"骨材粒子を生成するための軽量セメント混合物を提供する方法であって、水、フライアッシュならびに硫酸カルシウム半水化物、硫酸カルシウム二水和物、およびそれらの混合物からなる群から選択される硫酸カルシウムを含むセメント反応性粉末、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウムおよびそれらの混合物からなる群から選択されるクエン酸のアルカリ金属塩、ならびに発泡剤を混合することにより混合物を形成する工程と、前記混合物中のフライアッシュおよび硫酸カルシウム、ならびにインサイチュでも形成され、骨材粒子を結合するために骨材粒子内および骨材粒子間に散在されるフライアッシュおよび硫酸カルシウムの水和生成物の結晶形態を含む骨材粒子をインサイチュで形成する工程と、を含み、前記混合物は約4~6分の硬化時間を有する、方法。得られた混合物の湿潤密度が、約40~65ポンド/立方フィートである、請求項1に記載の方法。前記セメント反応性粉末が、クラスCフライアッシュおよび硫酸カルシウム半水化物またはスタッコ、クラスCおよびクラスFフライアッシュ、硫酸カルシウム半水化物またはスタッコおよび/またはポルトランドセメントの混合物、ならびにクラスFフライアッシュとクラスCフライアッシュおよび/またはポルトランドセメントおよび硫酸カルシウム半水化物またはスタッコの混合物からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。前記セメント反応性粉末が、60~95重量のフライアッシュならびに硫酸カルシウム半水化物、硫酸カルシウム二水和物、およびそれらの混合物からなる群から選択される5~40重量の硫酸カルシウムを含み、前記アルカリ金属塩が前記反応性粉末の約1.5~6.0重量の量である、請求項1に記載の方法。インサイチュで前記骨材粒子を含む前記セメント混合物を硬化する工程と、硬化混合物から前記骨材粒子を分離するために適切な回収プロセスによって硬化セメント混合物から前記骨材粒子を回収する工程とをさらに含む、請求項1に記載の方法。前記反応性粉末が、シリカフュームをさらに含み、ポルトランドセメントを含まず、前記セメント反応性粉末および水が、約0.200~0.287:1重量部の水対反応性粉末の重量比で存在する、請求項1に記載の方法。60~95重量のフライアッシュならびに硫酸カルシウム二水和物、硫酸カルシウム半水化物、およびそれらの混合物からなる群から選択される硫酸カルシウムを含むセメント反応性粉末、前記反応性粉末のための促進剤として、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウムおよびそれらの混合物からなる群から選択されるクエン酸のアルカリ金属塩、発泡剤、任意にシリカヒューム、ならびに水の混合物を含む骨材を形成するための軽量セメント混合物の組成物であって、フライアッシュおよび硫酸カルシウムを含む骨材粒子が、インサイチュでも形成され、前記骨材粒子を結合するために前記骨材粒子内および前記骨材粒子間に分散されるフライアッシュおよび硫酸カルシウムの水和生成物の結晶形態を有する混合物中でインサイチュで形成され、前記混合物中の水対セメント反応性粉末固体の比が約0.17~0.35:1である、組成物。前記セメント反応性粉末が、クラスCフライアッシュおよび硫酸カルシウム半水化物またはスタッコ、クラスCおよびクラスFフライアッシュならびに硫酸カルシウム半水化物またはスタッコの混合物、ならびにクラスFフライアッシュとクラスCフライアッシュおよび/またはポルトランドセメントおよび硫酸カルシウム半水化物スタッコの混合物からなる群から選択される、請求項7に記載の組成物。前記セメント反応性粉末が、46~60重量のクラスFフライアッシュ、10~32重量のクラスCフライアッシュ、および10~29重量の硫酸カルシウム半水化物またはスタッコを含み、ポルトランドセメントを含まず、水対フライアッシュおよび硫酸カルシウムの合計重量の重量比が約0.33~0.37:1未満である、請求項7に記載の組成物。軽量セメント骨材を含む組成物であって、前記組成物は、約1mm未満の直径を有するフライアッシュベースのセメント材料および硫酸カルシウムの球状に形成された粒子ならびに粒子内および粒子間にも形成され、分散され、前記粒子を骨材内で一緒に結合する前記フライアッシュおよび硫酸カルシウムの水和生成物の結晶形態の実質的に均質の混合物を含む、組成物。フライアッシュベースの結合剤混合物の重量を減少させる方法を見出す必要があり、それらの配合物は、改善された強度を有するバッカーボードおよび他の壁などの用途または天井用途のための軽量のセメントコンクリート製品を製造するために使用され得る。本発明の方法は、減少した重量で向上した圧縮強度を有し、低コストである開発された配合物を有する。軽量コンクリートが生成される場合、砂質礫または砕石よりむしろ、膨張粘土またはパーライトなどの軽量骨材が一般に使用される。膨張粘土/パーライト粒子小塊は複雑化した発熱プロセスにより生産され、それにより、地球化学的に特有の粘土またはパーライトが高温にて回転炉内で膨張される。膨張粘土またはパーライト粒子は、硬質ビトリファイド外殻および空気が充填されたハニカム状の内部コアを有する非常に軽量な粒状骨材である。粗粘土またはパーライト岩中で混合した水の膨張により、岩が割れ、混合した水がポップコーンのように蒸発する場合、1600°F871°Cを超える温度まで粗岩の急速加熱が生じる。本発明は、比較的低い温度で軽量骨材粒子小塊を製造するために使用される急速硬化セメントスラリーを製造する方法を提供する。軽量骨材粒子小塊はセメント混合物中でインサイチュで生成できる。混合物を硬化することにより、セメント材料のマトリクス中でインサイチュで生成される粒子小塊を含む固体産物が得られる。この産物は、緩い軽量骨材粒子として使用され得るか、または緩い軽量骨材粒子を形成するために破砕され得る。粒子は、空気で充填された結晶性内部コアを有する硬質外側セメント殻を有して極めて軽量である。軽量粒子は、軽量セメントパネル、ブロックまたは他の軽量コンクリート物品を生成するのに理想的である低エネルギー、低コストの軽量充填剤を提供する。