(57)【要約】本発明は、新しいクラスの炭酸化可能なケイ酸カルシウム系白色クリンカー及びこれらクリンカーから製造される粉末化セメント、並びにそれらの製造方法及び使用方法を提供する。開示された白色クリンカー及びセメントは、高い輝度を示し、審美的配慮を要する製品に使用するのに適している。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメント組成物であって、
ＣＳ（珪灰石又は擬珪灰石）、Ｃ３Ｓ２（ランキナイト）、Ｃ２Ｓ（ベライト、ラーナイト、ブレディガイト）及びアモルファスケイ酸カルシウム相から選択される１種以上の不連続のケイ酸カルシウム相を含み、
前記１種以上の不連続のケイ酸カルシウム相が、全相の約３０質量％以上を構成し、かつ元素Ｃａ及び元素Ｓｉが、約０．８〜約１．２のモル比で組成物中に存在し、さらには、
Ａｌ、Ｆｅ及びＭｇの金属酸化物が、約３０％質量以下存在し、
Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣｒから選択される１種又は２種以上の金属の呈色性酸化物の合計量が、前記セメント組成物の全質量に対して、約２．５質量％以下存在し、約８５％より大きい反射率値（Ｌ＊）を示すことを特徴とする、白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメント組成物。
【請求項２】
前記セメント組成物は、約３０℃〜約９０℃の温度でＣＯ２を用いた炭酸化に適しており、約１０％以上の質量増加を有するバインダーマトリックスを含む複合材料を形成する、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
１種以上の残留ＳｉＯ２及びＣａＯ相を含む、請求項１又は２に記載の組成物。
【請求項４】
一般式（Ｃａ、Ｎａ、Ｋ）２［（Ｍｇ、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ａｌ、Ｓｉ）３Ｏ７］を有する、１種以上のメリライト相を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項５】
前記組成物が、非晶質状態で存在する、１種以上のケイ酸カルシウム相と、
結晶状態で存在する、１種以上のケイ酸カルシウム相と、
を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項６】
前記組成物が、非晶質状態でのみ存在するケイ酸カルシウム相を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項７】
前記組成物が、結晶状態及び非晶質状態の両方に存在する、ケイ酸カルシウム相を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項８】
前記組成物が、約８５％を超える反射率値（Ｌ＊）を有する粉末である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項９】
前記組成物が、約９０％を超える反射率値（Ｌ＊）を有する粉末である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１０】
前記組成物が、約９５％を超える反射率値（Ｌ＊）を有する粉末である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１１】
Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣｒから選択される１種以上の金属を含有する金属酸化物は、メリライト相に包含される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１２】
Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣｒから選択される１種以上の金属を含有する金属酸化物は、非晶質相に包含される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１３】
Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣｒから選択される１つ以上の金属を含有する金属酸化物は、メリライト相及び非晶質相に包含される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１４】
前記１種以上のメリライト相は、約１．５〜約１．８の間の屈折率を示すことを特徴とする、請求項４に記載の組成物。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のセメント組成物の炭酸化によって形成された複合材料。
【請求項１６】
ＣａＯとＳｉＯ２とを含む原料セットを準備する工程と、
前記原料セットを粉末化して前駆体混合物を得る工程であって、前記ＳｉＯ２に対する前記ＣａＯのモル比が約０．８〜約１．２である、工程と、
約８００℃〜約１４００℃の範囲の温度に前記前駆体混合物を焼成して、白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを得る工程と、
前記白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを約２００〜約８００ｍ２／ｋｇの粉末度になるまで粉末化して、約８５％超の反射率値（Ｌ＊）を有する白色炭酸化ケイ酸カルシウムセメントを製造する工程と、を備え、
前記前駆体混合物は、以下の（ｉ）及び（ｉｉ）：
（ｉ）Ａｌ、Ｆｅ及びＭｇの酸化物  約２１．２質量％未満
（ｉｉ）Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣｒから選択される１種以上の金属を含有する金属酸化物  約１．５質量％未満
を含む、白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントの製造方法。
【請求項１７】
前記前駆体混合物は、石灰岩、砂、シルト、砂岩、シリカリッチクレー、ケイソウ土、マール、フライアッシュ及びシリカフュームから選択される原料セットから調製される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記原料セットは、約１．５質量％未満の遷移金属酸化物を有する前駆体混合物を得るように選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記原料セットは、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣｒから選択される１種以上の金属を、約１．５質量％未満の金属酸化物を有する前駆体混合物を得るように選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記前駆体混合物を焼成する工程は、約１３００℃〜約１４００℃の温度で行われる、請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
焼成後に、前記白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを、制御されていない雰囲気下、約１４００℃〜約５００℃の範囲で強制空気によって冷却する、請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
焼成後に、前記白色炭酸化ケイ酸カルシウムクリンカーを、還元性雰囲気下、約１４００℃〜約５００℃の範囲で強制空気によって冷却する、請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
