(57)【要約】  コンクリートの調製および仕上げの方法が開示されている。本方法は、一部または全ての水が、セメントミックス、砂および骨材と結合させて混合された後、工業用コンクリートミキサー／注入器へのナノシリカ含有配合物の混合物添加を含むプロセスによってセメント表面を調製することと、次いで、注入および浮揚させることと、続いて、結合前または結合中に、水、α−ヒドロキシ酸、グリコールアルキルエーテルおよびポリエチレングリコールを含む配合物をコンクリート表面に添加することと、を含む。【選択図】図１
2021519741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐摩耗性が改善されたコンクリート設備を調製するための方法であって、
１）  コンクリート設備を調製するためのプロセスであって、前記プロセスが、
Ａ）  成分からコンクリートミックスを作成するステップであって、前記成分が、下記：
ａ）或る量の乾燥セメントミックスであって、
ｉ）  メーカーの水／セメント比の推奨値において、前記推奨された比が、約３．５〜約６．５の範囲内にあり、ｂ）と組み合わせた際、水／セメント比は、前記推奨値よりも約１０％小さい値に相当する値を上回り、前記推奨値よりも約３０％大きい値に相当する値以下であること、
あるいは
ｉｉ）  メーカー推奨の水／セメント比の範囲が、上限値と下限値とを有し、下記ｂ）と組み合わせた際、前記水／セメント比が、前記下限値よりも約１０％小さい値に相当する値を上回り、前記上限値よりも約３０％大きい値に相当する値を下回ること、
あるいは
ｉｉｉ）  下記ｂ）と組み合わせた際、前記水／セメント比が約０．３５〜０．６５の範囲になるような量、によって特徴付けられる、乾燥セメントミックス、
ｂ）  或る量の水、
ｃ）  ａ）中のセメントの百重量当たり約０．１〜約７．０オンス（約２．８３〜約１９８．４グラム）の範囲にある或る量のアモルファスシリカであって、平均シリカ粒子サイズが、１〜５５ナノメートルの範囲であり、および／またはシリカ粒子の表面積が、約３００〜約９００ｍ2／ｇの範囲内にある、或る量のアモルファスシリカ、
ｄ）  約４００〜約７００重量％ｂｗｏｃの範囲内にある或る量の骨材および／または或る量の砂、のそれぞれを含み、
Ｂ）  ｂ）の水は、その全体または部分にて、水量の少なくとも約２０重量％を含む初期部分と、尾水部分とを含む部分で添加され、前記水の初期部分は、ａ）およびｄ）の成分と結合させて、第１のミックスを形成し、前記アモルファスシリカは、ａ）、ｄ）およびｂ）の前記初期部分を含むミックスに添加されて、第２のミックスを形成し、
且つ
尾水を、１）前記第１のミックスに添加するか、２）前記第２のミックスに添加するか、または３）前記第１のミックスに前記アモルファスシリカと同時添加し、前記アモルファスシリカおよび前記尾水を、任意で、添加して任意で相互結合し、１）前記第１のミックスを、前記尾水の添加前の時間ｔ11、前記尾水の添加後、但し前記アモルファスシリカの添加前の時間ｔ12、および前記アモルファスシリカの添加後の時間ｔ13の間撹拌するか、または、２）前記第２のミックスを、前記アモルファスシリカの添加前の時間ｔ21、前記アモルファスシリカの添加後、但し前記尾水の添加前の時間ｔ22、および前記尾水の添加後の時間ｔ23の間撹拌するか、または3）前記第２のミックスを、前記アモルファスシリカと前記尾水を同時添加する前に、時間ｔ31の間撹拌し、次いで、前記コンクリートミックスを時間ｔ32の間撹拌し、
あるいは
Ｃ）  前記或る量の水をａ）およびｄ）の前記成分に添加してミックスを形成し、次いで、前記ミックスを、前記アモルファスシリカの添加に先立って或る一定の時間ｔa撹拌し、次いで、前記コンクリートミックスを、時間ｔbの間撹拌する、作成するステップと、
Ｄ）  Ｂ）またはＣ）の前記コンクリートミックスを注いで、上面を含むコンクリート設備を形成するステップと、
Ｅ）  前記上面を浮揚させるステップと、
Ｆ）  前記上面に対し、水を含む配合物、平均分子量が約５００〜約１５００ｍｗの範囲内であるα−ヒドロキシ酸、グリコールアルキルエーテル、およびポリエチレングリコールを、好ましくは１ガロン当たり約２００〜約２０００平方フィート（約１８．５８〜約１８５．８平方メートル）の速度にて、コンクリートの表面まで塗布するステップと、
Ｇ）  前記上面に対し結合ステップを実行するステップと、
Ｈ）  任意で、光沢が向上するように前記上面を最終仕上げし、任意でグレード１にするステップと、
Ｉ)  ステップＨ）の場合、任意で前記上面をバニシングし、ステップＨ）の前記最終仕上げの前記表面がグレード１の場合、任意で、バニシングによって前記表面をグレード２に向上させるステップと、を含むプロセス、を含む方法。
【請求項２】
前記水の初期部分が、前記水量の少なくとも３０重量%、４０重量%、５０重量%、６０重量%、７０重量%、８０重量%、９０重量%または９９重量%を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
ａ）の前記乾燥セメントミックスをｂ）の前記水と組み合わせた際、前記水／セメント比が、
ｉ）の前記推奨値以上であり、但し前記推奨値よりも３０％大きい値に相当する値未満であるか、あるいは
ｉｉ）の推奨範囲の前記上限値以上であり、但し前記上限値よりも３０％大きい値に相当する値以下であるか、あるいは
ｉｉｉ）に関して少なくとも０．３５であり、但し０．６５以下である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記アモルファスシリカがコロイド状シリカ溶液として前記第１のミックスに導入され、前記溶液が約５０〜約９５重量％のシリカと、約５〜約５０重量％の水とを含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
前記シリカが、約７５〜約９０重量％のシリカと、約１０〜約２５重量％の水とを含む、請求項４に記載のプロセス。
【請求項６】
前記アモルファスシリカが、百重量セメント当たり約２．５〜約５．５オンス（約７０．８７〜約１５５．９２グラム）の範囲の量で添加される、請求項５に記載のプロセス。
【請求項７】
前記アモルファスシリカが、百重量セメント当たり約３．５〜約４．５オンス（約９９．２２〜約１２７．５７グラム）の範囲の量で添加される、請求項６に記載のプロセス。
【請求項８】
前記コロイド状シリカが前記尾水の後に添加される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記コンクリートがスラブまたはフーチングに注入される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記プロセスをレディーミクスで実施し、前記第１のミックスを約２ｒｐｍ〜約１８ｒｐｍの範囲の速度で１５秒〜５分の範囲の時間撹拌した後、前記尾水を前記第１のミックスに添加し、前記尾水の添加後、前記ミックスを、約５ｒｐｍ〜約１８ｒｐｍの範囲の速度で、約１分〜約１８分の範囲の時間で撹拌し、その後、前記シリカをコロイド状シリカとして前記レディーミクスに添加し、前記ミックスを約２〜約１８ｒｐｍの範囲の速度で約１〜約１５分の範囲の時間撹拌し、次いで、前記コンクリートをスラブの形態として注入する、請求項１または４に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記配合物が１ガロン当たり約５００〜約１５００平方フィート（約４６．４５〜約１３９．３５平方メートル）の速度で塗布される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記配合物が、Ｋｏｒｋａｙ部当たり約６〜約８部の水の範囲のＫｏｒｋａｙ希釈物を含み、塗布速度が１ガロン当たり約８００〜１２００平方フィート（約７４．３２〜約１１１．４８平方メートル）の間である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記配合物が、前記配合物中に約５〜約２０重量パーセントの範囲内で存在するα−ヒドロキシ酸と、約５〜約２０重量パーセントの範囲内で存在するグリコールアルキルエーテルと、約１〜約１５重量パーセントの範囲内で存在するポリエチレングリコールと、約７０〜約８０重量パーセントの範囲内で存在する水と、を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記配合物が、前記配合物中に約１０〜約１５重量パーセントの範囲内で存在するα−ヒドロキシ酸と、約１０〜約１５重量パーセントの範囲内で存在するグリコールアルキルエーテルと、約１〜約９重量パーセントの範囲内で存在するポリエチレングリコールと、約７０〜約８０重量パーセントの範囲内で存在する水と、を含む、請求項１３に記載のプロセス。
【請求項１５】
請求項１、３、５、７、８、９または１０に記載のプロセスによって調製された、コンクリート設備。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
優先権の主張
本出願は、２０１８年３月２２日に出願された仮出願６２／７６１，３９３号、および２０１８年９月１日に出願された仮出願６２／７６５，５９７号の優先権を主張するものであり、これら両方の文献に教示されている全内容は、その一部を除外することなしに、本明細書において参照により援用されている。また、２０１８年３月９日に提出された仮出願６２／７６１，０６４号は、該文献に教示されている全内容がその一部を除外することなしに、本明細書において参照により援用されている。
【０００２】
コンクリートスラブなどのコンクリートフォームの製造におけるステップで重要なのが、コンクリートの仕上げである。仕上げプロセスは、コンクリートが硬化してから、コンクリートが完全に硬化するまでの間に発生するのが、一般的である。当該技術分野において公知の仕上げプロセスの目的の１つは、機械的平滑化によって生コンクリート表面の粗さを低減することにある。既存の方法により注入されたコンクリートの場合、硬化コンクリート表面からの蒸発によって、表面が乾燥しすぎて簡単に仕上げることができず、更に水を使用せずに行うとコンクリート表面が損傷するというリスクを伴うことも、しばしばある。そのように更に水を加えた場合、下記のように、水の排出が長期にわたるという問題を引き起こす。但し、水を加えることによって、損傷を最小限に抑えながら表面を滑らかにするのが容易になる可能性がある。
【０００３】
仕上げの第２の目的は、コンクリートの表面をコーティングすることにある。既存の方法で注入されたコンクリートスラブには、蒸発が見られる傾向があり、前述のように、セメント表面を乾燥させる可能性がある。結果として、水によって表面に毛細管が生じ（以下に詳述）、表面を通って流れ上がった沈降によって大部分が移動することも、しばしばある。このような毛細管は、コンクリート製品の圧縮強度を損なう恐れがあるだけでなく、その寿命が存続する間、コンクリートへの水の導管として機能し、水を介して損傷を促進してしまう可能性もある。表面の場合と同様に、毛細管によって、本来なら硬化反応に加わる可能性のあった水が、失われる。既存の仕上げ剤は、コンクリートの上面および毛細管の内面をコーティングするように作用し、硬化中の水分損失を減らし、且つコンクリートの寿命の後半に水の浸入を防ぐ。
【０００４】
ゆえに、要約すると、既存の仕上げ方法は、機械的平滑化を、保護層を堆積させる仕上げ剤とを併用したものである。結果として、表面にコーティングが施された滑らかな表面が得られ、表面に密度が加わり、硬化中の蒸発損失が削減され、理論的には硬化効率が向上すると同時に、使用中の水の後退および浸入が低減する。
【０００５】
驚くべきことに、これまでの発見によれば、テーツ・ソープ・アンド・ファクタンツ社（Tate’s Soaps and Surfactants）から入手可能、且つ仕様製品のE5仕上げとして入手可能なＫｏｒｋａｙコンクリートディゾルバーの水希釈配合物は、仕上げ剤として使用すると、耐久性のある防水仕上げが得られる。一方、以下に開示および記載されているように、アモルファスシリカを用いて調製されたコンクリート表面上に仕上げ剤の代替品として使用される場合もある。結果として得られたコンクリート表面は、仕上げが滑らかで耐摩耗性のあること、表面への水の浸透に対する耐性が向上すること（理論に拘束されるものではないが、毛細管が充填されるためと考えられる）、圧縮強度がより長い寿命にわたって維持されること（再三繰り返す通り、水害による寿命短縮が防止されるのは、毛細管が充填されるためと考えられる）を特徴とするのが、一般的である。結果として得られる高品質の表面は、Ｋｏｒｋａｙが切断剤または洗浄剤としての能力において当業者の間で周知であり、大規模に注入された後にコンクリートの混合および注入装置上に残留するコンクリートの堆積物を溶解する目的に当業界全体で使用されていることでも驚くべきものである。その有効性は、繁用されているシリカ材料、例えば、ヒュームドシリカ、シリカフュームなどを含むコンクリートにまでおよぶ。この配合物は、仕上げを残すというよりも、寧ろ、コンクリート表面を効率的に溶解すると考えられる。
【発明の概要】
【０００６】
本発明に従って調製されたコンクリートは、以下に記載されるようにシリカの尾水又はテイルウォータの添加を伴うもので、一般的には仕上げ水の吸収を大幅に低減させるため、理論に束縛されるものではないが、下記のように調製される。下記の特性を備えるアモルファスシリカ含有のコンクリートは、記載のように水分を保持し、既存の方法によって調製されたコンクリートと比較して毛細管の存在を低減すると考えられる。ゆえに、表面を滑らかにするための水を更にはほとんどまたは全く必要とせずに、本明細書に示されるように塗布されたＫｏｒｋａｙの希釈配合物中に含有されているものを含む、仕上げ中に塗布される水は、コンクリート中に取り込むのが容易でない。ゆえに、Ｋｏｒｋａｙを使用し、シリカの尾水の添加を伴うことは、特に有益である。更になお、実験的注入によって確証されてきたように、本明細書に開示されている方法以外の方法によってミックスが調製されるコンクリート（例えば、水の添加と同時に、または水の添加前に、シリカをセメントミックスと結合させるコンクリート）は、本発明の仕上げ組成物および方法を使用することによって、層間剥離速度がはるかに高まる。ゆえに、本発明の仕上げ配合物および方法を、本明細書に記載のコンクリートミックスを調製するための改良型の配合物および方法と併用するのが好ましい。その場合、ナノシリカ、好ましくはコロイド状アモルファスナノシリカを、水の一部または全てをセメントミックス、および任意で骨材／砂成分と結合し、しばらくの間混合した後に限り、コンクリートミックスの他の成分と結合させる。「改良型の配合物およびコンクリートミックスの調製方法」の完全な説明は、以下に開示されている通りである。
【０００７】
