HEMCを使用して、セメントや後継剤などの建築材料の強度と耐久性を向上させるにはどうすればよいですか?

ヒドロキシエチルメチルセルロース 建築材料グレードの (HEMC) は、乾燥混合物の 0.1 重量% ～ 0.5 重量% の用量で添加すると、セメント モルタルおよび建築用接着剤の圧縮強度、曲げ耐久性、オープンタイムを直接改善します。 管理された実験室および現場での研究では、HEMC を配合したセメントベースのモルタルは、未修正の対照と比較して 15 ～ 35% の曲げ強度の増加、95% を超える保水性の向上、および 0.15% という低い用量で測定可能な耐亀裂性の向上を示しています。これらはわずかな利益ではありません。これらは、塗布層の薄化、コールバック率の低下、タイル接着剤、外部断熱システム、セルフレベリングコンパウンド、および補修モルタルの耐用年数の延長につながります。

この記事では、これらの性能向上の背後にある化学を説明し、アプリケーション固有の投与量のガイダンスを提供し、最も測定可能な値を提供する主要な建築材料カテゴリ全体で HEMC の性能を比較します。

何 HEMC 建材グレードが重要である理由と重要性

HEMC — ヒドロキシエチル メチル セルロース — は、メチル化およびヒドロキシエチル化反応を通じて天然セルロースを化学的に修飾することによって生成される非イオン性の水溶性セルロース エーテルです。その結果、冷水に容易に溶解する白色からオフホワイトの粉末が得られ、幅広い pH 範囲 (pH 3 ～ 11) にわたって予測可能なレオロジー挙動を備えた安定した粘稠な溶液を形成し、ポルトランド セメント システムの高アルカリ性環境 (pH 12 ～ 13) に適合します。

建築材料グレードの HEMC は、セメント質および接着剤用途向けに最適化された 3 つのパラメータを使用して特別に設計されています。

• 粘度グレード: 建材用途では通常、40,000 ～ 200,000 mPa・s (2% 濃度、20°C で測定) の範囲の高粘度グレードが必要です。より高い粘度グレードは保水性と耐垂れ性を向上させます。低グレードのものは、機械応用システムにおける作業性とポンプ能力を向上させます。
• 置換度 (DS) およびモル置換度 (MS): メチル DS (通常 1.3 ～ 2.0) とヒドロキシエチル MS (0.05 ～ 0.5) により、溶解挙動、熱ゲル化温度、およびセメント水和生成物との適合性が決まります。建築グレードの HEMC は、標準用量でのセメント凝結速度への干渉を回避するように最適化されています。
• 粒子サイズと溶解速度: 表面処理グレードは最初の遅れの後に溶解し、ドライミックス製造における塊の形成を防ぎ、混合中に完全な溶解を保証します。これは、医薬品または食品グレードの HEMC には必要のない重要な性能パラメータです。

建築グレードと他の HEMC グレードの区別は結果的なものです。医薬品または食品グレードの製品は、異なる置換プロファイル、溶解挙動、または高 pH でセメントが豊富な環境では機能しない表面処理を備えている場合があります。間違ったグレードを使用すると、粘度が不安定になったり、早期にゲル化したり、保水力が低下したりする可能性があり、添加の目的が損なわれます。

HEMCが建材の性能を向上させる4つのメカニズム

メカニズム1 — 水分保持：早期乾燥と不完全な水分補給を防ぐ

これは、セメントベースのシステムに対する HEMC の最も重要な貢献です。新しいモルタルが多孔質基材（レンガ、気泡コンクリート、下塗りされていないタイル裏打ちボード）に接触すると、基材の毛細管吸引力により、セメントが水和するよりも速くモルタルから水が吸い出されます。その結果、界面が弱くなり、ほこりが付着し、接合が不十分になり、熱サイクルや負荷がかかると破損します。

溶液中の HEMC は、モルタル マトリックス内に水を物理的に保持する粘性ポリマー ネットワークを形成します。 HEMC 改質モルタルの保水率は通常、 95～99% (EN 1015-8 に従って測定)、同等の基材上の未改質セメントモルタルの場合は 60 ～ 75% と比較します。この持続的な水の利用可能性により、セメントの完全な水和が保証され、圧縮強度と曲げ強度の発現に関与するより高密度のケイ酸カルシウム水和物（C-S-H）ゲル構造が直接生成されます。

