JP4323016B2 - セメント添加剤及びセメント混練物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混練初期の混練負荷を低減でき、かつ超高強度のコンクリートやモルタルを得ることができるセメント添加剤及びセメント混練物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧縮強度が80MPa以上の高強度・超高強度コンクリートにおいては、高性能ＡＥ減水剤を使用して水結合材比を低減するとともに、平均粒径10μｍ以下の微細シリカ（例えば、シリカフューム）を混和材として用いて流動性を向上しつつ、高強度化を図ることが行われている。
【０００３】
高性能ＡＥ減水剤は、ナフタレン系、メラミン系、ポリカルボン酸系及びアミノスルホン酸系高分子を主成分とするものが知られている。その中でも、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子を主成分とする高性能ＡＥ減水剤は、減水性能の高さと、スランプ保持性に優れていることから、近年急速に普及してきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子を主成分とする高性能ＡＥ減水剤と、平均粒径10μｍ以下の微細シリカ（例えば、シリカフューム）を併用してセメント混練物を混練した場合、混練初期において、混練負荷が大きくなる、という問題があった。
【０００５】
本発明は、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子と微細シリカを併用したセメント混練物において、前記課題を解決したものであり、混練初期の混練負荷を低減でき、かつ超高強度のコンクリートやモルタルを得ることができるセメント添加剤及びセメント混練物を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は以下の構成によって前記課題を解決したセメント添加剤及びセメント混練物に関するものである。
(1)カルシウムイオンを水中に放出する物質、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子及び微細シリカからなるセメント添加剤であって、カルシウムイオンを水中に放出する物質が水酸化カルシウム及び／又は酸化カルシウムであり、カルシウムイオンを水中に放出する物質の添加量が結合材（セメント＋微細シリカ）に対して外割りで0.1〜1.5重量％、ポリカルボン酸系高分子の添加量が結合材（セメント＋微細シリカ）に対して0.3〜4.0重量％、微細シリカの添加量が結合材（セメント＋微細シリカ）中３〜30重量％となる量であることを特徴とするセメント添加剤。
(2)セメント、カルシウムイオンを水中に放出する物質、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子及び微細シリカを含むセメント混練物であって、カルシウムイオンを水中に放出する物質が水酸化カルシウム及び／又は酸化カルシウムであり、カルシウムイオンを水中に放出する物質の添加量が結合材（セメント＋微細シリカ）に対して外割りで0.1〜1.5重量％、ポリカルボン酸系高分子の添加量が結合材（セメント＋微細シリカ）に対して0.3〜4.0重量％、微細シリカの量が結合材（セメント＋微細シリカ）中３〜30重量％であることを特徴とするセメント混練物。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
材料について説明する。
本発明のセメント添加剤は、カルシウムイオンを水中に放出する物質、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子及び微細シリカからなるものである。
カルシウムイオンを水中に放出する物質としては、亜硝酸カルシウム、硝酸カルシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウムなどが挙げられ、これらの中でも、亜硝酸カルシウム、硝酸カルシウムが好ましいものである。
これらカルシウムイオンを水中に放出する物質の添加量は、結合材（セメント＋微細シリカ）に対して外割りで0.1〜1.5重量％が好ましい。添加量が少ないと所定の効果が得られず、混練初期の混練負荷を低減できないので好ましくない。一方、添加量が多すぎるとセメント混練物の流動性が低下する傾向にあり好ましくない。
【０００８】
側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子において、ポリオキシアルキレンとしては、ポリオキシエチレンやポリオキシプロピレン、又はオキシエチレンとオキシプロピレンのランダム重合体などが挙げられる。これら、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子は、例えば、下記化１、化２で表される構造を有するものである（ここでは、ポリオキシエチレンを有するポリカルボン酸系高分子を例示する）。
