JP2018514500A - 非ポルトランドのセメント系材料の作製及び適用の為のシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
建材を塗布する為のシステム及び方法を提供する。この方法は、高炉スラグ材料、ジオポリマー材料、アルカリ系粉体、及び砂を、バッチング及び混合装置にて混合して非ポルトランドセメント系材料を生成する工程を含み得る。また、この方法は、前記非ポルトランドセメント系材料を、前記混合装置から、導管を介してノズルに移送し、そして、前記ノズルにて、前記移送された非ポルトランドセメント系材料を液体と組み合わせて、部分的に液化された非ポルトランドセメント系材料を生成する工程も含み得る。さらに、この方法は、前記部分的に液化された非ポルトランドセメント系材料を、空気圧を用いて面に塗布する工程も含み得る。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年５月６日に米国特許商標庁に出願された米国特許出願第１４／７０５，５３４号に対する優先権を主張する。この開示の全てを援用して本明細書の記載の一部とする。
本出願は、２０１５年５月６日に米国特許商標庁に出願された米国特許出願第１４／７０５，５３４号に対する優先権を主張する。この開示の全てを援用して本明細書の記載の一部とする。
本開示は、建設材料に関し、より詳細には、建設材料の作製及び塗布方法に関する。
下水管の修復並びにコンクリートの修復及び構築分野における既存の方法は、修復又は構築が必要な面に向けて空気圧により投射されるショットクリートの塗布を含み得る。このショットクリートは、基本コンクリートに含まれる材料、例えば、砂、ポルトランドセメント、及び液体を含む。特定の作業現場において、このショットクリートは、乾式混合又は湿式混合のいずれかの形態であり得る。用語「乾式混合」は、一般的に、乾燥状態での材料の一部又は全部を、ホースを介してノズルに空気圧移動させ、ノズルにて作業者が、液体の乾燥混合物への付加を制御し、次いで、混合された物質を投射する工程を含む。反対に、用語「湿式混合」は、一般的に、予め混合されている、液体を含むコンクリートを、投射前にホースを通して移動させる工程を含む。
幾つかの企業が、幾らかの利益を得る為に、ショットクリートの材料組成を変更しようとしてきた。従って、幾つかの方法は、ジオポリマーの使用を含み得る。しかし、これらの材料は、しばしば、これらの製品に固有の有機材料が原因で、腐食され易い。例えば、ミリケン（Milliken）社（登録商標）は、様々な製品を、ＧｅｏＳｐｒａｙＴＭ及びＧｅｏＳｐｒａｙＴＭＡＭＳの製品ラインで製造している。ＡＭＳ製品は、ＧｅｏＳｐｒａｙＴＭ製品の前処理及び／又は後処理品として用いられ得る。ＧｅｏＳｐｒａｙは、ポルトランドセメント系であり、含まれるジオポリマーの割合が非常に小さい。この混合物は酸安定性ではない。ＡＭＳは、ポルトランドセメント系コンクリートへの酸の影響、及び、ポルトランドセメント系材料で生じる微生物誘発腐食に対して有効な有機物を含む。
第１の実施態様において、建材を塗布する為の方法が提供される。この方法は、高炉スラグ材料、ジオポリマー材料、アルカリ系粉体、及び砂を、バッチング及び混合装置にて混合して非ポルトランドセメント系材料を生成する工程を含み得る。また、この方法は、前記非ポルトランドセメント系材料を、前記バッチング及び混合装置から、導管を介してノズルに移送し、そして、前記ノズルにて、前記移送された非ポルトランドセメント系材料を液体と組み合わせて、部分的に液化された非ポルトランドセメント系材料を生成する工程も含み得る。さらに、この方法は、前記部分的に液化された非ポルトランドセメント系材料を、空気圧を用いて面に塗布する工程も含み得る。
