(57)【要約】本主題は、製鋼スラグおよび必要に応じてセメントを含む造園製品、組成物およびその製造方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（舗装材などの）造園製品の製造方法であって：
ｉ）乾燥部分と液体部分とを混合するステップであって；前記乾燥部分が、骨材およびバインダを含み、前記バインダが、製鋼スラグおよび任意にセメントから構成されており；前記液体部分が、水および化学混和剤を含むステップと；
ｉｉ）ステップｉ）の混合物を成型および圧縮して、初期の水対スラグ比を有する成形品にするステップと；
ｉｉｉ）ステップｉｉ）の前記成形品の前記初期の水対スラグ比を任意に減少させて、炭酸化前の水対スラグ比を有する成形品を提供するステップと；
ｉｖ）ステップｉｉ）またはｉｉｉ）の前記成形品を二酸化炭素で硬化させて、前記造園製品を提供するステップと、を含む、方法。
【請求項２】
前記製鋼スラグが、ＢＯＦ、ＥＡＦまたはＥＢＨスラグである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記製鋼スラグのケイ酸カルシム累積含有量が、少なくとも約１５％、またはより好ましくは約４０％を超えている、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記製鋼スラグの粉末度が、ブレーン粉末度分析で約１５０ｍ２／ｋｇを超えている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記セメントが、ケイ酸カルシウム相を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記骨材が、普通骨材、天然軽量骨材、膨張粘土骨材、膨張頁岩骨材、膨張スラグ骨材、膨張製鋼スラグ骨材、膨張鉄スラグ骨材、砂利骨材、石灰岩骨材または二次骨材である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記初期の水対スラグ比が最大約０．２０である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記炭酸化前の水対スラグ比が約０．０８〜０．１５である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
（舗装材などの）造園製品の製造方法であって：
ｉ）乾燥部分と液体部分とを混合するステップであって；
前記乾燥部分が、骨材（好ましくは、花崗岩または石灰岩骨材）およびバインダを含み、前記バインダが、製鋼スラグおよびセメントから構成されており、前記スラグ（ＢＯＦ、ＥＡＦ、取鍋スラグまたはＥＡＦ−ＢＯＦハイブリッドスラグなど）は、遊離石灰含有量が約１０％未満であり、ケイ酸カルシウム累積含有量（例えば：Ｃ２Ｓ＋Ｃ３Ｓ相濃度）が少なくとも約１５％であり、粉末度がブレーン粉末度で約１５０ｍ２／ｋｇ以上であり、前記セメントが、ケイ酸カルシウム相を有するポルトランドセメント、特にはＣ３Ｓであり；
前記液体部分が、水およびＡＳＴＭ  Ｃ４９４の要件を満たす化学混和剤を含み；
前記スラグ対セメント（Ｓ／Ｃ）比が最大２０であり、あるいは当該比が最大１５、または最大１０、または好ましくは約７〜約９であり、
前記骨材の質量の、前記骨材＋セメント＋スラグの総質量（Ａ＋Ｃ＋Ｓ）に対する比が、０．２〜０．８、好ましくは０．４５〜０．６であるステップと；
ｉｉ）ステップｉ）の混合物を成型および圧縮して、初期の水対スラグ比（Ｗ／Ｓ）、例えば最大約０．２０の（Ｗ／Ｓ）を有する成形品にするステップと；
ｉｉｉ）前記水対スラグ比が約０．０８〜０．１５を超える場合、ステップｉｉ）の前記成形品の前記初期の水対スラグ比を任意に減少させて、約０．０８〜０．１５の炭酸化前の水対スラグ比を有する成形品を提供するステップと；
ｉｖ）ステップｉｉ）またはｉｉｉ）の前記成形品を二酸化炭素で硬化させて、前記造園製品を提供するステップと、を含む、方法。
【請求項１０】
（舗装材などの）造園製品であって：
ａ）骨材；
ｂ）化学混和剤、および
ｃ）製鋼スラグおよび任意にセメントから構成されるバインダ
を含む、造園製品。
【請求項１１】
前記バインダが製鋼スラグおよびセメントから構成されている、請求項１０に記載の造園製品。
【請求項１２】
前記骨材の質量（Ａ）の、当該骨材＋セメント＋スラグの総質量（Ａ＋Ｃ＋Ｓ）に対する比が、０．２〜０．８の範囲である、請求項１０または１１に記載の造園製品。
【請求項１３】
前記造園製品の密度が、約２０００〜約２８００ｋｇ／ｍ３である、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の造園製品。
【請求項１４】
前記製鋼スラグが、ＢＯＦ、ＥＡＦまたはＥＢＨスラグである、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の造園製品。
【請求項１５】
前記製鋼スラグは、ケイ酸カルシウム累積含有量（例えば；Ｃ２Ｓ＋Ｃ３Ｓ相濃度）が、少なくとも約１５％であり、またはより好ましくは約４０％超である、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の造園製品、