但し、本発明のいくつかの利点を得られるようにするには、本明細書に記載の仕上げ方法および組成物を、アモルファスシリカの尾水を添加せずに済む方法により調製されたシリカ含有コンクリートミックスと併用するのが、条件となる。そのコンクリートは、例えば、一部または全ての水をセメントミックスおよび骨材／砂と混合する前の時点にシリカを添加して調製されたコンクリートを言う。そのようなコンクリートは通例、本明細書で詳述されているコンクリートよりも有意に多くのブリード水を浸出させる。また、そのようなコンクリートは、本明細書に具体的に開示されているコンクリートよりも多くの仕上げ水を吸収し得る。例えば、他のシリカ含有コンクリートで、例えば、シリカフューム（平均粒子サイズ約１４５ｎｍ）またはヒュームドシリカなどの幾分大きい粒子を有するものは、本発明のいくつかの利点を呈し得る一方、コンクリートの表面の調製に用いられる当該粒子が大きいほど、損傷または破壊される可能性が高まる。
【０００８】
Ｋｏｒｋａｙ希釈物は、コンクリート中のアモルファスナノシリカと相互作用し、少なくとも表面のアモルファスシリカとのこの相互作用を通じて、コンクリートの表面領域上および／または表面領域に硬質仕上げが形成されると考えられている。このような結果は、コンクリートＣ−Ｓ−Ｈマトリックスが存在しない状態で、E5 INTERNAL CUREがE5仕上げと容器内で直接混合される実験によって示されている通り、観察されたコンクリート仕上げの物質である可能性が高いと考えられるような、丈夫な半清澄または清澄な物質が得られる。例えば、コロイド状シリカ配合物などのナノシリカの配合物のｐＨをｐＨ７未満のｐＨに低下させると、ナノシリカ配合物がゲルを形成し得ることが公知である。本開示の配合物は、酸（好ましくはグリコール酸）を含有する。但し、この配合物は、汎用タイプのコンクリートのＣ−Ｓ−Ｈマトリックスを分解するために使用される。例に挙げられているコンクリートは、他のタイプの大型（ナノサイズではない）繁用されているシリカ含有のものである。にもかかわらず、そのような配合物（本明細書に記載の水希釈Ｋｏｒｋａｙ配合物またはその配合物のバリエーション）が、本明細書に詳細に開示されているように、アモルファスナノシリカの後期添加によって調製されたコンクリートに使用される場合、コンクリートは損傷または破壊されない。代わりに、コンクリートは、驚くべきことに、他の仕上げ方法よりも耐久性があり、硬く、光沢のある表面に仕上げることが可能である。
【０００９】
本発明の表面形成プロセスは、下記の「コンクリート性能を向上させるための新規な組成物」と題した節に記載されるようにして、調製および注入されたアモルファスシリカ含有のコンクリートと併用するのが、好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】高光沢仕上げの描写である。この高光沢仕上げは、浮揚、結合、最終仕上げのステップの後に達成される。
【図２】図面１）の度合いにまで仕上げられていない表面の、くすんだ仕上げの描写である。
【図３】実施例３で調製された表面の描写である。この表面は、水の浸透がなく、屋外での使用に好適である。
【図４】実施例１で調製され、仕上げステップ後に現れた表面の描写である。未希釈Ｋｏｒｋａｙを、浮揚後に塗布した。表面は脆弱であり、仕上げステップで破損し易い。
【図５】仕上げステップ後に現れた表面の描写である。浮揚後に、Ｋｏｒｋａｙの１２：１水希釈液を塗布した。表面は薄く、平坦度および光沢が劣っている。
【図６】仕上げステップ後に現れた表面の描写である。浮揚後に、Ｋｏｒｋａｙの７：１水希釈液を塗布した。表面は滑らかで光沢に優れる。
【００１１】
表のリスト
表１のデータは、実施例6において参照されている通りである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この仮出願に示されている発明は、２０１７年３月２０日に販売可能な配合物のＫｏｒｋａｙコンクリートディゾルバー（「Ｋｏｒｋａｙ」）に言及しているが、当業者に認識されているように、Ｋｏｒｋａｙおよびその水希釈液は化学配合物であり、そのような化学配合物は、様々な異なる供給源および／または方法によって調製することができ、本発明の利益を得るために、本発明での使用に適している。一実施形態において、配合物組成物は、Ｋｏｒｋａｙの水希釈物を含むか、または本質的にＫｏｒｋａｙの水希釈物からなる。
【００１３】
ここで認識すべき点は、Ｋｏｒｋａｙの同じ化学成分またはその水希釈物を含む配合物で、但し、１つ以上の成分（水は含まない）の濃度が、Ｋｏｒｋａｙまたはその水希釈物に関する濃度から、それぞれＫｏｒｋａｙまたはその水希釈物の重量に対して、それぞれ５０、４０、３０、２０、１０もしくは５重量％未満だけ逸脱している該配合物は、本発明において有用であり得るという点である。そのような化学組成物は、本明細書に開示されている推奨量および速度にて使用すると良い。
【００１４】
更なる実施形態において、配合物は、水、α−ヒドロキシ酸、グリコールアルキルエーテル、およびポリエチレングリコールで、平均分子量が約５００〜約１５００ｍｗの範囲内であるものを具備するか、または本質的にそれらからなる。水は本質的にイオン汚染のないことが、好ましい。例えば、炭酸塩などの特定のイオンの存在は、得られた仕上げの透明度に影響を与える可能性がある。使用する水にイオン性または有機性の汚染がある場合は、例えば逆浸透などの除去ステップに供された水を使用することが好ましい。ｐＨが約７である水を使用することが好ましいが、水のｐＨが７を上回るかもしくは下回る場合、特に配合物のｐＨが７以下である場合でも、本発明の利点を得ることができる。更なる実施形態において、α−ヒドロキシ酸は、炭素含有数を約５〜約１の範囲とし、グリコール酸が好ましい。グリコール酸は、ケムソルブ社（Chemsolv）から入手可能である。グリコールアルキルエーテルは、ポリプロピレンメチルエーテルが好ましく、ジプロピレングリコールメチルエーテルが好ましい。ジプロピレングリコールメチルエーテルを入手できる供給元は、ダウケミカル社（Dow Chemical）、ライオンデルバセル社（Lyondell Bassell）、およびシェル社（Shell）など多数に及んでいる。平均分子量が約５００〜約１５００分子量の範囲のポリエチレングリコールは、好ましくは、平均分子量が約７５０〜約１２５０の分子量の範囲、更により好ましくは、約９５０〜約１０５０の分子量の範囲のポリエチレングリコールである。好適なポリエチレングリコールの一例は、ＰＥＧ（１０００）である。
【００１５】
追加的な実施形態において、α−ヒドロキシ酸は、好ましくは、約５〜約２０重量パーセントの範囲の配合物中に存在し、約１０〜約１５重量パーセントの範囲の重量パーセントがより好ましい。グリコールアルキルエーテルの重量パーセントは、好ましくは、約５〜約２０重量パーセントの範囲であり、約１０〜約１５重量パーセントの範囲がより好ましい。ポリエチレングリコールの重量パーセントは、好ましくは、約１〜約１５重量パーセントの範囲であり、比率は、約１〜約９重量パーセントの範囲がより好ましい。水は、約７０〜約８０重量パーセントの範囲で存在し、約７１〜約７７重量パーセントの範囲がより好ましい。
【００１６】
更なる実施形態において、配合物は、下記の４部混合物：
１）  約７４％の水と、
２）  約１３％のグリコール酸と、
３）  約８％のジプロピレングリコールメチルエーテル（ＤＰＭグリコールエーテル）と、
４）  約５％のポリエチレングリコール（ＰＥＧ１０００タイプ）と、の水希釈物を含むか、該水希釈物からなるか、または本質的に該水希釈物からなるものであり、希釈物は、好ましくは、約４〜約２０部の水に対し１部の混合物を含むか、該混合物からなるか、または本質的に該混合物からなる。より好ましい希釈物は、水を約５〜約１２部としたものである。更により好ましい希釈物は、水を約６〜約８部としたものであり、約６．５〜約７．５もしくは約６．８〜約７．２の範囲が特に好適である。そのような希釈物と等価な成分において、「等価な成分」とは、配合物が前述と同じ成分および相対的比率を含むか、それからなるか、または本質的にそれらからなるものであり、但し、該配合物は、規定の希釈によってではなく、例えば、成分を直接混合するなどの他の手段によって調製されたものであることを意味する。（E5仕上げ配合物は、約７部の水、乃至約１部のＫｏｒｋａｙを含む混合物を生成することによって、形成される場合がある）。或る実施形態において、配合物は、E5仕上げ配合物を含む。他の実施形態において、配合物は、水で希釈または水を除去した濃度のE5仕上げ、または前述の化学的に同一の調製物を含む。他の実施形態において、配合物は、E5仕上げを含むか、または本質的に該E5仕上げからなる。
【００１７】
好ましい塗布様式は、下記または下記の化学的等価物を、下記の塗布速度にて塗布することを含む。
【００１８】
本配合物は、１部のＫｏｒｋａｙ乃至約４〜約２０部の水を含むまたは本質的にそれからなるものであり、より好ましい希釈物は水を約５〜約１２部としたものであり、更により好ましい希釈物は水を約６〜約８部としたものである。
【００１９】
配合物は、好ましくは1ガロン当たり約２００〜約２０００平方フィート（約１８．５８〜約１８５．８平方メートル）の割合でコンクリート表面に塗布される。1ガロン当たり約５００〜約１５００平方フィート（約４６．４５〜約１３９．３５平方メートル）がより好ましく、1ガロン当たり約８００〜約１２００平方フィート（約７４．３２〜約１１１．４８平方メートル）が更に好ましい。本配合物は、Ｋｏｒｋａｙ部当たり約６〜約８部の水の範囲のＫｏｒｋａｙ希釈物であり、該塗布速度は1ガロン当たり約８００〜１２００平方フィート（約７４．３２〜約１１１．４８平方メートル）の間である。Ｋｏｒｋａｙが具体的に言及されているが、上記の化学的同等物が上記の希釈で使用可能または使用される。
【００２０】
更なる実施形態において、配合物は、水、α−ヒドロキシ酸、グリコールアルキルエーテル、およびポリエチレングリコールで、平均分子量が約５００〜約１５００ｍｗの範囲内であるものを具備するか、または本質的にそれらからなる。更なる実施形態において、α−ヒドロキシ酸は、炭素含有数を約５〜約１の範囲とし、グリコール酸が好ましい。グリコール酸は、ケムソルブ社（Chemsolv）から入手可能である。グリコールアルキルエーテルは、ポリプロピレンメチルエーテルが好ましく、ジプロピレングリコールメチルエーテルが好ましい。ジプロピレングリコールメチルエーテルを入手できる供給元は、ダウケミカル社（Dow Chemical）、ライオンデルバセル社（Lyondell Bassell）、およびシェル社（Shell）など多数に及んでいる。平均分子量が約５００〜約１５００分子量の範囲のポリエチレングリコールは、好ましくは、平均分子量が約７５０〜約１２５０の分子量の範囲、更により好ましくは、約９５０〜約１０５０の分子量の範囲のポリエチレングリコールである。好適なポリエチレングリコールの一例は、ＰＥＧ（１０００）である。
【００２１】
追加的な実施形態において、α−ヒドロキシ酸は、好ましくは、約５〜約２０重量パーセントの範囲の配合物中に存在し、約１０〜約１５重量パーセントの範囲の重量パーセントがより好ましい。グリコールアルキルエーテルの重量パーセントは、好ましくは、約５〜約２０重量パーセントの範囲であり、約１０〜約１５重量パーセントの範囲がより好ましい。ポリエチレングリコールの重量パーセントは、好ましくは、約１〜約１５重量パーセントの範囲であり、比率は、約１〜約９重量パーセントの範囲がより好ましい。水は、約７０〜約８０重量パーセントの範囲で存在し、約７１〜約７７重量パーセントの範囲がより好ましい。
【００２２】
コンクリート表面に塗布される配合物のｐＨは、好ましくは約３．０〜約７．２の範囲内である。より好ましいのは、ｐＨが約４．０〜約７．０の範囲内であることであり、ｐＨが約４．５〜約６．８の範囲内であることが、より好ましい。未希釈ＫｏｒｋａｙのリストｐＨは、約４．３である。
【００２３】
浮揚プロセスが実行された後、配合物をコンクリートに塗布することが好ましい。より好ましいのは、コンクリートに対する配合物の塗布を、浮揚プロセスの実行後、但し結合プロセスの実行前または実行中に、行うことである。配合物の塗布は、仕上げプロセス中を含む結合プロセスの後としても差し支えないが、本発明の利点は減少することが見出されている。一般的な所見によると、本発明の最適な利益を得るには、配合物の塗布を、浮揚の実行後、但し結合プロセスの実行前に行う必要がある。
【００２４】
本発明は、屋内用および屋外用の両方のコンクリートの表面処理に使用されることが可能である。内部使用のためのコンクリートの仕上げは概して、注入スラブが硬化し始めた後、浮揚、結合、および最終仕上げステップの３つの連続したステップを含む。各々が特定の硬化段階で行われ、各ステップの開始時期に関する確認は、施術者の熟練した判断の範囲内に含まれる。スラブの多く、または大多数は、新たな建築の第１の要素であることが多いため、温度、相対湿度、および風速などの外部要素が決定に影響する。「コンクリート性能を向上させるための方法および組成物」と題した節に記載されているように、コンクリートを調製するための特定のプロセスのコンテキストにおいて特定のタイプのアモルファスシリカを使用した場合、硬化に対する外部要素の影響の多くが最小限に抑えられる。ゆえに、標準の３段階の仕上げプロセスの方がはるかに簡単で、各段階で必要なエネルギーが少なくて済み、仕上げ中のコンクリートの損傷のリスクも少なくて済む。例えば、ほとんどの住宅および商業建設の基礎となる建設スラブのコンクリートの標準仕上げを得るには、通常、3つとも全て要する。本発明との関連において、浮揚は、標準的なコンクリートよりも容易であるのが一般的である。これは、後述されているように、コンクリートが保水性が優れていることによるものである。浮揚は、例えば、ハンドトローウェル、ウォークビハインド、パワーライドオントローウェル、または４８もしくは６０インチ（約１２１．９〜約１５２．４センチメートル）のパンを使用するなど、当該技術分野において公知の方法により行うことができる。全般的に、浮揚に必要な労力は、従来のコンクリートを浮揚させるのに必要な労力に比べて低減するため、マシンの速度を有意に低下させる可能性があり、再三繰り返す通り、コンクリート表面に対して損傷が及ぶ可能性を最小限に抑えることが可能となる。
【００２５】
