JP4462713B2 - 凝結遅延剤およびセメント凝結調整方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてセメント、モルタル及びコンクリート等の凝結硬化を遅らせるために使用する凝結遅延剤、及び該凝結遅延剤を使用するセメント凝結調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セメントは、水と接触することによりその粒子表面で水和反応が起こり、水和物を生成し、凝結硬化することによって所定の強度を発現するものである。施工にあたっては、この水和反応によりセメントが凝結硬化する前に、セメントやモルタル、あるいはコンクリートを所定形状の型枠に注入し、型枠全体に隙間なく充填させる必要がある。
従って、このようなセメントの凝結硬化を遅らせて作業時間を確保するために、従来、オキシカルボン酸またはその塩、砂糖、硫酸亜鉛などに例示される遅延剤や超遅延剤などを添加する手段が講じられている。
【０００３】
しかしながら、セメントの水和反応は化学反応であるため温度に極めて影響されやすく、温度が高い場合には水和反応が促進されて急速に凝結することとなる。
従って、いわゆる暑中コンクリートのように、温度の高い条件においてコンクリートを打設した場合には、セメントの水和反応が急速に進行するため、その水和反応の際に放出される熱（以下、「水和反応熱」ともいう）によってコンクリートの内部温度が高温になりやすい。このような高温状態で凝結硬化したコンクリートは、温度の低下とともに徐々に収縮することとなり、その結果として、ひび割れ（以下「温度ひび割れ」ともいう）を生じることとなる。
【０００４】
さらに、大型構造物などに充填するマスコンクリートでは、コンクリートの表面付近では外部への熱の放散によって比較的低温に保たれたまま水和反応が起こり、一方、内部では断熱状態となるために、セメントの水和反応熱が蓄積されて温度が上昇し易い傾向にある。
従って、マスコンクリートにおいては、表面付近と内部とに温度差および凝結硬化の速度に差が生じやすく、これによって同じく温度ひび割れが生じやすいという問題がある。
【０００５】
このような暑中コンクリートや、マスコンクリートに単に前記遅延剤等を添加するだけでは、セメントの水和反応の開始時期を遅らせることは可能であるが、その効果が長く持続せず一時的なものであるために、遅延剤の効果が無くなり次第、直ちに水和反応が開始され急速に凝結硬化するものとなる。したがって、その後の温度上昇量は、凝結遅延剤を添加しない場合とあまり変わらないものとなり、上記と同様に温度ひび割れを生じるものとなる。
【０００６】
このような要請の下、前記遅延剤等を水溶性のカプセル材によってカプセル化したもの（以下「カプセル化遅延剤」ともいう）が知られている。かかるカプセル化遅延剤を使用した場合には、セメントの水和反応熱によって温度が上昇する際に、所定の温度以上になると水溶性のカプセル材が溶解され、内部の遅延剤を露出させてその遅延効果を発現させることにより、セメントの水和反応を遅らせることができる。
【０００７】
しかしながら、前記カプセル化遅延剤においては、水溶性のカプセル材の溶解速度が温度によって影響されやすく、例えば、前記暑中コンクリートの場合には、該水溶性カプセル材が単時間で溶解してしまい、所望の遅延作用を得られない場合が生じる。
【０００８】
また、マスコンクリートのような場合には、上述したようにコンクリートの表面付近と内部の温度差が大きいものとなるため、前記カプセル材の溶解速度にも差が生じることとなり、表面付近と内部とでは遅延作用にばらつきが生じることとなる。即ち、温度の低い表面付近ではカプセル材が溶解せず、遅延作用が働かずにセメントの凝結硬化が進行する一方、温度の高い内部ではカプセル材が溶解して遅延剤が作用し、セメントの凝結硬化を遅延させるという効果を生じることとなる。
したがって、このようなマスコンクリートでは、コンクリートの表面付近と内部での凝結硬化の程度にもばらつきを生じるものとなり、脱型時期の判断をより困難にするという問題を生じる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、セメントの水和反応による凝結硬化を遅延させる際に、温度による影響を受けにくく且つ徐放的に遅延作用を発現させることが可能な徐放性の凝結遅延剤を提供すること、及び該凝結遅延剤を添加して凝結時間を調節するセメント凝結調整方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、以下の発明をするに至った。
【００１１】
