JPH0733497A - セメント混和剤及び水硬性セメント組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐化学性を示す高い強度及び高い耐久性をも
ったコンクリートを得るにあたり，混和剤を多量に加え
ることなく，そしてコスト，凝結性等に問題のない形で
そのコンクリートを得るとともに，コンクリート製造時
に新しいサイロなどを必要とせず，さらにポゾラン反応
の活性が高められたものとすること。 【構成】 反応性けい酸化合物及び／又はシラン化合物
を主成分としてなるセメント混和剤。そのセメント混和
剤を含む水硬性セメント組成物は，反応性けい酸化合物
及び／又はシラン化合物からなる群から選ばれた少なく
とも一種のセメント混和剤により優れたポゾラン反応作
用が付与され，しかも高強度，高耐久性といった性能を
有するコンクリートとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，反応性けい酸化合物及
びシラン化合物からなる群から選ばれた少なくとも一種
のセメント混和剤，及びそのセメント混和剤の少なくと
も一種を含む水硬性セメント組成物に関するものであ
る。さらに詳しくはセメントペースト，モルタル，未硬
化コンクリート等の水硬性セメント組成物に配合されて
用いられ，それらに優れたポゾラン反応作用を付与し，
しかも高強度，高耐久性といった性能を有するコンクリ
ートを提供し得る混和剤に関するものである。本発明は
さらにそのセメント混和剤を用いての高性能コンクリー
トの製造法にも関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年，
強度と水密性を発現し，海水あるいは空気中などの塩素
イオンあるいは硫酸イオン等に対して耐化学性を示す
他，防水性などにも優れる高い強度及び高い耐久性をも
ったコンクリートを与える水硬性セメント組成物を製造
する技術の開発が，次世代コンクリート開発に資するも
のとして脚光を浴び，したがって現在その開発が活発に
行なわれている。このような耐化学性を示す高い強度及
び高い耐久性をもったコンクリートを与えるものとして
ポゾラン反応及びマイクロフィラー効果を期待してのシ
リカヒューム混入コンクリート及びフライアッシュセメ
ントコンクリートが盛んに利用されるようになってきて
いる。シリカヒューム混入コンクリートとは，ポルトラ
ンドセメントにポゾラン材料を調合し，ポゾラン反応及
びマイクロフィラー効果により，高強度コンクリートと
するものであり，現在高強度コンクリートの主流の材料
となっている。シリカヒュームはセメントに対して１０
重量％程度添加されるが，粉体のため，コンクリート製
造時には新しくサイロが必要となる。また，この粉体を
分散させるために，混和剤が多量に必要となり，コス
ト，凝結性等に問題が残っている。

【０００３】フライアッシュセメントコンクリートと
は，火力発電所で燃料として使用した微粉炭の燃焼の飛
散ダストを捕集したもので，シリカ質材料であるフライ
アッシュをポルトランドセメントに調合したものであ
る。フライアッシュは球状粒子であるため，粒子同志が
すべりあうという働きをしめし，セメント流動化剤とし
ての働きも期待でき水セメント比を小さくでき，作業性
の向上が図れるだけでなく，より高い強度及び高い耐久
性をもったコンクリートを与えるものとすることができ
る。そのフライアッシュセメントコンクリートは，また
配合されるフライアッシュによるポゾラン反応により長
期強度は多少期待できるが，しかしこのポゾラン反応の
活性が小さいため，そのままでは大幅な強度増強は期待
できない。配合されるシリカヒュームまたフライアッシ
ュは，ポゾラン反応を利用できる材料ではあるが，依然
としてその活性は満足できるものでなく，活性が低いと
いう問題点がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者等は，上記した
ような従来のシリカヒュームあるいはフライアッシュ配
合セメントの有する問題点を解決し，耐化学性を示す高
い強度及び高い耐久性をもった優れた次世代コンクリー
ト開発にもその可能性を与え，かつ安価で施工性の優れ
たセメントを見出すべく，鋭意研究の結果，本発明を完
成するに至ったものである。すなわち本発明は，反応性
けい酸化合物及び／又はシラン化合物を主成分として成
ることを特徴とするセメント混和剤を乾燥セメント，セ
メントペースト，モルタル，未硬化コンクリート等のセ
メント組成物に配合すると，高性能コンクリートが得ら
れることを見いだしてなされた。本発明は，反応性けい
酸化合物及び／又はシラン化合物を主成分として成るこ
とを特徴とするセメント混和剤を提供するにある。これ
らの本発明のセメント混和剤は，特にポゾラン材料（シ
リカ質混和材料）の配合されるセメントやコンクリート
等のセメント組成物に配合されて用いられ，例えばシリ
カヒューム混入コンクリートやフライアッシュセメント
コンクリートに用いられ，高性能セメント硬化物を与え
る。

