(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント系の特性を有する固体水和生成物を形成するために水の存在下において水酸化カルシウムと反応させることが可能な、１２０μｍ以下のＤ90および５μｍ以上のＤ15のサイズ分布を有するポゾラン粒子と、
ケイ酸三カルシウムおよび／またはケイ酸二カルシウムで少なくともその一部が構成される、２０μｍ以下のＤ85のサイズ分布を有する水硬性セメント粒子であって、水と練混ぜると、余分の水酸化カルシウムをもたらし、それが、前記ポゾラン粒子の少なくとも一部との反応に利用可能である水硬性セメント粒子と、
を含むことを特徴とするポゾランセメント組成物。
【請求項２】
前記ポゾラン粒子は、１０μｍ以上のＤ15を有し、前記水硬性セメント粒子は、１５μｍ以下のＤ85を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のポゾランセメント組成物。
【請求項３】
前記ポゾラン粒子は、５μｍ以上のＤ10を有し、前記水硬性セメント粒子は、２０μｍ以下のＤ90を有する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のポゾランセメント組成物。
【請求項４】
前記ポゾラン粒子を、ポゾラン粒子と水硬性セメント粒子とを合わせたもののうち少なくとも３０体積％含み、前記水硬性セメント粒子を、前記ポゾラン粒子と水硬性セメント粒子とを合わせたもののうち７０体積％まで含む、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のポゾランセメント組成物。
【請求項５】
細骨材、粗骨材、石灰、アルカリ液、減水性混和剤、硬化促進剤、凝結遅延剤、石膏、レオロジー調節剤または水の少なくとも１種をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のポゾランセメント組成物。
【請求項６】
２８０ｍ2／ｋｇから６００ｍ2／ｋｇの範囲にあるブレーン粉末度を有する、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のポゾランセメント組成物。
【請求項７】
前記水硬性セメント粒子は、５００ｍ2／ｋｇ以上のブレーン粉末度を有し、前記ポゾラン粒子は、３２５ｍ2／ｋｇ以下のブレーン粉末度を有する、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のポゾランセメント組成物。
【請求項８】
前記水硬性セメント粒子の粉末度は、前記ポゾラン粒子の粉末度よりも１．２５から５０倍高い、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のポゾランセメント組成物。
【請求項９】
前記ポゾランは、フライアッシュ、スラグ、高炉スラグ、トラス、火山灰、熱処理粘土および熱処理頁岩からなる群から選択される少なくとも１種のメンバーを含む、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のポゾランセメント組成物。
【請求項１０】
ポゾランセメント組成物の製造方法であって、
２０μｍ以下のＤ85を有する水硬性セメント粒子をもたらすため、水硬性セメントを粉砕および／または分級するステップと、
１２０μｍ以下のＤ90および５μｍ以上のＤ15を有するポゾラン粒子を提供するステップと、
水硬性セメント粒子およびポゾラン粒子をブレンドして、前記ポゾランセメント組成物をもたらすステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記ポゾラン粒子が８０μｍ以下のＤ90を有することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ポゾランセメント組成物に、石膏、細骨材、粗骨材、石灰、アルカリ液、減水性混和剤、硬化促進剤、凝結遅延剤、レオロジー調節剤または水の少なくとも１種を添加するステップをさらに含む、
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ポゾランセメント組成物を、１種または複数の骨材および水とブレンドして、コンクリート組成物をもたらすステップをさらに含む、
ことを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
セメント系組成物を製造するステップの間、前記水硬性セメント粒子および前記ポゾラン粒子が一緒にブレンドされる、
ことを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、コンクリートの製造に使用される水硬性セメント、より具体的にはポゾランを含む水硬性セメントの分野にある。
【背景技術】
【０００２】
関連出願への相互参照
本出願は、その開示が、その全体において本明細書に組み込まれている先の２００８年１０月１０日に出願された米国特許仮出願第６１／１０４６６１号明細書の利益を享受するものである。
【０００３】
「ローマンセメント」は、ローマ人により、２０００年後も依然として建ち続いている壮麗な建物および水道橋を建造するのに使用されてきた。ローマンセメントは、ポゾラン（例えば火山灰または粉砕した煉瓦）を石灰および水と練混ぜて、石灰ポゾランセメントを形成することにより形成された。ローマンセメントの水和生成物は、現代のポルトランドセメントにおけるものと本質的に同じであるが、それらの水和生成物は、はるかに、よりゆっくりと形成されるため、ローマンセメントは現代の接着材料としては非実用的なものとなっている。
【０００４】
現代のコンクリートでは、フライアッシュおよび火山灰などのポゾランが、ポルトランドセメントの一部を置き換えてしばしば使用される。ポルトランドセメントの一部をポゾランで置き換えると、より高い耐久性、より低い塩化物浸透性、クリープの減少、耐化学浸食性の増加、より低いコスト、および環境的影響の低減による、改良されたコンクリートをもたらす。ポゾランは、ポルトランドセメントが水和する間に放出される余分の水酸化カルシウムと反応し、このため中性化を防止するのを助ける。しかし、ポゾランは一般に強度に発現性が遅れる傾向があるので、どの位ポルトランドセメントをポゾランで置き換えることができるかには限界がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】米国材料試験協会規格（「ＡＳＴＭ  Ｃ−１５０」）
【非特許文献２】欧州標準化委員会規格（「ＥＮ  １９７」）
【非特許文献３】米国材料試験協会規格（「ＡＳＴＭ  Ｃ−１５０−００」）
【非特許文献４】米国材料試験協会規格（「ＡＳＴＭ  Ｃ−６１８」）
【非特許文献５】米国材料試験協会規格（「ＡＳＴＭ  Ｃ−１５０−０８」）
【非特許文献６】米国材料試験協会規格（「ＡＳＴＭ  Ｃ−１９１」）
【非特許文献７】米国材料試験協会規格（「ＡＳＴＭ  Ｃ−１５１」）
【非特許文献８】米国材料試験協会規格（「ＡＳＴＭ  Ｃ−１０９」）
【非特許文献９】米国材料試験協会規格（「ＡＳＴＭ  Ｃ−５９５−０８」）
【非特許文献１０】米国材料試験協会規格（「ＡＳＴＭ  Ｃ−４９４」）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
コンクリートを製造する場合に、ポゾラン含量を増加させ、ポルトランドセメント含量を減少させることに由来する潜在的な経済的および環境的利益があるにも拘らず、このような技術的限界により、現在まで、それら実用化が制約されてきている。米国におけるレディーミクストコンクリートの４０％未満はポゾランを全く使用せず、ポゾランを使用するものについては、典型的な置換レベルは約１０％〜１５％であると見積もられている。高度な設計におけるコンクリートは、全結合材のパーセンテージとしてより多くのポゾランを含むことができるが、混合セメントの欠陥を克服するコンクリート設計技術は、ポゾランの有利な特性が設計費用よりも重要である高層ビルおよび大規模公共事業構造物などの費用のかかる建築計画でのみ通常は正当化される高いコストがかかる。大抵の場合、ポゾランがコンクリートの強度発現性を遅らせる傾向は、それを超えるとポルトランドセメントを置き換える利点が失われる置換上限を生じている。要するに、一般目的のコンクリートの場合など、コストおよび製造し易さが主な関心事である場合、ポゾランは典型的に少量で使用されるか、または、全く使用されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、粒度を最適化して、ポルトランドセメントをポゾランに置換する割合を向上させる一方で、高い早期強度発現性を維持しているポゾランセメントブレンドに関する。早期強度発現性を著しく低下させずにポゾラン置換レベルを向上させることにより、本発明のポゾランセメントブレンドは、既存のセメントおよびコンクリートに比べて、より完全にポゾラン置換の経済的および環境的利益を実現する。
【０００８】
一実施形態により、普通のポルトランドセメント（ＯＰＣ）（例えば、Ｉ型およびＩＩ型セメント）を容易に置き換えることができるポゾランセメントブレンドが提供される。本発明のポゾランセメントブレンドは、普通のポルトランドセメント（ＯＰＣ）中に見出される高度に反応性のある微細なポルトランドセメント粒子（例えば、約０．１〜１０μｍの分布）の同一もしくは同様な濃度を維持することによって、ポゾランの強度遅延効果を避けている。粗いポルトランドセメント粒子が、同一もしくは同様の粒度分布および／または粉末度を有する粗いポゾラン粒子の同様な量で置き換えられる。これらの粗いポゾラン粒子は、分散することを助け、微細なポルトランドセメント粒子の反応を和らげ、水要求量（ｗａｔｅｒ  ｄｅｍａｎｄ）を低減し、また、ＯＰＣ中に含有される粗いポルトランドセメント粒子と極めて同様な形で長期強度発現性をもたらす。
【０００９】
ＯＰＣおよびフライアッシュの両方が、典型的に約０．１〜４５μｍの範囲にある粒度分布を有し、その体積の約半分は、約１０〜１５μｍ未満の「微細な（ｆｉｎｅ）」粒子からなり、また半分は、約１０〜１５μｍを超える「粗い（ｃｏａｒｓｅ）」粒子からなる。ポルトランドセメントとフライアッシュまたは他のポゾランとの最適化されたブレンドは、（１）ポルトランドセメントから粗い粒子を取り去り、主としてまたは専ら微細な粒子を保持するステップ、（２）ポゾランからいくらかまたは全ての微細な粒子を取り去り、粗い粒子を保持するステップ、および（３）微細なポルトランドセメント粒子と粗いポゾラン粒子とを一緒にブレンドするステップによって提供することができる。その結果は、コンクリートにおいてＯＰＣと同一または同様な早期強度発現性をもたらす新たなポゾランセメントブレンドである。またそれにかかるコストは、ＯＰＣよりも実質的に低い。
【００１０】
