JP2017502909A - 吸湿性セメント質材料 - Google Patents

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Abstract

方法が開示される。方法は、セメント質材料を提供するステップを含み、セメント質材料は吸収材料を含む。方法はまた、セメント質材料の水和反応の間、流体を吸収材料中に吸収するステップを含む。方法はさらに、セメント質材料の水和反応の後、流体を吸収材料中に保持するステップを含む。

Description

本開示は材料組成物を対象とし、詳細には、吸湿性セメント質材料を対象とする。
例えばコンクリートなどのセメント質材料は、多様な建築物用途で使用される。セメント質材料は、例えば海岸線上の場所または海岸線に近い場所、あるいは浸水に曝される領域など、流水または増水との接触を伴う用途で使用され得る。これらの場所では、例えば土壌の浸食、および構造的下部建造物の一体性に影響を及ぼす侵食などの侵食が発生し得る。
浸水する水などの流体を伴う用途で使用され得るセメント質材料を記載する１つの特許出願は、２０１３年４月２５日に発行され、Ｅｂｅｒｗｅｉｎらに付与された米国特許出願第２０１３／００９８２７１号明細書（‘２７１号特許出願）である。‘２７１号特許出願は、水−セメント値を最適化するために水和反応の間水を吸収するコポリマーを含む乾燥モルタル混合物を開示する。‘２７１号特許出願のコポリマーは、例えばセメント質混合物の水硬性などにおいて達成される水性系中の十分に高い吸水能力に寄与する。しかしながら、‘２７１号特許出願のセメント質材料のコポリマーは、水和反応の間だけかなりの水を吸収するようである。従って、‘２７１号特許出願は、浸水などの状況の間、例えば水などの液体を吸収および再吸収し得る材料を開示しない。従って、‘２７１号特許出願に開示されるセメント質材料に含まれるコポリマーは、浸水に曝される場所で侵食を軽減するための追加の保護を提供しない。
本開示は、上記の欠点の１つまたは複数を克服することを対象とする。
一態様において、本開示は方法を対象とする。方法は、セメント質材料を提供するステップを含み、セメント質材料は吸収材料を含む。方法はまた、セメント質材料の水和反応の間、流体を吸収材料に吸収するステップを含む。方法はさらに、セメント質材料の水和反応の後、流体を吸収材料中に保持するステップを含む。
別の態様において、本開示は材料を対象とする。材料は、コンクリート材料を水和状態で含み、コンクリート材料は、コンクリート材料全体に分散された超吸収性材料と、骨材とを含む。超吸収性材料はコンクリート材料中に延在する複数の流路を含み、および超吸収性材料は骨材よりも高い吸収性を有する。
例示的な吸湿材料の概略図である。 例示的な吸湿材料の別の概略図である。 例示的な吸湿材料の別の概略図である。 例示的な吸湿材料の別の概略図である。 例示的な吸湿材料の別の概略図である。 例示的な侵食軽減システムの概略図である。 例示的な開示される方法のフローチャートである。
図１は例示的な吸湿材料１０を示す。吸湿材料１０はセメント質組成物であり得る。例えば、吸湿材料１０はコンクリートであり得る。吸湿材料１０は、構造的用途での使用に適した他のいずれかの組成物、例えばモルタル組成物であり得ることも考えられる。吸湿材料１０は吸収材料１５を含み得る。
吸湿材料１０は混合材料であり得る。吸湿材料１０はまた、構築中に乾燥した状態で並べられ得る非混合材料であり得る。吸湿材料１０は、例えば単一の層２０で、または図１に示されるような複数の層２０でなど、いずれかの適切な方法で配置され得る。吸湿材料１０は、例えば混合コンクリートなど、混合セメント質材料であり得る。吸湿材料１０はまた、例えば非混合コンクリートなど、非混合セメント質材料であり得る。吸湿材料１０は乾燥材料であり得る。吸湿材料１０はまた、水を含む混合セメント質材料であり得る。吸湿材料１０は、例えばポルトランドセメントなどのセメントなど、結合材を含み得る。結合材は急速固化セメント質結合材であり得る。吸湿材料１０はまた、例えば（以下でさらに記載されるような）砂および／または岩石などの骨材を含み得る。吸湿材料１０はさらに、例えば流動化剤、硬化促進剤、減水剤、収縮低減剤、凝結遅延剤、および／または空気連行剤など、混合物のおよび吸収材料１５の特徴を改善する混和剤を含み得る。吸湿材料１０はまた、吸湿材料１０中に配置された吸収材料１５および／または他の要素の体積を増大する混和剤を含み得る。
吸湿材料１０は、補強を含まないマスコンクリートであり得る。吸湿材料１０は、例えば無筋コンクリートなど、他の種類のコンクリートであり得ることも考えられる。例えば、吸湿材料１０は無筋マスコンクリートであり得る。吸湿材料１０はまた、いずれかの適切な補強材で補強された補強コンクリートであり得る。例えば、吸湿材料１０は、例えば繊維ガラス補強材、および／またはカーボンファイバー補強材など、いずれかの適切な非腐食性補強材で補強されたコンクリートであり得る。同じく、例えば、吸湿材料１０は、例えば補強バー、格子補強材および／または金属ワイヤ補強材など、いずれかの適切な金属補強材で補強されたコンクリートであり得る。