【０００５】従って，本発明はこれら反応性けい酸化合
物及び／又はシラン化合物を主成分として成るセメント
混和剤によって優れた強度及び耐久性が付与されている
水硬化性セメント組成物あるいは高性能コンクリートに
関する。本発明は上記セメント混和剤により，水硬性セ
メント組成物に高性能を付与する方法あるいはこうした
方法を適用しての高性能コンクリートの製造法にも関す
る。

【０００６】本発明で用いられる反応性けい酸化合物又
はシラン化合物としては，ポルトランドセメントの水和
反応において生成するＣａ（ＯＨ）_２と反応して強度付
与に大きく貢献する成分であるＣ−Ｓ−Ｈ化合物を形成
することのできるものあるいは部分水和を受けて，Ｃａ
（ＯＨ）_２と反応しＣ−Ｓ−Ｈ化合物を形成することの
できるものに変化しうるものが挙げられるが，本発明の
目的に沿う限りは特に限定されることなく広くＣａ（Ｏ
Ｈ）_２と反応してＣ−Ｓ−Ｈ化合物を形成するものある
いはその前駆体の中から選んで用いることができる。本
発明で好ましく使用されるシラン化合物としては，例え
ばメトキシシラン，エトキシシラン，プロポキシシラ
ン，ブトキシシラン，アミロキシシラン，オクチロキシ
シラン，ノニロキシシランなどのアルコキシシラン，モ
ノメチルシラノール，ジメチルシラノール，トリメチル
シラノール，モノエチルシラノール，ジエチルシラノー
ル，トリエチルシラノールなどのモノ，ジ又はトリアル
キルシラノール，シラン，オクタメチルシクロテトラシ
ロキサンなどの低分子環状シロキサン，ヘキサメチルシ
ロキサンなどの低分子直鎖状シロキサン，トリメトキシ
ビニルシラン，メタアクリルシランなどの不飽和基含有
シラン，アチロキシシロキサンなどを含むシラン化合物
などが挙げられる。

【０００７】本発明で好ましく使用される反応性けい酸
化合物としては，例えばけい酸メチル，四塩化けい素な
どのハロゲン化けい素，メチルクロルシラン類，硫化け
い素などのけい素化合物を加水分解して得たもの，ある
いは例えばメトキシシラン，エトキシシラン，プロポキ
シシラン，ブトキシシラン，アミロキシシラン，オクチ
ロキシシラン，ノニロキシシランなどのアルコキシシラ
ンを含むシラン化合物を水と反応させて得られるものが
挙げられ，セメントと反応するシラノール基を多量に含
むものが挙げられる。例えば，アルコキシシランとして
は，特にテトラエトキシシラン，テトラメトキシシラン
などが好適に用いることができる。アルコキシシランと
水との反応時間は，所望により任意に選ぶことができ
る。特にアルコキシシランと水との反応時間は，形成さ
れる反応性けい酸化合物内のセメントと反応するシラノ
ール基の数，性状などを考慮して決められる。この形成
された反応性けい酸化合物は均一のシラノール基含有ゲ
ルとして得られ，ポゾラン反応性が顕著に優れている。
形成される反応性けい酸化合物の性状は，使用するアル
コキシシランの量及びアルコキシシランと水との反応時
間により容易に制御せしめることもできる。

【０００８】この反応性けい酸化合物の形成は，アルコ
キシシランと反応せしめられている水のｐＨを調節する
ことにより，例えば酸性水溶液あるいはアルカリ水溶液
とすることでその形成速度を制御せしめることもでき
る。このようにこの反応性けい酸化合物の形成は，酸性
水溶液あるいはアルカリ水溶液とアルコキシシランとを
反応させることで行うこともできる。酸性水溶液あるい
はアルカリ水溶液とアルコキシシランとを反応させる場
合，反応性けい酸化合物の形成速度は，促進せしめられ
ることが可能である。この反応性けい酸化合物の形成
は，いかなるｐＨでも行うことができるが，ｐＨ１０以
上の水溶液とアルコキシシランとを反応させることで行
うこともできる。好ましくはｐＨ１２〜１４の間が挙げ
られる。反応性けい酸化合物形成は，酸性の水の内で行
われることができるし，アルカリ性の水の内で行われる
ことができる。酸性水溶液中には，塩酸，臭素酸，硫
酸，硝酸，燐酸，過塩素酸，重硫酸塩，酸性亜硫酸塩な
どの無機酸又はそれらの塩，酢酸，酪酸，蟻酸，シュウ
酸，コハク酸，フマル酸，安息香酸などの有機酸などが
添加されていてよい。アルカリ水溶液中には，水酸化ナ
トリウム，水酸化カリウム，水酸化カルシウム，水酸化
アンモニウム，重炭酸ナトリウム，重炭酸カリウム，重
炭酸マグネシウムなどのアルカリ金属水酸化物又は重炭
酸塩，アルカリ土類金属水酸化物又は重炭酸塩，水酸化
第四級アルキルアンモニウムなどが添加されていてよ
い。

