JP2019524633A

JP2019524633A - 低温融解コンクリート

Info

Publication number: JP2019524633A
Application number: JP2019527765A
Authority: JP
Inventors: ロドニーズブロッド，; マークゲルハルト，
Original assignee: Geopolymer Solutions LLC
Current assignee: Geopolymer Solutions LLC
Priority date: 2016-08-04
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2019-09-05
Anticipated expiration: 2037-07-31
Also published as: BR112019001891A2; CA3032402C; CA3032402A1; EP3494095A1; US10196310B2; JP6761125B2; CN109790072A; US20180037505A1; AU2017306058A1; RU2721049C1; WO2018026711A1; MX2019001398A; KR102254293B1; EP3494095B1; CN109790072B; AU2017306058B2; ES2837559T3; KR20190035785A

Abstract

水と、充填材として作用するケイ素系鉱物骨材と；活性化剤として作用するナトリウムまたはカリウムのメタケイ酸塩／五水和物と；セメント質成分として作用する粒状粉砕ブラストスラグを含む鉄鋼製造からの廃棄物と；セメント質成分として作用する石炭燃焼からの高カルシウムまたは低カルシウム廃棄物（フライアッシュまたはボトムアッシュ）と；凝結遅延剤として作用する四ホウ酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム二水和物、クエン酸、またはホウ酸と；カルシウム、カリウム、マグネシウム、ナトリウム、またはアルミニウムの水酸化物を含む強化剤と；ケイ素およびアルミノケイ酸塩の濃度および関連する強度を増加させるための、アタパルジャイト、カオリン、レッド、またはその他の微細粒状高アルミノシリケート含有粘土と；水酸化物とケイ酸塩との弱い共有結合を形成し、養生プロセス中に一定の体積を維持する目的のタンパク質または合成タンパク質材料と；混合物の水分含量を減少し、また粘度を低下させる受粉シダ油と、を含有する低温融解コンクリート配合物。

Description

関連出願の相互参照
本出願は２０１６年８月４日に出願された米国非仮特許出願第１５／２２８，７８１号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、様々な建築材料を製造するために熱または他の特別な養生プロセスを必要としない、コンクリート材料およびコンクリート材料を製造する方法に関する。より詳細には、本発明は、ポルトランドセメントおよび典型的なジオポリマーセメントとは異なり、生産時の二酸化炭素および他の温室効果ガスの発生を大幅に低減する、製品およびその製造方法に関する。最も詳細には、本発明は、一次活性化剤またはｐＨ上昇剤として液体または乾燥水酸化物添加剤を使用しない低温融解コンクリートおよびセメントに関する。

建設産業などの様々な産業で使用されるセメントおよびコンクリート配合物は一般に、それらの製造のためにかなりな量のエネルギーの使用を必要とする。本発明の目的は、熱又は他の特別な養生プロセスをそれらの製造に必要としない、材料及び材料を作り出す方法を提供することである。ポルトランドセメントおよび典型的なジオポリマーセメントとは異なり、本発明の低温融解コンクリートおよびセメント配合物は、製造中の二酸化炭素および他の温室効果ガスの発生を有意に減少させる。さらに、本発明の別の利点は、既存の生産設備および方法論に組み込むことができる基本的なプロセスおよび材料を利用することである。さらなる目的は例えば、有害な気候条件（極端または変動する気候など）への曝露、極端な熱、塩化物、硫酸塩、酸などの有害な化学物質などから、構築された特徴への損傷を低減することによって、製品の品質を高めることである。

２０１５年５月７日に公開されたディアツ−ロヤ（Ｄｉａｚ−Ｌｏｙａ）らの米国特許出願公開公報第２０１５／０１２２１５４号明細書は、ポゾランセメント組成物およびその製造方法を教示している。これらのセメント組成物は、ポゾラン材料および、グリコール酸、グリセリン酸、リンゴ酸、酒石酸、マロン酸、グルタル酸、マレイン酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、または酪酸の塩に基づく活性化剤、ヘプトグルコン酸塩に基づく遅延剤、硫酸塩、糖、糖酸、リグニン、および／またはアミンに基づく促進剤を含むことができる。

２０１４年９月１８日に公開されたゴング（Ｇｏｎｇ）らの米国特許出願公開公報第２０１４／０２６４１４０号明細書は１以上のクラスＦフライアッシュ材料、１以上のゲル化エンハンサー、および１以上の硬化エンハンサーを含有する複合バインダーに関し、ここで、１以上のクラスＦフライアッシュ材料の各々は１５ｗｔ％以下の酸化カルシウムを含み、そして複合バインダーは、コンクリートのためのポルトランドセメントを含まないバインダーである。

公開された国際出願ＷＯ２０１５１９９２９１Ａ１パンフレットは、フライアッシュおよび高炉スラグを含む二酸化炭素還元型コンクリート組成物を開示している。

２０１４年１２月１１日公開のゲツァラフ（Ｇｅｔｚｌａｆ）らの米国特許出願公開公報第２０１４／０３６０７２１号明細書は、酸化カルシウムおよび遅延剤を含有する産業廃棄物を含むセメント組成物を教示している。セメント組成物はポルトランドセメントを含まない。組成物はまた、アルカリ金属酸化物、ヒドロカルボン酸、および硫酸塩化合物を含む。

２０１４年９月１１日に公開されたクロス（Ｃｒｏｓｓ）の米国特許出願公開公報第２０１４／０２５１１８６号明細書は、フライアッシュ、酸化亜鉛およびホウ酸塩を含むセメントまたはセメント質混合物に関する。ホウ酸塩化合物を凝結遅延剤として使用する。

２０１４年２月２０日に公開されたラズル（Ｒａｚｌ）の米国特許出願公開公報第２０１４／００４７９９９号明細書は酸および高温耐性セメント複合材料の製造方法に関し、ここで、マトリックスは、アルカリ活性化Ｆフライアッシュ単独、Ｆフライアッシュと粉砕スラグとの組み合わせ、または粉砕スラグ単独である。Ｆ−フライアッシュは、より低品質のアルカリ活性化セメント系を生成する。

２０１２年６月１９日に発行されたダヴィドヴィッツ（Ｄａｖｉｄｏｖｉｔｓ）らの米国特許第８，２０２，３６２号明細書は、クラスＦのアルミノケイ酸塩フライアッシュおよび高炉スラグを基礎とするジオポリマーセメントを開示している。

２０１５年１１月１２日に公開されたシャルマー（Ｃｈａｌｍｅｒｓ）らの米国特許出願公開公報第２０１５／０３２１９５４号明細書は、フライアッシュおよび粒状高炉スラグを含有するジオポリマーセメントを開示している。この出願は特に、「少なくとも１種のシリコ−アルミン酸塩材料が、フライアッシュ、ピッチストーン、高炉スラグ、粉砕ガラスまたはゼオライトのいずれか１つまたはそれらの組み合わせを含むことができる」と述べている。好ましくは、少なくとも１種のシリコアルミン酸塩材料がフライアッシュおよび粒状高炉スラグを含む。

２０１５年４月２３日に公開されたバル（Ｂａｌｌ）らの米国特許出願公開公報第２０１５／０１０７４９１号明細書は、高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＳ）および粉砕燃料灰を含有するセメント質バインダーを開示している。本出願の要約は特に、「セメント質バインダーは、高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＳ）および／または粉砕燃料灰（ＰＦＡ）を含む少なくとも９０重量％の水硬活性材料と、水硬活性材料用の活性化剤組成物中の少なくとも０．１重量％のＣａＯとを含む。セメント質バインダーは、ポルトランドセメントを含まず、したがって、より環境に優しい。バインダーは、ポリカルボキシレートエーテル（ＰＣＥ）などの超可塑剤をさらに含む。コンクリート、モルタル、グラウト、スクリードまたは下塗りは、セメント質バインダー、骨材粒子、水および超可塑剤の混合物から形成してもよい。

ピアナロ（Ｐｉａｎａｒｏ）の公開国際出願ＷＯ２０１５０８９６１１Ａ１号パンフレットは、再生ガラスから製造されたジオポリマーセメントを開示している。

先行技術の参考文献のいずれも、一次活性化剤またはｐＨ上昇剤として液体または乾燥水酸化物添加剤を使用しない低温融解コンクリートおよびセメントを教示していない。

本明細書では、様々な建築材料を製造するために熱または他の特別な養生プロセスを必要としない材料、および材料を作製する方法を開示する。本明細書に開示される材料および方法の１つの目的は少なくとも、建設産業などの産業に、ポルトランドセメントおよび典型的なジオポリマーセメントとは異なり、製造時の二酸化炭素および他の温室効果ガスの発生を大幅に低減する製品を提供することである。さらに、本発明の別の利点は、既存の生産設備や方法論に組み込むことができる基本的なプロセスおよび材料を利用することである。さらなる目的は例えば、有害な気候条件（極端なまたは変動する気候など）への曝露、極端な熱、塩化物、硫酸塩、酸などの有害な化学物質などによる、構築された特徴への損傷を低減することによって、製品の品質を高めることである。