E5仕上げ液を、所定の希釈率で、所定の速度で、浮揚後、但し結合前または結合中に表面に塗布することが好ましい。状況によっては、何らかの浮揚が行われた後に溶液を塗布し、例えば、以前の浮揚に使用されたものなどの浮揚ツールを使用してそれを表面に浮揚させると便利な場合がある。コンクリートが表面に浮揚している場合に、浮揚後に、コンクリート表面にプラスチック様の仕上げが形成されていることが、明らかになることもしばしばあり、該プラスチック様の仕上げは、コンクリート表面全体に均一に形成されるのが、一般的である。熟練技術者による簡単な観察によって容易に視覚的に確認できるのが一般的であるが、非熟練技術者に確認される場合も多い。「プラスチック様」という記述は、コンクリート表面上にプラスチックフィルムが堆積されたように見えるコーティングのことを表す。大規模な追加的な仕上げが為される前は、表面は概ねくすんでいて、曇りがあり、且つ滑らかである。理論に束縛されるものではないが、推測によれば、E5仕上げは、コンクリート内のアモルファスシリカと相互作用する。相互作用は、浮揚などの構造的な中断によって促進される。曇るのが一般的ではあるが、若干の曇り生ずるとは一概には言い切れない。
【００２６】
次に、結合ステップは、概して、当該技術分野において公知の方法で、例えば、結合ブレードを用いたライドオンパワートローウェルなどにより、実行される。表面のプラスチック様の性質が概ね、いっそう明白になり、顕著になるのは、このステップの最中である。後の仕上げステップと同様に、ガラス様の質感および外観を帯びるかどうかは、定かでない。従来のコンクリートで使用されるよりも高速な結合速度を使用した場合、仕上げ中のこの時点で仕上げが改善される可能性があるが、必ずしも改善されるとは限らない。なお、結合が行われない場合、あるいは不要と判断される場合がある。
【００２７】
表面は概ね、下記の両方：
１）本明細書に開示されている本発明のアモルファスシリカの量、粒子サイズおよび表面積、ならびに２）本明細書に開示されている局所配合物が含まれていないコンクリートどうしの結合中に生ずる表面とは明らかに異なる。この効果は、本発明者らが「プラスチック様」であると記載してきた。表面はより滑らかな外観になり、この滑らかな外観は概ね、結合時間と共に或る程度増強する。本明細書に開示されているように、本発明の配合物およびプロセスの詳細を欠く仕上げの類似した段階で、繁用されているコンクリート配合物と比較した場合、表面では大きな細孔の発生率が減少し、平坦性が向上する。「プラスチック様」とは、表面が少なくともコーティングの外観を有し、前述のコーティングが、概して、結合中の透明度が高くなく、結合の進行および／または結合ブレード速度の上昇に伴い、或る程度まで低減し得る程度まで閉塞される、該コーティングを意味する。結合中の以後の時点にて、後の仕上げステップと同様に、ガラス様の質感を帯び且つ清澄度が更に増強されるかどうかは、定かでない。従来のコンクリートで使用されるよりも高速な結合速度（約１９０ｒｐｍ超）を使用した場合、透明度および光沢に関して仕上げが改善される可能性があるが、必ずしも改善されるとは限らない。（なお、結合が実行されない、またはその他の方法で不要と見なされる状況が発生する可能性がある。)再三繰り返す通り、コンクリートの表面に保持される水分量が多いと、一般に表面と結合ブレードの間の摩擦が少なくなり、マシンが所定の速度を維持するために必要なエネルギーが低減する。表面に対し機械的な損傷が及ぶリスクは、大幅に低減するのが、一般的である。
【００２８】
その後、仕上げステップを実行してもよい。当該技術分野において知られている方法、例えば、仕上げブレードを用いたトローウェルまたはウォークビハインドトローウェルを使用することができる。本発明の仕上げ方法および配合物を使用したことのある人々が示唆するところによれば、仕上げステップでは、表面のガラス質の特徴が増強する。例えば、バニシングステップで一般的に得られるほど清澄ではないが、当該技術分野において公知であり、同じ方法で調製されたコンクリート仕上げよりも清澄度が増強する。理論に束縛されるものではないが、持論によれば、透明度の増強は、本明細書に開示されているような本発明のシリカの含有に起因する、コンクリート表面に水分が保持された結果である。仕上げステップ後に達成可能な透明度、光沢、および平坦度は、通常、「グレード1」の仕上げとして適格となるのに十分である。従来のコンクリート（すなわち、本開示の配合物の局所使用、および本開示のアモルファスシリカ不使用のもの）では、仕上げステップは、約１９０ｒｐｍの従来の最高仕上げ速度にて、必ずしもこのガラス質、すなわち、透明度および／または光沢が増強するとは限らない。
【００２９】
利用可能なほとんどの仕上げ機は、最高速度が約１９０ｒｐｍに制限されているが、一部の古いマシンでは、最高速度が約２２０ｒｐｍに達する場合がある。局所発明配合物の使用でしばしば見られる１つの特徴は、従来使用されていたもの（例えば、１８０〜２００ｒｐｍなど）よりも高い仕上げブレード速度（例えば、２００〜２２０ｒｐｍ）を使用することによって、従来の速度で達成可能なものよりも仕上がりを改善できるため、表面は、低速で達成できるよりも更に秀逸な光沢および透明度を帯びることである。それによって達成される表面は、多くの場合、依然として「グレード1」の仕上げであるが、そのように速度を上昇させて仕上げられていない本発明の表面に関して、透明度および光沢は増強する。本発明者らが知る限り、そのような透明度が、速度を高速化した際に向上することは、本発明のコンクリートおよび仕上げ配合物に特有である。
【００３０】
仕上げの時間は、表面が所望される外観になるまでである。例えば、仕上げの透明度、光沢、および平坦性が秀逸であることを観察するために、2つのパスが必要になる場合がある。仕上げは、結合ステップ中によりマットな外観を呈する可能性があり、必要に応じて、最終仕上げステップの実行を省くことによって保持できることに留意されたい。外観および質感のガラス類似度を増強させた仕上げを得るためには、通常、最終仕上げ段階に進む必要がある。
【００３１】
代替的に、歩道、縁石、および駐車場などの屋外用コンクリートは、或る程度の浮揚が為されるのが一般的であるが、通例は大規模な仕上げは必要ない。表面における欠陥で些細なものは、そのまま放置しておかれる場合があり、最終的には表面が風化して、欠陥の問題の現実的意味はなくなるが、外部コンクリートに関しては、コンクリートの寿命が存続する間の水による損傷が懸案事項である。水による損傷が生ずる確率を低減するための対策が講じられることも、しばしばある。1つの対策は、硬化剤およびシール剤を塗布することである。これらの薬剤によって与えられる保護は、概ね短期間である。もう1つの対策は、凍結中に吸収された水による損傷が最小限に抑えられるように、空気連行コンクリートを使用することである。どちらの対策も、長期的な構造上の解決策にはならないのが、実状である。但し、これまでの所見によれば、浮揚された表面に対し本発明の溶液および希釈物を塗布し、続いて、当該技術分野において公知である浮揚装置（例えば、手動浮揚装置など）を用いて本質的に追加的な浮揚を実行することによって、屋外セメントに水が吸収されるのを防ぐことが可能となる。それ以上の仕上げは必要とされない。
【００３２】
リルム試験による屋外セメントの通常の吸水率は、２０分で約１．５〜３ｍｌである。本発明のプロセスおよび組成物に従って処理された表面は、水を全く吸収しなかった。理論に束縛されるものではないが、推測によれば、いったん表面に塗布された溶液または希釈液は、硬化中に形成される可能性のある表面の欠陥および毛細管に浸入し、アモルファスシリカと直接的または間接的に相互作用して毛細管内に固体プラグを形成し、水の取り込みを防ぐ。浮揚プロセスは、毛細管に対しおよび他の表面欠陥に対し溶液が取り込まれるのを促進するものと考えられている。
【００３３】
コンクリート表面の望ましい光沢および透明度に基づいて、様々なグレードで仕上げを行うことが可能である。上記されている通り、および当業界における慣行の通り、最高速度１９０ｒｐｍの仕上げ機で仕上げた場合、当該技術分野において周知のように、「グレード１」の仕上げに帰結するのが、一般的である。表面品質を更に向上させること、すなわち、光沢および透明度の向上を達成できるよう、「グレード２」または「グレード３」の仕上げを開発する目的に当該技術分野において周知のバニシングマシンが使用されるのが、一般的である。当業者は、通例、仕上げ面の目視検査によって仕上げのグレードを確認することができる。 （多様なグレードに対応するおおよそのＲＡ（粗さ平均）の読み取り値：グレード１は概ね５０〜２０のＲＡに対応し、グレード２は概ね１９〜１１のＲＡに対応し、グレード３は概ね５〜０のＲＡに対応する。なお、バニシング時の仕上げの品質は、仕上げステップで得られる仕上げの品質に依存するので、これにより、通例は、グレード1の表面が得られる。バニシングによって達成されるより高品質の仕上がりは、概ね外観が滑らかである。従来のコンクリートとは異なり、本発明のバニシング済み表面の光沢は、保護剤またはシール剤を使用せずに達成されることに留意されたい。
【００３４】
床磨き機の作動速度は、仕上げ機よりもはるかに高速（ｒｐｍ）であることから、これまで、仕上げ面でバニシングマシンを使用する前に、仕上げが完了してから少なくとも約３〜４日、最長で２８日以上待つ必要があった。当該技術分野において公知であるように、従来の使用は概ね有意な損傷のリスクに曝されていた。例えば、スクラッチ（かなりの深さ２〜４ｍｍに及ぶ恐れがある）、および骨材が仕上げ面に露出することなどである。注目すべきことに、本明細書に開示および記載されるアモルファスシリカで調製されたコンクリート、ならびに本明細書に開示および記載される配合物の局所仕上げを使用することによって、必要に応じて、コンクリート表面に損傷を与えることなく、仕上げ直後にバニシングすることが可能となる。
【００３５】
より具体的には、下記の節「コンクリート性能を向上させるための方法および組成物」に記載されているようにアモルファスシリカで調製されたコンクリートは更に、前述の配合物を局所仕上げに使用して調製されている。本明細書に記載されているように、コンクリートの表面を損傷することなしに、仕上げステップの直後にバニシングすることが可能である。例えば、図１に描写されているコンクリートスラブは、百重量当たり４オンス（約１１３．４グラム）のE5 INTERNAL CUREを含有するものであり、E5仕上げは、１ガロン当たり１０００平方フィート（約９２．９平方メートル）の割合で仕上げとして局所的に使用されている。仕上げステップの終了直後に、バニシングプロセスが開始された。図１に図示されている表面は、２７インチのバーニッシャーが２５００ｒｐｍで作動しているにもかかわらず、損傷を被っていない。図２に図示されている表面は、ほぼグレード１からほぼグレード２に変換されたものである。
【００３６】
バニシングマシンは通例、３つのサイズ（直径１７インチ、２０インチおよび２７インチ）が出回っている。直径の大きいマシンは作動速度が２５００ｒｐｍという高速に達する。概して、速度が高速なほど、透明度および光沢に優れる。本発明の注目すべき特徴の１つは、従来の方法で製造されたコンクリートの場合、グレード２またはグレード３の光沢品質を実現するためには、バニシング前にガードまたはシーラーを塗布することを要するのが一般的であり、バニシングを開始するまでに、２８日間を要することもしばしばである。本発明のコンクリートは、コンクリート表面を損傷することなしに、そしてガードまたはシーラーを塗布することなしに、仕上げの直後にバニシングしても差し支えない。理論に束縛されるものではないが、持論によれば、仕上げおよびバニシングのステップにより、アモルファスシリカが局所配合物と反応してガラス様の物質または相が生成される。反応の完全性が高まることは、仕上げ機のｒｐｍおよびバニシングマシンのｒｐｍが増大することに関連している。また、仕上げステップと同様に、マシンと床の間に存在する摩擦が少なく、ＲＡ（粗さ平均）の数値が低くなり、バニシングパッドの寿命が長くなることも観察されてきた。
【００３７】
使用されるバニシングパスの数は通例、透明度および光沢を実現するうえで必要な数である。グレード1の仕上げをグレード2の仕上げに変換するために必要なパスの数は、３〜４の場合もあれば、４〜２０の場合もある。グレード１をグレード２に変換するには、表面の１０００平方フィート（約９２．９平方メートル）ごとに約２０分の高速バニシングが必要になる場合がある。これまでに観察されてきたように、仕上げ時に床に光沢が出ない場合は、磨耗する可能性が低減する。経験によれば、例えば１〜２４時間以上など、終了後しばらく待機してバニシングを開始すると、状況によっては、バニシングの透明度が向上する場合がある。
【００３８】
以下に開示されているのは、コンクリートミックスを調製するための改良型配合物および方法であり、これらは、本発明の仕上げ（または表面処理）配合物および上記に開示されている方法と併用するのが、好ましい。最後の３つの実施例は、コンクリート配合物および方法の開示に関する。
【００３９】
コンクリート性能を向上させるための方法および組成物
コンクリートは、大昔から建築の基本要素であった。コンクリートは、タイプにも依るが、圧縮強度が、要素の厳しさおよび継続的な公共の使用に耐えるのに十分であり、時間の経過による構造の劣化はほとんどない。その有用性に不可欠なのは、未硬化コンクリートの含水混合物の注入可能なレオロジーである。コンクリートの流し込み性により、硬質形状に硬化する前に、例えば型やその他の制約を伴う構造成形が可能となる。コンクリートの成形および硬化の両方において、水が作用するが、これまでは、コンクリートの注入性が高まるように水を注意深く管理する必要があった。コンクリート中の水分が多すぎたり少なすぎたりすると、硬化中いつでもコンクリートの硬化プロセスに悪影響を及ぼし、コンクリート製品が構造的に損なわれるに至る恐れがある。
【００４０】
コンクリートの硬化における水の作用のなかでも重要なものには、概ね３通りがある。まず、乾燥セメントの水和には水が必要である。水和反応（硬化）は、コンクリート形成反応（Ｃ−Ｓ−Ｈ形成反応）であり、水は、コンクリートに圧縮強度を与える結合が形成される反応に関与している。理論的には、水和反応が完了すると、圧縮強度が最大限に高まったコンクリートが形成される。事実上、硬化の初期段階において、水和反応は、かなりの程度まで進行するのが一般的であるが、後になってから、硬化コンクリートの表面から水が蒸発して制限される。コンクリートの水和は、風速、相対湿度、温度などの周囲条件に大きく影響される可能性がある。ゆえに、コンクリートは、部分的にしか硬化していなくても「乾燥」する可能性がある。コンクリートの表面は、時期尚早に乾燥した場合、水和が不完全になり、多孔質でしかも弱い表面が得られる。コンクリートがそのフルストレングスポテンシャル（full-strength potential）に達するためには、水が長期間、しばしば数日間にわたって継続的に適所にあることを要するのが、通例である。事実上、コンクリートが最大限の強度（full-strength potential）に至るまで硬化することは極めて稀なことである。
【００４１】
水の第二の機能は、コンクリートの注入性を促す助けをすることにある。セメントに水を添加した際、但し大規模に水和が発生する前に、最終的に水和に関与する水の多くが、既にコンクリート中の添加剤および水酸化カルシウムに関連している。この関連する水より過剰な水は、概ねコンクリートの流動性に寄与する。「過剰な」水の増大は通例、コンクリートの流動性の増強に相関する。
