JP4105108B2 - 水硬性組成物用分散剤 - Google Patents
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Description
[要件1]
第1の共重合体におけるアルキレンオキサイドの平均付加モル数[nA]及び(a)と(b)の合計に対する(b)の酸型換算重量%(xA)の積[nA]*xA、並びに、第2の共重合体におけるアルキレンオキサイドの平均付加モル数[nB]及び(a)と(b)の合計に対する(b)の酸型換算重量%(xB)の積[nB]*xBの一方が50〜165未満、他方が165〜1000の範囲にある。
[要件2]
前記xA及びxBが共に2〜99重量%の範囲にある。
[要件3]
前記[nA]及び[nB]が共に5〜105の範囲にある。
R11、R12:同一でも異なっていても良く、水素原子又は−CH3
R13:水素原子又は−COO(AO)mX11
X、X11:同一でも異なっていても良く、水素原子又は炭素数1〜18のアルキル基
m、n:同一でも異なっていても良く、1以上の整数
p:0〜2の数
を示す。〕
R21、R22、R23:同一でも異なっていても良く、水素原子、−CH3又は(CH2)rCOOM22であり、−CH3又は(CH2)rCOOM22はCOOM21又は他の(CH2)rCOOM22と無水物を形成していてもよく、その場合、それらの基のM21、M22は存在しない。
M21、M22:同一でも異なっていても良く、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基又は置換アルキルアンモニウム基
r:0〜2の数
を示す。〕
R31:水素原子又はメチル基
Z:水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基又は置換アルキルアンモニウム基
を示す。〕
単量体(a)のアルキレンオキサイドの平均付加モル数[n]について説明する。
[n]≡Σ(na)iti/Σti
<ESI測定条件>
・質量分析計:JMS-SX 102A(日本電子社)
・イオン化法:Electrospray Ionization(ESI)
・加速電圧:3kV(Positiveモード)
・Sample Inj. Mode:Infusion
・分解能(設定):1000
・Scan Range(m/z):10〜4000
・積算時間:10分
・Data Type:Profile
試料(共重合体)は、2%酢酸を含むメタノール/クロロホルム混合液(1:1、重量比)に溶解して測定に供する。
第1、第2の共重合体における単量体(b)の酸型換算重量%xA及びxB(以下、まとめてxと表記する場合がある)は、分散性及び分散保持性の観点から、共に2〜99重量%の範囲にある。
本発明者等は、PAGエステル系重合体の構造及び分散性能について、以下の知見を得た。
(1)単量体(a)と単量体(b)とを用いたPAGエステル系重合体は、分散性と分散保持性について相反する性状を示し、分散性が大きいと分散保持性が小さく、分散性が小さいと分散保持性が大きい。
(2)単量体(a)と単量体(b)とを用いたPAGエステル系重合体の分散性は、単量体(a)の平均付加モル数[n]と単量体(b)の酸型換算重量%xとの関係が強く、一定のxでは、[n]が大きい程分散性が大きく、一定の[n]では、xが大きい程分散性が大きい。
(3)したがって、ある値の[n]あるいはxについては、PAGエステル系重合体の分散性は、[n]とxの積[n]*xと相関がある。即ち、[n]*xが大きい程分散性が大きく、[n]*xが小さいほど分散性が小さい。そして、同じ[n]*xであれば、[n]とxが異なっていても同様の分散性を示すことから、複数のPAGエステル系重合体を併用する場合、[n]とxが異なったものを組み合わせても、[n]*xが同じになるような組み合わせになると、分散性、分散保持性を設計する上で必ずしも有利とはならない場合があり得ることが示唆された。
