JP4664711B2 - セメント系材料の被覆養生剤及び当該被膜養生剤の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、セメント系材料の被覆養生剤及び当該被膜養生剤の施工方法に関し、特に、土木建築分野におけるセメント系材料の施工に際し、打設後から硬化するまでの間に生ずる水分蒸発を抑制するとともに水分補給が可能であり、乾燥によるセメント系材料の表面層の強度低下を防止するための被膜養生剤及び当該被覆養生剤の施工方法に関する。

セメント系材料は、打設後から硬化するまでの間に水分が蒸発すると、セメント系材料表面にひび割れが生じ、また硬化後の強度が低下する。
特に気温が高い時や、湿度の低い時等においては、水分の蒸発が早いためひび割れが生じやすい。
また、道路舗装等の工期を短縮する場合や、二次製品工場での型枠の回転を早くする場合には、硬化初期の水分蒸発量を抑制することで、強度発現性が良く、強度も高くなり、その目的を達成することができる。

このため、従来から、モルタルやコンクリート等のセメント系材料打設後から硬化するまでの間に、一般に、散水養生、シート養生、被膜養生等の養生が行われており、これらの養生方法により、打設後のセメント系材料表面からの水分蒸発を防止することが図られている。

しかし、散水養生は、気温の高い時期には水分の蒸発速度が速いために散水の回数が増え、煩雑な作業となる問題点があり、また、広い面積での養生の場合、例えば空港や高速道路等の場合には、散水作業を行うことは大変なことであり、水分の蒸発にあわせて散水を均一に施工することは不可能である。
シート養生については、長期に養生する際には、シートを現場にそのまま放置することが必要であり、また、施工面積が増大するにつれて使用するシートも増加し、作業が面倒で管理に手間がかかり、硬化後はシートの撤去が必要であるため、作業が煩雑で、広い面積範囲の養生には適さない。
更に、当該シート養生においても、気温が高い時等には、セメント系材料の表面の乾燥状態によって、散水する必要があり、シートが風で飛ばされる等のトラブルも発生する。

また、被膜養生に用いる被膜養生剤としては、二液硬化型のエポキシ系のものやパラフィン系のものや、水性のエマルジョン系のものが種々知られているが、水分の蒸発を抑止しひび割れを防止することはできても、表面強度の改善に対しては、十分に満足する性能を期待できるものはなく、また水分をセメント系材料に補給することは困難であった。

被膜養生剤として、特開平５−２０８８７９号公報には、末端がエポキシ基であって分子中にビスフェノール骨格を含むエポキシ樹脂のエマルジョンと、水に分散可能なポリアミン、またはポリアミノアミドを混合して得られるコンクリート膜養生剤が開示されている。
かかる養生剤は、モルタルやコンクリートの施工直後から養生を行うことができるとされており、水分の蒸発抑制効果がある程度得られるものであるが、水分の補給をすることができないため、表層部においてセメントの水和に必要な水分が不足し、セメントの水和反応が十分に進行しないため、強度発現が低くなり、脆弱層が形成されてしまう。

特開２００４−２４４２５５号公報には、セルロース類を含有する水溶液からなるモルタル・コンクリート用塗膜養生剤で、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル類及びアクリル共重合体から選ばれる１種以上を含有する被膜養生剤が提案されている。
しかし、セルロースを用いており、当該セルロースは保水性能があり水分蒸発を抑制できる一方、セメントに対して硬化遅延作用を引き起こす場合があり、強度の早期発現が困難となる場合がある。

また、セメント系材料が水和硬化した後に、その表面層を強化する方法としては、セメント系材料の表面層を化学的に改質することで強化する方法が提案されている。
このような表面改質剤としては、珪酸ソーダや珪酸リチウムのような珪酸アルカリ金属水溶液のものが多く使用されており、例えば、特開昭６０−１０８３８４号公報には、珪酸アルカリ水溶液にポリマーエマルションを添加した処理液を、すでに硬化したセメント系材料の表面から含浸させ、これを乾燥させることで表面層を改質して強化する方法が提案されている。
しかし、上記特開昭６０−１０８３８４号公報記載の方法は、セメント系材料が水硬反応によって硬化した後に使用するものであり、また硬化後に使用した場合の表面強度発現効果も低い。
特開平５−２０８８７９号公報 特開２００４−２４４２５５号公報 特開昭６０−１０８３８４号公報

本発明の目的は、上記問題点を解決し、セメント系材料の施工に関し、セメント系材料の打設後から硬化するまでの間に生じる、水分蒸発による表面層の強度低下を防止し、強度発現性が早く耐久性の高い構造物を得ることができるセメント系材料の被覆養生剤を提供することである。
また本発明の他の目的は、取り扱いが容易で、上記被覆養生剤の特性を有効に発現させることができ、高強度で耐久性の高い構造物を得ることができる簡便な施工方法を提供することである。

