(57)【要約】  本発明は、従来のコンクリート用川砂が砂漠砂／球状砂で置き換えられている、砂漠砂などの低品質砂、水硬性結合材（セメント）及び細繊維状セルロースを含むコンクリート及びモルタルミックスならびにその組成物を提供する。本開示はさらに、コンクリート／モルタル及び砂を水硬性結合材（セメント）に付着させる接着添加剤としての細繊維状セルロース、例えば、セルロースナノフィラメント（ＣＦ）、セルロースナノフィラメント、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）、ならびにコンクリートを作る方法に関する。この方法は、個々の砂粒が互いに対して滑動するのを防止する方法に関するものでもあり、そのため同様に建築材料の安定性に役立つ。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水硬性結合材と、
２．９未満の粗粒率を有する砂と、
細繊維状セルロースと、
を含む、コンクリート組成物。
【請求項２】
砂の粗粒率が２．１１未満である、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記砂が砂漠砂またはオタワ砂である、請求項１または請求項２に記載の組成物。
【請求項４】
前記砂漠砂が黄色砂漠砂、砂丘砂、カタール砂漠砂、ゴビ砂漠砂、赤色砂漠砂、黒色砂漠砂またはそれらの組合せである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項５】
前記細繊維状セルロースがセルロースナノフィラメント（ＣＦ）、セルロースナノフィラメント、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）またはミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項６】
前記細繊維状セルロースの平均長が約２ｍｍ以下であり、平均幅が約３ｎｍ〜約５００ｎｍである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項７】
前記水硬性結合材が、ポルトランドセメント、高アルミナセメント、石灰セメント、キルンダストセメント、高リン酸塩セメント、粉砕造粒溶鉱炉スラグセメント、フライアッシュ、石灰、石膏及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項８】
前記水硬性結合材がポルトランドセメントである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項９】
水硬性結合材に対する前記細繊維状セルロースの重量％が、前記水硬性結合材の５重量％未満である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１０】
前記水硬性結合材に対する前記細繊維状セルロースの重量％が０．０５重量％〜２．５重量％の範囲にある、請求項１〜９のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１１】
粗骨材をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１２】
前記粗骨材が、砂利、粗いもの、ケイ酸塩、クレイ、金属酸化物、金属水酸化物またはそれらの混合物である、請求項１１に記載の組成物。
【請求項１３】
前記粗骨材の平均粒径が約５ｍｍ〜約４０ｍｍの範囲にある、請求項１１または請求項１２に記載の組成物。
【請求項１４】
２．９を上回る粗粒率を有する砂をさらに含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１５】
２．９を上回る粗粒率を有する前記砂が天然砂である、請求項１４に記載の組成物。
【請求項１６】
前記天然砂が川砂、河岸砂、海浜砂またはそれらの組合せである、請求項１４または請求項１５に記載の組成物。
【請求項１７】
２．９を上回る粗粒率を有する前記砂がＬａｆａｒｇｅ砂である、請求項１４に記載の組成物。
【請求項１８】
前記組成物が、コンクリート／モルタルミックス、コンクリートミックス、モルタルミックス、モルタル組成物、またはコンクリート／モルタル砂接着添加剤である、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１９】
コンクリート組成物を調製する方法であって、
水硬性結合材を提供することと、
２．９未満の粗粒率を有する砂を提供することと、
細繊維状セルロースを提供することと、
前記水硬性結合材と前記砂漠砂と前記細繊維状セルロースとを混合することと、
を含み、前記細繊維状セルロースが、前記水硬性結合材及び前記砂に付着する網状組織を作り出す、前記方法。
【請求項２０】
砂の粗粒率が２．１１未満である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記砂が砂漠砂またはオタワ砂である、請求項１９または請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記砂漠砂が黄色砂漠砂、砂丘砂、カタール砂漠砂、ゴビ砂漠砂、赤色砂漠砂、黒色砂漠砂またはそれらの組合せである、請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記細繊維状セルロースがセルロースナノフィラメント（ＣＦ）、セルロースナノフィラメント、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）またはミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）である、請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記細繊維状セルロースの平均長が約２ｍｍ以下であり、平均幅が約３ｎｍ〜約５００ｎｍである、請求項１９〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記水硬性結合材が、ポルトランドセメント、高アルミナセメント、石灰セメント、キルンダストセメント、高リン酸塩セメント、粉砕造粒溶鉱炉スラグセメント、フライアッシュ、石灰、石膏及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１９〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記水硬性結合材がポルトランドセメントである、請求項１９〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
水硬性結合材に対する前記細繊維状セルロースの重量％が、前記水硬性結合材の５重量％未満である、請求項１９〜２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記水硬性結合材に対する前記細繊維状セルロースの重量％が０．０５重量％〜２．５重量％の範囲にある、請求項１９〜２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
粗骨材を添加することをさらに含む、請求項１９〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記粗骨材が、砂利、粗いもの、ケイ酸塩、クレイ、金属酸化物、金属水酸化物またはそれらの混合物である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記粗骨材の平均粒径が約５ｍｍ〜約４０ｍｍの範囲にある、請求項２９または請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
２．９を上回る粗粒率を有する砂を追加で混和することをさらに含む、請求項１９〜３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
２．９を上回る粗粒率を有する前記砂が天然砂である、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記天然砂が川砂、河岸砂、海浜砂またはそれらの組合せである、請求項３２または請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
２．９を上回る粗粒率を有する前記砂がＬａｆａｒｇｅ砂である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記コンクリート組成物を硬化させる及び流し込み成形することをさらに含む、請求項１９〜３５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年２月１３日に出願された米国仮出願第６２／６２９，８５１号の利益を主張するものであり、これをもって参照によりその内容の全体を援用する。
【０００２】
技術分野
本開示は、総じてコンクリート及びモルタル材料における砂漠砂／球状砂などの低品質の砂及び細繊維状セルロース材料の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
技術の背景
細骨材（砂）、粗骨材（砂利）及び水硬性結合材（セメント）は、水と組み合わせたときにごく一般的な建設材料を生成するコンクリート及びモルタルを製造するために使用される主要な原材料である。これら３つの原材料のうち骨材−砂及び砂利−は、原材料投入量（２０１０年は１年に２８．６ギガトン）の最も大きな割合を占め、世界全体で最も多く採取される材料群である（Ｔｏｒｒｅｓ  ｅｔ  ａｌ．，２０１７，Ｓｃｉｅｎｃｅ，３５７：９７０−９７１）。砂は、形状で分類される均一なものではなく、外形が楕円形で鋭角に尖ったものからほぼ球形で滑らかなものまである。粗面及び鋭角に尖った形状を有する中間〜粗い砂、例えば河岸砂または海岸砂粒は、コンクリートを作るのに好ましい。他方、砂漠砂は、楕円形に近い球形状及び滑らかな表面を有する細砂に分類され、コンクリート及びセメントまたは海での埋立地造成に使用するのには適していないと考えられる。
【０００４】
川砂、または岩石由来の砕砂は、コンクリートを製造するための細骨材の第１選択肢である。しかしながら、川砂及び海浜砂は、世界中の建設産業によるそれへの莫大な需要のために、ほとんど枯渇している。海浜、島及び海洋から浚い上げた海洋砂は、コンクリートを作るために使用され得るものの、コンクリートの腐食を特に鉄骨鉄筋コンクリートにおいて防ぐためには、高い塩含有量を取り除くための強力な洗浄を必要とする。海底の浚渫は甚大な環境被害を生み、さらには舞い上がる砂嵐、生物の死滅、珊瑚礁及び他の生息場所の破壊を引き起こし、そしてそれは水循環のパターンを変化させる。いくつかの極端なシナリオでは、地球全体の砂の蓄えの過剰搾取は地域を危険に曝しており、砂の違法な浚い上げに関する激しい紛争に駆り立てている。
【０００５】
この川砂／角張った砂が不足する危機を乗り越えるべく、砂漠砂を建設用砂とて使用する取組みが世界中で行われている。ＷＯ８４／０２５２０は、石英砂が原材料として使用されて１４００〜１６５０℃での焼結へと給送された後に成型される方法を教示している。この方法で得られた物体をタイル、床タイル、瓦レンガ及び他の建築材料として使用することができる。しかしながら、それらはコンクリートの微粒状骨材の代替を提供しない。
【０００６】
Ｕ．Ｓ．２０１７／０１５２１７６には、熱処理を用いて砂漠砂を溶融させて中間体としての薄板製品を形成する方法が記載されている。溶融砂漠砂の薄板をその後に粉砕して、天然に存在する川砂、海洋砂、または岩石由来の人工粉砕砂に類似した粗面を有し鋭角に尖った砂利が得られた。砂漠砂は少なくとも１７００℃の砂漠砂の融点にまで加熱された。所望の結果を得るには１８１０℃までの温度が必要とされ、これは集中的エネルギー消費を必要とする手法である。Ｕ．Ｓ．２０１７／０１５２１７６にはまた、太陽光線を集束させることによって溶融温度をもたらす方法も教示されているが、温度を正確に調節することができない。
【０００７】
ＣＮ１０６２５３５には、道路建設のために砂漠砂を使用する方法が教示されており、この場合、砂漠砂骨材を接着するペーストとしてのセメントに代えて酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）及びシリカ（二酸化ケイ素、ＳｉＯ２）を含有するケイ酸ナトリウム（水ガラス）を使用する。必要な耐水特性を得るためには水ガラスの混和物を８０℃に加熱しなければならない。
