JP6324204B2 - トンネル覆工用コンクリート組成物およびその製造方法 - Google Patents
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Description
前記第1のポリカルボン酸系共重合体は、前記一般式(1a)で表される構造単位を形成するモノマー(I)と、前記一般式(1b)で表される構造単位を形成するモノマー(II)と、前記一般式(2)で表される構造単位を形成するモノマー(III)を、前記モノマー(I)〜(III)の合計100質量%に対して、モノマー(I)/モノマー(II)/モノマー(III)=1〜78/1〜78/21〜25の質量比で含むモノマー成分を重合して得られる共重合体であり、前記第2のポリカルボン酸系共重合体は、前記モノマー(I)〜(III)を、前記モノマー(I)〜(III)の合計100質量%に対して、モノマー(I)/モノマー(II)/モノマー(III)=3〜70/10〜83/14〜20の質量比で含むモノマー成分を重合して得られる共重合体である。
本発明における水溶性高分子(B)は、スルホ基含有(メタ)アクリルアミド誘導体を由来とする構造単位を含む。スルホ基含有(メタ)アクリルアミド誘導体を由来とする構造単位としては、一般式(3)で表される構造単位(a)が好ましい。
本発明における糖アルコール(C)は、エリスリトール、ソルビトール、キシリトール、マンニトール、ガラクチトール、イノシトール及びマルチトールから選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。特に、ソルビトールとマルチトールを組み合わせたものが好ましい。ソルビトールおよびマルチトールの合計含有量100質量%に対して、ソルビトール/マルチトール=50〜80/20〜50であることが好ましい。ソルビトールの含有量が50質量%未満ではブリーディング低減効果が得られない場合がある。一方、ソルビトールの含有量が80質量%を超えると、セメント添加剤の溶液安定性が低下する場合がある。また、マルチトールの含有量が20質量%未満ではスランプ値およびスランプフロー値の経時保持性が低下する場合がある。ソルビトールおよびマルチトールの合計含有量100質量%に対して、ソルビトール/マルチトール=55〜77/23〜45であることが特に好ましい。
本発明では、水硬性結合材、細骨材、粗骨材、水及びセメント添加剤を混合して練り混ぜ、スランプ値が22.5±4.0cmの範囲でスランプフロー値が35〜70cmの中・高流動コンクリート組成物を得ることが好ましい。より好ましくは、スランプ値が21.0±2.5cmの範囲でスランプフロー値が35〜50cmの中流動コンクリート組成物である。
[ポリカルボン酸共重合体の合成]
表1に示すように、モノマー(I)〜(III)の3種を含むモノマー成分を原料として共重合体(1)及び(2)を製造した。各共重合体の原料となったモノマー成分全体に占めるモノマー(III)の質量比、各共重合体の平均鎖長、モノマー(I)のオキシアルキレン基の平均付加モル数とモノマー(II)のオキシアルキレン基の平均付加モル数との差m2−m1、質量平均分子量を表1に示す。質量平均分子量は、東ソー社製ECOSEC HLC−8320GPCを用いて実施し、カラムはShodex、OHpak SB−803HQを2本使用し、較正曲線はプルラン、溶離液は0.5M酢酸及び硝酸を使用した。
モノマー(Ib):ヒドロキシエチルメタクリレート
モノマー(IIa):メトキシポリエチレングリコール(平均付加モル数25モル)モノメタクリレート
モノマー(IIb):メトキシポリエチレングリコール(平均付加モル数10モル)モノメタクリレート
モノマー(IIIa):メタクリル酸ナトリウム
