(57)【要約】      （修正有）【課題】少ない分散剤の添加量で高い流動性が得られ、練り混ぜ時に粉塵の発生がなく、凝結・硬化への影響が小さく強度発現性に優れ、水結合材比の低い系において練り混ぜ時間が短く練り混ぜが容易なプレミックスモルタル及びその製造方法の提供。【解決手段】ｐＨが酸性である液体のポリカルボン酸系分散剤をまぶしてなる、吸水量の８０％以下の含水量である細骨材の使用。プレミックスモルタルは、任意成分として、平均粒径が２μｍ以下の非水硬性微粉末を含有してもよい。細骨材にｐＨが酸性である液体のポリカルボン酸系分散剤をまぶすとともに、該細骨材の含水量を吸水量の８０％以下とし、次いで前記細骨材にセメント、あるいは、セメントと平均粒径が２μｍ以下の非水硬性微粉末とを混合したプレミックスモルタル。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐＨが酸性である液体のポリカルボン酸系分散剤をまぶしてなる、吸水量の８０％以下の含水量である細骨材。
【請求項２】
請求項１に記載の細骨材と、セメントとを含有してなるプレミックスモルタル。
【請求項３】
さらに、平均粒径が２μｍ以下の非水硬性微粉末を含有してなる請求項２に記載のプレミックスモルタル。
【請求項４】
細骨材にｐＨが酸性である液体のポリカルボン酸系分散剤をまぶすとともに、該細骨材の含水量を吸水量の８０％以下とし、次いで前記細骨材にセメント、あるいは、セメントと平均粒径が２μｍ以下の非水硬性微粉末とを混合するプレミックスモルタルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、土木・建築業界において使用されるプレミックスモルタルおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリカルボン酸系重合体は、不飽和カルボン酸系単量体により形成される繰り返し単位を有する重合体であり、その鎖長や構成するアルキレンオキシドを適宜調整することによって親水性や疎水性、立体反発等の特性が付与され、セメントペースト、モルタル、コンクリート等のセメント組成物に添加されるセメント混和剤として使用されている。このようなセメント混和剤は、通常、減水剤等として用いられ、セメント組成物の流動性を高めて使用水量を減らすことにより、作業性を確保しながら、強度や耐久性等を向上させる作用から多くの使用実績を有するに至っている。
【０００３】
このようなセメント混和剤において、更なる流動性や、減水性、スランプ保持性能を発揮するものとして、種々のポリカルボン酸系重合体が提案されている（特許文献１〜４）。
しかしながら、近年、セメント組成物に対する減水性能（分散性能）に加えて、硬化遅延を改善し早期に強度を発現することを可能にするものが望まれている。これは、作業の効率化を目的とするもので、例えば、コンクリート２次製品（プレキャスト）は、工場で型枠にコンクリートを流し込んで作られた後、それを現場に運び組み立てることになるが、生産性の向上や作業の効率化及び省力化を図るため、早期に型枠から脱型できるようにすることが求められている。
また、生コンクリートの分野でも、コンクリートを打設後、速く硬化すれば次の工程に速やかに移ることができるため、早期に強度が発現するようなセメント混和剤の開発が望まれている。
【０００４】
上記の課題に対して、硬化遅延のメカニズムが検討され、セメントに添加した分散剤の構造や添加量と硬化遅延との間に相関があることが明らかとなっているが（非特許文献１）、セメント組成物においては、分散剤の減水効果はその添加量によって決定されるため、所期の減水効果を得るための分散剤量は自ずと決まってしまい、遅延改善の観点から分散剤の添加量を増減することは不可能であった。
また、硬化遅延改善のために種々のポリカルボン酸系重合体が提案されているが（特許文献５〜８）、遅延性能の改善に伴い、分散剤の減水性やスランプ保持性能も変化してしまうため、セメント組成物の配合を一から検討し直す必要があった。
【０００５】
ポリカルボン酸系重合体から成る高性能減水剤と、セメント、ポゾラン質微粉末を併用することにより水結合材比を低下した高強度モルタルが提案されているが、混練性が低いため、均一混合にコンクリートミキサーを要すること（特許文献９）や、配合が限定されること（特許文献１０、１１）が課題であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１３２４４５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３２３８３号公報
【特許文献３】特表２００８−５１２５４１号公報
【特許文献４】特開２０１４−１７３００１号公報
【特許文献５】特開２００２−１２１０５５号公報
【特許文献６】特開２０１１−８４４５９号公報
【特許文献７】特開２０１４−６５７６０号公報
