JP4796730B2 - セメント及びコンクリート構造物上の表面ダストの存在を最少とするための混和物 - Google Patents

Description

【０００１】
（本発明の分野）
本発明は、セメント質混合物を改良するための、そして特に収縮低減添加物により生じたセメント及びコンクリート構造物上のダストを最少とする、あるいは防止するための混和物と方法に関する。
【０００２】
（本発明の背景）
モルタル（セメント、小粒状物質、例えば砂及び水）などの水硬性（例えば、水和性）のセメント質組成物、またはコンクリート（セメント、小粒状物質、大粒状物質、例えば、砂利及び水）は、コンクリート構成物として単独で、あるいはモルタル及びレンガ構成物として他の要素との組み合わせで建築構造構成物を形成する場合に広範に使用される。これらの組成物は、このセメント組成物の乾燥と硬化時に起こる収縮を含めてその耐久性に実質的に影響を及ぼす、ある特性を有する。
【０００３】
慣用の水硬セメント組成物は、鋳込まれた組成物の凝固と乾燥と共に体積減少を示す。体積減少の大きさは通常小さいが、極めて重要である。収縮は、結果として亀裂と他の欠陥を生じ、得られる構造物の使用寿命と耐久性を減少させる。亀裂は空気が構造物の中に侵入する経路を与え、セメントの炭酸化とその中に含まれている金属補強用棒の腐食を促進する。更には、亀裂は水が構造物の中に浸み通る手段を提供する。このような水の侵入は、その寿命のあいだセメント構造物に及ぼされる凍結融解サイクルの圧力によりこの構造を更に崩壊させる。高強度を示し、収縮による崩壊の影響を受けないセメントとセメント質混合物を提供することは極めて望ましい。
【０００４】
セメント組成物（コンクリート混合物など）の乾燥収縮の解決に関して、文献は、種々のオキシアルキレン付加物がこの目的に好適であることを教示している。例えば、米国特許第３，６６３，２５１号は、一般式ＲＯ（ＡＯ）_nＨ（ここで、ＲはＣ₁−Ｃ₇アルキルまたはＣ₅−Ｃ₆シクロアルキル基であってもよく、ＡはＣ₂−Ｃ₃アルキレン基であってもよく、そしてｎは１−１０である）の収縮低減添加物を教示している。収縮低減添加物に関する他の参照文献は引用によりこの明細書に包含される米国特許第５，６０３，７６０号で見出される。
【０００５】
驚くべきことには、本発明者らは、セメント及びコンクリート中で収縮を防止するオキシアルキレン化合物が得られるセメントあるいはコンクリート構造物の表面上にダスト粒子を生成する傾向を有することを見出した。これによって、例えば、その上に被膜または接着剤を塗布して、タイル、木材フローリング、じゅうたん地、または他の表面処理品を取り付けるセルフ−レベリング性コンクリートあるいは基礎などの用途において望ましくない問題が起こり得る。問題は、得られる構造物に被膜または接着剤を付着する能力を損なうダストにより生じる。従って、本発明は表面ダストの生成を防止または最少とする新規な混和物、方法、及びセメント質組成物を提供する。
【０００６】
（本発明の要約）
本発明は、乾燥収縮を防止することができるセメント混和物と実質的にダストのない表面を有するセメント質構造物の形成方法を指向する。このように、本発明の例示の混和物は、少なくとも一つの収縮低減添加物と少なくとも一つの脂肪アルコールを含んでなる。例えば、この混和物は、（ｉ）セメントの乾燥時に収縮を防止するように作用する少なくとも一つのアルキルエーテルオキシアルキレングリコール付加物であって、このグリコール付加物が式Ｒ¹Ｏ（ＡＯ）_nＨ（ここで、Ｒ¹は水素、Ｃ₁−Ｃ₇アルキル基、またはＣ₅−Ｃ₆シクロアルキル基を表し；Ｏは酸素を表し、Ａは１つあるいはそれ以上のＣ₁−Ｃ₄アルキレン付加物を表し（そして、好ましくはＡＯはエチレンオキシド、プロピレンオキシド、またはこれらの混合物を表す）、Ｈは水素を表し、そして「ｎ」は１−１０（更に好ましくは１−５）の整数を表す）により表されるもの；及び（ｉｉ）式Ｒ²ＯＨ（ここで、Ｒ²はＣ₈−Ｃ₂₂の線状あるいは分岐したアルキル基、更に好ましくはＣ₁₄−Ｃ₂₂の線状あるいは分岐したアルキル基を表す）により表わされる少なくとも一つの脂肪アルコールを含むことができる。この混和物を含んでなるセメント質組成物とセメント混合物上の表面ダストを最少とするためのこの混和物の使用を含む方法も開示される。
【０００７】
（例示的態様の詳細な説明）
「セメント」及び「セメント組成物」（「セメント質組成物」と同義である）という用語は、この明細書では、乾燥粉末並びにペースト、モルタル、油井セメント固化用グラウトなどのグラウト、及び水硬セメントバインダーを含んでなるコンクリート組成物を指す。「ペースト」、「モルタル」及び「コンクリート」という用語は当該技術の用語であり；ペーストは水和性バインダー（通常、限定するものではないが、ポルトランドセメント、メーソンリーセメントまたはモルタルセメントであり、また、石膏、石灰石、消石灰、フライアッシュ、高炉スラグ、ポゾラン、及びシリカヒュームまたはこのようなセメントに一般的に入れられている他の材料も含むことができる）と水から構成される混合物であり；モルタルは更に細骨材（例えば、砂）を含むペーストであり、そしてコンクリートは更に粗骨材（例えば、砂利、石）を含むモルタルである。形成される特定のセメント組成物の製造に適用可能であるような、必要量のしかるべき材料、例えば、水和性バインダー（セメントなどの）、水、及び細骨材及び／または粗骨材を混合することにより、本発明で試験されるセメント組成物を形成することができる。
【０００８】
この明細書で使用されるような収縮低減剤という用語は、セメント質組成物の収縮防止に使用される添加物を意味し、指す。好ましい収縮低減剤は、式Ｒ¹Ｏ（ＡＯ）_nＨ（ここで、Ｒ¹は水素、Ｃ₁−Ｃ₇アルキル基、またはＣ₅−Ｃ₆シクロアルキル基を表し；Ｏは酸素を表し、Ａは１つあるいはそれ以上のＣ₁−Ｃ₄アルキレン付加物（そして、好ましくはエチレンオキシド、プロピレンオキシド、またはこれらの混合物）を表し、Ｈは水素を表し、そして「ｎ」は１−１０の整数（そして、更に好ましくは１−５の整数）を表す）により表されるアルキレンエーテルオキシアルキレングリコール付加物を含んでなる。このようなＲ¹基の例は、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、イソペンチル、シクロペンチル、シクロヘキシルなどである。この好ましい付加物はプロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｔ−ブチル、イソペンチルなどのＣ₃−Ｃ₅アルキルのＲ¹基を有する。最も好ましい付加物はブチルあるいはシクロヘキシル基のＲ¹基を有する。上式中の記号Ａは、例えば
【０００９】
【化３】