従って、本発明の主要な目的は、潤滑剤及び活性化剤として作用する水と；充填材として働く約０．０２ｍｍふるいから６インチの範囲の種々の直径のケイ素ベースの鉱物骨材；活性化剤として働く無水または水和のナトリウムまたはカリウムのメタケイ酸塩／五水和物；セメント質成分として働く粒状粉砕ブラストスラグを含む製鋼からの廃棄物；セメント質成分として働く石炭燃焼からの高カルシウムまたは低カルシウム廃棄物（フライアッシュまたはボトムアッシュ）；凝結時間遅延剤として働く四ホウ酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム二水和物、クエン酸、またはホウ酸；強度を達成するためにバランスをとるべきカルシウム、カリウム、マグネシウム、ナトリウム、またはアルミニウムを含む金属水酸化物；アタパルジャイト、カオリン、レッド、またはその他の微細な粒状高アルミノシリケート含有粘土であって、それは、ケイ素およびアルミノケイ酸塩濃度ならびに関連強度を増加させる目的で、有機含有量および有機特性を低減または除去するために焼成または他の方法で処理される粘土；水酸化物およびケイ酸塩と弱い共有結合を形成することができ、養生プロセス中に一定の体積を維持する目的で、そしてケイ酸塩の粘着性（ｓｔｉｃｋｙ）／粘着性（ｔａｃｋｙ）特性を減らすために、水酸化物およびケイ酸塩のイオン濃度を変化させることができる、タンパク質またはタンパク質と同じ特性を達成する合成タンパク質材料；および混合物の水分含量を減少させ、粘度を下げるための受粉シダ油（pollinated fern oil）、の混合物から低温融解コンクリート配合物を提供することである。

本発明の他の目的および利点は、例示および例として、本発明の特定の実施形態が記載されている添付の図面と併せて以下の説明から明らかになるのであろう。本明細書に含まれるあらゆる図面は本明細書の一部を構成し、本発明の例示的な実施形態を含み、その様々な目的および特徴を例示する。

本発明の特定の態様、モード、実施形態、変形、および特徴は、低温融解コンクリートまたはセメントを含む組成物に関する実施形態、およびそのような組成物の製造および使用に関する方法のさらなる理解を提供するために、本明細書中に種々のレベルで詳細に記載される。

本明細書中で使用される用語「ポルトランドセメント」は通常のポルトランドセメント（ＯＰＣ）、ポルトランド、ブレンド水硬セメント、シンプルセメント、ブレンドポゾランセメント、ポゾランセメント、または他の産業上の特徴または専門用語の説明によって言及されるあらゆるセメントをいい、ここで、この材料は、鉱物骨材、軽量骨材、合成骨材、または骨材なし、水、および化学物質の組成物を固めて、硬くなる塊であって、国際コード協議会（ＩＣＣ）、米国高速道路運輸協会（ＡＡＳＨＴＯ）、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）、米国コンクリート協会（ＡＯ）、または同様の国際輸送、建築、または保守局を含むコードによって支配され得るかまたは支配され得ない構造または特徴で使用される塊に結合するために使用され得る。ポルトランドセメントは、フライアッシュおよび他のポゾランとブレンドされたもの、高カルシウム含有セメント、非硫酸塩含有セメント、硫酸塩耐性セメント、高初期強度セメント、および空気混入セメントを含む改質材料を含む。

本明細書中で使用される用語「ジオポリマーセメント」は二酸化ケイ素およびアルミニウム含有ポゾランを特徴付ける産業用語であり、ポゾランはアルカリ、アルカリ塩、アルカリ水酸化物、および酸化物によって活性化され、結合し、輸送、建築産業でまた特殊化学および／または耐熱性コンクリートとして使用される硬化材料を形成する。ジオポリマーセメントはポルトランドを含有してもしなくてもよく、最も典型的には液体水酸化物およびケイ酸塩を含有し、最も典型的には耐久特性を得るために熱処理を必要とする。

本明細書中で使用される用語「ポリビニルアルコール」は、酢酸ビニルの重合およびポリ酢酸ビニルから誘導される水溶性合成ポリマーをいう。ポリビニルアルコールは、ＰＶＡ、ＰＶＡＩ、ＰＶＯＨ、およびビニルアルコールとも呼ばれる。ポリビニルアルコールは、完全にまたは部分的に加水分解される。適切な粘度は試行バッチ試験によって決定されるが、フッ化水素酸耐性を達成する任意の粘度が適切である。

本明細書中で使用される用語「低温融解コンクリート」または「低温融解セメント」は、設けられるポゾランに固有のアルカリ、アルカリ塩、およびアルカリ水酸化物および酸化物によって活性化および結合される二酸化ケイ素およびアルミニウム含有ポゾランを特徴付ける産業用語であり、輸送、建築産業でまた特殊化学および／または耐熱性コンクリートとして使用される硬化材料を形成する。低温融解コンクリートおよびセメントは、ポルトランド材料を使用しても使用しなくてもよく、一次活性化剤またはｐＨ上昇剤として液体水酸化物添加剤を使用しない。本開示による、低温融解コンクリートまたはセメント。

本明細書中で使用される用語「セメント質材料」は、ポルトランドセメント、ブレンドされた水硬性セメント、および膨張性セメントなどのそれら自身、またはフライアッシュ、他の未加工または焼成天然ポゾラン、シリカフューム、および／または高炉スラグ微粉末と組み合わせたそのような材料のいずれかによってコンクリート中で用いられる場合にセメント価を有する微細粒材料を指す。

本明細書中で使用される用語「ヒュームドシリカ」は、最小９０％の二酸化ケイ素からなる人工の微細粒状材料を指す。シリカヒュームは、ポゾラン性であってもなくてもよい。微細粒鉱物粘土、粉砕ガラス、シリコンゲル、または他の類似の材料のような、他の微細粒二酸化ケイ素含有材料を代用することができる。

本明細書中で使用される用語「フライアッシュ」（クラスＣまたはクラスＦ）材料は、標準ＡＳＴＭＣ６１８仕様の下で分類されてもされなくてもよい発電からの石炭燃焼副産物を指す。フライアッシュは、電気集塵器および／またはバグハウスによって煙道ガス流から集められ、ジオポリマー、ポルトランド、および低温融解セメント、ならびにセメント質材料としてのコンクリートおよびアルカリ−シリカ反応の緩和に使用される、石炭燃焼からのより微細な生成物である。フライアッシュは、煙道ガス流から得られる石炭燃焼副産物であるシリカフューム、または分級フライアッシュで全部または一部を置き換えることができる。本明細書で意図される目的のための分級されたフライアッシュは、より微細なまたはより粗い粒子が分離され、より微細なまたはより粗い部分のいずれかが利用される標準的なクラスＣまたはクラスＦフライアッシュである。

本明細書中で使用される用語「高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）」は、鉄、銅、真鍮、およびその他を含む金属製品および物体の製造（急冷）中に得られる副産物である。ＧＧＢＦＳは典型的には高濃度の二酸化ケイ素、アルミニウム、カルシウム、および他の反応性生成物を含有し、これらは、ジオポリマー、ポルトランド、または低温融解セメントおよびコンクリート中で混合された場合、強度の発現を助け、アルカリ−シリカ反応を緩和する。

本明細書中で使用される用語「ケイ素系鉱物骨材」は、破砕または丸められ、ポルトランド、ジオポリマー、および低温融解タイプのコンクリートにおける充填剤として有用である任意の天然または合成骨材を指す。骨材は砂、砂利、砕石、および鉄高炉スラグなどの粒状材料であり、コンクリートまたはモルタルを形成するために結合剤と共に使用される。高ケイ素含有材料は、多くの場合、約１０（軽量）〜４０，０００ｐｓｉ（普通および重量）に相当する一軸強度を有する石英、大理石、および他の沖積鉱物、堆積鉱物、および化学結合鉱物である。耐薬品性が不要な場合は、炭酸塩または炭素を含む骨材を代替品として用いてもよい。