【０００８】
ＷＯ２０１１／１３２８４１には、土、産業廃棄物、海洋砂及び砂漠砂を結合する一連の無機塩からなる硬化性材料について記載されている。硬化性塩は、塩化マグネシウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、硫酸ナトリウム、三リン酸ナトリウム及びリグノスルホン酸ナトリウムを含む。
【０００９】
ＤＥ２０２００６０１２３９６には、結合材としての１８％以下の合成樹脂、例えば、ポリエステル樹脂、メタクリル酸メチル樹脂、エポキシ樹脂または他の反応性樹脂を他の化学添加剤及び共促進剤と共に使用して砂漠砂でポリマーコンクリートを製造する方法が記載されている。ポリマーコンクリートは、合成樹脂の含有量が高いため、建築材料に使用される従来のコンクリートは異なる。
【００１０】
ＣＮ１０５０３６６５１及びＣＮ１０５０３６６５２の各々には、セメントと砂骨材との結合性を確保するためにセメント要求量を増加させつつ、砂漠砂を使用して通常の建設用砂の一部を置き換える方法が教示されている。記載されているセメント／コンクリートミックス中には飛灰及び減水剤も使用されていた。
【００１１】
ＣＮ１０６６９９２１８には、砂漠砂、セメント、石膏、酸化カルシウム（生石灰）及び発泡剤を使用して水と混合する方法が記載されている。混和物は成型され、一定期間を掛けて固化した。固化したレンガを後に加圧蒸気で硬化させて建設用途のコンクリートレンガを形成する。
【００１２】
より優れた力学的性能及び耐久性を有するコンクリート組成物を開発するために、ナノサイズ物体（ナノ金属酸化物、ナノクレイ、カーボンナノファイバー及びカーボンナノチューブなど）をコンクリートに組み込んでそのナノ構造の操作及びそのマクロ挙動の制御を行う試みがなされてきた。
【００１３】
粗面を有する鋭角に尖った形状を要求する高品質な建設用砂に対する世界の需要を満たすために、経済的で大量生産可能で環境に優しい解決策を提示する方法が提供される必要が依然としてある。さらに、コンクリート製造のため、埋立地の修復に使用するため、及び低品質砂による高品質コンクリートの製造のために利用することができる、莫大な量の砂漠砂を使用する手段が提供される必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
概要
一態様によれば、水硬性結合材、２．９未満の粗粒率を有する砂、及び細繊維状セルロースを含む、コンクリート組成物が提供される。
【００１５】
一実施形態では、砂の粗粒率は２．１１未満である。
【００１６】
さらなる実施形態では、砂は砂漠砂またはオタワ砂である。
【００１７】
別の実施形態では、砂漠砂は黄色砂漠砂、砂丘砂、カタール砂漠砂、ゴビ砂漠砂、赤色砂漠砂、黒色砂漠砂またはそれらの組合せである。
【００１８】
さらなる実施形態では、細繊維状セルロースは、セルロースフィラメント（ＣＦ）、セルロースナノフィラメント、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）またはミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）である。
【００１９】
一実施形態では、細繊維状セルロースの平均長は約２ｍｍ以下であり、平均幅は約３ｎｍ〜約５００ｎｍである。
【００２０】
別の実施形態では、水硬性結合材は、ポルトランドセメント、高アルミナセメント、石灰セメント、キルンダストセメント、高リン酸塩セメント、粉砕造粒溶鉱炉スラグセメント、フライアッシュ、石灰、石膏及びそれらの組合せからなる群から選択される。
【００２１】
詳しい実施形態において、水硬性結合材はポルトランドセメントである。
【００２２】
一実施形態では、水硬性結合材に対する細繊維状セルロースの重量％は、水硬性結合材の５重量％未満である。
【００２３】
別の実施形態では、水硬性結合材に対する細繊維状セルロースの重量％は０．０５重量％〜２．５重量％の範囲にある。
【００２４】
一実施形態では、本明細書に記載の組成物は、粗骨材をさらに含む。
【００２５】
一実施形態では、粗骨材は、砂利、粗いもの、ケイ酸塩、クレイ、金属酸化物、金属水酸化物またはそれらの混合物である。
【００２６】
代替実施形態では、粗骨材の平均粒径は約５ｍｍ〜約４０ｍｍの範囲にある。
【００２７】
一実施形態では、本明細書に記載の組成物は、２．９を上回る粗粒率を有する砂をさらに含む。
【００２８】
別の実施形態では、２．９を上回る粗粒率を有する砂は天然砂である。
【００２９】
一実施形態では、天然砂は川砂、河岸砂、海浜砂またはそれらの組合せである。
【００３０】
別の実施形態では、２．９を上回る粗粒率を有する砂はＬａｆａｒｇｅ砂である。
【００３１】
一実施形態では、組成物は、コンクリート／モルタルミックス、コンクリートミックス、モルタルミックス、モルタル組成物、またはコンクリート／モルタル砂接着添加剤である。
【００３２】
さらに提供されるのは、コンクリート組成物を調製する方法であって、水硬性結合材を提供すること、２．９未満の粗粒率を有する砂を提供すること、細繊維状セルロースを提供すること、及び水硬性結合材と砂漠砂と細繊維状セルロースとを混合することを含み、細繊維状セルロースが、水硬性結合材及び砂に付着する網状組織を作り出す、当該方法である。
【００３３】
一実施形態では、本明細書に記載の方法は、粗骨材を添加することをさらに含む。
【００３４】
一実施形態では、本明細書に記載の方法は、２．９を上回る粗粒率を有する砂を追加で混和することをさらに含む。
【００３５】
別の実施形態では、本明細書に記載の方法は、コンクリート組成物を硬化させる及び流し込み成形することをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
これより、添付の図面に言及する。
【００３７】
【図１−１】異なる供給源からの砂の倍率２５倍での光学顕微鏡写真を示し、（Ａ）は黄色砂漠砂、典型的には、ゴビ砂漠、サハラ砂漠、カラクム砂漠、タール砂漠、ルート砂漠、アラビア砂漠及びモハベ砂漠からのものであり、（Ｂ）は川砂であり、（Ｃ）はオタワ砂であり、（Ｄ）は砂丘砂であり、（Ｅ）はＬａｆａｒｇｅ建設用砂であり、（Ｆ）はカタール砂漠砂である。
【図１−２】異なる供給源からの砂の倍率２５倍での光学顕微鏡写真を示し、（Ｇ）はゴビ砂漠砂であり、（Ｈ）は赤色砂漠砂、典型的には、オーストラリアの砂漠、ナミブ砂漠、カラハリ砂漠、マダガスカルスパイニー砂漠及びソノラン砂漠からのものであり、（Ｉ）は、カラハリ砂漠、カラクム砂漠、セチュラ砂漠、太平洋上及びインド洋上の島の砂漠からの黒色砂漠砂である。
【００３８】
【図２】砂の（ＡＳＴＭ  Ｃ１３６−０１）に準じた篩分析であり、（Ａ）は、粒径に対する積算通過パーセントを示し、（Ｂ）は、粒径に対する個々の保持画分を示し、１はＬａｆａｒｇｅ建設用砂であり、２はオタワ砂であり、３は黄色砂漠砂であり、４は砂丘砂であり、５はカタール砂漠砂であり、６はゴビ砂漠砂であり、７は赤色砂漠砂であり、８は黒色砂漠砂である。
【００３９】
【図３】試験に使用した金属製円筒（左、寸法５．１ｃｍ、直径×５．１ｃｍ高さ、容積１０４ｃｍ３）及び右側の一実施形態によるコンクリート組成物試料によるフローテーブル試験構成の写真であり、この写真においてコンクリート混和物は、セメントと砂漠砂とセメント結合材の比率に対して０．３％のＣＦとからなるものであり、水／セメント（Ｗ／Ｃ）比率は１であり、砂／セメント（Ｓ／Ｃ）比率は２である。
【００４０】
【図４】水／セメント比率が１で砂／セメント比率が２であるときのセメント砂モルタルの流動性を示す写真であり、試料（１）は、黄色砂漠砂で作られたモルタルであり（直径２１．３ｃｍの流動性を有する）、試料（２）は、一実施形態に従って砂漠砂とセメントに対して０．１４％のＣＦとから作られたもの（直径１５．５ｃｍを有する）であり、試料（３）は、一実施形態に従って黄色砂漠砂とセメントに対して０．２７５％のＣＦとから作られたものであり、試料４は、一実施形態に従って黄色砂漠砂とセメントに対して１．４％のＣＦとで作られたものであり、試料５は、ＣＦなしで川砂で作られたセメントモルタル（直径１５．１ｃｍを有する）であった。
【００４１】
【図５】図４からの砂漠砂を使用した乾燥モルタル試料の写真であり、試料１は、亀裂を示している黄色砂漠砂で作られた乾燥モルタルであり、試料２、３、４は、亀裂が観察されず形状を保持している黄色砂漠砂及びＣＦで作られた乾燥モルタルである。
【００４２】
【図６】Ｗ／Ｃ比率が１であるモルタル試料の倍率２５倍での顕微鏡写真であり、（Ａ）では、セルロースフィラメントを含まずセメントと黄色砂漠砂とで試料が作られており、亀裂が観察され、（Ｂ）では、一実施形態に従ってセメントと黄色砂漠砂とセメントに対して０．３％のＣＦとで試料が作られており、（Ｃ）では、試料は川砂で作られた乾燥モルタルである。
【００４３】
【図７】各々水／セメント比率を０．６３とし砂／セメント比率を２として調製した４つのフローテーブル試験試料を示す写真であり、試料１は、セルロースフィラメントなしで黄色砂漠砂から作られたものであり、試料２は、本明細書に記載の一実施形態に従って黄色砂漠砂とセメントに対して０．１％のＣＦとから作られたものであり、試料３は、本明細書に記載の一実施形態に従って黄色砂漠砂とセメントに対して０．３％のＣＦとから作られたものであり、試料４は、本明細書に記載の一実施形態に従って黄色砂漠砂とセメントに対して０．７０％のＣＦとから作られたものである。
【００４４】
【図８】異なる種類のセルロースナノ／マイクロフィラメントを含むＷ／Ｃ＝１のセメント黄色砂漠砂モルタルの写真であり、（１）はＣＦなしでセメントと砂漠砂とで作られた対照試料であり、（Ａ１）はＣＦを１．５％、（Ａ２）はＣＦを３％、（Ｂ１）はＭＦＣ１を１．５％、（Ｂ２）はＭＦＣ１を３％、（Ｃ１）はＣＮＦを１．５％、（Ｃ２）はＣＮＦを３％、（Ｄ１）はＭＦＣ２を１．５％、そして（Ｄ２）はＭＦＣ２を３％含む、セメント黄色砂漠砂モルタルミックスである。
【００４５】
【図９】ＣＦ（０．５％及び１％）を含む異なる種類の砂ミックスを表し、（Ａ）は左から右に、オタワ砂、川砂、赤色砂漠砂、黄色砂漠砂、黒色砂漠砂であり、（Ｂ）においてオタワ砂は種々の比率のＣＦと結合し、（Ｃ）は、１％のＣＦを含む黄色砂漠砂のＳＥＭによって特徴付けられた微細構造であり、ＣＦが砂漠砂粒の表面上に結合性網状組織を形成して個々の砂粒の互いに対する滑動を防ぐことを明らかに認めることができる。
【００４６】
【図１０】ＳＥＭ写真であり、（Ａ）では、セメントペーストと砂粒との接着性が劣るセメント砂漠砂モルタルを示し、（Ｂ）では、相間相互作用遷移ゾーン（ＩＴＺ）におけるセメントと砂漠砂とのＣＦ接着を示し、（Ｃ）では、０．２５％のＣＦを含むセメントと砂漠砂とのモルタルの中のＣＦ網状組織を示し、（Ｄ）では、ＣＦ（０．２５％）が、セメント粒子及び砂漠砂を繋ぎ止める適切な接着を提供して、砂粒子を保持する３Ｄ網状組織を形成して、相互作用遷移ゾーン（ＩＴＺ）での個々の砂粒の互いに対する滑動を防ぐ、という観察結果が示されている。
【００４７】
【図１１】異なる種類の砂を含むフレッシュコンクリートミックスの水／セメント比率に対するスランプの柱状図であり、（１）はＬａｆａｒｇｅ砂、（２）はオタワ砂、（３）は黄色砂漠砂、（４）は砂丘砂である。オタワ砂（２）のスランプは０．４１の水／セメント比率で７５ｍｍであり、０．４２のｗ／ｃではオタワ砂のスランプは１０９ｍｍに達したがＬａｆａｒｇｅ砂（１）のスランプは０．４８のＷ／Ｃでたったの１８ｍｍであり、０．４８のＷ／Ｃではオタワ砂のスランプは１９７であるがＬａｆａｒｇｅ砂（１）のスランプは７３ｍｍである。
【００４８】
【図１２】（Ａ）Ｗ／Ｃ＝０，４８５でＬａｆａｒｇｅ砂、（Ｂ）Ｗ／Ｃ＝０．４１、Ｓ／Ｃ＝２でオタワ砂、（Ｃ）Ｗ／Ｃ＝０，４８５、Ｓ／Ｃ＝２で黄色砂漠砂を含むモルタル混合物における水和熱流量及び積算水和を示す。
【００４９】
【図１３】異なるＣＦ比率を有しＬａｆａｒｇｅ砂を使用したコンクリートミックスの硬化時間に対する圧縮強度を示す。
【００５０】
【図１４】異なるＣＦ比率を有しオタワ砂を使用したコンクリートミックスの硬化時間に対する圧縮強度を示す。
【００５１】
【図１５】異なるＣＦ比率を有し砂漠砂を使用したコンクリートミックスの硬化時間に対する圧縮強度を示す。
【００５２】
