1. 水分保持の必要性
モルタルを用いた施工に必要な各種下地は、ある程度の吸水性を有しています。下地がモルタル中の水分を吸収すると、モルタルの施工性が低下し、ひどい場合にはモルタル中のセメント質が十分に水和されず、強度、特に硬化モルタルと下地との界面強度が低下し、モルタルのひび割れや剥離が発生します。左官モルタルが適切な保水性を有する場合、モルタルの施工性を効果的に向上させるだけでなく、モルタル中の水分が下地層に吸収されにくくなり、セメントの十分な水和を確保することができます。
2. 従来の保水方法の問題点
従来の解決策は基礎に水をまくことですが、基礎が均一に湿っていることを保証することはできません。基礎上のセメントモルタルの理想的な水和目標は、セメント水和生成物が基礎とともに水を吸収し、基礎に浸透し、基礎と効果的な「キー接続」を形成して、必要な接着強度を達成することです。基礎の表面に直接水をまくと、温度、散水時間、散水の均一性の違いにより、基礎の吸水率に重大なばらつきが生じます。基礎の吸水率が低く、モルタルの水を吸収し続けます。セメントの水和が進む前に水が吸収され、セメントの水和と水和生成物のマトリックスへの浸透に影響を与えます。基礎の吸水率が大きいため、モルタル内の水が基礎に流れ込みます。媒体の移動速度は遅く、モルタルとマトリックスの間に水分を多く含んだ層が形成され、これも接着強度に影響を与えます。そのため、一般的な基礎給水方法を使用すると、壁基礎の吸水性の高さの問題を効果的に解決できないだけでなく、モルタルと基礎の接着強度に影響を与え、空洞化やひび割れが発生します。
3. 各種モルタルの保水性の要件
特定の地域及びこれに類似する温湿度条件下で使用される左官モルタル製品の保水率目標を下記に提案する。
①高吸水性下地モルタル
各種軽量間仕切り板、ブロックなどを含む、空気連行コンクリートに代表される高吸水性下地材は、吸水性が高く、耐久性に優れているという特徴があります。このような下地材に使用する左官モルタルは、保水率が88%以上である必要があります。
②低吸水性下地モルタル
場所打ちコンクリートに代表される低吸水性下地（外壁断熱用ポリスチレンボード等）は、吸水率が比較的小さいため、このような下地に使用する左官モルタルは、保水率が88%以上であることが求められます。
③薄層モルタル
薄層左官とは、塗膜の厚さが3～8mmの左官工事を指します。この工法は塗膜が薄いため水分が失われやすく、作業性や強度に影響を及ぼします。薄層左官に使用されるモルタルの保水率は99%以上です。
④厚塗りモルタル
厚塗りとは、1層あたりの塗膜の厚さが8mmから20mmの塗り壁構造を指します。この塗り壁構造は塗膜が厚いため、水分が逃げにくいため、塗膜モルタルの保水率は88%以上である必要があります。
⑤耐水パテ
耐水パテは極薄の左官材として使用され、一般的な施工厚さは1～2mmです。このような材料は、作業性と接着強度を確保するために、極めて高い保水性が求められます。パテ材の保水性は99%以上である必要があり、外壁用パテの保水性は内壁用パテよりも高くなければなりません。
4. 保水材の種類
セルロースエーテル
1) メチルセルロースエーテル（MC）
2) ヒドロキシプロピルメチルセルロースエーテル（HPMC）
3) ヒドロキシエチルセルロースエーテル（HEC）
4) カルボキシメチルセルロースエーテル（CMC）
5) ヒドロキシエチルメチルセルロースエーテル（HEMC）
デンプンエーテル
1) 変性デンプンエーテル
2) グアーエーテル
改質ミネラル保水増粘剤（モンモリロナイト、ベントナイト等）
5、以下は、様々な材料の性能に焦点を当てています
1. セルロースエーテル
1.1 セルロースエーテルの概要
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。アルカリ繊維を異なるエーテル化剤で置換することで、様々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より、セルロースエーテルはカルボキシメチルセルロース（CMC）などのイオン性とメチルセルロース（MC）などの非イオン性の2種類に分けられます。
セルロースエーテルは、置換基の種類によって、メチルセルロースエーテル（MC）などのモノエーテルと、ヒドロキシエチルカルボキシメチルセルロースエーテル（HECMC）などの混合エーテルに分けられます。また、溶解する溶媒の種類によって、水溶性と有機溶媒可溶性の2種類に分けられます。
1.2 主なセルロースの種類
カルボキシメチルセルロース（CMC）、実用置換度：0.4〜1.4、エーテル化剤、モノオキシ酢酸、溶解溶媒、水。
カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース（CMHEC）、実用置換度：0.7〜1.0、エーテル化剤、モノオキシ酢酸、エチレンオキシド、溶解溶媒、水。
メチルセルロース（MC）、実用置換度：1.5～2.4、エーテル化剤、塩化メチル、溶解溶媒、水。
ヒドロキシエチルセルロース（HEC）、実用置換度：1.3〜3.0、エーテル化剤、エチレンオキシド、溶解溶媒、水。
ヒドロキシエチルメチルセルロース（HEMC）、実用置換度：1.5〜2.0、エーテル化剤、エチレンオキシド、塩化メチル、溶解溶媒、水。
ヒドロキシプロピルセルロース（HPC）、実用置換度：2.5〜3.5、エーテル化剤、プロピレンオキシド、溶解溶媒、水。
ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）、実用置換度：1.5〜2.0、エーテル化剤、プロピレンオキシド、塩化メチル、溶解溶媒、水。
エチルセルロース（EC）、実用置換度：2.3〜2.6、エーテル化剤、モノクロロエタン、溶解溶媒、有機溶媒。
エチルヒドロキシエチルセルロース（EHEC）、実用置換度：2.4〜2.8、エーテル化剤、モノクロロエタン、エチレンオキシド、溶解溶媒、有機溶媒。
1.3 セルロースの特性
1.3.1 メチルセルロースエーテル（MC）
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pH=3～12の範囲で非常に安定しており、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、溶解速度に依存します。一般的に、添加量が多く、細かさが小さく、粘度が高いほど保水性は高くなります。その中でも、添加量が保水性に最も大きく影響し、粘度が低いことと保水性のレベルは必ずしも比例しません。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します。セルロースエーテルの中で、メチルセルロースは保水性が高いです。
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は著しく低下し、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。接着性が高いとモルタルのせん断抵抗が大きく、作業者は使用時により多くの力を必要とし、モルタルの施工性が低下します。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。
