JP3763080B2 - 水硬性結合剤配合物およびその分離防止用混和剤 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は水硬性結合剤配合物およびその分離防止用混和剤に関し、さらに詳細には、作業性が良好で、流動性がよく、材料の分離を防止する作用が強く、初期の強度発現性、高強度と高充填性とを有する水硬性結合剤配合物およびこのような水硬性結合剤配合物を提供するための水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、水硬性結合剤配合物の１つであるコンクリートは、セメントに代表される結合剤と、たとえば、砂および砂利などの種々の密度および粒度分布を有する骨材と、水とを予め混合し、泥漿状の混合物として各種の用途に供される。しかしながら、コンクリートの打設から硬化に至るまでの間に、骨材が沈降したり、また、水が比較的軽くて微細な物質を伴って表面へ上昇するブリーディングなどの材料の分離が発生し易い。
骨材の沈降による分離が生じると、硬化したコンクリートに、豆板、蜂の巣およびジャンカなどと称される多孔質な部分が発生する。このような不均一なコンクリートは、強度、耐久性および水密性などが低下するだけではなく、美観を損うことにもなる。
【０００３】
他方、ブリーディングが発生するような系では、コンクリートの表面は多孔質となって品質を低下させるほか、内部には水みちができて水密性および耐久性が低下する。
また、鉄鋼材の下面部分とコンクリートとの接触面に水膜が形成され、この水膜の形成は鉄鋼材表面へのコンクリートの付着強度を低下させ、しかも鉄鋼材腐食の原因ともなる。
同様な現象が大粒の骨材の下側とこれに接するコンクリートとの間にも発生し、コンクリートの引張り強度に悪影響を及ぼすといわれている。
美観ならびに強度および耐久性の見地から、このような材料の分離を極力防止しなければならない。
【０００４】
従来より、材料の分離およびブリーディングの発生を防止するための手段として、水硬性結合剤配合物の含水率を低下させるとの方法がある。しかしながら、流動性の悪い硬練りのコンクリートとなり、そのためにコンクリートが細部まで行き渡らず、鉄筋とコンクリートとの間に空隙を残したまま硬化する危険性が増大し、高密度配筋部および複雑な形状部への打設が非常に困難となる。
【０００５】
このようなことから、コンクリートに高流動性と共に高充填性を付与して、打設時の締固めを省略するための技術として、「土木施工」1989年10月号に記載されている「ハイパフォーマンスコンクリート」（東京大学工学部：岡村 甫 教授開発）、または、硬化までにコンクリートに粘性（保水性）を増大させるための添加剤として、各種の水溶性高分子もしくは微生物の代謝産物を分離精製して得られた多糖類を使用することによって材料の分離およびブリーディングを防止するコンクリートの配合が開発され、現在では、実用において急速に普及されつつある。たとえば、セメントなどの水硬性物質粉体および高性能減水剤としてのナフタリン系化合物とともに、グルコースから誘導されたβ−1,3−グルカンを含有してなる水硬性組成物（特開平４−３６７５５０号公報）が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の技術には次のような問題点がある。すなわち、
(イ) ハイパフォーマンスコンクリートの場合には、厳選された材料を使用し、粉体が非常に多い状態で、かつ、微量の増粘剤によって、コンクリートの流動時の材料の分離に対する抵抗性を確保する必要がある。そのために、使用される材料の品質管理および製造の工程管理に非常な厳密性が要求され、現場で配合されるようなコンクリートへ使用するには少なからぬ困難を伴う。
【０００７】
(ロ) 水溶性高分子が添加されたコンクリートでは、コンクリートにおける材料の分離を実質的に完全に防止するに十分な量の水溶性高分子が添加されると、材料の分離は実質的に完全に防止されるが、その反面、未硬化のコンクリートの粘度が増加して流動性が低下するという問題がある。また、水溶性高分子の添加によるコンクリートにおける材料の分離を防止する作用および流動性は環境の温度に依存するので、環境温度の変化に応じて水溶性高分子の添加量を微妙に調節する必要があり、打設時の温度変化に応じて、このような添加量を微妙に調節することは現場では極めて困難である。また、環境温度の変化は、コンクリートの打設時だけではなく、打設後、硬化までの期間中でも、常時、変化するので、打設時には適量であった添加量も、硬化までの期間中全体にわたって適量に維持されるとは限らないし、また、打設から硬化までの期間中、打設箇所を打設時の温度に維持することは現場では不可能に近い。
