説明

セメント分散剤としての共重合体、それを含むコンクリート用混和剤及びセメント組成物

【課題】低水粉体比のセメント組成物のワーカビリティーの改善ならびに硬化体の性能向上を目的とするセメント分散剤を配合したコンクリート用混和剤セメント組成物を提供する。
【解決手段】セメント分散剤としての、以下の繰り返し単位(A)、(B)からなり、重量平均分子量が5,000〜100,000である共重合体であって、(A)のモル比率が10〜50%であって、(A)は下式で表される2種以上であって、


(B)のモル比率は30〜90%であって、(B)は下式(B−1)等で表されるいずれか1種若しくは2種以上である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特に低水粉体比のセメント組成物のワーカビリティーの改善ならびに硬化体の性能向上を目的とするセメント分散剤としての共重合体、およびそれを配合したセメント組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
セメント分散剤は、コンクリートなどのセメント組成物中のセメント粒子に吸着し、セメント粒子の分散を安定化することが知られており、減水剤、高性能減水剤、AE減水剤あるいは高性能AE減水剤などのコンクリート用混和剤の主原料として用いられている。(AE)減水剤や高性能(AE)減水剤はコンクリートの単位水量を低減する目的で使用されており、コンクリート構造物の性能向上、特に耐久性向上に大きく貢献できるため、コンクリートの必須構成材料のひとつとして認知されるに至っている。
【0003】
土木・建築におけるコンクリート構造物は技術の発展とともに大型化、高層化する方向にあり、コンクリートに求められる性能もより高いものになってきている。特にこのような大型・高層構造物の基礎・土台部分においては、一般的なコンクリートよりも強度や耐久性が高い、セメントなどの粉体に対する水の比率を極端に低減した超高強度コンクリートが使用されることが多い。超高強度コンクリートは、少ない水の量で多くの粉体を分散させ流動性を付与し、粘性を低減する必要があるため、超高強度コンクリート用に開発された高性能減水剤が使用されている。
【0004】
また、このような超高強度コンクリートを製造する際に、シリカフュームなどのブレーン比表面積計で測定した比表面積が10000cm/gを超えるような超微粒子粉体を使用することが一般的である。さらに、セメントメーカーからも、超高強度コンクリート用として、事前にシリカフュームを配合したセメントが市販されており、具体的には、宇部三菱セメント株式会社製シリカヒュームセメント、株式会社デイ・シイ製VKC100SF、太平洋セメント株式会社製シリカフュームプレミックスセメントなどが市販され、一般的に使用されている。
【0005】
特許文献1には、メタクリル酸−メタクリル酸ポリアルキレンオキサイドエステル−ポリアルキレングリコールアリルエーテル共重合体を添加した超高強度水硬成セメント組成物に関する記載がある。特許文献2にはポリアマイドポリアミンまたはそのアルキレンオキサイド付加物を有するメタクリル酸−メタクリル酸ポリアルキレングリコールエステル共重合体による超高性能コンクリート用セメント分散剤について記載されている。特許文献3には特定のアルケニルエーテルとマレイン酸との共重合体又はその塩と、メトキシポリエチレングリコールのメタクリル酸エステル等の特定単量体とメタクリル酸等の特定単量体を重合してえられる共重合体とを含有する水硬性組成物用分散剤が、特にW/Cが30%以下の超高強度領域の水硬性組成物に対して有効であることが記載されている。特許文献4にはポリアルキルイミン系不飽和単量体および不飽和カルボン酸系単量体を含む単量体成分を共重合してなるポリカルボン酸系共重合体が超高強度コンクリートに好適に用いることが出来るポリカルボン酸系重合体であることが記載されている。
【0006】
このような、コンクリート用化学混和剤における技術革新により、上述のようにより高い強度および耐久性を持つコンクリートが開発され実用されている。その開発は年を追うごとにより高度化しており、近年においては設計基準強度が150N/mmの超高強度コンクリートが実際の構造物に適用されており、さらには、研究レベルではあるが200N/mmの超高強度コンクリートの実構造物への適用が検討されている。このようにコンクリートのレベルが向上するということは、すなわち、より低水粉体比のコンクリートを製造することになり、上記特許文献1から4に記載されている従来技術では、分散性の付与、粘性の低減および適切な凝結時間の確保などといった観点から、不十分である。
【0007】
また特許文献5に分子内に相対的に長いポリエチレングラフト鎖と相対的に短いポリエチレングラフト鎖とを共有する特定の水溶性ビニル共重合体が、水セメント比が20〜40%の高強度コンクリートにおいて効果的であることが記載されているが、このような異なる長さの側鎖を用いる技術はメタクリル酸系共重合体を基本構造とした技術である。さらに水粉体比が20%を下回るような超高強度コンクリートの領域においての効果を言及したものではない。
【0008】
特許文献6には、ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート系単量体と特定比率の特定の不飽和単量体とを構成単位として含む共重合体の2種を含む分散剤であり、2種の共重合体がポリアルキレングリコールの平均付加モル数が異なり、平均付加モル数とアルキレンオキサイドが付加していないカルボキシル基部の酸型重量比の積が特定の関係にある場合に、特に超高強度コンクリートに対して効果的に作用できることが記載されている。しかしこの技術は2種の共重合体からなる技術であるために、分散に対する寄与の少ない共重合体をも添加し、分散の安定化を図る為に必要となる共重合体量が多くなる傾向があり、経済的観点から見て十分ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開平6−191918号
【特許文献2】特開2000−191356号
【特許文献3】特開2002−187755号
【特許文献4】特開2003−128738号
【特許文献5】特開平11−246250号
【特許文献6】特開2006−298761号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明の目的は、たとえば水粉体比が20%を下回るような低水粉体比のセメント組成物に対して、良好な流動性を付与しかつ粘性を低減することが可能であり、更に極端な凝結遅延が無く強度発現性に優れるセメント分散剤としての共重合体を提供することにある。加えて、低水セメント比のコンクリートにおいて問題となる自己収縮を低減することが出来るセメント組成物を提供することにある。さらに本発明の別の目的は、上記セメント分散剤を、比表面積が10,000cm/gを上回るような混和材料を配合した水粉体比が20%を下回るコンクリート、モルタルなどに配合してなるセメント組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者は、上述の状況を鑑み鋭意検討を行った結果、特定の構成単位を有する共重合体を用いることにより、低水粉体比のセメント組成物においても高い分散性を発揮し、粘性の増大を抑制し、凝結遅延が少なく強度発現性に優れることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0012】
すなわち本発明に係る共重合体は、セメント組成物にセメント分散剤として加えることにより、低水粉体比のセメント組成物においても高い分散性を発揮し、粘性の増大を抑制し、凝結遅延が少なく優れた強度発現性を発揮するものであり、セメント分散剤としての、以下の繰り返し単位(A)、(B)からなるか、または(A)、(B)、(C)からなり、重量平均分子量が5,000〜100,000である共重合体であって、
(A)のモル比率が10〜50%であって、(A)は下式で表される2種以上であって、
【化1】

