JP6432836B2 - セメント組成物用の発泡剤及びセメント組成物 - Google Patents

Description

本発明は、セメント組成物用の発泡剤、及び該発泡剤を含むセメント組成物に関する。

モルタルやコンクリート構造物の断面修復等に用いられる充填材等としてはセメント組成物が使用されているが、かかるセメント組成物が硬化までの間に大きく収縮した場合には充填箇所のひび割れの原因となる。そこで、セメント組成物中に発泡剤を配合して、セメント組成物に膨張性を付与することでひび割れを抑制することが考えられている。
かかるセメント組成物用の発泡剤としては、例えば、特許文献１に、アルミニウム粉末、アゾ化合物、ヒドラジン誘導体等が挙げられている。

アルミニウム粉末は、セメント及び水と接触することで、セメント中のアルカリ成分と反応を起こし水素ガスを発生させるため、混練後のセメント組成物に膨張性を付与することができる。しかし、アルミニウム粉末は反応性が高いため、セメント組成物に配合後短時間で反応が終了してしまい発泡性を長期間維持できないという問題がある。特に、発泡剤を、セメント、その他の成分と予め混合（プレミックス）しておくと、成分中のわずかな水分等と反応して発泡剤の発泡性が低下してしまうため、セメント組成物を使用する際に所望の膨張性が得られにくい。

アゾ化合物及びヒドラジン誘導体は、セメント及び水と接触することでセメント中のアルカリ成分と反応して窒素ガスを発生させるものであり、アルミニウム粉末に比べて反応速度が遅く、特に、プレミックスしたセメント組成物用の発泡剤としては適している。
しかしながら、アゾ化合物は発泡反応の温度依存性が高く、環境温度によっては安定して膨張性をセメント組成物に付与することができない。
また、ヒドラジン誘導体は発泡性が比較的低いため、セメント組成物に充分な膨張性を付与しにくい。特に、比較的短時間で硬化する早強性のセメントを用いたセメント組成物の場合、硬化までの間にセメント組成物に充分な膨張性を付与することが難しい。

特開２００９−１２６７１９号公報

そこで、本発明は、上記のような従来の問題を鑑みて、セメント組成物の膨張性を安定的に向上させうるセメント組成物用の発泡剤、及び、安定して高い膨張性を発揮しうるセメント組成物を提供することを課題とする。

本発明に係るセメント組成物は、発泡剤と、細骨材と、粗骨材と、セメントとを含むセ
メント組成物であって、前記発泡剤は、アゾ化合物とヒドラジン誘導体とを含み、且つ、
前記アゾ化合物と前記ヒドラジン誘導体との総質量に対する前記アゾ化合物の質量の比率
が０．５１以上０．６５以下となるように構成されており、５℃以上３０℃以下における
膨張量が０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下となる。

本発明によれば、アゾ化合物とヒドラジン誘導体とを含み、アゾ化合物とヒドラジン誘導体との総質量に対するアゾ化合物の質量の比率が前記範囲であることで、環境温度が変化しても発泡反応性が変化しにくく、且つ、発泡性は良好にできる。よって、セメント組成物に配合した場合、環境温度によってセメント組成物の膨張性は低下しにくく、且つ、比較的高い膨張性をセメント組成物に付与することができる。その結果、セメント組成物の膨張性を安定的に向上させることができる。

セメント組成物にかかる本発明は、前記発泡剤とセメントとを含む。

本発明のセメント組成物は、前記発泡剤を０．０４質量％以上０．０７質量％以下含んでいてもよい。

発泡剤を前記範囲で含む場合には、環境温度が変化しても発泡反応性が変化しにくく、且つ、発泡性は良好である。よって、安定して高い膨張性を発揮しうるセメント組成物が得られる。

本発明のセメント組成物は、前記セメントがカルシウムアルミネート系鉱物を含んでいてもよい。

前記セメントがカルシウムアルミネート系鉱物を含んでいる場合には、セメント組成物を比較的早期に硬化させることができると同時に、環境温度による膨張性の低下を抑制しつつ膨張性を向上させることができる。

