JP4509272B2

JP4509272B2 - セメント混和材及びそれを用いたコンクリートの製造方法

Info

Publication number: JP4509272B2
Application number: JP35409799A
Authority: JP
Inventors: 秀弘田中; 修石黒; 俊之玉木
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2019-12-14
Also published as: JP2001172067A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木、建築分野で使用されるセメント混和材及びそれを用いたコンクリートの製造方法に関する。本発明でいうコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、コンクリートを総称するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリートは、流動性に富み輸送が容易であることから、多量打設が可能である。しかしながら、施工は流し込んで打設することが多く、型枠の隙間から流れ出たり、地下の空隙等に水が存在する場所では、材料分離して安定した品質のコンクリートが出来なかった。また、壁や天井面、地山、トンネルの背面の空隙等に施工する場合、ダレたり、剥離してしまい施工が困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
水が存在する場合の材料分離を防止する方法として、水中不分離混和剤が土木学会基準として定められている。また、無機塩とカルシウムアルミネート、増粘剤、減水剤からなるセメント混和材が知られている（特開平５−９０４９号公報）。しかしながら、これらの方法では粘性が強くて作業性が悪くなったり、凝結時間が長すぎてダレや剥離を完全に防止することが出来なかった。
【０００４】
本発明者は、前記課題を解決すべく種々検討を重ねた結果、特定の変性ポリビニルアルコールと特定のアルカリ金属塩を用いることによって、前記課題が解決されることを知見して本発明を完成するに至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、アルキル基と酸アミド基を有する変性ポリビニルアルコールと、アルミン酸塩とを含有してなるセメント混和材を使用する際に、セメント混和材の成分である変性ポリビニルアルコールとアルミン酸塩を別々に圧送し、先端で合流混合することを特徴とするコンクリートの製造方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００７】
本発明の変性ポリビニルアルコールとは、通常のポリビニルアルコールをアルキル基と酸アミド基で変性したポリビニルアルコール（以下、変性ＰＶＡという）である。
【０００８】
本発明のアルキル基の炭素数は、特に限定されるものではないが、５〜３０が好ましく、８〜２６がより好ましく、１０〜２０が更に好ましい。炭素数が少なくなると水溶液の粘性が低下し材料分離抵抗性が悪くなる場合があり、逆に炭素数が多くなると流動性が大きくなりすぎ作業性が悪くなる場合がある。
【０００９】
本発明のアルキル基の構造は、特に限定されるものではないが、直鎖構造、分岐構造、環状構造、ベンゼン環構造の内、一種又は二種以上の構造が使用される。また、アルキル基は変性ＰＶＡの主鎖や側鎖とどちらに結合してもよいが、側鎖に結合しているほうが好ましい。
【００１０】
アルキル基を側鎖に結合した変性ＰＶＡは、オレイルビニルエーテル、ラウリルビニルエーテル等のアルキルビニルエーテルや、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、フェニル（メタ）アクリレート等の脂肪酸ビニルエステルや、Ｎ−ペンチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジプロピル（メタ）アクリルアミド等のアクリルアミドのアルキルＮ−置換誘導体を共重合することにより得ることができる。中でも、アルキルビニルエーテルを共重合して得られるアルキル基が好ましい。
【００１１】
アルキル基の変性ＰＶＡ中の割合は、特に限定されるものではないが、変性ＰＶＡ１００重量部中、０．１〜１５重量部が好ましく、０．５〜１０重量部がより好ましい。アルキル基の量が多すぎたり少なすぎたりすると、コンクリートのダレや分離の防止効果が低下する場合がある。
【００１２】
本発明の酸アミド基とは、(メタ)アクリルアミド、Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ―ジメチル(メタ)アクリルアミド、Ｎ−メチル−Ｎ−エチル(メタ)アクリルアミド及びＮ−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド等を共重合することにより得られる酸アミド基である。
【００１３】
酸アミド基の変性ＰＶＡ中の割合は、特に限定されるものではないが、変性ＰＶＡ１００重量部中、1〜６２重量部が好ましく、３〜６０重量部がより好ましく、５〜５０重量部が更に好ましい。酸アミド基の量が少なくなると水溶性が低下し水に溶け難くなる場合があり、多く添加してもその効果は変わらない。
【００１４】
また、ＰＶＡの側鎖である水酸基は、主鎖に直接結合したものであり、脂肪酸ビニルエステル共重合物の加水分解により得られる水酸基が好ましい。
【００１５】
この他に、炭素数４以下の短鎖のアルキル基、カルボン酸基、ポリオキシアルキレン基等が変性ＰＶＡ１００重量部中、２０重量部以下の割合で存在すると粘性の点で好ましい。
【００１６】
本発明のアルキル基と酸アミド基を有する変性ＰＶＡの製造は、水中、アルコール溶媒中、水とアルコールの混合溶媒中で、ラジカル重合開始剤存在下で重合させ、必要に応じてアルカリ触媒で加水分解して得られる。
【００１７】
変性ＰＶＡの数平均分子量は、特に限定されるものではないが、ＧＰＣ測定でポリエチレン換算の数平均分子量で８０００〜５０００００の範囲が好ましく、より好ましくは４００００〜４０００００であり、更に好ましくは６００００〜３０００００である。数平均分子量が小さいと材料分離防止効果が少なくなる場合があり、逆にあまり数平均分子量が大きくなりすぎると、粘性が強すぎてポンプ圧送性が悪くなる場合がある。
