JP2021536390A - 耐摩耗性コンクリート配合物およびそれらの調製方法 - Google Patents

Abstract

耐摩耗性が向上したコンクリートの調製方法。この方法は、コロイダルシリカを使用することを含み、コロイダルシリカは、コロイダルシリカの添加後にコンクリート混合物に添加されるコンクリートカッティング剤と共に、練り混ぜ後にコンクリート混合物に添加される。

Description

優先権の主張
本出願は、２０１８年９月１日に出願された仮出願第６２／７６５，５９７号の優先権を主張し、除外することなく教示する全てのことに関して参照によりその全体が組み込まれる。

コンクリート特性、例えば、水不透過性、圧縮強度、および耐摩耗性を改善するためにコンクリートに追加のセメント系材料を使用することは周知である。様々な種類の粒子状シリカ、例えばシリカフュームは、水不透過性と圧縮強度を向上させるための追加のセメント系材料として、コンクリートに使用されてきた。シリカの一般的な問題は、シリカがコンクリート配合物の水需要を高める結果、多量のブリーディング水の可能性がより高くなるため、養生中のキャピラリーおよびボイド形成の可能性が増加する可能性があることである。ブリーディング水を減らすために、比較的多量のシリカフュームが使用されている場合でも、水は通常最小限に抑えられる（多くの場合、セメント系材料の５〜１０重量パーセント）。多くの場合、水は、水：セメント系材料の比率が約０．５未満の相対量で存在するように、注意深く配分される。（Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｍｉｘｔｕｒｅｓ、第１６版、第２刷（改訂）、Ｋｏｓｍａｔｋａ， Ｓｔｅｖｅｎ Ｈ．；１５６ページ）。このような少量の水は、一般的にセメント製造業者が推奨する量未満であり、コンクリートミクスのレオロジーを著しく損ない、注入または作業を困難にする可能性がある。このような低含水率では、材料、例えば流動化剤が必要になる場合がある。

先の出願（２０１９年３月８日に出願された出願第１６／５０１，２３２号、除外することなく教示する全てのことに関して参照によりその全体が組み込まれる）では、構造上の目的で業界において一般的に使用されているよりもはるかに少ない割合で、セメント系材料の１００重量あたりわずか約０．１〜約４オンスでセメントに使用される小粒子サイズ、高表面積のアモルファスシリカを含むコンクリートおよび調製方法が開示されている。別の態様では、改良されたコンクリートは、シリカのプロセス固有の添加によって調製される。これらの改良されたコンクリートは、圧縮強度を著しく損なうことなく、セメント製造業者によって推奨される標準量の水、または推奨量を超える水を使用して調製されることができる。このような結果は本当に驚くべきものである。このような量の水を使用したにもかかわらず、養生中にブリーディング水はほとんどまたは全く観察されない。キャピラリーやボイドの形成は最小限に、または本質的に完全に抑制され、養生中により多くの水がコンクリートに保持されるため、より多くの水が長期間にわたって硬化に関与し、圧縮強度が非常に向上する。

それらの水の比較的多量の許容量にもかかわらず、上記の低シリカコンクリートは、他の改善された特性の中でも、改善された圧縮強度と耐摩耗性を有する。使用されるシリカの量が少ないことを考えると、圧縮強度の改善は驚くべきことであり、一方、公知の方法は、場合によっては非常に少ない利得を達成するために非常に多い量を使用する。さらに、コンクリートの耐摩耗性の大幅な改善は、シリカ、例えばシリカフュームを使用しても、通常使用される量より多い場合でも、一般的に観察されていない（ｉｄ、１５９ページ）。前述の出願（米国仮特許出願第６２／７６１，０６４号）に記載されている低シリカコンクリートは、試験ＡＳＴＭ Ｃ９４４で測定された耐摩耗性を大幅に向上させる（前述の規格に関しては、２２ｐｄ、９８ｋｇの負荷を使用するバージョンが、本明細書において、全てその規格を参照して使用されたことに留意されたい）。標準的なコンクリート（すなわち、以下に説明する高い表面積のアモルファスシリカを含まない）は、約２．５〜約４．０グラムの損失の範囲の値を有する可能性がある。本明細書で説明される低シリカコンクリートは、ＡＳＴＭ Ｃ９４４値が１．１グラム以下の損失である可能性がある。

驚くべきことに、本発明の場合、以下に開示されるように、１）上記の出願に開示されているようなアモルファスシリカ、ならびに２）直感に反して、コンクリート再乳化剤（カッティング剤）を含む混合物を用いた混和剤、の両方の使用は、典型的なセメント（すなわち、アモルファスシリカもカッティング剤も使用しないで調製されたセメント）に関しては言うまでもなく、アモルファスシリカのみで調製されたセメントに関してさえ、耐摩耗性を改善することができることが見出された。ＡＳＴＭ Ｃ９４４の損失を０．６グラム以下にまで低くすることができるように、耐摩耗性を改善できることが見出された。さらに、本発明のコンクリートは、一般的に、養生中および養生後の両方で、水の吸収が大幅に減少することが観察されている（養生中の仕上げ水の吸収、および使用中、つまり養生後の水の吸収は、主に、養生中に水が表面に移動するため、養生中のキャピラリー形成の結果である）。場合によっては、養生中および／または養生後の水の吸収を完全に排除することができる。このような結果は、混和剤がコンクリートを再乳化するために一般的に使用される化合物を含むという点で予想外である。コンクリートカッティング剤は、コンクリート業界でコンクリートの製造と加工に使用される装置、例えばレディミクス、電動こて等から、硬化した（つまり硬化した）コンクリート堆積物を溶解するために使用されてきた。硬化コンクリートの構造（Ｃ−Ｓ−Ｈマトリックス）を破壊する能力を有する再乳化剤の存在は、養生中に水の移動を可能にすることにより、コンクリートミクスを薄くし、硬化を妨げ、またはコンクリートの硬化構造に悪影響を与えることが予想された。しかし、以下に記載されるようにシリカと組み合わせて使用される場合、コンクリートは硬化するだけでなく、本発明のコンクリートの養生中に通常ブリーディング水がほとんどまたは全く観察されない。さらに、上記のように、硬化コンクリートは、従来のコンクリートはもちろん、シリカ混和剤のみで調製されたコンクリートよりも優れた耐摩耗性を有している。

意外なことに、コンクリートは仕上げ工程を受けることなく、高度の水不透過性を得ることができる（例えば、密度と不透過性を示すフーチングの製造について説明している実施例２を参照のこと）。したがって、本発明のコンクリートは、屋外用コンクリート用途に特に好適である。一般的に、屋外用コンクリート、例えば、歩道、縁石、駐車場は、ある程度のこて仕上げが実行される場合もあるが、大規模な仕上げは必要ない。表面の小さな欠陥は通常そのままにしておくことができ、最終的には表面が風化して欠陥の問題は未解決となる。しかし、コンクリートの寿命中の水に対する損傷は、屋外のコンクリートの問題である。取られる対策の１つは、硬化剤およびシール剤の塗布である。これらの化学物質によって与えられる保護は、一般的に短命である。もう１つの対策は、凍結時に吸収された水による損傷を最小限に抑えるように、空気連行コンクリートを使用することである。実際には、どちらの対策も凍結損傷の問題に対する長期的な解決策ではない。しかし、本発明の硬化コンクリートは、通常、ごく僅かな吸水である、または全く吸水しない。別の仕上げもシーラントの塗布も必要ない。さらに、したがって、該コンクリートは、通常、凍結融解による損傷に抵抗するための空気の連行を必要としない。

Ｒｉｌｕｍ試験による屋外セメントの標準の吸水率は２０分で約１．５〜３ｍｌである。本発明のコンクリートの表面は、仕上げ工程がないにもかかわらず、本質的に水を吸収しなかった。例えば、Ｒｉｌｕｍ試験では、２０分で約０〜約１．０ｍｌの２０分での吸収が得られると予想される。理論に拘束されることを望まないが、本発明のコンクリートは、他のコンクリートで問題となる表面の欠陥およびキャピラリーが発現しないか、または本発明のコンクリートがそれらの発現を大幅に減少させる可能性があると推測される。

さらに注目すべきことに、本発明のコンクリートに仕上げを行う場合、発現する表面は、標準的なコンクリートの仕上げと比較した場合、仕上げブレードに対する摩擦量を大幅に減少させる可塑性状であることができる（その程度は、以下で説明するように、仕上げプロセスの詳細によって制御されることができる）。標準的なコンクリート仕上げ速度に対して仕上げ速度を上げると、一般的に、可塑性状の粘度を有する光沢のある表面の達成がさらに促進される。

一般的に、既存の方法と配合物で調製されたコンクリートの仕上げは、表面の滑らかさと平面性を改善し、仕上げ時間を長くすると、ある程度より改善される。このようなコンクリートは、手作業または乗用電動こてで仕上げることができ、乗用電動こての使用は、一般的に、ハンドこてよりも速く、より均一で、より高品質の仕上げを提供する。しかし、選択された仕上げ方法に関係なく、本発明のコンクリートは、一般的に、仕上げプロセスに関して、より速く仕上げ（すなわち、所定の程度の光沢に達するのにより短い時間で済む）、より高い光沢の潜在能力を有する（例えば、光沢計で測定される）。後者に関して、従来よりも速い速度を使用すると（特に、低速で本質的に光沢の向上を停止するポイントに表面が到達すると）、既存のコンクリートで可能な光沢を超える光沢を得ることが期待できる。

そのような速い仕上げ速度は、摩擦が減少するため、一般的に、本発明のコンクリートで使用するのがより容易である。さらに、本明細書に示す混和剤は、一般的に、仕上げプロセス全体を通して、仕上げ面を得るために、より少ない仕上げ労力を必要とするコンクリートを提供する。仕上工がハンドこてでまたは乗用電動こてで作業するかに関係なく、仕上工は通常、こてまたは仕上げブレードの間の摩擦の違いを感じることができ、その床面の摩擦は一般的に、本発明の混和剤の使用しない床面よりも大幅に少ない。一般的に、仕上げ機で床面を所定の光沢度まで仕上げるのに必要な時間は、所定の仕上げ機の速度（ｒｐｍ）で短縮される。さらに、通常の仕上げ速度（約１８０〜約１９０ｒｐｍ）が用いられるよりも速い仕上げ速度（約１９０〜２１０ｒｐｍ）が必要になる場合があるが、表面を通常従来のコンクリート表面よりも高い光沢に仕上げることができる。業界内では、速い仕上げ速度は必要ないと明らかに考えられているため、新しい仕上げ機は、古い機械（２００ｒｐｍまたは２１０ｒｐｍ）よりも遅い最高速度（１８０ｒｐｍまたは１９０ｒｐｍ）とすることができる。したがって、本発明のコンクリートで得られる優れた表面を得るために、古いモデルの機械を使用する必要がある場合がある。

理論に拘束されることを望まないが、硬化熱は、高表面積のアモルファスシリカと「再乳化」混和剤の成分との間の反応を促進して、コンクリート全体に可塑性状の成分を形成すると考えられる。高速で仕上げると、表面でのこの反応が促進され、表面での熱放散により、コンクリートバルク内でその反応がある程度起こらないようにする可能性がある。理論に拘束されることを望まないが、速い仕上げ速度（すなわち、一般的に２００ｒｐｍ以上）での仕上げによって発生する熱によって促進される可塑性状の物質の形成は、従来のコンクリートで可能な光沢と比べて改善された光沢を有する表面をもたらすと考えられる。

当技術分野では、コンクリート表面の仕上げは、スラブの水不透過性に影響を与える可能性があることに留意されたい。「スラブを閉じる」、すなわち、当技術分野で周知の仕上げ機械の反復的で方向性のある適用を含む技術を使用してスラブを仕上げることは、水透過性を低下させることができる仕上げ方法である。このような方法は、本発明のコンクリートに適用されることができるが、本発明のコンクリートは、驚くほど高い水不透過性、またはさらに仕上げ工程がなくても完全な水不透過性を示す。

