(57)【要約】低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物を硬化させる方法が開示されている。当該方法は、所定量の低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物を未硬化の形態で提供するステップと、未硬化の低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物を、試薬と、当該セメント質材料を硬化させるのに十分な時間反応させるステップと、を含む。試薬は、ＣＯ２から合成された化合物であり、ジカルボン酸、トリカルボン酸、またはα−ヒドロキシカルボン酸を含む。【選択図】図１
2021514920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物を硬化させる方法であって：
所定量の低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物を未硬化の形態で提供するステップと；
未硬化の低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物を、試薬と、当該セメント質材料を硬化させるのに十分な時間反応させるステップと、を含み、前記試薬が：ジカルボン酸、トリカルボン酸、α−ヒドロキシカルボン酸、ジカルボン酸の塩、トリカルボン酸の塩、またはα−ヒドロキシカルボン酸の塩のうちの１つ以上を含む化合物である、方法。
【請求項２】
前記試薬がクエン酸またはクエン酸の塩である、請求項１に記載のセメント質材料を硬化させる方法。
【請求項３】
前記試薬が水溶性である、請求項１に記載のセメント質材料を硬化させる方法。
【請求項４】
前記試薬の水への溶解度が２０ｇ／Ｌ以上である、請求項１に記載のセメント質材料を硬化させる方法。
【請求項５】
前記セメント質材料と前記試薬との反応を：
添加剤を使用すること、
その結晶性を制御することにより前記セメント質材料の反応性を制御すること、
前記セメント質材料中の粒子の粒子サイズを制御すること、
前記セメント質材料中の粒子の表面積を制御すること、または
前記セメント質材料の組成を制御すること、のうちの１つ以上によって制御するステップをさらに含む、請求項１に記載のセメント質材料を硬化させる方法。
【請求項６】
前記低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物が、ウォラストナイト、メリライト、アノーサイト、オリビン、またはそれらの組合せをベースとする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物と前記試薬との反応が、反応生成物として、不溶性カルシウムまたはマグネシウム化合物およびＳｉＯ２および／またはＡｌ２Ｏ３合成物を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記反応性物質の水への溶解度が約４ｇ／Ｌ以下である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記不溶性カルシウムまたはマグネシウム化合物が：無水カルボン酸カルシウム、含水カルボン酸カルシウム、無水カルボン酸マグネシウム、含水カルボン酸マグネシウム、無水カルボン酸アルミニウム、もしくは含水カルボン酸アルミニウム、またはそれらの組合せの１つ以上を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＳｉＯ２および／またはＡｌ２Ｏ３合成物が：アモルファスシリカ、アモルファスアルミナ、アモルファスアルミナケイ酸塩、もしくはアルミナケイ酸塩、またはそれらの組合せの１つ以上を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記不溶性カルシウムまたはマグネシウム化合物およびＳｉＯ２および／またはＡｌ２Ｏ３合成物の水への溶解度が約４ｇ／Ｌ以下である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記低Ｃａ／Ｍｇセメントがウォラスナイトをベースとし、前記試薬がクエン酸またはクエン酸の塩を含み、当該低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物と当該試薬との反応が、反応生成物として、クエン酸カルシウム、ＳｉＯ２およびＨ２Ｏを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記クエン酸カルシウムおよびＳｉＯ２の水への溶解度が約４ｇ／Ｌ以下である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１４】
前記試薬をＣＯ２から合成するステップをさらに含む、請求項１に記載のセメント質材料を硬化させる方法。