撹拌機及び温度計を備えた1リットルの三口フラスコ中に、水650gを加え、撹拌しながら、水酸化ナトリウム87gを加えて溶解し、56.6mol%の2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(モノマー(a1))450gを少しずつ添加して、透明な水溶液を得た。得られた透明な水溶液に、クエン酸水和物0.50gを添加した後、冷却した状態で撹拌しながら、5質量%水酸化ナトリウム水溶液を加えて、pH4.6に調節した42.8mol%のN、N−ジメチルアクリルアミド(モノマー(b1))164g及び0.6mol%のトリスチリルフェノール−ポリエチレングリコール(1100)−メタクリレート(モノマー(c1))8.6gを加え、さらに、ギ酸300ppmを分子量調整剤として添加して混合溶液を得た。得られた混合溶液を、20質量%水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH=6.0に調節し、30分間窒素でフラッシュした後、約5℃に冷却した、15cm×10cm×20cmの寸法を有する塑性材料容器中に移して、2、2’−アゾ−ビス−(2−アミジノプロパン)−二塩酸塩150mg、1質量%ロンガリット溶液1.0g及び0.1質量%t−ブチルヒドロペルオキシド溶液10gを連続して添加した。この後、紫外線(Philips管2本、Cleo Performance 40W)を照射することにより、溶液中のモノマーの重合を開始した。照射を約2〜3時間した後、硬いゲルが得られた。得られたゲルを塑性材料容器から取り出し、はさみを用いて約5cm×5cm×5cmの寸法の立方体のゲルに裁断した。得られた立方体のゲルに、剥離剤のポリジメチルシロキサンエマルジョンをはけで塗り、ミンサーで粉砕してゲル細粒を得た。得られたゲル細粒を敷き並べ、一定した質量となるまで、温度90〜120℃で真空下で空気循環乾燥器中において乾燥させて、約650gの白色の、硬い細粒が得られた。得られた細粒を遠心ミルにより粉末にして、水溶性高分子の粉末を得た。得られた水溶性高分子の粉末の平均細粒は、約40μmであり、100μmを超える直径を有する粒子の割合は、1質量%未満であった。得られた水溶性高分子を粘性調整成分(A)とした。
モノマー(b1):N,N−ジメチルアクリルアミド
モノマー(b2):アクリルアミド
モノマー(c1):トリスチリルフェノールポリエチレングリコール(1100)−メタクリレート
モノマー(d1):ポリエチレングリコール−b−プロピレングリコール(790)−ビニルオキシ−ブチルエーテル
モノマー(d2):ポリエチレングリコール−b−プロピレングリコール(3000)−ビニルオキシ−ブチルエーテル
撹拌機及び温度計を備えた1リットルの三口フラスコ中に、水309.6gを加え、撹拌しながら、物産フードサイエンス社製のソルビトールF(以下、ソルビトールという)有姿で357.1g(固形で250g)及び同社製マルビット(以下「マルチトール」という)有姿で333.3g(固形で250g)を加えて、ソルビトール/マルチトール=50/50(固形換算の質量比)のブリーディング低減成分(a)を調製した。同様の方法で、表3に記載の質量比でブリーディング低減成分(b)〜(d)を得た。
撹拌機を備えた1リットルのビーカー中に、顆粒無水硫酸ナトリウム(試薬特級、和光純薬製)10g、水道水311gを加え、50rpmで2分撹拌した後、粘性調整成分(A)を4g添加し、200rpmで30分間撹拌した。次いで、同ビーカー中に減水成分の40質量%水溶液を475g、ブリーディング低減成分(a)の50質量%水溶液を200g添加し、200rpmで10分間撹拌し、セメント添加剤(添加剤1)を1000g調製した。
[コンクリートの試験方法]
コンクリートの評価は、以下の規格に準じて実施した。
スランプ値:JIS A 1101
スランプフロー値:JIS A 1150
空気量: JIS A 1128
コンクリートの温度: JIS A 1156
ブリーディング: JIS A 1123
中流動コンクリートの充填性試験: JHS 733
中流動覆工コンクリートを対象としたコンクリートの配合を表5に示す。また、コンクリートの目標練上り温度は20℃および10℃とした。
水(W):上水道水
セメント(C):普通ポルトランドセメント(太平洋セメント社製、密度3.16g/cm3)
混和材(LS):石灰石微粉末(密度2.70g/cm3)
細骨材(S1):大井川水系陸砂(密度2.59g/cm3、粗粒率2.65、微粒分量1.3%)
