートの
流動性低下防止効果について検討した結果を表−2に示
す。
実施例 3 高分子カルボン酸としてイソブチレン−無水マレイン
酸共重合物のNa塩(分子量2,000〜8,000)、陽イオン活
性剤としてステアリルアミン酢酸塩を選び、共重合物1
モルに対して0.2モルをコンプレックスさせたものを、
セメントに対して0.08%(固形分換算)と下記に示すセ
メント分散剤をセメントに対して0.32%(固形分換算)
を併用添加した場合の結果を表−3に示す。
比較例のセメント分散剤はセメントに対して0.4%
(固形分換算)添加した。コンクリートの試験は実施例
1と同様の方法で行った。
(a) β−ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド高
縮合物 (b) スルホン化メラミン樹脂の水溶性塩 (c) リグニンスルホン酸塩 (d) ペンテン/無水マレイン酸共重合物のNa塩 〔発明の効果〕 本発明によりコンクリートの流動性を高めると共に流
動性を一定に保つことが可能になったことから、本発明
にかかるセメント混和剤は種々の用途に用いることがで
きる。例えばコンクリートポンプのポンプ圧送助剤に使
用すれば、作業時間の中断、ポンプの故障等による圧送
再開時における圧送圧の急激な上昇の防止を図ることが
できる。また、遠心締め固め助剤として使用すれば成形
前のコンクリートの流動性を長時間保持できるので、製
品仕上げが容易となる。更に、他の例としてセメントミ
ルク、又はモルタルのグラウト用助剤、トレミー管によ
り打設されるセメント配合物、水中コンクリート、連続
地中壁用コンクリートなどの流動性保持と材料分離防止
などの用途にも有効である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】分子内にカルボキシル基を有する平均分子
    量500〜50,000の重合体と陽イオン活性剤より得られる
    水に不溶性のコンプレックスを含有することを特徴とす
    るセメント混和剤。
  2. 【請求項2】分子内にカルボキシル基を有する分子量50
    0〜50,000の重合体と陽イオン活性剤より得られる水不
    溶性のコンプレックス並びにセメント分散剤を含有する
    ことを特徴とするセメント混和剤。
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