(57)【要約】１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と；活性剤；を含む石灰非依存性セメント混合物。活性剤は金属リン酸塩及び硝酸塩、又は非アルカリ土類金属塩を含む１つ以上の金属非塩化物塩から選択される。また、活性剤は水で共活性化させた場合に鉄酸化物成分と１つ以上の巨大分子を形成し得るものから選択される。１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と；１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と；水で共活性化させた場合に鉄酸化物成分及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属非塩化物塩から選択された活性剤；を含む石灰非依存性セメント混合物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項２】
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属リン酸塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項３】
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属硝酸塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項４】
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項５】
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩及び１つ以上のマグネシウム及びアンモニウム非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項６】
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項７】
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項８】
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項９】
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩及び１つ以上の非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項１０】
非塩化物塩がマグネシウム及びアルミニウム非塩化物塩から選択される、請求項９に記載の石灰非依存性セメント混合物。
【請求項１１】
鉄酸化物成分がタコナイト、マグネタイト及びヘマタイトを含む鉄鉱、及びミルスケール、ミルラスト、及びボーキサイトから取り出した赤泥から選択される、請求項１乃至１０のいずれか１つに記載のセメント混合物。
【請求項１２】
鉄酸化物成分が焼成されている、請求項１乃至１１のいずれか１つに記載のセメント混合物。
【請求項１３】
鉄酸化物成分が混合物の２０から５０重量％を構成する、請求項１乃至１２のいずれか１つに記載のセメント混合物。
【請求項１４】
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合にケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項１５】
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合にケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項１６】
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合にケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項１７】
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合にケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩及び１つ以上のマグネシウム及びアンモニウム非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項１８】
ケイ酸塩成分がメタケイ酸ジルコニウムを含む、請求項１４乃至１７のいずれかに１つ記載のセメント混合物。
【請求項１９】
ケイ酸塩成分がケイ酸アルミニウムマグネシウムを含む、請求項１４乃至１８のいずれかに１つ記載のセメント混合物。
【請求項２０】
５〜３０％の炭酸マグネシウム及び１０〜６０％の酸化アルミニウムを含む酸化物（カルシウム成分含有又は非含有）を含む、請求項１乃至５のいずれか１つに記載のセメント混合物。
【請求項２１】
ケイ酸塩成分が１０〜３０％のメタケイ酸ジルコニウムと５〜２０％のその他のポゾランを含む、請求項１４乃至１７のいずれか１つに記載のケイ酸塩成分を含む請求項１乃至５のいずれか１つに記載のセメント混合物。
【請求項２２】
材料がマグネサイト、ブルース石、ドロマイト、ボーキサイト及び／又はカオリン等の鉱石から選択される、請求項２１に記載のセメント混合物。
【請求項２３】
混合物が１〜２５％のホウ酸ナトリウム十水和物及び１〜５％のジステアリン酸マグネシウム塩で封鎖した１０〜２５％のアンモニア、カルシウム及び／又はカリウムの硝酸塩又はリン酸塩を含む、請求項２２に記載のセメント混合物。
【請求項２４】
活性剤が硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、ケイフッ化マグネシウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化第二鉄、及び／又は塩化マグネシウムを含む、請求項１乃至２３のいずれか１つに記載のセメント混合物。
【請求項２５】
１つ以上の酸酸化物を含む鉄酸化物成分を準備し、
鉄酸化物成分を、水で共活性化させた場合に鉄酸化物成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属非塩化物塩から選択された活性剤と混合させることを含む、石灰非依存性セメント混合物の生成方法。
【請求項２６】
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分を準備し、
ケイ酸塩成分を、水で共活性化させた場合にケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩から選択された活性剤と混合させることを含む、石灰非依存性セメント混合物の生成方法。
【請求項２７】
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分を準備し、
鉄酸化物とケイ酸塩成分とを、水で共活性化させた場合に鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属塩から選択された活性剤と混合することを含む、石灰非依存性セメント混合物の生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石灰非依存性セメント混合物及び生石灰の含有に依存することのないコンクリートの形成方法に関する。
【０００２】