本発明のコンクリートの表面は、一般的に、従来の方法および配合物のコンクリートよりも硬いことにも留意されたい。一般的に、ほとんどのコンクリートは養生時間とともに硬度が増す。例えば、既存の方法に従って調製されたほとんどのコンクリートは、注入後約２８日でモース硬度スクラッチ試験に関して約４〜約５の範囲の硬度を有する。本発明のコンクリートが、注入後約３〜約８日（約７２〜約１９２時間）の範囲の時間長の後にそのような硬度を達成することは珍しいことではない。約２８日後、本発明のコンクリートが約６〜約９の範囲の硬度を有すること、または多くの場合、約７〜約８の範囲の硬度を有することは珍しいことではない。

本発明の方法は、（以下の「コンクリート性能を改善するための新規組成物」と題する節に記載のように調製されるコンクリート配合物のような）アモルファスシリカを含むコンクリート配合物との混和剤として使用されることが好ましい。前述の節の組成物と共に使用する混和剤が本明細書に記載されており、これらの配合物におけるその使用方法が完全に記載されている。理論に拘束されることを望まないが、本明細書に記載されていない、例えば本明細書に記載されているよりも大きい粒子径を有するシリカの使用は、本発明の何らかの限られた効果をもたらす可能性があるが、低粒子径、高表面積のアモルファスシリカで調製されたコンクリートよりも、注入、加工、および仕上げが難しい可能性が高い。

１００重量あたりＥ５ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｕｒｅ４オンスを含むコンクリートスラブを示す。Ｅ５ Ｆｉｎｉｓｈは、典型的には１ガロンあたり１０００平方フィートの割合で仕上げとして表面に使用される。バニシングプロセスは、仕上げ工程の終了直後に開始された。図１は、２７インチのバーニッシャーが２５００ｒｐｍで動作しているにもかかわらず、損傷していない表面を示す。写真は局所に塗布されたＥ５ Ｆｉｎｉｓｈのものであるが、示すように、Ｅ５ Ｆｉｎｉｓｈの混和剤適用でも同じ結果が得られる。 表面がほぼグレード１からほぼグレード２に変わったことを示す。写真は局所に塗布されたＥ５ Ｆｉｎｉｓｈのものであるが、示すように、Ｅ５ Ｆｉｎｉｓｈの混和剤適用でも同じ結果が得られる。

以下は、本発明で使用することができる混和剤配合物の詳細な説明である。この仮出願で開示された発明は、Ｔａｔｅ’ｓ Ｓｏａｐｓ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓから２０１７年３月２０日に販売可能な配合物のＫｏｒｋａｙ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｄｉｓｓｏｌｖｅｒ（「Ｋｏｒｋａｙ」）に言及しているが、当業者は、Ｋｏｒｋａｙおよびその水希釈物は化学配合物であり、ならびにこのような化学配合物は様々な異なる原料および／または方法によって調製されることができ、ならびに本発明の利益を得るために本発明での使用に好適であることを認識するであろう。一実施形態では、混和剤組成物は、Ｋｏｒｋａｙの水希釈物を含むか、または本質的にそれからなる。

Ｋｏｒｋａｙの同じ化学成分またはその水希釈物を含む配合物は、その中に水を含まない１つまたは複数の成分の濃度が、Ｋｏｒｋａｙまたはその水希釈物に対する濃度から、それぞれＫｏｒｋａｙまたはその水希釈物の重量に対して、それぞれ５０、４０、３０、２０、１０または５重量％未満外れることが本発明において有用であることができることを認識するべきである。このような化学組成物を、上記の推奨される量および割合で使用することができる。

別の実施形態では、混和剤は、水を含むか、水、アルファ−ヒドロキシ酸、グリコールアルキルエーテル、および約５００〜約１５００ｍｗの範囲の平均分子量を有するポリエチレングリコールを含む、または本質的にそれらからなる。更なる実施形態では、アルファ−ヒドロキシ酸は約５〜約１個の範囲の炭素を含有し、グリコール酸が好ましい。グリコール酸はＣｈｅｍｓｏｌｖから市販されている。グリコールアルキルエーテルは、好ましくはポリプロピレンメチルエーテルであり、ジプロピレングリコールメチルエーテルが好ましい。ジプロピレングリコールメチルエーテルは、多くの供給元、例えば、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ、Ｌｙｏｎｄｅｌｌ Ｂａｓｓｅｌｌ、Ｓｈｅｌｌから市販されている。約５００〜約１５００の分子量の範囲の平均分子量を有するポリエチレングリコールは、約７５０〜約１２５０の分子量の範囲の平均分子量を有するポリエチレングリコールであることが好ましく、約９５０〜約１０５０の分子量の範囲がさらにより好ましい。好適なポリエチレングリコールの一例は、ＰＥＧ（１０００）である。

別の実施形態では、アルファ−ヒドロキシ酸は、約５〜約２０重量パーセントの範囲で混和剤中に存在することが好ましく、約１０〜約１５重量パーセントの範囲の重量パーセントがより好ましい。グリコールアルキルエーテルの重量パーセントは、約５〜約２０重量パーセントの範囲が好ましくは、約１０〜約１５重量パーセントの範囲がより好ましい。ポリエチレングリコールの重量パーセントは、約１〜約１５重量パーセントの範囲が好ましく、約１〜約９重量パーセントの範囲の比がより好ましい。水は、約７０〜約８０重量パーセントの範囲で存在し、約７１〜約７７重量パーセントの範囲がより好ましい。

更なる実施形態では、混和剤は、以下の４つの部分：
１）７４％の水、
２）１３％のグリコール酸、
３）８％のジプロピレングリコールメチルエーテル（ＤＰＭグリコールエーテル）、
４）５％のポリエチレングリコール（ＰＥＧ １０００タイプ）、
の混合物の水希釈物を含むか、それからなるか、または本質的にそれからなり、希釈は、約４〜約２０部の水に対して１部の混合物を含むか、それからなるか、または本質的にそれからなることが好ましく、約５〜約１２部の水の希釈がより好ましく、約６〜約８部の水の希釈がさらにより好ましく、約６．５〜約７．５、またはさらに約６．８〜約７．２の範囲が特に好適である。このような希釈に相当する成分、つまり「成分等価物」とは、混和剤が前述と同じ成分および相対比率を含む、それらからなる、または本質的にそれらからなるが、混和剤が所定の希釈によって調製されなかったことを意味する。

他の実施形態では、コンクリートミクスに添加される混和剤（例えば、米国仮出願６２／７６５，５９７に記載されているか、または本明細書に列挙されている量のアモルファスシリカによって調製され、それを含むコンクリート混合物を含むレディミクスに添加する）は、約４〜約２０重量部の水に対して１重量部のＫｏｒｋａｙを含む、それからなる、またはそれから本質的になり、約５〜約１２重量部の水の希釈がより好ましく、約６〜約８重量部の水の希釈がさらにより好ましい。（Ｅ５ Ｆｉｎｉｓｈ配合物は、約１部のＫｏｒｋａｙに対して約７部の水を含む混合物を生成することによって形成されることができる）。いくつかの実施形態では、混和剤は、Ｅ５ Ｆｉｎｉｓｈ配合物を含む。他の実施形態では、混和剤は、Ｅ５ Ｆｉｎｉｓｈまたは前述の化学的に同一の調製物の水希釈あるいは水除去濃縮を含む。他の実施形態では、混和剤は、Ｅ５ Ｆｉｎｉｓｈを含む、または本質的にそれからなる。更なる実施形態では、前述の混和剤は、セメント１００ポンドあたり約０．５〜約８オンスの範囲の量でレディミクスに添加され、セメント１００ポンドあたり約２〜約５オンスが好ましく、セメント１００ポンドあたり約２．５〜約３．５オンスがさらにより好ましく、セメント１００ポンドあたり約２．８〜約３．２オンスが最も好ましい。

セメント系材料１００重量あたり約５オンスのＥ５ Ｆｉｎｉｓｈを超えるＥ５ Ｆｉｎｉｓｈの量の場合、またはセメント系材料１００重量あたり約５オンスを超えるアモルファスシリカの量の場合、場合によっては、脆性の増加および圧縮強度の減少が観察され得るという点で、本発明の観察された利点が減少し始める可能性がある。本明細書に示される好ましい（または最も広い）範囲内のアモルファスシリカ（またはＥ５ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｕｒｅ）およびＫｏｒｋａｙ（またはＥ５ Ｆｉｎｉｓｈ）の所与の含有量について、一般的に、アモルファスシリカの量を１００重量あたり約４オンスから、またはＥ５ Ｆｉｎｉｓｈの量を１００重量あたり約３オンスから変更すると、耐摩耗性、水不透過性、および圧縮強度がいくらか低下すると予想され得る。

配合物は一般的に混和剤として使用され、したがってそれらは所定の比率で調製され、バルクコンクリート混合物に添加される、例えば小さな粒子径のアモルファスシリカ、例えば以下に説明するコンクリート混合物を含むコンクリート混合物を含むレディミクスに添加する、ことに留意されたい。このような混和剤の添加は最も好ましい。ただし、混和剤の成分を個別に添加することは許容される場合がある。例えば、水、グリコール酸、ジプロピレングリコールメチルエーテル、またはポリエチレングリコール成分のうちの１つまたは複数の一部もしくは全部を、特に混合物が十分に練り混ぜられた後、混和剤の残部を加える前に、コンクリート混合物に加えることが許容されてもよい。例えば、コンクリート混合物は、混和剤に割り当てられる水の少なくとも一部を用いて調製されることができる。このような状況では、コンクリート混合物および混和剤中の水の量を確認する際に、水の総量は、２つの部分量の合計とみなす必要があることを理解されたい。その１つはコンクリート混合物に許容される水の総量の範囲内であり、もう１つは混和剤に許可された水の総量の範囲内である。成分のこのような別個の添加は、本発明のいくらかの効果を与える場合がある。しかし、最適な結果のために、本明細書に記載されるように、混和剤の実施形態を使用することが非常に好ましい。その成分の混合物、すなわちアルファ−ヒドロキシ酸、グリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコールおよび水を含む混合物が、以下に記載されるように、アモルファスシリカを含む混合コンクリート混合物を含むレディミクスに添加される。

理論に拘束されることを望まないが、コンクリート養生中に発生する熱は、（コンクリートの調製に混和剤を使用した結果）混和剤の成分の結果として、養生中にコンクリート全体に強靭な可塑性状のマトリックスの形成を助け、コンクリート中のアモルファスシリカと相互作用すると考えられる。このような結果は、Ｅ５ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｕｒｅを容器内で熱を加えてＥ５ Ｆｉｎｉｓｈと直接練り混ぜ、マトリックスの物質と考えられるような強靭な半透明または透明な物質が得られる実験によって示される。

混和剤は、必要に応じて、Ｅ５ Ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｕｒｅとして加えられることができるアモルファスシリカを含むコンクリートミクスに混合される。一般的に、コンクリートミクスは、約５５ｎｍ未満の平均粒子径、およびいくつかの実施形態では約７．８ｎｍ未満の平均粒子径、または別の実施形態では約５〜約５５ｎｍもしくは約５〜約７．９ｎｍの平均粒子径の粒子を有し、ならびに、約４３０〜約９００ｍ^２／ｇの範囲の表面積を有し、ならびに、コンクリート中において、セメント（すなわち、水、骨材、砂、またはその他の添加剤を含まない）１００ポンドあたりアモルファスシリカ約０．１〜約４オンスの重量比で存在するアモルファスシリカを含む。

上記の粒子径パラメーターによって特徴付けられる限り、他の供給源からのアモルファスシリカが好適であってもよい。好適なアモルファスシリカの非限定的な例には、コロイダルシリカ、沈殿シリカ、シリカゲルおよびヒュームドシリカが挙げられ、コロイダルシリカまたはシリカゲルが好ましい。平均粒子径が約２５ｎｍ未満の粒子を使用することがより好ましく、約７．９ｎｍ未満の平均粒子径がさらにより好ましい。より好ましいコンクリート中の重量比率は、セメント（水、骨材、砂、またはその他の添加剤を含まない）１００ポンドあたりアモルファスシリカ約０．１〜約３オンスである。さらにより好ましいコンクリート中の重量比率は、セメント（先と同様に、水、骨材、砂、またはその他の添加剤を含まない）１００ポンドあたりアモルファスシリカ約０．１〜約１オンスである。