本明細書中で使用される用語「ボトムアッシュ」は、標準ＡＳＴＭＣ６１８仕様に基づき分類されない発電からの石炭燃焼副産物を指す。ボトムアッシュは、ボイラーの底部から集められ、ジオポリマー、ポルトランド、および低温融解セメント、ならびにセメント質材料および軽量骨材としてのコンクリートで有用な石炭燃焼からの粗生成物である。

本明細書中で使用される用語「凝結時間遅延剤」は凝結時間を遅らせ、様々な特徴の建設および保守作業の間により長い作業可能時間を提供するために、ポルトランド、ジオポリマー、または低温融解セメントおよびコンクリートに添加される任意の乾燥または液体混合物を指す。以下は凝結時間遅延剤、および／または活性化およびレオロジー増強剤のいずれかとして有用な化合物の例示であるが、これらに限定されない。
（１）ホウ砂、ホウ酸ナトリウム、または四ホウ酸二ナトリウムとしても知られる四ホウ酸ナトリウムは、ホウ素化合物、鉱物、およびホウ酸塩である。粉末状四ホウ酸ナトリウム／ホウ砂は白色を呈し、水に溶けやすい軟質の無色結晶を含む。四ホウ酸ナトリウムはしばしば、ジオポリマー並びに低温融解タイプのセメントおよびコンクリートのための凝結時間遅延剤、活性化およびレオロジー増強剤として使用される。
（２）ポルトランドセメントが使用される場合、ＳＩＫＡ、ＢＡＳＦＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＣｈｅｍｉｃａｌｓ、Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ、Ｅｕｃｌｉｄ、および他の供給業者から購入されるものなどの、典型的な界面活性剤、リグナント、ポルトランド工業凝結時間遅延剤、レオロジー改質剤、および減水剤を使用することができる。
（３）クエン酸ナトリウム二水和物は、化学式Ｎａ_３Ｃ_６Ｈ_５Ｏ_７を有する。クエン酸ナトリウムはクエン酸の３種のナトリウム塩のいずれも指すことができるが、単にクエン酸ナトリウムと呼ばれることもある。クエン酸ナトリウム二水和物はしばしば、ジオポリマー並びに低温融解タイプのセメントおよびコンクリートのための凝結時間遅延剤、活性化およびレオロジー増強剤として使用される。
（４）クエン酸は、化学式Ｃ_６Ｈ_８Ｏ_７を有する弱有機三塩基酸であり、かんきつ類の果実に天然に存在する。生化学では、すべての好気性生物の代謝で起こるクエン酸回路における中間体である。クエン酸はしばしば、ジオポリマー並びに低温融解タイプのセメントおよびコンクリートのための凝結時間遅延剤として使用される。
（５）ホウ酸は、ホウ酸水素、ホウ酸、オルトホウ酸およびacidum boricum（ラテン語）とも呼ばれ、消毒剤、殺虫剤、難燃剤、中性子吸収剤、または他の化合物の前駆体としてしばしば使用されるホウ素の弱い一塩基性ルイス酸である。これは化学式Ｈ_３ＢＯ_３（時にはＢ（ＯＨ）_３と書かれる）を有し、無色の結晶または水に溶解する白色粉末の形態で存在する。鉱物として存在する場合、それはサソライトと呼ばれる。ホウ酸はしばしば、ジオポリマー並びに低温融解タイプのセメントおよびコンクリートのための凝結時間遅延剤として有用である。

本明細書中で使用される用語「高アルミノシリケート含有粘土」はポルトランド、ジオポリマー、並びに低温融解セメントおよびコンクリートで有用な任意の天然に存在する鉱物材料を指し、２％（ｗｔ／ｗｔ）未満の有機含有量を有するが、少なくとも４０％（ｗｔ／ｗｔ）の高い二酸化ケイ素含有量および少なくとも１５％（ｗｔ／ｔ）のアルミニウム含有量を有するカオリン粘土、レッド粘土、およびアタパルジャイト粘土のような材料である。ゼオライト、珪藻土、火山鉱物、および他の類似の材料を含む他の天然鉱物を代替物として使用することができる。

本明細書中で使用される用語「タンパク質」または「合成タンパク質材料」は、アミノ酸残基の１つ以上の長鎖を含む、大きな生体分子、または高分子をいう。タンパク質がジオポリマーまたは低温融解タイプのセメントまたはコンクリートにおいて有用であるためには、ＤＮＡ鎖が混合物ケイ酸塩と生成した水酸化物との間に共有結合を生成しなければならず、そこで、イオン濃度（上または下）を一時的に調整し、ほとんどのジオポリマータイプのセメントに固有の粘着性（sticky）および粘着性（tacky）特性を低減および／または除去し、ｐＨ低下、温度逸脱、または時間に起因してタンパク質効果が終了した後の再形成中のイオンの高品質再構成からの混合物体積変化を低減しなければならない。

本明細書中で使用される用語「受粉シダ油（Pollinated Fern Oil）」は、フロリダ州コーラルスプリングに本拠を置くＭＢＰＨＸ、ＬＬＣによって供給される商業的に入手可能な植物抽出物質をいう。

本明細書中で使用される用語「フルオロ界面活性剤」は、複数のフッ素原子を有する合成有機フッ素化合物である。これらはポリフッ素化またはフルオロカーボンベース（全フッ素化）であり得るが、フッ化水素酸および他の二酸化ケイ素腐食性酸に曝露される場合、非反応性である。フルオロ界面活性剤は、水の表面張力を減少させ、ポリビニルアルコールが使用される混合物のレオロジーを調整するために、ジオポリマーおよび低温融解タイプのコンクリートにおいて有用である。

本明細書中で使用される用語「軽量充填材料」は、コンクリート混合物中の骨材および空隙形成充填材として有用な、天然に存在する軽量鉱物骨材および他の合成材料を指す。軽量充填材料は、嵩比重が１．０未満のあらゆる天然または合成材料を含む。軽量充填材料は、構造重量制限の目的で混合物の複合重量を減少させ、断熱性を高め、火災を含む高温条件に対する混合物の耐性を改善するために使用される。軽量充填材料は限定するものではないが、バーミキュライト、火山灰、発泡ガラス、膨張シェール、人工および／または石炭燃焼副産物セノスフィア、合成またはタンパク質空気ボイド、ならびに他の人工または天然に存在するボイド生成材料などの品目を含みうる。

本明細書中で使用される用語「繊維」は、従来の補強鋼を置き換え、コンクリート割れの除去または低減、弾性率特性の調整、強度の改善、およびコンクリート混合物レオロジーの調整などの特定の目的のために、商業的に製造された人工の微細（薄い）およびマクロ（厚い）または変形した繊維を指す。繊維は、典型的には様々なデニール、長さ、および形状のＰＶＣ、鋼、ナイロン、ケブラー（登録商標）（ケブラーはパラ−アラミド合成繊維の登録商標である）、ガラス、玄武岩、およびセラミックから形成される。

本明細書中で使用される用語「スランプ」は、コンクリートの作業性または流動性の測定値を指す。これはコンクリートのコンシステンシーまたは剛性の直接的な尺度である。

本明細書中で使用される用語「コンクリートスランプ試験」は生コンクリートの特性の測定を指し、典型的には標準ＡＳＴＭＣ１４３試験方法によって管理される。この試験は生コンクリートの作業性を測定する経験的試験であり、多くのバッチでより大きな打設中に使用した場合、バッチ間のコンシステンシーを測定する。スランプ試験結果は、重力の作用下でのコンクリートの圧縮された逆円錐の挙動の測定である。それはコンクリートのコンシステンシーまたは湿り度を測定する。

本明細書中で使用される用語「表面乾燥飽水」は、コンクリートで使用される鉱物砂および骨材の最適または設計水分含量を評価するために使用される経験値である。表面乾燥飽水水分含量は、典型的には粗骨材および微細骨材のそれぞれについて、標準ＡＳＴＭＣ１２７およびＣ１２８試験方法によって測定される。「表面乾燥飽水」は粒子の表面が「乾燥」（すなわち、表面吸着はもはや起こらない）であるが、粒子間空隙が水で飽和される骨材の状態として定義することができる。この状態では、骨材が複合材料の自由水含有量に影響を及ぼさない。

本明細書中で使用される用語「飽和湿潤」は、表面上に膜がある状態で全ての細孔が水で完全に満たされる骨材の状態として定義され得る。

本明細書中で使用される用語「空気乾燥」は全ての水分が表面から除去されるが、内部細孔は部分的に満たされている骨材の状態として定義することができる。

本明細書中で使用される用語「オーブン乾燥」は、１０５℃のオーブンで一定重量まで加熱することによって骨材から全ての水分が除去され（通常は一晩加熱すれば十分である）、全ての細孔が空である骨材の条件として定義することができる。

