(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリアクリル酸誘導体、ポリアクリルアミド誘導体、セルロースエーテル、ポリアルキレングリコール脂肪酸エステルおよびアルキルフェニルエーテルから選ばれた１種あるいは２種以上の増粘性ポリマー、ブチルカルビトール誘導体、ポリエチレングリコールならびにカードラン、糖アルコール、キサンタンガム、グアーガム、ウエランガム、β−１，３グルカンから選ばれた１種あるいは２種以上の多糖類を含有し、増粘性ポリマー、ブチルカルビトール誘導体、ポリエチレングリコールおよび多糖類の配合割合が、それぞれ１〜２０（重量％）、１０〜８０（重量％）、５〜５０（重量％）、１〜２０（重量％）であることを特徴とするポンプ施工に用いるセメント組成物用添加剤。
【請求項２】
ブチルカルビトール誘導体が、ブチルカルビトール、ｔｅｒーブチルカルビトールおよびブチルカルビトールにプロピレンオキサイドを１〜２モル付加したものから選ばれた１種あるいは２種以上であることを特徴とする、請求項１に記載のセメント組成物用添加剤。
【請求項３】
ポリエチレングリコールが、重量平均分子量４，０００〜１５０，０００であることを特徴とする、請求項１または２に記載のセメント組成物用添加剤。
【請求項４】
さらにセメント分散剤を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のセメント組成物用添加剤。
【請求項５】
セメント分散剤が、ポリカルボン酸、アミノスルホン酸、ナフタレンスルホン酸ホルマリン高縮合物、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物、リグニンスルホン酸、オキシカルボン酸およびそれらの金属塩からなる群から選ばれた１種または２種以上であることを特徴とする、請求項４に記載のセメント組成物用添加剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプ施工に使用されるセメント組成物の施工性を著しく改善することを目的とした添加剤に関する。
特に、セメント組成物をポンプ圧送した際に発生する流動性の低下および材料分離等のフレッシュ性状の変動を防止し、円滑なポンプ施工を可能とするセメント組成物用添加剤を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ポンプ施工は、ポンプを用いてセメントペースト、モルタルおよびコンクリートに代表されるセメント組成物を所定の場所に移動する手法である。
【０００３】
最近の大規模コンクリート構造物の施工では、施工効率を高めるため、搬送能力の大きなポンプや径の大きな配管等の新しい機材を用いたり、配管を幾つにも分岐させ打設面積を増大させた分岐管工法等の新たなポンプ施工方法が、日々開発されている。
【０００４】
また、大都市圏でみられるような高層コンクリート建築物および大規模コンクリート構造物等の建造には、施工性の観点から高流動性および自己充填性等の性能を、耐久性の観点から高強度発現性、低発熱性および低収縮性等の性能を有する高流動・高強度コンクリートの使用が増加している。
【０００５】
しかしながら、前記の新たなポンプ施工法および特殊な性能を要求される高流動、高強度コンクリートは、ポンプ圧送した場合に、そのコンクリートの配合、環境、施工条件等によって、材料分離の発生や流動性の低下等の品質の変動を招き、施工および品質管理上大きな問題となっている。
【０００６】
このような品質の変動の原因は、現在明確ではないが、コンクリートをポンプ圧送した際に、コンクリートに作用するセン断等の外力が加わることによって、セメント粒子および骨材相互の接触や摩擦が急増し、セメント組成物の水和反応の促進による粒子の凝集、または粒子間引力による物理的凝集が経時と共に進行し、それらが複合的に作用することにより、セメント組成物の流動性が低下するためと推察される。
