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特開2023-145979水硬性組成物用強度増進剤、水硬性組成物用混和剤、水硬性組成物、及び水硬性組成物硬化体
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023145979
(43)【公開日】2023-10-12
(54)【発明の名称】水硬性組成物用強度増進剤、水硬性組成物用混和剤、水硬性組成物、及び水硬性組成物硬化体
(51)【国際特許分類】
   C04B 24/02 20060101AFI20231004BHJP
   C04B 24/12 20060101ALI20231004BHJP
   C04B 24/16 20060101ALI20231004BHJP
   C04B 28/02 20060101ALI20231004BHJP
【FI】
C04B24/02
C04B24/12 A
C04B24/16
C04B28/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022052924
(22)【出願日】2022-03-29
(71)【出願人】
【識別番号】000210654
【氏名又は名称】竹本油脂株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088616
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邉 一平
(74)【代理人】
【識別番号】100154829
【弁理士】
【氏名又は名称】小池 成
(74)【代理人】
【識別番号】100132403
【弁理士】
【氏名又は名称】永岡 儀雄
(74)【代理人】
【識別番号】100217102
【弁理士】
【氏名又は名称】冨永 憲一郎
(72)【発明者】
【氏名】田中 善將
(72)【発明者】
【氏名】大石 卓哉
(72)【発明者】
【氏名】古田 章宏
(72)【発明者】
【氏名】澤田 陽
【テーマコード(参考)】
4G112
【Fターム(参考)】
4G112PB15
4G112PB20
4G112PB22
4G112PC04
4G112PC12
(57)【要約】
【課題】早期に高い圧縮強度を発現させつつ、長期間経過後の強度発現性も維持させることができる水硬性組成物用強度増進剤を提供する。
【解決手段】水硬性結合材を含む水硬性組成物に使用する水硬性組成物用強度増進剤であって、A成分であるジエチレングリコール、及びB成分であるグリセリンを含有することを特徴とする水硬性組成物用強度増進剤。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水硬性結合材を含む水硬性組成物に使用する水硬性組成物用強度増進剤であって、
下記A成分、及び下記B成分を含有することを特徴とする水硬性組成物用強度増進剤。
A成分:ジエチレングリコール。
B成分:グリセリン。
【請求項2】
前記A成分、及び前記B成分の質量比が、A成分/B成分=1/1~5/1である、請求項1に記載の水硬性組成物用強度増進剤。
【請求項3】
下記C成分、下記D成分、下記E成分、及び下記F成分から選ばれる少なくとも1つを含有する、請求項1または2に記載の水硬性組成物用強度増進剤。
C成分:分子量500以下の含窒素有機化合物。
D成分:分子量500以下の含硫黄有機化合物。
E成分:分子量500以下の2~4価の多価アルコール(但し、前記A成分、前記B成分、前記C成分、前記D成分、及び糖類に該当するものを除く)。
F成分:分子量500以下の炭酸エステル化合物。
【請求項4】
前記C成分、前記D成分、前記E成分、及び前記F成分から選ばれる少なくとも2つを含有する、請求項3に記載の水硬性組成物用強度増進剤。
【請求項5】
前記C成分、前記D成分、前記E成分、及び前記F成分から選ばれる少なくとも3つを含有する、請求項3または4に記載の水硬性組成物用強度増進剤。
【請求項6】
前記A成分、前記B成分、前記C成分、前記D成分、前記E成分、及び前記F成分の含有割合の合計を100質量部とすると、
前記A成分及び前記B成分を合計で55~99質量部、並びに、前記C成分、前記D成分、前記E成分、及び前記F成分を合計で1~45質量部の割合で含有する、請求項3~5のいずれか一項に記載の水硬性組成物用強度増進剤。
【請求項7】
請求項1~6のいずれか一項に記載の水硬性組成物用強度増進剤、及び分散剤を含有することを特徴とする水硬性組成物用混和剤。
【請求項8】
請求項7に記載の水硬性組成物用混和剤を含有することを特徴とする水硬性組成物。
【請求項9】
請求項1~6のいずれか一項に記載の水硬性組成物用強度増進剤を含有することを特徴とする水硬性組成物。
【請求項10】
請求項8または9に記載の水硬性組成物の硬化物であることを特徴とする水硬性組成物硬化体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水硬性組成物用強度増進剤、水硬性組成物用混和剤、水硬性組成物、及び水硬性組成物硬化体に関する。更に詳しくは、水硬性組成物の硬化時において早期に高い圧縮強度を発現させつつ、長期間経過後の強度発現性を維持させることができる水硬性組成物用強度増進剤、これを含有する水硬性組成物用混和剤、当該強度増進剤または混和剤を含有する水硬性組成物、及び、当該水硬性組成物から形成される水硬性組成物硬化体に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、コンクリートに代表される水硬性組成物は、セメント、水、細骨材、粗骨材、水硬性組成物用混和剤等から構成されている。このうち水硬性組成物用混和剤には、該水硬性組成物の流動性を上げる観点から、ポリカルボン酸系共重合体等を主成分とする分散成分が配合されている。