【０００８】
(ハ) 多糖類が添加されたコンクリートでは、添加される多糖類が、通常は、微生物の代謝生産物、または、その誘導体であり、微生物菌体から分離し精製し、さらには、各種の化学反応を経由して得られるものであるので入手までに手数がかかり、しかも、このようにして得られた多糖類は品質上のバラツキが大きく、従って、このような多糖類が添加されたコンクリートは、その材料の分離に対する抵抗性（以下 材料分離抵抗性 と記すこともある）の変動が大きくなるという問題がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段、作用】
本発明者らは、前記の従来のコンクリートにおける材料の分離の問題を解決すべく、鋭意、研鑚を重ねた結果、特定の細菌の菌体が、その構成成分としてポリペプチド類などの水溶性高分子および多糖類の他に、種々の物質をも含有しているにも拘らず、これらの湿菌体、乾燥菌体および／または菌体残渣をそのままコンクリートに添加することにより、驚くべきことに、菌体の構成成分である水溶性高分子および多糖類以外の物質による悪影響を受けないばかりではなく、コンクリートの材料の分離を防止することができるのみならず、寧ろ、コンクリートの材料の分離を防止する作用が水溶性高分子および多糖類のそれぞれに比して優れているとの新知見を得、この新知見に基づいて、本発明に到達した。
【００１０】
すなわち、本発明は、パラコッカス属、メチロファーガ属、アグロバクテリウム属、メチロバクテリウム属、メチロフィラス属、アルカリゲネス属、メチロバチルス属またはシュードモナス属に属する細菌（これらを総括して以下 特定細菌 と記すこともある）の菌体を含有させて成る水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤であり、また、前記の特定細菌の菌体を分離防止用混和剤として含有させて成る水硬性結合剤配合物である。
【００１１】
また、これらの特定細菌の代表例として、メチロフィラス メチロトロファス（Methylophilus methylotrophus）ATCC 53528、メチロバチルス グリコゲネス（Methylobacillus glycogenes）JCM 2850、メチロファーガ マリナ（Methylophaga marina）ATCC 35842、メチロファーガ サラシカ（Methylophaga thalassica）IAM 12458、パラコッカス デニトリフィカンス（Paracoccus denitrificans）IAM 12479、パラコッカス アミノヴォランス（Paracoccus aminovorans）JCM 7685、パラコッカス アカルリフィラス（Paracoccus alcaliphilus）JCM 7364、パラコッカス アミノフィラス（Paracoccus aminophilus）JCM 7686、メチロバクテリウム エクストルクェンス（Methylobacterium extorqens）JCM 2808、メチロバクテリウム オルガノフィラム（Methylobacterium organophilum）JCM 2833、メチロバクテリウム ローディナム（Methylobacterium rhodinum）JCM 2811、メチロバクテリウム ローデシアナム（Methylobacterium rhodesianum）NCIB 12249、メチロバクテリウム ザトマニイ（Methylobacterium zatmanii）NCIB 12243、メチロバクテリウム ラディオトレランス（Methylobacterium radiotolerans）JCM 2830、メチロバクテリウム メソフィリカム（Methylobacterium mesophilicum）JCM 2829、メチロバクテリウム フジサワエンス（Methylobacterium fujisawaense）NCIB 12417、メチロバクテリウム アミノヴォランス（Methylobacterium aminovorans）JCM 8240、アルカリゲネス フェカリス（Alcaligenes faecalis）IFO 13111、アルカリゲネス ユウトロファス（Alcaligenes eutrophus）ATCC 17697、アグロバクテリウム ラジオバクター（Agrobacterium radiobacter）IFO 13532（＝ATCC 19358）およびシュードモナス オレオボランス（Pseudomonas oleovorans）IFO 13583（＝ATCC 8062）などを挙げることができる。
【００１２】
