JP5877581B2 - ポゾラン反応性混和剤 - Google Patents

Description

本発明は、主にセメント系のペースト、モルタル又はコンクリートに配合使用するポゾラン反応性混和剤に関する。

モルタルやコンクリートなどの水硬性組成物に配合されるポゾラン反応性物質は、ポゾラン反応性を十分発現させるため、粒径が数ミクロン以下の微細な粒子が良く使用される。一般に、微細な粒子ほど他成分との混合が容易でなく、注水後は凝集も起こし易い為、ポゾラン反応性物質を注水水硬性組成物中で十分分散させるには長い混練時間を要すことが多い。さらに、高強度化のために水の配合割合を低下させた水硬性組成物では混練抵抗も増す為、著しく長い混練を行わないと均質な分散状態を得ることは至難であった。また、従来から知られた関連開示技術としては、特許文献１ではモルタルに粒径０．２μｍ以下のポゾラン（シリカフューム）と石膏を配合した遠心成形用水硬性組成物が開示されている。特許文献２では粒径およそ１０μｍ以下のポゾラン（フライアッシュ）とアルコールとしてトリアルカノールアミンを配合したコンクリート用混和材が開示されている。

特開２００５−２２８８８号公報 特開２００４−２１６５号公報

平均粒子径が概ね２μｍ以下の粒径の微細なポゾラン反応性粒子であっても、混合や混練（以下、混合という。）に時間を要さず比較的短時間の混合で水硬性組成物中に均一分散させることができる混合性に優れたポゾラン反応性混和剤の提供を課題とする。

本発明者は、前記課題解決のため鋭意検討した結果、概ね２μｍ以下の粒径の微細なポゾラン反応性粒子及び無水石膏を含有し、ポゾラン反応性粒子のＢＥＴ比表面積に応じた量の特定のアルコールを加えたものが、前記課題を解決できるポゾラン反応性混和剤であることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、ポゾラン反応性微粉と無水石膏と、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコールおよびグリセリンの群から選ばれる少なくとも１種の液体状低級アルコールを含有し、ポゾラン反応性微粉と無水石膏との含有嵩体積比（無水石膏／ポゾラン反応性微粉）が０．３〜３であって、含有する全てのポゾラン反応性微粉のＢＥＴ比表面積の合計をαｍ²とすると、液体状低級アルコールの含有容積（ｃｃ）が０．０００１×α〜０．１×αであることを特徴とするポゾラン反応性混和剤である。

また、本発明は、セメント１００質量部と１５質量部以上の水を含有する水硬性組成物に用いる前記のポゾラン反応性混和剤である。

本発明のポゾラン反応性混和剤をセメント系の水硬性組成物に配合するポゾラン反応性成分として用いると、混合性が非常に高い為、混合や注水後の混練が短時間であっても、水硬性組成物中に均一に混合分散でき、均質な水硬性組成物を容易に得ることができる。

本発明のポゾラン反応性混和剤に主要構成成分であるポゾラン反応性微粉は、その成分、形状、大きさ、比表面積等に拘わらず、ポゾラン反応性を発現できる物質なら何れのものであっても良い。具体的には、シリカフューム、フライアッシュ微粉、火山礫微粉、軽石微粉、メタカオリン等が例示される。また、平均粒径２μｍ以下のものが好適ではあるが、これより大きいポゾラン反応性粒子でも良い。

本発明のポゾラン反応性混和剤に含有する無水石膏は、何れのものでも良く、例えばＩＩ型無水石膏、ＩＩＩα型無水石膏、ＩＩＩβ型無水石膏を挙げることができる。好ましくは、入手の容易性や微粒子特性改善作用が高いことから、ＩＩ型の無水石膏とする。無水石膏をポゾラン反応性物質と共存させたものを使用することでポゾラン反応性物質、とりわけ微細なポゾラン反応性微粉の表面性状が改善される。この改善は、例えば個々のポゾラン反応性粒子が石膏粒子と選択的に合体し易くなり、両粒子が一体化して挙動するものと推察される。その結果、混合性への大きな抵抗となるポゾラン反応性微粉どうしの凝集を防ぐことができ、また低含水状態の水硬性組成物中でも水との濡れ性が改善され、混練抵抗性がかなり低いものとなって、分散化し易くなるものと考えられる。無水石膏の粒径は併用するポゾラン反応性粒子の粒径とセメント粒子の粒径の間の大きさ程度、例えば、ポゾラン反応性粒子の平均粒径値の１．５〜１０倍の範囲であるもの、が好ましいが、限定されるものではない。無水石膏の含有量はポゾラン反応性微粉の含有嵩体積量１００体積部に対し、含有嵩体積量で３０〜３００体積部とする。３００体積部を超える無水石膏量では、ポゾラン反応性混和剤中のポゾラン反応性微粉の含有量が相対的に低下し過ぎる為、好ましくない。また、３０体積部未満ではポゾラン反応性微粉に対する前記の表面性状改善作用が不十分となり、本願発明による効果が見られないことがあるので好ましくない。尚、二水石膏や半水石膏では、無水石膏のような劇的なポゾラン反応性微粉の表面性状改善作用は得られない。

