JP2014533213A - コンクリート混合組成物、モルタル混合組成物及びコンクリート又はモルタルの養生及び製造方法及びコンクリート又はコンクリート物/コンクリートオブジェクト及び構造物 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は2011年11月11日に出願された米国仮出願番号61/558,467の出願日の利益を主張する。
本発明は一般的にセメント系材料に関する。本発明はまた改善された物理的性質を達成するためコンクリート養生成熟度又は等価な材齢を加速するコンクリートの養生に関する。更に具体的には、この発明は、従来のコンクリートと同様な又はより大きな強度のコンクリートを生産するが、養生成熟度又は等価な材齢を加速することにより、質量で比較的低いパーセンテージのポルトランドセメントを含むコンクリート又はモルタル組成物を打ち込み(casting)及び養生する方法に関する。この発明は、また、従来のコンクリートと同様な又はより大きな強度のコンクリートを生産するが、養生成熟度又は等価な材齢を加速することにより、質量で比較的高いパーセンテージの再生材料を含むコンクリート又はモルタル組成物を打ち込み及び養生する方法に関する。この発明はまた比較的低いパーセンテージのポルトランドセメントと比較的高いパーセンテージの再生された補助的セメント系材料(セメント質材料/セメント混合材料)とを含むコンクリート又はモルタル組成物を、養生成熟度又は等価な材齢を加速することで、従来のコンクリートと同様な又はより大きな強度のコンクリートを製造する打ち込み(打設)又は養生方法に関する。本発明はまた、本発明に従ったコンクリート・ミックス及び本発明により作られたコンクリート対象物(オブジェクト(object))又は構造物に関する。
コンクリートは、固体塊の中で鉱物粒子を共に粘着するように作用する鉱物系水硬性バインダーのみからなる複合材料であるが、それらの鉱物粒子は、粗骨材(岩や砂利)、細骨材(天然砂や砕微粉)、及び/又は非水和又は未反応セメントとのみからなるかもしれない。コンクリートは少なくともローマ時代にまで遡る。コンクリートの発明によりローマ人は、アーチ、ボールト(vaults)やドームといった、コンクリートを使用しなければ不可能であったであろう建築物設計(デザイン(designs))を建設することができた。ローマン・コンクリート(Roman concrete)、又は古代コンクリ(opus caementicium)は水硬性モルタル及び骨材又は軽石から作られた。水硬性モルタルは生石灰、石膏又はポゾラン及びその組み合わせで作られた。生石灰としても知られるクイックライムは、酸化カルシウムであり、石膏は硫酸カルシウムであり、ポゾランは微粉、砂質火山灰(イタリア国ポッツオーリ(Pozzuoli)で最初に発見された特性を持つ)である。コンクリートを使うことで、ローマ人はアーチ、ボールト及び以前は建設が不可能であった他の建築物を建設することが可能となった。しかしながら、ポゾラン・エージェントとして火山灰で作られたコンクリートは固化及び強度獲得が遅かった。多分、コンクリートは、非常に長い時間、静止していなければならない型枠(forms)の上に多層に積み上げられた。コンクリートは、固化及び強度獲得が遅かったが、時間の経過とともに、それは大きな強度を獲得し非常に耐久性があった。2000年を超える以前に製造されたコンクリートの品質の証明として、今日でもまだ立っているローマン・コンクリート構造物がある。
本発明はコンクリート又はモルタル混合組成物といった改良されたセメント系材料、及び改良されたセメント系材料養生方法を提供することによって上記の必要性を満たす。
本発明は、断熱コンクリート型枠における使用のためのコンクリート混合物を含む。断熱コンクリート型枠は、より迅速に養生し、その最大又は最大近くの強度を達成するためにコンクリート混合物に必要な条件を提供する。前記断熱コンクリート型枠は、前記コンクリート混合物により生成された水和熱を保持し、それによって水和反応、成熟度又は等価な材齢及び、相当する強度増加を加速する。前記断熱コンクリート混合物はまた、周囲の温度変動による1時間単位又は朝と夜の温度変化といった短期間の温度変化を防止又は低減し、それにより、コンクリートが型枠外しに十分な強度に達する前に、断熱コンクリート型枠が取り外されても、コンクリートの亀裂又は微細亀裂を阻止又は低減する。更に、前記断熱コンクリート型枠は水和反応による初期発熱後のコンクリート混合物の温度の急激な低下を防止する、それにより、亀裂の発生及び他の望ましい物質特性の低下といった、コンクリート熱効果を低減又は阻止する。これらの利点は従来のポルトランドセメント系コンクリート混合物では、ある程度経験されているが、本発明のコンクリート混合物は、従来の型枠で養生した同じコンクリート混合物と比較して断熱コンクリート型枠において養生又は少なくとも部分的に養生したときに、強化された物理特性を示す。