【０００７】
特開平６−６４９５６には、ポリカルボン酸系分散剤とポリエチレングリコールを必須成分とするポンプ圧送助剤が提案されてはいるが、この助剤を用いたコンクリートは、コンクリートの粘稠性の増大を招いたり、ポンプ圧送後の流動性の低下を防止することができない。
【０００８】
このような背景の中、セメント組成物をポンプ圧送した際に、粘稠性の増大を招かず、優れた流動保持性および良好なポンプ圧送性を有し、その結果、円滑な施工を可能とするポンプ施工に用いるセメント組成物用添加剤の開発が強く要望されていた。
【０００９】
本発明者らは、特開平８−１９８６５３に示すブチルカルビトール誘導体、ポリエチレングリコールおよび多糖類を含有することを特徴とするセメント添加剤を提案しているが、この添加剤は、ポンプ圧送性を向上するものの、配合や材料が異なったり、骨材の品質が変動することによって、練り混ぜ直後あるいはポンプ圧送前後の流動性が変化したり、ポンプの圧送時の圧力が上昇する場合もあり、必ずしも十分な性能を有していない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明が解決しようとする課題は、ポンプ施工に使用されるセメント組成物のポンプ圧送性を向上させるとともに、セメント組成物の配合や使用する材料が異なったり、骨材の粒度または表面水等の変動による練り混ぜ直後あるいはポンプ圧送前後の流動性の著しい変化やポンプ圧送時における圧力の増大等の問題を招来しないセメント組成物用添加剤を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明者らが先に提案したブチルカルビトール誘導体、ポリエチレングリコールおよび多糖類を含有することを特徴とするセメント添加剤に増粘性ポリマーを配合することによって、これらの課題を一挙に解決できることを見出した。ポンプ施工用セメント組成物用添加剤である。
【００１２】
すなわち、本発明は、増粘性ポリマー、ブチルカルビトール誘導体、ポリエチレングリコールおよび多糖類を含有することを特徴とするポンプ施工に用いるセメント組成物用添加剤である。かかるセメント組成物用添加剤は、セメント組成物の配合やそれに使用する材料が異なったり、骨材の品質の多少の変動等に伴う練り混ぜ直後およびポンプ圧送後の流動性の変化を防止し、かつ、ポンプ圧送時における圧力を低減し、その結果として円滑なポンプ施工を可能とした極めて汎用性に優れたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明における前記の増粘性ポリマーとしては、ポリアクリル酸誘導体、ポリアクリルアミド誘導体、セルロースエーテル、ポリアルキレングリコール脂肪酸エステル、アルキルフェニルエーテルから選ばれた１種または２種以上を含有するものが例示できる。ポリアクリル酸誘導体、ポリアクリルアミド誘導体、セルロースエーテルは、その１重量％の水溶液の粘度が、１，０００〜１００，０００ｃＰ（２０℃）のものが、また、アルキルフェニルエーテルおよびポリアルキレングリコール脂肪酸エステルは、１０重量％の水溶液の粘度が、１０〜５００ｃＰ（２０℃）のものが好ましい。
【００１４】
本発明における前記のブチルカルビトール誘導体としては、ブチルカルビトール、ｔｅｒ−ブチルカルビトール、ブチルカルビトールにプロピレンオキサイドを１〜２モル付加したものから選ばれた１種または２種以上を含有するものが例示できる。
【００１５】
本発明における前記のポリエチレングリコール誘導体としては、重量平均分子量が４，０００〜１５０，０００のものが好ましい。
【００１６】
本発明における前記の多糖類としては、カードラン、糖アルコール、キサンタンガム、グアーガム、ウエランガム、β−１，３グルカンから選ばれた１種または２種以上を含有するものが例示できる。
【００１７】
