JP2009196888A - 新鮮なコンクリートまたはコーティング組成物を修飾する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】混和材および添加剤を接着剤、コーティング、塗料および他のマトリックス組成物、例えばセメント、コンクリート、メーソンリー、モルタル、防火物、吹付けコンクリートなどに送り込むのに有用な実質的に水和したセメント系粒子が提供される。好適な態様では、少なくとも1種の混和材と水と水和性セメント系結合剤を混合することで実質的に水和して硬化した塊を生じさせ、そしてその硬化した塊を粉砕して得られた粒子を新鮮なコンクリートに導入する。
【選択図】図1
Description
剤が特許文献4に開示された。
particulates)の表面を顕微鏡下で見ると、高度に個々別々の粒子状(glanular)であり、それでも、顕微的に現実に粗い表面を有する粒子(granulose)である。これらの粒子は「個々別々の粒子」であるばかりでなく顕微的に「粗い表面の粒子」である、と言うのは、これらは小粒表面質感(small granul
ate surface textures)、即ち個々別々の粒状の粒子(granule particulates)の上に小さい粒を有する。
度を速める目的、(10)完成材料の強度(圧縮、引張りまたは曲げ)を高める目的、(11)苛酷な大気条件にさらされた時の耐久性または耐性を向上させる目的、(12)材料の中で起こる水の毛細管流れを低下させる目的、(13)材料が液体の中に浸透する度合を低くする目的、(14)アルカリが特定の骨材成分と反応することで引き起こされる膨張を制御する目的、(15)気泡コンクリートを生じさせる目的、(16)コンクリートと補強構成要素である鋼の結合を高める目的、(17)古いコンクリートと新しいコンクリートの間の結合を高める目的、(18)完成材料の耐衝撃性および耐摩滅性を向上させる目的、(19)埋め込まれている金属の腐食を抑制、例えばコンクリートマトリックスの中の補強用鋼を保護する目的、そして(20)着色したコンクリートまたはモルタルを生じさせる目的。従って、通常の混和材を本発明の目的で用いることができる。以下のパラグラフに本産業で理解されている機能的混和材分類に従って系統立てた説明的リストを示すが、これは完全なリストではない。
組成物が乾燥する時の収縮を抑制すると同時に実質的な空気連行を起こさせかつ圧縮強度を向上させる。Shawl他の米国特許第5,556,460号に開示されている好適なSRAは、ポリオキシアルキレン鎖とカルボン酸基を多数有する少なくとも1種の高分子量櫛形重合体と低分子量のオキシアルキレンポリオールまたはポリオールのエーテル付加体で構成されている。この上に示した特許は全部引用することによって本明細書に組み入れられる。
である。
)の粉砕は、その塊に圧縮力または粉砕力、例えばジョークラッシャー(jaw crusher)、ローラークラッシャー(roller crusher)(例えば向かい合う鋼製ローラー)、ボールミル(ball mill)、ディスクミル(disc mill)またはグラインダー(grinder)などを用いて受けさせることで達成可能である。平均粒子サイズを好適には#50のメッシュよりも細かくするが、本発明の用途はいろいろであることから幅広い平均粒子範囲(例えば1−250マイクロメートルから6センチメートルまたはそれ以上に及ぶ)も適切であると考えている。これらの粒子の大きさは用途に依存するであろう。これらの粒子を水和性セメント系組成物(コンクリート、モルタル)に混合しようとする場合にはより粗くてもよい可能性があり、そしてそれらを他のマトリックス組成物、例えばエポキシ接着剤もしくはコーティング、ウレタン接着剤もしくはコーティング、ラテックス(例えば塗料)または他の組成物に混合しようとする場合には、より微細であってもよい。
の充填量を多くしていった。従って、この上で説明した如き充填を受けさせた水和していないセメント粒子を図1および2に示す。
および他の金属表面)で用いられるコーティングに混合する用途であろう。