【請求項１６】
前記製鋼スラグは、ブレーン粉末度分析での粉末度が約１５０ｍ２／ｋｇを超えている、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の造園製品。
【請求項１７】
前記骨材が、普通骨材、天然軽量骨材、膨張粘土骨材、膨張頁岩骨材、膨張スラグ骨材、膨張製鋼スラグ骨材、膨張鉄スラグ骨材、砂利骨材、石灰岩骨材または二次骨材であり、好ましくは、前記骨材が花崗岩または石灰岩骨材である、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の造園製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、製鋼スラグを含む造園製品、組成物およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セメントベースの造園製品の製造には、バインダとしてポルトランドセメントを使用する。セメントの生産は、エネルギー集約的かつ炭素排出的プロセスである。１トンのポルトランドセメントを生産すると、０．８トンの二酸化炭素が大気中に排出される。さらに、セメントの生産はかなりの量の天然資源を消費する。ポルトランドセメントを代替バインダで置き換えることができれば、二酸化炭素の大気中への排出量を大幅に減らすことができる。
【０００３】
製鋼スラグは、炭酸化活性化が行われる場合に、代替的なバインダとしてセメントに代わる可能性を示した。製鋼スラグは、二酸化炭素と反応することでよく知られている。造園製品の製造におけるセメントを活性化した製鋼スラグに置き換えることにより、エネルギー消費量、天然資源消費量、および総炭素排出力が削減されるであろう。二酸化炭素排出量の削減は、２つの要因；ａ）製品中に使用されるポルトランドセメントを排除すること、ｂ）炭酸化活性化プロセスによって二酸化炭素を造園製品中に永久的に格納すること、による。
【０００４】
［造園製品の種類］
造園製品には、人造石、舗装材、スラブ、擁壁、キャップ、縁石、エッジ、ステップおよびファサードなどを含む、様々な種類の製品がある。
【０００５】
例えば、舗装材は、外装床材として一般的に使用されている舗装石、タイル、レンガ、またはレンガ様のコンクリート片である。コンクリート舗装材は、骨材、ポルトランドセメント、混和剤および顔料（必要な場合）の混合物を様々な形状の型に流し込んで硬化させることによって商業的に製造される。これらの成分の各々はそれ自身の独特の微細構造特性を示すが、それらのすべては同様に、骨材骨格、結合媒体、および空隙で構成されている。インターロッキングコンクリート舗装材および石舗装材は、異なるタイプの舗装である。インターロッキング舗装材を組み立てる際には、通常、セメントペースト、化学混和剤または保持手段は使用せず、代わりに、舗装材自体の重量を利用してそれらを組み立てる。舗装材は、道路、車道、パティオ、歩道、およびあらゆる屋外プラットフォームを覆うために使用することができる。
【０００６】
擁壁は、その質量に主に依存して安定性を得る、プレキャストコンクリート製品である。擁壁は、互いの上に容易に積み重ねることができる。擁壁は、住宅および商業用途に使用することができる。擁壁は、様々なサイズ、機能、質感、スタイルで製造されている。
【０００７】
人造石は、天然石を模したコンクリートブロック製品の１つとみなされており、主に建築用途に使用されている。人造石製品の用途は、建築物から構造物および庭の装飾まで様々である。
【０００８】
プレキャストコンクリートの縁石は、通りや道路に沿って設置されて歩道の縁を形成する。プレキャストコンクリートの縁石は、都合のよい長さで利用可能であり、一般的に迅速かつ容易に設置することができる。
【０００９】
プレキャストコンクリートのファサードパネルは、外壁および内壁をより良く仕上げるために使用される。これらのパネルは、造園壁、防音壁および防犯壁に使用される建物のファサードまたは自立型壁の全体または一部を覆うために使用される。
【発明の概要】
【００１０】
本開示の一態様は、以下のステップを含む造園製品の製造方法に関する：
ｉ）乾燥部分と液体部分とを混合するステップであって；乾燥部分が、骨材およびバインダを含み、バインダが、製鋼スラグおよび任意にセメントから構成されており；液体部分が、水および化学混和剤を含むステップと；
ｉｉ）ステップｉ）の混合物を成型および圧縮して、初期の水対スラグ比を有する成形品にするステップと；
ｉｉｉ）ステップｉｉ）の成形品の初期の水対スラグ比を任意に減少させて、炭酸化前の水対スラグ比を有する成形品を提供するステップと；
ｉｖ）ステップｉｉ）またはｉｉｉ）の成形品を二酸化炭素で硬化させて、造園製品を提供するステップ。
【００１１】
本開示のさらなる態様は、以下を含む造園製品に関する：
ａ）骨材；
ｂ）化学混和剤、および
ｃ）製鋼スラグおよび任意にセメントから構成されるバインダ。
本開示のさらなる態様は、本明細書に記載されるプロセスによって製造される造園製品に関する。