【００１８】
本発明の変性ＰＶＡの使用量は、特に限定されるものではないが、通常、セメント１００重量部に対して、０．５〜５重量部が好ましく、より好ましくは１〜３重量部である。０．５重量部未満では添加効果が少なくなる場合があり、５重量部を超えると粘性が強くなり作業性が悪くなる場合がある。
【００１９】
本発明のアルミン酸塩として、アルミン酸ナトリウムやアルミン酸カリウム等が挙げられる。Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃又はＫ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃のモル比は、通常、急結性の点から０．８〜２．６であり、好ましくは１．５〜２．０である。
【００２０】
アルミン酸塩の使用量は、セメント１００重量部に対して固形分で０．５〜５重量部が好ましい。より好ましくは１〜３重量部である。０．５重量部未満では強度発現性が悪くなる場合があり、５重量部を超えて使用しても急結性が向上せず、その後の長期強度発現が遅れる場合がある。
【００２１】
アルミン酸塩は、均一に混合できる面や輸送し易さから、水と混合した懸濁液や水溶液にして用いることが好ましい。混合する水の量は、特に限定されるものではないが、通常、アルミン酸塩１００重量部に対して、１００〜２００重量部が好ましい。１００重量部未満では液の粘性が強くなり、圧送が困難になる場合があり、２００重量部を超えるとコンクリートの流動性が大きくなりすぎる場合がある。
【００２２】
本発明で使用するセメントは、特に限定されるものではなく、通常のセメントが使用可能である。具体的には普通、早強、中庸熱及び超早強等の各種ポルトランドセメントや、これらにシリカ又はスラグ、フライアッシュ等を混合した各種混合セメントの使用が可能である。
【００２３】
セメントと混合する水は、特に限定されるものではなく、通常、清水が用いられる。その使用量も特に限定されるものではないが、通常、セメント１００重量部に対して、３０〜１００重量部が好ましい。３０重量部未満では流動性が悪くなる場合があり、１００重量部を超えると強度発現が遅れる場合がある。
【００２４】
また、本発明のセメント混和材に、セメント、水、骨材の他、一般に使用されている減水剤、防水剤、収縮低減剤等の各種セメント混和剤や、膨張材、急硬材、高強度材等のセメント混和材を併用することが可能である。
【００２５】
以上、本発明の変性ＰＶＡとアルミン酸塩を含有してなるセメント混和材を使用したコンクリートは、型枠の隙間やひび割れ等の隙間から流れ出したり、材料分離やダレ、剥離を生じることはないが、本発明のセメント混和材は、水と混練りすると同時に増粘するため、練混ぜを短時間で行う必要があり、例えば、混練り時間の短い連続練りミキサポンプを用いることが好ましい。しかしながら、圧送距離が長くなるとコンクリートの粘性が強いため、施工性が損なわれ、充填不良の原因となるので、コンクリートを製造するに当たり、変性ＰＶＡとアルミン酸塩を別々に圧送し、先端で合流混合することが好ましい。例えば、変性ＰＶＡをセメントに含有させて圧送すると共に、アルミン酸塩を別に圧送し、先端で合流混合することが好ましい。
【００２６】
合流混合の方法としては、Ｙ字管等の混合管を使用する方法、二重管を使用する方法、及び液をシャワー状に合流混合させるインレットピースを使用する方法等がある。また、合流混合後の管中にスパイラル状のミキサをセットした静止型混合器で、更に混合する方法もある。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００２８】
実施例１
攪拌機、温度計、連続滴下ポンプ及びコンデンサーを取り付けたセパラブルフラスコ内に酢酸ビニル２５００重量部、ラウリルビニルエーテル８７重量部を仕込み、系内を窒素で置換した。槽内を攪拌しながら２，２−アゾビスイソブチロニトリルを０．２５重量部添加し、温度を６５℃まで上昇させ重合を開始した。更に、アクリルアミド１３８重量部をメタノール２５７重量部に溶解したものを、６時間の間に連続滴下しながら重合した。系内の固形分が４０重量部になったときに重合を停止した。フラスコ内にメタノール蒸気を吹き込み未反応の酢酸ビニルモノマーを追い出し、共重合体を含むメタノール溶液を得た。このメタノール溶液２重量部を３５℃にし、攪拌しながら水酸化ナトリウム１０重量部を含むメタノール溶液を２７重量部添加した。２０分後に粒子状の変性ＰＶＡを得た。更にケン化反応を進めるため、水酸化ナトリウム１０重量部を含むメタノール溶液１３４重量部を添加混合後、１時間静置した。この変性ＰＶＡをメタノールで洗浄した後、加熱乾燥して変性ＰＶＡ粉末を得た。
【００２９】
得られた変性ＰＶＡを分析した結果、アルキル基の炭素数１２、酸アミド基量３０．０重量部、アルキル基量３．３重量部、水酸基量２８．８重量部、酢酸基量０．７重量部、数平均分子量が１５００００であった。
【００３０】
一方、水酸化カリウムと水酸化アルミニウムを使用し、Ｋ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃のモル比が１．８のアルミン酸カリウムを水溶液１００重量部中、固形分で５０重量部含むアルミン酸塩を製造した。
【００３１】
得られたセメント混和材について、セメント１００重量部に対して、水７０重量部を加えて作製したセメントペーストにより性能を評価した。表１に示す様々な割合で変性ＰＶＡをセメントに混合して、先端に設けたＹ字管の主管側にポンプ圧送すると共に、アルミン酸塩の水溶液を別経路でポンプ圧送し、先端に設けたＹ字管の一方に添加した。その後、連続ミキサ（ノリタケカンパニーリミテド社製スタテックミキサ）で混合しながら作製したセメントペーストを、高さ３０ｃｍ、幅３０ｃｍ、厚さ５ｃｍのコンクリートブロックを用いて、ブロックの間隔がそれぞれ５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ幅になる様に設置した型枠（上面と底面は開放状態とし、両サイドはアクリル板でシールした）に上面から注入して充填した。硬化後、型枠を脱型してセメントペーストの充填状態を観察した。なお、比較のため、セメント混和材を使用しないで同様の実験を行った。その結果を表１に示す。
【００３２】
〈使用材料〉
セメント：市販高炉セメントＢ種
水：水道水
【００３３】
【表１】