本発明は、ポリマーエマルションにリチウム塩を混入した処理液を、硬化前のフレッシュな状態のセメント系材料に塗布する被覆養生剤として用いることにより、上記課題を達成したものである。
すなわち、本発明のセメント系材料の被膜養生剤は、セメント系材料の打設から凝結が始まるまでの間に、セメント系材料の表面に塗布又は散布する被覆養生剤であって、ポリマーエマルション及びリチウム塩及びセメント水和用硬化促進剤を含む（但し、顔料は含まない）ことを特徴とするものである。

好適には、上記本発明のセメント系材料の被覆養生剤は、ポリマーエマルションをポリマー固形分として５〜５０質量％含有し、リチウム塩を１〜３０質量％含有することを特徴とする。
更に好適には、上記本発明のセメント系材料の被覆養生剤は、硬化促進剤を０．１〜２．０質量％含有することを特徴とする。

本発明の被膜養生剤の施工方法は、上記本発明のセメント系材料の被覆養生剤をセメント系材料表面に塗布又は散布することを特徴とし、好適には、１００〜３００ｇ／ｍ^２の量で塗布または散布する。

本発明の被覆養生剤は、硬化前のフレッシュな状態のセメント系材料の塗布等することにより、水分の蒸発を抑止し、初期に表面層においてセメントの水和に必要な水分が不足して、セメントの水和反応が十分に進行しないために、強度発現が低くなることを防止し、表面層を強化させることができる。
さらに、硬化促進剤を配合することにより、より水分抑止効果を高めて表面層を強化させることを可能とする。
また本発明の被覆養生剤の施工方法は、取り扱いが容易であり、簡便に施工でき、硬化前のフレッシュな状態のセメント系材料の塗布等することで、上記本発明の被覆養生剤の効果を一層有効に発現させることができる。

本発明を好適な態様によって説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明のセメント系材料の被覆養生剤は、ポリマーエマルション及びリチウム塩及びセメント水和用硬化促進剤を含む（但し、顔料は含まない）養生剤であり、セメント系材料の打設から凝結が始まるまでの間に、セメント系材料の表面に塗布又は散布する被覆養生剤である。

本発明のセメント系材料の被覆養生剤に用いられるポリマーエマルションは、上記リチウム塩、上記硬化促進剤と安定に混合できるものであれば、特に限定されず任意のポリマーエマルションが使用できる。
当該ポリマーエマルションは、水にポリマーを分散させた状態であるので、被膜養生剤の水分が蒸発し、ポリマー粒子同士が結合しポリマーフィルムを形成するため、セメント系材料表面から水分蒸発を抑制することができる。

当該ポリマーエマルションとしては、例えば、アクリル系樹脂エマルション、酢酸ビニル系樹脂エマルションやポリビニル系樹脂エマルション等の合成樹脂エマルション、合成ゴム水性ラテックス、天然ゴム水性ラテックス等の水性ポリマーエマルションが例示でき、これらを１種以上で用いることができる。

アクリル系樹脂としては、アクリル樹脂、アクリル酸エステル共重合樹脂、メタクリル酸エステル共重合体樹脂、アクリル酸エステル・スチレン共重合体樹脂等が挙げられる。
また、酢酸ビニル系樹脂としては、ポリ酢酸ビニル、酢酸ビニル・エチレン共重合樹脂、変性酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニル・ベオバ共重合樹脂、酢酸ビニル・アクリル酸エステル共重合樹脂等が挙げられる。
また、ポリビニルアルコール系樹脂としては、完全ケン化型、中間ケン化型、部分ケン化型のいずれの型のものも使用できる。

合成ゴムラテックスとしては、ＳＢＲラッテクス、ＮＢＲラテックス、クロロプレンゴムラテックス等が例示でき、天然ゴムラテックスも使用できる。

被覆養生剤中のポリマーエマルションの配合量としては、特に限定されないが、好適には、ポリマー固形分として５〜５０質量％、より好適には１５〜３０質量％含有される様に配合されることが望ましい。
これは被覆養生剤中のポリマー固形分が５０質量％を超えると、ポリマー被膜が厚くなり過ぎ、また５質量％未満となるとポリマー被膜が薄くなり過ぎ、被覆養生剤としての性能が低下する場合があるからである。

