建築用ドライミックスモルタルに一般的に使用される混和剤の種類、それらの性能特性、作用メカニズム、そしてドライミックスモルタル製品の性能への影響について解説しました。セルロースエーテルやスターチエーテルなどの保水剤、再分散性ラテックス粉末、繊維材料がドライミックスモルタルの性能に及ぼす改善効果についても重点的に議論しました。
建築用ドライミックスモルタルの性能向上には混和剤が重要な役割を果たしますが、ドライミックスモルタルを添加すると、ドライミックスモルタル製品の材料コストが従来のモルタルよりも大幅に高くなり、ドライミックスモルタルの材料コストの40％以上を占めます。現在、混和剤のかなりの部分は海外メーカーから供給されており、製品の参考用量もサプライヤーによって提供されています。その結果、ドライミックスモルタル製品のコストは依然として高く、一般的な石工用モルタルや左官用モルタルを大量かつ広範囲に普及させることは困難です。ハイエンド市場の製品は外国企業によって支配されており、ドライミックスモルタルメーカーは利益が低く、価格許容度が低いです。医薬品の応用に関する体系的で的を絞った研究が不足しており、海外の処方に盲目的に従っています。
上記の理由に基づいて、本論文では、一般的に使用される混和剤のいくつかの基本特性を分析および比較し、これに基づいて混和剤を使用したドライミックスモルタル製品の性能を研究します。
保水剤1個
保水剤は、ドライミックスモルタルの保水性能を向上させるための重要な混和剤であり、ドライミックスモルタル材料のコストを決定する重要な混和剤の1つでもあります。
1. ヒドロキシプロピルメチルセルロースエーテル（HPMC）
ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、アルカリセルロースとエーテル化剤を特定の条件下で反応させて生成される一連の生成物の総称です。アルカリセルロースを異なるエーテル化剤で置き換えることで、さまざまなセルロースエーテルが得られます。置換基のイオン化特性に応じて、セルロースエーテルはイオン性（カルボキシメチルセルロースなど）と非イオン性（メチルセルロースなど）の2つのカテゴリに分類されます。置換基の種類に応じて、セルロースエーテルはモノエーテル（メチルセルロースなど）と混合エーテル（ヒドロキシプロピルメチルセルロースなど）に分けられます。溶解度の差に応じて、水溶性（ヒドロキシエチルセルロースなど）、有機溶媒可溶性（エチルセルロースなど）などに分けられます。ドライミックスモルタルは主に水溶性セルロースで、水溶性セルロースはインスタントタイプと表面処理された遅延溶解タイプに分けられます。
モルタルにおけるセルロースエーテルの作用メカニズムは次のとおりです。
（1）ヒドロキシプロピルメチルセルロースは冷水に容易に溶けますが、熱水には溶けにくいです。しかし、熱水中でのゲル化温度はメチルセルロースよりも大幅に高く、冷水への溶解性もメチルセルロースに比べて大幅に向上しています。
（2）ヒドロキシプロピルメチルセルロースの粘度は分子量と相関関係にあり、分子量が大きいほど粘度は高くなります。温度も粘度に影響を与え、温度が上昇すると粘度は低下します。しかし、その高い粘度はメチルセルロースに比べて温度の影響を受けにくく、室温で保存しても溶液は安定です。
（３）ヒドロキシプロピルメチルセルロースの保水性は添加量、粘度などに依存し、同じ添加量ではメチルセルロースよりも保水性が高い。
（4）ヒドロキシプロピルメチルセルロースは酸およびアルカリに対して安定であり、その水溶液はpH=2～12の範囲で非常に安定しています。苛性ソーダや石灰水は性能にほとんど影響を与えませんが、アルカリは溶解を促進し、粘度を増加させる可能性があります。ヒドロキシプロピルメチルセルロースは一般的な塩に対して安定ですが、塩溶液の濃度が高いとヒドロキシプロピルメチルセルロース溶液の粘度が増加する傾向があります。