【特許文献８】特開２０１４−２１８６１８号公報
【特許文献９】特開２００１−２４０４５２号公報
【特許文献１０】特開２００８−１４３７５９号公報
【特許文献１１】特開２００８−１５６１６８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】櫛形高分子系分散剤を添加したセメントペーストの流動性と水和発熱特性、室蘭工業大学、新大軌、Ｃｅｍｅｎｔ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｎｏ．６２、２００８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明者は、上記課題を解決すべく、種々の努力を重ねた結果、特定の細骨材を用いたプレミックスモルタルにおいて、少ない分散剤の添加量で高い流動性が得られ、粉塵の発生がなく、凝結・硬化への影響が小さく強度発現性に優れ、水結合材比の低い系においても練り混ぜが容易なプレミックスモルタルが得られることを知見し、本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
（１）ｐＨが酸性である液体のポリカルボン酸系分散剤をまぶしてなる、吸水量の８０％以下の含水量である細骨材。
（２）（１）に記載の細骨材と、セメントとを含有してなるプレミックスモルタル。
（３）さらに、平均粒径が２μｍ以下の非水硬性微粉末を含有してなる（２）に記載のプレミックスモルタル。
（４）細骨材にｐＨが酸性である液体のポリカルボン酸系分散剤をまぶすとともに、該細骨材の含水量を吸水量の８０％以下とし、次いで前記細骨材にセメント、あるいは、セメントと平均粒径が２μｍ以下の非水硬性微粉末とを混合するプレミックスモルタルの製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のプレミックスモルタルを用いることにより、少ない分散剤の添加量で高い流動性が得られ、混練時に粉塵の発生がなく、凝結・硬化への影響が小さく強度発現性に優れ、水結合材比の低い系においても練り混ぜ時間が短く練り混ぜが容易である、などの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】分散剤の添加方法及び非水硬性微粉末の有無が異なるモルタルにおける、フローと凝結時間との関係を示すグラフ
【図２】分散剤の添加方法が異なるモルタルにおける、細骨材の吸水量に対する含水量の割合とモルタルのフローとの関係を示すグラフ
【図３】分散剤の添加量が異なるモルタルにおける、フローと凝結時間との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明における部や％は、特に規定しない限り質量基準で示す。
本発明で云うプレミックスモルタルとは、セメント、細骨材及び分散剤を含むものである。
【００１３】
本発明で使用するセメントとしては、特に限定されるものではないが、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１０に規定されている各種ポルトランドセメント、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１１、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１２、及びＪＩＳ  Ｒ  ５２１３に規定された各種混合セメント、ＪＩＳに規定された以上の混和材混入率で製造した高炉セメント、フライアッシュセメント及びシリカセメント、石灰石粉末等を混合したフィラーセメントから選ばれる１種又は２種以上等が挙げられる。
【００１４】
セメントの粉末度は、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で２，５００〜７，０００ｃｍ２／ｇが好ましく、３，０００〜４，５００ｃｍ２／ｇがより好ましい。２５００ｃｍ２／ｇ未満では充分な強度発現性が得られない場合があり、７，０００ｃｍ２／ｇを超えるように微粉化しても更なる効果の向上が期待できず、消費エネルギーが大きくなり、コスト高となるばかりか、環境負荷も大きくなるため望ましくない。
【００１５】
本発明で使用する細骨材としては、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、ケイ石細骨材等の、モルタル又はコンクリート用細骨材として慣用のものを使用できる。
【００１６】
本発明で使用するポリカルボン酸系分散剤は水溶液であり、ｐＨが酸性であることを特徴とし、市販されているものが使用できる。中性又はアルカリ性では、本発明の効果が小さい場合や、流動性が低下する場合がある。