【0003】
ここで、コンクリート二次製品の生産においては、その生産性を向上させるために早期に脱型が可能であることが要求されている。また、屋外打設においては、同様に、早期の硬化が求められている。特に、寒冷地域では打設したコンクリートが十分に硬化するまでに時間がかかるため、早期に硬化させる需要が高くなっている。このようなことから混和剤には、強度増進剤(例えば、特許文献1~3参照)が更に配合され、硬化に要する時間を短くすることが行われている。
【0004】
具体的には、特許文献1には、セメント組成物の流動性の低下が少なく、初期材齢に高い圧縮強度を発現することができるセメント用強度向上剤が開示されている。特許文献2には、初期強度の高い硬化体が得られる水硬性粉体用強度向上剤組成物が開示されている。特許文献3には、短期強度の向上効果に優れた水硬性組成物用早強剤が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2006-282414号公報
【特許文献2】特開2014-189417号公報
【特許文献3】特開2009-256201号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1~3に記載の強度増進剤は、更なる改善の余地があった。具体的には、従来、早期の強度発現性と長期間の強度発現性は、トレードオフの関係にあり、早期に高い圧縮強度を発現させつつ、長期間経過後の強度発現性を維持させることは達成し難いという問題があった。そこで、早期に高い強度発現性を有しつつ、長期間経過後の強度発現性を維持させることができる強度増進剤の開発が求められていた。
【0007】
そこで、本発明の課題は、上記実情に鑑み、水硬性組成物の硬化時において早期に高い圧縮強度を発現させつつ、長期間経過後の強度発現性を維持させることができる水硬性組成物用強度増進剤の提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、ジエチレングリコール(A成分)及びグリセリン(B成分)の両方を含有させることによって上記課題を解決できることを見出した。本発明によれば、以下の水硬性組成物用強度増進剤、水硬性組成物用混和剤、水硬性組成物、及び水硬性組成物硬化体が提供される。
【0009】
[1] 水硬性結合材を含む水硬性組成物に使用する水硬性組成物用強度増進剤であって、
下記A成分、及び下記B成分を含有することを特徴とする水硬性組成物用強度増進剤。
A成分:ジエチレングリコール。
B成分:グリセリン。
【0010】
[2] 前記A成分、及び前記B成分の質量比が、A成分/B成分=1/1~5/1である、前記[1]に記載の水硬性組成物用強度増進剤。
【0011】
[3] 下記C成分、下記D成分、下記E成分、及び下記F成分から選ばれる少なくとも1つを含有する、前記[1]または[2]に記載の水硬性組成物用強度増進剤。
C成分:分子量500以下の含窒素有機化合物。
D成分:分子量500以下の含硫黄有機化合物。
E成分:分子量500以下の2~4価の多価アルコール(但し、前記A成分、前記B成分、前記C成分、前記D成分、及び糖類に該当するものを除く)。
F成分:分子量500以下の炭酸エステル化合物。
【0012】
[4] 前記C成分、前記D成分、前記E成分、及び前記F成分から選ばれる少なくとも2つを含有する、前記[3]に記載の水硬性組成物用強度増進剤。
【0013】
[5] 前記C成分、前記D成分、前記E成分、及び前記F成分から選ばれる少なくとも3つを含有する、前記[3]または[4]に記載の水硬性組成物用強度増進剤。
【0014】
[6] 前記A成分、前記B成分、前記C成分、前記D成分、前記E成分、及び前記F成分の含有割合の合計を100質量部とすると、
前記A成分及び前記B成分を合計で55~99質量部、並びに、前記C成分、前記D成分、前記E成分、及び前記F成分を合計で1~45質量部の割合で含有する、前記[3]~[5]のいずれかに記載の水硬性組成物用強度増進剤。
【0015】
[7] 前記[1]~[6]のいずれかに記載の水硬性組成物用強度増進剤、及び分散剤を含有することを特徴とする水硬性組成物用混和剤。
【0016】
[8] 前記[7]に記載の水硬性組成物用混和剤を含有することを特徴とする水硬性組成物。
【0017】
[9] 前記[1]~[6]のいずれかに記載の水硬性組成物用強度増進剤を含有することを特徴とする水硬性組成物。
【0018】
[10] 前記[8]または[9]に記載の水硬性組成物の硬化物であることを特徴とする水硬性組成物硬化体。
【発明の効果】
【0019】
本発明の水硬性組成物用強度増進剤は、水硬性組成物の硬化時において早期に高い圧縮強度を発現させつつ、長期間経過後にも強度発現性を維持させることができるという効果を奏するものである。
【0020】
本発明の水硬性組成物用混和剤は、本発明の水硬性組成物用強度増進剤を含有することによって、水硬性組成物の硬化時において早期に高い圧縮強度を発現させつつ、長期間経過後の強度発現性も維持させることができるという効果を奏するものである。
【0021】
本発明の水硬性組成物は、本発明の水硬性組成物用混和剤を含有することによって、その硬化時において早期に高い圧縮強度を発現しつつ、長期間経過後の強度発現性も維持されるという効果を奏するものである。
【0022】
本発明の水硬性組成物硬化体は、本発明の水硬性組成物によって形成され、硬化時の早期の圧縮強度が高く、更に、長期間経過後の強度発現性も維持されるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明の実施形態について説明する。しかし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し適宜変更、改良等が加えられ得ることが理解されるべきである。なお、以下の実施例等において、別に記載しない限り、%は質量%を、また部は質量部を意味する。