【図１６】異なるＣＦ比率を有し砂丘砂を使用したコンクリートミックスの硬化時間に対する圧縮強度を示す。
【００５３】
【図１７】硬化２８日目のコンクリートミックスの曲げ強度を示し、試料（１）はＬａｆａｒｇｅ砂、（２）はオタワ砂、（３）は黄色砂漠砂、（４）は砂丘砂である。
【００５４】
【図１８】硬化２８日目のコンクリートミックスの割裂強度を示し、試料（１）はＬａｆａｒｇｅ砂、（２）はオタワ砂、（３）は黄色砂漠砂、（４）は砂丘砂である。
【００５５】
【図１９】通常の建設用砂を含むＣＦ補強コンクリートの破断表面を示す写真であり、（Ａ）は、ＣＦを添加していないコンクリートの写真であり、多くの白い点で示される破断表面を示しているが、これは、貼り付いたセメントと、骨材との間の界面遷移ゾーン（ＩＴＺ）で破損が起こったことを示唆しており、（Ｂ）は、セメントに対して０．２５％のＣＦを含むコンクリートの写真であり、割れ面にいくつかの黒い点があることを示しているが、これは、骨材間で破損が起こったことを示唆しており、（Ｃ）は、０．５％のＣＦを含むコンクリートの写真であり、割れ面にはより多くの黒い点があるが、これは、より粗い骨材が破壊されたことを示唆している。
【００５６】
【図２０】通常の建設用砂を含みＣＦが添加されたコンクリートの割裂引張割れ面を示す写真であり、（Ａ）では、ＣＦが０％であり、接着性が劣っており、（Ｂ）は、川砂及び０．５％のＣＦを含むコンクリートであり、ＩＴＺでのセメントペーストと粗骨材との間での接着性がより良好である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
詳細な記述
本明細書では、コンクリート及びモルタル材料における砂漠砂／球状砂などの質の悪い砂及び細繊維状セルロース材料の使用を提供する。
【００５８】
水硬性結合材、２．９未満の粗粒率を有する砂、粗骨材及び細繊維状セルロースを含むコンクリート組成物を提供する。
【００５９】
したがって、本明細書では、環境に優しく豊富に存在する置換基のような細繊維状セルロースナノ材料をこのように使用して、砂漠砂がセメント、ならびにセルロースフィラメント（ＣＦ）、セルロースナノフィラメント、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）に結合してコンクリートを生成することを実証する。
【００６０】
本開示よりも前には、セルロースフィラメント（ＣＦ）、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）は、砂漠砂のような低品質砂からコンクリートを作るための添加剤として使用されなかった。
【００６１】
かくして、コンクリート及びモルタルにおけるセルロースフィラメント（ＣＦ）、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）、ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）及びセルロースの使用が提供され、より詳しくは、コンクリート／モルタルミックス、砂漠砂／球状砂及び細繊維状セルロース材料を含むコンクリート／モルタル組成物が開示される。本明細書中に記載されているとおり、セルロースフィラメント（ＣＦ）、セルロースナノフィラメント、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）、ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）及びセルロースの使用は、個々の砂粒が互いに対して滑動するの防ぎ、そのため同様に建築材料の安定化に役立つ。
【００６２】
レオロジー、水和動態及び力学的性能の調整剤としてのセルロースナノファイバーの使用が報告された（Ｓｕｎ  ｅｔ  ａｌ．，２０１６，Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｒｅｐｏｒｔｓ，６：３１６５４、Ｊｉａｏ  ｅｔ  ａｌ．，２０１６，ＰＬＯＳ  ＯＮＥ  ＤＯＩ：１０．１３７１／ｊｏｕｒｎａｌ．ｐｏｎｅ．０１６８４２２）。Ｈｉｓｓｅｉｎｅ  ｅｔ  ａｌ．（２０１８，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｉｎ  Ｃｉｖｉｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，３０（６））は、恐らくはセルロースフィラメントの添加によって空気がセメントペースト中に混入していたらしいが、セルロースフィラメントがセメントペーストの圧縮強度に悪影響を与え、それにもかかわらず主にはナノ補強及び内部硬化ゆえに自己充填コンクリート（ＳＣＣ）における圧縮強度及び曲げ能力を改善した、ということを発見した。Ｃａｏ  ｅｔ  ａｌ．（２０１５，Ｃｅｍｅｎｔ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，５６，７３−８３）は、ＣＮＣ（セルロースナノ結晶）をコンクリートミックスに添加することによる水及び高性能流動化剤の要求量の増加、及び０．２重量％の最適ＣＮＣ投入量での水和度の増強による向上した２０〜３０％の曲げ強度、及びＣＮＣを添加することによるワーカビリティーの低下を報告した。Ｐｅｔｅｒｓ  ｅｔ  ａｌ（２０１０，Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｒｅｃｏｒｄ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｂｏａｒｄ，２１４２：２５−２８）は、０．５重量％のＮＦＣの添加が、超高性能コンクリートの破壊特性を向上させる上で有益となることを見出した。Ｏｎｕａｇｕｌｕｃｈｉ  ｅｔ  ａｌ．（２０１４，Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｂｕｉｌｄｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ６３：１１９−１２４）は、０．１重量％のＮＦＣを含有するセメントペーストの曲げ強度がおよそ１０６％向上することを報告した。
【００６３】
ＪＰ２０１３−１８８８６４には、乾式射出成形プロセスを用いてナノファイバーを高濃縮コンクリートペーストに添加する方法が記載されている。セメント成形体におけるナノファイバーの分散を助けるために、ナノファイバーを運搬するための支持媒体粉末が導入され、支持媒体粉末に対するナノファイバーの比率を３．３３％から６．６７％まで変化させ、乾燥セメント成形用ミックスの中へのナノファイバーの分散を助けるためにアルコールなどの有機溶媒が利用された。最終混合物中のナノファイバーの比率は１％未満であり、ナノファイバーの好ましい比率は約０．１質量％であった。この特許においてナノファイバーのアスペクト比はおよそ１００であった。ナノファイバーを配合物中に添加することによって最終コンクリートの乾式混合成型品の力学的強度はたったの約１４％しか向上しなかったことが発見された。
【００６４】
Ｕ．Ｓ．９，１７４，８７３には、コンクリート混和物のための添加剤としてミクロフィブリル状セルロースを使用する方法が記載されている。コンクリート混和物におけるミクロフィブリル状セルロースの機能は、セメント系組成物混和物のレオロジーを調整するまたは分離を制御して湿潤配合物に影響を与えることであった。これらの混和物においてセメントに対する水の比率（Ｗ／Ｃ）は０．３５〜１．０の範囲であった。ミクロフィブリル状セルロースの使用量は非常に少なく、セメント系組成物と任意選択の水の中のセメント系結合材の０．００２重量％〜０．２重量％であった。
【００６５】
従来の開示とは対照的に、セルロースマイクロ／ナノ材料を添加することによって、世界の様々な地域からの低品質砂、例えば砂漠砂を使用してコンクリートを作る方法を提供する。本明細書では、砂漠の莫大な量の砂をコンクリート製造のためにも埋立地を修復する用途のためにも使用することができるようにする経済的かつ環境に優しい方法を記載する。
【００６６】
本明細書に記載の方法の際立った利点は、個々の砂粒の互いに対する滑動を防止することに関するものであり、それゆえに同様に建設材料の安定化に役立つ。本明細書に記載されるのは、セルロースフィラメント（ＣＦ）、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）などの細繊維状セルロースの植物由来物を使用して球状砂の滑らかな表面を繋ぎ止めるのに役立つ建設化学分野の方法であり、かくして、細繊維状セルロースは、植物由来セルロースと丸く細かい砂漠砂との間での新しい接着結合化学を提供し、海での埋立地修復のために球状砂を積み上げることを可能にする。
【００６７】
有益なことに、本明細書に記載のＣＦ、セルロースナノフィラメント、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）の使用は、水硬性結合材またはセメントペーストと、風化して丸くなった細かい砂漠砂との適切な接着性を提供する。驚いたことに、ＣＦ、セルロースナノフィラメント、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）の存在は、骨材、例えばコンクリート中の砂粒子及び石の近傍のセメントペーストの中に存在する界面遷移ゾーン（ＩＴＺ）の接着性を改善する。
【００６８】
一実施形態では、少量（≦５％）のＣＦ、セルロースナノフィラメント、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を添加してセメント粒子と細かい砂漠粒子との接着性に影響を与える。かくして、砂漠の莫大な量の砂をコンクリート／モルタルの製造のために使用することができるようにする経済的な手法が本明細書に記載される。
【００６９】
本明細書に提供される方法のさらなる利点は、ＣＦ、セルロースナノフィラメント、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を、砂漠砂、セメント、砂利骨材、及び他の混和物添加剤、例えば、減水剤、高性能流動化剤、フライアッシュなどを含む本明細書に記載のコンクリートミックスと混合する前に水の中に混ぜ込むまたは分散させることの単純さである。
【００７０】
定義
本明細書中に包含されるコンクリート組成物は、水硬性結合材、２．９未満の粗粒率を有する砂、及び細繊維状セルロースを含む組成物を意味するものと理解される。したがって、本明細書に記載のコンクリート組成物は、本明細書に記載のコンクリート／モルタルミックス、コンクリートミックス、モルタルミックス、モルタル組成物、コンクリート／モルタル砂接着添加剤であり得る。詳しくは、本明細書に記載のコンクリート組成物は、水硬性結合材に対する水の比率がモルタルに比べてより低いものであり得る。コンクリートは、モルタルに比べてより大きな強度及び耐久性をコンクリートに付与するより粗い骨材（砂利または砕石）を含む。
【００７１】
モルタル／コンクリートミックスは、モルタル／コンクリート組成物の乾燥成分の混合物であると理解される。混合物の主な乾燥成分は、水硬性結合材（セメント）、骨材であると理解され、それは少なくともセメント、細骨材（砂）であると理解され、また、細骨材と粗骨材（砂利）との両方、及び任意選択のコンクリート混和物化学物質であると理解される。
【００７２】
モルタル／コンクリート組成物は、固化してモルタル及びコンクリートになるそれぞれ可使モルタルまたは可使コンクリートを提供する水を含むモルタル／コンクリート混合物であると理解される。
【００７３】
モルタル組成物はさらに、水と、一般的に細骨材と、固化時に建築材料同士を結び付けるために使用される水硬性結合材（セメント）との濃いペースト状混合物として理解される。モルタルにおける水硬性結合材（セメント）に対する水の比率はコンクリートの場合よりも高い。
【００７４】
水硬性結合材は、水を添加したときに水和反応によって固化するコンクリートまたはモルタル組成物の一部であると理解される。「水硬性結合材」及び「セメント」という用語は、本明細書中で同義語として使用され、ポルトランドセメント、高アルミナセメント、石灰セメント、キルンダストセメント、高リン酸塩セメント、粉砕造粒溶鉱炉スラグセメントフライアッシュ、石灰、及び石膏を含むが、これらに限定されない。水の添加時に化学反応が起こって結合材の鉱物構造が変化する。
【００７５】