(ここで、R、Rはそれぞれ独立に水素またはメチル基を、R、RはC1〜4のアルキレン基を、OAはC2又は3のオキシアルキレン基を、x、yはそれぞれ独立に0または1を、zは6〜60を表す。)
(B)のモル比率は30〜90%であって、下式(B−1)又は(B−2)で表されるいずれか1種若しくは2種以上であって、
(B−1)
【化2】

(ここで、Rは水素またはCOOYを、Rは水素又はメチル基を、Yは水素又はC1〜8の脂肪族炭化水素を表す。)
(B−2)
【化3】

(ここでAは酸素またはNRを表し、Rは水素、C1〜20のアルキル基、C6〜20のアリール基、スルホニル基、又はスルファニル基のいずれかを表す。)
(C)のモル比率は0〜20%であって、下式で表され、
【化4】

(ここで、Rは水素又はメチル基を、pは0,1,2を、qは0又は1を表す。ただしp、qの少なくともいずれか一方は0である。R10はC1〜4のアルキル基、又はC1〜4のヒドロキシアルキル基を、Sは水素、メチル基、又はCOOR11を表し、R11は水素、C1〜4のアルキル基、又はC1〜4のヒドロキシアルキル基を表す。)
かつ(A)、(B)、(C)のモル比率は合計100%であることを特徴とする。
【0013】
また本発明に係る共重合体は、繰り返し(A)が、Zが6〜20(Z1)の範囲にあるものと、20〜60(Z2)の範囲にあるものの2種以上からなり、ぞれぞれのモル比が20:80〜80:20であることを特徴とする。
【0014】
さらに本発明の共重合体は、(A)と、(B)と(C)との総量のモル比率(A):((B)+(C))が、1:1〜1:4の範囲であることを特徴とする。
【0015】
また本発明の共重合体は、(B−2)の比率が(B)全体に対して50モル%以下であることを特徴とする。
【0016】
また本発明は、粉体重量に対する水重量の比率である水粉対比が20%以下であるセメント組成物に用いることを特徴とする。
【0017】
また本発明は、本発明の共重合体を含有することを特徴とするコンクリート用混和剤に関する。
【0018】
さらに下式で表される(D)を含むことを特徴とするコンクリート用混和剤に関する。
【化5】

(ここで、R12は炭素数1から8の炭化水素を、R13は水素又はC1〜4の炭化水素を、AOは炭素数2及び/又は3のアルキレンオキシドを、uはアルキレンオキシドの付加モル数で、1から20の整数を表す。)
【0019】
また本発明は、本発明の共重合体を含有することを特徴とするセメント組成物に関する。
【0020】
また本発明は、セメント組成物に使用される全粉体重量に対する水重量の比率である水粉体比が20%以下であることを特徴とするセメント組成物に関する。
【0021】
また、本発明は、さらに下式で表される(D)を含むことを特徴とする、セメント組成物に関する。
【0022】
【化6】