【０００９】
【化１】
（a、m、nは整数）
【００１０】
【化２】
（a、l、m、nは整数）
【００１１】
本発明において、ポリカルボン酸系高分子の添加量は、結合材（セメント＋微細シリカ）に対して0.3〜4.0重量％が好ましく、0.5〜3.0重量％がより好ましい。添加量が少ないと混練負荷が大きくなるとともに、混練物の流動性が低下する傾向にあり好ましくない。一方、添加量が4.0重量％を超えてもその効果は事質上、頭打ちとなりコストも高くなるので好ましくない。
なお、本発明においては、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子を主成分とする市販の高性能ＡＥ減水剤を使用するのが好ましい。
【００１２】
微細シリカは、シリカ（SiO2）を主体とする平均粒径が10μｍ以下、好ましくは５μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下の粉末である。
微細シリカとしては、セメント混練物の流動性や硬化後の強度発現性等から、シリカフュームが好ましい。
微細シリカの量は、セメント混練物の流動性や硬化後の強度発現性等から、結合材（セメント＋微細シリカ）中３〜30重量％が好ましい。
【００１３】
本発明のセメント添加剤は、
(1)カルシウムイオンを水中に放出する物質、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子、微細シリカをそれぞれ別個に、セメント混練物の混練時に他の材料とともにミキサーに添加しても良いし、
(2)カルシウムイオンを水中に放出する物質と微細シリカを予め混合しておき、該混合物と、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子を、セメント混練物の混練時に他の材料とともにミキサーに添加しても良いし、
(3)カルシウムイオンを水中に放出する物質と微細シリカを予めセメントに混合しておき、該セメントと、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子を、セメント混練物の混練時に他の材料とともにミキサーに添加しても良いし、
(4)カルシウムイオンを水中に放出する物質、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子、微細シリカを予め混合しておいてスラリー状にして、セメント混練物の混練時に他の材料とともにミキサーに添加しても良い。
【００１４】
本発明において、セメントとしては、普通・早強・中庸熱・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や、高炉・フライアッシュセメント等の各種混合セメントが挙げられる。
【００１５】
セメント混練物の混練方法は、特に限定するものではなく、慣用の装置・方法で行えば良い。養生方法も、特に限定するものではない。
【００１６】
本発明におけるセメント混練物の水結合材比（W/(C+P)）、即ち、（セメント(C)＋微細シリカ(P)）に対する水量(W)は、30重量％以下が好ましく、コンクリートやモルタルの流動性や作業性、強度発現性の点から13〜25重量％がより好ましいものである。水結合材比が30重量％を超えるとカルシウムイオンを水中に放出する物質を添加する必要が乏しい。また、超高強度のコンクリートやモルタルが得られ難くなる。
水結合材比が13重量％未満では、コンクリートやモルタルの流動性や作業性が極端に低下する傾向にある。
なお、本発明においては、目的を阻害しない範囲において、細骨材や繊維等をセメント混練物に添加することは、差し支えない。
【００１７】
【試験例】
以下、試験例により本発明を説明する。
１．使用材料
以下に示す材料を使用した。
１）セメント；中庸熱ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）
２）微細シリカ；シリカフューム（ＢＥＴ比表面積20m2/g）
３）高性能ＡＥ減水剤；側鎖にポリオキシエチレンを有するポリカルボン酸系高分子を主成分とする高性能ＡＥ減水剤（固形分20重量％）
４）細骨材；飯豊産４号砕砂
６）水；水道水を使用した。
【００１８】
２．モルタルの配合及び混練
水／（セメント＋微細シリカ）比20重量％、
細骨材／（セメント＋微細シリカ）比100重量％、
微細シリカ／（セメント＋微細シリカ）比20重量％、
高性能ＡＥ減水剤／（セメント＋微細シリカ）比3.0重量％とした。
混練は、セメント、シリカフューム、高性能ＡＥ減水剤、細骨材、水及び表１に示す種類と量のカルシウムイオン放出物質をモルタルミキサー（丸東製作所製；0.005m3）に一括投入し、５分間混練した。
【００１９】
【表１】
【００２０】
３．評価
１）混練負荷
モルタルミキサーの消費電力を電力計で測定し、最大電力を求めた。
２）流動性