以下の特徴の１以上が含まれ得る。幾つかの実施形態において、前記ジオポリマー材料が、火山岩粉又は軽石の少なくとも一方である。前記アルカリ系粉体がケイ酸塩を含み得る。混合する工程が乾式混合として行われ得る。前記非ポルトランドセメント系材料が無機物であり得る。前記混合する工程が、移動式のバッチング及び混合車両にて行われ得る。前記非ポルトランドセメント系材料が、粘土、片麻岩、花崗岩、石英粗面岩、安山岩、ピクライト、カリウム長石、曹長石、軽石、又はゼオライトのうちの少なくとも１つを含み得る。前記混合する工程が、前記非ポルトランドセメント系材料を前記バッチング及び混合装置から受け取るように構成されたポータブルガンにて混合する工程を含み得る。前記非ポルトランドセメント系材料の構成要素が、約２５００〜５０００ｃｍ２／ｇのブレーン微細値を含み得る。
別の実施形態において、建材を塗布する為のシステムが提供される。このシステムは、高炉スラグ材料、ジオポリマー材料、アルカリ系粉体、及び砂をバッチ処理及び混合して非ポルトランドセメント系材料を生成するように構成された、バッチング及び混合装置を含み得る。また、このシステムは、前記バッチング及び混合装置から前記非ポルトランドセメント系材料を移送するように構成された導管も含み得る。さらに、このシステムは、前記非ポルトランドセメント系材料を受け取るように、そして、前記移送された非ポルトランドセメント系材料を液体と組み合わせて、部分的に液化された非ポルトランドセメント系材料を生成するように構成されたノズルも含み得る。前記ノズルは、さらに、前記部分的に液化された非ポルトランドセメント系材料を、空気圧を用いて面に塗布するように構成されている。
以下の特徴の１以上が含まれ得る。幾つかの実施形態において、前記ジオポリマー材料が、火山岩粉又は軽石の少なくとも一方であり得る。前記アルカリ系粉体がケイ酸塩を含み得る。混合する工程が乾式混合として行われ得る。前記非ポルトランドセメント系材料が無機物であり得る。前記混合する工程が、移動式のバッチング及び混合車両にて行われ得る。前記非ポルトランドセメント系材料が、粘土、片麻岩、花崗岩、石英粗面岩、安山岩、ピクライト、カリウム長石、曹長石、軽石、又はゼオライトのうちの少なくとも１つを含み得る。前記混合する工程が、前記非ポルトランドセメント系材料を前記バッチング及び混合装置から受け取るように構成されたポータブルガンにて混合する工程を含み得る。前記非ポルトランドセメント系材料の構成要素が、約２５００〜５０００ｃｍ２／ｇのブレーン微細値を含み得る。
別の実施態様において、非ポルトランドセメント系建材が提供される。当該非ポルトランドセメント系建材は、高炉スラグ材、火山岩粉、アルカリ系粉体、及び、砂であり得る。幾つかの実施形態において、前記アルカリ系粉体はケイ酸塩であり得る。
１以上の実施形態の詳細を、添付図面、及び、以下の説明に記載する。その他の特徴及び利点も、詳細な説明、図面、及び、特許請求の範囲から明らかになろう。
異なる図面における類似の参照番号は、類似の要素を示し得る。
本開示の実施形態は、アルカリ活性化結合剤を有する建材（すなわち、非ポルトランドセメント系）、及び、その作製及び塗布の為のシステム及び方法に関する。本明細書に含まれる例の多くを、コンクリートの修復の文脈で論じるが、本明細書に記載される建材が任意の適切な用途に用いられ得ることに留意すべきである。これらの幾つかは、下水管の修復事業、酸による攻撃を受けるコンクリート構造物を含み得るが、これらに限定されない。
図１を参照すると、多数の容器、コンパートメント、及びこれらに関連する装置を有する移動式のバッチング及び混合(batching and mixing)車両１００が示されている。幾つかの実施形態において、車両１００は、砂又はその他の材料を保管するように構成され得る第１の容器１０２を含み得る。保管ユニット１０４は、水又はその他の液体を保管するように構成され得る。車両１００は、さらに、バッチング及び混合装置１０６を含み得る。装置１０６は多数の部品を含み得、それらの幾つかは、第２の容器１０８、調節可能な配送機構１１０、及び、ポータブルガン２１２を含み得るが、これらに限定されない。図２に示されているように、ポータブルガン２１２は、導管又はホース２１６を介してノズル２１４に接続され得る。
