JP2023513865A - 吹き付けセメント系組成物 - Google Patents

Abstract

複合結合材、繊維、及び水を含み、複合結合材がセメント成分及びポゾラン成分を含む、吹き付け可能な延性金属様セメント系組成物（ＳＤＭＣＣ）。このＳＤＭＣＣは、硬化及びひずみ硬化挙動の際に膨張を示す場合がある。ＳＤＭＣＣは、パイプラインなどの建築構造の修理及び／又は改良に有用である。ＳＤＭＣＣの調製方法も記載される。

Description

[0001] 本発明は、吹き付け可能な延性金属様セメント系組成物（sprayable ductile metal-like cementitious composition）（ＳＤＭＣＣ）に関する。本発明は、地下パイプラインなどの建築構造の修理又は改良のためのＳＤＭＣＣの使用、及びその使用方法にも関する。

[0002] 地下パイプラインは、非常に有用なインフラであり、飲用水及び廃水などの種々の目的の水の移送及び分配に使用することができる。これらの目的に使用されるパイプラインは、過酷な機械的負荷及び環境応力にさらされることが多い。結果として、金属管及びコンクリート管の両方は、亀裂、剥落、及び破片の蓄積などの問題が起こりやすい。金属管は、腐食又は変形が生じることがある。修理しないままであると、これらの問題によって、パイプラインの破壊が生じる場合がある。

[0003] トレンチレスパイプライン修理技術は、最小限の破壊で既存のパイプラインを修理するための有用な技術である。建設費が低く、環境影響が少なく、公共への妨害が少ないことは、トレンチレスパイプライン修理技術がオープントレンチ法よりも好ましい場合が多いことを意味する。周知のトレンチレスパイプライン修理方法としては、現場硬化パイプ（ＣＩＰＰ）法、スリップライニング、クローズフィットパイプ法、スパイラルワウンド法、スプライスセグメントライニング（splice segment lining）、及び吹き付けライニングが挙げられる。他の方法と比較すると、セメント系材料を用いた吹き付けライニングは、より低いコスト及びより速い構成などの利点を得ることができる。吹き付けライニングは、継ぎ目なしで連続的に形成することもできる。

[0004] 吹き付けライニング法は、既存のパイプラインの内面上にセメント系材料又はポリマーをベースとする材料を吹き付けることを伴う。セメント系材料は、低コストであるが、典型的には鋼製ホストパイプの防食が不十分となる。ポリマーをベースとする材料は、典型的には耐食性がより優れているが、より費用がかかる。基材上に吹き付けた後、材料は、所望の厚さで堆積するために良好な接着力及び凝集力を有する必要がある。パイプラインの内面は、通常は、材料のコーティングに不都合が生じる。通常、パイプラインは、吹き付けの前に洗浄されるが、吹き付けられた材料とパイプ内壁との間の接着力の不足が大きな問題のままとなる。

[0005] 従来のセメント系材料はもろく、引張延性がない。高強度及び緻密な微細構造を実現するためには、セメント系修理材料は、通常、多量の微細反応性粉末を含む、少ない含水量が必要である。この組み合わせの結果として、セメント系材料が大きく収縮し、これによって拘束収縮ひび割れが生じることがある。ひび割れの後、パイプライン中の流体は、ひび割れに浸透し、さらにはパイプを腐食させる。さらに、接着力が不十分な場合には、ひび割れ修理材料が剥落する場合がある。したがって、従来のセメント系材料を使用すると、修理されたパイプラインの耐久性が低くなり、メンテナンスを繰り返す必要が生じることが多い。

[0006] セメントをベースとする材料に固有の脆性を克服するために、高靭性セメント系複合材料（ＥＣＣ）と呼ばれる繊維強化複合材料が、吹き付け修理用に開発されている。ＥＣＣは、一軸張力下で３％を超える高いひずみ能力を示す。ＥＣＣの高い延性は、一般のコンクリートに特有の１つのひび割れではなく複数の密集したひび割れによって実現される。しかし、ＥＣＣ混合物は一般に、一般のコンクリートと比較して大きな体積のセメントを有し、粗骨材を有さず、そのため乾燥収縮は２８日において－１５００μεに到達しうる。収縮が増加すると、変形が拘束される場合に微小ひび割れが生じることがある。攻撃的な環境において微小ひび割れが存在すると、吹き付け修理の耐久性に影響が生じることがある。ＥＣＣの例は以下の特許に開示されている。

[0007] 米国特許第７，２４１，３３８号には、ポルトランドセメントなどの水硬性セメント、非ニュートン添加剤、粘性剤、流動化剤、短い不連続繊維、軽量骨材、及び水を含む吹き付けセメント系組成物が開示されている。

