TWI759436B - 水硬性組成物 - Google Patents

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山崎未希
玉木伸二
山川勉
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日商竹本油脂股份有限公司
日商信越化學工業股份有限公司
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Abstract

提供一種使用包含有黑色粒子之物質來做為結合材料之一部份而製備出的水硬性組成物，其即使為流動性較高之水硬性組成物，亦可充分壓抑產生在水硬性組成物所得到的硬化體表面之黑漬，而可得到優良而表面美觀的硬化體。該水硬性組成物是使用選自羥烷基烷基纖維素及羥烷基纖維素之至少一種物質的水溶性纖維素醚來進行製備。

Description

水硬性組成物
本發明是關於一種水硬性組成物，詳言之是關於一種可充分壓制包含於結合材料中的黑色粒子在含有該結合材料的水硬性組成物所得到的硬化體之表面造成黑漬的情況，而可得到優良且表面美觀的硬化體的水硬性組成物。
近來，為了減輕環境負擔，常使用粉煤灰、高爐礦渣粉末、矽粉、石灰石粉末等與水泥一起做為水硬性組成物的結合材料，以達到利用工業副產品或減少二氧化碳的排放量的目的。而水硬性組成物有時使用天然物質有時使用褐煤等。與水泥一起作為結合材料之一部份來使用的該等物質含有主要為碳顆粒的黑色粒子。特別是粉煤灰含有許多未燃燒碳的黑色粒子，混凝土用粉煤灰的JIS規範(JIS A6201)中，將為未燃燒碳量建議量的灼燒損失量維持在小於等於8.0%。包含在該等物質中的黑色粒子，會在由使用該等物質作為結合材料之一部份的水硬性組成物所得到的硬化體的表面浮現出來成為黑漬，而破壞美觀。特別是使用聚羧酸系減水劑做為結合材料的分散劑時，黑漬的產生非常明顯。進而當水硬性組成物的流動性增加時，材料流離阻力會低落，而更容易產生黑漬。藉由處理程序亦有可能由該等物質減少黑色粒子，但不但造成耗能增加，還必須導入處理設備，效率不高。以往，提案來壓制產生在由水硬性組成物所得到之硬化體之表面的黑漬的物質有：碳原子數6~10之單烯烴和馬來酸之共 聚物或其鹽(例如參考專利文獻1)；以及包含具有由碳原子數6~14之二價烴基所形成的構造單位之重量平均分子量為1000~20000的烯烴-馬來酸共聚物、及其以外的聚羧酸型聚合物的物質(例如參考專利文獻2)。但是，相關習知的手段都無法充分壓制黑漬產生在所得到的硬化體表面，特別是在流動性較高的水硬性組成物的情況中更存在無法充分壓制黑漬產生在由該水硬性組成物所得到的硬化體的表面的問題。
【先前技術文獻】 專利文獻
專利文獻1：日本特許公開2004-83303號公報； 專利文獻2：日本特許公開2004-175651號公報。
本發明所欲解決之課題，是提供一種水硬性組成物，該水硬性組成物在使用含有黑色粒子的物質來做為結合材料的一部份而製備成的水硬性組成物中，即使其為流動性較高的水硬性組成物，也可充分壓制黑漬產生在由該水硬性組成物得到的硬化體的表面，而可得到優良且表面美觀的硬化體。
因此本發明人們為了解決前述課題而深入研究的結果，發現使用含有選自羥烷基烷基纖維素及羥烷基纖維素中至少一種物質的水溶性纖維素醚來製備的水硬性組成物是最正確且適當的。