本発明は、石灰系セメント混合物では腐食を起こす傾向のある用途においての、実質的に石灰を含有しないセメント混合物の使用に特に適用されるものである。本発明は、硬化したセメント混合物がコンクリート内に埋設された鉄系補強用要素の腐食に関わる程度が実質的に改善されるセメント混合物にも関連する。
【０００３】
当該分野において、「セメント」及び「コンクリート」という用語はいささか大まかな用いられ方をしている。本明細書においては、文脈上他の意味に解する必要がある場合を除き、「セメント」という用語は、活性化前に混合するとコンクリートを形成する粉末状成分を意味する際に用いられる。文脈上他の意味に解する必要がある場合を除き、「コンクリート」という用語は、一旦硬化した材料のみならず硬化させるために水を加えた後のセメントを含む複合材料を意味する際に用いられる。通常、コンクリートは水と混和させることで複合材料を生成する骨材及びセメント結合剤を含む。
【背景技術】
【０００４】
従来から、セメント混合物は成分の結合又はその他の成分と結合することでコンクリートを形成するための生石灰及び／又はその他同様のポゾラン材料を含む。通常は補強をする構造用コンクリートの形成には、ポルトランドセメントが特に一般的に使用される。石灰は非常に一般的なセメント成分であり、ポルトランドセメントは典型的には石灰石、クレイ及び石膏から生成される。しかしながら、石膏は硫黄化合物であるにも拘わらず、コンクリート中の石灰は硫黄又は硫黄素材による攻撃を受ける場合がある。この結果、環境によっては、生石灰の存在が、その処方に生石灰を含むコンクリートの構造健全性に悪影響を与える場合がある。
【０００５】
従来のセメント混合物はアルカリ土類金属化合物の使用を伴う。石灰は長い間使用されてきており、オキシ塩化マグネシウムによる鉱物、植物又は動物性物質の凝塊、凝集、硬化及び成形におけるマグネシアセメントの使用が提案されている。後の開発で、マグネシアと金属酸化物及びリン酸塩を混合することが提案されるが、提案された酸化物は鉄酸化物だけであった。
【０００６】
本発明は、従来技術における上記記載の問題点の少なくとも１つを緩和する、石灰非依存性セメント混合物及び実質的に生石灰を含有しないセメント混合物からコンクリートを形成する方法を提供することを目的としている。本発明のその他の目的及び利点は、以下の説明により明らかとなる。
【発明の開示】
【０００７】
前記を鑑み、本発明の一態様は
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【０００８】
別の態様において、本発明は
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属リン酸塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【０００９】
別の態様において、本発明は
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属硝酸塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【００１０】
別の態様において、本発明は
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【００１１】
別の態様において、本発明は
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩及び１つ以上のマグネシウム及び／又はアルミニウム非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【００１２】
別の態様において、本発明は
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属塩から選択された活性剤を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【００１３】
別の態様において、本発明は
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【００１４】
別の態様において、本発明は
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【００１５】
別の態様において、本発明は
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩及び１つ以上のマグネシウム及び／又はアルミニウム非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【００１６】
好ましくは、鉄酸化物成分はタコナイト、マグネタイト及びヘマタイトを含む鉄鉱、及びミルスケール、ミルラスト、及びボーキサイトから取り出した赤泥から選択される。好ましくは、鉄酸化物成分は焼成される。好ましくは、鉄酸化物成分は混合物の２０重量％〜５０重量％を構成する。
【００１７】
別の態様において、本発明は
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合にケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【００１８】
別の態様において、本発明は
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合にケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【００１９】
別の態様において、本発明は
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合にケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【００２０】
別の態様において、本発明は
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合にケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩及び１つ以上のマグネシウム及び／又はアルミニウム非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【００２１】
好ましくは、非塩化物塩はマグネシウム及びアルミニウム非塩化物塩から選択する。こういった場合、アンモニウム非塩化物塩を含んでいてもよい。好ましくは、ケイ酸塩成分はメタケイ酸ジルコニウムを含む。好ましくは、ケイ酸塩成分はケイ酸マグネシウムアルミニウムを含む。好ましくは、混合物は５〜３０％の炭酸マグネシウム及び１０〜６０％の酸化アルミニウムを含む酸化物（カルシウム成分含有又は非含有）を含む。好ましくは、混合物は上で記載した、１０〜３０％のメタケイ酸ジルコニウムと５〜２０％のその他のポゾランを含むケイ酸塩成分を含む。好ましくは、材料はマグネサイト、ブルース石、ドロマイト、ボーキサイト及び／又はカオリン等の鉱石から選択される。好ましくは、混合物は１〜２５％のホウ酸ナトリウム十水和物及び１〜５％のジステアリン酸マグネシウム塩で封鎖した１０〜２５％のアンモニア、カルシウム及び／又はカリウムの硝酸塩又はリン酸塩が含まれる。好ましくは、活性剤は硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、ケイフッ化マグネシウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化第二鉄、及び／又は塩化マグネシウムが含まれる。
【００２２】