【００１２】
本開示の実施形態がどのように実施され得るのかを例示するために、ここで添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】例示的な炭酸化設備の概略図である。
【図２】受け取り時および炭酸化後のＥＡＦおよびＢＯＦ（ＥＢＨ）ハイブリッドスラグのＸ線回析を示す図である。
【図３】炭酸化後および受け取り時のＥＡＦおよびＥＡＦ−ＢＯＦハイブリッドスラグ成形体の熱重量分析および示差熱重量分析を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
造園製品には：人造石、舗装材、スラブ、ブロック擁壁、エッジ、縁石、キャップ、ステップおよびファサードが含まれる。製品の期待性能に関しては、様々な規格が適用され得る。以下の規格は、代表的な製品に要求される典型的な技術的性能をよりよく理解するために有用な基準である。
【００１５】
本明細書で論じるように、製鋼スラグ（および必要に応じてセメント）からなるバインダを含む造園製品への言及は、最終的な造園製品中のバインダが二酸化炭素硬化バインダであること、すなわち当該製品が二酸化炭素硬化造園製品であることを意味するものと理解される。したがって、明瞭さを向上させるために必要に応じて、造園製品／二酸化炭素硬化造園製品ならびにバインダ／二酸化炭素硬化バインダは、明細書中において互換的に使用することも、あるいは明細書中の任意の場所で置換することもできる。
【００１６】
［擁壁：ＡＳＴＭ  Ｃ１３７２：乾式セグメンテーション保持壁ユニットの標準仕様］
最小圧縮強度：２０．７ＭＰａ
最大吸水量：２０８ｋｇ／ｍ３（約８．５％）
【００１７】
［建築用人造石：ＡＳＴＭ  Ｃ１３６４：建築用鋳造石の標準仕様］
最小強度：４５ＭＰａ
冷水での最大吸水率：６％
温水での最大吸水率：１０％
【００１８】
［舗装石：ＡＳＴＭ  Ｃ９３６：コンクリートインターロッキング舗装ユニットの標準仕様］
最小圧縮強度：５５ＭＰａ
最大吸水率：５％
【００１９】
米国の標準試験方法：コンクリートインターロッキング舗装ユニットの標準仕様（この仕様は、舗装面の建設に使用され、セメント質材料、骨材、化学混和剤、および不可欠な撥水剤などのその他の成分から製造されている、インターロッキングコンクリート舗装材を対象としている。この規格では、物理的要件、サンプリングおよび試験、外観検査、ならびに試験片の却下に関するガイドラインも提供している。）
【００２０】
カナダ規格協会−ＣＳＡ  Ａ２３１．２：プレキャストコンクリート舗装スラブ／プレキャストコンクリート舗装材。この規格は、舗装および屋根葺の建設に使用される水硬セメントコンクリートから製造されたコンクリート舗装スラブの要件を規定している。この規格には、建築仕上げまたは触覚面のあるユニットが含まれる。
【００２１】
［縁石：ＢＮＱ  ２６２４−２１０：プレハブコンクリート縁石−寸法，幾何学的および物理的特性］
最低２８日間の圧縮強度：３２ＫＰａ
【００２２】
後述するように、本明細書において、製鋼スラグは、バインダの唯一の成分またはバインダの主成分として、必要に応じてある割合のセメントとともに使用され、二酸化炭素を硬化剤として使用する造園製品の製造を可能にする。換言すれば、セメントのすべてまたは大部分が製鋼スラグで置換されている。二酸化炭素は、強度を高め、かつスラグを活性化するために適用される。
【００２３】
一実施形態において、バインダは製鋼スラグからなる。
【００２４】
一実施形態において、バインダは本質的に製鋼スラグからなる。
【００２５】
一実施形態において、バインダは、製鋼スラグおよびセメントからなり、スラグ対セメント比は最大２０であり、あるいはその比は最大１５、もしくは最大１０である。好ましくは、スラグ対セメント比は、約７〜約９である。
【００２６】
一実施形態において、本開示の造園製品は、吸水率が約５％未満であり、圧縮強度が約５５ＭＰａ、または好ましくは６０ＭＰａ以上である。
【００２７】
一実施形態において、造園製品は舗装材であり、吸水率が好ましくは約５％未満であり、圧縮強度が約５５ＭＰａ、または好ましくは６０ＭＰａ以上である。
【００２８】
一実施形態において、造園製品は、圧縮強度が好ましくは約５５ＭＰａであり、または好ましくは６０ＭＰａ以上である。
【００２９】
一実施形態において、造園製品は、吸水率が約６％未満であり、圧縮強度が約４５ＭＰａである。
【００３０】
一実施形態において、造園製品は、建築用人造石または舗装材であり、吸水率が約６％未満であり、圧縮強度が約４５ＭＰａである。
【００３１】
一実施形態において、造園製品は、吸水率が約８．５％未満であり、圧縮強度が約２０ＭＰａである。
【００３２】
一実施形態において、造園製品は擁壁であり、吸水率が約８．５％未満であり、圧縮強度が約２０ＭＰａである。
【００３３】
［製鋼スラグ］
ＥＡＦ、ＢＯＦおよびいくつかの取鍋製鋼スラグは、本明細書で定義されているように、舗装用敷石を製造するために使用することができる。
【００３４】
