JP5407984B2

JP5407984B2 - セメント組成物

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Publication number: JP5407984B2
Application number: JP2010075434A
Authority: JP
Inventors: 晃大野; 眞悟蛇見
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: JP2011207644A

Description

本発明は、セメント組成物に関し、特に高流動性とともに良好な乾燥収縮低減性を有する、セメント組成物に関する。

一般に、セメントペースト、モルタルやコンクリートのセメント組成物は、土木・建築構造物に広く用いられているが、建造物を構築した後、時間が経過するにしたがって、外気温や湿分、太陽光等により、構造物表面が劣化したり、乾燥収縮がおこりひび割れが生じることが頻繁にある。

コンクリート構造物等のひび割れ部分は空気や雨水等をコンクリート構造物内に侵入させる要因となり、コンクリートの中性化を誘引し、またコンクリート構造物内の鉄筋を腐食させて、構造物を内部より劣化する。
従って、コンクリート構造物の乾燥収縮を低減させる種々の方法が従来より提案されており、例えば、セメント組成物中に収縮低減剤を添加することが挙げられる。

またコンクリート構造物は、高強度であることが所望され、セメント硬化体の強度を向上させるために、含有される水／セメント比や液体／セメント比を下げることが必要とされている。
さらに、セメント組成物には、建造物を構築するために、一定の作業性が要され、そのため流動性を備えることも所望されている。

セメント組成物の水／セメント比や液体／セメント比を下げた状態で、流動性を確保するためには、例えば減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤等のセメント分散剤をセメントに添加する必要がある。

一般に、コンクリートではセメント分散剤と収縮低減剤とを併用しても、双方の性能に悪影響はないことが、例えば建築学会ＪＡＳＳ５等に記載されている。
しかし、セメント組成物の硬化後の強度を上げるために、含有される水／セメント比や液体／セメント比を下げ、かつその状態で所定の流動性を確保するためにセメント分散剤を多量に添加したセメント組成物は、収縮低減剤を添加すると、添加した分散剤の流動性向上効果が失われ、流動性が悪化してしまっていた。

特開２００７−７６９６９号公報（特許文献１）には、乾燥収縮を低減でき、流動性を確保するため、特定の混和剤組成物が提案されている。具体的には、特定の繰り返し構造体を必須成分として含み、セメント上澄み液に重合体を０．２質量％含む溶液における表面張力が２５〜５０ｍＮ／ｍである重合体を含む乾燥収縮低減剤と、高性能ＡＥ減水剤とを含む混和剤組成物である。

また特開２００７−７６９７０号公報（特許文献２）にも、乾燥収縮を低減でき、流動性を確保するため、特定の混和剤組成物が提案されており、具体的には、
式：Ｒ^１−Ｏ―（Ｒ^２Ｏ）ｎ−Ｒ^３
（ただし、式中、Ｒ^１及びＲ^３は、それぞれ独立して、水素原子または炭素原子数２〜３０の炭化水素基を表し、Ｒ^２Ｏは、炭素原子数２〜１８のオキシアルキレン基の１種または２種以上の混合物を表し、ｎは前記オキシアルキレン基（Ｒ^２Ｏ）の平均付加モル数を表し、２〜２０の数である）で表され、この際、オキシエチレン基の付加モル数が、前記オキシアルキレン基の全付加モル数の５０％未満である収縮低減剤と、高性能ＡＥ減水剤と、を含む混和剤組成物である。

しかし、セメント組成物の水／セメント比や液体／セメント比を下げた状態、４０％以下の状態にした場合には、前混和剤組成物を該セメント組成物に添加しても、収縮低減性と流動性の双方を兼備えることは困難であり、特に流動性に関して良好な効果を得ることは難しい。

特開２００７−７６９６９号公報特開２００７−７６９７０号公報

本発明の目的は、上記従来の問題を解決し、液体／セメント比が４０質量％以下のセメント組成物であって、高流動性及び優れた収縮低減性を兼備えたセメント組成物を提供することである。