当然のことながら、構成成分及び活性剤はコンクリート製造に適したサイズに粉砕及び／又は粉末状にする。１つ以上の巨大分子は、乾燥混合物への水の添加によって共活性化された際の鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と活性剤との間でのメタセシス等によって形成されると信じられているが、本発明はこういった過程を経る混合物に必ずしも限定されない。
【００２３】
鉄酸化物成分は、タコナイト、マグネタイト、ヘマタイト等の鉄鉱から選択してもよいが、ミルスケール又はミルラスト、アルミナ精錬等で抽出されるボーキサイトからの赤泥から選択することもできる。鉄鉱は、鉄や鉄鋼の生産で必要とされるものよりも低いグレードのものから選択してもよい。こういった材料は、必要ならば焼成する。
【００２４】
ケイ酸塩成分は好ましくはメタケイ酸ジルコニウムを含むが、例えばコンクリートの高密度化及び／又は強度上昇を補佐するためにシリカフューム等のその他のポゾランを含んでいてもよい。その他のケイ酸アルミニウムマグネシウムも含むことができる。
【００２５】
鉄酸化物成分が混合物の２０〜５０重量％を構成する場合、ケイ酸塩成分が１０〜３０％のメタケイ酸ジルコニウムと５〜２０％のその他のポゾランを含むことが好ましい。又、混合物は好ましくは５〜３０％の炭酸マグネシウム及び１０〜６０％の酸化アルミニウムを含む酸化物（カルシウム成分を含有又は非含有）を含む。これらの材料は、好ましくはマグネサイト、タルク、ブルース石、ドロマイト、ボーキサイト及び／又はカオリン等の鉱石から選択される。
【００２６】
その微粉度及びシリカ含有量からアルミナ成分にフライアッシュを使用することが有益であろうと信じられている。「底部」フライアッシュ中に見出されるもの等のフライアッシュ中に含まれるＵＢＣ（Ｕｎｂｕｒｎｔ  ｃａｒｂｏｎ：未燃炭素）により、本発明により形成されるコンクリートの強度及び／又は密度にも利点が得られる。その他のケイ酸アルミニウムマグネシウムをその他の廃棄物及び／又は別の鉱体等から調達し、適切な成分比で混合物に添加又は供給してもよい。
【００２７】
更に好ましくは、混合物には１〜２５％のホウ酸ナトリウム十水和物及び１〜５％のジステアリン酸マグネシウム塩で封鎖したアンモニア、カルシウム及び／又はカリウムの１０〜２５％の硝酸塩及び／又はリン酸塩が含まれる。その他のステアリン酸金属塩も使用可能であり、当然ながら異なるステアリン酸金属塩は異なる封鎖能を有する。
【００２８】
活性剤は硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、ケイフッ化マグネシウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化第二鉄、及び／又は塩化マグネシウムを含んでいてもよい。シュウ酸、酒石酸及び／又は四ホウ酸ナトリウム等の反応遅延剤を含めることでコンクリートの硬化を遅延させてもよい。又、反応遅延剤は、ナフタレン及びメラミンスルホン酸塩流動化剤から選択してもよい。湿潤化及び／又は流動化は、アクリル酸ポリカーボネート系流動化剤を含めることで達成することもできる。
【００２９】
［実施例の簡単な説明］
本発明をより理解し易くしその実際的な効果をみるため、１つ以上の好ましい形式における本発明を示す実施例をここで参考にする。実施例においては、カルシウム系ではないセメント混合物を試験した。但し、少量の石灰は不純物として許容可能であり、石灰石を骨材エクステンダとして使用することも可能である。石灰石非含有セメント混合物には２種類あり、鉄酸化物系とケイ酸塩系である。製造方法には２つあり、予備処理した金属酸化物のバッチ処理、又は焼成と粉砕である。選択した活性剤、つまりリン酸塩、硫酸塩又は塩化物に応じて活性化法には３つの選択肢がある。
【００３０】
［実施例についての詳細な説明］
組合せ実施例１：酸化鉄セメント混合物
この組合せにおける第一の実施例は、以下の成分を用いて処方した。
鉄くず及び粉末状金属鉄としてのＦｅ；
鉄鉱（マグネタイト）及びミルスケール廃棄物としてのＦｅ３Ｏ４；
鉄鉱（ヘマタイト）及び産業廃棄物としてのＦｅ２Ｏ３；
オルトリン酸鉄としてのＦｅ３ＰＯ４；
三塩化鉄としてのＦｅＣｌ３；
非晶質ケイ酸ジルコニウム廃棄物としてのＺｒＳｉＯ２；
粉砕シリカ及び／又は（非晶質）シリカフュームとしてのＳｉＯ２；
ボーキサイト１、ドロマイト２、カオリン３及びフライアッシュ４廃棄物（ボトムアッシュが適切）としてのＡｌ２Ｏ３；
第一リン酸二水素カリウム＾１、リン酸二水素アンモニウム＾２、リン酸アルミニウム＾３、二リン酸ナトリウム＾４、リン酸亜鉛＾５、リン酸ジルコニウム＾６、オルトリン酸鉄＾７及びリン鉱石＾８としてのＨ３ＰＯ４；
硫酸アルミニウム１、硫酸二アンモニウム２、及び硫酸第一鉄七水和物３としてのＨ２ＳＯ４；
重炭酸ナトリウム又は重炭酸カリウムとしてのＨ２ＣＯ３；
エタン二酸（シュウ酸）としてのＣＯＯＨＣＯＯＨ；
酒石酸としてのＣＯＯＨＣＨ（ＯＨ）ＣＨ（ＯＨ）ＣＯＯＨ；
マグネサイト＊１、焼成ＭｇＯ＊２、硬焼ＭｇＯ＊３及び電融ＭｇＯ＊４としてのＭｇＯ；
ヘキサフルオロケイ酸マグネシウム六水和物としてのＭｇＳｉＦ６；
オクタデカン酸ステアリン酸マグネシウムとしてのＭｇ（Ｃ１８Ｈ３５Ｏ２）２；
二塩化マグネシウム六水和物としてのＭｇＣｌ２；及び
四ホウ酸ナトリウム十水和物としてのＮａ２Ｂ４Ｏ７
【００３１】
硬化時間の制御
酸化マグネシウムの４つの段階の組合せを用いることで硬化速度を制御し、ＣａＳＯ４とＣ３Ａの組合せがカルシウム系セメントを活性化させるのとほぼ同じやり方で早々に高い強度がでるように補佐する。炭酸マグネシウム、苛性マグネシア又は焼成マグネシウムにより硬化は３０秒から５分以内に開始される。硬焼マグネシウムでは硬化時間が３０分から４時間へと延びる。電融マグネシウム又はその一部により硬化時間を５分から３０分の間で制御する。
【００３２】
活性剤
硬質の単塊を形成する素材を生じる重合、ゲル化及び／又は結晶化を引き起こすために必要な、（典型的には発熱反応である）反応を刺激するためには、触媒又は開始剤が必要となる。石膏をカルシウムセメントに添加するのと同じ理由で、本例のセメントはＭｇＯ、ＺｎＯ又はＰｂＯ及びＫＰＯ４、ＮＨＰＯ４、Ａｌ２（ＳＯ４）３、ＭｇＣｌ２、ＦｅＰＯ４、ＦｅＣｌ３、ＮａＢＯ４の組合せで開始させることができる。
【００３３】
凝集性／レオロジー変性剤
更に硬化時間エクステンダにはＮａ２Ｂ４Ｏ７、ＭｇＳｉＦ６、Ｈ２Ｃ２Ｏ４及びＣ４Ｈ６Ｏ６が含まれるが、これらの成分は凝集性及びレオロジー特性をも変化させ、多様な用途に応じて処方可能である。
【００３４】
凝集性／レオロジー変性剤は、以下の範囲で提供可能である（重量基準）。
Ｎａ２Ｂ４Ｏ７：０から２５％
ＭｇＳｉＦ６：０から２５％
Ｈ２Ｃ２Ｏ４：０から１０％
Ｃ４Ｈ６Ｏ６：０から１０％
【００３５】
上記基準に基づき、一連の「鉄セメント」処方を試験した。各試験には試験番号を「Ｆｅ８−ＸＸａ」と割り当て、ここで「ＸＸ」とは試験番号を意味し、「ａ」は使用した開始剤の種類であり、ここで「ｐ」はリン酸塩、「ｓ」は硫酸塩、「ｃ」は塩化物を示す。これらの試験は以下に示す。
【００３６】
Ｆｅ８−００ｐ
原料
2009504545.tif 000002
【００３７】
方法
乾燥した成分を混合ビーカーに計量するために精度０．０１ｇの天秤を用いた。木製のヘラを用いて水を混合物が柔らかくなるまで乾燥した原料に混和した。次に混合物を更に３分間に亘って攪拌した。
【００３８】
ビーカーの中身を型に移し、離型するまで４時間かけて硬化させ、鉄セメント試験片「Ｆｅ８−００ｐ」を形成した。
【００３９】
結果
最初の１５分以内にゲル化が開始し、（置き換え可能な）パーセンテージのＭｇＯ＊４による硬化の加速により、少量の発熱が観察された。