本明細書中で使用される用語「約」または「おおよそ」は当業者によって決定されるような特定の値についての許容誤差範囲内を意味し、これは、値がどのように測定されるかまたは決定されるか、すなわち、測定システムの限界に部分的に依存する。特定の値が本出願および特許請求の範囲に記載される場合、特に明記しない限り、用語「約」は、特定の値についての許容誤差範囲内を意味する。

特に明記しない限り、すべての材料要件は、ｗｔ／ｗｔ％として表され、示されるように、水を含めて×１００％で、混合物全体の質量に対する特定の成分の質量であると理解される。

一実施形態では、本発明は低温融解コンクリートまたはセメントに関し、低温融解コンクリートまたはコンクリートは、潤滑剤及び活性化剤として作用する水と；充填材として働く約０．０２ｍｍふるいから６インチの範囲の種々の直径のケイ素ベースの鉱物骨材；活性化剤として働く無水または水和のナトリウムまたはカリウムのメタケイ酸塩／五水和物；セメント質成分として働く高炉スラグ微粉末を含む製鋼からの廃棄物；セメント質成分として働く石炭燃焼からの高カルシウムまたは低カルシウム廃棄物（フライアッシュまたはボトムアッシュ）；凝結時間遅延剤として働く四ホウ酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム二水和物、クエン酸、またはホウ酸；強度を達成するためにバランスをとるべきカルシウム、カリウム、マグネシウム、ナトリウム、またはアルミニウムを含む金属水酸化物；ケイ素およびアルミノケイ酸塩濃度および関連強度を増加させる目的で有機含有量および有機特性を減少または除去するために焼成されるか、または別の方法で処理されるアタパルジャイト、カオリン、レッド、または他の微細粒状高アルミノケイ酸塩含有クレー；水酸化物およびケイ酸塩と弱い共有結合を形成することができ、養生プロセス中に一定の体積を維持する目的で、そしてケイ酸塩の粘着性（ｓｔｉｃｋｙ）／粘着性（ｔａｃｋｙ）特性を減らすために、水酸化物およびケイ酸塩のイオン濃度を変化させることができるタンパク質またはタンパク質と同じ特性を達成する合成タンパク質材料；および混合物の水分含量を減少させ、粘度を低下させるための受粉シダ油、の混合物から形成する。

水は飲用可能でなければならないが、ｐＨ、ミネラル含量、フッ化物、ならびに他の化学物質および成分が変化する様々な水源のために、混合成分が変化して飲用不可能な水の使用を受け入れる場合には飲用不可能な水を使用することができる。

骨材は、約１０（軽量）〜約４０，０００ｐｓｉ（通常および重量）に相当する一軸強度を有する、石英、大理石、および他の沖積鉱物、堆積鉱物、および化学結合鉱物などの高二酸化ケイ素含有材料を含むべきである。骨材はアメリカ材料試験協会（ＡＳＴＭ）Ｃ３３「コンクリートで使用される骨材の標準仕様」の耐久性および粒径の規定に適合することを一般に要求されるが、特に要求されるものではなく、典型的にはＡＣＩ３１８、ＡＣＩ３０１、ＡＣＩ２１１、およびＡＣＩ５０６を含むアメリカコンクリート協会コンクリート実施マニュアルの種々の仕様によって定義される濃度で組み合わせることを要求されるものではない。混合物の水分含量を骨材に対して修正して、粘着性および粘性材料を生成し、電気養生、熱養生、実験室養生、ならびに華氏−５０〜１４０度の平均日平均温度および可変気圧を含む可変地理的気候における周囲条件養生を含む可変養生環境で、１立方メートル、または１ヤード当たり２７立方フィートの計算された混合物体積、および２時間から５６日間で約２５（軽量）ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）から約２０，０００（通常および重量）ｐｓｉの範囲の要求強度に適応する。

受粉シダ植物抽出物材料を、セメント質材料および水の添加前に骨材に添加する。シダ植物抽出物は、セメント質材料および骨材のコーティング可能な表面積から導かれる混合物の水必要量を減少させる。混合物の水要求量の減少は、強度を増加させ、プラスチック、乾燥、および自己混合物体積変化を減少させる。シダ植物抽出物は各混合物について設計されるべきであるが、フロリダ州コーラルスプリングに本拠を置くＭＢＰＨＸ、ＬＬＣによって供給されるシダ植物抽出物と同様であるべきである。

上記の材料濃度は、十分な強度、透過性の遺失、および、約０．０１％から約９８％の範囲の硫酸濃度；約０．０１％から約５７％の範囲の塩酸濃度；約０．０１％から約６８％の範囲の硝酸濃度；約０．０１％〜約９８％の範囲のリン酸濃度；約０．０１％から約９８％の範囲の酢酸濃度；そして、１〜７３０日の範囲の連続水没曝露に対して、質量損失の低下または体積変化なしでのすべての塩化物およびすべての硫酸塩へのすべての濃度および曝露、に対する耐性（５％未満の質量損失）を達成する二酸化ケイ素含有量を達成するために必要とされる混合物体積内で調整およびバランスされる。

別の実施形態では、混合物養生耐水性を維持するのに有効な量で添加されるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の存在下で、四ホウ酸ナトリウムの存在を減少または排除し、それによって極端な増粘およびレオロジー変化を回避しながら、約０．０１％〜約５５％の浸漬濃度で１〜９０日間のフッ化水素酸分解に対する耐性（質量損失が５％未満）を達成しながら、成分濃度が維持および均衡化される。ＰＶＡの粘度および加水分解含有量は、種々の混合物のレオロジー、粘度、骨材懸濁液、および凝結時間特性を達成するために使用される。ＰＶＡ濃度が高くなりすぎてフッ化水素酸耐性を達成できず、混合物が打設、強度、またはポンプ輸送に必要な凝集力を失う場合には、フルオロ界面活性剤を添加して、混合物の湿潤性を高め、レオロジー挙動を修正し、一方で強度および透過特性を維持し、さらにフッ化水素酸分解から混合物を保護する。一部の石炭燃焼廃棄物、鋼廃棄物、ケイ酸塩、または他の混合物成分が十分な養生混合物透過性低下を妨げる場合、高二酸化ケイ素含有鉱物骨材を除去し、ブチルゴム、プラスチック、または他のフッ化水素酸耐性充填材料で置き換えるか、またはフッ化水素酸暴露および骨材消化の相対膨張による骨材劣化の危険なしに、ニートセメント混合物を配置する。

代替の実施形態において、高二酸化ケイ素含有の硬質で耐久性のある骨材、ＰＶＡ、およびフルオロ界面活性剤を除去し、これらに限定されないが、バーミキュライト、火山灰、発泡ガラス、膨張シェール、人工および／または石炭燃焼副産物セノスフェア、合成またはタンパク質空気ボイド、ならびに他の人工または天然に存在するボイド生成材料などの軽量充填材料で置き換える。四ホウ酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、または他の類似の材料を混合物に添加して、混合物の耐熱性を高め、材料の作業時間を長くする。軽量充填材料、石炭または鋼廃棄物、四ホウ酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウムまたはカリウム、タンパク質、水、および植物抽出物を、約２０ポンド／立方フィート（ｐｃｆ）〜約１００ポンドｐｃｆの範囲の所望の密度を、２８日間の空気養生、または熱または電気を使用する加速養生で約５０ｐｓｉ〜約６，０００ｐｓｉの範囲の相対強度で達成するような濃度で組み合わせる。

いくつかの実施形態では、充填材料のサイズおよび濃度、ならびに石炭または鋼廃棄物、四ホウ酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウムまたはカリウム、タンパク質、および水の濃度は、混合物が通常配置され、スプレー塗布用途または他の吹き込み断熱構造打設、例えば耐火および他の耐熱用途のための典型的な産業用吹き込み断熱施工ポンプ装置を経て移動し、また所望の塗布密度および強度を達成するように選択される。

典型的な充填材料サイズは、約０．０１ｍｍ〜約８ｍｍの範囲である。材料の混合物のサイズおよび濃度は最大華氏２，０００度に対して約１時間〜約５時間の耐熱性を長期間にわたって達成し、また華氏３，０００度を超える温度に短時間（最大５分間）曝露を達成するように調節される。