本発明における増粘性ポリマー、ブチルカルビトール誘導体、ポリエチレングリコールおよび多糖類の配合割合は、それぞれ１〜２０（重量％）、１０〜８０（重量％）、５〜５０（重量％）、１〜２０（重量％）のものが好ましい。
【００１８】
本発明におけるセメント分散剤としては、一般に市販されているものであればよく、ポリカルボン酸、アミノスルホン酸、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物、リグニンスルホン酸、オキシカルボン酸またはそれら金属塩等を含有するものが挙げられ、また、金属塩としては、アルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩を例示できる。
【００１９】
本発明のセメント組成物用添加剤の使用態様としては、原則として、増粘性ポリマー、ブチルカルビトール誘導体、ポリエチレングリコール、多糖類、およびセメント分散剤の各成分を前記の組み合わせにより一剤として使用することが一般的ではあるが、これらを別々に２剤以上に分けて使用することもできる。
【００２０】
本発明のセメント組成物用添加剤は、応用例として、他の添加剤を所望により配合させることもできる。他の添加剤の例としては、空気量調整剤、乾燥収縮低減剤、早強剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、消泡剤、防錆剤、急結剤を例示することができる。
【００２１】
本発明のセメント組成物用添加剤の使用量は、使用するセメント組成物に応じて適宜定められ、基本的にはセメント組成物に対して施工に必要な流動保持性および良好なポンプ圧送性を付与するに十分な量であればよく、例えば、通常はセメント組成物中に含まれているセメント重量に対して、本発明のセメント組成物用添加剤を固形分換算で０．０５〜５．０重量％を添加するのが適量ではあるが、この範囲に限られるものではない。
【００２２】
以下に、本発明のセメント組成物用添加剤をモルタルおよびコンクリートに使用した場合の具体例を示すが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００２３】
【実施例】
１）モルタルとコンクリートの配合、調製および使用材料
１−１）モルタル
表１に示した配合のモルタルを用いて評価試験を行った。このモルタルは、練混ぜ量が３０リットルとなるようにそれぞれの材料を計量し、公称５０リットルのパン型強制練りミキサを用いて、全材料を投入した後、１２０秒間練混ぜを行い調整した。ただし、表１に示されたモルタルの配合は、単位セメント量が５５０ｋｇ／ｍ3程度のスランプフローが６０±５ｃｍを示すような高流動コンクリートの配合を基にして、水セメント比、砂セメント比、単位水量、単位セメント量、単位細骨材量を定めたものである。なおモルタルの空気量は、１．５±０．５容積％の範囲内であった。
【００２４】
１−２）コンクリート
表２に示した配合Ｎｏ．１、Ｎｏ．２のコンクリートを用いて評価試験を行った。このコンクリートは、練混ぜ量が４ｍ3となるようにそれぞれ材料を計量し、４ｍ3強制２軸練りミキサに全材料を投入した後、６０秒間練り混ぜを行い調製した。なお、練混ぜ直後のコンクリートのスランプ、スランプフローおよび空気量は、配合Ｎｏ．１は、それぞれ２５．５ｃｍ、５８．０〜７１．０ｃｍ、１．０〜２．０％、配合Ｎｏ．２は、それぞれ１８．５〜１９．５ｃｍ、２８．０〜３４．０ｃｍ、４．０〜５．０％の範囲であった。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
【表２】
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【００２７】
１−３）使用材料
ａ）細骨材  ：大井川水系陸砂
（比重＝２．５９、粗粒率＝２．７２：以下、陸砂と称す）
