JPH10226551A - セメント混和剤及びこれを添加したコンクリート二次製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ない添加量で、優れた流動性が得られ、し
かも混和材料を多量に含有する高流動コンクリート処方
においても、短い練混ぜ時間で流動性に優れた生コンク
リート等のセメント混練物が得られるセメント混和剤、
並びにそれを使用した作業性、内面仕上り性、強度発現
性の良好な遠心力コンクリート成形体等のコンクリート
二次製品の製造方法を提供する。 【解決手段】 （ａ）２−アクリルアミド−２−メチル
プロパンスルホン酸等のＮ−置換−α,β−不飽和モノ
カルボン酸アミド誘導体と、（ｂ）メタクリル酸または
その塩と、（ｃ）アクリル酸またはその塩との共重合比
が（ａ）／（ｂ）＝５５／４５〜８５／１５、（ｂ）／
（ｃ）＝９９.５／０.５〜５５／４５、重量平均分子量
が６０,０００〜２２０,０００の共重合体をセメント混
和剤として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分散剤、減水剤、
流動化剤などとして優れた性能を有するセメント混和
剤、並びに本発明のセメント混和剤を添加したコンクリ
ート二次製品の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンクリート施工現場におけて、
作業員がバイブレーターを用いて締固めする作業を必要
とせず、型枠内部への自己充填が可能である高流動コン
クリートが強く要求されるようになってきた。これら、
高流動コンクリートの製造には、比表面積が４,０００
〜８,０００ｃｍ²／ｇ程度の高炉スラグ、石灰石、シリ
カフューム等の微粉末が混和材料として、強度発現性、
表面外観、骨材の分離低減などの点から多量に添加され
たものが賞用されている。これら、微粉末が多く配合さ
れた高流動コンクリート処方では、高流動性や減水性を
確保しようとすると、ナフタレンスルホン酸ホルマリン
縮合物等のスルホン酸系のセメント混和剤では、それら
の使用量が多くなり、生コンクリートの凝結遅延や、硬
化体の圧縮強度が低下する等の現象があるため、高流動
コンクリートに対しても少ない使用量で高い減水性が得
られる高性能なセメント混和剤が要望されている。

【０００３】本発明者らは、先に少ない使用量で、初期
の流動性に優れ、しかも、セメントへの空気連行性がほ
とんどないセメント混和剤として、特開平４−１２０３
９号公報でＮ−置換−α,β−不飽和モノカルボン酸ア
ミド誘導体と、メタクリル酸との共重合体を提案してき
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の共重合体は、通常のコンクリートに比べ上記の混和
材料を多量に配合した高流動コンクリート処方では、練
混ぜ時間を長くしないと十分な効果が得られず、該コン
クリートを用いる量産型のコンクリート二次製品工場で
は生産性の低下を招くという問題をおこす可能性がある
ことがわかった。

【０００５】本発明は、少ない添加量で、優れた流動性
が得られ、しかも混和材料を多量に含有する高流動コン
クリート処方においても、短い練混ぜ時間で流動性に優
れた生コンクリート等のセメント混練物が得られるセメ
ント混和剤、並びにそれを使用した作業性、内面仕上り
性、強度発現性等の良好な遠心力コンクリート成形体な
どのコンクリート二次製品の製造方法を提供するもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のセメント混和剤は、（ａ）前記一般式（化
１）で示されるＮ−置換−α,β−不飽和モノカルボン
酸アミド誘導体と、（ｂ）メタクリル酸またはその塩
（ｃ）アクリル酸またはその塩との共重合体であって、
共重合比がモル分率（％）で（ａ）／（ｂ）＝５５／４
５〜８５／１５、（ｂ）／（ｃ）＝９９.５／０.５〜５
５／４５の範囲にあり、かつ、重量平均分子量が６０,
０００〜２２０,０００の共重合体を含むという構成か
らなる。前記一般式（化１）中、低級アルキル基はメチ
ル基が好ましい。次に本発明の方法は、前記のセメント
混和剤を添加したコンクリート二次製品の製造方法であ
る。前記方法において、コンクリート二次製品が、遠心
力コンクリート成形体であると、本発明のセメント混和
剤の添加効果が作業性、内面仕上り性等の面で顕著にな
る。次に本発明の遠心力コンクリート成形体の製造方法
は、前記のセメント混和剤を生コンクリート用セメント
材料に添加混合するという構成からなる。前記した本発
明の構成によるセメント混和剤を用れば、少ない添加量
で、優れた流動性が得られ、しかも混和材料を多量に含
有する高流動コンクリート処方においても、短い練混ぜ
時間で流動性に優れた生コンクリート等のセメント混練
物が得られ、また作業性、内面仕上り性、強度発現性の
良好な遠心力コンクリート成形体等のコンクリート二次
製品の製造方法をも提供することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下の説明において、生コンクリ
ート等セメント混練物の流動性を単に「流動性」と称す
ることとする。上記モノマー成分（ａ）のＮ−置換−
α,β−不飽和モノカルボン酸アミド誘導体としては、
２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、
２−アクリルアミドエタンスルホン酸、２−メタクリル
アミドエタンスルホン酸、３−メタクリルアミドプロパ
ンスルホン酸またはこれらの塩が挙げられる。