吸収材料１５は、セメント質組成物中の流体を吸収するのに適したいずれかの材料であり得る。吸収材料１５は吸湿材料１０全体に完全に組み込まれ得る。図１に示されるように、吸収材料１５は、吸湿材料１０の中に配置され得る。吸収材料１５は、セメント質材料中で使用される粗骨材または細骨材よりも多量の流体を吸収する超吸収性材料を含み得る。例えば、吸収材料１５は、コンクリート用粗骨材（例えば、例えば約３／８インチ〜約１ １／２インチの間の直径を有する砂利および／または砕石）またはコンクリート用細骨材（例えば、例えば３／８インチふるいを通過するのに十分に小さな直径を有する砂および／または砕石）よりも多量の流体を吸収し得る超吸収性材料を含み得る。従って、吸収材料１５は、例えばコンクリート用粗骨材またはコンクリート用細骨材など、吸湿材料１０のセメント質材料中で使用される粗骨材または細骨材よりも吸収性である超吸収性材料を含み得る。例えば、吸収材料１５は、複数の繊維である超吸収性材料を含み得る。例えば、吸収材料１５は、複数のマイクロファイバである超吸収性材料を含み得る。複数のマイクロファイバは超吸収性マイクロファイバであり得る。吸収材料１５は、流体を吸収するための管状材料である超吸収性材料を含み得る。例えば、吸収材料１５は、複数の管状繊維である超吸収性材料を含み得る。吸収材料１５は、天然および／または合成吸収性材料である超吸収性材料を含み得る。例えば、吸収材料１５は、天然および／または合成繊維である超吸収性材料を含み得る。吸収材料１５は、例えばセルロース繊維、綿および／または紙など、繊維材料である超吸収性材料を含み得る。吸収材料１５は、例えばナノチューブなど、流体を吸収するためのナノ構造である超吸収性材料を含み得る。吸収材料１５は、セメント質組成物中の水を吸収するのに適したいずれかのマイクロサイズ材料である超吸収性材料を含み得る。
吸収材料１５は、流体の吸収および放出の両方を行い得る、従って吸湿材料１０の重量（例えば、重量（ｗｅｉｇｈｔ）＝ｍ＊ｇ、式中、ｗは重量であり、ｍは質量であり、ｇは重力加速度である；時折当業者によって「相対重量対質量」または「質量」と呼ばれる）に影響を及ぼす。吸湿材料１０の重量は、流体が吸収材料１５に吸収されるにつれて増大し得る。吸湿材料１０の重量は、流体が吸収材料１５から除去されるにつれて低減し得る。吸収材料１５は流体を吸収し、流体をある期間保持し、ある期間の後、流体の一部または全てを放出し得る。ある期間は、例えば数分、数時間、数日、または数か月など、いずれかの適切な期間であり得る。吸収材料１５は従って流体を一時的に吸収し得る。吸収材料１５は流体の一部または全てを永久的に吸収し得ることも考えられる。
吸湿材料１０はコンクリートミックスなどの混合セメント質材料であり得る。吸湿材料１０はまた、実質的に乾燥した状態で配置される非混合セメント質材料であり得る。吸湿材料１０は図２に示されるように流体２５に曝され得る。流体２５は、例えば水または水蒸気など、いずれかの適切な液体または気体であり得る。流体２５は雨水であり得る。流体２５はまた、吸湿材料１０の表面３０にかけられる液状の霧であり得る。例えば、流体２５は、吸湿材料１０を配置した後、吸湿材料１０の表面３０のいずれかの部分にかけられる軽質の水の霧であり得る。表面３０は吸湿材料１０の表面領域全体であり得る。流体２５は、例えば構築中に使用する化合物など、他のいずれかの材料であり得ることも考えられる。流体２５は表面３０の一部または全部と接触し得る。
吸湿材料１０は図１に示されるように型枠２８を使用して配置され得る。型枠２８は、例えば機械的な締結具、固定具および／または形状拘束具を使用する木製型枠など、セメント質材料を形成するのに適したいずれかの型枠であり得る。例えば、吸湿材料１０が混合セメント質材料であるとき、型枠２８は完全に固定かつ締結される木製型枠であり得る。
吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、型枠２８は、混合セメント質材料と比較して比較的弱い静水圧にかけられ得る。従って、吸湿材料１０が非混合セメント質材料の場合、比較的弱い静水圧が型枠２８に及ぼされ得るので、型枠２８は比較的少ない固定および／または形状拘束具を必要とし得る。
吸湿材料１０はいずれかの適切な方法によって型枠２８ありまたはなしで配置され得る。例えば、吸湿材料１０は、型枠２８ありまたはなしで非混合セメント質材料として乾燥した状態で配置され得る、型枠２８ありで混合物として配置され得る（例えば注入され得る）、型枠２８なしで湿潤混合物として配置され得る（例えば吹付けコンクリートとして配置され得る）、および／または型枠２８なしで乾燥混合物として配置され得る（例えば乾式吹付けコンクリートとして配置され得る）。
図２に示されるように、流体２５は表面３０の部分３５と接触し得る。部分３５は、吸湿材料１０の表面３０の一部または全部を被覆し得、および吸湿材料１０の中にわずかな深さだけ延在し得る。例えば、部分３５は、吸湿材料１０の中に１インチのほんの一部（例えば約１／８インチ〜約３／４インチの間）だけ延在し得る。吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、部分３５は流体２５によって接触された後、水和反応を経験し得る。
流体２５を吸湿材料１０のセメント質材料と組み合わせることにより、水和反応のプロセスによってセメントペーストが形成され得る。水和反応の間、セメントペーストは相互に結合し得、および骨材と、吸収材料１５と、上に記載した吸湿材料１０の他の要素との間の間隙を充填し得る。水和反応プロセスは、同時におよび／または連続して起こり得る多数の異なる化学反応を伴い得る。水和反応は上に記載した吸湿材料１０の構成要素が相互に接着し固体マトリックスを形成することを引き起こし得る。水和反応を経た後、吸湿材料１０は、固体の水和または結晶化マトリックスになり得る。例えば、吸湿材料１０は、水和反応を介して固化コンクリートになり得る。