亦即，本發明是關於一種含有結合材料、水溶性纖維素醚、聚羧酸系減水劑及水而形成的水硬性組成物。其中，結合材料是含有水泥以及選自粉煤灰、高爐礦渣粉末、 矽粉、石灰石粉末及褐煤中之至少一種物質。且，水溶性纖維素醚含有選自羥烷基烷基纖維素及羥烷基纖維素中之至少一種物質。
本發明之水硬性組成物中所使用之結合材料含有水泥以及選自粉煤灰、高爐礦渣粉末、矽粉、石灰石粉末及褐煤中之至少一種黑色粒子。
水泥例如可為普通波特蘭水泥、中熱波特蘭水泥、低熱波特蘭水泥、早強波特蘭水泥、超早強波特蘭水泥、或是耐硫酸鹽波特蘭水泥等各種波特蘭水泥。粉煤灰、高爐礦渣粉末、矽粉、石灰石粉末及褐煤等黑色粒子含有物質，可作為混合水泥來製備，或者可於水硬性組成物之製造工廠中製備，又或者可被含有以作為以JIS R5210中的0~5%使用之少量混合成分而製備的波特蘭水泥的一部份。水硬性水泥組成物所使用的結合材料中，水泥與黑色粒子含有物質的比例並未特別限制，但做為結合材料，宜以10~95質量%的比例含有水泥且以5~90質量%的比例含有黑色粒子含有物質，且雙方合計為100質量%。又黑色粒子宜為粉煤灰、高爐礦渣粉末及矽粉，而以高爐礦渣粉末及粉煤灰尤佳。
本發明之水硬性組成物中所使用的水溶性纖維素醚是在(1)羥乙基甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基乙基纖維素等羥烷基烷基纖維素，及(2)羥丙基纖維素、羥乙基纖維素等羥烷基纖維素中，由(1)及(2)選出之至少一種。
羥烷基烷基纖維素之MS(烷基羥烷基的取代莫耳數，以下亦同)宜為0.1~3.0，且DS(烷基的取代程度，以下亦同)宜為1.0~2.2，且以MS為0.1~1.0且DS為1.0~2.0為佳，又以MS為0.1~0.3且DS為1.1~1.7尤佳。其中，以羥丙基甲基纖維素及、羥乙基甲基纖維素為佳。而羥烷基纖維素之MS宜為2.0~3.3，且以MS為2.0~2.8為佳，又以MS為2.0~2.4尤佳。其中， 為羥乙基纖維素尤佳。
又，MS是表示烷基羥烷基的取代莫耳數(molar substitution)，是每個纖維素的葡萄糖環單位所加入的羥基烷氧基的平均莫耳數。而DS是表示烷基的取代程度(degree of substitution)，是表示每個纖維素的葡萄糖環單位中存在烷氧基的個數。該MS或DS的測量方法可將以第17版修正日本藥典所記載之羥丙甲纖維素(羥丙基甲基纖維素)的取代程度分析方法所測量的值進行換算而求得。
本發明之水硬性組成物中，水溶性纖維素醚其2質量%水溶液在20℃之黏度(以下僅記為2%黏度)宜大於等於5000mPa．s，且其1質量%水溶液在20℃之黏度(以下僅記為1%黏度)宜小於等於30000mPa．s，而以2%黏度大於等於5000mPa．s且1%黏度小於等於20000mPa．s為佳，又以2%黏度大於等於10000mPa．s且1%黏度小於等於15000mPa．s尤佳。又，以上黏度均為B-H型黏度計20rpm的值。
水溶性纖維素之添加方法可為水溶性纖維素醚之粉末的添加、水溶性纖維素醚之水溶液的添加、將水溶性纖維素醚以分散或溶解於聚羧酸系減水劑之狀態添加、或是以分散或溶解在液體減縮劑或液體消泡劑等的狀態下添加。水溶性纖維素醚的添加量由水硬性組成物的流動性的觀點來看，相對於100質量份的結合材料宜為0.01~0.20質量份，而以0.01~0.15質量份為佳，又以0.02~0.10質量份尤佳。水溶性纖維素醚的添加量，在相對於100質量份的結合材料不滿0.01質量份的情況下，無法得到充分的黑漬壓制效果及材料流離阻力，反之當超過0.20質量份時雖有黑漬壓制效果但會造成水硬性物質的流動性低落。
