JP2015504377A - その場水和のための不織セメント系複合材料 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2011年11月1日に出願された米国特許仮出願第61/554,377号、および2012年9月20日に出願された米国特許仮出願第61/703,618号の利益を主張するものであり、これらは、参照によりこれら全体を本明細書に組み込まれる。
不織セメント系複合材料は、従来型の材料(例えば、繊維、鉄筋など)で強化されたコンクリート、従来型の一方向織物強化コンクリート複合材料、および織りまたは編みの三次元織物コンクリート複合材料に対して、構造上の性能を向上し得る。不織セメント系複合材料は、構造的な層に埋め込まれる、またはこれにより閉じ込められる乾燥セメント混合物を含み、これは、セメント質材料が、その場水和後、その通常の凝結および強度獲得プロセスを経て、強固な複合材料を生成するのを可能にする。このような不織の構造的な層は、独立に形成され、組み合う繊維(interlocking fibers)を含んでもよく、これは、自立する材料を形成する。不織セメント系複合材料は、等しい容積単位当たりの構造上の性能を高め、より廉価であり、労働コストを削減し、また従来型のコンクリートまたはコンクリート複合材料よりも処理が少なくて済む解決法を提供し得る。さらに、不織繊維は、荷重のエネルギーを繊維中に分散することによって、耐荷重能力を改善する。不織繊維はまた、セメント相における亀裂面を橋渡しして、亀裂抵抗を高め、亀裂を局所に留めて亀裂伝播を抑制する。
図2から図4の例示的な実施形態によれば、構造層40は、不織セメント系複合材料10の作用を促進するために設計された特定の特性を有する三次元材料を備える。例として、構造層40のこうした特性は、その他の特性のなかでも、低密度、高ボイド空間、および不連続性を含み得る。これらの特性は、その他の特徴のなかでも、不織セメント系複合材料10の強度および輸送性を改善する。不織構造に配置された紐を有する構造層40はまた、セメント質層30内の収縮亀裂の発現率および重要度を抑制することが観察されている。こうした抑制は、不織繊維が、セメント相内の亀裂面を橋渡しすることによって、亀裂の伝播を制限することからもたらされ得る。
再び図2から図4の例示的な実施形態を参照すると、セメント質層30は、水和プロセスを通じてひとたび流体(例えば、水)に曝されると凝結および硬化する材料を含む。例示的な実施形態によれば、セメント質層30は、構造層40内に配置され、その場水和後、その通常の凝結および硬化プロセスを経る。
再び図4の例示的な実施形態を参照すると、透水層20は、セメント質層30を保持しながら、不織セメント系複合材料10内への流体(例えば、水など)の分散を促進する。透水層20は、透水層20を通る流体の流れを管理する特定の特性を含んでもよい。例示的な実施形態によれば、特定の特性は、セメント質材料が、構造層40から移動することなしに、セメント質層30の水和を可能にする(例えば、その場水和前の取扱いの間、その場水和の間など)。その他の実施形態では、特定の特性はまた、水和および硬化プロセスの間、セメント質層30の混合比を保つ。さらに、透水層20は、セメント質材料に一貫した圧力を加えることによって、セメント質層30の締固めのレベルを保つ。例示的な実施形態によれば、セメント質層30の10重量パーセント未満は、その場水和の前に透水層20を通って移動する。一部の実施形態では、セメント質層30の10重量パーセントまでが、その場水和後の不織セメント系複合材料10の構造的な性能を損なうことなく、透水層20を通って移動し得る。
ふたたび図4の例示的な実施形態を参照すると、不透水層50は、セメント質層30および水和水を、セメント質材料と相互作用させた後、劣化させることなく保持可能な材料を備える。図4に示すように、不透水層50は、構造層40の側面(例えば、下側の面)に沿って結合される。不透水層50が構造層40の下側の面に沿って配置される場合、不透水層50は、曲げ応力または引張応力の一部分を経ることがある。このような位置は、不織セメント系複合材料10の強度および延性を改善し得る。一部の実施形態では、不透水層50は、流体を浸出させることなく、構造層40に結合され得る可撓性材料(例えば、不織セメント系複合材料10を巻くのを助けるため)を備えるシートである。代替的な実施形態によれば、不透水層50は、構造層40に、一体的に形成される、あるいはその他の方法で連結されてもよい。代替的な実施形態によれば、不透水層50は、セメント質層30を特定の化学物質への曝露から保護してもよい(例えば、現場の土によってもたらされる流酸塩から、など)。