【００４２】
全般的に、そのような過剰な水は比較的少量であったとしても、コンクリート製品に有害であると業界では考えられている。環境条件（風、相対湿度、および温度）によって、スラブの表面が内部よりも速く乾燥する可能性がある。内部の水が、内側に封入されることもしばしばである。セメントに対し水を添加することから、或る程度の水和が開始され、注入直後に、水分補給が順調に進行する可能性がある。閉じ込められた水は、比較的乾燥した部分硬化表面によって形成された毛細管を通過して表面に逃げ出す場合がある。代わりに、閉じ込められた水が硬化コンクリート内に貯留層を形成し、硬化コンクリート製品にボイドが生じる可能性もある。毛細管および貯留層は両方とも、結果として得られた硬化コンクリートの圧縮強度を損なう可能性があり、また、その耐用年数中に、環境水をコンクリートに浸入させ、凍結損傷やその他の水を介した損傷プロセスによってコンクリートを劣化させてしまう恐れもある。
【００４３】
更になお、水和に関与しない水（すなわち、コンクリートと化学的に結合しない水）は、注入されたコンクリートの体積を本質的に増し、乾燥中にこの水が失われると、通常は、硬化中にコンクリートが或る程度収縮する結果に至ると考えられる。にもかかわらず、コンクリートは、実用に耐えるものとすべきである。ゆえに、水和（硬化）および作業性を最大限に高め、且つ水和／乾燥中のコンクリートの収縮および構造的損傷が最小限に抑えられるように最適な量の水を含めることは、依然として微妙なバランスを取る行為であり、環境要因によって更に困難となる。
【００４４】
水の第3の機能は、部分硬化表面の仕上げを可能にすることにある。この部分的に硬化された表面は、蒸発により乾燥し得る。時期尚早に乾燥する表面は、仕上げが困難となるのが、通例である。そのような表面に水を加えて、打ち落とし、閉鎖、および仕上げを促進するのが、通常の慣行である。特に毛細管が存在する場合には、添加された水が表面に浸透する可能性がある。このような水は、コンクリートが乾燥しているように見える場合でも、長期間にわたってゆっくりとコンクリートから脱離するのが、一般的である。シーリングなどの更なるステップ、または床タイルもしくはカーペットなどの成分を床に固定する必要があるステップに対し、仕上げ水が徐放する影響が及ぶことも、しばしばである。例えば、水放出の遅延が原因で、床に設置してから短時間で接着剤が破損することも珍しくない。この水は、大部分が仕上げ水であることも、しばしばである。水を添加した場合でさえも、部分的に乾燥した表面を効果的に仕上げるためには、仕上げ機の設定の値を高くして操作すべき場合も多い。
【００４５】
コンクリートに対し追加的にセメント系材料を使用することによって、例えば、水不透過性、圧縮強度、および耐摩耗性などのコンクリート特性を向上させることは、周知である。コンクリートには、水不透過性および圧縮強度を向上させることを目的に更にセメント系材料として、例えばシリカフュームなどの多様な種類の粒子状シリカが使用されている。シリカの問題として一般的なのは、コンクリート配合物の水需要が高まる場合があり、結果として、かなりのブリード水が発生する可能性が高まるのが原因で、硬化中に毛細管およびボイドが形成される確率が上昇することである。ブリード水を低減することを目的に、当該技術分野において、比較的大量のシリカフューム（セメント質材料の５〜１０重量パーセント）を使用し、水を最小限に抑えるか、あるいは、例えば、セメント質材料に対する水の重量の比率を０．５未満にするといったように、比較的少量に注意深く配分するのが、一般的である。（Design and Control of Concrete Mixtures, Sixteenth Edition, Second Printing (revised); Kosmatka, Steven H.; pg.156）。そのような少量の水は、一般にセメントメーカーが推奨する量を下回っており、コンクリートのレオロジーを有意に損ない、注入または作業を困難にしてしまう恐れがある。
【００４６】
驚くべきことに、これまで発見されてきたように、現場打ちコンクリート（poured concrete）設備において、ナノシリカ（すなわち、平均粒子サイズが約５５ｎｍ未満の粒子を有するアモルファスシリカ）の使用量は、いくつかの実施形態では、約７．８ｎｍ未満であるか、または、他の実施形態では、約５〜約５５ｎｍであるか、または約５〜約７．９ｎｍであり、約３００〜約９００ｍ2／ｇの範囲の表面積を有し、または他の実施形態では、約４５０〜約９００ｍ2／ｇであり、セメント１００ポンド（約４５．４キログラム）当たり約０．１〜約４オンス（約２．８〜１１３．４グラム）のアモルファスシリカ（すなわち、水、骨材、砂もしくは他の添加剤は含まない）の範囲の重量比でコンクリート中に存在するような量では、そのようなアモルファスシリカの非存在下で水和されるコンクリートよりも、硬化中の水分損失率が有意に低下するという結果に至る可能性がある。ゆえに、本発明の方法の新たに注入された部分硬化コンクリートの表面は、他の方法によって調製されたコンクリートの表面よりも長期間容易に作業可能であり、通常蒸発を加速する環境条件に対する感受性が低い。ブリード水、カール、亀裂、および収縮は、有意に低減するのが、通例である。結果として得られた硬化コンクリートの圧縮強度は、有意に増強するのが、一般的である。注目すべきことに、本発明の利点を実現するために重要なのは、水および他の乾燥成分を混合して乾燥成分を完全に湿潤させた後、コンクリートミックスにシリカを導入することである。早期段階、例えば、湿潤前にシリカを導入した場合は通例、ブリード水、亀裂および収縮が、有意に低減することはないが、そのような態様では、非シリカ対照を用いた場合よりも悪化する可能性があるのが実状である。非シリカ対照に関して圧縮強度に改善があったとしても、上記が当てはまる。
【００４７】
本開示のコンクリートは、小粒子サイズの高表面積アモルファスシリカを具備し、本アモルファスシリカは、構造目的で当業界において繁用されているよりも、セメントに対してはるかに少ない割合、すなわち、セメントミックス（「ｃｗｔ」）の重量１００重量当たりわずか約０．１〜約４オンス（約２．８〜約１１３．４グラム）にて使用されている。追加的な態様において、改良型のコンクリートは、シリカのプロセス固有の添加によって調製される。これらの改良型コンクリートの調製には、圧縮強度を有意に損なうことなく、セメントメーカーが推奨する標準量の水、または推奨量を超える水が使用される場合がある。そのような結果は本当に驚くに値する。そのような水量を使用したにもかかわらず、硬化中にブリード水はほとんどまたは全く観察されない。毛細管およびボイドの形成は最小限に抑えられるか、または本質的に完全に抑制され、硬化中に、コンクリートに保持される水分が増えるため、より多くの水分を長期間にわたって硬化に関与させることで、初期（３日）および特に後期（２８日）の両方にて圧縮強度が有意に向上する。
【００４８】
低シリカコンクリートは、比較的大量の水を許容するにもかかわらず、他の特性改良の中でもとりわけ、圧縮強度および耐摩耗性に改良が施されたという点で際立っている。シリカの使用量を少量に抑えたことを考慮に入れれば、圧縮強度が向上したことは驚くべきことである。なぜなら、既知の方法では、強度を達成するためにはるかに多くの量を使用したが、場合によっては強度が有意に低減したからである。更になお、コンクリートの耐摩耗性の有意な向上は、通常使用される量が多い場合でも、例えば、シリカフュームなどのシリカを使用しても、通例は観察されていない（id, pg.159）。本明細書に記載されている低シリカコンクリートは、試験ASTM C944によって測定されるように、耐摩耗性を有意に向上させる。（ここで注意すべき点は、前述の規格に関しては、２２ｐｄ、９８ｋｇの負荷を使用するバージョンが、本明細書中の規格に対し全ての参照において使用されていることである。）標準的なコンクリート（すなわち、後述する高表面積のアモルファスシリカを損なうことのないもの）は、損失値が約２．５〜約４．０グラムの範囲内であり得る。本明細書中に教示されている低シリカコンクリートは、ASTM C944損失値が１．１グラム以下であり得る。
【００４９】
更に驚くべきことに、成分を混合してセメントミックスを形成するプロセスの特定のステップは、新しく注入された部分硬化コンクリート表面の保水性、圧縮強度、および作業性の向上を実現するために重要である。本質的に全てのアモルファスシリカは、例えば、レディーミクスなどの混合機内で、一部または本質的に全ての水と乾燥成分（例えば、セメントミックス、骨材、砂）の結合の後に添加され、混合段階（つまり、実際に注入する前に）で使用される。「本質的に全ての水」とは、アモルファスシリカ配合物の一部である水、例えば、アモルファスシリカのコロイド懸濁液の生成に関与する水で、通例はコンクリートミックスに添加される水よりもはるかに少量であることから、「本質的に全て」という意味範囲に含まれない該水を意味する。特に便宜的に為されるのは、最終的な混合および注入に先立って、水の最後部分、すなわち、「尾水」の後に、またはいくつかの実施形態では、一緒に、小粒子サイズのシリカを加えることである。水の添加を２つの部分に分割することは、レディーミクスを使用すると、第２の部分を使用して残りの乾燥した成分をドラムの口の近くからバルクに洗い流せるという点で、特に便利である。
【００５０】
尾水を添加した後に、そのような小粒子シリカの効果が高まったことは、意外であった。当該技術分野における一般概念によると、コンクリートに対しシリカを添加することは、水を添加する前にセメント質材料のミックスに添加されたとしても、これまで概ね効果的であることと考えられてきた。一方、これまでに見出されてきたように、建築スラブの建設に必要な規模にて発見されてきたように、フーチングおよびその他の大規模なコンクリート注入、例えばレディーミクスなどの混合および注入装置を使用し、少量の小粒子サイズのシリカが添加することによって、本明細書に示されているように、或る量の水の後に添加した場合、あるいは、好ましい実施形態では、湿潤したコンクリートに水の第２の部分（「尾水」）と共にまたはその後に添加した場合、任意で、本明細書に開示されているように、一定の時間にわたって混合した場合、水の前に添加した場合、またはセメント質材料を湿潤させる目的に使用される水の部分と共に添加された場合に比べて、はるかに効果的であることが実証されてきた。
【００５１】
水、セメントミックスおよび固形物（骨材および砂）が、例えばレディーミクスまたは他のミキサーで混合された後に、アモルファスシリカが添加される毛細管および貯留層の形成を、低減または排除することが可能である。本発明の利点は、完全に水和するうえでコンクリートが要する量を上回る程度に相当な量の水が含有される場合でさえ、コンクリートミックスが得られるのが通例である（セメントミックスは、メーカー仕様に従って完全に水和できるコンクリートを得るための推奨量の水を含んでいるのが、一般的である）という点である。完全な水和に必要な量と等しいか、それを超える水を含むコンクリート、またはセメントミックスのメーカーが推奨するコンクリートが、好ましい。
【００５２】
シリカはサイズが大型の場合の方が、コンクリートの圧縮強度が向上することが明らかにされてきたが、周知のように、シリカには水が必要であり、サイズを小型化し、表面積を増やすと、コンクリートに要する水の量が増える。ゆえに、当該技術分野において認識されているのは、１）シリカの粒子サイズを小型化すること、および２）水分含有量を十分に低く保つことによって、毛細管およびボイドの形成が最小限に抑えられる、という点である。ゆえに、粒子サイズを小型とした場合、シリカによって提供される構造上の利点よりも必要な水量の方が優先されてしまうリスクを伴うと考えられている。この事実を例証するため、出願人の所見によれば、所定のアモルファスシリカが、注入可能なコンクリートミックスの調製における他の時点で、例えば、水とセメントミックスが比較的完全に混合される前の任意の時点で（水使用前または水使用時に）セメントまたはコンクリートミックスに添加された場合、これによりセメントミックスが湿潤し、結果として得られた現場打ちコンクリート（poured concrete）が、水とセメントミックスを完全に混合した後にアモルファスシリカを添加した場合よりも、毛細管、ボイド、および／または表面ブリード水が有意に多くなる可能性がある。ゆえに、実に驚くべきことに、セメントおよび水が完全に混合された後の時点でシリカが添加された場合（好ましくはアモルファスコロイドシリカまたは沈降シリカとして）、毛細管およびボイドの形成が低減または排除され、水の蒸発が遅くなり、新規に注入された部分硬化表面は概して、仕上げ水を添加しなくても加工性が容易となる。全般的に、水およびセメントミックスの完全な混合が発生していない場合でも、水の後にシリカを添加すると、或る程度の利益が観察されることが予期される。
【００５３】
ナノシリカの粒子サイズおよび表面積などの要因が、コロイド状シリカとしてコンクリート形成用の混合物中に導入されたときに、コンクリートの特性、特に圧縮強度にどのように影響するかについて発見されたことを考えると、ナノシリカを遅延的に添加することに成功したことは、特に驚くべきことであった。当該技術分野におけるいくつかの発見の要約は、発明者らが自身の実験後にはじめて気付く最新の発見であり、下記の通りである。コンクリート形成用の混合物中に、コロイド状ナノシリカ（平均粒子サイズが約１００ｎｍ未満のシリカ、特に平均粒子サイズが約１０〜１５ｎｍ未満のシリカ）を使用した場合、結果として得られたコンクリートにおいて、とりわけ圧縮強度などの特性に関連する問題が生じてきた。例えば、過去の研究から明らかにされてきたように、シリカフューム（約１４５ｎｍ）などのような粒子サイズの大きいシリカの方が、広範囲な粒子サイズおよび負荷において圧縮強度に対しプラスの効果を生ずるのが、一般的である。但し、シリカ粒子が小さいほど、圧縮強度との相関関係がはるかに複雑になる。最近の研究から明らかにされてきたように、ナノシリカ粒子はコロイド溶液中で凝集する傾向がある。（例えば、シリカフュームなどの非ナノサイズのシリカ粒子は、表面電位が大きく、凝集する傾向がはるかに低い。）本研究から更に明らかにされてきたように、そのような凝集物は、コンクリート形成用の混合物中に導入され、その後、例えば撹拌によって十分に分散されない場合、コンクリートマトリックス構造を欠く最終コンクリート製品における空間となって、圧縮強度および他の特性に対し悪影響を及ぼす可能性がある。その一方で、また、本研究から明らかにされてきたように、ポゾラン反応のためのナノシリカによって提供される広い表面積は非ナノサイズのシリカよりもはるかに大きく（１桁以上、多くの場合は数桁）、そのため、Ｃ−Ｓ−Ｈマトリックス形成反応は、シリカ表面における反応によって生じた競合を経ることになる。結果として、大量の表面積が利用できる場合、Ｃ−Ｓ−Ｈマトリックスが弱くなり、圧縮強度の低下に帰結する可能性がある。ゆえに、圧縮強度を増強するナノシリカ負荷パラメーターの検索によれば、１）コンクリート形成用の混合物中の骨材の持続性と、２）コンクリート形成用の混合物の撹拌または他の分散モードの適用との間には、骨材を低減または排除する一方で、露出したシリカ表面積量の急増に帰結するような、張力が存在し得る。
