JP2022529415A - 湿式鋳造スラグ系コンクリート製品を製造するための炭酸化養生方法 - Google Patents
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Abstract
Description
湿式鋳造スラグ系コンクリート56の製造における主な結合材は、好ましい実施形態では、鋼又はステンレス鋼の生産に由来するスラグである。また、亜鉛、鉄及び銅の生産による他の副産物材料をスラグとして考えることができる。
図1を参照すると、少なくとも1つのガスパイプ/ランスを有する密封された気密鋳型における鋳造、事前調整及びCO2養生を含むステップを伴う湿式鋳造スラグ系コンクリート製品156の製造方法101が概説されている。
湿式鋳造スラグ系コンクリート156の方法101は、非ゼロスランプコンクリート116の組成物を提供し、スラグ111及び混合するときにスラグ系結合材114を提供する任意の少なくとも1つの他の結合材113(すなわち、スラグ単独又はスラグ及び少なくとも1つの他の結合材)と、骨材115と、化学混和剤117と、繊維119と、水105と、を含むがこれらに限定されない組成物のすべての成分を均一に混合110することから始まる。本発明で使用される湿式鋳造スラグ系コンクリート156の水対結合材比は、乾燥鋳造又はゼロスランプコンクリートの含水量よりも高くすべきである。好ましい実施形態では、混合非ゼロスランプコンクリート116は、0.2、好ましくは0.25、好ましくは0.3、好ましくは0.35、好ましくは0.4、好ましくは0.45、好ましくは0.5、好ましくは0.55、好ましくは0.6又は好ましくは0.65よりも大きい第1の水対結合材重量比を有する。「水対スラグ系結合材重量比」及び「水対結合材重量比」という用語は同等のものである。
好ましい実施形態では、非ゼロスランプコンクリート116を鋳造する前に、鋳型を調製し、必要に応じて、炭素鋼、ステンレス鋼及び/又はFRP強化鉄筋などの強化材を気密鋳型内に配置する。鉄筋の直径は、5mm~60mmの範囲で変化し、耐力強度は100MPa~2100MPaの範囲であり得る。強化材は、規則及び規格に従って設計される。
打ち抜き中空パイプ/ランスが気密鋳型内に配置される。これらの幾何学的形状は円形又は長方形とすることができ、パイプ1本あたりの断面積は10,000mm2未満であり、壁の厚さは0.5mm超である。パイプ/ランスの材料は、炭素含有量が0.05%~1.4%の炭素鋼、ステンレス鋼又は合金鋼とすることができ、パイプ/ランスの耐力強度は100MPa~2100MPaである。パイプ/ランスは、機械工具、手動装置、又は剪断によって穴を開ける任意の工具で打ち抜くことができる。任意の実施形態では、パイプ/ランスは、それらの機能に適合する透過性スクリーン/メッシュ材料で作られてもよい。穴の最大寸法は、10mm、好ましくは5mm又は好ましくは1mmであるべきである。穴の間隔は、垂直方向及び水平方向ともに300mm、好ましくは200mm、好ましくは100mm、好ましくは50mmを超えてはならない。別の例では、打ち抜き中空パイプはアルミニウム又はプラスチックで作られる。パイプ/ランスを使用して、ガスを非ゼロスランプコンクリート116に移すことになる。
事前調整140のプロセスステップは、水142を除去することにより、非ゼロスランプコンクリート116の含水量を減少させる。事前調整は、2つの方法のうち少なくとも1つで実施し得る。第1の方法では、中空パイプ/ランスを通して空気流141を導入する(図2)。別の例では、空気流は加圧空気とすることができる。事前調整ステップでは、蓋を閉める必要はない。この事前調整ステップは、水蒸気142が鋳型から出ることで、初期の水対結合材含有量が最大90%、好ましくは80%、好ましくは70%、好ましくは60%、好ましくは50%、好ましくは40%、好ましくは30%、好ましくは20%又は好ましくは10%減少するまで継続する。第2の方法は、好ましい実施形態ではコンクリートに埋め込まれた加熱要素ワイヤ143を使用する。これらのワイヤは、コンクリートを鋳造する前に鋳型内に配置される(図3)。また、ワイヤを鋳型の高さに沿って300mm間隔で鉄骨フレーム上に配置してもよい。加熱ワイヤ及びフレームは、コンクリートの鋳造時及び養生後にコンクリート内に残される。次いで、フレーム及びワイヤに電流を流すことができる。あるいは、床暖房マット又はドラムヒーターなど、鋳型の外面を覆うように設置できるヒーターを使用することもできる。これらの要素は鋳型壁を加熱し、最終的に蒸発プロセスを増加させて、コンクリートの湿分を減少させる。2つの方法はさらに、空気141の乾燥及び加熱143の両方を含むように組み合わされ得る。