さらに他の実施形態では、約５０〜約９００ｍ^２／グラムの範囲の表面積を有するアモルファスシリカが好ましく、約１５０〜約９００ｍ^２／グラムがより好ましく、約４００〜約９００ｍ^２／グラムがさらにより好ましい。アルカリ性ｐＨを有するアモルファスシリカが好ましく、８〜１１の範囲のｐＨがより好ましい。

さらに別の実施形態では、アモルファスシリカは、Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ＬＬＣから市販されている添加剤であるＥ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥを使用することによって提供される。一実施形態では、Ｅ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥのセメントに対する重量比は、セメント（水、砂、骨材、またはその他の添加剤を含まない）１００ポンドに対してＥ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥ約１〜約２０オンスの範囲である。Ｅ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥのセメントに対する重量比は、セメント（水、砂、骨材、またはその他の添加剤を含まない）約１００ポンドに対してＥ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥ約１〜約１０オンスの範囲であることがより好ましい。Ｅ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥのセメントに対する重量比は、セメント（水、砂、骨材、またはその他の添加剤を含まない）約１００ポンドに対してＥ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥ約１〜約５オンスの範囲であることがさらにより好ましい。理想的な値は、約３〜５の範囲、または１００重量あたり約４オンスである。

驚くべきことに、セメント（水、砂、骨材、またはその他の添加剤を含まない）約１００ポンドに対して約２０オンスを超えるＥ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥを使用すること、またはセメント（水、砂、骨材、またはその他の添加剤を含まない）約１００ポンドに対して約５オンスを超えるアモルファスシリカを使用することにより、有益な水または圧縮強度の利点が観察されない場合がある、または最小限しか観察されない場合があるという点で、利点がなくなる可能性がある。

アモルファスシリカおよび混和剤（非限定的な例として、それぞれＥ５ Ｉｎｔｅｒｎａｌ ＣｕｒｅおよびＥ５ Ｆｉｎｉｓｈ）の添加の順序は、本発明のプロセス、組成物、およびコンクリートから最大の利益を実現するために重要である。例えば、カッティング剤含有混和剤を添加する前に、アモルファスシリカをセメントミクスに添加することが非常に好ましい。

アモルファスシリカは、以下の「コンクリート性能を改善するための新規組成物」と題する節に従って、セメント混合物と混合されることが好ましい。

コンクリートミクスは、ある量のａ）乾燥セメントミクス、ｂ）水、ｃ）アモルファスシリカ、ｄ）骨材および／または砂を含む成分から作製される。

乾燥コンクリートミクスは、一般的に、望ましい注入特性および硬化特性の組み合わせを有するコンクリートミクスを提供する水／セメント比を与える推奨される含水量を有する。場合によっては、推奨される含水量は広範囲の含水量にわたる。以下に示すように、注入前のコンクリートミクスの初期含水量は、養生中および仕上げ中に、結果として生じるコンクリート設備（スラブ、フーチング等）の品質を低下させる問題を引き起こす可能性がある。硬化コンクリート中の水媒介構造欠陥を低減するために、減水対策、例えば「減水剤」および流動化剤が使用されるのが一般的である。本発明の利点は、水分含有量が製造業者によって推奨されたものよりも減少している状況において明白であるはずであるが、本発明は、コンクリートミクスに含まれる水が、乾燥セメントミクスの製造業者によって指定された量以上である状況において、本発明のコンクリートを与えるために使用されることができることに留意されたい。コンクリートミクス中の減水剤は一般的に不要である。

したがって、広い側面では、セメントミクスおよび水は、以下の比率でコンクリートミクスに存在する。
水の量および乾燥セメントミクスの量、前記セメントミクスは、
ｉ）製造業者が推奨する水／セメント比の値；ここで、前記推奨された比率は、約０．３５〜約０．６５の範囲にあり、水の量と混合すると、水／セメント比は、推奨値よりも約１０％少ない値に相当する値よりも大きいが、推奨値よりも約３０％大きい値に相当する値よりも小さい、
または、
ｉｉ）製造業者が推奨する水／セメント比の範囲；上限値と下限値を有し、水の量と混合すると、水／セメント比は、下限値よりも約１０％少ない値に相当する値よりも大きく、上限値よりも約３０％大きい値に相当する値以下である、
または、
ｉｉｉ）水の量と混合すると、水／セメント比が約０．３５〜０．６５の範囲にあるような量、
を特徴とする。

本発明の利点は、一般的に、商業的に有用なタイプのポルトランドセメントを使用することにより明らかになると予想される。セメントミクスは、建設で一般的に使用される１つまたは複数のタイプ、例えば、タイプＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶおよびＶのポルトランドセメントである。

上記の水の量がセメントミクスに加えられる。この量は、シリカの含水配合物、例えばコロイド、分散液、エマルジョン等の場合にシリカと共に導入される水、ならびにカッティング剤含有混和剤で導入される水を除いて、少なくともセメントミクスを含むコンクリートミクスと混合される全ての水が含まれる。以下でさらに詳細に説明するように、水は、複数の部分、例えば、第１の部分の水がコンクリートミクスと混合され、しばらくの間攪拌された後、第２の部分の水（例えば、「テールウォーター」）の添加で少なくともセメントミクスを含むコンクリートミクスと混合されることができる。コンクリートが部分的に硬化した後、コンクリートの表面に水をかけて、収縮を引き起こす可能性のある表面の早期の乾燥、ならびに後の加工および仕上げの困難を防ぐこともあることに留意されたい。この「仕上げ」水は、水の量には含まれない。他の実施形態では、水／セメント比は、約０．３８〜０．５５の範囲、またはより具体的な実施形態では、約０．４８〜約０．５２の範囲、または約０．３８〜約０．４２の範囲である。

上記のｉ）、ｉｉ）、およびｉｉｉ）に関連して、より好ましい実施形態では、水およびセメントミクスは、乾燥セメントミクスの量と水の量との混合時の配合比でコンクリートミクス中に存在し、水／セメント比は、
推奨値以上、ただし推奨値より３０％多い値に相当する値以下、または、
推奨範囲の上限値以上、ただし上限値より約３０％より多い値に相当する値以下、もしくは少なくとも０．３５以上、０．６５以下である。

アモルファスシリカの粒子径は特に重要である。一般的に、微粒子化シリカ中に見つけられるものなどのより大きな粒子径により、本明細書で規定されるサイズのアモルファスシリカが規定量で使用される場合に見られる程度までは、キャピラリーおよびボイドの形成を低減させない。本発明のコンクリートミクスは、好ましくはａ）のセメントの１００重量（ｃｗｔ）当たり約０．１〜約７．０オンスの範囲の量で存在するアモルファスナノシリカの量を含み、平均シリカ粒子径が約１〜約５５ナノメートルの範囲にあるような粒子径を有し、かつ／または、シリカ粒子の表面積は、約３００〜約９００ｍ^２／ｇの範囲、または他の実施形態では、約４５０〜約９００ｍ^２／ｇの範囲である。

様々な原料からのアモルファスシリカは、上記の粒子径および表面積パラメーターによって特徴付けられる限り、一般的に好適である。好適なアモルファスシリカの非限定的な例には、コロイダルシリカ、沈殿シリカ、シリカゲルおよびヒュームドシリカが挙げられる。しかし、コロイダルアモルファスシリカおよびシリカゲルが好ましく、コロイダルアモルファスシリカが最も好ましい。

更なる実施形態では、シリカ粒子径は、約５〜約５５ｎｍの範囲にある。平均粒子径が約２５ｎｍ未満の粒子が好ましく、平均粒子径が約１０ｎｍ未満である粒子がより好ましく、平均粒子径が約７．９ｎｍ未満である粒子がさらにより好ましい。コンクリート中の好ましい重量比は、セメント（水、骨材、砂、またはその他の添加剤を含まない）１００ポンドあたりアモルファスシリカ約０．１〜約３オンスである。コンクリート中のより好ましい重量比は、セメント（先と同様に、水、骨材、砂、またはその他の添加剤を含まない）１００ポンドあたりアモルファスシリカ約０．１〜約１オンスである。さらにより好ましくは、セメント（先と同様に、水、骨材、砂、またはその他の添加剤を含まない）１００ポンドあたりアモルファスシリカ約０．４５〜約０．７５オンスである。驚くべきことに、セメントミクス１００ポンドあたりアモルファスナノシリカが約３〜約４オンスを超えると、コンクリートミクスの注入または加工が困難になる可能性があり、非シリカのコントロールに関してさえ、圧縮強度が大幅に低下する可能性がある。それ以外の場合は、一般的に、セメント１００ポンドあたり約１オンスを超える量は、セメント１００ポンドあたりアモルファスシリカ約０．４５〜約０．７５オンスの好ましい範囲に関して、圧縮強度の増加を減少させる。所定の好ましい範囲は、最も経済的に実現可能な範囲であり、すなわち、それを超えると、シリカの追加単位あたりの圧縮強度の増加は少なくなり、圧縮強度の増加単位あたりのシリカのコストは、コンクリートのコストを法外に高くする可能性がある。

約５０〜約９００ｍ^２／グラムの範囲の表面積を有するアモルファスシリカが好ましく、約１５０〜約９００ｍ^２／グラムがより好ましく、約４００〜約９００ｍ^２／グラムがさらにより好ましく、４５０〜７００ｍ^２／グラムまたは５００〜６００ｍ^２／グラムがさらにより好ましい。アルカリ性ｐＨ（約ｐＨ７以上）を有するアモルファスシリカが好ましく、８〜１１の範囲のｐＨがより好ましい。

さらに別の実施形態では、アモルファスシリカは、Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ＬＬＣから市販され、約８５重量％の水中に約１５重量％のアモルファスシリカを含む添加剤であるＥ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥを使用することによって提供される。シリカ粒子の特性は、平均粒子径が約１０ｎｍ未満（ＢＥＴ法で測定）、表面積が約５５０ｍ^２／ｇである。一実施形態では、Ｅ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥのセメントに対する重量比は、セメント（水、砂、骨材、またはその他の添加剤を含まない）１００ポンドに対してＥ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥ約１〜約２０オンスの範囲である。Ｅ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥのセメントに対する重量比は、セメント（水、砂、骨材、またはその他の添加剤を含まない）約１００ポンドに対してＥ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥ約１〜約１０オンスの範囲であることがより好ましい。Ｅ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥのセメントに対する重量比は、セメント約１００ポンドに対してＥ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥ約１〜約５オンスの範囲であることがより好ましく、セメント（水、砂、骨材、またはその他の添加剤を含まない）約１００ポンドに対してＥ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥ約３〜約５オンスの範囲であることがさらにより好ましい。驚くべきことに、セメント（先と同様に、水、砂、骨材、またはその他の添加剤を含まない）約１００ポンドに対して約２０オンスを超えるＥ５を使用することにより、追加の有益な水または圧縮強度の利点が観察されない場合がある、また最小限しか観察されない場合があるという点で、利点がなくなる可能性がある。得られたコンクリートミクスは注入が難しい場合があり、得られたコンクリートは品質が悪い場合がある。コンクリートの品質は、セメント１００ポンドあたり約３〜約５オンスの好ましい範囲からの離れるにつれて低下するが、圧縮強度は、Ｅ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥコロイダルアモルファスシリカがない場合よりもなお改善される可能性があることに留意されたい。好ましい実施形態では、コンクリートミクスに添加されるコロイダルシリカは、約４０から約９８重量％のシリカの範囲であり、６０〜９５重量％が好ましく、７０〜９２重量％がより好ましく、７５〜９０重量％がさらにより好ましい。