【請求項１５】
前記未硬化の低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物を前記試薬と反応させるステップが水の存在下で行われる、請求項１に記載のセメント質材料を硬化させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、複合材料からなる物品を製造するためのシステムおよびプロセスに関し、第１の成分がＣＯ２に由来し得る液体または固体の化学物質を利用し、第２の成分が低Ｃａ／Ｍｇセメントで構成される、２成分バインダーシステムを含み得る。
【背景技術】
【０００２】
本明細書において、文献、法令、知識の項目が参照または議論される場合、この参照または議論は、当該文献、法令、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公開され、公に利用可能であり、一般に知られており、一般的な知識の一部であったこと、あるいは適用される法規定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する試みに関連していることが知られている。
【０００３】
コンクリートは、どこにでもあるものである。私たちの家はおそらくコンクリートの上にあり、私たちのインフラストラクチャは、私たちのほとんどの職場と同様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、水および砂や砕石などの骨材を、通常のポルトランドセメント（「ＯＰＣ」）、粉砕した石灰岩と粘土との混合物を燃やして作られた合成材料、または同様の組成の材料と、ロータリーキルンで約１４５０℃の焼成温度で混合することによって作られる。ＯＰＣの製造は、エネルギー集約型のプロセスであるだけでなく、大量の温室効果ガス（ＣＯ２）を放出するプロセスでもある。セメント産業は、世界の人為的ＣＯ２排出量の約５％を占めている。このようなＣＯ２の６０％以上が、石灰岩の化学分解または焼成から生じる。従来のコンクリートの製造および使用は、経済性と環境への影響との両面で最適ではない。このような従来のコンクリート製造技術は、大量のエネルギーを消費し、かつ大量の二酸化炭素を排出しており、好ましくない二酸化炭素排出量につながっている。さらに、石灰岩の供給が不足していることも、ＯＰＣなどの通常の水硬セメント配合物を継続的に使用することの持続可能性に悪影響を及ぼしている。
【０００４】
セメントは、典型的には石灰岩および頁岩でできており、エーライト（セメント化学表記におけるＣ３Ｓ，Ｃａ３ＳｉＯ５，式３ＣａＯ・ＳｉＯ２で表されることもある）およびビーライト（セメント化学表記におけるＣ２Ｓ，Ｃａ２ＳｉＯ４，式２ＣａＯ・ＳｉＯ２で表されることもある）の主要な相を形成する。エーライトおよびビーライトはどちらもカルシウムが豊富で、水の存在下で水和する。ＯＰＣは水と反応して、ケイ酸カルシウム水和物相と水酸化カルシウムを形成する。ケイ酸カルシウム相のカルシウム含有量が高いほど、反応性が高くなる。例えば、鉱物名がウォラストナイトである、ＣａＳｉＯ３の形をとることができるＣａＯ・ＳｉＯ２は水と反応しない。鉱物名がランキナイトである、３ＣａＯ・２ＳｉＯ２も水と反応しない。ただし、Ｃａ／Ｓｉ比が２まで増加し、２ＣａＯ・ＳｉＯ２になると、このケイ酸カルシウム相は水と反応する。この比が３まで増加し、３ＣａＯ・ＳｉＯ２になると、結果として生じる相は水とさらに速く反応する。しかしながら、この反応性の増加には犠牲を伴う。カルシウムの供給源は炭酸カルシウムであるため、カルシウムの使用量が多いほどより多くのＣＯ２が排出される。
【０００５】
ＯＰＣの製造および硬化におけるＣＯ２排出量を削減するためのいくつかの試みがなされてきた。最初のアプローチは、セメントキルンの効率を上げることである。今日、最も効率的なセメントキルンは、ＯＰＣ１トンあたりのＣＯ２排出量を１トンから８１６ｋｇに削減することができる。２つ目のアプローチは、セメントクリンカを、主にフライアッシュやスラグである補足的なセメント質材料（「ＳＣＭ」）と一緒に、場合によっては焼いた油頁岩と一緒にブレンドすることである。これらのＳＣＭは他のプロセスの副産物である。しかしながら、ＳＣＭの主な問題には、供給源ごとの変動、存在量、および供給源の地理的依存性がある。ＣＯ２を削減したいという願望もまた、Ｃａ含有量が比較的少ない炭酸塩化可能なセメント配合物の開発につながる要因であった。炭酸塩化可能なセメントとは、水の存在下で気体のＣＯ２、炭酸形態のＣＯ２（Ｈ２ＣＯ３）などのいずれかの形態、またはＣＯ２と気硬性セメント材料との反応を可能にする他の形態で、二酸化炭素（ＣＯ２）との反応によって主に硬化するセメントをいう。この硬化プロセスは、硬化した材料内に二酸化炭素ガスを封じ込めるので、環境に明らかなメリットがある。