(57)【要約】本発明は、補強材として使用されるか、もしくは他の理由で、少なくとも部分的に中性化コンクリート複合材料および中性化可能ケイ酸カルシウムセメント系製品に埋め込まれた鉄または鋼（例えば、普通炭素鋼）材の腐食の発現を防止、抑制もしくは遅延させる方法および組成物を提供する。
2021514922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の結合要素を含む結合マトリックスと；
約９．５より大きいｐＨの細孔溶液を含む複数の細孔
とを含む中性化複合材料であって、各結合要素が
中性化可能材料からなるコアと、
前記コアの一部の周辺部を少なくとも部分的に覆う第１シリカリッチ層と、
第１シリカリッチ層の一部の周辺部を少なくとも部分的に覆う第２炭酸カルシウムおよび／または炭酸マグネシウムリッチ層
とを含み；
圧縮強度が３，５００ｐｓｉ以上である、中性化複合材料。
【請求項２】
前記細孔溶液のｐＨが約１０〜約１３．５である、請求項１に記載の中性化複合材料。
【請求項３】
圧縮強度が４，０００ｐｓｉ以上である、請求項２に記載の中性化複合材料。
【請求項４】
圧縮強度が５，０００ｐｓｉ以上である、請求項２に記載の中性化複合材料。
【請求項５】
圧縮強度が約７，０００ｐｓｉ超である、請求項１に記載の中性化複合材料。
【請求項６】
圧縮強度が約１０，０００ｐｓｉ超である、請求項４に記載の中性化複合材料。
【請求項７】
前記結合マトリックスが、１種または複数種のｐＨ上昇添加剤をさらに含む、請求項１に記載の中性化複合材料。
【請求項８】
前記１種または複数種のｐＨ上昇添加剤が、硝酸カルシウム四水和物、亜硝酸カルシウム、ＮａＯＨ、炭酸水素ナトリウム、ＯＰＣ、ケイ酸ナトリウム、高アルカリ性コンクリート再生材、スラグ骨材、死焼ＣａＯ、死焼ＭｇＯ、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項７に記載の中性化複合材料。
【請求項９】
前記多孔質体が、耐水性を向上させるための１種または複数種の添加剤をさらに含む、請求項１に記載の中性化複合材料。
【請求項１０】
前記耐水性を向上させるための１種または複数種の添加剤が、クラスＣフライアッシュ、クラスＦフライアッシュ、高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）、ガラス微粉末、ガラス質アルミノケイ酸カルシウム、シリカフューム、石灰石粉末、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項９に記載の中性化複合材料。１０。
【請求項１１】
前記多孔質体が、１種または複数種の減水添加剤、空気連行添加剤、凝結遅延剤、およびそれらの組み合わせをさらに含む、請求項１に記載の中性化複合材料。
【請求項１２】
請求項１に記載の中性化複合材料を含むコンクリート製品であって、少なくとも部分的にその中に埋め込まれた１種もしくは複数種の鉄または鋼材をさらに含む、コンクリート製品。
【請求項１３】
前記１種もしくは複数種の鉄または鋼材が、普通炭素鋼エポキシ被覆鋼、亜鉛メッキ鋼、および／またはステンレス鋼で作られている、請求項１２に記載のコンクリート製品。
【請求項１４】
前記１種もしくは複数種の鉄または鋼材が、補強筋または補強メッシュである、請求項１２に記載のコンクリート製品。
【請求項１５】
以下の工程を含む、中性化低ケイ酸カルシウムセメント系材料の製造方法：
低ケイ酸カルシウムセメントと水と、０．１μｍ〜１０００μｍの粒径のＣａＯまたはＳｉＯ２を含む充填剤粒子とを混合してウェット混合物を形成する工程；
前記ウェット混合物を型枠に打設する工程であって、前記打設したウェット混合物が、前記水の少なくとも一部を含有する複数の細孔を持ち、前記水が、前記低ケイ酸カルシウムセメントおよび／または前記充填材粒子から少なくとも一部の成分を溶解させて細孔溶液が生成され、前記打設したウェット混合物中の前記細孔溶液のｐＨが１１．５以上である、工程；
前記打設したウェット混合物を前記型枠から取り出し、前記細孔溶液を含有する細孔を含む多孔質体を得る工程；ならびに
前記細孔溶液を含有する細孔を含む前記多孔質体を、以下の条件下：約大気圧〜約３０ｐｓｉの圧力、約３０℃〜約９０℃の範囲の温度、約１０％〜約９０％の相対湿度、約１５％〜約１００％のＣＯ２ガス濃度の雰囲気、約８時間〜約２８日間の期間で養生させ、改質した細孔溶液を含有する細孔を含む前記低ケイ酸カルシウムセメント系中性化材料を形成する工程であって、前記養生した低ケイ酸カルシウムセメント系中性化複合材料中の前記改質した細孔溶液のｐＨが少なくとも９．５である、工程。
【請求項１６】
前記養生した低ケイ酸カルシウムセメント系中性化複合材料中の前記改質した細孔溶液のｐＨが約１０〜約１３．５である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記養生工程の前に、前記多孔質体を所望の製品形状に切断するか、その他の方法で操作する工程をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記多孔質体が、１種または複数種のｐＨ上昇添加剤をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記１種または複数種のｐＨ上昇添加剤が、硝酸カルシウム四水和物、亜硝酸カルシウム、ＮａＯＨ、炭酸水素ナトリウム、ＯＰＣ、ケイ酸ナトリウム、高アルカリ性コンクリート再生材、スラグ骨材、死焼ＣａＯ、死焼ＭｇＯ、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ウェット混合物を形成する際に、耐水性を向上させるための１種または複数種の添加剤を添加する工程をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記耐水性を向上させるための１種または複数種の添加剤が、クラスＣフライアッシュ、クラスＦフライアッシュ、高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）、ガラス微粉末、ガラス質アルミノケイ酸カルシウム、シリカフューム、石灰石粉末、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ウェット混合物を形成する際に、１種または複数種の減水剤、空気連行剤、凝結遅延剤、およびそれらの組み合わせを添加する工程をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記打設したウェット混合物内に、１種もしくは複数種の鉄または鋼材を少なくとも部分的に埋め込む工程をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
前記１種もしくは複数種の鉄または鋼材が、普通炭素鋼エポキシ被覆鋼、亜鉛メッキ鋼、および／またはステンレス鋼で作られている、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記１種もしくは複数種の鉄または鋼材が、補強筋または補強メッシュである、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記打設したウェット混合物を事前養生させる工程と、前記打設して事前養生させたウェット混合物を前記型枠から取り出し、前記細孔溶液を含有する細孔を含む多孔質体を得る工程とをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２７】
前記事前養生が、約大気圧〜約３０ｐｓｉの圧力、約３０℃〜約９０℃の温度、約１０％〜約９０％の相対湿度、約１５％〜約１００％のＣＯ２ガス濃度の雰囲気下で、約３時間〜約１４日間の期間にわたって行われる、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記養生が、約大気圧〜約３０ｐｓｉの圧力、約３０℃〜約９０℃の温度、約１０％〜約９０％の相対湿度、約１５％〜約１００％のＣＯ２ガス濃度の雰囲気下で、約２４時間〜約２８日間の持続時間の下で行われる、請求項１５に記載の方法。
【請求項２９】
前記打設したウェット混合物中の前記細孔溶液のｐＨが１２以上である、請求項１５に記載の方法。
【請求項３０】
前記改質した細孔溶液のｐＨが約１０〜約１３．５である、請求項１５に記載の方法。
【請求項３１】
前記養生が、結果として得られる前記中性化複合材料の圧縮強度を少なくとも約３，５００ｐｓｉとするような条件下で行われる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記圧縮強度が４，０００ｐｓｉ以上である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記圧縮強度が５，０００ｐｓｉ以上である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記圧縮強度が約７，０００ｐｓｉ超である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記圧縮強度が約１０，０００ｐｓｉ超である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
養生が少なくとも８時間行われる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
養生が少なくとも２０時間行われる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３８】
前記養生が約７日未満で行われる、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記養生が約１４日未満で行われる、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
請求項１５に記載の方法により製造された中性化複合材料。
【請求項４１】
請求項３８に記載の中性化複合材料を含むコンクリート製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
文献、行為または知識の項目が参照もしくは議論されている本明細書では、この参照もしくは議論は、その文献、行為もしくは知識の項目またはそれらの任意の組み合わせが、優先日において、公的に利用可能であったか、一般に知られていたか、一般的な知識の一部であったか、あるいは適用される法規条項の下で先行技術を構成することを認めるものではなく；本明細書が関係する問題を解決しようとする試みに関連していることが知られていることを認めるものでもない。
【０００３】
コンクリートは、どこにでも存在する。我々の家は、おそらくコンクリートの上にあり、我々のインフラストラクチャーは、我々の職場の大部分がそうであるように、コンクリートから構築されている。従来のコンクリートは、水ならびに砂および砕石などの骨材と、粉砕した石灰石および粘土の混合物、または類似の組成の材料を、１，４５０℃前後の焼結温度のロータリーキルンで焼成して作られた合成材料である普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）とを混ぜ合わせて製造される。ＯＰＣ製造は、エネルギーを大量に消費するだけでなく、温室効果ガス（ＣＯ２）を大量に排出するプロセスでもある。セメント産業は、地球規模での人為的ＣＯ２排出量の約５％を占めている。そのようなＣＯ２の６０％超が、石灰石の化学分解または焼成によるものである。従来のコンクリートの製造および使用は、経済面でも環境影響の面でも、最適なものではない。そのような従来のコンクリート製造技術は、大量のエネルギー消費と二酸化炭素排出とを伴い、好ましくないカーボンフットプリントにつながる。さらに、石灰石の供給不足が深刻化していることも、ポルトランドセメントなどの普通水硬性セメント配合物の継続的使用の持続可能性に悪影響を及ぼす。
【０００４】
この認識は、中性化可能セメント配合物の開発につながる要因の１つであった。中性化可能セメントとは、任意の形態の二酸化炭素ＣＯ２、例えば水の存在下での気体ＣＯ２など、炭酸Ｈ２ＣＯ３の形態のＣＯ２、または非水硬性セメント材料とのＣＯ２の反応を可能にする他の形態の二酸化炭素ＣＯ２との反応によって主に養生されるセメントのことを指す。養生プロセスは、養生した材料内に二酸化炭素ガスを隔離するため、明らかな環境上の利点を提供する。例として、Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｅｍｅｎｔ（商標）は、Ｒ＆Ｄ  １００アワードで上位１００の新技術の１つとして認められ、画期的な技術として歓迎されている。Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｅｍｅｎｔ（商標）を製造し、それをコンクリートに使用することで、これらの材料のＣＯ２フットプリントを、ポルトランドセメントおよび従来の水硬性コンクリートでのその使用と比較して、最大７０％削減することができる。さらに、Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｅｍｅｎｔ系コンクリートの製造で使用される水の８０％は、簡単に回収して再利用することができる。
【０００５】
プレストレストコンクリート桁、梁、枕木などの、ＯＰＣから成形されたプレキャストコンクリート製品には、通常、補強材として埋め込まれた普通炭素鋼が含まれている。さらに、橋梁デッキスラブおよび舗装などの現場打ちコンクリートは、鋼で補強されていることが多い。例えば、補強筋（鉄筋）は一般的な鋼棒であったり、鋼線のメッシュは、鉄筋コンクリートおよび補強石造建築物の引張デバイスとして、コンクリートを強化し、圧縮状態に保持するために頻繁に使用される。エポキシ被覆鋼、亜鉛メッキ鋼、および／またはステンレス鋼も、補強材として使用することができる。
【０００６】
水の存在下でＯＰＣを水和すると、多孔質材内に、Ｃａ（ＯＨ）２、ＮａＯＨおよびＫＯＨなどのアルカリ水酸化物から主になる溶液が生成される。セメントおよび骨材の組成にもよるが、細孔溶液のｐＨは通常１２．５〜１３．５である。しかしながら、ＯＰＣは、特定の条件下でＣＯ２にさらされると炭酸化反応を起こし得る。例えば、Ｃａ（ＯＨ）２はＣＯ２と反応してＣａＣＯ３とＨ２Ｏとを形成し得る。従来のコンクリートが中性化を受けると、材料の細孔内に存在する水およびセメントから溶解したイオン（例えば、カルシウムイオン、ナトリウムイオンおよび／またはカリウムイオン）の溶液（「細孔溶液」）のｐＨは、水酸イオン濃度が大幅に低下した結果、ｐＨ９に近い値にまで低下する。環境からの塩類の浸透も、細孔溶液の組成に顕著な変化をもたらす可能性がある。
【０００７】
従来のコンクリート中の普通炭素鋼の腐食は、細孔溶液ｐＨの低下によってか、細孔溶液の低ｐＨと塩化物の存在との組み合わせによって鉄または鋼（例えば、普通炭素鋼）の表面の不動態皮膜が除去されると始まる。ＯＰＣは通常、初期の細孔溶液ｐＨ値を１２より大きくすることで、鉄筋の腐食プロセスの回避または減速を助ける。しかし、耐用年数中、ＯＰＣは、冬季における塩類からの塩化物の浸透および／または従来のコンクリートの細孔溶液ｐＨを低下させる大気中の二酸化炭素（ＣＯ２）との炭酸化反応の影響を受ける。腐食により形成された腐食生成物は、体積膨張する性質がある。鉄筋の腐食に起因するこれらの腐食生成物は、周囲のＯＰＣに深刻な内部応力を発生させ、ひび割れ、スポーリング、最終的には構造物の破壊につながる可能性がある。
【０００８】
