JP4159632B2 - 軽量気泡コンクリート用起泡剤 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメントミルク、モルタルスラリー、コンクリートスラリー等（以下これらを総称して「スラリー」と略記する）に安定した気泡の混入を可能とする軽量気泡コンクリート用起泡剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
起泡剤を使用して製造される気泡コンクリートは、軽量性、断熱性および不燃耐火性等の性質を兼備した優れた建築材料として、近年その需要が高まっている。
【０００３】
従来の起泡剤は、炭化水素系界面活性剤または蛋白系界面活性剤を主成分として含有するものが広く慣用されており、かような起泡剤を用いた気泡コンクリートの製造方式には大別して、ミキシング方式とプレフォーム方式とがある。ミキシング方式は、グラウトミキサー中に水と起泡剤とを投入して泡立てを行った後、骨材（セメントミルクの場合は不要）およびセメントを順次投入して混練りを行う方式であり、プレフォーム方式は、予めミキサーでスラリーを練り、これとは別に発泡装置で水と起泡剤を用いてムース状の緻密な泡（以下これを単に「気泡」という）をつくり、この気泡をホース等を用いてミキサー内のスラリー中に注入して混練りを行う方式である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、人件費の削減を目的とした工期の短縮化や、工事日程の都合等により、１日に少しでも多く、高く打設する要求が増加している。
【０００５】
しかしながら従来の起泡剤においては、１日に多く、高く打設するとセメントの自重、高アルカリ等の悪条件によりスラリー中で気泡が破泡し、硬化後の体積が減少する場合がある。
【０００６】
さらに、気泡とスラリーとの混合時間を短くする場合も多くなるが、混合時間の短縮によって、スラリー内部に気泡が完全に分散しきれず、気泡コンクリートが不安定となり、同様に打設後の体積減少が認められる傾向がある。
【０００７】
また、工事現場で型枠の奥行が深い等のため気泡コンクリート注入ホースを型枠の奥まで挿入することができず、型枠の比較的浅い位置にホースを挿入して気泡混合スラリーの流動性により型枠の奥まで流し込む場合があるが、スラリーに十分な流動性がない場合には型枠の奥まで流れ込みにくくなる。流動性を持たせるために気泡混合スラリーに水を添加すると材料分離が加速され気泡がスラリーから分離してしまい、打設後に体積が減少する傾向にある。
【０００８】
そこで本発明は、水／セメント比を極端に増加させることなく気泡混合スラリーの流動性を維持することができ、気泡とスラリーとの比較的短い混合時間でも気泡をスラリー中に良好かつ安定に分散でき、硬化後に体積減少の生じることのない軽量気泡コンクリートを製造することができる改良された起泡剤を提供することを目的としてなされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明による軽量気泡コンクリート用起泡剤は、炭化水素系界面活性剤または蛋白系界面活性剤を主成分とする起泡剤にフッ素系界面活性剤を添加したことを特徴とするものである。
【００１０】
フッ素系界面活性剤の添加量は、一般的には起泡剤全量に対して０．１〜１０重量％の範囲とすることが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の起泡剤は、従来から慣用されている気泡コンクリート用起泡剤と全く同様にしてセメントミルク、モルタルスラリー、コンクリートスラリー等に添加して使用することができる。
【００１２】
すなわちこれらスラリーに用いるセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント等の他、フライアッシュセメント、高炉セメントといった混合セメント等を使用することができる。
【００１３】
また骨材としては、砂、軽量骨材、ケイ砂等が広く使用できるが、材料分離を起こしにくくするためには、骨材を除いた気泡コンクリートの比重と同程度の比重を有する骨材を使用することが望ましい。
【００１４】
本発明に使用するフッ素系界面活性剤は、分子中にフッ素元素を含有する化合物であれば特に制限なく用いることができ、極性についてもアニオン、カチオン、ノニオン、両性のいかなる種類でも使用することができる。
【００１５】
フッ素系界面活性剤の添加量は、一般的には起泡剤全量に対して０．１〜１０重量％、好ましくは０．５〜５重量％、さらに好ましくは１〜４重量％の範囲とする。フッ素系界面活性剤の添加量が０．１重量％より少ないと添加効果が十分でなく、１０重量％を超えて添加しても効果の向上が頭打ちとなり経済的に不利となる。
【００１６】
本発明の起泡剤を用いて気泡コンクリートを製造するに際しては、従来のミキシング方式またはプレフォーム方式のどちらの方法でも採用することができる。
【００１７】