本明細書における「製鋼スラグ」は、製鋼製造者から製造されたスラグ副産物をいう。製鋼スラグは、塩基性精錬炉（ＢＯＦ）から製造されたスラグを含み得る。製鋼スラグは、電気アーク炉（ＥＡＦ）から製造されたスラグを含み得る。ＥＢＨスラグもまた本明細書で有用であると考えられ、ＥＡＦ−ＢＯＦハイブリッドと呼ばれるが、これは、ＥＡＦとＢＯＦ製造スラグの混合物から形成された製鋼スラグの一種である。
【００３５】
本明細書で使用される製鋼スラグは、取鍋スラグをさらに含み得る。本明細書における「取鍋スラグ」とは、製鋼スラグの一種をいう。取鍋スラグは、取鍋精製操作からの副産物として製造される。様々な製鋼プロセスにおいて、ＥＡＦまたはＢＯＦプロセスで製造された溶鋼は、所望の鋼の品質に基づいて追加の精錬プロセスを受ける。鋼内の不純物を除去して所望の特性を有する鋼を製造するために、追加の溶剤および合金が取鍋に追加される。この操作は、移動取鍋で実行されるために、取鍋精製として知られている。このプロセス中に、追加の製鋼スラグが生成されるが、これが取鍋スラグである。
【００３６】
本明細書で使用される「製鋼スラグ」は、製鉄中に一般に生成される鉄スラグおよび高炉スラグを除外していることが理解されよう。本明細書で使用される製鋼スラグの形態は、二酸化炭素との反応性において役割を果たす。製鋼スラグは、結晶質であるために、二酸化炭素と反応することができる。多量のケイ酸カルシウムおよび微量の鉄化合物を含有する製鋼スラグは、スラグベースの造園製品を製造するために炭酸化活性化を受けるのに理想的な候補である。製鋼スラグとは対照的に、鉄スラグは水スプレーによって急冷されて非晶質物を形成するため、本明細書において鉄スラグを（ＣＯ２硬化プロセスによる造園製品の製造において）バインダとして使用することはできない。この非晶質物（鉄スラグ）は、ＣＯ２と反応しない。
【００３７】
製鋼スラグ中の強度増加は、スラグ中のケイ酸カルシウムの含有量に依存する。任意の多形のケイ酸カルシウムの炭酸化活性化は、炭酸カルシウム結晶と混ざり合ったケイ酸カルシウム水和物を生成することができ、それによってスラグ結合強度に寄与する。
【００３８】
［製鋼スラグの化学組成］
造園製品の製造に使用される製鋼スラグの遊離石灰含有量は、化学組成で約１０％未満、好ましくは約７．２％未満、より好ましくは約４％未満である。
【００３９】
造園製品の製造に使用される製鋼スラグのケイ酸カルシウム累積含有量（例えば、Ｃ２Ｓ＋Ｃ３Ｓ相濃度）は、少なくとも約１５％、より好ましくは４０％超である。
【００４０】
造園製品の製造に使用される製鋼スラグのＳｉＯ２含有量は、少なくとも約６％、より好ましくは少なくとも約１５％である。
【００４１】
［製鋼スラグのサイズ］
より粗い製鋼スラグは、二酸化炭素によって完全に活性化させることはできない。製鋼スラグの粉末度の値は、ブレーン粉末度分析で約１５０ｍ２／ｋｇ超であり、より好ましくは約３００ｍ２／ｋｇ超であるべきである。より微細なスラグは、適切な機械的性質を有する造園製品をもたらし、一方で粗い製鋼スラグは、必要とされる要件を満たさない造園製品をもたらし得る。
【００４２】
スラグのサイズ分布は、２００ミクロン以下、好ましくは１００ミクロン以下、より好ましくは２０ミクロン以下のＤ５０として特徴付けることができる。
【００４３】
次の表は、より微細な製鋼スラグは、スラグのいくつかのサンプルについてより高い炭素吸収および圧縮強度をもたらしていることを示している。
【００４４】
【表１】
2020500820.tif 000003
＊％基準は、スラグの重量に対するＣＯ２の重量である（例えば、１１．５％の吸収量は、１ｋｇのスラグが１１５グラムの二酸化炭素を隔離することができることを意味する。）。
【００４５】
［ＣＯ２吸収／圧縮強度の標準化試験−８０×８０×６０ｍｍスラグスラブ］
本開示での使用に適したスラグは、本明細書に記載されるスラブ試験片上で測定したときのスラグペーストについて、少なくとも約４％、好ましくは約１０％のＣＯ２吸収を示し、かつ／あるいは少なくとも約５５ＭＰａ、好ましくは約６０ＭＰａの圧縮強度を示す。
【００４６】
本明細書で使用されるスラグのＣＯ２吸収量および圧縮強度を評価するために、８０×８０×６０ｍｍの試験片を、約０．０８〜約０．１５の水対スラグ比で、１２．５ＭＰａの圧力で圧縮／形成する。次いで、形成された試験片をファン付き／ファン無しで、周囲条件で２〜７時間乾燥させる。サンプルの含水量を約４０％減少させる。次いで、半乾燥した試験片を炭酸化活性化させる。炭酸化プロセスは、純度９９．５％のＣＯ２ガスを用いて行う。ガスの遮断を防いでガスをチャンバに入り込ませないようにするために、まず、ＣＯ２シリンダに取り付けられたヒータでガスを暖める。ヒータを使用しないと、ガスが凍結して二酸化炭素の供給が中断される。次いで、ＣＯ２ガスを、０．０１〜０．５０ＭＰａの圧力で、０．２〜２４時間かけてチャンバ内に注入する。スラグ製品によって消費される二酸化炭素を補給することができるように、調整器によって圧力を一定に維持する。
【００４７】
