石膏粉末に混合される保水剤の役割は何ですか？
回答: 左官用石膏、接着石膏、コーキング用石膏、石膏パテなどの建築用粉末材料が使用されます。施工を容易にするため、石膏スラリーの施工時間を延長するために、製造時に石膏遅延剤が添加されます。遅延剤は、半水石膏の水和プロセスを抑制するために添加されます。このタイプの石膏スラリーは、凝結する前に壁面に1〜2時間放置する必要がありますが、ほとんどの壁、特にレンガ壁、さらに気泡コンクリート壁、多孔質断熱板などの軽量新壁材は吸水性があるため、石膏スラリーは保水性を持たせて、スラリー中の水分の一部が壁面に移動するのを防ぎ、石膏スラリーが硬化する際に水分不足や不十分な水和を防ぎ、完全に石膏と壁面の接合部の剥離や剥落を引き起こす必要があります。保水剤の添加は、石膏スラリー中の水分を保持し、界面での石膏スラリーの水和反応を確実に起こさせ、接着強度を確保するためである。一般的に使用される保水剤は、メチルセルロース（MC）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）、ヒドロキシエチルメチルセルロース（HEMC）などのセルロースエーテル類である。さらに、ポリビニルアルコール、アルギン酸ナトリウム、変性デンプン、珪藻土、希土類粉末なども保水性能の向上に利用できる。
どのような種類の保水剤であっても、石膏の水和速度を様々な程度で遅らせることができるが、遅延剤の量が一定であれば、保水剤は一般的に15～30分間凝結を遅らせることができる。したがって、遅延剤の量を適切に減らすことができる。
石膏粉末材料における保水剤の適切な添加量はどれくらいですか？
回答：保水剤は、左官用石膏、接着用石膏、コーキング用石膏、石膏パテなどの建築用粉末材料によく使用されます。この種の石膏には、半水石膏の水和プロセスを抑制する遅延剤が混合されているため、石膏スラリー中の水分の一部が壁面に移動するのを防ぎ、石膏スラリーが硬化する際に水分不足や不完全な水和が生じるのを防ぐために、石膏スラリーに保水処理を施す必要があります。保水剤を添加する目的は、石膏スラリーに含まれる水分を維持し、界面での石膏スラリーの水和反応を確保することで、接着強度を確保することです。
一般的に、吸水性の強い壁（気泡コンクリート、パーライト断熱板、石膏ブロック、レンガ壁など）に石膏スラリーを使用する場合は、その添加量は0.1%～0.2%（石膏換算）です。接着用石膏、コーキング用石膏、表面仕上げ用石膏、または表面薄塗りパテを準備する場合は、保水剤の量を多くする必要があります（一般的に0.2%～0.5%）。
メチルセルロース（MC）やヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）などの保水剤は冷水に溶けやすい性質がありますが、水に直接溶かすと初期段階で塊ができてしまいます。そのため、保水剤は石膏粉末と予め混合して分散させる必要があります。乾燥粉末状にした後、水を加えて攪拌し、5分間放置してから再度攪拌すると、より効果的です。ただし、現在では水に直接溶かすことができるセルロースエーテル製品も存在しますが、乾燥粉末モルタルの製造にはほとんど効果がありません。
石膏硬化体において、防水剤はどのようにして防水機能を発揮するのでしょうか？
回答：様々な種類の防水剤は、それぞれ異なる作用機序に従って、石膏硬化体において防水機能を発揮します。基本的には、以下の4つの方法に分類できます。
（１）石膏硬化体の溶解度を低下させ、軟化係数を増加させ、硬化体中の溶解度の高い硫酸カルシウム二水和物を部分的に溶解度の低いカルシウム塩に変換する。例えば、C7～C9を含む鹸化合成脂肪酸を添加し、同時に適量の生石灰とホウ酸アンモニウムを添加する。