【００４０】
３日間の観察期間中に、試験片「Ｆｅ８−００ｐ」の強度は非常に高くなり非常に高い磁気引力を示した。収縮は見られなかった。
【００４１】
結論
このセメントの硬化速度制御能により、短い最適強度時間で非常に高い強度のコンクリートの生成が可能となるはずである。防水性、硫酸塩及び塩化物耐性等のその他の特性は、非常に高い、達成可能な密度によって更に強化される。
【００４２】
Ｆｅ３Ｏ４（マグネタイト）はＦｅ２Ｏ３（ヘマタイト）と置き換え可能であるが、少しのパーセンテージのＦｅ（鉄）が硬化した構造体の高密度化に役立つことが判明している。パーセンテージ範囲は０から５％である。
【００４３】
試験
以下の処方は反応性原料のみに減らされており、最初の目的である特性を依然として維持しながらも固化反応を達成できる量の幅（＋及び−）を求めることを目的として実行した。固化が請求のパラメータ外で起こることも注目されるが、塗料又はその他のポリマークレイ系産業廃棄物等の廃汚泥の固化に適しているにすぎない。
【００４４】
Ｆｅ８−０１ｐ低鉄及び低開始剤
原料
2009504545.tif 000003
【００４５】
方法
乾燥した成分を混合ビーカーに計量するために精度０．０１ｇの天秤を用いた。木製のヘラを用いて水を混合物が柔らかくなるまで乾燥した原料に混和した。次に混合物を更に３分間に亘って攪拌した。
【００４６】
ビーカーの中身を型に移し、離型するまで４時間かけて硬化させた。
【００４７】
結果
フライアッシュによる吸収を補うために水を余分に追加しなくてはならなかったが、ブリードは観察されなかった。硬化中に発熱は見られなかった。続く３日間の間、「試験片Ｆｅ８−０１ｐ」の強度は低いが徐々に強度を増すという状態にあり、若干の磁気引力を示した
【００４８】
結論
フライアッシュの形でのＡｌＳｉＯ２は、その他のセメント形成原料と混和された際にセメント成分になる優れたポゾランである。この材料は本発明のセメント混合物において有用であるが、当然ながら、ＡｌＳｉＯ２を含有させることで水の必要性が高くなり、酸化鉄成分に対してその配合量が高くなるとのちに強度が低下する。この問題は、スルホン化凝縮物によって生じる静電反発力よりむしろ立体反発力を生じるカルボキシル化アクリル共重合体等の適切な可塑剤の使用により対処することができる。
【００４９】
Ｆｅ８−０２ｐ高鉄及び低開始剤
2009504545.tif 000004
【００５０】
方法
乾燥した成分を混合ビーカーに計量するために精度０．０１ｇの天秤を用いた。木製のヘラを用いて水を混合物が柔らかくなるまで乾燥した原料に混和した。次に混合物を更に３分間に亘って攪拌した。
【００５１】
ビーカーの中身を型に移し、離型するまで４時間かけて硬化させた。
【００５２】
結果
硬化中、明白な熱の発生は見られなかった。３日間に亘る観察中、「試験片Ｆｅ８−０２ｐ」は第一日目では低強度状態を維持したが、次の２日間で急激に強度を得たように見え、非常に高い磁気引力を示した。表面は若干粉っぽく見え、最初の硬化前に反応可能なものより多いＦｅ３Ｏ４があったことを意味している。
【００５３】
結論
Ｆｅ３Ｏ４は効果的なセメント形成要素だが、ゲル時間要求が１５分よりも短い場合、より多量の結合開始剤ＨＰＯ４およびＭｇＯを必要とする。
【００５４】
Ｆｅ８−０３ｓ硫酸塩開始剤を用いた鉄
原料
2009504545.tif 000005
【００５５】
方法
乾燥した成分を混合ビーカーに計量するために精度０．０１ｇの天秤を用いた。木製のヘラを用いて水を混合物が柔らかくなるまで乾燥した原料に混和した。次に混合物を更に３分間に亘って攪拌した。
【００５６】
ビーカーの中身を型に移し、離型するまで４時間かけて硬化させた。
【００５７】
結果
「試験片Ｆｅ８−０３ｓ」は１０分後にゲル化し、若干ではあるがはっきりとした発熱を伴って非常に迅速に硬化した。数時間で高い強度を得たのは明白であり、高い磁気引力を示した。
【００５８】
結論
硫酸塩はリン酸塩と同様に効果的に硬化を開始させる。硬化時間の制御性は求めなかったが、強度と磁気引力は依然として非常に高かった（ガス又は水溶液の形での外部硫酸塩の接触が化合物又はこのセメントから形成されたコンクリートを強化又は表面硬化しえることも示された）。
【００５９】
組合せ実施例２：ケイ酸ジルコニウムセメント混合物
ケイ酸ジルコニウム系のセメントが、非常に高い結合、曲げ及び圧縮強度のみならず並外れて高い耐火特性を有していることが判明した。
【００６０】
用途には、例えば、炉、火室のライニングが含まれる。酸に対する高い耐性により、発泡させて、セメントを炉のライニングにおける硬質保護層としてのみならず中間断熱層として使用することが可能である。カーボンファイバーで補強して、機械、バーナー、ワークプラットフォーム等用の耐火性の薄片カウリング又はパネルとしても使用可能である。
ａ）以下の処方で示されたような予備処理した金属酸化物のバッチ処理又は
ｂ）成分を焼成し、共に粉砕することによる石灰石系セメントと同様の処理での製造。
【００６１】
粉砕することでより粒子が細かくなる或いはより表面積が広くなり、より効果的な結合剤となる。リン酸塩を焼成することで、通常、より反応性の高いピロリン酸塩が生成される。処方側は、リン酸塩を焼成中に含めるか、或いは後の粉砕中に添加するかを選択可能である。貯蔵中の含水反応の傾向を低減するために、Ｍｇ（Ｃ１８Ｈ３５Ｏ２）２オクタデカン酸ステアリン酸マグネシウムを添加する。これにより、凝集性と加工性も向上する。
【００６２】
ケイ酸ジルコニウムセメント試験片処方
上記基準に基づき、一連の「ケイ酸ジルコンセメント」処方を試験した。各試験には試験番号を「Ｚｒｘ−ＸＸａ」と割り当て、ここで「ｘ」は一連の中におけるサブセットの番号であり「ＸＸ」とは試験番号を意味し、「ａ」は使用した開始剤の種類であり、ここで「ｐ」はリン酸塩、「ｐｐ」はリン酸塩−ピロリン酸塩、「ｓ」は硫酸塩、「ｃ」は塩化物を示す。これらの試験は以下に示す。
【００６３】
Ｚｒ３−００ｐ
原料
2009504545.tif 000006
【００６４】
方法
乾燥した成分を混合ビーカーに計量するために精度０．０１ｇの天秤を用いた。木製のヘラを用いて水を混合物が柔らかくなるまで乾燥した原料に混和した。次に混合物を更に３分間に亘って攪拌した。
【００６５】
ビーカーの中身を型に移し、離型するまで４時間かけて硬化させた。
【００６６】
結果
最初の１５分以内にゲル化が開始し、（置き換え可能な）パーセンテージのＭｇＯ＊４による硬化の加速により、少量の発熱が観察された。３日間に亘る観察期間中に、「試験片Ｚｒ３−００ａ」の強度は非常に高くなった。
【００６７】
結論
このセメントの硬化速度制御能により、短い最適な高早強時間で非常に高い強度のコンクリートの形成が可能となるはずである。耐火性、防水性等のその他の特性のみならず、硫酸塩及び塩化物に対しても耐性があり、これは非常に高い、達成可能な密度によって強化される。
【００６８】
Ｚｒ５−００ｐｐ発泡体
2009504545.tif 000007
及び
【００６９】
Ｆｅ９−００ｐｐ発泡体
2009504545.tif 000008
【００７０】
方法
各混合物用の乾燥した成分を別々の混合ビーカーに計量するために精度０．０１ｇの天秤を用いた。木製のヘラを用いて、それぞれ混合物が型に流し込むに十分なほどに流動的になるまで水を乾燥した原料に混和させた。次に各混合物を更に６０秒に亘って攪拌した。
【００７１】
各ビーカーの中身を別の型に移し、離型するまで４時間かけて硬化させた。
【００７２】
結果
