JP6062753B2

JP6062753B2 - 水中コンクリート用増粘剤およびこれを用いた水中コンクリート打設方法

Info

Publication number: JP6062753B2
Application number: JP2013011682A
Authority: JP
Inventors: 浩一朗安野; 巧澤田; 侑吾梶田
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2033-01-25
Also published as: JP2014141380A

Description

本発明は、水中コンクリート用増粘剤およびこれを用いた水中コンクリート打設方法に関する。

従来、水中コンクリート用増粘剤として、セルロース系、ポリアクリルアミド系のものが知られており、必要な水中での不分離度を確保するために、コンクリート1m³に添加する水の1.1〜1.3（概ね2.0〜2.5kg/ m³）重量％の増粘剤を添加している。既往の製品として、アスカクリーン（登録商標／信越化学工業製）、アクアセッター（登録商標／竹本油脂製）、ニッショウオーシャンSP-12（登録商標／日商岩井ケミカル製）、ハイドロクリート（登録商標／三井化学製）、セルクリートH（登録商標／ダイセル製）、などがある。これらの従来の製品はすべて上記の範囲の添加量が必要となる。

特許文献１は、水溶性セルロースエーテル、水溶性の金属硫酸塩または金属塩化物および消泡剤を主とする水中コンクリート用混和剤を開示する。特許文献２は、セメント、水、骨材に、カチオン性界面活性剤から選ばれる第１の水溶性低分子化合物と、アニオン性芳香族化合物から選ばれる第２の水溶性低分子化合物とを含有する混和剤を増粘性混和剤として配合したセメント系組成物の製造方法を開示する。特許文献３は、セルロースエーテル100重量部と一価のアルカリ金属の炭酸塩50〜300重量部とからなるモルタル混和剤を開示する。

また、水中コンクリート打設現場の施工においては、ワーカビリティを増加させるために、減水剤を添加して流動性を高めることを一般的に行っている。

なお、消泡剤としては、シリコン系、有機系、界面活性剤などの種類があり、泡膜の表面張力を局部的に低下させて泡を破壊するタイプや、泡膜自体の表面張力を全体的に低下させて泡を不安定化させておき、少しの衝撃で消泡させるタイプなどがある。

特開昭58-115051号公報特開2006-240965号公報特開昭59-18141号公報

特許文献１の水中コンクリート用混和剤においては、硫酸塩を用いることによる増粘効果を期待しているものの、近年では硫酸イオンに起因したコンクリートの劣化事例が多いため、完成したコンクリート構造の長期安定性を考慮すると、極めて好ましくない。

特許文献２のセメント系組成物の製造方法は、あらかじめ材料を２つに分離しておき、添加前に１つに合わせてミキサーなどで撹拌し、化学架橋反応を生じさせて増粘性を発揮する方法であるが、もともとコンクリート1m³当たりの添加量が極めて少ない材料であるので、撹拌時のばらつきや反応率の微小な違いが水中での不分離度へ多大な影響を与え、このため、確実な施工の際の障害となる場合がある。

特許文献３のモルタル混和剤は、セルロース100重量部に対し炭酸金属塩を50〜300重量部含有するものであるが、炭酸金属塩は多量に添加するとコンクリートのワーカビリティが大きく低下するので、現地での施工性が著しく低下し、このため、減水剤の添加量が多大になる。このようなことから、経済性やワーカビリティを確保するために多くの調整時間が必要となる。また、空気量が大きくなるため、コンクリート製品の強度低下が著しくなる。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、水中コンクリートが水中で不分離性を発揮するために必要な添加量を低減することのできる水中コンクリート用増粘剤およびこれを用いた水中コンクリート打設方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による水中コンクリート用増粘剤は、セルロース成分100重量部に対し炭酸ナトリウム塩または炭酸カルシウム塩を5〜15重量部および消泡剤を5〜15重量部の比で混合し、前記セルロース成分として、2％希釈率の20℃における粘度が35000〜55000cpsの範囲にある水溶性セルロースを用いることを特徴とする。

本発明によれば、セルロース成分100重量部に対し、炭酸ナトリウム塩または炭酸カルシウム塩を5〜15重量部および消泡剤を5〜15重量部の比で混合した水中コンクリート用増粘剤を用いることで、従来よりも少ない添加量で水中コンクリートが水中で所定の不分離性を発揮することができる。