吸湿材料１０の水和反応の間、吸収材料１５は流体２５の自由分子を運び得、それにより吸湿材料１０全体に水和反応プロセスを広げる。吸収材料１５は、以下でさらに記載されるように、水和反応の後、流体２５を保持し続け得る。
例えば、水和反応を経た後、部分３５は構造強度を有する固化コンクリートになり得る。部分３５の構造強度は経時的に増大し得る。あるいは、吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、吸湿材料１０の部分４０は流体２５によって接触されない可能性があり、従って乾燥した非水和状態のままであり得る。吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、部分３５は部分４０を適所に構造的に保持する一助となり得る。例えば、部分３５が表面３０の全部を実質的に被覆するとき、部分３５は部分４０を構造的に保持し、吸湿材料１０が、例えば流水からなど、外力によって妨害されることを実質的に防止し得る。あるいは、吸湿材料１０が混合セメント質材料であるとき、部分３５および４０の両方は、混合セメント質材料が、水和反応を引き起こす流体をすでに含み得るため、流体２５からの接触ありまたはなしで、水和反応を経験し得る。
図３に示されるように、流体２５によって接触される吸湿材料１０の部分は、部分４５まで増大し得る。部分４５は吸湿材料１０内のかなりの深さまで延在し得る。例えば、部分４５は吸湿材料１０の中に数インチまたは数フィート延在し得る。吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、上記部分３５と同様に、部分４５の非水和部分は、流体２５によって接触されるとき水和反応を経験し得、および経時的に増大する構造強度を取得し得る。例えば、部分４５は構造強度を有する固化コンクリートになり得る。吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、吸湿材料１０の部分５０は流体２５によって接触されない可能性があり、従って乾燥した非水和状態のままであり得る。吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、部分４５は、上記部分３５および４０と同様、部分５０を構造的に保持する一助となり得る。あるいは、吸湿材料１０が混合セメント質材料であるとき、部分４５および５０の両方は、混合セメント質材料が、水和反応を引き起こす流体をすでに含み得るため、流体２５からの接触ありまたはなしで、水和反応を経験し得る。
図４に示されるように、流体２５によって接触される吸湿材料１０の部分は、部分５５まで増大し得る。部分５５は吸湿材料１０内のかなりの深さまで延在し得る。例えば、部分５５は吸湿材料１０全体にほぼ完全に延在し得る。吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、上記部分３５および４５と同様に、部分５５の非水和部分は、流体２５によって接触されるとき水和反応を経験し得、および経時的に増大する構造強度を取得し得る。例えば、部分５５は構造強度を有する固化コンクリートになり得る。吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、吸湿材料１０の部分６０は流体２５によって接触されない可能性があり、従って乾燥した非水和状態のままであり得る。吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、部分５５は、上記部分３５、４０、４５および５０と同様、部分６０を構造的に保持する一助となり得る。あるいは、吸湿材料１０が混合セメント質材料であるとき、部分５５および６０の両方は、混合セメント質材料が、水和反応を引き起こす流体をすでに含み得るため、流体２５からの接触ありまたはなしで、水和反応を経験し得る。
図５に示されるように、流体２５によって接触される吸湿材料１０の部分は、部分６５まで増大し得る。部分６５は実質的に吸湿材料１０の全体積にわたり延在し得る。吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、上記部分３５、４５および５５と同様に、部分６５の非水和部分は、流体２５によって接触されるとき水和反応を経験し得、および経時的に増大する構造強度を取得し得る。例えば、部分６５は構造強度を有する固化コンクリートになり得る。あるいは、吸湿材料１０が混合セメント質材料であるとき、部分６５は、混合セメント質材料が、水和反応を引き起こす流体をすでに含み得るため、流体２５からの接触ありまたはなしで、水和反応を経験し得る。
図３〜５に示されるように、吸湿材料１０が水和反応を経て、例えば固化コンクリートなどの水和マトリックスになるとき、流路システム７０が、部分３５、４５、５５および６５に配置される吸収材料１５の中に形成され得る。従って、吸収材料１５内に形成される流路システム７０は、吸湿材料１０の部分３５、４５、５５および６５が水和されるにつれて、サイズが増大し得る。水和反応の間、吸収材料１５は吸湿材料１０の水和マトリックス中で固定され得る。吸収材料１５内に含められた流路システム７０は複数の流路７５を含み得る。流路システム７０の複数の流路７５は、従来のセメント質材料よりも比較的長い期間、吸湿材料１０内に流体２５を保持する複雑な流路網を形成し得る。