[0008] 米国特許第７，５７２，５０１号には、ポルトランドセメントなどのセメント、水、砂、フライアッシュ、減水剤、及びポリエチレン（ＰＥ）繊維などの不連続短繊維を含むセメント系複合材料が開示されている。組成物のレオロジーは、圧送、成形、又は吹き付けが可能な複合材料が得られるように調節することができる。

[0009] 米国特許第７，７９９，１２７号には、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）繊維強化高初期高度ＥＣＣ材料の一種が開示されている。この材料は、水硬性セメント、化学促進剤混合物、ポリビニルアルコール繊維、非マトリックス相互作用ひび割れ発生剤（non-matrix interactive crack initiator）、１つ以上の微粒子骨材、及び化学分散剤混合物を含む。

[0010] 本発明の目的は、上記欠点を回避するための方法を提供すること、及び／又は少なくとも公共に有用な選択を提供することである。

[0011] 本発明の別の目的は、単なる例として提供される以下の説明から明らかとなるであろう。

[0012] 本明細書に含まれている文献、行為、材料、装置、物品などのあらゆる議論は、単に、本発明の状況を示すことを目的としている。これらの事項のいずれか又はすべてが、従来技術の基礎の一部を形成する、又は優先日前に存在したので本発明に関連する分野における共通の一般的知識である、と解釈すべきではない。

[0013] 第１の態様では、本発明は、複合結合材、繊維、及び水を含む吹き付けセメント系組成物であって、複合結合材がセメント成分及びポゾラン成分を含む吹き付けセメント系組成物を提供する。

[0014] 幾つかの実施形態では、水の複合結合材に対する比は約０．２～約０．５である。

[0015] 幾つかの実施形態では、水の複合結合材に対する比は約０．２～約０．４である。

[0016] 幾つかの実施形態では、水の複合結合材に対する比は約０．３である。

[0017] 幾つかの実施形態では、セメント成分は水硬性セメント及び膨張剤を含む。

[0018] 幾つかの実施形態では、膨張剤はスルホアルミン酸カルシウムである。

[0019] 幾つかの実施形態では、膨張剤の量は、全セメント成分重量を基準として、約１０～約６０重量％である。

[0020] 幾つかの実施形態では、膨張剤の量は、全セメント成分重量を基準として、約２０～約５０重量％である。

[0021] 幾つかの実施形態では、膨張剤の平均粒度は、約２μｍ～約５００μｍ、又は約１０μｍ～約３０μｍである。

[0022] 幾つかの実施形態では、水硬性セメントは普通ポルトランドセメントを含む。

[0023] 幾つかの実施形態では、水硬性セメントの量は、全セメント成分重量を基準として、約１～約８０重量％である。

[0024] 幾つかの実施形態では、水硬性セメントの量は、全セメント成分重量を基準として、約２０～約８０重量％である。

[0025] 幾つかの実施形態では、水硬性セメントの量は、全セメント成分重量を基準として、約５０～約８０重量％である。

[0026] 幾つかの実施形態では、水硬性セメントの量は、全セメント成分重量を基準として、約６０～約８０重量％である。

[0027] 幾つかの実施形態では、セメント成分は、反応性アルミノケイ酸塩、炭酸カルシウム、又はそれらの混合物を含む。

[0028] 幾つかの実施形態では、反応性アルミノケイ酸塩は焼成粘土である。

[0029] 幾つかの実施形態では、反応性アルミノケイ酸塩はメタカオリンである。

[0030] 幾つかの実施形態では、炭酸カルシウムは石灰石である。

[0031] 幾つかの実施形態では、セメント成分は、全セメント成分重量を基準として、約１～約８０重量％、又は約３０～約６０重量％、又は約４０～５０重量％の量の反応性アルミノケイ酸塩、炭酸カルシウム、又はそれらの混合物を含む。

[0032] 幾つかの実施形態では、セメント成分は、全セメント成分重量を基準として、０～約５０重量％、又は約２０～約４０重量％、又は約３０重量％の量の反応性アルミノケイ酸塩を含む。

[0033] 幾つかの実施形態では、セメント成分は、全セメント成分重量を基準として、約０～約３０重量％、又は約１０～約２０重量％、又は約１５重量％の量の炭酸カルシウムを含む。

[0034] 幾つかの実施形態では、反応性アルミノケイ酸塩の炭酸カルシウムに対する比は２：１である。

[0035] 幾つかの実施形態では、セメント成分は、全セメント混合物重量を基準として、約１０～約５０重量％の普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）、約２０～約４０重量％のメタカオリン、及び約１０～約２０重量％の石灰石を含む。