本発明はまた、減少した重量および向上した粘土および最終の圧縮強度を有する軽量セメント組成物を提供する。セメント組成物は、クエン酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、発泡剤、発泡安定剤ならびにクラスCフライアッシュおよび硫酸カルシウムを含む反応性粉末を含有する発泡結合剤溶液から生成される。本発明は、急速硬化、改善された圧縮強度および耐水性を有する軽量セメント混合物を提供する方法であって、周囲温度または周囲温度を超える温度で、水、セメント反応性粉末、硬化を促進する量のクエン酸のアルカリ金属塩を混合する工程と、反応性粉末の軽量骨材をインサイチュで生成する工程とを含み、水対反応性粉末固体の重量比は、約0.17~0.35:1.0、または約0.17~0.27:1.0であり、より好ましくは約0.20~0.25:1.0である、方法を含む。セメント反応性粉末はフライアッシュ、ならびに硫酸カルシウム半水化物、硫酸カルシウム二水和物、およびそれらの混合物からなる群から選択される硫酸カルシウムを含み、好ましくは水硬性セメントを含まず、例えばポルトランドセメントを含まない。典型的に、本質的に100重量のフライアッシュはクラスCフライアッシュの形態およびクラスCとクラスFフライアッシュの混合物である。本出願の目的のために、セメントは水硬性または非水硬性として特徴付けられる。水硬性セメント例えばポルトランドセメントは、水和、混合物の水含有量とは関係なく起こる化学反応のために硬化し、それらは、水中でさえ、または雨天に常に曝露された場合でさえ硬化し得る。無水セメント粉末が水と混合される場合に起こる化学反応は水溶性でない水和物を生じる。非水硬性セメント例えば、石灰、スタッコ、石膏/粉末石膏および石膏プラスターはそれらの強度を保持するために乾燥を維持されなければならない。典型的に、混合物は、約40~65ポンド/立方フィート、例えば46~51ポンド/立方フィートの湿潤水が含まれる密度を有する。この方法は概して、インサイチュで形成された骨材粒子を含有する固体産物を形成するために混合物を硬化する工程をさらに含む。固体産物は、本発明の緩い骨材粒子を生成するために、粉砕物、例えば破砕物として使用されてもよいか、または粉砕、例えば破砕されてもよい。このセメント反応性粉末は、少なくともフライアッシュおよびスタッコまたは石膏/粉末石膏を含みスタッコは硫酸カルシウム半水化物であり、石膏は硫酸カルシウム二水和物である、また、普通ポルトランドセメントOPC、アルミン酸カルシウムセメントCAC一般にアルミニウムセメントまたは高アルミナセメントとも称される、および非フライアッシュ鉱物添加剤を含有してもよい。しかしながら、典型的に、普通ポルトランドセメントOPCまたはアルミン酸カルシウムセメントCACは添加されない。クラスCフライアッシュは一般に石灰を含有する。従って、セメント組成物の反応性粉末混合物は典型的に外部から添加された石灰を含まない。好ましい開始スラリー温度は室温から約100°F~115°F24°C~約38°~46°Cである。ギルモア針に従って測定されるセメント組成物の最終的な硬化時間すなわち、その時間の後にセメントボードを取り扱うことができるは、適切な量の水と混合後、多くても20分、好ましくは10~13分未満、より好ましくは約4~6分であるべきである。より短い硬化時間およびより高い早期圧縮強度は、生産高を増加させ、製品の製造コストを低下させるのに役立つ。本発明の極めて急速に硬化するセメント組成物は、急速硬化および早期強度の達成が望まれる種々の用途に使用され得る。スラリーが高温で生成される場合、セメント組成物の硬化を促進するために、クエン酸カリウムおよび/またはクエン酸ナトリウムなどのクエン酸のアルカリ金属塩を使用することにより、セメントボードなどのセメント製品の増加した割合の製造が可能となる。スラリー中のアルカリ金属クエン酸塩の用量は、本発明のセメント反応成分に基づいて約1.5~6重量、好ましくは約1.5~4.0重量、より好ましくは約2~3.5重量、最も好ましくは約3.5重量の範囲である。クエン酸ナトリウムが好ましいが、クエン酸カリウムまたはクエン酸ナトリウムとクエン酸カリウムの混合物が使用されてもよい。上記のように、これらの重量パーセントは100重量部の反応性成分セメント反応性粉末に基づく。従って、例えば、100ポンドのセメント反応性粉末に関して、合計で約1.5~4.0ポンドのクエン酸ナトリウムであってもよい。本発明の典型的なセメント反応性粉末は、75~100重量のフライアッシュおよび0重量の水硬性セメントを含む。典型的に、フライアッシュの少なくとも半分はタイプCフライアッシュである。本発明のセメント反応性粉末はまた、好ましいクラスCフライアッシュの高アルミナおよび石灰含有と比較してクラスFフライアッシュの低い圧縮強度を埋め合わせるために、十分な量のクラスCフライアッシュ、クエン酸ナトリウムおよび任意に0~20重量のポルトランドセメントと混合した場合、46重量までのクラスFフライアッシュを含んでもよい。より多い量、すなわち反応性粉末の60重量までのクラスFフライアッシュを使用する場合、クラスFフライアッシュのより低い圧縮強度は、クラスCフライアッシュをクラスFフライアッシュに加えることだけでは十分に増加できないことが見出された。従って、好ましくはないが、ポルトランドセメント、例えばタイプIIIポルトランドセメントが、クラスCフライアッシュに典型的に見出されるレベルを超えてアルミナおよび石灰を加えることによって圧縮強度を増加させるためにクラスFフライアッシュと共に使用される場合、クラスFフライアッシュが約60重量まで使用されてもよい。従って、例えば、約10~29重量の追加のタイプIIIポルトランドセメントも、フライアッシュ混合物および2~4重量のクエン酸ナトリウムと使用される場合、46~60重量のクラスFフライアッシュが、圧縮強度を妥協せずに10~32重量クラスCフライアッシュと共に使用されてもよい。アルカリ金属クエン酸塩とフライアッシュとの間に相乗的相互作用が存在する。特に、アルカリ金属クエン酸塩をフライアッシュに加えることにより、コンクリート混合物の硬化を早期に導き得る、硫酸アルミニウムなどの他の促進剤と異なってミックス流動性が改善する。