ＯＰＣ系の従来コンクリートと同様に、上記のものなどの中性化可能な低ケイ酸カルシウム系未中性化コンクリート材料（例えば、Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｅｍｅｎｔ（商標）およびＳｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標））は、混合されたばかりの状態ではｐＨ値が１２より大きい細孔溶液を含んでいる。しかしながら、中性化すると、養生中に細孔溶液のｐＨ値が低下する。材料の硬化は、ケイ酸カルシウムが炭酸化して炭酸カルシウムを形成する養生プロセスを経て促進される。圧縮強度が１０，０００ｐｓｉ以上の完全に反応した低ケイ酸カルシウム系中性化コンクリートの細孔溶液のｐＨ値は、約９．５である。そのような低いｐＨ値の細孔溶液では、鉄筋または埋込鋼の表面の不動態皮膜は、真水または塩化物イオンが補強材の表面に達するとすぐに腐食しやすくなる。
【０００９】
したがって、低ケイ酸カルシウム系の中性化可能な非水硬性セメントおよびコンクリート製品中における鉄または鋼（例えば、普通炭素鋼）材の腐食の問題に対処する、新規で改良された材料組成物と製造プロセスとに対する継続的なニーズがある。
【００１０】
本発明の開示を容易にするために従来技術の特定の態様について論じたが、出願人はこれらの技術の態様を放棄しているわけでは決してなく、クレームされた発明は本明細書で論じる従来技術の態様のうちの１つまたは複数を包含し得るか、含み得ることが企図されている。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、補強材として使用されるか、もしくは他の理由で、中性化低ケイ酸カルシウム系コンクリートまたは複合材料、および中性化可能な低ケイ酸カルシウム系セメント（「ＣＳＣセメント」）から作られた製品などの中性化材料に埋め込まれた鉄または鋼（例えば、普通炭素鋼）材の腐食の発現を防止、抑制もしくは遅延させる新規な方法および組成物を提供する。本発明は、低ケイ酸カルシウムセメント系材料、例えば、中性化ケイ酸カルシウムセメント系コンクリート（「ＣＳＣコンクリート」）製品などの低ケイ酸カルシウムセメント系材料中の普通炭素鋼エポキシ被覆鋼、亜鉛メッキ鋼、および／またはステンレス鋼補強材の腐食を妨げるまたは遅延させる新規な養生方法および配合物を含む。
【００１２】
例えば、ＣＳＣコンクリートの圧縮強度は反応依存的であり、中性化コンクリート製品は、１０，０００ｐｓｉ以上の圧縮強度を達成することができる。本明細書に開示されているように、混合設計、養生条件および／または養生時間の長さを変更することで、中性化ＣＳＣにおいて、約３，５００〜約１０，０００ｐｓｉ、またはそれ以上の圧縮強度を、約９．５より大きく、さらには最大で約１３．５に近い値の対応する細孔溶液ｐＨ値で達成することができる。この好ましいｐＨ値は、ＣＳＣセメントまたはＣＳＣコンクリートと接触している鉄または鋼を保護し、それらの腐食を遅らせる。
【００１３】
次いで、本発明のいくつかの態様を説明する。本発明者らは、以下に列挙されているか、本明細書の他の場所に記載されている本発明の特徴または態様のいずれかを、本発明の他の特徴または態様と任意の順序および任意の数で組み合わせることができることを企図していることを理解されたい。
【００１４】
複数の結合要素を含む結合マトリックスと；約９．５より大きいｐＨの細孔溶液を含む複数の細孔とを含む中性化複合材料であって、各結合要素が中性化可能材料からなるコアと、コアの一部の周辺部を少なくとも部分的に覆う第１シリカリッチ層と、第１シリカリッチ層の一部の周辺部を少なくとも部分的に覆う第２炭酸カルシウムおよび／または炭酸マグネシウムリッチ層とを含み；圧縮強度が３，５００ｐｓｉ以上である、中性化複合材料が提供される。
【００１５】
細孔溶液のｐＨが約１０〜約１３．５である、本明細書に記載の中性化複合材料。
【００１６】
圧縮強度は４，０００ｐｓｉ以上であり得る。
【００１７】
圧縮強度は５，０００ｐｓｉ以上であり得る。
【００１８】
圧縮強度は約７，０００ｐｓｉ超であり得る。
【００１９】
圧縮強度は約１０，０００ｐｓｉ超であり得る。
【００２０】
結合マトリックスは、１種または複数種のｐＨ上昇添加剤をさらに含み得る。
【００２１】
１種または複数種のｐＨ上昇添加剤は、硝酸カルシウム四水和物、亜硝酸カルシウム、ＮａＯＨ、炭酸水素ナトリウム、ＯＰＣ、ケイ酸ナトリウム、高アルカリ性コンクリート再生材（ＣＲＭ）、スラグ骨材、死焼ＣａＯ、死焼ＭｇＯ、およびそれらの組み合わせからなる群より選択され得る。
【００２２】
多孔質体は、耐水性を向上させるための１種または複数種の添加剤をさらに含み得る。
【００２３】
耐水性を向上させるための１種または複数種の添加剤は、クラスＣフライアッシュ、クラスＦフライアッシュ、高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）、ガラス微粉末、ガラス質アルミノケイ酸カルシウム、シリカフューム、石灰石粉末、およびそれらの組み合わせからなる群より選択され得る。１０。
【００２４】
多孔質体は、１種または複数種の減水添加剤、空気連行添加剤、凝結遅延剤、およびそれらの組み合わせをさらに含み得る。
【００２５】
コンクリート製品は、本明細書に記載の中性化複合材料から形成することができ、少なくとも部分的にその中に埋め込まれた１種もしくは複数種の鉄または鋼材をさらに含み得る。
【００２６】
１種もしくは複数種の鉄または鋼材は、普通炭素鋼、エポキシ被覆鋼、亜鉛メッキ鋼、および／またはステンレス鋼で作られ得る。
【００２７】
１種もしくは複数種の鉄または鋼材は、補強筋または補強メッシュであり得る。
【００２８】
以下の工程を含む、中性化低ケイ酸カルシウムセメント系材料の製造方法が提供される：低ケイ酸カルシウムセメントと水と、０．１μｍ〜１０００μｍの粒径のＣａＯまたはＳｉＯ２を含む充填剤粒子とを混合してウェット混合物を形成する工程；ウェット混合物を型枠に打設する工程であって、打設したウェット混合物が、水の少なくとも一部を含有する複数の細孔を持ち、水が、低ケイ酸カルシウムセメントおよび／または充填材粒子から少なくとも一部の成分を溶解させて細孔溶液が生成され、打設したウェット混合物中の細孔溶液のｐＨが１１．５以上である、工程；任意に、打設したウェット混合物を事前養生させる工程；打設したウェット混合物または打設して事前養生させたウェット混合物を型枠から取り出し、細孔溶液を含有する細孔を含む多孔質体を得る工程；ならびに細孔溶液を含有する細孔を含む多孔質体を、以下の条件下：約大気圧〜約３０ｐｓｉの圧力、約３０℃〜約９０℃の範囲の温度、約１０％〜約９０％の相対湿度、約１５％〜約１００％のＣＯ２ガス濃度の雰囲気、約８時間〜約１４日間の期間で養生させ、改質した細孔溶液を含有する細孔を含む低ケイ酸カルシウムセメント系中性化材料を形成する工程であって、養生した低ケイ酸カルシウムセメント系中性化複合材料中の改質した細孔溶液のｐＨが少なくとも９．５である、工程。
【００２９】
養生した低ケイ酸カルシウムセメント系中性化複合材料中の改質した細孔溶液のｐＨが約１０〜約１３．５である、本明細書に記載の方法。
【００３０】
養生工程の前に、多孔質体を所望の製品形状に切断するか、その他の方法で操作する工程をさらに含み得る、本明細書に記載の方法。
【００３１】
多孔質体が、１種または複数種のｐＨ上昇添加剤をさらに含み得る、本明細書に記載の方法。
【００３２】
１種または複数種のｐＨ上昇添加剤が、硝酸カルシウム四水和物、亜硝酸カルシウム、ＮａＯＨ、炭酸水素ナトリウム、ＯＰＣ、ケイ酸ナトリウム、死焼ＣａＯ、死焼ＭｇＯ、高アルカリ性コンクリート再生材（ＣＲＭ）、スラグ骨材、およびそれらの組み合わせからなる群より選択され得る、本明細書に記載の方法。
【００３３】
ウェット混合物を形成する際に、耐水性を向上させるための１種または複数種の添加剤を添加する工程をさらに含み得る、本明細書に記載の方法。
【００３４】
耐水性を向上させるための１種または複数種の添加剤が、クラスＣフライアッシュ、クラスＦフライアッシュ、高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）、ガラス微粉末、ガラス質アルミノケイ酸カルシウム、シリカフューム、石灰石粉末、およびそれらの組み合わせからなる群より選択され得る、本明細書に記載の方法。
【００３５】
本明細書に記載の方法は、ウェット混合物を形成する際に、１種または複数種の減水剤、空気連行剤、凝結遅延剤、およびそれらの組み合わせを添加する工程をさらに含み得る。
【００３６】
本明細書に記載の方法は、打設したウェット混合物内に、１種もしくは複数種の鉄または鋼材を少なくとも部分的に埋め込む工程をさらに含み得る。
【００３７】
１種もしくは複数種の鉄または鋼材が、普通炭素鋼エポキシ被覆鋼、亜鉛メッキ鋼、および／またはステンレス鋼で作られ得る、本明細書に記載の方法。
【００３８】
１種もしくは複数種の鉄または鋼材が、補強筋または補強メッシュであり得る、本明細書に記載の方法。
【００３９】
任意の事前養生が、約大気圧〜約３０ｐｓｉの圧力、約３０℃〜約９０℃の温度、約１０％〜約９０％の相対湿度、約１５％〜約１００％の空気および／またはＣＯ２ガス濃度の雰囲気下で、約３時間〜約１４日間の期間にわたって行われ得る、本明細書に記載の方法。
【００４０】
養生が、約大気圧〜約３０ｐｓｉの圧力、約３０℃〜約９０℃の温度、約１０％〜約９０％の相対湿度、約１５％〜約１００％のＣＯ２ガス濃度の雰囲気下で、約８時間〜約２８日間の持続時間の下で行われ得る、本明細書に記載の方法。
【００４１】
打設したウェット混合物中の細孔溶液のｐＨが１２以上であり得る、本明細書に記載の方法。
【００４２】
改質した細孔溶液のｐＨが約１０〜約１３．５であり得る、本明細書に記載の方法。
【００４３】
養生が、結果として得られる中性化複合材料の圧縮強度を少なくとも約３，５００ｐｓｉとするような条件下で行われ得る、本明細書に記載の方法。
【００４４】
圧縮強度が４，０００ｐｓｉ以上であり得る、本明細書に記載の方法。
【００４５】
圧縮強度が５，０００ｐｓｉ以上であり得る、本明細書に記載の方法。
【００４６】
圧縮強度が約７，０００ｐｓｉ以上であり得る、本明細書に記載の方法。
【００４７】
圧縮強度が約１０，０００ｐｓｉ以上であり得る、本明細書に記載の方法。
【００４８】
任意の事前養生が少なくとも３時間行われる、本明細書に記載の方法。
【００４９】
任意の事前養生が少なくとも２０時間行われ得る、本明細書に記載の方法。
【００５０】
任意の事前養生が約７日未満で行われ得る、本明細書に記載の方法。
【００５１】
任意の事前養生が約１４日未満で行われ得る、本明細書に記載の方法。
【００５２】
養生が少なくとも８時間行われ得る、本明細書に記載の方法。
【００５３】
養生が少なくとも２０時間行われ得る、本明細書に記載の方法。
【００５４】
養生が約７日未満で行われ得る、本明細書に記載の方法。
【００５５】
養生が約１４日未満で行われ得る、本明細書に記載の方法。
【００５６】
養生が約２８日未満で行われ得る、本明細書に記載の方法。
【００５７】
中性化複合材料は、本明細書に記載の方法により製造することができる。
【００５８】
本明細書に記載の中性化複合材料を含むコンクリート製品を形成することができる。
【００５９】
次いで、本発明の様々な態様および特徴を以下で参照し、発明を実施するための形態でさらに説明する。本発明の個々の特徴または態様のいずれかを、本発明の追加的に記載されているか識別されている任意の数の特徴または態様と組み合わせることが可能であり、そのような組み合わせのあらゆる全てが企図され、本発明の範囲内にあることを本出願人は想定していることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
本発明の目的および特徴は、以下に記載する図面および特許請求の範囲を参照することにより、よりよく理解することができる。図面は、必ずしも縮尺ではなく、代わりに本発明の原理を例示することに通常重点が置かれている。図面では、様々な投影図を通して、類似の数字を使用して類似の部品を示している。
【図１】可逆反応ＣａＣＯ３＋ＳｉＯ２  ⇔  ＣａＳｉＯ３（ケイ酸カルシウム）＋ＣＯ２に存在する相を示す圧力−温度相図である。
【図２】可逆反応３ＣａＣＯ３＋２ＣａＳｉＯ３  ⇔  ２Ｃａ２ＳｉＯ４・ＣａＣＯ３＋ＣＯ２に存在する相を示す圧力−温度相図である。
【図３】１キロバールの圧力でのＣａＯ−ＳｉＯ２−ＣＯ２系の相図である。
【図４】可逆反応ＭｇＯ＋ＣＯ２  ⇔  ＭｇＣＯ３に存在する相を示す圧力−温度相図である。
【図５】不活性ガス中のＣＯ２の割合の関数としての可逆反応ＭｇＯ＋ＣＯ２  ⇔  ＭｇＣＯ３の平衡曲線を示す圧力−温度相図である。
【図６】ＣａＣＯ３−ＭｇＣＯ３系の様々な相の安定領域を示す温度−組成相図である。
【図７】化合物ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２およびＣＯ２の間の相関係を示す四面体図であり、Ｃｃ−Ｄｉ−ＷｏおよびＣｃ−Ｗｏ−Ｍｏ平面（斜線）の下にＣＯ２欠乏領域があることを示しており、ここで、Ｃｃは方解石を意味し、Ｗｏは珪灰石を意味し、Ａｋはオケルマナイトを意味し、Ｄｉは透輝石を意味し、Ｍｏはモンチセライト（ＣａＭｇＳｉＯ４）を意味する。
【図８】化合物ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２およびＣＯ２の間の相関係を、方解石（Ｃｃ）、透輝石（Ｄｉ）、苦土橄欖石（Ｆｏ）、モンチセライト（Ｍｏ）、オケルマナイト（Ａｋ）、ＣＯ２の相を含む４次不変点から生じる一変系曲線で示す圧力−温度相図である。挿入図は、ＣａＣＯ３、ＭｇＯおよびＳｉＯ２の３つの化合物系の相図である。
【図９】本発明の原理に従って加湿する、例示的なＣＯ２養生複合材料養生チャンバの概略図である。
【図１０】湿度制御の複数の方法、ならびに一定の流量または圧力調整を使用してＣＯ２を制御して補充する能力を備え、温度を制御することができる例示的な養生チャンバの概略図である。
【図１１Ａ】その中に配置された金属補強要素を有する例示的な多孔質低ケイ酸カルシウム系セメント体である。
【図１１Ｂ】その中に配置された金属補強要素を有する例示的な多孔質低ケイ酸カルシウム系セメント体である。
【図１２】実施例１−混合１の中性化コンクリートのｐＨ−圧縮強度−持続時間の関係のプロットである。
【図１３】実施例１−混合２の中性化コンクリートのｐＨ−圧縮強度−持続時間の関係のプロットである。
【図１４】実施例１−混合３の中性化コンクリートのｐＨ−圧縮強度−持続時間の関係のプロットである。
【図１５】実施例１−混合４の中性化コンクリートのｐＨ−圧縮強度−持続時間の関係のプロットである。
【図１６】実施例２、混合１〜３のコンクリートの通気性のプロットである。
【図１７】実施例２、混合１〜３のコンクリートの収着性のプロットである。
【図１８】実施例２、混合１〜３のコンクリートの気孔率のプロットである。
【図１９】実施例１、混合１〜４のＣＳＣコンクリート中の溶液のｐＨの、処理前および処理後のプロットである。
【図２０】１Ｍ  ＫＯＨで処理したＡＳＴＭ  Ｇ  １０９試験片および処理していない試験片の、塩溶液でポンディングする前と、塩溶液でポンディングした後との半電池電位のプロットである。
【図２１】実施例４、混合１〜３のコンクリートの、真水にさらした後の経時的な半電池電位値のプロットである。
【図２２】実施例４、混合１〜３のコンクリートの、塩水にさらした後の経時的な半電池電位値のプロットである。
【図２３】実施例４、混合１〜３のコンクリートからの試験片の相対動弾性係数のプロットである。
【図２４】実施例５、混合１〜２のコンクリートの平均ｐＨ値および圧縮強度のプロットである。