[0036] 幾つかの実施形態では、反応性アルミノケイ酸塩の平均粒度は、約２μｍ～約４０μｍ、又は約２μｍ～約１０μｍである。

[0037] 幾つかの実施形態では、炭酸カルシウムの平均粒度は、約２μｍ～約１００μｍ、又は約２μｍ～約２０μｍである。

[0038] 幾つかの実施形態では、ポゾラン成分の量は、重量基準で、セメント成分の約１～約３倍である。

[0039] 幾つかの実施形態では、ポゾラン成分の量は、重量基準で、セメント成分の約２～約３倍である。

[0040] 幾つかの実施形態では、ポゾラン成分の量は、重量基準で、セメント成分の約２～約２．５倍である。

[0041] 幾つかの実施形態では、ポゾラン成分は、フライアッシュ、製鋼スラグ、粒状溶鉱炉スラグ、珪藻土、シリカフューム、メタカオリンなどの焼成粘土、焼成頁岩、火山灰、軽石、もみ殻灰などの焼成されたシリカに富む有機物、及びそれらのいずれか２つ以上の混合物からなる群から選択される材料を含む。

[0042] 幾つかの実施形態では、フライアッシュは、タイプＣフライアッシュ、タイプＦフライアッシュ、及びそれらの混合物からなる群から選択される。

[0043] 幾つかの実施形態では、繊維は、ポリマー繊維、無機繊維、金属繊維、炭素繊維、植物性繊維、及びそれらのいずれか２つ以上の混合物からなる群から選択される。

[0044] 幾つかの実施形態では、ポリマー繊維は、ポリオレフィン、ポリアクリル、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリアミド、及びそれらのいずれか２つ以上の組み合わせからなる群から選択されるポリマー材料を含む。

[0045] 幾つかの実施形態では、ポリマー繊維は、ポリエチレン繊維、高テナシティポリプロピレン繊維、ポリビニルアルコール繊維、及びそれらのいずれか２つ以上の混合物からなる群から選択される。

[0046] 幾つかの実施形態では、繊維の量は、全組成物体積（すなわち、水を含む組成物の体積）を基準として、約０．１～４ｖ／ｖ％未満、又は約１～約３ｖ／ｖ％、又は約１．５～約２．３ｖ／ｖ％である。

[0047] 幾つかの実施形態では、繊維長は、約４ｍｍ～約２５ｍｍ、又は約６ｍｍ～約２０ｍｍ、又は約８ｍｍ～約１２ｍｍである。

[0048] 幾つかの実施形態では、繊維直径は、約１０μｍ～約１５０μｍ、又は約１０μｍ～約６０μｍである。

[0049] 幾つかの実施形態では、吹き付けセメント系組成物は、流動化剤、骨材、粘性剤、及び遅延剤からなる群から選択される１つ以上の成分をさらに含む。

[0050] 幾つかの実施形態では、流動化剤の量は、全組成物重量を基準として、約０．１～１０重量％、又は約０．３～約３重量％、又は約０．５～約１．５重量％である。

[0051] さらなる一態様では、本発明は、複合結合材、繊維、及び水を含む吹き付けセメント系組成物であって、複合結合材がセメント成分及びポゾラン成分を含み、この吹き付けセメント系組成物は、硬化すると：
（ｉ）少なくとも約２．５０ＭＰａの引張強度、
（ｉｉ）２８日において少なくとも約３％の引張ひずみ能力、
（ｉｉｉ）ε＜２％において約１００μｍ未満のひび割れ幅、及び
（ｉｖ）少なくとも約１２１０μεの最大膨張、
からなる群から選択される１つ以上の性質が実現される、吹き付けセメント系組成物を提供する。

[0052] さらなる一態様では、本発明は、吹き付けセメント系組成物の調製方法であって：
（ｉ）セメント成分及びポゾラン成分を含む結合材組成物を提供することと、
（ｉｉ）結合材組成物を水と混合して湿潤混合物を形成することと、
（ｉｉｉ）湿潤混合物に繊維を加えることと、
を含む方法を提供する。

[0053] 幾つかの実施形態では、この方法は、セメント成分及びポゾラン成分を混合して結合材組成物を得ることをさらに含む。

[0054] 幾つかの実施形態では、ステップ（ｉｉ）の前に、水に流動化剤が加えられる。

[0055] さらなる一態様では、本発明は、建築構造の修理及び／又は改良方法であって：
（ｉ）本発明の吹き付けセメント系組成物を提供するステップと；
（ｉｉ）セメント系組成物を建築構造の表面上に吹き付けて、表面をセメント系組成物で少なくとも部分的に被覆するステップと；
（ｉｉｉ）表面上でセメント系組成物を凝結させるステップと、
を含む方法を提供する。

[0056] 幾つかの実施形態では、吹き付けステップ（ｉｉ）は、手動吹き付けシステム又は自動吹き付けシステムによって行われる。

[0057] 幾つかの実施形態では、建築構造はパイプラインである。

[0058] 幾つかの実施形態では、表面はパイプラインの内面である。

[0059] 幾つかの実施形態では、パイプラインは、パイプラインの寿命を増加させるため、パイプラインの耐荷重能力を増加させるため、及び／又はパイプラインを強化するために改良される。