【０００９】形成される反応性けい酸化合物の性状など
は，水相の性状，例えば酸性かあるいはアルカリ性か，
更には如何なる酸あるいはアルカリを加えているか，反
応時間，反応温度などにより調節できる。水溶液中に
は，ｐＨ緩衝剤，ゲル化調整剤などが添加されていてよ
い。形成される反応性けい酸化合物性状などは，これら
のものによっても調節できる。使用される水溶液などと
しては，精製水，酸性水溶液，アルカリ水溶液が挙げら
れが，形成される反応性けい酸化合物に所要の特定の性
状を付与するために精製水などに金属，金属塩，無機化
合物，有機化合物，顔料，薬剤などを加えたものを用い
ることもできよう。本発明の反応性けい酸化合物は，例
えばシラン化合物に水を１：８０から１：０．５，好ま
しくは１：５０から１：１の範囲となるように添加し，
これを１日から７日間加熱，例えば５０℃から１００
℃，好ましくは６５℃から７５℃で加熱し，攪拌するこ
とにより製造できる。本発明の反応性けい酸化合物は，
上記のようにして製造された溶液，ゲル状物，あるいは
乾燥又は粉砕されて得られた粉末として用いることがで
きる。本発明で好ましく使用される反応性けい酸化合物
は，低濃度でＣａ（ＯＨ）_２と反応してＣ−Ｓ−Ｈ化合
物を形成することのできるものであり，特に好ましいも
のは極めて少ない使用量で，水硬性セメント組成物に高
いＣ−Ｓ−Ｈ化合物形成能を与えるものである。

【００１０】例えば，テトラエトキシシランを水と１：
５０から１：１の範囲でｐＨ１２．４〜１３．０におい
て反応させ，７０℃±２℃において１〜７日間加熱攪拌
し，こうして得られたものは好適なセメント混和剤とし
て用いることができる。本発明で好ましく使用されるシ
ラン化合物は，低濃度でＣａ（ＯＨ）_２と反応してＣ−
Ｓ−Ｈ化合物を形成することのできるものであり，特に
好ましいものは極めて少ない使用量で，水硬性セメント
組成物に高いＣ−Ｓ−Ｈ化合物形成能を与えるものであ
る。代表的なシラン化合物としては，例えばエトキシシ
ランが挙げられる。これら混和剤は単一の混和剤成分を
単独で配合して用いることもできるし，複数の種類の混
和剤成分を二種以上混合して用いることもできる。本発
明で好ましく使用されるシラン化合物としては，テトラ
エトキシシラン（東芝シリコーン社製）が挙げられる。

【００１１】本発明のセメント混和剤は，セメントに対
して２００重量％以下の量で用いて良好なＣ−Ｓ−Ｈ化
合物形成能作用を付与することができ，さらに好ましく
はセメントに対し，０．１重量％以下の量で用いられる
ことができる。本発明のセメント混和剤は，非常に少量
でその有効性を発揮することができ，セメントに対して
０．０５重量％以下，さらにより好ましくはセメントに
対し約０．０３重量％の量用いて好適なＣ−Ｓ−Ｈ化合
物形成能作用を付与することができる。本発明のセメン
ト混和剤は，水溶液，エマルジョン液としてあるいは粉
末でセメント配合物へ添加されることができる。その添
加は，セメントとのドライブレンドとして，混練水に溶
解あるいは分散することによって，又はセメント配合物
の混練を開始するにあたり行うことができる。本発明の
セメント混和剤は，セメントへの注水と同時若しく注水
直後からセメント配合物の混練終了までの間に添加する
ことも可能であり，さらに一旦練り上がったセメント配
合物への添加も可能である。本発明のセメント混和剤
は，一時に全量添加することもできるし，あるいは数回
に分割して添加することも可能である。