例として、Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｅｍｅｎｔ（商標）は、画期的なテクノロジーとして高く評価されており、例えば、Ｒ＆Ｄ  １００アワードによって上位１００の新しいテクノロジーの１つとして認められている。Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｅｍｅｎｔ（商標）の製品は、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、ＣＯ２排出量を最大７０％削減する。さらに、Ｓｏｌｉｄｉａ  Ｃｅｍｅｎｔ（商標）ベースのコンクリートで使用された水の８０％は、簡単に回収して再利用することができる。
【０００６】
二酸化炭素への暴露を介した炭酸化による低Ｃａセメントの硬化メカニズムは、多くの点で有利かつ有益であるが、特定の環境または用途では、二酸化炭素に富んだ雰囲気を作り出して未硬化のセメントまたはコンクリートを二酸化炭素に暴露することは、非実用的であるか、または望ましくない場合がある。したがって、通常の状況では水との反応性がなく、水に曝されたときに硬化する能力を有し、また、水中で硬化する従来のＯＰＣ化学よりも環境プロファイルが良好であり得る、セメント配合物および組成物を提供する必要がある。
【０００７】
本発明の開示を容易にするために従来技術の特定の側面について説明したが、出願人は、これらの技術的側面を放棄することなく、特許請求される発明が本明細書で説明する従来の技術的態様の１つ以上を包含し、または含むことができると考えられる。
【発明の概要】
【０００８】
本開示では、通常は水と反応しない低Ｃａ／Ｍｇセメントを試薬（例えば、ＣＯ２から合成することができる）と反応させて硬化材料を作れることが期待される。このアプローチの利点は、低Ｃａ／Ｍｇセメントの合成により、セメント生産におけるＣＯ２排出量が約３０％減少すること、また、試薬と低Ｃａ／Ｍｇセメントとの反応中に追加のＣＯ２が消費されることである。
【０００９】
一般的な反応は、次のように表すことができる：低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物＋試薬→不溶性カルシウム化合物＋ＳｉＯ２合成物
【００１０】
次に、本発明のいくつかの態様について説明する。発明者らは、以下に列挙され、または本明細書に記載された、本発明の特徴または態様のいずれもが、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られると考えていることを理解されたい。
【００１１】
特定の態様によれば、本発明は、低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物を硬化させる方法を提供する。当該方法は：所定量の低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物を未硬化の形態で提供するステップと；未硬化の低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物を、試薬と、当該セメント質材料を硬化させるのに十分な時間反応させるステップと、を含み、試薬が：ジカルボン酸、トリカルボン酸、α−ヒドロキシカルボン酸、ジカルボン酸の塩、トリカルボン酸の塩、またはα−ヒドロキシカルボン酸の塩のうちの１つ以上を含む化合物である。
【００１２】
試薬は、クエン酸またはクエン酸の塩とすることができる。
【００１３】
試薬は、水溶性とすることができる。
【００１４】
試薬の水への溶解度は、２０ｇ／Ｌ以上とすることができる。
【００１５】
この方法は、セメント質材料と試薬との反応を：添加剤を使用すること、その結晶性を制御することによりセメント質材料の反応性を制御すること、セメント質材料中の粒子の粒子サイズを制御すること、セメント質材料中の粒子の表面積を制御すること、またはセメント質材料の組成を制御すること、のうちの１つ以上によって制御するステップをさらに含むことができる。
【００１６】
低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物は、ウォラストナイト、メリライト、アノーサイト、オリビン、またはそれらの組合せをベースとすることができる。
【００１７】
低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物と試薬との反応は、反応生成物として、不溶性カルシウムまたはマグネシウム化合物およびＳｉＯ２および／またはＡｌ２Ｏ３合成物を形成することができる。
【００１８】
反応性物質の水への溶解度は、約４ｇ／Ｌ以下とすることができる。
【００１９】