可変材料または可変バッチ濃度の結果としての亀裂を避けるために、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、鋼、ナイロン、ケブラー（登録商標）（ケブラーはパラ−アラミド合成繊維の登録商標である）、ガラス、玄武岩、セラミック、または他のミクロ、マクロ、または変形繊維が、混合物のセメント質含有量に依存して可変用量で使用される。繊維は、デニール、長さ、および形状が可変であってもよい。ガラスおよび他の類似の繊維の場合、ガラス材料は耐アルカリ性であるべきである。耐熱性混合物の場合、ガラス、玄武岩、およびセラミックなどの繊維は、これらの材料の高い耐熱性のために利用されるべきである。

実施例１

酸、硫酸塩、塩化物、および華氏１，２００度までの熱曝露に対して耐性を有し、適所にこて塗布または注入することができる砂およびセメント質材料を製造するために、試薬耐性鉱物骨材、例えば、これに限定されるものではないが、約１／４インチ〜２００Ｕ．Ｓ．メッシュシーブ（０．００２９インチまたは７４μｍ）の最大骨材サイズの高二酸化ケイ素含有沖積石英堆積物、採掘玄武岩、または採掘大理石を、滑らかな質感仕上げを作り出す比に組み合わせ、約３：１の最大層厚み対骨材サイズ比に調整する。この組合せは、Ｘ／Ｙグラフで調べ、通過％を０．４５乗にしてプロットし、骨材の階調を最大まで高密度化すると、最大密度線から３５％以下の偏差をもたらすであろう。組み合わせた骨材は、質量に関して、水を含む最終セメント質混合物質量の約２０％（ｗｔ／ｗｔ）〜７５％（ｗｔ／ｗｔ）であるべきである。また、水を含む最終セメント質混合物塊の約０．０５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１．０％（ｗｔ／ｗｔ）に他の混合物成分を含める前に、表面乾燥飽水、飽和湿潤、または乾燥条件（空気乾燥またはオーブン乾燥）で受粉シダ油を鉱物骨材に添加する。

セメント質材料は乾燥袋詰セメント質混合物の場合には受粉シダ油を含む乾燥材料と組み合わせるべきであり、湿式バッチ式コンクリート混合物の場合には別個に組み合わせるべきである。セメント質材料は単独でまたは組み合わせて、フライアッシュ（クラスＣまたはクラスＦ）および高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）のうちの少なくとも１つを含むべきであり、混合物の強度、体積変化、中性化、およびレオロジー挙動に依存して、最大４０％（ｗｔ／ｗｔ）、典型的には約８％（ｗｔ／ｗｔ）〜約４０％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量濃度まで様々な濃度で添加される。混合物のフライアッシュ濃度および高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）濃度の各々は、特性がプロジェクト要件によって指定されるまで、混合物設計における各々の質量および体積量を釣り合わせることによって選択されるべきである。セメント質材料は、メタケイ酸ナトリウムもしくはカリウム、またはメタケイ酸ナトリウムもしくはカリウムの五水和物を含むべきであり、混合物強度、体積変化、中性化、および約２％（ｗｔ／ｗｔ）〜約７％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量濃度に対するレオロジー挙動に依存して、様々な濃度で添加されるべきである。混合物のメタケイ酸ナトリウムまたはカリウムまたはその五水和物の濃度は、特性がプロジェクト要件に適合するまでは、混合物設計における質量と体積の量を釣り合わせることによって選択すべきである。セメント質材料は四ホウ酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム二水和物、またはクエン酸、ホウ酸、またはケイ酸を含むべきであり、水を含む混合物の質量で約０．５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５．０％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の可変濃度で添加して、混合物の空気含量を低減し、凝結時間および／または作業時間を延長すべきである。タンパク質は、タンパク質が混合物ケイ酸塩と生成した水酸化物との間に共有結合を生成する最小濃度で提供され、一時的に混合物の粘着性（sticky）／粘着性（ｔａｃｋｙ）特性を除去し、混合物の体積変化を低減するが、望ましくない量の空気が生成される量よりも少ない、という条件で、約０．０１％（ｗｔ／ｗｔ）〜約０．１％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の濃度で、セメント質材料の一部として添加される。水は、約３％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１５％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量の量で混合物に添加され、その結果、水の濃度は、垂直または頭上コンクリート修復、石造モルタル目地、水平コンクリート修復、シーラント、ライナーのための石造モルタルコンシステンシーから、固結、自己固結、または自己平準化用途における構造壁、スラブ、梁、または柱までの範囲の、意図された目的のためのプロジェクト要件に適合するスランプコンシステンシーおよび他の特徴を生みだすのに有効である。全ての成分が組み合わされる場合、材料は、打設および／または養生の前に２〜７分間混合されるべきである。

この混合物は、下記の表１に従って配合した。

以下の表の注記：

シダ油の質量は、混合質量合計および合計質量の％の目的で、以下の計算式を用いて計算した：（（液体オンス／１２８）Ｘ（８．３３（１ガロンあたりの水の重量）Ｘ１．０３５（シダ油比重））

スランプコンシステンシーは含水量を調整し、同じシダ油質量を維持することによって、またはシダ油を除去することによって増加させた。スランプコンシステンシーは水の質量を維持し、シダ油の質量を増加させることによっても増加させることができる。

個々のスランプコンシステンシー混合物の質量重量は、個々の材料比重に基づいて、体積でのコンクリートのおよそ立方ヤードを生成する。

プロジェクト固有の要件に対しては、より大きいまたはより小さい骨材を使用することができる。アメリカコンクリート協会コンクリート実施マニュアルのガイドラインについては骨材およびセメント質濃度は準拠してもよいが、最適な骨材およびセメント質濃度の決定はプロジェクト要件に基づいて行われ、より粗いまたはより細かい材料の骨材材料量は粒子形状（破砕または丸められた）、粒子サイズ、プロジェクト要件、およびより細かい粒子の表面積によって影響を受ける混合レオロジーに基づいて決定される。

ＧＧＢＦＳとフライアッシュを何度も混合すると、特定の特性が生みだされる、一方の材料のみを使用することも可能である。

実施例２

酸、硫酸塩、塩化物、および華氏２，４００度までの短期（約１０分まで）熱曝露に対して耐性を有し、適所にこて塗布または注入することができる砂、骨材およびセメント質材料を製造するために、例えば、これに限定されるものではないが、セノスフィア、発泡ガラス、バーミキュライト、膨張シェール、火山灰、混入空気、および他のボイド生成および軽量充填材料のような試薬耐性鉱物を、セメント質塊が生成するような比に組み合わせ、約３：１の最大層厚み対骨材サイズ比に調整する。この組み合わせは、Ｘ／Ｙグラフで調べ、通過％を０．４５乗にしてプロットし、骨材の階調を最大まで高密度化すると、最大密度線からの最大３５％の偏差をもたらすであろう。組み合わせた骨材は、質量に関して、水を含む最終セメント質混合物質量の約５．０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約４０％（ｗｔ／ｗｔ）であるべきである。水を含む最終セメント質混合物塊の約０．０５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１．０％（ｗｔ／ｗｔ）の濃度において他の混合物成分を含める前に、表面乾燥飽水、飽和湿潤、または乾燥状態で、受粉シダ油を鉱物骨材に添加する。

セメント質材料は乾燥袋詰セメント質混合物の場合には受粉シダ油を含む乾燥鉱物骨材材料と組み合わせるべきであり、湿式バッチ式コンクリート混合物の場合には別個に組み合わせるべきである。ミネラル骨材を含む袋詰コンクリート材料の場合、受粉シダ油を最初に乾燥ミネラル骨材と混合し、そこでシダ油を乾燥骨材に吸収させ、次いで残りの乾燥セメント質材料を組み合わせるべきである。湿式バッチ式コンクリート混合物の場合、シダ油を表面乾燥飽水骨材に添加し、残りの乾燥材料を添加する前に、最低３０秒間混合すべきである。

セメント質材料は単独でまたは組み合わせて、フライアッシュ（クラスＣまたはクラスＦ）および高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）のうちの少なくとも１つを含むべきであり、混合物の強度、体積変化、中性化、およびレオロジー挙動に依存して、最大で６５％（ｗｔ／ｗｔ）、典型的には約１５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約６５％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量濃度まで様々な濃度で添加される。混合物のフライアッシュ濃度および高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）濃度の各々は、特性がプロジェクト要件によって指定されるまで、混合物設計における各々の質量及び体積量を釣り合わせることによって選択されるべきである。

セメント質材料は、メタケイ酸ナトリウムもしくはカリウムまたはメタケイ酸ナトリウムもしくはカリウムの五水和物を含むべきであり、混合物強度、体積変化、中性化、および約３．０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１０％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量濃度に対するレオロジー挙動に依存して、様々な濃度で添加されるべきである。混合物のメタケイ酸塩またはその五水和物の濃度は、特性がプロジェクト要件に適合するまでは、混合物設計における質量と体積の量のバランスをとることによって選択すべきである。