調整済みスラグ系中間体146は、二酸化炭素、CO2又はそれらのガス混合物と接触する。二酸化炭素151ガスを導入して、調整済みスラグ系中間体146を、5%、好ましくは10%、好ましくは20%、好ましくは30%、好ましくは40%、好ましくは50%、好ましくは60%、好ましくは70%、好ましくは80%、好ましくは90%又は好ましくは99.5%の純度で、打ち抜き中空パイプ/ランスを通して周囲温度で養生する。チャンバ/密閉空間/容器/部屋のゲージ圧は、0.1psi~100psiの範囲で徐々に増加する。図示されていないが、いくらかのガスがCO2活性化/養生ステップを逃れる場合があることが理解される。
脱型は、CO2活性化プロセスのすぐ後に又は直後に行われる。打ち抜き中空パイプ/ランス(コンクリート内に残っている場合)の余分な長さを切断し、中空パイプ又は形成された空間を、セメントグラウト、鋼繊維強化セメントモルタル、セメントペースト、ポリマーコンクリート又はそれらの組み合わせで充填155する。セメント又はポリマー系充填材料を1時間以上養生する。
図4を参照すると、鋳型にガス流入に対する複数の穴を有する密封鋳型における鋳造、事前調整及びCO2養生を含むステップを伴う湿式鋳造スラグ系コンクリート製品256の製造方法201が概説されている。
湿式鋳造スラグ系コンクリート256の製造方法201は、湿式鋳造スラグ系コンクリート156について前述した方法と同様に始まる。非ゼロスランプコンクリート216の組成物は、スラグ211及び任意の少なくとも1つの他の結合材213(スラグ系結合材214を提供する)と、集合体215と、化学混和剤217と、繊維219と、水205と、を含むが再びこれらに限定されない組成物の成分と均一に混合210される。湿式鋳造スラグ系コンクリート256のすべての特性は、湿式鋳造スラグ系コンクリート256について前述したものと同じである。
湿式鋳造スラグ系コンクリート156について図1で先ほど説明したように、湿式鋳造スラグ系コンクリート256は、任意に、前述したように強化材で調製された気密鋳型を含む。
方法201に対する鋳型は、再び、鋼、鉄、アルミニウム、プラスチック又はFRPで作ることができる。鋳型は、好ましくは気密であり、非ゼロスランプコンクリート256を移した後に前述した材料でトップカバーを設計した蓋を使用して密封可能である。気密鋳型の蓋は、ヒンジ、クランプ及び/又はボルトを組み合わせて、鋳型の本体に再び取り付けられる。方法201の実施形態は、鋳型の蓋に前の実施形態のガスパイプ/ランスに対する特別な開口部を必要としない。
事前調整240のプロセスステップは、再び、スラグ系中間体226の含水量を減少させる。事前調整は、2つの方法のうち少なくとも1つで実施し得る。第1の方法では、鋳型壁の複数の開口部を通して空気流241を導入する(図5)。別の例では、空気流は加圧空気とすることができる。この事前調整ステップは、方法101におけるように、初期の水対結合材含有量を減少させる。別の実施形態では、加熱要素/ワイヤ243を使用する。これらのワイヤは、湿式鋳造スラグ系コンクリート226を鋳造する前に鋳型外に配置されるか(図5)、又はスラグ系中間体226内に埋め込まれてもよい。ワイヤを鋳型の高さに沿って300mm間隔で鉄骨フレーム上に配置してもよい。また、加熱要素/ワイヤは、鋳型の外面を覆うように設置される床暖房マット又はドラムヒーターであってもよい。これらの要素は鋳型壁を加熱し、最終的に蒸発プロセスを増加させて、スラグ系中間体226の湿分を減少させる。湿気を減少させる2つの実施形態は、さらに、空気241の乾燥及び加熱243の両方を同時に使用するように組み合わされ得る。
鋳型内の調整済みスラグ系中間体246は、二酸化炭素、CO2又はCO2を含有するガスと接触する。鋳型の側面の穴は、パイプを介してCO2を含有するガス源に接続される。二酸化炭素251ガスを導入して調整済みスラグ系中間体146を養生し、CO2は、5%、好ましくは10%、好ましくは20%、好ましくは30%、好ましくは40%、好ましくは50%、好ましくは60%、好ましくは70%、好ましくは80%、好ましくは90%又は好ましくは99.5%の純度であり、調整済みスラグ系中間体246に、鋳型の側壁開口部を通して周囲温度で注入される。ガスのゲージ圧は、0.1psiから任意に100psiの範囲で徐々に増加する。図示されていないが、CO2活性化/養生ステップにおいていくらかのガスが鋳型から逃れる場合があることが理解される。