一実施形態により、ポルトランドセメント粒子とポゾラン粒子とを分けるカットオフ粒径（例えば、約５〜３０μｍの範囲にある）が存在し得る。この実施形態において、大部分のまたは全てのポルトランドセメント粒子はカットオフサイズ以下（例えば、約２０μｍ、１５μｍ、１０μｍ、７．５μｍまたは５μｍ未満）であろうし、また大部分のまたは全てのポゾラン粒子はカットオフサイズ以上（例えば、約５μｍ、７．５μｍ、１０μｍ、１５μｍまたは２０μｍを超える）であろう。いくつかの場合において、ポゾランがポルトランドセメントを置き換えるレベルは、粒径カットオフを変化させることにより調節することができる。一般に、粒径カットオフを上げると、ポゾラン置換のレベルが下がり、またカットオフを下げると、ポゾラン置換のレベルが上がる。いくつかの実施形態において、ポルトランドセメント部分全体の粉末度が、ポゾラン部分の粉末度を実質的に超える限り、ポルトランドセメント粒径とポゾラン粒径との間に著しい重なりが存在し得る。比較的少量の微細なポゾラン粒子が含まれることができて、微細なポルトランドセメント粒子を分散させる助けになる。
【００１１】
粉砕または選別のいずれかによって、より微細なポゾランを使用することを一般に含む、既存の、ポゾランセメントブレンドの反応性および早期強度発現性を高める方法と異なって、本明細書において開示されるポゾラン性セメントは、比較的粗いポゾラン部分を保持し、またはこのポゾラン部分の粉末度をむしろ低下させるという、直観に反する取組みを用いて作られる。概して本発明は、主としてより大きなサイズのポゾラン粒子、およびより小さなサイズの水硬性セメント粒子に向かって、セメント組成物における粒度分布のバランスをシフトさせることによる高早期強度発現ポゾランセメントを提供する。こうして、水硬性セメント部分とポゾラン部分とは、それぞれの最高の効果を発揮する。
【００１２】
ＯＰＣの早期強度発現性をもたらすのは、主としてより小さなセメント粒子である点が見出されている。水和の間、水は、セメント粒中へゆっくりかつ限定的に浸透するため、最初の２８日において、非常に小さなポルトランドセメント粒子（例えば、０．１〜５μｍ）だけが完全に水和される。より大きな粒子は、その表面で部分的にしか水和しない。１０〜２０μｍを超えるポルトランドセメント粒子は、完全に水和するには何年もかかる可能性がある。より大きなサイズのポルトランドセメント粒子の使用は、関連の強度発現期間の間、このような粒子の未反応の内部体積が、高価な充填材として作用するので、浪費的である。それにも拘らず、ＯＰＣ中に、より大きなサイズのポルトランドセメント粒子を包含することは、凝結時間を調節し、所望の水要求量およびレオロジーをもたらし、長期強度に貢献するために必要である。極めて微粉砕されたポルトランドセメントは、ＩＩＩ型速硬セメントに当たり、このものは、Ｉ型およびＩＩ型セメントよりも高い早期強度発現を、しかしより低い長期強度を発現する。
【００１３】
ＯＰＣと同様な強度発現性プロフィルを保持し、また同様な水要求量およびレオロジーを保持するために、大部分のまたは全てのより大きなサイズの水硬性（例えば、ポルトランド）セメント粒子を、同様なサイズのポゾラン粒子で置き換えることができる。短期において、遅く反応するポゾラン粒子は、それらが置き換える、より大きなサイズの水硬性セメント粒子と同様に挙動する。それらのポゾラン粒子は十分に反応し、また小さな水和セメント粒子と十分な化学的相容性を有しており、高い早期強度発現性が保持される。しかし、粉砕した不活性な石または砂などの非反応性充填材と異なって、ポゾランは、時間をかけて反応し、セメントペーストの成長およびコンクリート強度に寄与することを継続する。ポゾランセメントは、長期において、ＯＰＣのそれと同等またはＯＰＣのそれを超える強度を発現するので、本発明のポゾランセメントの長期強度も、ＯＰＣのそれと同等またはＯＰＣのそれを超えることができる。
【００１４】
中間レベルから高レベルのポルトランドセメントをポゾランで置き換え、かつＯＰＣと同様な強度および性能特性を維持する能力は、より小さなポルトランドセメント粒子を使用しながら、ポゾランセメントブレンド全体の粒度分布をＯＰＣと同様に保持することによって可能になった、驚くべきかつ思いがけない結果である。ＯＰＣとポゾランとの従来のブレンドと比較して、本ポゾランセメントブレンドは、より高パーセンテージの小さなポルトランドセメント粒子を有し、これらの粒子は２８日で完全に水和し、それにより、所望の時間枠の中でポルトランドセメントの潜在能力の全てを解放する。このポルトランドセメント活用増加は、本明細書において記述されるポゾランセメントブレンドが、ハイボリュームのポゾランにより、ＯＰＣと同様の性能特性を達成することができる１つの原理的理由である。
【００１５】
より微細なポルトランドセメント粒子は、粗いポゾラン部分の利益にもなる。完全に水和した微細なポルトランドセメント粒子は、さらなる石灰を放出し、それがポゾラン反応を促進し、長期強度の増進をもたらす。したがって、微細なセメント粒子と粗いポゾラン粒子との組合せは、現在実用されているような、全範囲の粒子分布のポゾランとポルトランドセメントとをブレンドすることによっては達成することのできない、相乗効果を作り出す。
【００１６】
粒度を最適化したポゾランセメントブレンドの他の著しい利益は、二酸化炭素放出の低減である。ポルトランドセメントは、人が作った二酸化炭素のうち５％以上をもたらしていると見積もられる。未水和セメント粒子の核にある浪費されたセメントは、浪費された環境コストを表し、それは本明細書において記述されるポゾランセメントブレンドでは軽減される。このセメント使用における削減は、セメントの性能への損失が全くなくてもたらされるので、炭素放出における真の低減を表す。
【００１７】
いくつかの場合、水硬性セメントによってもたらされる余分の水酸化カルシウム量を、酸化カルシウムまたは水酸化カルシウムの添加によって補うことが望ましいであろう。アルカリ液または他の強塩基を添加して、石灰−ポゾラン反応を促進することもできる。あるいは、セメントクリンカー中のケイ酸三カルシウム対ケイ酸二カルシウムの比率を増大させることによって、水硬性セメント部分中のカルシウムの相対量を増加させることができる。
【００１８】
要するに、より大きなポゾラン粒子、およびより小さな水硬性セメント粒子の相対量および粒度分布を適切にバランスさせることにより、本発明は、ＯＰＣに比べて同一のまたはより良好な早期強度発現性および究極の強度を有することができる、他方で同様なまたは優れたフロー性状、耐久性、低い透水性および耐化学浸食性を示すポゾランセメント組成物を提供する。またこのポゾランセメント組成物では、微粉砕したポゾランをＯＰＣに余分に入れ、またはＯＰＣと置き換えて、より高い早期強度発現性および長期強度ならびに耐久性をもたらす現在の方式に比べて、より低いコスト、低減されるＣＯ2放出において、他方で高価な混和剤の使用を低減または無くして、そのようにすることができる。
【００１９】
本発明のこれらおよび他の利点ならびに特徴は、下記の記述および添付される特許請求の範囲からより完全に明らかになるであろう。または、これらは本明細書において以後示される本発明の実施によって修得されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明の上記および他の利点ならびに特徴をさらに明らかにするため、本発明のより特定的な記述が、添付される図面において例示されるそれらの特定の実施形態を参照して、なされるであろう。これらの図面は、本発明の例示的実施形態だけを示しており、したがって、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではないと理解される。本発明は、添付する図面の使用によって、さらなる特異性および細部について記述され、説明されるであろう。
【図１】ポゾランセメントブレンドを製造する概略図である。
【図２】ポゾランセメントブレンドを、対照標準ブレンドおよび１００％ポルトランドセメントと比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
Ｉ．序
本明細書において開示されているのは、一般的建造物および高級な建造物の両方に使用される普通のポルトランドセメント（例えば、Ｉ型およびＩＩ型セメント）に取って代わることができる高早期強度発現ポゾランセメントである。本発明のポゾランセメントには、独特の分布のポゾランおよび水硬性セメント粒子が含まれ、そこではより大きなサイズの粒子が大部分または専らポゾランを含み、より小さなサイズの粒子が大部分または専ら水硬性セメントを含む。ポゾランの水和を行うのに必要とされる水酸化カルシウムは、水硬性セメント部分からの余分のカルシウムによって提供される。その結果は、優れた長期強度および耐久性と共にＯＰＣ同様の高い早期強度発現性、ならびにより低いコストおよびＣＯ2出力を提供するセメント組成物である。
【００２２】
表面だけが反応し、主として高価な充填材として作用する、大粒子の形態にあるポルトランドセメントを浪費するよりもむしろ、本発明は、短期間（例えば、７日、２８日または４５日）に実質的にまたは完全に水和するより微細な、より反応性の粒子を利用することによって、水硬性セメントのはるかに大きな結合能力を解放する。より微細な水硬性セメント粒子の速やかな硬化は制御され、また、水硬性セメント粒子の分散を助ける、より大きなポゾラン粒子を利用することによって水要求量は少なくなる。こうして、水硬性セメント部分とポゾラン部分とは、それぞれの最高の効果を発揮する。
【００２３】
一実施形態により、ＯＰＣのそれらに近付けたブレーン粉末度および粒度分布（例えば、ロジン−ラムラー−スパーリング−ベネット（Ｒｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ−Ｓｐｅｒｌｉｎｇ−Ｂｅｎｎｅｔ）分布により表される）を有する高早期強度発現性ポゾランセメントを製造することができる。こうして、このセメント組成物は、水要求量、レオロジーおよび強度発現性に関してＯＰＣと同様に挙動することができる。
【００２４】
特に指定されない限り、百分率は、重量パーセントによると理解されたい。しかし、水硬性セメントの密度とポゾランの密度との間に著しい不均衡が存在する場合、置き換えられる水硬性セメントの同体積の代わりに、等しい体積のポゾランを添加するような調節を行い得ることが、理解されるであろう。例えば、ポゾラン置換の正しい重量は、セメント減少重量に、ポゾランの密度対セメントの密度の比率を掛けることによって測定することができる。
【００２５】
ＩＩ．セメント組成物
Ａ．粒度分布
完全球形粒子の粒径は、直径により測定される。フライアッシュはそれが形成される方法のために、一般に球状であるが、ポルトランドセメント粒子およびポゾラン粒子は球状ではない可能性がある。したがって、「粒径」は、粉砕されたまたは他の方法による非球状材料、例えばポルトランドセメントおよび多くのポゾランなどの粒径を測定する許容された方法により測定するものとする。試料の粒径は、目視評価により、または１組のふるいの使用によって測定することができる。粒径は、光学または電子顕微鏡解析により個別に測定することができる。粒度分布（ＰＳＤ）は、レーザーまたはＸ線回折（ＸＲＤ）によって測定もしくは評価することもできる。