焼成後に、前記白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを、水中で急冷することによって約１４００℃〜約５００℃の範囲で冷却する、請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記原料セットを粉末化して前記前駆体混合物を得る工程は、スチール粉砕表面を有する粉砕機で行われる、請求項１６〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを約２００〜約４００ｍ２／ｋｇの粉末度になるまで粉末化して、前記白色炭酸化ケイ酸カルシウムセメントを製造する、請求項１６〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを約４００〜約８００ｍ２／ｋｇの粉末度になるまで粉末化して、前記白色炭酸化ケイ酸カルシウムセメントを製造する、請求項１６〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを約４００〜約６００ｍ２／ｋｇの粉末度になるまで粉末化して、前記白色炭酸化ケイ酸カルシウムセメントを製造する、請求項１６〜２１いずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権主張及び関連特許出願】
【０００１】
本願は、２０１６年３月４日に出願された米国仮出願第６２／３０４１０７号の優先権の利益を主張し、その全体の内容が、本明細書にその全体を参照することにより組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般にケイ酸カルシウム系セメントに関する。より詳細には、本発明は、新規な炭酸化可能なケイ酸カルシウム系白色セメント並びにその製造方法及び使用に関する。本明細書に開示される白色セメントは、インフラ、建設、舗装及び造園産業における様々なセメント及びコンクリート用途に使用できる。
【背景技術】
【０００３】
白色ポートランドセメントは、高い美的価値を示すために明色又は白色のコンクリートが使用される用途として、白色又は近白色を有するように製造されるセメントである。白色生成物を得るためには、色に寄与する鉄及び他の成分種の量に注意して制御しなければならない。原料の選択及び処理の制約によってこれらの成分種を制御する必要があるため、白色のポートランドセメントの製造には、かなりのコストがかかる。さらに、鉄の量が低下すると、キルンで燃焼することが困難な原料混合物が他の着色剤種により生成されるため、スループットが低下し、燃料消費量が増加することになる。
【０００４】
より経済的な白色セメントを製造するためには、原料の選択及び処理についてより自由度を高めるための新しいアプローチが必要となる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、審美的配慮を要する製品に使用するための高い輝度を有する、新しいクラスの炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカー及びこれら由来の粉末化セメント製品を提供する。炭酸化ケイ酸カルシウム系セメントは、主としてＣＯ２（ｇ）との反応により強度を獲得し、ポートランドセメントなどの従来の水硬性セメントの代替物として役立つことができる、非水硬性セメントの新規クラスである。炭酸化可能なケイ酸カルシウム系セメントの製造及び利用は、関連するエネルギー消費の大幅な減少をもたらし、コンクリート製品中にＣＯ２を隔離することを介して非常に有利な二酸化炭素排出量を享受する。
【０００６】
一態様では、本発明は、一般に、白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメント組成物に関する。セメント組成物は、ＣＳ（珪灰石又は擬珪灰石）、Ｃ３Ｓ２（ランキナイト）、Ｃ２Ｓ（ベライト、ラーナイト、ブレディガイト）及びアモルファスケイ酸カルシウム相から選択される１種以上の不連続のケイ酸カルシウム相を含み、前記１種以上の不連続のケイ酸カルシウム相が、全相の約３０質量％以上を構成し、かつ元素Ｃａ及び元素Ｓｉが、約０．８〜約１．２のモル比で組成物中に存在し、さらには、Ａｌ、Ｆｅ及びＭｇの金属酸化物が、約３０％質量以下存在し、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣｒから選択される１種又は２種以上の金属の呈色性酸化物の合計量が、前記セメント組成物の全質量に対して、約２．５質量％以下存在し、約８５％より大きい反射率値（Ｌ＊）を示すことを特徴とする。セメント組成物は、約３０℃〜約９０℃の温度でＣＯ２による炭酸化に適しており、約１０％以上の質量増加を有するバインダーマトリックスを含む複合材料を形成する。
【０００７】
別の態様では、本発明は、一般に、本明細書に開示される白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントの炭酸化によって形成された複合材料に関する。
【０００８】
さらに別の態様において、本発明は、一般に、白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントを製造する方法に関する。この方法は、ＣａＯ及びＳｉＯ２を主成分とする原料セットを準備する工程と、原料セットを粉末化して前駆体混合物を得る工程であって、ＳｉＯ２に対するＣａＯのモル比が約０．８〜約１．２である工程と、約８００℃〜約１４００℃の範囲の温度に前駆体混合物を焼成して、白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを得る工程と、白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを約２００〜約８００ｍ２／ｋｇの粉末度になるまで粉末化して、約８５％を超える反射率値（Ｌ＊）を有する白色炭酸化ケイ酸カルシウムセメントを製造する工程と、を備える。
【０００９】
好ましくは、前駆体混合物は、Ａｌ、Ｆｅ及びＭｇの酸化物を約２１．２質量％未満（例えば、約２０質量％未満、約１７．５質量％未満、約１５質量％未満、約１２．５質量％未満）含み、かつ（ｉｉ）Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣｒから選択される１種以上の金属を含有する金属酸化物を、約１．５質量％未満（例えば、約１．３質量％未満、約１．０質量％未満、約０．８質量％未満、約０．５質量％未満）含む。
【００１０】
本発明の目的及び特徴は、以下に説明する図面及び特許請求の範囲を参照することにより、よく理解できるであろう。図面は、必ずしも縮尺どおりではなく、本発明の原理を例示することに強調が加えられている。図面において、異なる図を通して同一参照符号は、同一部品を示すために使用されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、ＣａＣＯ３＋ＳｉＯ２⇔ＣａＳｉＯ３（ケイ酸カルシウム）＋ＣＯ２の可逆反応中に存在する相を示す圧力−温度相図である。
【図２】図２は、３ＣａＣＯ３＋２ＣａＳｉＯ３⇔２Ｃａ２ＳｉＯ４・ＣａＣＯ３＋ＣＯ２の可逆反応中に存在する相を示す圧力−温度相図である。
【図３】図３は、１キロバールの圧力におけるＣａＯ−ＳｉＯ２−ＣＯ２系の状態図である。
【図４】図４は、ＭｇＯ＋ＣＯ２⇔ＭｇＣＯ３の可逆反応中に存在する相を示す圧力−温度相図である。
【図５】図５は、不活性ガス中のＣＯ２の割合を示す関数としての、ＭｇＯ＋ＣＯ２⇔ＭｇＣＯ３の可逆反応の平衡曲線を示す圧力−温度相図である。