脱型は、CO2活性化プロセスの完了後すぐに又は完了直後に行われる。穿孔管は、コンクリート内に残すことも、コンクリートから取り出すこともできる。鋳型側壁からの余分な長さの管がもしあれば切断し、空間を、セメントグラウト、鋼繊維強化セメントモルタル、セメントペースト、ポリマーコンクリート又はそれらの組み合わせで充填255する。管内のセメント又はポリマー系充填材料を1時間以上養生する。
図7を参照すると、湿式鋳造スラグ系コンクリート製品356の製造方法301が示されており、本方法は、養生チャンバ又は他の筐体内に配置された、鋳型の複数の穴を有する開放鋳型における鋳造、事前調整及びCO2養生ステップを含む。筐体は、少なくともチャンバ、密閉空間、容器及び部屋のいずれかであり得る。
湿式鋳造スラグ系コンクリート356の製造方法301は、方法101及び201と同様に、非ゼロスランプコンクリート316の組成物を提供し、スラグ311及び任意の少なくとも1つの他の結合材313(スラグ系結合材314を提供する)と、骨材315と、化学混和剤317と、繊維319と、水305と、を含むがこれらに限定されない組成物のすべての成分を均一に混合310することから始まる。本発明で使用される湿式鋳造スラグ系コンクリート356の水対結合材比は、乾燥鋳造又はゼロスランプコンクリートの含水量よりも高くすべきである。好ましい実施形態では、混合非ゼロスランプコンクリート316は、0.2、好ましくは0.25、好ましくは0.3、好ましくは0.35、好ましくは0.4、好ましくは0.45、好ましくは0.5、好ましくは0.55、好ましくは0.6又は好ましくは0.65よりも大きい第1の水対結合材重量比を有する。「水対スラグ系結合材重量比」及び「水対結合材重量比」という用語は同等のものである。
好ましい実施形態では、非ゼロスランプコンクリート316を鋳造する前に、鋳型を調製し、必要に応じて、炭素鋼、ステンレス鋼及び/又はFRP強化鉄筋などの強化材を鋳型内に配置する。鉄筋の直径は、5mm~60mmの範囲で変化し、耐力強度は100MPa~2100MPaの範囲であり得る。強化材は、規則及び規格に従って設計される。
鋳型の側壁は、複数の開口部を含む。方法301の本実施形態に対する鋳型は、興味深いことに、気密でもなく蓋もない。鋳型は、鋼、鉄、アルミニウム、プラスチック又はFRPで作られる。また、既存のコンクリート鋳型は、壁に穴を開けて調整することができる。複数の開口部は、好ましくは直径1~500mmであり、又は開口部は少なくとも1mm2の表面積を有する任意の形状を有してもよい。鋳型側壁の開口部により、鋳型が養生チャンバ又は他の筐体内にある間、空気(及びその後のCO2)が鋳型に入ることができる。図8に示すように、任意の方向における開口部の各々の間の空間は、好ましくは1000mm未満である。任意に、開口部を栓で一時的に埋めて、非ゼロスランプコンクリート316の移送時に生の非ゼロスランプコンクリート316が鋳型から漏出するのを防止することができ、ゴム栓が一般的な選択肢である。栓を使用する場合、事前調整ステップ340及び炭酸化養生ステップ350それぞれに対してガスの通過を可能にする前に、栓を取り外すべきである。
事前調整340のプロセスステップは、(現在はスラグ系中間体326の)含水量342を減少させる。事前調整は、2つの方法のうち少なくとも1つで実施し得る。第1の方法では、空気流又は加圧空気341を養生チャンバ又は筐体の内側又は外側に導入する。さらなる実施形態の方法では、加熱要素/ワイヤ343を使用する。これらのワイヤは、コンクリート320を鋳造する前に、鋳型壁の上又は近くに配置される(図7)。任意に、ワイヤを鋳型の高さに沿って300mm間隔で鉄骨フレーム上に配置する。加熱ワイヤ及びフレームは、コンクリート鋳造時及びコンクリート養生後にコンクリート内に残される。次いで、フレーム及びワイヤに電流を流すことができる。また、加熱要素/ワイヤは、鋳型の外面を覆うように設置される床暖房マット又はドラムヒーターであってもよい。これらの要素は鋳型壁を加熱し、最終的に蒸発プロセスを増加させて、コンクリートの湿分を減少させる。2つの方法はさらに、空気341の乾燥及び加熱343の両方を含むように組み合わされ得る。