収縮軽減用混和材(「SRA」)(例えばGrace Construction Productsから名称「ECLIPSE(商標)」の下で入手可能)をセメントに全粉末量が13質量%[セメントに対して20%(固体に対する固体、即ち「s/s」)]の硬化したセメントペースト混合物がもたらされるように追加的水と一緒に添加した。これは最大現場用量(maximum field dosages)であるセメントに対して約2%s/sよりかなり高い。この製品を硬化させた後、粉砕して微粉末にして、セメントと微細骨材と水の混合物に添加した。
硬化促進用混和材[例えばGraceから入手可能なPOLARSET(商標)ブランド]をセメントに追加的水なしに加えた(セメント1部当たり0.8部の混和材)、と言うのは、この混和材は水を58%含有しており、この量は水和に充分であったからである。硬化させた最終ペーストは混和材の固体を乾燥セメントの重量を基準にして18.8%含有していた。この混和材はこれを使用時に現場で用いる時には通常はセメントに対して2%s/sを超える濃度では添加されない。図6は、本発明の混ざり合っている水和粒子を用いて促進剤を混合すると硬化促進性能が向上することを示している。いろいろな混合物サンプルから得た圧縮強度データを図7に示し、これは、本発明の粒子を用いた混合物
サンプルの強度は前記促進剤を液状の形態で用いた時に得たそれに匹敵していることを示唆している。
腐食抑制剤[GraceのDCI(商標)ブランド]をセメントに追加的水なしに加えた(固体含有量が33%の溶液をセメント1部当たり1部)。硬化させた最終ペーストは固体状混和材をセメントを基準にして16.5%の固体含有量で有していた。この混和材は現場使用では一般にセメントの2.5%(固体)以下の添加率で添加される。図8に示すように、本発明の粒子を用いた処理を受けさせたセメント混合物サンプルが示す強度発生は液状の混和材を用いて通常に処理された混合物サンプルのそれに匹敵している。コンクリートにおける腐食性能は一般に長期間に亘って試験されることから、本発明者らは、腐食抑制剤が経時的に示す性能の指標として、混合用水に入っている亜硝酸塩の含有量を試験した。従って、コンクリートサンプルを混合して5分後に亜硝酸塩の含有量を検査した。液体方法とセメントペースト添加方法の間に差がなく、このことは、本発明の混ざり合っている亜硝酸カルシウム含有粒子を含有させたセメント混合物と液状の亜硝酸カルシウムを含有させたセメント混合物は腐食の抑制の点で経時的に同様な挙動を示すであろうことを示唆している。
JIS R 5202(Method for Chemical Analysis
of Portland Cement)に従う強熱減量手順を用いて本発明の混和材含有粒子の水和の度合を試験した。サンプルの収集を5分の時に開始して160分間に亘って5分毎に測定した。このデータを以下の表に示す。
33%の亜硝酸カルシウム溶液とセメントを同じ質量で一緒にすることで液状の亜硝酸カルシウムをセメントの中に封じ込めた。その結果として得た生成物を粉砕することで、これを厚みが5ミル(125マイクロメートル)のエポキシコーティングの中に組み込むことができるようにした。この粉末を用いて商業的海洋用エポキシ(commercia
l marine epoxy)の50質量%を置き換えた。鋼板(ASTM A36)をサンプル片に切断して、各々に脱グリースを受けさせた。1つのサンプル片の1つの表面を海洋用エポキシ(亜硝酸カルシウムを封じ込めていない)で被覆した。2番目のサンプル片の1つの表面を本発明に従って亜硝酸カルシウムを封じ込めておいたエポキシで覆った。前記エポキシを硬化させた後、両方の板サンプルを飽和水酸化カルシウム溶液に接触させた(コンクリートの孔に入っている水を模擬する)。前記水酸化物溶液のpHは約12.5から13であり、これは塩化ナトリウムを約3.5%含有していた。この接触を10日間行った後、亜硝酸カルシウムを封じ込めていないエポキシで覆っておいた鋼板サンプルでは表面部分に目に見える腐食が生じておりかつ基準電極に対して大きな負の電位(飽和塩化第一水銀に対して−0.6V)を示し、このことは、この試験片がひどく腐食していることを示している。電位値が−0.28V(カロメルに対して)より負であることは腐食性であると見なされる。亜硝酸カルシウムを封じ込めておいたエポキシで被覆した鋼板試験片は目に見える腐食を全く示さずかつ基準電極に対する電位(飽和カロメルに対して−0.052V)は不動態に関係した領域であり、従って、腐食が始まらなかったことを示していた。目に見える比較を図9に示す。