【０００８】また、共重合体のモノマー成分（ｂ）とし
ては、メタクリル酸またはその塩が用いられる。共重合
体のモノマー成分（ｃ）としては、アクリル酸またはそ
の塩が用いられる。これらモノマー成分における塩とし
ては、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、およびア
ンモニウム塩、アミン塩、アルカノールアミン塩等の有
機アンモニウム塩が用いられる。

【０００９】本発明の共重合体は、上記モノマー成分
（ａ）、（ｂ）の共重合比が、モル分率で（ａ）／
（ｂ）＝５５／４５〜８５／１５、好ましくは６０／４
０〜８０／２０の範囲にあることが必要である。共重合
体比が８５／１５を超えると流動性が著しく低下する。
また、共重合比が５５／４５未満の場合は、流動性が著
しく低下する他に、硬化したコンクリートの圧縮強度も
低下する。

【００１０】また、（ｂ）、（ｃ）モノマーの共重合モ
ル比が練り混ぜ時間および流動性に顕著に影響する。コ
ンクリート二次製品における原料配合物の如何にかかわ
らず練混ぜ時間を、二次製品工場の操業条件である１分
３０秒から２分程度とするには、（ｂ）／（ｃ）＝９
９.５／０.５〜５５／４５、好ましくは９７／３〜６５
／３５の範囲にあることが必要である。共重合体比が５
５／４５を超えると流動性が大幅に低下する。９９.５
／０.５未満の場合には、流動性を確保しようとする
と、高流動コンクリート処方のように原料配合物の種類
によっては練混ぜに２分以上の長い時間が必要となる。

【００１１】さらに、本発明の共重合体は、重量平均分
子量が６０,０００〜２２０,０００の範囲にあることが
必要であり、好ましくは８０,０００〜１６０,０００で
ある。重量平均分子量が２２０,０００を超えると、混
和剤水溶液の粘度が高くなって取り扱いが困難となり、
また、流動性の低下も著しい。分子量が６０,０００未
満でも、流動性が低下する。

【００１２】本発明の共重合体は、通常のラジカル重合
によっても合成できるが、重合開始剤として過硫酸塩と
亜硫酸塩類とを組み合わせた酸化還元系開始剤を用い、
前記、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）成分を共重合させる
ことにより得たものの方が好ましい。これにより、本発
明の目的とする効果が一層達成される。

【００１３】過硫酸塩としては、過硫酸ナトリウム、過
硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等が用いられる。ま
た、亜硫酸塩類としては、亜硫酸塩、重亜硫酸塩類また
はピロ亜硫酸塩が用いられ、これらの塩としては、ナト
リウム、カリウム、アンモニウムなどが用いられる。特
に、過硫酸アンモニウムと重亜硫酸カリウムとを組み合
わせた酸化還元系重合開始剤が好ましい。

【００１４】共重合反応に際しては、前記（ａ）成分と
（ｂ）成分と（ｃ）成分の混合物中に、開始剤を同時に
添加してもよく、また、（ａ）成分、（ｂ）成分および
（Ｃ）成分と開始剤を所定モル比で、連続的に添加して
もよい。