【００５４】
現場において本発明者は、ナノシリカを使用しようと試みて、挫折に遭った。ASTM 305-06などの標準手順により調製した場合、シリカの充填によって、ラボラトリーでの圧縮強度の利得を生ずることが明らかである。一方、レディーミクスプロセスなどの工業用注入の調製を行う上での制約を受けて、より大規模なプロセスで標準的な方法により使用した場合には、圧縮強度の向上が実現不可能となることもしばしばであったのが、見出された。更になお、コンクリートは、理論的に損傷を被り、注入性が劣悪で、しかもシリカを含まない対照に比べてブリード水、亀裂、硬化、および収縮が多く見られることも、しばしばである。
【００５５】
そのようにナノシリカが同じ充填レベルに対し手順に依存することは、予期されなかったことであると見なし得る。なぜなら、その明らかな相違は規模にあり、レディーミクスに関連する成分混合が完了するまでの時間が長引くからである。当業者には予期されないことであり得るが、これらのプロセスは、比較的短いタイムスケールで発生する圧縮強度に影響し、コンクリート成分の初期混合に関わることから、混合時間の相違が、圧縮強度に影響を及ぼすことになる。このことが特に当てはまるのは、試験シリンダーが、注入時に採取されること、すなわち、測定された圧縮強度の差異が、スラブのバルクサイズとサンプルのサイズの差異に幾らか起因するものではないことを主張し得ることを想定した場合である。
【００５６】
更になお、広範な実験の結果、後述するように、混合プロセスの後半にシリカを添加すると、ナノシリカの圧縮強度を高める効果が回復することが見出された。これは、予期しない結果であった。なぜなら、ナノシリカが最終的に添加されるまでに、ほとんど全ての混合撹拌が済んでいるからである。ゆえに、骨材がコンクリートミックス中に完全に散逸する確率は低下し、理論的には上記のようにコンクリートが弱くなる。全般的に、これまでに見出されてきたように、建設規模では、水の添加にコロイド状ナノシリカを添加すると、コンクリートミックスの注入性が向上し、且つコンクリート製品の圧縮強度、注入性、および耐摩耗性が向上する。また、標準添加サンプルおよびシリカを含まない対照サンプルと比較して、亀裂、カールおよび収縮が減少した。
【００５７】
コンクリートミックスは、ａ）乾燥セメントミックス；ｂ）水；ｃ）アモルファスシリカ；およびｄ）骨材および／または砂の量を含む成分から生成される。
【００５８】
乾燥セメントミックスの含水量は概ね推奨量とされ、この含水量は、コンクリートミックスを提供する水／セメント比を与えるものであり、このコンクリートミックスは、所望される注入特性と硬化特性との組み合わせを有する。いくつかの事例において、推奨される水分含有量には、様々な水分含有量が含まれる。以下に示すように、注入前のコンクリートミックスの初期含水量は、硬化および仕上げ中に問題を引き起こし、結果として生じるコンクリート設備（スラブ、基礎など）の品質を低下させる可能性がある。硬化コンクリートの水媒介構造欠陥を低減する目的からは、「減水剤」および高性能減水剤の使用などの減水対策が採用されるのが、一般的である。ここで留意すべき点は、本発明の利点は、水分含有量がメーカーによって推奨される量を下回る状況において証明されるべきであるが、本発明を使用することによって、コンクリートミックスに含まれる水が乾燥セメントミックスのメーカーによって指定された量以上である状況で、本発明のコンクリートを与えることが可能であるという点である。コンクリートミックス中の減水剤は、不必要とされるのが一般的である。
【００５９】
ゆえに、広範な態様において、セメントミックスとコンクリートミックス中に存在する水は、下記の比率にてミックス中に存在する。
或る量の水；および或る量の乾燥セメントミックスであって、前述のセメントミックスの特徴は、下記の通り：
ｉ）  メーカー推奨の水／セメント比の値において、前述の推奨された比が、約０．３５〜約０．６５の範囲内にあり、或る量の水と組み合わせた際、水量、水／セメント比は、推奨値よりも約１０％小さい値に相当する値を上回り、但し、推奨値よりも約３０％大きい値に相当する値を下回ること、
あるいは
ｉｉ）  メーカー推奨の水／セメント比の範囲が、上限値と下限値とを有し、水の量と組み合わせた際、水／セメント比が、下限値よりも約１０％小さい値に相当する値を上回り、且つ上限値よりも約３０％大きい値に相当する値以下であること、
あるいは
ｉｉｉ）  水の量と組み合わせた際、水／セメント比が約０．３５〜０．６５の範囲になるような量。
本発明の利点は、概して、商業的に有用なタイプのポルトランドセメントを使用することで明らかになると予期される。セメントミックスは、例えば、タイプＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶおよびＶのポルトランドセメントなど、建設において汎用タイプのうちの１つ以上である。
【００６０】
上記の量の水が、セメントミックスに対し添加される。この量に含まれる水は、少なくともセメントミックスを具備するコンクリートミックスと結合されている全水量のうち、コロイド、分散液、乳濁液およびそれらに類するものの含水配合物の場合にシリカと共に導入された分の水を除いた水量を言う。以下、更に詳述のように、例えば、水の第１の部分をコンクリートミックスと結合させて、しばらくの間撹拌した後、水の第２の部分（例えば、「尾水」）を添加するといったように、少なくとも複数の部分にセメントミックスを含むコンクリートミックスと水を結合させる場合もある。ここで注目すべき点は、コンクリートが部分的に硬化した後、表面が時期早尚に乾燥して収縮を引き起こしたり、後続作業および仕上げが困難となったりするのを未然に防ぐ目的から、コンクリートの表面に水をかける場合があることである。この「仕上げ」水は、水量に含まれていない。他の実施形態において、水／セメント比は、約０．３８〜０．５５の範囲内であり、あるいは、より具体的な実施形態では、約０．４８〜約０．５２の範囲、または約０．３８〜約０．４２の範囲内である。
【００６１】
上記ｉ）、ｉｉ）、およびｉｉｉ）を参照した実施形態でより好ましいのは、水とセメントのミックスは、コンクリートミックスに一定の割合で存在するものである。本実施形態において、乾燥セメントミックスの量と当該量の水量を組み合わせた場合、水／セメント比は、下記の通り：
推奨値以上であり、但し推奨値よりも３０％大きい値に相当する値以下であるか、あるいは
推奨範囲の上限値以上であり、但し上限値よりも約３０％大きい値に相当する値以下であるか、あるいは
０．３５以上、０．６５以下である。
【００６２】
アモルファスシリカの粒子サイズは、特に重要である。微粉化シリカに見られるような大型粒子サイズは、本明細書中で処方されているサイズのアモルファスシリカが規定量で使用されるときに見られる程度に毛細管およびボイドの形成を減少させずに済む粒子サイズとされるのが、一般的である。本発明のコンクリートミックスには、或る量のアモルファスナノシリカが具備されている。該アモルファスナノシリカは、好ましくは、ａ）中のセメントの百重量（ｃｗｔ）当たり約０．１〜約７．０オンス（約２．８３〜約１９８．４グラム）の範囲の量で存在するものであり、平均シリカ粒子サイズが、１〜５５ナノメートルの範囲であり、および／またはシリカ粒子の表面積が、約３００〜約９００ｍ2／ｇの範囲内にあるか、あるいは他の実施形態では、約４５０〜約９００ｍ2／ｇの範囲内にあるものである。
【００６３】
様々な供給源からのアモルファスシリカが好適とされるのは、上記の粒子サイズと表面積のパラメーターによって特徴付けられる場合だけに限られるのが、通例である。好適なアモルファスシリカの非限定的な例としては、コロイド状シリカ、沈降シリカ、シリカゲルおよびヒュームドシリカが挙げられる。但しながら、コロイド状アモルファスシリカおよびシリカゲルが好ましく、コロイド状アモルファスシリカが最も好ましい。
【００６４】
更なる実施形態において、シリカの粒子サイズは約５〜約５５ｎｍの範囲内である。粒子は、平均粒子サイズが約２５ｎｍ未満であることが好ましく、平均粒子サイズが約１０ｎｍ未満であることがより好ましく、平均粒子サイズが約７．９ｎｍ未満であることが更に好ましい。コンクリートの好ましい重量比率は、セメント１００ポンド（約４５．４キログラム）当たり約０．１〜約３オンス（約２．８３〜約８５．０４グラム）のアモルファスシリカである（水、骨材、砂または他の添加剤を含まない）。コンクリートのより好ましい重量比率は、セメント１００ポンド（約４５．４キログラム）当たり約０．１〜約１オンス（約２．８３〜約２８．３４グラム）のアモルファスシリカ（再三繰り返す通り、水、骨材、砂または他の添加剤不含のもの）である。コンクリートで更により好ましいのは、セメント１００ポンド（約４５．４キログラム）当たり約０．４５〜約０．７５オンス（約１２．８〜約２１．３グラム）のアモルファスシリカ（再三繰り返す通り、水、骨材、砂または他の添加剤不含のもの）である。驚くべきことに、アモルファスナノシリカがセメントミックス１００ポンド（約４５．４キログラム）当たり約３〜約４オンスを超える場合、コンクリートミックスは、注入または作業が困難となる場合があり、非シリカ対照に関してさえ、圧縮強度が大きく損なわれる恐れがある。それ以外の場合、セメント１００ポンド（約４５．４キログラム）当たり約１オンスを超える量は概して、セメント１００ポンド（約４５．４キログラム）当たり約０．４５〜約０．７５オンス（約１２．８〜約２１．３グラム）のアモルファスシリカの好ましい範囲に関して、圧縮強度の利得が低減する。所与の好ましい範囲は、最も経済的に実現可能な範囲であり、すなわち、その範囲を超えると、圧縮強度の利得は、シリカの添加単位当たりより少なく、圧縮強度の単位増加当たりのシリカのコストは、コンクリートのコストを法外に高くする可能性がある。
【００６５】
アモルファスシリカの表面積は、約５０〜約９００ｍ2／グラムの範囲であることが好ましく、約１５０〜約９００ｍ2／グラムがより好ましく、約４００〜約９００ｍ2／グラムが更に好ましく、４５０〜７００ｍ2／グラムまたは５００〜６００ｍ2／グラムが更に好ましい。アモルファスシリカは、アルカリ性ｐＨ（約ｐＨ７以上）を有するものが好ましく、そのｐＨの範囲は８〜１１がより好ましい。
【００６６】
更に別の実施形態において、アモルファスシリカは、E5 INTERNAL CUREを使用することによって提供される。このE5は、約８５重量％の水中に約１５重量％のアモルファスシリカを具備する、Specification Products, LLC社から市販されている添加剤である。シリカ粒子の特性は、平均粒子サイズが約１０ｎｍ未満（ＢＥＴ法で測定）、表面積が約５５０ｍ2／ｇである。一実施形態において、セメントに対するE5 INTERNAL CUREの重量比率は、E5 INTERNAL CURE約１〜約２０オンス（約２８．３〜約５６６．９グラム）乃至セメント１００ポンド（約４５．４キログラム）（水、砂、骨材、またはその他の添加剤を含まない）の範囲内である。より好ましくは、セメントに対するE5 INTERNAL CUREの重量比率は、E5 INTERNAL CURE約１〜約１０オンス（約２８．３〜約２８３．５グラム）乃至約セメント１００ポンド（約４５．４キログラム）（水、砂、骨材、またはその他の添加剤を含まない）の範囲内である。セメントに対するE5 INTERNAL CUREの重量比率としてより好ましいのは、E5 INTERNAL CURE約１〜約５オンス（約２８．３４〜約１４１．７４８グラム）乃至セメント約１００ポンド（約４５．４キログラム）の範囲内であり、E5 INTERNAL CURE約３〜約５オンス（約８５．０４〜約１４１．７４８グラム）乃至約セメント１００ポンド（約４５．４キログラム）（水、砂、骨材、または他の添加物を含まない）が更に好ましい。驚くべきことに、約２０オンス以上のE5、乃至約セメント１００ポンド（約４５．４キログラム）（再三繰り返す通り、水砂、骨材、またはその他の添加剤不含のもの）を使用した場合、追加的な有益な水または圧縮強度の利点が全く観察されないか、最小限にしか観察されない可能性があるという点で、利点が失われると考えられる。結果として得られたコンクリートミックスは、品質が劣悪なものとなる恐れがある。ここで注意すべき点は、コンクリートの品質は、セメント１００ポンド（約４５．４キログラム）当たり約３〜約５オンス（約８５．０５〜約１４１．７５グラム）という好適な範囲に対する距離にて低下するが、圧縮強度は、E5 INTERNALCUREコロイドアモルファスシリカを含まない場合よりも改善される可能性のあることである。好ましい実施形態において、コンクリートミックスに添加されるコロイド状シリカは、約４０〜約９８重量％のシリカの範囲であり、６０〜９５重量％が好ましく、７０〜９２重量％がより好ましく、７５〜９０重量％が更に好ましい。
【００６７】
概して、骨材および砂は、本発明のコンクリート中に、建設目的で当該技術分野において公知の量にて使用すると良い。一実施形態において、或る量の骨材および／または或る量の砂は、合計で約４００〜約７００重量％ｂｗｏｃの範囲の量になるように使用される。コンクリートミックスは、セメントミックス、水、および好ましくは或る量の骨材および砂（当該技術分野ではそれぞれ「大骨材」および「小骨材」と呼称されることもある）を具備する成分で調製されるのが、一般的である。コンクリートミックスは、砂のみまたは骨材のみなど、2つ在るうちの1つだけを具備することが許容されるが、ミックスは少なくともそれぞれの量を具備することが好ましい。砂および骨材は、セメント混合物のシリカ含有量に寄与する可能性があるので、コンクリートミックスの必要水量に影響を及ぼす（つまり、幾分かは上昇させる）場合がある。通例は、コンクリートを使用する用途に適したほとんどの種類の骨材が使用可能であり、例として挙げられるのは、大型の骨材、例えば、粗い、砕いた石灰石の砂利、大型グレードの粉砕済み清浄石およびそれらに類するもの、ならびに小型の骨材、例えば、小型グレードの粉砕済み清浄石、細かい石灰石の砂利およびそれらに類するものである。同様に、ピット（粗）砂、川砂およびそれらに類するものなど、多くの種類の砂を使用することができる。コンクリート用途では、「軟砂」よりも「粗砂」が好まれるのが通例であり、「軟砂」の方は、モルタル中に使用した方が適切であることが公知である。但し、コンクリートの調製に使用する場合、軟砂は、水要件が粗砂とは異なると予期されるのが、一般的である。当該技術分野において公知であるように、重量荷担用途では、粗粉砕された石灰石のような、大型の骨材が必要になる場合がある。そのような大型の骨材は、現場打ちコンクリート（poured concrete）用途に好ましく、特に注入建物のスラブでの使用に対応しているのが、大型の骨材、例えば、粗粉砕済み石灰岩の砂利、ならびに大型グレードの粉砕済み清浄石およびピット砂である。