次式で表される質量増加法により、炭酸化前後の質量差を推定することができる。質量差には、発熱性炭酸化反応から蒸発した水とともに、二酸化炭素の吸収による質量増加が表されている。炭酸化反応は、本質的に発熱性であるため、サンプル中の混合水の一部は蒸発してチャンバの内壁で凝縮する。この水は、吸収紙を使用して集めることができるが、チャンバ内に存在する水は元のスラグ塊中の水の一部であるので、炭酸化されたサンプル塊に加えられるべきである。
【００４８】
【数１】
2020500820.tif 000004
【００４９】
圧縮強度の値は、ＡＳＴＭ  Ｃ９３６、ＡＳＴＭ  Ｃ１３７２、ＡＳＴＭ  Ｃ１３６４およびＢＮＱ  ２６２４−２１０で報告されている値を満たす必要がある。
【００５０】
［セメント］
本開示では、以下の非限定的なセメントリストを使用して、スラグベースの舗装材を製造することができる：ポルトランドセメント（タイプＩ〜タイプＶ）；ポルトランド−石灰岩セメント；急硬セメント；速硬化セメント；低熱セメント；高炉スラグセメント；ポルトランド−スラグセメント；高アルミナセメント；白色セメント；着色セメント；ポゾランセメント（ポルトランド−ポゾランセメント）；空気連行セメント；ハイドログラフィックセメント；および三成分ブレンドセメント。本明細書で使用されるとき、有用なセメントは、ケイ酸カルシウム相、特にＣ３Ｓを含み、水と反応したときにそれらが強度を得ることを可能にするものである。ケイ酸カルシウム相の存在は、短期および長期の強度発現を確実にする。
【００５１】
［化学混和剤］
圧縮強度を高め、含水量を減少させ、多孔度を減少させ、そして透水性を減少させるために、減水剤をコンクリート混合物に添加する。減水剤は、可塑剤または超可塑剤（すなわち、ポリカルボキシレートベースの減水剤）に分類される。必要な含水量を最大約５０％まで減少させること、あるいは圧縮強度を約６０％まで増加させることができる任意の混和剤を、この技術革新における減水剤として使用することができる。この技術革新で使用される混和剤は、ＡＳＴＭ  Ｃ４９４（コンクリート用化学混和剤の標準仕様）の要件を満たしている必要がある。
【００５２】
撥水剤は、コンクリートの内外への水の毛細管現象に影響を与えることによって、コンクリートに不可欠な撥水性を付与するように設計されている。撥水剤は、静的孔閉塞剤として機能して、水の移動がより困難になる経路を形成することができ、あるいは、反応性化学物質として機能して、孔を閉塞するだけでなくセメント表面から水を化学的に排除する疎水性材料を形成することができる。
【００５３】
【表２】
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【００５４】
コンクリートに使用される減水剤の一般的な範囲は、セメント質材料の重量の０．２％〜３．５％まで変化する。この実施では、減水剤（Ｖｉｓｃｏｃｒｅｔｅ（登録商標））を、製鋼スラグの重量の２．２％で使用した。撥水剤は、一般的にはセメント質材料の重量の０．１〜３．０％として使用される。一例として、本発明における撥水剤（Ｗ−１０，ＡＥ−３）を、本発明における製鋼スラグの重量の２．２％で材料に添加した。
【００５５】
［骨材］
本開示では、造園製品は、材料の硬質材料マトリックス中に埋め込まれた骨材で構成されている。骨材は、天然の、あるいは人工のものとすることができる。骨材の例には、普通骨材、天然軽量骨材、膨張粘土骨材、膨張頁岩骨材、膨張スラグ骨材、膨張製鋼スラグ骨材、膨張鉄スラグ骨材、砂利骨材、石灰岩骨材および二次骨材が含まれる。好ましくは、骨材は、花崗岩または石灰岩の骨材である。
【００５６】
一実施形態において、骨材＋セメント＋スラグ（Ａ＋Ｃ＋Ｓ）の総質量に対する骨材の質量（Ａ）の比は、０．２〜０．８、好ましくは０．４５〜０．６、または０．４７〜０．５８の範囲である。
【００５７】
［養生前の混合物の調製］
一実施形態において、骨材およびバインダ（製鋼スラグおよびセメントからなる）を含む乾燥部分は、水および化学混和剤を含む液体部分とは別に混合されることが好ましい。
【００５８】
乾燥材料は、均一性が達成されるまで混合することができる。減水剤または撥水剤を含む化学混和剤を水に添加する。液体材料および乾燥材料を、適切な分散が達成されるまで混合する。
【００５９】
一実施形態において、混合物は、約０．２０程度の高い初期スラグ対水比を有し得る。次いで、新鮮な混合物を、様々な形態および大きさに成形された型に注ぐ。プレキャスト製造機は、新鮮な材料を高圧で圧縮することによってそれらをプレスする。圧縮ステップは、圧縮／振動または静的圧縮などの任意の従来の手段によって行うことができ、それによって必要な密度を達成することができる。圧縮／振動は、１２ＭＰａ程度に高くなり得る。成型および圧縮後の成形品は、好ましくは約２０００〜約２８００ｋｇ／ｍ３の密度を有する。
【００６０】
［炭酸化前の乾燥］
場合によっては、滑らかな表面を得るために、初めは高い含水量を有する配合比が望ましい。同時に、新鮮な製品中の余分な水分が二酸化炭素の浸透を防ぐ。そのような場合、より高い水対スラグ比を有する成型混合物から、炭酸化前のより低い水対スラグ比（例えば、約０．０８〜０．１３）を得ることができる。さらに、初期の低い水対スラグ比で調製された混合物を直接硬化させると、粗い表面を有する製品が得られる。炭酸化前に適切な水対スラグ比を得るために、より高い水対スラグ比（例えば、最大で約０．２０）を有する混合物が最初に形成される。初期および炭酸化前の水対スラグ比が同じ場合（例えば、「予備乾燥」のステップが報告されていない本明細書のいくつかの例を参照することができる）、２つの表現は交換可能に使用され得る。