[0060] 別の一態様では、本発明は、建築構造の修理及び／又は改良のための本発明の吹き付けセメント系組成物の使用を提供する。

[0061] 幾つかの実施形態では、建築構造はパイプラインである。

[0062] 別の一態様では、本発明は、本発明の吹き付けセメント系組成物を調製するための乾燥プレミックスであって、乾燥プレミックスが複合結合材、及び繊維を含み、複合結合材がセメント成分及びポゾラン成分を含む、乾燥プレミックスを提供する。

[0063] 別の一態様では、本発明は、本発明の吹き付けセメント系組成物の調製方法であって：
（ｉ）本発明の乾燥プレミックスを提供することと、
（ｉｉ）乾燥プレミックスを水と混合して吹き付けセメント系組成物を形成することと、
を含む方法を提供する。

[0064] 本発明は、大まかには、本出願の本明細書中に個別に又はまとめて言及され又は示される部分、要素、及び特徴、並びにいずれか２つ以上の上記部分、要素、又は特徴のありとあらゆる組み合わせにあると言うこともでき、本発明が関連する当技術分野において同等であると知られている特定の整数が本明細書に言及される場合、そのように知られている同等物は、個別に記載されるかのように本明細書に組み込まれると見なされる。

[0065] さらに、本発明の特徴又は態様がマーカッシュ群で記載される場合、当業者は、それによって本発明が、マーカッシュ群のあらゆる個別の構成要素又は構成要素の部分群でも記載されると認識するであろう。

[0066] 本明細書において使用される場合、名詞に続く「（ｓ）」は、その名詞の複数形及び／又は単数形を意味する。

[0067] 本明細書において使用される場合、「及び／又は」という用語は、「及び」又は「又は」又はその両方を意味する。

[0068] 本明細書において使用される場合、「含む」（comprising）という用語は、「少なくとも部分的にからなる」を意味する。「含む」という用語を含む本明細書におけるそれぞれの表現を解釈する場合、その用語が前に置かれる１つ又は複数の特徴以外の特徴も存在することができる。「含む」（comprise）及び「含む」（comprises）などの関連する用語も同じ方法で解釈されるべきである。

[0069] 本明細書に開示されるある範囲の数（例えば、１～１０）への言及は、その範囲内のすべての有理数（例えば、１、１．１、２、３、３．９、４、５、６、６．５、７、８、９及び１０）及びその範囲内の有理数のあらゆる範囲（例えば、２～８、１．５～５．５、及び３．１～４．７）への言及も含むことが意図され、したがって、本明細書に明確に開示されるあらゆる範囲のすべての部分的範囲への言及が本明細書に開示される。これらは、特に意図される単なる例であり、挙げられる最低値と最大値との間の数値のすべての可能な組み合わせが、同様に、本明細書に明示的に言及されると見なされるべきである。

[0070] 本発明は上記のように広く規定されるが、本発明がそれらの限定されるものではなく、本発明は、以下の説明によって例が提供される実施形態をも含むことを当業者は認識するであろう。

[0071] これより図を参照しながら本発明を説明する。

[0072]ＯＰＣ及びＣＳＡ－Ｋセメントを用いて調製したＳＤＭＣＣの収縮／膨張を示している（ここでＣＳＡ－Ｋは、それぞれ７、１０、及び１３重量％の複合結合材を含む）。 [0073]ＯＰＣ及びＬＣ３／ＣＳＡ－Ｋセメントを用いて調製したＳＤＭＣＣの収縮／膨張を示している（ここでＣＳＡ－Ｋは、それぞれ１０及び１３重量％の複合結合材を含む）。 [0074]ＣＳＡ－Ｒセメントを用いて調製したＳＤＭＣＣの収縮／膨張を示している（ここで、無水セッコウは、それぞれ０、１０、１５、及び２０重量％のＣＳＡ－Ｒを含む）。 [0075]Ｃ４０コンクリート管を修理するためのＳＤＭＣＣの最大許容膨張を示している。 [0076]ＬＣ３／ＣＳＡ－Ｋセメント及びＣＳＡ－Ｋセメントを用いて調製したＳＤＭＣＣの３つのひずみゲージによって測定した鋼製リングの平均ひずみを示している（ここで、ＣＳＡ－Ｋは１３重量％の複合結合材を含む）。 [0077]鋼製リングと、ＬＣ３／ＣＳＡ－Ｋセメント及びＣＳＡ－Ｋセメントを用いて調製したＳＤＭＣＣとの間の残留界面圧力を示している（ここでＣＳＡ－Ｋは１３重量％の複合結合材を含む）。 [0078]図１及び２中に示される組成物の２８日の引張応力－ひずみ挙動を示している。 [0079] ７つの湿潤－乾燥サイクル後の、ＯＰＣ、ＬＣ３、及びＬＣ３／ＣＳＡ－Ｋセメントを用いて調製したＳＤＭＣＣの終局引張強度及びひずみ能力の自己回復を示している。 [0080]２８日間で試験片に先行ひび割れが発生した後の第１４日に試験した、ＯＰＣ及びＬＣ３／ＣＳＡ－Ｋセメントを用いて調製したＳＤＭＣＣの透過係数を示している。 [0081]クラフト管を用いたパイプ修理プロトコル成形を示している。 [0082]コンクリート管及びＳＤＭＣＣで修理されたパイプの限界荷重と変位との間の関係を示している。