【図２５】実施例５、混合１〜２の養生条件のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
本明細書で使用するとき、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別段のことを示さない限り、複数形も含むことが意図される。「または」の使用は、文脈が明確に別段のことを示さない限り、「および／または」を含むことが意図される。さらに、「ａｎｄ」の使用は、文脈が明確に別段のことを示さない限り、「および／または」を包含することが意図される。
【００６２】
本明細書で使用するとき、「約」は近似の用語であり、当業者であれば理解するように、文字通りに記載された量のわずかな変動を含むことが意図される。そのような変動には、例えば、列挙された量を測定するために一般的に使用される技法に関連する標準偏差が含まれる。
【００６３】
本開示に含まれる全ての数値は、上述の修飾語「約」によって特徴付けられると解釈されるべきであり、本明細書に開示される正確な数値を含むことも意図される。本開示の範囲は、別段の指示がない限り、範囲の上限値および下限値内の全ての値を包含すると解釈されるべきである。さらに、全ての範囲に上限値および下限値が含まれる。
【００６４】
本明細書で使用するとき、低ケイ酸カルシウム系セメントまたは「ＣＳＣセメント」とは、ケイ酸カルシウムを主成分とし、ＣａとＳｉの原子比が０．８〜２．０の材料を意味する。「ＣＳＣコンクリート」とは、中性化ＣＳＣセメントから形成された複合材料を意味する。
【００６５】
本明細書で使用するとき、「細孔溶液」とは、水と、複合材の成分、例えば、限定されないが、セメント（例えば、カルシウムイオン、ナトリウムイオン、および／またはカリウムイオン）、骨材、および他の添加物から溶解したイオンとの溶液を意味し、生の、部分的に養生した、もしくは完全に養生したセメントまたはコンクリートの本体もしくは塊に存在する１つまたは複数の細孔の中にある。
【００６６】
本明細書で使用するとき、「セメント系材料」とは、ガラス質アルミノケイ酸カルシウム、フライアッシュ、スラグおよび普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）などの反応性充填材、石灰石微粉末、シリカフュームおよびガラス粉末などの非反応性充填材を含む材料を意味する。セメント含有量とは、本明細書に記載のセメントとセメント系材料との総量である。
【００６７】
本明細書で使用するとき、「高アルカリ性コンクリート再生材」または「ＣＲＭ」とは、スラブ、舗装、梁、および柱などの古いＯＰＣ系コンクリート要素を粉砕して回収された骨材であって、細孔溶液のｐＨが１１．５より大きいものを意味する。
【００６８】
本明細書で使用するとき、「スラグ骨材」とは、高炉スラグを粗く破砕して得られた骨材であって、細孔溶液のｐＨが１１．０より大きいものを意味する。
【００６９】
本発明は、コンクリート製品、特に低ケイ酸カルシウムセメント系複合材料体中の鉄または鋼材の腐食に対処する組成物、製造プロセスおよびシステムを提供する。開示の方法は、コンクリート複合材料、ならびに中性化可能な低ケイ酸カルシウム系セメントおよびコンクリート（「ＣＳＣセメント」および「ＣＳＣコンクリート」）から作られた製品と一緒に使用されるか、それらの中に少なくとも部分的に埋め込まれた鉄または鋼材（例えば、普通炭素鋼、エポキシ被覆鋼、亜鉛メッキ鋼、および／またはステンレス鋼、補強筋または補強メッシュ）の腐食の防止、抑制または遅延を可能にする。
【００７０】
したがって、中性化低ケイ酸カルシウムセメント系材料は、本発明の特定の態様によれば、複数の細孔を持ち、その細孔の１つまたは複数の中にある改質した細孔溶液のｐＨは約９．５より大きく、好ましくは約１０より大きく、好ましくは約１１より大きく、好ましくは約１１．５より大きく、好ましくは約１２．０より大きく、好ましくは約１２．５より大きく、好ましくは約１３．０より大きく、好ましくは約１３．５より大きい。改質した細孔溶液のｐＨは約９．５〜約１３．５であり得、これらの上限値および下限値、ならびにその範囲内に包含される全ての整数を含んでいる。
【００７１】
これらの中性化複合材料および製品は、腐食を防止、抑制または遅延させる有益なｐＨ環境を提供するだけでなく、使用条件に必要とされる十分な圧縮強度、耐水性の向上を、全て、材料の凍結融解耐久性および寒冷地用途への適合性に影響を及ぼすことなく供与することができる。この特徴は、製造された低ケイ酸カルシウムセメント系複合材料およびそれから形成された製品の耐用年数と実用性とを大幅に改善することを可能にする。
【００７２】
上述のｐＨ値である改質した細孔溶液がある少なくとも１つまたは複数の細孔を持つ中性化低ケイ酸カルシウムセメント系複合材料はまた、例えば、３，５００ｐｓｉ以上、約４，０００ｐｓｉ超、約５，０００ｐｓｉ超、約６，０００ｐｓｉ超、約７，０００ｐｓｉ超、約８，０００ｐｓｉ超、約９，０００ｐｓｉ超、または約１０，０００ｐｓｉ以上の適切な圧縮強度を有し得る。圧縮強度は、約３，５００ｐｓｉ〜約１０，０００ｐｓｉであり得、これらの上限値および下限値、ならびにその範囲内に包含される全ての整数を含んでいる。そのような圧縮強度は、中性化を開始した日から７日未満、および約８時間以上の総養生時間で達成され得る。特定の実施形態では、そのような圧縮強度は、中性化を開始した日から約１４日未満、および約８時間以上の総養生時間で達成され得る。他の実施形態では、そのような圧縮強度は、中性化を開始した日から約２８日未満、および約８時間以上の総養生時間で達成され得る。したがって、総養生時間は、約８時間〜約２８日間の範囲であり得る。総養生時間には、上述した上限値および下限値、ならびに所定の範囲内に入る全ての時間値が含まれる。総養生時間は、本明細書にさらに記載しているように、任意の事前養生時間を含む。
【００７３】
特定の実施形態では、低ケイ酸カルシウムセメントから作られたコンクリート複合材料および製品は、多孔質体を含む。多孔質体は、１種または複数種のｐＨ上昇添加剤をさらに含み得る。例示的なｐＨ上昇添加剤としては、硝酸カルシウム四水和物、亜硝酸カルシウム、ＮａＯＨ、炭酸水素ナトリウム、ＯＰＣ、ケイ酸ナトリウム、死焼ＣａＯ、死焼ＭｇＯ、高アルカリ性コンクリート再生材（ＣＲＭ）、スラグ骨材、およびそれらの組み合わせが挙げられる。本明細書で使用するとき、「死焼」ＣａＯおよびＭｇＯは、高温で焼成された結果、反応性がほとんどまたは全くないカルシウムおよびマグネシウムの酸化物である。ｐＨ上昇添加剤（１種または複数種）は、セメント系材料の総量に対して、約１質量％〜約２０質量％の添加量で配合物に添加することができる。これらの添加剤は、低ケイ酸カルシウムセメントとともにミキサー中のドライ混合物に添加される。本明細書で使用するとき、「死焼」ＣａＯおよびＭｇＯは、高温で焼成された結果、反応性がほとんどまたは全くないカルシウムおよびマグネシウムの酸化物である。
【００７４】
特定の実施形態では、多孔質体は、耐水性を向上させるための１種または複数種の添加剤をさらに含み得る。耐水性を向上させるための例示的な添加剤は、クラスＣフライアッシュ、クラスＦフライアッシュ、高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）、ガラス微粉末、ガラス質アルミノケイ酸カルシウム（ＶＣＡＳ）、シリカフューム、石灰石粉末、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される。耐水性添加剤は、セメント系材料の総量に対して、約１質量％〜約２０質量％の添加量で含まれる。これらの添加剤は、低ケイ酸カルシウムセメントとともにミキサー中のドライ混合物に添加され得る。
【００７５】
多孔質体は、１種または複数種の減水剤（１種または複数種）、空気連行剤（１種または複数種）、凝結遅延剤（１種または複数種）、および／またはそれらの組み合わせを、それぞれセメント系材料１ｋｇ当たり１〜１５ｍｌの添加量でさらに含み得る。これらの添加剤は、低ケイ酸カルシウムセメントとともにミキサー中のドライ混合物に添加される。
【００７６】
一態様では、改質した細孔溶液のある複数の細孔を持つ低ケイ酸カルシウムセメント系複合材料は結合マトリックスを含み、結合マトリックスは複数の結合要素を含み、各結合要素は、中性化可能材料からなるコアと、コアの少なくとも一部の周辺部を少なくとも部分的に覆う第１シリカ含有層と、第１シリカ含有層の一部の周辺部を少なくとも部分的に覆う第２炭酸カルシウムおよび／または炭酸マグネシウム含有層とを含む。特定の実施形態では、コアは、カルシウムまたはマグネシウム、ケイ素、および酸素を含む少なくとも１種の合成配合物を含む。他の実施形態では、結合マトリックスは多孔質体から調製され、多孔質体は複数の前駆体粒子を含み、前駆体粒子は結合要素に変換される。
【００７７】
別の態様では、図１１Ａ〜１１Ｂに図示されるように、本発明は、概して、改質した細孔溶液を有する低ケイ酸カルシウムセメント系複合材料と、少なくとも部分的にその中に埋め込まれた１種もしくは複数種の鉄または鋼材（１２０、１４０）とを含むコンクリート製品（１１０、１３０）に関する。特定の実施形態では、１種もしくは複数種の鉄または鋼材は、普通炭素鋼エポキシ被覆鋼、亜鉛メッキ鋼、および／またはステンレス鋼で作られている。特定の実施形態では、１種もしくは複数種の鉄または鋼材は、補強筋または補強メッシュ（１４０）である。
【００７８】
さらに別の態様では、本発明は、概して低ケイ酸カルシウムセメント複合材料およびそれらから作られる製品の製造方法に関する。中性化低ケイ酸カルシウムセメント系材料の製造方法は、以下を含む：：低ケイ酸カルシウムセメントと水と、０．１μｍ〜１０００μｍの粒径のＣａＯまたはＳｉＯ２を含む充填剤粒子とを混合してウェット混合物を形成する工程；ウェット混合物を型枠に打設する工程であって、打設したウェット混合物が、水の少なくとも一部を含有する複数の細孔を持ち、水が、低ケイ酸カルシウムセメントおよび／または充填材粒子から少なくとも一部の成分を溶解させて細孔溶液が生成され、打設したウェット混合物中の細孔溶液のｐＨが１１．５以上である、工程；任意に、打設したウェット混合物を事前養生させる工程；打設したウェット混合物または打設して事前養生させたウェット混合物を型枠から取り出し、細孔溶液を含有する細孔を含む多孔質体を得る工程；ならびに細孔溶液を含有する細孔を含む多孔質体を、以下の条件下：約大気圧〜約３０ｐｓｉの圧力、約３０℃〜約９０℃の範囲の温度、約１０％〜約９０％の相対湿度、約１５％〜約１００％のＣＯ２ガス濃度の雰囲気、約８時間〜約２８日間の期間で養生させ、改質した細孔溶液を含有する細孔を含む低ケイ酸カルシウムセメント系中性化材料を形成する工程であって、養生した低ケイ酸カルシウムセメント系中性化複合材料中の改質した細孔溶液のｐＨが少なくとも９．５である、工程。
【００７９】
特定の実施形態では、本方法は、任意に、打設した混合物を事前養生させ、型枠から取り出し、移動させ、その後養生させるのに十分な硬度を有する多孔質体を形成する工程をさらに含む。打設した混合物の任意の事前養生は、以下の条件下で行うことができる：約大気圧〜約３０ｐｓｉの圧力、約３０℃〜約９０℃の温度（例えば、約３０℃〜約８０℃、約３０℃〜約７０℃、約３０℃〜約６０℃、約３０℃〜約５０℃、約４０℃〜約９０℃、約５０℃〜約９０℃、約６０℃〜約９０℃）、約１０％〜約９０％の相対湿度（例えば、約１０％〜約７０％、約１０％〜約５０％、約１０％〜約３０％、約２０％〜約９０％、約４０％〜約９０％、約６０％〜約９０％）、環境大気、ＣＯ２ガス、またはその２つの組み合わせを順次に、もしくは両方を含有する混合環境を含む雰囲気を、ＣＯ２濃度（存在する場合）約１５％〜約１００％（例えば、約１５％、約１５％〜約９０％、約１５％〜約８０％、約１５％〜約７０％、約３０％〜約９０％、約３０％〜約８０％、約３０％〜約７０％、約４０％〜約１００％、約５０％〜約１００％、約６０％〜約１００％）で、約３時間〜約１４日間（例えば、約３時間〜約７日間、約３時間〜約４日間、約３時間〜約３日間、約３時間〜約２日間、約３時間〜約３６時間、約３時間〜約２４時間、約３時間〜約１２時間、約６時間〜約１４日間、約１２時間〜約１４日間、約２０時間〜約１４日間、約１日〜約１４日間、約３日〜約１４日間、約７日〜約１４日間）の期間にわたって。上記の値は、指定された上限値および下限値、ならびに範囲内に包含される全ての整数を含む。
【００８０】
いくつかの実施形態では、養生工程の前に、打設して事前養生させた混合物は、所望の製品形状に切断されるか、その他の方法で操作される。
【００８１】
本方法の特定の実施形態では、本方法は、多孔質体を形成するプロセス中に、１種または複数種のｐＨ上昇添加剤を添加する工程を含む。そのようなｐＨ上昇添加剤（１種または複数種）としては、硝酸カルシウム四水和物、亜硝酸カルシウム、ＮａＯＨ、炭酸水素ナトリウム、ＯＰＣ、ケイ酸ナトリウム、死焼ＣａＯ、死焼ＭｇＯ、高アルカリ性コンクリート再生材（ＣＲＭ）、スラグ骨材、およびそれらの組み合わせが挙げられる。ｐＨ上昇添加剤（１種または複数種）は、セメント系材料の総量に対して、約１質量％〜約２０質量％の添加量で配合物に添加することができる。これらの添加剤は、低ケイ酸カルシウムセメントとともにミキサー中のドライ混合物に添加される。本明細書で使用するとき、「死焼」ＣａＯおよびＭｇＯは、高温で焼成された結果、反応性がほとんどまたは全くないカルシウムおよびマグネシウムの酸化物である。
【００８２】
本方法の特定の実施形態では、多孔質体は、耐水性を向上させるための１種または複数種の添加剤（例えば、クラスＣフライアッシュ、クラスＦフライアッシュ、高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）、ガラス微粉末、ガラス質アルミノケイ酸カルシウム、シリカフューム、石灰石粉末、およびそれらの組み合わせ）を添加する工程をさらに含む。耐水性添加剤は、セメント系材料の総量に対して、約１質量％〜約２０質量％の添加量で含まれる。これらの添加剤は、低ケイ酸カルシウムセメントとともにミキサー中のドライ混合物に添加され得る。
【００８３】
本方法の特定の実施形態では、多孔質体を形成するプロセス中に、１種または複数種の減水剤、空気連行剤、凝結遅延剤、およびそれらの組み合わせが添加され得る。
【００８４】
本方法の特定の実施形態では、多孔質体は、その中に、補強筋または補強メッシュなどの１種もしくは複数種の鉄または鋼材（例えば、普通炭素鋼、エポキシ被覆鋼、亜鉛メッキ鋼、またはステンレス鋼で作られたもの）を完全にまたは部分的に埋め込んでいる。
【００８５】
本方法の特定の実施形態では、養生は以下の条件下で行われ、中性化低ケイ酸カルシウムセメント複合材料およびそれらから作られる製品を形成する：約大気圧〜約３０ｐｓｉの圧力、約３０℃〜約９０℃の温度、約１０％〜約９０％の相対湿度、ＣＯ２ガスを約１５％〜約１００％の濃度で含む雰囲気。総養生時間は、中性化を開始した日から７日未満、および約８時間以上である。特定の実施形態では、総養生時間は、中性化を開始した日から約１４日未満、および約８時間以上である。他の実施形態では、総養生時間は、中性化を開始した日から約２８日未満、および約８時間以上である。したがって、総養生時間は、約８時間〜約２８日間の範囲であり得る。総養生時間および条件には、上述した上限値および下限値、ならびに所定の範囲内に入る全ての整数が含まれる。総養生時間は、本明細書にさらに記載しているように、任意の事前養生時間を含む。養生は、１段階の養生工程として、打設した混合物に対して実施することができる。代替的に、養生は、２段階以上で実施することができる。例えば、打設した混合物を事前養生させ、事前養生した本体をその型枠から取り出し、その後追加の段階で養生させることができる。上述の養生条件は、十分な中性化と最終的な強度とを付与する必須の養生工程に適用される。事前養生雰囲気が、環境大気、ＣＯ２ガス、またはその２つの組み合わせを順次に、もしくは両方を含有する混合環境を含み得ることを除いて、同じ条件を事前養生に使用することができる。代替的には、養生の各段階が上記の圧力、温度および二酸化炭素濃度の範囲内で実施される間、総養生時間は、長さが２８日以下、長さが１４日以下、長さが７日以下、長さが２４時間以下、または長さが２０時間以下である。