(4)そこで、[n]*xの相違に基づき、すなわち、分散性が大きく分散保持性の小さい(即ち[n]*xが大きいことに相当する)PAGエステル系重合体と分散性が小さく分散保持性の大きい(即ち[n]*xが小さいことに相当する)PAGエステル系重合体とを混合すると、混合物の分散性と分散保持性を制御することができ、それぞれが特定の分散性(即ち、特定の[n]*x)を有する場合に、混練後短時間後のコンクリート流動性が、コンクリート材料やコンクリート温度によって安定することが示唆される。
以上の知見について、さらに詳細に説明する。
[nA]*xAが180〜700で、[nB]*xBが50〜165未満の場合が好ましく、
[nA]*xAが200〜700で、[nB]*xBが50〜165未満の場合がさらに好ましく、
[nA]*xAが200〜500で、[nB]*xBが50〜165未満の場合がさらに好ましく、
[nA]*xAが200〜500で、[nB]*xBが70〜165未満の場合がさらに好ましく、
[nA]*xAが200〜500で、[nB]*xBが100〜165未満の場合がさらに好ましく、
[nA]*xAが200〜500で、[nB]*xBが130〜165未満の場合が特に好ましい。
[要件4]
前記[nA]*xAと[nB]*xBとの差の絶対値が(以下、Δn*xと表記する)20以上である。
nAV≡〔[nA]×(MA)+[nB]×(MB)〕/〔MA+MB〕
ここで、MAは、第1の共重合体WA(g)中の単量体(a)の共重合モル数であり、MBは、第2の共重合体WB(g)中の単量体(a)の共重合モル数である。なお、このnAVは第1、2の共重合体の仕込み比率(更には、単量体(a)、(b)のモル比)から計算することもできるが、1H−NMRにより測定することもできる。
本発明の分散剤において、第1の共重合体と第2の共重合体の重量比は、第1/第2=5/95〜95/5が好ましく、第1/第2=15/85〜85/15がより好ましく、第1/第2=25/75〜75/25がさらに好ましく、第1/第2=30/70〜70/30が特に好ましい。特に、水硬性組成物の分散性を改善するためには、[n]*xが大きい方の共重合体を増やすように調整することが好ましく、分散保持性を改善するためには、[n]*xが小さい方の共重合体を増やすように調整することが好ましい。従って、[n]*xが大きい方を第1の共重合体とすると、W/Pが40%以下、更には35%以下の超高強度コンクリートでは、分散性を重視する場合の第1、第2の共重合体の重量比は、第1/第2=70/30〜50/50が好ましく、70/30〜60/40が更に好ましい。
以下の例では、細骨材として、次のS1、S2を用いた。
S1:細骨材、千葉県君津産山砂、表乾比重=2.63
S2:細骨材、中国福建省ミン江産川砂、表乾比重=2.63
《コンクリート材料》
下記のコンクリート材料を用いて表1bの配合によりコンクリートの製造に用いた。本例は、生コン/コンクリート振動成形製品用途の組成物の実施例である。
C:普通ポルトランドセメント〔太平洋セメント(株)〕、表乾比重=3.16SFC:シリカヒュームセメント〔宇部三菱セメント(株)〕、表乾比重=3.08
BFS:高炉スラグ微粉末〔新日鉄高炉セメント(株)、エスメントスーパー60〕、表乾比重=2.89
S1:細骨材、千葉県君津産山砂、表乾比重=2.63
G:粗骨材、和歌山産砕石G2013、表乾比重=2.62
W/P:[W/(C+BFS+SFC)]×100(%、重量比)
s/a:[S/(S+G)]×100(%、体積比)
空気量:2%
表2の単量体(a)、単量体(b)を用いて表2の共重合体を製造し、それらを表3の組み合わせで併用してセメント分散剤を得た。得られた分散剤を用いて、以下のようにコンクリートを製造し、各配合における粘性、分散性、こて仕上げ性及び分散保持性を評価した。結果を表4〜10に示す。
混練量は、40リットルとし、W/Pにより以下のように製造した。
(1)W/P=35%のもの
セメント分散剤と混合した水以外のコンクリート材料を60リットル強制2軸ミキサーに投入し、10秒間混練後、セメント分散剤と混合した水を投入し、90秒間混練した後、排出する。
(2)W/P=25、20、15%のもの
セメント分散剤と混合した水と粗骨材以外のコンクリート材料を60リットルl強制2軸ミキサーに投入し、10秒間混練後、セメント分散剤と混合した水を投入し、90秒間混練し、その後、粗骨材を投入して60秒間混練した後、排出する。