幾つかの実施形態において、移動式のバッチング及び混合車両１００は、非ポルトランドセメント系の建材をバッチ処理、混合、及び塗布するように構成され得る。この材料は、車両にて（例えば、バッチング及び混合装置１０６内で）、又は、第２容器１０８内に配置される前に、バッチ処理及び混合され得る。この材料はノズル２１４に移送されることができ、ノズル２１４にて、保管ユニット１０４からの液体と、構築又は修理が必要な面に塗布される前に混合され得る。非ポルトランドセメント系建材の詳細に関し、本文以下に、さらに詳細に説明する。
幾つかの実施形態において、本明細書に記載する非ポルトランドセメント系建材は、既存の材料と比較して、より高い強度値、無機酸及び有機酸に対する高い耐性及び無反応性、さらに、高い初期強度値を有し得る。材料は、高炉スラグ材料、ジオポリマー材料、アルカリ系粉体、及び砂から成る乾燥混合物を含み得、これらの材料を、バッチング及び混合装置で混合して、非ポルトランドセメント系材料を生成し得る。
幾つかの実施形態において、非ポルトランドセメント系建材は、様々なタイプのジオポリマー材料を含み得る。これらの材料の幾つかは、限定はしないが、ポゾラン材料を含む。これらの材料は、強アルカリと反応し、また、砂（サンド）及び／又は粗砂（グリット）と混合され得る。幾つかの実施形態において、ポゾラン材料は、活性ケイ酸塩、例えば、スラグサンド又はフライアッシュを含み得る。火山岩などの天然材料も用いられ得るが、その場合、より低い比率で微粉末として用いることが望ましいであろう。本明細書で使用する用語「フライアッシュ」は、非天然ポゾランを示し得る。
幾つかの実施形態において、非ポルトランドセメント系建材は、任意の個数のポゾラン材料を含み得る。それらの幾つかは、微粉砕された粘土、片麻岩、花崗岩、石英粗面岩、安山岩（アンデサイト）、ピクライト、カリウム長石、曹長石、軽石、ゼオライトなど、並びにこれらの混合物を含み得るが、これらに限定されない。これらの材料は、焼成及び／又は非焼成された微粉砕形態で使用され得る。追加的に及び／又は代替的に、十分な量の反応性（例えば、準安定性、ガラス状）の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を含む全ての原材料（アッシュ、ポゾラン、スラグを含むがこれらに限定されない）も、本開示の実施形態に適し得る。
幾つかの実施形態において、非ポルトランドセメント系建材は、アルカリ系粉体材料、及び／又は、様々な混合液を含み得る。幾つかの可能な混合液は、カリウム水ガラス及びナトリウム水ガラス、アルカリ水酸化物などを含み得るが、これらに限定されない。
幾つかの実施形態において、二酸化ケイ素／酸化アルミニウム含有成分とアルカリ混合液との間の反応が、３次元構造を有するアルミノケイ酸塩を生じ得る。これらの骨格構造が、化合物中にポルトランドセメントを必要としない建材の作製を可能にする。
作業中、原材料は、完全にバッチ処理及び混合され（例えば、全体又は一部が車両１００にて）、次いで、ポータブルガン２１２に配送され得る。非ポルトランドセメント系建材は、導管２１６内の圧縮空気を介してノズル２１４に運ばれ得る。特定の一実施形態において、部分的に液化された混合物が、対象となる面に空気圧により塗布され得る前に、ケイ酸カリウム（固形成分４８％、密度１，５２ｇ／ｃｍ３、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）：Ｋ２Ｏ（酸化カリウム）重量１，１４）と、ある種の液体とが短時間（例えば、１秒未満）で添加されてノズル２１４内で完全に混合され得る。