セメント反応性粉末とはみなされず、全体的なセメント組成物の一部である他の添加剤、例えば、不活性な骨材も存在してよい。こうした他の添加剤は、砂、骨材、軽量充填剤、超可塑剤などの水減少剤、硬化促進剤、硬化遅延剤、空気連行剤、発泡剤、収縮抑制剤、スラリー粘度変更剤増粘剤、着色剤および内部硬化剤の1種以上を含み、本発明のセメント組成物の加工性および用途に応じて望み通り含めてよい。本発明の軽量セメント組成物は、建物内の湿潤場所および乾燥場所において用いるために優れた耐水性を有するセメントボードなどのプレキャストコンクリート建物製品を製造するために用いることが可能である。セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品は、セメント混合物を固定型または移動型の中に、もしくは連続移動ベルトの上に流し込んだ後すぐにボードを取り扱うことができるようにセメント混合物の急速硬化を提供する条件下で製造される。軽量セメント組成物は、コンクリート道路のための補修ミックスだけでなく、コンクリートパネル、フローリング、上塗層、仕上塗層、キャッピングを含むいかなるコンクリート製品用途においても用いることが可能である。本発明の軽量組成物により作製されたコンクリート製品は、石膏を含有する組成物と比べておよびより高いカーボンフットプリントを有するセメント含有組成物より高い圧縮強度を必要とする用途と比べて、耐水性を必要とする使用のために特定の利点を有する。フライアッシュ材料は大部分、アルミノケイ酸塩である。従って、本発明の軽量骨材は、最も高価なパーライトまたは膨張粘土骨材のものと同様であり得ると理論付けられる。本明細書におけるすべての百分率、比および比率は、別段に規定がないかぎり重量による。本発明は、水、反応性粉末、クエン酸のアルカリ金属塩およびインサイチュで形成した軽量骨材を混合することを含む、改善された圧縮強度および耐水性を有する軽量セメント混合物を提供する方法であって、水対反応性粉末固体の重量比が約0.17~0.35:1.0、典型的には約0.17~0.30:1.0、より好ましくは約0.2~0.23:1.0である方法を含む。反応性粉末は、典型的にはフライアッシュ65~100重量または75~100重量および水硬性セメント0~35重量または0~25重量および/または石膏、典型的には硫酸カルシウム半水化物、硫酸カルシウム二水和物、およびそれらの混合物からなる群から選択される硫酸カルシウムを含む。典型的には、本発明は、好ましくは10~13分未満、より好ましくは約4~6分以下の急速硬化をもたらすために、少なくとも室温~115°F24°C~41°Cの初期スラリー温度で、フライアッシュを含むセメント反応性粉末をクエン酸カリウムおよび/またはクエン酸ナトリウムおよび水と混合する。軽量骨材粒子小塊はセメント混合物中でインサイチュで形成する。セメント混合物を硬化することにより、セメント材料セメント結合材のマトリクス中で骨材粒子の固体産物が形成する。マトリクスは、骨材粒子小塊を形成しなかった混合物のセメント材料の一部である。所望の場合、セメント材料のマトリクス中でインサイチュで生成した粒子のこの製品小塊は、緩い軽量骨材粒子を形成するために破砕されてもよい。本発明はまた、向上した急速最終硬化性能および向上した早期圧縮強度を有するセメント組成物を提供する。本発明の骨材を生成するための組成物の典型的な成分を以下の表Aに記載する。一般に、水対セメント反応性粉末の重量比は約0.15~0.3:1.0である。不活性な軽量骨材はセメント反応性粉末の一部ではない。特定の理論に限定されることを望まないが、75~100重量の高フライアッシュ鉱物含有率および好ましくはセメントまたはアルミン酸塩セメント無しで、アルミン酸カルシウム相が、溶解しているフライアッシュ粒子から滲出されるので、軽量骨材粒子が生成されることが理論付けられる。滲出は、セメント反応性粉末、アルカリ金属クエン酸塩、硫酸カルシウムおよび水を混合して約20°Cの温度でスラリーを形成した後に生じるので、スルホアルミン酸カルシウム水和物および/またはアルミノケイ酸塩の形成が、アルカリ金属クエン酸塩とのこの反応性粉末混合物の水和の結果として起こる。従って、適する量の水は、セメント反応性粉末を水和するため、そしてフライアッシュ中に存在するスルホアルミン酸カルシウムアルカリ水和物および他の水和物を急速に形成するために提供される。一般に、添加される水の量は、セメント反応性粉末の水和のために理論的に必要とされるより多い。この高い水含有率はセメントスラリーの作用性を容易にする。典型的には、スラリー中で、水対反応性粉末混合物の重量比は、約0.20~0.35:1、より典型的には約0.20~0.30:1、好ましくは約0.20~0.23:1である。水の量は、セメント組成物中に存在する個々の材料の必要性に応じて異なる。スルホアルミン酸カルシウム水和物および/またはケイ酸アルミノ化合物および/またはケイ酸カルシウムアルミノ化合物の他の水和物は、水和プロセスにおいて非常に急速に生じ、よって骨材粒子に急速硬化および剛性を付与する。このように作製された骨材粒子は、本発明のセメント組成物が適した量の水と混合された後、数分以内に生成されるスルホアルミン酸カルシウム鉱物の微細構造のようなニードルにより占められる比較的大きな容積のため、比較的低い密度を有するだろう。組成物の硬化は、ASTMC266試験手順において規定されたGilmoreニードルを用いて測定された初期硬化時間および最終硬化時間により特徴付けられる。最終硬化時間は、コンクリートフロアまたはコンクリート道路の場合に、コンクリート製品、例えばコンクリートパネルが十分に固化し、取り扱うことができるか、または通行できるようになる時間にも対応する。早期3~5時間圧縮強度が比較的より高いことは、コンクリート材料が変形せずにより高い応力に耐え得るので、コンクリート材料の利点であり得る。最終硬化時間に到達した後に硬化反応が長い期間にわたって続くことは当業者によって理解されるであろう。組成物の早期強度は、ASTMC109において規定された通り、硬化から3~5時間後に圧縮強度を測定することにより特徴付けられる。高い早期強度の達成は、積み重ねパネルを取り扱うことを容易にできる。