JP6294331B2 - 自己緊結性コンクリート用ヒドロキシエチルメチルセルロース含有モルタル - Google Patents

Description

発明の技術分野
本発明は自己緊結性コンクリート配合物の使用に適したモルタルに関し、具体的には、ヒドロキシエチルメチルセルロースを含むこのようなモルタルに関する。

緒言
自己緊結性コンクリート（ＳＣＣ）として知られている、また自己圧密性コンクリート（ｓｅｌｆ−ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ）としても知られている特殊コンクリートは、比較的新しい特殊材料である。ＳＣＣの開発は、現在ＳＣＣとして知られているコンクリート配合物を発見した日本の研究者によるものとされている。ＳＣＣ組成物は他のコンクリート配合物とは異なる。ＳＣＣは型内にコンクリートを分布させるために振動を必要とせずに、その自重だけで型内の障害の周囲を流動し、型の隅部へと流動することができる。ＳＣＣは空気を捕捉せずに流動する傾向があり、それによって材料を分布させて空気を除去するために打設時に構造物を振動させるという複雑化を招くことなく複雑な形状の耐久性のあるコンクリート構造物の打設が可能となる。

ＳＣＣの所望の性能を達成するには、配合物は降伏応力が低く、かつ塑性粘度が高くなければならない。降伏応力はＳＣＣを流動させるのに必要とされるエネルギー量の指標である。ＳＣＣとして資格を有するには、コンクリートはその自重で流動しなければならない。コンクリートがその自重で流動するには、その降伏応力が低くなければならない。塑性粘度は、内部摩擦の結果として流動しなければならない材料の抵抗の指標である。ＳＣＣは、骨材がコンクリート配合物内で分離するのを可能にするのでなく浮遊骨材の均質混合物を保持するために高い塑性粘度を有さなければならない。ＳＣＣは分離、過剰なブリーディングおよび過剰な空気同伴を避けながら高い塑性粘度を有しなければならない。これらの望ましい特性を達成するためには、ＳＣＣは独特な組成を有し、かつ組成の変化に敏感である。

ＳＣＣの降伏応力、塑性粘度、および他のレオロジー特性は、ＳＣＣのモルタル（すなわち、ＳＣＣモルタルの特性）によって決定付けられる。望ましいレオロジー特性を有するモルタル組成物をまず開発することによってコンクリート配合物を開発するのが一般的である。次いでモルタルに適切な骨材を配合してＳＣＣを形成することができる。ＳＣＣモルタルとして好適であるかどうかを判断するためにモルタルを特徴付けるための有用な方法として、スランプ試験、Ｖ型漏斗流下時間、およびブリーディング値が挙げられる。ＳＣＣ配合物として使用するのに好適であるためには、モルタルが２９０ミリメートルを超えるスランプ値、５秒未満のＶ型漏斗流下時間、および３パーセント未満のブリーディング値を同時に有することが特に望ましい。

ＳＣＣおよびＳＣＣモルタルにおいて頻繁に使用される成分の１つが粘度変性剤（ＶＭＡ）である。ＶＭＡは、典型的にはモルタルおよびコンクリートの粘度を高める働きをする。ＶＭＡは分離およびブリーディングを防止し、かつ水変化および素材の変化に強いコンクリート配合物を提供するのに助けとなる。しかしながら、望ましくは粘度を高めながら、ＶＭＡは不所望にもＳＣＣの降伏応力を高めてしまう、それによってその自己緊結性の性質を抑制するかもしくは気泡を捕捉する可能性を増大させるため、好適なＶＭＡの選択は挑戦的である。したがって、ＳＣＣおよびＳＣＣモルタル用の適切なＶＭＡの選択は、基本的には、かなり少数の材料に制限される。ＳＣＣに使用される一般的なＶＭＡの実施例としては、澱粉（降伏応力に悪影響を及ぼす傾向にある）、粘土（降伏応力に悪影響を及ぼす傾向にある）、ウェランガムおよびデュータンガム（高価であり、かつ塑性粘度に悪影響を及ぼす傾向にある）、ヒドロキシエチルセルロース（流動特性に悪影響を及ぼす傾向にある）およびポリアクリレートに基づいた合成ポリマー（高価であり、かつ降伏応力に悪影響を及ぼす傾向にある）が挙げられる。

現行のＶＭＡよりも利点をもたらすＳＣＣおよびＳＣＣモルタルに使用するのに適した代替のＶＭＡを特定することが望ましい。例えば、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）が一般的なＶＭＡの多数よりも安価なＶＭＡである。しかしながら、ＨＥＭＣポリマーは粘度が高すぎる傾向にあり、結果的に高品質のＳＣＣにとっては低すぎるスランプ値を招くため、ＳＣＣ配合物に使用されていない。ＨＥＭＣはまたモルタルおよびコンクリートにおいて空気連行を誘起する傾向にあり、それによって結果的により低い密度およびより低い品質モルタルおよびコンクリートを生じさせる。２９０ミリメートルを超えるスランプ値、５秒未満のＶ型漏斗流下時間および３パーセント未満のブリーディング値を同時に有するＳＣＣモルタルを配合するのに好適である代替ＶＭＡを特定することが望ましい。ＶＭＡが結果的に典型的なＨＥＭＣで経験される不所望に高い空気同伴を招くことがなければさらに望ましであろう。