【００１５】過硫酸塩濃度は、所定重量平均分子量の共
重合体を得るために、ビニルモノマー１モルに対して
０.０１〜０.２モルが好適であり、好ましくは０.０２
〜０.１モルである。過硫酸塩濃度が０.２モルを超える
と、重量平均分子量が下限以下となり、生コンクリート
の流動性が低下する。逆に、０.０１未満の場合には、
重量平均分子量が上限を超え、混和剤水溶液の粘度が高
くなって取り扱いが困難となり、また、該流動性の低下
も招く。

【００１６】亜硫酸塩類は、過硫酸塩１モルに対して、
０.１〜５モル、好ましくは０.５〜２モルの割合で併用
することが好ましい。この量が５モルを超えると、得ら
れる共重合体の塩濃度が高くなり、コンクリートの耐久
性の低下を招く。一方、０．１モルよりも少ないと、重
合率が低下し、流動性の低下を招く。

【００１７】重合温度は１５〜７０℃が好ましい。重合
温度が７０℃を超えると過硫酸塩の熱分解が起こり、重
合率が低下し、初期の流動性の低下を招く。また、重合
温度が１５℃未満でも、重合率が低下し、同様の現象が
起こる。重合は水溶液重合で行うことができる。重合に
要する時間は、通常２０分〜４時間程度であるが、モノ
マーの比率、水溶液濃度などにより適宜選択される。ま
た、重合時のＰＨは２以上が好ましい。さらに、本発明
の効果を損なわない範囲で、上記重合成分（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に対し、さらに他の共重合モノマー成
分、例えば、スチレン、アクリロニトリル、アクリルア
ミド、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、酢
酸ビニルなどを共重合してもよい。

【００１８】本発明の共重合体は、対粉体量（セメント
＋混和材料）比で０.０１〜２.０重量％、好ましくは
０．０５〜１．５重量％の範囲でセメント配合物や、混
練物に添加することが望ましい。本発明の混和剤は、水
溶液や粉末の剤型で使用でき、その添加時期はセメント
配合物の混練りから成形までの間のいつでも可能である
が、生コンクリート調製中に遅れ添加する方法、調製後
に後添加することにより一層、少ない添加量で優れた流
動性が得られる。なお、水溶液で使用する場合は、混練
水に添加して使用する。なお、本発明の明細書では、上
記のように、セメント混練物や混練水に添加する場合も
含めて「セメント混和剤」と称するものとする。また、
必要に応じて、通常コンクリート二次製品の製造に用い
られている公知のＡＥ剤、硬化促進剤、凝結遅延剤、防
錆剤、分離低減剤、膨張剤、ポリマー添加剤等のコンク
リート混和材料を併用することができる。

【００１９】特に、ヴィンソル（山宗化学（株）製品、
天然樹脂酸塩）をＡＥ剤として併用すると、コンクリー
ト中の空気量の調整が容易にでき、その添加量に応じた
空気量のセメント混練物が得られる。また、経時流動性
保持剤として、本発明のモノマー成分（ａ）とメタクリ
ル酸エステルとの共重合体を併用することもできる。本
発明のセメント混和剤を添加したセメント混練物を遠心
力成形して遠心成形品を製造する場合は、慣用の装置や
手法を用いればよく、従来と手法を変えることなく作業
性、内面仕上り性、強度発現性の良好な遠心力コンクリ
ート成形体を製造できる。したがって、実用性の高い混
和剤である。他のコンクリート二次製品の製造において
も、慣用の装置や手法を用いることができ、練り混ぜ時
間を短縮できるとともに、作業性、初期強度発現性が良
いので、生産効率が高められる。