【0024】
(1)水硬性組成物用強度増進剤:
本発明の水硬性組成物用強度増進剤は、水硬性結合材を含む水硬性組成物に使用する水硬性組成物用強度増進剤であって、下記A成分及び下記B成分を含有するものである。
A成分:ジエチレングリコール。
B成分:グリセリン。
【0025】
このような水硬性組成物用強度増進剤は、水硬性組成物の硬化時において早期(例えば、材齢24~48時間)に高い圧縮強度を発現させつつ、長期間(例えば材齢28日程度)経過後の強度発現性も維持させることができる。
【0026】
ここで、水硬性組成物の硬化時における早期の強度発現性と長期間経過後の強度発現性は、トレードオフの関係にあり、従来の強度増進剤では、早期の高い強度発現性と長期間経過後の高い強度発現性の両立はさせ難い。即ち、従来の強度増進剤は、早期に高い圧縮強度を発現させる場合、長期間経過後の強度発現性は低くなり、また、長期間経過後の強度発現性が高い場合、早期の圧縮強度は発現し難い。一方、本発明の水硬性組成物用強度増進剤によれば、早期の圧縮強度と長期間経過後の強度発現性の両方を十分に発現させることができる。
【0027】
本発明において、水硬性組成物が早期に高い強度発現性を奏しつつ、長期間経過後の強度発現性を維持させるようになる機構の詳細は不明であるが以下のように推定される。一般に、セメントの構成成分は、順序良く水和が進行するのではなく、各構成成分が互いに複雑に反応しながら水和が進行し、硬化する。そのため、単一成分のみの添加では水和の進行に偏りが生じてしまう。即ち、部分的にしか水和の進行が向上せず、一部は水和の進行が低下しているため、硬化体全体では十分な強度を発現しないと考えられる。しかし、本発明のA成分及びB成分を組み合わせることで水和の進行の偏りが解消され、早期に高い強度発現性を奏しつつ、長期間経過後の強度発現性も維持させることができると考えられる。特に、C成分、D成分、E成分、F成分のようにそれぞれ異なる官能基を持つ成分を採用することで、上記効果が更に良好に発現することになる。
【0028】
更に、本発明の水硬性組成物用強度増進剤は、分散剤との相溶性が良好であり、本発明の水硬性組成物用強度増進剤と分散剤とを含有する水硬性組成物用混和剤において高い製剤安定性が発揮される。
【0029】
(1-1)A成分及びB成分:
本発明において、ジエチレングリコールとグリセリンの両方を含有するものである。このようにジエチレングリコール及びグリセリンの両方を含有することによって、これらの効果が相俟って早期により高い圧縮強度を発現させ、更には、長期間経過後の強度発現性を維持させることができる。
【0030】
A成分及びB成分の質量比は、特に制限はないが、A成分/B成分=1/1~5/1であることが好ましく、1.5/1~3.5/1であることが更に好ましい。このような範囲とすることによって、水硬性組成物の硬化時において早期に特に高い圧縮強度を発現させることができ、更に、長期間経過後の強度発現性もより維持させることができる。
【0031】
(1-2)C成分、D成分、E成分、及びF成分:
本発明の水硬性組成物用強度増進剤は、更に、下記C成分、下記D成分、下記E成分、及び下記F成分から選ばれる少なくとも1つを含有することが好ましい。これらの成分のいずれかを1つ以上含有することによって、水硬性組成物の硬化時において早期に特に高い圧縮強度を発現させることができ、更に、長期間経過後の強度発現性をより維持させることができる。
C成分:分子量500以下の含窒素有機化合物。
D成分:分子量500以下の含硫黄有機化合物。
E成分:分子量500以下の2~4価の多価アルコール(但し、A成分、B成分、C成分、D成分、及び糖類に該当するものを除く)。
F成分:分子量500以下の炭酸エステル化合物。
【0032】
C成分は、分子量500以下の含窒素有機化合物である。この分子量の下限値としては特に制限はなく、含窒素有機化合物のうち、理論上分子量が最小となる含窒素有機化合物と同値とすることができるが、具体的には、この含窒素有機化合物の分子量の下限値は、31とすることができる。
【0033】
C成分としては、具体的には、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン、ジエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、メチルジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ジエタノールイソプロパノールアミン、エタノールジイソプロパノールアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、2-アミノエタノール、2-(メチルアミノ)エタノール、1-アミノ-2-プロパノール、2-アミノ-1-プロパノール、2-アミノ-2-メチル-1-プロパノール、1,3-ジアミノ-2-プロパノール、1-アミノ-2-ブタノール、2-アミノ-1-ブタノール、2-アミノ-2-エチル-1,3-プロパンジオール、2-(2-アミノエトキシ)エタノールなどを挙げることができる。
【0034】
C成分は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
【0035】
D成分は、分子量500以下の含硫黄有機化合物である。この分子量の下限値としては特に制限はなく、含硫黄有機化合物のうち、理論上分子量が最小となる含硫黄有機化合物と同値とすることができるが、具体的には、この含硫黄有機化合物の分子量の下限値は、94とすることができる。
【0036】
