JP4495828B2

JP4495828B2 - 水硬性組成物用混和剤及び水硬性組成物

Info

Publication number: JP4495828B2
Application number: JP2000111845A
Authority: JP
Inventors: 博中西; 彰一小川; 茂美松尾; 知巳杉山; 光男木之下; 豊司三浦
Original assignee: Takemoto Oil and Fat Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Takemoto Oil and Fat Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2020-04-13
Also published as: JP2001294466A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水硬性組成物に使用する混和剤及びこの混和剤が添加された水硬性組成物に関するもので、詳しくはセメントペースト、モルタル、コンクリート等の水硬性組成物に添加して優れた収縮低減効果を有し、水硬性組成物中に安定した空気を連行し耐凍害性に優れた硬化体とすることができる混和剤及びこの混和剤が添加された水硬性組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セメントを用いた水硬性組成物は、硬化あるいは乾燥により、体積が減少する。中でも乾燥による体積減少は、「乾燥収縮」と呼ばれ、コンクリート構造物など水硬性組成物の主たるひび割れ原因となっている。ひび割れは、美観を損なうだけでなく、構造物の耐久性を著しく損なうものである。
従来、乾燥収縮を軽減する手段として、膨張材を用いて収縮を補償する方法、減水剤等を用いて単位水量を低減する方法、乾燥収縮低減剤を用いる方法などが行なわれており、一般的には、減水剤等と乾燥収縮低減剤とを併用する方法が行なわれている。
【０００３】
しかしながら、乾燥収縮低減剤は粗大空気を連行し、また粗大空気はコンクリートから抜けやすいために、空気量が経時的に大きく変動し、その結果空気量の調整が難しいという欠点を有している。また、安定した微細な空気が入りにくいために凍結融解抵抗性が低くなるといった問題がある。
【０００４】
乾燥収縮低減剤を用いない通常配合のコンクリートにおいても、配合される細骨材の産地や添加する混和材の種類によっては、コンクリート中に耐凍害性を発揮すると考えられる４．５ｖｏｌ％の空気量を連行させても凍結融解抵抗性が低い場合がある。
【０００５】
この場合、消泡剤とＡＥ剤を併用することで凍結融解抵抗性を高める方法を採ることができる。
【０００６】
しかしながら乾燥収縮低減剤を用いたコンクリートでは、従来の消泡剤とＡＥ剤とを併用しても微細な空気泡の安定連行が難しく、凍結融解抵抗性の改善が十分ではなかった。また、この方法では、消泡剤、ＡＥ剤などコンクリート製造バッチ毎に各材料をそれぞれ計量する必要があり、作業性に欠ける。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、収縮低減効果に優れ、汎用されているＡＥ剤添加により安定した空気量の連行が可能となり、優れた凍結融解抵抗性を付与でき、かつ作業性も良好な水硬性組成物用混和剤を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
斯かる実状に鑑み、本発明者は鋭意研究を行なった結果、特定の構造を有する収縮低減剤と消泡剤とを組合せれば、これらの相溶性が良好であって、収縮低減効果に優れ、かつ水硬性組成物に空気を安定に導入することを可能とし、この混和剤の単独使用で空気量が不足する場合には、ＡＥ剤とを組合せて使用しても容易に安定した空気を水硬性組成物に連行でき、水硬性組成物の凍結融解抵抗性を改善できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、次の成分（Ａ）及び（Ｂ）：
（Ａ）一般式（Ａ−１）で表わされる化合物及び一般式（Ａ−２）で表わされる化合物
【００１０】
【化３】

【００１１】
〔式中、Ｒ¹は炭素数１〜１０のアルキル、シクロアルキル、アルキルフェニル、シクロアルキルアルキル又はアルケニル基を示し、Ｒ²は水素原子又は炭素数１〜１０のアルキル基を示し、Ａは炭素数２〜５のアルキレン基を示し、ｎは１〜２０の数を示し、Ｒ³は同一又は異なって水素原子又は炭素数１〜１０のアルキル基を示し、Ｂは同一又は異なって炭素数２〜５のアルキレン基を示し、ｍは同一又は異なって１〜２０の数を示す。〕
から選ばれる収縮低減剤。
（Ｂ）一般式（Ｂ−１）で表わされる化合物及び一般式（Ｂ−２）で表わされる化合物
【００１２】
【化４】