なお、前記の微生物の寄託機関の“JCM”“ATCC”“IAM”“NCIB”および“IFO”は、それぞれ、“Japan Collection of Microorganisms, RIKEN,Japan（理研，日本微生物コレクション）”“American Type Culture Collection”“Institute of Applied Microbiology, University of Tokyo,Japan（東京大学応用微生物学研究所）”“National Collection of Industrial Bacteria,Aberdeen, Scotland”および“Institute for Fermentation,Osaka,Japan（醗酵研究所）”をそれぞれ示している。
【００１３】
これらの特定細菌菌体は、これらの特定細菌を、たとえば、グルコース、糖蜜、でんぷん、エタノール、メタノールおよびｎ−アルカンなどから選ばれた少なくとも１種を炭素源とし、また、たとえば、硫安、硝安または尿素などの窒素源、たとえば、燐安などの燐酸源ならびに、必要に応じて、たとえば、微量要素およびビタミン類などを含有する培地を使用して、常法によって培養し、増殖させ、このようにして得られた培養液から、たとえば、遠心分離機によって濃縮分離して得られた菌体スラリーおよび湿菌体ならびに、これらを乾燥して得られた乾燥菌体として使用に供される。
この際の乾燥では、特定細菌菌体に含有されている水分および付着水が除去されればよく、乾燥における乾燥方式および乾燥条件には特に制限はないが、乾燥方式としては、乾燥機としてスプレードライヤーを使用する減圧乾燥が好ましく、乾燥条件として、乾燥温度としては高くとも１５０℃程度であることが好ましい。
なお、効果に支障を及ぼさない限り、ビタミンなどの有用成分を抽出した後の菌体残渣も本発明における菌体として使用することもできる。
【００１４】
本発明の水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤を適用し得る水硬性結合剤配合物には特に制限はないが、水硬性結合剤（以下単に 結合剤 と記すこともある）として、たとえば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメントおよび中庸熱ポルトランドセメントなどのようなポルトランドセメント、高炉セメント（Ａ種、Ｂ種およびＣ種）、シリカセメント（Ａ種、Ｂ種およびＣ種）およびフライアッシュセメント（Ａ種、Ｂ種およびＣ種）などのような混合セメントならびにアルミナセメント、超速硬セメント、油井セメントおよび膨張セメントなどのような特殊セメントを用いたコンクリート配合物が好ましく、また、石灰、石膏および炭酸カルシウムなどの水硬性結合剤を使用した配合物であってもよい。
骨材の種類および添加量にも特に制限はない。骨材として通常は天然の砂、砂利および粉砕した石などが使用される。
本発明における水硬性結合剤配合物の代表例には、ポルトランドセメントを結合剤とする配合物であるコンクリートの他に、モルタルおよびセメントペーストなどがある。
【００１５】
本発明において、特定細菌菌体（以下単に 細菌菌体 と記すこともある）の添加量は、適用される水硬性結合剤配合物の種類および組成、特定細菌菌体の種類および環境温度などの使用条件などによって異なり、一概に特定し得ないが、添加量が少な過ぎると材料の分離を十分に防止できないし、反面、多過ぎると添加後の水硬性結合剤配合物の粘度が高くなり過ぎて流動性が低下するので、適量が選択されなければならない。
水硬性結合剤配合物が、通常使用されているコンクリート、モルタルおよびセメントペーストの場合には、細菌菌体の添加量は、コンクリート１立方メートルあたり３００〜３０００グラム（乾燥菌体換算 以下同様）程度、好ましくは、８００〜２０００グラム程度とされ、また、モルタルおよびセメントペーストのそれぞれに対して０.２〜３重量％程度、好ましくは０.５〜２重量％程度とされる。
【００１６】
本発明において分離防止用混和剤を添加する時期は、一般に、アジテータ車での輸送中の水硬性結合剤配合物の配合時もしくは工事現場において、または、水硬性結合剤配合物の打設直前乃至は打設時とされるが、配合前の水硬性結合剤に添加することを妨げない。
【００１７】
本発明の水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤の使用に際しては、所望により常法におけると同様に、従来の粘性付与用の水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤を併用することができ、さらに、それ自体公知の流動化剤、分散剤、減水剤、ＡＥ剤（空気連行剤 以下同様）および消泡剤ならびにその他の混和剤を併用することもできる。