【図６】図６は、ＣａＣＯ３−ＭｇＣＯ３系における種々の相の安定領域を示す、温度−組成相図である。
【図７】図７は、化合物ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、及びＣＯ２の間の相関係を示し、Ｃｃ−Ｄｉ−Ｗｏ及びＣｃ−Ｗｏ−Ｍｏ平面（陰影付き）の下におけるＣＯ２欠乏領域を示す四面体図であり、Ｃｃは方解石、Ｗｏは珪灰石、Ａｋはオケルマナイト、Ｄｉは透輝石（ディオプサイド）、Ｍｏはモンチセライト（ＣａＭｇＳｉＯ４）を示す。
【図８】図８は、方解石（Ｃｃ）、透輝石（ディオプサイド）（Ｄｉ）、フォルステライト（Ｆｏ）、モンテティックライト（Ｍｏ）、オケルマナイト（Ａｋ）、及びＣＯ２を含む四次不変点から生じる一変量曲線を有する、化合物ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２及びＣＯ２の間の相関係を示す圧力−温度相図である。挿入図は、ＣａＣＯ３、ＭｇＯ及びＳｉＯ２の３つの化合物系の相図である。
【図９】図９は、本発明の原理による加湿を付与する、ＣＯ２複合材料養生チャンバの概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の原理による温度を制御することができる、湿度制御の複数の方法並びに一定の流れ又は圧力調整を用いてＣＯ２を制御及び補充する能力を有する養生チャンバの概略図である。
【図１１】図１１は、実験セメント１の例示的な写真である。
【図１２】図１２は、実験セメント２の例示的な写真である。
【図１３】図１３は、実験セメント３の例示的な写真である。
【図１４】図１４は、実験セメント４の例示的な写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、新しいクラスの炭酸化可能なケイ酸カルシウム系白色クリンカー及び粉末化セメント、並びにそれらの製造方法及び使用方法を提供する。開示された白色クリンカー及びセメントは、高い輝度を示し、審美的配慮を要する製品に使用するのに適している。
【００１３】
炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントは、主にＣＯ２との反応により強度を獲得し、従来の水硬性セメントの代替物として有用になりうる、非水硬性セメントの新規クラスである。これら材料は、エネルギー要求量及びＣＯ２放出を大幅に削減して生産及び利用できる。開示された炭酸化可能なケイ酸カルシウム組成物は、広範囲に市販され、かつ低コストの原材料から、設備及び生産要件に融通性があって大量生産に適したプロセスによって形成される。これらの特殊セメントを使用してコンクリート製品を製造するには、ＣＯ２の永続的な隔離を伴う。構造物、舗装道路、並びに造園からインフラ及び輸送機関にいたるまでの広範囲の様々な用途において、改善したエネルギー消費量及びより望ましい二酸化炭素排出量を介して、本発明から恩恵を受けることができる。
【００１４】
白色クリンカーを製造し、粉セメントを粉末化して高輝度（Ｌ、又は反射率、ハンターＬ＊ａ＊ｂカラースケール＞８５％）を提供する。これらの白色セメントは、高い美的水準を備え、かつ白色又は着色されたコンクリートを生成するために使用される。クリンカー、及びセメントの色は、原料の化学反応及び処理によって制御される。
【００１５】
通常変わることもあるが、一般的には１０質量％程度であるフェライト（Ｃａ２（Ａｌ、Ｆｅ）Ｏ５）相が一般的なポートランドクリンカー及びセメント（ＯＰＣ）に含まれている。このようなフェライト相は、ＯＰＣの特徴的なグレー色の原因となる。フェライト相は、様々な酸化状態で広範囲の置換イオンをホストにすることができる。ＯＰＣにおけるフェライト相の色に関連するイオンは、主として、複数の原子価を有する遷移金属、例えば、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＺｎを含む。Ｍｇは、また、種々の遷移金属の存在と併せてフェライトに置換すると、実質的に暗色化効果を有することが示されている。不純物のフェライト相における高度の置換及びその結果得られる電子的効果により、可視光における高い吸光度が生じるため、それによりＯＰＣにおいて暗色を引き起こす。
【００１６】
ＯＰＣと比較して、本明細書に開示される炭酸化可能なケイ酸カルシウム系セメントは、ＯＰＣにおいて着色剤として働く種に対してはるかに高い耐性を有する。本明細書に開示される炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントのバルクの化学的性質により、フェライトが存在する場合には、当該フェライトは極微量レベルでのみ存在する。メリライト（Ｃａ、Ｎａ）２（Ａｌ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｓｉ）２ＳｉＯ７又は非晶質相のいずれかに、一般にＯＰＣを暗くするような種、例えばＦｅ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣｒが、代替手段として包含される。ＯＰＣフェライトと炭酸化可能なケイ酸カルシウムメリライトと非晶質相との間の着色剤イオンの結合及び相対位置の違いは、相の色、したがってセメントの色に対する個々の種の影響の低減に寄与する。
【００１７】
ＯＰＣ中に存在するフェライト相は、その組成に応じて、約１．９〜２．０（二軸屈折率値からの平均）の高い屈折率を有する。このような高い屈折率は、フェライト相からの光の散乱に寄与し、拡散反射の現象を介して、その色をセメントのバルクに寄与する。
【００１８】
一方、本明細書に開示される炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメント中に存在するメリライト相は、約１．５〜１．８の低屈折率を有する。この低い屈折率は、低い反射率及び散乱に対応し、拡散反射からの最終セメントの色への寄与を最小限にする。
【００１９】
白色ＯＰＣクリンカーのバルク組成物は、一般的には、０．５％未満のＦｅ２Ｏ３、及び最小限のＴｉＯ２、Ｍｎ２Ｏ３及びＣｒ２Ｏ３を含有する。セメントの色に影響を及ぼす最も一般的な元素は、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２及びＭｎ２Ｏ３が輝度に強く影響し、Ｃｒ２Ｏ３は、暗色化させ、かつ緑色の色合いを呈しうる。これらの種の適切な制御によって、ＯＰＣが８５％を超えるＬ値を達成することを可能にする。一般的な白色セメントは、０．３％未満のＦｅ２Ｏ３、及び０．０３％未満のＭｎ２Ｏ３を含有する。ＯＰＣ中、特に鉄に対して、着色剤をこのような低濃度にするには、原料を選択する際に非常に注意を払わなければならない。この要求は、ＣａＯ、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３の低鉄含有の前駆体源しか使用できないことになるため、ＯＰＣクリンカーの原材料のコストを実質的に増加させる。
【００２０】
原料の混合組成物に加えて、白色ＯＰＣを確実に製造するためには、クリンカー製造プロセスに対するいくつかの変更を通常必要とする。場合によっては、白い製品を得るために、原料粉末化、燃料選択、燃焼方式及びクリンカー冷却を変更しなければならない場合がある。これらの追加のプロセス制御の各々により、白色セメントクリンカーの生産には追加のコストが必要になる。
【００２１】
