コンクリート工学で広く使用されている化学混和剤として、高性能減水剤はコンクリートの性能を向上させ、強度を増加させ、水セメント比を低減する上で重要な効果を持っています。本稿では、コンクリートにおける減水剤の分類、作用機構、および応用についてレビューします。工学実践におけるさまざまなタイプの減水剤の効果と応用の展望について議論します。
コンクリート用減水剤の進化
第一世代：リグノスルホン酸タイプ（Na、Mg、Ca）。
第二世代：ナフタレンスルホン酸、スルホン化メラミンホルムアルデヒド、脂肪族系列、およびアミノスルホン酸系列。
第三世代：ポリカルボン酸系高性能減水剤は、高性能減水剤技術の頂点を表しています。
1. ポリカルボン酸系高性能減水剤（PCE）
中国のポリカルボン酸系高性能減水剤は、コンクリート技術の最前線に立ち、国内外の市場を革新しています。この先進的な高性能減水剤は、ポリカルボン酸の高度な分子設計と優れた吸着能力に基づいて綿密に設計されており、コンクリート用途における画期的な水分削減と保持ソリューションを提供します。
1.1 PCEの紹介
- 組成と構造
ポリカルボン酸系高性能減水剤は、ポリカルボン酸のバックボーンとポリエチレングリコール（PEG）または他の類似化合物の側鎖を持つ長いポリマーチェーンで構成されています。この分子設計は、高性能減水剤がセメント粒子に吸着するのを促進し、側鎖が周囲の溶液に伸びてステリックヒンドランスを作り、粒子の凝集を防ぎます。これにより、セメント粒子の分散が向上し、コンクリート混合物に過剰な水を必要としなくなります。
- 作用機構
PCEが機能する主なメカニズムは、静電反発とステリックヒンドランスです。セメントミックスに導入されると、高性能減水剤はセメント粒子の表面に吸着し、粒子同士を反発させる負電荷を与えます。この反発と、延長されたポリマー側鎖によって作られる物理的障壁が組み合わさることで、セメント粒子の分散が向上し、水分需要が大幅に削減されながら、コンクリートの流動性が維持または向上します。
1.2 PCEの用途と利点
ポリカルボン酸系高性能減水剤は、プレキャストコンクリート、自己充填コンクリート（SCC）、高強度コンクリートなど、さまざまな高性能コンクリート用途で広く使用されています。主な利点は次のとおりです。
- 最小限の投与量で高い水分削減を実現
最小限の投与量で大幅な水分削減を達成し、効率とコスト効果を向上させます。
- 優れたコンクリートスランプ保持
優れたスランプ保持を維持し、長時間の作業性を確保します。
- さまざまな種類のセメントとの優れた互換性
幅広いセメントタイプに対応し、幅広い用途の可能性を確保します。
- 最小限のコンクリート収縮
収縮を最小限に抑えることで、優れた体積安定性と耐久性を確保します。
- 環境に優しい生産と使用
環境に配慮したプロセスを通じて生産および利用され、持続可能な建設慣行に貢献します。
2. ナフタレン系高性能減水剤 FDN/SNF
2.1 FDNの紹介
ナフタレン系高性能減水剤（ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物またはNSFとしても知られる）は、コンクリート業界で最も広く使用されている高性能減水剤の一つです。高範囲減水剤（HRWR）として、ナフタレン系高性能減水剤は、水分含有量を減らしながらコンクリートの作業性を大幅に向上させます。
- 組成と構造
ナフタレン系高性能減水剤は、ナフタレンのスルホン化に続いてホルムアルデヒドとの縮合によって得られます。得られたポリマーは、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド（NSF）縮合物として知られ、複数のスルホン酸基を持つ線形分子構造を持っています。これらのスルホン酸基は強い負電荷を提供し、コンクリートミックス中のセメント粒子を分散させ、水の需要を減らし、全体的なコンクリートの流動性を向上させるために不可欠です。
- 作用機構
ナフタレン系高性能減水剤は、主に静電反発を通じて機能します。コンクリート混合物に添加されると、負に帯電したスルホン酸基がセメント粒子の表面に付着し、粒子同士を反発させます。この反発により、セメント粒子の凝集が防止され、より良い分散とより効率的な水和が実現します。必要な作業性を達成するために必要な水の量を減らすことで、NSFベースの高性能減水剤は、流動性を維持しながらコンクリートの強度と密度を向上させることができます。