メカニズム2 – レオロジー改質：加工性と耐へたり性の制御

HEMC は、モルタル系に擬似塑性 (せん断減粘) レオロジーを与えます。こて塗りや混合のせん断応力下では粘度が低下し、材料が広がりやすくなり、作業しやすくなります。せん断力が除去されると粘度が回復し、垂直に塗布されたモルタルや接着剤の垂れ下がりを防ぎます。この挙動により、タイル接着剤は重量フォーマットのタイル (600mm x 600mm 以上) をオープンタイムウィンドウ中に滑ることなく所定の位置に保持できますが、この要件は未変性セメント接着剤では確実に満たすことができません。

メカニズム 3 — オープンタイムの延長: 大規模フォーマットおよび複雑なインストールを可能にする

オープンタイム（新しい接着モルタル床が基材を接着するのに十分な粘着性を保持する期間）は、HEMC の保水機能によって直接延長されます。 HEMC を含まない標準的なセメントタイル接着剤のオープンタイムは 10 ～ 15 分です。 HEMC 改質配合物を 0.3 ～ 0.5% 添加すると、次のオープンタイムが達成されます。 20～30分 、長時間開いた製剤では 40 分以上に達します。これは、大判タイルの設置、複雑なパターンの敷設、および蒸発率が上昇する高温または風の強い条件での作業にとって重要です。

メカニズム4 — プラスチック収縮制御の向上による耐クラック性

セメント水和の塑性段階 (打設後の最初の 2 ～ 6 時間) では、水分の損失と化学的収縮による体積収縮により、若いモルタルの引張強度を超える引張応力が発生し、塑性収縮亀裂が発生する可能性があります。 HEMC の保水機能は、プラスチック モルタル表面からの水分の損失速度を低減し、早期の亀裂形成を促進する温度勾配と水分勾配を直接減少させます。 HEMC改質モルタルと対照の亀裂面積を測定した研究では、亀裂面積が減少していることが示されています。 40～60% 0.2 ～ 0.3% の HEMC 添加レベル。

セメントモルタルの HEMC 性能データ: 強度と耐久性の測定

以下の棒グラフは、EN 1015-11 に従って 28 日間養生した際に測定した、用量レベルを増加させながら建材グレードの HEMC で改質した標準ポルトランド セメント モルタルの圧縮強度と曲げ強度のデータを示しています。

データは、明確な最適値を示しています。 0.30 ～ 0.40% HEMC 添加 、圧縮強度と曲げ強度の両方がピークになります。 0.50%を超えると、セメントバインダーマトリックスに対するポリマーの希釈効果により、強度がわずかに低下し始めます。これはセルロースエーテルの文献で十分に文書化された反応です。これは、強度を重視した用途における実際的な投与量の上限を定義します。

以下の折れ線グラフは、標準的な C2 クラスのタイル接着剤配合物における HEMC 投与量の関数として保水性と開放時間を追跡しています。

建材グレード HEMC の用途別の投与量と粘度ガイド

投与量と粘度グレードの選択は、特定の用途と基材の条件に合わせて行う必要があります。機械適用システムで高すぎる粘度グレードを使用すると、ポンプの詰まりが発生します。手で塗布するタイル接着剤のグレードが低すぎると、耐垂れ性が不十分になります。以下の表は、アプリケーション固有のガイダンスを示しています。

建設用接着剤における HEMC: 接着強度と耐久性の向上

建築用接着剤配合物（セメントベース、分散ベース、またはハイブリッドシステムのいずれのシステムであっても）において、HEMC は純粋なモルタル用途と比較して、異なるものの同様に重要な役割を果たします。主な貢献は次のとおりです。

濡れ性と基板接触の改善

HEMC の粘度上昇効果により、基板表面上での接着剤の初期の広がりが遅くなり、接着剤ポリマー フィルムと基板の毛細管構造の間の接触時間が増加します。これにより、表皮の形成が始まる前に、接着剤がコンクリート、レンガ、ファイバーセメント基材の微細孔により完全に浸透することができます。 HEMC 改質 C2 タイル接着剤と未改質 C2 タイル接着剤を比較したファイバーセメントボードの引き剥がし接着試験では、引張接着力の向上が示されています。 18～28% 28 日間の周囲環境での養生後。