炭酸ナトリウム塩または炭酸カルシウム塩を用いることで増粘効果を得ることができる一方、その混合量が増えると、コンクリートのワーカビリティが低下してしまうが、炭酸ナトリウム塩または炭酸カルシウム塩をセルロース成分100重量部に対し5〜15重量部の範囲内で添加することで、適切なワーカビリティを得ることができる。

また、硫酸塩を使用しないので硫酸イオンに起因したコンクリートの劣化のおそれはない。また、消泡剤の混合量を5〜15重量部の範囲内とすることで、コンクリート強度を増加させることができる。

上記水中コンクリート用増粘剤において前記セルロース成分として、2％希釈率における粘度が35000〜55000cpsの範囲にある水溶性セルロースを用いる。35000〜55000cpsの範囲内の粘度を有する水溶性セルロースを用いることで、コンクリートの水中不分離性能が向上する。

前記消泡剤として、有機系消泡剤もしくはシリコン系消泡剤を用いることが好ましい。例えば、泡膜の表面張力を局部的に低下させる効果のあるシリコン系消泡剤を用いることで、水中コンクリート打設時の空気混連量を効率的に低下させることができる。また、有機系消泡剤を用いても同様の効果が発揮できる。

本発明による水中コンクリート打設方法は、上述の水中コンクリート用増粘剤を水中コンクリート1m³に添加する水に対し0.7〜1.1重量％の範囲内で添加した後に水中コンクリートを打設することを特徴とする。

本発明の水中コンクリート打設方法によれば、上記水中コンクリート用増粘剤を水中コンクリート1m³に添加する水に対し0.7〜1.1重量％の範囲内で添加することで、水中コンクリートが水中で所定の不分離性を発揮することができる。従来の水中コンクリート用増粘剤によれば、1.1〜1.3重量％の添加量が必要であったので、必要な添加量を低減することができる。

本発明によれば、水中コンクリートが水中で不分離性を発揮するために必要な添加量を低減することのできる水中コンクリート用増粘剤およびこれを用いた水中コンクリート打設方法を提供することができる。

実施例１（ケース１〜１０）についての実験結果を示し、炭酸塩の含有量と測定したスランプフロー値との関係を示すグラフである。実施例１（ケース１１〜２０）についての実験結果を示し、炭酸塩の含有量と測定したスランプフロー値との関係を示すグラフである。実施例２（ケース２１〜３２）についての実験結果を示し、消泡剤Ａ，Ｂの含有量と測定した１軸圧縮強度（28日強度）との関係を示すグラフである。実施例２（ケース３３〜４４）についての実験結果を示し、消泡剤Ａ，Ｂの含有量と測定した１軸圧縮強度（28日強度）との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

〈実施例１〉
実施例１は、セルロース成分に対する炭酸塩の添加比率を変えた水中コンクリート用増粘剤を用いたモルタル製品のスランプフロー値を実験により確認したものである。セルロース成分として水溶性セルロースであるメチルセルロース、プロピルメチルセルロースを用い、増粘効果を得るための炭酸塩として炭酸ナトリウム塩、炭酸カルシウム塩を用いた。

メチルセルロースに対する炭酸ナトリウム塩、炭酸カルシウムの添加量を表１のケース１〜１０のように変えた場合のモルタル製品のスランプフロー値を実験により確認した。また、プロピルメチルセルロースに対する炭酸ナトリウム塩、炭酸カルシウムの添加量を表２のケース１１〜２０のように変えた場合についても同様の実験を行った。なお、実験はJISA1150（コンクリートのスランプフロー試験方法）に準じて行った。

また、水溶性セルロースとして、信越化学社製のメチルセルロース（製品名：メトローズ（登録商標））、および、関東化学株式会社製のプロピルメチルセルロース（CAS番号9004‐65‐3)を用いたが、以下の実施例２，３においても同様のものを用いた。また、炭酸ナトリウム塩、炭酸カルシウム塩は、和光製薬工業社製の試薬品を用いたが、一般の市場にて容易に入手可能なものであり、本発明を実施する上で製品の制約は特にない。また、実施例１および以下の実施例２，３では、すべて減水剤を一定量（水中コンクリート1m³当たりのセメントの添加量に対し1.2％）添加した後にそれぞれの測定を行っている。減水剤としては、リグニンスルホン酸、オキシカルボン酸を主剤とする多くの種類があるが、本実施例においては、BASF-ポゾリス社製（SP8SV）を用いた。