【００８６】
本方法のさらなる実施形態では、低ケイ酸カルシウムセメントから作られた生（非中性化）多孔質体は複数の細孔を持ち、その中の１つまたは複数の細孔内の細孔溶液の初期ｐＨ（すなわち、養生前または事前養生前）が、約１２よりも大きい（例えば、約１２．５より大きい、または約１３より大きい）ことを特徴とする。
【００８７】
本方法の他の実施形態では、低ケイ酸カルシウムセメント多孔質体は、本明細書に記載された条件下での任意の事前養生および養生の段階を含めて中性化され、低ケイ酸カルシウムセメント材料およびそれらから作られる製品が複数の細孔を持ち、細孔の１つまたは複数の中にある改質した細孔溶液のｐＨが、約９．５より大きく、好ましくは約１０より大きく、好ましくは約１１より大きく、好ましくは約１１．５より大きく、好ましくは約１２．０より大きく、好ましくは約１２．５より大きく、好ましくは約１３．０より大きく、好ましくは約１３．５より大きくなるようにする。改質した細孔溶液のｐＨは約９．５〜約１３．５であり得、これらの上限値および下限値、ならびにその範囲内に包含される全ての整数を含んでいる。
【００８８】
本方法の特定の実施形態では、本明細書に記載の低ケイ酸カルシウムセメント材料およびそれらから作られる製品は、圧縮強度が、例えば、３，５００ｐｓｉ以上、約４，０００ｐｓｉ超、約５，０００ｐｓｉ超、約６，０００ｐｓｉ超、約７，０００ｐｓｉ超、約８，０００ｐｓｉ超、約９，０００ｐｓｉ超、または約１０，０００ｐｓｉ以上である中性化体を提供することをさらに特徴とすることができる。圧縮強度は、約３，５００ｐｓｉ〜約１０，０００ｐｓｉであり得、これらの上限値および下限値、ならびにその範囲内に包含される全ての整数を含んでいる。そのような圧縮強度は、中性化を開始した日から７日未満、および約８時間以上の総養生時間で達成され得る。特定の実施形態では、そのような圧縮強度は、中性化を開始した日から約１４日未満、および約８時間以上の総養生時間で達成され得る。他の実施形態では、そのような圧縮強度は、中性化を開始した日から約２８日未満、および約８時間以上の総養生時間で達成され得る。したがって、総養生時間は、約８時間〜約２８日間の範囲であり得る。総養生時間には、上述した上限値および下限値、ならびに所定の範囲内に入る全ての時間値が含まれる。総養生時間は、本明細書にさらに記載しているように、任意の事前養生時間を含む。養生条件および任意の事前養生条件は、本明細書に先に記載している。
【００８９】
特定の実施形態では、本方法は、中性化低ケイ酸カルシウムセメント材料およびそれらから作られる製品を、高ｐＨ溶液（例えば、飽和石灰水）で、細孔溶液のｐＨを上昇させるのに十分な期間処理する工程をさらに含む。いくつかの実施形態では、高ｐＨ溶液への曝露は、低ケイ酸カルシウム系コンクリート中の細孔溶液のｐＨを増加させる。高ｐＨ溶液は、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化カリウムなどの材料で作ることができる。これらの材料の添加量は、０．０１Ｎ〜１Ｎとすることができる。飽和石灰水は、例えば、１Ｌの脱イオン水に２ｇ以上の水酸化カルシウムを入れることで作ることができる。これらの高ｐＨ溶液を使用して、その中に低ケイ酸カルシウム系材料を完全に沈めることができる。
【００９０】
別の方法では、約２インチの高さの堤防を作り、細孔溶液のｐＨを本明細書に記載された値に上昇させるのに十分な時間をかけて、高ｐＨ溶液を低ケイ酸カルシウムセメント本体の表面にポンディングすることにより、これらの低ケイ酸カルシウムセメントに高ｐＨ溶液を浸透させることができる。適切な曝露期間は、特に限定されるものではないが、例えば、少なくとも約１週間であり得る。いくつかの実施形態では、高ｐＨ溶液への曝露は、好ましくは２週間以上である。
【００９１】
さらに別の態様では、本発明は、概して、本明細書に開示の方法によって製造される中性化低ケイ酸カルシウムセメント系複合材料に関する。図１１Ａ〜１１Ｂに図示されるように、本方法は、改質した細孔溶液を有する低ケイ酸カルシウムセメント系複合材料と、少なくとも部分的にその中に埋め込まれた１種もしくは複数種の鉄または鋼材（１２０、１４０）とを含むコンクリート製品（１１０、１３０）を生成することができる。特定の実施形態では、１種もしくは複数種の鉄または鋼材は、普通炭素鋼エポキシ被覆鋼、亜鉛メッキ鋼、および／またはステンレス鋼で作られている。特定の実施形態では、１種もしくは複数種の鉄または鋼材は、補強筋または補強メッシュ（１４０）である。補強要素は任意の従来方法で導入され、例えば、型枠とともに、その中にウェットセメント混合物を導入する前に配筋される。
【００９２】
本発明の低ケイ酸カルシウムセメントから作られたコンクリート複合材料および製品は、製造されたコンクリート製品の耐用年数および実用性において著しい改善を示す。開示の方法に従って製造された低ケイ酸カルシウムセメントから製造されたコンクリート複合材料および製品は、真水および塩水環境の両方において優れた性能を示す。特定の実施形態では、中性化して補強した低ケイ酸カルシウムセメントの腐食は、真水環境では開始されず、少なくとも５０日、または少なくとも６０日、または少なくとも９０日、または少なくとも１８０日、または少なくとも３６０日、または少なくとも７２０日、または少なくとも１４４０日、または少なくとも３６００日、または少なくとも７２００日、または少なくとも１１０００日間、開始されない。他の実施形態では、中性化して補強した低ケイ酸カルシウムセメントの塩水環境での腐食は、少なくとも５０日、または少なくとも６０日、または少なくとも９０日、または少なくとも１８０日、または少なくとも３６０日、または少なくとも７２０日、または少なくとも１４４０日、または少なくとも３６００日、または少なくとも７２００日、または少なくとも１１０００日間、開始されない。
【００９３】
（中性化可能な低ケイ酸カルシウムセメントのプレキャスト製品）
用語「低ケイ酸カルシウム」は、本明細書で先に定義している。「中性化可能」は、本明細書で使用するとき、本明細書に開示の条件下で炭酸化反応を介してＣＯ２と反応する材料を指す。材料は、本明細書に開示の条件下で炭酸化反応を介してＣＯ２と反応しない場合、「中性化不可能」である。例示的な中性化可能なケイ酸カルシウム相には、ＣＳ（珪灰石または偽珪灰石、場合によってはＣａＳｉＯ３またはＣａＯ・ＳｉＯ２として配合）、Ｃ３Ｓ２（ランキン石、場合によってはＣａ３Ｓｉ２Ｏ７または３ＣａＯ・２ＳｉＯ２として配合）、Ｃ２Ｓ（ビーライト、β−Ｃａ２ＳｉＯ４またはラーナイト、Ｃａ７Ｍｇ（ＳｉＯ４）４またはブリジガイト、α−Ｃａ２ＳｉＯ４またはγ−Ｃａ２ＳｉＯ４、および場合によってはＣａ２ＳｉＯ４または２ＣａＯ・ＳｉＯ２として配合）。アモルファス相も、その組成に応じて中性化可能であり得る。これらの材料の各々は、１種もしくは複数種の他の金属イオンおよび酸化物（例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化鉄もしくは酸化マンガン）、またはそれらのブレンドを含み得るか、微量（１％）〜約５０重量％以上に及ぶ量の天然に存在する形態または合成形態（１種もしくは複数種）のケイ酸マグネシウムを含み得る。例示的な中性化不可能なまたは不活性相には、メリライト（（（Ｃａ，Ｎａ，Ｋ）２［（Ｍｇ，Ｆｅ２＋，Ｆｅ３＋，Ａｌ，Ｓｉ）３Ｏ７］）および結晶シリカ（ＳｉＯ２）が含まれる。
【００９４】
本明細書に開示の低ケイ酸カルシウム組成物、相および方法は、ケイ酸カルシウム相の代わりに、またはケイ酸カルシウム相に加えて、ケイ酸マグネシウム相を使用するように適合され得ることを理解されたい。本明細書で使用するとき、用語「ケイ酸マグネシウム」は、例えば、Ｍｇ２ＳｉＯ４（「苦土橄欖石」としても知られる）およびＭｇ３Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２（「タルク」としても知られる）およびＣａＭｇＳｉＯ４（「モンチセライト」としても知られる）を含むマグネシウムシリコン含有化合物の群の１種または複数種から構成される天然に存在する鉱物または合成材料を指し、これらの材料の各々は、１種または複数種の他の金属イオンおよび酸化物（例えば、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化鉄もしくは酸化マンガン）、またはそれらのブレンドを含み得るか、微量（１％）〜約５０重量％以上に及ぶ量の天然に存在する形態または合成形態（１種もしくは複数種）のケイ酸カルシウムを含み得る。
【００９５】
例示的な実施形態では、粉砕ケイ酸カルシウム組成物が使用される。粉砕ケイ酸カルシウム組成物の平均粒径は、マスターサイザー２０００などの市販の粒径分析器を使用して測定すると、約１μｍ〜約１００μｍであり得る（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１μｍ〜約５μｍ、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）。粉砕ケイ酸カルシウム組成物は、かさ密度が約０．５ｇ／ｍＬ〜約３．５ｇ／ｍＬであり得る（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）、タップ密度が約１．０ｇ／ｍＬ〜約１．２ｇ／ｍＬ、ブレーン表面積が約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）であり得る。「ブレーン表面積」は、セメントの細かさの尺度であり、ＡＳＴＭ  Ｃ２０４法により測定される。
【００９６】
本発明の低ケイ酸カルシウム組成物の例示的な実施形態では、ｄ１０粒径が１μｍより大きい粉砕ケイ酸カルシウムが、組成物中に利用される。
【００９７】
任意の適切な骨材を使用して、本発明の中性化可能組成物、例えば、酸化カルシウム含有材料および／またはシリカ含有材料から、複合材料が形成され得る。例示的な骨材には、トラップロック、建設砂、玉砂利などの不活性材料が含まれる。特定の好ましい実施形態では、パーライトまたはバーミキュライなどの軽量骨材も骨材として使用され得る。産業廃棄物などの材料（例えば、フライアッシュ、スラグ、シリカフューム）も、微細充填材として使用され得る。
【００９８】
複数の骨材は、任意の適切な平均粒径および粒度分布を有し得る。特定の実施形態では、複数の骨材の平均粒径は、約０．２５ｍｍ〜約２５ｍｍ（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”、約１／４”、約３／８”、約１／２”、約３／４”）である。
【００９９】
化学混和剤もまた、複合材料に含まれ得る；例えば、可塑剤、凝結遅延剤、促進剤、分散剤、およびその他のレオロジー改質剤。ＢＡＳＦ（登録商標）  ＣｈｅｍｉｃａｌｓのＧｌｅｎｉｕｍ（商標）  ７５００およびＤｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙのＡｃｕｍｅｒ（商標）などの特定の市販の化学剤も含まれ得る。特定の実施形態では、１種または複数種の顔料が、所望の複合材料に応じて、結合マトリックス中に均一に分散され得るか、実質的に不均一に分散され得る。顔料は、例えば、様々な金属の酸化物（例えば、黒色酸化鉄、酸化コバルトおよび酸化クロム）を含む任意の適切な顔料であり得る。顔料は、例えば、黒、白、青、灰色、ピンク、緑、赤、黄色および茶色から選択される任意の色（１種または複数種）であり得る。顔料は、所望の複合材料に応じて任意の適切な量、例えば約０．０重量％〜約１０重量％の範囲の量で存在し得る。
【０１００】
（ＣＳＣセメントの中性化）
中性化可能なＣＳＣ組成物の主な有用性は、中性化して様々な用途で有用な複合材料を形成することができることである。
【０１０１】
以下の反応は、本明細書に開示されているように、ケイ酸カルシウムの炭酸化の間に起こると考えられている。
ＣａＳｉＯ３（ｓ）＋ＣＯ２（ｇ）→ＣａＣＯ３（ｓ）＋ＳｉＯ２（ｓ）（1）
Ｃａ３Ｓｉ２Ｏ７（ｓ）＋３ＣＯ２（ｇ）→３ＣａＣＯ３（ｓ）＋２ＳｉＯ２（ｓ）（2）
Ｃａ２ＳｉＯ４（ｓ）＋２ＣＯ２（ｇ）→２ＣａＣＯ３（ｓ）＋ＳｉＯ２（ｓ）（3）
【０１０２】
一般に、ＣＯ２は、水などの浸透液に溶解する気相として導入される。ＣＯ２の溶解は、酸性炭素種（炭酸、Ｈ２ＣＯ３など）を形成し、その結果、溶液のｐＨが低下する。弱酸性溶液は、ケイ酸カルシウム相からカルシウム種を分解溶解させる。カルシウムは、同様のメカニズムにより、カルシウム含有非晶質相から浸出し得る。浸出したカルシウムカチオンおよび解離した炭酸塩種は、不溶性炭酸塩の析出を引き起こす。シリカリッチ層は、カルシウム枯渇層として鉱物粒子上に残ると考えられる。
【０１０３】
本明細書に開示されるこれらのまたは他の任意の炭酸化反応から生成されるＣａＣＯ３は、いくつかのＣａＣＯ３多形（例えば、カルサイト、アラゴナイト、およびバテライト）の１つまたは複数として存在し得る。ＣａＣＯ３粒子は、好ましくはカルサイトの形態であるが、アラゴナイトまたはバテライトとして、または２つもしくは３つの多形の組み合わせ（例えば、カルサイト／アラゴナイト、カルサイト／バテライト、アラゴナイト／バテライトまたはカルサイト／アラゴナイト／バテライト）としても存在し得る。
【０１０４】
中性化の所望の結果に応じて、任意の適切なグレードのＣＯ２が使用され得る。例えば、純度約９９％の工業用グレードＣＯ２が使用され得、これは、Ｐｒａｘａｉｒ，Ｉｎｃ、Ｌｉｎｄｅ ＡＧ、Ａｉｒ Ｌｉｑｕｉｄｅなどの様々な工業用ガス会社から市販されている。ＣＯ２供給は、所望の蒸気圧、例えば約３００ＰＳＩＧを維持するような温度に調節された液体二酸化炭素の形態で、大きな加圧貯蔵タンク内に保持され得る。このガスは、次に、ＣＯ２養生（中性化）エンクロージャまたはチャンバにパイプで送り込まれる。最も単純なシステムでは、ＣＯ２は、エンクロージャ内の環境大気を置換するのに十分な制御された速度で、エンクロージャ内を流れる。一般的に、パージ時間は、エンクロージャのサイズとＣＯ２ガスが供給される速度とに依存する。多くのシステムでは、エンクロージャ内の空気をパージするこのプロセスは、分単位で測定される時間で実行され、ＣＯ２濃度を妥当なレベルまで上げ、その後養生を実行することができるようにする。単純なシステムでは、次いで、養生反応を促進するのに十分なＣＯ２濃度を維持するように、ＣＯ２ガスが所定の速度でシステムに供給される。
【０１０５】
中性化は、例えば、制御された水熱液相焼結（ＨＬＰＳ）プロセスを介してＣＯ２と反応させて実施され、複合材料の様々な成分をまとめる結合要素を作製し得る。例えば、好ましい実施形態では、ＣＯ２は反応種として使用され、ＣＯ２の隔離と、結果として得られる複合材料における結合要素の生成とを、既存の生産技術とは比較にならないほどのカーボンフットプリントでもたらす。ＨＬＰＳプロセスは、化学反応（１つまたは複数）の自由エネルギーおよび結晶成長による表面エネルギー（面積）の減少によって、熱力学的に駆動される。反応種の輸送に、高融点流体または高温固体媒体を使用する代わりに溶液（水性もしくは非水性）を使用するため、ＨＬＰＳプロセスの反応速度は低温で妥当な速度で進行する。