混練後10分経過後のモルタルを、ステンレス鋼(SUS304)を加工して作製した図1の形状の装置に、下部排出口を閉じた状態で充填し上部投入開口の面で擦り切った後、下部排出開口を開口してモルタルを自然流下させ、叙位部投入開口から目視で観察したときにモルタルの少なくとも一部に孔が確認されるまでの時間(流下時間)を測定し、粘性の尺度とした。流下時間が短いほどモルタルの粘性が低い。コンクリートの場合、目開き5mmの篩でコンクリート中の骨材を分離して取り除いたものをモルタルとした。
コンクリートの分散性は、コンクリートの混練直後のスランプフロー値(コンクリートライブラリー93:高流動コンクリート施工指針、pp160-161、土木学会)が65±1cmとなるときに要した分散剤の水硬性粉体(P)重量に対する固形分(第1の共重合体と第2の共重合体の合計量)添加率を尺度とした。数値が小さい程、分散性が良好である。このとき、初期空気量は2%以下になるように起泡連行剤(マイテイAE-03:花王(株)製)と消泡剤(アンチフォームE-20:花王(株)製)で調整した。
混練直後のスランプフロー値に対する混練開始から15分後、30分後及び45分後のスランプ値の、混練直後のスランプフロー値に対する百分率を分散保持率として分散保持性の尺度とした。数値が大きいほど分散保持性が良好である。
この評価では、15分後の分散保持率が85〜105%未満、30分後の分散保持率が70〜100%、45分後の分散保持率が90%以下であることが好ましい。15分後及び30分後の分散保持率がそれぞれ85%未満及び70%を切るとコンクリートの充填性が低下し、15分後及び30分後の分散保持率がそれぞれ105%以上及び100%を超えると、振動を加えると粗骨材がモルタルから分離する虞がある。また、45分後の保持性が90%を超えると、充填後のこて仕上ができず、作業性が低下する。
混練直後のコンクリートを、縦30cm×横150cm×高さ30cmの鋼製型枠にすりきりまで充填する。混練開始から60分後に、以下の作業を行う。
(1)充填面をこてで平滑にする。
(2)充填面のコンクリート表面を櫛目間隔3mmの熊手でまんべんなく刷毛引きする。(1)及び(2)の作業は5分以内で行う。
(3)刷毛引き終了後、15分後に刷毛引き部分を観察する。
(4)刷毛により粗面が刷毛引き部分の全面に形成されていれば、こて仕上げ性は良好として◎、粗面が刷毛引き部分の半分以上に形成されていれば、こて仕上げ性はやや良好として○、粗面が刷毛引き部分の半分に満たなければ、こて仕上げ性は不良として×とした。×の場合、ブリージング等が発生する場合がありこて仕上に時間を要したり、こて仕上げ後ブリージングが発生すれば硬化後の当該仕上げ面が平滑にならなかったりする。
表2の分散剤を用いて、表11の分散剤を調製し、実施例1と同様の評価を行った。なお、細骨材はS1を用いた。結果を表12(a〜c)、表13(a〜d)に示す。
W:セメント分散剤を混合した水道水
HC:早強ポルトランドセメント〔住友大阪セメント(株)〕、表乾比重=3.15
SFC:シリカヒュームセメント〔宇部三菱セメント(株)〕、表乾比重=3.08
S1:細骨材、千葉県君津産山砂、表乾比重=2.63
G:粗骨材、和歌山産砕石G2013、表乾比重=2.62
W/P:[W/(C+HC+SFC)]×100(%、重量比)
s/a:[S/(S+G)]×100(%、体積比)
空気量:2%
実施例1で得たセメント分散剤D1〜D15及びD1’〜D5’を用いた。それら分散剤を用いて、以下のようにコンクリートを製造し、各配合における分散性、分散保持性及び充填性を評価した。結果を表15〜19に示す。
混練量は、40リットルとし、セメント分散剤と混合した水以外のコンクリート材料を60リットル強制2軸ミキサーに投入し、60秒間混練後、セメント分散剤と混合した水を投入し、360秒間混練した後、排出する。
コンクリートの分散性は、コンクリートの排出直後のスランプ値(JIS A 1101)が8〜8.3cmとなるときに要した分散剤の水硬性粉体(P)重量に対する固形分(第1の共重合体と第2の共重合体の合計量)添加率を尺度とした。数値が小さい程、分散性が良好である。このとき、初期空気量は2%以下になるように起泡連行剤(マイテイAE-03:花王(株)製)と消泡剤(アンチフォームE-20:花王(株)製)で調整した。