【００２０】

【実施例】以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に
説明する。以下の実施例において、モル比はモル分率
（％）を示す。 （１）本発明のセメント混和剤の製造例 還流冷却器、滴下濾斗およびガス導入管を備えた内容量
２０００ｍｌの還流器つき反応器に、２.２３５モル
（５１２.３ｇ）の２−アクリルアミド−２−メチルプ
ロパンスルホン酸ナトリウム（ＡＡＭＰＳ・Ｎａ）と、
０.６７１モル（７２.６ｇ）のメタクリル酸ナトリウム
（ＭＡ・Ｎａ）と、０.２８７モル（２７.０ｇ）のアク
リル酸ナトリウム（ＡＡ・Ｎａ）を含む水溶液１４３
６.４ｇを仕込んで窒素置換し、窒素を流しながら昇温
した。５０℃になった時点で、少量の水に溶かした重亜
硫酸カリウム０.２１１モル（２５.３ｇ）と、少量の水
に溶かした過硫酸アンモニウム０.２１１モル（４８.１
ｇ）を添加し、５０℃に重合温度を保って２時間重合を
行った。なお、この際、全反応系に対する２−アクリル
アミド−２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウムとメ
タクリル酸ナトリウムとアクリル酸ナトリウムの濃度の
合計は２８.４％であった。かくして得られた共重合体
の重量平均分子量は、ゲル濾過クロマトグラフィー（Ｇ
ＰＣ）を用いて測定したところ１２０,０００であっ
た。このものを、後記遠心力コンクリート成形体による
試験での実施例に供した。また、重亜硫酸カリウムと過
硫酸アンモニウムの添加量および共重合モノマーの比率
を適宜変更し、その他は上記重合法に準拠して、実施例
１〜７よび比較例１〜４で用いた共重合体を同様に製造
した。

【００２１】（２）セメント混和剤の評価（Ｉ） 混和剤を添加した高流動コンクリートの評価は下記の方
法で行った。容量が４０リットルとなるように下記、表
−１の組成の調合で計量し、まず、粗骨材、細骨材、セ
メント、混和材料の順に、５０リットルパン型強制練り
ミキサに投入し、１５秒間、空練り後、所定量の水に溶
解した混和剤を添加して所定時間練混ぜを行った。所定
時間練混ぜ後、ミキサから混合物を取り出し、直ちにＪ
ＩＳＡ１１０１に準拠して、スランプあるいはスランプ
フローを測定し、また、ＪＩＳＡ１１２８に準拠して空
気量を測定した。さらに、硬化７日後および１４日後の
圧縮強度をＪＩＳＡ１１０８に準拠して測定した。作業
性は作業者の平均的感覚（官能試験）で評価した。

【００２２】

【表１】

【００２３】ＭＡ・Ｎａ／ＡＡ・Ｎａモル比と分子量を
変えた場合の結果を表−２に示す。これらの結果から、
本発明の混和剤によれば、混和材料を多量に添加したコ
ンクリート処方においても、少ない添加量で、しかも短
い練混ぜ時間で優れた流動性の得られることが判る。ま
た、初期強度発現も良好であることが判る。

【００２４】

【表２】

【００２５】前記製造例で得られた分子量の異なる２−
アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ナトリ
ウム／メタクリル酸ナトリウム／アクリル酸ナトリウム
共重合体（モル比＝６０／３２／８）について、同様に
して、分子量を変えた本発明のセメント混和剤を表−１
に示す高流動コンクリートへ適用した場合の性能を評価
した。結果を表−３に示す。

【００２６】

【表３】

【００２７】（３）セメント混和剤の評価（II） 本発明の混和剤を添加した遠心力コンクリート成形体の
成形時及び得られた成形体の評価は以下の方法で評価し
た。本発明の混和剤は、実施例６で使用した２−アクリ
ルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム／
メタクリル酸ナトリウム／アクリル酸ナトリウム共重合
体（モル比＝６０／３２／８）を用いた。まず、遠心力
コンクリート成形品の調製は、表−４の材料を使用し、
表−５および表−６に示すコンクリート配合に準じて調
製した。尚、練混ぜ時間は、遠心力コンクリートの場合
には現場に準じ、９０秒とした。遠心成形条件および養
生条件は下記の通りである。

【００２８】(i) 遠心成形条件：偏心しないように、
加速度を徐々に高め、５Ｇ／２分、１８Ｇ／１分、３０
Ｇ／４分の条件で、遠心締め固めを行った。 (ii) 養生条件： 蒸気養生 前置き３時間後、昇温速度２０℃／時間とし、７０℃
で、３時間保持後、自然徐冷した。 オートクレーブ養生 昇温速度２０℃／時間とし、１８０℃、１０ｋｇｆ／ｃ
ｍ²で３時間保持後、自然徐冷した。 (iii) 評価方法： フレッシュコンクリートの作業性：作業者の平均的
感覚（官能試験）で評価した。 ○：扱い易い △：やや重い ×：重い 内面仕上がり性：直径２０×３０cmの小型遠心管の
内面を指触により評価した。 ○：良い（内面が締まっている） △：やや良い（内面がやや軟らかい） ×：悪い（内面が軟らかい） 圧縮強度：ＪＩＳＡ１１３６「遠心締め固めコンク
リートの圧縮強度試験方法」に従った。供試体は直径１
０×２０cmの円柱及び小型遠心管で、試験は各々蒸気養
生直後、オートクレーブ養生後に行った。