(ここで、R12は炭素数1から8の炭化水素を、R13は水素又はC1〜4の炭化水素を、AOは炭素数2および/または3のアルキレンオキシドを、uはアルキレンオキシドの付加モル数で、1から20の整数を表す。)
さらに本発明は、上の本発明のセメント分散剤としての共重合体を、全粉体重量に対する重量比で0.10%から1.0%の範囲で含有することを特徴とするセメント組成物に関する。
【0023】
また本発明は、前記セメント組成物が、比表面積が10,000cm/gを超える超微粒子粉体を全粉体重量に対して5重量%以上20重量%以下の範囲で含有し、該超微粒子を含むすべての粉体重量に対する水重量の比率である水粉体比が20%以下であることを特徴とするセメント組成物に関する。
【0024】
さらに本発明は、前記セメント組成物が、比表面積が10,000cm/gを超える超微粒子粉体を全粉体重量に対して5重量%以上20重量%以下の範囲で含有し、これとは別に無機系粉体膨張材を全粉体量に対して1重量%から10重量%の範囲で含有し、該超微粒子および該無機系粉体膨張材を含むすべての粉体重量に対する水重量の比率である水粉体比が20%以下であることを特徴とするセメント組成物に関する。
【発明の効果】
【0025】
本発明に係る共重合体は、特定の構成単位を有することにより、セメント組成物のセメント分散剤として使用することにより、低水粉体比のセメント組成物においても高い分散性を発揮し、粘性の増大を抑制し、凝結遅延が少なく強度発現性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】実施例における本発明の配合C−2におけるコンクリートの自己収縮性の測定結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【0027】
(共重合体)
本発明の共重合体は、セメント分散剤として優れた性能を発揮するものであり、以下詳しく説明する通り、少なくとも特定の2種類の繰り返し単位(A)と(B)からなることを特徴とする。またさらに重合可能な第3の繰り返し単位(C)との共重合体も含まれる。
【0028】
本発明の共重合体の重量平均分子量は特に制限なく通常公知の重合方法を用いて広い範囲で得ることが可能であるが、具体的には、本発明の共重合体を用いたセメント分散剤の分散性を効果的に発揮できる範囲として、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定したポリエチレングリコール(PEG)換算での重量平均分子量として、好ましくは5,000から100,000であり、さらに好ましくは10,000から70,000、特に好ましくは20,000から40,000である。
【0029】
本発明において好ましく使用可能な(A)なる繰り返し単位(モノマー)の構造は以下の通りである。
【0030】
【化7】