以上のように、本発明によれば、セメント組成物の膨張性を安定的に向上させうるセメント組成物用の発泡剤、及び、安定して高い膨張性を発揮しうるセメント組成物を提供することができる。

以下に、本発明にかかるセメント組成物用の発泡剤及びセメント組成物の一実施形態について説明する。

本実施形態のセメント組成物用の発泡剤（以下、単に発泡剤ともいう。）、は、アゾ化合物とヒドラジン誘導体とを含みアゾ化合物とヒドラジン誘導体との総質量に対するアゾ化合物の質量の比率が０．３５以上０．６５以下である。

本実施形態の発泡剤に用いられるアゾ化合物は、水及びセメントと接触することでセメント中のアルカリ成分と反応し窒素ガスを発生させうるものであれば特に限定されるものではない。例えば、アゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチルニトリル等が挙げられる。中でも、発泡性が良好であることからアゾジカルボンアミドが好ましい。

アゾ化合物としては市販品を使用してもよい。例えば、アゾジカルボンアミドの市販品としては商品名「ビニホール」（永和化成工業社製）等が挙げられる。

本実施形態の発泡剤に用いられるヒドラジン誘導体は、水及びセメントと接触することでセメント中のアルカリ成分と反応し窒素ガスを発生させうるものであれば特に限定されるものではない。例えば、ｐ−トルエンスルホニルヒドラジド、ｐ，ｐ’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）、４，４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）、ベンゼンスルホニルヒドラジド、ヒドラジンカルボンアミド等が挙げられる。
中でも、温度変化にも安定して発泡性を発揮しうることから４，４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）が好ましい。

ヒドラジン誘導体としては市販品を使用してもよい。例えば、４，４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）の市販品としては商品名「ネオセルボン」（永和化成工業社製）等が挙げられる。

発泡剤におけるアゾ化合物とヒドラジン誘導体との組み合わせは特に限定されるものではないが、例えば、アゾ化合物としてアゾジカルボンアミド、ヒドラジン誘導体として４，４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）を用いることが好ましい。かかる組み合わせを採用することにより、環境温度が変化した場合でも安定して発泡性を発揮でき、且つ発泡性が良好になる。

本実施形態の発泡剤において、アゾ化合物とヒドラジン誘導体との総質量に対するアゾ化合物の質量の比率は０．３５以上０．６５以下、好ましくは０．５０以上０．６０以下である。アゾ化合物の質量の比率が前記範囲である場合には、発泡剤としてセメント組成物に配合した場合に、セメントと水とを混合した際の膨張性が温度によって変化することを抑制でき、且つ膨張性を向上させることができる。

尚、本実施形態の発泡剤には、アゾ化合物及びヒドラジン誘導体以外の成分を含んでいてもよい。

本実施形態のセメント組成物は上述のような本実施形態のセメント組成物用の発泡剤とセメントとを含む。
本実施形態のセメント組成物は、例えば、モルタルやコンクリート構造物の断面修復等に用いられる充填材として用いることができる。

本実施形態のセメント組成物に用いられるセメントは特に限定されるものではない。
例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメントなどのポルトランドセメントや、超速硬セメント、アルミナセメント等を挙げることができる。また、ポルトランドセメントにフライアッシュ、高炉スラグなどを混合した各種混合セメントも使用することができる。
中でも、超速硬セメントは、早期に所望の強度が得られるため、セメント組成物を充填材として用いる場合には好ましい。

かかる超速硬セメントなどの早期に所望の強度が得られるセメントとしては、カルシウムアルミネート系鉱物を含むセメントが挙げられる。
カルシウムアルミネート系鉱物を含むセメントとしては、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＸ_２（Ｘはハロゲン元素）、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３、カルシウムサルフォアルミネート（アーウィン）等の結晶質もしくは非晶質のカルシウムアルミネートを含有するものが例示できる。