D成分としては、具体的には、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジエチルスルホン、2-ヒドロキシエチルメチルスルホン、イソプロピルメチルスルホン、エチルフェニルスルホン、テトラメチレンスルホン、4,4-ジオキソ-1,4-オキサチアンやメタンスルホン酸、ヒドロキシメタンスルホン酸、エチルスルホン酸、アミノメタンスルホン酸、2-ヒドロキシエタンスルホン酸、2-アミノエタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、4-ヒドロキシベンゼンスルホン酸、アミノベンゼンスルホン酸、3-アミノ-4-ヒドロキシベンゼンスルホン酸、トルイジンスルホン酸、クレゾールスルホン酸、メタンスルフィン酸、ヒドロキシメタンスルフィン酸、ジシクロヘキシルスルホコハク酸やそれらのアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩などを挙げることができる。
【0037】
D成分は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
【0038】
E成分は、分子量500以下の2~4価の多価アルコール(但し、A成分、B成分、C成分、D成分、及び糖類に該当するものを除く)である。この分子量の下限値としては特に制限はなく、上記多価アルコールのうち、理論上分子量が最小となる2~4価の多価アルコールと同値とすることができるが、例えば、上記多価アルコールの分子量の下限値は、62とすることができる。
【0039】
E成分としては、具体的には、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、3-メチル-1,3-ブタンジオール、1,2,4-ブタントリオール、1,2-ペンタンジオール、1,3-ペンタンジオール、1,4-ペンタンジオール、1,5-ペンタンジオール、2,3-ペンタンジオール、2,4-ペンタンジオール、2,4-ジメチル-2,4-ペンタンジオール、2,4-ジメチル-1,5-ペンタンジオール、2,2,4-トリメチル-1,3-ペンタンジオール、1,2-シクロペンタンジオール、1,3-シクロペンタンジオール、1,4-シクロペンタンジオール、1,2,5-ペンタントリオール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ピナコール、1,2-ヘキサンジオール、1,6-ヘキサンジオール、2,5-ヘキサンジオール、2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオール、1,2-シクロヘキサンジオール、1,3-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジオール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、トリメチロールプロパン、ジグリセリンなどを挙げることができる。
【0040】
E成分は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
【0041】
F成分は、分子量500以下の炭酸エステル化合物である。この分子量の下限値としては特に制限はなく、炭酸エステル化合物のうち、理論上分子量が最小となる炭酸エステル化合物と同値とすることができるが、例えば、炭酸エステル化合物の分子量の下限値は、88とすることができる。
【0042】
F成分としては、具体的には、グリセロール-1,2-カルボナート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、2,5-ジオキサヘキサン二酸ジメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、1,3-ジオキサン-2-オン、エチルメチルカーボネートなどを挙げることができる。
【0043】
F成分は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
【0044】
本発明の水硬性組成物用強度増進剤は、C成分、D成分、E成分、及びF成分から選ばれる少なくとも2つを含有することがより好ましく、C成分、D成分、E成分、及びF成分から選ばれる少なくとも3つを含有することが特に好ましい。このようにC成分、D成分、E成分、及びF成分のうちの複数が含まれることが好ましく、このようにすることによって、水硬性組成物の硬化時において早期に特に高い圧縮強度を発現させることができ、更に、長期間経過後の強度発現性をより維持させることができる。
【0045】
A成分、B成分、C成分、D成分、E成分、及びF成分の含有割合の合計を100質量部とすると、A成分及びB成分を合計で55~99質量部、並びに、C成分、D成分、E成分、及びF成分を合計で1~45質量部の割合で含有することが好ましい。更には、A成分及びB成分を合計で60~90質量部、並びに、C成分、D成分、E成分、及びF成分を合計で10~40質量部の割合で含有することが更に好ましく、A成分及びB成分を合計で65~85質量部、並びに、C成分、D成分、E成分、及びF成分を合計で15~35質量部の割合で含有することが特に好ましい。このような割合で配合することによって、水硬性組成物の硬化時において早期に特に高い圧縮強度を発現させることができ、更に、長期間経過後の強度発現性をより維持させることができる。
【0046】
(1-3)その他の構成成分:
本発明の水硬性組成物用強度増進剤は、A成分、B成分、C成分、D成分、E成分、及びF成分以外に、その他の構成成分を更に含んでいてもよい。
【0047】
その他の構成成分としては、例えば、亜硝酸ナトリウム、亜硝酸カルシウム、硝酸ナトリウム、硝酸カルシウム、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カルシウム、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、ギ酸カルシウム等の従来公知の強度増進剤(G成分)などを挙げることができる。