また、本発明に用いられるリチウム塩としては、珪酸リチウム、水酸化リチウム、炭酸リチウム、亜硝酸リチウム、硝酸リチウム等の吸湿性のリチウム塩を用いることができ、当該リチウム塩を単独、または複数混合して用いることができる。
これらのリチウム塩は、リチウムイオンが空気中の水分と結合しやすい性質を有しており、この空気中の水分が集まってくることにより、セメント系材料の水分蒸発が抑制され、良好な強度発現性が得られ高強度となる。
また、リチウムイオンは、セメントの水和に対して、凝結遅延作用はなく、逆に硬化促進効果を有する。

被覆養生剤中の当該リチウム塩の配合量としては、特に限定されないが、好適にはリチウム塩を１〜３０質量％、より好適には５〜２５質量％の割合で配合することが好ましく、これは、３０質量％を超えて多量に混入した場合、表面層の強度が低下する場合があり、望ましくないからである。

また、本発明の表面被覆養生剤は、硬化促進剤を配合する。
かかる硬化促進剤としては、無機塩系硬化促進剤と有機塩系硬化促進剤とのいずれのものも使用でき、これを単独でまたは複数混合して用いることができる。
無機塩系硬化促進剤としては、カルシウム、ナトリウム、カリウム等の硝酸塩、亜硝酸塩、チオ硫酸塩、チオシアン酸塩等が例示できる。
また、有機塩系硬化促進剤としては、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミン類、ギ酸、酢酸、アクリル酸などの有機酸のカルシウム塩等があり、セメントの水和反応を促進する化合物として公知のこれらの化合物を用いることができる。

被覆養生剤中に、更に硬化促進剤を混入することにより、より早期に表面層を強化させることができることとなる。これは、硬化が早くなると水分蒸発の時間が短くなり、水和に必要な水分が蒸発する前に水和反応が起こるからである。
その配合量としては、使用される硬化促進剤の種類に応じて異なり、特に限定されるものではないが、上記被覆養生剤中、好適には０．１〜２．０質量％、より好適には０．５〜１．５質量％の量で混入させることが好ましい。
これは、２．０質量％を超えて多量に混入した場合、逆に遅延作用により表面層の強度を低下させることがあるからである。

本発明のセメント系被覆養生剤は、上記ポリマーエマルションに上記リチウム塩を添加し、必要に応じ水を加えてポリマー固形分含量を調整し、さらに硬化促進剤を添加配合して、均一に混合することにより得られる。
また、本発明の効果に悪影響を及ぼさない限り、乾燥収縮低減剤等の添加剤を添加することもできる。

このようにして得られた被覆養生剤は、セメント系材料表面に塗布または散布することにより施工する。
本発明においては、本発明の被覆養生剤は、セメント系材料がまだ硬化しないフレッシュな状態、すなわちセメント系材料の打設から凝結が始まるまでの間に、塗布または散布する。
このようにセメント系材料が硬化しないうちに、被覆養生剤を塗布または散布することにより、含有されるポリマーの被膜がセメント系材料の表面に均一に形成されるとともに、リチウムイオンの吸湿性能により、空気中の水分が集まる作用を利用することで、水分蒸発抑制と水分補給により、良好な強度発現性が得られ高強度となる。

当該塗布または散布量についても特に限定されないが、少ない塗布または散布量で上記効果を得られればよく、１００〜３００ｇ／ｍ^２、好ましくは１５０〜２５０ｇ／ｍ^２であることが好ましい。
かかる被覆養生剤をセメント系材料に塗布または散布する方法としては、セメント系材料に均一に塗布または散布できるのであれば、手段は限定されず、刷毛やローラー等の通常の塗布手段や、公知のスプレー噴霧及びポンプ吹付け機等による散布等、通常行なわれる方法を任意に選択することにより、施工することができる。

本発明を、次の実施例、比較例及び試験例により説明するが、これらに限定されるものではない。
使用材料
被覆養生剤を調製し、試験するにあたり、以下の材料を使用した。
・ポリマーセメント：ライオンＧＲＬＣ−ＳＰ（住友大阪セメント社製）
・ポリマーエマルション原料：モビニール７０１（アクリル共重合体 固形分４６質量％ クラリアントポリマー社製）
・リチウム塩：リチウムシリケート４５（珪酸リチウム ＳｉＯ_２／Ｌｉ_２Ｏモル比：４．５ 日産化学社製）
・硬化促進剤：ギ酸カルシウム（試薬：キシダ化学社製）

