JP5138189B2

JP5138189B2 - 粘性セメント組成物およびその調製方法

Info

Publication number: JP5138189B2
Application number: JP2006202783A
Authority: JP
Inventors: 隆行樋口
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2026-07-26
Also published as: JP2008030964A

Description

本発明は、主に土木・建築分野で使用される粘性セメント組成物に関する。

コンクリートの水中打設を目的とした材料分離抵抗性の付与や、吹付けコンクリートにおける付着性向上、跳ね返り防止に各種増粘剤が使用されている（特許文献１〜６）。また、弾力性を有する組成物としてポリビニルアルコールを用いたゲル組成物に関する検討も行われている（特許文献６、７、８）。
特開平９−３４５３号公報特開平１１−２７８９０６号公報特開平７−２３２９４９号公報特開平８−１５８６５０号公報特開平８−１５７２４９号公報特開平６−２０７０７１号公報特開平５−１１７００３号公報特開２００５−１６２９８４号公報

増粘剤によってコンクリートなどのセメント組成物の粘度を高めることができるが、ポンプ圧送できず閉塞することがあるため、増粘できる範囲が極めて限られていた。
そのため、本発明は、施工する直前に増粘助剤（水溶性チタン化合物）を添加して増粘させることが可能な粘性セメント組成物およびその調製方法を提供するものである。

すなわち、本発明は、（１）セメント、平均重合度が５００〜３０００で鹸化度が８０ｍｏｌ％以上であるポリビニルアルコール、水、およびチタントリエタノールアミネートである水溶性チタン化合物を含有してなり、セメント１００質量部に対して、ポリビニルアルコールは固形分で０．５〜３質量部、水は３０〜７０質量部、水溶性チタン化合物（溶液換算）は０．５〜５質量部であり、粘度が14000mPa・s以上である粘性セメント組成物、（２）セメントがアルミナセメントである（１）の粘性セメント組成物、（３）セメント、水、およびポリビニルアルコールの混合物をポリビニルアルコールの固形分濃度が１〜２０質量％となるように予め調製し、施工する直前に水溶性チタン化合物を混合物に添加して増粘させる（１）または（２）の粘性セメント組成物の調製方法、（４）セメントおよび水の混合物を予め調製し、施工する直前に水溶性チタン化合物と固形分濃度が１〜２０質量％となるようにポリビニルアルコールを混合物に添加して増粘させる（１）または（２）の粘性セメント組成物の調製方法、である。

本発明の粘性セメント組成物は、施工する直前に増粘させることが可能なため、ポンプやミキサによる搬送が可能である。施工の直前で増粘助剤を添加することによって急激に増粘させ、水中でのコンクリートの分離抵抗性や、吹付けコンクリートにおける付着性、跳ね返り防止効果を高めることなどができる。

本発明で使用するセメントは、普通、早強、超早強、低熱、中庸熱の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉水砕スラグ、フライアッシュ、シリカ質物質を混合した各種混合セメント、高炉徐冷スラグや石灰石微粉末を混合したフィラーセメント、さらに、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た環境調和型セメント（エコセメント）などのポルトランドセメント、またアルミナセメント１号、アルミナセメント２号、ハイアルミナセメント、ハイアルミナセメントスーパーを始めとするアルミナセメントを用いることができる。特にアルミナセメントを用いた場合に大きな増粘効果と水中不分離性が得られることから好ましい。

本発明で使用するポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡと略記）は、完全ケン化型ＰＶＡ、部分ケン化型ＰＶＡをはじめとして、水酸基を有し実質的に水溶性を保持しているものであればアクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、アクリルアミドなどを付加した各種変性ＰＶＡを用いることもできる。本発明に使用するＰＶＡの平均重合度は、５００〜３０００が好ましく、１５００〜２５００がより好ましい。また、ＰＶＡの鹸化度は８０ｍｏｌ％以上のものが好ましく、９０ｍｏｌ％以上がより好ましい。ＰＶＡの重合度や鹸化度が前記範囲外の場合には、セメント組成物の粘度が高くなりすぎて施工性が低下する場合や、増粘助剤を添加した後の粘性が低く、水中不分離性が不十分な場合がある。