本発明はＳＣＣモルタル、または代替ＶＭＡを含むＳＣＣとしても好適なモルタルを提供する。特に、本発明は、驚くべきことにＳＣＣモルタルの要求を満たす諸特性の好適な組み合わせを提供する特殊ＨＥＭＣを含むＳＣＣモルタルを提供する。大抵のＨＥＭＣとは対照的に、本発明に使用されるＨＥＭＣは過度に高い粘度（２重量％水溶液について３０，０００ミリパスカル＊秒を超える）を有さず、かつ望ましいスランプ（２９０ミリメートルを超える）、５秒以下のＶ型漏斗流下時間、および３パーセント未満のブリーディング値を有するＳＣＣモルタルを生成することができる。ＨＥＭＣはさらに驚くべきことに他のＨＥＭＣ選択肢に比べて空気同伴を余り引き起こさない。

驚くべきことに本発明に至る研究は、３０，０００ミリパスカル＊秒未満である２重量パーセント水溶液中の粘度を有し、かつ１．９０以上かつ２．３０以下であるヒドロキシエチル分子置換（ＭＳ）およびメチル置換度（ＤＳ）の総和を特徴とするＨＥＭＣは、他のＨＥＭＣがこのような使用において好適ではない場合でもＳＣＣモルタルとして許容できるモルタル（すなわち、上記の望ましいスランプ値、Ｖ型漏斗流下時間、およびブリーディング値を有するモルタル）を調製するに際して好適な粘度変性剤として機能することができることを明らかにしている。さらに驚くべきくことに、１．６５超かつ２．２以下のＤＳ値と組み合わせて０．０１超かつ０．５以下のＭＳ値をさらに特徴とするこの特別なＨＥＭＣは、他のＨＥＭＣより少ない空気同伴を達成しながら望ましいスランプ値、Ｖ型漏斗流下時間、およびブリーディング値を達成するのに特に有利である。

第１の態様において、本発明はセメント、１種または２種以上の鉱物添加剤、高流動化剤、骨材、ヒドロキシエチルメチルセルロース、および水を含むモルタルに関し、このヒドロキシエチルメチルセルロースは、そのヒドロキシエチル分子置換およびメチル置換度の総和が１．９０以上かつ２．３０以下であること、および２重量パーセント水溶液中のその粘度が３０，０００ミリパスカル＊秒未満であることを特徴とする。

本発明は自己緊結性コンクリートが現在使用されているところのどこでも自己緊結性コンクリートとして使用するのに特に有用である。

試験方法とは、試験方法番号が異なる日付を含まない限り本文書の優先日現在で直近の試験方法を指す。試験方法への言及は、試験協会および試験方法番号への言及の両方を包含する。次の試験方法略号が本明細書において適用される。ＡＳＴＭとは ＡＳＴＭ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（既往の米国材料試験協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）として知られている）を指し、ＥＮとは欧州規格（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｎｏｒｍ）を指し、ＮＦとはフランス規格協会（ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｆｒａｎｃａｉｓｅ ｄｅ ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）を指し、ＤＩＮとはドイツ工業規格（Ｄｅｕｔｓｃｈｅｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｕｒ Ｎｏｒｍｕｎｇ）を指し、ＩＳＯとは国際標準化機構（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）を指す。

「複数」とは２つまたはそれ以上を意味する。「および／または」とは「および、代替としてまたは」を意味する。すべての範囲は特段の指示がない限り両方の終点を含む。「比較例（Ｃｏｍｐ Ｅｘ）」、および「比較例（Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ Ｅｘａｍｐｌｅ）」は「実施例（Ｅｘａｍｐｌｅ）」ならびに「実施例（Ｅｘ）」と交換可能である。

「モルタル」とは本明細書においてセメント、水、および任意選択的に付加的な添加剤を含む配合物を指す。モルタルは典型的には鉱物添加剤、骨材、および粘度調整剤をさらに含む。

「コンクリート」とは本明細書において粗骨材を含むモルタルを指す。

本発明のモルタルはセメント、水、微粉、高流動化剤、骨材、およびヒドロキシエチルメチルセルロースを含み、かつ自己緊結性コンクリート配合物に使用するのに特に望ましい。

このセメントは、自己緊結性コンクリート（ＳＣＣ）配合物に使用するのに適したいかなるセメントになり得る。例えば、このセメントはケイ酸カルシウム水硬性セメント、石灰を含有するセメント、アルカリセメント、プラスター、および石膏から選択された２種以上のセメントの１種または任意の組み合わせとなり得る。特に望ましいものはポルトランドセメント、特に種別ＣＥＭ Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、およびＶ、ならびに／またはアルミナセメント（アルミネートセメント）である。