多くの場合、原材料及びセメント粉末化プロセスで一般的に使用されるスチール媒体による原材料の汚染を避けるために、セラミック又は他の高硬度の粉末化媒体及び表面を使用するように原料ミルを改造する必要がある。当該汚染は、ＯＰＣ製品の色を損なうためにキルン中にＦｅ２Ｏ３、ＭｎＯ及びＣｒ２Ｏ３を導入する可能性がある。同様に、キルン中の石炭の燃焼によって生成された灰は、ＯＰＣクリンカーに包含されうる。この灰は、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｃｒ２Ｏ３及び他の微量の着色剤をＯＰＣクリンカーに加えられると、製品の色を損なう。同様の悪影響は、自動車タイヤや細断されたプラスチック廃棄物のような不揮発性の燃焼残留物を有する多くの代替燃料に起因する可能性がある。燃料灰のために、場合によっては、より高価な低灰分の石炭を使用したり、代替燃料熱源を除去したり、石炭燃焼から石油又は天然ガス燃焼に切り替えることが必要な場合がある。
【００２２】
白色ＯＰＣクリンカーがその特徴的な色を派生させる原料混合物における低鉄含量は、また、通常の加工温度での液相形成を制限する。クリンカリングに必要な液相の割合と白色ＯＰＣクリンカー中のＣ３Ｓ（エーライト、Ｃａ３ＳｉＯ５）の形成を達成するためには、処理温度を高くしなければならず、一般的には１，５００℃程度に近づけなければならない。この高温を達成することは、燃料消費の増加及びクリンカー生産速度の低下を含むキルン運転に悪影響を及ぼす。鉄含有量を増加させることなく白色ＯＰＣ原料混合物の可燃性を高めるために、蛍石（ＣａＦ２）又は塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）などの融剤を添加する場合がある。
【００２３】
一方、本明細書に開示される炭酸化可能なケイ酸カルシウム系セメントクリンカーにおける着色剤種に対するより低い光学応答により、白色セメントクリンカーを経済的に生産できるため、使用される純度が低く、かつ安価な材料の使用の範囲を広く可能にしうる。着色剤種に対する耐性は、また、着色剤種による汚染を避けるために、粉末化媒体又は燃料源の選択においてほとんど制限を伴わない。
【００２４】
ＯＰＣの鉄成分の酸化状態も、セメントクリンカーの最終的な色を決定するのに重要な役割を果たす。Ｆｅ３＋は、Ｆｅ２＋よりも強い色彩効果を有する。キルン中のＦｅ３＋のＦｅ２＋への還元を促進し、冷却中の再酸化を防止するために、いくつかの特定の燃焼及び冷却方法を用いることができる。還元又は非常に低い酸素濃度条件下で燃焼することによって達成される漂白プロセスは、メインバーナー上又はキルンに放置されるクリンカー上の第２のバーナーの使用のいずれかを採用できる。いくつかの例では、第２のバーナーは、還元雰囲気を作り出す働きをする。クリンカーは、その後、Ｆｅ２＋の酸化を防ぐために、高濃度の酸素で、場合によっては水冷により、１，４００〜６００℃で急速に冷却される。このプロセスは、０．３％未満のＦｅ２Ｏ３含有量を有するセメント化学物質を生成することが困難な領域であっても、色の影響を受けるＦｅ２Ｏ３の量を効果的に減少させることができるので、白色ＯＰＣセメントを製造するために重要である。十分な酸素なしでキルンバーナーを運転すると、燃焼の有効性を低下させ、燃料消費を増加させ、灰又は残留物を増加させ、結果として窒素の減少を招き、そのため望ましくないＮＯｘ排出をもたらすことになる。冷却器、特に水冷却プロセスの変更は、キルン及び予熱器を効率的にリサイクル及び再導入する能力を低下させ、プロセス全体の熱効率を低下させる可能性がある。
【００２５】
炭酸化可能なケイ酸カルシウム系セメントクリンカーの全体的な明るさに対する着色剤種の影響が小さいと、また、クリンカー冷却の特別な制御の必要性が低減する。高いキルン温度で生成されるＦｅ２＋の酸化を防止するために使用されるプロセス制御には、還元性雰囲気下での急速冷却又はクリンカーの水クエンチングが含まれる。これらの工程は白色ＯＰＣを製造するために必要であるが、白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメント製造において排除してもよい。
【００２６】
本明細書で使用する用語「ケイ酸カルシウム組成物」は、概して、ＣＳ（珪灰石又は疑似珪灰石、及びときにはＣａＳｉ３Ｏ又はＣａＯ・ＳｉＯ２として配合されたもの）、Ｃ３Ｓ２（ランキナイト、及びときにはＣａ３Ｓｉ２Ｏ７又は３ＣａＯ・２ＳｉＯ２として配合されたもの）、Ｃ２Ｓ（ビーライト、β−Ｃａ２ＳｉＯ４又はラルナイト、Ｃａ７（ＳｉＯ４）４又はブリジガイト、α−Ｃａ２ＳｉＯ４若しくはγ−Ｃａ２ＳｉＯ４、及びときにはＣａ２ＳｉＯ４又は２ＣａＯ・ＳｉＯ２として配合されたもの）、ケイ酸カルシウム系非晶相を含むケイ酸カルシウム相の１つ又は複数のグループから構成される天然に存在する鉱物又は合成物質に言及し、これら物質それぞれは、１つ若しくは複数の他の金属イオン及び酸化物（例えば、アルミニウム、マグネシウム、鉄若しくは酸化マンガン）若しくはそれらの混合物を含む、又は微量（１重量％）〜約５０重量％以上の範囲にわたる量の天然で存在する若しくは合成の形態におけるケイ酸マグネシウムを含むことができる。
【００２７】
炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントクリンカーの製造では、種々の、石灰岩、粘土、頁岩、砂、又はＣａＯ及びＳｉＯ２の他の供給源を含む原材料の組み合わせが、ＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が約１．０になるような割合で混合して、粉末化する。白色炭酸化ケイ酸カルシウムクリンカーを製造するために、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＺｎの量は、原料の選択によって制御して、これらの元素の酸化物の合計を１．５質量％未満に制限する。原料混合物中のＦｅ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＺｎの酸化物の限界量が、このレベル以下に下げると、得られるクリンカーの白色度が増加し、原材料の選択によってクリンカー色をより細かく制御することができる。
【００２８】
白い炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカー原料混合物の生成における遷移金属酸化物の還元、特にＦｅ２Ｏの還元は、ロータリーキルン処理におけるクリンカリング反応に利用可能な液相を制限する。白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを達成するためには、焼成温度範囲は、白でないクリンカーを所望する場合の１３００℃（１２００℃〜１３００℃）未満の焼成温度範囲よりむしろ、約１３００℃〜約１４００℃の間で選択される。
【００２９】
一態様では、本発明は、一般に、白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメント組成物に関する。前記セメント組成物は、ＣＳ（珪灰石又は擬珪灰石）、Ｃ３Ｓ２（ランクナイト）、Ｃ２Ｓ（ベライト、ラーナイト、ブレディガイト）及び非晶質ケイ酸カルシウム相から選択される１種以上の不連続のケイ酸カルシウム相を含み、
前記１種以上の不連続のケイ酸カルシウム相が、全相の約３０質量％以上を構成し、かつ元素Ｃａ及び元素Ｓｉが、約０．８〜約１．２のモル比で組成物中に存在し、さらには、
Ａｌ、Ｆｅ及びＭｇの金属酸化物が、約３０％質量以下存在し、
Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣｒから選択される１種又は２種以上の金属の呈色性酸化物の合計量が、前記セメント組成物の全質量に対して、約２．５質量％以下存在し、約８５％より大きい反射率値（Ｌ＊）を示すことを特徴とする。前記セメント組成物は、約３０℃〜約９０℃の温度でＣＯ２を用いた炭酸化に適しており、約１０％以上の質量増加を有するバインダーマトリックスを含む複合材料を形成する。