複数の流路７５は、吸収材料１５内に毛細管システムを形成し得、毛細管システムは吸湿材料１０の水和マトリックス全体に流体を移送する。毛細管システムは、流体２５と、流体２５を運ぶ複数の流路７５の表面との間の分子間力によって生じ得る。複数の流路７５は十分に小さい直径を有し得、その小ささは、流体２５内の凝集によって生じる表面張力と、流体２５および複数の流路７５の表面の間の付着力との組み合わせが流体２５に力を及ぼすのに十分なものである。従って、凝集および付着によるこれらの力が、流路システム７０の毛細管システムを通して流体２５を移動させる。
吸湿材料１０内に配置される吸収材料１５は、吸湿材料１０のいかなる外側表面（例えば表面３０）上に配置された流体２５も、ウィッキング作用を介して引き込み得る。吸収材料１５が乾燥または比較的乾燥している場合、吸収材料１５はウィッキング作用（例えば毛管作用）を介して流体２５を引き込み得る。従って吸収材料１５は、いかなる外側表面（例えば表面３０）上の流体２５も、吸湿材料１０中に吸収し得る。
吸湿材料１０は、例えば、交通手段およびビル建造物、水路、およびインフラなどの土木工事など、いずれかの適切な用途で使用され得る。例えば、図６に示されるように、吸湿材料１０は浸食軽減システム８５で使用され得る。吸湿材料１０は橋台９０および基礎９５の周りに配置され得、それにより、水塊９８の水位９６の上昇による浸水の場合、橋の下部構造の浸食を軽減する。
産業上の利用可能性
吸湿材料１０は、流体の吸収を伴ういずれかの適切な構築および構造的用途で使用され得る。例えば、吸湿材料１０は、セメント質材料が使用されおよび／または水が吸収される、例えば交通手段およびビル建造物、水路、およびインフラなど、いずれかの構造的用途で使用され得る。同じく、例えば、吸湿材料１０は、例えば波止場、堤防、水路および重力擁壁など、浸食を軽減するための構築用途で使用され得る。
図７は吸湿材料１０を使用するための方法を示す。ステップ１００において、吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、吸湿材料１０は、型枠２８ありまたはなしで、混合することなく、乾燥した状態で配置される。代替的に、吸湿材料１０が混合セメント質材料であるとき、吸湿材料１０は、型枠２８を使用して、混合物として配置される。吸湿材料１０が型枠２８を使用することなく混合物として配置され得ることも考えられる。図６に示されるように、吸湿材料１０は、例えば橋台など、適切な場所に配置される。
図７を参照し直すと、ステップ１０５において、吸湿材料１０の表面３０が流体２５に曝される。流体２５は表面３０の部分３５と接触する。例えば、流体２５は、雨水または建設作業員によって噴霧される軽質の水の霧または建築用化合物であり得る。吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、部分３５の吸湿材料は、流体２５によって接触されたあと、水和された状態になる。吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、部分３５は部分４０を構造的に保持し、および吸湿材料１０が外力によって妨害されることを実質的に防止する。例えば、図６に示される水塊９８の水位９６が上昇する場合、部分３５は吸湿材料１０が洗い流されることを実質的に防止する。代替的に、吸湿材料１０が混合セメント質材料であるとき、部分３５および４０の両方が流体２５からの接触ありまたはなしで水和反応を経験する。
吸湿材料１０の水和反応の間、吸収材料１５は流体２５の自由分子を運び、それにより吸湿材料１０全体に水和反応プロセスを広げる。吸収材料１５は水和反応の後流体２５を保持し続け、それにより流体２５が吸収材料１５に吸収されるとき、吸湿材料１０の重量を増大する。吸収材料１５からの流体２５の蒸発または他の除去が起こり得る時点まで、吸収材料１５は水和反応の後流体２５を保持し続ける。蒸発が起こり、吸収材料１５から実質的に全ての流体２５が蒸発すると、吸収材料１５は乾燥した状態になる。続いて、流体２５が再び吸収材料１５中に移動すると、吸収材料１５は流体２５を再度吸収する。例えば、吸収材料１５が略全体に乾燥または部分的に乾燥している場合、吸収材料１５は流体２５を再度吸収し得る。吸収材料１５は、吸湿材料１０中の流体２５の存在、移動および／または蒸発に基づいて、流体２５を吸収し放出するサイクルを続ける。流体２５はまた、吸湿材料１０の水和反応中に吸収材料１５から除去され得る。例えば真空または吸湿材料１０から流体２５を除去するための適切な他の措置に曝されるなど、蒸発以外の他の方法によって、流体２５が吸収材料１５から除去され得ることが考えられる。
図７を参照し直すと、ステップ１１０において、流体２５によって接触される吸湿材料１０の部分は、流体２５が吸湿材料１０の中にさらに移動するにつれて、部分４５まで増大する。流体２５は例えば吸湿材料１０中に浸透する雨水であり得る。同じく例えば、流体２５は、図６に示される水位９６が上昇する場合、水塊９８の一部であり得る。吸収材料１５は吸湿材料１０の水和マトリックス内で固定される。流路システム７０の複数の流路７５が、吸湿材料１０の水和マトリックス内に固定された吸収材料１５内に形成される。流路７５の数は増大し、流路システム７０はサイズが拡張し、部分４５全体に広がる。吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、流体２５の一部により部分４５は水和される。吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、部分４５は部分５０を構造的に保持し、吸湿材料１０が外力によって妨害されることを実質的に防止する。代替的に、吸湿材料１０が混合セメント質材料であるとき、部分４５および５０の両方は流体２５からの接触ありまたはなしで水和反応を経験する。同じく、流体２５の一部は、以下でステップ１２５において考察されるように、吸収材料１５によって吸収される。さらに、流体２５の一部は、以下で考察されるように、圧力下に流路システム７０の複数の流路７５の中を移動する。