【００１３】
〔式中、ＸＯはエチレンオキシ（ＥＯ）及びプロピレンオキシ（ＰＯ）がＥＯ：ＰＯ＝９０：１０〜０：１００のモル比であるアルキレンオキシ基を示し、ｐは２０〜２００の数を示し、Ｒ⁴〜Ｒ⁹は同一又は異なって水素原子又は炭素数１〜１０のアルキル基を示し、Ｙ及びＺは同一又は異なって炭素数２〜５のアルキレン基を示し、ｑ及びｒはそれぞれ０〜２０の数を示す。〕
から選ばれる消泡剤、
を含有する水硬性組成物用混和剤を提供するものである。
また、本発明は、無機系水硬性物質１００重量部に対して、上記の混和剤０．１〜２０重量部及びＡＥ剤を含有する水硬性組成物を提供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる収縮低減剤（Ａ−１）のＲ¹で示される炭素数１〜１０のアルキル基としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基が挙げられ、シクロアルキル基としては、炭素数３〜１０のもの、例えばシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基が挙げられ、アルキルフェニル基としては、炭素数７〜１０のもの、例えばメチルフェニル基、エチルフェニル基等が挙げられる。シクロアルキルアルキル基としては、炭素数７〜１０のもの、例えば、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基が挙げられる。アルケニル基としては、炭素数２〜１０のもの、例えばビニル基、アリル基、イソプロペニル基、エテニル基、プロペニル基、ブチリル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基が挙げられる。Ｒ¹としてはメチル基、メチルフェニル基が好ましい。Ｒ²で示されるアルキル基としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基が挙げられる。Ｒ²としては、水素原子が好ましい。また式（Ａ−１）中のｎは、１〜２０の数を示すが、１〜１０が好ましい。ｎが１未満では、収縮低減効果が小さいこと、アルコールの揮発性が著しいなど問題があり、使用できない。ｎが２０を超えると、収縮低減効果が小さく、連行空気量が増大するため好ましくない。また、アルキレンオキシ基は、２種以上のアルキレンオキシ基の組み合せでもよく、その付加形態は、特に限定されず、ホモ重合、ランダム重合、ブロック重合又はこれらの組み合せであってもよい。
【００１５】
一般式（Ａ−２）の基-O-(BO)_m-R³は、一般式（Ａ−１）の-O-(AO)_nR²に相当するものであり、Ｂ、ｍ及びＲ³はそれぞれＡ、ｎ及びＲ²で示した基と同じものが挙げられ、同列に論じることができるものである。ただし、化合物（Ａ−２）は、-O-(BO)_m-R³で表わされる基が３つあるが、これらは同一でも異なっていてもよい。
【００１６】
本発明で用いる消泡剤（Ｂ）である一般式（Ｂ−１）で表わされる化合物において、ＸＯはエチレンオキシ（ＥＯ）とプロピレンオキシ（ＰＯ）がモル比でＥＯ：ＰＯ＝９０：１０〜０：１００となったものである。この範囲を超えてＥＯ比を高くすると消泡効果が少なくなり好ましくない。また、式（Ｂ−１）中のＰは、上記アルキレンオキシ基の付加モル数で２０〜２００である。Ｐが２０未満では消泡効果が少なく、２００を超えると水硬性組成物に微細な空気が連行できなくなり好ましくない。好ましいＰの範囲は３５〜１７０である。
【００１７】
