JP3697921B2 - 自己流動性水硬性組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般建造物の床下地材調整に使用されるセルフレベリング材として優れた特性を有する自己流動性水硬性組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルフレベリング材として使用される水硬性組成物には、高い流動性はもとより、施工作業を容易にする面から適度の作業時間を確保できる程度に長い流動性保持時間、早期開放を可能とする十分な速硬性、表面仕上材の接合を容易にする表面平滑性と良好な表面性状、更には構造材料としての寸法安定性、高強度特性及び耐水性を具備することが必要であると考えられる。
上記セルフレベリング材として使用される自己流動性水硬性組成物には、含まれる水硬性成分により大きく分類すると、石膏系とセメント系の２種類が存在する。石膏系は寸法安定性がよく短時間で硬化するという長所があるものの、耐水性が低く、又、鉄筋を使用した場合に錆の発生が容易に生じる欠点がある。一方、セメント系は、石膏糸とは逆に、収縮が大きく、硬化速度が遅い欠点を有している。特に、低温下では硬化速度が著しく遅い欠点があり、速硬性セメント使用したものでは硬化速度面では改善されるものの流動性が低いという点がある。
【０００３】
そこで近年、上記の問題を解決すべく、ポルトランドセメント以外の特殊セメントを使用したものや、これらに各種混和材を組み合わせた組成物が開示されている。
例えば、特開昭６３―１２９０５１号公報には、アルミナセメント、ポルトランドセメント、石膏、水酸化カルシウム又は炭酸カルシウムからなる無機質結合材に、流動性低下防止剤としてオキシカルボン酸又はその塩と亜鉛塩類を併用し、さらに減水剤、粘度調整剤、消泡剤を添加してなるセルフレベリング材が開示されている。
又、特開平７―６９７０４号公報には、アルミナセメント、ポルトランドセメント、石膏からなる速硬性セメントに、高炉スラグ粉末、珪砂、かんらん石粉末、更に高性能減水剤、増粘剤、及び、凝結調整剤としてオキシカルボン酸又はその塩、アルミン酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、硫酸ソーダからなる薬剤を添加してなる組成物が開示されている。
特開平８−２１７５０８号公報においては、セメントにカルシウムアルミネートとアルカリ又はアルカリ土類金属硫酸塩よりなる急硬剤と、オキシカルボン酸（塩）系の有機物及び／又は水酸化カルシウム、アルミン酸塩、炭酸アルカリ等の無機化合物を凝結遅延剤として添加して凝結速度を調整したものに公知の各種流動化剤、消泡剤を加えた組成物が開示されている。
更に、特開平１０−２３１１６５号公報においては、アルミナセメント、石膏、高炉スラグ粉末からなる水硬性組成物に、減水剤、高分子エマルジョン、さらに凝結調整剤としてリチウム塩、硫酸アルミニウムを添加してなるセルフレベリング材が開示されている。
【０００４】
しかしながら、これらのセルフレベリング材は、使用温度によっては意図した速硬性と作業性を十分に発揮することができず、低温から高温までの広範囲での温度条件における使用をカバーするものではなかった。すなわち、低温においては硬化遅延により速硬化性が大きく低下し、また、高温においては流動性保持性の低下により平滑な表面が得られなかったり、収縮の増大によるクラックの発生といった問題が発生するのである。
従って、低温から高温の広範囲の温度条件において、施工当日の開放を可能とする超速硬性と流動保持性を共に兼ね備え、季節間、時刻差、地域差等による温度差においても対応可能な温度依存性の少ない超速硬性の材料が望まれていたのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、広い温度範囲において作業特性（高流動性、長可使時間）、硬化特性（平滑性、寸法安定性、表面性状、強度発現性）に優れ、且つ、施工当日の開放を可能とする超速硬性を具備した、セルフレベリング材として好適に使用できる自己流動性水硬性組成物の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、急硬性を本質的に有し、かつ硬化特性に優れた水硬性成分と適切な凝結調整剤および減水剤、増粘剤からなる組成物が、上記課題の解決された組成物となることを知り、本発明を完成した。すなわち、本発明は、１００重量部のアルミナセメント、６０〜９０重量部のポルトランドセメント、２０〜１００重量部の石膏及び５０〜５００重量部の高炉スラグよりなる水硬性成分と、リチウム塩とホウ酸化合物よりなる凝結速度調整剤と、減水剤と、増粘剤とよりなる自己流動性水硬性組成物に関する。以下に、本発明を詳しく説明する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