ポリカルボン酸系分散剤水溶液における分散剤の濃度は特に限定されるものではないが、分散剤水溶液に含まれる水分がプレミックスモルタルのフレッシュ性状や硬化性状に及ぼす影響を考慮すると、分散剤水溶液１００部に対して、固形分率換算で３０部以上が好ましく、また分散剤水溶液の粘性増大が作業性に及ぼす影響を考慮すると、分散剤水溶液１００部に対して、固形分率換算で６０部以下が好ましい。なお、ここでいう固形分率とは、分散剤水溶液の乾燥後質量を乾燥前質量で割ったものである。
【００１７】
液体のポリカルボン酸系分散剤の添加量は、使用する分散剤の種類及び製造するモルタルの用途等を考慮して、適宜決定できる。好ましい添加量は、セメント及び後述する非水硬性微粉末からなる粉体１００部に対して、固形分換算で０．２部以上である。
【００１８】
本発明では、液体のポリカルボン酸系分散剤を、細骨材にまぶして使用する。本発明での「まぶす」とは、液状の分散剤を骨材の表面に散布したり、骨材に含浸したりすることを云う。セメント、非水硬性微粉末や混和材（剤）等にまぶしたのでは、本発明の効果は得られない。これは、液体のポリカルボン酸系分散剤が、粉末のセメント、非水硬性微粉末や混和材（剤）と優先的に接触してダマになり、均一なプレミックスモルタルが製造できないためと解される。液体のポリカルボン酸系分散剤を、細骨材にまぶしておき、これにセメント並びに後述する非水硬性微粉末及び混和材（剤）を混合することで、本発明の効果が発揮される。
【００１９】
本発明では、乾いた骨材に液体の分散剤をまぶすことが好ましい。本発明の骨材の乾燥方法は特に限定されるものではないが、骨材を加熱処理する方法が経済的で速やかである。
【００２０】
本発明に用いるポリカルボン酸系分散剤をまぶした骨材は、吸水量の８０％以下の含水量とする。８０％を超えると、分散剤をまぶすことによる流動性向上効果が得られない。
本発明で云う吸水量の８０％以下の含水量である骨材とは、骨材の含水量（骨材の含水量の測定方法はＪＩＳ  Ａ  １１２５に定められている）が表乾状態の骨材の吸水量（骨材の吸水率の測定方法はＪＩＳ  Ａ  １１１０に定められている）の８０％以下の状態を意味する。例えば、吸水率が１．０％の石灰石骨材を例にあげると、含水率が０．８％以下の石灰石骨材を使用することが好ましい。一方、吸水率が５．０％の再生骨材を例に挙げると、含水率が４．０％以下の再生骨材を使用することが好ましい。
【００２１】
本発明で用いる非水硬性微粉末とは、単体では水と接触しても硬化することのない、細骨材よりも粒径が小さい微粉末であり、アルカリ性若しくは酸性状態、あるいは高圧蒸気雰囲気においてその成分が溶出し、他の既溶出成分と反応して生成物を形成する微粉末も含む。
非水硬性微粉末の具体例としては、シリカ（シリカフュームを含む）、水酸化カルシウム、石膏、炭酸化カルシウム、スラグ、フライアッシュ、珪石、粘土、などの微粉末を挙げることができる。非水硬性微粉末として、これらの粉体の中から１種又は２種以上混合して用いることができる。
【００２２】
非水硬性微粉末は、２μｍ以下の平均粒径を有することが好ましい。平均粒径が２μｍ以下の非水硬性微粉末を添加することで、モルタルの流動性が更に向上するとともに、これに伴う凝結遅延が抑制される。平均粒径が２μｍ超のものを添加しても、更なる流動性の向上効果は期待できない。平均粒径の下限値については、特に限定はなく、本発明の効果を阻害しない範囲であればよいが、高い流動性のモルタルを得るために、通常、セメントの平均粒径の１／５００程度以上であることが好ましい。
【００２３】
本発明では、本発明のセメント、非水硬性微粉末、分散剤、骨材の他に、無機混和材及び／又は有機混和剤を使用することができる。
例えば、無機混和材として、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰、膨張材、急硬材、ベントナイトなどの粘土鉱物、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体、繊維物質などが挙げられ、有機混和剤として、ポリカルボン酸系分散剤以外の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤や、消泡剤、増粘剤、従来の防錆剤、防凍剤、収縮低減剤などが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。
【００２４】
混合装置としては、既存の如何なる装置も使用可能であり、例えば、プロシェアミキサ、レーディゲミキサ、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサ等の使用が可能である。
【００２５】
以下、実施例、比較例を挙げてさらに詳細に内容を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００２６】
「実験例１」