図１は、実施例１（ケース１〜１０）についての実験結果を示し、炭酸塩の含有量と測定したスランプフロー値との関係を示すグラフである（図中の数字は測定値であり、以下同じ）。図１から、スランプフロー値は、メチルセルロース100重量部に対する炭酸塩（炭酸ナトリウム塩、炭酸カルシウム塩）の添加量が5〜15重量部であるケースでは、51cm以上であり、良好な結果であったが、炭酸塩の添加量が50重量部以上のケースでは、40cm以下であり、急激に低下したことがわかる。

図２は、実施例１（ケース１１〜２０）についての実験結果を示し、炭酸塩の含有量と測定したスランプフロー値との関係を示すグラフである。図２から、スランプフロー値は、プロピルメチルセルロース100重量部に対する炭酸塩（炭酸ナトリウム塩、炭酸カルシウム塩）の添加量が5〜15重量部であるケースでは、48cm以上であり、良好な結果であったが、炭酸塩の添加量が50重量部以上のケースでは、39cm以下であり、急激に低下したことがわかる。なお、実施例１（ケース１〜２０）では、炭酸ナトリウム塩、炭酸カルシウム塩について、それらの結果に有意差は認められなかった。

一般的にスランプフロー値については、50±3cmが良好なワーカビリティであることを示す参考値（土木学会のコンクリート用水中不分離性混和剤品質規格（JSCE-D104-1990））となっているが、かかる参考値を基準にすると、図１，図２から水溶性セルロース100重量部に対する炭酸塩の添加量は5〜15重量部が最適であることがわかる。また、スランプフロー値は水中コンクリートを送り出す時において重要なワーカビリティであり、値が高い程性能が良好であることを示す。以上から水中コンクリート用増粘剤においてセルロース成分としての水溶性セルロース100重量部に対する炭酸塩の添加量は5〜15重量部の範囲内が適していることがわかる。

〈実施例２〉
実施例２は、セルロース成分に対する消泡剤の添加比率を変えた水中コンクリート用増粘剤を用いた場合の28日強度を実験により確認したものである。セルロース成分として水溶性セルロースであるメチルセルロース、プロピルメチルセルロースを用い、消泡剤として有機系消泡剤である消泡剤Ａ、さらに、消泡剤Ｂを用いた。消泡剤Ａは、昭和化学社製（トリブチルホスフェート）を用い、消泡剤Ｂは、三洋化成社製（サンスパール（登録商標））を用いた。なお、シリコン系消泡剤として、東邦化学社製の消泡剤、信越化学社製のシリコン消泡剤KM-88P、KM-91Pなどを用いてもよく、また、有機系消泡剤としては、花王製（アンチフォーム（登録商標））などを用いてもよい。

メチルセルロースに対する消泡剤Ａ，Ｂの添加量を表３のケース２１〜３２のように変えた場合の28日強度を実験により確認した。また、プロピルメチルセルロースに対する消泡剤Ａ，Ｂの添加量を表４のケース３３〜４４のように変えた場合についても同様の実験を行った。なお、実験は土木学会のコンクリート用水中不分離性混和剤品質規格（JSCE-D104-1990）およびJISA1108（コンクリートの圧縮強度試験方法）に準じて行った。

図３は、実施例２（ケース２１〜３２）についての実験結果を示し、消泡剤Ａ，Ｂの含有量と測定した１軸圧縮強度（28日強度）との関係を示すグラフである。図３から、28日強度としての１軸圧縮強度は、メチルセルロース100重量部に対する消泡剤Ａ，Ｂの添加量が0〜10重量部と増えるにしたがい大きくなるが、15〜20重量部と増えると若干減少することがわかる。