JISフローコーン（JIS R 5201）にモルタルを詰め、コーンを引き上げたとき（テーブルの落下は行わない）の最終の最大径とその直角方向の径を測定し、その平均値（mm）を求めた。測定は、混練終了直後に行った。
３）圧縮強度
混練御のモルタルを型枠（φ50×100mm）に流し込み、テーブルバイブレータ上で締め固めた。24時間後に脱型し、80℃、湿度95％で48時間蒸気養生を行った。養生後、（JIS A 1108）に準じて、圧縮強度を測定した。
それらの結果を表１に併記した。
【００２１】
以上の試験以外に、水／（セメント＋微細シリカ）比が30重量％を超える場合の試験も行ったが、混練初期の負荷はそれ程大きくなく、カルシウムイオン放出物質を加える必要はなかった。また、シリカフュームの添加量が３重量％未満の試験を行ったが、十分な流動性が得られなかった。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のセメント添加剤及びセメント混練物は、カルシウムイオン放出物質、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子及び平均粒径10μｍ以下の微細シリカを含有するので、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子と平均粒径10μｍ以下の微細シリカを併用したセメント混練物の混練初期において、混練負荷を低減することができる。
また、モルタルないしコンクリートの強度も高く維持できる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、混練初期の混練負荷を低減でき、かつ超高強度のコンクリートやモルタルを得ることができるセメント添加剤及びセメント混練物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧縮強度が80MPa以上の高強度・超高強度コンクリートにおいては、高性能ＡＥ減水剤を使用して水結合材比を低減するとともに、平均粒径10μｍ以下の微細シリカ（例えば、シリカフューム）を混和材として用いて流動性を向上しつつ、高強度化を図ることが行われている。
【０００３】
高性能ＡＥ減水剤は、ナフタレン系、メラミン系、ポリカルボン酸系及びアミノスルホン酸系高分子を主成分とするものが知られている。その中でも、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子を主成分とする高性能ＡＥ減水剤は、減水性能の高さと、スランプ保持性に優れていることから、近年急速に普及してきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子を主成分とする高性能ＡＥ減水剤と、平均粒径10μｍ以下の微細シリカ（例えば、シリカフューム）を併用してセメント混練物を混練した場合、混練初期において、混練負荷が大きくなる、という問題があった。
【０００５】
本発明は、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子と微細シリカを併用したセメント混練物において、前記課題を解決したものであり、混練初期の混練負荷を低減でき、かつ超高強度のコンクリートやモルタルを得ることができるセメント添加剤及びセメント混練物を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は以下の構成によって前記課題を解決したセメント添加剤及びセメント混練物に関するものである。
(1)カルシウムイオンを水中に放出する物質、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子及び微細シリカからなるセメント添加剤であって、カルシウムイオンを水中に放出する物質が水酸化カルシウム及び／又は酸化カルシウムであり、カルシウムイオンを水中に放出する物質の添加量が結合材（セメント＋微細シリカ）に対して外割りで0.1〜1.5重量％、ポリカルボン酸系高分子の添加量が結合材（セメント＋微細シリカ）に対して0.3〜4.0重量％、微細シリカの添加量が結合材（セメント＋微細シリカ）中３〜30重量％となる量であることを特徴とするセメント添加剤。
(2)セメント、カルシウムイオンを水中に放出する物質、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子及び微細シリカを含むセメント混練物であって、カルシウムイオンを水中に放出する物質が水酸化カルシウム及び／又は酸化カルシウムであり、カルシウムイオンを水中に放出する物質の添加量が結合材（セメント＋微細シリカ）に対して外割りで0.1〜1.5重量％、ポリカルボン酸系高分子の添加量が結合材（セメント＋微細シリカ）に対して0.3〜4.0重量％、微細シリカの量が結合材（セメント＋微細シリカ）中３〜30重量％であることを特徴とするセメント混練物。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
材料について説明する。