骨材は、コンクリートの体積の６０〜８５％を占めると理解され、天然形態または処理された（破砕された）形態の、つまり採石場由来の砂、砂利及び破砕鉱石を含むと理解される。大きな岩石は破砕されて篩に掛けられ、生成する砂及び砂利はコンクリート及びモルタルに特に適している。細骨材は、ほとんどの粒子の大きさが５ｍｍ以下である天然の砂または砕石であると理解される。砂の粒子の形状及び大きさならびに表面の肌理は、未使用状態であろうと固化状態であろうとコンクリートの品質に対してかなりの影響を及ぼし得る。ここでは別個の種類について考察する。第１の細骨材は、川（河岸）に由来する、海浜に由来する（洗浄して塩を除去した）、または砕石作業からの、砂である。この第１の部類の砂は、より幅広い大きさ、より粗い表面、及び鋭角に尖った割れ形状を有するため、コンクリート製造に適していると考えられる。ここで開示する第２の部類の細骨材は、概して川砂及び海浜砂よりも細かい粒径を有し風化して角のない表面及び丸くなった形状を有する砂漠砂であるが、それには、他の任意の種類の天然に存在する細かく滑らかなケイ酸塩またはその混合物が含まれることもあり、但しそれらに限定されない。砂漠砂は、以前には、滑らかな表面及び丸い形状ならびに狭い粒径分布ゆえにコンクリート及びモルタルに適していないと理解されていた。
【００７６】
図１は、黄色砂漠砂、オタワ砂、米国オレゴン州からの砂丘砂、ＬａｆａｒｇｅのＳｔ−Ｇａｂｒｉｅｌ（ＱＣ，Ｃａｎａｄａ）採石場からのＬａｆａｒｇｅ建設用砂、カタール砂漠砂、ゴビ砂漠砂、赤色砂漠砂及び黒色砂漠砂を含む異なる供給源からの砂の光学顕微鏡写真である。種々の砂の顕微鏡による特徴付けは、異なる供給源からの砂の幾何学の違いを示している。異なる場所からの全ての砂漠砂ならびに砂丘砂及びオタワ砂は鋭角に尖った形状ではなく比較的丸く、それらの表面が滑らかであるが、川砂及び建設採石場からのＬａｆａｒｇｅ砂は表面が粗くより尖っていることを認めることができる。「球状砂」は、砂漠砂と同義語であると理解され、また、丸い形状を有し、Ｗｏｒｌｄ  Ａｔｌａｓ  ｏｆ  Ｓａｎｄｓに記載されているようにそれは角がなく、四角くもなく、三角でもなく、不規則な形状でもない。
【００７７】
全ての砂を篩に掛け、ＡＳＴＭ  Ｃ１３６−０１（細骨材及び粗骨材の篩分析のための標準的試験方法）に従って分類した。結果を表１にまとめるが、砂の粗粒率は２．９３（Ｌａｆａｒｇｅ砂）から２．１１（オタワ砂）、０．８８（黄色砂漠砂）、０．９３（砂丘砂）、１．１８（カタール砂漠砂）、０．６７（ゴビ砂漠砂）、０．９５（赤色砂漠砂）及び０．７４（黒色砂漠砂）に至るまで様々である。ＡＳＴＭ基準規格によれば、Ｌａｆａｒｇｅ砂のみが、建設用砂として使用する上で適格であり、よって粗粒率が２．９未満である砂は適格でない。他の種類の砂の粗粒率は標準規格から大幅に外れている。図２Ａは粒径分布に対する積算通過パーセントを示し、１００％のオタワ砂及び他の種類の砂丘砂及び砂漠砂が１．２５ｍｍの篩を通過し得ることを明らかに認めることができ、この大きさはＬａｆａｒｇｅ砂に比べてよりはるかに小さい。図２Ｂは砂粒径分布の個々の画分を示したものであるが、Ｌａｆａｒｇｅ建設用砂がよりはるかに広い分布（砂等級付け）を有し、オタワ砂及び砂丘砂がよりはるかに狭い粒径分布を有するのに対し、黄色砂漠砂、カタール砂漠砂及びゴビ砂漠砂がより細かく、コンクリート製造に使用するには質が非常に劣っていることが示唆される、ということを認めることができる。
【表１】
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【００７８】
粗骨材は、砂利石として理解されるが、それには天然に存在するまたは破砕された粗く角張ったケイ酸塩も含まれ、他の任意の種類のケイ酸塩、クレイ、金属酸化物もしくは水酸化物、またはそれらの混合物に限定されない。粗骨材は、構造用途のためには一般に約５ｍｍから始まって約４０ｍｍまでの粒径を有する。大規模なコンクリートダム計画においては１５０ｍｍまでのより大きな骨材が使用される。
【００７９】
「細繊維状セルロース」という用語は、細い糸または細繊維で形成されるセルロースとして理解され、また、セルロースフィラメント（ＣＦ）、セルロースナノフィラメント、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）ならびにそれらの組合せを含むと理解され、この場合、細繊維状セルロースは約２ｍｍ以下の平均長及び３ｎｍ〜約５００ｎｍの平均幅を含む。
【００８０】
本明細書中で使用する「セルロースフィラメント」または「ＣＦ」という用語及びそれに類似する用語は、高いアスペクト比、例えば少なくとも約２００の平均アスペクト比、例えば約２００〜約５０００の平均アスペクト比、ナノメートル範囲の平均幅、例えば約３０ｎｍ〜約５００ｎｍの平均幅、及びマイクロメートル範囲内またはそれを上回る平均長、例えば約１０μｍを上回る平均長、例えば約２００μｍ〜約２ｍｍの平均長を有するセルロース繊維から得られた細繊維を指す。そのようなセルロースフィラメントは、例えば、機械的手段のみを用いるプロセス、例えば、Ｕ．Ｓ．２０１３／０１７３９４に開示されている方法などから得ることができ、参照によりその内容を本明細書に援用する。例えば、そのような方法は、化学添加剤を含まず誘導体化を含まないものであり得るセルロースフィラメントを、例えば少なくとも約２０ｗｔ％の固形分濃度（または稠度）で運転する従来の高稠度精製機を用いて生産する。これらの強いセルロースフィラメントは、例えば、水性媒体中に再分散させることが可能な適度な混合条件下にある。例えば、セルロースフィラメントを得る元となるセルロース繊維は、限定されないがクラフト繊維、例えば北米針葉樹晒クラフトパルプ（ＮＢＳＫ）であり得るが、他の種類の好適な繊維も適用可能であり、その選択は当業者によってなされ得る。
【００８１】
「担体」という用語は、概して天然の、そして好ましい実施形態ではパルプ繊維の、繊維を定義する。パルプは樹木または他の植物に由来し得、また、機械パルプ、例えば、ＣＴＭＰ、ＴＭＰもしくはＢＣＴＭＰ、または化学パルプ、例えばＮＢＳＫであり得る。
【００８２】
細繊維状セルロースに関して「物理的に結合した」という用語は、再分散可能なセルロースフィラメントと担体との結合に関して本明細書中で使用される。
【００８３】
本明細書に記載の細繊維状セルロースに関して本明細書中で定義される「乾燥した」という用語は、セルロースフィラメントと天然繊維との混合物の固形分が７０重量％固形分以上であること、または水分が３０重量％以下であることを指す。とりわけ好ましい実施形態では、セルロースフィラメントと天然繊維との混合物の固形分が８０重量％固形分以上である、または水分含有量が２０重量％以下である。
【００８４】
本明細書中で定義される「水再分散可能な」という用語は、常温または高温で水性媒体中で力学的に撹拌されたときに安定な水分散液を形成する乾燥セルロースフィラメントの能力を指す。
【００８５】
「添加剤を含まない」という用語は、角質化を軽減するための添加剤で処理されていないＣＦを表すために本明細書中で使用される。他のセルロースフィブリルと共に使用される添加剤としては、スクロース、グリセリン、エチレングリコール、デキストリン、カルボキシメチルセルロースまたは澱粉が挙げられる（米国特許第４，４８１，０７６号）。
【００８６】
「稠度」という用語は、本明細書において、細繊維状セルロースに関して水と植物繊維またはセルロースフィラメント（ＣＦ）との混合物における植物繊維またはセルロースフィラメント（ＣＦ）の重量百分率として定義される。
【００８７】
「坪量」という用語は、本明細書において細繊維状セルロースに関してパルプ繊維及びＣＦの紙の、上記紙１平方メートル（ｍ２）あたりのグラム（ｇ）表示での重量として定義される。
【００８８】
細繊維状セルロースに関して炉乾燥（ｏｄ）基準での重量は、水の重量を除外した重量を指す。それは、湿った材料、例えばＣＦでは、その稠度から算出される材料の水不含重量である。
【００８９】
したがって、セルロースナノフィラメントは、針葉樹晒クラフトパルプなどの樹木または植物繊維の多回通過高稠度精製によって製造された「セルロースフィラメント（ＣＦ）」であると理解される（Ｕ．Ｓ．２０１３／０１７３９４）。他の種類の好適な繊維も、コンクリートにおいて海浜砂及び水硬性結合材と共に使用するのに適用可能であり、その選択は当業者によってなされ得る。
【００９０】
本明細書中で使用する「セルロースフィラメント」または「ＣＦ」という用語は、「セルロースナノフィラメント」と同義であると理解され、稠度２０〜６０％の湿潤形態で製造されて不浸透性バッグを使用してそのような湿潤形態で輸送されるものである。ＣＦには、ＣＡ２，８８９，９９１またはＷＯ２０１４／０７１５２３Ａ１に記載されているように抄紙機で作ったセルロースフィラメントの乾燥ロールまたは細片化膜も含まれ、参照によりこれらの両方を本明細書に援用する。ＣＦ含有パルプは、これをもって参照により援用されるＵＳ２０１６／０３１９４８２Ａ１に記載されているように、乾燥した、及び水再分散可能な、ＣＦとパルプ繊維との混合物を指す。本明細書中で使用されるＣＦは、好ましくは、約２００μｍ〜約２ｍｍの平均長、約３０ｎｍ〜約５００ｎｍの平均幅、及び約２００〜約５０００の平均アスペクト比を有する。ＣＦは、水中に分散され、または分散可能であり、その後、コンクリートミックスに添加される。
【００９１】
「セルロース」という用語は、蒸解または他のプロセス及び方法によって得られる、植物由来、例えば樹木由来の天然に存在するポリマーとして理解される。
【００９２】
混和物は、本明細書において、コンクリートミックスに加えるさらなる原料として、ならびに水硬性結合材、骨材及び水を除く他の組成物として定義される。本発明の記載において混和物は、本明細書に記載のセルロースナノフィラメントを除外している。混和物化学物質／添加剤は大抵、空気連行剤、減水剤、高性能流動化剤、微細鉱物（シリカヒューム）、または水硬性結合材と水との水和反応を加速もしくは遅延させることを意図した製品である。
【００９３】
本開示に係る砂漠砂コンクリートは、セルロースフィラメント（ＣＦ）及び／またはＣＦ含有パルプ、セルロースナノフィラメント、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）、水硬性結合材、砂漠砂、及び／またはケイ砂（細骨材）、及び／または砂利骨材、及び／またはフライアッシュ、及び／または減水剤、及び／または他の混和物添加剤を含む。先に記載したとおり、ＣＦ、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）は、セメントと砂漠砂とを繋げてそれによって細かい砂漠砂とセメントと骨材との適切な接着性を提供するように働く。驚いたことに、ＣＦ、セルロースナノフィラメント、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）の添加は、異なる形態で適切な接着をもたらしてセメント粒子及び砂漠砂を繋ぎ止め、これによって結合材（セメント粒子）、砂漠砂及び骨材を結び付けて複合実体を形成する。セメント、砂漠砂及び／または骨材、ならびにＣＦ、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）からなる乾燥及び硬化した複合実体は、砂漠砂コンクリートに必要な力学的強度を提供する。砂漠砂コンクリートミックスのセメント比率は１５％から４０％まで、好ましくは１５〜３０％の範囲内で変化させることができる。川／海浜からの粗く角張った砂、または砕石を完全または部分的に砂漠砂で置き換えることができる。混和物に砂利骨材、フライアッシュ、空気連行剤、減水剤及び他の添加剤を添加して、ＣＦ、セルロースナノフィラメント、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を含む砂漠砂コンクリートを作ることができる。
【００９４】
界面遷移ゾーン（ＩＴＺ）は、本明細書において、コンクリート中の骨材（砂粒子及び石）の近傍のセメントペーストの中に存在する領域として定義され、（少なくとも）３相複合材であると考えられる：（１）バルクセメントペースト、（２）ＩＴＺセメントペースト、及び（３）総称して骨材と呼ばれる石及び砂。一般用途のセメント粒の直径中央値はおよそ１０〜３０マイクロメートルであり、これは平均骨材直径よりもはるかに小さい。セメント粒が骨材に出会うと、骨材表面によって課される「充填」制約のために、骨材表面近傍のより高い気孔率を有する領域が現れるであろう。このように、ＩＴＺは通常はコンクリート複合材の脆弱な領域である。砂漠砂骨材の場合、セメント粒子単独では砂漠砂骨材同士を結び付ける十分な接着性を提供することができない。