【００２６】
本発明によるポゾランセメント組成物（すなわち混合セメント）には、広い範囲の粒径にわたって（例えば、約０．１〜１２０μｍ、または約０．１〜１００μｍ、または約０．１〜８０μｍ、または約０．１〜６０μｍ、または約０．１〜４５μｍの範囲にわたって）広がった粒子の分布が含まれる。一実施形態により、約２０μｍを超える、ポゾラン粒子と水硬性セメント粒子とを合わせたもの（例えば、約２０〜１００μｍまたは約２０〜６０μｍの範囲にわたって分布する）の少なくとも５０％がポゾランを含み、５０％未満が水硬性セメントを含む。約２０μｍを超える粒子の少なくとも約６５％がポゾランを含み、約３５％未満が水硬性セメントを含むことが好ましい。約２０μｍを超える粒子の少なくとも約７５％がポゾランを含み、約２５％未満が水硬性セメントを含むことがより好ましい。約２０μｍを超える粒子の少なくとも約８５％がポゾランを含み、約１５％未満が水硬性セメントを含むことがより一層好ましい。約２０μｍを超える粒子の少なくとも約９５％がポゾランを含み、約５％未満が水硬性セメントを含むことが最も好ましい。いくつかの場合に、約２０μｍを超える本質的に全ての粒子がポゾランを含み、かつ全く水硬性セメントを含まないことが望ましいであろう。
【００２７】
他の実施形態において、約１５μｍを超える、ポゾラン粒子と水硬性セメント粒子とを合わせたもの（例えば、約１５〜１００μｍまたは約１５〜６０μｍの範囲にわたって分布する）の少なくとも５０％がポゾランを含み、５０％未満が水硬性セメントを含む。約１５μｍを超える粒子の少なくとも約６５％がポゾランを含み、約３５％未満が水硬性セメントを含むことが好ましい。約１５μｍを超える粒子の少なくとも約７５％がポゾランを含み、約２５％未満が水硬性セメントを含むことがより好ましい。約１５μｍを超える粒子の少なくとも約８５％がポゾランを含み、約１５％未満が水硬性セメントを含むことがより一層好ましい。約１５μｍを超える粒子の少なくとも約９５％がポゾランを含み、約５％未満が水硬性セメントを含むことが最も好ましい。いくつかの場合に、約１５μｍを超える本質的に全ての粒子がポゾランを含み、かつ全く水硬性セメントを含まないことが望ましいであろう。
【００２８】
さらに他の実施形態において、約１０μｍを超える、ポゾラン粒子と水硬性セメント粒子とを合わせたもの（例えば、約１０〜１００μｍまたは約１０〜６０μｍの範囲にわたって分布する）の少なくとも５０％がポゾランを含み、５０％未満が水硬性セメントを含む。約１０μｍを超える粒子の少なくとも約６５％がポゾランを含み、約３５％未満が水硬性セメントを含むことが好ましい。約１０μｍを超える粒子の少なくとも約７５％がポゾランを含み、約２５％未満が水硬性セメントを含むことがより好ましい。約１０μｍを超える粒子の少なくとも約８５％がポゾランを含み、約１５％未満が水硬性セメントを含むことがより一層好ましい。約１０μｍを超える粒子の少なくとも約９５％がポゾランを含み、約５％未満が水硬性セメントを含むことが最も好ましい。いくつかの場合に、約１０μｍを超える本質的に全ての粒子がポゾランを含み、かつ全く水硬性セメントを含まないことが望ましいであろう。
【００２９】
さらに他の実施形態において、約７．５μｍを超える、ポゾラン粒子と水硬性セメント粒子とを合わせたもの（例えば、約７．５〜１００μｍの範囲にわたって分布する）の少なくとも５０％がポゾランを含み、５０％未満が水硬性セメントを含む。約７．５μｍを超える粒子の少なくとも約６５％がポゾランを含み、約３５％未満が水硬性セメントを含むことが好ましい。約７．５μｍを超える粒子の少なくとも約７５％がポゾランを含み、約２５％未満が水硬性セメントを含むことがより好ましい。約７．５μｍを超える粒子の少なくとも約８５％がポゾランを含み、約１５％未満が水硬性セメントを含むことがより一層好ましい。約７．５μｍを超える粒子の少なくとも約９５％がポゾランを含み、約５％未満が水硬性セメントを含むことが最も好ましい。いくつかの場合に、約７．５μｍを超える本質的に全ての粒子がポゾランを含み、かつ全く水硬性セメントを含まないことが望ましいであろう。
【００３０】
最後に、いくつかの場合、約５μｍを超える、ポゾラン粒子と水硬性セメント粒子とを合わせたもの（例えば、約５〜１００μｍまたは約５〜６０μｍの範囲にわたって分布する）の少なくとも５０％がポゾランを含み、５０％未満が水硬性セメントを含むことが一層望ましいであろう。約５μｍを超える粒子の少なくとも約６５％がポゾランを含み、約３５％未満が水硬性セメントを含むことが好ましい。約５μｍを超える粒子の少なくとも約７５％がポゾランを含み、約２５％未満が水硬性セメントを含むことがより好ましい。約５μｍを超える粒子の少なくとも約８５％がポゾランを含み、約１５％未満が水硬性セメントを含むことがより一層好ましい。約５μｍを超える粒子の少なくとも約９５％がポゾランを含み、約５％未満が水硬性セメントを含むことが最も好ましい。いくつかの場合に、約５μｍを超える本質的に全ての粒子がポゾランを含み、かつ全く水硬性セメントを含まないことが望ましいであろう。
【００３１】
一実施形態により、約２０μｍ未満の、ポゾラン粒子と水硬性セメント粒子とを合わせたもの（例えば、約０．１〜２０μｍの範囲にわたって分布する）の少なくとも約７５％が水硬性セメントを含み、２５％未満がポゾランを含む。約２０μｍ未満の粒子の少なくとも約８０％が水硬性セメントを含み、約２０％未満がポゾランを含むことが好ましい。約２０μｍ未満の粒子の少なくとも約８５％が水硬性セメントを含み、約１５％未満がポゾランを含むことがより好ましい。約２０μｍ未満の粒子の少なくとも約９０％が水硬性セメントを含み、約１０％未満がポゾランを含むことがより一層好ましい。約２０μｍ未満の粒子の少なくとも約９５％が水硬性セメントを含み、約５％未満がポゾランを含むことが最も好ましい。いくつかの場合に、約２０μｍ未満の本質的に全ての粒子が水硬性セメントを含み、かつ全くポゾランを含まないことが望ましいであろう。
【００３２】
他の実施形態において、約１５μｍ未満の、ポゾラン粒子と水硬性セメント粒子とを合わせたもの（例えば、約０．１〜１５μｍの範囲にわたって分布する）の少なくとも約７５％が水硬性セメントを含み、２５％未満がポゾランを含む。約１５μｍ未満の粒子の少なくとも約８０％が水硬性セメントを含み、約２０％未満がポゾランを含むことが好ましい。約１５μｍ未満の粒子の少なくとも約８５％が水硬性セメントを含み、約１５％未満がポゾランを含むことがより好ましい。約１５μｍ未満の粒子の少なくとも約９０％が水硬性セメントを含み、約１０％未満がポゾランを含むことがより一層好ましい。約１５μｍ未満の粒子の少なくとも約９５％が水硬性セメントを含み、約５％未満がポゾランを含むことが最も好ましい。いくつかの場合に、約１５μｍ未満の本質的に全ての粒子が水硬性セメントを含み、かつ全くポゾランを含まないことが望ましいであろう。
【００３３】
さらに他の実施形態において、約１０μｍ未満の、ポゾラン粒子と水硬性セメント粒子とを合わせたもの（例えば、約０．１〜１０μｍの範囲にわたって分布する）の少なくとも約７５％が水硬性セメントを含み、２５％未満がポゾランを含む。約１０μｍ未満の粒子の少なくとも約８０％が水硬性セメントを含み、約２０％未満がポゾランを含むことが好ましい。約１０μｍ未満の粒子の少なくとも約８５％が水硬性セメントを含み、約１５％未満がポゾランを含むことがより好ましい。約１０μｍ未満の粒子の少なくとも約９０％が水硬性セメントを含み、約１０％未満がポゾランを含むことがより一層好ましい。約１０μｍ未満の粒子の少なくとも約９５％が水硬性セメントを含み、約５％未満がポゾランを含むことが最も好ましい。いくつかの場合に、約１０μｍ未満の本質的に全ての粒子が水硬性セメントを含み、かつ全くポゾランを含まないことが望ましいであろう。
【００３４】
さらに他の実施形態において、約７．５μｍ未満の、ポゾラン粒子と水硬性セメント粒子とを合わせたもの（例えば、約０．１〜７．５μｍの範囲にわたって分布する）の少なくとも約７５％が水硬性セメントを含み、２５％未満がポゾランを含む。約７．５μｍ未満の粒子の少なくとも約８０％が水硬性セメントを含み、約２０％未満がポゾランを含むことが好ましい。約７．５μｍ未満の粒子の少なくとも約８５％が水硬性セメントを含み、約１５％未満がポゾランを含むことがより好ましい。約７．５μｍ未満の粒子の少なくとも約９０％が水硬性セメントを含み、約１０％未満がポゾランを含むことがより一層好ましい。約７．５μｍ未満の粒子の少なくとも約９５％が水硬性セメントを含み、約５％未満がポゾランを含むことが最も好ましい。いくつかの場合に、約７．５μｍ未満の本質的に全ての粒子が水硬性セメントを含み、かつ全くポゾランを含まないことが望ましいであろう。
【００３５】
最後に、約５μｍ未満の、ポゾラン粒子と水硬性セメント粒子とを合わせたもの（例えば、約０．１〜５μｍの範囲にわたって分布する）の少なくとも約７５％が水硬性セメントを含み、２５％未満がポゾランを含むことが望ましいであろう。約５μｍ未満の粒子の少なくとも約８０％が水硬性セメントを含み、約２０％未満がポゾランを含むことが好ましい。約５μｍ未満の粒子の少なくとも約８５％が水硬性セメントを含み、約１５％未満がポゾランを含むことがより好ましい。約５μｍ未満の粒子の少なくとも約９０％が水硬性セメントを含み、約１０％未満がポゾランを含むことがより一層好ましい。約５μｍ未満の粒子の少なくとも約９５％が水硬性セメントを含み、約５％未満がポゾランを含むことが最も好ましい。いくつかの場合に、約５μｍ未満の本質的に全ての粒子が水硬性セメントを含み、かつ全くポゾランを含まないことが望ましいであろう。前述にも拘らず、十分な早期強度発現性を維持し、表面中性化を低減または防止するため、少量（例えば、約０．５〜３％）の、約５μｍ未満の粒径を有する微粉化したポゾラン（例えば、シリカフューム、メタカオリンまたは粉砕もしくは分級フライアッシュ）を使用することが望ましいであろう。
【００３６】
短期強度発現性（例えば１〜３日）をさらに向上させるため、いくつかの場合、ポゾラン粒子の強度遅延効果を埋め合わせるように、本ポゾランセメントに、より多量の極めて小さい水硬性セメント粒子（すなわち０．１〜２．５μｍ）を余分に入れることが望ましいであろう。したがって、少なくとも約５０重量％の水硬性セメント粒子は、２．５μｍ未満の粒径を有することができる（すなわち、Ｄ50が２．５μｍである）。他の実施形態において、少なくとも約６０重量％の水硬性セメント粒子は、２．５μｍ未満の粒径を有することができる（すなわち、Ｄ60が２．５μｍである）。さらなる実施形態において、少なくとも約７０重量％の水硬性セメント粒子は、２．５μｍ未満の粒径を有することができる（すなわち、Ｄ70が２．５μｍである）。さらに他の実施形態において、少なくとも約８０重量％の水硬性セメント粒子は、２．５μｍ未満の粒径を有することができる（すなわち、Ｄ80が２．５μｍである）。いくつかの場合、少なくとも約９０重量％の水硬性セメント粒子は、２．５μｍ未満の粒径を有することができる（すなわち、Ｄ90が２．５μｍである）。いくつかの場合、本質的に全ての（少なくとも約９９％）の水硬性セメント粒子は、２．５μｍ未満の粒径を有することが可能であろう。