混練直後のスランプフロー値に対する15分後及び30分後のスランプ値の、混練直後のスランプ値に対する百分率を分散保持性の尺度とした。数値が大きい程、分散保持性は良好である。ただし、下記の充填性の観点から、流動性は適正な範囲が存在する。
遠心成形用超高強度コンクリートは、スランプ値を10cm以下に抑えることが好ましいため、W/Pは単位水量を低減して調整する。そのため、分散性が小さいと混練が不足してスランプが経時増大する傾向にある。スランプが10cmを超えると、コンクリートが極めて高粘性の流動体となり型枠内の鉄筋間を粗骨材が通過できず充填不良が生じる。また、あまりスランプが小さいと、流動しにくくなり、充填性はやはり低下するので、3cm未満にならないことが望ましい。そこで、充填性について以下の評価を行った。
(1)上部投入開口30cm、下部排出開口7cmのプラスチック漏斗(上部投入開口面から下部排出開口面までの距離23cm)を、直径20cm×長さ30cmの遠心成形型枠の上側面の直径10cmの開口に設置する(図2参照)。
(2)混練直後から15分後のコンクリート15kgを、ハンドスコップで1.5kgずつ漏斗上口から投入し、投入したコンクリートを、JIS A 1101に規定の突き棒で軽く突きながら、全量を投入する。
(3)コンクリートが全て型枠に投入されるまでの時間を計測し、以下の基準で評価した。
(評価基準)
◎:投入したコンクリート全量が1分以内で型枠内に投入される。
○:投入したコンクリート全量が1分超2分以内に型枠内に投入される。
×:投入したコンクリート全量が2分以内に型枠内に投入されない。
実施例2の表11の分散剤を用いて、実施例3と同様の評価を行った。なお、細骨材はS1を用いた。結果を表20、表21(a〜d)、表22(a〜d)に示す。
表3の分散剤D3及びD5を用い、実施例1の配合において細骨材S1に代えてS2を用いた場合の効果を実施例1と同様に評価した。結果を表23(a〜b)、表24(a〜d)に示す。
表3の分散剤D3及びD5を用い、実施例3の配合において細骨材S1に代えてS2を用いた場合の効果を実施例3と同様に評価した。結果を表25、表26(a〜d)、表27(a〜d)に示す。
2…下部排出開口
Claims (10)
- 下記一般式(1)で示される単量体(a)由来の構造単位と、下記一般式(2-1)で示される単量体(b)由来の構成単位とを有する第1、第2の共重合体を第1の共重合体/第2の共重合体=15/85〜85/15の重量比で含有し、以下の要件1、要件2’、要件3’、要件4及び要件5を具備する水硬性組成物用分散剤。
[要件1]
第1の共重合体におけるアルキレンオキサイドの平均付加モル数[nA]及び(a)と(b)の合計に対する(b)の酸型換算重量%(xA)の積[nA]*x A が180〜369の範囲にあり、第2の共重合体におけるアルキレンオキサイドの平均付加モル数[nB]及び(a)と(b)の合計に対する(b)の酸型換算重量%(xB)の積[nB]*x B が50〜165未満の範囲にある。
[要件2’]
前記xAが8.6〜41重量%の範囲にあり、前記xBが14〜20.5重量%の範囲にある。
[要件3’]
前記[nA]が9〜33の範囲にあり、前記[nB]が5〜9.7の範囲にある。
[要件4]
前記[nA]*xAと[nB]*xBとの差の絶対値が20以上である。
[要件5]
前記[nA]と[nB]との差の絶対値が2以上である。
〔式中、
R11、R12:同一でも異なっていても良く、水素原子又は−CH3
R13:水素原子
X:炭素数1〜4のアルキル基
n:1以上の整数
p:0の数
を示す。〕
〔式中、
R21、R22、R23:同一でも異なっていても良く、水素原子又はCH3
M21:水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基又は置換アルキルアンモニウム基
を示す。〕 - 水と、セメントと、骨材とを含有する水硬性組成物に用いられる請求項1記載の水硬性組成物用分散剤。
- さらに、シリカフュームを含有する水硬性組成物に用いられる請求項2記載の水硬性組成物用分散剤。