骨材および砂を、通常、建設目的の当技術分野で公知の量で本発明のコンクリートに使用することができる。一実施形態では、骨材の量および／または砂の量は、それらが合計で約４００から約７００重量％ｂｗｏｃの範囲の量になるように使用される。一般的に、コンクリートミクスは、セメントミクス、水、および好ましくは、骨材ならびに砂（当技術分野では、それぞれ「粗骨材」および「細骨材」と呼ばれることもある）の量を含む成分で調製される。コンクリートミクスは、２つのうちの１つのみ、例えば砂のみまたは骨材のみを含むことが許容されるが、ミクスは少なくともそれぞれの量を含むことが好ましい。砂と骨材は、セメント混合物のシリカ含有量に寄与する可能性があり、したがって、コンクリートミクスの要水量に影響を与える（つまり、いくらか上昇させる）可能性がある。一般的に、コンクリートを使用する用途に適したほとんどの種類の骨材を使用できる。粗骨材、例えば、粗い、砕いた石灰石の砂利、より大きな大きさのきれいな砕石等が、ならびに細骨材、例えば、より小さな大きさのきれいな砕石、細かい石灰石の砂利等が含まれる。同様に、多くの種類の砂、例えば、山（粗）砂、川砂等を使用することができる。一般的に、コンクリート用途では、モルタルでの使用に適していることが知られている「さらさらな砂」よりも「粗砂」が好ましい。ただし、一般的に、さらさらな砂は、コンクリートの調製に使用する場合、粗い砂とは異なる要水量を有すと予想される。当技術分野で公知のように、重量を支える用途は、粗い、砕いた石灰石などの粗骨材を必要とする場合がある。このような粗骨材は、注入されたコンクリート用途に好ましく、特に注入された建築スラブでの使用には、粗骨材、例えば、粗い砕いた石灰石砂利およびより大きな大きさのきれいな砕石、ならびに山砂である。

セメントの重量（ｂｗｏｃ）に基づく骨材と砂の比率は、乾燥セメントミクス１ヤードあたり約２０００〜約４０００ポンドの範囲であることが好ましく（１ヤードあたり約５２０〜約６１０ポンドの範囲、または１ヤードあたり約５６０〜約５７０ポンドであることがより好ましく、１ヤードあたり約５６４ポンドがさらにより好ましい）。骨材と砂の混合比率は、乾燥セメントミクス１ヤードあたり約２７００〜約３３００ポンドの範囲がより好ましい。乾燥セメントミクス１ヤードあたり約２９００〜約３１００ポンドの範囲がより好ましい。別の実施形態では、骨材および砂の重量は、コンクリートの重量に基づいて５０〜９０重量％であり、約７０から約８５重量％の範囲が好ましい。骨材と砂の相対量は重要ではないが、砂と骨材の混合重量に基づいて約２０重量％〜約７０重量％の砂の範囲が好ましく、約４０重量％〜約５０重量％の砂が好ましい。

特に商業規模の注入において、開示された利益をもたらすために必要な少量のアモルファスナノシリカでさえ、水の前にセメントミクスに添加された場合、コンクリートミクスの注入性にも得られたコンクリートの品質にも有害であり、コンクリートを不適切にさえする可能性があることが分かった。本発明のプロセスは、一般的に、アモルファスナノシリカの量を添加する前に水の量の少なくとも一部を加え、アモルファスシリカの添加前に水を分配するために、添加と添加との間に少なくとも一定時間の攪拌を伴う状況を含む。実際には、必要に応じて、調製プロセスの後半で水を加えることができる。例えば、水を２つ（またはそれ以上）の部分で添加すること、例えば、第１の部分の添加および攪拌の後に１部分を「テールウォーター」として添加する慣行が知られている。一実施形態では、アモルファスシリカは、コロイダルシリカとして第２の部分の水とともに添加される。好ましい一実施形態では、コロイダルシリカは、２つの部分で加えられた水の添加後に添加され、各部分の添加後に攪拌される。

したがって、より一般的には、水の量を、その全量で加える、または、水の量の約２０重量％〜約９５重量％の範囲を含む最初の部分と、残りを含むテールウォーター部と、を含む部分で加えることができ、最初の部分の水は、セメントミクスおよび骨材／砂成分の量と混合されて第１のミクスを形成し、アモルファスシリカは、セメントミクス、骨材／砂成分、および最初の部分の水の量を含むミクスに添加されて第２のミクスを形成する。最初の部分は、水の量の３５〜約６０重量％の範囲を含むことがさらにより好ましい。

（以下の３つの状況（すなわち、「状況１」、「状況２」および「状況３」）は、それぞれ、ｉ）テールウォーターの添加後のシリカの添加、ｉｉ）テールウォーターの添加前にシリカを添加、ｉｉｉ）シリカとテールウォーターの同時添加、に対応する）

分割水を添加する実施形態では、テールウォーターは１）第１のミクスに加えられる、または２）第２のミクスに加えられる、または３）第１のミクスにアモルファスシリカと共に加えられ、アモルファスシリカおよびテールウォーターは、必要に応じて互いに混合され、１）第１のミクスは、テールウォーターの添加前に時間ｔ_１１の間、テールウォーターの添加後、しかしアモルファスシリカの添加前に時間ｔ_１２の間、およびアモルファスシリカの添加後、しかし混和剤の添加前に時間ｔ_１３の間攪拌される、または、２）第２のミクスは、アモルファスシリカの添加前に時間ｔ_２１の間、アモルファスシリカの添加後、しかしテールウォーターの添加前に時間ｔ_２２の間、およびテールウォーターの添加後、しかし混和剤の添加前に時間ｔ_２３の間攪拌される、または、３）第２のミクスは、アモルファスシリカおよびテールウォーターの同時添加の前に時間ｔ_３１の間攪拌され、そして、シリカの添加後、しかし混和剤の添加前に、コンクリートミクスは時間ｔ_３２の間攪拌される。

状況１）では、第２の部分の水（テールウォーター）が、第１の部分の水、セメントミクスおよび砂／骨材成分の量を含むコンクリートミクスに加えられ、好ましくは約２〜約５ｒｐｍの範囲の練り混ぜ速度（例えば、レディミクスにおいて）で、ｔ_１１は約２〜約８分の範囲が好ましく、約３〜約６分がより好ましい。時間ｔ_１２は、約２〜約５ｒｐｍの範囲の練り混ぜ速度で、約０．５〜約４分の範囲が好ましく、約１〜２分の範囲がより好ましい。時間ｔ_１３は、混和剤を加える前に約１２〜約１５ｒｐｍの範囲の速度での比較的速い練り混ぜ速度で、約２〜約１０分の範囲が好ましく、約５〜約１０分の範囲がより好ましい。以下に説明するように混和剤を添加して練り混ぜた後、例えば、注入部への輸送時間などの時間の間、速度を約２〜約５ｒｐｍの範囲の速度に下げることができる。輸送時間の基準は、ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅによって設定されている。例えば、コンクリートは、温度が９０Ｆ以上の場合は高速練り混ぜの終了から６０分以内に、温度が９０Ｆ未満の場合は９０分以内に注入されなければならない。

状況２）では、第２の部分の水（テールウォーター）が、第１の部分の水、セメントミクスおよび砂／骨材成分の量、ならびにアモルファスシリカを含むコンクリートミクスに添加され、好ましくは約２から約５ｒｐｍの範囲の練り混ぜ速度（例えば、レディミクスにおいて）で、ｔ_２１は約２〜約８分の範囲が好ましく、約３〜約６分がより好ましい。時間ｔ_２２は、約２〜約５ｒｐｍの範囲の練り混ぜ速度で、約０．５〜約２分の範囲が好ましく、約０．５〜１分の範囲がより好ましい。時間ｔ_２３、混和剤を添加する直前の時間は、約１２〜約１５ｒｐｍの範囲の速度での比較的速い練り混ぜ速度で、約２〜約１０分の範囲が好ましく、約５〜約１０分の範囲がより好ましい。以下に説明するように混和剤を添加して練り混ぜした後、例えば、注入部への輸送時間などの時間の間、速度を約２〜約５ｒｐｍの範囲の速度に下げることができる。上記のように、輸送時間の基準は、ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅによって設定されている。

状況３）では、テールウォーターは、第１のミクスにアモルファスシリカと一緒に添加され、アモルファスシリカおよびテールウォーターは、必要に応じて互いに混合され、好ましくは約２〜約５ｒｐｍの範囲の練り混ぜ速度（例えば、レディミクスにおいて）で、ｔ_３１は、約２分〜約８分の範囲が好ましく、約３〜約６分がより好ましい。時間ｔ_３２、混和剤を添加する直前の時間は、約１２〜約１５ｒｐｍの範囲の速度での比較的速い練り混ぜ速度で、約２〜約１０分の範囲が好ましく、約５〜約１０分の範囲がより好ましい。以下に説明するように混和剤を添加して練り混ぜた後、例えば、注入部への輸送時間などの時間の間、速度を約２〜約５ｒｐｍの範囲の速度に下げることができる。上記のように、輸送時間の基準は、ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅによって設定されている。

別の実施形態では、全量の水がセメントミクスと骨材／砂成分の量に加えられミクスを形成すると、アモルファスシリカを添加する前に、前記ミクスを時間ｔ_ａの間攪拌し、そして、混和剤を添加する前に、コンクリートミクスを時間ｔ_ｂの間攪拌する。ウェットバッチプロセスの場合、一度に全量の水を追加すると便利である。時間ｔ_ａは、約２〜約５ｒｐｍの範囲の練り混ぜ速度（例えば、レディミクスにおいて）で、好ましくは約２分〜約８分の範囲であり、より好ましくは約３〜約６分である。時間ｔ_ｂは、約１２〜約１５ｒｐｍの範囲の速度での比較的速い練り混ぜ速度で、好ましくは約２〜約１０分の範囲であり、より好ましくは約５〜約１０分の範囲である。以下に説明するように混和剤を添加して練り混ぜた後、例えば、注入部への輸送時間などの時間の間、速度を約２〜約５ｒｐｍの範囲の速度に下げることができる。上記のように、輸送時間の基準は、ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅによって設定されている。本発明の利点は、一般的に、水の一度の添加の場合に観察されるが、実際には、水を２つの部分に分割するのが一般的に順守される。第１の部分を含むコンクリートミクスの攪拌後、第２の部分の使用は、バレルの口の近くから不十分に練り混ぜられたセメントミクスのレディミクスの残部中に洗い流すという利点を有する。

混和剤は、好ましくは、混合物がシリカを含む点で添加され、シリカ含有混合物は、混和剤の添加前に完全に練り混ぜられている。したがって、シリカ添加に関する上記の推奨事項に加えて、同様に、カッティング剤含有混和剤の添加の前後で、しかし注入前に、の推奨事項がある。これらの条件は、上記の条件と一致している。好ましい実施形態では、シリカ含有混合物は、約６ＲＰＭを超える１つまたは複数の速度で少なくとも３分間の合計時間練り混ぜられる。より好ましい実施形態では、シリカ含有混合物は、約７ＲＰＭ〜約１５ＲＰＭの範囲、およびより好ましくは約１２〜約１５ＲＰＭの範囲の１つまたは複数の速度で、約５分〜約１５分の範囲、より好ましくは約５分〜約１０分の範囲の時間練り混ぜられる。前述の練り混ぜ工程の後、カッティング剤含有混和剤が添加される。好ましい実施形態では、カッティング剤含有混合物を含む混合物は、約６ＲＰＭを超える１つまたは複数の速度で少なくとも３分間の合計時間練り混ぜられる。より好ましい実施形態では、カッティング剤含有混合物は、約７ＲＰＭ〜約１５ＲＰＭの範囲、およびより好ましくは約１２〜約１５ＲＰＭの範囲の１つまたは複数の速度で、約５分〜約１５分の範囲、より好ましくは約５分〜約１０分の範囲の時間練り混ぜられる。

コンクリート混合物は、ウェット（「セントラルミクス」）またはドライ（「トランジットミクス」）バッチ状況で調製されることができる。ウェットバッチモードでは、上記の方法の１つで、乾燥成分を水の量と練り混ぜ、続いてアモルファスシリカを練り混ぜてコンクリートミクスを得る。ミクスは、上記のように攪拌されるか、またはレディミクスに導入され、上記のようにその中で攪拌される。本質的に、ウェットバッチおよびドライバッチの状況は同様であるが、ただし、ウェットバッチの手順の一部はレディミクスの外部で（例えば、プラントで）実行される。ドライバッチ処理（「トランジットミクス」）が多少好ましい。例えば、バッチで使用されるコンクリートミクス、砂および粗骨材の調製に利用される水の総量の４０±２０％、または更なる実施形態では、±１０％が、レディミクス中に入れられる。セメントミクス、粗骨材、および砂を一緒に練り混ぜて、レディミクスに入れる。そして、残りの水はレディミクス中に入れられる。乾燥成分および水が完全に練り混ぜられると、アモルファスシリカが添加され、混合物は５〜１０分間練り混ぜられる。練り混ぜは、比較的速いドラム回転速度、例えば、約１２〜約１５ｒｐｍの範囲の速度で行われることが好ましい。より高速な練り混ぜが行われると、次にバッチを注入することができる。ただし、高速練り混ぜから注入までの時間、例えば注入部までの運搬時間を有することは許容される。一般的に、コンクリートが低速、例えば約３〜約５ｒｐｍで練り混ぜられる限り、約１〜約６０分の範囲の高速練り混ぜから注入までの時間は許容される。