【００３０】
ケイ酸カルシウム組成物は、上記の結晶相に加えて非晶質（非結晶）のケイ酸カルシウム相を含有してもよい。アモルファス相は、Ａｌ、Ｆｅ及びＭｇイオン並びに原料中に存在する他の不純物イオンを追加的に包含してもよい。
【００３１】
これらの結晶質及び非晶質ケイ酸カルシウム相の各々は、ＣＯ２による炭酸化に適している。
【００３２】
特定の実施形態では、セメント組成物は、１種以上の残留ＣａＯ（石灰）及びＳｉＯ２（シリカ）相を含む。ケイ酸カルシウム組成物は、また、少量のＣ３Ｓ（エーライト、Ｃａ３ＳｉＯ５）を含んでもよい。ケイ酸カルシウム組成物内に存在するＣ２Ｓ相は、任意のα−Ｃａ２ＳｉＯ４、β−Ｃａ２ＳｉＯ４又はγ−Ｃａ２ＳｉＯ４の多形体、又はこれらの組み合わせ内に存在してもよい。
【００３３】
特定の実施形態において、セメント組成物は、一般式（Ｃａ、Ｎａ、Ｋ）２［（Ｍｇ、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ａｌ、Ｓｉ）３Ｏ７］を有する、１種以上のメリライト型相を含む
特定の好ましい実施形態では、セメント組成物の元素Ｓｉに対する元素Ｃａのモル比は、約０．８０〜約１．２０である。特定の好ましい実施形態では、セメント組成物のＳｉに対するＣａのモル比は、約０．８５〜約１．１５である。特定の好ましい実施形態では、セメント組成物のＳｉに対するＣａのモル比は、約０．９０〜約１．１０である。特定の好ましい実施形態では、セメント組成物のＳｉに対するＣａのモル比は、約０．９５〜約１．０５である。特定の好ましい実施形態において、セメント組成物のＳｉに対するＣａのモル比は、約０．９８〜約１．０２である。特定の好ましい実施形態では、組成物のＳｉに対するＣａのモル比は、約０．９９〜約１．０１である。
【００３４】
特定の実施形態では、セメント組成物は、非晶質状態で存在する１種以上のケイ酸カルシウム相と、結晶状態で存在する１種以上のケイ酸カルシウム相とを含む。
【００３５】
特定の実施形態では、セメント組成物は、非晶質状態でのみ存在するケイ酸カルシウム相を含む。
【００３６】
特定の実施形態では、セメント組成物は、結晶状態及び非晶質状態の両方で存在するケイ酸カルシウム相を含む。
【００３７】
特定の実施形態では、セメント組成物は、約８５％を超える反射率値（Ｌ＊）を有する粉末である。特定の実施形態では、セメント組成物は、９０％を超える反射率値（Ｌ＊）を有する粉末である。特定の実施形態では、セメント組成物は、９５％を超える反射率値（Ｌ＊）を有する粉末である。
【００３８】
セメント組成物の特定の実施形態では、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣｒから選択される１種以上の金属を含有する金属酸化物は、メリライト型相に包含される。セメント組成物の特定の実施形態では、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣｒから選択される１種以上の金属を含有する金属酸化物は、非晶質相に包含される。セメント組成物の特定の実施形態において、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣｒから選択される１つ又は複数の金属を含有する金属酸化物は、メリライト相及び非晶質相に包含される。
【００３９】
セメント組成物の特定の実施形態では、１種以上のメリライト相は、約１．５〜約１．８（例えば、約１．５、１．６、１．７、１．８）の屈折率を示すことを特徴とする。
【００４０】
炭酸化に適した、セメント組成物中の不連続のケイ酸カルシウム相は、反応相と呼ばれる。当該反応相は、任意の適切な量で組成物中に存在しうる。特定の実施形態では、反応相は、約５０質量％以上存在する。特定の実施形態では、反応相は、約６０質量％以上存在する。特定の実施形態では、反応相は、約７０質量％以上存在する。特定の実施形態では、反応相は、約８０質量％以上存在する。特定の実施形態において、反応相は、約９０質量％以上存在する。特定の実施形態では、反応相は、約９５質量％以上存在する。
【００４１】
いくつかの反応相が、反応相全体のうち任意の適切な割合を占めてもよい。特定の実施形態では、ＣＳの反応相が、約１０〜約６０重量％（例えば、約１５重量％〜約６０重量％、約２０重量％〜約６０重量％、約２５重量％〜約６０重量％、約３０重量％〜約６０重量％、約３５重量％〜約６０重量％、約４０重量％〜約６０重量％、約１０重量％〜約５０重量％、約１０重量％〜約４０重量％、約１０重量％〜約３０重量％、約１０重量％〜約２５重量％、約１０重量％〜約２０重量％、）存在し；Ｃ３Ｓ２の反応相が、約５〜約５０重量％（例えば、約１０重量％〜約５０重量％、約１５重量％〜約５０重量％、約２０重量％〜約５０重量％、約３０重量％〜約５０重量％、約４０重量％〜約５０重量％、約５重量％〜約４０重量％、約５重量％〜約３０重量％、約５重量％〜約２５重量％、約５重量％〜約２０重量％、約５重量％〜約１５重量％）存在し；及びＣ２Ｓの反応相が、約５重量％〜約６０重量％（例えば、約１０重量％〜約６０重量％、約２０重量％〜約６０重量％、約２５重量％〜約６０重量％、約３０重量％〜約６０重量％、約３５重量％〜約６０重量％、約４０重量％〜約６０重量％、約５重量％〜約５０重量％、約５重量％〜約４０重量％、約５重量％〜約３０重量％、約５重量％〜約２５重量％、約５重量％〜約２０重量％、約５重量％〜約２０重量％）存在し、また、Ｃが、約０重量％〜約３重量％（例えば、０重量％、１重量％以下、２重量％以下、約３重量％以下、約１重量％〜約２重量％、約１重量％〜約３重量％、約２重量％〜約３重量％）存在する。
【００４２】
特定の実施形態では、反応相は、ケイ酸カルシウム系非晶相を、例えば、相の全体質量に対して、約４０質量％以上（例えば、約４５質量％以上、約５０質量％以上、約５５質量％以上、約６０質量％以上、約６５質量％以上、約７０質量％以上、約７５質量％以上、約８０質量％以上、約８５質量％以上、約９０質量％以上、約９５質量％以上、約４０質量％〜約９５質量％、約５０質量％〜約９５質量％、約６０質量％〜約９５質量％、約７０質量％〜約９５質量％、約４０質量％〜約８０質量％、約４０質量％〜約６０質量％）有する。非晶相は、原材料に存在する不純物イオンを付加的に包含してもよい点に留意されたい。
【００４３】
本発明のケイ酸カルシウム組成物は、ＣＯ２による炭酸塩化に適する。特に、ケイ酸カルシウムのセメント組成物は、約３０℃〜約９０℃の温度でＣＯ２により炭酸化し、約２０％以上の質量増加でＣａＣＯ３を形成するのに適する。この質量増加は、炭酸生成物内におけるＣＯ２の実質的な隔離を反映するものである。特定の好適な実施形態では、組成物は、約３０℃〜約９０℃の温度（例えば、約４０℃〜約９０℃、約５０℃〜約９０℃、約６０℃〜約９０℃、約３０℃〜約８０℃、約３０℃〜約７０℃、約３０℃〜約６０℃、約４０℃〜約８０℃、約４０℃〜約７０℃、約４０℃〜約６０℃）の温度でＣＯ２により炭酸化し、１０％以上（例えば、１５％以上、２０％以上、２５％以上、３０％以上）の質量増加でＣａＣＯ３を形成するのに適する。
【００４４】
別の態様では、本発明は、一般に、本明細書に開示される白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントの炭酸化によって形成された複合材料に関する。
【００４５】