【００１０】
とこれらの類似の混合物などの少なくとも一つのＣ₂−Ｃ₄アルキレン基を表し；Ｏは酸素原子を表し；ｎは１−１０（更に好ましくは１−５）の整数を表す。これらのエーテル付加物の好ましい化合物は、Ｒ¹がブチル基を表し、Ａがエチレンまたはプロピレンを表し、そしてｎが２または３である化合物である。
【００１１】
最も好ましい付加物は、ジプロピレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテルとトリプロピレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテルである。ジプロピレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテルは構造：
【００１２】
【化４】

【００１３】
を有する。
【００１４】
更なる例示の態様においては、このような組成物はジプロピレングリコールと組み合わせて使用して、収縮低減性を更に増進させることができる。ジプロピレングリコールの式は下記：
【００１５】
【化５】

【００１６】
に示される。更なる例示の収縮低減混和物は、式Ｈ−Ｏ−Ｒ−Ｏ−Ｈ（ここで、ＲはＣ₃からＣ₁₀の基である）を有するアルキレングリコールであり、最も好ましくはヘキシレングリコールである。
【００１７】
本発明での使用に好適であると考えられる例示の収縮低減混和物は、引用によりその全てがこの明細書に包含される米国特許第５，４１３，６３４号（Ｓｈａｗｌら）；第５，５５６，４６０号（Ｂｅｒｋｅら）；第５，６０３，７６０号（Ｂｅｒｋｅら）；第５，６１８，３４４号（Ｋｅｒｋａｒら）；第５，６２６，６６３号（Ｂｅｒｋｅら）；及び第５，９３８，８３５号（Ｓｈａｗｌら）に教示されている。
【００１８】
本発明に好適であると考えられる収縮低減混和物は、Ｇｒａｃｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＰｒｏｄｕｃｔｓからＥＣＬＩＰＳＥ^Rの商品名で市販されている。
【００１９】
本発明で有用な例示の脂肪アルコールは、式
Ｒ²ＯＨ
（ここで、Ｒ²はＣ₈−Ｃ₂₂の線状あるいは分岐したアルキル基を表す）
により表される。このような脂肪アルコールは当業者には一般に知られており、例えば、引用により共にこの明細書に包含される、Ａｂｄｅｌｒａｚｉｇらの米国特許第３，４８６，９１６号とＰＣＴ世界特許出願番号ＷＯ／０４００８に開示されている。炭化水素鎖中に１４から２２個の炭素原子を有する好ましい脂肪アルコールは、すべて室温で固体であるミリスチル（ｍｙｒｉｓｔｉｃ）アルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール（オクタデカノール）、アラキジン（ａｒａｃｈｉｄｉｃ）アルコールを含む。好ましい脂肪アルコールはオクタデカノール、エイコサノール、及びドコサノールを含む。
【００２０】
これらの脂肪アルコールは水中の溶解度が低く、エマルションの形成が困難で、不必要であるので、本発明の例示の混和物においては、収縮低減添加物（例えば、アルキルエーテルオキシアルキレングリコール付加物）は、好ましくはニートの脂肪アルコールと共に組み合わされる。収縮低減添加物の脂肪アルコール成分に対する比は、９９．９９−９５．０％／０．０１−５．０％；更に好ましくは９９．５−９７．０％／０．５−３．０％；最も好ましくは９９−９８％／１−２％であり得る。すべてのパーセントは混和物中のこの２つの成分の全乾燥重量基準である。ＳＲＡと脂肪アルコールを含んでなる混和物をこの組成物中のセメントの０．５−５．０重量％、更に好ましくは１−３重量％の量でセメント質組成物に添加することができる。種々の慣用の成分を場合によっては使用することもできる。随時使用できる成分のなかには、水低減剤、好ましくは超可塑剤、及び最も好ましくはポリカルボキシレートタイプのクシ形ポリマー（好適な超可塑剤はＧｒａｃｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＰｒｏｄｕｃｔｓからＡＤＶＡ^Rの商品名で市販されている）がある。
【００２１】