兵庫県赤穂産砕砂
（比重＝２．５６、粗粒率＝２．９３：以下、砕砂と称す）
千葉県木更津産山砂
（比重＝２．６３、粗粒率＝２．４１：以下、山砂と称す）
ｂ）粗骨材  ：青梅産硬質砂岩砕石（比重＝２．６５、最大粒径＝２０ｍｍ）
ｃ）セメント：秩父小野田セメント社製普通ポルトランドセメント
（比重＝３．１６：以下、ＯＰＣと称す）
日本セメント社製低熱ポルトランドセメント
（比重＝３．２０：以下、ＬＨＣと称す）
日本セメント社製普通ポルトランドセメントと電発コールテック社製フライアッシュとを重量比で４：１で使用
（比重＝２．９７：以下、ＦＡＣと称す）
【００２８】
ｄ）増粘性ポリマー
ポリアクリルアミド誘導体（住友化学（株）製、スミフロックＦＡ−２００、以下ＰＡＡと略す）
セルロースエーテル      （信越化学工業（株）製、ＳＦＣＡ−２０００、以下ＣＬＥと略す）
ポリアルキレングリコール脂肪酸エステル
（三洋化成工業（株）製、イオネットＤＯ−１０００、以下ＰＡＧと略す）
アルキルフェニルエーテル（三洋化成工業（株）製、ノニポール  １００、以下ＡＰＥと略す）
【００２９】
ｅ）ブチルカルビトール誘導体：
ブチルカルビトール        （以下ＢＣＲと略す）、
ｔｅｒーブチルカルビトール（以下ＴＢＣと略す）、
ブチルカルビトールにプロピレングリコールを１モル付加したもの
（以下ＢＰ１と略す）、
ブチルカルビトールにプロピレングリコールを２モル付加したもの
（以下ＢＰ２と略す）
【００３０】
ｆ）ポリエチレングリコール誘導体：
ポリエチレングリコール（重量平均分子量４０００、以下ＰＧ−０４と略す）、
ポリエチレングリコール（重量平均分子量１００００、以下ＰＧ−１０と略す）、
ポリエチレングリコール（重量平均分子量２００００、以下ＰＧ−２０と略す）、
ポリエチレングリコール（分子平均量１５００００、以下ＰＧ−１５０と略す）、
【００３１】
ｇ）多糖類：
カードラン    （以下ＣＡと略す）、
糖アルコール  （東和化成工業（株）製、ソルビットＰＯ−３０、以下ＰＯと略す）、
キサンタンガム（以下ＸＧと略す）、
グアーガム    （以下ＧＧと略す）
【００３２】
ｈ）セメント分散剤
ポリカルボン酸塩系  （（株）エヌエムビー製、レオビルドＳＰ−８Ｎ、以下ＳＰ−８Ｎと略す）、
ナフタレンスルホン酸ホルマリン高縮合物塩系
（（株）エヌエムビー製、レオビルドＳＰ−９Ｎ、以下ＳＰ−９Ｎと略す）、
メラミンスルホン酸ホルマリン高縮合物塩
（（株）エヌエムビー製、レオビルドＮＬ−４０００、以下ＮＬ−４０と略す）、
リグニスルホン酸塩とオキシカルボン酸塩の混合物
（（株）エヌエムビー製、ポゾリスＮｏ．７０、以下ＰＺ−７０と略す）
【００３３】
ｉ）サンプル
表３に、実施例および比較例に使用したサンプルの増粘性ポリマーおよびブチルカルビトール誘導体およびポリエチレングリコールおよび多糖類の種類とその配合割合を示す。
【００３４】
【表３】
0003936765.tif 000004
【００３５】
２）モルタルとコンクリートの試験方法
２−１）モルタルの静的加圧試験
表１に示す配合のモルタルを用いて、一定の圧力を断続的に与えたモルタルのフロー（Ｆp1）、および同じモルタルを同一時間静置状態で保存したモルタルのフロー（Ｆ0）を測定し、それらより算出されるモルタルフロー比（Ｆp1／Ｆ0）から、静的加圧環境がモルタルの流動性に与える影響を評価した。これらの試験結果を表４に示す。
【００３６】
ａ）加圧条件：土木学会「コンクリートのポンプ施工指針（案）」の「加圧ブリージング試験方法」に定める試験容器にモルタルを入れ、５秒間で５０ｋｇｆ／ｃｍ2となるように加圧し、それを１０秒間保持した後、５秒間で圧力を解除した。この作業を３０サイクル行った後、モルタルフローを測定した。
ｂ）モルタルフロー：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法」に定めるフローコーンを用いた。フローコーンにモルタルを充填しフローコーンを引き上げた後、停止したモルタルの広がりを測定した。