【０１０６】
ＨＬＰＳ、中性化可能なケイ酸カルシウム系セメント、中性化および結合要素の形成、その装置およびプロセス、ならびに関連するトピックの様々な特徴についての議論は、以下に見出すことができる：米国特許第８，１１４，３６７号、米国特許出願公開第２００９／０１４３２１１号（出願番号１２／２７１，５６６）、米国特許出願公開第２０１１／０１０４４６９号（出願番号１２／９８４，２９９）、米国特許出願公開第２００９／０１４２５７８号（出願番号１２／２７１，５１３）、米国特許出願公開第２０１３／０１２２２６７号（出願番号１３／４１１，２１８）、米国特許出願公開第２０１２／０３１２１９４号（出願番号１３／４９１，０９８）、ＷＯ２００９／１０２３６０（ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８３６０６）、ＷＯ２０１１／０５３５９８（ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５４１４６）、ＷＯ２０１１／０９０９６７（ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２１６２３）、２０１２年１０月１日に出願された米国仮特許出願第６１／７０８，４２３号、および米国特許出願公開第２０１４／０１２７４５０号（出願番号１４／０４５，７５８）、米国特許出願公開第２０１５／０２６６７７８号（出願番号１４／０４５，５１９）、米国特許出願公開第２０１４／０１２７４５８号（出願番号１４／０４５，７６６）、米国特許出願公開第２０１４／０３４２１２４号（出願番号１４／０４５，５４０）、米国特許出願公開第２０１４／０２７２２１６号（出願番号１４／２０７，４１３）、米国特許出願公開第２０１４／０２６３６８３号（出願番号１４／２０７，４２１）、米国特許出願公開第２０１４／０３１４９９０号（出願番号１４／２０７，９２０）、米国特許第９，２２１，０２７号（出願番号１４／２０９，２３８）、米国特許出願公開第２０１４／０３６３６６５号（出願番号１４／２９５，６０１）、米国特許出願公開第２０１４／０３６１４７１号（出願番号１４／２９５，４０２）、米国特許出願公開第２０１６／０３５５４３９号（出願番号１４／５０６，０７９）、米国特許出願公開第２０１５／０２２５２９５号（出願番号１４／６０２，３１３）、米国特許出願公開第２０１５／００５６４３７号（出願番号１４／４６３，９０１）、米国特許出願公開第２０１６／０１６８７２０号（出願番号１４／５８４，２４９）、米国特許出願公開第２０１５／０３３６８５２号（出願番号１４／８１８，６２９）、米国特許出願公開第２０１６／００３１７５７号（出願番号１４／８１７，１９３）、米国特許出願公開第２０１６／０２７２５４４号（出願番号１５／０７４，６５９）、米国特許出願公開第２０１６／００９６７７３号（出願番号１４／８７４，３５０）、米国特許出願公開第２０１６／０３４０２６１号（出願番号１４／７１５，４９７）、米国特許出願公開第２０１６／０２７２５４５号（出願番号１５／０７４，６９２）、米国特許出願公開第２０１７／０１０２３７３号（出願番号１５／２９０，３２８）、米国特許出願公開第２０１７／０１２１２２３号（出願番号１５／３３５，５２０）、米国特許出願公開第２０１７／０２０４０１０号（出願番号１５／４０９，３５２）、米国特許出願公開第２０１７／０２５３５３０号（出願番号１５／４４９，７３６）、米国特許出願公開第２０１７／０２６００９６号（出願番号１５／４５１，３４４）、米国特許出願公開第２０１７／０３２０７８１号（出願番号１５／５８７，７０５）、米国特許出願公開第２０１７／０３４１９８９号（出願番号１５／６０９，９０８）、２０１７年９月２６日に出願された米国出願番号第１５／７１６，３９２号、２０１７年１２月４日に出願された米国出願番号第１５／８３１，１３５号、これらの各々は、あらゆる目的でその全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
【０１０７】
図１〜８は、本明細書に記載した材料のいくつかの間での様々な相の相互関係を示す相図である。
【０１０８】
（結合要素）
中性化プロセスは、１種類以上の微細構造を有する複数の結合要素を微視的に含む中性化複合材料および製品を生成する。集合的に、複数の結合要素は、相互接続された結合マトリックスを形成し、結合強度を生み出し、複合材料を支える。例えば、微細構造結合要素は、以下のようなものであり得る：ＣａＣＯ３粒子に完全にもしくは部分的に包まれている様々な厚さのシリカリッチ層に完全にもしくは部分的に包囲されたケイ酸カルシウムの未反応で中性化可能な相のコアを含む結合要素；ＣａＣＯ３粒子に完全にもしくは部分的に包まれている様々な厚さのシリカリッチ層に完全にもしくは部分的に包囲されたケイ酸カルシウムの中性化可能な相の中性化によって形成されたシリカのコアを含む結合要素；ケイ酸カルシウムの中性化可能な相の中性化によって形成され、ＣａＣＯ３粒子に完全にもしくは部分的に包まれているシリカのコアを含む結合要素；ＣａＣＯ３粒子に完全にもしくは部分的に包まれている中性化不可能な相のコアを含む結合要素；ケイ酸カルシウムの中性化可能な相と部分的に反応したケイ酸カルシウムとの中性化によって形成されたシリカからなる多相コアを含む結合要素であって、多相コアが、ＣａＣＯ３粒子に完全にもしくは部分的に包まれている様々な厚さのシリカリッチ層に完全にもしくは部分的に包囲されている、結合要素；中性化不可能な相および部分的に反応したケイ酸カルシウムからなる多相コアを含む結合要素であって、多相コアが、ＣａＣＯ３粒子に完全にもしくは部分的に包まれている様々な厚さのシリカリッチ層に完全にもしくは部分的に包囲されている、結合要素；または、部分的に反応したケイ酸カルシウムの粒子を含み、明確なコアおよびＣａＣＯ３粒子に包まれているシリカ層がない結合要素；ならびに多孔質粒子を含み、ＣａＣＯ３粒子に包まれている明確なシリカ層がない結合要素。
【０１０９】
シリカリッチ層は、一般的に、結合要素内で、および結合要素によって様々な厚さを示し、典型的には約０．０１μｍ〜約５０μｍである。特定の好ましい実施形態では、シリカリッチ層の厚さは、約１μｍ〜約２５μｍである。本明細書で使用するとき、「シリカリッチ」とは、一般に、材料の成分の中でも顕著なシリカ含有量を指し、例えば、シリカが約５０体積％より大きいことを指す。シリカリッチ層の残りの部分は、大部分がＣａＣＯ３からなり、例えば、約１０体積％〜約５０体積％のＣａＣＯ３である。シリカリッチ層は、不活性または未反応の粒子、例えば約１０体積％〜約５０体積％のメリライトも含み得る。シリカリッチ層は、一般的に、主にシリカである場所から主にＣａＣＯ３である場所への遷移を示す。シリカおよびＣａＣＯ３は、混合した領域または離散した領域として存在し得る。
【０１１０】
シリカリッチ層はまた、結合要素によって様々なシリカ含有量を特徴とし、典型的には約５０体積％〜約９０体積％（例えば、約６０％〜約８０％）である。特定の実施形態では、シリカリッチ層は、一般的に、約５０体積％〜約９０体積％のシリカ含有量、および約１０体積％〜約５０体積％のＣａＣＯ３含有量を特徴とする。特定の実施形態では、シリカリッチ層は、約７０体積％〜約９０体積％のシリカ含有量、および約１０体積％〜約３０体積％のＣａＣＯ３含有量を特徴とする。特定の実施形態では、シリカリッチ層は、約５０体積％〜約７０体積％のシリカ含有量、および約３０体積％〜約５０体積％のＣａＣＯ３含有量を特徴とする。
【０１１１】
シリカリッチ層は、コアの外側表面積の約１％〜約９９％（例えば、約１０％〜約９０％）の様々な被覆率でコアを取り囲み得る。特定の実施形態では、シリカリッチ層は、コアの外側表面積の約１０％未満の被覆率でコアを取り囲む。特定の実施形態では、様々な厚さのシリカリッチ層は、コアの外側表面積の約９０％を超える被覆率でコアを取り囲む。
【０１１２】
結合要素は、任意のサイズおよび任意の規則的もしくは不規則的な、中実または中空形態を示し得、これらは、意図された用途を考慮して、原料の選択および製造プロセスによってどちらかが有利となり得る。例示的な形態には、立方体、直方体、角柱、円盤、ピラミッド、多面体または多面体粒子、円柱、球体、円錐体、リング、チューブ、三日月形、針状、繊維状、フィラメント、フレーク、球体、亜球体、ビーズ、ブドウ、顆粒、長方形、ロッド、波紋などが挙げられる。
【０１１３】
複数の結合要素は、複合製品の所望の特性および性能特性に応じて、任意の適切な平均粒径および粒度分布を有し得る。特定の実施形態では、例えば、複数の結合要素の平均粒径は、約１μｍ〜約１００μｍである（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）。
【０１１４】
結合要素の相互接続されたネットワーク（結合マトリックス）は、任意の適切な材料であり得、任意の適切な粒径および粒度分布を有し得る複数の粗いおよび／または微細な充填剤粒子も含み得る。特定の好ましい実施形態では、例えば、充填剤粒子は、石灰石（例えば、粉砕石灰石）などの炭酸カルシウムリッチ材料から作られる。特定の材料では、充填剤粒子は、石英、雲母、花崗岩、および長石（例えば、粉砕石英、粉砕雲母、粉砕花崗岩、粉砕長石）などのＳｉＯ２系材料またはケイ酸塩系材料の１種または複数種から作られる。
【０１１５】
特定の実施形態では、充填剤粒子は、ガラス、再生ガラス、石炭スラグ、フライアッシュ、炭酸カルシウムリッチ材料および炭酸マグネシウムリッチ材料などの天然、合成および再生材料を含み得る。
【０１１６】
特定の実施形態では、複数の充填剤粒子の平均粒径は、約５μｍ〜約７ｍｍである（例えば、約５μｍ〜約５ｍｍ、約５μｍ〜約４ｍｍ、約５μｍ〜約３ｍｍ、約５μｍ〜約２ｍｍ、約５μｍ〜約１ｍｍ、約５μｍ〜約５００μｍ、約５μｍ〜約３００μｍ、約２０μｍ〜約５ｍｍ、約２０μｍ〜約４ｍｍ、約２０μｍ〜約３ｍｍ、約２０μｍ〜約２ｍｍ、約２０μｍ〜約１ｍｍ、約２０μｍ〜約５００μｍ、約２０μｍ〜約３００μｍ、約１００μｍ〜約５ｍｍ、約１００μｍ〜約４ｍｍ、約１００μｍ〜約３ｍｍ、約１００μｍ〜約２ｍｍ、約１００μｍ〜約１ｍｍ）。
【０１１７】
充填剤粒子に対する結合要素の重量比は、複合材料製品の意図された用途に応じた任意の適切な比率であり得る。例えば、充填剤粒子に対する結合要素の重量比は、約（５〜９９）：約（１〜９５）、例えば、約（１０〜９９）：約（１〜９０）、約（２０〜９９）：約（１〜８０）、約（３０〜９９）：約（１〜７０）、約（５０〜９０）：約（１０〜５０）、約（７０〜９０）：約（１０〜３０）、約（５〜９０）：約（１０〜９５）、約（５〜８０）：約（２０〜９５）、約（５〜６０）：約（４０〜９５）であり得る。用途に応じた特定の実施形態では、充填剤粒子に対する結合要素の重量比は、約（１０〜５０）：約（５０〜９０）、例えば、約（３０〜５０）：約（５０〜７０）、約（４０〜５０）：約（５０〜６０）であり得る。
【０１１８】
結合要素は、意図された用途に応じて、任意のサイズおよび任意の規則的もしくは不規則的な、中実または中空形態を示し得る。例示的な形態には、立方体、直方体、角柱、円盤、ピラミッド、多面体または多面体粒子、円柱、球体、円錐体、リング、チューブ、三日月形、針状、繊維状、フィラメント、フレーク、球体、亜球体、ビーズ、ブドウ、顆粒、長方形、ロッド、波紋などが挙げられる。
【０１１９】
一般に、本明細書でより詳細に論じられるように、結合要素は、反応性前駆体材料（例えば、前駆体粒子）から、変換プロセスを経て製造される。前駆体粒子は、意図された用途のニーズを満たす限り、任意のサイズおよび形状であり得る。変態プロセスは、一般に、前駆体粒子の類似のサイズおよび形状である対応する結合要素をもたらす。
【０１２０】
特定の好ましい実施形態では、充填剤粒子は、石灰石（例えば、粉砕石灰石）などの炭酸カルシウムリッチ材料から作られる。特定の材料では、充填剤粒子は、石英、雲母、花崗岩、および長石（例えば、粉砕石英、粉砕雲母、粉砕花崗岩、粉砕長石）などのＳｉＯ２系材料またはケイ酸塩系材料の１種または複数種から作られる。
【０１２１】
特定の実施形態では、充填剤粒子は、ガラス、再生ガラス、石炭スラグ、炭酸カルシウムリッチ材料および炭酸マグネシウムリッチ材料などの天然、合成および再生材料を含み得る。
【０１２２】
特定の実施形態では、これらの複合材料は、様々な色の視覚的パターンなどの様々なパターン、テクスチャ、および他の特徴を呈し得る。さらに、本発明の複合材料は、従来のコンクリートまたは対応する天然材料と同様の圧縮強度、曲げ強度および吸水特性を示す。
【０１２３】
特定の実施形態では、複合材料は、顔料をさらに含む。顔料は、所望の複合材料に応じて、結合マトリックス中に均一に分散され得るか、実質的に不均一に分散され得る。顔料は、例えば、様々な金属の酸化物（例えば、酸化鉄、酸化コバルト、酸化クロム）を含む任意の適切な顔料であり得る。顔料は、例えば、黒、白、青、灰色、ピンク、緑、赤、黄色および茶色から選択される任意の色（１種または複数種）であり得る。顔料は、所望の複合材料に応じて任意の適切な量、例えば重量比で約０．０％〜約１０％（例えば、約０．０％〜約８％、約０．０％〜約６％、約０．０％〜約５％、約０．０％〜約４％、約０．０％〜約３％、約０．０％〜約２％、約０．０％〜約１％、約０．０％〜約１％、約０．０％〜約０．５％、約０．０％〜約０．３％、約０．０％〜約２％、約０．０％〜約０．１％）の量で存在し得る。
【０１２４】
特定の実施形態では、複合材料の吸水率は約１０％未満であることを特徴とし、これは材料を２４時間水に浸漬することで測定される。２４時間浸漬した材料の質量とオーブン乾燥質量（１０５℃で２４時間乾燥させた場合）との質量差をオーブン乾燥質量で割り、吸水率を求める。いくつかの他の実施形態では、複合材料の吸水率は約８％未満であることを特徴とする。いくつかの他の実施形態では、複合材料の吸水率は約５％未満であることを特徴とする。いくつかの他の実施形態では、複合材料の吸水率は約４％未満であることを特徴とする。いくつかの他の実施形態では、複合材料の吸水率は約３％未満であることを特徴とする。いくつかの他の実施形態では、複合材料の吸水率は約２％未満であることを特徴とする。いくつかの他の実施形態では、複合材料の吸水率は約１％未満であることを特徴とする。
【０１２５】
複合材料は、所望のテクスチャ、パターンおよび物理的特性、特に天然石に特有のもののうちの１つまたは複数を呈し得る。特定の好ましい実施形態では、複合材料は、天然石に似た視覚的パターンを示す。他の特徴には、色（例えば、黒、白、青、ピンク、灰色（淡色〜濃色）、緑、赤、黄色、茶色、シアン（青緑色）または紫）およびテクスチャが含まれる。
【０１２６】
（ＣＯ２制御）
記載の実施形態では、純度約９９％の工業用グレードＣＯ２が使用され、これは、Ｐｒａｘａｉｒ，Ｉｎｃ、Ｌｉｎｄｅ ＡＧ、Ａｉｒ Ｌｉｑｕｉｄｅなどの様々な工業用ガス会社から提供されている。この供給は、約３００ＰＳＩＧの蒸気圧を維持するような温度に調節された液体二酸化炭素の形態で、大きな加圧貯蔵タンク内に保持され得る。このガスは、次に、ＣＯ２養生エンクロージャまたはチャンバにパイプで送り込まれる。最も単純なシステムでは、ＣＯ２は、エンクロージャ内の環境大気を置換するのに十分な速度で、エンクロージャ内を流れる。一般的に、パージ時間は、エンクロージャのサイズとＣＯ２ガスが供給される速度とに依存する。多くのシステムでは、エンクロージャ内の空気をパージするこのプロセスは、分単位で測定される時間で実行され、ＣＯ２濃度を所望のレベルまで上げ、その後養生を実行することができるようにする。単純なシステムでは、次いで、養生反応を促進するのに十分なＣＯ２濃度を維持するように、ＣＯ２ガスが所定の速度でシステムに供給される。
