JP6429083B2 - プレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤、プレミックスモルタルおよびセメント硬化体 - Google Patents

プレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤、プレミックスモルタルおよびセメント硬化体 Download PDF

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本発明は、主に土木、建築分野において使用されるプレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤に関し、またこれを用いたプレミックスモルタルおよびこれらを用いたセメント硬化体に関する。より詳しくは、あらかじめ各種材料を混合しておいて、施行現場で水、或いはエマルション水溶液と練り混ぜることによって得られるプレミックスモルタルおよびセメントモルタルの硬化体に関する。
プレミックスモルタル製品は、コンクリート構造物の改修や補修等に使用されるモルタルであり、セメント、骨材、無機フィラー等の無機系の粉体材料や再乳化型粉末樹脂等の有機系の粉体材料をあらかじめ配合した状態で袋詰めされ、施工現場にて水と混練することで、モルタル、およびポリマーモルタルとされる。このようなモルタルは、コンクリート構造物に拘束されるため、乾燥収縮によりひび割れてしまうことがあることから、乾燥収縮を抑制する目的で、粉末状のプレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤が使用されている。
粉末状のプレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤として、液体のポリエーテルを吸油性の無機あるいは有機粉末に含浸させたもの、ネオペンチルグリコールなどのアルカンジオール類やポリエチレングリコール類等が用いられている(例えば特許文献1〜3)。
特許文献1の液体のポリエーテルを吸油性の無機あるいは有機粉末に含浸させたもの(以下、「ポリエーテル含浸粉末」という)は、低添加量でも高い収縮低減効果を発揮し、圧縮強度にも影響を与えないことが特徴である。しかしながら、補修等に使用される各種プレミックスモルタル材料には、より高い品質が求められている。それは、補修という性質上当然であり、特に旧日本道路公団(現NEXCO)で使用される断面修復材は、非特許文献1に定められる試験法による「28日後の乾燥収縮率」を0.05%以下と定めている。このような乾燥収縮率への高い要求に対して、ポリエーテル含浸粉末を多量に添加してもその乾燥収縮率に対応できない場合がある。
特許文献2、3のアルカンジオール類やポリエチレングリコール類のような、成分そのものが固体のものは、多量に添加することで、プレミックスモルタル材料に求められている乾燥収縮率の高い品質に対応することができる。しかしながら、補修等に使用される各種プレミックスモルタル材料のうち、吹付けによる施工では、吹付けのし易さ、いわゆる吹付け性を向上させるため、モルタル中に空気を連行させ、単位容積質量を小さくすることがある。このような吹付け性を向上させたモルタルは、非特許文献2に示されているように、乾燥収縮が大きくなり、乾燥収縮率の高い品質に対応することができないという問題が生じている。
さらに、2009年2月にJASS5(鉄筋コンクリート工事標準仕様書)が改定され、その中で、計画供用期間の長期、超長期のランクについて、「26週後(182日後)の乾燥収縮率」を0.08%以下と規定している。この規定はコンクリートに関するものであるが、コンクリートに吹付けるモルタルにもこのような長期的に乾燥収縮を抑制することが求められてきている。
なお、特許文献4には、第4級窒素原子を有するカチオン性化合物からなり、セメントに流動性を与えるセメント流動用添加剤が記載されている。しかし、これは、乾燥収縮を抑制する添加剤ではない。
特開平2−164754号公報 特開平6−72748号公報 特開平9−301758号公報 特開2000−044309号公報
試験方法.第4編(構造関係試験方法)--第3版.東日本高速道路株式会社、中日本高速道路株式会社、西日本高速道路株式会社編著,JHS416−2004「断面修復材料品質規格試験方法」,第56項 コンクリート混和材料ハンドブック,社団法人日本材料科学会編,第102項
これらの問題を解決し、吹付け施工に良好に適用できるよう単位容積質量が小さくても高い乾燥収縮を抑制する効果を発現するとともに、長期的に乾燥収縮を抑制するプレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤が求められているのである。
本発明の課題は、単位容積質量が小さくても高い乾燥収縮を抑制する効果を発現し、長期的に乾燥収縮を抑制するプレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤を提供すること、およびそれを用いたプレミックスモルタルおよびセメント硬化体を提供することである。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特定鎖長かつ組成分布が単分散なアルキル長鎖を1個有するアミン塩からなるプレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤が上記の課題を解決することの知見を得て、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、次の(1)〜(3)である。