【００９５】
川／海浜からの天然砂または砕砂（その各々は粗い割れ面を有し鋭角に尖っている）と比較して砂漠砂は常に、コンクリートを作るには適さないと考えられてきた、というのも、砂漠砂は、風化して角のない表面及び丸い形状（図１参照）、ならびに川砂と比較してより狭い粒径分布を有する細かい砂（図２）を有しているからである。従来コンクリート用の砂として使用されてきたものはいつも、より広い粒径分布、結合材セメントペーストと砂粒との結合に適した表面を提供する角張った縁を有する形状を必要としてきた。
【００９６】
フローテーブル試験は、フレッシュコンクリート／モルタルの稠度を試験する方法である。本明細書において使用されるフローテーブル試験手順は、フローテーブル試験欧州標準ＢＳ  ＥＮ１２３５０−５：２０００の機序から適合させたものであったが、これは、図３に装置を示すスランプフロー試験のＡＳＴＭ標準Ｃ１６１１−０５に類似している。本明細書に提示される適合した試験のステップは以下のとおりである：セメントペースト／モルタルを調製する；フローテーブル試験構成は、平坦なプラスチック製テーブルと、内径５．１ｃｍ及び高さ５．１ｃｍ（総容積１０４ｃｍ３）のスチール製円筒型とで形成され、昇降手順は標準的方法と同様とした。混合されている混合フレッシュペースト／モルタルを円筒内に充填し、型を持ち上げる前に余剰のコンクリートを除去し、周囲のテーブル面をきれいにし、３０秒の間隔を置いた後に型をゆっくりと取り外す。その結果、フレッシュペースト／モルタルが広がり、テーブル上での最大広がり直径を測定する。用いた試験方法は、標準的試験ではなく、標準によって包含される従来の手法からの特徴が組み込まれているが、試験は、試料が均一性及び粘着性に関してどの程度比肩するかを理解するための有用な情報を提供する。試験したペースト／モルタル試料の粘着性の強さが不十分であると判明し、広がりすぎた直径を得た場合、得られたペースト／モルタル試料は、それが固まった時点で所望の品質、特に所望の強度を有さないであろう。モルタルはこの段階では均一で粘着性があるように見受けられねばならず、さもなければ所与のミックスについて試験は不適切であるとみなされる。このように、試験はミックスの粘着性の表示を提供する。
【００９７】
フローテーブル試験手順はより小さい規模で標準的フローテーブル構成を模しており、種々の砂、水／セメント比率、ＣＦ、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）の有／無、ならびにＣＦ、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）の種々の投入量で、セメントペースト／モルタルの流動性を測定するものである。この試験を用いて、本明細書に記載の混合モルタルの定性的比較を確立する。
【００９８】
セルロースナノフィラメントあり及びなしで砂漠砂、セメント及び水を含む種々のモルタルミックスを調製した。原料を混ぜ合わせ、モルタル混合物の流動性を、以前に記載され図３に示されているフローテーブル試験構成を用いて測定した。観察結果から、セルロースナノフィラメントが存在していないと個々の砂漠砂粒がセメントペーストから及び互いに対して滑動するという結論が導き出された。
【００９９】
調製したモルタル混合物の試料の直径をフローテーブル上で広がらせた（図４）。川砂を含む通常のモルタル組成物についての広がり直径を図４に示す（試料５）。従来のモルタル組成物は水／セメント比率が１でありＳ／Ｃ比率が２でありＣＦ材料を含まないものであったが、１５．１ｃｍの直径をもたらした。同じ条件下で、砂漠砂、セメント及び水のモルタル組成物の広がり直径は２１．３ｃｍであった（試料１）。
【０１００】
本明細書に記載されるように、セルロースフィラメント（ＣＦ）を水、セメント及び砂漠砂粒、及び／または砂利骨材、及び／または他の添加剤と混合してコンクリートを製造した。驚いたことに、ＣＦ、セメント及び砂漠砂からなるフレッシュモルタル組成物（水／セメント＝１）の流動性が、たった０．１４％のＣＦの添加によって劇的に変化したことが発見され（図４、試料２）、これは、同じ水／セメント比率を有する川砂とセメントとのフレッシュモルタル組成物の流動性（図４、試料５）に類似していた。セメント、砂漠砂を含む０．１４％のＣＦの組成物の流動性の広がり直径は１５．５ｃｍであり、純粋なセメントと砂漠砂との組成物の２１．３ｃｍの広がり直径に比べてよりはるかに小さかった。それは、セメントと川砂とのフレッシュモルタル組成物の１５．１ｃｍの広がり直径と類似している（表２）。さらに、予想外なことに、ＣＦの投入量を０．３％に増やすことによってセメントと砂漠砂との組成物の流動性が劇的に低減された（図４、試料３）。より驚いたことに、ＣＦ投入量を１．４１％に増やした場合、金属製円筒を取り外した後にセメントと砂漠砂とのフレッシュモルタル組成物はごくわずかなスランプを伴って完全に円柱の形状をとどめた（図４、試料４）。
【０１０１】
驚いたことに、ＣＦなしで砂漠砂から作られた乾燥モルタルは亀裂を生じさせたが、追加のＣＦを含むモルタルミックスは、型に流し込まれたときと同じ形状をとどめ（図５）、このことは、ＣＦの添加が結合材セメント粒子と砂漠砂粒子との間での接着を提供し、セメント粒子及び骨材を一緒に繋ぎ止める、ということを示唆している。したがって、顕微鏡写真（図６Ａ）は、セメントと砂漠砂との乾燥モルタル組成物の表面から底部まで多くの亀裂及び微細亀裂を示す。したがって、丸く細かい砂漠砂と結合材セメントとの間に十分な接着が存在しないことは明らかである。驚いたことに、ＣＦを０．３％としたセメント、砂漠砂の乾燥モルタル組成物の試料には亀裂が見つからず、これは砂粒の互いからの滑動がなかったことを示していた（図６Ｂ）。より驚いたことに、セメント、砂漠砂及びＣＦの乾燥モルタル組成物は、セメントと川砂との乾燥モルタル組成物（図６Ｃ）に類似している。ＣＦをモルタル組成物に添加することは建設材料の安定化に役立つ。Ｗ／Ｃを０．６３としてフレッシュモルタル組成物を作った場合に同様の傾向が認められた。金属製円筒を取り外した後、ＣＦを含まないセメントと砂漠砂とのモルタル組成物は稠度がほとんどなく、流れ出てフローテーブル上で平坦な円盤になった。一方、その他のモルタル組成物は、フレッシュモルタル組成物中にＣＦが添加されている場合、崩壊せずに結合し合って円柱の形状をとどめ、ＣＦの添加がセメントペーストと砂漠砂とを繋ぎ止めて実体を形成することを示唆していた。ＣＦ投入量を０．１４％から０．３％を経て０．７０％まで変化させることでスランプレベルにはいくらかの差がある（図７）。
【０１０２】
フレッシュモルタル組成物に他の種類のＣＮＦ、ＭＦＣを添加した場合、同様の傾向が認められた。２種類のＭＦＣ及び１種類のＣＮＦを１．５％及び３％の比率でセメント、砂漠砂組成物と混合した一方、水／セメント比率は１であり、砂漠砂／セメント比率は２である。種々のＭＦＣ及びＣＮＦの結合能は、ＣＦと同程度であるが（図８）、細繊維状セルロース材料を含まない同じ水／セメント比率、同じ砂漠砂／セメント比率の組成物とは顕著に異なっている。
【０１０３】
驚いたことに、図９Ａにみられるように、分散させたＣＦを種々の砂と混合することによってＣＦが砂と結合し合うことができることが認められた。ＣＦと砂との混合物を乾燥させると混合物は付着し合ったが、乾燥混合物はＣＦ比率が増加するにつれて強くなった（図９Ｂ）。
【０１０４】
したがって、分散させたＣＦ（１．３％）に砂漠砂を混合したが、驚いたことに乾燥後には砂漠砂が結び付いた。予想外なことに、ＳＥＭ写真からは、砂漠砂粒に付着して３Ｄ網状組織を形成しているＣＦが砂漠砂粒の表面に繋ぎ止められていることが明確に明らかになった（図９Ｃ）。ＣＦと砂漠砂との結合は、丸く細かい砂漠砂に新しい接着化学を提供して砂粒の互いに対する滑動を防止するが、これによって、海での埋立地の修復のために砂を積み上げることが可能になる。
【０１０５】
さらに、本明細書に記載されるように、ＣＦの存在はセメントと砂骨材との間の界面遷移ゾーン（ＩＴＺ）での接着性を向上させる。したがって、砂漠砂セメントモルタルから作られたモルタルの微小構造からは、結合性が劣っていることが明らかになった（図１０Ａ）。驚いたことに、セメントと砂漠砂とＣＦとのモルタル混合物の中には入り組んだＣＦ網状組織が認められる（図１０Ｂ）。さらに、セメントペーストがこれらのＣＦ網状組織上に付着していることも認めることができる。さらに、図１０Ｃに示すように、砂漠砂粒はセメント粒子及びＣＦ網状組織によって良好に結び付き合っている。図１０Ｄに示されているように、界面遷移ゾーンには混合物におけるＣＦ接着によるセメント及び砂漠砂との別タイプの結合も認められた。最も驚いたことに、図１０ＤのＳＥＭ写真は、セメントペーストに付着しているＣＦが、砂漠砂の表面に繋ぎ止められた３Ｄ網状組織を形成することを示した。さらに、セメント粒子に付着し砂漠砂表面に結合しているＣＦは、他のＣＦフィラメントと絡み合って網状組織を形成し、それによって、砂漠砂粒を保持する強い接着を生じさせ、個々の砂粒の互いに対する滑動を防止するのに役立つ。本発明の記載は、コンクリート混合物水和プロセス中の水再分配に役立つＣＦのセルロースマイクロ／ナノ材料を使用して建設用セメント材料を調製する方法を提供し、これによってセメント粒子と丸く細かい砂漠砂との間での新しい接着化学を提供する。
【０１０６】
一実施形態では、本発明の記載は、水硬性結合材の重量に対して少量のＣＦ（結合材の５重量％以下のＣＦ）を添加することによってモルタル／コンクリートを作る方法を提供し、モルタル／コンクリートを作るためのセメント粒子と細かい砂漠粒と粗骨材との接着性を提供する。細繊維状セルロースは、植物から抽出される、地球上に最も豊富に存在する材料のうちの１つであり、環境に優しい材料である。よって、それは、砂漠の莫大な量の砂をコンクリート及びモルタルの製造のために使用するための経済的かつ環境に優しい手法である。
【０１０７】
この方法のさらなる利点は、コンクリート組成物を砂漠砂、セメント、骨材及び他の添加剤、例えば、空気連行剤、減水剤、高性能流動化剤、フライアッシュなどと混合している中にＣＦを添加することの単純さである。
【０１０８】
別の態様によれば、ＣＦを、コンクリート／モルタルミックスと混合する前に水中に完全に分散させる。さらに別の態様によれば、セルロースフィラメントを個別にコンクリート／モルタルミックスの中に添加して砂漠砂コンクリートまたはその混合物を作ることができる。
【０１０９】
さらに別の態様によれば、セルロースマイクロ／ナノ材料の好ましい投入量は結合材の５重量％以下の投薬量である。さらに別の態様によれば、セルロースマイクロ／ナノ材料の最も好ましい投入量は、１．５重量％以下のＣＦ／結合材の投入量である。
【０１１０】
セルロースナノフィラメントは、砂漠砂を使用してコンクリートを作るために使用され得るものである、または複数種類のセルロースマイクロ／ナノ材料の混合物も包含する。
【０１１１】
本明細書に記載の別の実施形態によれば、砂漠砂混合物中へのセルロースナノフィラメントの好ましい投入量は５重量％以下、好ましくは３重量％以下、より好ましくは１重量％以下、最も好ましくは０．５重量％以下のＣＦ／結合材の範囲にある。
【０１１２】
本明細書に記載の別の実施形態によれば、低品質砂（例えば、砂漠砂、またはより細かい粒及びより狭い粒径分布を有する砂）混合物に関するセルロースナノフィラメントの好ましい投入量は５重量％以下、好ましくは３重量％以下、より好ましくは１重量％以下、最も好ましくは０．５重量％以下のＣＦ／結合材の範囲にある。本明細書に記載の好ましい実施形態では、低品質砂とセメントと砂利と他の添加剤との組成物の中にＣＦを添加することは、砂漠砂を使用してコンクリートを作ることの重要な課題の１つを効果的に解決することができる。ＣＦの添加は、セメントペーストと低品質砂とセルロースフィラメントとの間での適切な接着をもたらす３Ｄ網状組織を形成して丸く滑らかな細かい砂粒子同士を結び付ける。本明細書に記載の好ましい実施形態では、セルロースフィラメントを砂漠砂とセメントと砂利と他の添加剤とのミックスの中に添加することで、セメントと低品質砂との間の界面遷移ゾーン（ＩＴＺ）を架橋することができる。
【０１１３】