混合物としての「試験片Ｚｒ５−００ｐｐ」と「Ｆｅ９−００ｐｐ」において同一の反応が枠に流し込んでから２分以内に緩慢に始まるのが観察された。１０分後にはゲル化が開始し、約４０分後に完全に硬化するまでに若干の発熱が見られた。エアレーションにより、サンプルの密度が実質的に低下したが、サンプルは双方共に依然として高い強度を維持していた。
【００７３】
結論
ケイ酸ジルコニウム発泡セメントの非常に高い耐火性及び接着性により、耐火スプレー塗布断熱材として有用である。本発明の鉄系の発泡セメントは強度特性も高いが、鉄の溶融温度により約８００℃より下での耐火特性が必要となる用途にのみ適していると考えられる。オートクレーブを必要とすることなく、気泡コンクリートブロック及びパネルの製造にも有用であると考えられる。
【００７４】
独特の特性を利用する特殊な用途のみならず、本発明のセメント混合物をコンクリート用の汎用セメント（Ｏｒｄｉｎａｒｙ Ｐｏｒｔｌａｎｄ Ｃｅｍｅｎｔ（普通ポルトランドセメント）：ＯＰＣ）の代替物として使用してもよい。例えば、典型的な用途には採掘、土木建築がある。具体的には、用途には、厳しい薬品及びガス環境、例えば、燃料電池、下水処理プラント及び食肉処理場のみならず、例えば地下及び水中構造体、土台、足場、及びパイロンが含まれる。セメント混合物には高い磁気引力と低い電位が必要とされる産業用床張り及び舗装道路に関連した用途もある。水平及び垂直方向のロボット動作を含む一時的な機械の固定に関しての新しい開発も、鉄セメントで可能となる。
【００７５】
どんな薄肉形状にも圧縮可能なファイバー強化した押出成形物に適している。ガラス繊維強化コンクリート用も有益であると考えられ、これは「耐アルカリ性」ガラス繊維という要件が排除されるからである。その凝集性と高い結合性により、このセメントはスプレー（吹きつけ／ガナイト）用途に適している。
【００７６】
特定の実施例を参照して本発明を説明してきたが、当然ながら当業者は本発明をここに記載の本発明の広い範囲と領域内でその他の形態或いはその組合せとして具体化してもよい。
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月12日(2007.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属非塩化物及び非酸塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項２】
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩及び１つ以上のマグネシウム及びアンモニウム非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項３】
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項４】
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項５】
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項６】
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩及び１つ以上の非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項７】
非塩化物塩がマグネシウム及びアルミニウム非塩化物塩から選択される、請求項６に記載の石灰非依存性セメント混合物。
【請求項８】
鉄酸化物成分がタコナイト、マグネタイト及びヘマタイトを含む鉄鉱、及びミルスケール、ミルラスト、及びボーキサイトから取り出した赤泥から選択される、請求項１乃至７のいずれか１つに記載のセメント混合物。
【請求項９】
鉄酸化物成分が焼成されている、請求項１乃至８のいずれか１つに記載のセメント混合物。
【請求項１０】
鉄酸化物成分が混合物の２０から５０重量％を構成する、請求項１乃至９のいずれか１つに記載のセメント混合物。
【請求項１１】
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合にケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩及び１つ以上のマグネシウム及びアンモニウム非塩化物塩から選択された活性剤を含む石灰非依存性セメント混合物。
【請求項１２】
ケイ酸塩成分がメタケイ酸ジルコニウムを含む、請求項１１に記載のセメント混合物。
【請求項１３】
ケイ酸塩成分がケイ酸アルミニウムマグネシウムを含む、請求項１１又は請求項１２に記載のセメント混合物。
【請求項１４】
５〜３０％の炭酸マグネシウム及び１０〜６０％の酸化アルミニウムを含む酸化物（カルシウム成分含有又は非含有）を含む、請求項１又は請求項２に記載のセメント混合物。
【請求項１５】
ケイ酸塩成分が１０〜３０％のメタケイ酸ジルコニウムと５〜２０％のその他のポゾランを含む、請求項１１に記載のケイ酸塩成分を含む請求項１又は請求項２に記載のセメント混合物。
【請求項１６】
材料がマグネサイト、ブルース石、ドロマイト、ボーキサイト及び／又はカオリン等の鉱石から選択される、請求項１５に記載のセメント混合物。
【請求項１７】
混合物が１〜２５％のホウ酸ナトリウム十水和物及び１〜５％のステアリン酸マグネシウムで封鎖した１０〜２５％のアンモニア、カルシウム及び／又はカリウムの硝酸塩又はリン酸塩を含む、請求項１６に記載のセメント混合物。
【請求項１８】
活性剤が硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、ケイフッ化マグネシウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化第二鉄、及び／又は塩化マグネシウムを含む、請求項１乃至１７のいずれか１つに記載のセメント混合物。
【請求項１９】
１つ以上の酸酸化物を含む鉄酸化物成分を準備し、
鉄酸化物成分を、水で共活性化させた場合に鉄酸化物成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属非塩化物、非酸塩化物塩から選択された活性剤と混合させることを含む、石灰非依存性セメント混合物の生成方法。
【請求項２０】
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分を準備し、
鉄酸化物とケイ酸塩成分とを、水で共活性化させた場合に鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属塩から選択された活性剤と混合することを含む、石灰非依存性セメント混合物の生成方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】石灰非依存性セメント混合物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石灰非依存性セメント混合物及び生石灰の含有に依存することのないコンクリートの形成方法に関する。
【０００２】
本発明は、石灰系セメント混合物では腐食を起こす傾向のある用途においての、実質的に石灰を含有しないセメント混合物の使用に特に適用されるものである。本発明は、硬化したセメント混合物がコンクリート内に埋設された鉄系補強用要素の腐食に関わる程度が実質的に改善されるセメント混合物にも関連する。
【０００３】
当該分野において、「セメント」及び「コンクリート」という用語はいささか大まかな用いられ方をしている。本明細書においては、文脈上他の意味に解する必要がある場合を除き、「セメント」という用語は、活性化前に混合するとコンクリートを形成する粉末状成分を意味する際に用いられる。文脈上他の意味に解する必要がある場合を除き、「コンクリート」という用語は、一旦硬化した材料のみならず硬化させるために水を加えた後のセメントを含む複合材料を意味する際に用いられる。通常、コンクリートは水と混和させることで複合材料を生成する骨材及びセメント結合剤を含む。