[0083] 本発明者は、驚くべきことに、従来のセメント及びコンクリートよりも有利な性質を有するＳＤＭＣＣを発見した。例えば、ＳＤＭＣＣは、硬化及びひずみ硬化挙動に際して膨張を示すことがある。

[0084] したがって、一態様では、本発明は、複合結合材、繊維、及び水を含むＳＤＭＣＣであって、複合結合材がセメント成分及びポゾラン成分を含むＳＤＭＣＣを提供する。この吹き付けセメント系組成物は、例えば、パイプラインの修理及び／又は改良に有用である。

[0085] このセメント成分は、水硬性セメントを含み、膨張剤、反応性アルミノケイ酸塩、及び／又は炭酸カルシウムなどの追加の材料をさらに含むことができる。

[0086] ＳＤＭＣＣは、流動化剤、骨材及び／又はその他の添加剤などの他の成分をさらに含むことができる。

水硬性セメント
[0087] 水硬性セメントは、水と混合すると凝結及び硬化が起こる材料である。水硬性セメントとしては、ポルトランドセメント、混合ポルトランドセメント、リン酸塩セメント、及びビーライトセメント（ケイ酸二カルシウム）が挙げられるが、これらに限定されるものではない。それらのいずれか２つ以上の混合物も考慮される。好ましくは水硬性セメントはポルトランドセメントである。

[0088] ポルトランドセメントは、水硬性ケイ酸カルシウムから本質的になるクリンカーを粉砕することによって製造された微粉砕粉末である。セメントは、最大約５％のセッコウを含むことができる。存在するセッコウ量は、凝結時間に影響を与える。ポルトランドセメントの規格は、ASTM C 150, Standard Specification for Portland Cementにおいて規定されており、これによりタイプＩ、タイプＩＡ、タイプＩＩ、タイプＩＩＡ、タイプＩＩＩ、タイプＩＩＩＡ、タイプＩＶ、及びタイプＶの８つの種類のポルトランドセメントが規定されている。タイプＩセメントは、他のタイプの特殊な性質が必要とされないあらゆる使用に適した汎用性の普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）である。タイプＩＩＩセメントは、より高い初期強度を得るためにより微細に粉砕されることを除けばタイプＩセメントと化学的及び物理的に類似している。

[0089] セメント成分は、全セメント成分重量を基準として、約１～約８０重量％、又は約２０～約８０重量％、又は約５０～約８０重量％、又は約６０～約８０重量％の量の水硬性セメントを含むことができる。

[0090] 幾つかの実施形態では、セメント成分は、焼成粘土などの反応性アルミノケイ酸塩、及び／又は石灰石などの炭酸カルシウムを含む。有利には、水硬性セメントの一部を反応性アルミノケイ酸塩及び／又は炭酸カルシウムで置き換えると、製造中に放出される炭素量が減少することで、より環境に優しい組成物が得られる。

[0091] 反応性アルミノケイ酸塩及び／又は炭酸カルシウムを含むＳＤＭＣＣによって別の利点を得ることができる。例えば、石灰石焼成粘土セメント（ＬＣ３）ペーストは、ＯＰＣを用いて作製したペーストよりも微細な細孔構造を有することが分かっている。有利には、細孔の改良によって、塩化物浸透に対する優れた抵抗性が得られ、硫酸塩の存在下で優れた性能を示し、これはパイプライン中の複雑な環境の場合に特に顕著である。

[0092] さらに、ＬＣ３を含むＳＤＭＣＣは、驚くべきことに、ＯＰＣを用いて調製された従来技術のＥＣＣよりも高いひずみ能力及び小さいひび割れ幅を有することが分かっている。ひび割れ幅の減少によって、透過性がより低くなる。これによって、例えば、元のパイプの流体による腐食を防止することができる。より高いひずみ能力のＳＤＭＣＣは、より高い変形濃を有すると予想される。これによって、例えば、修理されたパイプが、より高い荷重及びたわみ能力を有することができる。

[0093] セメント混合物は、全セメント成分重量を基準として、約１～約８０重量％、又は約３０～約６０重量％、又は約４０～５０重量％の量の反応性アルミノケイ酸塩、炭酸カルシウム、又はそれらの混合物を含むことができる。例えば、セメント成分は、全セメント成分重量を基準として、０～約５０重量％、又は約２０～約４０重量％、又は約３０重量％の量の反応性アルミノケイ酸塩を含むことができる。例えば、セメント成分は、全セメント成分重量を基準として、約０～約３０重量％、又は約１０～約２０重量％、又は約１５重量％の量の炭酸カルシウムを含むことができる。幾つかの実施形態では、反応性アルミノケイ酸塩の炭酸カルシウムに対する比は２：１である。