本明細書に記載の別の実施形態によれば、丸い形状、滑らかな表面及び狭い粒径分布を有する低品質砂は、同じ水／セメント比率でのスランプ値が異なり、好ましくないワーカビリティーを示した。オタワ砂のスランプは極めて高く、０．４１の水／セメント比率で７５ｍｍに達し、０．４８のＷ／Ｃではオタワ砂のスランプは１９７ｍｍである一方、Ｌａｆａｒｇｅ砂のスランプはたったの７３ｍｍである（図１１）。オタワ砂の粗粒率（２．１１）はＬａｆａｒｇｅ砂（２．９３）よりも低いけれども、オタワ砂の高いスランプ値は丸い形状及び滑らかな表面に起因している。砂丘砂及び黄色砂漠砂のスランプ（図１１）は、それらが丸い形状及び滑らかな表面を有しているにもかかわらず、オタワ砂に比べてよりはるかに低く、これは、それらのより小さな粒径及び狭い粒径分布に起因している。黄色砂漠砂及び砂丘砂の粗粒率はそれぞれたったの０．８８及び０．９９であり（表１）、これは、セメントペーストで覆われる必要がある表面積がより広いものであるオタワ砂及びＬａｆａｒｇｅ砂に比べてよりはるかに低い。
【０１１４】
本明細書に記載の好ましい実施形態では、組成物の中にセルロースフィラメントを添加することは、セメント水和プロセス中に重要な役割を果たす。したがって、異なる種類の砂を含む種々のモルタル混合物における発熱を図１２に描く（図１２のＡはＬａｆａｒｇｅ砂、Ｂはオタワ砂、Ｃは砂漠砂である）。どの種類の砂においても、ＣＦを含む混合物ではケイ酸塩水和ピークがわずかにより高く、より広がっている（図１２）。この観察結果は積算放熱量によってさらに確認され、どの種類の砂を含むどのＣＦ混合物においても積算放熱量は、ＣＦが組み込まれていない基準混合物のそれに比べてわずかにより高くなった。例えば、オタワ砂モルタルと共に０．１５％のＣＦを含む混合物は、基準混合物よりも５．６％高い積算放熱量を呈した。ＣＦ混合物において認められた水和熱の増加は、セルロースのアルカリ加水分解に関連している可能性があるが、これは、セメント水和を促進する発熱反応であり、ＣＦ−自己充填コンクリート混合物において記録される固まる時間の短縮によってさらに確認される一種の加速をもたらすものである（Ｈｉｓｓｅｉｎｅ  ｅｔ  ａｌ．（２０１８，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｉｎ  Ｃｉｖｉｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｉｎｇ，３０（６））。
【０１１５】
本発明のコンクリート及びモルタルミックスは、限定されないが、以下の一般手順で例示される。
【０１１６】
一般手順Ａ：ＣＦ、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）の分散。
ＣＦ、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）の最も簡単な分散は、コンクリートミックス中へ分散させることであるため、ＣＦ、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を、混合前に水中に完全に分散させてもよい。
【０１１７】
例えば、Ｂｒｉｔｉｓｈ粉砕機を使用して、またはＨｅｌｉｃｏパルパーもしくは他の利用可能なパルパーによって標準的な実験室的方法で無乾燥ＣＦ、ＣＦ膜またはＣＦ含有パルプ、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を分散させて適切な固形分（または稠度）にすることができる。固形分は分散後に測定され得る。
【０１１８】
一般手順Ｂ：砂漠砂、セメント及び／または砂利の混合物の調製
球状砂、水硬性結合材、及び／または川／海浜に由来するかもしくは石を粉砕して得られた角張った形状のケイ酸塩砂の砂利、及び／または粗い砂利の骨材をコンクリート産業の基準に従ってミキサー内で十分に混合する。
【０１１９】
手順Ａからの分散したＣＦ、セルロースナノフィラメント、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）の溶液を、コンクリート産業での標準的実務に従って適切な時間にわたって混ぜ合わせられる乾燥原料が入ったミキサーに加える。混和物化合物、例えば、空気連行剤、減水剤及び他の添加剤をこの段階で添加することもでき、それは砂漠砂コンクリート混合物の均一な組成を確保するのに役立ち得る。
【０１２０】
一般手順Ｃ：レオロジー及びワーカビリティー試験
レオロジー、ワーカビリティー及び空気含有量は種々の手法によって測定され得る。コンクリート組成物のワーカビリティーの重要な因子であるレオロジーは通常、試験試料を流し込み成形する前に完了する混合の直後に現場で測定される。コンクリート組成物のワーカビリティーを測定するために２つの手法が用いられ得るが、最も一般的なのは「スランプ試験」であり、この場合、作りたての組成物を流し込み成形するためにコーンを使用し、レオロジーが標準要件に達することを確認するためにスランプ高さを測定する。コンクリート組成物のレオロジーを試験する別の手法はフローテーブル試験であるが、これは、種々の添加剤が流動性に及ぼす影響を試験するために用いられるより小規模な試験であり、コンクリート組成物のレオロジーの良好な指標である。
【０１２１】
本明細書では、ＡＳＴＭ  Ｃ１４３７−０７標準方法及び室内構成によってセメント及び砂モルタルの両方に対してフローテーブルを用いて流動性を測定した。スランプ及び空気含有量に基づくフレッシュコンクリートミックスのワーカビリティーをＡＳＴＭ  Ｃ１４３／Ｃ１４３Ｍ−０３標準方法に従って測定した。
【０１２２】
一般手順Ｄ：試料の流し込み成形
レオロジー及び空気含有量が標準規格要件に達した後、コンクリート組成物は、必要とされる力学的及び物理的特性に応じて種々の形状の型に流し込み成形され得る：直六面体、円柱または他の任意の種類の型。
【０１２３】
一般手順Ｅ：固化及び硬化
流し込み成形コンクリート組成物を、２０±３℃で相対湿度（ＲＨ）１００％の調整チャンバへ移して、流し込み成形組成物を固化させ、最終的にはそれを硬化させる。固化及び硬化は一般に、コンクリートがその十分な強度を獲得するのに２８日掛かる。２８日後にコンクリートの強度が２０±３℃の温度で１００％のＲＨで増大し続けてピーク値が通常３ヶ月後に得られることがある。湿気及び温度はセメントの水和に多大な影響を及ぼすため、制御された条件の下で流し込み成形組成物を固化及び硬化させることが重要である。
【０１２４】
一般手順Ｆ：性能試験
コンクリートが種々の用途のための固有の要件に到達することを確かめるために、力学的特性、例えば、圧縮強度、曲げ強度、割裂引張強度、弾性率及びポアソン比を測定する。
【０１２５】
耐久特性を測定する要件に従って、及び製造されるコンクリートの適用環境に応じて、他の特性、例えば、間隔係数、塩スケーリング、凍結／解凍試験を測定することもある。
【０１２６】
以下の実施例を参照することによって本開示がより容易に理解されるであろう。
【実施例】
【０１２７】
実施例Ｉ
Ｗ／Ｃ＝１の砂漠砂、セメント組成物にセルロースフィラメント（ＣＦ）から作られたモルタルのレオロジー／ワーカビリティーが及ぼす影響についての研究
水硬性結合材はＬａｆａｒｇｅからのポルトランドセメントタイプ１０である。砂漠砂は、Ｅｘｏ−Ｔｅｒｒａによって南アフリカから輸入されＣａｎａｄａ  Ｒｏｌｆ  Ｃ．Ｈａｇｅｎ  Ｉｎｃ．Ｍｏｎｔｒｅａｌによって販売されＡｍａｚｏｎから購入した天然砂漠砂からなる。川砂は、Ｂｏｍｉｘからの汎用乾燥砂であり、Ｈｏｍｅ  Ｄｅｐｏｔから購入した。セルロースフィラメントは、ＦＰＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｓの試験工場から製造されたものであったが、これを混合前に水中に完全に分散させた。水／セメント（Ｗ／Ｃ）比率は１であり、Ｓ／Ｃ比率は２である。砂、セメント、ＣＦ投入量及び水の量を表２に載せている。
【０１２８】
所望の量の乾燥組成物、例えば砂及びセメントを測定し、調製段階で十分に混合した。分散させたＣＦを水と混合し、次いでそれを乾燥した砂とセメントとの混合物の中に注ぎ入れた。それを手作業で十分に混合し、次いでそれを、図３に示すように平坦なプラスチック製テーブルの上の金属製円筒の中に入れた。広がり直径を測定し、金属製円筒を取り外した後の組成物の形状を写真に撮った（図４）。
【０１２９】
川砂とセメントと水との組成物を対照試料として調製し、同じＷ／Ｃ比率を用いて、ＣＦを砂漠砂組成物に添加することの影響を比較した。ＣＦの添加は、ＣＦ／水硬性結合材がたとえ０．１４％しかなくても、砂漠砂組成物を含むモルタルミックスのレオロジーに著しい影響を与えたことが明らかであった。
【０１３０】
先の観察結果をさらに確認するために、同じＷ／Ｃ、砂／セメント比率及びＣＦ投入量での実験を繰り返した。流動性は再現可能であり、表２及び図４に示すとおり結果は同じである。
【０１３１】
図６Ａにみられるように光学顕微鏡によってセメント砂漠砂モルタルの微細構造が特徴付けられたが、裸眼で明らかに亀裂を認めることができ、他方、砂漠砂から作られＣＦが存在しているモルタルは、図６のＢ及びＣに示されるとおり、川砂から作られたモルタル試料に類似しているように見える。砂漠砂、セメント粒子及びＣＦの微細構造はＳＥＭ顕微鏡写真によってより明確に特徴付けられた。ＣＦが存在している砂漠砂モルタルの微細構造も明確なＣＦの網状組織を示し、セメント粒子及び砂漠砂に架橋しており、３Ｄ網状組織を形成して球状砂漠砂の互いに対する滑動を防止していた。
【表２】
2021514343.tif 000004
【０１３２】
実施例ＩＩ
砂漠砂に結合しているＣＦの影響（球状砂粒上のセルロース細繊維の接着化学の影響）についての研究
原材料は、オタワ砂（米国イリノイ州オタワの砂丘、Ｇｌｏｂａｌ  Ｇｉｌｓｏｎに発注）、川砂（Ｂｏｍｉｘからの川砂、汎用乾燥砂、Ｈｏｍｅ  Ｄｅｐｏｔから購入）を含んでおり、３種類の砂漠砂（黄色、赤色及び黒色）は、Ｅｘｏ−Ｔｅｒｒａによって世界の異なる場所から輸入されＣａｎａｄａ  Ｒｏｌｆ  Ｃ．Ｈａｇｅｎ  Ｉｎｃ．Ｍｏｎｔｒｅａｌから販売されＡｍａｚｏｎから購入したものである。セルロースフィラメントは、ＦＰＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｓの試験工場から製造されたものであったが、これを混合前に水中に完全に分散させた。２つのＣＦ／砂比率（０．５％、１％）を用いて砂を混合し、それを矩形型に流し込んだ。驚いたことに、流し込まれた砂／ＣＦ混合物は、水を乾燥させた後もそれを流し込んだ時と同じ形状をとどめ、ＣＦ単独で砂同士を結合させることができることが示唆された。
【０１３３】
乾燥させた砂／ＣＦの混合物は、図９Ａにみられる乾燥後の実体を形成した。より高いＣＦ比率を有する砂の乾燥混合物の試料はより強くなった（図９Ｂ）。分散させたＣＦを球状砂粒と混合することによって、それは個々の砂粒の互いに対する滑動を防止する方法を提供し、そのため建築材料の安定性に役立つ。ＳＥＭによって砂／ＣＦ混合物の微細構造が特徴付けられた。ＣＦの網状組織が強い結合を形成して個々の砂粒の互いに対する滑動を防止している図９Ｃで明確に認めることができるとおり、ＣＦと砂漠砂粒子との間の結合は、砂漠砂の滑らかで丸い表面を繋ぎ止める明確な接着を示した。
【０１３４】
実施例ＩＩＩ
Ｗ／Ｃ＝０．６３の砂漠砂、セメント組成物に対するセルロースマイクロ／ナノ材料のレオロジー／ワーカビリティーの影響についての研究
原材料は先に記載したとおりであり、セルロースフィラメントを混合前に水中に完全に分散させた。水／セメント（Ｗ／Ｃ）比率は０．６３とし、Ｓ／Ｃ比率は２である。砂、セメント、ＣＦ投入量及び水は表３に列挙されており、小円筒スランプ試験の形状は図７に示されている。
【表３】
2021514343.tif 000005
【０１３５】
砂及びセメントを測定し、水を添加する前に十分に混合した。分散させたＣＦを水と混合し、その後、乾燥した砂とセメントとの混合物に添加した。全ての原料を手作業で十分に混合し、その後、平坦な透明プラスチック製テーブルの上の金属製円筒の中に入れた。
【０１３６】
ＣＦの添加は、たとえ組成物中にＣＦが結合材の０．１４％しか入っていなくても、砂漠砂組成物のレオロジーに著しい影響を与えた。
【０１３７】
実施例ＩＶ
Ｗ／Ｃ＝１の砂漠砂、セメント組成物に対する種々のセルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）及びセルロースフィラメント（ＣＦ）のレオロジー／ワーカビリティーの影響についての試験