実施例１・参考例１
表１に示すような配合割合で、上記ポリマーエマルション原料（モビニール７０１）に水を添加してポリマーの固形分が、得られるセメント系被覆材料中２０質量％となるように調整し、上記リチウム塩（珪酸リチウム）及び上記硬化促進剤を更に添加し、各材料を均一に混合して、各セメント系被覆養生剤を調製した。
一方、上記ポリマーセメント２５ｋｇに標準配合の水量を加え、３０℃、２５％ＲＨの室内で均一に混練し、得られたモルタルを、２０×１５×３ｃｍの簡易型枠を用いて打設した。
前記モルタル打設１時間後、まだ硬化していないモルタル供試体表面に、表１に示す配合の実施例１、参考例１で得られた当該各被覆養生剤を刷毛により２００ｇ／ｍ^２の量で均一に塗布した。

比較例１
参考例１で用いたと同様の打設モルタルに、被覆養生剤を何も塗布しないものを比較例１とした。
比較例２
表１の配合割合で被覆養生剤を調製して用いた以外は、参考例１と同様にして、モルタル供試体表面に各被覆養生剤を塗布した。
比較例３
参考例１と同様にしてモルタルを打設し、そのまま３０℃、２５％ＲＨの室内での条件下で３日間養生し、参考例１と同様の被覆養生剤をモルタル打設３日後に塗布した以外は、参考例１と同様に行って、被覆養生剤をモルタル硬化後に塗布したものを比較例３とした。

試験例１
（モルタルの水分蒸発率の試験方法）
実施例１、参考例１及び比較例１〜２で得られた、各表面被覆養生剤を塗布した各モルタルについて、３０℃、２５％ＲＨの室内で０時間、１時間後、３時間後、６時間後、２４時間後、４８時間放置した後のモルタル供試体の質量を測定した。
塗布後０時間の際のモルタルの質量と、各時間におけるモルタルの質量とを比較して、その質量減少を水分減少とし、その結果を表２に水分減少率（％）として示す。

試験例２
（モルタルの表面強度）
実施例１、参考例１及び比較例１〜２で得られた各表面被覆養生剤を塗布した各モルタルを、そのまま３０℃、２５％ＲＨの室内での条件下で養生し、材齢１日後、３日後、７日後まで養生したのち、各モルタルについて、当該試験実施の３時間前に４×４ｃｍの鉄製アタッチメントをモルタル表面にエポキシ接着剤（クイックメンダー，コニシ株式会社製）で付着させ、建研式接着力試験機（ＬＰＴ−３０００，オックスジャッキ株式会社製）を用いて付着強度試験を行い、得られた付着強度試験の測定値を表面引張強度とした。
但し、比較例３で得られた表面被覆養生剤を塗布したモルタルは、材齢７日後（塗布から４日後）の表面強度のみを測定した以外は、実施例１と同様にして付着強度試験を行った。
その結果を表３に示す。

上記実施例、参考例及び比較例に基づく試験例の結果から、ポリマーエマルションと珪酸リチウムを主成分とする表面被覆養生剤を、硬化前のフレッシュな状態のセメント系材料に塗布することにより、水分蒸発抑止効果を高め、初期に表面層を強化させることが可能となることがわかる。
また、更に、ポリマーエマルションと珪酸リチウムを主成分とする表面被覆養生剤とすることにより、より水分抑止効果を高め表面層を強化させることができる。

本発明のセメント系材料の被覆養生剤は、セメント、モルタル、コンクリート等を養生する際に使用でき、特に夏場等の気温が高いときでも水分の蒸発を有効に抑制できるため、好適に適用することができる。
また、その施工方法は簡便であるため、施工面積にかかわらず適用でき、また天井等の施工にも有効に適用できる。
従って、本発明の養生剤及び養生方法は、コンクリート舗装のみならず、コンクリート構造物や二次製品等の任意のセメント系構造体に適用することができる。

Claims (5)

1. セメント系材料が硬化する前に塗布又は散布する被覆養生剤であって、ポリマーエマルション及びリチウム塩及びセメント水和用硬化促進剤を含む（但し、顔料は含まない）ことを特徴とする、セメント系材料の被膜養生剤。
2. 請求項１記載のセメント系材料の被覆養生剤は、ポリマーエマルションをポリマー固形分として５〜５０質量％含有し、リチウム塩を１〜３０質量％含有することを特徴とする、セメント系材料の被膜養生剤。
3. 請求項２記載のセメント系材料の被覆養生剤は、硬化促進剤を０．１〜２．０質量％含有することを特徴とする、セメント系材料の被膜養生剤。
4. 請求項１〜３記載のセメント系材料の被膜養生剤を、セメント系材料表面に塗布又は散布することを特徴とする、被膜養生剤の施工方法。
5. 請求項４記載の被覆養生剤の施工方法において、セメント系材料の被覆養生剤を１００〜３００ｇ／ｍ^２量で塗布または散布することを特徴とする、被覆養生剤の施工方法。