（２）硬化体の微細な毛細管孔を塞ぐ防水膜層を形成する。例えば、パラフィン乳剤、アスファルト乳剤、ロジン乳剤、パラフィン・ロジン複合乳剤、改良アスファルト複合乳剤などを混合する。
（３）硬化体の表面エネルギーを変化させ、水分子が凝集状態になり、毛細管チャネルに浸透できないようにする。例えば、各種乳化シリコーンオイルを含む各種シリコーン撥水剤を配合する。
（４）硬化体の毛細管チャネルへの水の浸入を防ぐために、外部コーティングまたは浸漬により、さまざまなシリコーン防水剤を使用することができる。溶剤系シリコーンは水性シリコーンよりも優れているが、前者は石膏硬化体のガス透過性が低下する。
石膏建材の防水性を向上させるために様々な防水剤を使用することができますが、石膏は依然として空気硬化型のゲル状材料であり、屋外や長期にわたる高湿度環境には適しておらず、湿潤と乾燥が繰り返される環境にのみ適しています。
建築用石膏を防水剤で改質するとはどういうことですか？
回答：石膏系防水剤の主な作用機序は2つあります。1つは溶解度を低下させることで軟化係数を高めること、もう1つは石膏材料の吸水率を低下させることです。吸水率の低下は2つの側面から実現できます。1つは硬化石膏の緻密性を高めること、つまり多孔性や構造的な亀裂を減らすことで石膏の吸水率を低下させ、石膏の耐水性を向上させることです。もう1つは硬化石膏の表面エネルギーを高めること、つまり細孔表面に疎水性膜を形成することで石膏の吸水率を低下させることです。
多孔性を低減する防水剤は、石膏の微細な孔を塞ぎ、石膏体の緻密性を高めることで効果を発揮します。多孔性を低減するための混和剤には、パラフィン乳剤、アスファルト乳剤、ロジン乳剤、パラフィンアスファルト複合乳剤など、多くの種類があります。これらの防水剤は、適切な配合方法を用いれば石膏の多孔性を低減するのに効果的ですが、同時に石膏製品に悪影響を及ぼす可能性もあります。
表面エネルギーを変化させる最も一般的な撥水剤はシリコーンです。シリコーンは各細孔の隙間に入り込み、一定の長さ範囲内で表面エネルギーを変化させ、水との接触角を変化させることで、水分子を凝縮させて水滴を形成し、水の浸透を遮断し、防水効果を発揮すると同時に、石膏の通気性を維持します。このタイプの防水剤には、主にメチルシリコン酸ナトリウム、シリコーン樹脂、乳化シリコーンオイルなどがあります。もちろん、この防水剤は細孔の直径が大きすぎないことが条件であり、同時に加圧水の浸透に耐えることができず、石膏製品の長期的な防水・防湿問題を根本的に解決することはできません。
国内の研究者らは、有機材料と無機材料を組み合わせる方法、すなわち、ポリビニルアルコールとステアリン酸の共乳化によって得られた有機乳化防水剤をベースに、ミョウバン石、ナフタレンスルホン酸アルデヒド縮合物、塩系防水剤を配合した新しいタイプの石膏複合防水剤を開発した。この石膏複合防水剤は、石膏と水に直接混合することができ、石膏の結晶化プロセスに関与し、より優れた防水効果が得られる。
シラン系防水剤は、石膏モルタルの白華現象に対してどのような抑制効果を発揮しますか？
回答: (1) シラン系防水剤を添加すると、石膏モルタルの白華の程度を大幅に低減できます。石膏モルタルの白華抑制の程度は、一定の範囲内でシラン添加量の増加とともに増加します。シランの抑制効果は、0.4% シランの場合に理想的であり、この量を超えると抑制効果は安定する傾向があります。
（２）シランを添加すると、モルタルの表面に疎水性層が形成されて外部からの水の浸入を防ぐだけでなく、内部の苛性ソーダの移動による白華の発生も抑制し、白華抑制効果が大幅に向上する。
（３）シランの添加は白華を著しく抑制する一方で、工業副産物石膏モルタルの機械的特性に悪影響を及ぼさず、工業副産物石膏ドライミックス建築材料の内部構造の形成および最終的な支持力にも影響を与えない。
投稿日時：2022年11月22日