(1) 下記式(1)で表されるカチオン系界面活性剤からなるプレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤。
Figure 0006429083
(式(1)において、
は、炭素数12〜18のアルキル基を表し、かつ前記アルキル基中に占める炭素数14のアルキル基の組成比または炭素数16のアルキル基の組成比が95質量%以上であり、
、Rは、それぞれ独立して水素原子またはメチル基を表し、
は、水素原子またはベンジル基を表し、
Xは対イオンを表す。)
(2) セメント、水、骨材、膨張材、再乳化型粉末樹脂および(1)のプレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤を含有するプレミックスモルタル。
(3) (2)のプレミックスモルタルを硬化させて得られるセメント硬化体。
本発明でいうプレミックスモルタルとは、モルタルの総称であり、セメント硬化体とは、セメントモルタルの硬化体を総称するものである。
本発明のプレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤を用いることにより、土木・建築分野において吹付けで使用されるプレミックスモルタル(セメント硬化体)は、乾燥ひび割れを防止することが可能となった。
本発明に用いるカチオン系界面活性剤は、式(1)で表される構造を有する。
式(1)に示されるRは、炭素数12〜18のアルキル基であり、かつこのアルキル基中の炭素数14のアルキル基の組成比または炭素数16のアルキル基の組成比が95質量%以上である。
炭素数12〜18のアルキル基としては、例えば、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、イソセチル、オクタデシル、イソステアリル等のアルキル基が挙げられる。Rの炭素数が12よりも小さいと水への溶解性が高くなり、収縮低減性能が低下する。Rの炭素数が18よりも大きいと水への溶解性が低くなり、収縮低減性能が低下する。
本発明においては、更に、Rを構成するアルキル基の組成分布について、炭素数14のアルキル基の組成比または炭素数16のアルキル基の組成比は95質量%以上であり、98質量%以上がより好ましく、99質量%以上でも良い。炭素数14のアルキル基がRの95質量%以上を占める場合には、炭素数12、13、15〜18のアルキル基が合計量としてRの5質量%以下を占める。この場合に好ましくは、Rの残りは炭素数12、16、18のアルキル基から選択される。また、炭素数16のアルキル基がRの95質量%以上を占める場合には、炭素数12〜15、17、18のアルキル基が合計量としてRの5質量%以下を占める。この場合に好ましくは、Rの残りは炭素数12、14、18のアルキル基から選択される。
本発明者は、このようにRに占める炭素数14のアルキル基、あるいは炭素数16のアルキル基の組成比を高くし、炭素鎖の鎖長を特定長さに揃えることによって、単位容積質量が小さくても高い乾燥収縮を抑制する効果を発現し、長期的に乾燥収縮を抑制することを見いだした。
における炭素数14のアルキル基の組成比または炭素数16のアルキル基の組成比が95質量%よりも低いと、他の炭素鎖長のアルキル基を有する化合物が5質量%を超えて併存することなり、長期の乾燥収縮低減効果が低下する。このように、2種以上のアルキル基が併存することによって長期の収縮低減効果が低下する理由については明らかになっていないが、アルキル組成が単一に近づくほど、特に長期の収縮低減効果が向上することは、本発明者の発見である。
式(1)に示されるR、Rは、水素原子あるいはメチル基を表す。むろん、本乾燥収縮低減剤中において、例えばRが水素である式(1)の化合物と、Rがメチル基である式(1)の化合物とが混在していてもよい。R、Rにおける炭素数が1よりも大きいと、式(1)の化合物の水溶性が低下し、収縮低減性能が低下する。
式(1)に示されるRは、水素原子あるいはベンジル基を表す。むろん、本乾燥収縮低減剤中において、Rが水素原子である式(1)の化合物と、Rがベンジル基である式(1)の化合物とが混在していてもよい。
式(1)に示されるXは、カチオンの対イオンを表す。対イオンとしては、有機酸から誘導された陰イオン、水酸基イオン、ハロゲン化物イオン等が挙げられる。具体的には、塩化物イオン、酢酸イオン、硫酸イオンが特に好ましい。
本発明のプレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤の添加量は、ミキサ混練りによる混和の場合、水硬性材料であるセメント類100質量部に対して、0.1質量部〜10質量部が好ましく、0.5質量部〜8質量部がより好ましく、1質量部〜6質量部がさらに好ましい。
本発明のプレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤の使用方法は、特に限定されない。ミキサにより混和する場合は、セメント類、骨材、水に個々に添加しても良く、単独に添加し混練りしても良い。