即ち、本発明の解決手段は、セメントに添加する凝結遅延剤であり、凝結遅延成分の粒子と水に不溶な付着体の粒子とを衝突させて凝結遅延成分の粒子を水に不溶な付着体の粒子中に一部埋没させてなり、凝結遅延成分の表面の一部が水に不溶な付着体で覆われていることを特徴とする凝結遅延剤にある。
【００１２】
凝結遅延成分は、セメントに添加された水に溶解され、セメントの凝結反応を遅延させるものであるが、該凝結遅延成分の表面の一部が水に不溶な付着体で覆われていれば、水との接触面積が減少し水への溶解速度が低下する。従って、徐放的に遅延効果を発現させることができる。
【００１３】
また、水に不溶な付着体で覆うことにより、該付着体が水に溶解されることがないため、温度による影響を受けにくいものとなる。
【００１４】
また、前記付着体は、融点が６０℃以上のワックスであることが好ましく、このような付着体を使用すれば、これらを粉体にして乾式の方法で一体化させることができるという利点がある。
【００１５】
さらに、本発明の解決手段は、前記凝結遅延剤をセメントに添加し、セメントの凝結を調整することを特徴とするセメント凝結調整方法にある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る凝結遅延剤は、凝結遅延成分の表面の一部を、水に不溶な付着体で被覆したものである。
【００１７】
被覆対象となる凝結遅延成分としては、従来より知られている公知の凝結遅延成分のうち、粒状もしくは粉末状のものを使用することができる。かかる凝結遅延成分としては、リグニンスルホン酸、オキシカルボン酸、もしくはこれらの塩、砂糖、デキストリン、又は硫酸亜鉛等を例示することができる。
前記凝結遅延成分の大きさ、形状については特に限定されることはなく、種々のものを広い範囲で使用することができるが、中でも粒径が１０〜５００μｍ程度の粒子状のものが好ましい。
【００１８】
一方、水に不溶な付着体は、前記凝結遅延成分の表面の一部を被覆することによって、該粒子の水との接触面積を小さくするものである。
かかる付着体としては、水に不溶で且つ常温で固体である有機化合物などを使用することができ、このような付着体としては、ワックス、パラフィンなどを例示することができる。
また、保存性や作業性等を考慮すれば、前記付着体は、常温において溶融あるいは流動化せず、即ち凝結遅延剤の粒子同士が付着しにくいものが好ましく、さらに、セメントの水和反応熱による温度上昇にも影響されないものが好ましい。具体的には、融点が６０〜１００℃のワックス等を好適に使用することができる。
さらに、該付着体は、粒状のものを好適に使用することができ、その際の粒径は１００〜１０００μｍが好ましい。
【００１９】
前記凝結遅延剤の製造方法としては、凝結遅延成分の粒子と、前記水に不溶な付着体の粒子とを空気中で衝突させることによって一体化する、いわゆる乾式の高速気流衝突法によって製造することが可能であるが、特にその製法には限定されず、その他の公知の方法でも製造することができる。
【００２０】
前記製造方法において、使用する凝結遅延成分および付着体の粒径や、反応の際の操作温度（即ち両物質の粘性）を調整することにより、凝結遅延成分の表面の被覆状態を変化させることができる。即ち、凝結遅延成分の単位重量当たりの水との接触面積を調節することが可能であり、これによって徐放性の程度（効果を持続させる時間）を調節することができる。
【００２１】
前記製造方法によって製造された本発明の凝結遅延剤は、凝結遅延成分の表面の一部が、水に不溶な付着体によって被覆されて形成され、あるいは、水に不溶な付着体の粒子中に、凝結遅延成分がその一部を埋没させた状態で一体化して形成されたものとなる。
【００２２】
かかる凝結遅延剤は、従来の凝結遅延剤と同様にして使用することができる。即ち、各種セメントに骨材や混和材等を混合し、さらに水を混練してセメントスラリーを調製する際において、セメント中に本発明の凝結遅延剤を所定量加えておくことによって、所望の凝結遅延作用を奏することができる。
【００２３】
また、該凝結遅延剤を使用すれば、暑中コンクリートなどの温度が高い条件において打設された場合にも、その温度に影響されることなく徐放的に凝結遅延作用を奏することができる。さらに、マスコンクリートにおいては、コンクリートの表面と内部との温度差にかかわらず、均一に且つ徐放的に凝結遅延作用を奏することができる。
従って、セメントの水和反応熱による温度上昇を抑えることが可能となり、温度ひび割れを効果的に防止することができる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２５】
（実施例の調製）