セメント質材料は四ホウ酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム二水和物、またはクエン酸、ホウ酸、またはケイ酸を含むべきであり、水を含む混合物の質量で約１．０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５．０％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の可変濃度で添加して、混合物の空気含量を低減し、凝結時間および／または作業時間を延長すべきである。

タンパク質は、タンパク質が混合物ケイ酸塩と生成した水酸化物との間に共有結合を生成する最小濃度で提供され、一時的に混合物の粘着性（sticky）／粘着性（ｔａｃｋｙ）特性を除去し、混合物の体積変化を低減するが、望ましくない量の空気が生成される量よりも少ない、という条件で、約０．０５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１．０％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の濃度で、セメント質材料の一部として添加される。生成した水酸化物が共有結合を生成するのに不十分な場合、水酸化カルシウムおよびその他水酸化物は、共有結合を生成するが、過剰に閉じ込められた空気を生成しない濃度で、追加分として添加することができる。

水は約７％（ｗｔ／ｗｔ）〜約２５％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量の量で混合物に添加され、その結果、水の濃度は、垂直または頭上コンクリート修復、石造モルタル目地、水平コンクリート修復、シーラント、ライナーのための石造モルタルコンシステンシー及び／または固結、自己固結、または自己平準化用途における構造壁、スラブ、梁、または柱までの範囲の、意図された目的のためのプロジェクト要件に適合するスランプコンシステンシーおよび他の特性を生みだすのに十分である。

全ての成分が組み合わされる場合、材料は、打設および／または養生の前に２〜７分間混合されるべきである。

この混合物は、下記の表２に従って配合した。

実施例３

種々の酸、特にフッ化水素酸に対して耐性を有し、適所にこて塗布または注入することができるセメント系モルタル材料を製造するために。セメント質材料は単独でまたは組み合わせて、フライアッシュ（クラスＣまたはクラスＦ）および高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）のうちの少なくとも１つを含むべきであり、混合物の強度、体積変化、中性化、および最大６５％（ｗｔ／ｗｔ）、典型的には約１０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約６５％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量濃度に対するレオロジー挙動に依存して、様々な濃度で添加される。混合物のフライアッシュ濃度および高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）濃度の各々は、特性がプロジェクト要件によって指定されるまで、混合物設計における各々の質量及び体積量を釣り合わせることによって選択されるべきである。

セメント質材料は、メタケイ酸ナトリウムもしくはカリウムまたはメタケイ酸ナトリウムもしくはカリウムの五水和物を含むべきであり、混合物強度、体積変化、中性化、および約３．０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１２％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量濃度に対するレオロジー挙動に依存する可変濃度で添加されるべきである。混合物のメタケイ酸塩の濃度は、特性がプロジェクト要件に適合するまでは、混合物設計における質量と体積の量のバランスをとることによって選択すべきである。

セメント質材料はクエン酸ナトリウム二水和物、またはクエン酸、ホウ酸、またはケイ酸を含むべきであり、水を含む混合物の質量で約１．０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５．０％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の可変濃度で添加して、混合物の空気含量を低減し、凝結時間および／または作業時間を延長すべきである。

四ホウ酸ナトリウムは複数回の添加が起こり得るが、四ホウ酸塩とＰＶＡとの間の反応のため、濃度は一般に１．５％（ｗｔ／ｗｔ）未満であり、これは多くの場合、有害であり、増粘を引き起こす。

タンパク質は、タンパク質が混合物ケイ酸塩と生成した水酸化物との間に共有結合を生成する最小濃度で提供され、一時的に混合物の粘着性（sticky）／粘着性（tacky）特性を除去し、混合物の体積変化を低減するが、望ましくない量の空気が生成される量よりも少ない、という条件で、約０．００５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１．０％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の濃度で、セメント質材料の一部として添加される。

ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を、約０．５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１５．０％（ｗｔ／ｗｔ）の濃度で混合物に添加する。ＰＶＡの投与量は、水およびフッ化水素酸に浸した養生供試体を利用した試行錯誤に基づいて決定される。ＰＶＡの投与量は、フッ化水素酸に継続して曝露した後の質量損失が３０日間で５．０％未満であり、水浸漬に曝露した同等の供試体が、質量損失および／または強度損失に対して影響を受けない時に、選択される。

水は約１０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約３０％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量の量で混合物に添加され、その結果、水の濃度は、プロジェクト要件に適合し、また垂直または頭上コンクリート修復、石造モルタル目地、水平コンクリート修復、シーラント、ライナー及び／または構造壁、スラブ、梁、または柱のための石造モルタルコンシステンシーから、自己固結、または自己平準化コンシステンシーまでの範囲の意図された目的のためのスランプコンシステンシーおよび他の特性を生みだすのに有効である。水を複合乾燥材料配合に添加し、５〜１０分間混合し、次いで、意図する用途および設計した作業期間に基づいて適用可能な期間中に入れるべきである。

フッ化水素耐性骨材を含む骨材材料を混合物に添加して、セメント質材料濃度を低下させることができる。典型的な骨材には、典型的には人工で作られ、意図する目的のために設計されたカルシウムを含まない材料および二酸化ケイ素を含まない材料、または石油化学およびＰＶＣ、ゴム、および他の製品を含む他の工業生産産業を含む様々な産業からの廃棄物である。

この混合物は、下記の表３に従って配合した。

実施例４

酸、硫酸塩、塩化物、および華氏１，２００度までの熱曝露に対して耐性のある混合物を生成し、適所にポンプによりまたは他の方法で堆積することができる骨材、砂およびセメント質材料を製造するために、試薬耐性鉱物骨材、例えば、これに限定されるものではないが、二酸化ケイ素含有量の高い沖積石英堆積物、採掘玄武岩、または採掘大理石で、最大骨材サイズが約１２インチから２００ｕｍ篩までのものを、０．４５倍までのＸＹグラフで分析したとき、最大密度線から３５％を超えて逸脱せず、層厚に対する最大骨材サイズの比が３：１である高密度コンクリート混合物を生成するような比に組合わせる。組み合わせた骨材は、質量に関して、水を含む最終セメント質混合物質量の約２０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約８０％（ｗｔ／ｗｔ）であるべきである。水を含む最終セメント質混合物塊の約０．０５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１．０％（ｗｔ／ｗｔ）に他の混合物成分を含める前に、表面乾燥飽水、飽和湿潤、または乾燥条件で、受粉シダ油を鉱物骨材に添加する。

セメント質材料は乾燥袋詰セメント質混合物の場合には受粉シダ油を含む乾燥材料と組み合わせるべきであり、湿式バッチ式コンクリート混合物の場合には別個に組み合わせるべきである。

セメント質材料は単独でまたは組み合わせて、フライアッシュ（クラスＣまたはクラスＦ）および高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）のうちの少なくとも１つを含むべきであり、混合物強度、体積変化、中性化、および最大５０％（ｗｔ／ｗｔ）、典型的には約９％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５０％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量濃度に対するレオロジー挙動に依存して、様々な濃度で添加される。混合物のフライアッシュ濃度および高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）濃度の各々は、特性がプロジェクト要件によって指定されるまで、混合物設計における各々の質量および体積量を釣り合わせることによって選択されるべきである。

セメント質材料は、ナトリウムもしくはカリウムメタシリケートまたはナトリウムもしくはカリウムメタシリケート五水和物を含むべきであり、混合物強度、体積変化、中性化、および約２％（ｗｔ／ｗｔ）〜約７％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量濃度に対するレオロジー挙動に依存する可変濃度で添加されるべきある。

混合物のメタケイ酸塩／五水和物濃度は、特性がプロジェクト要件に適合するまで、混合物設計における質量と体積の量のバランスをとることによって選択されるべきである。セメント質材料は四ホウ酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム二水和物、またはクエン酸、ホウ酸、またはケイ酸を含むべきであり、水を含む混合物の質量で約０．５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５．０％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の可変濃度で添加して、混合物の空気含量を低減し、凝結時間および／または作業時間を延長すべきである。

タンパク質は、タンパク質が混合物ケイ酸塩と生成した水酸化物との間に共有結合を生成する最小濃度で提供され、一時的に混合物の粘着性（sticky）／粘着性（tacky）特性を除去し、混合物の体積変化を低減するが、望ましくない量の空気が生成される量よりも少ない、という条件で、約０．０１％（ｗｔ／ｗｔ）〜約０．１％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の濃度で、セメント質材料の一部として添加される。