細骨材を３００℃で２時間加熱して乾燥した。乾燥後の細骨材を用いてプレミックスモルタルを製造した。プロシェアミキサ（ＷＢ型、太平洋機工）に細骨材を投入し、細骨材１００部に対して液体の分散剤Ａを固形分換算で０．５部の量で、ハンドスプレー（噴霧塗布用、ポリカーボネート製、手動式、容量２リットル）を用いて均一に噴霧し、５分間混合した後に含水量を測定した。次に、プロシェアミキサで骨材１００部に対してセメント１００部を投入して、さらに１５分間混合しプレミックスモルタルを調製した。このプレミックスモルタル１５ｋｇに対して、水２．０ｋｇを加えて練り混ぜた。練り混ぜ時の発塵を目視により観察するとともに、練り上げたモルタルが注水から完全にペースト状に変化するのに要した混練時間、フロー、凝結時間、硬化後の圧縮強度を測定した。加えて、比較として同じ量の分散剤をモルタルの練り混ぜ時に水とともに添加する従来法で使用した場合の測定を行った。なお、従来法における細骨材の含水量は、ミキサでの混合前に細骨材を分取して測定した。
結果を表１に併記する。
【００２７】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、ブレーン比表面積３３００ｃｍ２/ｇ、平均粒径１４．３μｍ
分散剤Ａ：ポリカルボン酸系分散剤（市販品）、固形分換算４０％、ｐＨ３
骨材：ケイ石細骨材、吸水率０．８％、密度２．６０、最大骨材寸法５ｍｍ
水：水道水
【００２８】
＜測定方法＞
含水量：ＪＩＳ  Ａ  １１２５に準じて測定
吸水量：ＪＩＳ  Ａ  １１１０に準じて測定
混練時間：注水から完全にペースト状に変化するのに要した混練時間
フロー：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じて測定
凝結時間：ＪＩＳ  Ａ  １１４７に準じて測定
圧縮強度：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じて測定
【００２９】
【表１】
2018002545.tif 000002
【００３０】
表１より、本発明の細骨材を使用したプレミックスモルタルは、練り混ぜ時に発塵することなく短時間で完全にペースト状とすることができ、得られるモルタルが、高い流動性、短い凝結時間及び高い初期強度を示すことが分かる。特に、従来法と同量の分散剤の添加により高い流動性が得られた事実は、所定の流動性を得るために必要な分散剤量が少ないことを意味する。したがって、本発明の細骨材を使用したプレミックスモルタルは、分散剤の添加量を減らして硬化遅延を抑制し、強度発現性に優れたモルタルが得られるものといえる。
【００３１】
「実験例２」
実験例１と同様に細骨材を準備し、これに実施例１と同様の方法で液体の分散剤Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇを噴霧し、５分間混合した後に含水量を測定した。次に、プロシェアミキサで骨材１００部に対して、実験例１で使用したセメント９０部、及び非水硬性微粉末Ａを１０部投入して、さらに１５分間混合しプレミックスモルタルを調製した。このプレミックスモルタルに対して、実験例１と同様に水を加えて練り混ぜ、発塵の有無、混練時間、フロー、凝結時間、硬化後の圧縮強度を測定した。加えて、実験例１と同様に、従来法の測定を行った。
結果を表２に併記する。また、上記実験例１及び本実験例で得られた、モルタルのフローと凝結時間との関係を図１に示す。
【００３２】
＜使用材料＞
分散剤Ｂ：ポリカルボン酸系分散剤（市販品）、固形分換算４４％、ｐＨ３
分散剤Ｃ：ポリカルボン酸系分散剤（市販品）、固形分換算４１％、ｐＨ４
分散剤Ｄ：ポリカルボン酸系分散剤（市販品）、固形分換算４０％、ｐＨ７
分散剤Ｅ：ポリカルボン酸系分散剤（市販品）、固形分換算４０％、ｐＨ１２
分散剤Ｆ：ナフタレンスルホン酸系分散剤（市販品）、固形分換算４０％、ｐＨ６．５
分散剤Ｇ：リグニンスルホン酸系分散剤（市販品）、固形分換算４０％、ｐＨ５
非水硬性微粉末Ａ：球状シリカ、市販品、平均粒径１．５μｍ
【００３３】
【表２】
2018002545.tif 000003
【００３４】
表２より、本発明の細骨材を使用したプレミックスモルタルは、練り混ぜ時に発塵することなく短時間で完全にペースト状とすることができ、得られるモルタルが、高い流動性及び短い凝結時間を示すことが分かる。特に、従来法と同量の分散剤の添加により高い流動性が得られた事実は、所定の流動性を得るために必要な分散剤量が少ないことを意味する。したがって、本発明の細骨材を使用したプレミックスモルタルは、分散剤の添加量を減らして硬化遅延を抑制し、強度発現性に優れたモルタルが得られるものといえる。
他方、ｐＨが中性ないしはアルカリ性であるポリカルボン酸系分散剤を使用した実験No.2-7〜2-10では、分散剤を細骨材にまぶすことによる流動性の向上効果及び凝結時間の短縮効果が共に十分でなかった。また、ポリカルボン酸系分散剤以外の分散剤を使用した実験No.2-11〜2-14では、分散剤を骨材にまぶすことによる流動性の向上効果及び凝結時間の短縮効果はほとんど見られず、流動性自体も低いものとなった。