もう一つの消泡剤である一般式（Ｂ−２）で表わされるアセチレン系化合物はその構造中に三重結合であるアセチレン基（Ｃ≡Ｃ）をもつことが特徴であり、アセチレンの高い電子密度が乾燥収縮低減剤によって導入される粗大な空気泡に対して優れた破泡効果を発揮するものと考えられる。
【００１８】
一般式（Ｂ−２）中、Ｒ⁴〜Ｒ⁹で示される基のうち炭素数１〜１０のアルキル基としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基が挙げられる。Ｒ⁴〜Ｒ⁷としては、水素原子、メチル基、ブチル基が好ましく、Ｒ⁸及びＲ⁹は水素原子が好ましい。また、Ｙ及びＺで示される炭素数２〜５のアルキレン基としては、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンタメチレン基が挙げられる。ＯＹ及びＺＯは、２種以上アルキレンオキシ基の組み合せであってもよく、その付加形態は特に限定されず、ホモ重合、ランダム重合、ブロック重合又はこれらの組み合せであってもよい。ＯＹ及びＺＯの付加モル数ｑとｒはそれぞれ、０〜２０が好ましい。ｎが２０を超えると、かえって連行空気量が増大するので好ましくない。
【００１９】
本発明の混和剤を構成する収縮低減剤（Ａ）と消泡剤（Ｂ）の混合比率は、収縮低減剤（Ａ）１００重量部に対して、消泡剤（Ｂ）０．０１〜１０重量部とすることが消泡効果及びＡＥ剤による空気量調整の点から好ましく、より好ましくは収縮低減剤（Ａ）１００重量部に対して、消泡剤（Ｂ）０．１〜１重量部である。
【００２０】
本発明の混和剤は、更に（Ｃ）ポリカルボン酸系減水剤を含有してもよい。ポリカルボン酸系減水剤は、一般的に高性能ＡＥ減水剤として使用され、オキシアルキレン基を含有していることが多く、例えば特開昭５８−７４５５２号、特開平１−２２６７５７号、特開平７−１０９１５６号、特開平７−１２６０５３号、特開平８−１２３９６号、特開平９−２７８５０５号に、その成分のみが示されている。また、本発明の乾燥収縮低減剤及び消泡剤にもポリカルボン酸系減水剤と同様にオキシアルキレン基が存在するため、これら化合物は相溶化し易い。
【００２１】
本発明の混和剤を添加する比率は、無機系水硬性物質１００重量部に対して、０．１〜２０重量部とすることが好ましく、０．２〜５重量部とすることがより好ましい。ＡＥ剤は空気量を調整するため任意の量を添加する。混和剤を添加する比率が０．１重量部未満では、収縮低減効果が充分ではなく、また、２０重量部を超えて添加しても、その収縮低減効果が更に改善されることはなく、むしろ、強度低下やコストアップに繋がり好ましくない。従って、ＡＥ剤は無機系水硬性物質１００重量部に対して０．１〜２０重量部添加することが好ましい。
【００２２】
本発明に用いるＡＥ剤は、例えばＪＩＳＡ６２０４に規定されるＡＥ剤が例示され、水硬性組成物に空気を連行できるものであれば特に限定されないが、代表的なものとして、樹脂酸塩、脂肪酸塩、カルボン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩等の硫酸エステル型、アルキルベンゼンスルホン酸塩等のスルホン酸型、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル等のエーテル型、エステルエーテル型、蛋白系、ゼラチン等の高分子樹脂系界面活性剤などがある。中でも特に、一般式（Ｅ）〜（Ｈ）で表わされる松脂などを原料として製造される樹脂酸石鹸、アルキル硫酸エステル及び／又はアルキルリン酸エステルは特に好適で、水硬性組成物に導入される空気は細かくなり、耐凍害性に優れた水硬性組成物とすることができる。
【００２３】
【化５】