プレフォーム方式で気泡とスラリーとを混合するためのミキサーは、従来と同様の２５０ｒｐｍ程度以上のグラウトミキサーなどが使用できるが、二次発泡して空気量が増加する場合があるため、ラインミキサーが好ましく使用できる。
【００１８】
気泡混合スラリーの圧送はチューブポンプ、スネークポンプ、油圧式ピストンポンプ等が好ましく使用できる。脈動が多いポンプは気泡分離を起こすため好ましくない。
【００１９】
スラリー中の気泡の保持時間を向上させるために、必要に応じて気泡安定剤を添加してもよい。気泡安定剤としてはカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、アルギン酸塩、ガム類を使用することができ、その添加量は作業方法、発泡性などを考慮して決定すればよい。上記した気泡安定剤の他に、鉄、マグネシウム、アルミニウム等の金属塩、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール等の高級アルコールなども気泡の保持時間向上に有効である。
【００２０】
寒冷地での使用において起泡剤の凍結を防止するため、エチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール、グリセリン等のグリコール類を必要に応じて添加してもよく、添加量は作業環境などを考慮して決定することができる。食塩の添加によっても凍結点を低下させることができるが、鉄筋の腐食を生じさせるためその添加量には注意を要する。
【００２１】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２２】
実施例に使用した起泡剤は次の４種類である。
Ａ：加水分解蛋白系界面活性剤からなる市販起泡剤（比較例）
Ｂ：炭化水素系界面活性剤からなる市販起泡剤（比較例）
Ｃ：起泡剤Ａ［９７重量％］＋フッ素系界面活性剤［３重量％］（実施例）
Ｄ：起泡剤Ｂ［９７重量％］＋フッ素系界面活性剤［３重量％］（実施例）
フッ素系界面活性剤としては、「ロダイン K78'220B」（チバガイギー社製商品名、ノニオン系）を使用した。
【００２３】
上記４種類の起泡剤を５容量％となるようにそれぞれ水で希釈し、この希釈液から発泡ノズルを用いて容積重量５０ｇ／Ｌ（リットル）の気泡を調製した。この気泡を別途調製したセメントミルクに加えて４０Ｌ容の横型ミキサーを用いて２５ｒｐｍで１分間混練りし４種類の気泡セメントミルクを得た。セメントミルクの配合および気泡の添加量を表１に示す。
【００２４】
【００２５】
［流動性試験］
上記で得られた４種類の気泡セメントミルクについて、日本道路公団規格 JHS A 313-1922「エアモルタル及びエアミルクの試験方法」、1.コンシステンシー試験方法、1.2 シリンダー法に基づき流動性試験を行った。試験方法は下記の通りである。
【００２６】
内径８０mm、高さ８０mmの硬質プラスチック製シリンダーを、一辺の長さが４００mm以上の変形のない水平な硬化プラスチック製板の上に静置し、気泡セメントミルクをシリンダーからあふれさせないように、シリンダーの上端まで静かに入れる。気泡セメントミルクの表面が水平かつシリンダーの上端に一致するように、シリンダーの側面を指で軽くたたいた後、シリンダーを静かに鉛直方向に引き上げて気泡セメントミルクを板上に広げさせる。広がって１分後に、最大と認められる方向の径と、これに直角方向の径を測定する。測定値の差が２０mm以上ある場合には、再度新しい材料で試験を行う。このときの２つの測定値の平均を求めてフロー値（mm）として表示する。結果を表２に示す。
【００２７】
フロー値は大きいほど流動性がある。表２から、本発明の起泡剤ＣおよびＤを用いた気泡セメントミルクはいずれも比較例の起泡剤ＡおよびＢを用いた気泡セメントミルクより流動性に優れていることがわかる。
【００２８】
【００２９】
［気泡安定性試験］
上記で得られた４種類の気泡セメントミルクを内径３０cm、高さ１m の型枠内に注入して型枠上端をすり切り、１日後の気泡セメントミルクの沈下の状態を観察した。結果を表３に示す。
【００３０】
表３からわかるように、比較例の起泡剤ＡおよびＢを用いた気泡セメントミルクはいずれも沈下を生じた。一方、本発明の起泡剤ＣおよびＤを用いた気泡セメントミルクはいずれも沈下を生じることがなかった。このことから、気泡とセメントミルクとの混合に際して、２５ｒｐｍで１分間といった緩やかで比較的短時間の混合によっても、気泡が安定で良好に分散していることがわかる。
【００３１】
【００３２】
【発明の効果】
上述したところからわかるように本発明によれば、気泡混合スラリーに優れた流動性を付与するとともに、気泡とスラリーとの比較的短い混合時間でも気泡をスラリー中に良好かつ安定に分散でき、硬化後に体積減少の生じることのない軽量気泡コンクリート用起泡剤を提供することができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメントミルク、モルタルスラリー、コンクリートスラリー等（以下これらを総称して「スラリー」と略記する）に安定した気泡の混入を可能とする軽量気泡コンクリート用起泡剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