2.2 FDNの用途と利点
ナフタレン系高性能減水剤は、特に大規模な建設プロジェクト、プレキャストコンクリート生産、および高強度コンクリート用途で広く使用されています。主な利点は次のとおりです。
- 高い減水効果: NSFはコンクリートの混合物の水分含有量を最大30%削減でき、より強く耐久性のあるコンクリートを実現します。
- 作業性の向上: 低水セメント比でも、ナフタレン系高性能減水剤を使用したコンクリートは優れた流動性と作業性を維持し、複雑な型枠や密集した補強において重要です。
- 初期強度の向上: NSFは水和を促進し、初期強度の向上を促し、迅速な型枠の取り外しや加速された建設スケジュールを必要とするプロジェクトに理想的です。
- コスト効果: ナフタレン系高性能減水剤は、新しい高性能減水剤技術と比較してしばしばより手頃な価格であり、予算に敏感なプロジェクトで人気のある選択肢です。
- 互換性: NSFは、幅広い種類のセメントや他の混和剤と互換性があり、コンクリートの配合設計に柔軟性をもたらします。
3. リグニンスルホン酸ナトリウム SLS
3.1 SLSの導入
リグニンスルホン酸ナトリウムは、木材の自然成分であるリグニンから得られる有機ポリマーです。コンクリート混合物において、作業性を向上させ、水分含有量を低減しながら強度を損なわないための減水剤（可塑剤）として広く使用されています。リグニンスルホン酸ナトリウムは、その分散および結合特性により、農業、セラミックス、石油掘削などの他の産業でも利用されています。
- 組成と構造
リグニンスルホン酸ナトリウムは、木材のリグニンがスルホン化され、その後水酸化ナトリウムで中和される木材パルププロセスの副産物です。結果として得られる製品は、スルホン酸基（-SO）がその骨格に多数付着した複雑な水溶性ポリマーです。この構造により、リグニンスルホン酸ナトリウムは優れた分散特性を持ち、スルホン酸基が負の電荷を生成し、セメント粒子を含むさまざまな材料の粒子クラスタを分解するのに役立ちます。
- コンクリートにおける作用機構
コンクリートにおいて、リグニンスルホン酸ナトリウムは、セメント粒子を静電反発によって分散させる可塑剤として機能します。コンクリート混合物に導入されると、スルホン酸基がセメント粒子の表面に付着し、負の電荷を与えます。これにより粒子が互いに反発し、凝集を防ぎ、より良い分散を促進します。その結果、コンクリート混合物は追加の水を必要とせずにより流動的で作業しやすくなります。水セメント比を低減することで、リグニンスルホン酸ナトリウムはコンクリートの強度や耐久性などの機械的特性を向上させます。
3.2 SLSの用途と利点
3.2.1 用途
リグニンスルホン酸ナトリウムは、その多用途性とコスト効果のために幅広い産業で使用されています。その主要な用途には以下が含まれます。
- コンクリートと建設: リグニンスルホン酸ナトリウムは、コンクリートにおいて減水剤および可塑剤として使用され、作業性を向上させ、水分含有量を低減しながら混合物の機械的特性を維持または向上させます。特に、レディーミックスコンクリート、プレキャストコンクリート、大規模コンクリート構造物で有用です。
- 農業: 農業において、リグニンスルホン酸ナトリウムは動物飼料の結合剤や肥料および農薬の分散剤として使用され、その効果と分布を改善します。
- セラミックス: セラミックス産業において、リグニンスルホン酸ナトリウムはデフロックラントとして機能し、セラミックススラリーの粘度を低下させ、セラミックス製品のより良い鋳造と成形を可能にします。
- 石油掘削: リグニンスルホン酸ナトリウムは、掘削泥水において分散剤として使用され、流動特性を改善し、掘削プロセス中の沈殿を防ぎます。
3.2.1 利点
リグニンスルホン酸ナトリウムは、そのさまざまな用途においていくつかの利点を提供します。
- コスト効果: それは最も手頃な価格の減水剤の1つであり、大規模な建設プロジェクトで人気のある選択肢です。
- 持続可能性: 木材パルプ産業の副産物として、リグニンスルホン酸ナトリウムは再生可能な資源であり、より持続可能な建設慣行に貢献します。
- 作業性の向上: コンクリートにおいて、リグニンスルホン酸ナトリウムは低水セメント比での作業性を向上させ、ひび割れのリスクを低減し、長期的な耐久性を向上させます。
- 多業種での使用: その多用途性により、建設から農業まで多様な産業での応用が可能です。