本明細書に含まれる実施形態は、以下の材料の幾つか又は全てを含む混合物を含み得る。これらの材料は、スラグ（例えば、非天然ポゾラン、基材）、フライアッシュ（例えば、非天然ポゾラン、任意選択的に配合）、ジオポリマー（例えば、天然ポゾラン、及び、任意選択的に、粉砕された火山岩材料）、アルカリ（例えば、粉体又は液体）、水（任意選択的）を含むその他の液体、及び、砂／又は粗砂である。特定の混合物の例を以下に示すが、本明細書にて提示される特定の混合物が単に例として含まれることに留意されたい。さらなる多数の追加の代替的な実施形態も本開示の範囲内にある。
特定の一実施形態において、非ポルトランドセメント系建材は、以下の混合物から構成され得る。
表１
幾つかの実施形態において、混合物の構成要素は、約２５００〜５０００ｃｍ２／ｇのブレーン微細度を有し得る。
別の例において、非ポルトランドセメント系建材は、以下の混合物から構成され得る。
表２
別の例において、非ポルトランドセメント系建材は、以下の混合物から構成され得る。
表３
非ポルトランドセメント系建材の実施形態は、アルカリ成分と岩粉との反応時間が、粘着性化合物を生成するのに十分であった為、予想外の結果になった。多数の試験の全体を通じて、この化合物が、鉛直面に非常に良好に付着し、密着結合を構築し、そして、３日以内に５０Ｎ／ｍｍ２（８０００ｐｓｉ）を超える圧縮強度値で硬化すること分かった。
本明細書で用いた用語は、特定の実施形態を説明する為に過ぎず、本開示を限定することを意図されていない。本明細書で用いた単数形「１つの」(“a”)，(“an”)及び「その」(“the”)は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数形も含むことが意図されている。また、用語「含む」(“comprises”)及び／又は(“comprising”)は、本明細書で使用する場合、記載された特徴、整数、工程、動作、要素、及び／又は部品の存在を特定するが、その他の特徴、整数、工程、動作、要素、部品、及び／又はそれらの群の１以上の存在も追加も排除しないことが理解されよう。
以下の請求項における全ての手段又は工程・プラス・ファンクション要素の対応する構造，材料，作用，及び等価物は、具体的に請求されているその他のクレームの要素と組み合わせて機能を果たす為のいずれの構造、材料，又は作用も含むものとする。本開示の記載は、例示及び説明を目的として提示されているが、網羅的であることも、開示された形態の開示に限定されることも意図されていない。本開示の範囲及び精神から逸脱しない多くの修正及び変型が、当業者には明らかであろう。実施形態は、本発明の原理及び実際の使用を最良に説明する為に、また、他の当業者が、想定される特定の用途に適するような様々な改変を伴う様々な実施形態の為に本開示を理解できるように選択及び記載されている。
以上に、本出願の開示を、詳細に、且つ、本発明の実施形態を参照しつつ記載してきたが、添付の特許請求の範囲に定義されている開示の範囲から逸脱しない改変及び変更が可能であることが明らかであろう。
１００ 移動式のバッチング及び混合車両
１０２ 第１の容器
１０４ 保管ユニット
１０６ バッチング及び混合装置
１０８ 第２の容器
１１０ 調節可能な配送機構
２１２ ポータブルガン
２１４ ノズル
２１６ 導管
１０２ 第１の容器
１０４ 保管ユニット
１０６ バッチング及び混合装置
１０８ 第２の容器
１１０ 調節可能な配送機構
２１２ ポータブルガン
２１４ ノズル
２１６ 導管
Claims (20)
- 建材を塗布する方法であって、
高炉スラグ材料、ジオポリマー材料、アルカリ、及び砂を、バッチング及び混合装置にて混合して、非ポルトランドセメント系材料を生成する工程と、
前記非ポルトランドセメント系材料を前記バッチング及び混合装置から、導管を介してノズルに移送する工程と、