本実施形態のセメント発泡剤の含有量は、セメントと発泡剤との混合物中において０．０４質量％以上０．０７質量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．０５質量％以上０．０６質量％以下、最も好ましくは０．０５０質量％以上０．０５５質量％以下である。
セメント組成物中の発泡剤の含有量が前記範囲である場合には、セメントと水とを混合した際の膨張性が温度によって変化することを効果的に抑制でき、且つ膨張性をより向上させることができる。

本実施形態のセメント組成物は、さらに水を含んでいてもよく、さらに別の成分を含んでいても良い。別の成分としては粗骨材、細骨材等の骨材、混和材等の粉体成分、鋼繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維等の繊維、ポリマーディスパージョン、収縮低減剤、防錆剤、減水剤、遅延剤等の液体又は粉体成分等が挙げられる。
この場合、例えば、発泡剤、セメント及び他の粉体成分を混合しておき、使用直前に水、及び他の液体成分と混合してもよい。

水は、例えば、水セメント比が３０％以上６５％以下になるように配合されることが挙げられる。上記範囲の水が配合されることで、ひび割れや補修箇所に充填しやすい充填材として使用しやすいセメント組成物が得られる。

本実施形態のセメント組成物は、例えば、水が配合され、ミキサー等を用いて攪拌混合することでフレッシュの状態のセメント組成物として得られる。
発泡剤を含むセメント組成物において、通常は環境温度が低いと膨張量が少なく、環境温度が高いと膨張量が多くなる。しかし、本実施形態のセメント組成物は、後述する実施例の膨張量の測定方法で測定される５℃〜３０℃における膨張量が０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、好ましくは０．４ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である。
膨張量が上記範囲である場合には、環境温度５℃〜３０℃の範囲において、膨張性を充分に発揮でき、その結果ひび割れを抑制できる。

セメント組成物は、膨張量が少ないと収縮してひび割れが発生する虞があるが、膨張量が多すぎる場合にもひび割れ（膨張性のひび割れ）が発生する虞があるため、適度な膨張量の範囲であることが好ましい。
また、膨張量が温度変化によって大きく変化すると、安定して性能が発揮できないため、できるだけ広い範囲において安定した膨張性を発揮できることが好ましい。

また、本実施形態のセメント組成物は、水等の液体成分と混合するまでは発泡反応を起こしにくいため、例えば、粉体成分のみを混合しておきプレミックスの状態で保管しておいても発泡剤の発泡性能が低下しにくい。従って、プレミックスの状態で保管しておいても水と混合した場合の膨張性の低下が抑制できる。

本実施形態のセメント組成物は、例えば、モルタルやコンクリート構造物の断面修復等に用いられる充填材として好適である。充填材として用いた場合には、広い温度範囲において安定した膨張性を発揮できるため、充填後に収縮することが抑制され、ひび割れの発生を抑制することができる。

尚、本実施形態にかかる発泡剤及びセメント組成物は以上のとおりであるが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は前記説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

以下に実施例を示して、本発明にかかる発泡剤及びセメント組成物についてさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

発泡剤の材料として、表１に示すものを用いた。

発泡剤以外のセメント組成物の原料としては表２に示すものを用いた。さらに、発泡剤以外の配合を表３に示した。

セメント組成物中の発泡剤の配合量は、表４乃至表７にセメントに対する質量％で示した。
尚、発泡剤としてのヒドラジン誘導体およびアゾ化合物の配合量は、表１に示す各製品の配合量（対セメント質量比）を「製品（C×％）」として、純度から算出したヒドラジン誘導体およびアゾ化合物の換算配合量を「（C×％）」として、表４乃至表７に示した。