細骨材(S2):白山町藤産砕砂(密度2.66g/cm3、粗粒率2.78、微粒分量1.5%)
粗骨材(G):青梅産硬質砂岩砕石2005(密度2.65g/cm3、実績率62.5%、微粒分量0.1%)
空気量調整成分:変性ロジン酸化合物系陰イオン界面活性剤(BASFジャパン株式会社製、品名 マスターエア202)
評価は以下の基準に基づく。
[製造の容易性]
結合材にセメントのみを使用するもの:〇
結合材にセメントとそれ以外の粉体を使用するもの:×
[流動性]
混練直後のスランプ値が21.0±2.5cmの範囲、且つ、混練直後のスランプフロー値が35〜50cmの範囲内:○
混練直後のスランプ値および混練直後のスランプフロー値の少なくとも一方が同範囲外:×
[経時保持性]
環境温度 20℃(実施例1〜6、比較例1〜5)
経時15分後のスランプフロー値が35cm以上:〇
経時15分後のスランプフロー値が35cm未満:×
環境温度 10℃(実施例7〜8、比較例6〜9)
経時30分後のスランプフロー値が35cm以上:〇
経時30分後のスランプフロー値が35cm未満:×
[充填性]
環境温度 20℃(実施例1〜6、比較例1〜5)
経時15分後のU形充填性高さが280mm以上:〇
経時15分後のU形充填性高さが280mm未満:×
環境温度 10℃(実施例7〜8、比較例6〜9)
経時30分後のU形充填性高さが280mm以上:〇
経時30分後のU形充填性高さが280mm未満:×
[コンクリートの状態]
練上がり直後のスランプフローに目視で水の浮きが認められなければ:〇
練上がり直後のスランプフローに目視で水の浮きが認められれば:×
[ブリーディング量]
環境温度 20℃(実施例1〜6、比較例1〜5)
ブリーディング量が0.15cm3/cm2未満:〇
ブリーディング量が0.15cm3/cm2以上:×
環境温度 10℃(実施例7〜8、比較例6〜9)
ブリーディング量が0.30cm3/cm2未満:〇
ブリーディング量が0.30cm3/cm2以上:×
Claims (12)
- ポリカルボン酸系共重合体(A)からなる減水成分と、スルホ基含有(メタ)アクリルアミド誘導体を由来とする構造単位を含む水溶性高分子(B)からなる粘性調整成分と、糖アルコール(C)からなるブリーディング低減成分とを含有するセメント添加剤を含有し、水結合材比が40〜60質量%、スランプ値が22.5±4.0cmの範囲で、かつ、スランプフロー値が35〜70cmであることを特徴とするトンネル覆工用コンクリート組成物。
- 前記スランプ値が21.0±2.5cmの範囲で、かつ、前記スランプフロー値が35〜50cmであることを特徴とする、請求項1に記載のトンネル覆工用コンクリート組成物。
- 前記セメント添加剤の全質量において、前記ポリカルボン酸系共重合体(A)の含有量は10〜30質量%、前記水溶性高分子(B)の含有量は0.05〜1質量%、前記糖アルコール(C)の含有量は5〜13質量%であり、コンクリート組成物における前記セメント添加剤の含有量は、セメント100質量%に対して、0.5〜2.0質量%であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のトンネル覆工用コンクリート組成物。
- 前記ポリカルボン酸系共重合体(A)は、2種類のポリカルボン酸系共重合体の混合物であって、
第1、第2のポリカルボン酸系共重合体をこれらの合計100質量%に対して、第1のポリカルボン酸系共重合体/第2のポリカルボン酸系共重合体=55〜85/15〜45の質量比で含有し、
前記第1、第2のポリカルボン酸系共重合体は、一般式(1a)、一般式(1b)及び一般式(2)で表される構造単位を含み、
前記第1のポリカルボン酸系共重合体は、前記一般式(1a)で表される構造単位を形成するモノマー(I)と、前記一般式(1b)で表される構造単位を形成するモノマー(II)と、前記一般式(2)で表される構造単位を形成するモノマー(III)を、前記モノマー(I)〜(III)の合計100質量%に対して、モノマー(I)/モノマー(II)/モノマー(III)=1〜78/1〜78/21〜25の質量比で含むモノマー成分を重合して得られる共重合体であり、