水は約３％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１０％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量の量で混合物に添加され、その結果、水の濃度は歩道コンクリートから構造用水ダム、原子力および炭化水素発電、基礎、高層建築物、ならびに従来の、自己固結、吹き込み、または自己平準化施工における中間のすべての地点までの範囲の意図された目的に適切なプロジェクト要件に適合するスランプコンシステンシーを生成するのに有効である。

この混合物は、下記の表４に従って配合した。

実施例５

酸、硫酸塩、塩化物、および華氏１，２００度までの熱曝露に対して耐性のある混合物を生成し、適所にポンプによりまたは他の方法で堆積することができる骨材、砂およびセメント質材料を製造するために、試薬耐性鉱物骨材、例えば、これに限定されるものではないが、二酸化ケイ素含有量の高い沖積石英堆積物、採掘玄武岩、または採掘大理石で、最大骨材サイズが約１２インチから２００ｕｍ篩までのものを、０．４５倍までのＸＹグラフで分析したとき、最大密度線から３５％を超えて逸脱せず、層厚に対する最大骨材サイズの比が３：１である高密度コンクリート混合物を生成するような比に組合わせる。組み合わせた骨材は、質量に関して、水を含む最終セメント質混合物質量の約２０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約８０％（ｗｔ／ｗｔ）であるべきである。水を含む最終セメント質混合物塊の約０．０１％（ｗｔ／ｗｔ）〜約０．１％（ｗｔ／ｗｔ）に他の混合物成分を含める前に、表面乾燥飽水、飽和湿潤、または乾燥条件で、受粉シダ油を鉱物骨材に添加する。

セメント質材料は乾燥袋詰セメント質混合物の場合には受粉シダ油を含む乾燥材料と組み合わせるべきであり、湿式バッチ式コンクリート混合物の場合には別個に組み合わせるべきである。セメント質材料は、フライアッシュ（クラスＣまたはクラスＦ）を含むべきであり、混合物強度、体積変化、中性化、および１０．０％（ｗｔ／ｗｔ）〜４０％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量濃度に対するレオロジー挙動に依存して、様々な濃度で添加されるべきである。

混合物のフライアッシュ濃度は、特性がプロジェクト要件に適合するまで、混合物設計におけるフライアッシュ質量と体積量との釣り合いをとることによって選択されるべきである。セメント質材料は、メタケイ酸ナトリウムもしくはカリウムまたはメタケイ酸ナトリウムもしくはカリウムの五水和物を含むべきであり、混合物強度、体積変化、中性化、および約２％（ｗｔ／ｗｔ）〜約７％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量濃度に対するレオロジー挙動に依存して、様々な濃度で添加されるべきである。

この混合物は、下記の表５に従って配合した。

実施例６

セメント質材料は、高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）を含むべきであり、混合物強度、体積変化、中性化、および１０．０％（ｗｔ／ｗｔ）〜４０％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量濃度に対するレオロジー挙動に依存して、様々な濃度で添加されるべきである。混合物のＧＧＢＦＳ濃度は、特性がプロジェクト要件に適合するまで、混合物設計における質量と体積の量の釣り合いをとることによって選択されるべきである。

セメント質材料は、メタケイ酸ナトリウムもしくはカリウムまたはメタケイ酸ナトリウムもしくはカリウムの五水和物を含むべきであり、混合物強度、体積変化、中性化、および約２％（ｗｔ／ｗｔ）〜約７％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量濃度に対するレオロジー挙動に依存して、様々な濃度で添加されるべきである。混合物のメタケイ酸塩／五水和物濃度は、特性がプロジェクト要件に適合するまで、混合物設計における質量と体積の量の釣り合いをとることによって選択されるべきである。

セメント質材料は四ホウ酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム二水和物、またはクエン酸、ホウ酸、またはケイ酸を含むべきであり、水を含む混合物の質量で約０．５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５．０％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の可変濃度で添加して、混合物の空気含量を低減し、凝結時間および／または作業時間を延長すべきである。

水は約３％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１０％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量の量で混合物に添加され、その結果、水の濃度は歩道コンクリートから構造用水ダム、原子力および炭化水素発電、基礎、高層建築物、ならびに従来の、自己固結、吹き込み、または自己平準化施工における中間のすべての地点までの範囲の意図された目的に適切なプロジェクト要件に適合するスランプコンシステンシーを生成するのに有効である。全ての成分が組み合わされる場合、材料は、打設および／または養生の前に２〜７分間混合されるべきである。

この混合物は、下記の表６に従って配合した。

本明細書において言及される全ての特許および刊行物は、本発明が関係する当業者のレベルを示す。全ての特許および刊行物は、個々の刊行物が参照により組み込まれるように具体的かつ個々に示されたのと同じ程度まで、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明のある形態が例示されているが、本明細書で説明し図示した特定の形態または構成に限定されるものではないことを理解されたい。本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更を行うことができ、本発明は本明細書および本明細書に含まれる任意の図面／図に示され、説明されるものに限定されると考えられるべきではないことは当業者には明らかであろう。

当業者は、本発明が目的を実行し、言及された目的および利点、ならびにそこに固有のものを得るように十分に適合されていることを容易に理解するのであろう。本明細書に記載される実施形態、方法、手順、および技法は現在のところ、好ましい実施形態を代表するものであり、例示的であることが意図され、範囲に対する限定として意図されない。本発明の精神内に包含され、添付の特許請求の範囲によって定義される変更および他の使用が、当業者には想起されるであろう。本発明は特定の好ましい実施形態との関連において説明してきたが、請求項に記載した本発明はそのような特定の実施形態に限定されない。実際、当業者に明らかな、本発明を実施するための記載された様式の種々の改変は、以下の特許請求の範囲内にあることが意図される。