【０１２７】
いくつかの実施形態では、ＣＯ２ガスは、養生チャンバ内の空気とブレンドされ、ＣＯ２濃度は約３０％、または約４０％、または約４５％、または約５０％、または約６０％、または約６５％、または約７０％、または約７５％、または約８０％、または約８５％、または約９０％、または約９５％、または約９９％に維持される。
【０１２８】
一例として、反応中の二酸化炭素濃度を持続させる方法として、最も高価な手法になりがちな「閉ループ」プロセスではあるが、非常に一貫した濃度を保つのに適した方法について述べる。この方法は、系内のＣＯ２濃度を直接測定し、ＰＬＣなどの制御装置を用いて電子／自動制御弁で設定値のＣＯ２濃度を制御する方法である。非分散型赤外線センサ（「ＮＤＩＲ」）などのＣＯ２を直接測定する測定技法を採用することが好ましい。ＮＤＩＲ測定法では、ガスサンプル流が低流量ポンプを介してシステムから引き出される。チラーを使用して、ＮＤＩＲ装置によってサンプリングされる前に、ガス流から水分を抜き出す。そのため、測定器によって求められる測定値には、ガス流の水蒸気成分が含まれていないため、試験サンプルから除去された湿度を考慮して調整する必要がある。システムガス流中の湿度の測定は、乾球−湿球湿度測定技法を用いて、乾球−湿球湿度測定装置を用いて、または異なるタイプの水分センサを用いて行うことができる。真のＣＯ２濃度は、コンピュータ制御システムまたはＰＬＣを使用して計算することができる。いったん真のＣＯ２濃度が分かると、乾燥ＣＯ２が消費されてその時点で必要な設定値を下回ったときに、作動した比例制御弁は乾燥ＣＯ２をシステムに追加することができる。様々な実施形態では、設定値は、必要に応じて、特定の組成物の養生の経験、複合材料試験片の形状およびサイズに基づいて、経時的に変化させることができる。
【０１２９】
（湿度制御）
図９は、本発明の原理に従って加湿する例示的なＣＯ２複合材料養生チャンバの概略図である。そこに図示されているように、配置１０は、二酸化炭素養生チャンバ１２、熱交換器１４、送風機１６、ガス再循環管１８、送水管２０、水噴霧器または蒸気発生器２２、二酸化炭素源２４および比例弁２６を含む。図９では、水供給装置２０が設けられ、養生チャンバ１２内を循環する大気中に水蒸気が添加される。水は、任意の好都合な飲用可能水源であり得る。いくつかの実施形態では、通常の水道水が使用される。いくつかの実施形態では、水は、一般的に要素２２を図示した機構によって蒸気に変換することができる。この機構は、例えば、霧化ノズルもしくは噴霧ノズル、電気蒸気発生器、ガス燃焼蒸気発生器に水を流すことによって、またはチャンバ１２内のガス温度より高く加熱して液体水供給源からの蒸発を引き起こすようにすることによって、具体化することができ、例としては、浸漬ヒータを備えたドラム式反応器が挙げられる。さらに別の実施形態では、流入するガス流の相対湿度を高めるために、加熱された水供給装置を通ってバブリングされた後に、ＣＯ２供給装置２４をシステムに流入することができ、例としては、「フロースルー」または「開ループ」処理用に構成されたドラム式反応器が挙げられる。
【０１３０】
相対湿度は、従来のコンクリート養生だけでなく、ＣＯ２複合材養生においても重要なパラメータである。従来の養生チャンバでは、ほとんどが窒素、酸素、および水蒸気で構成されている湿った空気の雰囲気が存在する。これらのシステムでは、相対湿度は、標準的な静電容量センサ技術によって測定されることがほとんどである。しかし、ＣＯ２養生チャンバのガス雰囲気は、二酸化炭素を主成分とし、これらのセンサの一部のタイプとは相性が悪い。二酸化炭素および水蒸気の乾湿比、または双極子分極水蒸気測定装置、またはチルドミラー湿度計、または静電容量湿度センサを利用する乾球湿球技法などの検知技術は、本明細書に記載のＣＯ２複合材料養生システムにおいて使用することができる。
【０１３１】
養生される製品の種類および形状、チャンバの設計、ならびにチャンバ内の製品の充填効率に応じて、湿度を減少または増加させ、指定の設定値に調整する必要がある場合がある。設定値は、約１％〜約９９％の相対湿度であり得る。湿度を制御するための３つの異なる方法がＣＯ２複合材料養生プロセスに存在し得、それらは単一システムに組み合わせられ得る。ＣＯ２養生システムの一実施形態における１つの加湿方法が、図９に示されている。別の方法では、システムから水分を除去して、複合材料製品をＣＯ２で養生させることができる。相対湿度を下げる簡単な方法は、システム内の湿度の高いガスを、二酸化炭素などの乾燥したガスに置換することである。まだ別の実施形態では、非パージ方法によって相対湿度を低下させ、したがってガスから水蒸気を除去することができ、これは、１つの好ましい実施形態では、水抽出を行うチルド熱交換器である。
【０１３２】
図１０は、湿度制御の複数の方法、ならびに一定の流量または圧力調節を使用してＣＯ２を制御して補充する能力を備え、本発明の原理に従って温度を制御することができる養生チャンバを含む例示的な配置の概略図である。そこに例示されるように、配置４０は、二酸化炭素養生チャンバ４２、細管ヒーター４４、ファンまたは送風機４６、冷却コイル４８、水噴霧器５０、パージ／排気弁５２、ブリード弁５４、復水ドレン５６、復水吐出し管５８、空冷復水器６０、チルド冷却管６２、外気ダンパー弁６４、外気吸気送風機または扇風機６６、外気／雰囲気通気管６８、高流量二酸化炭素ソレノイド７０、二酸化炭素源７２、圧力調整器７４、低圧調整器７６、流量計制御装置７８、低流量二酸化炭素ソレノイド８０、水噴霧ソレノイド８２、および取水口８４を備えている。このシステムは、閉ループ制御またはフィードバックを用いる制御を提供することができるシステムの一例であり、その中では、プロセスサイクルの特定の時期に望まれるＣＯ２濃度、湿度、温度などの運転パラメータの設定値が提供され、制御されているパラメータの実際の値が所望の値であるかどうかの測定が行われる。所望の値からの偏差が測定された場合、パラメータの値を所望の値と一致させるための是正措置が取られる。そのような制御システムは、高価で複雑になる可能性があり、高価値の製品または非常に精密なプロセス条件を必要とする製品に関しては有用である場合がある。
【０１３３】
（温度制御）
いくつかの実施形態では、温度は、熱電対または抵抗温度検出器（ＲＴＤ）などのセンサを利用して測定される。測定信号は、熱交換器に向かうエネルギーを調整し、それによってシステム全体の温度を経時的に調整することができる制御装置またはコンピュータに送り返される。送風機は、製品に移動するガスと、サンプルの水分制御の重要な部分であるチャンバ自体とに熱エネルギーを転送するのを助けることができるため、加熱システムの重要な構成要素である。加熱方法は、電気またはガス燃焼を使用することができる。ジャケットヒーターは、加熱ジャケットと接触しているチャンバを流れるＣＯ２の温度を制御するために利用されてもよく、任意の好都合な熱源を使用することができる。外部加熱手段としては、電気加熱、温水加熱、または熱油加熱が挙げられるが、これらに限定されない。ＣＯ２養生チャンバでは、これまで間接ガス燃焼システムが利用されており、直接燃焼ガスバーナーだと、空気および燃焼生成物がシステム内に引き込まれてＣＯ２が希釈され、ＣＯ２濃度の制御に問題が生じるため、避けられてきた。ドラム式反応器などの一部の小規模システムでは、電気ジャケットヒータを採用して、チャンバ内の発熱体ではなく、チャンバの表面全体を加熱するものもある。
【０１３４】
（気体流量制御）
もう一つの制御パラメータは、システム内で養生される材料にわたるガス速度である。ガス速度は、チャンバ設計、バッフル設計、扇風機のサイズ、扇風機の速度／パワー、扇風機の数、システム内の温度勾配、システム内のラック設計、およびシステム内のサンプル形状を含むが、これらに限定されないプロセス装置変数に大きく依存し得る。チャンバ内のガス速度を制御する最も簡単な方法は、送風機の速度（ＲＰＭ）を調整することであり、典型的には可変周波数ドライブを利用して送風機モーターの速度を制御できるようにすることで行われる。送風機を使用して、ガスを所望の速度で養生チャンバ内を循環させることができる。システム内のガス速度は、ピトー管測定およびレーザードップラー検出システムを含むがこれらに限定されない様々な技法を介して、システム内で測定される。ガス速度の測定信号は、コンピュータシステムまたはプログラマブル論理制御装置に送り返され、養生プロファイルの制御パラメータとして利用され得る。
【０１３５】
本開示は、本明細書に含まれる正確な内容に限定されない。当業者に明らかな組み合わせおよび／または修正が、本開示の範囲内で想定される。本発明の特定の態様を例示するために、いくつかの非限定的な例を以下に記載する。
【実施例】
【０１３６】
（実施例１．ｐＨ−中性化期間−圧縮強度の関係）
本明細書で定義される中性化低ケイ酸カルシウムセメント系複合材料、および製品（商業的には、Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．によりＳｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）として製造される）における腐食の開始を抑制するための第１の方法では、コンクリートの細孔内に存在する細孔溶液の最終ｐＨは、養生期間を最適化することを含む方法によって上げられる。これは、腐食の発生を遅らせるために重要である。Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）は、強度、耐久性、およびコンクリートの使用目的に応じて、様々な混合割合で製造することができる。フライアッシュ、スラグ、ＶＣＡＳ、石灰石粉末などの他の充填材と組み合わせたセメントは、セメント系材料とも呼ばれ、Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）１立方メートル当たりの含有量は、２５０〜５００ｋｇ、好ましくは３５０〜４５０ｋｇである。Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）１立方メートル当たりの砂の含有量は７００〜１０００ｋｇであり、１／４”骨材の含有量は５００〜６００ｋｇであり、３／８”骨材の含有量は４００〜５５０ｋｇである。これらの固形材料に加えて、市販の減水混和剤、空気連行混和剤、凝結遅延混和剤を、様々な添加量レベルで使用した。セメント系材料には、低ケイ酸カルシウムセメントであるＳｏｌｉｄｉａ  Ｃｅｍｅｎｔ（商標）、フライアッシュ、スラグ、ガラス質アルミノケイ酸カルシウム（ＶＣＡＳ）および普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）などの反応性充填材、石灰石微粉末、シリカフューム、ガラス粉末などの非反応性充填材が含まれていた。減水混和剤は、液体形態であり得、約３ｍｌ〜約１２ｍｌ／セメント含有量１ｋｇの量で添加され得、空気連行剤は、液体形態であり得、液体形態であり得、約１ｍｌ〜約７ｍｌ／セメント含有量１ｋｇの添加量で添加され得る。凝結遅延剤も、液体形態であり得、約３〜約１０ｍｌ／ｋｇの添加量で添加され得、腐食防止混和剤も、液体形態であり得、約１０〜約３０ｍｌ／セメント含有量１ｋｇの添加量で添加され得る。
【０１３７】
実施例１では、異なる４種類のＳｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）混合物に使用した全成分の実際の量を表１に示す。実施例−１−混合−２は対照のＳｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）であり、実施例−１−混合−１は、Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｅｍｅｎｔ（商標）を２０質量％のＯＰＣと６質量％のＶＣＡＳに置き換えた３成分混合物である。実施例−１−混合−３および実施例−１−混合−４は、総セメント含有量が４５０ｋｇ／ｍ３と高く、それぞれ石灰石微粉末およびＯＰＣで１０％セメント置換したコンクリートであった。しかし、いくつかの実施形態では、これらの反応性または非反応性充填材のいずれかでのセメント置換は、５０％まで高くすることができる。
【０１３８】
以下の標準的な混合手順を用いて、Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）混合物を形成した。
ａ．  ミキサーに全ての砂を注ぐ。３０秒間混合する。
ｂ．  ミキサーが作動している間に混合水の１０％をミキサーに注ぐ。
ｃ．  全ての空気連行混和剤を加え、１分間混合する。
ｄ．  ミキサーに粗骨材の５０％を加える。
ｅ．  ミキサーにＳｏｌｉｄｉａＣｅｍｅｎｔを含む全てのセメント系材料を加える。
ｆ．  ミキサーに粗骨材の残りの５０％を加える。
ｇ．  混合水の５０％を加え、続いて減水混和剤を加え、３０秒間混合し、部分的にウェットなコンクリート混合物を生成する。
ｈ．  部分的にウェットなコンクリート混合物に凝結遅延剤を加え、ミキサーを３０秒間回す。
ｉ．  混合物を目視で確認した上で、ウェットコンクリート混合物に残りの水を加える。濡れすぎている場合は、残りの水を入れない。
ｊ．  ウェットコンクリート混合物をミキサーで３分間混合する。
ｋ．  ウェットコンクリート混合物をミキサーの中で１分間放置する。
ｌ．  ウェットコンクリート混合物をさらに１分間混合する。
【０１３９】
減水剤：コンクリート業界では、減水剤、およびポリカルボン酸塩、リグノスルホン酸塩、有機減水剤などの高性能減水剤を使用して、特に、混合物の施工性および流動性を向上させ、使用する水量を減らしながら、最終的な養生特性を向上させる。例示的な減水剤には、以下のものが挙げられる：ＭａｓｔｅｒＧｌｅｎｉｕｍ  １４６６、ＭａｓｔｅｒＧｌｅｎｉｕｍ  ３０３０、ＭａｓｔｅｒＧｌｅｎｉｕｍ  ３４００、ＭａｓｔｅｒＧｌｅｎｉｕｍ  ７５００、ＭａｓｔｅｒＧｌｅｎｉｕｍ  ７５１１、ＭａｓｔｅｒＧｌｅｎｉｕｍ  ７７００、ＭａｓｔｅｒＧｌｅｎｉｕｍ  ７７１０、ＭａｓｔｅｒＧｌｅｎｉｕｍ  ７９２０、ＭａｓｔｅｒＧｌｅｎｉｕｍ  ７９２５（ＢＡＳＦ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）；Ｅｕｃｏｎ  １０３７、Ｅｕｃｏｎ  ３７、Ｅｕｃｏｎ  ５３７、Ｅｕｃｏｎ  ＳＰ、Ｅｕｃｏｎ  ＳＰＪ、Ｐｌａｓｔｏｌ  ５０００、Ｐｌａｓｔｏｌ  ５７００、Ｐｌａｓｔｏｌ  ６２００ＥＸＴ、Ｐｌａｓｔｏｌ  ６４００、Ｐｌａｓｔｏｌ  ６４２５、Ｐｌａｓｔｏｌ  ＳＰＣ、Ｐｌａｓｔｏｌ  Ｕｌｔｒａ  １０９、Ｐｌａｓｔｏｌ  Ｕｌｔｒａ  ２０９、Ｅｕｃｏｎ  Ｘ−１５、Ｅｕｃｏｎ  Ｘ−２０、Ｅｕｃｏｎ  ＭＲ、Ｅｕｃｏｎ  ＭＲＸ、Ｐｌａｓｔｏｌ  ３４１、Ｐｌａｓｔｏｌ  ３４１Ｓ、Ｐｌａｓｔｏｌ  ６４２０（Ｅｕｃｌｉｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）；およびＳｉｋａｍｅｎｔ  ＳＰＭＮ、Ｓｉｋａｍｅｎｔ−４７５、Ｓｉｋａｍｅｎｔ  ６１０、Ｓｉｋａｍｅｎｔ  ６８６、Ｓｉｋａ  Ｖｉｓｃｏｒｅｔｅ  １０００、Ｓｉｋａ  Ｖｉｓｃｏｃｒｅｔｅ  ２１００、Ｓｉｋａ  Ｖｉｓｃｏｒｅｔｅ  ２１１０、Ｓｉｋａ  Ｖｉｓｃｏｃｒｅｔｅ  ４１００およびＳｉｋａ  Ｖｉｓｃｏｃｒｅｔｅ  ６１００（Ｓｉｋａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）。
【０１４０】