セメント反応性粉末セメント反応性粉末は、フライアッシュおよび場合により硫酸カルシウム、特に硫酸カルシウム二水和物スタッコと混合される非フライアッシュ鉱物添加剤、硫酸カルシウム半水化物石膏または粉末石膏またはそれらの混合物を含有する。セメント反応性粉末は、典型的には、フライアッシュ65~100、好ましくはクラスCフライアッシュ、硫酸カルシウム半水化物、石膏およびそれらの混合物からなる群から選択されるメンバー0~35重量と、場合により非フライアッシュ鉱物添加剤を含有する。セメント反応性粉末は、好ましくはフライアッシュ60~95、好ましくはクラスCフライアッシュ、および硫酸カルシウム半水化物の形態の硫酸カルシウム5~40重量および/または硫酸カルシウム二水和物を含有する。本発明のより好ましい反応性粉末において、反応性粉末は、クラスCフライアッシュ65~75重量、硫酸カルシウム水和物25~35重量を含み、水硬性セメントを含まない。好ましくは、セメント反応性粉末は石灰10~40重量を含有する。しかし、この石灰は、一般に添加石灰ではない。むしろ、石灰はセメント反応性粉末の別の成分中に、例えばフライアッシュ中に含まれる。本発明のセメント組成物のセメント反応性粉末の主成分は、フライアッシュ鉱物添加剤、好ましくはタイプCフライアッシュである。フライアッシュは、フライアッシュ鉱物添加剤および非フライアッシュ鉱物添加剤と題する節において以下で記載される。フライアッシュに加えて、セメント反応性粉末は、ポルトランドセメント、アルミン酸カルシウムセメント、硫酸カルシウムまたは石膏粉末石膏などの任意のセメント添加剤0~25重量を含んでよい。しかし、本発明による含水率のより低いセメント組成物、すなわち、これらの任意のセメント添加剤と併せて約0.17~0.35:1.0の水対反応性粉末重量比を有するセメント組成物は、本発明による含水率のより低い同じ組成物に追加のセメント添加剤のない場合と比べて大幅に低い圧縮強度を有する。例えば、幾つかのセメント反応性粉末混合物において、圧縮強度が必要とされない時、またはより高い水対反応性粉末比、例えば約0.35:1.0より高い比を用いようとする時、ポルトランドセメントを約0~25重量およびフライアッシュ75~100重量を用いることが可能である。フライアッシュ鉱物添加剤および非フライアッシュ鉱物添加剤伝統的な反応性粉末組成物の水硬性セメントは、ポゾラン特性を有するフライアッシュ、特にクラスCフライアッシュによって実質的に置き換えられるが、水硬性セメントを有さないクラスCおよびクラスFフライアッシュの混合物が使用されてもよい。但し、クラスFフライアッシュの量はフライアッシュ混合物の46重量以下、好ましくは30重量である。実質的にほとんどまたは全くセメント特性を有さない他の任意の非フライアッシュ鉱物添加剤が添加されてもよい。添加される場合、ポゾラン特性を有する非フライアッシュ鉱物添加剤が本発明のセメント反応性粉末の中で好ましい。ASTMC618-97は、それらの材料自体において殆どまたは全くセメント値をもたないが、微細形状においておよび水分の存在下で、普通の温度で水酸化カルシウムと化学的に反応して、セメント特性を有する化合物を生成させる珪質材料または珪質でアルミナ質の材料としてポゾラン材料を定義している。種々の天然材料および人工材料がポゾラン特性を有するポゾラン材料と呼ばれてきた。ポゾラン材料の幾つかの例には、軽石、真珠岩、ケイ藻土、シリカフューム、凝灰石、トラス、籾殻、メタカオリン、粉砕粒状化高炉スラグおよびフライアッシュが挙げられる。これらのポゾラン材料のすべては、単独でまたは本発明のセメント反応性粉末の一部として組み合わせ形態で用いることが可能である。フライアッシュは、本発明のセメント反応性粉末混合物の中で好ましいポゾランである。酸化カルシウムおよびアルミン酸カルシウムの高い含有率を含むフライアッシュASTMC618規格のクラスCフライアッシュなどは以下で説明する通り好ましい。炭酸カルシウム、バーミキュライト、粘土および破砕マイカなどの他の鉱物添加剤も任意の鉱物添加剤として含んでよい。フライアッシュは石炭の燃焼から生じた微細粉末副生物である。微粉炭を燃やす電力プラントユーティリティボイラーは、殆どの市販フライアッシュを生産する。これらのフライアッシュは、ガラス球粒子ならびに赤鉄鉱および磁鉄鉱の残渣、チャーおよび冷却中に形成される幾つかの結晶相から主としてなる。フライアッシュ粒子の構造、組成および特性は、石炭の構造および組成ならびにフライアッシュを形成する燃焼プロセスに応じて異なる。ASTMC618規格は、コンクリート-クラスCおよびクラスF中で用いるためのフライアッシュの主要な2つのクラスを承認している。フライアッシュのこれらの2つのクラスは、一般に、地質学的期間にわたり生じる石炭形成プロセスの差の結果である石炭の異なる種類に由来する。クラスFフライアッシュが通常無煙炭または瀝青炭の燃焼から生産されるのに対して、クラスCフライアッシュは、通常褐炭または亜瀝青炭から生産される。ASTMC618規格は、主としてポゾラン特性に従いクラスFフライアッシュとクラスCフライアッシュを区別している。従って、ASTMC618規格において、クラスFフライアッシュとクラスCフライアッシュとの間の主要な仕様差は、組成におけるSiO2Al2O3Fe2O3の最小限界である。クラスFフライアッシュに関するSiO2Al2O3Fe2O3の最小限界は70であり、クラスCフライアッシュに関する最小限界は50である。従って、クラスFフライアッシュは、クラスCフライアッシュよりポゾラン性である。ASTMC618規格において明示的に承認されていないが、クラスCフライアッシュは、典型的には、高い酸化カルシウム石灰含有率を有する。クラスCフライアッシュが、通常、遊離石灰酸化カルシウムのゆえにポゾラン特性に加えてセメント特性を有するのに対して、クラスFフライアッシュは、水単独と混合された時にほとんどセメント性がない。高い酸化カルシウム含有率の存在により、クラスCフライアッシュは水と混合された時にケイ酸カルシウム水和物およびアルミン酸カルシウム水和物の形成につながるセメント特性を有する。以下の実施例において見られる通り、クラスCフライアッシュは、特にアルミン酸カルシウムセメントおよび石膏を用いない好ましい配合において優れた結果を提供することが見出された。