凝結遅延成分としてグルコン酸ナトリウム（特級試薬、平均粒子径２００μｍ）５０重量部に、ワックス（日本製蝋社製HI-MIC-1080、平均粒径４００μｍ、比重０．９３at２０℃、融点８０℃）５０重量部を混合した後、高速気流衝撃法表面改質装置（奈良機械製作所製、ハイブリダイザー）を用いて表面処理を行った。
処理後の粒状物を回収し、目開き２５０μｍの篩を用いてワックス表面に固定化されなかったものを除去することにより、実施例の凝結遅延剤を得た。
【００２６】
処理前の凝結遅延成分の粒子と、処理後の実施例の凝結遅延剤とを走査型電子顕微鏡により撮影した写真をそれぞれ図１、２に示す。図２によれば、表面処理を行うことにより、ワックス表面にグルコン酸ナトリウムが埋め込まれ、本発明に係る凝結遅延剤が形成されていることがわかる。
【００２７】
（試験１：グルコン酸ナトリウム含有量の定量）
前記実施例の凝結遅延剤を８０℃以上の蒸留水中で加熱し、ワックスをすべて溶かした後、含まれているグルコン酸ナトリウムを蒸留水に溶解させ、この溶液中のグルコン酸ナトリウム量を紫外線分光分析装置を用いて定量した。その結果、含まれるグルコン酸ナトリウムは、サンプルの３１．４重量％であった。
【００２８】
（試験２：グルコン酸ナトリウムの溶出速度の測定）
得られたサンプルを２０℃の蒸留水に入れ、攪拌しながら投入後の所定時間経過後に蒸留水を採取し、蒸留水中のグルコン酸ナトリウム量を紫外線分光分析装置を用いて定量し、グルコン酸ナトリウムの溶出速度を測定した。その結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１によれば、ワックスに埋め込まれることによって凝結遅延成分の表面の一部が覆われているため、通常であれば直ちに水に溶解するグルコン酸ナトリウムが、およそ３０分以上に亘って徐々に徐放されていることがわかる。
【００３１】
（試験３：セメントの水和発熱速度の測定）
普通ポルトランドセメント（住友大阪セメント社製）１００重量部に、得られた凝結遅延剤をグルコン酸ナトリウム相当量で０．１０、０．１５、０．２０重量部添加し、水／セメント比を０．５とすることにより、実施例のセメントペーストを調製した。その後、コンダクションカロリーメーターを用いて測定温度２０℃における前記実施例のセメントペーストの水和発熱速度を測定した。結果を図３に示す。
【００３２】
（比較例）
普通ポルトランドセメント（住友大阪セメント社製）１００重量部に従来の凝結遅延剤としてグルコン酸ナトリウムを０．１０、０．２０重量部添加し、水／セメント比を０．５として比較例のセメントペーストを調製した。その後、上記と同様にして水和発熱速度を測定した。結果を図４に示す。
【００３３】
図４に示したように、比較例においては、グルコン酸ナトリウムの添加量を増やすことにより、発熱速度のピークが遅延されているものの、そのピーク値の高さはあまり変化していないことがわかる。
一方、図３に示したように、実施例の凝結遅延剤によれば、グルコン酸ナトリウムの徐放性が作用することによって、セメントの水和反応が緩やかに遅延されていることが明らかである。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る凝結遅延剤によれば、温度によって影響を受けにくく、且つ徐放的に遅延作用を発現させることが可能となる。従って、暑中コンクリートやマスコンクリートに該凝結遅延剤を使用すれば、周囲の温度に影響されることなくセメントの凝結遅延作用を奏することができ、温度ひび割れを効果的に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】被覆処理する前の凝結遅延成分の粒子を示した走査型電子顕微鏡写真。
【図２】被覆処理後の凝結遅延剤の一実施例を示した走査型電子顕微鏡写真。
【図３】本発明に係る凝結遅延剤を使用したセメントペーストの水和発熱速度の測定結果を示したグラフ。
【図４】通常の凝結遅延剤を使用したセメントペーストの水和発熱速度の測定結果を示したグラフ。

Claims (3)

1. セメントに添加する凝結遅延剤であり、凝結遅延成分の粒子と水に不溶な付着体の粒子とを衝突させて凝結遅延成分の粒子を水に不溶な付着体の粒子中に一部埋没させてなり、凝結遅延成分の表面の一部が水に不溶な付着体で覆われていることを特徴とする凝結遅延剤。
2. 前記付着体が、融点が６０℃以上のワックスである請求項１記載の凝結遅延剤。
3. 請求項１又は２記載の凝結遅延剤をセメントに添加し、セメントの凝結を調整することを特徴とするセメント凝結調整方法。

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