本發明之水溶性纖維素醚，由壓制黑漬之效果的觀點來看，雷射繞射法之平均粒徑宜為20~500μm，20~120μm 尤佳，40~100μm特佳。平均粒徑是體積轉換的粒徑，是以使用了雷射繞設法的粉末粒徑測量方法所產生的值。該平均粒徑可使用例如HELOS&RODOS(日本雷射公司的產品名稱)來測量。
本發明之水硬性組成物中，聚羧酸系減水劑是以不飽和羧酸單體及/或其鹽所形成的單位為構造單位的(共)聚合物，雖是用以作為結合材料的分散劑，可使用市售的產品。形成作為聚羧酸系減水劑之(共)聚合物之構造單位的不飽和羧酸單體及/或其鹽，可例如為(甲基)丙烯酸、巴豆酸、(無水)馬來、(無水)衣康酸、富馬酸、及/或其鹽等，1個分子中具有2個以上羧基的不飽和二羧酸單體，可在一種羧酸或其鹽以外，還具有酯鍵、醯胺鍵等。鹽的種類並無特別限制在此可例如為鹼金屬鹽如鈉鹽和鉀鹽、鹼土金屬鹽如鈣鹽和鎂鹽、銨鹽、或是胺鹽如二乙醇胺鹽和三乙醇胺鹽等。
除羧酸及/或其鹽以外為形成(共)聚合物的構造單位的的單體可例如為分子中具有1~300個碳原子數2~4的氧化烯單元所構成的聚氧化烯基團的不飽和單體。在此例如為在α-乙烯基-ω-羥基(聚)氧化丁烯(聚)氧乙烯、α-烯丙基-ω-甲氧基-(聚)氧乙烯、α-烯丙基-ω-甲氧基-(聚)氧乙烯(聚)氧丙烯、α-烯丙基-ω-羥基-(聚)氧乙烯、α-烯丙基-ω-羥基-(聚)氧乙烯(聚)氧丙烯、α-甲基烯丙基-ω-羥基-(聚)氧乙烯、α-甲基烯丙基-ω-甲氧基-(聚)氧乙烯、α-甲基烯丙基-ω-羥基-(聚)氧乙烯(聚)氧丙烯、α-甲基烯丙基-ω-乙醯基-(聚)氧乙烯、α-(3-甲基-3-丁烯基)-ω-羥基-(聚)氧乙烯、α-(3-甲基-3-丁烯基)-ω-丁氧基-(聚)氧乙烯、α-(3-甲基-3-丁烯基)-ω-羥基-(聚)氧乙烯(聚)氧丙烯、α-(3-甲基-3-丁烯基)-ω-乙醯基-(聚)氧乙烯(聚)氧丙烯、α-丙烯醯基-ω-羥基-(聚)氧乙烯、α-丙烯醯基-ω-甲氧基-(聚)氧乙烯、α-丙烯醯基-ω-丁氧基-(聚) 尤佳，40~100μm特佳。平均粒徑是體積轉換的粒徑，是以使用了雷射繞設法的粉末粒徑測量方法所產生的值。該平均粒徑可使用例如HELOS&RODOS(日本雷射公司的產品名稱)來測量。
本發明之水硬性組成物中，聚羧酸系減水劑是以不飽和羧酸單體及/或其鹽所形成的單位為構造單位的(共)聚合物，雖是用以作為結合材料的分散劑，可使用市售的產品。形成作為聚羧酸系減水劑之(共)聚合物之構造單位的不飽和羧酸單體及/或其鹽，可例如為(甲基)丙烯酸、巴豆酸、(無水)馬來、(無水)衣康酸、富馬酸、及/或其鹽等，1個分子中具有2個以上羧基的不飽和二羧酸單體，可在一種羧酸或其鹽以外，還具有酯鍵、醯胺鍵等。鹽的種類並無特別限制在此可例如為鹼金屬鹽如鈉鹽和鉀鹽、鹼土金屬鹽如鈣鹽和鎂鹽、銨鹽、或是胺鹽如二乙醇胺鹽和三乙醇胺鹽等。