本発明者らは、また、硬化促進剤を含有させておいた粒子を接着剤またはコーティング材料に混合しておくとその接着剤またはコーティング材料と湿気を帯びているか或は湿っている(例えば新しく流し込まれそして/または水で覆われている)か或は湿るか或は湿気を帯びるであろうセメント系表面の接着力が向上する可能性があるとも考えている。従って、仮定実施例として、本発明に従って製造した粒子に公知の硬化促進剤(例えばトリエタノールアミン、チオシアン酸ナトリウム、蟻酸カルシウム、亜硝酸カルシウム、硝酸カルシウム、塩化カルシウム、亜硝酸塩、塩化物、蟻酸塩、硝酸塩またはこれらの混合物)を取り込ませることができそしてそのような粒子をラテックス塗料、防水用下塗り剤(例えばアクリレート、スチレン、ブタジエン、ビチュウメン)に混合した後、湿っているセメント系表面、例えばコンクリート製デッキ、基礎、ブリック、モルタル、メーソンリーブロック、舗道、吹付けコンクリートなどに塗布することができるであろう。そのセメント系表面の上に存在しそして/またはそれに由来する水分が前記粒子のある程度水和したセメントとの反応を開始させ、新しい水和生成物(これは湿っているセメント系表面との結合に役立つであろう)を生じさせるであろう。このように、本発明者らは、従って、硬化促進剤を取り込ませておくと結合速度が速くなるであろうと考えている。
本発明者らは、硬化遅延剤を含有させておいた本発明の粒子をコーティングに入れてこれを用いるとコンクリートの上に特殊な表面仕上げを達成することができると考えている。例えば、コンクリート(粗骨材、例えば砕石および砂利などが入っている)を壁、ブロック、基礎またはコンクリートの形状に流し込む。本発明の硬化遅延剤含有粒子を入れておいたコーティングを流し込み前の鋳型(または「型枠」)の露出している表面の内張りで用いる。流し込んだ片が硬化し始めた後、その被覆しておいた表面をハケで拭くことで外側表面に骨材を露出させることができる。前記硬化遅延剤はコンクリートの硬化を遅らせることで、そのように骨材を露出させるのを助長するであろう。その後、その露出させたコンクリート表面に別のコーティング、例えば硬化促進剤、顔料、はっ水剤またはこれらの混合物などを取り込ませておいた本発明の粒子を含有させておいたコーティングなどを塗布してもよい。このように、本発明の粒子は水和性セメント系製品の製造および仕上げで用いられ得るコーティング系に大きな柔軟性を与えることができるであろう。
本発明者らは、本発明を用いると他の様式では同じ液状溶液の中で用いた時に相溶しない可能性のある添加剤または混和材を一緒にすることが可能になると考えている。例えば
、亜硝酸カルシウムとジプロピレングリコールt−ブチルエーテル(DPTB)はこれらを一緒にした濃度が水中で10%を超えると安定な溶液を容易には生じない。この二者をセメントスラリーの中で一緒にして、硬化させることで塊にした後、粉砕して本発明の粒子を生じさせておくと、ここに、この2種類の混和材(他の様式では相溶しない)をこの上に示した調合と同じようにして水和性セメント系組成物の中に一緒に混合することが可能になる[また、DPTBはそのようにしないと用量が多い時に硬化遅延性質を有するが亜硝酸カルシウムの硬化促進特性によってそれが相殺される可能性がある点でそのような特別な組み合わせも興味の持たれる特徴を与えることになるであろう]。
1種以上の混和材をセメントと混合して粒子を生じさせた後にそれを他の1種以上の混和材で被覆することを通して、複数の混和材をコンクリートまたはモルタルに添加することが可能になる。このような技術を用いると互いにあまり相溶しない混和材を組み合わせることができる。相溶しない混和材組み合わせには、例えば、一方のGrace Construction Productsから「DCI」ブランド名の下で水性分散液として入手可能な亜硝酸カルシウム(CANI)と他方のGrace Construction ProductsからADVA(商標)商品名で入手可能な如き超可塑剤が含まれ得る。別の相溶しない組み合わせはCANIと収縮軽減用混和材、例えばGrace Construction ProductsからECLIPSE(商標)名の下で入手可能な収縮軽減用混和材であろう。CANIは典型的に分散液としてコンクリートに添加される一方、超可塑剤および収縮軽減用混和材は典型的に液体として添加される。