【００３７】
２−２）モルタルのポンプ圧送試験
表１に示す配合のモルタルを用いて、何れの場合も吐出量および圧送時間を一定条件とし、ポンプ圧送した後のモルタルのフロー（Ｆp2）と圧送時間と同一時間静置状態で保存したモルタルのフロー（Ｆ0）を測定し、それらより算出されるモルタルフロー比（Ｆp2／Ｆ0）から、ポンプ圧送環境がモルタルの流動性に与える影響を評価した。
【００３８】
ａ）ポンプ圧送条件
▲１▼使用ポンプ：新明和工業（株）製モルタルポンプＤＭ１５
▲２▼配管長      ：フレキシブルホース（φ２．５ｃｍ×５ｍ）
▲３▼吐出量      ：６．０リットル／分
▲４▼圧送時間    ：１０分
▲５▼環境温度    ：２０℃
ｂ）モルタルフロー：前記の２−１）と同じ方法で測定した。
【００３９】
２−３）コンクリートのポンプ圧送試験方法
表２に示す配合で調整したコンクリートをコンクリートポンプを用いて吐出量および圧送時間を一定条件とし、ポンプ圧送後のコンクリートのスランプフローおよび圧送時間と同一時間静置状態で保存したコンクリートのスランプフローを測定し、これより、ポンプ圧送がコンクリートの流動性に与える影響を評価した。
【００４０】
ａ）スランプフロー  ：土木学会基準「コンクリートのスランプフロー試験方法（案）」による。
ｂ）空気連行性      ：ＪＩＳ  Ａ  １１２８による。
ｃ）ポンプ圧送条件
▲１▼使用ポンプ車：形式  ＰＹ    １１０−２５
▲２▼配管長      ：水平長５０ｍ（５インチ鋼管）
▲３▼吐出量      ：３０ｍ3／時
▲４▼環境温度    ：２０℃
【００４１】
３）試験結果
３−１）モルタル
表４に静的加圧試験およびポンプ圧送試験結果を示す。表４により、本発明のセメント組成物用添加剤をモルタルに使用した場合、次の効果が確認された。
【００４２】
【表４】
0003936765.tif 000005
【００４３】
実施例１〜１３は本発明のセメント組成物用添加剤を添加したものを示し、対比するために、比較例１、２はポリエチレングリコールおよびセメント分散剤を添加したもの、比較例３、４は増粘性ポリマーおよびセメント分散剤を添加したもの、比較例５はブチルカルビトール誘導体、多糖類、増粘性ポリマーおよびセメント分散剤を添加したもの、比較例６はブチルカルビトール誘導体、ポリエチレングリコール、増粘性ポリマーおよびセメント分散剤を添加したもの、比較例７はブチルカルビトール誘導体、ポリエチレングリコール、多糖類およびセメント分散剤を添加したもの、比較例８は、ポリエチレングリコール、多糖類、増粘性ポリマーおよびセメント分散剤を添加したもの、比較例９〜１１はセメント分散剤のみを添加したものについて示す。
実施例１〜１３の静的加圧条件およびポンプ圧送条件におけるモルタルのフロー比は比較例１〜１１と比べて大きいことより、流動性の低下が小さく、また、圧送圧力も小さい。これより、本発明の添加剤を使用したモルタルのポンプ圧送性は、何れも良好な性能を有する。
【００４４】
実施例１４〜１７は、本発明のサンプルＡまたはＬおよびセメント分散剤を用いセメント分散剤の種類を変えたものを示し、対比するために、比較例９〜１１は、セメント分散剤のみのものを示す。実施例１４〜１７の静的加圧条件およびポンプ圧送条件におけるモルタルのフロー比は比較例９〜１１と比べて大きいことより、流動性の低下が小さく、また、圧送圧力も小さいことが分かる。これより、本発明の添加剤を使用したモルタルのポンプ圧送性は、セメント分散剤の種類を変えても良好であることが確認される。
【００４５】