【背景技術】
【０００４】
従来から、セメント混合物は成分の結合又はその他の成分と結合することでコンクリートを形成するための生石灰及び／又はその他同様のポゾラン材料を含む。通常は補強をする構造用コンクリートの形成には、ポルトランドセメントが特に一般的に使用される。石灰は非常に一般的なセメント成分であり、ポルトランドセメントは典型的には石灰石、クレイ及び石膏から生成される。しかしながら、石膏は硫黄化合物であるにも拘わらず、コンクリート中の石灰は硫黄又は硫黄素材による攻撃を受ける場合がある。この結果、環境によっては、生石灰の存在が、その処方に生石灰を含むコンクリートの構造健全性に悪影響を与える場合がある。
【０００５】
従来のセメント混合物はアルカリ土類金属化合物の使用を伴う。石灰は長い間使用されてきており、オキシ塩化マグネシウムによる鉱物、植物又は動物性物質の凝塊、凝集、硬化及び成形におけるマグネシアセメントの使用が提案されている。後の開発で、マグネシアと金属酸化物及びリン酸塩を混合することが提案されるが、提案された酸化物は鉄酸化物だけであった。
【０００６】
本発明は、従来技術における上記記載の問題点の少なくとも１つを緩和する、石灰非依存性セメント混合物及び実質的に生石灰を含有しないセメント混合物からコンクリートを形成する方法を提供することを目的としている。本発明のその他の目的及び利点は、以下の説明により明らかとなる。
【発明の開示】
【０００７】
前記を鑑み、本発明の一態様は
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属非塩化物、非酸塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【０００８】
別の態様において、本発明は
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩及び１つ以上のマグネシウム及び／又はアルミニウム非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【０００９】
別の態様において、本発明は
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【００１０】
別の態様において、本発明は
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の金属非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【００１１】
別の態様において、本発明は
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【００１２】
別の態様において、本発明は
１つ以上の鉄酸化物を含む鉄酸化物成分と、
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合に鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩及び１つ以上のマグネシウム及び／又はアルミニウム非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【００１３】
好ましくは、鉄酸化物成分はタコナイト、マグネタイト及びヘマタイトを含む鉄鉱、及びミルスケール、ミルラスト、及びボーキサイトから取り出した赤泥から選択される。好ましくは、鉄酸化物成分は焼成される。好ましくは、鉄酸化物成分は混合物の２０重量％〜５０重量％を構成する。
【００１４】
別の態様において、本発明は
１つ以上の焼成金属ケイ酸塩を含むケイ酸塩成分と、
水で共活性化させた場合にケイ酸塩成分と１つ以上の巨大分子を形成し得る１つ以上の非アルカリ土類金属塩及び１つ以上のマグネシウム及び／又はアルミニウム非塩化物塩から選択された活性剤、
を含む石灰非依存性セメント混合物に広義で含まれる。
【００１５】
好ましくは、非塩化物塩はマグネシウム及びアルミニウム非塩化物塩から選択する。こういった場合、アンモニウム非塩化物塩を含んでいてもよい。好ましくは、ケイ酸塩成分はメタケイ酸ジルコニウムを含む。好ましくは、ケイ酸塩成分はケイ酸マグネシウムアルミニウムを含む。好ましくは、混合物は５〜３０％の炭酸マグネシウム及び１０〜６０％の酸化アルミニウムを含む酸化物（カルシウム成分含有又は非含有）を含む。好ましくは、混合物は上で記載した、１０〜３０％のメタケイ酸ジルコニウムと５〜２０％のその他のポゾランを含むケイ酸塩成分を含む。好ましくは、材料はマグネサイト、ブルース石、ドロマイト、ボーキサイト及び／又はカオリン等の鉱石から選択される。好ましくは、混合物は１〜２５％のホウ酸ナトリウム十水和物及び１〜５％のジステアリン酸マグネシウム塩で封鎖した１０〜２５％のアンモニア、カルシウム及び／又はカリウムの硝酸塩又はリン酸塩が含まれる。好ましくは、活性剤は硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、ケイフッ化マグネシウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化第二鉄、及び／又は塩化マグネシウムが含まれる。
【００１６】
当然のことながら、構成成分及び活性剤はコンクリート製造に適したサイズに粉砕及び／又は粉末状にする。１つ以上の巨大分子は、乾燥混合物への水の添加によって共活性化された際の鉄酸化物及び／又はケイ酸塩成分と活性剤との間でのメタセシス等によって形成されると信じられているが、本発明はこういった過程を経る混合物に必ずしも限定されない。
【００１７】
鉄酸化物成分は、タコナイト、マグネタイト、ヘマタイト等の鉄鉱から選択してもよいが、ミルスケール又はミルラスト、アルミナ精錬等で抽出されるボーキサイトからの赤泥から選択することもできる。鉄鉱は、鉄や鉄鋼の生産で必要とされるものよりも低いグレードのものから選択してもよい。こういった材料は、必要ならば焼成する。
【００１８】
ケイ酸塩成分は好ましくはメタケイ酸ジルコニウムを含むが、例えばコンクリートの高密度化及び／又は強度上昇を補佐するためにシリカフューム等のその他のポゾランを含んでいてもよい。その他のケイ酸アルミニウムマグネシウムも含むことができる。
【００１９】
鉄酸化物成分が混合物の２０〜５０重量％を構成する場合、ケイ酸塩成分が１０〜３０％のメタケイ酸ジルコニウムと５〜２０％のその他のポゾランを含むことが好ましい。又、混合物は好ましくは５〜３０％の炭酸マグネシウム及び１０〜６０％の酸化アルミニウムを含む酸化物（カルシウム成分を含有又は非含有）を含む。これらの材料は、好ましくはマグネサイト、タルク、ブルース石、ドロマイト、ボーキサイト及び／又はカオリン等の鉱石から選択される。
【００２０】
その微粉度及びシリカ含有量からアルミナ成分にフライアッシュを使用することが有益であろうと信じられている。「底部」フライアッシュ中に見出されるもの等のフライアッシュ中に含まれるＵＢＣ（Ｕｎｂｕｒｎｔ  ｃａｒｂｏｎ：未燃炭素）により、本発明により形成されるコンクリートの強度及び／又は密度にも利点が得られる。その他のケイ酸アルミニウムマグネシウムをその他の廃棄物及び／又は別の鉱体等から調達し、適切な成分比で混合物に添加又は供給してもよい。
【００２１】