6つのコンクリート型枠は、垂直壁部を形成するように並べて設置された。型枠は、春の間、外に建てられて周囲の天候や温度条件に晒された。 3つの型枠は、従来の4フィート×8フィートのアルミ型枠とした。これらの型枠は8インチの厚さの壁部で設置した。他の3つの型枠は断熱コンクリート型枠とした。各断熱コンクリート型枠は、互いから8インチの間隔を設けた4フィート×8フィートの2つの発泡ポリスチレンフォームパネルから作られた。底部及び型枠の側面も、断熱されたが、型枠上部は、環境にオープンとした。コンクリート混合物は、地方の生コンクリートバッチ工場でバッチ処理されて従来のコンクリート運搬車で現場に運ばれる。認定試験研究所の独立試験専門家(independent testing lab technician)はコンクリートの検体試験のために存在する。3種の異なるコンクリート混合物が調製された。コンクリート混合物は3種の異なるセメント製剤を採用したが、それ以外は同様であった。いかなる種類のコンクリート添加剤も、高性能減水混和剤を除いて、これらの製剤に何れにおいても使用されなかった。これら3種のコンクリート組成のうちのそれぞれ1種は、各組成物中に含まれるセメント質材料の量に基づいて28日目に4000psiの圧縮強度であるように設計された、即ち、立方ヤード当たり650〜660 lbsである。3種のセメント組成を下記表1に示す。
上述したように、コンクリートの成熟度は「等価な材齢」として測定され、温度度×時間(℃−Hrs又は°F−Hrsのいずれか)で与えられている。コンクリートの成熟度は、上記実験例1で特定された各々6つの垂直壁部でインテリロックII(商標)成熟/温度ロガーにより測定された。この試験データの一覧は以下の表2に示される。
ASTM 42により、上記実験例2に記載された各々の異なるコンクリート型枠からコンクリートのコアサンプルが圧縮強度測定のために独立試験研究所で抜き取られ試験された。コンクリートのコアサンプルは、9日、28日、58日、90日、及び14ヶ月で試験された。この試験データの一覧は以下の表3に示される。
上記実験例4に示されるように、ASTM C‐39により養生させた3種のコンクリート製剤の試験コンクリートシリンダー各々は、インテリロックII(登録商標)成熟/温度ロガーによって測定された。この試験データの一覧は以下の表5に示されている
6つの垂直コンクリート型枠は、垂直壁部を形成するように並べて設置された。型枠は、外に起立して周囲の気候及び温度状態に晒した。3つの型枠は従来の4フィート×8フィートの合板型枠であった。これらの型枠は8インチ厚の壁部用に設定された。他の3つの型枠は、断熱コンクリート型枠(即ち、グリーンクラフト型枠)であった。各々の断熱コンクリート型枠は2つの4フィート×8フィートの発泡ポリスチレンフォームのパネルから作られ、お互いに8インチ間隔とした。型枠の底部及び側面もまた発泡ポリスチレンフォームで断熱され、一旦コンクリートが型枠内に打設されると、型枠上部は上記発泡ポリスチレンフォームの量と同じ量で覆われていた。3種の異なるコンクリート混合物が使用され、それ以外は同様であったいかなる種類のコンクリート添加剤は、高性能減水混和剤を除いて、これらの製剤のいずれにおいても使用されなかった。3種のセメント製剤は上記表1に示される。この試験の周囲温度は、上記実験例2及び3で報告された試験よりも季節的に高かった。
上記実験例6で特定された6つの垂直壁部は、インテリロックII(商標)成熟/温度ロガーにより測定された。 この試験データの一覧は以下の表6に示される。
ASTM‐42により、上記実験例7に記載された各々の異なるコンクリート型枠のコアサンプルはASTM C‐42に従う圧縮強度測定のため独立試験研究所で抜かれて試験された。コンクリート型枠のコアサンプルは、3日、7日、28日、及び90日で試験された。この試験データの一覧は以下の表7に以下の様に示される。
6つの水平コンクリート型枠は土間コンクリートを形成するために並べて打設された。型枠は、地面に外に起立させて、周囲の気候及び温度条件に晒した。3つの型枠は従来の2フィート8フィートの木製型枠であった。これらの型枠は、坂道上の6インチ厚のスラブ又はチルトアップ壁スラブ等用に打設された。 各型枠の下に6milのポリエチレンプラスチックシートを設置した。従来の型枠に打設されたコンクリートは、プラスチックシート上に直接おかれ、空中への水分の損失を防ぐために6milのポリエチレンプラスチックシートを除いてはコンクリートの上面に載置しなかった。他の3つの型枠は、断熱コンクリート型枠(即ち、グリーンクラフト型枠)とした。断熱コンクリート型枠は従来の木製側面を含むものとした。しかしながら、各々の断熱コンクリート型枠は4インチの厚さの発泡ポリスチレンフォームの2フィート×8フィートの2枚のパネルもまた含んだ。発泡ポリスチレンフォームパネルの1つは、地面上に配置され型枠の下部を形成した―コンクリートが打設されて完成し追加のフォーム部品が6インチのコンクリートスラブの4側面を断熱するために使用された後に、他の発泡ポリスチレンフォームパネルがコンクリートの上面に設置された。従って、断熱コンクリート型枠中で、コンクリートスラブは4インチ発泡ポリスチレンフォームで上部、側面及び底面を断熱された。このテストの周囲温度は、実験例2〜3及び6〜8で報告された試験よりも、このテストの方が季節的に高かった。
上記実験例9で特定された6つの水平スラブのコンクリート成熟度はインテリロックII(登録商標)成熟/温度ロガーにより測定された。この試験データの一覧は以下の表8に示される。