さらに別の態様では、本発明は、一般に、白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントを製造する方法に関する。当該方法は、ＣａＯとＳｉＯ２とを含む原料セットを準備する工程と、前記原料セットを粉末化して前駆体混合物を得る工程であって、前記ＳｉＯ２に対する前記ＣａＯのモル比が約０．８〜約１．２である工程と、約８００℃〜約１４００℃の範囲の温度に前記前駆体混合物を焼成して、白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを得る工程と、前記白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを約２００〜約８００ｍ２／ｋｇの粉末度になるまで粉末化して、約８５％超の反射率値（Ｌ＊）を有する白色炭酸化ケイ酸カルシウムセメントを製造する工程と、を備える。
【００４６】
好ましくは、前記前駆体混合物は、Ａｌ、Ｆｅ及びＭｇの酸化物を約２１．２質量％未満（例えば、約２０質量％未満、約１７．５質量％未満、約１５質量％未満、約１２．５質量％未満）含み、かつ（ｉｉ）Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣｒから選択される１種以上の金属を含有する金属酸化物を約１．５質量％未満（例えば、約１．３質量％未満、約１．０質量％未満、約０．８質量％未満、約０．５質量％）含む。
【００４７】
特定の実施形態では、前駆体混合物は、石灰岩、砂、シルト、砂岩、シリカリッチクレー、ケイソウ土、マール、フライアッシュ及びシリカフュームの１種以上から選択される原料セットから調製される。
【００４８】
特定の実施形態では、原料セットは、約１．５質量％未満（例えば、約１．３質量％未満、約１．０質量％未満、約０．８質量％未満、約０．５質量％未満）の遷移金属酸化物を有する前駆体混合物を得るように選択される。
【００４９】
特定の実施形態では、前記原料セットは、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣｒから選択される１種以上の金属を含有する金属酸化物を、約１．５質量％未満（例えば、約１．３質量％未満、約１．０質量％未満、約０．８質量％未満、約０．５質量％未満）有する前駆体混合物を得るように選択される。
【００５０】
特定の実施形態では、前駆体混合物の焼成は、約１３００℃〜約１４００℃の間の温度（例えば、約１３００℃〜約１３３０℃、約１３００℃〜約１３５０℃、約約１３３０℃〜約１３５０℃、約１３５０℃〜約１４００℃、約１３５０℃〜約１３８０℃、約１３８０℃〜約１４００℃）で行われる。
【００５１】
特定の実施形態では、焼成後に、前記白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを、制御されていない雰囲気下、約１４００℃〜約５００℃の範囲で強制空気によって冷却する。特定の実施形態では、焼成後に、前記白色炭酸化ケイ酸カルシウムクリンカーを、還元性雰囲気下、約１４００℃〜約５００℃の範囲で強制空気によって冷却する。特定の実施形態では、焼成後に、前記白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを、水中で急冷することによって約１４００℃〜約５００℃の範囲で冷却する。
【００５２】
特定の実施形態では、ＣａＯ及びＳｉＯ２の混合物を粉末化して前駆体混合物を得ることは、スチール粉砕表面を備えた粉砕機で行われる。
【００５３】
特定の実施形態では、白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを約２００〜約８００ｍ２／ｋｇの粉末度になるまで粉末化して、前記白色炭酸化ケイ酸カルシウムセメントを製造する。特定の実施形態では、白白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを約２００〜約４００ｍ２／ｋｇの粉末度になるまで粉末化して、前記白色炭酸化ケイ酸カルシウムセメントを製造する。特定の実施形態では、白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを約４００〜約８００ｍ２／ｋｇの粉末度になるまで粉末化して、前記白色炭酸化ケイ酸カルシウムセメントを製造する、特定の実施形態では、白色炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを約４００〜約６００ｍ２／ｋｇの粉末度になるまで粉末化して、前記白色炭酸化ケイ酸カルシウムセメントを製造する。
【００５４】
好適には、本発明のケイ酸カルシウム組成物は水和させないことに留意されたい。しかし、僅かな量の水和可能なケイ酸カルシウム相（例えば、Ｃ２Ｓ，Ｃ３Ｓ及びＣａＯ）は、存在してもよい。Ｃ２Ｓが、水に曝されると、緩慢な動力学の水和反応を呈し、ＣＯ２養生プロセス中には急速にＣａＣＯ３へ転換する。Ｃ３Ｓ及びＣａＯは、水に曝されるとすぐに水和するため、５質量％未満（＜５質量％）に制限すべきである。
【００５５】
ケイ酸カルシウム組成物に含まれるケイ酸カルシウム相は水に晒されるとき水和しない。結合剤としてケイ酸カルシウム組成物を使用して生成されるこの複合物は、水と組み合わさるとき大きな強度を生じない。強度創出は、ケイ酸カルシウム組成物を含む複合物をＣＯ２が存在する特定養生状況に晒すことによって制御する。
【００５６】
本明細書に記載したケイ酸カルシウム組成物、相及び方法は、ケイ酸カルシウム相の代わりに、又はそれに付加してケイ酸マグネシウム相を使用するために採用できると理解されたい。本明細書に使用する用語「ケイ酸マグネシウム」は、例えば、Ｍｇ２ＳｉＯ４（「フォルステライト」としても知られている）及びＭｇ３Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２（「タルク」としても知られている）及びＣａＭｇＳｉＯ４（「モンティセライト」としても知られている）からなる群のうち１種又は複数種を含む天然に存在する鉱物又は合成物質であって、これら材料それぞれは、１種又は複数種の他の金属イオン及び酸化物（例えば、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化鉄又は酸化マグネシウム）、若しくはそれらの混合物を含むか、又は天然に存在する若しくは合成の形態としてのケイ酸カルシウムを微量（１重量％）〜約５０重量％又はそれ以上にわたる量で含むものとすることができる。
【００５７】
本発明による炭酸化可能な組成物の大きな実用性は、炭酸化して様々な用途に有用な複合材料を形成する点である。炭酸化は、例えば、制御された水熱液相焼結（ＨＬＰＳ：Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）プロセスによりＣＯ２と反応させて複合材料の種々の成分を一緒に保持する結合要素を生成することで実施することができる。例えば、本発明の好適な実施形態において、ＣＯ２は、生産される複合材料におけるＣＯ２隔離及び結合要素生成を生ずる反応種として使用され、二酸化炭素排出量の点で既存の生産技術とは格段の相違がある。ＨＬＰＳプロセスは、化学反応の自由エネルギー及び結晶成長で生ずる表面エネルギー（面積）減少によって熱力学的に進行される。ＨＬＰＳプロセスの反応速度論は、低温度かつ適度な速度で進行し、これはすなわち、高融点流体又は高温固相媒体を使用する代わりに、溶液（水系又は非水系）を使用して反応種を輸送するからである。
【００５８】