一実施形態では、レディミクスが注入部に到着したら、水、セメント、および他の乾燥成分を含むレディミクスにシリカを添加することが特に便利である。アモルファスシリカが添加された後、コンクリート／シリカ混合物は、注入前に、しばらくの間、最も好ましくは少なくとも約５〜約１０分間練り混ぜられるべきであることがさらに見出された。しかし、本発明の利益を少なくとも部分的に得ることに関して、他の期間が許容されてもよい。

本発明の利益は、前述のプロセスの商業的に使用される変形例において、乾燥成分と第１の部分および第２の部分の水と（または第２の部分の水と）を練り混ぜした後、アモルファスシリカが最後に添加され、ならびにシリカを添加した混合物が、注入前に本明細書で指定する時間練り混ぜられる限り、期待できる。

好ましい一実施形態では、レディミクスが注入部に到着したら、水、セメント、および他の乾燥成分を含むレディミクスにシリカを添加することが特に便利である。さらに、アモルファスシリカが添加された後、コンクリート／シリカ混合物は、例えば、レディミクスミキサーを用いて、しばらくの間、最も好ましくは少なくとも約５〜約１０分間、好ましくは高速で、例えば１２〜１５ｒｐｍで、練り混ぜられるべきであることが見出された。しかし、本発明の利益を少なくとも部分的に得ることに関して、他の期間および他の速度が許容されてもよい。

コンクリート混合物は、必要に応じて、ウェットまたはドライバッチ状況で調製されることができる。例えば、バッチで使用されるセメント、砂、および粗骨材を十分に湿らせるのに必要な水の４０±１５％、または別の実施形態では±１０％が、レディミクス中に入れられる。セメントミクス、粗骨材、および砂を一緒に練り混ぜて、レディミクスに入れる。そして、残りの水はレディミクス中に入れられる。

乾燥成分と水が練り混ぜられたら、アモルファスシリカが添加され、混合物は約３〜約１５分の範囲、より好ましくは約５分〜約１０分の範囲の時間、好ましくは比較的速いドラム回転速度で、例えば、約８〜約２０ｒｐｍ、より好ましくは約１２〜約１５ｒｐｍの範囲の速度で、練り混ぜられる。高速練り混ぜからシリカ添加までの時間、例えば注入部までの運搬時間を有することは許容される。一般的に、コンクリートが低速、例えば約３〜約５ｒｐｍで練り混ぜられる限り、約１〜約６０分の範囲である高速練り混ぜからシリカ添加までの時間は許容される。一実施形態では、シリカを含むセメント混合物は、混和剤を添加する前に十分に練り混ぜられることが好ましい。高速練り混ぜが行われると、次に混和剤を、例えばレディミクスに添加することができる。シリカがミクスに添加され、十分に混合されると、混和剤を３０分以内にバッチに添加することが好ましく、２０分以内がより好ましく、１０分以内がさらにより好ましい。混和剤が、混合されたアモルファスシリカ成分を含むコンクリート混合物に添加されると、次に、混和剤含有混合物は、約１〜約１８ｒｐｍの範囲の速度で、約２〜約２０分の範囲の時間練り混ぜられることができる。

上に示したように、コンクリートは、分割水添加と、すなわち、乾燥成分の添加前に加えられた部分の水と練り混ぜられるのが一般的であり、および第１の部分の後に加えられた部分と乾燥成分はしばらくの間一緒に練り混ぜられる。本発明の利益は、以下のプロセスである限り、全ての商業的に使用される変形において期待されることができる。
１）乾燥成分と水を一緒に練り混ぜた後、水と他のコンクリート成分のバッチ処理（つまり、完全な練り混ぜ）から約６０分以内に、アモルファスシリカを添加する（水が１度にまたは２度以上で添加されるかに関係なく）。
２）シリカ含有混合物を、比較的速いドラム回転速度（例えば、約３〜約１５分の範囲の時間で、約８〜約２０ｒｐｍの範囲の１つまたは複数の速度）で練り混ぜる。
３）混和剤をシリカ含有混合物に添加し、得られた混合物を、約２〜約２０分の範囲の時間、約１ｒｐｍを超える範囲の１つまたは複数の速度で練り混ぜる。これは、好ましくは、約１０ｒｐｍを超える速度で、より好ましくは約１２ｒｐｍ〜約１５ｒｐｍの範囲で、少なくとも１分、ただし１８分の長さ、またはそれ以上の時間を含む。
４）コンクリート混合物を３）の練り混ぜから約６０分以内に注入する。

本発明の組成物および方法から形成されるコンクリートの耐摩耗性は、一般的に、標準的な方法および組成物から形成されるコンクリート（すなわち、アモルファスシリカおよび混和剤を添加せずに調製）と比べて増加する。本発明のコンクリートを耐摩耗性試験ＡＳＴＭ Ｃ９４４を受けることにより、一般的に、実質的に同じ方法であるが、アモルファスシリカおよび混和剤がない方法で調製された標準的なコンクリートよりも小さな重量損失結果をもたらす。例えば、実施例１および３に示すように、標準的なコンクリートは、本発明のコンクリートよりも高い摩耗損失を有する。実施例３の標準的なコンクリートは、１．１グラムの摩耗損失を示すが、本発明の組成物からそして本発明の方法によって形成されるコンクリートは、０．６グラムの損失をもたらす。一般的に、本発明のコンクリートは、標準的なコンクリートに対して５０パーセントまたはさらにそれ以上低減される摩耗損失をもたらす可能性がある。標準的なコンクリートとは、同等の方法、成分、および成分の比率によって調製されたコンクリートを意味するが、開示されたアモルファスシリカおよび開示された混和剤は添加されていない。

以下は、本発明の利点が明らかにされる仕上げ工程の手順の詳細な説明である。詳細な手順の説明に伴い、本発明の方法および配合物による違いに重点を置いて、工程が進行するにつれての表面の変化の視覚的な説明がある。屋内使用のためのコンクリートの仕上げは、一般的に、注入されたスラブが硬化し始めた後、こて仕上げ、混合、および最終仕上げ工程の３つの連続する工程を含む。それぞれが特定の硬化段階で行われ、各工程をいつ開始するかについての確認は、施工者の熟練した判断の範囲内である。多くの、またはほとんどのスラブが新しい建設物の最初の要素であることが多いため、外部要素、例えば温度、相対湿度、風速が決定に影響する。「コンクリート性能を改善するための新規組成物」と題する節で説明したように、コンクリートを調製するための特定のプロセスにおいて、特定のタイプのアモルファスシリカを使用すると、硬化に及ぼす外部要素の影響の多くを最小限に抑える。したがって、標準の３工程の仕上げプロセスは非常に簡単で、多くの場合、各工程で必要なエネルギーが少なくて済み、仕上げ中のコンクリートの損傷のリスクも少ない。例えば、ほとんどの住宅および商業建設の基礎となる建設スラブのコンクリートの標準仕上げを得るには、一般的に、３つ全てが必要である。本発明において、こて仕上げは、以下に記載されるコンクリートの優れた保水特性のために、一般的に、標準的なコンクリートよりも容易である。こて仕上げは、当技術分野で公知の方法、例えば、ハンドこて、手押し式こて、乗用電動こてによって、または３６、４８、もしくは６０インチのパンもしくはフロートシューズを使用して行うことができる。一般的に、ブレードと表面との間の摩擦が減少するため、従来のコンクリートをならすに必要な労力に比べて、ならすのに必要な労力が軽減され、したがって、機械の速度は、既存の方法で作製されたコンクリートをならすのに必要な速度よりも大幅に遅くなり、コンクリート表面への損傷の可能性を最小限に抑えることができる。

そして、一般的に混合工程は、当技術分野で公知のように、例えば、コンビネーションブレードを備える乗用電動こてまたは手押し式こてにより実行される。一般的に表面の可塑性状の性質がより明白になり、顕著になるのはこの工程の間である。この表面は一般的に、１）本明細書に開示される本発明のアモルファスシリカ量、粒子径、および表面積、ならびに２）本明細書に開示される本発明の混和剤配合物、の両方を含むというわけではないコンクリートによって混合中に発現した表面とは明らかに異なる。この効果は、本発明者らによって「可塑性状」であると説明されている。この表面は、本明細書に開示される本発明の調合法およびプロセスの詳細を用いていない、仕上げの同様の段階で広く使用されているコンクリート配合物と比較した場合、より滑らかな外観を発現させ、それは一般的に、混合時間とともにある程度増し、この表面は、大きな細孔の発生率が減少し、ならびに平坦性が向上する。「可塑性状」とは、表面が少なくともコーティングの外観を有することを意味し、前記コーティングは、一般的に、混合中に鮮やかさが高いのではなく、ある程度まで、混合の進行および／またはコンビネーションブレード速度の増加とともに、減少させることができる程度まで、ある程度閉塞されている。混合中の後半では、後の仕上げ工程と同様に、ガラスのような質感とさらに優れた鮮やかさが得られる場合と得られない場合とがある。従来のコンクリートで使用されるよりも速い混合速度（約１９０ｒｐｍ以上）を使用すると、鮮やかさおよび光沢に関して改善された仕上がりが得られる場合があるが、必ずしもそうとは限らない（混合が行われない、または不要とみなされる場合があることに留意されたい）。この場合も、コンクリートのその表面に保持される水分量が多いと、一般的に表面とコンビネーションブレードとの間の摩擦が少なくなり、それにより機械が所定の速度を維持するために必要なエネルギーが少なくなる。表面への機械の損傷のリスクは、一般的に大幅に減少する。

その後、仕上げ工程を実施できる。当技術分野で公知の方法、例えば、仕上げブレードを備える乗用電動こて、または手押し式こてを使用することができる。本発明のコンクリートを使用して作業した人々は、仕上げ工程で、表面がだんだんガラス質の特性を得る、例えば、当技術分野で知られ同じ方法で調製されたコンクリートよりも鮮やかさが増すと述べるが、一般的にバニシング工程で得られるほど鮮やかではない。理論に拘束されることを望まないが、鮮やかさの増加は、本明細書に開示されるような本発明のシリカの含有に起因する、コンクリート表面における水分の保持の結果であると考えられる。仕上げ工程後に達成可能な鮮やかさ、光沢、および平坦性は、一般的に、「グレード１」仕上げとしての品質に十分である。従来のコンクリート（すなわち、調合された配合物および開示されたアモルファスシリカの、開示された表面での使用または混和剤の使用が用いられない場合）では、仕上げ工程は、約１９０ｒｐｍの従来の最高仕上げ速度で、このガラス質、すなわち、高められた鮮やかさおよび／または光沢を必ずしも与えるとは限らない。

ほとんどの利用可能な仕上げ機は約１９０ｒｐｍの最高速度に制限されるが、一部の古い機械は約２２０ｒｐｍの最高速度を達成できる。本発明の配合物の混和剤または表面での使用のいずれかの使用で多くの場合見られる１つの特徴は、従来使用されていた速度（例えば、１８０〜２００ｒｐｍ）よりも速い仕上げブレード速度（例えば、２００〜２２０ｒｐｍ）を用いると、従来の速度で達成可能なものよりも仕上げを改善することができ、表面は低速で達成可能なものよりもさらに優れた光沢と鮮やかさを帯びる。それによって得られる表面は、多くの場合依然として「グレード１」仕上げであるが、このような増加した速度で仕上げられていない本発明の表面と比べて増加した鮮やかさおよび光沢を有する。本発明者が知る限り、より高速でのこのような鮮やかさの向上は、本発明のコンクリート表面に特有である。

