JP4570829B2 - セメント質組成物およびメーソンリーユニットにおける白華制御 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明はセメント質組成物（ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ）およびメーソンリーユニット（ｍａｓｏｎｒｙ ｕｎｉｔｓ）用の混和材に関し、特に、セメントメーソンリーユニットにおける目に見える白華（ｖｉｓｉｂｌｅ ｅｆｆｌｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）を防止する方法、そしてポリアクリル酸が基になった重合体を含んで成るセメントおよびメーソンリーセメント組成物に関する。
【０００２】
（発明の背景）
メーソンリーユニット［時にはコンクリートメーソンリーユニット（ＣＭＵ）と呼ぶ］には、セグメンタルリテイニングウォール（ｓｅｇｍｅｎｔａｌ ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｗａｌｌ）（ＳＲＷ）ユニット、ペーバー（ｐａｖｅｒｓ）および建築用ブロックが含まれ、これらの全部が「メーソンリーコンクリート」［これは水和性セメント結合剤（ｈｙｄｒａｔａｂｌｅ ｃｅｍｅｎｔ ｂｉｎｄｅｒ）と微細骨材（ｆｉｎｅ ａｇｇｒｅｇａｔｅ）で構成されている］から作られている。用語「微細骨材」を本明細書および本明細書の以下で用いる場合、これは、粒子の少なくとも９５％が０．３７５インチ（０．９５ｃｍ）未満の平均直径を有する骨材［例えば非セメント質（ｎｏｎ−ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ）］粒子を意味しかつそれを指す。メーソンリーコンクリートには粗い骨材（典型的には直径が０．５インチを越える）［これは更に通常のコンクリート、例えば既に混合されているコンクリートなどで用いられる］が入っていない。
【０００３】
より有意には、メーソンリーコンクリートはゼロの「スランプ（ｓｌｕｍｐ）」を示すと述べられている、即ちより正確には実質的に測定可能な流動性を示さないと述べられていることから、これと通常のコンクリートは異なる。スランプ特性の測定は、湿っているメーソンリーコンクリートを逆円錐（ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｃｏｎｅ）の中に入れた後に前記円錐を取り除きそしてその円錐形に成形されたサンプルの高さが低くなった場合にはその低くなった長さを測定することで行われる。ＡＳＴＭ Ｃ１４３（１９８８）（「ポートランドセメントコンクリートの標準的スランプ試験方法」）を参照のこと。メーソンリーコンクリートのスランプは典型的に０−０．７５インチであり、従ってメーソンリーコンクリートは本質的に「ゼロスランプ」を示すと述べられている。
【０００４】
白華現象は、低いスランプを示すセメント質混合物から作られたセメントメーソンリーユニット、例えばブロック、ペーバー、リテイニングウォールセグメント（ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｗａｌｌ ｓｅｇｍｅｎｔｓ）および他の構造物などの表面の色が望ましくなく白くなるか或はそれらの表面に白っぽい付着物が存在するようになるとして明らかになる。メーソンリーユニットが美的用途で用いられる場合に白華が主要な問題になる。
【０００５】
白華制御の目的で現在入手可能な化学品の使用には、ステアリン酸塩（例えばステアリン酸亜鉛分散液、ステアリン酸カルシウム分散液）の使用およびトール油脂肪酸（ＴＯＦＡ）の使用が含まれ、本発明者らは、それらが可溶塩、例えば水酸化カルシウムなどがメーソンリーユニットの表面に水の媒介で移行するのを遅らせるか或は邪魔することで白華が起こる機構の１つを邪魔すると考えている。
【０００６】
（発明の要約）
本発明の目的の１つは、セメントまたはメーソンリーユニットの表面の炭酸カルシウム付着物の目で見た外観を減少させることにある。
【０００７】
本発明者らは、ポリアクリル酸またはそれの塩もしくは誘導体を含んで成っていて５００−４９，０００、より好適には１，０００−１９，０００、最も好適には１，０００−１０，０００の分子量を有する重合体を用いることで前記を達成することができることを見いだした。
【０００８】