【００１２】さらに，本発明のセメント混和剤は他の公
知のセメント混和剤あるいはセメント混和材との併用も
可能であり，このような公知のセメント混和剤等として
は，グラスファイバー，硬化促進剤，凝結遅延剤，分離
低減剤，ポリマー混和剤，着色剤，水溶性高分子，発泡
剤，消泡剤，セルフレベリング剤，流動化剤，高性能減
水剤，ＡＥ剤，ＡＥ減水剤，遅延剤，速強剤，促進剤，
起泡剤，保水剤，増粘剤，防水剤，防錆剤，防黴剤，ヒ
ビワレ低減剤，高分子エマルジョン，高炉スラッグ，フ
ラッシュアイ，シリカヒューム，膨張剤，除放性分散
剤，除放性起泡剤，分散剤などが挙げられる。特に本発
明のセメント混和剤はセメントとの反応性が高いので，
早強セメントに近い性質を与えるので，遅延剤などを一
緒に配合して用いることも好ましい。本発明で用いられ
ることのできる他の公知のセメント混和剤を含めてのセ
メント混和剤あるいはセメント混和材は，それぞれ単一
のセメント混和剤あるいはセメント混和材の種を単独で
配合して用いることもできるし，複数の種類のセメント
混和剤あるいはセメント混和材を二種以上混合して用い
ることもでき，本発明の目的に沿うかぎりは特に限定さ
れること無く，種々の配合形態で用いることができる。

【００１３】こうした本発明の配合セメント混和剤は，
セメント配合物へ添加されて用いられることができる。
この高性能セメント硬化物の製造に当たっては，下記の
セメントと所望の混和材及び必要に応じたセメント添加
剤を含む組成物に，先ずセメント混和剤を加えた後混練
を加えることにより行う。また，本発明は，上記セメン
ト混和剤を配合して製造されるコンクリートに関する。
このようなコンクリートとしては，通常のセメント，
水，細骨材，所望の混和材料を含むモルタル，さらに粗
骨材を含むコンクリート，例えば，フレッシュコンクリ
ート，プレーンコンクリートに配合されたもの，ＡＥコ
ンクリート，モルタル，セメントペースト，軽量コンク
リート，軽量骨材コンクリート，鉄筋コンクリート，鉄
骨鉄筋コンクリート，プレストレストコンクリートなど
が挙げられる。

【００１４】本発明のセメント混和剤が配合されて用い
られることのできるセメント成分としては，セメント，
特にポルトランドセメント，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，耐硫酸塩ポルトランドセメント，中庸熱ポ
ルトランドセメント，白色ポルトランドセメント，ポゾ
ランや急冷高炉スラグなどのシリカ質あるいは石灰質を
主成分とする混合材を混合してあるポルトランドセメン
ト（混合セメント），高炉セメント，シリカセメント，
フライアッシュセメント，アルミナセメントなどが挙げ
られるが，上記したようにシリカ質を主成分とする混合
材を混合してあるシリカセメント，フライアッシュセメ
ントなどが好ましい。本発明で用いることのできるセメ
ント用骨材としては，通常のセメント用骨材として使用
できるものが挙げられ，通常モルタル又はコンクリート
を製造するために混和されるものであれば特に限定され
ること無く，広く容易に入手しうるものの中から選んで
用いることができ，例えば砂，砂利，砕砂，砕石，高炉
スラグ骨材とかフェロニッケルスラグ骨材とかのスラグ
骨材，あるいはこれらに類似の材料が挙げられ，軽量骨
材，例えば真珠岩あるいは黒よう岩又はこれに準ずる石
質を有する岩石の粉砕したものを焼成膨張させて得られ
るようなパーライト，火山れき及びその加工品などの天
然軽量骨材，さらに膨張けつ岩，膨張粘土，膨張スレー
ト，焼成フライアッシュなどの人工軽量骨材，膨張スラ
グなどの副産軽量骨材及びその加工品，重量骨材，窒化
けい素や炭化けい素あるいは窒化ほう素や炭化ほう素な
どといったセラミックス，コンクリート廃材など，そし
て細骨材あるいは粗骨材も含まれる。これら骨材は適し
た形態にされていることができる。本発明で用いられる
骨材は，水硬化性組成物の成分としてモルタルやコンク
リートを製造した場合セメント用骨材として満足しうる
品質あるいは性質をを与えるように選ぶことが必要で，
その要求される品質あるいは性質を満足し，本発明の目
的に沿うかぎりは特に限定されること無く，広く容易に
入手しうるものの中から選んで用いることができる。