【００６１】
圧縮成型された成形品は、例えば、７時間まで空気にさらすことができる。工業用ファンは、空気乾燥プロセスを加速させることができる。ＣＯ２浸透用のいくつかの経路を創出するのは、予備的に炭酸化養生するためである。最初に他の成分と混合された適量の水は、空気乾燥プロセス中に除去されるべきである。例えば、初期の水対スラグ比０．１６が製品の形成に使用される場合、水対スラグ比が０．０８に低下するまで空気乾燥プロセスを続けてもよい。空の空隙は、二酸化炭素が製品を通過することを可能にする一方で、残りの水は炭酸化反応を確実にする。
【００６２】
特定の実施形態では、炭酸化前の水対スラグに対する比は、約０．２０未満であり；あるいは、適切な水対スラグ比は、約０．０８〜約０．１３、０．１４または０．１５である。
【００６３】
［炭酸化養生］
適切な水対スラグ比（例えば、約０．０８〜約０．１（例えば、０．１３、０．１４または０．１５））を有する製品は、ＣＯ２が存在する環境下で養生するべきである。二酸化炭素の純度は、９９％にもなる。あるいは、二酸化炭素の純度は、８０％、７０％、またはそれ未満のように低くすることもできる。さらに、ＣＯ２濃度が１２％である排煙を、スラグベースの製品の製造に使用することができる。
【００６４】
養生期間は、０．２時間〜２４時間まで変化し得る。二酸化炭素の圧力は、０．０１〜０．５０ＭＰａの範囲で調整することができる。より高い圧力（例えば、１ＭＰａまで）を、適切な工業的設定において使用することができる。より高い圧力は、炭酸化反応を促進するのに有利であり、かつ最終的に改良された技術的性質をもたらす。
【００６５】
［炭酸化設備］
図１を参照すると、例示的な炭酸化設備の概略図が示されている。炭酸化養生を受ける製品は、養生チャンバ内に配置される。ＣＯ２ガスの供給源は、ヒータによって周囲温度に温められてチャンバ内に導入される。チャンバ内に放出されるＣＯ２の圧力は、調整器によって調整される。平衡装置およびデータロガーがさらに設けられていてもよい。
【００６６】
最終的な製品（ＣＯ２硬化製品）の密度は、約２０００〜約２８００ｋｇ／ｍ３と測定される。
【００６７】
一実施形態では、造園製品の製造方法が提供され、当該製造方法は：
ｉ）乾燥部分と液体部分とを混合するステップであって；乾燥部分が、骨材およびバインダを含み、バインダが、製鋼スラグおよび任意にセメントから構成されており；液体部分が、水および化学混和剤を含むステップと；
ｉｉ）ステップｉ）の混合物を成型および圧縮して、初期の水対スラグ比を有する成形品にするステップと；
ｉｉｉ）ステップｉｉ）の成形品の初期の水対スラグ比を任意に減少させて、炭酸化前の水対スラグ比を有する成形品を提供するステップと；
ｉｖ）ステップｉｉ）またはｉｉｉ）の成形品を二酸化炭素で硬化させて、造園製品を提供するステップと、を含む。
【００６８】
一実施形態では、造園製品の製造方法が提供され、当該製造方法は：
ｉ）乾燥部分と液体部分とを混合するステップであって；乾燥部分が、骨材およびバインダを含み、バインダが、製鋼スラグおよびセメントから構成されており；液体部分が、水および化学混和剤を含むステップと；
ｉｉ）ステップｉ）の混合物を成型および圧縮して、初期の水対スラグ比を有する成形品にするステップと；
ｉｉｉ）ステップｉｉ）の成形品の初期の水対スラグ比を任意に減少させて、炭酸化前の水対スラグ比を有する成形品を提供するステップと；
ｉｖ）ステップｉｉ）またはｉｉｉ）の成形品を二酸化炭素で硬化させて、造園製品を提供するステップと、を含む。
【００６９】
一実施形態では、造園製品（舗装材など）の製造方法が提供され、当該製造方法は：
ｉ）乾燥部分と液体部分とを混合するステップであって；
乾燥部分が、骨材（好ましくは、花崗岩または石灰岩骨材）およびバインダを含み、バインダが、製鋼スラグおよび任意にセメントから構成されており、スラグ（ＢＯＦ、ＥＡＦ、取鍋スラグまたはＥＡＦ−ＢＯＦハイブリッドスラグなど）は、遊離石灰含有量が約１０％未満であり、ケイ酸カルシウム累積含有量（例えば：Ｃ２Ｓ＋Ｃ３Ｓ相濃度）が少なくとも約１５％であり、粉末度がブレーン粉末度で約１５０ｍ２／ｋｇ以上であり、セメントが、ケイ酸カルシウム相を有するポルトランドセメント、特にはＣ３Ｓであり、液体部分が、水およびＡＳＴＭ  Ｃ４９４の要件を満たす化学混和剤を含み；スラグ対セメント（Ｓ／Ｃ）比が最大２０であり、あるいは当該比が最大１５、または最大１０、または好ましくは約７〜約９であり、骨材の質量の、骨材＋セメント＋スラグの総質量（Ａ＋Ｃ＋Ｓ）に対する比が、０．２〜０．８、好ましくは０．４５〜０．６であるステップと；
ｉｉ）ステップｉ）の混合物を成型および圧縮して、初期の水対スラグ比（Ｗ／Ｓ）、例えば最大約０．２０の（Ｗ／Ｓ）を有する成形品にするステップと；