調整済みスラグ系中間体346は、養生チャンバ又は適切なガス筐体からの二酸化炭素、CO2又はCO2を含有するガスと接触する。二酸化炭素351ガスを導入して、調整済みスラグ系中間体346を、5%、好ましくは10%、好ましくは20%、好ましくは30%、好ましくは40%、好ましくは50%、好ましくは60%、好ましくは70%、好ましくは80%、好ましくは90%又は好ましくは99.5%の純度で、養生室又は筐体の大気から鋳型の側壁の複数の開口部を通して調整済みスラグ系中間体346に、周囲温度で養生する。チャンバ/密閉空間/容器/部屋のゲージ圧は、0.1psi~100psiの範囲で徐々に増加する。図示されていないが、CO2活性化/養生ステップの間にいくらかのガスが鋳型から逃れる場合があることが理解される。
脱型は、CO2活性化プロセスのすぐ後に又は直後に行われる。
Claims (21)
- 湿式鋳造スラグ系コンクリート製品の製造方法であって、前記方法は、
1)スラグ系結合材と、骨材と、水と、を提供する提供ステップと、
2)前記スラグ系結合材と、前記骨材と、前記水と、を混合して、0.2を超える第1の水対スラグ系結合材重量比を含む加工可能な非ゼロスランプコンクリート組成物を製造する混合ステップと、
3)a)前記非ゼロスランプコンクリート組成物を気密鋳型に移す及び/又は固めることによって前記非ゼロスランプコンクリートを鋳造及び/又は配置するステップであって、前記気密鋳型が少なくとも1つのガスパイプ及び/又はランスを含む鋳造/配置ステップ、又は
b)前記非ゼロスランプコンクリート組成物を気密鋳型に移す及び/又は固めることによって前記非ゼロスランプコンクリートを鋳造及び/又は配置するステップであって、少なくとも1つのガスパイプ及び/又はランスを前記非ゼロスランプコンクリート組成物に挿入するステップをさらに含む鋳造/配置ステップ、又は
c)前記非ゼロスランプコンクリート組成物を気密鋳型に移す及び/又は固めることによって前記非ゼロスランプコンクリートを鋳造及び/又は配置するステップであって、前記鋳型が鋳型壁と、前記鋳型壁の複数の入口と、を含み、前記複数の入口を任意に閉じて、スラリー非ゼロスランプコンクリートを保持する鋳造/配置ステップ、又は
d)前記非ゼロスランプコンクリート組成物を鋳型に移す及び/又は固めることによって前記非ゼロスランプコンクリートを鋳造及び/又は配置するステップであって、前記鋳型が開放上面を画定する鋳型壁と、前記鋳型壁の複数の入口と、を含み、前記複数の入口を任意に閉じて、前記加工可能な非ゼロスランプコンクリートを保持する鋳造/配置ステップと、
4)i)少なくとも1つのガスランスからの空気流及び/又は加圧空気と、ii)ヒーターと、iii)前記非ゼロスランプコンクリートに埋め込まれた加熱要素ワイヤと、のうち少なくとも1つを用いて前記鋳型内の前記非ゼロスランプコンクリート組成物を事前調整して、前記第1の水対スラグ系結合材重量比よりも小さい第2の水対スラグ系結合材重量比を含む事前調整済みスラグ系中間体を製造する事前調整ステップと、
5)鋳造ステップが鋳造ステップ3a)、3b)又は3c)であるとき、前記気密鋳型を密封する密封ステップと、
6)a)-b)前記鋳造ステップが鋳造ステップ3a)又は3b)であるとき、前記少なくとも1つのガスパイプ及び/又はランスからの、又は
c)前記鋳造ステップが鋳造ステップ3c)であるとき、前記鋳型壁の前記複数の入口を介して、又は
d)前記鋳造ステップが鋳造ステップ3d)であるとき、前記鋳型壁の前記複数の入口及び前記開放上面を介して、チャンバ/密閉空間/容器/部屋内で、
二酸化炭素を含有するガスを用いて前記事前調整済みスラグ系中間体を養生して、成形された湿式鋳造スラグ系コンクリート製品を製造する養生ステップと、
7)前記成形された湿式鋳造スラグ系コンクリート製品を脱型して、前記湿式鋳造スラグ系コンクリート製品を提供する脱型ステップと、を含む、方法。 - 前記非ゼロスランプコンクリートの前記鋳造ステップが、プレス/圧縮を含まない、請求項1に記載の方法。
- 前記養生ステップ後、前記少なくとも1つのガスパイプ及び/又はランス内の中空空間を、セメントグラウト、鋼繊維強化セメントモルタル及び/又はセメントペーストで充填するステップをさらに含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記非ゼロスランプコンクリート組成物の鋳造後、前記ガスパイプ及び/又はランスを挿入する、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記スラグ系結合材が、飛散灰、焼成頁岩、シリカヒューム、ゼオライト、GGBF(粉砕造粒高炉)スラグ、石灰石粉末、水硬性セメント及び非水硬性セメントからなる群から選択される少なくとも1つの他の結合材を含まないか、又はそれらと混合されたスラグである、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記スラグが、製鋼スラグ、ステンレス製鋼スラグ、塩基性酸素転炉スラッジ、高炉スラッジ、亜鉛、鉄、銅生産の副産物、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項5に記載の方法。