本発明で使用するＰＶＡは、予め水溶液として調製しておくことが好ましい。その固形分濃度は用途によって適宜決定されるものであり、特に限定されるものではないが、通常、１〜２０質量％程度とすることが好ましい。１質量％未満では充分な増粘効果が得られない場合があり、２０質量％を超えると水溶液の粘性が高くなってセメント組成物との混合が難しくなる。

本発明で使用する水溶性チタン化合物（増粘助剤）は、特に限定されるものではなく、水酸基やカルボキシル基と反応するものであれば利用可能である。無機系では硫酸チタン水溶液など、有機系ではチタンアルコキシドにヒドロキシカルボン酸である乳酸を反応させたチタンラクテートや、チタンアルコキシドにβ-ジケトンであるアセチルアセトンを反応させたチタンアセチルアセトネート、チタンアルコキシドにアルカノールアミンであるトリエタノールアミンを反応させたチタントリエタノールアミネート、チタンアルコキシドにジカルボン酸であるシュウ酸を反応させたシュウ酸チタン、特開平２０００-１５９７８６号公報や特開２００４-４３３５３公報などに示されているチタンペルオキソ化合物などを含むものが増粘作用の観点から好ましい。特に、チタントリエタノールアミネートが好ましい。

本発明におけるセメント、ＰＶＡ、水、水溶性チタン化合物の配合割合は、用途によって異なるため特に限定されるものではないが、セメント１００質量部に対して、ＰＶＡは固形分で０．５〜３質量部が好ましく１〜２質量部がより好ましく、水は３０〜７０質量部が好ましく、４０〜６０質量部がより好ましく、水溶性チタン化合物（溶液換算）は０．５〜５質量部が好ましく１〜２質量部がより好ましい。配合割合がこれらの範囲外では、セメント組成物の粘度が高くなりすぎて施工性が低下する場合があり、増粘助剤を添加した後の粘性が低く、水中不分離性が不十分な場合がある。

本発明の粘性セメント組成物は、水酸基やカルボキシル基の架橋剤として従来から使用されているものを、本発明の効果を損なわない範囲で併用することができる。従来の架橋剤としては、脂肪族アルデヒド類、芳香族アルデヒド類、トリメチロールメラミンなどのメチロール基を有する化合物、ホウ砂やホウ酸などのホウ素化合物、Ｚｒ、Ａｌなどが有機物質と結合した金属アルコキシド類、イソシアネート基を有する化合物などが挙げられる。

本発明の粘性セメント組成物は、硬化体の強度や密度をコントロールする目的でフィラーを併用することができる。フィラーは、特に限定されることはなく、無機系や有機系のものが使用可能である。無機系としては、高炉水砕スラグや石灰石の微粉末、珪石、石灰石などの骨材、ベントナイトなどの粘土鉱物、ゼオライトなどのイオン交換体などが挙げられ、有機系材料としては、ビニロン繊維、アクリル繊維、炭素繊維などの繊維状物質、イオン交換樹脂、吸水性ポリマーなどが挙げられる。これらを本発明の目的を阻害しない範囲で使用することができる。

本発明における粘性セメント組成物の混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、ナウタミキサなどが挙げられる。
施工する直前にセメント組成物を増粘させる場合は、セメント、ＰＶＡ、および水を混合してから、施工直前に増粘助剤の水溶性チタン化合物を添加して増粘させることができる。また、セメントと水を混合してから、ＰＶＡと水溶性チタン化合物を施工直前に添加して増粘させても良い。

以下、実施例で詳細に説明する。

「実施例１」
重合度２４００、鹸化度９８．７ｍｏｌ％のＰＶＡまたは重合度１７００、鹸化度９８．４ｍｏｌ％のＰＶＡを濃度１０質量％となるよう水道水に配合して８０℃に加温し、ＰＶＡ水溶液を調製した。セメント１００質量部に対するＰＶＡの固形分が表１の割合となるようにＰＶＡ水溶液を計量し、さらにセメント１００質量部に対する水量が表１の割合となるように水道水を加え、ＰＶＡを含む混合物を調製した。なお、ＰＶＡ水溶液中の水分も水量に加味する。その後、水溶性チタン化合物溶液（ＴＣ−４００またはＴＣ−３１５）を表１に示す割合で添加し、１０秒後の組成物粘度と水中不分離性を評価した。ただし、水溶性チタン化合物溶液（ア）は表１に示すように水道水で希釈して用いた。また、ＰＶＡや水溶性チタン化合物を使用しなかった場合、セメントの代わりにフィラーとして石灰石微粉末（石粉）を用いたものを比較例として示す。