ｉｉｉ）水対スラグ比が約０．０８〜０．１５または０．０８〜０．１４または０．０８〜０．１３を超える場合、ステップｉｉ）の成形品の初期の水対スラグ比を任意に減少させて、約０．０８〜０．１５または０．０８〜０．１４または０．０８〜０．１３の炭酸化前の水対スラグ比を有する成形品を提供するステップと；
ｉｖ）ステップｉｉ）またはｉｉｉ）の成形品を二酸化炭素で硬化させて、造園製品を提供するステップと、を含む。
【００７０】
一実施形態では、造園製品（舗装材など）の製造方法が提供され、当該製造方法は：
ｉ）乾燥部分と液体部分とを混合するステップであって；
乾燥部分が、骨材（好ましくは、花崗岩または石灰岩骨材）およびバインダを含み、バインダが、製鋼スラグおよびセメントから構成されており、スラグ（ＢＯＦ、ＥＡＦ、取鍋スラグまたはＥＡＦ−ＢＯＦハイブリッドスラグなど）は、遊離石灰含有量が約１０％未満であり、ケイ酸カルシウム累積含有量（例えば：Ｃ２Ｓ＋Ｃ３Ｓ相濃度）が少なくとも約１５％であり、粉末度がブレーン粉末度で約１５０ｍ２／ｋｇ以上であり、セメントが、ケイ酸カルシウム相を有するポルトランドセメント、特にはＣ３Ｓであり、液体部分が、水およびＡＳＴＭ  Ｃ４９４の要件を満たす化学混和剤を含み；スラグ対セメント（Ｓ／Ｃ）比が最大２０であり、あるいは当該比が最大１５、または最大１０、または好ましくは約７〜約９であり、骨材の質量の、骨材＋セメント＋スラグの総質量（Ａ＋Ｃ＋Ｓ）に対する比が、０．２〜０．８、好ましくは０．４５〜０．６であるステップと；
ｉｉ）ステップｉ）の混合物を成型および圧縮して、初期の水対スラグ比（Ｗ／Ｓ）、例えば最大約０．２０の（Ｗ／Ｓ）を有する成形品にするステップと；
ｉｉｉ）水対スラグ比が０．０８〜０．１３を超える場合、ステップｉｉ）の成形品の初期の水対スラグ比を任意に減少させて、約０．０８〜０．１５または０．０８〜０．１４または０．０８〜０．１３の炭酸化前の水対スラグ比を有する成形品を提供するステップと；  ｉｖ）ステップｉｉ）またはｉｉｉ）の成形品を二酸化炭素で硬化させて、造園製品を提供するステップと、を含む。
【００７１】
一実施形態では、以下を含む造園製品が提供される：
ａ）骨材；
ｂ）化学混和剤、および
ｃ）製鋼スラグおよび任意にセメントから構成されるバインダ。
【００７２】
一実施形態では、造園製品（舗装材など）が提供され、該造園製品は：
ａ）好ましくは花崗岩または石灰岩骨材である骨材；
ｂ）ＡＳＴＭ  Ｃ４９４の要件を満たす化学混和剤；および
ｃ）製鋼スラグおよび任意にセメントからなるバインダであって、前記スラグ（ＢＯＦ、ＥＡＦ、取鍋スラグまたはＥＡＦ−ＢＯＦハイブリッドスラグなど）は、遊離石灰含有量が約１０％未満であり、ケイ酸カルシウム累積含有量（例えば：Ｃ２Ｓ＋Ｃ３Ｓ相濃度）が少なくとも約１５％であり、粉末度がブレーン粉末度で約１５０ｍ２／ｋｇ以上であり、セメントがポルトランドセメントであるバインダ；を含み、
造園製品は、吸水率が約８．５％未満（または約６％未満または好ましくは約５％未満）であり、圧縮強度が約２０ＭＰａ（または約５５ＭＰａまたは好ましくは６０ＭＰａ以上）であり、
スラグ対セメント（Ｓ／Ｃ）比が２０までであり、代替的に当該比が１５まで、または１０まで、または好ましくは約７〜約９であり、
骨材の質量（Ａ）の、骨材＋セメント＋スラグ（Ａ＋Ｃ＋Ｓ）の総質量に対する比が、０．２〜０．８、好ましくは０．４５〜０．６である。
【００７３】
一実施形態では、造園製品（舗装材など）が提供され、当該層園製品は：
ａ）好ましくは花崗岩または石灰岩骨材である骨材；
ｂ）ＡＳＴＭ  Ｃ４９４の要件を満たす化学混和剤；および
ｃ）製鋼スラグおよびセメントからなるバインダであって、前記スラグ（ＢＯＦ、ＥＡＦ、取鍋スラグまたはＥＡＦ−ＢＯＦハイブリッドスラグなど）は、遊離石灰含有量が約１０％未満であり、ケイ酸カルシウム累積含有量（例えば：Ｃ２Ｓ＋Ｃ３Ｓ相濃度）が少なくとも約１５％であり、粉末度がブレーン粉末度で約１５０ｍ２／ｋｇ以上であり、セメントがポルトランドセメントであるバインダ；を含み、
造園製品は、吸水率が約８．５％未満（または約６％未満または好ましくは約５％未満）であり、圧縮強度が約２０ＭＰａ（または約５５ＭＰａまたは好ましくは６０ＭＰａ以上）であり、
スラグ対セメント（Ｓ／Ｃ）比が２０までであり、代替的に当該比が１５まで、または１０まで、または好ましくは約７〜約９であり、
骨材の質量（Ａ）の、骨材＋セメント＋スラグ（Ａ＋Ｃ＋Ｓ）の総質量に対する比が、０．２〜０．８、好ましくは０．４５〜０．６である。
【実施例】
【００７４】
スラグ（ＢＯＦスラグとＥＡＦスラグとのハイブリッドコンビネーション）、ポルトランドセメントおよび花崗岩骨材を含む乾燥材料を、それらが均一に分散されるまで（本明細書で使用されるバッチサイズでは、通常、最大２分）混合した。
【００７５】
以下の実施例の舗装石を製造するために使用されるポルトランドセメントは、次の化学組成（％）を有する。
【００７６】
【表３】
2020500820.tif 000006
【００７７】
代表的な製鋼スラグバッチの化学組成は、次の表に示されている。この表には、参考として「非反応性」スラグの組成例も含まれている。