本発明者らは、セメント組成物中に、特定の分散剤及び特定の収縮低減剤を併用することで、高強度であり、且つ高流動性及び良好な収縮低減性を兼備えることを見出し、本発明に到達した。
具体的には、本発明のセメント組成物は、セメント、分散剤、収縮低減剤及び水を含み、液体／セメント質量比が２０〜４０質量％で、分散剤はナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、収縮低減剤はジプロピレングリコール及びジプロピレングリコールジターシャルブチルエーテル及び２−（１，１−ジメトキシ）メチルメトキシ−プロパノールの混合物であり、上記液体は水と分散剤と収縮低減剤であることを特徴とする、セメント組成物である。

好適には、セメント組成物において、上記分散剤と収縮低減剤とは質量比で１０：１〜１：１０で含有されることを特徴とする。
また好適には、上記本発明のセメント組成物において、該分散剤及び収縮低減剤は、それぞれ前記セメントに対して０．１〜５．０質量％で含有されることを特徴とする。

ここで本発明においてセメント組成物とは、セメントペースト、モルタル、コンクリートを含むものである。

本発明のセメント組成物は、液体／セメント比を小さくしたセメント組成物に、高流動性及び優れた収縮低減性の双方を併せて付与することが可能となる。
即ち、本発明における特定の分散剤と特定の収縮低減剤とを含有することで、分散剤による流動性の確保と、収縮低減剤による収縮低減効果が失われずに発現されることができる。

種々のセメント組成物のフロー値を示す図である。各種の収縮低減剤をセメントに対して２質量％含むセメント組成物の材齢と長さ変化率との関係を示す線図である。各種の収縮低減剤をセメントに対して１質量％含むセメント組成物の材齢と長さ変化率との関係を示す線図である。各種の収縮低減剤をセメントに対して４質量％含むセメント組成物の材齢と長さ変化率との関係を示す線図である。

本発明を以下の好適例に基づいて説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明のセメント組成物は、セメント、分散剤、収縮低減剤及び水を含み、液体／セメント質量比が２０〜４０質量％で、分散剤はナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、収縮低減剤はジプロピレングリコール及びジプロピレングリコールジターシャルブチルエーテル及び２−（１，１−ジメトキシ）メチルメトキシ−プロパノールである。

本発明のセメント組成物に含まれるセメントとしては、セメントの種類は特に限定されず、例えば、普通、早強、超早強、中庸熱、低熱などの各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、シリカセメント及びフライアッシュセメントの各種混合セメントや、白色ポルトランドセメント及びアルミナセメント、超速硬セメント等、市場で入手できる種々のセメントを例示することができ、これらを単独で又は混合して用いることができる。
また、本発明で使用するセメントには、長期強度の向上、乾燥収縮の緩和のため、ポゾラン活性を有する材料である高炉スラグ粉末、フライアッシュ、シリカヒューム、石灰石粉末、石英粉末、二水石膏、半水石膏、Ｉ型及びＩＩ型及びＩＩＩ型無水石膏等の混和材を、単独でもしくは併用して、適量配合することも可能である。

本発明のセメント組成物に含まれる分散剤としては、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物が用いられる。
ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物としては、例えば、ナフタリンスルホン酸アルカリ金属（例えば、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ等）塩のホルマリン縮合物や、ナフタリンスルホン酸アルカリ土類金属（例えばＭｇ、Ｃａ、Ｂｅ等）のホルマリン縮合物が例示される。

また、収縮低減剤としては、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールジターシャルブチルエーテル、２−（１，１−ジメトキシ）メチルメトキシ−プロパノールであり、これらの３種の収縮低減剤を単独で用いても、２種を組み合わせた混合物としても３種の混合物の混合物として用いてもよいが、本発明においてはジプロピレングリコール及びジプロピレングリコールジターシャルブチルエーテル及び２−（１，１−ジメトキシ）メチルメトキシ−プロパノールの混合物を用いる。

このように本発明のセメント組成物においては、分散剤としてナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物を、上記特定の収縮低減剤とを組み合わせることにより、本発明の上記効果をセメント組成物に付与することが可能となる。

また、上記分散剤と収縮低減剤とは質量比で１０：１〜１：１０、好ましくは７：３〜３：７、で含有されることが望ましく、さらに上記分散剤及び収縮低減剤は、それぞれセメント組成物中０．１〜５．０質量％、好ましくは０．５〜４．０質量％で含有されることが望ましい。
かかる配合割合で含有されることで、上記本発明の効果をより有効に発現することができる。