鉱物添加剤は、スラグ（ＮＦ ＥＮ１９７−１規格、５．２．２項に規定される）、ポゾラン質材料（ＮＦ ＥＮ１９７−１規格、５．２．３項に規定される）、フライアッシュ（ＮＦ Ｅｎ１９７−１規格、５．２．４項に規定される）、フライアッシュ（ＮＦ ＥＮ１９７−１規格 ５．２．４項に規定される）、シェール（ＮＦ ＥＮ１９７−１規格 ５．２．５項に規定される）、石灰石（ＮＦ ＥＮ１９７−１規格、５．２．６項に規定される）、および／またはシリカフューム（ＮＦ ＥＮ１９７−１規格 ５．２．７項に規定される）から選択される。

高流動化剤は、モルタルの流動性を向上させるＳＣＣモルタルの特徴のある成分であり、これはＳＣＣモルタル（またはＳＣＣ自身）が障害の周囲に容易にぴったり合うことを可能にし、かつ空間中の空隙を満たすことを可能にする。高流動化剤はまた、モルタルの水セメント比を低減することができるため減水剤として知られている。本発明のモルタルに使用するための好適な高流動化剤は、ＳＣＣ配合物に使用するのに適した高流動化剤のいずれをも含む。本発明のモルタルに使用するのに好適な高流動化剤の実施例としては、スルホン化メラミンホルムアルデヒド縮合物、スルホン化ナフタレンホルムアルデヒド縮合物、リグニンスルホン酸、およびポリカルボキシレートが挙げられる。高流動化剤は、典型的にはセメント合計重量に基づいて０．１重量％以上かつ２．０重量％以下の濃度で存在する。

骨材は、典型的には細骨材と粗骨材に分類される。本発明のモルタルは細骨材のみ、粗骨材のみもしくは、好ましくは、細骨材と粗骨材の組み合わせを含有する。骨材はＡＳＴＭ Ｃ３３の分類に従って細または粗に等級分けされる。一般に、細骨材は９．５ミリメートル（ｍｍ）のふるいを完全に通過し、最大１０質量パーセントが１５０マイクロメートルのふるい（Ｎｏ．１００ふるい）を通過することになる。粗骨材はＡＳＴＭ Ｃ３３に従って多数の異なる等級に分類され、かつ細骨材よりも大きな全体粒度分布によるものである。骨材は一般に岩石および／または鉱物のような自然に発生する無機質材料であり、岩石は一般に数種の鉱物から成る。細骨材は一般に砂の形態をしている。粗骨材は砂利、砕石、および類似の材料から選択されることが多い。

本発明のモルタルは特定の種別のヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）をさらに含む。驚くべきことには、本発明はモルタルに使用するのに適した特定の種別のＨＥＭＣ、特にＳＣＣモルタルを見出した結果である。本発明のＨＥＭＣ化合物はモルタルにおける理想的な降伏点および塑性粘度レベルの両方を独自に提供する。ＨＥＭＣ化合物の特定のものが他のＨＥＭＣ化合物よりも少ない空気を同伴し、それによって他のＨＥＭＣ化合物に比べてモルタルにおいてより少ない空気同伴を引き起こすことがさらに見出された。一般的に、ＨＥＭＣは降伏点を不所望に高いレベルまで増大させずにモルタルの塑性粘度を高める働きをする。本発明のＨＥＭＣ化合物は、降伏点を不所望に高いレベルまで増大させずにモルタルの塑性粘度を高めることが意外にも判明した置換の特定のレベルおよび種別を有する。さらに、本発明のＨＥＭＣは、望ましいスランプ（２９０ミリメートル超）、望ましいＶ型漏斗流下（本明細書に記載された試験において５秒未満）、および望ましいブリーディング値（３パーセント未満）を有するモルタルを含む。本発明の好ましい実施形態は他のＨＥＭＣを用いて製造されたモルタルよりも少ない同伴空気をさらに有する。

本発明のＨＥＭＣは、そのＭＳ値およびＤＳ値を特徴とすることができる。このＭＳ値はＨＥＭＣにおけるセルロース骨格のアンヒドログルコース単位当たりのヒドロキシエチル基の分子置換レベルの指標である（すなわち、ヒドロキシエチル分子置換度）。ＤＳ値はセルロース骨格のアンヒドログルコース単位当たりのメチル基との置換度の指標である（すなわち、メチル置換度）。ヨウ化水素および赤燐で処理することによって有機化合物におけるアルコキシ結合を決定するためのツァイゼル（Ｚｅｉｓｅｌ）方法によってＨＥＭＣについてのＭＳ値およびＤＳ値を決定する。得られたアルキロイドおよびアルキンのガスクロマトグラフによる検査は、ＭＳ値およびＤＳ値の決定を可能にする。

本発明のＨＥＭＣは、ＭＳ値とＤＳ値の総和が１．９０以上、好ましくは１．９５以上であると同時に２．３０以下、２．２０以下、２．１５以下、２．１３以下、さらに２．１０以下にもなり得ることを特徴とする。