空気連行剤：コンクリート業界では、ビンゾール樹脂、木質系樹脂、アルキルアリールスルホン酸塩などの空気連行剤を使用して、性能および耐久性、例えば、限定されないが、凍結融解サイクルなどによる劣化に対する耐性を向上させる。例示的な空気連行剤には、以下のものが挙げられる：Ｅｕｃｏｎ  ＡＥＡ−９２Ｓ、Ｅｕｃｏｎ  ＡＥＡ−９２、Ｅｕｃｏｎ  Ａｉｒ  ３０、Ｅｕｃｏｎ  Ａｉｒ  ４０、Ｅｕｃｏｎ  Ａｉｒ  ＭＡＣ６、Ｅｕｃｏｎ  Ａｉｒ  ＭＡＣ１２、Ｅｕｃｏｎ  Ａｉｒ  Ｍｉｘ２００、Ｅｕｃｏｎ  Ａｉｒ  Ｍｉｘ２５０、Ｅｕｃｏｎ  Ａｉｒ  Ｍｉｘ（Ｅｕｃｌｉｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）；ＭａｓｔｅｒＡｉｒ  ＡＥ  ２００、ＭａｓｔｅｒＡｉｒ  ＡＥ  ４００、ＭａｓｔｅｒＡｉｒ  ＡＥ９０、ＭａｓｔｅｒＡｉｒ  ＶＲ  １０（ＢＡＳＦ  Ｍａｓｔｅｒ  Ｂｕｉｌｄｅｒｓ）；および  Ｓｉｋａ  ＡＥＡ−１４、Ｓｉｋａ  Ａｉｒ  ２６０、Ｓｉｋａ  Ａｉｒ  ３６０、Ｓｉｋａ  Ａｉｒ、Ｓｉｋａ  Ｍｕｌｔｉ  Ａｉｒ  ２５（Ｓｉｋａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）。
【０１４１】
凝結遅延剤：コンクリート業界では、スクロース、グルコースまたはグルコン酸ナトリウム系薬剤を使用する。例示的な凝結遅延剤には、以下のものが挙げられる：ＭａｓｔｅｒＳｅｔ  Ｒ１００、ＭａｓｔｅｒＳｅｔ  Ｒ  １２２、ＭａｓｔｅｒＳｅｔ  Ｒ  ３００、ＭａｓｔｅｒＳｅｔ  Ｒ  ９６１（ＢＡＳＦ  Ｍａｓｔｅｒ  Ｂｕｉｌｄｅｒｓ）；Ｅｕｃｏｎ  ＨＣ、Ｅｕｃｏｎ  ＬＲ、Ｅｕｃｏｎ  ＮＲ、Ｅｕｃｏｎ  Ｒｅｔａｒｄｅｒ  ７５、Ｅｕｃｏｎ  Ｒｅｔａｒｄｅｒ  １００（Ｅｕｃｌｉｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）；ならびにＰｌａｓｔｉｍｅｎｔ、Ｐｌａｓｔｉｍｅｎｔ  ＥＳおよびＰｌａｓｔｉｍｅｎｔ  ＸＲ  （Ｓｉｋａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）。
【０１４２】
【表１】
2021514922.tif 000003
【０１４３】
コンクリート円筒形試験片（１８）を、標準的な混合手順に従い、前述の混合割合通りにパン型ミキサーで混合したＳｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）で打設した。コンクリート円筒形試験片（直径４”×高さ８”）を、環境チャンバ内に、型枠と一緒に７０℃、相対湿度５０％で４時間放置した。試験片を脱型し、ＣＯ２濃度が９５％を超えるＣＯ２養生チャンバに大気圧および７０℃で入れ、１日目に２０時間の中性化養生を行った。
【０１４４】
中性化チャンバ内のコンクリートバッチの試験片のうち、６個の試験片は２０時間の中性化後に取り出し、さらに６個の試験片は４４時間後に取り出し、６個の試験片は６５時間の中性化後に取り出した。ＣＯ２養生を２０時間、４４時間および６５時間行ったＳｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）のｐＨ、圧縮強度およびフェノールフタレイン指示薬試験による目視検査を評価した。
【０１４５】
コンクリートの圧縮強度は、ＡＳＴＭ  Ｃ３９に準じて、中性化チャンバ内で試験片を一定期間養生した後に測定した。
【０１４６】
未養生の生コンクリートのｐＨ測定手順は、以下の通りであった：
【０１４７】
１．  最初に、代表サンプルを最小の粗骨材の公称サイズよりも小さい次のふるいグレードに揺り動かしながら通し、コンクリートのモルタル画分を得る。これらのバッチの場合、Ｎｏ．４のふるいで十分である。
【０１４８】
２．  ｐＨプローブが試験管内に落ちないほど十分に小さい試験管に、プローブが試験管内で届く高さまでモルタルを充填する。
【０１４９】
３．  脱イオン水をモルタルの約１センチ上まで加え、完全に混合する。水位がモルタルの１ｃｍ上を下回った場合、脱イオン水またはモルタルを試験管に補充する。
【０１５０】
４．        サンプルを１分間静置し、ｐＨ測定を行う。あるいは、プローブをすぐに試験管に入れてもいいが、測定値が安定するまで時間をおく必要がある。
【０１５１】
ＣＯ２養生チャンバで中性化した後のＳｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）のｐＨ測定手順は、以下の通りであった。
【０１５２】
１．  圧縮試験のシリンダー残留物を採取し、その破片を回収する。回収した破片がシリンダの特定の部分からのみである場合は、試験および代表に十分な量の破片が回収されるまで、スレッジハンマーでシリンダを割る。
【０１５３】
２．        破片をＮｏ．３０のふるいにかけ、サンプルを得る。このサンプルには、セメント粉末、ケイ質材料、粗骨材の断片が含まれている。
【０１５４】
３．  ｐＨプローブが試験管内に落ちないほど十分に小さい試験管に、プローブが試験管内で届く高さまでサンプルを充填する。
【０１５５】
４．  脱イオン水をサンプルの約１センチ上まで加え、完全に混合する。水位がサンプルの１ｃｍ上を下回った場合、脱イオン水を試験管に補充する。
【０１５６】
５．  サンプルを１分間静置し、ｐＨ測定を行う。あるいは、プローブをすぐに試験管に入れてもいいが、測定値が安定するまで時間をおく必要がある。
【０１５７】
混合１〜４のｐＨおよび圧縮強度を中性化時間の関数として評価し、以下のデータを生成した。
【表２】
2021514922.tif 000004
【０１５８】
図１２〜１５は、ＣＳＣコンクリートについて２つの関係を示している。１つ目は中性化期間とｐＨ（実線）であり、２つ目は中性化期間と圧縮強度（点線）である。上記の表の３つのデータ点はそれぞれ、各図のｐＨおよび圧縮強度の曲線に表示されている。２つの曲線は、養生期間を変化させることによって、Ｓｏｌｉｄｉａ  ＣｏｎｃｒｅｔｅのｐＨを操作することができることを示している。また、中性化チャンバ内の養生条件を変更することによっても操作することができる。さらに、セメント系材料の種類および量などの混合物組成の変化も、影響を与えるパラメータとして使用することができる。これらの曲線間の関係は、コンクリートが適切な強度と耐食性（すなわち、所望の改質した細孔溶液ｐＨ）とを達成するための所望の条件を確認するための基礎を提供する。もう一つの要因は、養生する本体の断面の厚さである。厚い部材は、養生が断面の中心に到達し、適切な強度を与えるのに時間がかかる。多数の要因が関係していることを考えると、最終的な中性化材料において全ての所望の目標を達成することは、複雑な課題である。
【０１５９】
例えば、図１２（実施例１、混合１）は、ｐＨを１１．５以上に維持することを目的とする場合、養生時間は約２０時間〜３０時間強であることを示している。この長さの時間で養生すると、約５，０００〜６，０００ｐｓｉの圧縮強度が得られる。
【０１６０】
図１３（実施例１、混合２）は、ｐＨを１１．５以上に維持する場合、この混合での養生時間を約２０〜２５時間に制限すべきであることを示している。この長さの時間で養生すると、約４，０００〜５，０００ｐｓｉの圧縮強度が得られる。
【０１６１】
図１４に示した例（実施例１、混合３）では、約２０時間の養生時間で、ｐＨが１１．５以上になるのは最初だけである。その後の養生で、ｐＨは１１．５未満の値にまで低下する。この混合を約２０時間養生させることで得られる圧縮強度は、２，０００ｐｓｉをわずかに上回る。
【０１６２】
図１５では、この混合が養生時間の全期間（２０〜６５時間）を通して１１．５を超えるｐＨ値を示したことがわかる。しかし、少なくとも３，５００ｐｓｉの圧縮強度は、約５０時間の養生時間が経過するまで達成されなかった。約５０＋〜６５時間の間養生した場合、ｐＨは１１．５を超える（さらには１２．０を超える）値に維持され、近位で３，５００〜５，０００ｐｓｉの圧縮強度が達成された。
【０１６３】
（実施例２  気孔率、収着性、および通気性の低減）
普通炭素鋼で補強されたＣＳＣコンクリートの腐食の開始を抑制する第２の方法によれば、コンクリートの耐水性の向上は、腐食の開始の発現を遅らせる。
【０１６４】
Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）は、強度、耐久性、およびコンクリートの使用目的に応じて、様々な混合割合で製造することができる。フライアッシュ、スラグ、ＶＣＡＳ、石灰石粉末などの他の充填材と組み合わせたセメントは、セメント系材料とも呼ばれ、Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）１立方メートル当たりの含有量は、２５０〜５００ｋｇ、好ましくは３５０〜４５０ｋｇである。Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）１立方メートル当たりの砂の含有量は７００〜１０００ｋｇであり、１／４”骨材の含有量は５００〜６００ｋｇであり、３／８”骨材の含有量は４００〜５５０ｋｇである。これらの固形材料に加えて、市販の減水混和剤、空気連行混和剤、凝結遅延混和剤を、様々な添加量レベルで使用した。セメント系材料には、ＣＳＣセメントであるＳｏｌｉｄｉａ  Ｃｅｍｅｎｔ（商標）、フライアッシュ、スラグ、ガラス質アルミノケイ酸カルシウム（ＶＣＡＳ）および普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）などの反応性充填材、石灰石微粉末、シリカフューム、ガラス粉末などの非反応性充填材が含まれていた。減水混和剤は、３〜１２ｍｌ／セメント含有量１ｋｇであり得、空気連行剤は、１ｍｌ〜７ｍｌ／セメント含有量１ｋｇであり得る。凝結遅延剤は、３〜１０ｍｌ／ｋｇであり得、腐食防止剤は、１０〜３０ｍｌ／セメント含有量１ｋｇの添加量で添加され得る。
【０１６５】
実施例２では、異なる３種類のコンクリート混合物に使用した全成分の実際の量を表２に示す。実施例−２−混合−１は対照ＯＰＣ混合であり、実施例−２−混合−２は、充填材のない対照Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｅｍｅｎｔ（商標）混合である。実施例−２−混合−３は改質したＳｏｌｉｄｉａ  Ｃｅｍｅｎｔ（商標）であり、Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｅｍｅｎｔ（商標）を６質量％のＶＣＡＳに置き換えたものである。しかし、セメント置換は、ＶＣＡＳとで３％〜８％とすることができるか、反応性もしくは非反応性充填材両方の様々な材料とで他の割合とすることができる。
【０１６６】
低ＣＳＣ系コンクリートを、低ＣＳＣ系セメントを用いて、標準的な混合手順に従い、前述の混合割合通りにパン型ミキサーで製造した。円筒形コンクリート試験片（４”×８”）を、環境チャンバ内に、型枠と一緒に７０℃、ＲＨ５０％で４時間放置した。試験片を脱型し、ＣＯ２濃度が９５％を超えるＣＯ２養生チャンバに大気圧および７０℃で入れ、１日目に２０時間の中性化養生を行った。
【０１６７】
中性化チャンバ内のコンクリートバッチの試験片の３分の１は２０時間の中性化後に、次の３分の１は４４時間後に、残りの試験片は６５時間の中性化後に取り出した。２０時間反応させたコンクリートのｐＨ、圧縮強度、フェノールフタレイン指示薬試験による目視検査を行った。この手順では、フェノールフタレイン溶液１ｇをエチルアルコール７０ｍｌと混合し、その後脱イオン水を加えて１００ｍｌに希釈する。フェノールフタレイン指示薬と呼ばれるこの溶液を、切断したばかりで、洗浄して風乾させたコンクリート表面に噴霧する。ピンク色は、部分的に中性化された領域または中性化されていない領域を示している。完全に中性化された領域はピンク色を示さない。目視検査では、コンクリート表面からの緩い材料の落下をチェックし、これは表面が弱いか、表面の反応が不十分であることの徴候である。
【表３】
2021514922.tif 000005
【０１６８】
耐水性を向上させるために使用した充填材は、クラスＣまたはクラスＦフライアッシュ、高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）、ガラス微粉末、ＶＣＡＳ、シリカフューム、石灰石粉末およびそれらの組み合わせである。ＶＣＡＳ、クラスＣフライアッシュ、シリカフューム、ＧＧＢＦＳなどの単一成分の添加について、ＣＳＣコンクリートで評価した。表２に、ＶＣＡＳを添加したそのような混合物（実施例−２−混合−３）を１つ示す。ＶＣＡＳの添加によりＣＳＣコンクリートに最適化された水の浸入は、図１６〜１８で示されており、これは、ＣＳＣコンクリート（実施例−２−混合−２）と比較して、通気性、収着性および気孔率が低減されたためである。図１６−１８は、参照ＯＰＣコンクリートである実施例−２−混合−１の通気性、収着性および気孔率の値も示している。水の輸送は、コンクリート構造物の耐久性を向上させるために不可欠なものであり、Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅにおいて、様々な種類の充填材（反応性および非反応性）を添加することで改良することができる。充填材は通常、セメント粒子間の小さな細孔を埋め、コンクリート混合物中の固形物の全体的な充填性を向上させる。充填材は、典型的には、セメント粒子間の小さな気孔を充填し、コンクリート混合物中の固形物の全体的なパッキングを改善する。この結果、気孔率および通気性が低くなり、屈曲度が高くなる。これらは、鋼の腐食に影響を与える水分または塩などの化学物質の浸入を減らすために望ましい特性である。
【０１６９】
（実施例３．養生後に様々な化学物質を添加して高ｐＨのＣＳＣコンクリートを製造するプロセス）
第３の方法では、中性化後、ｐＨが低い低ＣＳＣ系コンクリートのｐＨを上げることにより、ｐＨが高いＣＳＣコンクリートを開発する。
【０１７０】
Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）は、強度、耐久性、およびコンクリートの使用目的に応じて、様々な混合割合で製造することができる。Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）のセメント系材料の含有量は、２５０〜５００ｋｇ／ｍ３、好ましくは３５０〜４５０ｋｇ／ｍ３であり、砂の含有量は７００〜１０００ｋｇ／ｍ３、１／４”骨材は５００〜６００ｋｇ／ｍ３、３／８”骨材は４００〜５５０ｋｇ／ｍ３を使用することができる。これらの固形材料に加えて、市販の減水剤、空気連行剤、凝結遅延剤を、様々な添加量レベルで使用した。セメント系材料には、低ケイ酸カルシウム系の中性化可能セメントであるＳｏｌｉｄｉａ  Ｃｅｍｅｎｔ（商標）、フライアッシュ、スラグ、ガラス質アルミノケイ酸カルシウム（ＶＣＡＳ）および普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）などの反応性充填材、石灰石微粉末、シリカフューム、ガラス粉末などの非反応性充填材が含まれていた。減水剤は、３〜１２ｍｌ／セメント含有量１ｋｇであり得、空気連行剤は、１ｍｌ〜７ｍｌ／セメント含有量１ｋｇであり得る。凝結遅延剤は、３〜１０ｍｌ／ｋｇであり得、腐食防止剤は、１０〜３０ｍｌ／セメント含有量１ｋｇの添加量で添加され得る。
【０１７１】
実施例３では、異なる４種類のＳｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ混合物に使用した全成分の実際の量を表１に示す。
【０１７２】