しかしながら、本発明者らは、CANIとセメントを混合してスラリー/ペーストを生じさせ、これを硬化させて塊にし、この塊を粉砕して粒子にした後、この粒子を超可塑剤成分で被覆した[ポリマー(これは他の様式では液状の超可塑剤を製造する目的で用いられ、これはチャート(chart)に「PAJ」と表示されている)を溶媒に溶解させた後、前記CANI含有粒子の外側表面に噴霧することで]。これらの粒子をコンクリートサンプルの中に導入し(使用する砂の一部を部分的に置き換え)そしてそのサンプルに圧縮強度に関する試験を受けさせた。本発明者らは、そのようなサンプルが示す圧縮強度は前記混和材の一方もしくは両方を通常通り添加したサンプルのそれと同じであることを見いだした。
水和したセメント担体(hydrated cement carrier)の可能な2種類の源は、コンクリート再生器に由来するセメントが豊富なケーキ(cake)、または廃棄コンクリートの粉砕に由来するモルタル画分である。好適には、これらの材料に含浸を受けさせる前に乾燥を受けさせておく。米国特許第5,039,556号に、100℃を超える温度で乾燥させておいた固体状コンクリートに亜硝酸カルシウム溶液をかなりの量で染み込ませることができることが教示されている。この用途は構造の点でコンクリート全体に関する用途であった。この場合の工程速度は有意に高い可能性がある、と言うのは、それは一般に多孔質ではない粗骨材を伴わない粉砕された材料に適用されたからである。
本発明者らが考える別の用途は、本発明の実質的に水和した粉砕粒子(ポートランドセメント、石膏または両方を結合剤として用いた)を噴霧で塗布される防火物または吹付けコンクリート用の水和用水含有骨材として用いる用途である。現在、噴霧で塗布される防火物ではボーキサイトが用いられている、と言うのは、それは水を含有しかつ砂の代替として使用可能であるからである。水和したセメントが基になった粒子を用いると、水和した粒子(これは「水和用水含有」粒子としても機能し得る)を防火物または吹付けコンクリート混合物に混合するにより安価な方法が得られるであろう。場合により、収縮軽減用混和材、空気制御用混和材(連行および/または吐出し)、減水用混和材(例えば超可塑剤)などの如き混和材をセメントに混合しそして/またはそれで前記実質的に水和した粒子を被覆してもよい。このように、本発明の典型的なさらなる態様には、乾燥粉末形態で市販されている防火用もしくは吹付けコンクリート組成物に少なくとも1種の結合剤(例えばポートランドセメント、石膏、高炉スラグなど)と本発明に従う多数の粒子を含有させる態様が含まれる。これらの粒子に当該組成物の特性を修飾するための1種以上の混和材を含有させてもよい(混合および/または被覆で)。
Claims (5)
- 新鮮なコンクリート又はコーティング組成物を修飾するための方法であって、ポートランドセメントを含んでなる水和性セメント系結合剤と、該結合剤の乾燥重量を基準にして10%〜95%の量の、硬化促進剤、腐蝕抑制剤又はそれらの混合物を含んでなる少くとも一つの混和材と、該ポートランドセメントがスラリーを形成して実質的に水和するに充分な量の水とを混合し、該スラリーを実質的に水和した塊に硬化させ、該硬化した塊を粉砕して平均直径が5〜250マイクロメートルの多数の粒子を生じさせることによって得られた粒子を、新鮮なコンクリート、又はアクリル酸もしくはこれの塩、アルキド樹脂、エポキシ、ポリエステルまたはそれらの混合物を含んで成るコーティング組成物に添加する、ことを特徴とする方法。
- 前記水和性セメント系結合剤が更に高炉スラグ、フライアッシュ、シリカフューム、石灰石、又はそれらの混合物を含んでなる請求項1記載の方法。
- 前記腐蝕抑制剤が、亜硝酸カルシウム、硝酸カルシウムまたはそれらの混合物である請求項1記載の方法。
- 前記多数の前記実質的に水和した粒子をポリオキシアルキレン系超可塑剤、ポリオキシアルキレン系収縮軽減用混和材またはそれらの混合物で被覆することも更に含んで成る請求項3記載の方法。
- 前記粉砕しておいた多数の実質的に水和した粒子をJIS R 5202に従って測定した時にこれが5%以上の強熱減量から45%以下の強熱減量を示す請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
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