本発明の典型的な組成物は、水和性セメント質結合剤（本組成物の総乾燥重量を基準にして好適には５−２５％の量）および微細骨材部分（ｆｉｎｅ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｐｏｒｔｉｏｎ）（本組成物に含める固体の総乾燥重量を基準にして７５から９５％の量）を含んで成る。この組成物を水と混合して湿らせると、この組成物は、好適には、標準的スランプ測定円錐方法［例えばＡＳＴＭ Ｃ１４３（１９８８）（「ポートランドセメントコンクリートの標準的スランプ試験方法」）を参照］で試験した時に本質的にゼロのスランプを示すメーソンリーコンクリートになり、この組成物に、更に、ポリアクリル酸またはそれの塩もしくは誘導体を含んで成っていて５００−４９，０００の範囲、最も好適には１，０００−１０，０００の範囲の平均分子量を有する重合体も含有させる。前記重合体に好適にはアルカリもしくはアルカリ土類金属の塩（例えばポリアクリル酸ナトリウム）を含める。
【０００９】
水和性セメント質組成物における白華を防止する本発明の典型的な方法は、ポリアクリル酸またはそれの塩もしくは誘導体を含んで成っていて５００−４９，０００の範囲の平均分子量を有する重合体を水和性セメント質結合剤と一緒にすることを包含する。
【００１０】
さらなる典型的な方法は特にメーソンリーコンクリートユニットにおける白華の防止に向けたものであり、これは、上述した重合体をセメント製造（例えば粉砕）中のセメントと一緒にするか或は前記重合体を好適には水溶液としてか或は前記重合体と１種以上の成分の組み合わせとしてメーソンリーコンクリート組成物成形中のメーソンリーコンクリート組成物に混合することで達成可能である。
【００１１】
本発明のさらなる特徴および利点を本明細書の以下に示す。
【００１２】
（典型的な態様の詳細な説明）
用語「メーソンリーコンクリート」を本明細書で用いる場合、これは、ポートランドセメントを５−２５％［ｓ／ｓ総乾燥重量組成物（ｔｏｔａｌ ｄｒｙ ｗｅｉｇｈｔ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）］と「微細骨材」を７５−９５％（ｓ／ｓ総乾燥重量組成物）を含有するセメント質組成物を意味しかつそれを指す［ＡＳＴＭ １３６（１９９６）］。用語「微細骨材」を本明細書および本明細書の以下で用いる場合、これは、粒子の少なくとも９５％が０．３７５インチ（０．９５ｃｍ）未満の平均直径を有する骨材［例えば非セメント質］粒子を意味しかつそれを指す。メーソンリーコンクリートには粗い骨材（典型的には直径が０．５インチを越える）［これは更に通常のコンクリート、例えば既に混合されているコンクリートなどで用いられる］が入っていない。
【００１３】
用語「セメントメーソンリーユニット」を本明細書で用いる可能性があるが、これは、水和性セメント質混合物から作られた構造物、例えばブロック、ペーバー、リテイニングウォールセグメントまたは他の三次元構造物、例えばパイプまたは建築用ブロックなどを指す。
【００１４】
水和性セメントまたはセメント質結合剤［排他的ではないが、通常は、ポートランドセメント、メーソンリーセメントまたはモルタルセメント、そしてまた石灰石、水和石灰、飛散灰、高炉スラグおよびシリカフューム（ｓｉｌｉｃａ ｆｕｍｅ）または他の材料（そのようなセメントに通常含まれている）も含有していてもよい］（これに水を添加すると水和が誘導される）で構成されている混合物を指す目的で用語「セメント質組成物」を用いる。そのようなセメント質混合物には、セメント結合剤（ｃｅｍｅｎｔ ｂｉｎｄｅｒ）およびまた微細骨材（この上で定義した如き）を含有するペーストである「モルタル」が含まれる。メーソンリーユニットを生じさせる時に用いるセメント質混合物は既に混合されたコンクリートに比較してずっと低いスランプを示す（即ち低い流動性を示す）。メーソンリーユニットの製造は、典型的に、自立構造を有しかつ後で自己発生型（ｓｅｌｆ−ｇｅｎｅｒａｔｅｄ）硬化を起こし得るか或は外部熱処理で硬化し得るようなセメント質構造物を成形することを包含する。
【００１５】
特定材料、例えば水和性セメント質結合剤（ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ ｂｉｎｄｅｒ）、水および微細骨材（この上に定義した如き）を必要量でポリアクリル酸またはそれの塩もしくは誘導体（この重合体は５００−４９，０００、より好適には１，０００−１９，０００の平均分子量、最も好適には１，０００−１０，０００の平均分子量を有する）と一緒に混合することを通して、本発明のセメント質組成物を生じさせることができる。
【００１６】