セルフレベリング材として使用される自己流動性水硬性組成物は、水硬性成分により石膏系とセメント系の二種に大別され、夫々問題点を抱えたものであることについては前述した。本発明の自己流動性水硬性組成物では、アルミナセメント、ポルトランドセメント、石膏及び高炉スラグよりなる水硬性成分とすることを特徴の一つとしている。
【０００８】
アルミナセメントは潜在的に急硬性を有している。また、石膏等の硫酸塩を共存させることによって、カルシウムスルホアルミネート水和物を生成させることで、初期の硬化を速め早期開放を可能にするだけでなく硬化体の水分を早期に多量消費することから、表面の仕上材施工に移行する時間を早めるともに、収縮の少ない硬化体を形成する。また、潜在水硬性を有する高炉スラグの存在によりアルミナセメントの欠点である硬化体強度の経時的な低下も抑制される。
アルミナセメントは、鉱物組成が異なるものが数種知られ市販されているが、何れも主成分はモノカルシウムアルミネート（ＣＡ）であり、市販品はその種類によらず使用することができる。
【０００９】
ポルトランドセメントは速硬性において重要な成分の一つであり、アルミナセメント及び石膏と共にカルシウムスルホアルミネート水和物の生成を促進することにより、アルミナセメントの有する潜在的な速硬性を引き出す。又、スラグの潜在水硬性も引き出す。添加量としてはアルミナセメント１００重量部に対して６０〜９０重量部である。６０重量部より少ないと低温において速硬性が得られず、９０重量部より多いと急結により流動保持性が大きく低下する。ポルトランドセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超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、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント、及び高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等の各種混合ライアッシュセメント、シリカセメント等の各種混合セメントを一種種又は二種以上を組み合わせて使用することができる。
【００１０】
石膏は、速硬性、速乾性及び硬化後の寸法安定性を保持するために必要な成分であるが、その添加量はアルミナセメント１００重量部あたり２０〜１００重量部、好ましくは４０〜８０重量部が良い。２０重量部より少ないと寸法安定性が低下し、１００重量部より多いと外部からの水分により異常膨張を起こすことがあり好ましくない。また、石膏は無水、２水、半水等の各石膏がその種類を問わず、１種又は２種以上の混合物として使用できる。
【００１１】
高炉スラグは、乾燥収縮が小さいことから、硬化体の耐クラック性を高めるだけでなくその潜在水硬性により硬化体強度を向上させる効果も有している。また、アルミナセメント水和物の転移に起因する強度低下を抑制する効果も有している。
高炉スラグ量は、アルミナセメント１００重量部に対し、５０〜５００重量部、好ましくは１００〜４００重量部とする。５０重量部より少ないと収縮が大きくなり、硬化初期にクラックが発生する。また５００重量部より多いと強度発現が不十分となる。
【００１２】
本発明では、前記した水硬性成分に凝結速度調整剤として促進剤として働くリチウム塩と遅延剤として働くホウ酸化合物を併用添加することで、広い温度範囲において可使時間と速硬性のコントロールが可能となることを見出した。すなわち、３０分以上の可使時間を可能とする流動保持性と、その後の速やかな硬化により、即日の軽歩行及び３日以内の仕上材施工を可能とする速硬性・速乾性が確保できると共に、スラリーの移動と表層の乾燥によるシワ、不陸、気泡抜け跡の発生や、低温での表面硬化不良等による表面粉化、高温における凝結時のひび割れ発生の危険性が低減され、良好な表面性状を有する硬化体が得られる。更に、低温から高温の広範囲において上記の超速硬性、流動保持性及び優れた硬化体性状の両立が可能となった。
【００１３】
凝結促進剤として働くリチウム塩としては、炭酸リチウム、塩化リチウム、硫酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウム等の無機酸塩及びシュウ酸リチウム、酢酸リチウム、クエン酸リチウム、酒石酸リチウム、リンゴ酸リチウム、グリコール酸リチウム等の有機酸塩を挙げることが出来る。
一方、凝結遅延剤として働くホウ酸化合物としては、ホウ酸、ホウ酸のアルカリ金属塩・アルカリ土類金属塩、酸化ホウ素等が挙げることが出来る。
これ等のリチウム塩、ホウ酸化合物は、夫々の化合物群から夫々一種以上を選択して添加・使用することになる。
【００１４】
本発明では、凝結速度調整剤として、凝結促進剤として働くリチウム塩と凝結遅延剤として働くホウ酸化合物とを併用添加し、その添加割合及び添加量を調整することで、可使時間と凝結時間の調整が可能となる。