本発明のポゾラン反応性混和剤に含有する液体状低級アルコールは、ポゾラン反応性混和剤の製造時及びポゾラン反応性混和剤の使用時（例えば、水硬性組成物への混合時）の環境温度下で液体の状態で存在できる低級アルコールであれば、何れのものでも良い。通常は、構成炭素数５以下のアルコールが該当する。具体的には、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等が例示される。液体状低級アルコールは、ポゾラン反応性微粉の表面を覆い、特に注水後の水硬性組成物中での混練抵抗の上昇を抑える。高級アルコールはたとえ液状のものでも、水に溶解し難い為、ポゾラン反応性微粉の反応性に支障が生じることがあるので好ましくない。

また、液体状低級アルコールの含有量（容積、単位ｃｃ）は、併用する全部のポゾラン反応性微粉のＢＥＴ比表面積の合計をαｍ²とすると、０．０００１×α〜０．１×αとする。全ポゾラン反応性微粉のＢＥＴ比表面積の合計αｍ²は、次の方法で概算したものを用いることができる。即ち、含有される各ポゾラン種毎に単位重量あたりのＢＥＴ比表面積を測定し、各ポゾラン毎に含有質量とそのポゾラン種のＢＥＴ比表面積の積を算出し、それらの積の和をもって、含有する全ポゾラン反応性微粉のＢＥＴ比表面積の合計をαｍ²とする。ここでポゾラン種とは化学成分上の違いのみならず、化学成分的に同一であっても比表面積に大きな有意差（例えば５０％以上）が見られる集団は別種と見なす。液体状低級アルコールの含有量が０．０００１×α（ｃｃ）未満では配合効果が実質得られないので好ましくなく、０．１×α（ｃｃ）を超えるとポゾラン反応性微粉を覆う液体状低級アルコール量が多くなり過ぎて、凝集塊を形成することがあるので好ましくない。

また、本発明のポゾラン反応性混和剤は、前記のポゾラン反応性微粉、無水石膏及び液体状低級アルコール以外の成分も、本発明の効果を実質的に喪失させない範囲で含有することができる。含有可能な成分としては、例えば、減水剤類、凝結調整剤、消泡剤、増粘剤、収縮低減剤、膨張材、繊維等を挙げることができるが、例示されたものに限定されるものではない。

また、本発明のポゾラン反応性混和剤の製造方法は、前記の各成分を所定量混合する。混合は、一般的な乾式混合手法が適用でき、例えばレーディゲやヘンシェル等の混合機で、概ね１〜３分程度混合する。ポゾラン反応性混和剤の製造では、ポゾラン反応性微粉の粉体特性を混合に適した状態に改善するのが主たる目的となる為、改善にとって障害となる水を加えてはならない。本発明のポゾラン反応性混和剤を使用する際は、予混合されていないポゾラン反応性混和剤の構成成分と少なくとも水を一括して混合機に投入して混合・混練してはならない。

また、本発明のポゾラン反応性混和剤は、セメント１００質量部と１５質量部以上の水を含有する水硬性組成物に好適に使用できる。ここで、セメントは、水硬性のセメントであれば何れのセメントでも良く、例えば、普通、早強、超早強、中庸熱、低熱、耐硫酸塩等の各種ポルトランドセメント、高炉セメント等の混合セメント、白色セメントやアルミナセメント等の特殊セメントを挙げることができ、２種類以上のセメントを併用することもできる。また、本発明のポゾラン反応性混和剤は、含有するセメント１００質量部に対し１５質量部という低含水量の水硬性組成物に使用しても支障なく混合ができ、従って特に低含水率とすることが要求される高強度コンクリートやモルタルにもポゾラン反応成分として好適に利用できる。含有セメント１００質量部に対し、水の含有量が１５質量部未満では流動性が低下し過ぎるため好ましくない。本発明のポゾラン反応性混和剤を配合使用することのできるセメント含有水硬性組成物の含水量の上限は特に制限されない。好ましくは、含水量が３０質量部を超える水硬性組成物では強度発現性が低くなり易い為、３０質量部以下の水硬性組成物に使用されると良い。

また、このような水硬性組成物に含有できるポゾラン反応性混和剤の量は、特に制限されるものではない。好ましくはセメント含有量１００質量部に対し、５〜２０質量部とする。５質量部未満ではポゾラン反応性物質のセメントに対する相対含有量がかなり低くなり、必要とされる規模のポゾラン反応を確保できないので適当ではなく、２０質量部を超える含有量では微粉量過多となって混練抵抗が増すことがあるため適当ではない。