更に好ましくは、混合物には１〜２５％のホウ酸ナトリウム十水和物及び１〜５％のジステアリン酸マグネシウム塩で封鎖したアンモニア、カルシウム及び／又はカリウムの１０〜２５％の硝酸塩及び／又はリン酸塩が含まれる。その他のステアリン酸金属塩も使用可能であり、当然ながら異なるステアリン酸金属塩は異なる封鎖能を有する。
【００２２】
活性剤は硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、ケイフッ化マグネシウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化第二鉄、及び／又は塩化マグネシウムを含んでいてもよい。シュウ酸、酒石酸及び／又は四ホウ酸ナトリウム等の反応遅延剤を含めることでコンクリートの硬化を遅延させてもよい。又、反応遅延剤は、ナフタレン及びメラミンスルホン酸塩流動化剤から選択してもよい。湿潤化及び／又は流動化は、アクリル酸ポリカーボネート系流動化剤を含めることで達成することもできる。
【実施例の簡単な説明】
【００２３】
本発明をより理解し易くしその実際的な効果をみるため、１つ以上の好ましい形式における本発明を示す実施例をここで参考にする。実施例においては、カルシウム系ではないセメント混合物を試験した。但し、少量の石灰は不純物として許容可能であり、石灰石を骨材エクステンダとして使用することも可能である。石灰石非含有セメント混合物には２種類あり、鉄酸化物系とケイ酸塩系である。製造方法には２つあり、予備処理した金属酸化物のバッチ処理、又は焼成と粉砕である。選択した活性剤、つまりリン酸塩、硫酸塩又は塩化物に応じて活性化法には３つの選択肢がある。
【実施例についての詳細な説明】
【００２４】
組合せ実施例１：酸化鉄セメント混合物
この組合せにおける第一の実施例は、以下の成分を用いて処方した。
鉄くず及び粉末状金属鉄としてのＦｅ；
鉄鉱（マグネタイト）及びミルスケール廃棄物としてのＦｅ３Ｏ４；
鉄鉱（ヘマタイト）及び産業廃棄物としてのＦｅ２Ｏ３；
オルトリン酸鉄としてのＦｅ３ＰＯ４；
三塩化鉄としてのＦｅＣｌ３；
非晶質ケイ酸ジルコニウム廃棄物としてのＺｒＳｉＯ２；
粉砕シリカ及び／又は（非晶質）シリカフュームとしてのＳｉＯ２；
ボーキサイト１、ドロマイト２、カオリン３及びフライアッシュ４廃棄物（ボトムアッシュが適切）としてのＡｌ２Ｏ３；
第一リン酸二水素カリウム＾１、リン酸二水素アンモニウム＾２、リン酸アルミニウム＾３、二リン酸ナトリウム＾４、リン酸亜鉛＾５、リン酸ジルコニウム＾６、オルトリン酸鉄＾７及びリン鉱石＾８としてのＨ３ＰＯ４；
硫酸アルミニウム１、硫酸二アンモニウム２、及び硫酸第一鉄七水和物３としてのＨ２ＳＯ４；
重炭酸ナトリウム又は重炭酸カリウムとしてのＨ２ＣＯ３；
エタン二酸（シュウ酸）としてのＣＯＯＨＣＯＯＨ；
酒石酸としてのＣＯＯＨＣＨ（ＯＨ）ＣＨ（ＯＨ）ＣＯＯＨ；
マグネサイト＊１、焼成ＭｇＯ＊２、硬焼ＭｇＯ＊３及び電融ＭｇＯ＊４としてのＭｇＯ；
ヘキサフルオロケイ酸マグネシウム六水和物としてのＭｇＳｉＦ６；
オクタデカン酸ステアリン酸マグネシウムとしてのＭｇ（Ｃ１８Ｈ３５Ｏ２）２；
二塩化マグネシウム六水和物としてのＭｇＣｌ２；及び
四ホウ酸ナトリウム十水和物としてのＮａ２Ｂ４Ｏ７
【００２５】
硬化時間の制御
酸化マグネシウムの４つの段階の組合せを用いることで硬化速度を制御し、ＣａＳＯ４とＣ３Ａの組合せがカルシウム系セメントを活性化させるのとほぼ同じやり方で早々に高い強度がでるように補佐する。炭酸マグネシウム、苛性マグネシア又は焼成マグネシウムにより硬化は３０秒から５分以内に開始される。硬焼マグネシウムでは硬化時間が３０分から４時間へと延びる。電融マグネシウム又はその一部により硬化時間を５分から３０分の間で制御する。
【００２６】
活性剤
硬質の単塊を形成する素材を生じる重合、ゲル化及び／又は結晶化を引き起こすために必要な、（典型的には発熱反応である）反応を刺激するためには、触媒又は開始剤が必要となる。石膏をカルシウムセメントに添加するのと同じ理由で、本例のセメントはＭｇＯ、ＺｎＯ又はＰｂＯ及びＫＰＯ４、ＮＨＰＯ４、Ａｌ２（ＳＯ４）３、ＭｇＣｌ２、ＦｅＰＯ４、ＦｅＣｌ３、ＮａＢＯ４の組合せで開始させることができる。
【００２７】
凝集性／レオロジー変性剤
更に硬化時間エクステンダにはＮａ２Ｂ４Ｏ７、ＭｇＳｉＦ６、Ｈ２Ｃ２Ｏ４及びＣ４Ｈ６Ｏ６が含まれるが、これらの成分は凝集性及びレオロジー特性をも変化させ、多様な用途に応じて処方可能である。
【００２８】
凝集性／レオロジー変性剤は、以下の範囲で提供可能である（重量基準）。
Ｎａ２Ｂ４Ｏ７：０から２５％
ＭｇＳｉＦ６：０から２５％
Ｈ２Ｃ２Ｏ４：０から１０％
Ｃ４Ｈ６Ｏ６：０から１０％
【００２９】
上記基準に基づき、一連の「鉄セメント」処方を試験した。各試験には試験番号を「Ｆｅ８−ＸＸａ」と割り当て、ここで「ＸＸ」とは試験番号を意味し、「ａ」は使用した開始剤の種類であり、ここで「ｐ」はリン酸塩、「ｓ」は硫酸塩、「ｃ」は塩化物を示す。これらの試験は以下に示す。
【００３０】
Ｆｅ８−００ｐ
原料
2009504545.tif 000009
【００３１】
方法
乾燥した成分を混合ビーカーに計量するために精度０．０１ｇの天秤を用いた。木製のヘラを用いて水を混合物が柔らかくなるまで乾燥した原料に混和した。次に混合物を更に３分間に亘って攪拌した。
【００３２】
ビーカーの中身を型に移し、離型するまで４時間かけて硬化させ、鉄セメント試験片「Ｆｅ８−００ｐ」を形成した。
【００３３】
結果
最初の１５分以内にゲル化が開始し、（置き換え可能な）パーセンテージのＭｇＯ＊４による硬化の加速により、少量の発熱が観察された。
【００３４】
３日間の観察期間中に、試験片「Ｆｅ８−００ｐ」の強度は非常に高くなり非常に高い磁気引力を示した。収縮は見られなかった。
【００３５】
結論
このセメントの硬化速度制御能により、短い最適強度時間で非常に高い強度のコンクリートの生成が可能となるはずである。防水性、硫酸塩及び塩化物耐性等のその他の特性は、非常に高い、達成可能な密度によって更に強化される。
【００３６】
Ｆｅ３Ｏ４（マグネタイト）はＦｅ２Ｏ３（ヘマタイト）と置き換え可能であるが、少しのパーセンテージのＦｅ（鉄）が硬化した構造体の高密度化に役立つことが判明している。パーセンテージ範囲は０から５％である。
【００３７】
試験
以下の処方は反応性原料のみに減らされており、最初の目的である特性を依然として維持しながらも固化反応を達成できる量の幅（＋及び−）を求めることを目的として実行した。固化が請求のパラメータ外で起こることも注目されるが、塗料又はその他のポリマークレイ系産業廃棄物等の廃汚泥の固化に適しているにすぎない。
【００３８】
Ｆｅ８−０１ｐ低鉄及び低開始剤
原料
2009504545.tif 000010
【００３９】
方法
乾燥した成分を混合ビーカーに計量するために精度０．０１ｇの天秤を用いた。木製のヘラを用いて水を混合物が柔らかくなるまで乾燥した原料に混和した。次に混合物を更に３分間に亘って攪拌した。
【００３９】
ビーカーの中身を型に移し、離型するまで４時間かけて硬化させた。
【００４０】
結果
フライアッシュによる吸収を補うために水を余分に追加しなくてはならなかったが、ブリードは観察されなかった。硬化中に発熱は見られなかった。続く３日間の間、「試験片Ｆｅ８−０１ｐ」の強度は低いが徐々に強度を増すという状態にあり、若干の磁気引力を示した
【００４１】
結論
フライアッシュの形でのＡｌＳｉＯ２は、その他のセメント形成原料と混和された際にセメント成分になる優れたポゾランである。この材料は本発明のセメント混合物において有用であるが、当然ながら、ＡｌＳｉＯ２を含有させることで水の必要性が高くなり、酸化鉄成分に対してその配合量が高くなるとのちに強度が低下する。この問題は、スルホン化凝縮物によって生じる静電反発力よりむしろ立体反発力を生じるカルボキシル化アクリル共重合体等の適切な可塑剤の使用により対処することができる。