【００３７】
主としてポゾランであるより大きい粒子と、主として水硬性セメントであるより小さい粒子との間のカットオフとしてどの粒径が選択されるかについての決定は、いくつかの因子による。これらの因子には、所望の反応性、ポゾラン対水硬化性セメントの比率、細骨材対粗骨材の割合、混和剤、硬化促進剤、凝結遅延剤、水和安定剤および充填材の使用などが含まれる。一般に、ポゾラン対水硬化性セメントの比率を増大させると、強度発現性を遅らすことができるが、一方水硬化性セメント対ポゾランの比率を増大させると、強度発現性を促進する傾向がある。補助用石灰または他のカルシウム供給源は、大きなセメントおよび／またはポゾラン粒子と比較して、非常に小さな水硬性セメント粒子（例えば、約１０μｍ未満または５μｍ未満）の相対量を増加させることができるにつれて、凝結を促進することができる（すなわち、より小さな水硬性セメント粒子は、より大きな粒子よりも速やかに水和する）。アルカリ液および他の強塩基は、石灰−ポゾラン反応を促進することによって（例えば、ポゾラン粒子からケイ酸塩イオンが浸出される速度を増大させることによって）、強度発現性を促進することもできる。
【００３８】
ポゾランおよび水硬化性セメントの相対的割合ならびに粒径カットオフに関して、一実施形態により、少なくとも５０％、好ましくは少なくとも約６５％、より好ましくは少なくとも約７５％、より一層好ましくは少なくとも約８５％、また最も好ましくは少なくとも約９５％の約２０μｍを超える、より大きな粒子がポゾランを含み、少なくとも約７５％、好ましくは少なくとも約８０％、より好ましくは少なくとも約８５％、より一層好ましくは少なくとも約９０％、また最も好ましくは少なくとも約９５％の約５μｍ未満の、より小さな粒子が水硬化性セメントを含むポゾランセメント組成物が提供される。他の実施形態により、適用可能なポゾラン範囲に関連したより大きな粒子には、約１５μｍを超える、約１０μｍを超える、約７．５μｍを超えるまたは約５μｍを超える粒子が含まれ得る。他の実施形態により、適用可能な水硬性セメント範囲に関連したより小さな粒子には、約７．５μｍ未満の、約１０μｍ未満の、約１５μｍ未満のまたは約２０μｍ未満の粒子が含まれ得る。
【００３９】
前述のことを考慮すると、ポゾラン部分は一般に、水硬性（例えば、ポルトランド）セメント部分の平均粒径を超える平均粒径を有するであろう。一般に、ポゾラン部分の平均粒径は、水硬性セメント部分の平均粒径の約１．２５倍から約５０倍、好ましくは約１．５倍から約３０倍、より好ましくは約１．７５倍から約２０倍、また最も好ましくは水硬性セメント部分の平均粒径の約２倍から約１５倍の範囲にある。
【００４０】
言い換えると、水硬性セメント部分のブレーン粉末度は、ポゾラン部分のブレーン粉末度の約１．２５倍から約５０倍、好ましくは約１．５倍から約３０倍、より好ましくは約１．７５倍から約２０倍、また最も好ましくはポゾラン部分のブレーン粉末度の約２倍から約１５倍とすることができる。例えば、水硬性セメント部分のブレーン粉末度は、約５００ｍ2／ｋｇ以上、好ましくは約６５０ｍ2／ｋｇ以上、より好ましくは約８００ｍ2／ｋｇ以上とすることができ、またポゾラン部分のブレーン粉末度は、約３２５ｍ2／ｋｇ以下、好ましくは約３００ｍ2／ｋｇ以下、より好ましくは約２７５ｍ2／ｋｇ以下とすることができる。
【００４１】
水硬性セメント部分の反応性を選択または調節して、ポゾラン部分の反応性と釣り合わせることができる（例えば、平均粒径または粉末度を低下もしくは増大させて反応性を増大または低下させる、ケイ酸二カルシウムに対するケイ酸三カルシウムの割合を増加または減少させて反応性を増大または低下させる、補助用石灰量を増加または減少させる、石膏の量を増加または減少させるなどによって）。例えば、ポゾランがより遅く反応する場合、水硬性セメント部分の反応性を増大させるのが望ましいであろう。逆に、ポゾランがより速く反応する場合、水硬性セメント部分の反応性を低下させて、所望の全体としての反応性を維持することが望ましいであろう。利用可能なポゾランの反応性を最良に適応させるように水硬性セメント部分の反応性を調節することによって、本発明は、広く様々な異なった利用可能なポゾランを使用しながら、所望のレベルの反応性および早期強度発現性を有するポゾランセメントの製造を可能としている。
【００４２】
本発明の一実施形態において、少なくとも約３０％のポゾランおよび約７０％未満の水硬性セメント（例えば、水硬性セメント５５〜７０体積％およびポゾラン３０〜４５体積％）が含まれるポゾランセメント組成物が提供される。他の実施形態において、少なくとも約４０％のポゾランおよび約６０％未満の水硬性セメントが含まれるポゾランセメント組成物が提供される。他の実施形態において、少なくとも約４５％のポゾランおよび約５５％未満の水硬性セメントが含まれるポゾランセメント組成物が提供される。さらに他の実施形態において、少なくとも約５５％のポゾランおよび約４５％未満の水硬性セメントが含まれるポゾランセメント組成物が提供される。さらに他の実施形態において、少なくとも約６５％のポゾランおよび約３５％未満の水硬性セメントが含まれるポゾランセメント組成物が提供される。また他の実施形態において、少なくとも約７５％のポゾランおよび約２５％未満の水硬性セメントが含まれるポゾランセメント組成物が提供される。
【００４３】
ポゾランおよび水硬性セメントの粒度分布に関して本明細書において提供される範囲は、重量パーセントによって表されるが、本発明の代替的実施形態において、これらの範囲は、体積パーセントで表すことができる。重量パーセントを体積パーセントに換算するには、種々の材料の密度の比率を使用する必要があるであろう。その上、ポゾランが実質的な量のカルシウム（例えば、ＣａＯ）を含有する範囲については、このようなカルシウムの重量または体積を計算から外し、それを「補助用石灰」であるとみなすことが望ましいであろう。
【００４４】
いくつかの場合、ＯＰＣと同様の凝結性状を有するポゾランセメントを提供するため、不活性充填材が含まれることが望ましいであろう。例えば、比較的多量の非常に小さな水硬性セメント粒子が使用される場合（例えば、２．５μｍ未満のＤ50）、ポゾランセメントは、いくつかの目的には、強度をあまりに速く発現する恐れがある。言い換えると、水硬性セメント部分の強度促進効果がポゾラン部分の強度遅延効果よりも優り、あまりにも速やかに凝結または硬化する恐れがある。水硬性セメント対ポゾランの比率を単に低くするよりもむしろ、水硬性セメント粒子間に広い空間を提供し、それにより始発時間を遅くするために、不活性充填材を添加することが望ましいであろう。一実施形態により、不活性充填材は、体積を占め、水硬性セメント粒子および／またはポゾラン粒子の分離を広げ、水要求量を低減させるために、より粗い粒子（例えば、２０〜３００μｍ）を含むことができる。他の実施形態により、不活性充填材は、より微細粒子（例えば、約２０μｍ未満）を含むことができる。不活性充填材は、当技術分野で知られている不活性充填材を含むことができ、その例には、粉砕した石、岩および他の地質学的材料（例えば、粉砕花崗岩、粉砕砂、粉砕ボーキサイト、粉砕石灰石、粉砕シリカ、粉砕アルミナおよび粉砕石英）が含まれる。
【００４５】
Ｂ．水硬性セメント
「ポルトランドセメント」とは一般に、ケイ酸三カルシウム（「Ｃ3Ｓ」）、ケイ酸二カルシウム（「Ｃ2Ｓ」）、アルミン酸三カルシウム（「Ｃ3Ａ」）および鉄アルミン酸四カルシウム（「Ｃ4ＡＦ」）を、非特許文献１および非特許文献２に示されているような規格により制定された規定の量で含有する、粉砕された粒子状材料を指す。本明細書において使用される用語「水硬性セメント（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  ｃｅｍｅｎｔ）」とは、４種のクリンカー材料（すなわち、Ｃ2Ｓ、Ｃ3Ｓ、Ｃ3ＡおよびＣ4ＡＦ）の１種または複数を含有するポルトランドセメントおよび関連する水硬性の凝結可能な材料であって、高含量のケイ酸三カルシウムを有するセメント組成物、普通のポルトランドセメントと化学的に同様のもしくは類似しているセメント、ならびに、非特許文献３規格中に含まれるセメントを含む、ポルトランドセメントおよび関連する水硬性の凝結可能な材料を指すものとする。
【００４６】
一般に、水硬性セメントは、水と一緒に練混ぜ、凝結させた場合、水による崩壊に抵抗性がある材料である。このセメントは、ポルトランドセメント、改質ポルトランドセメントまたはメーソンリーセメントとすることができる。取引において使用される「ポルトランドセメント」は、水硬性ケイ酸カルシウム、アルミン酸カルシウムおよび鉄アルミン酸カルシウムを含む大きなセメントクリンカー粒子（またはノジュール）を粉砕することにより製造され、また通常、１種または複数の形態の硫酸カルシウムを粉砕間添加物として含有する水硬性セメントを意味する。ポルトランドセメントは、非特許文献１においてＩ型、ＩＩ型、ＩＩＩ型、ＩＶ型およびＶ型として分類される。他の水硬性の凝結可能な材料には、粉砕高炉スラグ、水硬性消石灰、白色セメント、アルミナセメント（カルシウムアルミネートセメント）、ケイ酸セメント、リン酸セメント、高アルミナセメント、マグネシウムオキシクロライドセメント、油井セメント（例えば、ＶＩ型、ＶＩＩ型およびＶＩＩＩ型）、ならびにこれらおよび他の同様な材料の組合せが含まれる。好ましい実施形態において、ポルトランドセメントは、レディーミックス業界向けに有利な性状を有することにつながるＩ型、ＩＩ型またはＶ型セメントについての非特許文献１による化学組成を有する。
【００４７】
ポルトランドセメントは、典型的には、セメントクリンカーを粉砕して微粉末とすることにより製造される。クリンカーを粉砕するのに、種々の型のセメント粉砕機が現在使用されている。典型的な粉砕方法では、クリンカーは、所望の粉末度が達成されるまで粉砕される。セメントはまた、典型的に、直径約４５μｍを超える粒子を除去するため分級されて、これらの粒子は、さらに粉砕するため典型的に粉砕機に戻される。ポルトランドセメントは、典型的に、所望の粉末度および０．１〜１００μｍ、好ましくは０．１〜４５μｍの間の粒度分布を有するまで粉砕される。ポルトランドセメント粉末の「粉末度（ｆｉｎｅｎｅｓｓ）」の一般的に受け入れられている測定方法は、「ブレーン透過性試験（Ｂｌａｉｎｅ  ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ  ｔｅｓｔ）」であり、ある量のセメント粉末を通過させて空気を吹き込み、セメントの空気透過性を測定するステップによって行われる。これにより、セメント粒子の合計比表面積に近似したものが与えられ、また比表面積に関連して、粒度分布におよそ近似したものも与えられる。