(ここで、R、Rはそれぞれ独立に水素またはメチル基を、R、RはC1〜4のアルキレン基を、OAはC2又は3のオキシアルキレン基を、x、yはそれぞれ独立に0または1を、zは6〜60を表す)。
【0031】
ここで繰り返し単位(A)としては、(OA)のアルキレンオキサイド付加モル数Zについては1種類のものだけではなく、異なる2種以上のものを含む場合も可能である。
【0032】
構成単位(A)中のエチレンオキサイド付加モル数(Z)は、一般的には大きいほどより高い立体的反発力が発生し、より高い分散性を発揮する。しかしながらZが大きくなると共重合体の高分子量化に伴いセメント組成物の粘性が高くなり、また、Zが大きいとセメント組成物中において分子鎖が伸張するために必要とする時間が長くなる為、所要の分散性を発揮する為の時間、すなわちセメント組成物の練混ぜに必要な時間が長くなる。一方Zが小さい場合、分散性は低いが、セメント組成物の粘性は低く抑えることが出来、所要の分散性を発揮するのに要する時間も短くなる傾向にある。また、Zが小さい場合はセメント組成物の凝結時間が遅延する傾向にある。このようにZの長さによって共重合体の性能は大きく変化し、共重合体の性能に対してエチレンオキサイドの付加モル数の与える影響度は非常に大きい。係る観点から、所望の効果を得るために、本発明における共重合体において、このエチレンオキサイド付加モル数(Z)が異なる2種以上の構成単位(A)を選択することが可能である。
【0033】
具体的にはZの異なる2種以上の構成単位(A)としては、Zの範囲が低付加モル数である6から20である1種または2種以上と、高付加モル数である20から60の範囲である1種または2種以上であることが好ましく、そのモル比率は低付加モル数:高付加モル数が20:80から80:20の範囲にあることが好ましい。中でも、低付加モル数が6から12の範囲にある1種または2種以上の構成単位(A)と、高付加モル数が30から50の範囲にある1種または2種以上の構成単位(A)が40:60から60:40の比率であることがさらに好ましい。
【0034】
本発明の共重合体の構成成分である構成成分(A)は一般式(A)により表されるが、具体的には、(ポリ)オキシエチレンビニルエーテル、(ポリ)オキシエチレン(メタ)アリルエーテル、(ポリ)オキシエチレンブテニルエーテル、(ポリ)オキシエチレンメチルブテニルエーテル、 (ポリ)オキシプロピレンビニルエーテル、(ポリ)オキシプロピレン(メタ)アリルエーテル、(ポリ)オキシプロピレンブテニルエーテル、(ポリ)オキシプロピレンメチルブテニルエーテル、(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレンビニルエーテル、(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレン(メタ)アリルエーテル、(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレンブテニルエーテル、(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレンメチルブテニルエーテル、メトキシ(ポリ)オキシエチレンビニルエーテル、メトキシ(ポリ)オキシエチレン(メタ)アリルエーテル、メトキシ(ポリ)オキシエチレンブテニルエーテル、メトキシ(ポリ)オキシエチレンメチルブテニルエーテル、メトキシ(ポリ)オキシプロピレンビニルエーテル、メトキシ(ポリ)オキシプロピレン(メタ)アリルエーテル、メトキシ(ポリ)オキシプロピレンブテニルエーテル、メトキシ(ポリ)オキシプロピレンメチルブテニルエーテル、メトキシ(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレンビニルエーテル、メトキシ(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレン(メタ)アリルエーテル、メトキシ(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレンブテニルエーテル、メトキシ(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレンメチルブテニルエーテル、ヒドロキシメチル−ビニルエーテルポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−(メタ)アリルエーテルポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−ブテニルエーテルポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−メチルブテニルエーテルポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−ビニルエーテルポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−(メタ)アリルエーテルポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−ブテニルエーテルポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−メチルブテニルエーテルポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−ビニルエーテルポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−(メタ)アリルエーテルポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−ブテニルエーテルポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−メチルブテニルエーテルポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−ビニルエーテルポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−(メタ)アリルエーテルポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−ブテニルエーテルポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−メチルブテニルエーテルポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−ビニルエーテルポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−(メタ)アリルエーテルポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−ブテニルエーテルポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−メチルブテニルエーテルポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−ビニルエーテルポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−(メタ)アリルエーテルポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−ブテニルエーテルポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−メチルブテニルエーテルポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−ビニルエーテルポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−(メタ)アリルエーテルポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−ブテニルエーテルポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−メチルブテニルエーテルポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−ビニルエーテルポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−(メタ)アリルエーテルポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−ブテニルエーテルポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−メチルブテニルエーテルポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−ビニルエーテルポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−(メタ)アリルエーテルポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−ブテニルエーテルポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−メチルブテニルエーテルポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−ビニルエーテルメトキシポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−(メタ)アリルエーテルメトキシポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−ブテニルエーテルメトキシポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−メチルブテニルエーテルメトキシポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−ビニルエーテルメトキシポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−(メタ)アリルエーテルメトキシポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−ブテニルエーテルメトキシポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−メチルブテニルエーテルメトキシポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−ビニルエーテルメトキシポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−(メタ)アリルエーテルメトキシポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−ブテニルエーテルメトキシポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−メチルブテニルエーテルメトキシポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−ビニルエーテルメトキシポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−(メタ)アリルエーテルメトキシポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−ブテニルエーテルメトキシポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−メチルブテニルエーテルメトキシポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−ビニルエーテルメトキシポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−(メタ)アリルエーテルメトキシポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−ブテニルエーテルメトキシポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−メチルブテニルエーテルメトキシポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−ビニルエーテルメトキシポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−(メタ)アリルエーテルメトキシポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−ブテニルエーテルメトキシポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−メチルブテニルエーテルメトキシポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−ビニルエーテルメトキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−(メタ)アリルエーテルメトキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−ブテニルエーテルメトキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシメチル−メチルブテニルエーテルメトキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−ビニルエーテルメトキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−(メタ)アリルエーテルメトキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−ブテニルエーテルメトキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシプロピル−メチルブテニルエーテルメトキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−ビニルエーテルメトキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−(メタ)アリルエーテルメトキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−ブテニルエーテルメトキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−メチルブテニルエーテルメトキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコール付加物、等が例示でき、好ましくは(ポリ)オキシエチレンビニルエーテル、(ポリ)オキシエチレン(メタ)アリルエーテル、(ポリ)オキシエチレンブテニルエーテル、(ポリ)オキシエチレンメチルブテニルエーテル、ヒドロキシブチル−ビニルエーテルポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−(メタ)アリルエーテルポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−ブテニルエーテルポリエチレングリコール付加物、ヒドロキシブチル−メチルブテニルエーテルポリエチレングリコール付加物である。
【0035】
また本発明において好ましく使用可能な(B)なる繰り返し単位(モノマー)の構造は以下の通りであり、(B−1)と(B−2)の2種類からなる。
(B−1)
【化8】