起泡剤を使用して製造される気泡コンクリートは、軽量性、断熱性および不燃耐火性等の性質を兼備した優れた建築材料として、近年その需要が高まっている。
【０００３】
従来の起泡剤は、炭化水素系界面活性剤または蛋白系界面活性剤を主成分として含有するものが広く慣用されており、かような起泡剤を用いた気泡コンクリートの製造方式には大別して、ミキシング方式とプレフォーム方式とがある。ミキシング方式は、グラウトミキサー中に水と起泡剤とを投入して泡立てを行った後、骨材（セメントミルクの場合は不要）およびセメントを順次投入して混練りを行う方式であり、プレフォーム方式は、予めミキサーでスラリーを練り、これとは別に発泡装置で水と起泡剤を用いてムース状の緻密な泡（以下これを単に「気泡」という）をつくり、この気泡をホース等を用いてミキサー内のスラリー中に注入して混練りを行う方式である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、人件費の削減を目的とした工期の短縮化や、工事日程の都合等により、１日に少しでも多く、高く打設する要求が増加している。
【０００５】
しかしながら従来の起泡剤においては、１日に多く、高く打設するとセメントの自重、高アルカリ等の悪条件によりスラリー中で気泡が破泡し、硬化後の体積が減少する場合がある。
【０００６】
さらに、気泡とスラリーとの混合時間を短くする場合も多くなるが、混合時間の短縮によって、スラリー内部に気泡が完全に分散しきれず、気泡コンクリートが不安定となり、同様に打設後の体積減少が認められる傾向がある。
【０００７】
また、工事現場で型枠の奥行が深い等のため気泡コンクリート注入ホースを型枠の奥まで挿入することができず、型枠の比較的浅い位置にホースを挿入して気泡混合スラリーの流動性により型枠の奥まで流し込む場合があるが、スラリーに十分な流動性がない場合には型枠の奥まで流れ込みにくくなる。流動性を持たせるために気泡混合スラリーに水を添加すると材料分離が加速され気泡がスラリーから分離してしまい、打設後に体積が減少する傾向にある。
【０００８】
そこで本発明は、水／セメント比を極端に増加させることなく気泡混合スラリーの流動性を維持することができ、気泡とスラリーとの比較的短い混合時間でも気泡をスラリー中に良好かつ安定に分散でき、硬化後に体積減少の生じることのない軽量気泡コンクリートを製造することができる改良された起泡剤を提供することを目的としてなされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明による軽量気泡コンクリート用起泡剤は、炭化水素系界面活性剤または蛋白系界面活性剤を主成分とする起泡剤にフッ素系界面活性剤を添加したことを特徴とするものである。
【００１０】
フッ素系界面活性剤の添加量は、一般的には起泡剤全量に対して０．１〜１０重量％の範囲とすることが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の起泡剤は、従来から慣用されている気泡コンクリート用起泡剤と全く同様にしてセメントミルク、モルタルスラリー、コンクリートスラリー等に添加して使用することができる。
【００１２】
すなわちこれらスラリーに用いるセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント等の他、フライアッシュセメント、高炉セメントといった混合セメント等を使用することができる。
【００１３】
また骨材としては、砂、軽量骨材、ケイ砂等が広く使用できるが、材料分離を起こしにくくするためには、骨材を除いた気泡コンクリートの比重と同程度の比重を有する骨材を使用することが望ましい。
【００１４】
本発明に使用するフッ素系界面活性剤は、分子中にフッ素元素を含有する化合物であれば特に制限なく用いることができ、極性についてもアニオン、カチオン、ノニオン、両性のいかなる種類でも使用することができる。
【００１５】
フッ素系界面活性剤の添加量は、一般的には起泡剤全量に対して０．１〜１０重量％、好ましくは０．５〜５重量％、さらに好ましくは１〜４重量％の範囲とする。フッ素系界面活性剤の添加量が０．１重量％より少ないと添加効果が十分でなく、１０重量％を超えて添加しても効果の向上が頭打ちとなり経済的に不利となる。
【００１６】
本発明の起泡剤を用いて気泡コンクリートを製造するに際しては、従来のミキシング方式またはプレフォーム方式のどちらの方法でも採用することができる。
【００１７】
プレフォーム方式で気泡とスラリーとを混合するためのミキサーは、従来と同様の２５０ｒｐｍ程度以上のグラウトミキサーなどが使用できるが、二次発泡して空気量が増加する場合があるため、ラインミキサーが好ましく使用できる。
【００１８】
気泡混合スラリーの圧送はチューブポンプ、スネークポンプ、油圧式ピストンポンプ等が好ましく使用できる。脈動が多いポンプは気泡分離を起こすため好ましくない。