Claims

一次活性化剤またはｐＨ上昇剤として液体または乾燥水酸化物添加剤を使用しない低温融解コンクリート配合物であって、当該組成物が：
砂、砂利、砕石、鉄溶鉱炉スラグ、炭素又は炭酸塩含有骨材材料、高二酸化ケイ素含量の沖積石英堆積物、採掘玄武岩、採掘大理石、バーミキュライト、火山灰、発泡ガラス、膨張シェール、人工及び／又は石炭燃焼副産物セノスフィア、合成又はタンパク質空気ボイド、及びボトムアッシュを含む群から選択される少なくとも１種の骨材；
メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、ナトリウム五水和物およびカリウム五水和物から選択される少なくとも１種の部材を含む群から選択される少なくとも１種の活性化剤；
高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）、石炭燃焼からの高カルシウムまたは低カルシウム廃棄物、ポルトランドセメント、ブレンド水硬セメント、膨張性セメント、フライアッシュ、生または焼成天然ポゾラン、シリカフューム、微細粒鉱物粘土、粉砕ガラス、およびシリコンゲルを含む群から選択される少なくとも１種のセメント質材料；
四ホウ酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム二水和物、クエン酸およびホウ酸を含む群から選択される少なくとも１種の凝結時間遅延剤；
水酸化カルシウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化ナトリウム、および水酸化アルミニウムを含む群から選択される少なくとも１種の強化剤；
ケイ素およびアルミノケイ酸塩の濃度、ならびにアタパルジャイト粘土、カオリン粘土、およびレッド粘土を含む群から選択される関連強度を増加させるための少なくとも１種の薬剤；
生体分子、高分子、およびアミノ酸残基を含む群から選択される少なくとも１種のタンパク質材料または合成タンパク質材料；
少なくとも１種の受粉シダ油；および
水
とからなる低温融解コンクリート配合物。
少なくとも１種のフルオロ界面活性剤をさらに含む、請求項１に記載の低温融解コンクリート配合物。
ゼオライト、珪藻土、および火山鉱物を含む群から選択される少なくとも１種の部材をさらに含む、請求項１に記載の低温融解コンクリート配合物。
様々なデニール、長さ、および形状の、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、鋼、ナイロン、パラ−アラミド合成繊維、ガラス、玄武岩、およびセラミックの繊維から選択される少なくとも１種の繊維をさらに含む、請求項１に記載の低温融解コンクリート配合物。
少なくとも１種のポリビニルアルコールをさらに含む、請求項２に記載の低温融解コンクリート配合物。
酸、硫酸塩、塩化物、および華氏１，２００度までの熱暴露に耐性がある、所定の箇所へのこて塗布または注入可能な低温融解コンクリート配合物であって、
水を含み、当該配合物の全重量の約２０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約７５％（ｗｔ／ｗｔ）の量の試薬耐性鉱物骨材；
水を含み、当該配合物の全重量の約０．０５５（ｗｔ／ｗｔ）〜約１．０％（ｗｔ／ｗｔ）の量の受粉シダ油；
水を含み、クラスＣフライアッシュ、クラスＦフライアッシュ、高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）、四ホウ酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム二水和物、クエン酸、ホウ酸、およびケイ酸から選択される少なくとも１種の部材を含み、前記配合物の総重量の約８．０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約４０．０％（ｗｔ／ｗｔ）の量のセメント質材料；
前記セメント質材料の約０．０１％（ｗｔ／ｗｔ）〜約０．１％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の濃度のタンパク質；及び
約３％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１５％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量の量の水
とからなる低温融解コンクリート配合物。
前記試薬耐性鉱物骨材が、約１／４インチ〜約＃２００Ｕ．Ｓ．メッシュ篩い（０．００２９インチまたは７４μｍ）の最大骨材サイズを有する、高二酸化ケイ素含量の沖積石英堆積物、採掘玄武岩、または採掘大理石から選択される少なくとも１種の部材を含む、請求項６に記載の低温融解コンクリート配合物。
前記セメント質材料が、約２％（ｗｔ／ｗｔ）〜約７％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の質量濃度で、メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、ナトリウム五水和物およびカリウム五水和物から選択される少なくとも１種の部材を含む、請求項６に記載の低温融解コンクリート配合物。
前記セメント質材料が、水を含む混合物の質量で約０．５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５．０％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の濃度で、四ホウ酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム二水和物、クエン酸、ホウ酸、およびケイ酸から選択される少なくとも１種の部材を含む、請求項６に記載の低温融解コンクリート配合物。
約１０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５０％（ｗｔ／ｗｔ）のサイズ＃８の砂；
約１０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５０％（ｗｔ／ｗｔ）のサイズ＃３０の砂；
約８．０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約４０％（ｗｔ／ｗｔ）の、高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）およびクラスＦフライアッシュを含む少なくとも１種の部材；
約２％（ｗｔ／ｗｔ）〜約７％（ｗｔ／ｗｔ）の、メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、ナトリウム五水和物およびカリウム五水和物から選択される少なくとも１種の部材；
約０．５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約７％（ｗｔ／ｗｔ）の四ホウ酸ナトリウム；
約０．０１％（ｗｔ／ｗｔ）〜約０．１％（ｗｔ／ｗｔ）の０．７５インチポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）マイクロファイバー；
約０．０１％（ｗｔ／ｗｔ）〜約０．１％（ｗｔ／ｗｔ）の０．２５インチナイロンマイクロファイバー；
約０．０１％（ｗｔ／ｗｔ）〜約０．１％（ｗｔ／ｗｔ）のタンパク質；
約０．０５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１．０％（ｗｔ／ｗｔ）の受粉シダ油；及び
約３．０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１５％（ｗｔ／ｗｔ）の水
からなる低温融解コンクリート配合物。
約２％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５％（ｗｔ／ｗｔ）の発泡ガラス４ｍｍ〜８ｍｍ；
約２％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５％（ｗｔ／ｗｔ）の発泡ガラス２ｍｍ〜４ｍｍ；
約２％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５％（ｗｔ／ｗｔ）の発泡ガラス０．５ｍｍ〜１ｍｍ；
約１％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５％（ｗｔ／ｗｔ）の発泡ガラス０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ；
約１５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約６５％（ｗｔ／ｗｔ）の、高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）およびクラスＦフライアッシュを含む少なくとも１種の部材；
約３％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１０％（ｗｔ／ｗｔ）の、メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、ナトリウム五水和物およびカリウム五水和物から選択される少なくとも１種の部材；
約１％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５％（ｗｔ／ｗｔ）の四ホウ酸ナトリウム；
約０．０５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１．０％（ｗｔ／ｗｔ）の０．２５インチナイロンマイクロファイバー；
約０．０５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１．０％（ｗｔ／ｗｔ）のタンパク質；
約０．０５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１．０％（ｗｔ／ｗｔ）の受粉シダ油；及び
約７．０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約２５％（ｗｔ／ｗｔ）の水
からなる低温融解コンクリート配合物。
約５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約３０％（ｗｔ／ｗｔ）の０．２５インチブチルゴム；
約１０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約６５％（ｗｔ／ｗｔ）の、高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）およびクラスＦフライアッシュを含む少なくとも１種の部材；
約３％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１２％（ｗｔ／ｗｔ）の、メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、ナトリウム五水和物およびカリウム五水和物から選択される少なくとも１種の部材；
約１％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５％（ｗｔ／ｗｔ）の四ホウ酸ナトリウム；
約０．０５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１．０％（ｗｔ／ｗｔ）の０．２５インチナイロンマイクロファイバー；
約０．００５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１．０％（ｗｔ／ｗｔ）のタンパク質；
約０．５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１５．０％（ｗｔ／ｗｔ）のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）；及び
約１０．０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約３０％（ｗｔ／ｗｔ）の水
からなる低温融解コンクリート配合物。
約３０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５０％（ｗｔ／ｗｔ）の０．３７５インチ石英骨材；
約３０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５０％（ｗｔ／ｗｔ）の砂；
約９．０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５０％（ｗｔ／ｗｔ）の、高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）およびクラスＦフライアッシュを含む少なくとも１種の部材；
約２％（ｗｔ／ｗｔ）〜約７％（ｗｔ／ｗｔ）のメタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、ナトリウム五水和物およびカリウム五水和物から選択される少なくとも１種の部材；
約０．５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５％（ｗｔ／ｗｔ）の四ホウ酸ナトリウム；
約０．０１％（ｗｔ／ｗｔ）〜約０．１％（ｗｔ／ｗｔ）の０．７５インチポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）マイクロファイバー；
約０．０１％（ｗｔ／ｗｔ）〜約０．１％（ｗｔ／ｗｔ）の０．２５インチナイロンマイクロファイバー；
約０．０１％（ｗｔ／ｗｔ）〜約０．１％（ｗｔ／ｗｔ）のタンパク質；
約０．０５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１．０％（ｗｔ／ｗｔ）の受粉シダ油；及び
約３．０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１０％（ｗｔ／ｗｔ）の水
からなる低温融解コンクリート配合物。
約１０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５０％（ｗｔ／ｗｔ）の０．３７５インチ石英骨材；
約１０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５０％（ｗｔ／ｗｔ）の砂；
約１０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約４０％（ｗｔ／ｗｔ）のクラスＦフライアッシュ；
約２％（ｗｔ／ｗｔ）〜約７％（ｗｔ／ｗｔ）の、メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、ナトリウム五水和物およびカリウム五水和物から選択される少なくとも１種の部材；
約０．５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５％（ｗｔ／ｗｔ）の四ホウ酸ナトリウム；
約０．０１％（ｗｔ／ｗｔ）から約０．１％（ｗｔ／ｗｔ）の０．７５インチポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）マイクロファイバー；
約０．０１％（ｗｔ／ｗｔ）から約０．１％（ｗｔ／ｗｔ）の０．２５インチナイロンマイクロファイバー；
約０．０１％（ｗｔ／ｗｔ）〜約０．１％（ｗｔ／ｗｔ）のタンパク質；
約０．０５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１．０％（ｗｔ／ｗｔ）の受粉シダ油；及び
約３．０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１０％（ｗｔ／ｗｔ）の水
からなる低温融解コンクリート配合物。
約１０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５０％（ｗｔ／ｗｔ）の０．３７５インチ石英骨材；
約１０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５０％（ｗｔ／ｗｔ）の砂；
約１０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約４０％（ｗｔ／ｗｔ）の高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）；
約２％（ｗｔ／ｗｔ）〜約７％（ｗｔ／ｗｔ）のメタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、五水酸化ナトリウムおよび五水酸化カリウムから選択される少なくとも１種の部材；
約０．５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約５％（ｗｔ／ｗｔ）の四ホウ酸ナトリウム；
約０．０１％（ｗｔ／ｗｔ）〜約０．１％（ｗｔ／ｗｔ）の０．７５インチポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）マイクロファイバー；
約０．０１％（ｗｔ／ｗｔ）〜約０．１％（ｗｔ／ｗｔ）の０．２５インチナイロンマイクロファイバー；
約０．０１％（ｗｔ／ｗｔ）〜約０．１％（ｗｔ／ｗｔ）のタンパク質；
約０．０５％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１．０％（ｗｔ／ｗｔ）の受粉シダ油；及び
約３．０％（ｗｔ／ｗｔ）〜約１０％（ｗｔ／ｗｔ）の水
からなる低温融解コンクリート配合物。