【００４８】
ＯＰＣと異なり、本発明のポゾランセメントは、通常の分布のポルトランドセメント粒子を利用せず、上記において検討したより小さな粒子をむしろ利用する。より大きな水硬性セメント粒子の全部もしくは実質的な部分が、同様なサイズとしたポゾラン粒子（例えば、それらが置き換える水硬性セメント粒子と同一もしくは同様の粒度分布および／もしくは粉末度を有するもの、ならびに／または水硬性セメント粒子の平均粒径を著しく超える平均粒径を有するもの）で「置き換えられる」。より大きな水硬性セメント粒子をポゾラン粒子で置き換えることによって、コスト、全体のＣＯ2放出が低減され、またセメントを多過ぎて含むことに起因する有害な影響（例えば、クリープ、収縮、および耐久性低下）が軽減される。
【００４９】
一実施形態により、少なくとも約８５％、好ましくは少なくとも約９０％、より好ましくは少なくとも約９５％、また最も好ましくは少なくとも約９９％の水硬性セメント粒子は、約２０μｍ未満の粒径を有する（例えば、約０．１〜２０μｍの範囲にわたって分布する）であろう。言い換えると、この実施形態において、水硬性セメント粒子のＤ85、Ｄ90、Ｄ95またはＤ99が約２０μｍ以下である。同様な言い換えが、以下の実施形態に当てはまる。他の実施形態により、少なくとも約８５％、好ましくは少なくとも約９０％、より好ましくは少なくとも約９５％、また最も好ましくは少なくとも約９９％の水硬性セメント粒子は、約１５μｍ未満の粒径を有する（例えば、約０．１〜１５μｍの範囲にわたって分布する）であろう。さらに他の実施形態により、少なくとも約８５％、好ましくは少なくとも約９０％、より好ましくは少なくとも約９５％、また最も好ましくは少なくとも約９９％の水硬性セメント粒子は、約１０μｍ未満の粒径を有する（例えば、約０．１〜１０μｍの範囲にわたって分布する）であろう。さらに他の実施形態において、少なくとも約８５％、好ましくは少なくとも約９０％、より好ましくは少なくとも約９５％、また最も好ましくは少なくとも約９９％の水硬性セメント粒子は、約７．５μｍ未満の粒径を有する（例えば、約０．１〜７．５μｍの範囲にわたって分布する）であろう。また、他の実施形態において、少なくとも約８５％、好ましくは少なくとも約９０％、より好ましくは少なくとも約９５％、また最も好ましくは少なくとも約９９％の水硬性セメント粒子は、約５μｍ未満の粒径を有する（例えば、約０．１〜５μｍの範囲にわたって分布する）であろう。
【００５０】
Ｃ．ポゾラン
ポゾランは通常、水分の存在下において常温で遊離石灰と結合して、接着性状を有する安定な不溶性化合物を形成するであろう成分を含有する材料と定義される。ポゾランは、天然および人工の２つの群に分けることができる。天然ポゾランは、一般に火山起源の材料であるが、珪藻土が含まれる。人工ポゾランは、主として粘土および頁岩ならびにある種のシリカ質岩石などの天然材料の熱処理によって得られる生成物、ならびに微粉末燃料灰（例えば、フライアッシュ）である。
【００５１】
火山起源のポゾランは、火山性粉塵および灰の堆積から生じるガラス質の非凝集性材料または圧密化された凝灰岩からなる。それらは、後で堆積された固結岩様形態の下盤材料（例えば、ライン産トラス（Ｒｈｅｎｉｓｈ  ｔｒａｓｓ））として，またはより細片の非固結状態（例えば、イタリア産ポゾラン（Ｉｔａｌｉａｎ  ｐｏｚｏｌａｎｓ）として産出できる。天然ポゾランの例には、トラス、真珠岩（パーライト）、イタリア産ポゾラン、サントリン土（Ｓａｎｔｏｒｉｎ  Ｅａｒｔｈ）、トスカ（ｔｏｓｃａ）およびテチン（ｔｅｔｉｎ）が含まれる。
【００５２】
ライン産トラスは、元来存在した鉱物の大部分が水和されかつ分解されるほど、長期間にわたってＣＯ2含有水の作用を受けている粗面岩状（アルカリ長石）凝灰岩である。ライン産トラスは、少量の普通の輝石、ホルンブレンド、雲母などと共に、長石、白榴石（ｌｅｕｃｉｔｅ）および石英などの種々の結晶性鉱物成分を含む等方性粉砕塊からなる。トラスの約半量に達するガラス質マトリックスは、変化（ａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ）を受けており、方沸石および斜方沸石またはソーダ菱沸石が存在するゼオライト化合物からなる材料である。
【００５３】
サントリン土は、主として、軽石と、黒曜石と、結晶性長石、輝石および石英などの砕片とが混合された粒状の等方性材料からなる。
【００５４】
米国において見出される天然の火山性ポゾランは大部分が凝灰岩であり、屈折率がシリカ含量７０〜７６％に対応する流紋岩質ガラスを含む。ガラス含量は、約５０％からほとんど１００％まで変動する。残りの成分には、石英、長石、黒雲母、ホルンブレンド、紫蘇輝石、はり長石（ｓａｎｉｄｉｎｅ）、方解石、および変動する量のモンモリロナイト型粘土と共に少量のオパールが含まれる。
【００５５】
主な人工ポゾランは、焼成粘土および頁岩、使用済み油母頁岩、焼成ゲーズ（ｂｕｒｎｔ  ｇａｉｚｅ）、焼成モラー（ｂｕｒｎｔ  ｍｏｌｅｒ）、微粉末燃料灰（例えば、フライアッシュ）および粉砕スラグである。生成物は、所望の粉末度まで粉砕される（従来はＯＰＣと同じ粉末度まで）。
【００５６】
フライアッシュは、石炭が燃焼する間に発生する残渣である。フライアッシュは、一般に、石炭燃焼発電所の煙突から捕集されるが、ボトムアッシュは、炉の底部から除去される。燃焼される石炭の供給源および性質に応じて、生成されるフライアッシュの成分はかなり変動するが、全てのフライアッシュには、実質的な量の二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）（非晶質および結晶質の両方）および広く変動する量の酸化カルシウム（ＣａＯ）が含まれる。ボトムアッシュは、洗浄および粉砕して、有用なポゾランをもたらすことができるが、一般にフライアッシュよりも価値が低い。
【００５７】
フライアッシュ材料は、排ガス中に浮遊している間にガラス質の球または小滴として凝固し、電気集塵機またはフィルターバッグによって集められる。これらの粒子は、排ガス中に浮遊している間に凝固するため、フライアッシュ粒子は、一般に形状が球形であり、約０．１〜１００μｍのサイズ範囲にある。フライアッシュ粒子は主として、２つの形態：非晶質（丸く平滑である）および結晶質（角張り、尖りかつ危険である）で存在する二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）；酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）および酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）からなる。フライアッシュは一般に高度に不均質であり、ガラス質粒子の、石英、ムライトおよび種々の酸化鉄などの種々の特定可能な結晶相との混合物からなる。
【００５８】
等級Ｆおよび等級Ｃの２つの等級のフライアッシュが非特許文献４により規定される。これらの等級間の主な差異は、アッシュ中のカルシウム、シリカ、アルミナおよび鉄含有物の量である。等級Ｆフライアッシュは、典型的に石灰（ＣａＯ）１０％未満を含有する；等級Ｃフライアッシュは、一般に２０％を超える石灰（ＣａＯ）を、２０％を超えて含有する。フライアッシュの化学的性質は、燃焼される石炭（すなわち、無煙炭、歴青炭および褐炭）の化学的含有物によって大きく影響される。全てのフライアッシュが、必ずしも非特許文献４に求められている条件に一致するわけではない。もっとも、用途に応じてこの条件は、必要とされないかも知れない。いくつかの規格により、フライアッシュの７５％が、粉末度４５μｍ以下を有し、強熱減量（ＬＯＩ）により測定して炭素含量４％未満を有していなければならない。生フライアッシュの粒度分布は、石炭ミルの性能およびボイラー性能が変化するため、定常的に変動する可能性がある。コンクリートに使用されるフライアッシュは、機械的空気分級機などの分離設備を使用してしばしば処理される。水分の存在下において、等級Ｃフライアッシュは時間が経つと硬化し、強度を得るであろう。等級Ｆと異なり、自己接着性である等級Ｃフライアッシュは、活性化剤を必要としない。等級Ｃフライアッシュでは、アルカリおよび硫酸塩（ＳＯ4）含量が一般により高く、このため等級Ｃフライアッシュは、アルカリまたは硫酸塩浸食を受け易い恐れのあるコンクリートでは等級Ｆフライアッシュよりもあまり魅力的でなくなっている。
【００５９】
高炉スラグは、高炉内の銑鉄の製造において得られる副生成物であり、石灰石フラックスとの鉄鉱石の土状成分の結合により形成される。スラグの組成は、鉱石の特性、石灰石フラックスの組成、コークス消費量および製造される鉄の種類に応じて、広い範囲にわたって変動する可能性がある。これらの変動は、４種の主成分（石灰、シリカ、アルミナおよびマグネシア）の相対的含量、およびまた少量成分（硫化物の形態における硫黄、ならびに酸化第一鉄および酸化マンガン）にも影響を及ぼす。一般に、石灰含量は３０〜５０％、シリカは２８〜３８％、アルミナは８〜２４％、マグネシアは１〜１８％、硫黄は１〜２．５％、ならびに酸化第一鉄および酸化マンガンは１〜３％の範囲となり得る。但し、スラグの酸化マンガン含量がかなり高くなる可能性があるフェロマンガンの製造という特別な場合を除く。
【００６０】
前述の例のほかに、本発明のポゾランセメントを製造するのに、ポゾラン活性を示す天然および人工両方の任意の地質学的材料を使用することができる。珪藻土、オパール質、チャート、粘土、頁岩、フライアッシュ、シリカフューム、火山性凝灰岩、軽石およびトラスは、いくつかの知られているポゾランである。所望のフロー性状を維持しながら水要求量を低減し、それにより強度を向上させるため、より均一な表面（すなわち、球状または回転楕円体の）を有するポゾランが望ましいであろう。概して球状のポゾランの例は、その形成され方のため、フライアッシュである。粉砕したポゾランは、一般によりぎざぎざのある形態を有し、それが水要求量を増加させる恐れがある。したがって、ある方法の、より均一な表面を有するポゾランをもたらすことができる程度に応じて、このような方法が望ましいであろう。いくつかの場合に、より微細なポゾラン粒子は、微細なセメント粒子と相互作用し、それらを分散させることができ、流動性の増加をもたらす。シリカフュームなどの超微粉のポゾランは、典型的には、流動性を低下させ、水要求量を増加させる。
【００６１】