耐熱性と凍結融解性

HEMC の保水機能は耐久性において二次的な役割を果たします。セメントを完全に水和させることで、本質的に凍結融解サイクルに対する耐性がより高い、より高密度で空隙率の低い結合層が生成されます。水和が不完全なモルタル（通常、吸収性の高い基材での急速な水分損失が原因）には、未反応のセメントが残留し、凍結融解損傷の主な経路となる大きな毛細管孔が多く含まれています。 HEMC 改質タイル接着剤は、EN 12004 凍結融解サイクル プロトコル (25 サイクル、-15 °C ～ 60 °C) に従ってテストされ、保持力を維持します。 85 ～ 92% 初期接着強度。通常、未修飾のコントロールは 55 ～ 70% を保持します。

ハイブリッドシステムにおけるポリマー添加剤との適合性

HEMC は、高性能接着剤配合物で一般的に使用される再分散性ポリマー粉末 (RDP)、デンプンエーテル、および空気連行剤と互換性があります。一部の増粘剤とは異なり、HEMC は RDP 膜形成と競合せず、推奨用量ではセメントの硬化を大幅に遅らせることはありません。この互換性により、配合者は HEMC と RDP を組み合わせて、単一の配合で (ポリマーフィルムによる) 柔軟性の向上と (HEMC による) 保水性の向上の両方を達成することができます。これは、熱の移動を受けやすい外部適用システムにとって特に重要です。

建材用途における HEMC と HPMC: 適切なセルロース エーテルの選択

配合者は、建材用途として HEMC とヒドロキシプロピル メチル セルロース (HPMC) の両方を頻繁に評価します。どちらも同様の機能的役割を持つセルロース エーテルですが、特定のアプリケーション環境にとって重要な点で異なります。以下の棒グラフは、主要な機能パラメーターを比較しています。

HEMC のより高い熱ゲル化温度 - 通常 70 ～ 75 °C 対標準 HPMC の場合は 60 ～ 65 °C - 暑い気候での用途や、高温環境で保管および適用される配合物に最適です。このより高い熱ゲル化点は、HPMC がゲル化して保水機能を失う高温でも HEMC 溶液が安定で粘稠なままであることを意味します。実際には、夏の直射日光の下で濃い色の下地に塗布されたタイル接着剤は、表面温度が 50 ～ 60°C に達する可能性があります。この温度範囲では、HEMC は性能を維持しますが、HPMC は粘度が不安定になり始めます。

さらに、HEMC は HPMC と比較して、セルラーゼ酵素による微生物分解に対して優れた耐性を示します。保存されたモルタルバッグ内の生物活性が懸念される可能性がある暖かく湿った気候では、HEMC のヒドロキシエチル置換パターンにより酵素鎖切断に対する耐性が向上し、ドライミックス製剤の保存安定性が延長されます。

HEMC をドライミックス建築製品に組み込むための実践的な配合のヒント

一貫した性能を得るには、建材グレードの HEMC をドライミックス配合物に正しく組み込むことが不可欠です。混合順序や保管時にエラーが発生すると、ダマ、不均一な溶解、バッチ間のパフォーマンスの一貫性がなくなる可能性があります。

1. 最初に HEMC を不活性乾燥成分と事前にブレンドします セメントを加える前に、（細かい砂、石灰岩の充填剤、またはフライアッシュ）を加えます。これにより、HEMC 粒子が適切に分散する前に水と接触することが防止され、塊の形成や不均一な溶解が引き起こされます。
2. 推奨される水対乾燥混合比の水を一度に加えます。 水を少しずつ添加すると、粘度の上昇が不均一になります。 HEMC を使用したほとんどのタイル接着剤配合の最適な水対粉末比は、重量で 0.26 ～ 0.32 です。
3. 3 ～ 5 分間の消火期間を設けます 最初の混合後、最終混合から完了まで。この休止期間により、HEMC の完全な溶解とポリマー ネットワークの水和が可能になり、最終的な目標粘度が得られます。
4. HEMC を含むドライミックス製品は密封された防湿包装で保管してください。 気温が35℃以下の場合。保管中に湿気が侵入すると、HEMC が部分的に事前水和され、最終的に製品が現場で水と混合されるときの効果的な寄与が減少します。
5. 予想される塗布温度での試用バッチの粘度をテストします。 、標準的な実験室条件 (23°C) ではありません。 HEMC の粘度は温度に依存します。23°C で正しく機能する配合物は、10°C では粘度が大幅に高く (約 2 倍)、40°C では粘度が低くなります。気温の変動が大きい気候で一年中使用される製品の場合は、季節ごとに 10 ～ 15% の用量調整が必要になる場合があります。