ステップ１１５において、流体２５によって接触される吸湿材料１０の部分は、流体２５が吸湿材料１０の中にさらに移動するにつれて、部分５５まで増大する。吸収材料１５は吸湿材料１０の部分５５の拡大した水和マトリックス内で固定される。流路７５の数は増大し、流路システム７０はサイズが拡張し、部分５５全体に広がる。吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、流体２５の一部により部分５５は水和される。吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、部分５５は部分６０を構造的に保持し、吸湿材料１０が外力によって妨害されることを実質的に防止する。代替的に、吸湿材料１０が混合セメント質材料であるとき、部分５５および６０の両方は流体２５からの接触ありまたはなしで水和反応を経験する。同じく、流体２５の一部は、以下でステップ１４０において考察されるように、吸湿材料１０の水和マトリックス内に固定された吸収材料１５によって吸収される。さらに、流体２５の一部は、以下で考察されるように、圧力下に流路システム７０の複数の流路７５の中を移動する。
ステップ１２０において、流体２５によって接触される吸湿材料１０の部分は、流体２５が吸湿材料１０の実質的に全体にわたり移動するにつれて、部分６５まで増大する。吸収材料１５は吸湿材料１０の部分６５の拡大した水和マトリックス内で固定される。流路７５の数は増大し、流路システム７０はサイズが拡張し、部分６５全体に広がる。吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、流体２５の一部により部分６５は水和される。代替的に、吸湿材料１０が混合セメント質材料であるとき、部分６５は流体２５からの接触ありまたはなしで水和反応を経験する。同じく、流体２５の一部は、以下でステップ１５５において考察されるように、吸湿材料１０の水和マトリックス内に固定された吸収材料１５によって吸収される。さらに、流体２５の一部は、以下で考察されるように、圧力下に流路システム７０の複数の流路７５の中を移動する。
吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、ステップ１０５、１１０、１１５および１２０において上に記載したプロセスの一部は、流体２５が吸湿材料１０の中を移動する期間に依存して、ほぼ同時に起こり得ることが考えられる。例えば、流体２５が吸湿材料１０中を素早く移動する場合、ステップ１０５、１１０、１１５および１２０において上に記載したプロセスの多くは、吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、ほぼ同時に起こり得る。代替的に、例えば、流体２５が吸湿材料１０中をゆっくり移動するとき、ステップ１０５、１１０、１１５および１２０において上に記載したプロセスは、吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、別々の時間に連続的に起こり得る（以下でさらに説明される）。
吸湿材料１０の水和マトリックスは経時的に強度を得る。例えば、吸湿材料１０の水和マトリックスは、数千ｐｓｉ（ｌｂｓ／ｉｎ２）の圧縮強度に達する固化マスコンクリートであり得る。例えば、吸湿材料１０の水和マトリックスは、約１，５００ｐｓｉ〜約５，０００ｐｓｉの間の圧縮強度に達し得る。
ステップ１２５において、およびステップ１１５に関連して上述したように、流体２５の一部は、吸湿材料１０の部分４５の水和マトリックス中に固定された吸収材料１５によって吸収される。吸収材料１５が流体２５を吸収するとき、吸収材料１５の重量は増大し、それにより吸湿材料１０の重量を増大する。流体２５が吸収材料１５によって吸収されるまたは吸収材料１５から除去されるとき、吸湿材料１０の水和マトリックスの体積またはサイズは実質的に同じままである（例えば初期のわずかな拡張および／または収縮を除く）。従って、流体２５が吸湿材料１０の吸収材料１５に吸収されるとき、吸湿材料１０の重量は増大する（流体２５が吸収されるとき吸湿材料１０の水和マトリックスの体積またはサイズが実質的に一定のままであるため）。同様に、流体２５が吸湿材料１０の吸収材料１５から除去されるとき、吸湿材料１０の重量は低減する（流体２５が除去されるとき吸湿材料１０の水和マトリックスの体積またはサイズが実質的に一定のままであるため）。３つの事象の内の１つがステップ１２５に関連して起こり得る。第１の事例において、部分４５の吸収材料１５は流体２５の一定量を保持し、それによって一定の重量を維持する（例えば、吸収材料１５はステップ１２５の重量のままである）。第２の事例において、部分４５の吸収材料１５は流体２５を放出し、それにより重量が低減し、吸湿材料１０の重量を低減する。この第２の事例において、流体２５は例えば流路システム７０を経由した吸湿材料１０に隣接する空気中への蒸発によって、吸収材料１５から除去される。この第２の事例において、部分４５の吸収材料１５は、実質的に乾燥した状態に戻り得る（例えば、図７に示されるようにステップ１２５からステップ１１０に戻る）。第３の事例において、追加の流体２５が吸湿材料１０の部分４５の水和マトリックス内に固定された吸収材料１５によって吸収される（例えば、図７に示されるようにステップ１２５からステップ１３０へ移動する）。吸収材料１５はステップ１１０、１２５、１３０および１３５の間で様々な量の流体２５を吸収または放出し得ることも考えられる（例えば、図７に示されるように、流体２５を放出しステップ１２５から１１０へ移動するが、ステップ１１０に達する前に流体２５を再度吸収し始め、代わりにステップ１２５に戻る）。