すなわち、リチウム塩に対するホウ酸化合物のモル比は１〜５０が良く、１より小さいと凝結が速過ぎ流動性が低下するため可使時間が短くなり過ぎて施工に支障を来たし、５０より大きいと速硬性が低下するため早期開放が困難となるだけでなく、ブリージング水の発生により硬化体表面状態が悪くなることが有り、好ましくない。
また、リチウム塩とホウ酸化合物の合計添加量は、水硬性成分１００重量部に対して０．０５〜２重量部とするのが好ましく、０．０５より少ないと添加効果が十分に発現せず、一方、２より多いと、添加量にあった効果が発現せず、経済的に好ましいものではない。
【００１５】
本発明の自己流動性水硬性組成物には、前記したリチウム塩及びホウ酸化合物に加えて、凝結遅延剤として、公知の酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、グルコン酸、リンゴ酸等のオキシカルボン酸、燐酸、又はそれらのアルカリ金属塩、アルカリ土類塩の一種または二種以上を少量添加しても良い。
上記オキシカルボン酸、燐酸、またはそれらの塩の添加量は、水硬性組成物１００重量部あたり０．５重量部以下とする。添加量が多くなると、流動性の低下、硬化不良を招いたり、ブリージング水の発生による表面不良が生じることがある。
【００１６】
セルフレベリング材が具備すべき最も基本的な要因は高い流動性である。材料分離を抑制し、かつ高強度の硬化体を得るには水／水硬性成分比を下げる必要があるが、水／水硬性成分比を低くしても高い流動性を確保するために、減水剤の添加が必須である。
減水剤は、ナフタレン系、ポリカルボン酸、ポリエーテル系、メラミン系等の市販品がその種類を問わず使用できる。その添加量は、水硬性成分１００重量部に対し０．１〜５重量部とするのが好ましい。添加量がこれより少ないと十分な添加効果が発現せず、これ以上では添加量に合った効果が得られず不経済であるばかりではなく、場合によっては流動性の低下や硬化不良を招き、好ましくない結果に至ることがある。
【００１７】
高い流動性を確保したまま、材料分離を十分なレベルまで抑えるため、増粘剤の添加が必要である。その使用添加量は水硬性成分１００重量部に対し０．０５〜２重量部が好ましい。添加量がこれより少ないと十分な効果が発現せず、これ以上では不経済であるばかりでなく、粘性が非常に大きくなることで所定の流動性を得るのに必要な水量が大きくなり、硬化不良、強度発現の低下、収縮の増加をもたらす。
増粘剤としては、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース系、ゼラチン、ペクチン等の蛋白系、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール等の水溶性ポリマー等が使用可能である。
【００１８】
上記の水硬性成分、凝結速度調整剤、減水剤及び増粘剤を必須成分とすることで、流動性、速硬性に優れ、かつ硬化特性に優れたセルフレベリング材を得ることができるが、以上の必須成分に加えて、必要に応じて、消泡剤、高分子エマルジョン等を添加することができる。
消泡剤は気泡の発生を抑制し硬化体表層の外観の改善に好ましい効果を与える。消泡剤としては、シリコン系、アルコール系、ポリエーテル系等合成物質又は植物由来の天然物質等公知のものが使用可能である。
消泡剤の添加量は、水硬性組成物１００重量部に対して、２重量部以下とするのが良い。それ以上加えても消泡効果の更なる増加は認められない。
高分子エマルジョンは、下地コンクリートとの接着性、耐クラック性、硬化体の耐摩耗性を上げることができる。
高分子エマルジョンとしてエチレン−酢酸ビニル、スチレン−ブタジエン、アクリロ二トリル−ブタジエン等の共重合体、または、ポリブテン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリレート、ポリ酢酸ビニル等のホモ重合体等の市販のものがその種類を問わず使用できる。
高分子エマルジョンの添加量は、水硬性成分１００重量部あたり２５重量部までとするのが良い。多すぎると流動性の低下を招くだけでなく、空気泡を連行して硬化体の表面状態を悪くし、強度低下も生じる。
【００１９】
本発明の自己流動性組成物には更に、フライアッシュ、石灰石粉、シリカ質粉等の公知の増量材を添加することが出来る。
増量材の添加により、流動性が改善される効果が得られるが、添加量が多すぎると強度発現性の低下を招くので、その添加量は水硬性成分１００重量部あたり１５０重量部以下とするのが望ましい。またそのサイズは４５ｍｍ以下とするのが効果の点から好ましい。
【００２０】
本発明による自己流動性水硬性組成物は、水と混練したセメントペーストとして使用することも出来るが、各種骨材／増量材を添加して使用するのがその特性を活かした使い方である。
骨材としては珪砂、川砂、海砂、高炉スラグ、石灰石砂、各種砕石が使用できるが、その径は３ｍｍ以下とするのが望ましい。また、骨材添加量は水硬性成分１００重量部あたり、２５０重量部以下とするのが望ましい。２５０重量部より大きくなると、材料分離や流動性低下を招くだけでなく、強度発現性が大きく低下する。