（5）ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、ポリビニルアルコール、デンプンエーテル、植物ガムなどの水溶性高分子化合物と混合することで、均一で粘度の高い溶液を形成できます。
（６）ヒドロキシプロピルメチルセルロースはメチルセルロースよりも酵素耐性が優れており、その溶液はメチルセルロースよりも酵素によって分解されにくい。
（７）ヒドロキシプロピルメチルセルロースのモルタル構造に対する接着性はメチルセルロースよりも高い。
2. メチルセルロース（MC）
精製綿をアルカリ処理した後、塩化メタンをエーテル化剤として一連の反応を経てセルロースエーテルを生成します。一般的に置換度は1.6～2.0で、置換度によって溶解度も異なります。非イオン性セルロースエーテルに属します。
（1）メチルセルロースは冷水に溶けますが、温水には溶けにくいです。水溶液はpH3～12の範囲で非常に安定しています。デンプン、グアーガムなど、多くの界面活性剤との相溶性も良好です。ゲル化温度に達するとゲル化します。
（2）メチルセルロースの保水性は、添加量、粘度、粒子の細かさ、溶解速度に依存する。一般的に、添加量が多く、細かさが小さく、粘度が大きいほど保水性は高くなる。その中でも、添加量は保水性に最も大きく影響し、粘度の高さは保水性の高さに正比例しない。溶解速度は主にセルロース粒子の表面改質度と粒子の細かさに依存する。上記のセルロースエーテルの中で、メチルセルロースとヒドロキシプロピルメチルセルロースは保水性が高い。
（3）温度変化はメチルセルロースの保水性に重大な影響を与えます。一般的に、温度が高いほど保水性は低下します。モルタル温度が40℃を超えると、メチルセルロースの保水性が著しく低下し、モルタルの施工に重大な影響を与えます。
（4）メチルセルロースはモルタルの施工性と接着性に大きな影響を与えます。ここで言う「接着性」とは、作業者の塗布具と壁下地との間に感じる接着力、つまりモルタルのせん断抵抗を指します。接着性が高く、モルタルのせん断抵抗が大きく、作業者が使用過程で要求する強度も大きく、モルタルの施工性は劣ります。セルロースエーテル製品におけるメチルセルロースの接着性は中程度です。
3. ヒドロキシエチルセルロース（HEC）
アルカリ処理した精製綿を、アセトン存在下でエーテル化剤としてエチレンオキシドと反応させて作られます。置換度は一般的に1.5～2.0で、親水性が強く、吸湿性に優れています。
（1）ヒドロキシエチルセルロースは冷水に溶けますが、温水には溶けにくいです。その溶液は高温でも安定しており、ゲル化しません。モルタル中で高温下でも長期間使用できますが、保水性はメチルセルロースよりも低いです。
（2）ヒドロキシエチルセルロースは一般的な酸およびアルカリに対して安定である。アルカリは溶解を促進し、粘度をわずかに上昇させる可能性がある。水への分散性はメチルセルロースやヒドロキシプロピルメチルセルロースに比べてやや劣る。
（３）ヒドロキシエチルセルロースはモルタルに対して優れたたわみ防止性能を有するが、セメントに対しては遅延時間が長くなる。
（4）国内の一部企業が生産するヒドロキシエチルセルロースは、水分含有量と灰分含有量が高いため、その性能はメチルセルロースに比べて明らかに低い。
デンプンエーテル
モルタルに使用されるデンプンエーテルは、ジャガイモ、トウモロコシ、キャッサバ、グアー豆などの多糖類の天然ポリマーから改質されたものです。
1. 加工デンプン
ジャガイモ、トウモロコシ、キャッサバなどから改質されたデンプンエーテルは、セルロースエーテルに比べて保水性が大幅に低いです。改質度の違いにより、酸とアルカリに対する安定性が異なります。一部の製品は石膏系モルタルに適していますが、他の製品はセメント系モルタルに使用できます。モルタルへのデンプンエーテルの応用は、主にモルタルのたわみ防止性を向上させ、湿潤モルタルの付着性を低下させ、オープンタイムを延長するための増粘剤として使用されます。