除羧酸及/或其鹽以外為形成(共)聚合物的構造單位的的單體可例如為分子中具有1~300個碳原子數2~4的氧化烯單元所構成的聚氧化烯基團的不飽和單體。在此例如為在α-乙烯基-ω-羥基(聚)氧化丁烯(聚)氧乙烯、α-烯丙基-ω-甲氧基-(聚)氧乙烯、α-烯丙基-ω-甲氧基-(聚)氧乙烯(聚)氧丙烯、α-烯丙基-ω-羥基-(聚)氧乙烯、α-烯丙基-ω-羥基-(聚)氧乙烯(聚)氧丙烯、α-甲基烯丙基-ω-羥基-(聚)氧乙烯、α-甲基烯丙基-ω-甲氧基-(聚)氧乙烯、α-甲基烯丙基-ω-羥基-(聚)氧乙烯(聚)氧丙烯、α-甲基烯丙基-ω-乙醯基-(聚)氧乙烯、α-(3-甲基-3-丁烯基)-ω-羥基-(聚)氧乙烯、α-(3-甲基-3-丁烯基)-ω-丁氧基-(聚)氧乙烯、α-(3-甲基-3-丁烯基)-ω-羥基-(聚)氧乙烯(聚)氧丙烯、α-(3-甲基-3-丁烯基)-ω-乙醯基-(聚)氧乙烯(聚)氧丙烯、α-丙烯醯基-ω-羥基-(聚)氧乙烯、α-丙烯醯基-ω-甲氧基-(聚)氧乙烯、α-丙烯醯基-ω-丁氧基-(聚) 氧乙烯、α-聚丙烯醯-ω-甲氧基-(聚)氧乙烯(聚)氧丙烯、α-甲基丙烯醯基-ω-羥基-(聚)氧乙烯、α-甲基丙烯醯基-ω-甲氧基-(聚)氧乙烯、α-甲基丙烯醯基-ω-丁氧基-(聚)氧乙烯、α-丙烯醯基-ω-甲氧基-(聚)氧乙烯(聚)氧丙烯、α-甲基丙烯醯基-ω-羥基-(聚)氧乙烯(聚)氧丙烯、α-甲基丙烯醯基-ω-乙醯基-(聚)氧乙烯(聚)氧丙烯、聚亞烷基多胺的活性亞氨基、活性氨基中添加環氧烷且分子中具有(甲基)丙烯醯基等之不飽和鍵的聚亞烷基多胺型單體、對二元酸與聚亞烷基多胺的縮合而成之聚醯胺多胺的活性亞氨基、氨基、醯胺殘基添加環氧烷且分子中具有(甲基)丙烯醯基等不飽和鍵的聚醯胺多胺類單體等。
作為聚羧酸系減水劑的(共)聚合物宜由以下構造單位所構成：由不飽和羧酸單體及/或其鹽所形成的構造單位；以及由分子中具有以1~300個碳原子數2~4的氧化烯單元所構成之聚氧化烯基團的不飽和單體所形成的構造單位。又其質量的平均分子量宜為2000~500000而以5000~100000尤佳。
本發明之水硬性組成物中，聚羧酸系減水劑可作為水溶液來使用，亦可作為粉末來使用，其使用量宜為對結合材料使用0.01~2質量%的聚羧酸系減水劑(亦即(共)聚合物)，而以0.05~0.5質量%尤佳。
本發明之水硬性組成物中可使用骨材。該骨材可例如為河沙、山砂、地沙、矽砂、碎沙或高爐礦渣細骨料等細骨材以及河沙石、山碎石、地礫石、碎石、高爐礦渣粗骨材等粗骨材。水硬性組成物為了減少乾燥收縮和自收縮並進而壓制結合材料的發熱，宜含有細骨材及粗骨材等骨材。
本發明之水硬性組成物中，水/結合材料的質量比宜為0.35~0.65。當水/結合材料的質量比小於0.35時，水硬性組成物的流動性容易變差，又水/結合材料的質量比大於 0.65時會難以得到足夠的材料流離阻力。
本發明之水硬性組成物在不損及本發明之效果的範圍內，可依需求合併使用例如由陰離子表面活性劑形成的AE調節劑、例如氧化烯系列的消泡劑、例如由氧基羧酸鹽形成的緩凝劑、例如由醇胺形成的固化促進劑、例如聚氧化烯烷基醚形成的乾縮減縮劑、例如異噻唑啉基化合物組成的防腐劑、例如高級脂肪酸衍生物組成的防水劑、例如亞硝酸鹽組成的防銹劑等。
本發明目前未知詳細的發現效果的機制，而由以下的方式預估。推測水溶性纖維素醚會吸附由粉煤灰、高爐礦渣粉末、矽粉、石灰石粉末及褐煤所產生的黑色粒子，並且在水硬性組成物中，藉由水溶性纖維素醚的增黏作用材料流離阻力亦提高，而可同時達到壓制黑漬及在高流動性下抑制材料流離。這樣的特性根據化學構造效果會不同，藉由使用特定的水溶性纖維素醚，可成為具有壓制黑漬及材料流離阻力兩者的本發明的水硬性組成物。