(ここで、Rは水素またはCOOYを、Rは水素又はメチル基を、Yは水素又はC1〜8の脂肪族炭化水素を表す。)
(B−2)
【化9】

(ここでAは酸素またはNRを表し、Rは水素、C1〜20のアルキル基、C6〜20のアリール基、スルホニル基、又はスルファニル基のいずれかを表す。)
本発明において(B)は、(B−1)と(B−2)なる特定構造を有する2種類からなるが、それらの比については特に制限はない。ただし本発明における共重合体の構成成分(B)のうちの一般式(B−2)で表される構成成分(B−2)の構成成分(B)に対する比率が高くなると、練り混ぜ初期における分散性の低く時間とともに分散性が増大する傾向が強く、低水粉体比のセメント組成物に対するセメント分散剤としては好ましくない。また、構成成分(B−2)の構成成分(B)に対する比率が低くなると、すなわち、一般式(B−1)で表される構成成分(B−1)の構成成分(B)に対する比率が高くなると、練り混ぜ直後からの分散性の劇的な低下(こわばり)が助長される為、好ましくない。これらの観点から、構成成分(B)中の構成成分(B−2)の比率は50モル%以下であることが好ましく、さらに好ましくは40%から5%であり、特に好ましくは30%から10%である。
【0036】
本発明の共重合体の構成成分である構成成分(B−1)は一般式(B−1)により表される、具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、マレイン酸モノアルキルエステル、マレイン酸モノアルケニルエステル、シトラコン酸モノアルキルエステル、シトラコン酸モノアルケニルエステル等が例示でき、好ましくはアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸である。
【0037】
本発明の共重合体の構成成分である構成成分(B−2)は一般式(B−2)により表される、具体的には、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水ジメチルマレイン酸、マレイミド、N−アルキルマレイミド、N−フェニルマレイミド、N−アルキルフェニルマレイミド、等が例示でき、特に好ましくは無水マレイン酸である。
【0038】
本発明の共重合体は上の(A)、(B)の他にさらに共重合可能な繰り返し単位(C)を有することも可能である。(C)は(A)、(B)からなる共重合体にスペーサー、機能付加部位として導入されうるものであり、セメント分散剤としての性能の他、流動保持性のコントロール、消泡性、収縮低減性などの性能を追加する効果を奏するものであれば特に制限はされないが、種々の公知の非極性αオレフィン、極性基置換αオレフィンが挙げられる。
【0039】
本発明において(C)は以下の構造で表される化合物である。
【0040】
【化10】

(ここで、Rは水素又はメチル基を、pは0,1,2を、qは0又は1を表す。ただしp、qの少なくともいずれか一方は0である。R10は、C1〜4のアルキル基、又はC1〜4のヒドロキシアルキル基を、Sは水素、メチル基、又はCOOR11を表し、R11は水素、C1〜4のアルキル基、又はC1〜4のヒドロキシアルキル基を表す。)
本発明の共重合体の構成成分である構成成分(C)は具体的には、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシブチル、(メタ)アリルアルコール、(メタ)アリルアルコールモノエチレングリコールエーテル、(メタ)アリルアルコールモノプロピレングリコールエーテル、(メタ)アリルアルコールモノブチレングリコールエーテル、3−メチル−3−ブテン−1−オール、3−メチル−3−ブテン−1−オールモノエチレングリコールエーテル、3−メチル−3−ブテン−1−オールモノプロピレングリコールエーテル、3−メチル−3−ブテン−1−オールモノブチレングリコールエーテル、マレイン酸ジアルキルなどが例示できる。
【0041】
本発明の共重合体において、これらの繰り返し単位(A)、(B)、(C)のモル比率は特に制限はなく合計が100%であるように選択することができる。
【0042】
より具体的には、本発明における共重合体は、(A)と(B)からなる場合、(A)が10〜50モル%の範囲であることが好ましい。より好ましくは(A)が25〜50モル%、特に好ましくは40〜50モル%の範囲である。
【0043】
さらに(A)と(B)の他にその他共重合可能な(C)を含ませることが可能である。(C)を含ませることにより流動性の保持のコントロール、消泡性、収縮低減性などの性質の発揮が顕著になるが、その量は目的に応じて適宜選択することが可能である。(A)、(B)に対して(C)が20モル%の範囲まで含ませることが可能である。
【0044】
さらに本発明における共重合体の構成単位(A)に対する構成単位(B)および構成単位(C)の総量のモル比率は、(A):((B)+(C))が1:1から1:9の範囲が好ましい。構成単位(A)の比率がこの範囲より高いと練り混ぜ直後の分散性が低くその後遅れて分散性を発揮するような挙動となってしまい好ましくない。一方((B)+(C))の比率がこの範囲より高いと練り混ぜ直後からの急激な分散性の消失が顕著となってしまい好ましくない。係る観点からさらに好ましくは、当該比率が、1:1から1:4の範囲にあり特に好ましくは、1:1.5から1:3の範囲にある。
(共重合体の製造)
本発明における共重合体の製造方法は、特に制限されるものではなく、従来公知の一般的なラジカル重合による共重合方法であれば使用可能である。なお重量平均分子量の確認方法についても特に制限はないが従来公知のGPC法による測定が好ましい。本発明において具体的なGPC分析測定条件は以下の実施例において説明した。
(セメント組成物)
本発明のセメント組成物は、上で説明した本発明の共重合体をセメント分散剤として含むことを特徴とするものである。ここでセメント組成物は通常公知のものであれば制限なく使用することができ、具体的にはセメントペースト、モルタル、グラウト、コンクリート等が例示できる。本発明の共重合体をセメント分散剤として使用する場合、添加量についても特に制限はないが超微粉末を含む全粉体重量に対して重量比で0.10%から1.0%の範囲であることが好ましい。低添加量においては十分に分散性が発揮できず、また、高添加量においては、凝結の極端な遅延やセメント組成物の分離などの悪影響を及ぼす可能性があるため好ましくない。
【0045】
また特に本発明におけるセメント組成物として、比表面積が10,000cm/gを超える超微粒子粉体を全粉体重量に対して5重量%以上20重量%以下の範囲で含有し、該超微粒子を含むすべての粉体重量に対する水重量の比率である水粉体比が20%以下であることがあり、さらに該超微粒子を含むすべての粉体重量に対して本発明のセメント分散剤を重量比で0.10%から1.0%の範囲で含有するものが挙げられる。
【0046】
さらに、本発明におけるセメント組成物として、比表面積が10,000cm/gを超える超微粒子粉体を全粉体重量に対して5重量%以上20重量%以下の範囲で含有し、更に無機系粉体膨張材を全粉体量に対して1重量%から10重量%の範囲で含有し、該超微粒子および該無機系粉体膨張材を含むすべての粉体重量に対する水重量の比率である水粉体比が20%以下であり、該超微粒子および該無機系粉体膨張材を含むすべての粉体重量に対して本発明のセメント分散剤を重量比で0.10%から1.0%の範囲で含有するものが挙げられる。
【0047】
超高強度コンクリートを製造する際に、シリカフュームなどのブレーン比表面積計で測定した比表面積が10000cm/gを超えるような超微粒子粉体を使用することが一般的である。この超微粒粉体はその形状に由来するボールベアリング効果、あるいはフィラー効果などにより超高強度コンクリートの流動性および強度発現性に寄与しているが、その配合量が少ないと効果が少なく、多いと比表面積が過度に増大し、粘性の増大や、必要分散剤量の増大などを引き起こす。そのため、超微粒子粉体の配合量は5重量%から20重量%の範囲とする必要があるが、好ましくは7重量%から15重量%の範囲である。
【0048】
加えて、本発明におけるセメント組成物は、上述のセメント組成物中に、
一般式(D)
【化11】