【0048】
その他の構成成分の含有割合としては、例えば、A成分~F成分の合計量100質量部に対して、0~10質量部とすることができ、好ましくは0~5質量部とすることができる。
【0049】
本発明の水硬性組成物用強度増進剤は、結合材(水硬性結合材)に練混ぜ水を加えて水硬性組成物を調製する際に用いられるものである。
【0050】
(2)水硬性組成物用混和剤:
本発明の水硬性組成物用混和剤は、本発明の水硬性組成物用強度増進剤、及び分散剤を含有するものである。このような水硬性組成物用混和剤は、本発明の水硬性組成物用強度増進剤を含有することによって、水硬性組成物の硬化時において早期に高い圧縮強度を発現させつつ、更には、長期間経過後の強度発現性を維持させることができる。また、本発明の水硬性組成物用強度増進剤は、分散剤との相溶性が良好であり、本発明の水硬性組成物用混和剤は、水溶液である場合に、良好な製剤安定性が発揮される。
【0051】
水硬性組成物用強度増進剤と分散剤との配合比の値(水硬性組成物用強度増進剤/分散剤)については、特に制限はなく適宜設定することができるが、例えば、0.25~4とすることができ、0.5~2.5とすることがよい。
【0052】
分散剤は、特に制限はなく、従来公知の水硬性組成物用混和剤に用いられる分散剤を適宜選択することができる。例えば、ポリカルボン酸系共重合体、リン酸エステル系共重合体、ナフタレン系縮合体、メラミン系縮合体、フェノール系縮合体、リグニンスルホン酸塩等の分散剤を挙げることができる。
【0053】
本発明の水硬性組成物用混和剤は、本発明の水硬性組成物用強度増進剤及び分散剤以外に、その他の添加剤を更に含んでいてもよい。
【0054】
その他の添加剤としては、特に制限はなく、効果が損なわれない範囲内で、適宜含有していてもよい。このようなその他の添加剤としては、例えば、糖類やオキシカルボン酸塩等からなる凝結遅延剤、陰イオン界面活性剤等からなるAE剤、オキシアルキレン系化合物等からなる消泡剤、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル等からなる収縮低減剤、セルロースエーテル系化合物等からなる増粘剤、イソチアゾリン系化合物等からなる防腐剤、亜硝酸塩等からなる防錆剤等を挙げることができる。
【0055】
その他の添加剤の含有割合としては、例えば、水硬性組成物用混和剤中の0~20質量%とすることができる。
【0056】
(3)水硬性組成物:
本発明の水硬性組成物は、その第一の実施態様としては、本発明の水硬性組成物用混和剤を含有するものである。
【0057】
また、本発明の水硬性組成物の第二の実施態様としては、本発明の水硬性組成物用強度増進剤を含有するものである。つまり、第一の実施態様のように水硬性組成物用混和剤ではなく、水硬性組成物用強度増進剤を直接含有させたものであってもよい。
【0058】
このような水硬性組成物は、本発明の水硬性組成物用混和剤または本発明の水硬性組成物用強度増進剤を含有することによって、水硬性組成物の硬化時において早期に高い圧縮強度を発現させつつ、更には、長期間経過後の強度発現性が維持されるものである。
【0059】
本発明の水硬性組成物は、従来公知の水硬性組成物と同様に、結合材(水硬性結合材)、水、細骨材、及び粗骨材等を含むものとすることができる。
【0060】
本発明の水硬性組成物は、本発明の水硬性組成物用混和剤または本発明の水硬性組成物用強度増進剤の含有割合については特に制限はなく適宜設定することができる。例えば、本発明の水硬性組成物用混和剤の含有割合は、結合材100質量部に対して、0.01~3.0質量部とすることができる。また同様に、本発明の水硬性組成物用強度増進剤の含有割合は、結合材100質量部に対して、0.01~1.5質量部とすることができる。
【0061】
結合材としては、例えば、普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカフュームセメント等の各種のセメントを挙げることができる。
【0062】
更に、結合材は、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末、石灰石微粉末、石粉、シリカフューム、膨張材等の各種混和材を併用してもよい。
【0063】
細骨材としては、例えば、川砂、山砂、陸砂、海砂、珪砂、砕砂、各種スラグ細骨材等が挙げられるが、粘土質等の微粒成分等を含むものであってもよい。
【0064】
粗骨材としては、例えば、川砂利、山砂利、陸砂利、砕石、各種スラグ粗骨材、軽量骨材等が挙げられる。
【0065】
本発明の水硬性組成物は、効果が損なわれない範囲内で、適宜その他の混和剤を更に含有していてもよい。このようなその他の混和剤としては、例えば、糖類やオキシカルボン酸塩等からなる凝結遅延剤、各種減水剤、陰イオン界面活性剤等からなるAE剤、オキシアルキレン系化合物等からなる消泡剤、アルカノールアミン等からなる硬化促進剤、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル等からなる収縮低減剤、セルロースエーテル系化合物からなる増粘剤、カルシムスルホネート等からなる急結材等、イソチアゾリン系化合物等からなる防腐剤、亜硝酸塩等からなる防錆剤等を挙げることができる。
【0066】
その他の混和剤の含有割合としては、例えば、結合材100質量部に対して、0~5質量部とすることができる。
【0067】
本発明の水硬性組成物は、その水と結合材の比率(水/結合材比)としては従来公知の割合を適宜採用することができるが、例えば、20~70質量%とすることができる。
【0068】
この水硬性組成物を型枠等に充填して室温での養生や蒸気による加熱養生等を行うことで、硬化したモルタル、コンクリート等を得ることができる。
【0069】