【００２９】

【表４】

【００３０】遠心力コンクリートの遠心成形時及び得ら
れた成形体の性能結果を表−５、６に示す。これらの結
果から、本発明の混和剤を用いれば、従来のナフタレン
スルホン酸ホルマリン縮合物を高性能減水剤とした場合
に比べ、種々の遠心力コンクリート処方において、作業
性、内面仕上がり性及び強度発現性に優れた製品が得ら
れることが判る。

【００３１】

【表５】

【００３２】

【表６】

【００３３】（４）セメント混和剤の評価（III） 実施例−３で使用した２−アクリルアミド−２−メチル
プロパンスルホン酸ナトリウム／メタクリル酸ナトリウ
ム／アクリル酸ナトリウム共重合体（モル比＝７０／２
４／６）について、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮
合物を比較例として、表−７に示す高強度コンクリート
処方のボックスカルバート配合における流動性及び材令
１４日での強度発現性を調べた。尚、生コンクリートの
調製方法は、強制二軸ミキサを用い、練混ぜ時間を９０
秒とした。結果を表−７に示す。これらの結果から、本
発明の混和剤を用いれば、高強度コンクリート処方にお
いても、高流動コンクリート処方と同様、少ない添加量
で優れた流動性が得られ、圧縮強度にも優れた製品が得
られることが判る。

【００３４】

【表７】

【００３５】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、
（ａ）一般式（１）で示されるＮ−置換−α,β−不飽
和モノカルボン酸アミド誘導体と（ｂ）メタクリル酸ま
たはその塩と（ｃ）アクリル酸またはその塩との共重合
比が（ａ）／（ｂ）＝５５／４５〜８５／１５、（ｂ）
／（ｃ）＝９９.５／０.５〜５５／４５、重量平均分子
量が６０,０００〜２２０,０００の共重合体をセメント
混和剤として用いることにより、上記モル比あるいは分
子量範囲外の共重合体や、アクリル酸を含まない共重合
体などに比べて、混和材料を多量に配合した高流動コン
クリート処方のような場合においても、少ない添加量で
優れた流動性が得られ、しかも練り混ぜ時間も短くて済
む。また、高強度コンクリート処方においても同様の効
果が得られる。よって、量産型のコンクリート二次製品
の製造において種々の配合で高い減水性が得られるとと
もに、製造作業の効率をあげることができる。

【００３６】特に、本発明のセメント混和剤を、石膏、
珪石微粉末等の混和材料を使用したパイル、ポール、ヒ
ューム管等の遠心成形コンクリート二次製品に対し、セ
メント混和剤として使用すると、従来のナフタリンスル
ホン酸ホルマリン縮合物等を使用した場合に比べ、内面
仕上がり性の向上、軟弱なペースト層の減少による良好
な強度発現性等優れた成形性の向上が達成できる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）下記一般式（化１）で示されるＮ
   −置換−α,β−不飽和モノカルボン酸アミド誘導体
   と、 【化１】 （ｂ）メタクリル酸またはその塩（ｃ）アクリル酸また
   はその塩との共重合体であって、共重合比がモル分率
   （％）で （ａ）／（ｂ）＝５５／４５〜８５／１５、 （ｂ）／（ｃ）＝９９.５／０.５〜５５／４５ の範囲にあり、かつ、重量平均分子量が６０,０００〜
   ２２０,０００の共重合体を含むセメント混和剤。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のセメント混和剤を添加
   したコンクリート二次製品の製造方法。
3. 【請求項３】 コンクリート二次製品が、遠心力コンク
   リート成形体である請求項２に記載のコンクリート二次
   製品の製造方法。