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JP2869662B2 - セメント混和剤 - Google Patents

セメント混和剤

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JP2869662B2
JP2869662B2 JP2024137A JP2413790A JP2869662B2 JP 2869662 B2 JP2869662 B2 JP 2869662B2 JP 2024137 A JP2024137 A JP 2024137A JP 2413790 A JP2413790 A JP 2413790A JP 2869662 B2 JP2869662 B2 JP 2869662B2
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JP
Japan
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copolymer
cement admixture
cement
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ammonium
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真紀子 吉田
正利 高橋
悦雄 戸堀
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Lion Corp
Original Assignee
Lion Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B24/00Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
    • C04B24/16Sulfur-containing compounds

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、分散剤、減水剤、流動化剤などとして優れ
た性能を有するセメント混和剤に関する。
従来の技術 近年、セメントペースト、モルタル、コンクリート等
のセメント配合物が、土木、建築、コンクリート二次製
品等の分野で大量に使用されている。これらセメント配
合物は、スランプの向上、ワーカビリティーの改善など
を目的として、分散剤、減水剤、流動化剤などと呼ばれ
る混和剤が配合されている。
従来、このような混和剤としては、リグニンスルホン
酸塩を主体とするもの、β−ナフタレンスルホン酸ホル
マリン縮合物を主体とするもの等が知られているが、い
ずれも一長一短があり、セメントの分散流動性、スラン
プ保持性、硬化特性のいずれの面においても良好な性能
を示す混和剤は存在しなかった。
特開昭60-171256号公報には、スルホン酸基含有残基
でN置換されたN−置換−α,β−不飽和モノカルボン
酸アミドとα,β−不飽和モノカルボン酸との共重合体
の塩を、セメント用混和剤として用いることが記載され
ている。また、特公平1-55210号公報には、2−アクリ
ルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸塩の単独重合
体またはこのモノマーとアクリルアミドおよび/もしく
はアクリル酸塩との共重合体を、水硬性セメント混和剤
として用いることが提案されている。
しかしながら、これら混和剤はいずれも、スランプロ
スは改善されるものの、所期の流動性(スランプ)を得
るために多量の添加量が必要であった。また、アクリル
酸等のα,β−不飽和モノカルボン酸を共重合成分とし
て含んでいるため、凝結遅延が起こり、作業性の点でも
劣っていた。
発明が解決しようとする課題 本発明は、流動性に優れ、かつ、その流動性の低下が
防止され、しかも凝結遅延を起こさないセメント混和剤
を提供するものである。
発明の構成 本発明のセメント混和剤は、 (a)一般式(I)で示されるN−置換−α,β−不
飽和モノカルボン酸アミド誘導体と、 (b)不飽和カルボン酸エステルまたは酢酸ビニル との共重合体であって、共重合比がモル比で(a)/
(b)=95/5〜40/60の範囲にあり、かつ、重量平均分
子量が10,000〜300,000の共重合体を含むことを特徴と
する。
(式中、 R1:水素または低級アルキル基 R2:炭素数1〜4の直鎖または分岐状アルキル基 X:水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、有機アンモ
ニウム基) 以下、本発明について更に詳細に説明する。
上記(a)N−置換−α,β−不飽和モノカルボン酸
アミド誘導体としては、2−アクリルアミド−2−メチ
ルプロパンスルホン酸、2−アクリルアミドエタンスル
ホン酸、2−メタクリルアミドエタンスルホン酸、3−
メタクリルアミドプロパンスルホン酸またはこれらの塩