【００６８】
セメントの重量（ｂｗｏｃ）に基づく骨材および砂の比率は、乾燥セメントミックス１ヤード当たり約２０００〜約４０００ポンド（約９０７．１８〜約１８１４．３７キログラム）の範囲（１ヤード当たり約５２０〜約６１０ポンド（約２３５．８７〜約２７６．６９キログラム）、またはより好ましくは１ヤード当たり約５６０〜約５７０ポンド（約２５４．０１〜約２５８．５５キログラム）、更により好ましくは１ヤード当たり約５６４ポンド（約２５５．８キログラム）（約２５５．８３キログラム）の範囲内であることが好ましい。より好ましいのは、乾燥セメントミックス１ヤード当たり約２７００〜約３３００ポンド（約１２２４．６９〜約１４９６．８６キログラム）の範囲の骨材および砂の合計比率である。より好ましいのは、乾燥セメントミックス１ヤード当たり約２９００〜約３１００ポンド（約１３１５．４〜約４５．４キログラム）の範囲となることである。別の実施形態では、骨材および砂の重量は、コンクリートの重量を基準にして５０〜９０重量％の間であり、約７０〜約８５重量％の範囲が好ましい。骨材および砂の相対量は、決定的な重要性を持たないが、砂および骨材の合計重量を基準にして、砂が約２０重量％〜約７０重量％の範囲内であることが好ましく、砂が約４０重量％〜約５０重量％であることが好ましい。
【００６９】
特に商業規模の注入において発見されてきたように、本開示の利益を得るうえで必要とされる少量のアモルファスナノシリカでさえ、水の前にセメントミックスに添加されると、コンクリートミックスの注入性に対しても有害となる恐れがあり、結果として得られたコンクリートの品質として、コンクリートが不適なものとされる場合さえある。本発明のプロセスは、或る量のアモルファスナノシリカの添加に先立って或る量の水の少なくとも一部を添加し、アモルファスシリカの添加に先立って水を分配するために、添加している間に少なくとも一定時間撹拌するという状況を含むのが、通例である。実際には、必要に応じて、調製プロセスの後半で水を添加しても差し支えない。例えば、第１の部分の添加および撹拌の後に、一部分を「尾水」として添加する慣行のように、２つ（またはそれ以上）の部分にて水を添加することが公知となっている。一実施形態において、アモルファスシリカは、第２の部分の水と共にコロイド状シリカとして添加される。好ましい実施形態では、２部分にて添加された水の添加後に、コロイド状シリカを添加して、各部分の添加後に撹拌する。
【００７０】
ゆえに、より全般的には、或る量の水を全体として添加する場合もあれば、または、水量の約２０重量％〜約９５重量％の範囲を含む、初期部分と、残りを含む尾水部分とを含む部分に添加する場合もある。この場合、水の初期部分を、当該量のセメントミックスおよび骨材／砂成分と結合し、第１のミックスを形成し、アモルファスシリカを、或る量のセメントミックス、骨材／砂成分、および水の初期部分を含むミックスに添加して、第２のミックスを形成する。更により好ましいのは、水の量の３５〜約６０重量％の範囲を含む初期部分である。
【００７１】
下記３通りの状況（すなわち、「状況１」、「状況２」および「状況３」）はそれぞれ、ｉ）尾水の添加後のシリカを添加すること；ｉｉ）尾水を添加する前にシリカを添加すること；ｉｉｉ）シリカと尾水を同時的に添加することに対応している。
【００７２】
覆水を添加する実施形態では、尾水を、１）第１のミックスに添加するか、２）第２のミックスに添加するか、または３）第１のミックスにアモルファスシリカと同時添加し、アモルファスシリカおよび尾水を、任意で、相互結合して、１）第１のミックスを、尾水の添加前の時間ｔ11、尾水の添加後、但しアモルファスシリカの添加前の時間ｔ12、およびアモルファスシリカの添加後の時間ｔ13の間撹拌するか、または、２）第２のミックスを、アモルファスシリカの添加前の時間ｔ21、アモルファスシリカの添加後、但し尾水の添加前の時間ｔ22、および尾水の添加後の時間ｔ23にわたって撹拌するか、または3）アモルファスシリカと尾水を共添加する前に、第２のミックスを時間ｔ31撹拌し、次いで、コンクリートミックスを時間ｔ32の間撹拌する。
【００７３】
状況１）において、水（尾水）の第２の部分が、水の第１の部分、当該量のセメントミックス、および砂／骨材成分を含むコンクリートミックスに添加される場合、ｔ11は、約２分〜約８分の範囲内であることが好ましく、約３〜約６分がより好ましい。混合速度（例えば、レディーミクスなど）は、約２〜約５ｒｐｍの範囲内であることが、好ましい。時間ｔ12は、好ましくは約０．５〜約４分の範囲内であり、より好ましい範囲は約２〜約５ｒｐｍの範囲の混合速度にて約１〜２分の範囲内である。時間ｔ13は、好ましくは約２〜約１０分の範囲であり、約５〜約１０分の範囲がより好ましく、約１２〜約１５ｒｐｍの範囲の速度で比較的高い混合速度を伴う。高速混合後、例えば、注入部位へのトランジット時間などの時間の間、速度を約２〜約５ｒｐｍの範囲の速度に低下させてもよい。トランジット時間の基準は、米国コンクリート学会（American Concrete Institute）によって設定されている。例えば、コンクリートは、温度が９０°Ｆ（約３２．２°Ｃ）以上の場合は高速混合の終了から６０分以内に、温度が９０Ｆ未満の場合は９０分以内に注入する必要がある。
【００７４】
状況２）において、水（尾水）の第２の部分が、水の第１の部分、当該量のセメントミックス、および砂／骨材成分、およびアモルファスシリカ含有のコンクリートミックスに添加される場合、ｔ21は、約２分〜約８分の範囲内であることが好ましく、約３〜約６分がより好ましい。混合速度（例えば、レディーミクスなど）は、約２〜約５ｒｐｍの範囲内であることが、好ましい。時間ｔ22は、好ましくは約０．５〜約２分の範囲内であり、より好ましい範囲は約２〜約５ｒｐｍの範囲の混合速度にて約０．５〜１分の範囲内である。時間ｔ23は、好ましく約２〜約１０分の範囲であり、約５〜約１０分の範囲がより好ましく、約１２〜約１５ｒｐｍの範囲の速度で比較的高い混合速度を伴う。高速混合後、例えば、注入部位へのトランジット時間などの時間の間、速度を約２〜約５ｒｐｍの範囲の速度に低下させてもよい。上記されているように、トランジット時間の基準は、米国コンクリート学会（American Concrete Institute）によって設定されている。
【００７５】
状況３）では、尾水を、第一のミックスにアモルファスシリカと一緒に添加する。この場合、アモルファスシリカおよび尾水は、任意で、相互結合され、ｔ31は、好ましくは、約２〜約８分の範囲内であり、約３〜約６分がより好ましく、混合速度（例えば、レディーミクス）好ましくは約２〜約５ｒｐｍの範囲内である。時間ｔ32は、好ましくは約２〜約１０分の範囲であり、約５〜約１０分の範囲がより好ましく、約１２〜約１５ｒｐｍの範囲の速度で比較的高い混合速度を伴う。高速混合後、例えば、注入部位へのトランジット時間などの時間の間、速度を約２〜約５ｒｐｍの範囲の速度に低下させてもよい。上記されているように、トランジット時間の基準は、米国コンクリート学会（American Concrete Institute）によって設定されている。
【００７６】
別の実施形態では、当該の量のセメントミックスおよび骨材／砂成分に対し全量の水を加えてミックスを形成し、次いで、前述のミックスをｔa時間撹拌してから、アモルファスシリカを添加し、その後、ｔb時間撹拌してから、コンクリートミックスを注入する。湿潤バッチプロセスの場合は、一度に全量の水を添加すると便利である。時間ｔaは、好ましくは約２〜約８分の範囲内であり、約３〜約６分がより好ましく、混合速度（例えば、レディーミクスなど）で、好ましくは約２〜約５ｒｐｍの範囲内である。時間ｔbは、好ましく約２〜約１０分の範囲であり、約５〜約１０分の範囲がより好ましく、約１２〜約１５ｒｐｍの範囲の速度で比較的高い混合速度を伴う。高速混合後、例えば、注入部位へのトランジット時間などの時間の間、速度を約２〜約５ｒｐｍの範囲の速度に低下させてもよい。上記されているように、トランジット時間の基準は、米国コンクリート学会（American Concrete Institute）によって設定されている。本発明の利点が観察されるのは通例、水を単回添加する場合である。但し、実際的には、水を２つの部分に分割することが厳守される。第１の部分を具備するコンクリートミックスを撹拌した後に、第２の部分を使用した場合の利点は、バレルの口の近くから、混合が不十分なセメントミックスのレディーミクス残骸に洗い流されるという点である。
【００７７】
コンクリート混合物は、湿潤、すなわち「中央ミックス（central mix）」バッチ状況にて、または乾燥、すなわち「トランジットミックス（transit mix）」バッチ状況にて調製される場合がある。湿潤バッチモードでは、上記のいずれかの方法で、乾燥成分を一定量の水と混合し、続いてアモルファスシリカを混合してコンクリートミックスを生成する。ミックスは上記のように撹拌されるか、あるいはレディーミクスに導入されて上記のようにレディーミクス中で撹拌される。本質的に、湿潤バッチと乾式バッチの状況は似ているが、湿潤バッチの手順の一部がレディーミクスの外部（例えば、プラント）で実行される点が異なる。乾式バッチ処理（「トランジットミックス」）の方が、幾分かは好ましい。例えば、水の総量の４０±２０％、あるいは、更なる実施形態では、水の総量の±１０％が、コンクリートミックスの調製に利用され、バッチで使用される砂および粗骨材がレディーミクスに充填される。セメントミックス、粗骨材、および砂を一体的に混ぜ合わせて、レディーミクスに充填する。その後、残りの水をレディーミクスに充填する。乾燥成分および水が完全に混合された際、アモルファスシリカを添加し、混合物を５〜１０分間混合する。混合は、好ましくは、比較的高いドラム回転速度、例えば、約１２〜約１５ｒｐｍの範囲の速度にて実行される。いったん混合がより高速に実行されると、バッチの注入が可能になる。但し、高速混合と注入の間に、注入部位へのトランジット時間などの期間を見込むことは許容される。コンクリートが、例えば、約３〜約５ｒｐｍなどの低速で混合される限り、高速混合から注入までの時間は約１分〜約６０分までの範囲内で許容されるのが、通例である。
【００７８】
一実施形態において、いったんレディーミクスが注入部位に到達したら、水、セメントおよび他の乾燥成分を含むレディーミクスにシリカを添加すると特に便利である。更に、アモルファスシリカが添加された後、コンクリート／シリカ混合物は、注入前に、しばらくの間、最も好ましくは少なくとも約５〜約１０分間混合すべきであることが、見出されてきた。但しながら、本発明の利益を少なくとも幾分かは得ることに関して、他の期間が許容される場合もある。
【００７９】
前述のプロセスの商業的に使用される変形において本発明の利点を予期し得るのは、乾燥成分と水の第1および第2の部分（または水の第2の部分）とを混合した後、最後にアモルファスシリカを添加した場合で、且つ、シリカ添加済み混合物が、注入前に本明細書中に指定されている時間にわたって混合した場合だけに限られる。
【００８０】
次いで、コンクリートミックスを注入し、コンクリート設備を形成する。好ましい実施形態では、コンクリートミックスを、フーチングまたはスラブの調製などの、工業規模の注入状況にて形成し、撹拌する。追加的な実施形態において、コンクリートミックスの生産は、その生産中にミックスを保持し、例えば、レディーミクスのようなミックス撹拌機能が装備された設備を使用して、その設備内で行われる。
【００８１】
本発明のプロセスの１つの利点は、例えば、本発明に従って配合されたスラブなどのコンクリート層中の水は、蒸発によって失われるというよりは寧ろ、層内に固定化されているように見えることである。この水の大部分の宿命として最も考えられるのは、毛細管およびボイドを形成するのではなく、長期間水分補給に関与することである。ゆえに、コンクリートスラブ、壁、およびその他の地層は、厚さに関係なく、ボイドと毛細管の減少または欠如、および圧縮強度の相関的な増加が見られるものと予期される。構造が改善され、且つ最大約２０フィート（約６．１メートル）の厚さの圧縮強度を備えたコンクリート形成物を、本発明のコンクリートを用いて形成することが可能である。
【００８２】
本発明のプロセスの利点は、現場打ちコンクリート（poured concrete）は、温度、相対湿度、および風などの空気の動きのような環境条件に起因する乾燥が原因で損傷を受けることが少ないという点である。例えば、良質コンクリートを製造するには、風速を最高時速５０マイルとし、温度を最高１２０°Ｆ（約４８．８９°Ｃ）乃至最低１０°Ｆ（約−１２．２２°Ｃ）とし、相対湿度を最低５％乃至最高８５％、更にはそれ以上とする場合がある。
【００８３】
本発明の方法によって形成されたコンクリートの圧縮強度は、類似または好ましくは同じ方法、但し、水、セメントミックス、および充填材（骨材、砂およびそれらに類するもの）を混合した後にシリカを添加したことを除く該方法を用いて形成されたコンクリートに関しては、増加するのが一般である。「類似」または「同じ」は、風速、相対湿度、温度プロファイルなどの環境条件、および圧縮強度の増加の評価に関する日よけや熱放射環境などの他の環境要因に適用される。注入器の制御範囲内にある要因、例えば、混合時間、混合パラメーター、注入パラメーター（つまり、スラブの寸法）などは、考慮され易い。圧縮強度の増強は、アモルファスシリカの添加を除いて同一である注入から評価するのが、好ましい。好ましい実施形態では、同じ量の同一の成分から同時に、但し別個のレディーミクス内で調製され、同時に、但し別々のレディーミクスを使用してサイド・バイ・サイドで注入された注入物から評価を実施する。そのような注入は「実質的に同一」である。
【００８４】
圧縮強度の増加は、実質的に同一な一対のシリカを含まない注入物の圧縮強度を基準にして、約５〜約４０％またはそれ以上の範囲にあり得る。より全般的に観察される実施形態において、実質的に同一な注入によって評価される圧縮強度の増加は、約１０〜約３０％の範囲内である。
【００８５】
本発明のコンクリートは概して、例えば、スラブ、フーチングおよびそれらに類するものなどの現場打ちコンクリート（poured concrete）を必要とする用途に使用することができる。本発明の利点は、調製されたコンクリートは、水の浸透に対する耐性が概ね高いことから、特に湿気に曝露され易く、関連する損傷、例えばフーチングが発生しがちな注入の用途において使用しても差し支えないことにある。