- 前記鋳造ステップの前に前記気密鋳型に強化材を配置する強化ステップをさらに含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- 強化材が、炭素鋼、ステンレス鋼及び/又はFRP強化鉄筋である、請求項6に記載の方法。
- 前記スラグの累積ケイ酸カルシウム含有量が、少なくとも20重量%である、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記事前調整ステップを実施して、前記湿式鋳造スラグ系コンクリートの体積の少なくとも1%の多孔度を増加させる、請求項1~9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記非ゼロスランプコンクリート組成物が、5mm~250mmの範囲のスランプ値を有する、請求項1~10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記非ゼロスランプコンクリート組成物が、0.7~1.0の範囲の生コンクリートの圧縮係数試験を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記スラグ系結合材が、還元製鋼スラグ、酸化製鋼スラグ、転炉製鋼スラグ、電気アーク炉(EAF)スラグ、塩基性酸素炉(BOF)スラグ、取鍋スラグ、高速冷却製鋼スラグ及び徐冷製鋼スラグ、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される製鋼スラグである、請求項1~12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記湿式鋳造スラグ系コンクリート製品が、プレキャストの鉄筋及び非鉄筋コンクリートパイプ、ボックスカルバート、排水製品、舗装スラブ、床スラブ、交通障壁、壁、マンホール、擁壁、舗装、タイル及び屋根材からなる群から選択される、請求項1~13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記湿式鋳造スラグ系コンクリートが、少なくとも5重量%のスラグ含有量を含む、請求項1~14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記非ゼロスランプコンクリート組成物が、促進剤、遅延剤、粘度調整剤、空気混入剤、発泡剤、ASR(アルカリシリカ反応)阻害剤、洗い流し防止剤、防錆剤、収縮低減剤、コンクリート亀裂低減剤、可塑剤、超可塑剤、封止材、塗料、コーティング、減水剤、撥水剤、白華制御剤、ポリマー粉末、ポリマーラテックス及び加工性保持剤のうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項1~15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記非ゼロスランプコンクリート組成物が、セルロース繊維、ガラス繊維、マイクロ合成繊維、天然繊維、PP繊維、PVA繊維及び鋼繊維のうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項1~16のいずれか一項に記載の方法。
- CO2養生が、追加の外部熱源及び/又はエネルギー源を含まない、請求項1~17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記二酸化炭素を含有するガスが、少なくとも5体積%の濃度のCO2を含有するガスである、請求項1~18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記養生ステップ6c)において、穿孔管が、前記鋳型壁の前記複数の入口のうち少なくとも1つを通して挿入される、請求項1~19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記穿孔管が、前記気密鋳型の内部に挿入され、反対側の鋳型壁まで完全に又は部分的に横断する、請求項20に記載の方法。
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