本発明の別の典型的な方法は、セメント結合剤と微細骨材［および粗い骨材（平均直径が半インチの石であるとして定義）を２重量％未満の量で有する］で構成されていてゼロスランプ（例えば標準的円錐方法で試験した時に０−０．７５のスランプ）を示すメーソンリーコンクリートを準備しそして前記コンクリートにポリアクリル酸またはそれの塩もしくは誘導体を含んで成ってい５００−４９，０００の平均分子量を有する重合体を混合することを包含する。前記重合体の量を好適にはセメント質結合剤の総乾燥重量を基準にして０．０１−５．０パーセントにし、より好適には、その量をセメント質結合剤の総乾燥重量を基準にして０．０５−１．０パーセントにする。
【００１７】
本発明で用いるに適した低分子量のポリアクリル酸が基になった重合体はＢＡＳＦ（Ｂａｄｉｓｃｈｅ Ａｎｉｌｉｎｅ ＆ Ｓｏｄａｆａｂｒｉｋ、Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ、ドイツ）から商標ＳＯＫＡＬＡＮ^R ＣＰ−１０の下で商業的に入手可能である。これは、平均分子量が約４，０００の修飾（ｍｏｄｉｆｉｅｄ）アクリル酸ナトリウム重合体である。これは流動し得るコンクリートを生じさせる目的で以前に分散性混和材（ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ａｄｍｉｘｔｕｒｅ）として試験した分散剤であり、一般に、低分子量のポリアクリル酸重合体をセメント質組成物における白華を防止する目的で用いることは本発明を発明するまでは利用されておらず、特に、低分子量のポリアクリル酸重合体を本質的にスランプがゼロであることが限定特徴であるメーソンリーセメント質組成物またはコンクリートメーソンリーユニットで用いることは認識も示唆も成されていなかったと、本発明者らは考えている。
【００１８】
本発明者らは、スランプが本質的にゼロのコンクリートに関係したメーソンリーコンクリートおよびコンクリートメーソンリーユニットに関連して低分子量のポリアクリリック（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｉｃ）が基になった重合体（例えば商標ＳＯＫＯＬＡＮ^R ＣＰ−１０の下で販売されている修飾ポリアクリル酸ナトリウム）をそれらに混合することは新規で特に驚くべきことであると考えている、と言うのは、ＳＯＫＯＬＡＮ^R ＣＰ−１０ポリアクリル酸は分散剤として機能することが従来から知られているがこれは本発明の目的と正反対であるからである。
【００１９】
本発明の典型的なメーソンリー組成物はセメント質結合剤とポリアクリル酸またはそれの塩もしくは誘導体［この重合体は５００−４９，０００の範囲（より好適には５００−１９，０００の範囲、最も好適には１，０００−１０，０００の範囲）の平均分子量を有する］を含んで成る。本メーソンリー組成物は、好適には、水和性セメント結合剤（本組成物の総乾燥重量を基準にして５−２５％を構成）と微細骨材部分（この組成物に含まれる固体の総乾燥重量を基準にして７５から９５％を構成）を含有する。本組成物には好適には粗い骨材を全くか或は実質的に全く含有させないが、通常は、この組成物の総乾燥重量の２％以内ならばメーソンリーコンクリートにある種の粗い骨材を含有させてもよい。本メーソンリーコンクリート組成物は、この上に記述した如き標準的スランプ測定円錐方法で試験した時、湿った状態で本質的にゼロのスランプを示す。
【００２０】
本発明の別の典型的なセメント質組成物は、この上に記述した低分子量のポリアクリル酸が基になった重合体を含有することに加えて更に脂肪酸（好適にはステアリン酸カルシウム分散液）および／またはラテックスも含んで成る。このような脂肪酸および／またはラテックスは白華制御および／またはラテックス（ｌａｔｅｘ）の意味でさらなる利点を与えると考えている。さらなる白華制御の目的で使用可能な他の脂肪酸には、オレイン酸ブチル、ステアリン酸亜鉛、トール油脂肪酸などが含まれる。本発明の典型的な態様では一般にＣ₈−Ｃ₁₈脂肪酸およびそれらの塩を追加的白華制御剤として適切に用いることができると考えている。そのような脂肪酸を含めることに加えて場合によりまたラテックスをそれと組み合わせてもよい。そのような脂肪酸を０．０１−５．０％ｓ／ｓ（セメントを基準）、より好適には０．５−１．０％ｓ／ｓ（セメント）の量で用いてもよい。
【００２１】
目で見た白華減少にさらなる利点を与える目的で用いるに適切であると考えている典型的なラテックスには、これらに限定するものでないが、ポリカルボン酸（例えばアクリル酸、マレイン酸）、スチレン−ブタジエン、ポリウレタン、ブチルゴム、天然ゴムなどが含まれる。本発明で使用可能なラテックスの量は０．０１−５．０％ｓ／ｓ（セメントを基準）、より好適には０．５−１．０％ｓ／ｓ（セメント）である。
【００２２】