ＨＥＭＣが、０．０１超、好ましくは０．０５以上、さらにより好ましくは０．１以上、さらに一層好ましく０．１８以上であると同時に０．５以下、好ましくは０．４以下、さらにより好ましくは０．３５以下、さらに一層好ましくは０．３３以下であるＭＳを有することがさらに望ましい。同時に、本発明のＨＥＭＣは、１．６５超、好ましくは１．７０以上、より好ましくは１．７２以上、さらにより好ましくは１．８以上であると同時に２．２未満、好ましくは２．０以下、およびより好ましくは１．９以下であるＤＳを有することが望ましい。ＭＳ値が０．０１未満であるならば、ポリマーは本質的に、レオロジー制御が３０℃を超える温度で不所望に失われるほど十分低い熱ゲル化温度を有する、メチルセルロースになるだろう。ＭＳ値が０．５超であるならば、ＨＥＭＣは過剰な空気同伴および滞留特性を有するモルタルをもたらす傾向にあり、これは不所望に低密度モルタルおよびより低い品質のコンクリートをもたらす。ＤＳ値が１．６５未満であるならば、ＨＥＭＣはセメント凝結遅延に受け入れがたい影響を及ぼすであろう。ＤＳ値が２．２超であるならば、ＨＥＭＣはモルタルに使用するには十分に水溶性ではない。ＨＥＭＣがこれらの好ましい範囲にあるＭＳ値およびＤＳ値を有するとき、ＨＥＭＣは、ＭＳ値およびＤＳ値がこれらの好ましい範囲から外れるときに比べてモルタル中に空気を同伴する可能性がより少ないことが見出されている。

本発明のＨＥＭＣは、３０，０００ミリパスカル＊秒（ｍＰａ＊ｓ）未満である２重量パーセント（重量％）水溶液中の粘度を有する。同時に、ＨＥＭＣは１５００ｍＰａ＊ｓ以上、好ましくは３０００ｍＰａ＊ｓ以上、より好ましくは５０００ｍＰａ＊ｓ以上の粘度を有することが望ましい。ロトビスコ・レオメーター（Ｒｏｔｏｖｉｓｃｏ ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ）で２．５５秒^−１の一定剪断速度における２０℃でのＨＥＭＣの２重量％水溶液の粘度を求める。溶液の合計重量に対するＨＥＭＣの重量による重量％水溶液を求める。ＨＥＭＣが３０，０００ｍＰａ＊ｓ超である２重量％水溶液中の粘度を有するならば、得られるモルタルは不所望に低いスランプおよび／または不所望に長いＶ型漏斗時間を有する傾向にあり、これはモルタルの流動特性が望ましくないものになったことを意味する。ＨＥＭＣの粘度が１５００ｍＰａ＊ｓ未満であるならば、ＨＥＭＣはモルタルの粘度を調整するに際して効率が悪い傾向にあり、粘性を調整するために多量のＨＥＭＣを添加することが必要とされる。

本発明のモルタル中のＨＥＭＣの濃度は、合計セメント重量に基づいて望ましくは０．０１重量％以上、好ましくは０．０５重量％以上、また同時に望ましくは１．０重量％以下、好ましくは０．５重量％以下である。ＨＥＭＣの濃度が０．０１重量％未満であるならば、モルタルまたはコンクリートは不十分な安定性に起因してブリードおよび分離することになる。ＨＥＭＣの濃度が１．０重量％を超えるならば、モルタル配合物は高価になり、かつＨＥＭＣ粘度に応じて、モルタル粘度は高すぎるようになり得る。

水はまた本発明のモルタル中に存在する。高品質のモルタルを形成するには、水対セメント（水／セメント）容積比は可能な限り小さくすべきである。モルタルは０．５未満の水／セメント比を有することが望ましい。より高い水／セメント比は結果的に不所望に低いコンクリート強度をもたらす。水／セメント比は、モルタル中のセメントを完全に加水分解するように十分に高くすべきである。典型的には、水／セメント比は０．４以上である。水／セメント比が０．４未満であるならば、セメントを完全に加水分解するのは難しく、また不十分に加水分解されたセメントは結果的に不所望に低いモルタルまたはコンクリート強度をもたらすことになる。

モルタルは、必要に応じて１種または２種以上の付加的な添加剤の任意の組み合わせを任意選択的に含むことができる。例えば、１種または２種以上の次の添加剤の任意の組み合わせが、モルタル中に存在することができる：促進剤、遅延剤、分散剤、合成増粘剤、顔料、還元剤、および消泡剤。一般的に、モルタルは１種または２種以上の付加的な添加剤の組み合わせの最大５重量％を含む。

モルタルは粗骨材の不在を特徴とするとき次の特性を有する：２９０ミリメートルを超えるスランプ値、５秒未満であるＶ型漏斗流下時間、および３パーセント未満であるブリーディング値。

スランプはその自重の下で流動することができる多くのモルタルの指標であり、また、それによって、モルタルの降伏応力の指標を提供する。設定容積のモルタルを濡れたガラス上に堆積させることによってスランプ（スランプフローとも呼ばれている）を測定し、モルタルが広がる範囲を測定する。底部開口が濡れたガラスプレート上に（試験前に１０秒濡れた）ある状態で１００ｍｍの底部開口直径、７０ｍｍの上部開口直径、および６０ｍｍの高さを有するコーン漏斗（スランプコーン）をセットする。コーンをモルタルで充填させ、次いで、コーンをプレートから垂直に迅速に引っ張りモルタルをプレート上に全部放出する。いったんモルタルが広がらなくなると、モルタルケーキ周囲の等間隔４箇所において得られたモルタルケーキの直径を測定する。４つの直径の平均がモルタルのスランプ値である。２９０ｍｍを超えるスランプ値が望ましく、かつＳＣＣモルタルとして機能するのに十分に低い降伏応力を有するモルタルに対応する。