(ここで、R12は炭素数1から8の炭化水素を、R13は水素又はC1〜4の炭化水素を、AOは炭素数2および/または3のアルキレンオキシドを、uはアルキレンオキシドの付加モル数で、1から20の整数を表す。)
(D)を加えることで低水粉体比のセメント組成物において顕著である自己収縮を低減する効果をさらに奏することが可能である。かかる効果の観点から、(D)の添加量は、セメント組成物中の全粉体重量に対して0.1〜2.0重量%の範囲が好ましい。
係る自己収縮を低減する目的において、(D)は、一般式(D)におけるR12が炭素数1〜4のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基であることが好ましく、R13が水素であることが好ましく、AOがエチレンオキサイドであることが好ましく、uが1〜10であることが好ましい。
以下に本発明の実施例を挙げ、さらに詳しく本発明を説明する。本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0049】
さらに本発明におけるセメント組成物には、一般的に使用されているコンクリート用添加剤あるいはそれらの原料として利用されている化合物を併用することが出来、具体的には、AE剤、消泡剤、AE減水剤、高性能AE減水剤、減水剤、高性能減水剤、凝結促進剤、急結剤、凝結遅延剤、早強剤およびこれらの原料として一般的に利用されている、樹脂酸エステル、ポリアルキレングリコールアルキル硫酸エステル、トール油脂肪酸鹸化物、ポリアルキレングリコール化合物、鉱物油、シリコン系消泡剤、リグニンスルホン酸塩、ポリオール複合体、βナフタレンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩、ポリカルボン酸塩、アミノスルホン酸塩、ロダン塩、亜硝酸塩、グルコン酸塩、糖類、トリアルカノールアミン類などが挙げられる。
【実施例】
【0050】
(共重合体の製造)
本発明に係る共重合体を次の方法で製造した。なお使用した原料及び得られた共重合体について表1および2にP−1からP−29としてまとめた。
【0051】
攪拌機、温度計、pH電極および原料の投入口を備えた反応容器中に、ヒドロキシブチル−ビニルエーテルポリエチレンオキサイド付加物(付加数22.5)880重量部およびヒドロキシブチル−ビニルエーテルポリエチレンオキサイド付加物(付加数42.5)400重量部と水833.3重量部を投入し、攪拌を開始した。別の容器にて、アクリル酸115.2重量部、無水マレイン酸19.2重量部、3−メルカプトプロピオン酸10.1重量部および水404.7重量部を混合し、単量体溶液を調整した。この単量体溶液100重量部を反応容器中に投入し、さらに30%過酸化水素水19.1重量部、硫酸第一鉄七水和物0.31重量部を投入し、反応を開始した。反応中は、温度を30℃以下、pHを6.0以下になるように調整しながら攪拌を継続し、残りの単量体溶液および3%水溶液とした還元剤300重量部を所定の速度で添加し、反応を進行させた。単量体溶液全量投入後、残りの還元剤水溶液を全量投入し反応を終了させ、水酸化ナトリウム水溶液によりpHを6.5に調整し、固形分濃度45%水溶液の共重合体P−1を得た。同様の方法で、固形分濃度45%水溶液の共重合体P−2からP−29を得た。
【0052】
なお重量平均分子量は次のGPC測定条件を用いた。
カラム:Shodex製SB804を2本直列に連結して使用した。
移動相:0.1N硫酸ナトリウム水溶液とメタノールの8:2混合溶液を使用した。
カラム温度:摂氏60度
流量:毎分0.8ミリリットル
検出器:示差屈折計(RI検出器)
標準物質:ポリエチレングリコール
【表1】