(4)水硬性組成物硬化体:
本発明の水硬性組成物硬化体は、本発明の水硬性組成物の硬化物である。この水硬性組成物硬化体は、本発明の水硬性組成物によって形成され、硬化時の早期の圧縮強度が高く、更には、長期間経過後の強度発現性も維持されるものである。
【0070】
水硬性組成物硬化体は、具体的には、硬化したモルタル(モルタル硬化体)、硬化したコンクリート(コンクリート硬化体)などのことである。
【実施例0071】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0072】
まず、実施例及び比較例で使用したC成分~G成分について以下の表1に示す。
【0073】
【表1】
【0074】
(実施例1~94、比較例1~9)
(1)水硬性組成物用強度増進剤の調製:
A成分(ジエチレングリコール、表2(表2-1~表2-3)中には「DEG」と記す)、B成分(グリセリン)、及び、C成分~G成分を、表2(表2-1~表2-3)に示す種類及び配合量にて配合して、水硬性組成物用強度増進剤(X-1~X-76)を調製した。
【0075】
【表2-1】
【0076】
【表2-2】
【0077】
【表2-3】
【0078】
次に、以下の表3(表3-1~表3-3)には、A成分~F成分における各種の混合比等を示す。ただし、A成分またはB成分の含有量が「0」の場合は「A成分/B成分質量比」の欄には「-」と記す。
【0079】
【表3-1】
【0080】
【表3-2】
【0081】
【表3-3】
【0082】
(2)水硬性組成物(モルタル)の調製:
次に、以下のようにして実施例1の水硬性組成物を調製した。
【0083】
まず、JIS R5201に規定された機械練り用練混ぜ機に、表4に示す配合(モルタル配合)にて、普通ポルトランドセメント(太平洋セメント株式会社製、密度3.16g/cm)、高炉スラグ微粉末#4000(エスメント中部社製、密度2.88g/cm)、細骨材(大井川水系陸砂、密度2.58g/cm)を順次投入し、その後、10秒間空練りした。次いで、下記混和剤と消泡剤(竹本油脂株式会社製のAFK-2(商品名))とを練混ぜ水に加え(ただし、混和剤及び消泡剤を練混ぜ水の一部とみなす)、この練混ぜ水を練混ぜ機に投入し、180秒練り混ぜて、水硬性組成物を得た。
【0084】
下記混和剤を使用してモルタルフローが220±15mm以内となるようにし、消泡剤は、練上がりのモルタルの空気量が2%以下となるように調整して添加した。
【0085】
なお、実施例1では、イオン交換水で濃度40%に調整した強度増進剤X-1と、分散剤Y-1をX-1:Y-1=60:40で配合し、一液化したものを、更に、水で希釈したものを混和剤として使用した。
【0086】
次に、以下のようにして実施例2~74、比較例1~5の水硬性組成物を調製した。
【0087】
まず、JIS R5201に規定された機械練り用練混ぜ機に、表4に示す配合(モルタル配合)にて、普通ポルトランドセメント(太平洋セメント株式会社製、密度3.16g/cm)、高炉スラグ微粉末#4000(エスメント中部社製、密度2.88g/cm)、細骨材(大井川水系陸砂、密度2.58g/cm)を順次投入し、その後、10秒間空練りした。次いで、表5(表5-1~表5-2)に示す強度増進剤と、分散剤Y-1と、消泡剤(竹本油脂株式会社製のAFK-2(商品名))とを練混ぜ水に加え(ただし、強度増進剤、分散剤Y-1及び消泡剤を練混ぜ水の一部とみなす)、この練混ぜ水を練混ぜ機に投入し、180秒練り混ぜて、水硬性組成物を得た。
【0088】
なお、強度増進剤は、濃度100%とした際に結合材(水硬性結合材)に対して表5(表5-1~表5-2)に示すように0.2~0.3%の範囲内で添加した。また、分散剤Y-1の添加量は、モルタルフローが220±15mm以内になる添加量とした。また、消泡剤は、練上がりのモルタルの空気量が2%以下となるように調整して添加した。
【0089】
(モルタルフロー値)
練り混ぜ直後の水硬性組成物について、JIS R5201に準拠して、落下運動をしない状態で測定した。
【0090】
(空気量)
練り混ぜ直後の水硬性組成物について、JIS A1116に準拠して、モルタル用の容器を使用して測定した。
【0091】
【表4】
【0092】
次に、得られた水硬性組成物(モルタル)について硬化体を調製し、その硬化体の圧縮強度を以下の方法で測定した。結果を表5(表5-1~表5-2)に示す。なお、表5-1中、「Blank」は強度増進剤を添加していないことを意味する。
【0093】
(モルタル硬化体の圧縮強度)
円柱型ブリキ製のコンクリート供試体成形型枠(商品名「サミットモールド」、住商セメント社製、型枠の底面の直径50mm、型枠の高さ100mm)の型枠を6個(3個を2セット)用意し、これらに、それぞれ二層詰め方式によりモルタルを充填した。その後、10℃の室内にて気中(10℃)養生を行った。そして、モルタルの調製から2時間後に、充填したモルタルの表面を均し、水分が蒸発しないようにポリエチレン製のラップをかけた。そして、モルタルの調製から24時間後と48時間後に、それぞれ、硬化した3個の供試体を型枠から脱型し、材齢24時間及び材齢48時間の供試体(モルタル硬化体)を得た。
【0094】
得られた材齢24時間及び材齢48時間の各供試体について圧縮強度(24時間及び48時間時点の圧縮強度)を測定し、その後、3個の供試体の圧縮強度の平均値を算出した。更に、比較例1を基準とした圧縮強度比(%)を算出し、表6に示す評価基準によって評価を行った。結果を表5(表5-1~表5-2)に示す。
【0095】