実施例１、１８、１９は、本発明のサンプルＡおよびセメント分散剤を用いセメントの種類を変えたものを示し、対比するために、比較例７、１２、１３、１４は、サンプルＵおよびセメント分散剤を用いセメントの種類を変えたものを示す。実施例１、１８、１９の静的加圧条件およびポンプ圧送条件におけるモルタルの流動性の変化および圧送圧力は、比較例と比べて小さく、本発明の添加剤を使用したモルタルのポンプ圧送性は、セメントの種類を変えても良好である。これに対し、比較例７は、ポンプ圧送前後の流動性の変化および圧送圧力も小さく、良好なポンプ圧送性を示すが、比較例１２、１４は、練り混ぜ直後の流動性、ポンプ圧送前後の流動性の変化および圧送圧力が増大する傾向を示す。また、比較例１３に示すように、セメント分散剤の添加量を減じ、練り混ぜ直後の流動性を実施例と同一とした場合、ポンプ圧送前後の流動性の変化および圧送圧力の増大を助長する傾向を示している。
【００４６】
実施例１、２０、２１は、本発明のサンプルＡおよびセメント分散剤を用い細骨材の種類を変えたものを示し、対比するために、比較例７、１５、１６、１７は、サンプルＵおよびセメント分散剤を用い細骨材の種類を変えたものを示す。実施例１、２０、２１の静的加圧条件およびポンプ圧送条件におけるモルタルの流動性の変化および圧送圧力は比較例と比べて小さく、本発明の添加剤を使用したモルタルのポンプ圧送性は、細骨材の種類を変えても、良好である。これに対し、比較例７は、ポンプ圧送前後の流動性の変化および圧送圧力も小さく、良好なポンプ圧送性を示すが、比較例１５は、練り混ぜ直後の流動性、ポンプ圧送前後の流動性の変化および圧送圧力が増大し、比較例１６は、練り混ぜ直後の流動性が減少し、ポンプ圧送前後の流動性の変化および圧送圧力が増大する傾向を示す。また、比較例１７に示すように、セメント分散剤の添加量を増し、練り混ぜ直後の流動性を実施例と同一とした場合、ポンプ圧送前後の流動性の変化および圧送圧力の増大を抑制する傾向を示すが、本発明の添加剤を使用したモルタルのポンプ圧送性より劣っている。
【００４７】
３−２）コンクリート試験
表５にコンクリートのポンプ圧送試験結果を示す。表５により、本発明のセメント組成物用添加剤をコンクリートに使用した場合、次の効果が確認された。
【００４８】
実施例２２、２３、２７、２８は本発明のセメント組成物用添加剤を添加したものを示し、対比するために、比較例２１、２２にセメント分散剤のみのものを示す。実施例２２、２３、２７、２８のポンプ圧送前後のスランプフローまたはスランプの低下量は、１．０〜１．５ｃｍと比較例２１、２２と比べて小さく、本発明のセメント組成物用添加剤を使用したコンクリートのポンプ圧送性は良好であることが分かる。
【００４９】
実施例２２、２４、２５には本発明のサンプルＡおよびセメント分散剤を用いセメントの種類または細骨材の種類を変えたものを示し、対比するために、比較例１８、１９、２０は、サンプルＵおよびセメント分散剤を用いセメントの種類または細骨材の種類を変えたものを示す。実施例２２、２４、２５のポンプ圧送前後のスランプフローの低下量は、０．５〜１．５ｃｍと小さく、本発明のセメント組成物用添加剤を使用したコンクリートのポンプ圧送性は、セメントの種類または細骨材の種類を変えも良好である。これに対し、比較例１８のポンプ圧送前後のスランプフローの低下量は、１．５ｃｍと小さく、良好なポンプ圧送性を示すが、比較例１９、２０ポンプ圧送前後のスランプフローの低下量は、それぞれ６．０ｃｍおよび４．０ｃｍと大きく、静置状態のスランプフロー変化も実施例と比較して大きい。
【００５０】
【表５】
0003936765.tif 000006
【００５１】
【発明の効果】
このように、本発明のセメント組成物用添加剤を使用することにより、従来、セメント組成物の配合や使用する材料が異なったり、骨材の粒度または表面水等の変動によって生じていた、練り混ぜ直後あるいはポンプ圧送前後の流動性の著しい変化、およびポンプ圧送時における圧力の増大等の問題が解消され、ポンプ圧送性および流動保持性に極めて優れた高品質のコンクリートを製造することが可能となる。