次に図5を参照すると、不織セメント系複合材料は、機械100として示されているライン組み立て機械を用いて製造されている。機械100は、連続作動してもよいし(すなわち、材料をある期間一定の速さで通過させる)、機械100に材料が供給され、(例えば、機械100にある動作をさせるために)停止され、その後再び供給される割出動作モードを行ってもよい。図5に示すように、機械100は、供給装置110として示されている最初の材料のロールを含む。例示的な実施形態によれば、供給装置110は、ギア減速機112およびモータ113として示されている回転装置と、モータに結合される芯部分と、材料114として示されている、芯部分に巻かれたある長さの材料とを有する回転システムを備える。ギア減速機112およびモータ113による芯部分の回転が、材料114をロールから供給させることを認識されたい。
出願者らは、本出願において開示される主題の開発過程において、いくつかの実験を行った。第1の実験は、不織セメント系複合材料の透水層、構造的な層、セメント質層、および不透水層について、様々な材料および構造を評価した。様々な実験中、各層について試験した材料を、以下に説明する。第1の実験では、セメント質材料と不織構造層との組み合わせが、従来型のセメント系複合材料と比べて、予期しないほど高い強度を有する複合材料を提供することを確認した。本実験はまた、不織セメント系複合材料の様々な層について様々な例示的な材料および混合物を提供した。
Claims (30)
- その場水和のためのセメント系複合材料であって、前記複合材料が、
第1の側面および第2の側面を有し、不織構造に配置される複数の繊維を含むメッシュ層と、
前記メッシュ層内に配置されるセメント質材料であって、前記セメント質材料が複数のセメント質粒子を含む、セメント質材料と、
前記メッシュ層の前記第1の側面に配置され、前記複数の不織繊維に結合される封緘層と、
前記メッシュ層の前記第2の側面に沿って配置され、前記複数のセメント質粒子が前記メッシュ層から移動するのを防ぐように構成される閉じ込め層とを備える、その場水和のためのセメント系複合材料。 - 前記メッシュ層内および前記複数の不織繊維間の容積が開口空間を画定する、請求項1に記載の複合材料。
- 前記開口空間が、前記メッシュ層の80.0容量パーセントから99.8容量パーセントの間を規定する、請求項2に記載の複合材料。
- 前記開口空間が、前記メッシュ層の95.0容量パーセントから99.8容量パーセントの間を規定する、請求項3に記載の複合材料。
- 前記メッシュ層が、不織構造に配置される第1の複数の繊維を含む第1のメッシュ部分と、不織構造に配置される第2の複数の繊維を含む第2のメッシュ部分とを含む、請求項1に記載の複合材料。
- 前記第1のメッシュ部分が、前記第2のメッシュ部分に積み重ねられる、およびより合わされるうちの少なくとも1つである、請求項5に記載の複合材料。
- 前記第2の複数の繊維が、前記第1の複数の繊維よりも高密度に配置される、請求項6に記載の複合材料。
- 前記セメント質材料が、39から44重量パーセントのセメント質粒子と、47から52重量パーセントの砂と、2重量パーセント未満の塩化カルシウムと、5.5から10.5重量パーセントのQwixとを含む、請求項1に記載の複合材料。
- 前記セメント質材料が、0.1ミリメートル未満の呼び長さ、10ミクロン未満の直径を有する複数のマイクロファイバを含む、請求項1に記載の複合材料。
- 前記閉じ込め層が、前記メッシュ層の前記第2の側面上に溶接されたもの、接着固定されたもの、および溶融されたもののうちの少なくとも1つである、請求項1に記載の複合材料。