更に、上記と同様の方法で3個の供試体(モルタル硬化体)を調製し、20℃の室内にて気中養生を行った。その後、モルタルの調製から2時間後に、充填したコンクリートの表面を均し、水分が蒸発しないようにポリエチレン製のラップをかけた。そして、モルタルの調製から24時間後に、硬化した3個の供試体を型枠から脱型し、20℃の水中にて更に27日養生し、材齢28日時点の圧縮強度を測定し、3個の供試体の圧縮強度の平均値を算出した。更に、比較例1をそれぞれ基準とした圧縮強度比(%)を算出し、表6に示す評価基準によって評価を行った。結果を表5(表5-1~表5-2)に示す。
【0096】
【表5-1】
【0097】
【表5-2】
【0098】
【表6】
【0099】
(3)水硬性組成物(コンクリート)の調製:
次に、以下のようにして実施例75~94、比較例6~9の水硬性組成物を調製した。
【0100】
まず、50Lのパン型強制練りミキサーに、表8に示すβ-1~β-4の各配合(コンクリート配合)で、普通ポルトランドセメント(太平洋セメント株式会社製、宇部三菱セメント株式会社製及び住友大阪セメント株式会社製の等量混合物、密度3.16g/cm)、細骨材(大井川水系陸砂、密度2.58g/cm)、粗骨材(岡崎産砕石、密度2.67g/cm)を順次投入し、その後、10秒間空練りした。
【0101】
なお、β-2~β-4の配合では、高炉スラグ微粉末♯4000(エスメント中部社製、密度2.88g/cm)、フライアッシュII種(中部フライアッシュ社製、密度2.33g/cm)については、普通ポルトランドセメントと同時に投入した。
【0102】
次いで、表10に示す各強度増進剤と、分散剤Y-1と、消泡剤(竹本油脂株式会社製のAFK-2(商品名))を練混ぜ水の一部とみなして、練混ぜ水とともに投入し、その後、120秒練り混ぜた。なお、表10中、「Blank」は強度増進剤を添加していないことを意味する。
【0103】
なお、分散剤Y-1の添加量は、スランプが18±1.5cm以内になる添加量とした。また、消泡剤は、練上がりのコンクリートの空気量が2%以下となるように調整して添加した。
【0104】
(スランプ)
練り混ぜ直後の水硬性組成物について、JIS A1101に準拠して測定した。
【0105】
(空気量)
練り混ぜ直後の水硬性組成物について、JIS A1128に準拠して測定した。
【0106】
(分散剤Y-1~Y-4の調製)
分散剤Y-1~Y-4は、以下のようにして調製し、水硬性組成物(コンクリート)の調製には分散剤Y-1を使用した。
【0107】
(分散剤Y-1)
まず、撹拌羽、撹拌機、窒素導入管及び滴下ロートを備えた容積1000mlの丸底フラスコにイオン交換水140.1g、α-メタクリロイル-ω-メトキシ-ポリ(n=9)オキシエチレン168.8g、メタクリル酸23.0g、3-メルカプトプロピオン酸1.9gを仕込み、撹拌しながら均一に溶解した後に、30%水酸化ナトリウム水溶液9.9gを撹拌しながらゆっくりと添加した。添加後、フラスコ内の雰囲気を窒素置換し、反応系の温度を温水浴にて60℃とした。次に、3.0%過硫酸ナトリウム水溶液63.9gを反応系に添加し、重合反応を開始した。2時間後、更に、3.0%過硫酸ナトリウム水溶液28.8gを反応系に添加し、2時間撹拌した。その後、イオン交換水と30%水酸化ナトリウム水溶液にて、pH=8、濃度を40%に調整して反応混合物を得た。この反応混合物を分散剤Y-1とした。
【0108】
なお、反応混合物をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて分析したところ、質量平均分子量は30000であった。
【0109】
(分散剤Y-3)
撹拌羽、撹拌機、窒素導入管及び滴下ロートを備えた容積1000mlの丸底フラスコにイオン交換水76.6g、α-(3-メチル-3-ブテニル)-ω-ヒドロキシ-ポリ(n=53)オキシエチレン147.5g、を仕込み、撹拌しながら均一に溶解した後に、フラスコ内の雰囲気を窒素置換し、反応系の温度を温水浴にて65℃とした。その後、1.0%過酸化水素水溶液27.7gを3時間かけて反応系に滴下し、更に、20%アクリル酸水溶液64.1gを3時間かけて反応系に滴下し、更に、イオン交換水7.0g、Lーアスコルビン酸0.8g、3-メルカプトプロピオン酸0.6gを混合した水溶液を4時間かけて反応系に滴下し、これらは、それぞれ同時に滴下した。このようにして重合反応を行った。すべて滴下し終わった後、65℃で1時間保持し更に重合反応を行った。その後、イオン交換水と30%水酸化ナトリウム水溶液にて、pH=6、濃度を40%に調整して反応混合物を得た。この反応混合物を分散剤Y-3とした。
【0110】
なお、反応混合物をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて分析したところ、質量平均分子量は40000であった。
【0111】
(分散剤Y-2、Y-4)
分散剤Y-2は、表7に示す各構成単位L、Mを所定割合で含みつつ所定の物性値となるようにしたこと以外は、分散剤Y-1と同様にして調製した。また、Y-4は、表7に示す各構成単位L、Mを所定割合で含みつつ所定の物性値となるようにしたこと以外は、分散剤Y-3と同様にして調製した。
【0112】
【表7】
【0113】
表7中、L-1~L-4、M-1、及び、M-2は、以下の通りである。
L-1:α-メタクリロイル-ω-メトキシ-ポリ(n=9)オキシエチレン
L-2:α-メタクリロイル-ω-メトキシ-ポリ(n=45)オキシエチレン
L-3:α-(3-メチル-3-ブテニル)-ω-ヒドロキシ-ポリ(n=53)オキシエチレン
L-4:α-メタリル-ω-ヒドロキシ-ポリ(n=113)オキシエチレン
M-1:メタクリル酸
M-2:アクリル酸
【0114】
(質量平均分子量の測定)
得られた反応混合物の質量平均分子量は、以下の条件で測定した。
装置:Shodex GPC-101(昭和電工株式会社製)
カラム:OHpak SB-G+SB-804 HQ+SB-802.5 HQ(昭和電工株式会社製)
検出器:示差屈折系(RI)
溶離液:50mM硝酸ナトリウム水溶液
流量:0.7mL/min.