【００８６】
以下に示すように、本発明に含まれる発見は、コンクリートミックスに対し、ナノシリカを好ましくはコロイド状シリカとして添加すると、少なくとも一部の水を添加した後、セメントに対し他の特性、例えば、耐摩耗性および透水性などのなかでもとりわけ圧縮強度に関し改善が施される。
【００８７】
当該技術分野において使用される様々なサイズの砂および骨材などの添加剤コンクリート成分は、通例、本発明によって提供される利点を損なうことなしに、本発明のコンクリートに使用して差し支えない。
【００８８】
ゆえに、概ね欠陥が無く、輸送水量の多いコンクリート由来のコンクリートに関連のあるコンクリートを調製する際には、十分な水分を含有するコンクリートを、水和、注入、および作業に利用することが可能である。本発明の組成物によって、コンクリートは、アモルファスシリカ無添加のコンクリートに比べて早期に露出面が乾燥する確率が低下するように、水分を保持するものとなる。相対的な保水効果は、表面が通常乾燥しがちな周囲条件においても、観察される。ゆえに、標準的なコンクリートよりも広範囲な環境条件下にてコンクリートを注入する場合がある。したがって、表面を仕上げる際には、表面水の量を減らす場合もあれば、または、場合によっては、表面水を添加しない場合もある。
【００８９】
際立っている点は、含水量が同程度のコンクリートに比べて、収縮が低減することであり、更に際立っている点は、圧縮強度が増加することである。この結果は、コンクリートに含有されている輸送水の量が、アモルファスシリカ不在下にて毛細管およびボイドが形成されるリスクに曝される量である場合でさえも得られるのが、一般的である。
【００９０】
理論に束縛されるものではないが、推測によれば、アモルファスシリカは、硬化中に水を固定化して、水が移動するのを防ぎ、蒸発を遅延させ、且つ毛細管およびボイドの形成を遅延させる可能性がある。そのような固定化は、水が長期にわたって水和に関与することを妨げず、それにより圧縮強度が予期せず増加することは驚くに値する。
【００９１】
本発明の包括的な利点は、概ね蒸発によって水が消失するおかげで、硬化反応（水和）において水の使用量が過剰にならずに済むという点である。コンクリートが完全に水和するうえで理論的に必要とされる水位よりも低い水位にて、コンクリートが注入された場合、ならびに、水位が、水和に理論的に必要とされる水位を超えが場合でも、そのような利点を得ることが可能である。
【００９２】
既存のコンクリートの調製および注入プロセスの問題は、注入が最適な条件に満たない場合に発生するリスクである。以下に示すように、他の環境要因の中でも、相対湿度、風速、および温度は、標準的な注入を日常的に損なう。原因は、コンクリート上およびコンクリート内の様々な場所における水位に影響を及ぼすからである。これは、収容された水の量が、推奨値の範囲であろうと単一の指定された最適値であろうと、セメントミックスメーカーによって指定された推奨水量に準拠している場合でも発生する可能性がある。本発明は、水関連の問題のリスクを低減して、セメントメーカーによって推奨された含水量にて操作することを可能にしている。これらの推奨値は概して、水和反応を許容可能な程度まで、または場合によっては完了するまで進行させるために必要とされる水量に対応している。本発明の実施において、水の使用量は、セメントメーカーによって指定された量とすることが、好ましい。一方、本発明はまた、水分量がメーカー指定の水分量から逸脱している場合でさえ、他のプロセスに関する水問題のリスクを低減する。ゆえに、いくつかの実施形態では、含水率は、本明細書に記載のコロイド状アモルファスまたは他のシリカの添加に先立ってセメントに添加した水の重量を基準として、メーカー仕様で指定された最低値の約−３０％乃至、メーカー仕様で指定された最大値の＋３０％の範囲内にある。
【００９３】
本発明の更に別の利点は、その配合物の能力に由来するものであり、毛細管およびボイド貯留層を形成することなく、長時間の水分補給用の水分を保持することにある。当該技術分野において公知であるように、骨材、砂、およびその他の一般的に含まれる増量用および強化用の材料をセメントに添加してコンクリートを形成するには、概して、それらをコンクリートに収容するためには更に水を要し、それにより、実際に毛細管、特にボイド貯留層の形成を促進し得る。このような貯留層は、収容された材料の表面に関連付けられ、それらに関連して配置される。全般的に、最も好ましい骨材および材料は、それら骨材および材料がその表面積全体にわたってコンクリートと密接に関連し、水和中に、関連する圧縮強度の損失に伴って、貯留層形成が最小限に抑えられるような品質のものである。但し、そのような高品質な材料を収容した場合、不経済となるのが、普通である。驚くべきことに、骨材が存在する場合でも、アモルファスシリカ粒子を含めることで、ボイド貯留層および毛細管の形成を低減または防止することが可能である。理論に束縛されるものではないが、そのような欠陥、特にボイド貯留層が減少すること、および関連する圧縮強度が増加することは、材料の品質が最適ではないにもかかわらず、高表面積のアモルファスシリカ粒子が含まれる材料との直接的な関連に関与していることを示す傾向がある。この関連によって、水が排除され、収容されている材料に対するコンクリートの付着力が強化される場合がある。
【００９４】
本発明の更にもう１つの利点は、いわゆる「高性能減水剤」を使用せずに、調製済みコンクリート配合物が注入可能および／または実用可能であり得ることである。そのような高性能減水剤の非限定的な例としては、リグニンスルホン酸塩、スルホン化ナフタレンホルムアルデヒド重縮合物、スルホン化メラミンホルムアルデヒド重縮合物、ポリカルボン酸エーテル、およびエマルジョンであるか、分散液であるか、粉末であるか、それとも他の化学形態であるかどうかにかかわらず他の高性能減水剤成分が挙げられる。一実施形態において、本発明のコンクリート配合物は、高性能減水剤を含まずに注入可能であり、高性能減水剤を含まないか、または本質的に高性能減水剤を含まない。「本質的に高性能減水剤を含まない」とは、高性能減水剤の含有量が、セメントの重量を基準にして約０．１％未満の微量であることを意味する。
【００９５】
以下は、本発明において使用できる混合物の非限定的なリストである。代替的に、本発明のコンクリート混合物は、以下の添加剤の一部もしくは全部、または他の添加剤を含まない場合がある。下掲のリストは、ASTM C494カテゴリに従って順序付けられている。収録されているのは、ASTMC-494によって認定されているものと認定されていないものが混在している。
【００９６】
混和剤を、粉末または液体として添加する場合がある。
・通常の減水剤および遅延剤（タイプＡ、Ｂ、Ｄ）
・公称投与量範囲：０．５〜６ＯＺ／Ｃ
・超可塑剤：通常の設定および遅延（タイプＦ、Ｇ）
・公称投薬量範囲：２〜４０ＯＺ／Ｃ
・混合の加速：減水または非減水（タイプＣ、Ｅ）
・公称投薬量範囲：２〜４５ＯＺ／Ｃ
・ASTM C494に定義されているタイプＳ混和剤：
・ミッドレンジの減水剤および遅延剤
・公称投薬量範囲：２〜４５ＯＺ／Ｃ
・腐食防止剤
・公称投薬量範囲：０．２５〜５ＧＡＬ／ＹＤ
・ＭＶＲＡ（水蒸気低減混和剤）
・公称投薬量範囲：５〜２４ＯＺ／Ｃ
・ＳＲＡ（収縮低減混和剤）
・公称投薬量範囲：０．２５〜５ＧＡＬ／ＹＤ
・水和安定剤
・公称投薬量範囲：０．５〜２４ＯＺ／Ｃ
・粘度調整剤
・公称投薬量範囲：０．２５〜８ＯＺ／Ｃ
・空気連行混和剤；
・公称投薬量範囲：ＯＺ（空気取り込みの必要に応じて）：０．１〜３６ＯＺ／Ｃ
・着色剤；液体および固体
・公称投薬量範囲：０．１〜２０ＬＢ／ＹＤ）
【００９７】
実施例１−濃縮配合物（未希釈Ｋｏｒｋａｙ）
約１５，０００平方フィート（約１，３９３．５平方メートル）の注入サイズの内部スラブを注入した。気候条件は下記の通り：
温度：５２〜７８Ｆ（１１．１〜２５．５°Ｃ）、相対湿度：６０％、晴天。注入開始は午前６時頃、終了は午後４時であった。コンクリートを、通常の慣行を利用して配置した。
【００９８】
１．１立方ヤード（合計９ヤード（約０．９１メートル））当たり３１ガロン（約１１７．３リットル）の水（ＳＳＤ−表面乾燥飽水状態）に対して６袋（５６４ポンド（約２５５．８キログラム））のセメントを使用する従来のクラスＡコンクリート設計を使用して、空気連行されていないコンクリートを含む厚さ４インチの内部コンクリートスラブを配置した。レディーミクスに１立方ヤード当たり約１２ガロン（約４５．４リットル）の水を添加し、続いて乾燥セメントミックス（１ヤード当たり５６４ポンド（約２５５．８キログラム））、骨材および砂（１２５０ポンド（約５６６．９キログラム）の砂、１ヤード当たり１７５０ポンド（約７９３．８キログラム）の石）を添加した。水および乾燥成分を１〜２分間混合し、１ヤード当たり約１９ガロン（約７１．９リットル）の水を更にレディーミクスに添加した。混合物を、コンクリート混合用の１２〜１５ＲＰＭの高速コンクリートドラムを用いて、更に５〜１０分間混合した。運転手がコンクリートを作業場所に輸送する準備が整った時点で、コンクリートバレルを３〜５ＲＰＭに減速した。
【００９９】
２．次いで、合計２０３．０４オンス（約１１３．４グラム）のE5 INTERNAL CURE（４オンス（約１１３．４グラム）／１００ポンド（約４５．４キログラム）のセメント）の添加を、９ヤードを充填しバッチ処理した後に行った。再三繰り返す通り、立方ヤード当たり５６４ポンド（約２５５．８キログラム）（約２５５．８キログラム）のセメントおよび３１ガロン（約１１７．３リットル）（約１１７．３リットル）の水が存在した。
【０１００】
３．チームは、レディーミクス・ドライバーに、バッチを５分間混合させた。
【０１０１】
４．スラブを配置した後、浮揚プロセスが開始されるまでに、３時間の待機時間があった。
【０１０２】
５．こて機のコンクリートライドを使用して、浮揚（パン）プロセスを実行した。浮揚プロセスのパン速度は、毎分１３２〜１４６回転であった。浮揚プロセスは1時間半実行され、その時点で、スラブは、次のパワーライドオントローウェル（つまり、結合プロセス）の準備ができていると判断された。このような決定は業界の標準であり、主にスラブの表面テクスチャーに基づく。
【０１０３】
６．摩擦が低く、且つ実用性の高い表面を作成する助けとなるように、パンニングプロセス後に、テーツ・ソープ・アンド・ファクタンツ社（Tate’s Soaps and Surfactants）から入手可能なＫｏｒｋａｙコンクリートディゾルバーを、１ガロン当たり約５００平方フィート（約４６．４５平方メートル）の割合で全濃縮物（つまり、未希釈物）に対し噴霧した。
【０１０４】
７．次いで、パワートローウェルに結合ブレードを取り付け、結合プロセスを実行した。結合プロセス中、スラブの開始時点で約２パス後に、表面がプラスチック様の仕上がりになっているのが、発見された。当時、ブレードの速度は毎分約１６０〜１７５回転であった。そのような影響は、予期されないものであり、異常であった。オペレーターは結合プロセスを中断し、ハンマーで表面を突いた。それはコンクリート表面に極めて望ましくないものであり、極度に脆弱で、容易に亀裂した。
【０１０５】
このプラスチック様の表面は、スラブ全体にわたってフィルムを形成した。表面はくすんでいて、曇りがあり、且つ滑らかであった。表面と結合ブレードとの間の摩擦が極めて大きく、ブレードの回転を停止させ、効果的な更なる仕上げを大幅に妨げたため、表面を仕上げることはほぼ不可能であった。この摩擦により表面が裂けて微小亀裂が発生し、更に変性が発生するに至る。
【０１０６】
実施例２−約７：１（水：Ｋｏｒｋａｙ）希釈の最適配合
1．翌日、上記と同じ成分重量比で実験１を繰り返した。但し、節約のため、注入サイズの平方フィートを半分にした。
【０１０７】
２．パンによる浮揚プロセスの後、但し結合プロセスの前に、テーツ・ソープ・アンド・ファクタンツ社（Tate’s Soaps and Surfactants）から入手可能なＫｏｒｋａｙコンクリートディゾルバー、E5仕上げ（７部の水で１部のＫｏｒｋａｙに希釈）を、それは１ガロン当たり１０００平方フィート（約９２．９平方メートル）の噴霧速度で表面に対し噴霧した。
【０１０８】
３．上記と同じ仕上げ技術が採用されたが、仕上げ刃を備えた第３のパワートローウェルマシン（power trowel machine）が追加された。マシンは、最大速度２００〜２１０ｒｐｍ、標準速度１８０〜２００ｒｐｍ（毎分回転数）にて稼働させた。但し、コンクリートはプラスチック様の光沢を放ち、実施例1とは異なり、表面は高い摩擦を発生しなかったが、代わりに、従来のコンクリートの標準的な仕上げでさえ遭遇した摩擦よりも低いように見えた。これは予期されない結果であった。更になお、このような高速で更に仕上げると、表面がガラス様の外観になってきたという発見も為された。理論に束縛されるものではないが、見かけの摩擦が低いにもかかわらず、回転速度が速いと熱が発生し、仕上げ時間が長くなり、ガラス様の効果が得られたと考えられる。
【０１０９】
４．仕上げ後、コンクリートを調べた。試験結果から明らかにされるように、モース硬度試験による７〜８、すなわち３〜７日後にスコアリングまたはスクラッチが困難で、表面は、従来のコンクリート（２８日で約４〜５）よりも研磨性が３５％〜４０％高かった。実験1とは異なり、表面を無傷な状態のままに維持した。
【０１１０】
実施例３−リルム試験
本実施例を実施した目的は、表面は、歩道、縁石、コンクリート舗装などの外面にプラスチック様またはガラス様の表面を生ずるといったような外部用途で使用できるかどうかを判断することにあり、その注入サイズの寸法は、長さ５０フィート、幅５フィート、厚さ４インチとされていた。温度は６０°Ｆとした。注入は午前９時に開始し、午後１２時に終了した。
【０１１１】
１．コンクリートセメント、骨材、砂およびE5の、含有量ならびに調製の詳細は、実施例１および実施例２と同じである。
【０１１２】
２．スラブを配置し、１時間待機した。
【０１１３】
３．1時間後に、表面を手動で浮揚させるプロセスを開始した。手継ぎ手を割り込ませた。
【０１１４】
４．浮揚が終了してから３０分後に、７部の水／１部のＫｏｒｋａｙ希釈物に相当するE5仕上げ（仕様製品から入手可能）を、１ガロン当たり１０００平方フィート（約９２．９平方メートル）で表面に塗布した。手動浮揚（hand float）で表面に浮揚させた。
【０１１５】
５．継ぎ手が再び開かれ、側面が縁取りされた（edged）。
【０１１６】
６．１５分経過後、表面を評価し、プラスチック状の表面を観察した。
【０１１７】
７．次いで、コンクリートブルーム（concrete broom）で表面をスコアした。
【０１１８】