ポゾラン特性があると一般に考えられる材料内の石灰（ＣａＯ）含量は、上記において考察したように、約０重量％から約５０重量％まで大きく変動する可能性がある。一実施形態により、ポゾランの石灰含量は、約３５重量％未満であろう。他の実施形態において、その石灰含量は、約２５重量％未満であろう。さらに他の実施形態において、その石灰含量は、約１５重量％未満であろう。さらに他の実施形態において、ポゾランの石灰含量は、約１０重量％未満であろう。いくつかの場合、その石灰含量は、約５重量％未満である可能性がある。
【００６２】
上記において考察したように、本発明のセメントについてのポゾラン部分の粒度分布は、ＯＰＣ中に見出される、より大きい粒子部分の粒度分布（例えば、１０〜４５μｍ）と同様とすることができる。一実施形態により、少なくとも約８５％、好ましくは少なくとも約９０％、より好ましくは少なくとも約９５％、また最も好ましくは少なくとも約９９％のポゾラン粒子は、約５μｍを超える粒径を有する（例えば、約５〜１００μｍ、または約５〜６０μｍの範囲にわたって分布する）であろう。言い換えると、この実施形態において、Ｄ15、Ｄ10、Ｄ5またはＤ1のポゾラン粒子が約５μｍ以上である。同様な言い換えが、以下の実施形態に当てはまる。他の実施形態において、少なくとも約８５％、好ましくは少なくとも約９０％、より好ましくは少なくとも約９５％、また最も好ましくは少なくとも約９９％のポゾラン粒子は、約７．５μｍを超える粒径を有する（例えば、約７．５〜１００μｍ、または約７．５〜６０μｍの範囲にわたって分布する）であろう。他の実施形態により、少なくとも約８５％、好ましくは少なくとも約９０％、より好ましくは少なくとも約９５％、また最も好ましくは少なくとも約９９％のポゾラン粒子は、約１０μｍを超える粒径を有する（例えば、約１０〜１００μｍ、または約１０〜６０μｍの範囲にわたって分布する）であろう。さらに他の実施形態により、少なくとも約８５％、好ましくは少なくとも約９０％、より好ましくは少なくとも約９５％、また最も好ましくは少なくとも約９９％のポゾラン粒子は、約１５μｍを超える粒径を有する（例えば、約１５〜１００μｍ、または約１５〜６０μｍの範囲にわたって分布する）であろう。また、他の実施形態において、少なくとも約８５％、好ましくは少なくとも約９０％、より好ましくは少なくとも約９５％、また最も好ましくは少なくとも約９９％のポゾラン粒子は、約２０μｍを超える粒径を有する（例えば、約２０〜１００μｍ、または約２０〜６０μｍの範囲にわたって分布する）であろう。
【００６３】
もちろん、より大きなサイズのポゾラン粒子を含む目的が、水要求量を減らすことである点は理解されるであろう。このことを達成することができる範囲まで、ＯＰＣでは見出されない非定型的な粒度分布を用いる場合、このような粒度分布は、それらが本明細書において示される１種または複数の範囲内に納まる限り、本発明の範囲内にあるであろう。したがって、より狭い範囲にわたって（例えば、約２０〜６０μｍ、もしくは約２５〜５０μｍ、または約３０〜４０μｍの範囲にわたって）分布されるポゾラン粒子を利用することができる。前述のことにも拘らず、微細なセメント粒子の分散を助け、流動性を増加させるために、微細なポゾラン粒子（例えば、約１〜３μｍ）の低パーセンテージが望ましいであろう。その上、全てのことが等しければ、より球状または均一である粒子は水要求量を減少させる。このことは、このような粒子は、よりぎざぎざのある粒子よりも、平均して小さい可能性があるが、同一またはより少ない水要求量をもたらすことを意味する。
【００６４】
出発ポゾラン材料の粒度分布に応じて、少なくともいくらかの微細ポゾラン粒子を取り除くだけでなく、少なくともいくらかの最も粗い粒子を取り除くことが望ましいであろう。例えば、約１２０μｍ、１００μｍ、８０μｍ、６０μｍまたは４５μｍを超える粒子の実質的な部分（例えば、少なくとも約９０％）を取り除くことが望ましいであろう。したがって、このポゾラン部分が、約１２０μｍ未満の、好ましくは約１００μｍ未満の、より好ましくは約８０μｍ未満の、より一層好ましくは約６０μｍ未満の、また最も好ましくは約４５μｍ未満のＤ90を有することが望ましいであろう。
【００６５】
Ｄ．補助用石灰および他の塩基
上記において検討したように、ケイ酸三カルシウムを含有するポルトランドセメントなどの水硬性セメントは、ポゾランとの反応に利用可能な余分の水酸化カルシウムを典型的に提供するであろう。水硬性セメント中のケイ酸三カルシウムの相対的割合、およびポゾランセメント組成物内の水硬性セメントの相対的量に応じて、ポゾラン部分との反応のための追加的水酸化カルシウムを提供するために、補助用石灰（例えば、酸化カルシウムまたは水酸化カルシウム）が含まれることが望ましいであろう。補助用石灰の量は、ポゾランの量およびカルシウムの不足に応じて、全体のポゾランセメント組成物の約０〜３０重量％、もしくは約２〜２５重量％または約５〜２０重量％まで変動できる。
【００６６】
より石灰のバランスが取れたセメント組成物をもたらすため、補助用石灰は、ポゾランおよび水硬性セメントと前以ってよく混ぜ合わせることができる。あるいは、補助用石灰のいくらかまたは全部を、本発明の範囲内のポゾランセメントを含むフレッシュコンクリートまたは他のセメント系組成物に添加することができる。他の混和材料または充填材について同じことがあてはまる。
【００６７】
酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、アルカリ金属酸化物およびアルカリ金属水酸化物などの他の塩基を添加して、石灰−ポゾラン反応を促進することができる。
ＩＩＩ．粒度を最適化したセメントおよびポゾランを得る
所望の粒度分布および／または粉末度を有する水硬性セメントおよびフライアッシュを得るための任意の知られている方法を、本発明の範囲内で使用することができる。一般に、粒度を最適化した水硬性セメントは、所望の粒度分布を有するようにセメントクリンカーを粉砕および分級するステップによって得ることができる。
【００６８】
図１は、本明細書において記述される方法を実行する系１００を例示する。一実施形態において、ポゾラン粒子（例えば、約０．１〜１００μｍの範囲にわたる粒度分布を有する）の最初の流れは、サイロ１１０に貯蔵することができる。水硬性セメント粒子（例えば、約０．１〜４５μｍの範囲にわたる粒度分布を有するポルトランドセメント）の最初の流れは、サイロ１１２に貯蔵することができる。最初のポゾランの流れは、空気分級機１１４に送られ、所望のＤ90（例えば、約４５μｍ）におけるトップカットが行われる。次いで、トップカット（例えば、約４５μｍ）を超える粒子は、矢印１１８により示される閉回路における粉砕機１１６内で粉砕されて、トップカット未満の粒子を提供することができる。ポゾラン源が、所望されるよりも微粉である場合、分級機１１４および／または第２の分級機（図示せず）を使用してポゾランのダスト除去を行って、少なくともいくらかの所望のＤ10（例えば、約１０μｍ）未満の粒子を除去することができる。ボトムカットとトップカットの間でポゾラン粒子の調整された流れ（例えば、約１０〜４５μｍの範囲にわたって分布する）は、次いで混合するため混合機１２０に送られる。
【００６９】
サイロ１１２からの水硬性セメントの最初の流れは、空気分級機１２２に送られ、所望のＤ90（例えば、約１０μｍ）でカットされる。微細なセメント粒子は混合機１２０に送られ、また粗いセメント粒子は粉砕機１２４に送られ、矢印１２６により示される閉回路において粉砕されて、所望のＤ90（例えば、約１０μｍ）を有する粒度分布を達成する。これらの粉砕されたセメント粒子も混合機１２０に送られ、混合されて、混合ポゾランセメントをもたらす。分級および粉砕されたセメント粒子は、水硬性セメント粒子の調整された流れを構成する。混合機１２０は、当技術分野で知られる任意のブレンディング装置とすることができ、または粉砕機とすることさえもできる。混合機１２０が粉砕機でもある場合、粉砕量を選択して、またはむしろ最小限にして、むしろ粉砕よりもセメントおよびポゾラン粒子の密接な混合を主として確保しても、セメントおよびポゾランの粒径のいくらかの減少が予想され得る。次いで、混合機１２０からのポゾランセメントブレンドは、その後の使用または配送のための１基または複数の貯蔵ホッパー１２８に送ることができる。
【００７０】
系１００を使用して、本出願において記述される任意の粒度分布範囲以内のセメント粒子およびポゾラン粒子を作ることができる。さらに、系１００は、より多いまたは少ない粉砕機および分級機、管路、バッグハウス、分析機器類、ならびに当技術分野で知られる他の機器を含むことができる。水硬性セメント粒子およびポゾラン粒子は、コンベヤ、気送系、大型設備などを含む、当技術分野で知られている任意の技術を用い、系１００において貯蔵および移動することができる。水硬性セメントは、粉砕したセメントとして、またはクリンカーとして提供することができる。同様に、系１００は、セメント技術において理解されるように、仕上げミルに組み込むことができる。さらに、系１００では、開回路粉砕を、閉回路粉砕に追加して、またはその代替として用いることができる。系１００は、最も粗いポゾラン粒子が再粉砕されることを示しているが、当業者は、ポゾランがしばしば廃棄物材料であり、取り去られた粗いポゾランおよび微細ポゾラン部分の使用は、必ずしも必要ではないことを認めるであろう。
【００７１】
一実施形態により、水硬性セメントクリンカーは、ロッドミルおよび／またはボールミルを使用するなどの、知られている方法により粉砕することができる。このような方法は、典型的に、約０．１〜１００μｍの広い粒度分布を有するセメントをもたらす。その後、粉砕されたセメントは、微細粒子部分を分離するために空気分級機を通過させる。粗い部分は、その粗い部分を再粉砕するために、粉砕機に戻し、かつ／または専用の粉砕機に導入することができる。次いで、再粉砕したセメント材料は、微粒子部分を分離するために空気分級機を通過させる。第２の分級ステップからの微細部分は、第１の分級ステップからの微細部分とブレンドすることができる。この工程は、全てのセメントが、所望の粒度分布まで粉砕および分級されるまで繰り返すことができる。粉砕したセメントを繰返し分級するステップ、粗い部分を再粉砕するステップおよび微細部分と一緒にブレンドするステップにより、それを製造しているクリンカーと実質的に同一の化学的性質を有する微細なセメント材料が有利にもたらされる。当技術分野で知られている粉砕助剤およびブレンド成分（例えば、石膏）を、粉砕工程の間またはその後に添加することができる。
【００７２】
代替的実施形態において、微細部分を粗い部分から分離するために、ＯＰＣなどの仕上げ水硬性セメントを分級し、粗い部分を再粉砕し、再粉砕した材料を分級し、かつ第１の微細部分および第２の微細部分をブレンドすることができる。この工程は、全てのセメントが、所望の粒度分布まで粉砕および分級されるまで繰り返すことができる。粉砕したセメントを繰返し分級するステップ、粗い部分を再粉砕するステップおよび微細部分と一緒にブレンドするステップにより、元の水硬性セメントと実質的に同一の化学的性質を有する微細なセメント材料が有利にもたらされる。例として、石膏はしばしばＯＰＣの微細粒子部分に濃縮されるので、第１の分級ステップは、微細部分中に石膏を濃縮する可能性がある。粗い部分を再粉砕し、新たに得られた１つまたは複数の微細部分を、元の微細部分とブレンドするステップにより、ケイ酸カルシウムおよびアルミン酸カルシウムに対する石膏の元のバランスを回復することができる。
