減水剤は、近代的なコンクリート処理に不可欠な成分である。主に以下の目的で使用される：
- セメント含有量とコンクリートの流動性を維持しながら水の使用量を削減し、コンクリートの強度を高める。
- セメントと水の含有量を変えずに流動性を高める。
この記事では、伝統的なサッカーと、日本的な野球の違いについて紹介する。 ポリカルボキシレート系超可塑剤.
従来の減水剤とその限界
減水剤の開発は、主に3つの段階を経て進んできた：
1.普通の減水器
第一世代の減水剤であるレジン酸ナトリウム、リグノスルホン酸カルシウム、リグノスルホン酸ナトリウムなどの通常の減水剤は1930年代に登場したが、減水率は低かった（一般に12%以下）。
2.高効率減水器
より高い減水率に対する技術的要求が高まるにつれ、1960年代にナフタレン系やメラミン系などの第2世代の高効率減水剤の開発に成功した。これらの減水剤は、より高い減水率（14%～25%）と強度向上を実現したが、生コンクリートのスランプ維持には不十分であった。
3.高性能減水器
この限界に対処するため、1980年代半ばにポリカルボン酸塩系超可塑剤に代表される第3世代が開発された。高性能減水剤は、高い減水率、優れたスランプ保持性、優れた強度向上、および低い収縮率を示す。さらに、分子構造が非常に設計しやすいため、分子構造を変更したり、新しい官能基を導入したりすることで、その機能性を調整することができる。
ポリカルボキシレート系超可塑剤とは？
ポリカルボキシレート系超可塑剤 は、開始剤の作用下で不飽和モノマーを共重合し、活性基を持つ側鎖をポリマー骨格にグラフト重合することによって合成される革新的な添加剤である。その結果、高効率で、スランプロスが抑制され、収縮抵抗性があり、セメントの凝結と硬化に悪影響を与えない製品が得られる。ポリカルボキシレート系高性能減水剤は、ナフタレンスルホン酸 ホルムアルデヒド（NSF）系減水剤やメラミンスルホン酸 ホルムアルデヒド（MSF）系減水剤とは根本的に異なる。低用量でもモルタルやコンクリートに高い流動性と低粘性を付与し、低い水セメント比でもスランプ性能を維持する。各種セメントとの相溶性も比較的良好で、高強度・高流動コンクリートには欠かせない材料である。
従来の超可塑剤とポリカルボキシレート系超可塑剤の違い
| 従来の高性能可塑剤 | ポリカルボキシレート系超可塑剤 | |
|---|---|---|
| 分散メカニズム | 静電反発 | 静電反発と立体効果 |
| 節水率 | 15-25% | 40%まで |
| スランプ対策 | 30～60分以内 | 2時間まで |
| 環境への影響 | ホルムアルデヒドやその他の化学物質を含む | ホルムアルデヒドフリー |
| 互換性 | 互換性の問題 | 各種添加剤との高い適合性 |
要約すると、従来の減水剤と比較して、ポリカルボキシレート系超可塑剤には次のような利点がある：
- 高減水率：水削減率は25-40%に達することができます。
- 高い筋力成長率：特に初期段階での強度が大幅に向上。
- 優れたスランプ保持力：卓越したスランプ保持力により、経時的なスランプ低下を最小限に抑えます。
- 優れた均質性：コンクリートに優れた流動性を与え、打設と締め固めを容易にする。
- 制御可能な製造：ポリマーの分子量、側鎖の長さ、密度、側鎖基の種類を調整することで、減水率、スランプ保持率、空気緊張特性を調整することができる。
- 幅広い適合性普通ポルトランドセメント、スラグセメント、混合セメントなど、さまざまな種類のセメントと良好な分散性とスランプ保持性を示す。
- 低収縮：体積安定性を高め、ナフタレン系減水剤と比較して28日後の収縮率を約20%低減し、ひび割れのリスクを軽減する。
- 環境に優しい: 無毒、非腐食性、ホルムアルデヒドや他の有害な成分を含まない。
補足説明
ポリカルボキシレート系高性能減水剤 は、DLVO電荷反発理論と立体障害理論を利用した分子構造原理に基づいて設計されている。異なる官能基を持つ活性基が主鎖にグラフトされ、ポリマーが形成される。ポリカルボキシレート分子の主鎖は、セメント粒子の表面にしっかりと吸着し、水和を効果的に阻害してスランプ保持力を高める一方、側鎖はセメント粒子を取り囲み、立体障害と静電反発の両方をもたらす。このメカニズムは、従来の減水剤がセメント粒子を分散させるために用いる静電反発とは異なり、優れた分散性と減水性をもたらし、最終的にモルタルやコンクリート製品の全体的な性能を向上させる。
ポリカルボキシレート系減水剤は、フリーラジカル水溶液重合によって合成されるため、塩化物イオンをほとんど含まず、中和に必要なアルカリも少量で済むため、アルカリ含有量が非常に少ない。一方、ナフタレン系減水剤のアルカリ含有量は、スルホン化工程の違いにより大きく異なる。
アルカリはアルカリ骨材反応（AAR）の主な要因であり、世界中でコンクリートの劣化が数多く発生している。コンクリート中のアルカリは、主にセメント、フライアッシュ、減水剤、その他の原材料に由来する。世界的に、アルカリ含有量の管理が重要視されている。例えば
- 南アフリカでは、アルカリ含有量の上限を2.1kg/m³としている。
- 中国の三峡プロジェクトでは2.5kg/m³に制限されている。
- 米国では3.3kg/m³に制限されている。
コンクリートの5つの必須成分の1つとして、減水剤のアルカリ含有量、特にNa2SO4は、コンクリートの総アルカリ含有量に直接影響する。濃硫酸スルホン化および水酸化ナトリウム中和を含む製造工程により、一部のナフタレン系減水剤には30%と高いNa2SO4レベルが含まれ、そのほとんどは10%前後で、塩化物イオン含有量は一般に0.3%以上を超える。対照的に、ポリカルボン酸塩系減水剤は、スルホン化せずに水溶液重合で合成されるため、pH調整に必要な水酸化ナトリウムはごくわずかで、アルカリイオンや塩化物イオンの含有量はごくわずかである。このため、モルタルやコンクリートの耐久性が大幅に向上し、ポリカルボキシレート系減水剤は、環境に優しい高性能コンクリートを製造するために不可欠な成分となる。