不溶性カルシウムまたはマグネシウム化合物は：無水カルボン酸カルシウム、含水カルボン酸カルシウム、無水カルボン酸マグネシウム、含水カルボン酸マグネシウム、無水カルボン酸アルミニウム、もしくは含水カルボン酸アルミニウム、またはそれらの組合せの１つ以上を含むことができる。
【００２０】
ＳｉＯ２および／またはＡｌ２Ｏ３合成物は：アモルファスシリカ、アモルファスアルミナ、アモルファスアルミナケイ酸塩、もしくはアルミナケイ酸塩、またはそれらの組合せの１つ以上を含むことができる。
【００２１】
不溶性カルシウムまたはマグネシウム化合物およびＳｉＯ２および／またはＡｌ２Ｏ３合成物の水への溶解度は、約４ｇ／Ｌ以下とすることができる。
【００２２】
低Ｃａ／Ｍｇセメントはウォラストナイトをベースとすることができ、試薬はクエン酸またはクエン酸の塩を含むものとすることができ、当該低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物と当該試薬との反応は、反応生成物として、クエン酸カルシウム、ＳｉＯ２およびＨ２Ｏを形成することができる。
【００２３】
クエン酸カルシウムおよびＳｉＯ２の水への溶解度は、約４ｇ／Ｌ以下とすることができる。
【００２４】
セメント質材料を硬化させるこの方法は、試薬をＣＯ２から合成するステップをさらに含むことができる。
【００２５】
セメント質材料を硬化させるこの方法は、未硬化の低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物を、試薬と、水の存在下で反応させるステップをさらに含むことができる。
【００２６】
本発明の目的および特徴は、以下に記載される図面および特許請求の範囲を参照することによって、より良く理解することができる。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、本発明の原理を説明することに重点を置いている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の基礎となる特定の原理を示すセメントの相図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本明細書で使用される場合、「a」、「an」および「the」などの単数形は、文脈がそうでないことを明確に示していない限り、複数形も含むことが意図されている。「または」の使用は、文脈がそうでないことを明確に示していない限り、「および／または」を含むことが意図されている。さらに、「および」の使用は、文脈がそうでないことを明確に示していない限り、「および／または」を含むことが意図されている。
【００２９】
本明細書で使用される場合、「約」は、近似の用語であり、当業者に理解されるように、文字通りに記載された量の小さな変動を含むことが意図されている。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術に関連する標準偏差が含まれる。
【００３０】
この開示に含まれるすべての数値は、上記の修飾語「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。本明細書に開示される範囲は、他に示されない限り、範囲の上限および下限内のすべての値を包含すると解釈されるべきである。さらに、すべての範囲には上限と下限が含まれる。
【００３１】
本明細書で使用される「セメント質」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、通常のポルトランドセメント（ＯＰＣ）などの反応性フィラー材料、微細な石灰石粉末、シリカヒューム、ガラス粉末などの非反応性フィラーを含む材料を意味する。
【００３２】
本明細書で使用される場合、「低Ｃａ／Ｍｇセメント」は、Ｃａ／ＳｉまたはＭｇ／Ｓｉ原子比が２未満であるセメントを意味する。
【００３３】
本明細書で使用される場合、「ベースとする」とは、全組成物の５０重量％を超えるか、または全組成物の別個の構成要素の５０重量％を超える成分を意味する。
【００３４】
本明細書には、試薬による活性化の下で硬化する異なるタイプの低Ｃａ／Ｍｇセメントが記載されている。１つの化学物質はウォラストナイトをベースとし、別の化学物質はメリライト（例えば、ゲーレナイト）をベースとし、別の化学的性質はアノーサイトをベースとし、別の化学的性質はオリビンをベースとしている。
【００３５】
いくつかの実施形態では、これらの新しい化学物質を合成するための出発物質は、石灰岩および頁岩、粘土砂などのようなセメント製造で使用される原材料であることが期待される。図１は、ケイ酸カルシウム系セメントの相図である。本明細書に記載するように、セメント相の水との反応性は、図示された進行に沿って、ビーライトからＳＣ（ＳｉＯ２・ＣａＯ）へ、そして改質ＳＣへ減少している。ただし、この反応性の低下とともに、ＣＯ２排出量の望ましい削減も可能となる。同様の挙動は、ケイ酸マグネシウム系セメントに起因する可能性がある。