カラム温度:40℃
試料濃度:0.5質量%の溶離液溶液
標準物質:ポリエチレングリコール・ポリエチレンオキシド(アジレント・テクノロジー株式会社製)
【0115】
(pHの測定)
得られた反応混合物のpHは、以下の条件で測定した。
装置:pHメーター(HORIBA社製)
試料濃度:試料1gに対してイオン交換水を100g
温度:20℃
【0116】
【表8】
【0117】
得られた水硬性組成物(コンクリート)について硬化体を調製し、その硬化体の圧縮強度を以下の方法で測定した。結果を表10に示す。
【0118】
(コンクリート硬化体の圧縮強度)
JIS A1132に基づき、円柱型ブリキ製のコンクリート供試体成形型枠(商品名「サミットモールド」、住商セメント社製、型枠の底面の直径100mm、型枠の高さ200mm)の型枠を6個(3個を2セット)用意し、これらに、それぞれ二層詰め方式によりコンクリートを充填した。その後、10℃の室内にて気中(10℃)養生を行った。そして、コンクリートの調製から2時間後に、充填したコンクリートの表面を均し、水分が蒸発しないようにポリエチレン製のラップをかけた。そして、コンクリートの調製から24時間後と48時間後に、それぞれ、硬化した3個の供試体を型枠から脱型し、材齢24時間及び材齢48時間の供試体(コンクリート硬化体)を得た。
【0119】
得られた材齢24時間及び材齢48時間の各供試体について圧縮強度(24時間及び48時間時点の圧縮強度)を測定し、その後、3個の供試体の圧縮強度の平均値を算出した。更に、比較例6~9をそれぞれ基準とした圧縮強度比(%)を算出し、表9に示す評価基準によって評価を行った。結果を表10に示す。
【0120】
更に、上記と同様の方法で3個の供試体(コンクリート硬化体)を調製し、20℃の室内にて気中養生を行った。その後、コンクリートの調製から2時間後に、充填したコンクリートの表面を均し、水分が蒸発しないようにポリエチレン製のラップをかけた。そして、コンクリートの調製から24時間後に、硬化した3個の供試体を型枠から脱型し、20℃の水中にて更に27日養生し、材齢28日時点の圧縮強度を測定し、3個の供試体の圧縮強度の平均値を算出した。更に、比較例6~9をそれぞれ基準とした圧縮強度比(%)を算出し、表9に示す評価基準によって評価を行った。結果を表10に示す。
【0121】
【表9】
【0122】
【表10】
【0123】
(実施例95~114、比較例10~13)
(製剤安定性試験)
本発明の水硬性組成物用混和剤における製剤安定性を評価するため、以下の条件で製剤安定性の試験を行った。
【0124】
具体的には、表11に示す強度増進剤を濃度40%となるようにイオン交換水で希釈して強度増進剤の希釈液を予め調製した。そして、この強度増進剤の希釈液と、分散剤Y-1~Y-4のそれぞれを55:45(質量比)となるように混合し、その後、20℃環境下で1ヶ月静置した。静置後の混合液の状態を確認して製剤安定性を評価した。評価結果を表11に示す。
【0125】
なお、製剤安定性試験の評価基準は、静置後の混合液が2層に分離しているか、或いは、静置中に浮遊物や沈殿物が発生した場合には「NG」とし、静置後の混合液を目視した際に分離や浮遊物及び沈殿物が認められない状態である場合には「OK」とした。
【0126】
【表11】
【0127】
(結果)
表5(表5-1~表5-2)、表10に示すように、本実施例の水硬性組成物用強度増進剤を水硬性組成物に添加することで、水硬性組成物の硬化時において早期により高い圧縮強度を発現させることができ、更には、長期間経過後の強度発現性(材齢28日圧縮強度)も維持させることができることが確認された。更に、表11に示すように、本発明の水硬性組成物用強度増進剤は、分散剤との相溶性が良好であり、高い製剤安定性を発揮することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【0128】
本発明の水硬性組成物用強度増進剤、水硬性組成物用混和剤は、コンクリートやモルタル等の水硬性組成物に用いられる添加剤として利用することができる。また、本発明の水硬性組成物は、コンクリート硬化体やモルタル硬化体等の水硬性組成物硬化体を形成するものとして利用することができる。
【手続補正書】
【提出日】2023-01-05
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0076
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0076】
【表2-2】