本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、および中庸熱の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、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、エコセメント、白色セメント、超速硬セメント、シリカフューム、フライアッシュ、およびけい酸白土等のポゾラン反応を有するものや高炉スラグ微粉末等を混和したポルトランドセメント、並びに、石灰石微粉末等を混合したフィラーセメント、アルミナセメント、マグネシアセメント、白セメント等などが挙げられる。
本発明で使用する骨材としては、通常のモルタルに使用できるものであれば特に限定されるものではなく、川砂、陸砂、砕砂、硅砂および海砂等の細骨材が挙げられる。骨材の使用量は、セメント類100質量部に対して、50〜300質量部が好ましく、80〜250質量部がより好ましい。
本発明で使用する膨張材としては、カルシウムスルホアルミネート系、石灰系、あるいはそれらの複合系が挙げられる。膨張材の使用量は、セメント類100質量部に対して1〜10質量部が好ましく、2〜8質量部がより好ましい。
本発明で使用する再乳化型粉末樹脂としては、乾燥することによってポリマー皮膜を形成し得るものであれば、アニオン性、カチオン性、およびノニオン性のどのようなイオン性でも良い。具体的には、エチレン−酢酸ビニル共重合体、酢酸ビニル・ベオバ・アクリル共重合体、メタクリル酸アルキルエステルとアクリル酸アルキルエステルの共重合体、スチレンとアクリル酸アルキルエステルの共重合体等が挙げられる。
本発明の再乳化型粉末樹脂の使用量は、セメント類100質量部に対して、1〜20質量部が好ましく、1〜15質量部がより好ましく、1〜10質量部がさらに好ましい。
また、本発明のプレミックスモルタルには公知の添加剤(材)や無機フィラーを使用することができる。一例を挙げれば、AE剤、流動化剤、遅延剤、早強剤、促進剤、起泡剤、保水剤、増粘剤、防水剤、撥水剤、分離抵抗抑制剤、減水剤、高性能減水剤、消泡剤、乾燥収縮低減剤、珪石粉末、高炉スラグ、フライアッシュ、シリカフューム、石膏等が挙げられる。
本発明でプレミックスモルタルの調製に使用する水の量は、セメント以外の併用する材料によって変化するため、一義的に決定することは難しいが、通常、セメント類100質量部に対して、20〜60質量部が好ましく、25〜55質量部がより好ましい。
本発明では、セメントなどの投入・混合方法は均一に分散・混合できれば特に限定されるものではない。セメントなどを投入・混合し、打設し、養生してセメント硬化体を調製することができる。特に打設を吹付けによって行なうことが好ましい。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
<測定方法>
本発明において、プレミックスモルタルおよびセメント硬化体の評価に用いた測定方法は、次の通りである。
乾燥収縮率:JIS A 1129−3「モルタルおよびコンクリートの長さ変化試験方法、ダイヤルゲージ法」に準じ、脱型後を基長として、23±2℃ 53%RHにて養生し、28、および182日後の乾燥収縮率を測定した。
単位容積質量:JIS A 1171「ポリマーモルタルの試験方法」に準じて測定した。
<プレミックスモルタルの作製およびセメント硬化体の評価>
本発明のプレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤を用いたプレミックスモルタル、およびそれ以外のプレミックスモルタルについて、普通ポルトランドセメントを用いて評価を行った。
<プレミックスモルタルの作製方法>
セメント570質量部、細骨材1200質量部、膨張材30質量部、再乳化型粉末樹脂30質量部に対して、水300質量部を使用し、JIS A 1171のポリマーセメントモルタルの試験方法に準じて練混ぜを行い、モルタルとした。なお、プレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤は、水の外割り添加とし、セメント570質量部と膨張材30質量部の総量600質量部に対する添加量とした。
<使用材料>
セメント: 普通ポルトランドセメント
細骨材 :東北硅砂製、「6号硅砂」
再乳化型粉末樹脂: 日本合成化学(株)製、「モビニール・パウダーLDM7100P」(アクリル酸エステル・メタクリル酸エステル共重合樹脂、カチオンタイプ)
膨張材:電気化学工業(株)製、「デンカCSA#10」(エトリンガイト系)
水 : 水道水
本発明の実施例および比較例のプレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤として、表1に示される化合物を使用してモルタルを作製し、モルタルを4×4×16cmのゲージプラグ付き金型に充填し、養生温度を20℃とし、材齢1日で脱型し、基長の測定を行った。その後23±2℃ 53%RHにて養生し、乾燥収縮率を測定した。使用したプレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤の種類を評価結果とともに表1に示す。
Figure 0006429083
表1中、プレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤として用いた化合物の詳細は次の通りである。