前記第2のポリカルボン酸系共重合体は、前記モノマー(I)〜(III)を、前記モノマー(I)〜(III)の合計100質量%に対して、モノマー(I)/モノマー(II)/モノマー(III)=3〜70/10〜83/14〜20の質量比で含むモノマー成分を重合して得られる共重合体であることを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載のトンネル覆工用コンクリート組成物。 - 前記糖アルコール(C)は、エリトリトール、ソルビトール、キシリトール、マンニトール、ガラクチトール、イノシトール及びマルチトールから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載のトンネル覆工用コンクリート組成物。
- 前記糖アルコール(C)は、ソルビトールとマルチトールの混合物であって、ソルビトールおよびマルチトールの合計含有量100質量%に対して、ソルビトール/マルチトール=50〜80/20〜50であることを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載のトンネル覆工用コンクリート組成物。
- 前記セメント添加剤が温度5〜40℃において、水溶液であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載のトンネル覆工用コンクリート組成物。
- コンクリート組成物に含まれる骨材の粒径0.075mm以下の微粒分が1.0%以上5.0%以下であり、且つ細骨材の表乾密度が2.60g/cm3以上3.20g/cm3以下であることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載のトンネル覆工用コンクリート組成物。
- 水結合材比が40〜60質量%、スランプ値が22.5±4.0cmの範囲で、かつ、スランプフロー値が35〜70cmであるトンネル覆工用コンクリート組成物の製造方法であって、
ポリカルボン酸系共重合体(A)からなる減水成分と、スルホ基含有(メタ)アクリルアミド誘導体を由来とする構造単位を含む水溶性高分子(B)からなる粘性調整成分と、糖アルコール(C)からなるブリーディング低減成分とを含むセメント添加剤を予備調製する工程と、
予備調製したセメント添加剤、水、結合材および骨材を混合してコンクリート組成物を予備調製する工程と、
予備調製したコンクリート組成物の温度を測定する工程と、
前記予備調製したコンクリート組成物の温度が所定の閾値以下である場合に、前記予備調製したセメント添加剤と比較して前記糖アルコール(C)の含有率が高いセメント添加剤を新たに調製する工程と、
新たに調製したセメント添加剤、前記水、前記結合材および前記骨材を混合して新たにコンクリート組成物を調製する工程と、を含むことを特徴とするトンネル覆工用コンクリート組成物の製造方法。 - 水結合材比が40〜60質量%、スランプ値が21.0±2.5cmの範囲で、かつ、スランプフロー値が35〜50cmであるトンネル覆工用コンクリート組成物の製造方法であって、
ポリカルボン酸系共重合体(A)からなる減水成分と、スルホ基含有(メタ)アクリルアミド誘導体を由来とする構造単位を含む水溶性高分子(B)からなる粘性調整成分と、糖アルコール(C)からなるブリーディング低減成分とを含むセメント添加剤を予備調製する工程と、
予備調製したセメント添加剤、水、結合材および骨材を混合してコンクリート組成物を予備調製する工程と、
予備調製したコンクリート組成物の温度を測定する工程と、
前記予備調製したコンクリート組成物の温度が所定の閾値以下である場合に、前記予備調製したセメント添加剤と比較して前記糖アルコール(C)の含有率が高いセメント添加剤を新たに調製する工程と、
新たに調製したセメント添加剤、前記水、前記結合材および前記骨材を混合して新たにコンクリート組成物を調製する工程と、を含むことを特徴とするトンネル覆工用コンクリート組成物の製造方法。
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