Ｖ型漏斗流下時間は、モルタルの流動性および粘性の指標を提供する。このＶ型漏斗流下試験では、長さが２７５ｍｍと幅が３０ｍｍである矩形上部開口を有するＶ字状角型漏斗を使用する。この漏斗開口は２７５ｍｍの寸法が２４５ｍｍの高さにわたって３０ｍｍまで一様に減少して、７５ｍｍの付加的な高さに対応して延在する３０ｍｍ×３０ｍｍの正方形漏斗流れ口を形成し、流れ口では漏斗は漏斗の３０ｍｍ×３０ｍｍ底部を封止するために可逆的に閉鎖できるフラップを有する。Ｖ型漏斗の内面を濡らし、かつフラップを閉じた状態で、漏斗をモルタルで充填する。いったんＶ型漏斗が満杯になったらフラップを開けて、漏斗の底部からモルタルが流出するのにどれだけの時間がかかるかを記録する。その時間がＶ型漏斗流下時間である。本発明のモルタルは望ましくはＶ型漏斗流下時間が５秒未満である。Ｖ型漏斗流下時間が５秒を超えるならば、モルタルはＳＣＣとしては不十分な流動特性を有する傾向にある。

ブリーディング値はモルタルが経験するブリーディングの程度の指標である。ブリーディングは打設された生コンクリートの上部または表面における水の層の発現である。ブリーディングはモルタル中の固形粒子の沈降によって引き起こされ水の上向きの変位を伴う。一部のブリーディングは許容できるが、過剰なブリーディングは上部表面付近で水セメント比を増大させ、かつそれは結果的にコンクリートの弱い上部表面をもたらし得る。５００ミリリットル（ｍＬ）カップを計量し、カップに約３７５ｍＬのモルタルを添加し、再び計量してカップ内のモルタルの重量を求め、水の蒸発を防止するためにカップとモルタルを覆い、そして３０分間放置することによってモルタルのブリーディング値を求める。放置後、モルタルの上部からすべての表面水を除去し、カップとモルタルを再び計量してどれだけの水が除去されたかを求める。ブリーディングが止まるまで毎時間水の除去とカップの計量繰り返す。次の式を用いてパーセントとしてブリーディング値を計算する。
［式１］
ブリーディング（％）＝１００×［除去された水の合計質量（ｇ）］／［（Ｗ）×（モルタル質量）］
（式中、モルタル質量は初めにカップ内に投入されたモルタルの質量（グラム単位）であり、Ｗはモルタル中の水の質量（グラム単位）をモルタルの質量（グラム単位）で割ることによって求められる初期のモルタル中の水の質量比である。本発明のモルタルはブリーディング値が３パーセント未満であることが望ましい。

モルタルは混合、輸送および分配時に可能な限り少ない空気を同伴することが望ましい。空気がモルタル中に同伴されるようになると、モルタルまたはコンクリートの形態を問わず、得られた空隙は得られた材料の中に望ましくない不均質性を形成し、視覚的に魅力のないものになり、かつ材料を構造的に弱める可能性がある。モルタル中のＶＭＡとして典型的なＨＥＭＣを使用することの欠点の１つは、ＨＥＭＣがモルタル中で空気滞留を容易にする傾向にあることである。驚くべきことには、本発明のモルタル配合物は、本発明に指定されたものとは異なるＨＥＭＣを含有するモルタル配合物に比べてより少ない空気を滞留させる。特に、ＨＥＭＣが０．０１超、好ましくは０．０５以上、さらにより好ましくは０．１以上、さらに一層好ましくは０．１８以上また同時に０．５以下、好ましくは０．４以下、さらにより好ましくは０．３５以下、さらに一層好ましくは０．３３以下であるＭＳを有し、また同時に、１．６５超、好ましくは１．７０以上、より好ましくは１．７２以上、およびさらにより好ましくは１．８以上であると同時に２．２未満、好ましくは２．０以下、より好ましくは１．９以下であるＤＳを有するとき、モルタルはこの説明内容から外れたＨＥＭＣを含有するモルタルに比べてより少ない空気を同伴する傾向にあることが見出された。

モルタル中の空気連行の程度を比較する１つの方法は、モルタルの密度を比較することによる。類似のモルタルは類似の密度を持つべきである。類似のモルタルに比べてより低い密度を有するモルタルは、より高い密度のモルタルに比べてより多くの空気が同伴される。本明細書中の実施例および比較例は、本発明のモルタルが、本発明の範囲から外れるＨＥＭＣを有する同等のモルタルに比べてより低い密度を有する傾向にあることを示す。