【表2】

(セメント組成物の製造)
混和剤: 表3にまとめた。ここでレオビルドSP8HUは、BASFポゾリス社製超高強度コンクリート用高性能減水剤であり、各混和剤中の共重合体の濃度は、レオビルドSP8HUの固形分濃度と同等になるように調整した。
【0053】
【表3】

ただし、各配合比率が100%に満たない場合は、100%になるように水で希釈した。

セメント: 宇部三菱セメント社製 シリカフュームセメント (SFC:密度3.08
g/cm
デイ・シイ社製 VKC100SF (VKC:密度2.99g/cm
細骨材: 大井川水系産陸砂 (密度:2.59g/cm、粗粒率:2.69)
粗骨材: 青梅産砕石 (密度2.65g/cm、粗粒率:6.60、粗骨材最大寸法
:20mm)
膨張材: 太平洋マテリアル社製 エクスパン (Ex: 密度:3.14g/cm
比表面積3500cm/g)
: 上水道水

上記の材料を用いて表4に示す配合でモルタル及びコンクリート試験を行った。
【0054】
【表4】

モルタルの練混ぜ: ASTMモルタルミキサに所定量の混和剤を含む水140重量部(M−2の場合は150重量部)、セメント1000重量部を投入し、3分間低速にて練混ぜを行った後、さらに細骨材400重量部(M−2の場合は500重両部)を投入し3分間練混ぜ、評価用のモルタルを調整した。
モルタルフローの測定: 調整したモルタルは、JIS R 5201:1997に記載のモルタルフローコーンを使用し、静置状態におけるモルタルフローを測定した。
コンクリートの練混ぜ: 二軸強制練りミキサに、表4に示す配合に従い、所定量の細骨材、セメント、膨張材を投入し、10秒空練を行った後に、所定量の混和剤を含む練混ぜ水を投入し、5分間練混ぜた。その後所定量の粗骨材を投入し、3分間練混ぜを行い評価用のコンクリートを調整した。
コンクリートの試験
スランプフロー:JIS A 1150:2007、空気量:JIS A 1128:2005
圧縮強度:JIS A 1132:2006により作製した直径10cm高さ20cmの円柱供試体を所定の期間20℃の水中にて養生し、JIS A 1108:2006により圧縮強度を測定した。
【0055】
自己収縮:埋め込み式のひずみゲージを埋設した10cm×10cm×40cmの角柱供試体の全面をアルミテープで被い、データ処理装置により所定期間試験体のひずみ量を測定した。
(結果)
使用混和剤とモルタルフロー280mmを得るのに必要な添加量を表5にまとめた。ここで添加量は全粉体量に対する混和剤の重量比(%)である。Xは添加量を増大してもモルタルフロー280mmが得られなかったことを示す。表5の結果から次のことが分かった。
【0056】
【表5】

配合M−1において、各混和剤を使用した時に、280mmのモルタルフローを得るのに必要な混和剤の添加量を比較した。市販超高強度コンクリート用高性能AE減水剤であるAd−32がセメント重量に対して1.7%必要とするのに対して、本発明品である共重合体を含むAd−1〜24はいずれも必要とする使用量が少なくなったことから、本発明品は既存の市販品と比較してより効果的に分散性を発揮していることがわかった。
【0057】
Ad−25に含まれる共重合体は一方のエレンオキサイド付加モル数が4であり、その場合には分散性が十分ではなく、また、異なる鎖長の側鎖を同一分子内に共有せず、側鎖長の異なる2種の共重合体を使用したAd−28の場合にも、同等の分散性を得るための混和剤の添加量は高くなった。
【0058】
単一側鎖長の共重合体によるAd−26および極端には構成単位の配合比率が本発明から外れた共重合体によるAd−27は、どれだけ添加量を増大しても280mmのモルタルフローを得ることは出来なかった。
【0059】
この傾向はM−2の配合においても同様であり、本発明品が超微粒子を配合した市販セメントを使用した低水セメント比のセメント組成物に対して、低添加量で十分な分散性を付与できることがわかった。
【0060】
表6にはコンクリート試験の結果をまとめた。
【0061】
【表6】

コンクリート試験をC−1、C−2およびC−3の配合にて行った。いずれの配合においてもモルタルでの実験結果と同様に、本発明品は、市販超高強度コンクリート用高性能減水剤と比較して、少ない添加量で所定の流動性を付与できた。
【0062】
また本発明品は、流動性の保持効果が市販品に比べて高く、実際コンクリートに使用されるときの、生コン工場から施工現場までの運搬時間、あるいは施工時間中の流動の保持に効果的であった。
【0063】
また、本発明品は、市販品と比較して、強度発現性が高く、特に材齢1日における強度発現性が高かった。これはコンクリートの凝結を過度に遅延してないためであり、長期強度においても市販品と同等以上であったことから、施工時の管理がしやすい超高強度コンクリートを提供できることがわかった。
【0064】
さらに図1には、配合C−2におけるコンクリートの自己収縮性の測定結果を示した。
【0065】
図から、超高強度コンクリートは、化合物Dを添加した本発明品Ad−30およびAd−31においては、市販品比較して自己収縮が低減できていることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【0066】
本発明の共重合体はセメント分散剤として配合することにより、低水粉体比であっても高い分散性を発揮し、粘性の増大を抑制し、凝結遅延が少なく強度発現性に優れたセメント組成物を得ることが可能となる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメント分散剤としての、以下の繰り返し単位(A)、(B)からなるか、または(A)、(B)、(C)からなり、重量平均分子量が5,000〜100,000である共重合体であって、
(A)のモル比率が10〜50%であって、(A)は下式で表される2種以上であって、
【化1】