また、セメント組成物に配合される水の量は、セメント組成物中に含まれる液体／セメント比が２０〜４０質量％、好ましくは、２５〜３０質量％となるように添加される。液体／セメント比を上記範囲とすることで、硬化後の強度発現性を良好にするものとなる。
なお、本発明における液体／セメント比を算出する際の水には、添加する水のほかに、上記ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールジターシャルブチルエーテル、２−（１，１−ジメトキシ）メチルメトキシ‐プロパノール及びナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物が含まれる。さらに必要に応じて添加される下記添加剤等に水が含まれる場合には、これらに含まれる水も含むものである。

また、本発明のセメント組成物には、各種添加剤を必要に応じて、配合することができる。
各種添加剤としては、セメント組成物を調製する際に添加される公知の添加剤であれば、用途に応じて添加することができ、例えば、凝結遅延剤、硬化促進剤、消泡剤、防錆剤、防凍剤、着色剤などの混和剤や、耐久性を向上させるための炭素繊維や鋼繊維などの補強材を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。

また、本発明のセメント組成物の一形態であるモルタルには細骨材が、また本発明のセメント組成物の一形態であるコンクリートには、細骨材及び粗骨材が含有されるが、これらの粗骨材や細骨材の種類は、特に限定されるものではない。
粗骨材としては、例えば、粒径２．５〜４０ｍｍの砂利、砕石等の公知の粗骨材、これらの混合物や軽量骨材等が挙げられる。
また、細骨材としては、山砂、川砂、陸砂、砕砂、海砂、珪砂３〜７号等の比較的粒径の細かい細骨材、または珪石粉、石灰石粉等の微粉末等の公知の細骨材やこれらの混合物を使用できる。
その配合割合は、上記セメント１００質量部に対して、粗骨材を４００〜５００質量部、好ましくは４５０〜５００質量部、そして好適に含有される細骨材を０〜１００質量部、好ましくは３５〜６５質量部で配合することが望ましい。
かかる範囲で配合することで、粗骨材の周囲がセメントで、好ましくはセメントと細骨材で被覆されることとなり、骨材とセメント等の結合材との付着が良好となる。したがって、接点でセメントペーストまたはセメントモルタルが不足する現象がなくなるため、良好な品質を確保することができる。

本発明のセメント組成物であるセメントペーストは、上記セメント、上記ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、上記ジプロピレングリコール及びジプロピレングリコールジターシャルブチルエーテル及び２−（１，１−ジメトキシ）メチルメトキシ−プロパノール及び水、更には必要に応じて添加される上記公知の添加剤を、上記配合割合にて所定量混合して、製造することができる。

また、本発明のセメント組成物であるモルタルは、上記セメント、上記ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、上記ジプロピレングリコール及びジプロピレングリコールジターシャルブチルエーテル及び２−（１，１−ジメトキシ）メチルメトキシ−プロパノール、細骨材及び水、更には必要に応じて添加される上記公知の添加剤を、上記配合割合にて所定量混合して、製造することができる。

さらに、本発明のセメント組成物であるコンクリートは、上記セメント、上記ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、上記ジプロピレングリコール及びジプロピレングリコールジターシャルブチルエーテル及び２−（１，１−ジメトキシ）メチルメトキシ−プロパノール、細骨材、粗骨材及び水、更には必要に応じて添加される上記公知の添加剤を、上記配合割合にて所定量混合して、製造することができる。

この混合の条件、混合機の種類などに限定はなく、それぞれの材料を施工時に混合して用いてもよいし、予め、その一部あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
混合装置としては、既存の任意の装置が使用可能であり、例えば、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、ナウタミキサ、傾動ミキサ等のセメント用ミキサ、ハンドミキサ、ポットミルなどの慣用の混合機を用いることができる。
混練方法は特に限定はなく、例えば材料を一括してミキサに投入して混練する方法、水以外の材料をミキサに投入して空練りした後に水を投入して混練する方法等が挙げられる。