【００７３】
ポゾラン部分（例えば、フライアッシュ）は、それが望ましくない量の非常に微細なかつ／または非常に粗い粒子を含有する程度に合わせて、非常に微細なかつ／または非常に粗い粒子の少なくとも一部を除去するために、空気分級機を使用して同様に分級することができる。分級の間に取り去られる非常に粗いポゾラン粒子（例えば、約６０〜１２０μｍを超える）は、所望の粒度分布内に納まるように、粉砕することができ、または他の方法で処理する（例えば、当技術分野で知られている他の破砕方法によって）ことができる。分級工程の間に取り去られる非常に微細なポゾラン粒子（例えば、約１０μｍ未満）は、このままで最終ユーザー（例えば、グラウト製造業者）に販売することができ、または、さらに粉砕して超微粉製品（例えば、約１μｍ未満）とし、高度な反応性のあるポゾラン材料をもたらすようにすることができ、これらの材料は、気孔浸透性の低い高強度コンクリートを形成するのに使用されるシリカフュームおよびメタカオリンなどの比較的高価なポゾランの代替品として作用することができる。
【００７４】
機械的ふるいなどの、所望の粒度分布および／または粉末度を有する水硬性セメント部分およびポゾラン部分を得る他の方法を使用することができる。しかし、このような方法は、通常、ハイボリュームの空気分級よりもはるかに遅く、かつ不経済である。
【００７５】
上記において言及したように、本発明のポゾランセメントブレンドは、Ｉ型およびＩＩ型セメントを含むＯＰＣに取って代わることができる。Ｉ型およびＩＩ型セメントは、通例、非特許文献１により規定された特性を有する結合材を指すのに使用される用語である。当業者が理解するように、非特許文献１のセメントに取って代わることができる汎用の混合セメントは、レディーミックス業界において、Ｉ型およびＩＩ型セメントへの代替物としての役割を果たすために、非特許文献１の範囲内に納まる凝結時間および他の性能特性を持つべきである。一実施形態において、本混合セメントは、参照により共に本明細書に組み込まれている非特許文献５または非特許文献３中に規定されるＩ／ＩＩ型ＯＰＣの粉末度および／または凝結時間の要求条件を満たしている。一実施形態において、本発明のポゾランセメントブレンドは、約２００ｍ2／ｋｇから約６５０ｍ2／ｋｇ、より好ましくは約２８０ｍ2／ｋｇから約６００ｍ2／ｋｇ、より一層好ましくは約３００ｍ2／ｋｇから約５００ｍ2／ｋｇ、また最も好ましくは約３５０ｍ2／ｋｇから約４５０ｍ2／ｋｇの範囲にある粉末度を有する。
【００７６】
好ましい実施形態において、本ポゾランセメント組成物の凝結時間は、やはり参照により本明細書に組み込まれている非特許文献６によるビカー試験を用いる、凝結時間についての非特許文献１規格の範囲内である。一実施形態において、始発時間は、約３０分から約５００分、より好ましくは約４５分から約３７５分、また最も好ましくは約６０分から約３５０分の範囲内にある。
【００７７】
一実施形態において、本ポゾランセメントは、０．９未満、より好ましくは０．８０の、やはりここに参照により本明細書に組み込まれている非特許文献７により規定されるオートクレーブ膨張最大％を有する。
【００７８】
一実施形態において、本ポゾランセメントは、参照によりここに組み込まれている非特許文献８による強度を規定する非特許文献１によるＩ／ＩＩ型セメントの圧縮強さ試験基準を満たしている。一実施形態において、本ポゾランセメントブレンドの３日強さは、少なくとも約１０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも約１２ＭＰａである。一実施形態において、本ポゾランセメントブレンドの７日強さは、少なくとも約１７ＭＰａ、より好ましくは少なくとも約１９ＭＰａである。一実施形態において、本ポゾランセメントブレンドの２８日強さは、少なくとも約２８ＭＰａ、より好ましくは少なくとも約３２ＭＰａである。
【００７９】
上記において言及したように、一実施形態において、本ポゾランセメントブレンドは、速硬セメントでありレディーミックス業界のためには一般にあまり有益ではないＩＩＩ型セメントよりも、むしろＩ／ＩＩ型セメントと同様な性能特性を有する。Ｉ／ＩＩ型セメントに模する場合、早期強度発現性は、ＩＩＩ型セメントのそれよりも低いことが好ましく、それにより、より良好な長期強度をもたらすであろう。この実施形態において、非特許文献８による本ポゾランセメントブレンドの１日強さは、好ましくは約１５ＭＰａ未満、より好ましくは約１２ＭＰａ未満、また最も好ましくは約１０ＭＰａ未満であり、また、３日強さは、好ましくは約２４ＭＰａ未満、より好ましくは約２２ＭＰａ未満、また最も好ましくは約１９ＭＰａ未満であることが好ましい。
【００８０】
本ポゾランセメントブレンドは、非特許文献１において示されるＩ型またはＩＩ型セメントの任意の他の特徴を有することができる。さらに、本ポゾランセメントブレンドは、混合セメントについて非特許文献９において示される任意の特徴を有することができる。一実施形態において、本発明のポゾランセメントブレンド中のポゾランの最大重量パーセントは、約４０％以下とすることができる。ポゾランの重量パーセントを限定することにより、大部分のポゾラン供給源における変り易い化学的性質の影響を最小限とすることができる。
【００８１】
本発明のポゾランセメントブレンドは、任意の組合せにおいてＩ／ＩＩ型セメントの前述の特性のいずれかを有することができる。これらのＡＳＴＭ関連の特徴は、上述の粒度分布範囲との任意の組合せにおいて用いることができる。
ＩＶ．セメント系組成物
本発明のポゾランセメント組成物は、コンクリート、モルタル、グラウト、成形組成物、または他のセメント系組成物を作るのに使用することができる。一般に、「コンクリート」は、水硬性セメント結合材と、細骨材および粗骨材（例えば、砂および岩石）などの骨材とが含まれるセメント系組成物を指す。「モルタル」には、典型的にセメント、砂、および石灰が含まれ、煉瓦またはコンクリートブロックの重量を支えるのに十分な剛性を有することができる。「グラウト」は、コンクリート構造物中の亀裂または割れ目、構造体の間の空間、およびタイル間の空間などの空間を充填するのに使用される。「成形組成物」は、ポット、トラフ（樋）、ポスト（支柱）、噴水、装飾石などの成形もしくは注型物を製造するのに使用される。
【００８２】
水は、反応物およびレオロジー調節剤の両方であり、フレッシュコンクリート、モルタルもしくはグラウトが流動し、または成形されて所望の形状となるのを可能にする。水硬性セメント結合材は、水と反応し、他の固体構成成分を一緒に結合するものであり、また強度を発現させる役割を果たす。本発明の範囲内のセメント系組成物には、典型的に、水硬性セメント（例えば、ポルトランドセメント）、ポゾラン（例えば、フライアッシュ）、水および骨材（例えば、砂および／または岩石）が含まれるであろう。添加することができる他の構成成分には水、ならびに硬化促進剤、凝結遅延剤、可塑剤、減水剤、水結合剤（ｗａｔｅｒ  ｂｉｎｄｅｒｓ）などを含み、しかしそれらに限定されない、場合による混和剤が含まれる。
【００８３】
本発明のポゾランセメント組成物は、セメント系組成物に組み込む前に製造する（すなわち、ブレンドする）ことができ、または、その場で調製することができる点は理解されるであろう。例えば、セメント系組成物を製造するときに、いくらかのまたは全部の水硬性セメント粒子およびポゾラン粒子を一緒に練混ぜることができる。ポゾランの水和速度および／または水和程度を増加させるために補助用石灰が所望される場合、少なくともいくらかの補助用石灰または他の塩基を、セメント系組成物に直接添加できる。
【００８４】
ポゾラン部分の水和を促進するために、少なくともいくらかのポゾラン粒子を、水硬性セメント粒子を水にさらす前に水和を開始するため、水酸化カルシウム水溶液または他の塩基溶液で前処理することが望ましいであろう。このことは、より速やかに反応する水硬性セメント粒子と、よりゆっくり反応するポゾラン粒子との間の水和の時間のずれを近づけるのに有望である可能性がある。例えば、水硬性セメント部分を水にさらす前に、ポゾラン部分の少なくとも一部を少なくとも約３０分間、水酸化カルシウム水溶液と練混ぜることができる。あるいは、水硬性セメントを水にさらす前に、ポゾランを少なくとも約１時間、少なくとも約３時間、少なくとも約５時間または少なくとも約８時間、水酸化カルシウム水溶液と練混ぜることができる。
【００８５】
水硬性セメントの相対的反応性、および水硬性セメント対ポゾランの比率に応じて、水和を促進または遅延させることが望ましいであろう。水硬性セメント粒子（例えば、約５０％を超える）が、非常に小さな平均粒径（例えば、約５μｍ未満、約３μｍ未満または約１μｍ未満）を有する場合、高い早期強度発現性を付与するために、凝結を遅延し、かつ瞬結および／または急結を防止する水和安定剤を含むことが望ましいであろう。水和安定剤の使用により、制御不能な凝結または瞬結を防止しながら、高い早期強度発現性を達成するために、非常に小さな水硬性セメント粒子の使用を可能にすることができる。
【００８６】
「水和安定剤」（拡大凝結遅延剤（ｅｘｔｅｎｄｅｄ  ｓｅｔ  ｒｅｔａｒｄｅｒ）としても知られる）は、水硬性セメントの水和を抑制するのに使用することができる。最も一般的に使用される水和安定剤は、石膏であり、石膏はアルミン酸三カルシウムの水和を抑制し、アルミン酸三カルシウムとのエトリンジャイト（ｅｔｔｒｉｎｇｉｔｅ）の形成により瞬結を防止する。一実施形態により、水硬性セメントおよび／もしくはポゾランならびに／または水硬性セメント／ポゾランミックス中の急速に反応するアルミン酸三カルシウムおよび他のアルミン酸塩の量に基づいて、石膏の量を増加または減少させることが望ましいであろう。石膏を増加させると、アルミン酸塩の凝結を遅延させる。石膏を減少させると、アルミン酸塩の凝結を促進する。異なったポゾランセメントブレンドについて石膏の量を最適化して、それぞれのブレンドについて所望の凝結時間を達成することが望ましいであろう。
【００８７】
他の型の水和安定剤は、水硬性セメント粒子の表面上のカルシウムイオンを拘束する（すなわち、キレート化する、錯体を形成する、または他の方法で結合する）ことによって水和物形成速度を遅くする。水和安定剤の例には、ヒドロキシルおよび／またはアミノ基を含有するポリホスホン酸またはカルボン酸が含まれる。
【００８８】