セメント反応性粉末中のフライアッシュのうち典型的には少なくとも50重量がタイプCフライアッシュである。セメント反応性粉末のより典型的には少なくとも75~80重量がタイプCフライアッシュである。セメント反応性粉末のなおより好ましくは少なくとも88.5~100重量がタイプCフライアッシュである。フライアッシュ中で見られる典型的な鉱物は、特に、石英SiO2、ムライトAl2Si2O13、ゲーレナイトCa2Al2SiO7、赤鉄鉱Fe2O3、磁鉄鉱Fe3O4である。さらに、3種すべてがAl2SiO5の分子式によって表されるシリマナイト、カイヤナイトおよび紅柱石などの岩中で一般に見られるケイ酸アルミニウム多形体鉱物もフライアッシュ中で見られる。亜瀝青炭から作製された典型的な好適なクラスCフライアッシュは、表Bに記載された以下の組成を有する。フライアッシュの微粉度は、典型的には、約34未満がASTM試験手順C-311ポルトランドセメントコンクリートのための鉱物混合物としてのフライアッシュに関するサンプリングおよび試験手順で試験して325メッシュ篩U.S.シリーズ上に保持されるような微粉度である。このフライアッシュは、好ましくは回収され、自己硬化特性のゆえに乾燥状態で使用される。本発明に使用される典型的なクラスFフライアッシュは表Cに記載された以下の組成を有する。本発明に使用され得る典型的なポルトランドセメントタイプIIIの組成を表Dに示す。フライアッシュは、本発明の反応性粉末のセメント材料から実質的に全て構成される。他の一般的なセメント添加剤の添加はクラスCフライアッシュと共に必要とされず、本発明の軽量骨材組成物の最終的な圧縮強度を減少させることが見出される。クラスCフライアッシュより十分に少ないアルミナおよび石灰含有量を有するクラスFフライアッシュが、十分な量または全てのクラスCフライアッシュの代わりに使用される場合、タイプIIIポルトランドセメントの添加が、クラスFフライアッシュ結合剤の圧縮強度を、実質的に十分なアルミナおよび石灰含有量を有する、クラスCフライアッシュベースの組成物を用いて得られるレベルまで増加させるのに必要とされることが見出された。特に、60重量以下のクラスFフライアッシュが結合剤系に使用される場合、30重量のタイプIIIポルトランドセメントの添加は、クラスFフライアッシュへのクラスCフライアッシュのみの添加より3.5倍多く結合剤の圧縮強度を増加させる。従って、クラスFフライアッシュがこの結合剤に使用される場合、好ましい混合物は、約46~60重量のクラスFフライアッシュ、10~29重量のタイプIIIポルトランドセメントおよび10~32重量のクラスCフライアッシュおよび2~4重量のクエン酸ナトリウムと水である。水対フライアッシュおよびポルトランドセメントの比は、0.37以下、好ましくは0.33以下に維持されるべきである。本発明において、タイプIIIポルトランドセメントのような水硬性セメントを使用する必要性を回避でき、タイプIIIポルトランドセメントを含有するクラスFフライアッシュの混合物の代わりに実質的に全てのクラスCフライアッシュを使用して比較的急速な早期強度進行が得られ得る。本発明の好ましいクラスCフライアッシュベースの組成物に必要とされない他の認識される種類のセメントは、タイプIポルトランドセメントまたはタイプIIポルトランドセメント、ホワイトセメント、高炉スラグセメントなどのスラグセメント、およびポゾラン混合セメント、膨張セメント、スルホアルミン酸カルシウムセメント、および油井セメントを含む他の水硬性セメントを含む。アルミン酸カルシウムセメントアルミン酸カルシウムセメントCACは、十分な量のフライアッシュを含有する低含水率スラリーであり、より高い圧縮強度を必要とされない時に本発明の幾つかの実施形態の反応性粉末混合物の成分を形成できる水硬性セメントのタイプである。アルミン酸カルシウムセメントCACは、一般にアルミ性セメントまたは高アルミナセメントとも呼ばれる。アルミン酸カルシウムセメントは高いアルミナ含有率を有し、約36~42重量が典型的である。アルミナ含有率が80重量ほどに高く至ることが可能である、より高い純度のアルミン酸カルシウムセメントも市販されている。これらのより高い純度のアルミン酸カルシウムセメントは、他のセメントを基準として非常に高価である傾向がある。本発明の幾つかの実施形態の組成物中で用いられるアルミン酸カルシウムセメントは、エトリンジャイトおよび他のアルミン酸カルシウム水和物の急速形成が起き得るように水相へのアルミン酸塩の進入を促進するために細かく粉砕される。本発明の組成物の幾つかの実施形態において用いてよいアルミン酸カルシウムセメントの表面積は、Blaine表面積方法ASTMC204によって測定して3,000cm2/グラムより大きく、典型的には約4,000~6,000cm2/グラムである。アルミン酸カルシウムセメントを生産するために幾つかの製造方法が世界中で出現してきた。典型的には、アルミン酸カルシウムセメントの製造において用いられる主たる原材料はボーキサイトおよび石灰石である。アルミン酸カルシウムセメントを製造するために米国で用いられてきた1つの製造方法を以下の通り記載する。ボーキサイト鉱石を最初に粉砕し乾燥させ、その後、石灰石と一緒に粉砕する。その後、ボーキサイトおよび石灰石を含む乾燥粉末をロータリーキルンに供給する。粉砕された低灰分石炭をキルン中で燃料として用いる。キルン内でボーキサイトと石灰石との間の反応が起き、溶融生成物をキルンの下方端において集め、底でトラフセットに注ぎ込む。溶融クリンカーを水で急冷して、クリンカーの粒状物を形成し、その後、粒状物を備蓄場に搬送する。その後、この粒状物を所望の微粉度に粉砕して最終セメントを生産する。幾つかのアルミン酸カルシウム化合物がアルミン酸カルシウムセメントの製造プロセス中に形成される。形成される主たる化合物は、アルミン酸一カルシウムCaOAl2O3、CAとも呼ばれるである。形成される他のアルミン酸カルシウム化合物およびケイ酸カルシウム化合物には、C12A7とも呼ばれる12CaO7Al2O3、CA2とも呼ばれるCaO2Al2O3、ケイ酸二カルシウム2CaOSiO2、C2Sとも呼ばれる、ケイ酸二カルシウムアルミナ2CaOAl2O3SiO2、C2ASと呼ばれるが挙げられる。