が挙げられる。
この塩としては、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属
塩、アンモニウム塩、アミン塩、アルカノールアミン塩
等の有機アンモニウム塩が用いられる。
共重合成分である(b)不飽和カルボン酸エステルま
たは酢酸ビニルとしては、メタクリル酸メチル、メタク
リル酸エチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸メチ
ル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、マレイン酸
ジメチル、マレイン酸ジエチル、クロトン酸メチル、ク
ロトン酸エチル、クロトン酸ブチル、酢酸ビニル等が挙
げられる。
本発明の共重合体は、上記(a),(b)の共重合成
分の共重合比がモル比で(a)/(b)=95/5〜40/6
0、好ましくは80/20〜50/50の範囲にあることが必要で
ある。共重合比が95/5を超えるとスランプの保持力が著
しく劣化し、逆に40/60未満の場合は空気量が増大し、
セメント強度の点で劣る。
また、本発明の共重合体は、重量平均分子量が10,000
〜300,000の範囲にあることが必要であり、好ましくは5
0,000〜150,000である。重量平均分子量が300,000を超
えると、水溶液の粘度が高くなって、取扱いが困難とな
り、また、スランプ保持力の劣化も著しい。逆に、分子
量が10,000未満であると、空気量が増大し、スランプ保
持力も劣化する。
本発明の共重合体は、例えばラジカル重合などにより
合成できるが、ラジカル開始剤として過硫酸塩と、亜硫
酸塩類とを組み合わせた酸化還元系開始剤を用い、水溶
液重合ないしは懸濁重合により、前記(a)および
(b)成分を共重合させることにより得たものが好まし
い。過硫酸塩としては、過硫酸ナトリウム、過硫酸アン
モニウム、過硫酸カリウム等が用いられる。また、亜硫
酸塩類として、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜
硫酸アンモニウム、重亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸カリ
ウム、重亜硫酸アンモニウム、ピロ亜硫酸ナトリウム、
ピロ亜硫酸カリウム、ピロ亜硫酸アンモニウム等が用い
られる。特に、過硫酸アンモニウムと重亜硫酸カリウム
とを組み合わせた酸化還元系重合開始剤が好ましい。共
重合反応に際しては、前記(a)成分と(b)成分とを
同時に反応系中に添加してもよく、また、(a)成分中
に(b)成分を添加してもよい。
過硫酸濃度は、ビニルモノマー1モルに対して0.003
〜0.2モルが好適であり、好ましくは0.007〜0.03モルで
ある。過硫酸塩濃度が0.2モルを超えると、得られる共
重合体の重量平均分子量が低下し、空気量が増大し、ス
ランプ保持力も劣化する。逆に、0.003モル未満の場合
は水溶液の粘度が高くなって、取扱いが困難となり、ま
た、スランプ保持力の劣化もまねく。
亜硫酸塩類は、過硫酸塩1モルに対し0.07〜10モル、
好ましくは0.35〜1モルの割合で併用することが望まし
い。この量が10モルより多いと、得られる共重合体の塩
濃度が高くなり、セメントの耐久性の劣化をまねく。一
方、0.07モルより少ないと、重合率が低下し、空気量が
増大し、スランプ保持力も著しく劣化する。
重合温度を15〜70℃が好ましい。重合温度が70℃を超
えると過硫酸塩の熱分解が起こり、重合率が低下し、空
気量の増大、スランプ保持力の劣化をまねく。また、重
合温度が15℃未満でも、重合率が低下し、同様の現象が
起こる。
重合に要する時間は、通常20分〜4時間程度である
が、モノマーの比率、水溶液濃度等により適宜選択され
る。
また、重合反応のpHは、2以上が好ましい。さらに、
本発明の効果を損なわない範囲で、上記共重合成分
(a),(b)に対し、さらに他の共重合成分、例え
ば、スチレン、アクリロニトリル、アクリルアミド、ア
クリル酸、メタクリル酸などを共重合させてもよい。
本発明の共重合体は、対セメント量で0.01〜2.0重量
%の範囲でセメント配合物に添加することが望ましい。
本発明の混和剤は、水溶液や粉末の剤型で使用でき、そ
の添加時期はセメント製品の混練から成形までの間のい
つでも可能である。また、必要に応じて、公知のAE剤、
AE減水剤、高性能AE減水剤、硬化促進剤、凝結遅延剤、
防錆剤、分離低減剤、膨張剤、ポリマー混和剤等のコン
クリート混和材料を併用することができる。
発明の効果 本発明によれば、一般式(I)で示されるN−置換−
α,β−不飽和モノカルボン酸アミド誘導体と(b)不
飽和カルボン酸エステルまたは酢酸ビニルとの共重合比
が(a)/(b)=95/5〜40/60、重量平均分子量が10,
000〜300,000の共重合体をセメント混和剤として用いる
ことにより、上記(a)成分のみの重合体や、(b)成
分以外との共重合体、例えば不飽和カルボン酸塩と