【００１８】
本発明の水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤は、環境温度とは実質的に関係なく、少量添加されただけで、水硬性結合剤配合物の粘度を適度に増大させ、懸濁物である水硬性結合剤配合物を長時間にわたって安定に保ち、流動性を低下させることなく配合から硬化に至るまでの長時間にわたって、水硬性結合剤配合物を構成する材料の分離を、実質的に完全に防止できる。
従って、本発明の分離防止用混和剤を水硬性結合剤配合物に含有させることにより、通常の大気中での打設はもとより、材料の分離を発生し易い水中打設や湿潤地盤での構造物の構築でも、さらには、湿潤面への吹き付け施工に際しても、均質で美観を呈し、耐久性が大きい高強度構造物を安定して得ることができる。
【００１９】
【実施例】
本発明を、実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
参考例１ 乾燥菌体の製造。
メチロファーガ マリナ（Methylophaga marina）ATCC 35842、パラコッカスデニトリフィカンス（Paracoccus denitrificans）IAM 12749およびメチロバクテリウム エクストルクェンス（Methylobacterium extorqens）JCM 2808のそれぞれをメタノールを基質として培養し、得られた培養液を遠心分離機（6000G）で濃縮して、湿潤菌体を得た。この湿潤菌体をさらにスプレードライヤーによって５０mmHgの減圧下、１２０℃で乾燥して、各細菌の粉末状の乾燥菌体を得た。
【００２０】
参考例２ 湿潤菌体の製造。
メチロフィラス メチロトロファス（Methylophilus methylotrophus）ATCC 53528およびメチロバチルス グリコゲネス（Methylobacillus glycogenes）JCM 2850のそれぞれをグルコースを基質として培養し、得られた培養液を遠心分離機（6000G）で濃縮して、湿潤菌体を得た。この湿潤菌体の菌体濃度は１２.５Wt％（乾燥菌体換算重量％）であった。
【００２１】
実施例
前記の参考例１および参考例２のそれぞれで得られた各細菌の粉末状の乾燥菌体および湿潤菌体をそれぞれ使用し、次の配合で混練物とした。

【００２２】
混練物を得るにあたっては、セメント、高炉スラグ、フライアッシュおよび細骨材を混合した後、この混合物に高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ助剤、各細菌の乾燥菌体または湿潤菌体および水を添加して、強制混練ミキサーを用いて８分間混練した。これにさらに粗骨材を添加し１分間混練した。
【００２３】
これらの混練物について、流動性および材料分離抵抗性をそれぞれ評価した。
混練物の流動性は、JIS A1101に準拠して測定された混練物の２１℃でのスランプフロー値によって評価した。その結果を表１に示す。
なお、高密度配筋部や複雑形状部のそれぞれの細部までコンクリートを行き渡らせるには、スランプフロー値は小さくとも、50cm×50cmでなければならないとされている。
材料分離抵抗性は、前記のスランプフロー値の測定時において、コンクリート中の粗骨材がコンクリートのフローの先端まで分離することなく完全に混入されているか、または、分離してコンクリートのフローの中心部に残留しているかを目視にて判断して評価した。
圧縮強度は、供試体（100φ×200mm）を成型した後、JIS A1108に準拠して、この供試体の上面を研磨し、供試体に荷重を加え、供試体が破壊されたときの最大応力である最大荷重を面積で除した値で表示した。その結果を表１に示す。
なお、比較のために、前記の各細菌の菌体の代りにβ−1,3−グルカンを使用した以外は前記におけると同様にして、流動性および材料分離抵抗性を評価した。これらの結果も表１に示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