[0094] 幾つかの実施形態では、反応性アルミノケイ酸塩の平均粒度は、約２μｍ～約４０μｍ、又は約２μｍ～約１０μｍである。幾つかの実施形態では、炭酸カルシウムの平均粒度は約２μｍ～約１００μｍ、又は約２μｍ～約２０μｍである。

[0095] 幾つかの実施形態では、セメント成分は、全セメント混合物重量を基準として、約１０～約５０重量％のＯＰＣ、約２０～約４０重量％のメタカオリン、及び約１０～約２０重量％の石灰石を含む。

[0096] 幾つかの実施形態では、水硬性セメントの一部を採鉱尾鉱で置き換えることができる。例えば、セメント成分は、全セメント成分重量を基準として、約１～約３０重量％の量の採鉱尾鉱を含むことができる。

膨張剤
[0097] 膨張剤は、水和プロセス中のＳＤＭＣＣの膨張を増加させる材料である。幾つかの実施形態では、膨張剤は、組成物の硬化中に生じる収縮を減少させるために使用することができる。別の実施形態では、膨張剤は、硬化中に膨張するＳＤＭＣＣを得るために使用することができる。有利には、ＳＤＭＣＣの膨張の増加によって、収縮中に生じるひび割れの危険性を減少させることができる。

[0098] パイプラインの内面に塗布して硬化するときに、ＳＤＭＣＣがパイプラインの内面に対する膨張力を発生させるように、ＳＤＭＣＣの膨張特性を調整するために膨張剤を使用することができる。この膨張力によって、ＳＤＭＣＣと内面との間の空間が減少し、それらの間の機械的摩擦が増加する。有利には、機械的摩擦の増加によって、ＳＤＭＣＣと内面との間の接着力を増加させることができる。結果として、修理又は改良が行われたパイプラインは、元のホストパイプよりも高い荷重及びたわみ能力を有することができる。さらに、接着剤が増加することで、ＳＤＭＣＣの表面からの剥離を減少させることができ、修理後の使用中の修理層のしわ及びさらには座屈を減少させることができる。ＳＤＭＣＣによってホストパイプ上に作用する制御された膨張力によって、修理層をホストパイプ壁に結合させることができ、漏水の修理などの機能的修理のみではなく構造的修理と機能的修理との両方を行うことができる。しかし、幾つかの実施形態では、ＳＤＭＣＣが塗布されるホストパイプの表面の変形、又はさらには損傷が生じることがあるので、過剰な膨張は回避すべきことを当業者は認識されよう。

[0099] パイプラインに対する圧力を作用させることに加えて、膨張特性によって、ＳＤＭＣＣは、典型的には２８日後に約－１５００μεの大きな乾燥収縮を示す周知の吹き付けＥＣＣとは区別される。膨張性のＳＤＭＣＣは、拘束収縮ひび割れの危険性が減少し、修理されたパイプラインの耐久性がさらに増加し、修理後の漏れの危険性が減少する。

[00100] ＳＤＭＣＣの好ましい膨張特性が、修理又は改良が行われるべきホストパイプの直径及び引張強度、ホストパイプが封圧下にあるかどうか、及びＳＤＭＣＣの意図する厚さなどの種々の要因によって決定されることを当業者は認識するであろう。幾つかの実施形態では、ＳＤＭＣＣの膨張は少なくとも約１２００μεである。幾つかの別の実施形態では、ＳＤＭＣＣの膨張は少なくとも約３０００μεである。ＳＤＭＣＣの最大膨張は、例えば、約３０００με、約３３７５με、約４０００με、又は約４４５０μεであってよい。

[00101] 好ましい膨張剤としては、アルミン酸カルシウムセメント（ＣＡＣ）及びスルホアルミン酸カルシウムセメント（ＣＳＡ）が挙げられる。好ましくは膨張剤はＣＳＡである。ＣＳＡ中のＣａＳＯ４・ｎＨ_２Ｏの量は、好ましくは、ＣＳＡの重量を基準として、約１～５０重量％であり、ここでｎは０、０．５、１又は２であってよい。

[00102] 複合結合材は、全セメント成分重量を基準として、約１０～約６０重量％、又は約２０～約５０重量％の量の膨張剤を含むことができる。幾つかの実施形態では、膨張剤の平均粒度は、約２μｍ～約５００μｍ、又は約１０μｍ～約３０μｍである。