【００２１】
【実施例】
以下に具体例を示して、本発明の内容を更に詳しく説明する。
実施例１〜３および比較例１〜１３
（１）使用原料：各例の実施に当たっては次の原料を使用した。

【００２２】
（２）水硬性組成物、モルタル試験体の調整
水硬性組成物成分として、構成成分量を種々変えた水硬性成分１００重量部に所定量の減水剤、増粘剤、必要に応じて消泡剤を加えたものにさらに、骨材１００重量部および水５２重量部を加えて３分間混練したものをモルタル試験体とした。
各例における各成分の配合割合を表１に示す。
【００２３】
（３）モルタル特性の測定
生成モルタル試験体について以下の測定を行い、自己流動性水硬性組成物の特性を評価した。各測定項目には、セルフレベリング材としての実用性の観点から表２に示した合否の判定基準を設けた。
・フロー値：ＪＡＳＳ １５Ｍ−１０３に準拠して測定した。
・凝結時間：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に記載された方法に従って測定した。
・圧縮強度：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に示される４×４×１６の型枠にモルタルを型詰めし所定の条件にて１日間気中養生した後、脱型したものを、更に気中にて所定期間追加養生して供試体を作成し、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に記載された方法に従って行った。
・長さ変化率：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に示される４×４×１６の型枠にモルタルを型詰めし所定の条件にて１日間気中養生した後、脱型して得られた成型体について、ＪＩＳＳ Ａ １１２５に示されるコンパレーター法により測定した。なお、水中長さ変化率は１日間気中養生して脱型し、基長を測定した後、水中養生を開始した。
・乾燥日数：混練したモルタルを３００×３００ｍｍコンクリート板上へ厚さ１０ｍｍで流し込み、硬化後、ケット水分計にて硬化体表面水分を測定し、表面水分が８％以下になるまでに要した日数を乾燥日数とした。
・クラック発生、表面状態の観察：混練したモルタルを３００×３００ｍｍの型枠に厚さ１０ｍｍで流し込み７間養生したものについて目視により観察した。
モルタル特性の測定結果を表２に示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
表２の結果は、本発明の範囲内に含まれる組成を有する組成物は、全ての項目について判定基準をクリアーしており、セルフレベリング材としての優れた特性を有しているのに対し、本発明の範囲を外れる組成を有する組成物では、ある項目では判定基準をクリアーしても他の判定基準をクリアーできず、複数の機能を要求されるセルフレベリング材としては適当でないことを示している。
【００２７】
【本発明の効果】
本発明の自己流動性水硬性組成物は、低温から高温の広範囲の条件下においてセルフレベリング材として十分な流動性を有し、十分な長さの流動保持時間が確保できることから打設作業性に優れており、寸法安定性、強度発現等の硬化特性に優れる。さらにその優れた速硬性、速乾性により低温条件下においても施工当日における軽歩行及び施工３日以内の表面仕上工程への移行が可能である。

Claims (7)

1. １００重量部のアルミナセメント、６０〜９０重量部のポルトランドセメント、２０〜１００重量部の石膏及び５０〜５００重量部の高炉スラグよりなる水硬性成分と、リチウム塩とホウ酸化合物よりなる凝結速度調整剤と、減水剤と、増粘剤とよりなる自己流動性水硬性組成物。
2. リチウム塩に対するホウ酸化合物のモル比が１〜５０である請求項１に記載の自己流動性水硬性組成物。
3. 水硬性成分１００重量部に対して、リチウム塩とホウ酸化合物の合計量が０．０５〜２重量部である請求項１または２の何れかに記載の自己流動性水硬性組成物。
4. リチウム塩が、炭酸リチウム、塩化リチウム、硫酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウム、シュウ酸リチウム、酢酸リチウム、クエン酸リチウム、酒石酸リチウム、またはリンゴ酸リチウムから選ばれる少なくとも一種である請求項１から３までの何れかに記載の自己流動性水硬性組成物。
5. ホウ酸化合物が、ホウ酸、ホウ酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩、または酸化ホウ素から選ばれる少なくとも一種である請求項１から４までの何れかに記載の自己流動性水硬性組成物。
6. 水硬性成分１００重量部に対する減水剤の量が、０．１〜５重量部である請求項１から５までの何れかに記載の自己流動性水硬性組成物。
7. 水硬性成分１００重量部に対する増粘剤の量が、０．０５〜２重量部である請求項１から６までの何れかに記載の自己流動性水硬性組成物。