根據本發明可得到以下效果：在使用含有黑色粒子的物質做為結合材料的一部份而製備的水硬性組成物中，即使時其流動性較高的水硬性組成物，亦可充分壓制黑漬產生在由該水硬性組成物所得到的硬化體表面，而可得到優良且表面美觀的硬化體。
以下，為更具體說明本發明的構成及效果，以實施例等為例，但本發明不限於該實施例。又，以下實施例中，除了另外有說明外，份為質量份，且%為質量%。
試驗類別1(作為水硬性組成物的砂漿的製備)
使用依循JIS R 5201水泥物理試驗方法的砂漿攪拌機，於對100質量份結合材料以0.005質量份的比例添加消泡劑(竹本油脂公司製之產品名稱AFK-2)，並於表1所記載的組合條件下，以表2的記載內容捏合240秒。該捏合及以下的試驗是令材料溫度為20±3℃、室溫為20±3℃、且濕度為60%以上而進行。砂漿流是未割漿之砂漿流，目標是在不使用聚羧酸系減水劑及消泡劑以外的添加劑的情況下砂漿邊緣所確認到的滲水為295±5mm。未固化砂漿的砂漿流、黑漬程度的判定、流離阻力的判定是在拉起沙漿流過3分鐘後進行。將該砂漿填充至圓筒形框架(直徑5cm、高10cm)並以20℃在室內固化24小時候脫模，並且判定固化砂漿的黑漬程度。將結果統一顯示於表2中。
Figure 107107125-A0202-12-0009-1
表1中，
OPC：普通波特蘭水泥
BB：高爐水泥B種
FA1：粉煤灰(灼燒損失量5.3%)
FA2：粉煤灰(灼燒損失量2.1%)
SF：矽粉(灼燒損失量4.3%)
細骨材：大井川水系產之陸砂
Figure 107107125-A0202-12-0009-2
Figure 107107125-A0202-12-0010-3
表2中，
使用量：相對於結合材料的使用量(%)(以水溶液使用的情況中是指水溶液中的固體成分相對於結合材料的使用量(%))
PC-1：竹本油脂公司製的聚羧酸型高性能AE減水劑(產品名稱
Figure 107107125-A0202-12-0010-7
HP-11)
PC-2：由BASF日本公司製造的聚羧酸型高性能AE減水劑(產品名稱
Figure 107107125-A0202-12-0010-8
SP8SV)
PC-3：日本Sika公司製造的聚羧酸型高性能AE減水劑(產品名稱
Figure 107107125-A0202-12-0010-9
1100NT)
CB：花王公司製的特殊的多元羧酸型表面活性劑的黑漬壓制劑(產品名稱
Figure 107107125-A0202-12-0010-10
21B)
水溶性纖維素水溶性纖維素醚：使用記載於表3者。
表3
Figure 107107125-A0202-12-0011-4
表3中，
黏度：2質量%水溶液在20℃的黏度(mPa．s)。唯，1質量%的水溶液者則註記為(1%)。
黑漬程度的判定，是藉由目視，根據以下的基準來進行。
黑漬程度的判定基準
◎：黑漬非常不顯眼
○：黑漬稍微可以確認
×：黑漬可明顯確認
流離阻力的判定是藉由目視，根據以下基準進行。
流離阻力的判定基準
◎：非常良好(無流離)
○：良好(雖然沒有流離，但水硬性組成物的表面略為發白)
△：水硬性組成物稍微確認有水的滲漏
×：水硬性組成物明顯有水的滲漏