【００３４】
表１から、本発明のセメント混和材を使用しない比較例のセメントペーストは、コンクリートブロックの間隔幅が５ｍｍで型枠の底面から全量流失しているが、本発明のセメント混和材を使用したセメントペーストは、間隔幅２０ｍｍでも型枠から流出が無く、ダレや剥離が無い良好な充填性を示していることが判る。
【００３５】
実施例２
酢酸ビニル２１７５重量部に対して、アルキル基を含有するモノマーとしてラウリルビニルエーテル６３重量部、溶媒としてメタノール１０２重量部、２，２−アゾビスイソブチロニトリル０．４０重量部で重合を開始した。酸アミドを含有するモノマーとしてアクリルアミドを１２０重量部、溶媒としてメタノール２２３重量部を用いた他は、実施例１と同様に変性ＰＶＡを製造した。得られた変性ＰＶＡの性能を次の様に評価した。
【００３６】
Ｇｍａｘ＝１３ｍｍ、Ｗ／Ｃ＝５８％、ｓ／ａ＝４０、単位セメント量＝３８０Ｋｇ／ｍ³、メラミン系減水剤７Ｋｇ／ｍ³のコンクリート配合において、得られた変性ＰＶＡをセメント１００重量部に対して、２重量部添加したコンクリートを先端に設けたＹ字管の主管にポンプ圧送すると共に、Ｋ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃のモル比が１．８のアルミン酸カリウム５０％水溶液をセメント１００重量部に対して、固形分で２重量部になるように別経路でポンプ圧送し、先端に設けたＹ字管の一方に供給してコンクリートを製造しながら、水中に浸漬してある直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの型枠に充填した。
【００３７】
出来上がったコンクリートの品質を評価するため、２８日後の圧縮強度を測定したところ、２４Ｎ／ｍｍ²発現しており、何ら材料分離することなく安定した品質であることが判った。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材及びそれを用いたコンクリートの製造方法により、型枠の隙間やひび割れ等の隙間から流れ出すこと無く、ダレや剥離が無く良好な充填性と材料分離の無い安定した品質のコンクリートが得られる。

Claims

アルキル基と酸アミド基を有する変性ポリビニルアルコールと、アルミン酸塩とを含有してなるセメント混和材を使用する際に、セメント混和材の成分である変性ポリビニルアルコールとアルミン酸塩を別々に圧送し、先端で合流混合することを特徴とするコンクリートの製造方法。