【００２４】
〔式中、Ｒ¹⁰は炭素数６〜２２のアルキル基を示し、Ｒ¹¹は炭素数６〜２２のアルキル基を示し、Ｒ¹²は炭素数９〜１５のアルキル基を示し、Ｍはアルカリ金属、アンモニウム又は水溶性アミンを示す〕
【００２５】
本発明が適用される無機系水硬性物質としては、特に限定されず普通、早強、中庸熱、低熱、白色などの各ポルトランドセメント、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造されるエコセメント、これらに鉱物物質微粉末である高炉スラグ、シリカヒューム、石灰石、フライアッシュ、石膏などを添加した混合セメント又はアルミネート鉱物を添加した速硬性セメント等が挙げられる。また、これらセメントを混合して用いてもよい。また、半水石膏、無水石膏などの水硬性石膏をも含む。
【００２６】
本発明の水硬性組成物としては、無機系水硬性物質の他に、水、砂、砕石、その他の骨材、混和剤（材）を含むものすべてが挙げられる。例えば、無機系水硬性物質にポルトランドセメントを用いた場合、セメントと水よりなるセメントペースト、セメントペーストと砂よりなるモルタル、モルタルと砕石など粗骨材よりなるコンクリート、また、これに混和剤（材）が混入されているものすべてが、本発明の水硬性組成物に含まれる。
【００２７】
本発明の混和剤又はこの混和剤を含有する水硬性組成物は、その効果を損なわない範囲で、必要に応じて他の材料と併用しても良い。例えば上記したもの以外の減水剤、高性能ＡＥ減水剤や、発泡剤、流動化剤、凝結遅延剤、促進剤、増粘剤、防錆剤などが挙げられる。
【００２８】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。なお、これらは例示であり本発明を限定するものではない。
【００２９】
実施例Ａ〜Ｈ
混和剤の製造
本発明の混和剤として、収縮低減剤（Ａ）及びこれと相溶性のある消泡剤（Ｂ）を表１に示した比率で混合し、混和剤Ａ〜Ｏを製造した。製造した混和剤は密閉容器に入れ２０℃雰囲気に静置・保存して、溶液の相溶性の程度を目視により観察して貯蔵安定性を試験し、混合から１日目に分離しているものを×、２日後から３０日後の間に分離が認められたものを△、３１日後でも分離が認められないものを○とした。結果を同表に示す。
【００３０】
収縮低減作用を有する化合物（収縮低減剤）
ア：C₄H₉O-(AO)_n-H,(AO)_n：炭素数２及び炭素数３のオキシアルキレンがランダム重合。平均ｎ数：４．５
イ：CH₃O-(AO)_n-H,AO：炭素数２のオキシアルキレン。平均ｎ数：３．５
ウ：CH₃-C₆H₄-O-(AO)_n-H,AO：炭素数３のオキシアルキレン。平均ｎ数：６
エ：CH₃O-(AO)_n-H,AO：炭素数２のオキシアルキレン。平均ｎ数：２
オ：HO-(AO)_n-H,AO：炭素数３のオキシアルキレン。平均ｎ数：７
カ：C₂₀H₄₁O-(AO)_n-H,(AO)_n：炭素数２及び３のオキシアルキレンのブロック重合。平均ｎ数：５０
【００３１】
消泡作用を有する化合物（消泡剤）
サ：HO-(AO)_n-H,AO：炭素数２及び炭素数３のオキシアルキレンで含有モル比が３：７のブロック重合。平均ｎ数：８０
シ：２，４，７，９−テトラメチル−５−デシン−４，７−ジ（ポリオキシエチレン（ｎ＝２））エーテル。
ス：東芝シリコーン社製シリコーン系消泡剤ＴＳＡ７３０
【００３２】
ポリカルボン酸系減水剤
ＳＰ８Ｎ：エヌエスビー社製ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤レオビルドＳＰ８Ｎ
ＨＰ−１１：竹本油脂社製ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤チューポールＨＰ−１１
ＣＰ−３００：太平洋セメント社製ポリカルボン酸系高性能減水剤コアフローＣＰ３００
７８Ｓ：エヌエムビー社製リグニンスルホン酸系ＡＥ減水剤ポゾリス７８Ｓ
【００３３】
【表１】