表１に示された結果は、本発明の水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤は、コンクリートのような水硬性結合剤配合物における材料の分離を防止する作用が大きく、本発明の水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤が混入されたコンクリートのような水硬性結合剤配合物の材料の分離は実質的に完全に防止され、しかも、コンクリートなどの水硬性結合剤配合物本来の流動性が保持されていることを明らかに示している。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤は、特定細菌菌体を用いて簡単な工程で大量に生産でき、水硬性結合剤配合物における材料の分離を防止する作用が大きく、しかも、その添加量は環境温度とは実質的に無関係であり、本発明の水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤が混入された水硬性結合剤配合物は本来の流動性を保持しつつ、材料の分離は実質的に完全に防止される。従って、本発明の水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤が混入された水硬性結合剤配合物は、高密度配筋や複雑形状部への打設においても締固めが不要であり、単に流し込むだけでも施工することを可能ならしめる。これにより、締固めに必要な労力の削減を可能ならしめると共に過剰な締固めによる材料の分離も防止でき、得られた水硬性結合剤配合物の水密性および耐久性が共に増大せしめられ、均質で美観を呈し、かつ、安定した品質の各種構造物の構築に好適に使用される。また、本発明の水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤が混入された水硬性結合剤配合物は材料の分離が実質的に完全に防止されているので、通常の大気中での打設に好適に使用されることはもとより、高密度配筋部、複雑な形状部、水中打設、湿潤地盤での構造物の構築および湿潤面への吹き付けなどにも好適に使用される。

Claims (15)

1. パラコッカス属、メチロファーガ属、アグロバクテリウム属、メチロバクテリウム属、メチロフィラス属、アルカリゲネス属、メチロバチルス属またはシュードモナス属に属する細菌の菌体を含有させて成る水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤。
2. パラコッカス属に属する細菌がパラコッカス デニトリフィカンスに属する細菌である請求項１記載の水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤。
3. メチロファーガ属に属する細菌がメチロファーガ マリナに属する細菌である請求項１記載の水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤。
4. メチロバクテリウム属に属する細菌がメチロバクテリウム エクストルクェンスに属する細菌である請求項１記載の水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤。
5. メチロフィラス属に属する細菌がメチロフィラス メチロトロファスに属する細菌である請求項１記載の水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤。
6. メチロバチルス属に属する細菌がメチロバチルス グリコゲネスに属する細菌である請求項１記載の水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤。
7. 水硬性結合剤配合物がコンクリートである請求項１乃至６のいずれか１項記載の水硬性結合剤配合物の分離防止用混和剤。
8. パラコッカス属、メチロファーガ属、アグロバクテリウム属、メチロバクテリウム属、メチロフィラス属、アルカリゲネス属、メチロバチルス属またはシュードモナス属に属する細菌の菌体を分離防止用混和剤として含有させて成る水硬性結合剤配合物。
9. パラコッカス属に属する細菌がパラコッカス デニトリフィカンスに属する細菌である請求項８記載の水硬性結合剤配合物。
10. メチロファーガ属に属する細菌がメチロファーガ マリナに属する細菌である請求項８記載の水硬性結合剤配合物。
11. メチロバクテリウム属に属する細菌がメチロバクテリウムエクストルクェンスに属する細菌である請求項８記載の水硬性結合剤配合物。
12. メチロフィラス属に属する細菌がメチロフィラス メチロトロファスに属する細菌である請求項８記載の水硬性結合剤配合物。
13. メチロバチルス属に属する細菌がメチロバチルス グリコゲネスに属する細菌である請求項８記載の水硬性結合剤配合物。
14. 水硬性結合剤配合物がコンクリートである請求項８乃至１３のいずれか１項記載の水硬性結合剤配合物。
15. 細菌菌体の含有率が、コンクリート混練物１立方メートルあたり乾燥菌体として３００〜３０００グラムとされた請求項８乃至１４のいずれか１項記載の水硬性結合剤配合物。