使用する材料は、水硬性結合材（ポルトランドセメントタイプ１０、Ｌａｆａｒｇｅ製）；黄色砂漠砂；固形分がおよそ３．１５％であるペーストの形態であり粒径分布がミクロンの範囲にあるＭＦＣ１；固形分の下限が３．９％であり粒径の長さが５００ミクロン以下であるペーストの形態のＭＦＣ２；固形分がおよそ３％であるペーストの形態であり幅がおよそ５０ｎｍであり長さが数百ミクロン以下であるＣＮＦ、及び固形分をおよそ３０％とした形態でありＣＦの幅がおよそ３０ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲にあるが平均長が約２００μｍ〜約２ｍｍである無乾燥ＣＦである。全てのセルロースナノ材料は混合前に水中に完全に分散させた。水／セメント（Ｗ／Ｃ）比率は１であり、Ｓ／Ｃ比率は２である。砂、セメント、セルロースフィラメント投入量及び水の量を表４に載せている。
【０１３８】
所望の量の乾燥組成物、例えば砂及びセメントを測定し、調製段階で十分に混合した。分散させたＣＦを水と混合し、乾燥した砂とセメントとの混合物の中に注ぎ入れた。それを手作業で十分に混合し、次いでそれを、図３に示すように平坦なプラスチック製テーブルの上の金属製円筒の中に入れた。広がり直径を測定し、金属製円筒を取り外した後の組成物の形状を写真に撮った（図８）。
【表４】
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【０１３９】
実施例Ｖ
Ｌａｆａｒｇｅ砂から作られたモルタルに対するＣＦの影響についてのＡＳＴＭ  Ｃ１０９による研究
使用する材料は、Ｌａｆａｒｇｅ砂（９０７１ＳＧ、Ｓｔ−Ｇａｂｒｉｅｌ−ｄｅ−Ｂｒａｎｄｏｎ，ＱＣ，Ｃａｎａｄａからのコンクリート建設グレードの砂、Ｌａｆａｒｇｅ提供）；石灰石タイプＧＵＬのポルトランドセメント（Ｓｔ−Ｃｏｎｓｔａｎｔ，ＱＣ，Ｃａｎａｄａ、Ｌａｆａｒｇｅ提供）；及びＦＰＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｓの試験工場から製造されたＣＦである。
【０１４０】
Ｌａｆａｒｇｅ砂、ＧＵＬセメント及び種々の比率（０〜０．２０％）のＣＦを使用したモルタル調製物をＡＳＴＭ  Ｃ１０９に従って調製したが、配合組成を表５に列挙する。既知量の砂及びセメントをＨｏｂａｒｔミキサーで混合し、水中に分散された既知量のＣＦをミックスに添加し、それを２分間混合した。
【表５】
2021514343.tif 000007
【０１４１】
水硬性セメントモルタルの流動性をＡＳＴＭ  Ｃ１４３７−０７に従って測定した。流動性の結果を表６に示す。流動性はＣＦ比率が上昇するにつれて低下した。
【０１４２】
フローテーブル試験後に２インチ×２インチ×２インチ立方体の試料を金型に流し込み、固化させるために型を２３℃で２４±１時間、相対湿度が９５％より高く制御された加湿チャンバの中に入れておいた。その後、固化した立方体を型から取り外し、硬化チャンバのｐＨ値が制御された硬化槽の中に２８日間入れておいた。モルタル立方体の圧縮強度（表６）をＡＳＴＭ  Ｃ１０９（水硬性セメントモルタルの圧縮強度の標準的試験方法）に従って測定した。０．０５％のＣＦの投入量での硬化の７日後に１つの群の試料の圧縮強度のみが対照試料に比べて４．８％高い。驚いたことに、２８日後に、０．０２５％、０．０５％及び０．１０％のＣＦを含む３つの群の圧縮強度は対照試料に比べてより高くなったが、最も高い上昇は、配合物に０．０５％のＣＦを添加したときの１１％の向上である。
【表６】
2021514343.tif 000008
【０１４３】
実施例ＶＩ
ＡＳＴＭ  Ｃ１０９に準じてＣＦの添加を伴ってオタワ砂から作られたモルタル
使用する材料は、オタワ砂（米国イリノイ州オタワの砂丘、Ｇｌｏｂａｌ  Ｇｉｌｓｏｎに発注）；石灰石タイプＧＵＬのポルトランドセメント（Ｓｔ−Ｃｏｎｓｔａｎｔ，ＱＣ，Ｃａｎａｄａ、Ｌａｆａｒｇｅ提供）；及びＦＰＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｓの試験工場から製造されたＣＦである。
【０１４４】
オタワ砂、ＧＵＬセメント及び種々の比率（０〜０．２０％）のＣＦを使用したモルタル調製物をＡＳＴＭ  Ｃ１０９に従って調製したが、配合組成を表７に列挙する。既知量の砂及びセメントをＨｏｂａｒｔミキサーで混合し、水中に分散された既知量のＣＦを添加し混合した。
【表７】
2021514343.tif 000009
【０１４５】
オタワ砂を含む水硬性セメントモルタルの流動性をＡＳＴＭ  Ｃ１４３７−０７に従って測定した。フローテーブル試験後に２インチ×２インチ×２インチ立方体の試料を金型に流し込み、固化させるために型を２３℃で２４±１時間、相対湿度が９５％より高く制御された加湿チャンバの中に入れておいた。その後、固化した立方体を型から取り外し、硬化チャンバのｐＨ値が制御された硬化槽の中に２８日間入れておいた。オタワ砂モルタル立方体の圧縮強度（表８）をＡＳＴＭ  Ｃ１０９（水硬性セメントモルタルの圧縮強度の標準的試験方法）に従って測定した。驚いたことに、０．１０％のＣＦの投入量での硬化の７日後に１つの群の試料の圧縮強度のみが対照試料に比べて９．２％高い。驚いたことに、２８日後に、０．０５％及び０．１０％のＣＦを含む２つの群の圧縮強度は対照試料に比べてより高いが、最も高い上昇は、配合物に０．１０％のＣＦを添加したときの９．８％の向上である。
【表８】
2021514343.tif 000010
【０１４６】
実施例ＶＩＩ
建設グレードの砂及びＣＦを含むコンクリートミックス
使用する材料は、Ｌａｆａｒｇｅ砂（９０７１ＳＧ、Ｓｔ−Ｇａｂｒｉｅｌ−ｄｅ−Ｂｒａｎｄｏｎ，ＱＣ，Ｃａｎａｄａからのコンクリート建設グレードの砂、Ｌａｆａｒｇｅ提供）；石灰石タイプＧＵＬのポルトランドセメント（Ｓｔ−Ｃｏｎｓｔａｎｔ，ＱＣ，Ｃａｎａｄａ、Ｌａｆａｒｇｅ提供）；及び（ＦＰＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｓの試験工場から製造された）ＣＦである。８０ｍｍ±３０ｍｍの目標ワーカビリティーを確保するために固形分３２％のポリカルボン酸系高性能減水混和物を２５００ｍｌ／ｍ３の投入量で添加した。
【０１４７】
表９に列挙される組成物のためにポルトランドセメントＧＵＬタイプ、Ｌａｆａｒｇｅ砂、砂利骨材の配合物と、一定量の材料とを混合した。Ｌａｆａｒｇｅ砂を含むフレッシュコンクリートミックスのスランプ及び空気含有量の結果をフレッシュミックスの空気含有量及び硬化コンクリートの密度と共に表９に示す。
【表９】
2021514343.tif 000011
【０１４８】
ＣＦの種々の比率でＬａｆａｒｇｅ砂から作られたコンクリートの圧縮強度結果を図１３に報告する。全ての配合物について、圧縮強度は硬化時間とともに向上した。０．０５％のＣＦ及び０．１５％のＣＦの添加によって、対照試料と比較しておよそ７．５〜８％の向上があった。増加する傾向は、７日から１４日を経て２８日までの硬化時間において類似したままであった。曲げ強度は０．０５％のＣＦの添加によってわずかに上昇し、０．１％のＣＦ添加では上昇しない（図１７）。Ｌａｆａｒｇｅ砂から作られたコンクリートの割裂引張強度はＣＦの添加によってわずかに低下する（図１８）。
【０１４９】
実施例ＶＩＩＩ
ＣＦの添加によってオタワ砂で作られたコンクリート
使用する材料は、オタワ砂；石灰石タイプＧＵＬのポルトランドセメント（Ｓｔ−Ｃｏｎｓｔａｎｔ，ＱＣ，Ｃａｎａｄａ、Ｌａｆａｒｇｅ提供）；及びＦＰＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｓの試験工場から製造されたＣＦである。８０ｍｍ±３０ｍｍの目標ワーカビリティーを確保するために固形分３２％のポリカルボン酸系高性能減水混和物を２５００ｍｌ／ｍ３の投入量で添加した。
【０１５０】
表１０に列挙される組成物のためにポルトランドセメントＧＵＬタイプ、オタワ砂、砂利骨材及び一定量の材料を混合した。フレッシュコンクリートミックスのスランプ及び空気含有量をフレッシュミックスの空気含有量及び硬化コンクリートの密度と共に表１０に示す。
【表１０】
2021514343.tif 000012
【０１５１】
ＣＦの種々の比率でＯｔｔａｗａ砂から作られたコンクリートの圧縮強度結果を図１４に示す。驚いたことに、０．１５％の添加によって圧縮強度は、ＣＦなしでオタワ砂コンクリートを含む対照試料に比べて２２％上昇した。オタワ砂配合物中に０．１％のＣＦを入れた場合、７日硬化させた後に圧縮強度の１６％の向上があった。ＣＦが添加されている全ての配合物は、７日後、１４日後及び２８日後に圧縮強度の明らかな向上があった。０．０５％のＣＦが添加されているオタワ砂コンクリートの曲げ強度は７．３％上昇し、０．１％のＣＦ添加ではわずかに上昇した（図１７）。０．１％のＣＦの添加によって割裂引張強度が３３％向上し、オタワ砂コンクリートにおいて全ての割裂引張強度がＣＦの添加によって２８日の硬化の後に向上した（図１８）。
【０１５２】
実施例ＩＸ
ＣＦの添加によって黄色砂漠砂で作られたコンクリート
使用する材料は、黄色砂漠砂；石灰石タイプＧＵＬのポルトランドセメント（Ｓｔ−Ｃｏｎｓｔａｎｔ，ＱＣ，Ｃａｎａｄａ、Ｌａｆａｒｇｅ提供）；及びＦＰＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｓの試験工場から製造されたＣＦである。８０ｍｍ±３０ｍｍの目標ワーカビリティーを確保するために固形分３２％のポリカルボン酸系高性能減水混和物を４０００ｍｌ／ｍ３の投入量で添加した。
【０１５３】
表１１に列挙される組成物のためにポルトランドセメントＧＵＬタイプ、黄色砂漠砂、砂利骨材及び一定量の材料を混合した。黄色砂を含むフレッシュコンクリートミックスのスランプ及び空気含有量を表１１に列挙する。フレッシュミックスの空気含有量及び硬化コンクリートの密度を表１１に報告する。
【表１１】
2021514343.tif 000013
【０１５４】
ＣＦの種々の比率で黄色砂漠砂から作られたコンクリートの圧縮強度結果を図１５に報告する。０．１％のＣＦの添加によって圧縮強度は、黄色砂漠砂コンクリートを含む対照試料に比べて７日の硬化の後に１１％上昇した。ＣＦを０．１５％とした場合は２８日の硬化の後に圧縮強度の向上が１４％となる。０．１〜０．１５％までのＣＦを添加することが圧縮強度の向上に好ましい影響を与えるという傾向は明白である。驚いたことに、ＣＦ比率が上昇するにつれて曲げ強度が上昇し、０．１５％のＣＦでは２８日の硬化の後に１１％にまで至った。黄色砂コンクリートの割裂引張は０．１５％のＣＦの添加によって７％上昇した。
【０１５５】
実施例Ｘ
ＣＦの添加によって砂丘砂で作られたコンクリート
使用する材料は、米国オレゴン州からの砂丘砂；石灰石タイプＧＵＬのポルトランドセメント（Ｓｔ−Ｃｏｎｓｔａｎｔ，ＱＣ，Ｃａｎａｄａ、Ｌａｆａｒｇｅ提供）；及びＦＰＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｓの試験工場から製造されたＣＦである。８０ｍｍ±３０ｍｍの目標ワーカビリティーを確保するために固形分３２％のポリカルボン酸系高性能減水混和物を４０００ｍｌ／ｍ３の投入量で添加した。
【０１５６】
表１２に列挙される組成物のためにポルトランドセメントＧＵＬタイプ、砂丘砂漠砂、砂利骨材及び一定量の材料を混合した。砂丘砂を含むフレッシュコンクリートミックスのスランプ及び空気含有量を表１２に示すとともに、フレッシュミックスの空気含有量及び硬化コンクリートの密度も表１２に報告する。
【表１２】
2021514343.tif 000014
【０１５７】
ＣＦの種々の比率で砂丘砂から作られたコンクリートの圧縮強度結果を図１６に報告する。０．１％のＣＦの添加によって圧縮強度は、砂丘砂コンクリートを含む対照試料に比べて７日の硬化の後に９．４％上昇した。ＣＦを０．１５％とした場合は２８日の硬化の後に圧縮強度の向上が１０．５％となる。０．１〜０．１５％のＣＦを添加することが圧縮強度の向上に好ましい影響を与えるという傾向は明白である。０．１〜０．１５％のＣＦの添加によって曲げ強度及び割裂引張強度が両方ともわずかに上昇した。
【０１５８】
実施例ＸＩ
通常の建設用砂、セメント及び砂利で作られたコンクリート組成物に対するＣＦの影響