《膨張量の測定》
各セメント組成物膨張量を以下の方法で測定した。

(供試体の作製方法)
まず、各セメント組成物を用いて供試体を以下の方法で作製した。
混合装置として容量５０Ｌの強制練りパン型ミキサを用いて、各セメント組成物を２分間混練した。混練後、ＪＩＳ Ａ １１３２に準じて供試体（直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍ）を作製し、直ちに膨張量測定装置に設置した。

(膨張量)
各供試体の膨張量を測定した。
膨張量の測定は、ＪＡＳＳ ５Ｔ−５０３：２００９に準じて行った。測定装置としては非接触センサ（レーザ変位計）を使用し、供試体の上面変位を連続的に測定した。

表４には、アゾ化合物又はヒドラジン誘導体いずれか一方を発泡剤として用いたセメント組成物を用いた膨張量の測定結果を示した。
表４に示すように、アゾ化合物を単独で用いた場合には、適切な膨張量の範囲である０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下から５℃、１０℃、２０℃、３０℃のいずれかの温度において外れることが示された。
一方、ヒドラジン誘導体を単独で用いた場合には、いずれの温度でも膨張量が小さすぎた。

表５には、アゾ化合物ＡＣ＃３−Ｋ７（記号Ｋ）と、ヒドラジン誘導体Ｎ＃５０００（記号Ｎ５）とをアゾ化合物とヒドラジン誘導体との総質量に対するアゾ化合物の質量の比率が表中の各比率になるように混合した発泡剤を用いて、且つ、セメントに対する発泡剤の配合量も変えたセメント組成物の膨張量の測定結果を示した。
表５に示すように、アゾ化合物とヒドラジン誘導体との総質量に対するアゾ化合物の質量の比率が０．３５以上０．６５以下であるセメント組成物は、いずれの温度でも膨張量が０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であった。

表６には、アゾ化合物、ＦＥ−７８８(記号ＦＥ)とヒドラジン誘導体Ｎ＃５０００（記号Ｎ５）とを用いて、アゾ化合物とヒドラジン誘導体との総質量に対するアゾ化合物の質量の比率が表中の各比率になるように混合した発泡剤を用いて、且つ、セメントに対する発泡剤の配合量も変えたセメントの膨張量の測定結果を示した。
表６に示すように、各セメント組成物の前記比率が０．３５以上０．６５以下の範囲外である場合には、すべて５℃において膨張量が１．０ｍｍを越えていた。特に、発泡剤の配合量が少なくなると膨張量が大きくなっていた。

表７には、アゾ化合物、ＡＣ＃Ｒ（記号Ｒ）、ＡＣ＃Ｋ３−ＴＡ（記号ＴＡ）とヒドラジン誘導体Ｎ＃５０００（記号Ｎ５）、Ｎ＃１０００Ｓ（記号Ｎ１Ｓ）及びＮ＃１０００Ｍ（記号Ｎ１Ｍ）とを、アゾ化合物とヒドラジン誘導体との総質量に対するアゾ化合物の質量の比率が表中の各比率になるように混合した発泡剤を用いて、セメントに対する発泡剤の配合量を変えたセメントの膨張量の測定結果を示した。
表７に示すように、いずれのアゾ化合物及びヒドラジン誘導体を用いた場合でも、前記比率を０．３５以上０．６５以下になるようにしたセメント組成物は、いずれの温度でも膨張量が０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であった。

Claims (3)

1. 発泡剤と、細骨材と、粗骨材と、セメントとを含むセメント組成物であって、
   前記発泡剤は、アゾ化合物とヒドラジン誘導体とを含み、且つ、前記アゾ化合物と前記ヒドラジン誘導体との総質量に対する前記アゾ化合物の質量の比率が０．５１以上０．６５以下となるように構成されており、
   ５℃以上３０℃以下における膨張量が０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下となるセメント組成物。
2. 前記発泡剤をセメントに対して０．０４質量％以上０．０７質量％以下含む請求項１に記載のセメント組成物。
3. 前記セメントは、カルシウムアルミネート系鉱物を含むセメントである請求項１又は２に記載のセメント組成物。