ＨＬＰＳの様々な特徴の論考は、米国特許第８，１１４，３６７号、米国特許出願公開第２００９／０１４３２１１号（米国特許出願第１２／２７１，５６６号）、米国特許出願公開第２０１１／０１０４４６９号（米国特許出願第１２／９８４，２９９号）、米国特許出願公開第２００９／０１４２５７８号（米国特許出願第１２／２７１，５１３号）、米国特許出願公開第２０１３／０１２２２６７号（米国特許出願第１３／４１１，２１８号）、米国特許出願公開第２０１２／０３１２１９４号（米国特許出願第１３／４９１，０９８号）、国際公開第２００９／１０２３６０号（ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８３６０６号）、国際公開第２０１１／０５３５９８号（ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５４１４６号）、国際公開第２０１１／０９０９６７号（ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２１６２３号）、２０１２年１０月１日出願の米国仮出願第６１／７０８，４２３号及び米国特許出願公開第２０１４／０１２７４５０（米国特許出願第１４／０４５，７５８）、米国特許出願公開第２０１５／０２６６７７８（米国特許出願第１４／０４５，５１９）、米国特許出願公開第２０１４／０１２７４５８（米国特許出願第１４／０４５，７６６）、米国特許出願公開第２０１４／０３４２１２４（米国特許出願第１４／０４５，５４０）、米国特許出願公開第２０１４／０２７２２１６（米国特許出願第１４／２０７，４１３）、米国特許出願公開第２０１４／０２６３６８３（米国特許出願第１４／２０７，４２１）、２０１４年３月１３日出願の米国特許出願第１４／２０７，９２０号及び第１４／２０９，２３８号、米国特許出願公開第２０１４／０３６３６６５（米国特許出願第１４／２９５，６０１）、米国特許出願公開第２０１４／０３６１４７１（米国特許出願第１４／２９５，４０２）、米国特許出願公開第２０１６／０３５５４３９（米国特許出願第１４／５０６，０７９）、米国特許出願公開第２０１５／０２２５２９５（米国特許出願第１４／６０２，３１３）、米国特許出願公開第２０１５／００５６４３７（米国特許出願第１４／４６３，９０１）、米国特許出願公開第２０１６／０１６８７２０（米国特許出願第１４／５８４，２４９）、米国特許出願公開第２０１５／０３３６８５２（米国特許出願第１４／８１８，６２９）、米国特許出願公開第２０１６／００３１７５７（米国特許出願第１４／８１７、１９３）、米国特許出願公開第２０１６／０２７２５４４（米国特許出願第１５／０７４，６５９）、米国特許出願公開第２０１６／００９６７７３（米国特許出願第１４／８７４，３５０）、米国特許出願公開第２０１６／０３４０２６１（米国特許出願第１４／７１５，４９７）、米国特許出願公開第２０１６／０２７２５４５（米国特許出願第１５／０７４，６９２）、２０１６年１０月１１日出願の米国特許出願第１５／２９０，３２８号に記載されており、これら文献はそれぞれ参照によりその内容全体が本明細書に組み入れられるものとする。
【００５９】
図１〜図８は、幾つかの上述の材料における様々な相の相関関係を示す相状態図である。図９は、本発明の原理による加湿を行うＣＯ２複合材料養生チャンバの概略図である。図９において、水源を設け、また水蒸気を、養生チャンバ内を循環している空気に添加する。図１０は、複数の湿度制御方法並びに一定フロー又は圧力調節でＣＯ２を制御及び補充する能力を有し、本発明の原理によって温度制御することができる養生チャンバの概略図である。このシステムは、閉ループ制御又はフィードバック使用の制御を行うシステムの一例であり、特定時点で望ましいＣＯ２濃度、湿度、及び温度のような動作パラメータの設定値を設け、また測定を行って制御パラメータの実際値が所望値であるか否かを確認する。
【００６０】
本発明に係る組成物の炭酸化における幾つかの実施形態において、粉末化したケイ酸カルシウム組成物を使用する。粉末化したケイ酸カルシウム組成物は、約１μｍ〜約１００μｍにわたる範囲（例えば、約１μｍ〜約８０μｍ、約１μｍ〜約６０μｍ、約１μｍ〜約５０μｍ、約１μｍ〜約４０μｍ、約１μｍ〜約３０μｍ、約１μｍ〜約２０μｍ、約１μｍ〜約１０μｍ、約５μｍ〜約９０μｍ、約５μｍ〜約８０μｍ、約５μｍ〜約７０μｍ、約５μｍ〜約６０μｍ、約５μｍ〜約５０μｍ、約５μｍ〜約４０μｍ、約１０μｍ〜約８０μｍ、約１０μｍ〜約７０μｍ、約１０μｍ〜約６０μｍ、約１０μｍ〜約５０μｍ、約１０μｍ〜約４０μｍ、約１０μｍ〜約３０μｍ、約１０μｍ〜約２０μｍ、約１μｍ、約１０μｍ、約１５μｍ、約２０μｍ、約２５μｍ、約３０μｍ、約４０μｍ、約５０μｍ、約６０μｍ、約７０μｍ、約８０μｍ、約９０μｍ、約１００μｍ）の平均粒径と、約０．５ｇ／ｍＬ〜約３．５ｇ／ｍＬ（疎充填時、例えば０．５ｇ／ｍＬ、１．０ｇ／ｍＬ、１．５ｇ／ｍＬ、２．０ｇ／ｍＬ、２．５ｇ／ｍＬ、２．８ｇ／ｍＬ、３．０ｇ／ｍＬ、３．５ｇ／ｍＬ）及び約１．０ｇ／ｍＬ〜約１．２ｇ／ｍＬ（タップ充填時）のかさ密度と、約１５０ｍ２／ｋｇ〜約７００ｍ２／ｋｇ（例えば、１５０ｍ２／ｋｇ、２００ｍ２／ｋｇ、２５０ｍ２／ｋｇ、３００ｍ２／ｋｇ、３５０ｍ２／ｋｇ、４００ｍ２／ｋｇ、４５０ｍ２／ｋｇ、５００ｍ２／ｋｇ、５５０ｍ２／ｋｇ、６００ｍ２／ｋｇ、６５０ｍ２／ｋｇ、７００ｍ２／ｋｇ）のブレーン比表面積と、を有することができる。
【００６１】
任意の適当な凝集体、例えば、酸化カルシウム含有又はシリカ含有の材料を使用して、本発明の炭酸化可能な組成物から複合材料を形成してもよい。代表的な凝集体としては、トラップ岩、建設用の砂、玉砂利のような不活性材料がある。幾つかの好適な実施形態において、凝集体としては、パーライト又はバーミキュライトのような軽量凝集体も使用することができる。産業廃棄材（例えば、フライアッシュ、スラグ、シリカヒューム）のような材料も微細充填剤として使用することができる。
【００６２】
複数種類の凝集体は、任意の適当な平均粒径及び粒径分布を有してもよい。幾つかの実施形態において、複数種類の凝集体は、約０．２５ｍｍ〜約２５ｍｍにわたる範囲内（例えば、約５ｍｍ〜約２０ｍｍ、約５ｍｍ〜約１８ｍｍ、約５ｍｍ〜約１５ｍｍ、約５ｍｍ〜約１２ｍｍ、約７ｍｍ〜約２０ｍｍ、約１０ｍｍ〜約２０ｍｍ、約１／８インチ（約３．１７５ｍｍ）、約１／４インチ（約６．３５ｍｍ）、約３／８インチ（約９．５２５ｍｍ）、約１／２インチ（約１２．７ｍｍ）、約３／４インチ（約１９．０５ｍｍ））における平均粒径を有する。
【００６３】
例えば可塑剤、流動化剤、遅延剤、促進剤、分散剤及び他のレオロジー改質剤のような化学混和剤も複合材料に含有させてもよい。ＢＡＳＦ（登録商標）ケミカル社によるＧｌｅｎｉｕｍ（商標）７５００及びダウケミカル社によるＡｃｕｍｅｒ（商標）のような特定の市販の化学混和剤もまた含まれ得る。特定の実施形態では、所望の複合材料に応じて、結合マトリックス中に、１つ以上の顔料を均一に分散させるか又は実質的に不均一に分散させることとしてもよい。顔料は、例えば、種々の金属の酸化物（例えば、黒色酸化鉄、酸化コバルト及び酸化クロム）を含む任意の好適な顔料であることとしてもよい。顔料は、例えば、黒色、白色、青色、灰色、ピンク色、緑色、赤色、黄色及び褐色から選択される任意の１色又は複数の色であることとしてもよい。顔料は、所望の複合材料に応じて、例えば、約０．０重量％〜約１０重量％の範囲の量で、任意の適切な量で存在することとしてもよい。
【００６４】
本発明の炭酸化可能なケイ酸カルシウム組成物から、オートクレーブを必要とせず、連続的な大規模生産に適した方法により、様々な複合製品を製造することができる。前記生産方法は、従来の浸透性コンクリートよりも経済性と環境面の両方の面で大幅に改善されている。
【実施例】
【００６５】