【００４２】
Ｆｅ８−０２ｐ高鉄及び低開始剤
2009504545.tif 000011
【００４３】
方法
乾燥した成分を混合ビーカーに計量するために精度０．０１ｇの天秤を用いた。木製のヘラを用いて水を混合物が柔らかくなるまで乾燥した原料に混和した。次に混合物を更に３分間に亘って攪拌した。
【００４４】
ビーカーの中身を型に移し、離型するまで４時間かけて硬化させた。
【００４５】
結果
硬化中、明白な熱の発生は見られなかった。３日間に亘る観察中、「試験片Ｆｅ８−０２ｐ」は第一日目では低強度状態を維持したが、次の２日間で急激に強度を得たように見え、非常に高い磁気引力を示した。表面は若干粉っぽく見え、最初の硬化前に反応可能なものより多いＦｅ３Ｏ４があったことを意味している。
【００４６】
結論
Ｆｅ３Ｏ４は効果的なセメント形成要素だが、ゲル時間要求が１５分よりも短い場合、より多量の結合開始剤ＨＰＯ４およびＭｇＯを必要とする。
【００４７】
Ｆｅ８−０３ｓ硫酸塩開始剤を用いた鉄
原料
2009504545.tif 000012
【００４８】
方法
乾燥した成分を混合ビーカーに計量するために精度０．０１ｇの天秤を用いた。木製のヘラを用いて水を混合物が柔らかくなるまで乾燥した原料に混和した。次に混合物を更に３分間に亘って攪拌した。
【００４９】
ビーカーの中身を型に移し、離型するまで４時間かけて硬化させた。
【００５０】
結果
「試験片Ｆｅ８−０３ｓ」は１０分後にゲル化し、若干ではあるがはっきりとした発熱を伴って非常に迅速に硬化した。数時間で高い強度を得たのは明白であり、高い磁気引力を示した。
【００５１】
結論
硫酸塩はリン酸塩と同様に効果的に硬化を開始させる。硬化時間の制御性は求めなかったが、強度と磁気引力は依然として非常に高かった（ガス又は水溶液の形での外部硫酸塩の接触が化合物又はこのセメントから形成されたコンクリートを強化又は表面硬化しえることも示された）。
【００５２】
組合せ実施例２：ケイ酸ジルコニウムセメント混合物
ケイ酸ジルコニウム系のセメントが、非常に高い結合、曲げ及び圧縮強度のみならず並外れて高い耐火特性を有していることが判明した。
【００５３】
用途には、例えば、炉、火室のライニングが含まれる。酸に対する高い耐性により、発泡させて、セメントを炉のライニングにおける硬質保護層としてのみならず中間断熱層として使用することが可能である。カーボンファイバーで補強して、機械、バーナー、ワークプラットフォーム等用の耐火性の薄片カウリング又はパネルとしても使用可能である。
ａ）以下の処方で示されたような予備処理した金属酸化物のバッチ処理又は
ｂ）成分を焼成し、共に粉砕することによる石灰石系セメントと同様の処理での製造。
【００５４】
粉砕することでより粒子が細かくなる或いはより表面積が広くなり、より効果的な結合剤となる。リン酸塩を焼成することで、通常、より反応性の高いピロリン酸塩が生成される。処方側は、リン酸塩を焼成中に含めるか、或いは後の粉砕中に添加するかを選択可能である。貯蔵中の含水反応の傾向を低減するために、Ｍｇ（Ｃ１８Ｈ３５Ｏ２）２オクタデカン酸ステアリン酸マグネシウムを添加する。これにより、凝集性と加工性も向上する。
【００５５】
ケイ酸ジルコニウムセメント試験片処方
上記基準に基づき、一連の「ケイ酸ジルコンセメント」処方を試験した。各試験には試験番号を「Ｚｒｘ−ＸＸａ」と割り当て、ここで「ｘ」は一連の中におけるサブセットの番号であり「ＸＸ」とは試験番号を意味し、「ａ」は使用した開始剤の種類であり、ここで「ｐ」はリン酸塩、「ｐｐ」はリン酸塩−ピロリン酸塩、「ｓ」は硫酸塩、「ｃ」は塩化物を示す。これらの試験は以下に示す。
【００５６】
Ｚｒ３−００ｐ
原料
2009504545.tif 000013
【００５７】
方法
乾燥した成分を混合ビーカーに計量するために精度０．０１ｇの天秤を用いた。木製のヘラを用いて水を混合物が柔らかくなるまで乾燥した原料に混和した。次に混合物を更に３分間に亘って攪拌した。
【００５８】
ビーカーの中身を型に移し、離型するまで４時間かけて硬化させた。
【００５９】
結果
最初の１５分以内にゲル化が開始し、（置き換え可能な）パーセンテージのＭｇＯ＊４による硬化の加速により、少量の発熱が観察された。３日間に亘る観察期間中に、「試験片Ｚｒ３−００ａ」の強度は非常に高くなった。
【００６０】
結論
このセメントの硬化速度制御能により、短い最適な高早強時間で非常に高い強度のコンクリートの形成が可能となるはずである。耐火性、防水性等のその他の特性のみならず、硫酸塩及び塩化物に対しても耐性があり、これは非常に高い、達成可能な密度によって強化される。
【００６１】
Ｚｒ５−００ｐｐ発泡体
2009504545.tif 000014
及び
【００６２】
Ｆｅ９−００ｐｐ発泡体
2009504545.tif 000015
【００６３】
方法
各混合物用の乾燥した成分を別々の混合ビーカーに計量するために精度０．０１ｇの天秤を用いた。木製のヘラを用いて、それぞれ混合物が型に流し込むに十分なほどに流動的になるまで水を乾燥した原料に混和させた。次に各混合物を更に６０秒に亘って攪拌した。
【００６４】
各ビーカーの中身を別の型に移し、離型するまで４時間かけて硬化させた。
【００６５】
結果
混合物としての「試験片Ｚｒ５−００ｐｐ」と「Ｆｅ９−００ｐｐ」において同一の反応が枠に流し込んでから２分以内に緩慢に始まるのが観察された。１０分後にはゲル化が開始し、約４０分後に完全に硬化するまでに若干の発熱が見られた。エアレーションにより、サンプルの密度が実質的に低下したが、サンプルは双方共に依然として高い強度を維持していた。
【００６６】
結論
ケイ酸ジルコニウム発泡セメントの非常に高い耐火性及び接着性により、耐火スプレー塗布断熱材として有用である。本発明の鉄系の発泡セメントは強度特性も高いが、鉄の溶融温度により約８００℃より下での耐火特性が必要となる用途にのみ適していると考えられる。オートクレーブを必要とすることなく、気泡コンクリートブロック及びパネルの製造にも有用であると考えられる。
【００６７】
独特の特性を利用する特殊な用途のみならず、本発明のセメント混合物をコンクリート用の汎用セメント（Ｏｒｄｉｎａｒｙ Ｐｏｒｔｌａｎｄ Ｃｅｍｅｎｔ（普通ポルトランドセメント）：ＯＰＣ）の代替物として使用してもよい。例えば、典型的な用途には採掘、土木建築がある。具体的には、用途には、厳しい薬品及びガス環境、例えば、燃料電池、下水処理プラント及び食肉処理場のみならず、例えば地下及び水中構造体、土台、足場、及びパイロンが含まれる。セメント混合物には高い磁気引力と低い電位が必要とされる産業用床張り及び舗装道路に関連した用途もある。水平及び垂直方向のロボット動作を含む一時的な機械の固定に関しての新しい開発も、鉄セメントで可能となる。
【００６８】
どんな薄肉形状にも圧縮可能なファイバー強化した押出成形物に適している。ガラス繊維強化コンクリート用も有益であると考えられ、これは「耐アルカリ性」ガラス繊維という要件が排除されるからである。その凝集性と高い結合性により、このセメントはスプレー（吹きつけ／ガナイト）用途に適している。
【００６９】
特定の実施例を参照して本発明を説明してきたが、当然ながら当業者は本発明をここに記載の本発明の広い範囲と領域内でその他の形態或いはその組合せとして具体化してもよい。
【国際調査報告】
2009504545.tif 000016
2009504545.tif 000017
2009504545.tif 000018