- 水硬性組成物のセメント/シリカヒューム重量比が97/3〜80/20であり、セメントとシリカヒュームの合計が400〜1300(kg/m3)である、請求項3記載の水硬性組成物用分散剤。
- 水/水硬性粉体比が40%(重量比)以下の水硬性組成物に用いられる請求項1〜4いずれか記載の水硬性組成物用分散剤。
- セメントが早強ポルトランドセメントである請求項2〜5いずれか記載の水硬性組成物用分散剤。
- 請求項1〜6のいずれか記載の水硬性組成物用分散剤を含有する水硬性組成物。
- 請求項7記載の水硬性組成物を成形した水硬性組成物成形体。
- 下記一般式(1)で示される単量体(a)由来の構造単位と、下記一般式(2-1)で示される単量体(b)由来の構成単位とを有する第1、第2の共重合体であって、以下の要件1、要件2’、要件3’、要件4及び要件5を具備する共重合体を第1の共重合体/第2の共重合体=15/85〜85/15の重量比で混合する工程を有する、水硬性組成物用分散剤の製造方法。
[要件1]
第1の共重合体におけるアルキレンオキサイドの平均付加モル数[nA]及び(a)と(b)の合計に対する(b)の酸型換算重量%(xA)の積[nA]*x A が180〜369の範囲にあり、第2の共重合体におけるアルキレンオキサイドの平均付加モル数[nB]及び(a)と(b)の合計に対する(b)の酸型換算重量%(xB)の積[nB]*x B が50〜165未満の範囲にある。
[要件2’]
前記xAが8.6〜41重量%の範囲にあり、前記xBが14〜20.5重量%の範囲にある。
[要件3’]
前記[nA]が9〜33の範囲にあり、前記[nB]が5〜9.7の範囲にある。
[要件4]
前記[nA]*xAと[nB]*xBとの差の絶対値が20以上である。
[要件5]
前記[nA]と[nB]との差の絶対値が2以上である。
〔式中、
R11、R12:同一でも異なっていても良く、水素原子又は−CH3
R13:水素原子
X:炭素数1〜4のアルキル基
n:1以上の整数
p:0の数
を示す。〕
〔式中、
R21、R22、R23:同一でも異なっていても良く、水素原子又はCH3
M21:水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基又は置換アルキルアンモニウム基
を示す。〕 - 下記一般式(1)で示される単量体(a)由来の構造単位と、下記一般式(2-1)で示される単量体(b)由来の構成単位とを有し、以下の要件1、要件2’、要件3’、要件4及び要件5を具備する第1、第2の共重合体と、水と、水硬性粉体と、骨材とを混合する工程を有する、水硬性組成物の製造方法であって、前記工程における第1の共重合体と第2の共重合体の重量比が、第1の共重合体/第2の共重合体=15/85〜85/15である水硬性組成物の製造方法。
[要件1]
第1の共重合体におけるアルキレンオキサイドの平均付加モル数[nA]及び(a)と(b)の合計に対する(b)の酸型換算重量%(xA)の積[nA]*x A が180〜369の範囲にあり、第2の共重合体におけるアルキレンオキサイドの平均付加モル数[nB]及び(a)と(b)の合計に対する(b)の酸型換算重量%(xB)の積[nB]*x B が50〜165未満の範囲にある。
[要件2’]
前記xAが8.6〜41重量%の範囲にあり、前記xBが14〜20.5重量%の範囲にある。
[要件3’]
前記[nA]が9〜33の範囲にあり、前記[nB]が5〜9.7の範囲にある。
[要件4]
前記[nA]*xAと[nB]*xBとの差の絶対値が20以上である。
[要件5]
前記[nA]と[nB]との差の絶対値が2以上である。
〔式中、
R11、R12:同一でも異なっていても良く、水素原子又は−CH3
R13:水素原子
X:炭素数1〜4のアルキル基
n:1以上の整数
p:0の数
を示す。〕
〔式中、
R21、R22、R23:同一でも異なっていても良く、水素原子又はCH3
M21:水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基又は置換アルキルアンモニウム基
を示す。〕
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