「使用材料」
セメント（ア）：普通ポルトランドセメント、電気化学工業社製
セメント（イ）：アルミナセメント、電気化学工業社製、商品名「デンカアルミナセメント１号」
ＰＶＡ（ア）：電気化学工業社製、商品名「Ｋ２４」、重合度２４００、鹸化度９８．７ｍｏｌ％
ＰＶＡ（イ）：電気化学工業社製、商品名「Ｋ１７」、重合度１７００、鹸化度９８．４ｍｏｌ％
水溶性チタン化合物（ア）：チタントリエタノールアミネート、化学式Ｔｉ（ＯＣ_３Ｈ_７）_２（Ｃ_６Ｈ_１４Ｏ_３Ｎ）_２、松本製薬工業社製、商品名「ＴＣ−４００」、チタン濃度８．３質量％溶液
水溶性チタン化合物（イ）：チタンラクテート、化学式ＴｉＣ_６Ｈ_１０Ｏ_７、松本製薬工業社製、商品名「ＴＣ−３１５」、チタン濃度８．２質量％の溶液
水：水道水
石灰石微粉末（石粉）：市販品、２００メッシュ。

「測定方法」
組成物粘度：粘度計は東機産業株式会社製、ＴＶ−１０型粘度計を用いた。混合した粘性セメント組成物５００ｍｌを、内径８５ｍｍ、容量５００ｍｌのビーカーに移し、２０℃環境下で測定を行った。ローターはＨ６、ローターの回転速度は２０ｒｐｍとした。この条件で、０〜５００００ｍＰａ・ｓの範囲の粘度を測定した。
水中不分離性：容量１０００ｍｌのビーカーに水道水８００ｍｌを計量し、粘性セメント組成物１００ｇを流し込んだ。静置させた状態と上澄みを攪拌した状態について水道水の濁り具合を目視で評価した。全く濁りのない状態を◎、やや濁りのあるものを○、濁りの強いものを△、濁りが強く完全に分散したものを×とした。

表１に示すように、本発明の粘性セメント組成物は、水溶液チタン化合物を混合した直後に粘度が高くなり、水中での分離抵抗性に優れることが分かる。特に、アルミナセメントを使用した場合にその効果が大きいことが分かる。
また、比較例の例えば実験No.1-4は水中不分離性が優れた結果になっているが、水溶性チタン化合物を添加する前から粘度が高いために、流動性が悪く施工性が悪い。

本発明の粘性セメント組成物およびその調製方法によって、施工直前にセメント組成物を増粘させることが可能である。低粘性のコンクリートを輸送し、例えば、打設の直前に増粘させ、水中コンクリートの分離抵抗性を高めることや、吹付けコンクリートの付着性、跳ね返り防止効果を高めることなどができる。

Claims

セメント、平均重合度が５００〜３０００で鹸化度が８０ｍｏｌ％以上であるポリビニルアルコール、水、およびチタントリエタノールアミネートである水溶性チタン化合物を含有してなり、セメント１００質量部に対して、ポリビニルアルコールは固形分で０．５〜３質量部、水は３０〜７０質量部、水溶性チタン化合物（溶液換算）は０．５〜５質量部であり、粘度が14000mPa・s以上である粘性セメント組成物。
セメントがアルミナセメントであることを特徴とする請求項１記載の粘性セメント組成物。
セメント、水、およびポリビニルアルコールの混合物をポリビニルアルコールの固形分濃度が１〜２０質量％となるように予め調製し、施工する直前に水溶性チタン化合物を混合物に添加して増粘させることを特徴とする請求項１または２記載の粘性セメント組成物の調製方法。
セメントおよび水の混合物を予め調製し、施工する直前に水溶性チタン化合物と固形分濃度が１〜２０質量％となるようにポリビニルアルコールを混合物に添加して増粘させることを特徴とする請求項１または２記載の粘性セメント組成物の調製方法。