他の随時使用できる成分は、慣用の硬化促進剤（塩化カルシウムと塩化ナトリウムなどの塩化金属、硫酸ナトリウムなどの金属硫酸塩、及びトリエタノールアミンなどの有機アミンなど）；通常の硬化遅延剤（アルコール、砂糖、澱粉、及びセルロースなど）；補強鋼腐食防止剤（亜硝酸カルシウム及び／または硝酸カルシウム、硝酸ナトリウム）；及び慣用の水低減剤と高度の減水剤（リグノスルホン酸及びこれらの塩と誘導体、ヒドロキシル化カルボン酸及びこれらの塩；ナフタレンスルホン酸とホルマリンの縮合生成物、スルホン化メラミン重縮合生成物、アミン及びこれらの誘導体、アルカノールアミン、及びホウ酸塩、リン酸塩、塩化物及び硝酸塩などの無機塩；超可塑剤など）を含んでもよい。このような随時使用できる成分の量は、通常、セメントの０．０５−６．０重量％あるいはそれ以上である。
【００２２】
好ましくは、得られたセメント（あるいはコンクリート）構造物に空気同伴性を付与することが可能な少なくとも一つの化合物または組成物が使用される。場合によっては、収縮低減添加物／脂肪アルコール混和物製品の一部としてこれを予備混合するか、あるいは処理されるセメントあるいはコンクリート混合物の中に別途導入してもよい。このような空気同伴剤はよく知られていて、例えば、トール油脂肪酸及びこれらのエステル、ガム樹脂及びロジン、亜硫酸液などを含む。生成セメント構造物中で約４から１０容積パーセント（あるいはそれ以上）の気孔を付与するのに充分な量でこの空気同伴剤を使用することができる。特定な同伴剤が特定な度合いの空気を生成するのに必要とされる正確な用量は容易に決定することができる。
【００２３】
本発明の例示のセメント質組成物は、上述の脂肪アルコール、収縮低減添加物、及び場合によっては前述の慣用の成分と組み合わせた水和性バインダー（ポルトランドセメント、石膏、または前に挙げた他のバインダーのいずれかなどの）を含んでなる。
【００２４】
本発明の特に好ましいセメント質組成物は、自己レベリング性コンクリートの製造と方法に使用されるモルタルである。自己レベリング性コンクリートは、水を「微粉」（例えば、１５−２５重量％の量の石灰石ダスト）入りの乾燥セメントと随時使用される着色剤を含む特定の乾燥モルタルミックスと組合せることにより製造される。この乾燥モルタルと水を混合し、浅い型（形）に入れて、床スラブを成形する。これらの用途においては、乾燥収縮と得られる硬化スラブの表面上のダストの生成の回避が特に評価される。
【００２５】
次の実施例に鑑みて、本発明の特徴と利点を更に充分に認めることができる。
【００２６】
（実施例）
実施例１
自己レベリング性床スクリード（浅いスラブ）のミックスを次のベース材料を用いて製造した：１７％セメント、２０％石灰石ダスト、６３％骨材（０−６ｍｍ砂）、及び水（すべてのパーセントはミックス材料の全乾燥重量を基準とした）。ほぼ５”×１０”×１．５”の寸法を有する小スラブを鋳込み、室温でカバーせずに放置して、硬化させた。小さなプラスチックブラシを用い、同じ場所で８回のストロークを施し、硬化後２、４、及び８日後に各スラブの上部表面をダスト生成について定性的に分析した。ダスト生成量を「０」（乾燥ダストがないことを示す）から「５」（高ダスト量）まで等級付けした。異なる添加物を含有するミックスの結果を下記の表１に示す。ミックス１は、超可塑剤（Ｇｒａｃｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＰｒｏｄｕｃｔｓによりＡＤＶＡ^Rの名称で販売されているポリカルボン酸塩タイプ）のみを含有していたが、ミックス２には収縮低減添加物（ＧｒａｃｅによりＥＣＬＩＰＳＥ^Rの名称で販売されているアルキルエーテルオキシアルキレングリコールタイプのＳＲＡ）が含有されている。ＳＲＡ入りの試料のみが試料の表面上に著しい量のダストを示した（そして、これは「５」と等級付けされた）。ミックス３は、ＳＲＡとの組合せでメラミンスルホン酸塩ベースの超可塑剤を含有し、また、ミックス４は、ＳＲＡとの組み合わせでナフタレンベースの超可塑剤を含有していた。３及び４の生成ミックスは、両方ともこの試料の表面上で高レベルのダストを示した。ミックス５では、超可塑剤と変成ＳＲＡを使用した。ほぼ１重量％の脂肪アルコール（この場合にはオクタデカノール）を含ませることにより、このＳＲＡを変成した。ミックス６では、このＳＲＡと脂肪アルコールだけを組合わせた。５及び６の生成ミックスは安定（分離せず）であり、このミックスから形成される生成硬化試料のいずれもダスト生成を示さなかった。
【００２７】
【表１】