また、本発明において、水硬性組成物にはポゾラン反応性混和剤とセメント及び水以外の成分も、本願発明の効果を喪失させない範囲で含むことができる。含有可能な成分としては、例えば、何れもモルタルやコンクリートに使用することができる骨材、減水剤類、凝結調整剤、消泡剤、保水剤、白華防止剤、増粘剤、収縮低減剤、膨張材、セメント用ポリマー、繊維、顔料等を挙げることができるが、例示されたものに限定されるものではない。

本発明のポゾラン反応性混和剤の水硬性組成物への配合方法は、予混合されたポゾラン反応性混和剤と、これ以外の成分（水を含む。）を混合・混練すれば良い。混合・混練は、例えば、ホバート、パン型、二軸等の混合機を使用し、概ね１〜３分程度混合・混練する。混合機への配合材料の投入は、予混合されたポゾラン反応性混和剤と他の成分材料を一括投入しても、任意の順で入れても良い。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明は記載された実施例に限定されるものではない。

［混和剤の作製］
次のＡ１〜Ｃ７から選定される材料を使用し、表１に表す配合となるようレーディゲミキサに約２０ｋｇ／バッチの材料を入れ、約１分間乾式混合し、混和剤（本発明品１〜１１、比較品１〜８）を作製した。何れの混和剤も温度２０℃の屋内で作製された。

Ａ１；シリカフューム（ＢＥＴ比表面積２１ｍ²／ｇ、嵩密度０．２８ｋｇ／Ｌ）
Ａ２：フライアッシュ（ＢＥＴ比表面積２ｍ²／ｇ、嵩密度０．３１ｋｇ／Ｌ）
Ａ３；メタカオリン（ＢＥＴ比表面積２ｍ²／ｇ、嵩密度０．３２ｋｇ／Ｌ）
Ｂ；ＩＩ型無水石膏（平均粒径７μｍ）
Ｃ１；ジエチレングリコール
Ｃ２；イソプロパノール
Ｃ３；グリセリン
Ｃ４；ブタノール
Ｃ５；オクタノール
Ｃ６；ドデカノール
Ｃ７；水

［モルタルの作製］ 普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）１２５０ｇ、細骨材（ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」に規定されたセメントの強さ試験用標準砂）１３５０ｇ、ポリカルボン酸系高性能減水剤（太平洋マテリアル社製）５．４ｇ、表２に表す量の水及び前記の如く作製した予混合の混和剤を表２に表す量を用い、ホバートミキサ（内容積５リットル）に一括投入し、所定の速度（１４０ｒｐｍ．）で混練を行い、モルタルを得た。この混練も２０℃の室内で行った。尚、表２に記載したモルタル２４は、予混合された混和剤を使用せずに、混和剤の本発明品３に使用された量の各配合材料（混合を予め行わない。）と、前記と同様・同量の普通ポルトランドセメント、ポリカルボン酸系高性能減水剤及び水とをホバートミキサに一括投入し、混練したものである。

［混合性の評価］ 前記モルタルの作製での混練の状況からポゾラン反応性微粉の混合性を、モルタルに取り込まれた空気量により評価した。具体的には、ＪＩＳ Ａ １１７１「ポリマーセメントモルタルの試験方法」に規定される単位容積質量試験によりモルタルの密度を測定し、空気の含有量を算出し、これによって測定された均一混合の状態（空気含有量１０体積％未満）が得られるまでに要した混練時間を測定し、混合性の評価とした。（測定された混練時間が短いものほど混合性に優れる。）この結果も表２に併せて記す。

［強度評価］ 前記の混練後のモルタルを、内寸が直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの円柱容器に充填し、ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」に従って、脱型・養生させて得たモルタル供試体の材齢２８日での圧縮強さを、ＪＩＳ Ｒ ５２０１の規格に準拠した方法で測定した。その結果も表２に記す。

表の結果から、本発明の混和剤は、何れも均一に混合されるまでの時間が１００秒以内と短く、また、何れも高い強度が得られ、ポゾラン反応が偏在したり、不足することなく、モルタル全体に起こり、均質な状態の硬化体が得られていることがわかる。これに対し、本発明外の比較品は、均一に混合されるまでに要する時間が本発明品よりもかなり長いか、長くないものは強度発現性が低い等、硬化体性状が本発明品よりも劣っていることがわかる。

Claims (2)

1. ポゾラン反応性微粉と無水石膏と、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコールおよびグリセリンの群から選ばれる少なくとも１種の液体状低級アルコールを含有し、ポゾラン反応性微粉と無水石膏との含有嵩体積比（無水石膏／ポゾラン反応性微粉）が０．３〜３であって、含有する全てのポゾラン反応性微粉のＢＥＴ比表面積の合計をαｍ²とすると、液体状低級アルコールの含有容積（ｃｃ）が０．０００１×α〜０．１×αであることを特徴とするポゾラン反応性混和剤。
2. セメント１００質量部と１５質量部以上の水を含有する水硬性組成物に使用する請求項１記載のポゾラン反応性混和剤。