１８個の低ＣＳＣ系コンクリート円筒形試験片を、ＣＳＣ系セメントを用いて、標準的な混合手順に従い、表１に示す混合割合通りにパン型ミキサーで製造した。円筒形コンクリート試験片（直径４”×高さ８”）を、環境チャンバ内に、型枠と一緒に７０℃、ＲＨ５０％で４時間放置した。試験片を脱型し、オートクレーブに大気圧および７０℃および相対湿度５０％で入れ、６５時間の中性化養生を行った。
【０１７３】
低ＣＳＣ系コンクリート円筒形試験片を飽和石灰水に２週間浸漬し、そこに含まれる細孔溶液のｐＨを上昇させた。図１９は、飽和石灰水に２週間浸漬する前後の４種類のＣＳＣ系コンクリート試験片のｐＨを示したものである。反応したＣＳＣコンクリートのｐＨは、初期のｐＨまたは組成に関係なく上昇したが、従来のＯＰＣコンクリートのｐＨと比較するとはるかに低いことがはっきりとわかる。これらのコンクリートの半電池電位で測定される腐食の開始は、何も処理していない対照の低ＣＳＣ系コンクリートと比較して、約２週間遅れた。
【０１７４】
実施例−１−混合−２を使用して、普通炭素鋼鉄筋を用いたＡＳＴＭ  Ｇ１０９試験片を作製し、塩基性溶液による中性化後処理で、細孔溶液のｐＨを上げた後の性能を評価した。
【０１７５】
ＡＳＴＭ  Ｇ１０９試験片では、角柱試験片の最上層は０．７５インチ（１９ｍｍ）のコンクリートカバーを備えた１本の鉄筋で構成され、最下層は２本の鉄筋で構成されている。２層の補強材は１００オームの抵抗器で電気的に接続されている。角柱試験片を、３％（重量）の塩化ナトリウム水溶液で４日間ポンディングし、３日間乾燥状態に保った；これらのサイクルを、上下の鉄筋間で所定の電荷量が測定されるまで継続した。鉄筋のマクロセル腐食電流および半電池電位（ＨＣＰ）値（対銅−硫酸銅電極（ＣＳＥ））をモニターした。
【０１７６】
中性化後処理の評価には、１ＭのＫＯＨ溶液を使用し、ＡＳＴＭ  Ｇ１０９試験片をこの溶液に３週間浸漬した。対照サンプルも含まれており、これは１ＭのＫＯＨ溶液に浸漬させる中性化後処理にさらさなかったものであった。両方のサンプルを、上述したようにさらした。
【０１７７】
図２０は、１ＭのＫＯＨで処理したＡＳＴＭ Ｇ１０９試験片および処理していないＡＳＴＭ Ｇ１０９試験片の、塩溶液でのポンディング前および塩溶液でのポンディング後の例示的な半電池電位値を示している。これらのコンクリートにおける腐食の開始は、何も処理していない対照のＣＳＣコンクリートと比較して、約２週間遅れた。
【０１７８】
（実施例４．様々な化学物質を添加してｐＨが高い低ケイ酸カルシウムセメント系コンクリートを製造するプロセス（ＣＯ２養生チャンバでの養生前））
第４の方法では、混合プロセス中に、低ＣＳＣ系コンクリート混合物に高ｐＨ付与添加剤を添加することにより、養生したＳｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）の細孔溶液ｐＨを上げる。高ｐＨ付与添加剤の例は、硝酸カルシウム四水和物、亜硝酸カルシウム、ＮａＯＨ、炭酸水素ナトリウム、ＯＰＣ、ケイ酸ナトリウム、死焼ＣａＯ、死焼ＭｇＯ、高アルカリ性コンクリート再生材（ＣＲＭ）、スラグ骨材、およびそれらの組み合わせである。
【０１７９】
そのような２つのタイプの混合物（実施例−４−混合−２および実施例−４−混合−３）を、円筒形およびＡＳＴＭ  Ｇ１０９試験片の製造に使用した混合割合とともに、表３に示す。実施例−４−混合−１は、対照Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）混合物の一例であり、総セメント系材料の含有量がコンクリート１立方メートル当たり４１６ｋｇ、砂の含有量が９１３ｋｇ、１／４”骨材が５８３ｋｇ、３／８”骨材がコンクリート１立方メートル当たり４８５ｋｇである。実施例−４−混合−２は、ＣＳＣセメントの１０％をＯＰＣに置き換えた混合設計であり、セメント置換として、セメントの総含有量はコンクリート１立方メートル当たり４５０ｋｇである。実施例−４−混合−３は改質したＳｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）であり、Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｅｍｅｎｔ（商標）を６質量％のＶＣＡＳと２０質量％のＯＰＣに置き換え、硝酸カルシウム四水和物を３０ｍｌ／セメント含有量１ｋｇ重で混合物に添加したものである。しかし、本開示の範囲内では、セメント置換は、ＶＣＡＳとで１％〜１０％、ＯＰＣとで５％〜２５％とすることができるか、反応性充填材または非反応性充填材両方の様々な材料とで他の割合とすることができる。
【０１８０】
６個の円筒形コンクリート試験片（４”×８”）、普通炭素鋼が埋め込まれた３個のＡＳＴＭ  Ｇ１０９試験片（４．５”×６”×１１”）、および３個の凍結融解試験片（３”×４”×１６”）を、各混合について作製した。これらの試験片を、環境チャンバ内に、型枠と一緒に７０℃、ＲＨ５０％で４時間放置した。試験片を脱型し、大気圧でＣＯ２濃度が９５％を超えるＣＯ２養生チャンバに７０℃および相対湿度５０％で入れ、６５時間の中性化養生を行った。
【０１８１】
中性化チャンバ内のコンクリートバッチの円筒形試験片のうち４個を、６５時間の中性化後に取り出した。これらの円筒形試験片を、１本の円筒を２分割に切断し、フェノールフタレイン指示薬を噴霧して、各養生時間後のｐＨを推定することにより、圧縮試験、ｐＨ測定および目視検査を行った。実施例−４−混合−１、実施例−４−混合−２および実施例−４−混合−３のｐＨは、それぞれ９．５０、１０．６０および１０．６５であった。
【表４】
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【０１８２】
コンクリートの圧縮強度は、ＡＳＴＭ  Ｃ３９に準じて、中性化チャンバ内で試験片を一定期間養生した後に測定した。実施例−４−混合−１、実施例−４−混合−２、および実施例−４−混合−３の強度は、それぞれ８６２０ｐｓｉ、７０２０ｐｓｉおよび６５３３ｐｓｉであった。
【０１８３】
各腐食試験には、３個のＡＳＴＭ  Ｇ１０９試験片を使用した。
【０１８４】
腐食試験片で測定したＨＣＰ値は、上部鉄筋と下部鉄筋の両方で−３５０ｍＶを超えており、普通炭素鋼補強材ではるかに高いレベルの腐食活性を示していた。
【０１８５】
図２１には、真水にさらした試験片のＨＣＰ値を示し、図２２には、塩水にさらした試験片のＨＣＰ値を示す。図２０から分かるように、高ｐＨのＣＳＣコンクリート混合物はいずれも−３５０ｍＶよりも大きい負のＨＣＰ値を示し、真水に１４５日間完全にさらした後でも腐食が始まらない可能性があることを示している。図２０から、低ｐＨのＣＳＣコンクリートは、曝露の最初の週から−５００ｍＶより小さい負のＨＣＰ値を示し、模擬腐食を示していることがわかる。
【０１８６】
同様に、図２２からわかるように、高ｐＨのＣＳＣコンクリート（実施例−５−混合−３）は、−３５０ｍＶよりも大きい負のＨＣＰ値を示し、Ｗ／Ｄサイクルで塩水溶液に６３日間完全にさらした後でも腐食が始まらないことを示しているのに対し、高ｐＨ混合２は２１日間のみ良好であった。これは、ここで試験した高ｐＨのＣＳＣコンクリートが、真水および塩水の両方において、それぞれ１４５日および６０日まで良好な性能を示すことを表している。
【０１８７】
（実施例４Ａ．ｐＨが低い低ＣＳＣ系コンクリートおよびｐＨが高い低ＣＳＣ系コンクリートの凍結融解耐久性）
表３に記載の混合設計で製造したサンプルについて、低ＣＳＣ系コンクリート（低ｐＨ）および改質したＣＳＣコンクリート（高ｐＨ）の凍結融解（ＦＴ）耐久性を、ＡＳＴＭ  Ｃ６６６の手順に従って評価した。図２３は、３００回のＦＴサイクルにさらした後のＣＳＣコンクリートの相対動弾性係数の平均値を示している。この試験は、埋込型炭素鋼補強材の耐食性に加えて、ｐＨが低い低ＣＳＣ系コンクリートおよびｐＨが高い低ＣＳＣ系コンクリート混合物（より高いｐＨ値）の寒冷気象条件への適合性を評価するために実施したものである。
【０１８８】
図２２から、試験した全てのＣＳＣコンクリートのＲＤＭＥ値が９０％を超えているため、ｐＨが低い低ＣＳＣ系コンクリートおよびｐＨが高い低ＣＳＣ系コンクリート混合物の両方が、３００回のＦＴサイクルを正常に乗り切ったことがわかる。これは、ＡＳＴＭ  Ｃ６６６で推奨されている最小値（６０％）よりもはるかに優れている。このことは、耐食性を高めるためにｐＨが高い低ＣＳＣ系コンクリートに改良を加えても、凍結融解耐久性に悪影響を及ぼさなかったことを示している。
【０１８９】
様々なタイプのＣＳＣコンクリートで作製し、１５０回および３００回の凍結融解サイクルにさらした３”ｘ４”ｘ１６”コンクリート試験片を目視検査したところ、３００回のＦＴサイクル後に、改質したＣＳＣコンクリートの目に見えるスケーリングは観察されなかった。したがって、凍結融解試験において、同様にＡＳＴＭ  Ｃ６６６６の仕様に適合するが、表面からコンクリートの若干のスケーリングを示す低ｐＨのＣＳＣコンクリートと比較して、ｐＨが高い低ＣＳＣコンクリートは優れた性能を示すと結論付けることができる。
【０１９０】
（実施例５．ＣＯ２養生チャンバ内の二酸化炭素ガス濃度を下げることによる、低ＣＳＣ系コンクリートのｐＨの上昇）
提案する第５の方法では、ＣＯ２養生チャンバ内の二酸化炭素濃度を１０％〜９５％の範囲に維持することにより、反応したコンクリートのｐＨをより高いレベルに維持することができる）。
【０１９１】
実施例５では、実施例−５−混合−１は、充填材を含まない対照Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）混合物であり、実施例−５−混合−２は、セメント置換として２０％のＯＰＣを含み、コンクリート１立方メートル当たりの総セメント含有量が４１５ｋｇであるものである。しかし、セメント置換は、ＯＰＣとで１％〜３０％とすることができるか、反応性充填材または非反応性充填材両方の様々な材料とで他の割合とすることができる。この例では、相対湿度６０％の空気中、６０℃の相対湿度チャンバ内での初期前処理の後に、中性化チャンバ内でのコンクリート養生を６０％のＣＯ２濃度で２０時間および４０時間行った。いくつかの実施形態では、減水剤は、３〜１２ｍｌ／セメント系材料１ｋｇであり得、空気連行剤は、１ｍｌ／ｋｇ〜７ｍｌ／セメント系材料１ｋｇであり得る。凝結遅延剤は、３ｍｌ〜１０ｍｌ／セメント系材料１ｋｇであり得る。
【０１９２】
実施例５では、使用した全成分の実際の量を表４に示す。濃度は４５％〜１００％であり得るが、この実施例では、２種類の異なるレベルのＣＯ２濃度（６０％および８０％）がＳｏｌｄｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｃｔｒｏｌｅ（商標）の中性化養生に使用されている。
【０１９３】
低ＣＳＣコンクリートを、低ＣＳＣを用いて、標準的な混合手順に従い、混合割合通りにパン型ミキサーで製造した。円筒形コンクリート試験片（４”×８”）を、環境チャンバ内に、型枠と一緒に６０℃、ＲＨ６０％で３時間放置した。試験片を脱型し、大気圧および６０℃および相対湿度６０％で、ＣＯ２濃度８０％のオートクレーブに入れ、６５時間の中性化養生を行った。
【０１９４】
中性化６５時間後に、中性化チャンバ内の両コンクリートバッチから６個の円筒形試験片を、圧縮強度試験、ｐＨ測定および目視検査用に取り出した。
【表５】
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【０１９５】
コンクリートの圧縮強度は、ＡＳＴＭ  Ｃ３９に準じて、試験片を６０℃および６０％ＲＨで６５時間、中性化チャンバ内のＣＯ２濃度を下げた状態で養生した後に測定した。前述のように、反応したＣＳＣコンクリートのｐＨを測定した。
２つの異なるレベルのＣＯ２濃度（６０％および８０％）で６５時間養生させた２つのＳｏｌｉｄｉａ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（商標）混合物の圧縮強度およびｐＨ値を、図２４に示す。図２４から明らかなように、実施例−５−混合−１は、ＣＯ２濃度８０％の場合に比べて、ＣＯ２濃度６０％の場合に高い圧縮強度を獲得することがわかる。しかし、実施例−５−混合−２では、ＣＯ２濃度８０％のレベルで高い圧縮強度を得ている。このように、混合設計にＯＰＣを添加することで、所与のＣＯ２濃度での強度発現に影響を与えることがわかる。図２４より、これらのコンクリートの細孔溶液ｐＨの測定値は、約１１．３０以上となり、普通炭素鋼が不動態状態（腐食活動が起こらない状態）を維持していることがわかる。図２５は、実施例５の混合１〜２の養生条件を示す。
【０１９６】
出願人の開示は、図面を参照して好ましい実施形態において本明細書に記載されており、その中で、類似の番号は、同一または類似の要素を表す。本明細書全体を通して、「１つの実施形態」、「一実施形態」、または類似の言語への言及は、実施形態に関連して説明した特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。したがって、本明細書全体を通して、「１つの実施形態では」、「一実施形態では」、および類似の言葉の出現は、全て同じ実施形態を指す場合があるが、必ずしもそうではない。
【０１９７】
出願人の開示の記載された特徴、構造、または特性は、１つまた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、出願人の組成物および／または方法が、１つまたは複数のそれら特定の詳細なしに、または他の方法、構成要素、材料などを用いて実施され得ることを認識するであろう。他の実施形態では、よく知られている構造、材料、または操作は、本開示の態様を不明瞭にすることを避けるために、詳細に示したり、説明していない。
【０１９８】
本明細書の特許請求の範囲内の他の実施形態は、本明細書または本開示の実施形態を本明細書に開示の通り考慮すると、当業者には明らかであろう。本明細書は例示のみを目的とすると見なされ、範囲および趣旨は特許請求の範囲によって示されていることが意図される。
【０１９９】
上記を考慮すると、いくつかの利点が達成され、他の利点が獲得されることが分かるであろう。
【０２００】
本開示の範囲から逸脱することなく、様々な変更が上記の方法および組成物においてなされ得るため、上記の記述に含まれる全ての事項は、例示的なものとして解釈され、限定的な意味で解釈されるものではないことが意図される。
【０２０１】
本明細書で引用された全ての参考文献は、参照により本明細書に組み込まれる。本明細書における参考文献の議論は、単に著者による主張を要約することを意図しており、いかなる参照も先行技術を構成することを認めるものではない。出願人は、引用された参考文献の正確性および適切性に異議を唱える権利を留保する。
【０２０２】
本出願で使用される成分、構成要素、反応条件などの量を表す数値は、全ての場合において「約」という用語によって修飾されていると理解されるべきである。記載されている数値範囲およびパラメータにかかわらず、本明細書に提示されている主題の広い範囲は概算であり、記載されている数値は可能な限り正確に示されている。しかしながら、どのような数値であっても、例えば、それぞれの測定技法に見られる標準偏差から明らかなように、本質的に特定の誤差または不正確さを含む場合がある。本明細書で引用した機能はいずれも、「手段」という用語が明示的に使用されていない限り、米国特許法第１１２条第６項を発動していると解釈されるべきではない。
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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