図４は、実施例２（ケース３３〜４４）についての実験結果を示し、消泡剤Ａ，Ｂの含有量と測定した１軸圧縮強度（28日強度）との関係を示すグラフである。図４から、28日強度としての１軸圧縮強度は、プロピルメチルセルロース100重量部に対する消泡剤Ａ，Ｂの添加量が0〜15重量部と増えるにしたがい大きくなるが、20重量部に増えると減少することがわかる。また、実施例２では、消泡剤を添加しなかった場合（ケース２１，２７，３３，３９）、空気混連による気泡残りが著しいため強度低下が顕著にみられた。

上記土木学会のコンクリート用水中不分離性混和剤品質規格（JSCE-D104-1990）において28日強度は、25N/mm²以上の規定化がなされているため、その規定値との比較によれば、水溶性セルロース100重量部に対する消泡剤の添加量が5〜15重量部の範囲内での強度増加が好ましい。なお、消泡剤の添加量が20重量部まで増えると、逆に強度がやや低下する傾向があるため、消泡剤の添加量の増加によりかえって性能が悪化する場合がある。

なお、実施例２（ケース２１〜４４）では、消泡剤Ａ，Ｂについて、それらの結果に若干差がみられたが、特に有意差は認められなかった。また、消泡剤を添加しなかったケース２１，２７，３３，３９に炭酸塩を添加した場合、強度発現の改善効果は殆ど見られなかった。

〈実施例３〉
実施例３は、本発明による水中コンクリート用増粘剤について水中不分離度に関する評価を行ったものである。計測は、JISA1150（コンクリートのスランプフロー試験方法）に従って行い、懸濁物質量を測定した。上記土木学会のコンクリート用水中不分離性混和剤品質規格（JSCE-D104-1990）においては、水中不分離度として懸濁物質量が50mg/L以下と規定化されているため、50mg/L以下の性能が望ましい。

表５に示すように、実施例３は、水溶性セルロース100重量部に対し炭酸ナトリウム塩5〜15重量部、消泡剤Ｂ5〜15重量部を混合した水中コンクリート用増粘剤を用い、水中コンクリート用増粘剤の水に対する全体添加量を0.7〜1.1重量％としたものである。ケースＡ１〜Ｒ１はメチルセルロースを用い、ケースＡ２〜Ｒ２はプロピルメチルセルロースを用い、2％水溶液の20℃における粘度を10000〜55000cpsとした。

表５に各ケースの水中不分離度の測定結果をあわせて示すが、水溶性セルロースはメチルセルロース、プロピルメチルセルロースのいずれの場合でも、2％水溶液の20℃における粘度が10000cps程度であると、水中不分離度を十分に小さくすることが難しいのに対し、2％水溶液の20℃における粘度が35000〜55000cpsの範囲であれば規定（50mg/L以下）を満足し、良好な結果であることがわかる。また、水中コンクリート用増粘剤の添加量（水に対する添加比率）については、既往の製品では1.1重量％以上必要であったのに対し、より少ない添加率0.7〜1.1重量％で規定（50mg/L以下）を満足することがわかる。

本発明におけるセルロース誘導体を用いた水中不分離性のメカニズムは、セルロースに有する極性の高い水酸基がセメントに含まれるカルシウムイオンと結合することで、セメントの水中での分離抵抗性を向上させると考えられる。セルロースに有する水酸基価が高い程粘度が高くなるため、粘度が高まるにつれて不分離抵抗性が向上する。

以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、水溶性セルロースとして、メチルセルロース、プロピルメチルセルロース以外を用いてもよく、たとえば、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースなどを用いることができる。

Claims

セルロース成分100重量部に対し炭酸ナトリウム塩または炭酸カルシウム塩を5〜15重量部および消泡剤を5〜15重量部の比で混合し、
前記セルロース成分として、2％希釈率の20℃における粘度が35000〜55000cpsの範囲にある水溶性セルロースを用いることを特徴とする水中コンクリート用増粘剤。
前記消泡剤として有機系消泡剤もしくはシリコン系消泡剤を用いることを特徴とする請求項１に記載の水中コンクリート用増粘剤。
請求項１または２に記載の水中コンクリート用増粘剤を水中コンクリート1m3に添加する水に対し0.7〜1.1重量％の範囲内で添加した後に水中コンクリートを打設することを特徴とする水中コンクリート打設方法。