【００３５】
また、表１、表２及び図１より、本発明の細骨材を使用したプレミックスモルタルは、平均粒径が２μｍ以下の非水硬性微粉末を添加することで、流動性が更に向上するとともに、フローの増加に伴う凝結時間の増加も、従来法に比べて小さくなることが分かる。このことは、所定の流動性を得るために必要な分散剤量が更に減少することを意味する。したがって、本発明の細骨材を使用したプレミックスモルタルは、平均粒径が２μｍ以下の非水硬性微粉末の添加により、分散剤の添加量を更に減らして硬化遅延を抑制し、強度発現性に優れたモルタルが得られるものといえる。
【００３６】
「実験例３」
分散剤Ａ、球状シリカＡとＢを用いたこと以外は実験例２と同様に行った。
結果を表３に併記する。
【００３７】
＜使用材料＞
非水硬性微粉末Ｂ：球状シリカ、市販品、平均粒径３．３μｍ
【００３８】
【表３】
2018002545.tif 000004
【００３９】
表３における実験No.2-2と3-2とを対比すると、本発明の細骨材を使用したプレミックスモルタルは、平均粒径が２μｍ以下の非水硬性微粉末を添加した場合に、平均粒径が２μｍ超の非水硬性微粉末を添加した場合と比べて、流動性が大きく向上することが分かる。したがって、本発明の細骨材を使用したプレミックスモルタルに非水硬性微粉末を添加する場合には、平均粒径が２μｍ以下のものを使用することが好ましい。
なお、表３における実験No.3-1と3-2との対比から見て、平均粒径が２μｍ超の非水硬性微粉末を添加した場合でも、本発明の所期の効果、すなわち、練り混ぜ時に発塵することなく短時間で完全にペースト状とすることができ、得られるモルタルが、高い流動性及び高い初期強度を示すとの効果、は得られるといえる。
【００４０】
「実験例４」
分散剤Ａ、球状シリカＡを用い、分散剤と砂を混合する際に水を添加して含水量／吸水量（％）を表４のように調整したこと以外は実験例２と同様に行った。
結果を表４に併記する。また、本実験例における、細骨材の吸水量に対する含水量の割合とモルタルのフローとの関係を図２に示す。
【００４１】
【表４】
2018002545.tif 000005
【００４２】
表４及び図２より、本発明の細骨材を使用したプレミックスモルタルでは、細骨材の含水率が８０％以下、すなわち細骨材が吸水量の８０％以下の含水量であることで、細骨材に分散剤をまぶすことによる流動性の向上効果が顕著に現れることが分かる。
他方、含水率が８０％を超える細骨材を使用した場合、分散剤の添加方法によるモルタルの流動性の差異は見られなかった。
【００４３】
「実験例５」
分散剤Ａ、球状シリカＡを用い、細骨材に分散剤をまぶした後に、セメント及び球状シリカからなる粉体を混合した場合（実験No.2-2）、細骨材と前記粉体とを混合した後に分散剤をまぶした場合（実験No.5-1）、前記粉体に分散剤をまぶした後に細骨材と混合した場合(実験No.5-2)の練り混ぜ時の発塵を目視により観察するとともに、練り上げたモルタルの混練に要した時間、フロー、凝結時間、硬化後の圧縮強度を測定した。混合方法以外は実験例２と同様に行った。
結果を表５に併記する。
【００４４】
【表５】
2018002545.tif 000006
【００４５】
表５より、分散剤をまぶした骨材に粉体を混合する本発明のプレミックスモルタルの製造方法では、練り混ぜ時に短時間で完全にペースト状とすることができ、得られるモルタルが、高い流動性及び高い初期強度を示すことが分かる。
【００４６】
「実験例６」
分散剤の添加量を表６のように調整したこと以外は実験例２と同様に行った。
結果を表６に併記する。また、本実験例における、モルタルのフローと凝結時間との関係を図３に示す。
【００４７】
【表６】
2018002545.tif 000007
【００４８】
表６及び図３より、本発明のプレミックスモルタルは、練り混ぜ時に発塵することなく短時間で完全にペースト状とすることができ、得られるモルタルが、高い流動性を示すことが分かる。特に図３からは、同じフロー値のモルタルにおいて、凝結時間が短くなる傾向が読み取れる。したがって、本発明の細骨材を使用したプレミックスモルタルは、所定の流動性とした場合の凝結・硬化への影響が少ないものといえる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明により、少ない分散剤の添加量で高い流動性が得られ、粉塵の発生がなく、凝結・硬化への影響が小さく強度発現性に優れ、水結合材比の低い系において練り混ぜ時間が短く練り混ぜが容易なプレミックスモルタルを提供することができるので、土木、建築分野に好適である。
【図１】
2018002545.tif 000008
【図２】
2018002545.tif 000009
【図３】
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