まず乾燥成分のすべてを一緒に添加および混合し、次いで任意の水性成分、次いで任意の残りの水を添加し、その後に混合することによって本発明のモルタルを調製する。混合しながらモルタル中への空気連行を最小に抑えるまたは回避するように混合時に注意を払うことが望ましい。

次の実施例は本発明の実施形態を例示するのに役に立つ。

モルタル配合
セメントと、フライアッシュと、安定剤とを組み合わせることによってドライミックス１をまず調製することによって表１の成分を用いて実施例および比較例のためのモルタルを調製する。次いで、骨材１〜３を組み合わせることによってドライミックス２を調製する。それから、ＴｏｎｉＭＩＸ ｍｉｘｅｒ（Ｔｏｎｉ Ｔｅｃｈｎｉｋから入手可能）用のミキシングボウル内で水と高流動化剤とを組み合わせる。混合レベル１で混合しながらドライミックス１およびドライミックス２をミキシングボウルへ添加する。得られた成分をレベル１で３０秒間、次いで、レベル２で３０秒間混合する。可溶性添加剤を溶解するために混合物を９０秒間放置し、次いで、レベル２で６０秒間再混合する。得られた混合物はモルタルとしての機能を果たす。

ＨＥＭＣ調製
例えば、欧州特許出願第ＥＰ１１８０５２６Ｂ１号および同第ＥＰ１５８９０３５Ａ１号に記載される標準２段階圧力反応を用いてＨＥＭＣを調製する。次の論述が本実施例のＨＥＭＣに関するより具体的なガイダンスを提供する。

実施例（Ｅｘ）１に関するＨＥＭＣ
約８００ミリリットル／グラム（ｍＬ／ｇ）の固有粘度を有する小さく砕いたセルロースパルプをジャケット付き、攪拌反応器内へ装入する。反応器を排気して、窒素でパージし、次いで、再び排気して酸素を除去する。温度を２５℃に調節する。第１段階において、セルロースの１モル当たり４．７モルのジメチルエーテル、および３．２モルの塩化メチルをセルロースパルプ上に吹き付ける。次にセルロースの１モル当たり１．１９モルの水酸化ナトリウム（５０重量％水溶液）を迅速に添加する。得られた混合物を２５℃において３０分間攪拌し、次いで、セルロースの１モル当たり０．５モルの酸化エチレンを反応器へ添加する。３０分にわたって温度を上昇させることによって反応器の内容物を８０℃まで連続して加熱する。混合物を８０℃において３０分間反応させる。

セルロースの１モル当たり１．３モルの塩化メチルの別の用量を添加することによって第２段階を開始する。次いで、塩化メチルの完全な添加の後に、セルロースの１モル当たり０．９モルの水酸化ナトリウム（５０重量％水溶液）の別の用量を迅速に添加する。８０℃の温度を８０分間維持して反応を完了させる。得られた湿潤ＨＥＭＣを当該技術で既知であるいずれかの方法によって乾燥および粉砕する。

実施例２に関するＨＥＭＣ
第２段階においてセルロースの１モル当たり１．０モルの水酸化ナトリウムを使用することを除いて、実施例１に関するＨＥＭＣと同様な方法で調製する。

実施例３に関するＨＥＭＣ
小さく粉砕された木材セルロースパルプ（固有粘度約８００ｍＬ／ｇ）をジャケット付き攪拌反応器内へ装入する。反応器を排気して、窒素でパージして、次いで、再び排気して酸素を除去する。温度を４５℃に調節する。第１段階において、セルロース１モル当たり５．８モルジメチルエーテルおよびセルロース１モル当たり２．７モルの塩化メチルをセルロースパルプ上に吹き付ける。次にセルロース１モル当たり２．３モルの水酸化ナトリウム（５０重量％水溶液）を１８分にわたって連続的に添加する。得られた混合物を４５℃において２分間攪拌し、次いで、セルロース１モル当たり０．４８モルの酸化エチレンを反応器へ添加する。反応器の内容物を４５分の期間にわたって７０℃まで連続的に加熱する。セルロース１モル当たり１．９モル塩化メチルを添加することによって第２反応段階を開始する。塩化メチルを添加した直後に、３１分にわたってセルロース１モル当たり１．２モルの水酸化ナトリウム（５０重量％水溶液）を均一に添加する。７０℃の温度を１０分間維持する。次に、反応器の内容物を１５分間８０℃まで加熱し、５５分間この温度において反応させて反応を完了させる。得られた湿潤ＨＥＭＣを、当該技術において既知であるいずれかの方法によって乾燥および粉砕する。

実施例４に関するＨＥＭＣ
約１３００ｍＬ／ｇの固有粘度を有する木材パルプを使用し、そして第１反応工程においてセルロースの１モル当たり０．４８の代わりに０．３２モルの酸化エチレンを使用することを除いて、実施例３に関するＨＥＭＣ同様の方法で調製する。