試驗類別2(做為水硬性組成物之混凝土的製備)
在表4中記載的組合條件下，以表5所記載的內容，如同 下述製備混凝土。於50L盤式強力攪拌機投放普通波特蘭水泥(密度3.16g/cm3)、粉煤灰(密度2.29g/cm3、灼燒損失量2.3%)、高爐礦渣粉末(密度2.88g/cm3)、細骨材(大井川水系生產之陸砂、密度2.58g/cm3)以及粗骨材(岡崎碎石、密度2.68g/cm3)，揉合10秒後，對100質量份之結合材料以0.005質量份的比例添加消泡劑(竹本油脂公司製造的產品名稱AFK-2)，並將試驗類別1中所使用的聚羧酸系減水劑、及水溶性纖維素醚與混和水一起投放並揉合120秒，以使坍流度為65±2cm且空氣量為2%以下的範圍。而聚羧酸系減水劑及消泡劑是視為水的一部份。針對製備完成的混凝土組成物，遵循JIS-A1150測量剛混合完的坍流度，並遵循JIS-A1128測量空氣量。未固化混凝土的坍流度、黑漬的程度的判定、流離阻力的判定，是在拉起坍落度錐3分鐘後進行。將該未固化的混凝土填充至圓筒形框架(直徑10cm、高20cm)，並以20℃於室內固化24小時後脫模，判定固化混凝土的黑漬程度。將結果表示於表5。
Figure 107107125-A0202-12-0012-5
Figure 107107125-A0202-12-0012-6
表5中，
使用量：相對於結合材料的使用量(%)(以水溶液使用的情況中，是指水溶液中的固體成分相對於結合材料的使用量(%))
聚羧酸系減水劑及水溶性纖維素醚等：於試驗類別1中所使用者
黑漬程度的判定是藉由目視，根據以下基準進行。
黑漬程度的判定基準
◎：幾乎沒有黑漬
○：黑漬僅稍微可以確認
×：黑漬明顯可以確認
流離阻力的判定是藉由目視根據以下基準所進行。
流離阻力的判定基準
◎：非常良好(骨材與砂漿/漿糊並未流離)
○：良好(骨材與砂漿/漿糊僅稍微流離)
△：差(骨材與砂漿/漿糊流離)
×：非常差(骨材與砂漿/漿糊明顯分離)

Claims (6)

  1. 一種水硬性組成物，含有結合材料、水溶性纖維素醚、聚羧酸系減水劑及水，其中前述結合材料含有水泥以及選自粉煤灰、高爐礦渣粉末、矽粉、石灰石粉末及褐煤中之至少一種物質，且前述水溶性纖維素醚為羥乙基纖維素，其羥烷基取代莫耳數為2.0~3.3。
  2. 如請求項1之水硬性組成物，其中前述水溶性纖維素醚之2質量%之水溶液在20℃的黏度大於等於5000mPa．s，且其1質量%之水溶液在20℃之黏度小於等於30000mPa．s。
  3. 如請求項1之水硬性組成物，其中前述結合材料以10~95質量%之比例含有前述水泥，並且以5~90質量%之比例含有選自前述粉煤灰及前述高爐礦渣粉末之物質，且前述水泥以及選自前述粉煤灰及前述高爐礦渣粉末之物質合計為100質量%。
  4. 如請求項1之水硬性組成物，其中對100質量份之前述結合材料，以0.01~0.20質量份之比例含有前述水溶性纖維素醚。
  5. 如請求項1之水硬性組成物，其中更含有骨材。
  6. 如請求項1之水硬性組成物，其中水/結合材料的質量比為0.35~0.65。
TW107107125A 2017-06-16 2018-03-02 水硬性組成物 TWI759436B (zh)

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