ポゾラン
[00103] ポゾランは、典型的には微粉砕された形態で提供されるシリカを含む材料又はシリカとアルミニウムとを含む材料である。ポゾラン単独では、セメントの性質をほとんど又は全く示さないが、水の存在下では、ポゾランは、水硬性セメントの水和によって放出される水酸化カルシウムと反応して、ケイ酸カルシウム水和物及びその他のセメント系化合物を形成する。有利には、ポゾランは、セメント系材料の結合材破壊靱性を改善することができ、それによって硬化したＳＤＭＣＣの延性を高めることができる。ポゾランは、ＳＤＭＣＣのレオロジーを調節するために使用することもできる。有利には、ＳＤＭＣＣのレオロジーは、組成物の圧送性及び／又は吹き付け性を改善するために調節することができる。

[00104] 一般に、水の存在下で水酸化カルシウムと反応するあらゆるシリカを含む材料又はシリカとアルミニウムとを含む材料が、結合材中への使用に適切となりうる。適切なポゾランの例としては、フライアッシュ、製鋼スラグ、粒状溶鉱炉スラグ、珪藻土、シリカフューム、メタカオリンなどの焼成粘土、焼成頁岩、火山灰、軽石、もみ殻灰などの焼成されたシリカに富む有機物、及びそれらのいずれか２つ以上の混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましくは、ポゾラン成分は、例えばASTM C618において規定されるようなフライアッシュを含む。幾つかの実施形態ではフライアッシュは、タイプＣフライアッシュ及び／又はタイプＦフライアッシュである。

[00105] 幾つかの実施形態では、ポゾラン成分はシリカフュームを含む。有利には、シリカフュームは、ＳＤＭＣＣの圧縮強度を増加させることができ、及び／又は繊維／マトリックス界面結合を改善することができる。

[00106] 複合結合材は、セメント成分の重量の約０～約３倍の量のポゾラン成分を含むことができる。好ましくは、複合結合材は、重量基準でセメント成分の約１～約３倍、より好ましくは約２～約３倍、より好ましくは約２～約２．５倍の量のポゾラン成分を含む。

繊維
[00107] 繊維は、硬化したＳＤＭＣＣの強化が意図される。適切な繊維は、繊維の所望のコスト、機械的性質、物理的性質、及び結合特性などの種々の特性に基づいて選択することができる。ＳＤＭＣＣの性質は、繊維の長さ、直径、化学組成、剛性、密度、及び強度などの要因の影響を受けることができる。繊維は、弾性段階を超えるまで複合材料に荷重がかかる場合にひび割れ全体にわたって荷重が伝達されるように選択することができる。これらの荷重運搬挙動は、繊維の破壊及び繊維のすべりのバランスをとるため、すなわち制御された繊維ブリッジング挙動のために調節することができる。複合材料上に荷重がかかる間、過度の繊維の破壊又は繊維のすべりは望ましくないが、その理由は、これによって、複合材料の延性が制限されることがあり、又は複合材料の耐久性を損なうほど過度に大きなひび割れ幅が生じることがあるからである。有利には、繊維は、複合材料のひずみ硬化及び引張延性を改善でき、ひび割れ幅を制限することができる。

[00108] ＳＤＭＣＣ中への使用に適切な繊維としては、ポリマー繊維、無機繊維（例えばバサルト繊維及びガラス繊維）、金属繊維（例えば鋼繊維）、炭素繊維、植物性繊維（例えばセルロース繊維及びリグのセルロース繊維）、及びそれらのいずれか２つ以上の混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましくは、繊維は、ポリマー繊維、すなわちポリオレフィン（例えばポリエチレン又はポリプロピレン）、ポリアクリル、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリアミド（例えばナイロン）、又はそれらのいずれか２つ以上の組み合わせなどのポリマー材料で構成される繊維である。より好ましくは、繊維は、ポリプロピレン繊維、より好ましくは高テナシティポリプロピレン繊維である。幾つかの実施形態では、繊維は、不連続短繊維である。

[00109] 繊維濃度の上限は、圧送性及び吹き付け性の要求によって決定され、一方、下限は、脆性又は擬脆性挙動とは反対のひずみ硬化（延性）挙動を得るための能力によって決定される。例えば、繊維は、全組成物体積（すなわち、水を含む組成物の体積）を基準として、約０．１～４ｖ／ｖ％未満、又は約１～約３ｖ／ｖ％、又は約１．５～約２．３ｖ／ｖ％の量で存在することができる。幾つかの実施形態では、繊維長は、約４ｍｍ～約２５ｍｍ、又は約６ｍｍ～約２０ｍｍ、又は約８ｍｍ～約１２ｍｍである。幾つかの実施形態では、繊維直径は、約１０μｍ～約１５０μｍ、又は約１０μｍ～約６０μｍである。