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スラリー中の気泡の保持時間を向上させるために、必要に応じて気泡安定剤を添加してもよい。気泡安定剤としてはカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、アルギン酸塩、ガム類を使用することができ、その添加量は作業方法、発泡性などを考慮して決定すればよい。上記した気泡安定剤の他に、鉄、マグネシウム、アルミニウム等の金属塩、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール等の高級アルコールなども気泡の保持時間向上に有効である。
【００２０】
寒冷地での使用において起泡剤の凍結を防止するため、エチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール、グリセリン等のグリコール類を必要に応じて添加してもよく、添加量は作業環境などを考慮して決定することができる。食塩の添加によっても凍結点を低下させることができるが、鉄筋の腐食を生じさせるためその添加量には注意を要する。
【００２１】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２２】
実施例に使用した起泡剤は次の４種類である。
Ａ：加水分解蛋白系界面活性剤からなる市販起泡剤（比較例）
Ｂ：炭化水素系界面活性剤からなる市販起泡剤（比較例）
Ｃ：起泡剤Ａ［９７重量％］＋フッ素系界面活性剤［３重量％］（実施例）
Ｄ：起泡剤Ｂ［９７重量％］＋フッ素系界面活性剤［３重量％］（実施例）
フッ素系界面活性剤としては、「ロダイン K78'220B」（チバガイギー社製商品名、ノニオン系）を使用した。
【００２３】
上記４種類の起泡剤を５容量％となるようにそれぞれ水で希釈し、この希釈液から発泡ノズルを用いて容積重量５０ｇ／Ｌ（リットル）の気泡を調製した。この気泡を別途調製したセメントミルクに加えて４０Ｌ容の横型ミキサーを用いて２５ｒｐｍで１分間混練りし４種類の気泡セメントミルクを得た。セメントミルクの配合および気泡の添加量を表１に示す。
【００２４】
［流動性試験］
上記で得られた４種類の気泡セメントミルクについて、日本道路公団規格 JHS A 313-1922「エアモルタル及びエアミルクの試験方法」、1.コンシステンシー試験方法、1.2 シリンダー法に基づき流動性試験を行った。試験方法は下記の通りである。
【００２６】
内径８０mm、高さ８０mmの硬質プラスチック製シリンダーを、一辺の長さが４００mm以上の変形のない水平な硬化プラスチック製板の上に静置し、気泡セメントミルクをシリンダーからあふれさせないように、シリンダーの上端まで静かに入れる。気泡セメントミルクの表面が水平かつシリンダーの上端に一致するように、シリンダーの側面を指で軽くたたいた後、シリンダーを静かに鉛直方向に引き上げて気泡セメントミルクを板上に広げさせる。広がって１分後に、最大と認められる方向の径と、これに直角方向の径を測定する。測定値の差が２０mm以上ある場合には、再度新しい材料で試験を行う。このときの２つの測定値の平均を求めてフロー値（mm）として表示する。結果を表２に示す。
【００２７】
フロー値は大きいほど流動性がある。表２から、本発明の起泡剤ＣおよびＤを用いた気泡セメントミルクはいずれも比較例の起泡剤ＡおよびＢを用いた気泡セメントミルクより流動性に優れていることがわかる。
【００２８】
［気泡安定性試験］
上記で得られた４種類の気泡セメントミルクを内径３０cm、高さ１m の型枠内に注入して型枠上端をすり切り、１日後の気泡セメントミルクの沈下の状態を観察した。結果を表３に示す。
【００３０】
表３からわかるように、比較例の起泡剤ＡおよびＢを用いた気泡セメントミルクはいずれも沈下を生じた。一方、本発明の起泡剤ＣおよびＤを用いた気泡セメントミルクはいずれも沈下を生じることがなかった。このことから、気泡とセメントミルクとの混合に際して、２５ｒｐｍで１分間といった緩やかで比較的短時間の混合によっても、気泡が安定で良好に分散していることがわかる。
【００３１】
【発明の効果】
上述したところからわかるように本発明によれば、気泡混合スラリーに優れた流動性を付与するとともに、気泡とスラリーとの比較的短い混合時間でも気泡をスラリー中に良好かつ安定に分散でき、硬化後に体積減少の生じることのない軽量気泡コンクリート用起泡剤を提供することができる。
Claims (2)
- 炭化水素系界面活性剤または蛋白系界面活性剤を主成分とする起泡剤にフッ素系界面活性剤を添加したことを特徴とする軽量気泡コンクリート用起泡剤。
- 前記フッ素系界面活性剤の添加量を、起泡剤全量に対して０．１〜１０重量％の範囲とすることを特徴とする請求項１記載の軽量気泡コンクリート用起泡剤。
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