1.3.2 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、近年生産量と消費量が急増している繊維製品です。
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1.5～2.0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、特性が異なります。メトキシル基含有量が高くヒドロキシプロピル基含有量が低い場合は、性能がメチルセルロースに近くなります。メトキシル基含有量が低くヒドロキシプロピル基含有量が高い場合は、性能がヒドロキシプロピルセルロースに近くなります。
①ヒドロキシプロピルメチルセルロースは冷水に溶けやすい一方、温水には溶けにくい性質があります。しかし、温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、分子量が高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、メチルセルロースに比べると粘度は温度の影響を受けにくく、室温で保存した場合、溶液は安定しています。
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、同一添加量ではメチルセルロースよりも保水性が高くなります。
④ヒドロキシプロピルメチルセルロースは酸とアルカリに対して安定しており、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、粘度をわずかに上昇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していますが、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上昇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ポリマーと混合することで、均一で透明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はメチルセルロースに比べてモルタル施工に対する接着性が高い。
1.3.3 ヒドロキシエチルセルロースエーテル（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は溶けますが、温水には溶けにくいです。溶液は高温でも安定しており、ゲル化しません。モルタル内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す。アルカリは溶解を促進し、粘度をわずかに上昇させます。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よりもわずかに劣ります。
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垂れ防止性能を有しますが、セメントに対しては遅延時間が長くなります。
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、性能がメチルセルロースに比べて明らかに低い。
1.3.4 カルボキシメチルセルロースエーテル（CMC）は、天然繊維（綿、麻など）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経てイオン性セルロースエーテルを製造するものです。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、通常の保管条件下では多量の水分を含有します。
②ヒドロ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が低下します。50℃を超えると粘度は不可逆的になります。
③ 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。
2. 変性デンプンエーテル
モルタルに一般的に使用されるデンプンエーテルは、いくつかの多糖類の天然ポリマーから改質されたものです。ジャガイモ、トウモロコシ、キャッサバ、グアー豆などから様々な改質デンプンエーテルが製造されています。モルタルに一般的に使用されるデンプンエーテルには、ヒドロキシプロピルデンプンエーテル、ヒドロキシメチルデンプンエーテルなどがあります。
一般的に、ジャガイモ、トウモロコシ、キャッサバ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著しく低いです。改質度が異なるため、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、セメント系モルタルには使用できないものもあります。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の向上、湿潤モルタルの接着力低下、オープンタイムの延長など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、両者の特性と利点を補完し合います。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。
3. 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改質された、特殊な性質を有するエーテル化多糖類の一種です。主にグアーガムとアクリル官能基と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構造、すなわち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に溶けやすい性質があります。pHは基本的にグアーガムエーテルの性能に影響を与えません。
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、多量投与の条件下では、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ます。
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。
⑤グアーガムをセメント系石材・左官モルタルに塗布すると、セルロースエーテルと等量で代替することができ、モルタルのたわみ抵抗性、チキソトロピー性、施工の滑らかさを向上させることができます。
⑥高粘度・高保水剤含有モルタルでは、グアーガムとセルロースエーテルが相乗効果を発揮し、優れた効果を発揮します。
⑦グアーガムはタイル接着剤、地盤改良剤、耐水パテ、壁断熱用ポリマーモルタルなどの製品にも使用されます。
4. 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。
②一般産業用から土木建築用まで、様々な強度レベルのモルタル製品を配合できます。
③材料費が安い
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比較的大きく、凝集性が低下します。
投稿日時: 2023年3月3日