(ここで、R、Rはそれぞれ独立に水素またはメチル基を、R、RはC1〜4のアルキレン基を、OAはC2又は3のオキシアルキレン基を、x、yはそれぞれ独立に0または1を、zは6〜60を表す。)
(B)のモル比率は30〜90%であって、下式(B−1)又は(B−2)で表されるいずれか1種若しくは2種以上であって、
(B−1)
【化2】

(ここで、Rは水素またはCOOYを、Rは水素又はメチル基を、Yは水素又はC1〜8の脂肪族炭化水素を表す。)
(B−2)
【化3】

(ここでAは酸素またはNRを表し、Rは水素、C1〜20のアルキル基、C6〜20のアリール基、スルホニル基、又はスルファニル基のいずれかを表す。)
(C)のモル比率は0〜20%であって、下式で表され、
【化4】

(ここで、Rは水素又はメチル基を、pは0,1,2を、qは0又は1を表す。ただしp、qの少なくともいずれか一方は0である。R10は、C1〜4のアルキル基、又はC1〜4のヒドロキシアルキル基を、Sは水素、メチル基、又はCOOR11を表し、R11は水素、C1〜4のアルキル基、又はC1〜4のヒドロキシアルキル基を表す。)
かつ(A)、(B)、(C)のモル比率は合計100%である。
【請求項2】
繰り返し(A)が、Zが6〜20(Z1)の範囲にあるものと、20〜60(Z2)の範囲にあるものの2種以上からなり、ぞれぞれのモル比が20:80〜80:20である請求項1に記載のセメント分散剤としての共重合体。
【請求項3】
(A)と、(B)と(C)との総量のモル比率(A):((B)+(C))が、1:1〜1:4の範囲であることを特徴とする、請求項1または2に記載のセメント分散剤としての共重合体。
【請求項4】
(B−2)の比率が(B)全体に対して50モル%以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のセメント分散剤としての共重合体。
【請求項5】
粉体重量に対する水重量の比率である水粉体比が20%以下であるセメント組成物に用いることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の共重合体。
【請求項6】
請求項1〜5のいずれか1項に記載のセメント分散剤としての共重合体を含有することを特徴とするコンクリート用混和剤。
【請求項7】
さらに下式で表される(D)を含むことを特徴とする、請求項6に記載のコンクリート用混和剤。
【化5】

(ここで、R12は炭素数1から8の炭化水素を、R13は水素又はC1〜4の炭化水素を、AOは炭素数2及び/又は3のアルキレンオキシドを、uはアルキレンオキシドの付加モル数で、1から20の整数を表す。)
【請求項8】
請求項1〜5のいずれか1項に記載のセメント分散剤としての共重合体を含有することを特徴とするセメント組成物。
【請求項9】
セメント組成物に使用される全粉体重量に対する水重量の比率である水粉体比が20%以下であることを特徴とする、請求項8に記載のセメント組成物。
【請求項10】
(D)を含むことを特徴とする、請求項8又は9に記載のセメント組成物。
【請求項11】
請求項1〜5に記載のセメント分散剤としての共重合体を、全粉体重量に対する重量比で0.10%から1.0%の範囲で含有することを特徴とする、請求項8〜10のいずれか1項に記載のセメント組成物。
【請求項12】
前記セメント組成物が、比表面積が10,000cm/gを超える超微粒子粉体を全粉体重量に対して5重量%以上20重量%以下の範囲で含有し、該超微粒子を含むすべての粉体重量に対する水重量の比率である水粉体比が20%以下である、請求項8〜11のいずれか1項に記載のセメント組成物。
【請求項13】
前記セメント組成物が、比表面積が10,000cm/gを超える超微粒子粉体を全粉体重量に対して5重量%以上20重量%以下の範囲で含有し、これとは別に無機系粉体膨張材を全粉体量に対して1重量%から10重量%の範囲で含有し、該超微粒子および該無機系粉体膨張材を含むすべての粉体重量に対する水重量の比率である水粉体比が20%以下である、請求項8〜12のいずれか1項に記載のセメント組成物。

【図1】
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【公開番号】特開2011−102221(P2011−102221A)
【公開日】平成23年5月26日(2011.5.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−258432(P2009−258432)
【出願日】平成21年11月11日(2009.11.11)
【出願人】(503343336)コンストラクション リサーチ アンド テクノロジー ゲーエムベーハー (139)
【氏名又は名称原語表記】Construction Research & Technology GmbH
【住所又は居所原語表記】Dr.−Albert−Frank−Strasse 32, D−83308 Trostberg, Germany
【Fターム(参考)】