この上で述べたように、白華（水和性セメント質組成物から作られた構造物における）を防止する本発明の典型的な方法は、低分子量の重合体であるポリアクリル酸またはそれの塩もしくは誘導体を水和性セメント質結合剤に導入することを包含する。これを行うのは水和性セメント質組成物の製造（例えばセメントの粉砕）中または成形中であってもよく、これは、例えば前記重合体を前記組成物の１種以上の成分（例えば結合剤、微細骨材または添加水）と一緒にするか或はそれを水和性セメント質混合物の中に直接添加することなどで実施可能である。
【００２３】
ポリアクリル酸をセメント組成物の中に混合する好適な様式は、水溶液（例えばポリアクリル酸ナトリウム）を添加水と一緒にする様式である。
【００２４】
以下に示す実施例は単に説明の目的で示すものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものでない。
【００２５】
実施例１
ポートランドセメント（総乾燥重量を基準にして１０．７％）を用いかつ微細骨材として砂（８９．３％）を用いて水／セメント質結合剤の比率が０．３になるようにして３種類のメーソンリーコンクリートサンプルを生じさせた。１番目のサンプル（＃１）が対照サンプルである。サンプル＃２には、アクリル酸とマレイン酸から作られた共重合体（平均分子量が７０，０００）のナトリウム塩をセメント質結合剤の総乾燥重量を基準にして０．７５％の量で含有させた。この共重合体はＢＡＳＦから商標ＳＯＫＯＬＡＮ^R「ＣＰ−５」の下で入手可能である。サンプル＃３には、ＢＡＳＦから商標ＳＯＫＯＬＡＮ^R「ＣＰ−１０」の下で入手可能な修飾ポリアクリル酸ナトリウム重合体（平均分子量が４，０００）をセメント質結合剤の総乾燥重量を基準にして０．６７％の量で含有させた。前記３種類のサンプル組成物を用いてコンクリートメーソンリーブロックを鋳込み成形した後、密封容器に入れて１日硬化させた。次の日、その硬化したユニットを分割した後、このブロックの分割表面の中央部に５ｍｌの水を注ぎ込んだ。次に、前記ブロックを一晩乾燥させた。次の日、サンプル＃１（対照）の分割表面およびサンプル＃２の分割表面の湿らせた部分の両方に目に見える白華（白っぽい曇り）が現れることが観察された。しかしながら、低分子量のポリアクリル酸が基になった重合体を含有させておいたサンプル＃３はこれの表面に目に見える白華を全く示さなかった。この試験は、白華の防止はポリアクリル酸型重合体に固有の特性ではなく、本発明の低分子量ポリアクリル酸型の重合体を選択することが実際に独創的であることを立証していた。
【００２６】
この上に示した説明および実施例は単に説明の目的を意図するものであり、本発明の範囲の限定を意図するものでない。

Claims (8)

1. ポートランドセメントを含んで成る水和性セメント質結合剤を組成物の総乾燥重量を基準にして５−２５％の量で含有しかつ更に粒子の少なくとも９５％が０．３７５インチ未満の平均直径を有する非セメント質粒子を含んで成る微細骨材部分を組成物中の固体の総乾燥重量を基準にして７５から９５％を構成する量で含有していて組成物を標準的スランプ測定円錐方法で試験した時に湿った状態で本質的にゼロのスランプを示すセメント質組成物であって、５００−４９，０００の範囲の平均分子量を有するポリアクリル酸またはアルカリもしくはアルカリ土類金属のポリアクリル酸塩またはそれの誘導体を更に含んで成っていて前記重合体が前記組成物に存在する前記セメント質結合剤の乾燥重量を基準にして０．０１−５．０％の量で存在するセメント質組成物。
2. 前記組成物がコンクリートメーソンリーユニットに成形されている請求項１記載の組成物。
3. 前記コンクリートメーソンリーユニットがブリック、ペーバー、セグメンタルリテイニングウォール、パイプまたは建築用ブロックに成形されている請求項２記載の組成物。
4. 前記ポリアクリル酸またはポリアクリル酸塩またはそれの誘導体が１，０００−１０，０００の範囲の平均分子量を有する請求項１記載の組成物。
5. 前記ポリアクリル酸またはポリアクリル酸塩またはそれの誘導体が４０００の平均分子量を有するポリアクリル酸ナトリウムを含んで成る請求項１記載の組成物。
6. Ｃ₈−Ｃ₁₈脂肪酸またはそれの塩もしくは誘導体を前記組成物中のセメントを基準にして０．０１−５．０％の量で更に含んで成る請求項１記載の組成物。
7. 前記ポリアクリル酸またはそれの塩もしくは誘導体が前記組成物中に前記セメント質結合剤の乾燥重量を基準にして０．１−１．０パーセントの量で存在する請求項１記載の組成物。
8. 請求項１記載の組成物において、ポリカルボン酸、スチレン−ブタジエン、ポリウレタン、ブチルゴムおよび天然ゴムから成る群から選択される重合体を含んで成るラテックスが前記組成物中のセメントを基準にして０．５−１．０％の量で更に含まれている組成物。