【００３６】
［ウォラストナイト］
ウォラストナイトの分子式はＣａＳｉＯ３であり、その理論的組成は、４８．２８％のＣａＯおよび５１．７２％のＳｉＯ２で構成されている。
【００３７】
［メリライト］
メリライトは、メリライトグループの鉱物をいう。このグループの鉱物は、いくつかの端成分の固溶体であり、最も重要なものは、ゲーレナイトおよびオケルマナイトである。通常のメリライトの一般式は、（Ｃａ，Ｎａ）２（Ａｌ，Ｍｇ，Ｆｅ２＋）［（Ａｌ，Ｓｉ）ＳｉＯ７］である。メリライトとも呼ばれるゲーレナイト（Ｃａ２Ａｌ２ＳｉＯ７）を合成するには、原料のカルシウム、シリコン、アルミニウム含有量を有利な組成に調整して焼成できることが期待される。通常は廃棄物と見なされる副産物である、と予想される出発物質の化学分析を行うことができる。出発組成物は、化学分析の結果を考慮して調製することができる。化学分析は、湿式化学、Ｘ線回折分析、およびＥＤＡＸなどの便利な方法で実行することができる。いくつかの実施形態では、鉄、ナトリウム、カリウム、および他の材料などのいくつかの不純物が存在することが期待される。この目標化学により、今日、最も効率的なキルンで生産されるポルトランドセメントと比較して、ＣＯ２排出量が〜４０％削減される。
【００３８】
いくつかの実施形態では、生成される主要な相は、結晶性ゲーレナイトおよびアモルファスケイ酸カルシウムアルミニウムであることが期待される。いくつかの実施形態では、残留シリカ、遊離石灰、Ｃ２Ｓ（ビーライト  Ｃａ２ＳｉＯ４）、ＣＳ（ウォラストナイト  ＣａＳｉＯ３）、およびＣ３Ｓ２（ランキナイト  Ｃａ３Ｓｉ２Ｏ７）のうちの１つ以上を含む少量の相（すなわち、２０重量％未満、１５重量％未満、１２重量％未満、７重量％未満、５重量％未満、または３重量％未満）があることが期待される。
【００３９】
［アノーサイト］
アノーサイト（ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８）を合成するには、原料のカルシウム、シリコンおよびアルミニウム含有量を有利な組成に調製して焼成できることが期待される。通常は廃棄物と見なされる副産物であると予想される出発物質の化学分析を行うことができる。出発組成物は、化学分析の結果を考慮して調製することができる。化学分析は、湿式化学、Ｘ線回折分析、およびＥＤＡＸなどの便利な方法で実行することができる。いくつかの実施形態では、鉄、ナトリウム、カリウム、および他の材料などのいくつかの不純物が存在することが期待される。この目標化学により、今日、最も効率的なキルンで生産されるポルトランドセメントと比較して、ＣＯ２排出量が〜６０％削減される。
【００４０】
いくつかの実施形態では、生成される主要な相は、結晶性アノーサイトおよびアモルファスケイ酸カルシウムアルミニウムであることが期待される。いくつかの実施形態では、残留シリカ、遊離石灰、Ｃ２Ｓ（ビーライト  Ｃａ２ＳｉＯ４）、ＣＳ（ウォラストナイト  ＣａＳｉＯ３）、およびＣ３Ｓ２（ランキナイト  Ｃａ３Ｓｉ２Ｏ７）のうちの１つ以上を含む少量の相（おそらく７重量％未満）があることが期待される。
【００４１】
［オリビン］
オリビンとは、同じ結晶構造でＦｅとＭｇとが相互に置換する化合物のグループをいい、一般的な化学式（Ｍｇ，Ｆｅ）２ＳｉＯ４を有する。カルシウム（Ｃａ）、マンガン（Ｍｎ）またはニッケル（Ｎｉ）も、Ｆｅおよび／またはＭｇの代わりに使用できるため、オリビングループには、ファイアライトおよびフォルステライトが最も一般的なメンバーであるシリーズがいくつかある。
【００４２】
［低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物］
セメントを製造するプロセスには、ウォラストナイト、メリライト（例えば、ゲーレナイト）、アノーサイト、またはオリビンを生成するための反応（例えば、焼成による）が含まれる。
【００４３】
焼成した低Ｃａ／Ｍｇセメント材料（すなわち、クリンカ）を粉砕して、ポルトランドセメントと同様であるか、またはそれ以下の、新しいセメント混合物の粒子サイズを提供することができる。
【００４４】
代替的な実施形態では、ウォラストナイト、メリライト（例えば、ゲーレナイト）、アノーサイト、またはオリビンをベースとする低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物は、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｉ（シリコン）、および／またはＭｇ（マグネシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）またはＢａ（バリウム）などの不純物、ならびにその他の金属イオンをさらに含み得る。
【００４５】
［硬化プロセス］