仕上げ時間は、表面が所望の外観を有するまでである。例えば、優れた鮮やかさ、光沢、および平坦性を備える仕上げを観察するために、２回のパスが必要になる場合がある。仕上げは、混合工程中に、よりマットな外観を呈する可能性があることに留意されたい。これは、必要に応じて、最終仕上げ工程を実行しないことによって保持されることができる。よりガラス状の外観および質感を有する仕上げを得るためには、一般的に、最終仕上げ段階に進む必要がある。

仕上げは、コンクリート表面の望ましい光沢および鮮やかさに基づいて、様々なグレードで行われることができる。上記のように、および業界で行われているように、仕上げ機を最高速度１９０ｒｐｍで使用して仕上げると、当技術分野で周知のように、一般的に「グレード１」の仕上げになる。「グレード２」または「グレード３」の仕上げを発現させるために、当技術分野でも周知のバニシングマシンを使用することにより、表面の品質のさらなる向上、すなわち、光沢および鮮やかさの向上を一般的に得ることができる。当業者は、一般的に、仕上げ面の目視検査によって仕上げのグレードを確認することができる（様々なグレードに対応するおおよそのＲＡ（粗さ平均）の読み取り値：グレード１は一般的に５０〜２０のＲＡに対応し、グレード２は一般的に１９〜１１のＲＡに対応し、グレード３は一般的に５〜０のＲＡに対応する）。バニシング時の仕上げの品質は、仕上げ工程によって得られる仕上げの品質に依存し、これにより、通常、グレード１の表面が得られることに留意されたい。バニシングによって得られるより高いグレードの仕上げは、一般的にそれらに洗練された外観を有する。従来のコンクリートとは異なり、本発明の磨かれた床の光沢は、保護剤またはシーラントを使用せずに得られることに留意されたい。

床バニシング機は仕上げ機よりもはるかに高速（ｒｐｍ）で動作するため、従来、仕上げ面にバニシングマシンを使用する前に、終了後、少なくとも約３〜４日程度、および最長で２８日またはさらにそれ以上など、待つ必要があった。早期の使用は、一般的に、仕上げ面に重大な損傷、例えば引っかき傷（非常に深くなる可能性がある：２〜４ｍｍ）および骨材の露出のリスクにさらすことが当技術分野で公知である。注目すべきことに、本明細書に開示および記載されているように、アモルファスシリカ、ならびに本明細書に開示および記載の配合物の混和剤または表面仕上げを用いて調製されたコンクリートは、コンクリート表面に損傷を与えることなく、必要に応じて仕上げ後すぐに磨くことができる。

さらに詳細には、本明細書または米国仮出願６２／７６１，０６４（参照により本明細書に組み込まれ、含まれる）に記載されるようにアモルファスシリカを用いて調製され、さらに本明細書に記載のＫｏｒｋａｙまたはＥ５ Ｆｉｎｉｓｈ含有配合物を用いた混和剤を用いて調製されるコンクリートは、コンクリートの表面を傷つけることなく、仕上げ工程の直後に磨かれることができる。

例えば、図１は１００重量あたりＥ５ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｕｒｅを４オンス含むコンクリートスラブを示す。Ｅ５ Ｆｉｎｉｓｈは、１ガロンあたり１０００平方フィートの割合で仕上げとして局所用に使用される。バニシングプロセスは、仕上げ工程の終了直後に開始された。図１は、２７インチのバーニッシャーが２５００ｒｐｍで動作しているにもかかわらず、損傷していない表面を示す。図２は、表面がほぼグレード１からほぼグレード２に変わったことを示す。両方の図はカッティング剤を表面で使用することに対応しているが、その効果はカッティング剤を用いた混和剤の場合に見られる効果と視覚的に区別できない。

バニシング機は一般的に３つのサイズ（直径１７、２０、２７インチ）で提供され、より大きな直径のマシンは２５００ｒｐｍの高速に達する。一般的に、速度が速いほど、鮮やかさと光沢が向上する。本発明の１つの注目すべき特徴は、従来の方法で調製されたコンクリートは、一般的に、グレード２またはグレード３の光沢品質を実現するために、バニシングの前にガードまたはシーラーを塗布する必要があり、バニシングを開始できるまでに多くの場合２８日間待機する。本発明のコンクリートは、コンクリート表面を損傷させることなく、ガードまたはシーラーの塗布なしに、仕上げの直後にバニシングされることができる。特定の理論に束縛されるものではないが、仕上げおよびバニシングの工程により、アモルファスシリカが表面用配合物または混和剤配合物と反応してガラス状の物質または相を生成すると考えられ、より高い仕上げ機およびバニシング機のｒｐｍに関連してより完全な反応を伴う。また、仕上げ工程と同様に、機械と床の間に存在する摩擦が少なく、ＲＡ（粗さ平均）の数値がより低くなり、バニシングパッドの寿命が長くなることも認められている。

使用されるバニシングパスの数は、一般的に、単に鮮やかさおよび光沢を実現するために必要な数である。グレード１の仕上げをグレード２の仕上げに変えるために必要とされるパスの数は、最少３〜４、または最大４〜２０の場合がある。グレード１をグレード２に変えるには、表面の１０００平方フィートごとに、約２０分の高速バニシングが必要になる場合がある。仕上げ中に床に光沢が出現しなければ、磨きにくいことがわかっている。経験によれば、仕上げ後しばらくの時間、例えば１〜２４時間、またはそれ以上待機してバニシングを開始すると、状況によっては、バニシングによる鮮やかさが向上する場合がある。

本発明の方法における混和剤なしのシリカの使用の結果である他の利点（２０１９年３月８日に出願された出願番号第１６／５０１，２３２号は、それが教示する全てについて除外することなく、参照により組み込まれる）は、一般的に、混和剤を使用しても減少しない。好ましい実施形態では、コンクリートミクスは、例えばフーチングまたはスラブの調製など、工業規模の注入において形成され、攪拌される。別の実施形態では、コンクリートミクスは、それが作製されている場合にミクスを保持し、ミクス、例えばレディミクスを攪拌する能力も有する装置を使用して、および装置内で作製される。

本発明のプロセスの利点は、例えば、本発明に従って配合されるコンクリート構造中、例えばスラブ中の水が、蒸発によって失われるのではなく、構造内に固定化されているように見えることである。この多くの水の期待できる結果は、キャピラリーおよびボイドを形成するのではなく、長期間にわたって水和に関与することである。したがって、厚さに関係なく、コンクリートスラブ、壁、およびその他の構造は、ボイドおよびキャピラリーの減少またはないこと、および圧縮強度の相関的な増加を示すことが期待される。本発明のコンクリートを用いて、改善された構造および圧縮強度を有する最大約２０フィートの厚さのコンクリート構造を形成することができる。

本発明のプロセスの利点は、注入されたコンクリートが、環境条件、例えば温度、相対湿度、および空気の動き、例えば風によって引き起こされる乾燥による損傷が少ないことである。例えば、高品質のコンクリートは、最高５０ｍｐｈの風速、最高１２０°Ｆ、最低１０°Ｆの温度、最低５％、最高８５％以上の相対湿度で製造されることができる。

本発明の方法によって形成されたコンクリートの圧縮強度は、一般的に、水、セメントミクス、および充填材（骨材、砂等）の練り混ぜ後のシリカの添加を除いて、類似の方法、または好ましくは同じ方法によって形成されたコンクリートに対して増加する。「類似」または「同じ」は、圧縮強度の増加の評価に関して、環境条件、例えば風速、相対湿度、温度プロファイル、およびその他の環境要因、例えば遮光や熱放射環境に適用される。注入者が制御できる要因、例えば練り混ぜ時間およびパラメーター、注入パラメーター（つまり、スラブの寸法）、は、より簡単に説明される。圧縮強度の増加は、好ましくは、アモルファスシリカの添加を除いて同一である注入から評価される。好ましい一実施形態では、評価は、同じ量の同じ成分から、同時に、しかし別々のレディミクス内で調製され、並べて、同時に、しかし別々のレディミクスを使用して注入される、注入されることにより行われる。このような注入は「実質的に同一」である。

圧縮強度の増加は、一対の実質的に同一の注入のシリカを含まない注入の圧縮強度に基づいて、約５〜約４０％、または更にそれ以上の範囲にあることができる。より一般的に観察される実施形態では、実質的に同一の注入によって評価される圧縮強度の増加は、約１０〜約３０％の範囲である。

本発明のコンクリートは、一般的に、流し込みコンクリート、例えば、スラブ、フーチング等を必要とする用途に使用されることができる。本発明の利点は、そこから調製されるコンクリートが、一般的に、透水耐性が高いことであり、したがって、特に湿気にさらされやすく、関連する損傷、例えばフーチングを受けやすい注入用途で使用されることができることである。

以下に示すように、本発明は、ナノシリカが、コンクリートミクスに、好ましくはコロイダルシリカとして、少なくとも部分の水の添加後に添加される場合、改善された特性、例えば耐摩耗性および透水性の中でも、圧縮強度が改善されたセメントが得られるという発見を含む。

当技術分野で使用される添加コンクリート構成要素、例えば砂および骨材のサイズは、概ね、本発明によって提供される利点を損なうことなく、本発明のコンクリートに使用されることができる。

したがって一般的に、欠陥がない、そうでなければ、多量の移動水を含むコンクリートからのコンクリートに関連付けられる、コンクリートの調製において、水和、注入、および作業のために十分な水を含むコンクリートを利用することが可能である。本発明の組成物は、アモルファスシリカが添加されていないコンクリートよりも露出した表面が早く乾燥する可能性が低いように水を保持するコンクリートをもたらす。相対的な保水効果は、表面が通常乾燥しやすい周囲条件下でさえも確認される。したがって、コンクリートは、標準的なコンクリートよりも広い範囲の環境条件下で注入されることができる。したがって、表面は、表面水の量を減らすことで、または場合によっては表面水を追加せずに、仕上げることができる。

収縮は一般的に、同量の水を含むコンクリートに比べて減少する。さらに驚くべきことに、圧縮強度が増加する。一般的に、アモルファスシリカがない場合、キャピラリーおよびボイドが形成される危険性のある量の移動水がコンクリートに含まれている場合でさえも、この結果が得られる。

理論に拘束されることを望まないが、アモルファスシリカは、養生中に水を固定化して、水が移動するのを妨げ、蒸発、ならびにキャピラリーおよびボイドの形成を遅らせる可能性があると推測される。驚くべきことに、固定化は、水が長期間、長期の水和に関与することを妨げず、それは圧縮強度の予想外の増加をもたらす。

本発明の包括的な利点は、一般的に蒸発により水が失われるため、硬化反応（水和）に過剰な水を使用しない能力である。このような利点は、コンクリートの十分な水和に理論的に必要とされるよりも少ない水量で、および水和に理論的に必要な水量を超える水量で注入されるコンクリートの場合でも得られることができる。

既存のコンクリートの調製および注入プロセスの問題は、注入が最適な条件に満たないで行われる場合に発生するリスクである。以下に示すように、他の環境要因の中でも、相対湿度、風速、および温度は、コンクリート上およびコンクリート内の様々な場所の水量に影響を与えるため、標準的な注入を常に損なう。これは、含まれる水の量が、セメントミクス製造業者によって指定される水の推奨量に、推奨範囲の値であっても単一の指定された最適値であっても、準拠している場合でさえも発生する可能性がある。本発明は、水関連の問題のリスクを低減して、セメント製造業者が推奨する含水量で操作を可能にする。これらの推奨された値は、一般的に、水和反応が許容可能な程度まで、または場合によっては完了するまで進行することを可能にするために必要とされる水の量に対応する。本発明の実施では、セメント製造業者によって指定された量の水の使用が好ましい。しかし、本発明はまた、含水量が製造業者によって指定されたものから外れている場合でさえ、他のプロセスに関する水問題のリスクを低減する。したがって、いくつかの実施形態では、含水量は、本明細書に記載のコロイダルアモルファスシリカまたは他のシリカを添加する前にセメントに添加される水の重量に基づいて、製造業者の仕様によって指定された最低値の約−３０％から製造業者の仕様によって指定された最大値の＋３０％の範囲内にある。