本発明のセメント添加剤は、カルシウムイオンを水中に放出する物質、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子及び微細シリカからなるものである。
カルシウムイオンを水中に放出する物質としては、亜硝酸カルシウム、硝酸カルシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウムなどが挙げられ、これらの中でも、亜硝酸カルシウム、硝酸カルシウムが好ましいものである。
これらカルシウムイオンを水中に放出する物質の添加量は、結合材（セメント＋微細シリカ）に対して外割りで0.1〜1.5重量％が好ましい。添加量が少ないと所定の効果が得られず、混練初期の混練負荷を低減できないので好ましくない。一方、添加量が多すぎるとセメント混練物の流動性が低下する傾向にあり好ましくない。
【０００８】
側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子において、ポリオキシアルキレンとしては、ポリオキシエチレンやポリオキシプロピレン、又はオキシエチレンとオキシプロピレンのランダム重合体などが挙げられる。これら、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子は、例えば、下記化１、化２で表される構造を有するものである（ここでは、ポリオキシエチレンを有するポリカルボン酸系高分子を例示する）。
【０００９】
【化１】
【００１０】
【化２】
【００１１】
本発明において、ポリカルボン酸系高分子の添加量は、結合材（セメント＋微細シリカ）に対して0.3〜4.0重量％が好ましく、0.5〜3.0重量％がより好ましい。添加量が少ないと混練負荷が大きくなるとともに、混練物の流動性が低下する傾向にあり好ましくない。一方、添加量が4.0重量％を超えてもその効果は事質上、頭打ちとなりコストも高くなるので好ましくない。
なお、本発明においては、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子を主成分とする市販の高性能ＡＥ減水剤を使用するのが好ましい。
【００１２】
微細シリカは、シリカ（SiO2）を主体とする平均粒径が10μｍ以下、好ましくは５μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下の粉末である。
微細シリカとしては、セメント混練物の流動性や硬化後の強度発現性等から、シリカフュームが好ましい。
微細シリカの量は、セメント混練物の流動性や硬化後の強度発現性等から、結合材（セメント＋微細シリカ）中３〜30重量％が好ましい。
【００１３】
本発明のセメント添加剤は、
(1)カルシウムイオンを水中に放出する物質、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子、微細シリカをそれぞれ別個に、セメント混練物の混練時に他の材料とともにミキサーに添加しても良いし、
(2)カルシウムイオンを水中に放出する物質と微細シリカを予め混合しておき、該混合物と、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子を、セメント混練物の混練時に他の材料とともにミキサーに添加しても良いし、
(3)カルシウムイオンを水中に放出する物質と微細シリカを予めセメントに混合しておき、該セメントと、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子を、セメント混練物の混練時に他の材料とともにミキサーに添加しても良いし、
(4)カルシウムイオンを水中に放出する物質、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子、微細シリカを予め混合しておいてスラリー状にして、セメント混練物の混練時に他の材料とともにミキサーに添加しても良い。
【００１４】
本発明において、セメントとしては、普通・早強・中庸熱・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や、高炉・フライアッシュセメント等の各種混合セメントが挙げられる。
【００１５】
セメント混練物の混練方法は、特に限定するものではなく、慣用の装置・方法で行えば良い。養生方法も、特に限定するものではない。
【００１６】
本発明におけるセメント混練物の水結合材比（W/(C+P)）、即ち、（セメント(C)＋微細シリカ(P)）に対する水量(W)は、30重量％以下が好ましく、コンクリートやモルタルの流動性や作業性、強度発現性の点から13〜25重量％がより好ましいものである。水結合材比が30重量％を超えるとカルシウムイオンを水中に放出する物質を添加する必要が乏しい。また、超高強度のコンクリートやモルタルが得られ難くなる。
水結合材比が13重量％未満では、コンクリートやモルタルの流動性や作業性が極端に低下する傾向にある。