比較的高い比率の酸化鉄を含有する幾つかの他の化合物も形成される。これらには、CaOFe2O3すなわちCFおよび2CaOFe2O3すなわちC2Fなどの亜鉄酸カルシウムおよびアルミノ亜鉄酸四カルシウム4CaOAl2O3Fe2O3すなわちC4AF、6CaOAl2O32Fe2O3すなわちC6AF2および6CaO2Al2O3Fe2O3すなわちC6A2Fなどのアルミノ亜鉄酸カルシウムが挙げられる。アルミン酸カルシウムセメント中に存在する他の副次成分には、マグネシアMgO、チタニアTiO2、スルフェートおよびアルカリが挙げられる。硫酸カルシウムエトリンジャイトおよび他のカルシウムスルホ-アルミネート水和物化合物を形成するためのスルフェートイオンを提供するために、以下で示すような硫酸カルシウムの種々の形態を本発明において用いてよい。二水和物-CaSO42H2O石膏または粉末石膏として一般に知られている半水和物-CaSO41/2H2Oスタッコ、焼石膏または単にプラスターとして一般に知られている無水物-CaSO4無水硫酸カルシウムとも呼ばれている粉末石膏は比較的低い純度の石膏であり、より高い圧縮強度が重要でない場合に経済的な考慮のために使用され得る。より高い純度グレードの石膏を用いてもよい。粉末石膏は、採石された石膏から製造され、比表面積がBlaine表面積方法ASTMC204によって測定して2,000cm2/グラムより大きい、典型的には約4,000~6,000cm2/グラムであるように比較的小さい粒子に粉砕される。微細粒子は容易に溶解し、エトリンジャイトを形成するのに必要な石膏を供給する。種々の製造工業からの副生物として得られる合成石膏は、本発明における許容可能な硫酸カルシウムの形態として用いることも可能である。好ましい半水化物または石膏の代わりに無水硫酸カルシウムの他の形態も本発明に用いられてもよい。クエン酸のアルカリ金属塩本発明において、クエン酸ナトリウムまたはクエン酸カリウムなどのクエン酸のアルカリ金属塩の使用は、良好な早期圧縮強度を達成しつつ、比較的良好な流動性を有するとともに、あまり迅速に脆化しない、すなわち、室温を上回る温度で混合後に5~10分より速く脆化しない混合物を生成する。クエン酸のアルカリ金属塩、例えば、クエン酸カリウムまたはクエン酸ナトリウムの使用量は、本発明のセメント反応性成分100部を基準にして約1.5~6.0重量、好ましくは約1.5~4.0重量、より好ましくは約2.0~3.5重量、最も好ましくは約3.5重量である。従って、例えば、セメント反応性粉末100ポンドの場合、約1.5~4.0合計ポンドのクエン酸カリウムおよび/またはクエン酸ナトリウムが存在してよい。好ましいアルカリ金属クエン酸塩は、クエン酸カリウムおよびクエン酸ナトリウムならびに特にクエン酸三カリウム一水和物およびクエン酸三ナトリウム一水和物である。クエン酸のアルカリ金属塩、例えばクエン酸ナトリウムまたはクエン酸カリウムの使用もまた、良好な流動性のために提供され、スラリーが非常に迅速に硬化することを防ぐ。従って、クエン酸、酒石酸、マレイン酸、酢酸、ホウ酸などの凝結遅延剤の使用が回避できる。空気連行剤および高流動化剤空気連行剤を本発明のセメントスラリーに添加して、インサイチュで空気泡泡を形成する。空気連行剤は、典型的には、コンクリート中に微細な空気泡を故意に閉じ込めるために用いられる界面活性剤である。もしくは、空気連行剤は、混合操作中に本発明の組成物の混合物に導入される泡を外部的に生成して、軽量骨材製品を生成するために泡中のニードル形状の水和生成物を捕捉するために用いられる。典型的には、泡を外部的に生成するために、空気連行剤液体発泡剤としても知られている、空気および水を混合して、適する泡発生装置内で泡を形成する。アルファ-オレフィンスルホン酸塩は、アルファ-オレフィン気相スルホン化および連続中和により処理される陰イオン界面活性剤の種類である。このスルホン酸塩の使用の利点としては、良好な相溶性、豊富および微細な泡、容易な生分解、低毒性および皮膚に対する低刺激性が挙げられる。AkzoNobelにより製造されたWITCONATE商標AOSは実験室での試験において効果的であることが見出されており、本発明の骨材製品を生成するためにフライアッシュおよびクエン酸ナトリウム結合剤を発泡するのに非常に効果的である。AOS石鹸の使用が好ましいが、使用され得る空気連行剤/発泡剤の例には、特に、アルキルスルホネート、アルキルベンゾールフルホネートおよびアルキルエーテルスルフェートオリゴマーが挙げられる。これらの発泡剤に関する一般式の詳細は、米国特許第5,643,510号明細書において見出すことが可能である。この特許明細書は、参照により本明細書に援用される。ASTMC260コンクリートのための空気連行添加剤に関する規格仕様2006年8月1日において規定された規格に準拠するような空気連行剤発泡剤を用いることが可能である。こうした空気連行剤は当業者に公知であり、Kosmatkaらコンクリート混合物の設計および制御第14版,PortlandCementAssociation,詳しくは空気連行コンクリートと題する第8章米国特許出願公開第2007/0079733A1号明細書に引用されているにおいて記載されている。市販されている空気連行材料には、vinsol木材樹脂、スルホン化炭化水素、脂肪酸および樹脂酸、スルホン化リグニン塩などの脂肪族置換アリールスルホネート、およびアニオンまたは非イオンの表面活性剤の形態を通常取る多くの他の界面活性材料、アビエチン酸ナトリウム、飽和脂肪酸または不飽和脂肪酸およびそれらの塩、界面活性剤、アルキル-アリール-スルホネート、フェノールエトキシレート、リグノスルホネート、樹脂石鹸、ヒドロキシステアリン酸ナトリウム、ラウリルスルフェート、ABSアルキルベンゼンスルホネート、LAS線状アルキルベンゼンスルホネート、アルカンスルホネート、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルスルフェートエステルまたはその塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルホスフェートエステルまたはその塩、タンパク質材料、アルケニルスルホスクシネート、アルファ-オレフィンスルホネート、アルファオレフィンスルホネートのナトリウム塩、またはラウリル硫酸ナトリウムもしくはラウリルスルホン酸ナトリウムおよびそれらの混合物が挙げられる。