建材における HEMC に関するよくある質問

Q1: セメントモルタル用途における HEMC と HPMC の違いは何ですか?

どちらもセメントモルタルに保水性とレオロジー調整をもたらしますが、HEMC はより高い熱ゲル化温度 (HPMC の 60 ～ 65°C に対して 70 ～ 75°C) と、微生物分解に対する優れた耐性を備えています。 HEMC は、高温アプリケーションや、暖かく湿った環境で保管される製品に最適です。標準的な温度条件では、性能の差は小さく、入手可能性と配合要件に基づいてどちらも使用できます。

Q2: HEMC はセメントの硬化時間を大幅に遅らせますか?

建材配合物に使用される用量 (0.1 ～ 0.5%) では、HEMC は中程度の硬化遅延を引き起こします。 30～90分 投与量とセメントの種類によって異なります。これは作業性とオープンタイムを延長するため、一般に有益です。急速修復モルタルなど、急速硬化を必要とする用途の場合、試験用量で急速硬化セメントまたは促進剤混和剤を使用することで遅延効果を打ち消すことができます。

Q3: HEMC は石膏ベースの絆創膏や接着剤に使用できますか?

はい。 HEMC は石膏 (硫酸カルシウム半水和物) バインダー システムと互換性があり、セメント システムと同じ保水性、レオロジー調整、耐垂れ性の利点を提供します。石膏プラスターでは、 0.15～0.30% が典型的です。石膏系での硬化遅延はセメント系ほど顕著ではなく、中アルカリ性石膏環境 (pH 7 ～ 9) での HEMC の性能は、より高い pH 値での性能と同等です。

Q4: HEMC 粘度グレードの選択は、最終的なモルタルの性能にどのような影響を与えますか?

より高い粘度グレード (80,000 mPa・s 以上) は保水性と垂れ耐性に優れていますが、同じ投与量でも作業性とポンプ能力が低下する可能性があります。より低い粘度グレード (40,000 mPa・s 未満) は流動性と展延性を向上させますが、同等の保水性を達成するにはより高い投与量が必要です。一般的なルールは次のとおりです。塗布方法が可能な最高の粘度グレードを使用します。ハンドコテ システムでは高粘度グレードを使用できます。機械適用システムでは、ポンプ圧力の上昇を避けるために中程度以下のグレードが必要です。

Q5: 建材グレードの HEMC は、ドライミックス生産環境で安全に取り扱うことができますか?

建築材料グレードの HEMC は、標準的な規制枠組みに基づいて無毒かつ無害であると分類されています。ドライミックス生産においてあらゆる微粉体に適用される標準的な粉塵制御措置を超える特別な換気は必要ありません。取り扱い作業には、標準的な個人用保護具 (微粒子用防塵マスク、手袋、目の保護具) の着用が推奨されます。 HEMC パウダーは通常の条件下では可燃性ではなく、一般的なドライミックス製造環境では特別な火災や爆発の危険はありません。

Q6: HEMC を配合したドライミックス製品の保存期限はどれくらいですか?

HEMC を含むドライミックス製品を密封した防湿包装で 35°C 未満の温度で保管すると、通常、保存期間は 12 ～ 24 か月 。主な劣化メカニズムは吸湿であり、これにより部分的な事前水和が引き起こされ、使用時の HEMC の寄与が減少します。作業性の低下、保水性の低下、または混合後の塊状化を示す製品は、通常、HEMC ポリマー自体の化学的劣化ではなく、保管中の湿気の侵入の結果です。