実施例５に関するＨＥＭＣ
約６００ｍＬ／ｇの固有粘度を有する木材パルプの使用を除いて実施例３に関するＨＥＭＣと同様な方法で調製する。

実施例６に関するＨＥＭＣ
約１３００ｍＬ／ｇの固有粘度を有するセルロースパルプを使用し、第１反応工程においてセルロースの１モル当たり０．８５モルの酸化エチレンを使用し、そして第２反応段階においてセルロースの１モル当たり１．６モルの水酸化ナトリウム（５０重量％水溶液）を使用することを除いて、実施例１に関するＨＥＭＣと同様な方法で調製する。

実施例７に関するＨＥＭＣ
約６００ｍＬ／ｇの固有粘度を有するセルロースパルプを使用し、第１の反応段階においてセルロース１モル当たり５．５モルのジメチルエーテルおよびセルロース１モル当たり２．３モルの塩化メチル、セルロース１モル当たり２．２モルの水酸化ナトリウム（５０重量％水溶液）、およびセルロースの１モル当たり０．２８モルの酸化エチレンを使用し、そして第２反応段階においてセルロース１モル当たり２．３モルの塩化メチルおよびセルロース１モル当たり１．９モルの水酸化ナトリウム（５０重量％水溶液）を使用することを除いて、実施例１に関するＨＥＭＣと同様の方法で調製する。

比較例Ａに関するＨＥＭＣ
約１３００ｍＬ／ｇの固有粘度を有するセルロースパルプを使用し、第１反応段階においてセルロース１モル当たり４．５モルのジメチルエーテルおよびセルロース１モル当たり１．８モルの水酸化ナトリウム（５０重量％水溶液）、およびセルロースの１モル当たり０．１４モルの酸化エチレンを使用し、そして第２反応段階においてセルロース１モル当たり０．８モルの塩化メチルおよびセルロース１モル当たり０モルの水酸化ナトリウム（５０重量％水溶液）を使用することを除いて、実施例１に関するＨＥＭＣと同様な方法で調製する。

比較例Ｂに関するＨＥＭＣ
約１３００ｍＬ／の固有粘度を有するセルロースパルプの使用し、第１反応段階においてセルロースの１モル当たり０．１４モルの酸化エチレンを使用し、そして第２反応段階においてセルロース１モル当たり０．２モルの水酸化ナトリウム（５０重量％水溶液）を使用することを除いて、実施例１に関するＨＥＭＣと同様の方法で調製する。

比較例Ｃに関するＨＥＭＣ
約１３００ｍＬ／ｇの固有粘度を有するセルロースパルプを使用し、第１反応段階においてセルロースの１モル当たり０．７５モルの酸化エチレンを使用し、そして第２反応段階においてセルロース１モル当たり０．３モルの水酸化ナトリウム（５０重量％水溶液）を使用することを除いて、実施例１に関するＨＥＭＣと同様の方法で調製する。

比較例Ｄに関するＨＥＭＣ
約１３００ｍＬ／ｇの固有粘度を有するセルロースパルプを使用することを除いて、実施例１に関するＨＥＭＣと同様の方法で調製する。

比較例Ｅに関するＨＥＭＣ
約１５００ｍＬ／ｇの固有粘度を有するセルロースパルプを使用し、第１反応段階においてセルロース１モル当たり５．６モルのジメチルエーテル、セルロース１モル当たり３．１モルの塩化メチル、セルロース１モル当たり２．４モルの水酸化ナトリウム（５０重量％水溶液）、セルロース１モル当たり０．３５モルの酸化エチレンを使用し、そして第２反応段階においてセルロースの１モル当たり１．５モルの塩化メチルおよびセルロース１モル当たり０．８モルの水酸化ナトリウム（５０重量％水溶液）を使用することを除いて、実施例３に関するＨＥＭＣと同様の方法で調製する。

比較例Ｆに関するＨＥＭＣ
約１５００ｍＬ／ｇの固有粘度を有するセルロースパルプを使用し、第１反応段階においてセルロース１モル当たり４．５モルのジメチルエーテル、セルロース１モル当たり０．１３モルの酸化エチレンを使用し、そして第２反応段階においてセルロース１モル当たり１．５モルの水酸化ナトリウム（５０重量％水溶液）を使用することを除いて、実施例１に関するＨＥＭＣと同様の方法で調製する。

比較例Ｇに関するＨＥＭＣ
約１８００ｍＬ／ｇの固有粘度を有するセルロースパルプを使用することを除いて、実施例１に関するＨＥＭＣと同様の方法で調製する。

比較例Ｈに関するＨＥＭＣ
約１５００ｍＬ／ｇの固有粘度を有するセルロースパルプを使用することを除いて、実施例３に関するＨＥＭＣと同様の方法で調製する。

比較例Ｉに関するＨＥＭＣ
約１５００ｍＬ／ｇの固有粘度を有するセルロースパルプを使用し、第１反応段階においてセルロース１モル当たり０．１３モルの酸化エチレンを使用し、そして第２段階においてセルロース１モル当たり０．７モルの水酸化ナトリウム（５０重量％水溶液）を使用することを除いて、実施例１に関するＨＥＭＣと同様の方法で調製する。