本発明のさらに別の利点は、キャピラリーおよびボイド容器を形成することなく、延長された水和の利益のために水を保持するその配合物の能力から得られる。骨材、砂および他の一般的に含まれる増量および強化材料をセメントに添加してコンクリートを形成することは、一般的に、それらをコンクリートに収容するために追加の水を必要とし、実際にキャピラリー、特にボイド容器の形成を促進する可能性があることが当技術分野で知られている。このような容器は、含まれる材料の表面に関連付けられ、およびそれらに関連して配置される。一般的に、最も好ましい骨材および材料は、それらがそれらの表面積にわたってコンクリートと密接に関連するような品質のものであり、水和中に、圧縮強度の関連する損失と同様に、容器の形成が最小限に抑えられる。しかし、このような高品質の含まれる材料は一般的に不経済である。驚くべきことに、骨材が存在する場合でも、アモルファスシリカ粒子を含有することにより、ボイド容器の形成およびキャピラリーの形成を低減または防止することができる。理論に拘束されることを望まないが、そのような欠陥、特にボイド容器の減少、および関連する圧縮強度の増加は、材料の品質が最適ではないにもかかわらず、高表面積のアモルファスシリカ粒子が含まれる材料との直接的な関連に関与していることを示す傾向がある。この関連付けにより、水が排除され、含まれる材料へのコンクリートの付着が強化される場合がある。

本発明のさらに別の利点は、それから調製されたコンクリート配合物が、いわゆる「流動化剤」を使用せずに注入可能および／または作業可能であることができることである。このような流動化剤の非限定的な例としては、乳濁液、分散液、粉末、または他の化学形態であるかどうかに関わりなく、リグニンスルホン酸塩、スルホン化ナフタレンホルムアルデヒド重縮合物、スルホン化メラミンホルムアルデヒド重縮合物、ポリカルボン酸エーテルおよび他の流動化剤成分が挙げられる。一実施形態では、本発明のコンクリート配合物は、流動化剤を含まずに注入可能であり、流動化剤を含まないか、または本質的に流動化剤を含まない。「本質的に流動化剤を含まない」とは、流動化剤の含有量が、セメントの重量に基づいて約０．１％未満の微量であることを意味する。

以下は、本発明で使用されることができる混和剤の非限定的なリストである。あるいは、本発明のコンクリート混合物は、以下の添加剤または他の添加剤のいずれかもしくは全てを含まない可能性がある。以下のリストは、ＡＳＴＭ Ｃ４９４カテゴリに従って整理される。ＡＳＴＭ Ｃ−４９４によって認定されているものと認定されていないものの混和剤は含まれる。

混和剤は、粉末または液体として添加されることができる。
・通常の減水剤および遅延剤（タイプＡ、Ｂ、Ｄ）
・公称注入量範囲：０．５〜６ＯＺ／Ｃ
・流動化剤：通常の凝結および遅延（タイプＦ、Ｇ）
・公称注入量範囲：２〜４０ＯＺ／Ｃ
・硬化促進剤：減水または非減水（タイプＣ、Ｅ）
・公称注入量範囲：２〜４５ＯＺ／Ｃ
・ＡＳＴＭ Ｃ４９４で定義されるタイプＳ混和剤：
・ミッドレンジの減水剤および遅延剤
・公称注入量範囲：２〜４５ＯＺ／Ｃ
・防せい剤
・公称注入量範囲：０．２５〜５ＧＡＬ／ＹＤ
・ＭＶＲＡ（水蒸気低減混和剤）
・公称注入量範囲：５〜２４ＯＺ／Ｃ
・ＳＲＡ（収縮低減混和剤）
・公称注入量範囲：０．２５〜５ＧＡＬ／ＹＤ
・水和安定剤
・公称注入量範囲：０．５〜２４ＯＺ／Ｃ
・粘度調整剤
・公称注入量範囲：０．２５〜８ＯＺ／Ｃ
・空気連行混和剤；
・公称注入量範囲：空気を連行するために必要なＯＺ：０．１〜３６ＯＺ／Ｃ
・着色剤；液体および固体
・公称注入量範囲：０．１〜２０ＬＢ／ＹＤ

実施例１
混和剤を含む内部スラブの調製
ＡＳＴＭ−Ｃ９４４で測定された耐摩耗性
注入サイズ：４００平方フィート
気象条件：５２〜７８度、湿度約６０％、晴れ。注入は午前７時頃に開始され、仕上げは午後１時に完了した。

コンクリートを通常の慣行（ＡＣＩ３０２）を利用して打設した。ミクスの設計は標準化された（つまり、工程１で説明した標準の６バッグのミクスを使用した）。使用したアモルファスシリカはＥ５ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｕｒｅとして導入された。使用した混和剤はＥ５ Ｆｉｎｉｓｈとして導入された。以下の工程１〜８に示すように、スラブを調製した。

１−１立方ヤードあたり３１ガロンの水（ＳＳＤ−飽和表面乾燥）に対して６袋（５６４ポンド）のセメント（合計９立方ヤード）の従来のクラスＡコンクリート設計を使用して、非空気連行のコンクリートで４インチの厚さの内部コンクリートスラブを打設した。１立方ヤードあたり約１２ガロンの水がレディミクストコンクリートに加えられ、続いて乾燥セメントミクス（１ヤードあたり５６４ポンド）、骨材および砂（１ヤードあたり１２５０ポンドの砂、１ヤードあたり１７５０ポンドの石）が加えられた。水および乾燥成分を１〜２分間練り混ぜ、そして１ヤードあたり約１９ガロンの追加の水をレディミクスに加えた。混合物を（コンクリートの練り混ぜのために１２〜１５ＲＰＭの高速を有するコンクリートドラム内で）５〜１０分の追加の時間練り混ぜた。運転手がコンクリートを作業場所に運搬する準備ができたら、コンクリートバレルを３〜５ＲＰＭに減速した。

２−次に、合計２０３オンスのＥ５ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｕｒｅ（４オンス／１００ポンドのセメントが、９ヤードが入れられてバッチ処理された後に追加された。先と同様に、１立方ヤードあたり５６４ポンドのセメントおよび３１ガロンの水であった。

３−チームは、レディミクスドライバーが１２〜１５ｒｐｍの速度で５分間バッチを練り混ぜることを許可した。

４−次に、Ｅ５ Ｆｉｎｉｓｈをレディミクストラックに添加し（セメントの１００重量あたり３オンス）、約１２〜１５分間練り混ぜた。練り混ぜは、アイドリング状態のドラム速度（３〜５ＲＰＭ）で２分間のトラックで開始した。その後、残りの時間、ドラム速度を１２〜１５ＲＰＭに上げた。

５−スラブを打設（注入）し、３時間の待機時間の後、仕上げプロセスを開始した。

６−パニング（こて仕上げ）プロセスを行うために、コンクリート手押し式こて機を使用した。こて仕上げプロセスのパン速度は毎分８０〜１３０回転であった。このプロセスは１時間半行われ、その時点で、スラブの表面の質感は、次の乗用電動こての準備ができていることを示した。

７−手押し式こて電動こてにコンビネーションブレードを装着し、混合プロセスを開始した。スラブの最初の約２回のパスの後、表面は可塑性状の外観になった。ブレード速度は毎分約１００〜１６５回転であった。表面は、注入後にＥ５ Ｆｉｎｉｓｈが局所に塗布される状況よりもさらに容易に仕上げられ、それ自体、本出願と同じ発明者による別の発見であることに留意されたい。表面は、コンビネーションブレードに対して大幅に減少した摩擦を示した。コンクリートの注入と仕上げに豊富な経験のある仕上工は、摩擦が少ないことに気づき、「マシンに実用的にほとんど抵抗がなく、ボールベアリング面で仕上げているように感じた」とコメントしている。当業者に公知で、当業者によって確認可能であるように、当業者に識別可能な光沢のないぼんやりした状態は仕上げ工程の準備ができていることを示した。

８−手押し式こて機に仕上げブレードを装着し、表面を約１６５ｒｐｍの速度で仕上げた。仕上工は、「表面が少しガラスのように見え始めた」および「仕上げをすればするほど、仕上がりがクリアになった」と述べた。仕上げ面は、鮮やかさがガラスほど鮮やかではないが、ややガラスのようなコーティングを有しているように見えた。通常のコンクリートよりも、スラブは密度が高く、マトリックス全体で強化されているように見えた。耐摩耗性はＡＳＴＭ−Ｃ９４４に従って測定され、０．６グラムの損失が観察された。経験から、バニシング工程を待機せずに行うことができ、バニシングにより表面コートの鮮やかさが大幅に向上することが期待された。

実施例２
混和剤を含むフーチングの調製
フーチングは、建設業界での注入コンクリートの一般的な使用法である。注入されたコンクリートは、一般的に、養生中の土壌接触により、一定の水分にさらされる。このような持続的な接触はまた、硬化コンクリートの場合にも水分源を提供する可能性がある。このような条件下で注入されたコンクリートの特性を観察するために、フーチングが注入された。目的は、フーチングに得られたコンクリートの密度（つまり、キャピラリーとボイドがないこと）を確認し、コンクリートの強度が影響を受けるかを判断することであった。

注入サイズ：長さ５０フィート、幅２フィート、厚さ３０インチ
条件：６０度
注入は午前１１時に始まり、午後１に完了した。

１立方ヤード（合計７．５立方ヤード）あたり３１ガロンの水（ＳＳＤ−表面乾燥飽水状態）に５袋（４７５ポンド）のセメントを使用した。１立方ヤードあたり約１２ガロンの水がレディミクストコンクリートに加えられ、続いて乾燥セメントミクス（１ヤードあたり５６４ポンド）、コンクリート１ヤードあたり粗骨材（石）および細骨材（砂）、１２５０ポンドの砂および１７５０ポンドの石が使用された。水および乾燥成分を１〜２分間練り混ぜ、１ヤードあたり約１９ガロンの追加の水をレディミクスに加えた。前述の全ては、３〜５ＲＰＭのドラム速度で行われた。次に、Ｅ５ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｕｒｅがセメント１００重量あたり３オンスでレディミクストラックに添加された。そして、混合物を１２〜１５ＲＰＭの高速で５〜１０分の追加の時間練り混ぜた。そして、運転手はコンクリートバレルを３〜５ＲＪＰＭに減速し、試験注入部まで５〜１０分運転した。次に、Ｅ５ Ｆｉｎｉｓｈをセメント１００重量あたり３オンスの割合でレディミクストラックに添加した。ドラム速度を約５〜１０分間で約１２〜１５ＲＰＭに上げ、混合物を注入した。

注入後約３５〜４５分で、可塑性状の表面が確認された。ブリーディングチャネルは明らかではなかった。２４時間後、応力亀裂が観察されなかったため、フーチングは収縮の形跡を示さなかった。収縮がないことは、チャネルの閉鎖または詰まりに起因すると考えられる。したがって、表面は非常に緻密であることが観察され、これはシリンダーの圧縮破壊によって確認された。このような結果は、コンクリートが内外の両方で使用される可能性があることを示す傾向があった。

ＡＳＴＭ Ｃ３９＼Ｃｌ２３ｌシリンダーの圧縮破壊の結果は、圧縮強度が２８日で３０，０００ｐｓｉ以上となり、７日で得られたものの２５％以上であることを示した。

実施例３
混和剤を用いないスラブの調製
ＡＳＴＭ−Ｃ９４４で測定された耐摩耗性
場所：インディアナ州Ｓｈｅｌｂｙｖｉｌｌｅ、Ｓｈｅｌｂｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓレディミクス工場
環境条件：注入の開始時間は午前７時３０分で、開始温度は約６０°Ｆであった。周囲温度は日中８０度台の最高気温でピークに達した。相対湿度は１８％〜６７％の範囲であった。風速の範囲は３〜１８ｍｐｈであった。