ステップ１３０において、吸収材料１５は追加の流体２５を吸収したので、吸収材料１５の重量はさらに増大し、それによって吸湿材料１０の重量をさらに増大する。ステップ１２５に関して上に記載した３つの事例の事象と同様の３つの事象の内の１つが続いて起こり得る：流体２５の実質的に一定の量が保持されそれによって一定の重量が維持される；流体２５が放出され、吸収材料１５の重量が低減し、ステップ１２５の重量に達し得る（例えば、図７に示されるようにステップ１３０からステップ１２５に戻る）；または追加の流体２５が吸湿材料１０の部分４５の水和マトリックス内に固定された吸収材料１５によって吸収される（例えば、図７に示されるようにステップ１３０からステップ１３５へ移動する）。
ステップ１３５において、吸湿材料１０の部分４５の水和マトリックス内に固定された吸収材料１５は最大量の流体２５を吸収した。ステップ１３５の吸収材料１５の重量は従ってステップ１３０の吸収材料１５の重量を上回る。吸収材料１５は、最大量の流体２５を保持することにより一定の重量のままであるか、流体２５が放出され吸収材料１５の重量が低減しステップ１３０の重量に達し得る（例えば、図７に示されるようにステップ１３５からステップ１３０へ戻る）、のどちらかである。
ステップ１２５、１３０および１３５の間、流体２５は、流路システム７０中も移動し得る、または部分５５の中へも移動し得る。
部分５５に関するステップ１４０、１４５および１５０は部分４５に関する上のステップ１２５、１３０および１３５と同様である。従って、ステップ１４０、１４５および１５０において、可変量の流体２５が吸湿材料１０の部分５５の水和マトリックス内に固定された吸収材料１５によって吸収される。ステップ１４０、１４５および１５０の間、流体２５は流路システム７０中も移動し得る、または部分６５の中へも移動し得る。
部分６５に関するステップ１５５、１６０および１６５は部分４５に関する上のステップ１２５、１３０および１３５と同様である。従って、ステップ１５５、１６０および１６５において、可変量の流体２５が吸湿材料１０の部分６５の水和マトリックス内に固定された吸収材料１５によって吸収される。ステップ１５５、１６０および１６５の間、流体２５は流路システム７０を経由して吸湿材料１０の実質的に全体にわたって移動し得る。
従って、吸湿材料１０が非混合セメント質材料の場合、流体２５との接触により水和マトリックスのサイズが増大するとき、様々な量の流体２５が吸湿材料１０中を移動し得る（例えば、部分４５、５５および６５）。同じく、吸湿材料１０が非混合セメント質材料または混合セメント質材料であるとき、様々な量の流体２５が吸収材料１５によって吸収される。
例えば、吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、吸湿材料１０は実質的に乾燥した状態であり得る（例えばステップ１００）。同じく、例えば、吸湿材料１０は、部分的に水和した状態（例えば、吸湿材料１０のいくつかの部分は水和反応される）であり得る、または、略全体に水和した状態であり得、この際、吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、吸収材料１５は流体２５を実質的に吸収していない（例えばステップ１０５、１１０、１１５および１２０）。加えて、例えば、吸湿材料１０は部分的に水和された状態であり得（例えば、吸湿材料１０のいくつかの部分は水和反応される）、この際、吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、吸収材料１５は部分的に吸収された流体２５だけを有する（例えばステップ１２５、１３０、１４０および１４５）。同じく、例えば、吸湿材料１０は部分的に水和した状態（例えば、吸湿材料１０のいくつかの部分は水和反応される）であり得、この際、吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、吸収材料１５は実質的に完全に吸収された流体２５を最大量まで有する（例えばステップ１３５および１５０）。さらに、例えば、吸湿材料１０は略全体に水和された状態であり得、この際、吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、吸収材料１５は部分的に吸収された流体２５だけを有する（例えばステップ１５５および１６０）。加えて、例えば、吸湿材料１０は略全体に水和された状態であり得、この際、吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、吸収材料１５は実質的に完全に吸収された流体２５を最大量まで有する（例えばステップ１６５）。