上記の１つ以上のセメント組成物などの低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物を試薬（例えば、ＣＯ２から合成され得る）と反応させて、硬化物を作ることができることが想定される。
このアプローチの利点は、低Ｃａ／Ｍｇセメントの合成によってセメント製造におけるＣＯ２排出量が約３０％削減されること、および試薬と低Ｃａ／Ｍｇセメントとの反応中に追加のＣＯ２が消費されることである。
【００４６】
一般的な反応は、次のように表すことができる：
低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物＋試薬→
不溶性カルシウム化合物＋ＳｉＯ２および／またはＡｌ２Ｏ３合成物
【００４７】
さらなる態様によれば、一般的な反応は、次のように特定することができる：
低Ｃａ／Ｍｇセメント＋カルボン酸またはその塩→無水カルボン酸カルシウムおよび／または含水カルボン酸カルシウムおよび／または無水カルボン酸マグネシウムおよび/または含水カルボン酸マグネシウムおよび／または無水カルボン酸アルミニウムおよび/または含水カルボン酸アルミニウムおよび/またはアモルファスシリカおよび／またはアモルファスアルミナおよび／またはアモルファスアルミナケイ酸塩および／またはアルミナケイ酸塩
【００４８】
いくつかの実施形態では、反応は水の存在下で行われる。
様々な実施形態では、形成される生成物に応じて、反応中に水が消費されてもされなくてもよい。
【００４９】
試薬は、水に対する特定の最小溶解度を有し得る。例えば、試薬の溶解度は、水１リットルあたり試薬２０ｇ（２０ｇ／Ｌ）以上である。さらに、試薬は、低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物との反応生成物が水１リットルあたり反応生成物４ｇ（４ｇ／Ｌ）以下となるように選択することができる。
【００５０】
試薬の例には、ジカルボン酸、トリカルボン酸、およびα−ヒドロキシカルボン酸、ならびにそれらの塩も含まれる。
【００５１】
ジカルボン酸の例には、以下のものが含まれる：
【００５２】
【表１】
2021514920.tif 000003
【００５３】
トリカルボン酸の例には、以下のものが含まれる：
【００５４】
【表２】
2021514920.tif 000004
【００５５】
試薬化学反応の具体的な例は次の通りである：
ＣａＳｉＯ３＋クエン酸→クエン酸カルシウム＋ＳｉＯ２＋Ｈ２Ｏ
【００５６】
この反応は、水の存在下で生じる。
【００５７】
クエン酸は、式Ｃ６Ｈ８Ｏ７および以下の構造式を有する有機化合物である：
【化１】
2021514920.tif 000005
【００５８】
一般に、本明細書の原理に従って作業するために、試薬は、好ましくは低Ｃａ／Ｍｇセメントと反応するのに十分に水溶性であり、１つの反応生成物は、好ましくは不溶性カルシウム化合物であるべきである。
【００５９】
特定の実施形態では、試薬は、低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物の総重量に対して、約１重量％以上の量でセメント組成物中に存在する。
【００６０】
特定の実施形態では、試薬は、低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物の総重量に対して、約１重量％〜約５重量％の量でセメント組成物中に存在する。
【００６１】
特定の実施形態では、試薬は、低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物の総重量に対して、約５重量％〜約１０重量％の量でセメント組成物中に存在する。
【００６２】
特定の実施形態では、試薬は、低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物の総重量に対して、約１０重量％〜約２５重量％を占める量でセメント組成物中に存在する。
【００６３】
代替的な実施形態では、低Ｃａ／Ｍｇセメント組成物は、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｉ（シリコン）、および／またはＭｇ（マグネシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）またはＢａ（バリウム）などの不純物、ならびにその他の金属イオンを含むことができ、反応生成物は、Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，ＳｒおよびＢａのうちの１つ以上を含む不溶性化合物である。
【００６４】
発熱性であり得る反応の場合、そのような反応の制御は以下の１つ以上によって達成できると考えられている：添加剤を使用すること、結晶性を制御することによりセメント質材料の反応性を制御すること、セメント質材料中の粒子の粒子サイズを制御すること、および／またはセメント質材料中の粒子の表面積を制御すること。