【００２８】
実施例２
下記の表２に示すように（ミックス９−１２を参照のこと）、種々の量のオクタデカノールを用い、そして０．５％（重量）から始めて、そしてそれぞれ１．０％、２．０％、及び３．０％量を用いて、更なる組の試料を試験した。
【００２９】
【表２】

【００３０】
オクタデカノール（ステアリルアルコール）などの少量のＣ₈−Ｃ₂₂アルキルアルコールを添加した結果、収縮低減添加物（ＳＲＡ）を使用して、ＳＲＡが試料の乾燥収縮を防止する能力を衰えさせることなく、セメント試料中でダスト生成を防止することができ、この結果は予期に反し、新規である。
【００３１】
このＣ₈−Ｃ₂₂アルキルアルコールの使用がセメント質組成物中でＳＲＡにより生じるダスト生成を最少とする助けとなると考えられる。
【００３２】
当業者は、この明細書での教示に鑑みて、脂肪アルコールの鎖のサイズを変え及び／または脂肪アルコールの使用量を変えて、ダスト生成量をコントロールすることができる。
【００３３】
前出の実施例は例示のためのみに提供され、本発明の範囲を制限することを意図していない。
本発明の好適な実施の態様は次のとおりである。
１．（ｉ）少なくとも一つの収縮低減添加物；と（ｉｉ）少なくとも一つの脂肪アルコールを含んでなる混和物。
２．上記少なくとも一つの収縮低減添加物が式Ｒ¹Ｏ（ＡＯ)_nＨ（ここで、Ｒ¹は水素、Ｃ₁−Ｃ₇アルキル基、またはＣ₅−Ｃ₆シクロアルキル基を表し；Ｏは酸素を表し、Ａは１つあるいはそれ以上のＣ₁−Ｃ₄アルキレン付加物を表し、Ｈは水素を表し、そして「ｎ」は１−１０の整数を表す）により表されるアルキルエーテルオキシアルキレングリコール付加物を含んでなり；そして上記少なくとも一つの脂肪アルコールが式Ｒ²ＯＨ（ここで、Ｒ²はＣ₈−Ｃ₂₂の線状あるいは分岐したアルキル基を表す）により表される上記１の混和物。
３．Ｒ¹及びＲ²が線状あるいは分岐したアルキル基を表す上記２の混和物。
４．上記Ｒ²がＣ₁₄−Ｃ₂₂の線状あるいは分岐したアルキル基を表す上記３の混和物。
５．上記収縮低減添加物が構造
【化１】