代替的に、例えば、吸湿材料１０が混合セメント質材料であるとき、吸湿材料１０は水和しつつあるか略全体に水和された状態であり得、この際、吸収材料１５は実質的に流体２５を含まない（例えば、ステップ１００、１０５、１１０、１１５および１２０）。同じく、例えば、吸湿材料１０は水和しつつあるか略全体に水和された状態であり得、この際、吸湿材料１０が混合セメント質材料であるとき、吸収材料１５は部分的に吸収された流体２５だけを有する（例えば、ステップ１２５、１３０、１４０、１４５、１５５および１６０）。さらに、例えば、吸湿材料１０は水和しつつあるか略全体に水和された状態であり得、この際、吸湿材料１０が混合セメント質材料であるとき、吸収材料１５は実質的に完全に吸収された流体２５を最大量まで有する（例えば、ステップ１３５、１５０および１６５）。
従って、図７に示されるように、吸湿材料１０の吸収材料１５は、吸湿材料１０の重量を変化するように水和反応で使用されない流体２５の様々な量を吸収し放出する。吸収材料１５が増大する量の流体２５を吸収するとき、吸湿材料１０の重量は増大する。流体２５が吸収材料１５から除去されるとき、吸湿材料１０の重量は低減する。吸収材料１５は流体２５を吸収かつ放出し得（例えば流体２５は除去される）、および流体２５を再吸収し得るので、吸収材料１５は一時的に流体２５を吸収し得る。対照的に、水和反応プロセスで使用される流体２５の一部または実質的に全ては、水和反応の後放出も除去もされない可能性があるので、一時的に吸収されない可能性がある。
流路システム７０の複数の流路７５を介した流体２５の（例えば水和反応の間の）内部移動は、吸収材料１５からの引き込み作用および／または吸湿材料１０内に配置されたセメント結合材により引き起こされる。水和反応の後、流体２５は、吸収材料１５内に形成された流路システム７０の複数の流路７５を介して引き込まれる。吸湿材料１０内に配置された吸収材料１５はウィッキング作用を介して吸湿材料１０のいずれかの外側表面（例えば表面３０）に配置された流体２５を引き込み得る。吸収材料１５の引き込み作用および／またはウィッキング作用は、高圧および低圧の様々な位置をもたらし得る（例えば、図５に示されるような高圧部分Ａおよび低圧部分Ｂ）。流体２５は流路システム７０の複数の流路７５の１つまたは複数を経由して吸収材料１５の高圧部分Ａから吸収材料１５の低圧部分Ｂまで移動する。流路システム７０を経由する異なる圧力を有する吸収材料１５の領域間の移動は、吸湿材料１０全体にわたる流体２５の吸収および移動を促す。同じく、吸湿材料１０の外側に配置された源で生成されかつ吸湿材料１０に及ぼされる外部静水圧（例えば、それは吸湿材料１０内に配置された流体２５の圧力を上回る圧力である）が、吸湿材料１０中に流体２５（外部静水圧を下回る圧力である）を移動する流路システム７０内の加圧システムを形成し得ることも考えられる。例えば、外部静水圧Ｐは、図５に示されるように、流体２５を移動する流路システム７０内に加圧システムを形成し得る。
流路システム７０の複数の流路７５は、水和反応の前、間および後、従来のセメント質材料よりも比較的長い期間にわたり吸湿材料１０内に流体２５を保持する複雑な流路網を形成する。流路システム７０は従来のセメント質材料よりも比較的長い期間にわたり吸湿材料１０内に流体２５を保持するので、吸湿材料１０の重量は、この増大された流体２５の保持により、従来のセメント質材料と比べて、さらに増大される。
吸湿材料１０は、乾燥した状態で使用されるとき（例えば非混合）、水和反応の間、より少ない熱を生成し得、従って、従来のセメント質材料の水和反応と比較した場合、吸湿材料１０の比較的より少ない亀裂および／または破壊をもたらし得る。流体２５は流路７５を経由して移動し、それにより、吸湿材料１０内に配置された非水和結合材と接触し、その非水和結合材の水和反応を開始する。このプロセスは流体２５の移動（例えば、移動の速さおよび／または移動の方向）に基づくので水和反応プロセスは連続的に起こり得（例えば全て同時でなく）、それにより、水和反応プロセスによって生じる熱の量を低減する。従って、水和反応の間に生成される熱は低減され得、それによって、水和反応の間、吸湿材料１０で生じる破壊および／または亀裂の量を低減する。従って、従来のセメント質材料と比べて、水和反応の間、より少ない破壊および／または亀裂が吸湿材料１０にもたらされ得る。
図６に示される水塊９８の水位９６が上昇する場合、例えば、流体２５は水塊９８によってもたらされ得る。吸湿材料１０が非混合セメント質材料であるとき、吸湿材料１０のいくつかの部分はあらかじめ水和され（例えば、部分３５、４５および／または６５）、その結果、水和された表面部分は、非水和部分（例えば部分４０、５０、６０）を、洗い流されることに抗って適所に保持する。代替的に、吸湿材料１０が混合セメント質材料であるとき、吸湿材料１０の実質的に全ての部分が、流体２５からの接触ありまたはなしで水和反応を経験する。水塊９８は、吸湿材料１０が非混合セメント質材料または混合セメント質材料であるとき、吸湿材料１０中に移動する流体２５を提供する。吸湿材料１０は強度を得て、上に記載したように重量を増大し、外力に抵抗する能力を増大し、それによって、図６に示される橋台９０および／または基礎９５の浸食を軽減する。図６に示されるように、吸湿材料１０は、潜在的洗掘高さ９４の下に配置され得る。潜在的洗掘高さ９４は、所与の構造または位置に対して経験的に決定され得る設計された洗い流し限界であり得る。図６に示されるように、潜在的洗掘高さ９４の下に配置された、設置された吸湿材料１０は、水塊９８の増大した流れによって引き起こされる浸食の間、橋台９０および／または基礎９５を洗掘から保護し得る。