なお、本発明においては、目的を阻害しない範囲において、細骨材や繊維等をセメント混練物に添加することは、差し支えない。
【００１７】
【試験例】
以下、試験例により本発明を説明する。
１．使用材料
以下に示す材料を使用した。
１）セメント；中庸熱ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）
２）微細シリカ；シリカフューム（ＢＥＴ比表面積20m2/g）
３）高性能ＡＥ減水剤；側鎖にポリオキシエチレンを有するポリカルボン酸系高分子を主成分とする高性能ＡＥ減水剤（固形分20重量％）
４）細骨材；飯豊産４号砕砂
【００１８】
２．モルタルの配合及び混練
水／（セメント＋微細シリカ）比20重量％、
細骨材／（セメント＋微細シリカ）比100重量％、
微細シリカ／（セメント＋微細シリカ）比20重量％、
高性能ＡＥ減水剤／（セメント＋微細シリカ）比3.0重量％とした。
混練は、セメント、シリカフューム、高性能ＡＥ減水剤、細骨材、水及び表１に示す種類と量のカルシウムイオン放出物質をモルタルミキサー（丸東製作所製；0.005m3）に一括投入し、５分間混練した。
【００１９】
【表１】
３．評価
１）混練負荷
モルタルミキサーの消費電力を電力計で測定し、最大電力を求めた。
２）流動性
JISフローコーン（JIS R 5201）にモルタルを詰め、コーンを引き上げたとき（テーブルの落下は行わない）の最終の最大径とその直角方向の径を測定し、その平均値（mm）を求めた。測定は、混練終了直後に行った。
３）圧縮強度
混練御のモルタルを型枠（φ50×100mm）に流し込み、テーブルバイブレータ上で締め固めた。24時間後に脱型し、80℃、湿度95％で48時間蒸気養生を行った。養生後、（JIS A 1108）に準じて、圧縮強度を測定した。
それらの結果を表１に併記した。
【００２１】
以上の試験以外に、水／（セメント＋微細シリカ）比が30重量％を超える場合の試験も行ったが、混練初期の負荷はそれ程大きくなく、カルシウムイオン放出物質を加える必要はなかった。また、シリカフュームの添加量が３重量％未満の試験を行ったが、十分な流動性が得られなかった。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のセメント添加剤及びセメント混練物は、カルシウムイオン放出物質、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子及び平均粒径10μｍ以下の微細シリカを含有するので、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子と平均粒径10μｍ以下の微細シリカを併用したセメント混練物の混練初期において、混練負荷を低減することができる。
また、モルタルないしコンクリートの強度も高く維持できる。
Claims (3)
- カルシウムイオンを水中に放出する物質、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子及び微細シリカからなるセメント添加剤であって、
カルシウムイオンを水中に放出する物質が水酸化カルシウム及び／又は酸化カルシウムであり、
カルシウムイオンを水中に放出する物質の添加量が結合材（セメント＋微細シリカ）に対して外割りで0.1〜1.5重量％、ポリカルボン酸系高分子の添加量が結合材（セメント＋微細シリカ）に対して0.3〜4.0重量％、微細シリカの添加量が結合材（セメント＋微細シリカ）中３〜30重量％となる量であることを特徴とするセメント添加剤。 - セメント、カルシウムイオンを水中に放出する物質、側鎖にポリオキシアルキレンを有するポリカルボン酸系高分子及び微細シリカを含むセメント混練物であって、
カルシウムイオンを水中に放出する物質が水酸化カルシウム及び／又は酸化カルシウムであり、
カルシウムイオンを水中に放出する物質の添加量が結合材（セメント＋微細シリカ）に対して外割りで0.1〜1.5重量％、ポリカルボン酸系高分子の添加量が結合材（セメント＋微細シリカ）に対して0.3〜4.0重量％、微細シリカの量が結合材（セメント＋微細シリカ）中３〜30重量％であることを特徴とするセメント混練物。 - 水／結合材（セメント＋微細シリカ）比が、30重量％以下である請求項２記載のセメント混練物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23577799A JP4323016B2 (ja) | 1999-08-23 | 1999-08-23 | セメント添加剤及びセメント混練物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
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| JP2001058863A JP2001058863A (ja) | 2001-03-06 |
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