セルロースエーテル
セルロースエーテルは、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ることで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さまざまなエーテル化剤に置き換えることで、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）モルタル中のセルロースエーテルが水に溶解すると、表面活性によりシステム内におけるセメント質材料の有効かつ均一な分布が確保され、セルロースエーテルが保護コロイドとして固体粒子を「包み込み」、その外表面に潤滑膜層が形成されるため、モルタルシステムの安定性が向上し、混合工程におけるモルタルの流動性が向上し、施工の滑らかさも向上します。
（２）セルロースエーテル溶液は、その分子構造により、モルタル中の水分が失われにくく、長時間かけて徐々に水分を放出し、モルタルに良好な保水性と作業性を付与します。
1. 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。
2. ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）
ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、近年生産量と消費量が急速に増加しているセルロースの一種です。精製綿をアルカリ処理し、プロピレンオキシドと塩化メチルをエーテル化剤として一連の反応を経て得られる非イオン性セルロース混合エーテルです。置換度は一般的に1.2～2.0です。メトキシル基含有量とヒドロキシプロピル基含有量の比率の違いにより、様々な特性を有しています。
（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。
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。置換度は通常1.5～2.0です。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。
4. カルボキシメチルセルロース（CMC）
イオン性セルロースエーテルは、天然繊維（綿など）をアルカリ処理し、モノクロロ酢酸ナトリウムをエーテル化剤として一連の反応処理を施すことで製造されます。置換度は一般的に0.4～1.4で、その性能は置換度に大きく左右されます。
（１）カルボキシメチルセルロースは吸湿性が高く、一般的な条件下で保管した場合、より多くの水分を含みます。
（2）カルボキシメチルセルロース水溶液はゲルを生成せず、温度上昇とともに粘度は低下する。50℃を超えると粘度は不可逆的となる。
（3）その安定性はpHに大きく影響されます。一般的に、石膏系モルタルには使用できますが、セメント系モルタルには使用できません。アルカリ性が高いと粘度が低下します。
（4）保水性はメチルセルロースに比べてはるかに低く、石膏系モルタルの硬化を遅らせ、強度を低下させるという欠点がある。しかし、カルボキシメチルセルロースの価格はメチルセルロースよりも大幅に低い。
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。
ポリプロピレン繊維
ポリプロピレン繊維は、ポリプロピレンを原料とし、適量の改質剤を添加して製造されます。繊維径は一般に約40ミクロン、引張強度は300～400MPa、弾性率は3500MPa以上、伸度は15～18%です。その性能特性は以下のとおりです。
（1）ポリプロピレン繊維はモルタル中に三次元的にランダムな方向に均一に分散しており、網目状の補強システムを形成しています。モルタル1トンあたりポリプロピレン繊維1kgを添加すると、3,000万本以上のモノフィラメント繊維が得られます。
（2）モルタルにポリプロピレン繊維を添加すると、塑性状態のモルタルの収縮ひび割れを効果的に低減できます。ひび割れが目に見えるかどうかは関係ありません。また、生モルタルの表面の滲み出しや骨材の沈下を大幅に低減できます。
（3）モルタル硬化体に対して、ポリプロピレン繊維は変形ひび割れの発生を大幅に低減します。つまり、モルタル硬化体が変形により応力を生じた際に、ポリプロピレン繊維が応力を抑制・伝達します。また、モルタル硬化体にひび割れが発生した場合、ひび割れ先端の応力集中を抑制し、ひび割れの拡大を抑制することができます。
（4）モルタル製造におけるポリプロピレン繊維の効率的な分散は困難な問題となる。混合装置、繊維の種類と使用量、モルタル比、そしてそのプロセスパラメータはすべて、分散に影響を与える重要な要素となる。
空気連行剤
空気連行剤は、物理的な方法で生コンクリートやモルタルに安定した気泡を形成できる界面活性剤の一種です。主なものとしては、ロジンおよびその熱重合物、非イオン界面活性剤、アルキルベンゼンスルホン酸塩、リグノスルホン酸塩、カルボン酸およびその塩などがあります。
左官モルタルや石工用モルタルの製造には、空気連行剤（AE剤）がよく使用されます。AE剤の添加により、モルタルの性能に若干の変化が生じます。
（１）気泡の導入により、生モルタルの練りやすさや施工性が向上し、ブリーディングも軽減されます。
（2）AE剤を単独で使用すると、モルタル中の型の強度と弾性が低下します。AE剤と減水剤を併用し、適切な割合で使用すれば、強度値の低下は起こりません。
（３）硬化モルタルの耐凍害性を大幅に向上させ、モルタルの透水性を向上させ、硬化モルタルの耐侵食性を向上させることができる。
（４）空気連行剤はモルタルの空気量を増加させ、モルタルの収縮を増加させるが、減水剤を添加することで収縮値を適切に低減することができる。
AE剤の添加量は極めて微量で、通常、セメント系材料の総量の数万分の1程度に過ぎないため、モルタル製造時には正確な計量と混合が求められます。撹拌方法や撹拌時間といった要因は、AE量に重大な影響を与えます。そのため、現在の国内生産・施工条件では、モルタルへのAE剤の添加には多くの実験作業が必要となります。
早期強度剤
コンクリートやモルタルの初期強度を向上させるために使用される硫酸塩初期強度剤は、一般的に使用され、主に硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウム、硫酸アルミニウムカリウムが含まれます。
一般的には無水硫酸ナトリウムが広く使用され、使用量が少ないため初期強度の効果が良好ですが、使用量が多すぎると後期に膨張やひび割れが発生するとともに、アルカリ戻りが発生し、外観や表面装飾層の効果に影響を与えます。
ギ酸カルシウムも優れた凍結防止剤です。早強効果に優れ、副作用が少なく、他の混和剤との相性も良好で、硫酸塩系早強剤よりも多くの特性を備えていますが、価格は高めです。
不凍液
モルタルをマイナス温度で使用する場合、凍結防止対策を講じないと凍害が発生し、硬化体の強度が損なわれます。凍結防止剤は、凍結防止とモルタルの初期強度向上の2つの方法で凍害を防止します。
一般的に使用される凍結防止剤の中で、亜硝酸カルシウムと亜硝酸ナトリウムは最も優れた凍結防止効果を有しています。亜硝酸カルシウムはカリウムイオンとナトリウムイオンを含まないため、コンクリートに使用するとアルカリ骨材の発生を抑制できますが、モルタルに使用すると作業性がやや劣ります。一方、亜硝酸ナトリウムは作業性に優れています。凍結防止剤は、早強剤と減水剤を併用することで良好な効果が得られます。凍結防止剤を添加したドライミックスモルタルを極低温で使用する場合は、温水で練混ぜするなど、混合物の温度を適切に上げる必要があります。
不凍液の量が多すぎると、後期のモルタルの強度が低下したり、硬化したモルタルの表面にアルカリ戻りなどの問題が発生し、外観や表面装飾層の効果に影響を及ぼします。
投稿日時: 2023年1月16日