により表されるジプロピレングリコールを含んでなる上記４の混和物。
６．構造
【化２】

により表されるジプロピレングリコール−ｔ−ブチルエーテルを更に含んでなる上記５の混和物。
７．上記脂肪アルコールがオクタデカノール、エイコサノール、及びドコサノールからなる群から選ばれる上記５の混和物。
８．上記脂肪アルコールがオクタデカノールである上記６の混和物。
９．上記脂肪アルコールが分岐したＣ₁₂−Ｃ₂₂の構造を有する上記２の混和物。
１０．上記収縮低減添加物において、ＡＯがエチレンオキシド、プロピレンオキシド、またはこれらの混合物を表す上記１の混和物。
１１．ＡＯがプロピレンオキシドを表す上記１０の混和物。
１２．ＡＯがエチレンオキシドを表す上記１０の混和物。
１３．Ｒ¹がＣ₄アルキル基を表す上記１０の混和物。
１４．上記収縮低減添加物が４０００までの分子量を有する上記１の混和物。
１５．上記収縮低減添加物が全乾燥固体重量基準で９９.９９−９５.０％の量で存在し；そして上記脂肪アルコールが全乾燥固体重量基準で０.０１−５.０％の量で存在する上記１の混和物。
１６．上記収縮低減添加物が該混和物の全乾燥固体重量基準で９９.５−９７.０％の量で存在し；そして上記アルキルアルコールが該混和物の全乾燥固体重量基準で０.５−３.０％の量で存在する上記１の混和物。
１７．減水剤、空気連行剤、空気脱連行剤、及び急結剤の群から選ばれる更なる添加物を更に含んでなる上記１の混和物。
１８．水和性バインダーと上記１の混和物を含んでなるセメント質組成物。
１９．上記水和性バインダーがポルトランドセメント、メーソンリーセメント、モルタルセメント、石膏、石灰石、消石灰、フライアッシュ、高炉スラグ、ポゾラン、及びシリカヒュームからなる群から選ばれる上記１７のセメント質組成物。
２０．上記水和性バインダーがポルトランドセメントと石灰石の両方を含んでなる上記１８のセメント質組成物。
２１．上記セメント質組成物を水と混合して、セルフ−レベリング性モルタルを生成させる上記１８のセメント質組成物。
２２．セメントから形成される構造物の表面上のダストを最少とするための方法であって、収縮低減添加物と組み合わせたセメント質バインダーを用意し、そしてそれに上記１の混和物を導入することを含んでなる方法。

Claims (3)

1. （ｉ） 全乾燥固体重量を基準にして９５％以上９９.９９％以下の量で存在する少なくとも一つの収縮低減添加物、こゝで該少なくとも一つの収縮低減添加物が式Ｒ¹Ｏ（ＡＯ)_nＨ（ここで、Ｒ¹は水素、Ｃ₁−Ｃ₇アルキル基、またはＣ₅−Ｃ₆シクロアルキル基を表し；Ｏは酸素を表し、Ａは１つあるいはそれ以上のＣ₁−Ｃ₄アルキレン付加物を表し、Ｈは水素を表し、そして「ｎ」は１−１０の整数を表す）により表されるアルキルエーテルオキシアルキレングリコール付加物を含んでなる；及び
   （ｉｉ） 全乾燥固体重量を基準にして０.１％以上５.０％以下の量で存在する少なくとも一つの脂肪アルコール、こゝで該少なくとも一つの脂肪アルコールが式Ｒ²ＯＨ（ここで、Ｒ²はＣ₈−Ｃ₂₂の線状あるいは分岐したアルキル基を表す）により表される；
   を含んでなる混和物。
2. 構造
   

   

   により表されるジプロピレングリコールを含んでなり、分子量が４０００までの請求項１に記載の収縮低減添加物；
   オクタデカノール、エイコサノール、及びドコサノールからなる群から選ばれる脂肪アルコール；
   を含んでなる混和物。
3. セメントから形成される構造物の表面上のダストを最少とするための方法であって、セメント質バインダー；水；混和物の全乾燥固体重量を基準にして９９.５％〜９７.０％の量で存在する請求項１に記載の収縮低減剤と、混和物の全乾燥固体重量を基準にして０.５％〜３.０％の量で存在する少なくとも一つの請求項１に記載の脂肪アルコールの混和物；を組み合わせて水和性セメント質組成物を得、次いで該水和性セメント質組成物を硬化させることを含んでなる方法。