比較例Ｊに関するＨＥＭＣ
約１８００ｍＬ／ｇの固有粘度を有するセルロースパルプを使用することを除いて、実施例１に関するＨＥＭＣと同様の方法で調製する。

比較例Ｋに関するＨＥＭＣ
約１３００ｍＬ／ｇの固有粘度を有するセルロースパルプを使用し、第１反応段階においてセルロース１モル当たり３．５モルのジメチルエーテル、セルロース１モル当たり２．５モルの水酸化ナトリウム（５０重量％水溶液）、およびセルロース１モル当たり１．７モルの酸化エチレンを使用し、そして第２反応段階においてセルロース１モル当たり２．８モルの塩化メチルおよびセルロース１モル当たり３．０モルの水酸化ナトリウム（５０重量％水溶液）を使用することを除いて、実施例１に関するＨＥＭＣと同様の方法
で調製する。

比較例Ｌに関するＨＥＭＣ
約１３００ｍＬ／ｇの固有粘度を有するセルロースパルプを使用し、第１反応段階においてセルロース１モル当たり１．１モルの酸化エチレンを使用し、そして第２反応段階においてセルロース１モル当たり０．４モルの水酸化ナトリウム（５０重量％水溶液）を使用することを除いて、実施例１に関するＨＥＭＣと同様の方法で調製する。

実施例特徴づけ
表２は、ＭＳ、ＤＳ、および粘度の異なる値とともに本発明のモルタルの特徴づけを提供する。スランプ、Ｖ型漏斗時間、およびブリーディング値については本明細書において先に説明されたように求める。ＤＩＮ ＥＮ１２３５０−７の方法に従って調製した直後に生モルタルの密度を求める。

これらの実施例の各々について、スランプ、Ｖ型漏斗時間、ブリーディング値、および密度のそれぞれがＳＣＣモルタルについての所望の値内に収まる。上記の通り、ＳＣＣモルタルについての所望の値は２９０ｍｍ超のスランプ、５秒未満のＶ型漏斗時間、および３パーセント未満のブリーディング値である。この特定のモルタル組成物については、２０００キログラム／立方メートルを超える生密度を達成するように十分に低い空気同伴を有することがまた望ましい。１．６５〜２．２のＤＳおよび０．０１〜０．５のＭＳを有する実施例のそれぞれは所望のスランプ、Ｖ型漏斗時間、およびブリーディング値に加えて低レベルの空気同伴を達成する。

表３は、ＨＥＭＣが本発明に使用するのに適した範囲を下回っているＭＳ＋ＤＳの値を有するため、本発明の範囲から外れるモルタルに関する特性を提供する。表３中のデータは、得られたモルタルのスランプおよび時折Ｖ型漏斗時間がＳＣＣモルタルについての所望の範囲から外れることを明らかにしている（太字のイタリックで示す）。比較例Ａ〜Ｃが望ましい生密度を有しているにもかかわらず、望ましいスランプおよびＶ型漏斗時間を有しそこなう、したがって本発明の範囲から外れる。

表４は、ＨＥＭＣが３０，０００ｍＰａ＊ｓを超える２重量％水溶液中の粘度を有するため、本発明の範囲から外れるモルタルに関する特性を提供する。表３中のそのデータはＨＥＭＣがこのような高い粘度を有するとき（たとえＭＳ＋ＤＳ値が範囲内でも）得られたモルタルに関するスランプ値および典型的にはＶ型漏斗時間はＳＣＣモルタルに関する所望の範囲から外れることを明らかにする（太字のイタリックで示す）。

表５はＨＥＭＣに関する粘度値が請求項に記載された範囲から外れている（太字で示す）ため、本発明の範囲から外れている付加的なモルタルに関する特性を提供する。表５中のデータは、これらのモルタルがＳＣＣモルタルに関して所望の範囲から外れるモルタルＶ型漏斗時間および典型的にはスランプ値を有することを例示している（太字イタリックで示す）。

Claims (4)

1. セメント、１種または２種以上の鉱物添加剤、高流動化剤、骨材、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）、および水を含むモルタルであって、前記ヒドロキシエチルメチルセルロースが、そのヒドロキシエチル分子置換およびメチル置換度の総和が１．９５以上かつ２．３０以下であることおよび２重量パーセント水溶液中のその粘度（ロトビスコ・レオメーターで２．５５秒 ^−１ の一定剪断速度における２０℃における）が３０，０００ミリパスカル＊秒未満であることを特徴とし、ここで前記のヒドロキシエチル分子置換（ＭＳ）およびメチル置換度（ＤＳ）は、ヨウ化水素および赤燐で前記ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）を処理するツァイゼル方法によって決定される、モルタル。
2. 前記ヒドロキシエチルメチルセルロースが、０．０１超かつ０．５以下であるヒドロキシエチル分子置換、および１．６５超かつ２．２未満であるメチル置換度を有することをさらに特徴とする、請求項１に記載のモルタル。
3. 前記ヒドロキシエチルメチルセルロースが、セメントの合計重量に基づいて０．０１重量パーセント以上かつ１．０重量パーセント以下の濃度で存在することをさらに特徴とする、請求項１または請求項２に記載のモルタル。
4. コンクリートを形成するように粗骨材を含むことをさらに特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のモルタル。