【００６５】
反応速度を制御するための１つのアプローチは、セメントのＡｌおよび／またはＭｇおよび／またはＦｅ含有量を増加させることによりメリライト（すなわち、ゲーレナイト）含有量を増加させて、セメントの反応性を低下させることであった。
【実施例】
【００６６】
「４×８」シリンダは、主にメリライト（すなわち、ゲーレナイト）結晶相８０％、ラルナイト５％、およびアモルファス相１２％で構成されるセメントで作られている。セメントの粒度分布は、ｄ１０  ３ミクロン、ｄ５０  １１ミクロン、およびｄ９０  ７５ミクロンである。セメント、砂および砂利の混合物を飽和クエン酸溶液と混合し、型に流し込む。サンプルを２日間硬化させ、ＡＳＴＭ  Ｃ３９に従い圧縮強度を試験する。
【００６７】
セメント質材料にこのような調整を加えることにより、場合によっては、改質されたセメント質材料（たとえば、Ａｌ、Ｍｇ、および／またはＦｅが追加されたもの）は、二酸化炭素源としてのＣＯ２のみとの反応では硬化しないが、一方で、硬化剤がクエン酸であるか、またはジカルボン酸、トリカルボン酸、およびα−ヒドロキシカルボン酸などのいくつかの試薬である場合は反応することが分かっている。
【００６８】
他の実施形態では、試薬は、有機酸、またはＣＯ２のみから、もしくは他の前駆体物質を用いて合成することができる化合物とすることができる。
【００６９】
出願人の開示は、図を参照して好ましい実施形態で本明細書に記載されており、図中、同様の符号は、同一または同様の要素を表している。本明細書全体を通して「一実施形態」、「実施形態」、または類似の用語への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、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ることを意味する。したがって、「一実施形態では」、「実施形態では」というフレーズ、および本明細書全体にわたる同様の用語の出現は、必ずしもそうである必要はないが、すべて同じ実施形態をいう場合がある。
【００７０】
出願人による本開示で説明された特徴、構造、または特性は、１つ以上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つ以上の特定の詳細なしで、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。他の例では、本開示の態様を不明瞭にすることを避けるために、周知の構造、材料、または操作については示していないか、または詳細には説明していない。
【００７１】
本明細書の特許請求の範囲に含まれる他の実施形態は、本明細書を検討すること、または本明細書の開示を実施することから当業者には明らかであろう。本明細書は例示的なものにすぎないと見なされ、本発明の範囲および精神は特許請求の範囲によって示されることが意図されている。
【００７２】
以上を考慮すると、いくつかの利点が達成され、他の利点が得られることが分かるであろう。
【００７３】
本開示の範囲から逸脱することなく、上記の方法および組成物に様々な変更を加えることができるので、上記の説明に含まれるすべての事項は、限定的な意味ではなく、例示として解釈されるものとする。
【００７４】
本明細書で引用されたすべての参考文献は、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、いかなる参考文献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妥当性に異議を申し立てる権利を留保する。
【００７５】
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字は、すべての場合において「約」という用語によって変更されるものとして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もかかわらず、本明細書に提示された主題の広い範囲は概算であり、記載された数値は可能な限り正確に示されている。ただし、任意の数値には、例えば、それぞれの測定手法で見られる標準偏差から明らかなように、本質的に特定のエラーまたは不正確さが含まれる場合がある。本明細書に記載された特徴はいずれも、「手段」という用語が明示的に使用されていない限り、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ  §１１２，６に訴えるものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【国際調査報告】
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