【００１５】本発明に従えば，セメント混和剤の安定性
についての問題も少なくかつ表面に亀裂を起こすなどの
問題点のない高強度，高耐久性でかつワーカビリティー
に優れた高性能セメント硬化物を製造することが可能と
なり，各種コンクリートへの適用が可能となる。さらに
本発明によれば，強度と水密性を発現し，海水あるいは
空気中などの塩素イオンあるいは硫酸イオン等に対して
耐化学性を示す他，防水性などにも優れる高い強度及び
高い耐久性をもったコンクリートを与える水硬性セメン
ト組成物を製造する技術が与えられる。

【００１６】

【実施例】以下実施例を挙げて本発明を具体的に説明す
るが，本発明はこの実施例に示した具体例のみに限定さ
れるものではない。 実施例１：テトラエトキシシラン５０ｍｌを水と１：２
０の配合比にしてｐＨ１２．４〜１３．０において反応
させ，７０℃±２℃において４日間加熱攪拌した。こう
して得られたテトラエトキシシランの加水分解物は好適
なセメント混和剤として用いることができる。このセメ
ント混和剤をフライアッシュセメントＢ種（フライアッ
シュ分量：１０〜２０質量％，ペースト：Ｗ／Ｃ＝０．
５）５２０ｇに加え，これに水を加え混合し，材令２８
日目にＪＩＳに従い強度特性を測定した。その結果本発
明のセメント混和剤により強度が高められることが分か
った。同様に，シリカヒューム混入コンクリートを用い
ても同様の結果が得られる。

【００１７】

【発明の効果】本発明により，強度と水密性を発現し，
海水あるいは空気中などの塩素イオンあるいは硫酸イオ
ン等に対して耐化学性を示す他，防水性などにも優れる
高い強度及び高い耐久性をもったコンクリートを与える
水硬性セメント組成物を製造する技術が提供される。特
に本発明によりシリカヒューム混入コンクリート及びフ
ライアッシュセメントコンクリートの製造にあたり必要
なサイロなどが不要となり，この粉体を分散させるため
の混和剤も不要となり，コスト，凝結性等の問題が解決
できる。ポゾラン反応を利用でき，大幅な強度増強が期
待でき，セメント流動化剤としての働きも同時に期待で
き水セメント比を小さくでき，作業性の向上が図れるだ
けでなく，より高い強度及び高い耐久性をもったコンク
リートを与えるものとすることができる。本発明によ
り，僅か２〜４％のセメント混和剤の添加により高い強
度，例えば３０％もの強度を増した高性能セメント硬化
物が得られる。さらにｐＨなどを調整することにより，
セメントの硬化速度を容易に変えることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 24:42） Ｚ 103:60

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応性けい酸化合物及び／又はシラン化
   合物を主成分として成ることを特徴とするセメント混和
   剤。
2. 【請求項２】 シラン化合物が，アルコキシシラン，モ
   ノ，ジ又はトリシラノール又はシロキサンであることを
   特徴とする請求項１記載のセメント混和剤。
3. 【請求項３】 アルコキシシランが，メトキシシラン，
   エトキシシラン，プロポキシシラン，ブトキシシラン，
   アミロキシシラン，オクチロキシシラン，及びノニロキ
   シシランからなる群から選ばれたものであることを特徴
   とする請求項２記載のセメント混和剤。
4. 【請求項４】 反応性けい酸化合物が，シラン化合物と
   水とを反応させて得られたものであることを特徴とする
   請求項１記載のセメント混和剤。
5. 【請求項５】 反応性けい酸化合物が，アルコキシシラ
   ンと水とを反応させて得られたものであることを特徴と
   する請求項４記載のセメント混和剤。
6. 【請求項６】 セメント混和剤として少なくとも一種の
   反応性けい酸化合物及びシラン化合物からなる群から選
   ばれたものを含有していることを特徴とする水硬性セメ
   ント組成物。
7. 【請求項７】 水硬性セメント組成物が，セメント，骨
   材，及び反応性けい酸化合物及びシラン化合物からなる
   群から選ばれた少なくとも一種のセメント混和剤を含む
   ものである請求項６記載の水硬性セメント組成物。
8. 【請求項８】 セメント組成物に反応性けい酸化合物及
   びシラン化合物からなる群から選ばれた少なくとも一種
   のセメント混和剤を添加してポゾラン反応作用を増強せ
   しめることを特徴とする水硬性セメント組成物の改良製
   造方法。