(a)成分との共重合体に比べて、流動性に優れ、か
つ、その流動性の経時低下が防止され、しかも凝結遅延
を起こすことがない。
実施例 製造例 還流冷却器、滴下漏斗およびガス導入管を備えた内容
量300mlの撹拌機付き反応器に0.29モル(67g)の2−ア
クリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウ
ム(AMPS・Na)水溶液と0.13モル(13g)のメタクリル
酸メチルを添加して窒素置換し、窒素を流しながら昇温
した。50℃になった時点で、少量の水に溶かした重亜硫
酸カリウム0.005モル(0.63g)と、少量の水に溶かした
過硫酸アンモニウム0.005モル(1.20g)を添加し、50℃
に重合温度を保って30分間重合を行なった。なお、この
際、全反応系に対するAMPS・Naとメタクリル酸メチルの
濃度は30wt%であった。
かくして得られた共重合体の重量平均分子量は、ゲル
浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて測定したとこ
ろ110,000であった。このものを、後記実施例3に供し
た。
以下、重亜硫酸カリウムと過硫酸アンモニウムの添加
量を適宜変更し、その他は上記製造法に準拠して、実施
例1〜4および比較例1〜2で用いた共重合体を製造し
た。
また、共重合モノマーの比率あるいは種類を変えて実
施例5〜13および比較例4〜5で用いた共重合体を製造
した。
実施例1〜4,比較例1〜3 分子量の異なる2−アクリルアミド−2−メチルプロ
パンスルホン酸ナトリウム(AMPS・Na)/メタクリル酸
メチル(MMA)=70/30(モル比)の共重合体を水硬性セ
メント混和剤として用い、その性能を評価した。
混練量が50lになるように下記表−1組成Aの調合で
計量し、この全量とセメント混和剤の所定量(純分とし
て対セメント0.6wt%)を100lアイリッヒミキサーに投
入し、90秒間混練を行なった。
ミキサーから混合物を取り出し、JIS A 1101に準拠し
てスランプを測定し、また、JIS A 1128に準拠して空気
量を測定し、この測定値を直後の値とした。
また、別のミキサーにて全く同一の混練を行なった
後、凝結時間をJIS A 6204の附属書1に記載の方法によ
り測定した。
測定後に、混合物を100l可傾式ミキサに移し替え、低
速(2rpm)で撹拌し、所定時間経過後に同様の試験法に
より経時のスランプおよび空気量を測定した。
さらに、セメント混和剤を添加しないで、混練直後の
スランプ値が20.0cmとなるようにベースコンクリートの
調合組成を表−1の組成Bとして比較例3のセメント混
合物を製造した。なお、セメント混和剤を添加すること
なく、表−1の組成Aで調合すると、スランプ値が高く
なりすぎて実質上混練できない。
以上の結果を表−2に示した。
実施例5〜7,比較例4〜5 ラジカル重合で得られた分子量30,000のモル比の異な
る2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸
・Na(AMPS・Na)/メタクリル酸メチル(MMA)共重合
体について、同様にして水硬性セメント混和剤としての
性能を評価した。結果を表−3に示した。
実施例8〜13,比較例6 ラジカル重合で得られた2−アクリルアミド−2−メ
チルプロパンスルホン酸ナトリウム(AMPS・Na)/不飽
和カルボン酸エステルまたは酢酸ビニル(第2成分)共
重合体について、同様にして水硬性セメント混和剤とし
ての性能を評価した。結果を表−4に示した。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 24/26

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)一般式(I)で示されるN−置換−
    α,β−不飽和モノカルボン酸アミド誘導体と、 (式中、 R1:水素または低級アルキル基 R2:炭素数1〜4の直鎖または分岐状アルキル基 X:水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウ
    ム、有機アンモニウム) (b)不飽和カルボン酸エステルまたは酢酸ビニル との共重合体であって、共重合比がモル比で(a)/
    (b)=95/5〜40/60の範囲にあり、かつ、重量平均分
    子量が10,000〜300,000の共重合体を含むことを特徴と
    するセメント混和剤。
  2. 【請求項2】不飽和カルボン酸エステルが、メタクリル
    酸メチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸メチル、ア
    クリル酸エチル、マレイン酸ジメチルまたはマレイン酸
    ジエチルである請求項1記載のセメント混和剤。
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