４段プレヒータキルンを用いて、炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカー（実験用セメント１）を製造した。原料混合物の粉末化について特別な配慮することなく、灰色のセメント生粉の粉末化にも使用される典型的なスチール媒体閉回遊ボールミルを用いて、原料混合物の粉末化を進行した。石炭と細断されたプラスチック廃棄物との混合物を前記キルンで焼成した。前記キルンの焼成温度は約１２６０℃であり、正常な燃焼雰囲気（約５％過剰酸素）で運転していた。前記クリンカーは、特別な冷却手順を使用せずに、往復火格子の冷却器を使用して冷却した。このクリンカーを粉末化した結果、炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントは、反射率（Ｌ値）７７．７を示した。この製造の知見を表１に要約する。実験セメント１の例示的な写真を図１１に示す。
【００６６】
表１：実験用セメント１の分光測色計で測定した原料組成（ＸＲＦ）、焼成温度範囲及びＬ値反射率
【表１】
2019507098.tif 000002
【００６７】
２段プレヒータキルンを用いて、炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカー（実験用セメント２）を製造した。原料混合物の粉末化について特別な配慮することなく、灰色のセメント生粉の粉末化にも使用される典型的なスチール垂直型ローラーミルを用いて、原料混合物の粉末化を進行した。天然ガスを用いて前記キルンで焼成した。前記キルンの焼成温度は、約１２５０℃であり、正常な燃焼雰囲気（約５％過剰酸素）下で運転していた。前記クリンカーは、特別な冷却手順を使用せずに、ロータリー冷却器を使用して冷却した。このクリンカーを粉末化した結果、炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントは、反射率（Ｌ値）８０．０を示した。この製造の知見を表２に要約する。実験セメント２の例示的な写真を図１２に示す。
【００６８】
表２：実験用セメント２の分光測色計で測定した原料組成（ＸＲＦによる）、焼成温度範囲及びＬ値反射率
【表２】
2019507098.tif 000003
【００６９】
５段プレヒータキルンを用いて、炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを製造した。原料混合物の粉末化について特別な配慮することなく、通常の灰色セメント生粉の粉末化にも使用されるスチール垂直型ローラーミル（スチール粉砕面）を用いて、原料混合物の粉末化を進行した。低灰分の石炭を用いて前記キルンで焼成した。前記キルンの焼成温度は約１３５０℃であり、正常な燃焼雰囲気（約５％過剰酸素）下で運転していた。漂白プロセスは使用しなかった。前記クリンカーは、特別な冷却手順を使用せずに、往復火格子の冷却器を使用して冷却した。このクリンカーを粉末化した結果、炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントは、反射率（Ｌ値）８８．８％を示した。この製造の知見を表３に要約する。実験セメント３の例示的な写真を図１３に示す。
【００７０】
表３：実験セメント３の分光測色計で測定した原料組成（ＸＲＦによる）、焼成温度範囲及びＬ値反射率
【表３】
2019507098.tif 000004
【００７１】
４段プレヒータキルンを用いて、炭酸化可能なケイ酸カルシウムクリンカーを製造した。原料混合物の粉末化について特別な配慮することなく、通常の灰色セメント生粉の粉末化にも使用されるボールミル（スチール粉砕面）を用いて、原料混合物の粉末化を進行した。灰色のセメント製品で使用されている、石炭と細断されたプラスチック廃棄物との混合物を前記キルンで焼成した。前記キルンの焼成温度は約１３００℃であり、正常な燃焼雰囲気（約５％過剰酸素）下で運転していた。漂白プロセスは使用しなかった。前記クリンカーは、特別な冷却手順を使用せずに、往復火格子の冷却器を使用して冷却した。このクリンカーを粉末化した結果、炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントは、反射率（Ｌ値）８２．１％を示した。この製造の知見を表４に要約する。実験セメント３の例示的な写真を図１４に示す。
【００７２】
表４：実験用セメント４の分光測色計で測定した原料組成（ＸＲＦによる）、焼成温度範囲及びＬ値反射率
【表４】
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【００７３】
以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明した。各図において同様の番号は同じ又は類似の要素を表す。本明細書を通じて、「一実施形態」、「実施形態」、又は同様の表現は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通じて、「一実施形態」、「ある実施形態」、及び類似の表現は、必ずしもそうではないが、すべて同じ実施形態を指す。
【００７４】
本発明の特徴、構造、又は特性は、１つ又は複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。本明細書の説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために多数の特定の詳細が列挙されている。しかしながら、当業者は、特定の詳細の１つ以上、又は他の方法、構成要素、材料などを用いずに、出願人の組成及び／又は方法を実施できることを認識するであろう。他の例では、周知の構造、材料、又は動作は、本開示の態様を不明瞭にすることを避けるために、詳細には示されていないか又は記載されていない。
【００７５】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上矛盾がない限り、複数形を含む。
【００７６】
特に明記しない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載された方法及び材料と類似又は同等の任意の方法及び材料も、本開示の実施又は試験において使用することができるが、好ましい方法及び材料をここで説明する。本明細書で列挙する方法は、開示された特定の順序に加えて、論理的に可能な任意の順序で実施することができる。
【００７７】
文献の援用
本開示において、特許、特許出願、特許公報、雑誌、書籍、論文、ウェブコンテンツなどの他の文献への参照及び引用が行われている。全てのそのような文献は、参照によりその内容全体が本明細書に組み込まれる。本明細書において参照により組み込まれるが、本明細書に明示的に記載されている既存の定義、説明、又は他の開示材料と矛盾する任意の材料又はその一部分は、組み込まれた材料と本発明の開示材料の間に矛盾が発生しない程度にのみ取り込まれる。矛盾が発生した場合、矛盾は、本開示を好ましい開示として優先して解決されるものとする。
【００７８】
均等物
本明細書に開示される代表的な例は、本発明の説明を助けることを意図するものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、限定すると解釈するものでもない。実際に、本明細書に示され説明されたものに加えて、本発明の様々な改変及びその多くのさらなる実施態様は、上記の実施例及び本明細書に引用された科学文献及び特許文献への言及を含むこの文書の全内容から、当業者に明らかになるであろう。上記の実施例は、その様々な実施態様及びその均等物において本発明の実施に適合させることができる重要な追加情報、例示、及び指針を含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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