【００７８】
【表４】
2020500820.tif 000007
【００７９】
本明細書の実施例では、スラグサイズ分布は、Ｄ５０＝１８．８ミクロンおよびＤ９０＝８６．７ミクロンとして特徴づけることができる。Ｄ５０＝１８．８ミクロンは、５０％のスラグ粒子が１８．８ミクロン未満であることを意味し、Ｄ９０＝８６．７ミクロンは、９０％のスラグ粒子が８６．７ミクロン未満であることを意味している。製鋼スラグの粒度分布（ＰＳＤ）および細かさは、これらの規格を考慮することによって評価することができる：ＡＳＴＭ  Ｃ２０４（透気度装置による油圧セメントの細かさのための標準試験方法）、ＡＳＴＭ  Ｃ１１０（生石灰、水和石灰岩および石灰岩の物理的試験のための標準試験方法）、ＡＳＴＭ  Ｃ１１５（濁度計によるポルトランドセメントの細かさのための標準試験方法）、ＡＳＴＭ  Ｃ３１１（ポルトランドセメントコンクリートで使用するためのフライアッシュまたは天然ポゾランのサンプリングおよび試験のための標準試験方法）、ＡＳＴＭ  Ｄ１９７（微粉炭のサンプリングと細分試験のための標準試験方法）、およびＡＳＴＭ  Ｅ２６５１（粉末粒形分析のための標準ガイド）。
【００８０】
図２には、炭酸化されたＥＢＨスラグパネルのＸ線回析パターンを示す。回析図に現れる基本的なミネラル成分は、ケイ酸カルシウム、ケイ酸カルシウムマグネシウム（メルワナイト）、ゲレナイト、および鉄化合物である。炭酸カルシウムの存在およびケイ酸カルシウム相（Ｃ２ＳおよびＣ３Ｓ）の減少は、炭酸化反応の指標であった。２４時間の長期炭酸化は、より多くの炭酸カルシウムを生成した。
【００８１】
図３には、受け取り時および炭酸化後のＥＡＦ−ＢＯＦハイブリッドスラグの熱重量分析（ＴＧ）および示差熱重量分析（ＤＴＧ）曲線を示す。水和生成物中の水分損失およびスラグパネルのＣａＣＯ３含有量は、２時間〜２４時間までの炭酸化時間の増加とともに増加した。水分損失量の増加は、より多くの水和生成物が生成されたこと示している。
【００８２】
化学混合物を水に添加した。液体および乾燥材料を、それらが均一に分散するまで（本明細書で使用されるバッチサイズについては、一般的には約５分）混合した。次いで、混合物を型に注いだ。８０×８０×８０ｍｍの型および５０×５０×５０の型を使用して舗装材を製造したが、任意のサイズおよび形状の型を使用することができる。ＭＴＳ機をプレキャスト製造機として使用し、混合物を約１２ＭＰａの圧力で圧縮することによって舗装材を形成した。２６００ｋｇ／ｍ３の密度を有する生成物を製造するために、混合物を当該圧力で圧縮した。
【００８３】
次の表に指定された期間にわたり、工業用ファンを使用して予備的な炭酸化養生ステップを任意に実施する。炭酸化養生ステップは、９９％の純度のＣＯ２ガスが存在する環境で、６０ｐｓｉの圧力下で、２４時間にわたって実施される。
【００８４】
【表５】
2020500820.tif 000008
【００８５】
［参考例］
参考製品（セメントも化学混和剤も含まない製品）ＰＶ１１の特性は、圧縮強度が４９．３ＰＭａであり、吸水率が８．６％であることを示している（テーブル１）。
【００８６】
［擁壁を用いた実施形態の例］
参考製品ＰＶ１１（セメントも混和剤もなし）に、製品の１重量％の化学混和剤を添加すると、圧縮強度に実質的に影響を及ぼすことなく、テーブル１におけるＰＶ１１の圧縮強度のレベルをそのままに、製品の吸水性が減少する。
【００８７】
【表６】
2020500820.tif 000009
【００８８】
［舗装材を用いた実施形態の例］
擁壁用の提案された配合比は、舗装設備の要件を満たすために修正する必要があった。舗装用敷石の特性を改善するために、ポルトランドセメント（ＰＶ２５）を含有する混合物に２種類の撥水剤（Ｗ−１０およびＡＥ−３）を添加した。ＰＶ５９およびＰＶ７７の圧縮強度および吸水性は、ＰＶ１１およびＰＶ２５と比較して改善されたプロファイルを有している。
【００８９】
混合物（ＰＶ６３）へのＶｉｓｃｏｃｒｅｔｅ（登録商標）（減水剤）の添加は、結果として得られる製品の技術的特性を改善した。次の表に示すように、圧縮強度および吸水性は、ＰＶ１１（セメントも混和剤もなし）およびＰＶ２５（混和剤なし）と比較して改善されている（テーブル２）。
【００９０】
【表７】
2020500820.tif 000010
【００９１】
テーブル３および４にまとめた追加の実施例は、高い基準を満たす製品の製造における、本開示の混合物の有益な効果を示している。
【００９２】
【表８】
2020500820.tif 000011
* (S/C):スラグ対セメント比
** (i-W/S):初期の水対スラグ比
*** (p- W/S):炭酸化前の水対スラグ比
【００９３】
【表９】
2020500820.tif 000012
【図１】
2020500820.tif 000013
【図２】
2020500820.tif 000014
【図３】
2020500820.tif 000015
【国際調査報告】
2020500820.tif 000016
2020500820.tif 000017