８．翌日、リルムチューブ試験を実施した。リルム試験とは、表面が水を吸収するかどうかを判断するための表面多孔度の評価である。試験所要時間は約３０分である。２０分で少なくとも約１．５〜３ｍｌを取り込む従来のコンクリートとは異なり、新規な表面には水が吸収されなかった。これにより、この手順は内面および外面の両方に対して使用可能であることが判明した。
【０１１９】
実施例４：
実施地：インディアナ州シェルビービルのシェルビーマテリアルレディーミクスプラント。
【０１２０】
環境条件：注入の開始時間は、午前７時３０分で、開始温度は約６０°Ｆ（１５．５６°Ｃ）であった。周囲温度は日中８０°Ｆ（約２６．６７°Ｃ）の高さでピークに達した。相対湿度は、１８％〜６７％の範囲であった。風速の範囲は、時速３〜１３マイル（約４．８２〜約２０．９２ｋｐｈ）であった。
【０１２１】
ステップおよび結果：
１．１立方ヤード（合計９ヤード（約０．９１メートル））当たり３１ガロン（約１１７．３リットル）の水（ＳＳＤ−表面乾燥飽水状態）に対して６袋（５６４ポンド（約２５５．８キログラム））のセメントの従来のクラスＡコンクリート設計を使用して、空気連行されていないコンクリートで４インチの厚さの内部コンクリートスラブを配置した。レディーミクスに１立方ヤード当たり約１２ガロン（約４５．４リットル）の水を添加し、続いて乾燥セメントミックス（１ヤード当たり５６４ポンド（約２５５．８キログラム））、骨材および砂（１２５０ポンド（約５６６．９キログラム）（約５６６．９９キログラムの砂、１ヤード当たり１７５０ポンド（約７９３．８キログラム）（約７９３．７９キログラムの石）を添加した。水および乾燥成分を１〜２分間混合し、１ヤード当たり約１９ガロン（約７１．９リットル）の水を更にレディーミクスに添加した。混合物を、コンクリート混合用の１２〜１５ｒｐｍの高速コンクリートドラムを用いて、更に５〜１０分間混合した。運転手がコンクリートを作業場所に輸送する準備が整った時点で、コンクリートバレルを３〜５ｒｐｍに減速した。
【０１２２】
２．次いで、９ヤードを充填してバッチ処理した後、合計３８０．7オンス（約１０．７９キログラムのE5 INTERNAL CURE（７．５オンス／１００ポンド（約４５．４キログラム）のセメント）を添加した。再三繰り返す通り、立方ヤード当たり５６４ポンド（約２５５．８キログラム）のセメントおよび３１ガロン（約１１７．３リットル）の水が存在した。
【０１２３】
３．チームは、レディーミクス・ドライバーに、バッチを１２〜１５ｒｐｍで５分間混合させた。
【０１２４】
４．次いで、レディーミクスを２〜５ｒｐｍに減速し、現場まで１５分間運転した。次いで、コンクリートをスラブフォームに流し込んだ。スラブは金属製の建物の反対側に位置した。
【０１２５】
５．従来の仕上げプロセスを実施した。注入後に、スラブを平準化した。次いで、ブルフロートを使用して表面を閉鎖した。表面が機械的仕上げプロセスを開始するのに十分な硬度に達した際、当該技術分野において繁用されている適切な方法を使用して仕上げを完了した。
【０１２６】
６．ブルフロートプロセス中に、コンクリートは従来のレディーミクスプロセスよりもはるかに簡単に閉鎖できることが留意された。
【０１２７】
７．ブリード水が通例は存在する仕上げプロセス中に、本プロセスはブリード水を提示しなかった。但し、表面は湿潤した状態のままであった。チームの推測によれば、従来のレディーミクス製品から調製されたコンクリートとは異なり、驚くべきことに、E5 INTERNAL CUREがない場合のレディーミクスでは、表面がはるかに乾燥する可能性が高い条件下で、水がコンクリート表面内に保持された。
【０１２８】
８．以後、チームは4時間かけてコンクリート仕上げプロセスを完了した。従来のレディーミクスから調製されたコンクリートとは異なり、仕上げプロセスは、ハーフスロットルで稼働するマシンで実行される場合がある。これは、コンクリート表面に依然として水分が残留するという理由からである。これにより、仕上げプロセスがはるかに簡単になる。従来のコンクリートでは、マシンを１００％のスロットルで稼働させる必要があり、仕上げ中の表面損傷のリスクが高まるため、労働集約度の高いプロセスとされる。
【０１２９】
９．また、チームは、内部の熱温度スイングは５０°Ｆを超えていたことに留意した。実際、注ぎ口は金属製の建物に面していたため、内部センサーによって測定された内部コンクリート温度変動は、昼間の最高気温１４５°Ｆ乃至、夜間の最低気温７０°Ｆまでであった。チームの経験では、これらの温度変動により、硬化中にコンクリートに有意な亀裂が生じることが予期される（以下の１０を参照）。一般的に、チームの豊富な経験の中でも、コンクリート表面の水分蒸発を促進する最たる因子の１つが、熱温度とされる。この注入を行った当日にチームが気付いた点は、湿気が表面に残存し、熱温度の変動による影響が比較的少ないように思われたことである。そのような挙動が、従来の現場打ちコンクリート（poured concrete）の挙動とは全く異なり、当業界で極めて有用であり得ることを、チームは知っていた。
【０１３０】
１０．チームの経験では、通常なら、注入後２４時間以内に、従来のコンクリートを鋸切断する必要があるが、鋸切断をチームは行わなかった。なぜなら、コンクリートの上面に保持されている水量が増加したことは明らかであり、結果として、収縮のタイミング（収縮が通常発生する時間）の短縮する確率が高く、且つ亀裂が減少する可能性も高いからである。この理由から、チームは、コンクリートスラブを混乱させない状態のままに維持し、スラブが内部で解放されるのに要する時間を算定できるようにしておいた。チームが驚いたことに、スラブは、内部で１０日間は解放されなかった。ここで留意すべき点は、気温および雨などの有意な環境変化があったことである。理論に束縛されるものではないが、チームは、E5 INTERNAL CUREを加えた場合、蒸発で失われずに寧ろ、おそらくE5 INTERNALCUREのアモルファスシリカとの化学的会合によって大部分の水分が保持されるものと推測した。更に、保持された水の多くが、最終的に水和に関与して、内部硬化をもたらしたものと推測される。E5 INTERNAL CURE（例えば、レディーミクス・トラックなどに注入する前にコンクリートに添加されたもの）においてアモルファスシリカとの化学的会合が生じて水分が保持され、後で水和（内部硬化）によってE5に組み込まれる様子は、チームが最善に判別できることから、これまでに観察された試しがなかった。
【０１３１】
実施例５：
本実施例が為された目的は、製品のパフォーマンスの一貫性を確保すること、および内部硬化の効果を最大限に高めるためのプロセスを理解することにあった。
【０１３２】
実施地：インディアナ州ビーチグローブ、シェルビーマテリアルズレディーミクスプラント
時間枠：午前８時３０分から午前９時３５分までの間に注入した。
環境条件：７９°Ｆ（約２６．１１°Ｃ）、相対湿度は６１％〜９３％の範囲で、曇りおよび風速は６．９〜１２．７ｍｐｈ（１１．１０〜約２０．４４ｋｐｈ）の範囲であった。
【０１３３】
ステップおよび結果：
１．２つのサンプルのコンクリートは、５．５袋（５１７ポンド（約２３４．５キログラム））のセメント、０．５水対セメント比（３１ガロン（約１１７．３リットル）の水（ＳＳＤ−表面乾燥飽水状態）非空気連行、５．５インチのスランプ（５１７ポンド（約２３４．５キログラム）のセメント、１２２５ポンド（約５５５．６５キログラム）の砂、および１ヤード当たり１８００ポンド（約８１６．５キログラム）の石）であった。仕上げプロセスは実施例１と同じである。
【０１３４】
２．サンプル１を、参照として注入した。サンプル１を作成し、厚さ４インチのスラブとして配置した。また、アメリカコンクリート工学協会（ACI：American Concrete Institute）による推奨事項に準拠し、スラブの上にプラスチックシートを７日間塗布することによって、コンクリートスラブを硬化させた。圧縮強度は、注入後７日で５７６０ｐｓｉと測定された。
【０１３５】
３．セメント、骨材、および砂（１ヤード当たり５１７ポンド（約２３４．５キログラム）のセメント、１２２５ポンド（約５５５．６５キログラム）（約５５５．６５キログラム）の砂、および１８００ポンド（約８１６．５キログラム）の石）のE5 INTERNAL CURE（セメント１００ポンド（約４５．４キログラム）当たり３．５オンス（約９９．２グラム））が混合された後、サンプル２をサンプル１と同様に注入して、サンプル１として硬化した。注入後７日目に、圧縮強度は６５８０ｐｓｉと測定された。サンプル１と２（E5 INTERNAL CURE（E5 INTERNAL CUREを使用）との相違点は、強度が１４％増加したことである。
【０１３６】
４．その後、専門家チームは、ACI（American Concrete Institute）の推奨に従って、２８日間の強度試験を行い、E5 INTERNAL CUREが内部硬化を促進し、水をコンクリートに化学的に結合させるという理念を更に裏付けた。２８日間の試験結果は、下記の通り：参照圧縮強度：６９１０ｐｓｉ。現場打ちコンクリート（poured concrete）中にE5 INTERNAL CUREが含まれている場合の、圧縮強度：８０４０ｐｓｉ。E5 INTERNAL CUREによる圧縮強度ｐｓｉの増加率は、１６％である。
【０１３７】
実施例６：
コンクリート製の工業規模バッチを、１６個調製した。各サンプルからシリンダーを採取し、ASTM C-39に準拠し、３日目、７日目、および２８日目に圧縮強度を試験した。いずれのサンプルにも、砂１３５０ポンド（約６１２．３キログラム）が含まれていた。全てのサンプルに対し、レディーミクスを現場まで平均20分間運転し、ASTMC-39に従ってコンクリート試験シリンダーへの注入を行った。結果は、表１に与えられている通りである。
【０１３８】
４つの第１の群（サンプル１〜４）、「コンクリート対照」群を、コロイド状シリカを添加せずに調製した。水／セメント比を、０．５１とした。それらの調製は、２〜５ｒｐｍで回転するレディーミクスに指示された水の約４０％を添加し、続いて指示された量のセメントミックス、骨材、および砂を添加して行った。本研究の全てのサンプルの骨材は、（３／４インチ＃8 ASTM C-33＃8 INDOT承認済み）砂利であった。水および乾燥成分を１〜２分間混合した。これには、成分をレディーミクス・ドラムに添加するのにかかった時間が含まれる。次いで、残りの水（指示された水の約６０％）をレディーミクスに添加した。混合物を、コンクリート混合用の１２〜１５ＲＰＭの高速コンクリートドラムを用いて、更に５〜１０分間混合した。運転手がコンクリートを現場に輸送する準備ができたら、コンクリートバレルを３〜５ＲＰＭに減速した。レディーミクスを現場に運搬し、ASTMC-39に従ってコンクリート試験シリンダーへの注入を行った。
【０１３９】
第２の群４つ（サンプル５〜８）を、４オンス（約１１３．４グラム）のコロイド状シリカ溶液（E5 INTERNAL CURE：約１５重量％のシリカ、平均粒子サイズが１０ｎｍ未満、ＢＥＴ表面積が約５５０ｍ2／ｇ、百重量セメント（ｃｗｔ）当たり８５重量％の水）を添加して調製した。
【０１４０】
サンプル７および８（尾水後４ｏｚ／ｃｗｔ）の手順は、サンプル１〜４の場合と同じであるが、バレルを３〜５ｒｐｍに減速した後、更に４ｏｚ／ｃｗｔE5 INTERNAL CUREが加わった。
【０１４１】
レディーミクス（Ready-mix）で、バッチを１２〜２０ｒｐmにて約５分間混合した。レディーミクスを３〜５ｒｐｍに減速して現場に運搬し、ＡＳＴＭＣ−３９に準拠してコンクリート試験シリンダーへの注入を行った。
【０１４２】
サンプル５および６（尾水前の４ｏｚ／ｃｗｔ）の手順は、サンプル１〜４の場合とほぼ同じであるが、但し、E5 INTERNAL CUREが第１のコンクリートミックスに含まれており、添加の順序は、セメントミックス、骨材／砂、４ｏｚ／ｃｗｔ E5 INTERNAL CURE、４０％の水とされた。
【０１４３】
サンプル９〜１２（２ｏｚ、４ｏｚ、６ｏｚ、および８ｏｚ／E5 INTERNAL CURE／尾水前のｃｗｔ、Ｗ／Ｃ＝０．４ｌ）の手順は、サンプル６および７の手順と同じである。E5 INTERNAL CUREの量はサンプルごとに増加し、水／セメント比はサンプル１〜８のように０．５１ではなく、０．４１であることに留意されたい。
【０１４４】
サンプル１３〜１６（２、４、６、および８ｏｚ／E5 INTERNAL CURE／尾水後のｃｗｔ、Ｗ／Ｃ＝０．４ｌ）の手順は、サンプル７および８の手順と同じである。E5 INTERNAL CUREの量はサンプルごとに増加し、水／セメント比はサンプル１〜８のように０．５１ではなく、０．４１であることに留意されたい。
【０１４５】
各サンプルについて、３、７、および２８日経過したシリンダーから圧縮強度を測定した。
【０１４６】
類似したサンプルの群（１〜４、５および６、７および８、９〜１２、１３〜１６）で測定された圧縮強度は、多くの要因の変動の結果である自然な広がりを反映しているおり、これにより、サンプルが完全に同一になるのが防止されることに留意されたい。サンプルは、便宜上、圧縮強度の昇順で並べられている。
【０１４７】
尾水の後にシリカを添加した全ての事例において、コンクリートは、ブリード水、カール、亀裂、または収縮が生じたとしても、ほとんど見られなかった。水の前に同量のシリカを添加した場合、ブリード水量が、対照と同様であるか、または場合によっては対照に比べて劣悪なセメントが得られた。上記は、両方の水／セメント比（０．５１および０．４１）に当てはまった。圧縮強度は、全般的に、シリカの使用と共に上昇し、シリカが多いほど、圧縮強度が上昇したことが明らかであった。一方、後の尾水の添加によって、水添加前に比べて、シリカが有意に増大した。この利点以外にも、前述したような、ブリード水ならびにカーリングの亀裂および収縮が低減したという利点も挙げられる。理論に束縛されるものではないが、シリカは、水が他の乾式成分と混合された後に添加されると、水の前に乾式成分に添加される場合よりも効率的に上層からの水分蒸発を低減することが可能であり、場合によっては、混合が不十分なコンクリートミックスにさえ、水が含有されていると思われる。それゆえ、上記の例に例証されているように、特に尾水を加えた後、よく混合されて湿ったコンクリートミックスにシリカを添加すると、予期しないことに、圧縮強度が予想外に大幅に向上し、ブリード水が低減するか全くなくなり、硬化コンクリートの露出した上面からの高蒸発に関連する欠陥が低減するか、全くなくなる。
【表１】
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【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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【国際調査報告】
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