- 前記閉じ込め層が、0.075ミリメートルから2.5ミリメートルの間の厚さを有するポリプロピレンを備える、請求項10に記載の複合材料。
- 前記閉じ込め層が、保持面と、前記セメント質材料内への流体の流れを促進するように構成される開口とを画定する、請求項1に記載の複合材料。
- 前記開口が、0.001平方ミリメートルから3.0平方ミリメートルの間の面積を有する、請求項12に記載の複合材料。
- 前記閉じ込め層が、複数の開口を、平方インチ当たり1から1万2千の間の開口という頻度で画定する、請求項12に記載の複合材料。
- 前記メッシュ層が10ミリメートルから50ミリメートルの間の厚さを有するように、前記複数の不織繊維が配置される、請求項1に記載の複合材料。
- 前記閉じ込め層が、その場水和の前または後に取り外されるように構成されるシートを備える、請求項1に記載の複合材料。
- 前記不透水層が、構造的な層と一体的に形成される、請求項1に記載の複合材料。
- その場水和のためのセメント系複合材料であって、前記複合材料が、
第1の側面および第2の側面を有し、前記第1の側面および前記第2の側面の中間に不織構造に配置される複数の繊維を含むメッシュ層と、
前記メッシュ層内に配置されるセメント質材料であって、前記セメント質材料が複数のセメント質粒子を含む、セメント質材料と、
前記メッシュ層の前記第1の側面に配置され、前記複数の不織繊維に結合される封緘層と、
前記メッシュ層の前記第2の側面に沿って配置され、前記複数のセメント質粒子が前記メッシュ層から移動するのを防ぐように構成されるコーティングとを備える、その場水和のためのセメント系複合材料。 - 前記コーティングが、保持面と、前記セメント質材料内への流体の流れを促進するように構成される開口とを画定する、請求項18に記載の複合材料。
- 前記コーティングが、0.07ミリメートルから2ミリメートルの間の厚さを有するエラストマーコーティングを備える、請求項18に記載の複合材料。
- 前記コーティングが、外面と、前記外面から内向きに前記開口へ延在する三次元ボイドとを含む、請求項18に記載の複合材料。
- 前記三次元ボイドが、円錐形および四面体形のうちの1つである、請求項21に記載の複合材料。
- セメント系複合材料の製造方法であって、前記方法が、
第1の側面および第2の側面を有し、不織構造に配置され、かつシートおよびロールのうちの少なくとも1つで配置される複数の繊維を含むメッシュ層を提供するステップであって、前記メッシュ層内および前記複数の不織繊維間の容積が開口空間を画定する、メッシュ層を提供するステップと、
前記メッシュ層の前記第1の側面に結合される膜を提供するステップと、
セメント質材料を前記メッシュ層の前記開口空間内に配置するステップと、
閉じ込め層を前記メッシュ層の前記第2の側面に沿って位置付けるステップとを備える、セメント系複合材料の製造方法。 - 先の尖った道具、パルスレーザ、および電子線のうちの少なくとも1つで、前記閉じ込め層内に穿孔を形成するステップをさらに備える、請求項23に記載の方法。
- 前記閉じ込め層を前記メッシュ層の前記第2の側面上に吹き付けるステップをさらに備える、請求項23に記載の方法。
- 接着剤、溶接プロセス、および溶融プロセスのうちの少なくとも1つを用いて、前記閉じ込め層を前記複数の不織繊維に結合するステップをさらに備える、請求項23に記載の方法。
- 振動システム、コンパクションローラ、およびプレスプレートのうちの少なくとも1つを用いて、前記メッシュ層内で前記セメント質材料を締固めるステップをさらに備える、請求項23に記載の方法。
- 前記第1の膜を第2の複合材料の層に結合することによって、2つの複合材料を接合するステップをさらに備える、請求項23に記載の方法。
- 接着剤、溶接プロセス、および溶融プロセスのうちの1つで、前記第1の膜を前記第2の複合材料のフランジに結合するステップをさらに備える、請求項27に記載の方法。
- 前記第1の複合材料の層と前記第2の複合材料の層との間にメッシュ層を位置付けるステップをさらに備える、請求項29に記載の方法。
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