ポルトランドセメント、通常の建設用砂、砂利骨材及び一定量の材料を表１３に列挙される組成物のために混合した。
【表１３】
2021514343.tif 000015
【０１５９】
ＣＦ、セメント、砂及び砂利の混合物の曲げ試験後の割れ面の写真を図１９に示す。図１９Ａは、ＣＦをミックスに添加していない通常のコンクリートミックスである基準試料の割れ写真である。多くの白点があることが観察されたが、これらはセメントペーストと砂利骨材との間の界面遷移ゾーンにある破損縁部であり、これは、通常のコンクリートミックスのＩＴＺがコンクリート組成物中の脆弱な領域であることを示唆していた。ＣＦが添加されているコンクリートミックスの割れ面を見ると、驚いたことに、砂利骨材が破損しているところに黒点がより濃い色の領域を伴って出現したことが観察され（図１９のＢ及びＣ）、これは、ＣＦの添加がセメントと砂利骨材との間のＩＴＺでの接着性を向上させたことを示唆していた。より驚いたことに、引張割裂試料にも砂利骨材のところに同様の破損箇所が観察され（図２０）、ＣＦを含むコンクリートの割れ面が、ＩＴＺ骨材−ペースト接触部でより多くの剥離を示すＣＦ不含のコンクリートに比べて破断粗骨材の割合がより多いことが示された。骨材−ペースト接触部での接着性がＣＦの添加によって向上することは驚くべき発見であった。
【０１６０】
セメント、建設用砂、砂利骨材、空気連行剤及び高性能流動化剤と混合されたＣＦの特性を表１４にまとめる。少量のＣＦを添加することで圧縮強度が向上し、結合材のたった０．１４重量％のＣＦの添加で２０％にまで向上したことが分かる。得られた圧縮強度は３７．３ＭＰａであったが、これは、ＣＦを含まない２８日目のコンクリート混和物の場合の３６．４ＭＰａよりも高い。曲げ強度はＣＦの添加によってごくわずかに向上した。割裂引張強度は５７日目に１９％向上した。全般的に、コンクリート混和物中へのＣＦの添加は、セメントペーストと、砂利骨材の相間相互作用ゾーンとの接着性を向上させ、したがって生成するコンクリートの力学的強度を向上させる。
【表１４】
2021514343.tif 000016
【０１６１】
本明細書に記載の様々な態様は、単独であるか、組み合わされるか、または上に記載した実施形態の中で具体的に述べられていない様々な構成とされ、よってその用途は、上記の中で明記されているまたは図面の中で示されている構成要素の詳細及び構成に限定されない。例えば、１つの実施形態に記載されている態様を、他の実施形態に記載されている態様と任意の方法で組み合わせてもよい。特定の実施形態を示し記載してきたが、当業者であれば、以下の特許請求の範囲から逸脱することなく変更及び改変がなされ得ること、及び本開示が、実施例に明記される実施形態によって限定されるべきでなく、記載に概して合致する最も広い合理的な解釈を与えられるべきであることが明らかであろう。
【図１−１】
2021514343.tif 000017
【図１−２】
2021514343.tif 000018
【図２】
2021514343.tif 000019
【図３】
2021514343.tif 000020
【図４】
2021514343.tif 000021
【図５】
2021514343.tif 000022
【図６】
2021514343.tif 000023
【図７】
2021514343.tif 000024
【図８】
2021514343.tif 000025
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2021514343.tif 000028
【図１２】
2021514343.tif 000029
【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】
2021514343.tif 000034
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年5月16日(2020.5.16)
【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】
ａ）水硬性結合材と、
ｂ）超微細砂であって、ＡＳＴＭ  Ｃ１３６−０１によって分類される２．１１未満の粗粒率を有する砂、またはＧＢ／Ｔ１４６８４−２００１によって分類される１．５未満の粗粒率を有する砂である、前記超微細砂と、
細繊維状セルロースと、
を含む、コンクリート組成物。
【請求項２】
前記超微細砂が砂漠砂またはオタワ砂である、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記砂漠砂が黄色砂漠砂、砂丘砂、カタール砂漠砂、ゴビ砂漠砂、赤色砂漠砂、黒色砂漠砂またはそれらの組合せである、請求項１または請求項２に記載の組成物。
【請求項４】
前記細繊維状セルロースがセルロースナノフィラメント（ＣＦ）、セルロースナノフィラメント、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）またはミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項５】
前記細繊維状セルロースの平均長が２ｍｍ以下であり、平均幅が３ｎｍ〜５００ｎｍである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項６】
前記水硬性結合材が、ポルトランドセメント、高アルミナセメント、石灰セメント、キルンダストセメント、高リン酸塩セメント、粉砕造粒溶鉱炉スラグセメント、フライアッシュ、石灰、石膏及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項７】
前記水硬性結合材がポルトランドセメントである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項８】
水硬性結合材に対する前記細繊維状セルロースの重量％が、前記水硬性結合材の５重量％未満である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項９】
前記水硬性結合材に対する前記細繊維状セルロースの重量％が０．００１重量％〜５重量％の範囲にある、請求項１〜８のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１０】
粗骨材をさらに含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１１】
前記粗骨材が、砂利、粗いもの、ケイ酸塩、クレイ、金属酸化物、金属水酸化物またはそれらの混合物である、請求項１０に記載の組成物。
【請求項１２】
前記粗骨材の平均粒径が５ｍｍ〜４０ｍｍの範囲にある、請求項１０または請求項１１に記載の組成物。
【請求項１３】
ＡＳＴＭ  Ｃ１３６−０１によって分類される２．９を上回る粗粒率を有する砂をさらに含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１４】
２．９を上回る粗粒率を有する前記砂が天然砂である、請求項１３に記載の組成物。
【請求項１５】
前記天然砂が川砂、河岸砂、海浜砂またはそれらの組合せである、請求項１３または請求項１４に記載の組成物。
【請求項１６】
２．９を上回る粗粒率を有する前記砂がＬａｆａｒｇｅ砂である、請求項１４５に記載の組成物。
【請求項１７】
前記組成物が、コンクリート／モルタルミックス、コンクリートミックス、モルタルミックス、モルタル組成物、またはコンクリート／モルタル砂接着添加剤である、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１８】
コンクリート組成物を調製する方法であって、
水硬性結合材を提供することと、
超微細砂を提供することであって、前記超微細砂が、ＡＳＴＭ  Ｃ１３６−０１によって分類される２．１１未満の粗粒率を有する砂、またはＧＢ／Ｔ１４６８４−２００１によって分類される１．５未満の粗粒率を有する砂である、前記提供することと
細繊維状セルロースを提供することと、
前記水硬性結合材と前記超微細砂と前記細繊維状セルロースとを混合することと、を含み、
前記細繊維状セルロースが、前記水硬性結合材及び前記砂に付着する網状組織を作り出す、前記方法。
【請求項１９】
前記超微細砂が砂漠砂またはオタワ砂である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記砂漠砂が黄色砂漠砂、砂丘砂、カタール砂漠砂、ゴビ砂漠砂、赤色砂漠砂、黒色砂漠砂またはそれらの組合せである、請求項１８または請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記細繊維状セルロースがセルロースナノフィラメント（ＣＦ）、セルロースナノフィラメント、セルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）またはミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）である、請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記細繊維状セルロースの平均長が２ｍｍ以下であり、平均幅が３ｎｍ〜５００ｎｍである、請求項１８〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記水硬性結合材が、ポルトランドセメント、高アルミナセメント、石灰セメント、キルンダストセメント、高リン酸塩セメント、粉砕造粒溶鉱炉スラグセメント、フライアッシュ、石灰、石膏及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１８〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記水硬性結合材がポルトランドセメントである、請求項１８〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
水硬性結合材に対する前記細繊維状セルロースの重量％が、前記水硬性結合材の５重量％未満である、請求項１８〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記水硬性結合材に対する前記細繊維状セルロースの重量％が０．０５重量％〜２．５重量％の範囲にある、請求項１８〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
粗骨材を添加することをさらに含む、請求項１８〜２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記粗骨材が、砂利、粗いもの、ケイ酸塩、クレイ、金属酸化物、金属水酸化物またはそれらの混合物である、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記粗骨材の平均粒径が５ｍｍ〜４０ｍｍの範囲にある、請求項２７または請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
ＡＳＴＭ  Ｃ１３６−０１によって分類される２．９を上回る粗粒率を有する砂を追加で混和することをさらに含む、請求項１８〜２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
２．９を上回る粗粒率を有する前記砂が天然砂である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記天然砂が川砂、河岸砂、海浜砂またはそれらの組合せである、請求項３０または請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
２．９を上回る粗粒率を有する前記砂がＬａｆａｒｇｅ砂である、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記コンクリート組成物を硬化させる及び流し込み成形することをさらに含む、請求項１８〜３３のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
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2021514343.tif 000039
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