典型的には、空気連行発泡剤は、全体的なセメント組成物の重量に基づいて約0.01~1.0重量で存在する。従来の高流動化剤が使用されてもよいが、それらの使用は任意である。混合物の減少した水の要求が本発明のアルカリ金属クエン酸塩の使用により達成されるため、高流動化剤は本発明において必要とされないことが見出される。初期スラリー温度本発明において、本発明の骨材を生成するためにインサイチュで硬化するための組成物を作製するためにスラリーが形成され、その骨材は後で、硬化混合物の破砕またはスクラップなどの適切な回収プロセスにより硬化組成物から回収される。初期高スラリー温度を提供する条件下でのスラリーの形成は、骨材粒子を作製するために使用されるセメント配合物の急速硬化を達成するために重要であることが見出された。初期スラリー温度は約室温~約41°Cであるべきである。38°C~41°Cの範囲内のスラリー温度は短い硬化時間をもたらすので、好ましい。一般に、この範囲内で、スラリーの初期温度の増加は、反応が進行するにつれて温度上昇の速度を上げ、硬化時間を短縮する。従って、95°F35°Cの初期スラリー温度は、90°F32.2°Cの初期スラリー温度より好ましく、100°F37.7°Cの温度は、95°F35°Cより好ましく、115°F41.1°Cの温度は、100°F37.7°Cより好ましく、110°F40.6°Cの温度は、115°F41.1°Cより好ましい、等々である。初期スラリー温度の増加の利益が、ボード温度範囲の上方端に近づくにつれて減少することが考えられる。当業者によって理解される通り、初期スラリー温度の達成は、2つ以上の方法によって実行してよい。多分最も好都合な方法は、スラリーの成分の1つ以上を加熱することである。実施例において、本発明者らは、乾燥反応性粉末および未反応固体に添加された時、得られたスラリーが所望の温度であるような温度に加熱された水を供給した。もしくは、望むならば、固体を室温より高い温度で供給することができる。スラリーに熱を供給するために水蒸気を用いるのは、採用され得る可能な別の方法である。潜在的により遅いが、スラリーを室温で調製することができ、そして迅速に例えば、約10分以内に、5分以内に、2分以内にまたは1分以内に加熱して、約90°F以上または上述した他の範囲のいずれかに温度を上げることができるであろうし、本発明の利益をそれでも達成することができよう。本発明の軽量骨材の製造本発明の骨材は、骨材粒子を生成するための軽量セメント混合物を提供する工程を含み、前記提供する工程は、水、フライアッシュならびに硫酸カルシウム半水化物、硫酸カルシウム二水和物、およびそれらの混合物からなる群から選択される硫酸カルシウムを含むセメント反応性粉末、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウムおよびそれらの混合物からなる群から選択されるクエン酸のアルカリ金属塩、ならびに発泡剤を混合することにより混合物を形成することを含み、フライアッシュを含む骨材粒子は混合物中でインサイチュで形成される。一旦、軽量セメント混合物のスラリーがインサイチュで硬化すると、本発明の骨材は、適切な回収プロセスの使用により、例えば、硬化混合物から骨材粒子を分離するために硬化混合物を破砕または粉砕することによって硬化混合物から回収される。フライアッシュ結合剤に空気を連行するために使用される1つの方法は、発泡混合物、すなわちアルファオレフィンスルホン酸塩AOS石鹸をフライアッシュ結合に添加し、フライアッシュ結合剤を規定の時間混合しながら、インサイチュで泡または空気ポケットを生成することによる。本明細書に記載される以下の発泡フライアッシュ骨材組成物は、全組成物の割合として75~80.5のフライアッシュ、3~6のクエン酸ナトリウムまたはクエン酸カリウム、14~20の水および0.4~0.7の発泡剤を含有する。クエン酸ナトリウムはクエン酸カリウムと置き換えられてもよいか、または両方のクエン酸塩の混合物が使用されてもよい。好ましい発泡剤は、アルファオレフィンスルホン酸塩などの長い炭素鎖C12-C16から構成され、混合操作の間に反応が起こるにつれて望ましくないアンモニア臭を防ぐためにアンモニアを含有しない安定な石鹸である。本発明の軽量骨材のための発泡フライアッシュ結合剤の首尾良い製造は2つの以下のパラメータを最適化する:aフライアッシュ結合剤の反応速度、およびb発泡剤をフライアッシュ/クエン酸ナトリウム結合剤に導入するための方法。水、クエン酸ナトリウムおよび発泡剤が最初に均一に混合される。これらの成分はフライアッシュ反応性粉末に添加される。この混合物の発泡は即座に開始し、3~6分以内に完了する。混合物温度は混合後すぐに上昇し始め、著者による以前の特許出願に記載されているように発熱反応を示す。室温での硬化は最初に24時間継続し、数日以内に最終的な強度が達成される。このように形成されたインサイチュ発泡結合剤は、改善された圧縮強度と関連する軽量の特有の組み合わせを示す。0.18/1~0.23の水対反応性粉末フライアッシュの重量比を用いて上記の成分を混合した。走査型電子顕微鏡を用いて混合物の微細構造を分析した。得られた混合物の湿潤密度は、約40~65ポンド/立方フィート、より好ましくは約46~51ポンド/立方フィートの範囲内である。本発明の軽量骨材を使用したセメント製品の製造高炉スラグ、火山性凝灰岩、軽石、膨張粘土、頁岩、および真珠岩、中空セラミック球、中空プラスチック球、膨張プラスチックビーズなどの軽量骨材は、軽量コンクリート製品を製造するために従来から使用されている。従来の膨張粘土軽量骨材はまた、回転炉において1200°~2100°Fの間の比較的高温条件下で製造されるセメントボードなどのプレキャストコンクリート製品に使用される。焼成工程pyroprocessingとして知られているこの工程により、粘土材料が、40~65ポンド/立方フィートの典型的なゆるみかさ密度を有する合成軽量骨材中で膨張する。セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品は、反応性セメント粉末混合物が他の必要な成分と共に本発明の軽量骨材と混合され、続いて混合物をモールド、または連続キャスティングおよび成形ベルト上に配置する直前に水および他の化学添加剤が添加される、連続プロセスにおいて最も効果的に製造される。セメント混合物の急速硬化特性に起因して、セメント反応性粉末混合物の乾燥成分および存在する軽量骨材と水の混合は通常、キャスティング操作の直前に行われることが理解されるべきである。アルカリアルミノケイ酸塩水和物および/または他のアルミノケイ酸塩の水和物および/またはアルミノケイ酸カルシウム化合物の生成の結果として、コンクリート製品は剛性になり、さらなる処理および硬化のために準備ができる状態になる。従って、本発明の製品はまた、本発明のフライアッシュベースのセメント材料および硫酸カルシウムの球状に形成された粒子の実質的に均一の混合物の軽量骨材ならびにセメント材料の結合剤を含むセメント組成物を含み、骨材はセメント材料内に分配される。以下の実施例は、本発明の個々の軽量骨材粒子の形成に使用される得られる結合剤の微細構造に対する、クラスCフライアッシュおよびクエン酸ナトリウムの混合物を含む本発明の組成物に硫酸カルシウム二水和物粉末石膏を添加する影響を示す。実施例1クラスCフライアッシュ、および硫酸カルシウム二水和物粉末石膏または硫酸カルシウム半水化物スタッコの混合物を含む組成物を、反応性粉末の成分として使用した。使用した混和剤はクエン酸ナトリウムであり、界面活性剤を水溶液として添加した。カルシウム半水化物材料の要求される水に応じて0.2/1~0.287の水対反応性粉末フライアッシュと硫酸カルシウムの重量比を用いて上記の成分を混合した。光学顕微鏡およびSEMを使用して混合物の微細構造および軽量骨材のサイズを分析した。球状骨材粒子は実質的に混合直後にコンクリートミックス中で可視的に混合している。混合物を硬化混合物の上面で数センチメートルから注意深く破砕することにより混合物が硬化した後に顆粒試料を回収した。比較的低倍率図1~6で試料を調べるために、DP71CCDカメラを備えたOlympusSZX16ResearchStereoMicroscopeに取り付けたコンピュータにより光学像を捕捉した。高倍率図7~11で骨材粒子の微細構造を調べるために、各試料を試料ホルダに載せ、真空下で金でコーティングし、JEOLUSA,Inc.,Peabody,MA製のJEOLModelJSM-840A走査型電子顕微鏡SEMを用いて分析した。粉末クエン酸ナトリウムが溶解するまで攪拌することによって15~35のクエン酸ナトリウムを含有する溶液を生成した。次いで3~6のアルファオレフィンスルホン酸塩石鹸の発泡剤AOSAkzoNobelCompany社製のWitconateAOSブランド石鹸を添加した。発泡剤を添加すると、クエン酸ナトリウム溶液の粘性は顕著に増加し、クエン酸ナトリウムと石鹸との間の相乗的相互作用を示した。次いでクエン酸ナトリウム/石鹸溶液を、クラスCフライアッシュおよび硫酸カルシウム二水和物石膏/粉末石膏または硫酸カルシウム半水化物スタッコの混合物に加え、加熱せずに約4~6分間室温にて低い媒体速度でHobartブランドミキサー中で混合した。この実施例は、上述の混合手順により得た骨材粒子に対する、硫酸カルシウム半水化物石膏/粉末石膏と混合したクラスCフライアッシュと比較した、硫酸カルシウム二水和物スタッコと混合したクラスCフライアッシュを用いる効果を示す。表Eはこの実施例で使用した6種の組成物を示す。表Eにおいて、gはグラムを意味し、W/Sは水対反応性粉末フライアッシュと硫酸カルシウムの重量比を意味する。これらのミックスについて測定した湿潤密度は約46~51pcfポンド/立方フィートの範囲であった。図1~6はミックス3、5および6についての骨材粒子を10倍および20倍の倍率で示す。骨材粒子のハニカム表面を図に示す。65クラスCフライアッシュおよび35スタッコの混合物を含有するミックス3についての図1および2の写真は、約1mm以下のサイズの比較的均質の粒子を示す。対照的に、70クラスCフライアッシュおよび30粉末石膏の混合物を含有するミックス5についての図3および4の写真ならびに65クラスCフライアッシュおよび35粉末石膏の混合物を含有するミックス6についての図5および6は、ほとんどの粒子が1mm未満のサイズである、約0.3~2mmのサイズの粒子の広範な分布を示す。このように、スタッコが粉末石膏の代わりにクラスCフライアッシュを有する混合物に使用される場合、比較的均質なより小さな粒子が得られる。図7~11の写真は、ミックス5図7~9およびミックス4図10a、10b、11aおよび11bについて表1に示した組成物を用いて生成したセメント結合剤および骨材粒子の特徴的な微細構造である、SEM走査型電子顕微鏡の写真を示す。図7、8a、および8bは、骨材粒子図8a、b内の微細構造が骨材の外側のマトリクスの微細構造と類似していることを示す。図8aおよび8bはさらに図6の骨材粒子の詳細な微細構造を示し、混合物中でインサイチュで形成されたフライアッシュおよび硫酸カルシウムを含む骨材粒子はまた、フライアッシュおよび硫酸カルシウム相におけるアルミン酸塩の一部の溶解反応からインサイチュで形成された水和生成物の結晶構造を含み、またそれらは、本発明の特有の骨材を形成するために骨材粒子を一緒に連結または結合するために骨材粒子内および骨材粒子間に形成され、分散される。図9は、石膏粒子の一部が骨材粒子内で捕捉されることを示す。従って、それは、石膏粒子の一部が溶液内に進入する時間を有さなくてもよいため、骨材粒子が形成されているように見える。ミックス4の場合のように、石膏またはスタッコが存在しない場合、石膏を含有したミックス5について図7ならびに8aおよび8bに示した多数の比較的大きな結晶を有さずに、ほとんどガラス状のマトリクスが存在した。少量の結晶相のみが、図11aおよび11bの写真において比較的高い20倍の倍率で見出される。本発明を実施するための好ましい実施形態を上記に示したが、本開示により、本発明の精神および範囲から逸脱せずに変更および追加が本発明に対してなされてもよいことは当業者により理解されるだろう。"