スターチエーテルはセルロースと併用されることが多く、両者の特性と利点が互いに補完し合います。スターチエーテル製品はセルロースエーテルよりもはるかに安価であるため、モルタルにスターチエーテルを使用することで、モルタル配合のコストを大幅に削減できます。
2. グアーガムエーテル
グアーガムエーテルは、天然グアー豆を原料として加工された、特殊な性質を有するデンプンエーテルの一種です。主にグアーガムとアクリル官能基のエーテル化反応により、2-ヒドロキシプロピル官能基を含むポリガラクトマンノース構造が形成されます。
（1）グアーガムエーテルはセルロースエーテルに比べて水溶性が高い。グアーガムエーテルのpH特性は実質的に影響を受けません。
（2）低粘度・低添加量の条件下では、グアーガムはセルロースエーテルと同量で代替でき、セルロースエーテルと同等の保水性を有します。しかし、粘稠度、垂れ防止性、チキソトロピー性などは明らかに向上します。
（３）高粘度かつ多量の投与量の条件下では、グアーガムはセルロースエーテルを代替することはできず、両者を混合して使用するとより良い性能が得られる。
（4）石膏モルタルにグアーガムを添加すると、施工時の接着力が大幅に低下し、施工がスムーズになります。石膏モルタルの凝結時間や強度に悪影響を与えることはありません。
3. 改質ミネラル保水増粘剤
中国では、天然鉱物を改質・配合して製造された保水増粘剤が広く利用されています。保水増粘剤の製造に用いられる主な鉱物は、セピオライト、ベントナイト、モンモリロナイト、カオリンなどです。これらの鉱物は、カップリング剤などの改質剤を用いることで、一定の保水性と増粘性を発揮します。モルタルに塗布されるこの種の保水増粘剤は、以下の特性を有します。
（１）普通モルタルの性能を大幅に向上させ、セメントモルタルの操作性が悪い、混合モルタルの強度が低い、耐水性が悪いなどの問題を解決します。
（２）一般産業用および土木建築用として、異なる強度レベルのモルタル製品を配合することができる。
（３）原料コストはセルロースエーテルやスターチエーテルに比べて大幅に低い。
（４）有機系保水剤に比べ保水力が低く、調合したモルタルの乾燥収縮値が大きく、凝集性が低下する。
再分散性ポリマーゴム粉末
再分散性ゴム粉末は、特殊なポリマーエマルジョンを噴霧乾燥することで製造されます。製造工程では、保護コロイド、固結防止剤などが不可欠な添加剤となります。乾燥したゴム粉末は、80～100mmの球状粒子が集合した状態です。これらの粒子は水に溶け、元のエマルジョン粒子よりわずかに大きい安定した分散液を形成します。この分散液は、脱水・乾燥後にフィルムを形成します。このフィルムは、一般的なエマルジョンフィルムと同様に不可逆であり、水と接触しても再分散しません。
再分散性ゴム粉末は、スチレン-ブタジエン共重合体、第三級炭酸エチレン共重合体、エチレン-酢酸酢酸共重合体などに分類され、これらをベースにシリコーン、ラウリン酸ビニルなどをグラフト化することで性能を向上させています。様々な改質方法を用いることで、再分散性ゴム粉末は耐水性、耐アルカリ性、耐候性、柔軟性など、様々な特性を有しています。ラウリン酸ビニルとシリコーンを配合することで、ゴム粉末に優れた疎水性を与えることができます。高度に分岐した第三級炭酸ビニルは、Tg値が低く、優れた柔軟性を備えています。
これらのゴム粉末をモルタルに塗布すると、いずれもセメントの凝結時間を遅延させる効果がありますが、同様のエマルジョンを直接塗布した場合よりも遅延効果は小さくなります。比較すると、スチレンブタジエンが最も遅延効果が大きく、エチレン酢酸ビニルが最も遅延効果が小さいです。使用量が少なすぎると、モルタルの性能向上効果は顕著ではありません。
投稿日時: 2023年4月3日