<本発明実施例の乾燥収縮低減剤>
・実施例1:テトラデシルジメチルベンジルアンモニウムクロライド
式(1)において、R1=C1429、R2=R3=CH3、R4=C65CH2、X=Cl
1に占める炭素数14のアルキル基の比率α=99質量%
1に占める炭素数12のアルキル基の比率:0.5質量%
1に占める炭素数16のアルキル基の比率:0.5質量%
・実施例2:テトラデシルアミン酢酸塩
式(1)において、R1=C1429、R2=R3=R4=H、X=CH3COO
1に占める炭素数14のアルキル基の比率α=99質量%
1に占める炭素数12のアルキル基の比率:0.5質量%
1に占める炭素数16のアルキル基の比率:0.5質量%
・実施例3:ヘキサデシルジメチルベンジルアンモニウムクロライド
式(1)において、R1=C1633、R2=R3=CH3、R4=C65CH2、X=Cl
1に占める炭素数16のアルキル基の比率α=96質量%
1に占める炭素数14のアルキル基の比率:1質量%
1に占める炭素数18のアルキル基の比率:3質量%
<比較例の乾燥収縮低減剤>
・比較例1:ヤシアルキルジメチルベンジルアンモニウムクロライド
…式(1)において、R1=C1225とC1429が比率6:4、R2=R3=CH3、R4=C65CH2、X=Cl
1に占める炭素数12のアルキル基の比率α=60質量%
・比較例2:ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド
…式(1)において、R1=C1225、R2=R3=R4=CH3、X=Cl
1に占める炭素数12のアルキル基の比率α=99質量%
1に占める炭素数10のアルキル基の比率:0.5質量%
1に占める炭素数14のアルキル基の比率:0.5質量%
・比較例3:オクタデシルアミン酢酸塩
…式(1)において、R1=C1837、R2=R3=R4=H、X=CH3COO
1に占める炭素数18のアルキル基の比率α=97質量%
1に占める炭素数16のアルキル基の比率:2質量%
1に占める炭素数18のアルケニル基の比率:1質量%
・比較例4:ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド:ドデシルトリメチルアンモニウムクロライドの約9:1混合物
…混合される化合物は以下のとおりである。
式(1)において、R1=C1633、R2=R3=R4=CH3、X=Cl
式(1)において、R1=C1225、R2=R3=R4=CH3、X=Cl
1に占める炭素数16のアルキル基の比率α=88質量%
1に占める炭素数12のアルキル基の比率:8.2質量%
1に占める炭素数14のアルキル基の比率:1.0質量%
1に占める炭素数18のアルキル基の比率:2.8質量%
実施例1〜3より、本発明のプレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤を用いると、単位容積質量が小さく、空気量が多いプレミックスモルタル硬化体において、低添加量で目標の28日乾燥収縮率0.05%以下を達成することができる。また、28日以降である182日においても乾燥収縮率の悪化の伸びが小さくなっている。
比較例1では、炭素数12のアルキル基の比率αが約60質量%、炭素数14のアルキル基の比率が約40質量%であったが、28日後の乾燥収縮率が大きく、目標に達しなかっただけでなく、182日においても乾燥収縮率が大きくなった。
比較例2では、炭素数12のアルキル基の比率αが約99質量%であったが、28日後の乾燥収縮率が大きく目標に達しなかった。
比較例3では、炭素数18のアルキル基の比率αが約99質量%であったが、28日後の乾燥収縮率が大きく、目標に達しなかった。
比較例4では、炭素数16のアルキル基の比率αが約90質量%、炭素数12のアルキルが約10質量%であったが、28日後の乾燥収縮率が大きく、目標に達しなかっただけでなく、182日においても乾燥収縮率が大きくなった。
以上のとおり、本発明のプレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤を用いることにより、単位容積質量が小さく、空気量が多いプレミックスモルタルにおいて、安定したひび割れ抵抗性が高いセメント硬化体が得られる。

Claims (3)

  1. 下記式(1)で表されるカチオン系界面活性剤からなることを特徴とする、プレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤。
    Figure 0006429083
    (式(1)において、
    は、炭素数12〜18のアルキル基を表し、かつ前記アルキル基中に占める炭素数14のアルキル基の組成比または炭素数16のアルキル基の組成比が95質量%以上であり、
    、Rは、それぞれ独立して、水素原子またはメチル基を表し、
    は、水素原子またはベンジル基を表し、
    Xは対イオンを表す。)
  2. セメント、水、骨材、膨張材、再乳化型粉末樹脂および請求項1記載のプレミックスモルタル用乾燥収縮低減剤を含有することを特徴とする、プレミックスモルタル。
  3. 請求項2記載のプレミックスモルタルを硬化させて得られるセメント硬化体。
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