吸湿材料１０の吸収材料１５は流体２５の吸収および再吸収に基づいて重量が増大し得るので、吸湿材料１０は外力に抵抗するように重量が増大し得る。従って、吸湿材料１０は、例えば流水、海洋潮、および／または増水などの外力によって引き起こされる浸食を軽減し得る。同じく、吸湿材料１０は迅速に配置され得、および、例えば流水、海洋潮、および／または増水など、浸食をもたらす外力を引き起こし得る液体を含み得る流体２５に曝されると、強度および重量をすぐに取得し得る。吸湿材料１０は従って重量を増大するために流体２５を吸収および／または再吸収し得、それによって、例えば海岸領域、構造的基礎および橋台、川の土手、低い土壌、高い地下水面を有する地域、および浸水する平原に位置する地域など、所望の場所で侵食を軽減すべく、外力に抵抗する能力を増大する。
開示されるセメント質材料およびセメント質材料を使用する方法に様々な修正および変更を施すことができることは当業者に明らかであろう。他の実施形態は、明細書の熟考および開示される方法および材料の実践から、当業者に明らかになるであろう。明細書および例は単に例証とみなすべきであり真の範囲は以下の請求項およびそれらの均等物によって示されることが意図される。

Claims (20)

  1. セメント質材料を提供するステップであって、前記セメント質材料が吸収材料を含むステップと、
    前記セメント質材料の水和反応の間、流体を前記吸収材料中に吸収するステップと、
    前記セメント質材料の水和反応の後、前記流体を前記吸収材料中に保持するステップと
    を含む方法。
  2. 前記セメント質材料の水和反応の後で前記流体を前記吸収材料中に保持するステップの後、前記流体の実質的に全てを前記吸収材料から除去するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記流体が前記吸収材料中に吸収されるとき前記セメント質材料の重量が増大する、請求項１に記載の方法。
  4. 前記流体が前記吸収材料から除去されるとき前記セメント質材料の重量が低減する、請求項２に記載の方法。
  5. 前記流体の実質的に全てを除去した後、前記流体または別の流体を前記吸収材料中に再吸収するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
  6. 前記流体を前記吸収材料から除去するステップが前記吸収材料からの前記流体の蒸発を含む、請求項２に記載の方法。
  7. 前記セメント質材料がコンクリートであり、
    前記流体が水である、
    請求項１に記載の方法。
  8. 前記セメント質材料が非混合コンクリートである、請求項１に記載の方法。
  9. 前記吸収材料が、天然繊維、合成繊維、マイクロファイバ、および管状材料の少なくとも１つを含む超吸収性材料を含む、請求項１に記載の方法。
  10. 水和状態のコンクリート材料を含む材料であって、前記コンクリート材料が、
    前記コンクリート材料全体に分散された超吸収性材料と、
    骨材と
    を含み、
    前記超吸収性材料が、前記コンクリート材料中に延在する複数の流路を含み、
    前記超吸収性材料が前記骨材よりも高い吸収性を有する、材料。
  11. 前記超吸収性材料が、天然繊維、合成繊維、マイクロファイバ、および管状材料の少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の材料。
  12. 前記超吸収性材料が、セルロース繊維、綿および紙の少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の材料。
  13. 前記コンクリート材料が非混合コンクリートである、請求項１０に記載の材料。
  14. 前記コンクリート材料が混合コンクリートである、請求項１０に記載の材料。
  15. 前記コンクリート材料が無筋マスコンクリートである、請求項１０に記載の材料。
  16. セメント質材料を提供するステップであって、前記セメント質材料が吸収材料を含むステップと、
    前記セメント質材料の水和反応の間、流体を前記吸収材料中に吸収するステップと、
    前記セメント質材料の水和反応の間、前記流体を前記吸収材料を通して移動するステップと、
    前記セメント質材料の水和反応の後、前記流体を前記吸収材料中に保持するステップと
    を含む方法。
  17. 前記セメント質材料の水和反応の後、外部静水圧を使用して前記流体を前記吸収材料を通して移動するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記流体が前記吸収材料中に吸収されるとき前記セメント質材料の重量が増大する、請求項１６に記載の方法。
  19. 前記セメント質材料の水和反応の後で前記流体を前記吸収材料中に保持するステップの後、前記流体の実質的に全てを前記吸収材料から除去するステップと、
    前記流体の実質的に全てを除去した後、前記流体または別の流体を前記吸収材料中に再吸収するステップと
    をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
  20. 前記流体が前記吸収材料から除去されるとき前記セメント質材料の重量が低減する、請求項１９に記載の方法。
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