前記ノズルにて、前記移送された非ポルトランドセメント系材料を液体と組み合わせて、部分的に液化された非ポルトランドセメント系材料を生成する工程と、
前記部分的に液化された非ポルトランドセメント系材料を、空気圧を用いて面に塗布する工程とを含む、方法。 - 前記ジオポリマー材料が、火山岩粉又は軽石を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記アルカリ系粉体がケイ酸塩を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記バッチング及び混合する工程が、乾式混合又は湿式混合の少なくとも一方として行われる、請求項１に記載の方法。
- 前記非ポルトランドセメント系材料が無機物である、請求項１に記載の方法。
- 前記混合する工程が、移動式のバッチング及び混合車両にて行われる、請求項１に記載の方法。
- 前記非ポルトランドセメント系材料が、粘土、片麻岩、花崗岩、石英粗面岩、安山岩、ピクライト、カリウム長石、曹長石、軽石、及びゼオライトのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記混合する工程が、前記非ポルトランドセメント系材料を前記バッチング及び混合装置から受け取るように構成されたポータブルガンにて混合する工程を含む、請求項６に記載の方法。
- 前記非ポルトランドセメント系材料の前記構成要素が、約２５００〜５０００ｃｍ２／ｇのブレーン微細値を有する、請求項１に記載の方法。
- 建材を塗布する為のシステムであって、
高炉スラグ材料、ジオポリマー材料、アルカリ系粉体、及び砂を混合して、非ポルトランドセメント系材料を生成するように構成されたバッチング及び混合装置と、
前記バッチング及び混合装置から前記非ポルトランドセメント系材料を移送するように構成された導管と、
前記非ポルトランドセメント系材料を受け取るように、且つ、前記移送された非ポルトランドセメント系材料を液体と組み合わせて、部分的に液化された非ポルトランドセメント系材料を生成するように構成されたノズルとを備え、前記ノズルが、さらに、前記部分的に液化された非ポルトランドセメント系材料を、空気圧を用いて面に塗布するように構成されている、前記システム。 - 前記ジオポリマー材料が火山岩粉又は軽石を含む、請求項１０に記載のシステム。
- 前記アルカリ系粉体がケイ酸塩を含む、請求項１０に記載のシステム。
- 前記バッチング及び混合する工程が、乾式混合又は湿式混合の少なくとも一方として行われる、請求項１０に記載のシステム。
- 前記非ポルトランドセメント系材料が無機物である、請求項１０に記載のシステム。
- 前記バッチング及び混合する工程が、移動式のバッチング及び混合車両にて行われる、請求項１０に記載のシステム。
- 前記非ポルトランドセメント系材料が、粘土、片麻岩、花崗岩、石英粗面岩、安山岩、ピクライト、カリウム長石、曹長石、軽石、及びゼオライトのうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載のシステム。
- 前記混合する工程が、前記非ポルトランドセメント系材料を前記バッチング及び混合装置から受け取るように構成されたポータブルガンにて混合する工程を含む、請求項１５に記載のシステム。
- 前記非ポルトランドセメント系材料の前記構成要素が、約２５００〜５０００ｃｍ２／ｇのブレーン微細値を有する、請求項１０に記載のシステム。
- 高炉スラグ材料と、
火山岩粉と、
アルカリ系粉末と、
砂と、を含む、
無機の非ポルトランドセメント系建材。 - 前記アルカリ系粉末がケイ酸塩である、請求項１９に記載の非ポルトランドセメント系建材。
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