ASTM 42により、上記実験例10に記載された各々の異なる型枠からコンクリートコアサンプルはASTM C‐39に基づく圧縮強度測定のために独立認定試験研究所で抜き取られ試験された。コンクリートコアサンプルは、3日、7日、28日、及び90日で試験された。この試験データの一覧は以下の表9に以下の様に示される。
なお、実験例6、7、及び8から各コンクリート組成が試験/実験例9、10、及び11の試験/実験と並行して実行されたことは注目に値する。ゆえに、各々の異なるコンクリート製剤は、同じサマータイム周囲温度で養生させた。垂直型枠からの各コンクリート製剤の温度分布及び成熟度データと水平型枠から各コンクリート製剤の温度分布や成熟度データとを比較すると、予期しない、非自明生が起こっている。それぞれ対応するコンクリート製剤のコンクリートの内部温度及び成熟度は、水平型枠の場合よりも、垂直型枠で著しく大きい。これは、非断熱型枠だけでなく、断熱枠にもあてはまる。水平断熱型枠に関する限り、全ての側面に同じ量の4インチ断熱材が垂直型枠中のコンクリートを被包するために使用される理由から、これは完全に予想外である。試験は、夏季数か月の高い周囲温度の間に行われたので、これはさらに予想外である。以下のデータは上記表7及び9から得られた。
コンクリートの成熟度又は等価な材齢の比較、上記の表2、6、及び8に示される垂直型枠用の実際のコアテストからのデータ及び、表5中に示される3日目のC−39実験用シリンダーテストデータは以下の表10〜12に一覧表示される。
Claims (30)
- 約1000psiを超える圧縮強度を有するセメント系ベースの材料を作る方法において、
断熱コンクリート型枠若しくは型が少なくとも1.5のR値を有し、セメント系ベースの材料を、断熱コンクリート型枠若しくは型内に、位置させるステップを含み、
前記セメント系ベースの材料が、
骨材と、
約10重量%から約80重量%のポルトランドセメント、約20重量%から約90重量%のスラグセメント、及び0重量%から約80重量%のフライアッシュを含むセメント系材料と、及び
セメント系ベースの材料を水和するのに十分な水と、を含むことを特徴とする方法。 - 更に、前記セメント系ベースの材料が前記断熱コンクリート型枠内において少なくとも部分的に養生を許すステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 更に、前記セメント系ベースの材料が前記断熱コンクリート型枠内において養生することを許すステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記セメント系ベースの材料が、約3分の1の重量割合となるポルトランドセメントと、約3分の1の重量割合となるスラグセメントと、及び、約3分の1の重量割合となるフライアッシュとを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記断熱コンクリート型枠が、少なくとも4のR値を有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記断熱コンクリート型枠が、少なくとも8のR値を有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- ポルトランドセメント対スラグセメント対フライアッシュの重量比が、約1:1:1となることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- ポルトランドセメント対スラグセメント対フライアッシュの重量比が、約0.85−1.15:0.85−1.15:0.85−1.15となることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- ポルトランドセメント対スラグセメント対フライアッシュの重量比が、約0.9−1.1:0.9−1.1:0.9−1.1となることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- ポルトランドセメント対スラグセメント対フライアッシュの重量比が、約0.95−1.05:0.95−1.05:0.95−1.05となることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- ポルトランドセメント対スラグセメント対フライアッシュの重量比が、約1:1:1となることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- ポルトランドセメント対スラグセメント対フライアッシュの重量比が、約0.85−1.15:0.85−1.15:0.85−1.15となることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- ポルトランドセメント対スラグセメント対フライアッシュの重量比が、約0.9−1.1:0.9−1.1:0.9−1.1となることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- ポルトランドセメント対スラグセメント対フライアッシュの重量比が、約0.95−1.05:0.95−1.05:0.95−1.05となることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- セメント系ベースの材料が、その90日目圧縮強度の少なくとも65%と同じ7日目圧縮強度を有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- セメント・ベースの対象物又は構造が、垂直コンクリート壁、柱、高架スラブ、屋根システム、水平コンクリートパネル、プレキャストコンクリート梁、プレキャストコンクリートパネル、プレキャストコンクリートパイプ、プレキャストコンクリートボールト、プレキャストコンクリート屋根システム、プレキャストコンクリート舗装機、プレキャストコンクリート煉瓦、プレキャスト人工石、プレキャストコンクリートブロック、傾斜面のコンクリートスラブ、又は、コンクリート現場打ちスパンニング要素であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記断熱コンクリート型枠若しくは型が、互いに水平方向にスペースが空けられた長方形の垂直に向けられた断熱層の1対を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記断熱コンクリート型枠若しくは型が、互いに垂直方向にスペースが空けられた長方形の水平に向けられた断熱層の1対を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記断熱コンクリート型枠若しくは型が、断熱層を含む第1の部分と、断熱ブランケットを含む第2の部分と、を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記断熱コンクリート型枠若しくは型が、断熱発泡パネルを含む第1の部分と、電気的に加熱されたブランケットを含む第2の部分と、を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記断熱コンクリート型枠若しくは型が、コンクリート接触する部分の反対側に断熱材料を有する従来のコンクリート型枠を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 約1000psiを超える圧縮強度を有するセメント系ベースの対象物又は構造を作る方法において、
断熱コンクリート型枠が少なくとも1.5のR値を有し、可塑性のセメント系ベースの材料を、断熱コンクリート型枠内に、位置させるステップを含み、
前記セメント・ベースの材料が、
骨材と、
約10重量%から約80重量%のポルトランドセメント、及び、1又はそれ以上の補助的セメント系材料を含む残りのセメント系材料、を含む、セメント系材料と、及び
セメント系材料を水和するのに十分な水と、を含み、
3から7日の間で、断熱コンクリート型枠内におけるセメント・ベースの材料が、同じ条件下で非断熱コンクリート型枠内において同じ時間後に同じセメント・ベースの材料が有するであろうものよりも、少なくとも25%以上高い圧縮強度を有することを特徴とする方法。 - 3から7日の間で、断熱コンクリート型枠内におけるセメント・ベースの材料が、同じ条件下で非断熱コンクリート型枠内において同じ時間後に同じセメント・ベースの材料が有するであろうものよりも、少なくとも50%以上高い圧縮強度を有することを特徴とする、請求項22に記載の方法。
- 3から7日の間で、断熱コンクリート型枠内におけるセメント・ベースの材料が、同じ条件下で非断熱コンクリート型枠内において同じ時間後に同じセメント・ベースの材料が有するであろうものよりも、少なくとも100%以上高い圧縮強度を有することを特徴とする、請求項22に記載の方法。
- 補助的セメント系材料が、スラグセメント、フライアッシュ、シリカヒューム、メタカオリン、籾殻灰、焼き粘度煉瓦、煉瓦粉塵、骨灰、動物の血液、粘土、水酸化ナトリウム、又は水酸化マグネシウムであることを特徴とする、請求項22に記載の方法。
- 補助的セメント系材料が、水の存在下で水酸化カルシウムと反応するシリカ・アルミナ若しくはアルミノケイ酸含有材料、水酸化物含有化合物、又は反応性の水素基を有する他の如何なる化合物であることを特徴とする、請求項22に記載の方法。
- セメント・ベースの材料が、更に不活性フィラーを含むとことを特徴とする、請求項22に記載の方法。
- 不活性フィラーが、粉砕された石灰岩、炭酸カルシウム、酸化チタン、又は石英であることを特徴とする、請求項27に記載の方法。
- 約1000psiを超える圧縮強度を有するセメント・ベースの材料を作る方法において、
断熱コンクリート型枠が少なくとも1.5のR値を有し、可塑性のセメント・ベースの材料を、水平な断熱コンクリート型枠内に、位置させるステップを含み、
前記セメント・ベースの材料が、
骨材と、
約10重量%から約90重量%のポルトランドセメント、10重量%から約90重量%迄若しくはより少ないスラグセメント及び5重量%から約80重量%のフライアッシュの少なくとも1つを含むセメント系材料と、
そのセメント系材料を水和するのに十分な水と、を含むことを特徴とする方法。 - 断熱コンクリート型枠が少なくとも4のR値を有することを特徴とする、請求項29に記載の方法。
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