本発明のセメント組成物は、含有される液体／セメント比が小さいセメント組成物に、特定の分散剤と特定の収縮低減剤を組み合わせて用いることで、ＪＩＳＲ５２０１に準じて測定したフロー値が１５０ｍｍ以上であり良好な流動性を有し、且つ、ＪＩＳＡ１１２９−３に準じて測定した長さ変化率が−８×１０^−４以内であり良好な収縮低減性を備えることが可能となる。

本発明を次の実施例及び比較例により更に詳細に説明する。
使用材料
実施例及び比較例において、以下の材料を用いた。
（１）セメント：普通ポルトランドセメント（住友大阪セメント株式会社製）
（２）細骨材：ＪＩＳＲ５２０１セメント強さ試験用標準砂
（３）分散剤Ａ：ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物
（製品名：マイティ１５０、花王株式会社製）
（４）分散剤Ｂ：ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤
（製品名：チューポールＨＰ−８、竹本油脂株式会社製）
（５）水：水道水
（６）収縮低減剤：以下の表１に示す各種収縮低減剤を用いた。

実施例１〜３・比較例１〜２３
上記各材料を以下の表２〜表４に示す配合割合で用いて、各セメント組成物であるモルタルを調製した。
具体的には、二軸強制練りミキサ（製品番号；１７００６９、大平洋機工株式会社製、容量５５Ｌ）に、セメントと細骨材とを投入し空練りを行った後、水、分散剤及び収縮低減剤を投入して混練りを行って、均一なモルタルを調製した。

試験例
・流動性試験
表２に示す実施例１、比較例１〜７及び比較例９の各モルタルについて、流動性試験を実施した。
なお、フロー値は、ＪＩＳＲ５２０１に準じて測定した。
得られた結果を表５及び図１に示す。
なお、得られたフロー値が１５０ｍｍ以上であると流動性が良好であると評価した。

・収縮低減性試験
表２〜４に示す実施例１〜３及び比較例１〜８及び比較例１０〜２３の各モルタルについて、収縮低減性試験を実施した。
具体的には、乾燥収縮低減性をＪＩＳＡ１１２９−２（ダイヤルゲージ法）に準拠して実施した。
各モルタルを打設後、静水中で水中養生（水温２０℃）を７日間行い、温度２０±１℃で湿度６０±５％に設定した恒温恒湿内に３時間保管した後の該モルタル硬化体の長さを基長（Ｌ_Ｂ）とした。一方、各モルタルを打設後、気中養生（温度２０℃）し、該気中養生を開始した後材齢１日、７日、１４日、２８日、５６日、９１日、１８２日後の各モルタルの長さ（Ｌ）を測定し、前記基長に対する、該気中養生による各材齢でのモルタルの長さ変化率を、変化率（％）＝（Ｌ−Ｌ_Ｂ）×１００／Ｌ_Ｂにより計算して、その結果を表６〜８及び図２〜４に示す。

上記表５〜８の結果から、本発明の実施例１〜３のセメント組成物は、収縮低減効果を保持したまま流動性にも優れることがわかる。
一方、本件発明に用いる収縮低減剤以外の収縮低減剤を用いた場合には、比較例２〜比較例７に示すように、分散剤による流動性効果は失われており、良好な流動性が得られないことがわかる。

本発明のセメント組成物は、建築外溝、道路舗装、河川の護岸、緑化基盤等、種々の土木、建築分野におけるセメント用途に適用することが可能である。

Claims

セメント、分散剤、収縮低減剤及び水を含み、液体／セメント質量比が２０〜４０質量％で、分散剤はナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、収縮低減剤はジプロピレングリコール及びジプロピレングリコールジターシャルブチルエーテル及び２−（１，１−ジメトキシ）メチルメトキシ−プロパノールの混合物であることを特徴とする、セメント組成物。
請求項１記載のセメント組成物において、上記分散剤と収縮低減剤とは質量比で１０：１〜１：１０で含有されることを特徴とする、セメント組成物。
請求項２記載のセメント組成物において、上記分散剤及び収縮低減剤は、それぞれセメント組成物中０．１〜５．０質量％で含有されることを特徴とする、セメント組成物。