いくつかの場合、硬化促進剤を含むことが望ましいであろう。水硬性セメントを活性化するのに使用することができる硬化促進剤は、非特許文献１０タイプＣ混和剤として分類されるものなどの従来のセメント硬化促進剤から選択することができる。これらには、アルカリ土類金属ハロゲン化物（塩化カルシウムなど）、アルカリ土類金属亜硝酸塩（亜硝酸カルシウムなど）、アルカリ土類金属硝酸塩（硝酸カルシウムなど）、アルカリ土類金属ギ酸塩（ギ酸カルシウムなど）、アルカリ金属チオシアン酸塩（チオシアン酸ナトリウムなど）、トリエタノールアミンなどが含まれる。水硬性セメント含量（すなわち、ポゾランを除く）に基づく量は、約０．５〜６重量％、好ましくは約１〜５重量％とすべきである。
【００８９】
減水剤は、セメント系組成物の流動性を増加させ、かつ／または水要求量を低減するために、特に有用とすることができる。従来型、中間域および高濃度域（ｈｉｇｈ−ｒａｎｇｅ）の減水剤を使用することができる。従来型の減水剤を使用して、最小で５％の減水量、および／またはスランプの増加約１〜２インチを達成することができる。中間域の減水剤は、水要求量を８〜１５％低減することができる。高濃度域の減水剤は、水要求量を１２〜４０％低減することができる。中間域および高濃度域の減水剤を使用して、高温の天候でコンクリートの凝結を遅らせることもできる。
【００９０】
（実施例１〜４）
下記の実施例は、過去時制で表現される場合、実際に調製されている本発明の実施形態を例示する。現在時制で示される実施例は、特性において仮説的であるが、それにも拘らず本発明の範囲内にある実施形態を例示するものである。
【００９１】
セメント系モルタル組成物を、それから作製したモルタル立方体の強度を試験するため、非特許文献８により調製した。セメントを水に添加するステップ、遅い速度で３０秒間練混ぜるステップ、遅い速度で練混ぜながら、３０秒にわたり砂を添加するステップ、練混ぜを止めるステップ、壁から掻き落とすステップ、混合物を９０秒静置するステップ、および次いで中間の速度で６０秒間練混ぜるステップを含む、非特許文献８により制定された標準手順により、モルタル組成物を調製した。
【００９２】
標準フローテーブルを使用して、モルタルの試料をそのテーブルの中央に置き、そのテーブルを２５回叩き、その結果得られた塊まりの直径を４方向について測定し、加え合わせて複合フロー値をセンチメートルで求めて、それぞれのセメント系モルタル組成物のフローを試験した。
【００９３】
その後、そのモルタルは、型枠の半分まで満たすステップ、充填用具を使用して型枠内でモルタルを締固めるステップ、型枠を頂部まで満たすステップ、充填用具を使用してモルタルを締固めるステップ、および型枠内のモルタル表面を平滑に均すステップを含む、非特許文献８により制定された標準手順を使用して、モルタル立方体型枠中に充填した。
【００９４】
それらのモルタル立方体型枠を、標準湿度室に１日間置いた。その後、その型枠からモルタル立方体を取り出し、飽和石灰水溶液を満たしたバケツ内部に沈めた。その後これらの立方体は、標準圧縮強さプレスを使用して、３日、７日および２８日における圧縮強さについて試験した。
【実施例】
【００９５】
実施例１〜４は、ポルトランドセメントおよびフライアッシュの７０：３０ブレンドを最適化する粒度の影響について例示する。実施例１〜４のそれぞれにおいて使用したポルトランドセメントは、Ｖ型セメントをより微細に粉砕することにより作製したＩＩ型であった。実施例１は、粒度を最適化した７０：３０セメント／ポゾランブレンドであった。実施例１は、「セメント＃１１」として特定される分級ポルトランドセメントを使用し、これは、ＩＩ型ポルトランドセメントを、アラバマ州Ｓｙｌａｃａｕｇａに立地するＰｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社により製造されたマイクロサイザー空気分級機を通過させ、微粉部分を集めることにより得られた。実施例１は、「フライアッシュ  ８ｚ１」として特定される分級フライアッシュを使用し、これは等級Ｆフライアッシュを２回、空気分級機を通過させ、１回目は約１０μｍ未満の微粉の大部分を除去し、２回目は約５０μｍを超える微粉の大部分を除去することにより得られた。空気分級機は、ドイツ国、Ｈａｎａｕに立地するＮｅｔｚｓｃｈ−Ｃｏｎｄｕｘ  Ｍａｈｌｔｅｃｈｎｉｋ  ＧｍｂＨのＣＦＳ  ８  ＨＤＳ型であった。実施例２および３は、両方ともポルトランドセメントおよびフライアッシュの７０：３０対照用ブレンドであり、未分級のＩＩ型セメント（「対照セメント」）および等級Ｆフライアッシュ（「対照フライアッシュ」）であった。実施例４は、１００％普通のＩＩ型ポルトランドセメントを使用した。ポルトランドセメント部分およびフライアッシュ部分の粒度分布は、Ｎｅｔｚｓｃｈ−Ｃｏｎｄｕｘ  Ｍａｈｌｔｅｃｈｎｉｋ  ＧｍｂＨにおいてＣｉｌａｓ  １０６４粒度分析装置を使用して測定した。これらの粒度分布を、以下の表１に示している。
【００９６】
【表１】
0005453440.tif 000002
【００９７】
実施例１〜４によるモルタル立方体を作製するのに使用した組成、ならびにフローおよび強度結果も、以下の表２に示している。７０：３０ブレンドに添加したフライアッシュの量が少なかったが、３０％体積置換を維持するためには、ポルトランドセメントに比べてフライアッシュの密度が低いことが原因であった。
【００９８】
【表２】
0005453440.tif 000003
【００９９】
表２におけるデータから見ることができるように、実施例１の本発明の７０：３０ブレンドは、３日において実施例４の１００％ＯＰＣ組成物の強度の９３％を有し、７日において８３％の強度を有し、２８日において９０％の強度を有していた。比較によって、実施例２および３の７０：３０対照用ブレンドは、３日において実施例４の１００％ＯＰＣ組成物の強度のそれぞれ５６％および５５％しか有しておらず、７日においてそれぞれ６５％および５６％の強度しか有しておらず、また２８日においてそれぞれ７０％および７８％の強度しか有していなかった。ポルトランドセメント部分およびフライアッシュ部分の粒度の最適化により、３日、７日および２８日において対照用ブレンドに比べて実質的により大きい強度発現性をもたらした。強度の増加は、特に３日において顕著であった。図２は、実施例１〜４の組成物を使用して得られた強度を図示し、比較している。
【０１００】
（実施例５〜１４）
セメント＃１１およびフライアッシュ  ８ｚ１を使用して、他のモルタル組成物（すなわち、６０：４０ブレンドおよび７０：３０ブレンド）を製造した。さらに、「セメント＃１３」として特定される他の分級セメント材料、および「フライアッシュ  ７Ｇ」として特定される他の分級フライアッシュを使用して、モルタル組成物を製造した。セメント＃１３は、セメント＃１１と同一の施設で分級した。セメント＃１１、セメント＃１３および対照セメントの粒度分布を、その分級施設で、Ｂｅｃｋｍａｎ社クールターＬＳ  １３  ３２０Ｘ線回折分析装置を使用して測定した。これらの粒度分布を、以下の表３に示している。
【０１０１】
【表３】
0005453440.tif 000004
【０１０２】
フライアッシュ  ７Ｇは、フライアッシュ  ８ｚ１と同一の施設（Ｎｅｔｚｓｃｈ−Ｃｏｎｄｕｘ  Ｍａｈｌｔｅｃｈｎｉｋ  ＧｍｂＨ）で分級したが、微細粒子を除去するのに１回だけ分級した。粗い粒子を除去する２回目は分級しなかった。フライアッシュ  ７Ｇの粒度分布を、Ｃｉｌａｓ  １０６４粒度分析装置を使用して測定した。その粒度分布を、以下の表４に示している。比較のため、対照フライアッシュのＰＳＤが含まれる。
【０１０３】
【表４】
0005453440.tif 000005
【０１０４】
実施例５〜１４によるモルタル立方体を作製するのに使用した組成、ならびにフローおよび強度結果も、以下の表５および６に示している。いくつかのブレンドに添加したフライアッシュの量が少なかったが、３０％または４０％体積置換を維持するためには、ポルトランドセメントに比べてフライアッシュの密度が低いことが原因であった。他の場合には、置換は、３０重量％または４０重量％であった。１つの実施例ではアルカリ液を添加し、他の実施例では消石灰を添加した。
【０１０５】
【表５】
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【０１０６】
【表６】
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【０１０７】
下記の実施例は、本明細書において開示された原則（ｐｒｉｎｃｉｐａｌｓ）に基づく仮説的実施例である。
【０１０８】
（実施例１５）
高早期強度発現性ポゾランセメントは、下記の構成成分を指定された量で組み合わせることにより製造される：
【０１０９】
【表７】
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【０１１０】
上述の組成物は、ＯＰＣにひけをとらない早期強度発現性、ならびにＯＰＣに等しいまたはＯＰＣを超える１年後の強度および耐久性を有する。
【０１１１】
（実施例１６）
高早期強度発現性ポゾランセメントは、下記の構成成分を指定された量で組み合わせることにより製造される：
【０１１２】
【表８】
0005453440.tif 000009
【０１１３】
上述の組成物は、ＯＰＣにひけをとらない早期強度発現性、ならびにＯＰＣに等しいまたはＯＰＣを超える１年後の強度および耐久性を有する。
【０１１４】
（実施例１７）
高早期強度発現性ポゾランセメントは、下記の構成成分を指定された量で組み合わせることにより製造される：
【０１１５】
【表９】
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【０１１６】
上述の組成物は、ＯＰＣにひけをとらない早期強度発現性、ならびにＯＰＣに等しいまたはＯＰＣを超える１年後の強度および耐久性を有する。
【０１１７】
（実施例１８）
高早期強度発現性ポゾランセメントは、下記の構成成分を指定された量で組み合わせることにより製造される：
【０１１８】
【表１０】
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【０１１９】
上述の組成物は、ＯＰＣにひけをとらない早期強度発現性、ならびにＯＰＣに等しいまたはＯＰＣを超える１年後の強度および耐久性を有する。
【０１２０】
本発明は、その精神または本質的特性から逸脱せずに、他の特定の形態で実施できる。記述された実施形態は、全ての点で例示的であるに過ぎず、制約的ではないとみなすべきである。したがって、本発明の範囲は、前述の記述によるよりもむしろ添付する特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲と等価の意味および範囲内に納まる全ての変更は、特許請求の範囲内に包含されるべきである。
【図１】
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【図２】
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