【００３４】
実施例１〜９
水硬性組成物の製造
表２に示した配合により、目標スランプを８±１cm、目標空気量４．５〜５．０容積％に設計し、練り混ぜ量が８０リットルとなるようにそれぞれの材料を計量し、公称容量１００リットルのパン型強制ミキサにセメント、細骨材、及び粗骨材と、混和剤として表３に示した本発明の混和剤、ＡＥ剤、減水剤を含む水を投入した後、９０秒間練り混ぜを行い水硬性組成物としてコンクリートを製造した。このコンクリートを下記方法により試験した。結果を表４に示す。
【００３５】
コンクリート試験方法は以下の通りとした。
ａ．スランプ試験：ＪＩＳＡ１１０１によった。
ｂ．空気量試験：ＪＩＳＡ１１２８によった。
ｃ．長さ変化試験：ＪＩＳＡ１１３２及びＪＩＳＡ１１２９によった。
ｄ．コンクリートの凍結融解試験方法：ＪＩＳＡ６２０２付属書２によった。
【００３６】
【表２】

【００３７】
セメント；太平洋セメント社製普通ポルトランドセメント
細骨材；大井川水系陸砂
粗骨材；青梅産硬質岩砕石
水には、混和剤、ＡＥ剤及び減水剤を含む。
【００３８】
【表３】

【００３９】
３０３Ａ：エヌエムビー社製アルキルアリルスルホン酸化合物系空気調整剤マイクロエア３０３Ａ
２０２：エヌエムビー社製変性ロジン酸化合物系空気調整剤マイクロエア２０２
７７５Ｓ：エヌエムビー社製変性アルキルカルボン酸系化合物系空気調整剤マイクロエア７７５Ｓ
Ｘ：モノデシルリン酸エステルのナトリウム塩
Ｙ：モノデシル硫酸エステルのナトリウム塩
Ｚ：非イオン空気量調整剤（ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル）
【００４０】
【表４】

【００４１】
表１の結果より、本発明の混和剤は収縮低減剤（Ａ）と消泡剤（Ｂ）、更にポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤との混合でも安定した相溶性を示すことが判る。また表４の結果より、本発明の混和剤を用いたコンクリートは何れも練り混ぜ直後から１５分経過後の空気量の変化が少なく、安定した空気がコンクリートに連行されていたことが判る。乾燥収縮率は、収縮低減剤を用いない比較例１と比較して実施例では何れも乾燥収縮が低減され、更に耐凍害性に優れるものであった。
なお、相溶性の悪い比較例Ｊ．Ｎ及びＯの混和剤は分離しており、収縮低減剤と消泡剤の割合が一定になるよう秤取できないため、コンクリートへ用いた試験は行わなかった。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の混和剤を用いれば、安定した空気が連行され、収縮が低減され、耐凍害性に優れる水硬性組成物を製造することができる。
また、本発明混和剤は、収縮低減剤（Ａ）と消泡剤（Ｂ）、更には、ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤が互いに安定して相溶するため、これらが一剤となり、コンクリート製造バッチ毎に各々の材料を別々に計量する必要がなく利便性が向上する。

Claims

次の成分（Ａ）及び（Ｂ）：
（Ａ）一般式（Ａ−１）で表わされる化合物及び一般式（Ａ−２）で表わされる化合物

〔式中、Ｒ¹は炭素数１〜１０のアルキル、シクロアルキル、アルキルフェニル、シクロアルキルアルキル又はアルケニル基を示し、Ｒ²は水素原子又は炭素数１〜１０のアルキル基を示し、Ａは炭素数２〜５のアルキレン基を示し、ｎは１〜２０の数を示し、Ｒ³は同一又は異なって水素原子又は炭素数１〜１０のアルキル基を示し、Ｂは同一又は異なって炭素数２〜５のアルキレン基を示し、ｍは同一又は異なって１〜２０の数を示す。〕から選ばれる収縮低減剤、
（Ｂ）一般式（Ｂ−１）で表わされる化合物及び一般式（Ｂ−２）で表わされる化合物

〔式中、ＸＯはエチレンオキシ（ＥＯ）及びプロピレンオキシ（ＰＯ）がＥＯ：ＰＯ＝９０：１０〜０：１００のモル比であるアルキレンオキシ基を示し、ｐは３５〜１７０の数を示し、Ｒ⁴〜Ｒ⁹は同一又は異なって水素原子又は炭素数１〜１０のアルキル基を示し、Ｙ及びＺは同一又は異なって炭素数２〜５のアルキレン基を示し、ｑ及びｒはそれぞれ０〜２０の数を示す。〕から選ばれる消泡剤、を含有する水硬性組成物用混和剤であって、収縮低減剤（Ａ）１００重量部に対して、消泡剤（Ｂ）が０．０１〜１０重量部である水硬性組成物用混和剤。
更に、（Ｃ）ポリカルボン酸系減水剤を含有する請求項１記載の混和剤。
無機系水硬性物質１００重量部に対して、請求項１又は２記載の混和剤０．１〜２０重量部及びＡＥ剤を含有する水硬性組成物。
ＡＥ剤が、樹脂酸石鹸、アルキル硫酸エステル及びアルキルリン酸エステルから選ばれる１種又は２種以上である請求項３記載の水硬性組成物。