工程および結果：
１−１立方ヤードあたり３１ガロンの水（ＳＳＤ−表面乾燥飽水状態）に対して６袋（５６４ポンド）のセメント（合計９ヤード）の従来のクラスＡコンクリート設計を使用して、非空気連行のコンクリートで４インチの厚さの内部コンクリートスラブを打設した。１立方ヤードあたり約１２ガロンの水がレディミクストコンクリートに加えられ、続いて乾燥セメントミクス（１ヤードあたり５６４ポンド）、細骨材（砂）および粗骨材（石）（１２５０ポンドの砂、および１７５０ポンドの石（１ヤードあたりの粗骨材）が加えられた。水および乾燥成分を１〜２分間練り混ぜ、１ヤードあたり約１９ガロンの追加の水をレディミクスに加えた。混合物をコンクリートドラム内で１２〜１５ＲＰＭで５〜１０分の追加の時間練り混ぜた。運転手がコンクリートを作業場所に運搬する準備ができたら、コンクリートバレルを３〜５ＲＰＭに減速した。注入部への運搬時間は約５〜１０分であった。

２−次に、９ヤードが入れられてバッチ処理された後に、合計３８０．７オンスのＥ５ Ｉｎｔｅｒｎａｌ ＣＵＲＥ（７．５オンス／１００ポンドのセメント）が加えられた。先と同様に、１立方ヤードあたり５６４ポンドのセメントおよび３１ガロンの水であった。

３−チームは、レディミクストドライバーが１２〜１５ｒｐｍで５分間バッチを練り混ぜることを許可した。

４−そして、コンクリートをスラブ型枠に注入した。

５−注入後、スラブは水平であった。そして、ブルフロートを使用して表面を閉じた。表面が機械的仕上げプロセスを開始するのに十分に硬くなったら、好適な方法を使用して仕上げを完了した。

６−表面を閉じるためのブルフローティングプロセス中に、コンクリートは従来のレディミクストプロセスによって調製されるものよりもはるかに簡単に閉じることができたことに注目される。

７−ブリーディング水が一般的に存在する仕上げプロセス中、このプロセスではブリーディング水は発生しなかった。しかし、表面は湿ったままであった。従来のレディミクス製品から調製されたコンクリートとは異なり、驚くべきことに、Ｅ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥがない状態でレディミクスを使用して、表面がはるかに乾燥する可能性がある条件下で、水はコンクリート表面内に保持されていた。

８−その後、チームは４時間かけてコンクリート仕上げプロセスを完了した。従来のレディミクスから調製されたコンクリートとは異なり、仕上げプロセスは、コンクリート表面に水分がまだ残っているため、ハーフスロットルで稼働する機械で行われる可能性がある。これにより、Ｅ５ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＵＲＥを使用しないコンクリートよりもはるかに簡単な仕上げプロセスになる。従来のコンクリートでは、機械を１００％のスロットルで稼働させる必要があり、仕上げ中の表面損傷のリスクを高める、より労働集約的なプロセスである。

９−耐摩耗性は、関連するシリンダーがＡＳＴＭ−Ｃ９４４を受けることによって測定され、１．１グラムの損失が確認された。

Claims (21)

1. コンクリート設備の調製のためのプロセスであって、前記プロセスは、
   Ａ）成分からコンクリートミクスを作製することであって、前記成分は以下の
   ａ）乾燥セメントミクスの量であって、前記セメントミクスは、
   ｉ）製造業者が推奨する水／セメント比の値であって、前記推奨された比率は、約３．５〜約６．５の範囲にあり、ｂ）と混合すると、前記水／セメント比は、前記推奨値よりも約１０％少ない値に相当する値よりも大きく、前記推奨値よりも約３０％大きい値に相当する値以下である、水／セメント比の値、
   または、
   ｉｉ）製造業者が推奨する水／セメント比の範囲であって、上限値および下限値を有し、以下のｂ）と混合すると、前記水／セメント比は、下限値よりも約１０％少ない値に相当する値よりも大きく、前記上限値よりも約３０％大きい値に相当する値よりも小さい、水／セメント比の範囲、
   または、
   ｉｉｉ）以下のｂ）と混合すると、前記水／セメント比が約０．３５〜０．６５の範囲にあるような量、
   を特徴とする、乾燥セメントミクスの量と、
   ｂ）水の量と、
   ｃ）ａ）のセメントの１００重量当たり約０．１〜約７．０オンスの範囲のアモルファスシリカの量であって、平均シリカ粒子径は約１〜約５５ナノメートルの範囲であり、かつ／または、前記シリカ粒子の前記表面積は、約３００〜約９００ｍ^２／ｇの範囲である、アモルファスシリカの量と、
   ｄ）約４００〜約７００ｗｔ％ｂｗｏｃの範囲の骨材の量および／または砂の量と、
   のそれぞれを含む、コンクリートミクスを作製すること、
   Ｂ）ｂ）の前記水は、その全量で、または前記水の量の少なくとも約２０重量％を含む最初の部分と、テールウォーター部と、を含む部分で加えられ、前記水の前記最初の部分は、ａ）およびｄ）の成分と混合されて、第１のミクスを形成し、前記アモルファスシリカは、ａ）、ｄ）およびｂ）の前記最初の部分を含むミクスに添加され、第２のミクスを形成し、
   ならびに、
   前記テールウォーターは１）前記第１のミクスに加えられる、もしくは２）前記第２のミクスに加えられる、または３）前記第１のミクスに前記アモルファスシリカと共に加えられ、前記アモルファスシリカおよび前記テールウォーターは、必要に応じて加えられ、必要に応じて互いに混合され、そして１）前記第１のミクスは、前記テールウォーターの添加前に時間ｔ_１１の間、前記テールウォーターの添加後に時間ｔ_１２の間、および前記アモルファスシリカの添加後に時間ｔ_１３の間攪拌され、または、２）前記第２のミクスは、前記アモルファスシリカの添加前に時間ｔ_２１の間、前記アモルファスシリカの添加後、しかし前記テールウォーターの前記添加前に時間ｔ_２２の間、および前記テールウォーターの前記添加後に時間ｔ_２３の間攪拌され、または、３）前記第２のミクスは、前記アモルファスシリカおよび前記テールウォーターの同時添加の前に時間ｔ_３１の間攪拌され、その後、前記コンクリートミクスは時間ｔ_３２の間攪拌され、
   あるいは、
   Ｃ）前記水の量は、ａ）およびｄ）の前記成分に加えられてミクスを形成し、次に前記ミクスは前記アモルファスシリカの前記添加前に時間ｔ_ａの間攪拌され、そして前記コンクリートミクスは時間ｔ_ｂの間攪拌され、
   Ｂ）またはＣ）の制約を満たす場合、シリカ含有混合物は、Ｂ）またはＣ）から生じ、前記シリカ含有混合物は、少なくとも７ＲＰＭの練り混ぜ速度で、約５分より長い時間練り混ぜられ、
   Ｄ）混和剤は、工程Ｂ）または工程Ｃ）の後に添加され、混和剤含有混合物を形成し、前記混和剤含有混合物は、約６ＲＰＭを超える１つまたは複数の速度で少なくとも３分間の合計時間練り混ぜられ、
   Ｅ）Ｄ）の前記コンクリートミクスを注入して、コンクリート設備を形成すること、
   の工程を含む、プロセス。
2. 前記最初の部分の水は、前記水の量の少なくとも３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、または９９ｗｔ％を含む、請求項１に記載のプロセス。
3. ａ）の前記乾燥セメントミクスとｂ）の前記水とを混合すると、前記水／セメント比は、
   ｉ）の前記推奨値以上であるが、前記推奨値より３０％多い値に相当する値未満、または、
   ｉｉ）の前記推奨範囲の前記上限値以上であるが、前記上限値より３０％大きい値に相当する値以下、または、
   ｉｉｉ）に関して少なくとも０．３５であるが、０．６５以下である、請求項１に記載のプロセス。
4. 前記アモルファスシリカは、コロイダルシリカ溶液として前記第１のミクスに導入され、前記溶液は、約５０〜約９５重量％のシリカ、および約５〜約５０重量％の水を含む、請求項１に記載のプロセス。
5. 前記シリカは、約７５〜約９０重量％のシリカおよび約１０〜約２５重量％の水を含む、請求項４に記載のプロセス。
6. 前記アモルファスシリカは、１００重量のセメントあたり約２．５〜約５．５オンスの範囲の量で添加される、請求項５に記載のプロセス。
7. 前記アモルファスシリカは、１００重量のセメントあたり約３．５〜約４．５オンスの範囲の量で添加される、請求項６に記載のプロセス。
8. 前記コロイダルシリカは前記テールウォーターの後に添加される、プロセス。
9. 前記コンクリートはスラブまたはフーチングに注入される、請求項１に記載のプロセス。
10. 前記プロセスはレディミクスにおいて行われ、前記テールウォーターは、前記第１のミクスが約２ｒｐｍ〜約１８ｒｐｍの範囲の速度で１５秒〜５分の範囲の時間攪拌された後、前記第１のミクスに加えられ、前記テールウォーター添加後、前記ミクスは約５ｒｐｍ〜約１８ｒｐｍの範囲の速度で約１分〜約１８分の範囲の時間で攪拌され、その後、前記シリカはコロイダルシリカとして前記レディミクスに添加され、前記ミクスは約２〜約１８ｒｐｍの範囲の速度で約１〜約１５分の範囲の時間攪拌される、請求項１に記載のプロセス。
11. プロセスは請求項１に記載のプロセスであり、前記プロセスはレディミクスにおいて行われ、前記テールウォーターは、前記第１のミクスが約２ｒｐｍ〜約１８ｒｐｍの範囲の速度で１５秒〜５分の範囲の時間攪拌された後、前記第１のミクスに加えられ、前記テールウォーター添加後、前記ミクスは約５ｒｐｍ〜約１８ｒｐｍの範囲の速度で約１分〜約１８分の範囲の時間で攪拌され、その後、前記シリカはコロイダルシリカとして前記レディミクスに添加され、前記ミクスは約２〜約１８ｒｐｍの範囲の速度で約１〜約１５分の範囲の時間攪拌される、請求項４に記載のプロセス。
12. 前記混和剤含有混合物は、約７ＲＰＭ〜約１５ＲＰＭの範囲、およびより好ましくは約１２〜約１５ＲＰＭの範囲の１つまたは複数の速度で、約５分〜約１５分の範囲の時間、練り混ぜられる、請求項１に記載のプロセス。
13. 前記混和剤含有混合物は、約５分〜約１０分の範囲の時間練り混ぜられる、請求項１２に記載のプロセス。
14. 前記混和剤含有混合物は、約７ＲＰＭ〜約１５ＲＰＭの範囲の１つまたは複数の速度で練り混ぜられる、請求項１３に記載のプロセス。
15. 前記混和剤含有混合物は、約１２〜約１５ＲＰＭの範囲の１つまたは複数の速度で練り混ぜられる、請求項１４に記載のプロセス。
16. 前記シリカ含有混合物は、約５分〜約１５分の範囲の合計時間練り混ぜられる、請求項１５に記載のプロセス。
17. 前記シリカ含有混合物は、約５分〜約１０分の範囲の合計時間練り混ぜられる、請求項１６に記載のプロセス。
18. 前記シリカ含有混合物は、約７ＲＰＭ〜約１５ＲＰＭの範囲の１つまたは複数の速度で練り混ぜられる、請求項１７に記載のプロセス。
19. 前記シリカ含有混合物は、約１２〜約１５ＲＰＭの範囲の１つまたは複数の速度で練り混ぜられる、請求項１８に記載のプロセス。
20. 前記混和剤はＥ５ Ｆｉｎｉｓｈであり、セメント１００ポンドあたり約０．５〜約８オンスの範囲の量で添加される、請求項１に記載のプロセス。
21. 耐摩耗性が改善されたコンクリートを調製するための方法であって、前記方法は、以下の工程、
    １）Ｅ５ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｕｒｅを含むコンクリートを含むコンクリートスラブに注入することであって、前記スラブは上面を特徴とする、注入することと、
    ２）前記上面をこて仕上げすることと、
    ３）Ｋｏｒｋａｙの水希釈溶液を前記上面に塗布することと、
    ４）前記上面がくすんだ、曇った可塑性状の光沢のある外観が特徴となるように、前記上面上で混合を実行することと、
    ５）必要に応じて、その光沢が向上するように前記上面を仕上げることと、
    を含む、方法。

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