流動化剤
[00110] 幾つかの実施形態では、ＳＤＭＣＣは、高性能減水剤としても知られている流動化剤をさらに含む。流動化剤は、組成物のレオロジーに影響を与えるためにＳＤＭＣＣに加えることができる。有利には、流動化剤は、ＳＤＭＣＣの圧送性及び吹き付け性を維持するために必要な水の量を減少させることができる。

[00111] したがって、流動化剤は典型的には、所望の圧送性及び吹き付け性を有する組成物を実現するのに有効な量でＳＤＭＣＣに加えられる。所望の圧送性及び吹き付け性を実現するために必要な流動化剤の量は、組成物の含水量などの組成物の別の成分によって決定されうることを当業者は認識するであろう。例えば、流動化剤は、全組成物重量を基準として、約０．１～１０重量％、又は約０．３～約３重量％、又は約０．５～約１．５重量％の量でＳＤＭＣＣ中に含めることができる。

[00112] 一般に、当技術分野において周知のあらゆる流動化剤が、ＳＤＭＣＣ中への使用に適切となる。このような流動化剤としては、スルホン化メラミン（例えばスルホン化メラミンホルムアルデヒド縮合物）、スルホン化ナフタレン（例えばスルホン化ナフタレンホルムアルデヒド縮合物）、ポリカルボン酸エーテル（例えばADVA（登録商標）190）、変性リグノスルホネート、及びそれらのいずれか２つ以上の混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

骨材
[00113] ＳＤＭＣＣは、砂、砕石、及び軽量骨材などの骨材をさらに含むことができる。軽量骨材の混入によって、ＳＤＭＣＣの密度を低下させることができる。軽量骨材の混入によって、特に水平の頭上の表面上に、吹き付けられる厚さを増加させることもできる。軽量骨材の量が多い場合、粒度が重要となり、そうでなければひずみ硬化を実現できない。一般に、平均粒度は、約１０μｍ～約１０００μｍ、又は約１０μｍ～約２００μｍ、又は約３０μｍ～約１００μｍである。

[00114] 軽量骨材は、粉砕ゴム（例えば廃タイヤから）、中空ガラス球、セノスフェア、膨張マイカ、及びマイクロバルーン（例えばガラス、セラミック、又はポリマーのマイクロバルーン）を含むことができるが、これらに限定されるものではない。

[00115] 軽量骨材に加えて、又は軽量骨材の代わりに、ＳＤＭＣＣは、気泡をさらに含むことができる。セメント系組成物の処理中に、物理的手段、例えば起泡又はエアレーションによって、ガスを導入することができる。或いは、ガスは、例えば、アルミニウム粉末とアルカリ組成物との反応、又はＳｉ－Ｈ官能性シランと水との反応によって生成される水素ガスとして化学的に導入することができる。幾つかの実施形態では、隣接する気泡の合体防止を促進するために安定化物質が加えられる。幾つかの実施形態では、約１４００ｋｇ／ｍ^３以上、好ましくは１５００ｋｇ／ｍ^３以上の硬化密度が得られるように体積パーセントが制限される。多量の合体によって大きな空隙が生じる場合、複合材料の強度特性、特にひずみ硬化挙動が損なわれる場合がある。気泡を他の軽量骨材とともに使用することができる。有利には、このような配合物中の気泡の体積パーセントは、合体が最小限となるように小さく維持することができる。例えば、目標密度が１３００ｋｇ／ｍ３の複合材料では、約１６００ｋｇ／ｍ^３以上の密度を得るためにガス又はガス前駆体を加えることができ、目標範囲まで密度を低下させるために他の軽量フィラーを加えることができる。

他の添加剤
[00116] ＳＤＭＣＣは、粘性剤及び／又は遅延剤などの当技術分野において周知の他の添加剤をさらに含むことができる。

[00117] 例えば、粘性剤は、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）などのセルロース誘導体であってよい。粘性剤は、全結合材重量（すなわち水を除いた組成物の重量）を基準として、約０～約１重量％、又は約０．０３～約０．５重量％、又は約０．０５～約０．２重量％の量でＳＤＭＣＣ中に加えることができる。粘性剤は、基材上の厚さを増加させる複合材料の性質を向上させ、マトリックス中に均一な繊維の分散も促進する。

[00118] ＳＤＭＣＣは遅延剤を含むことができる。従来の遅延剤を使用することができる。好ましい遅延剤は、クエン酸であり、これは有利には、ＣＳＡの使用に適合する。遅延剤は、全結合材重量を基準として、約０．０１～約１０重量％、又は約０．１～約２重量％、又は約０．２～約１．５重量％の量で含まれることができる。遅延剤は、吹き付けプロセス中のＳＤＭＣＣの作業時間を増加させることができる。しかし、過剰の遅延剤は、ＳＤＭＣＣの強度及び延性を低下させうることを当業者は認識するであろう。

水
[00119] ＳＤＭＣＣ中の水の量は、組成物の種々の性質に影響を与える。含水量は、圧送可能で吹き付け可能な組成物を得るのに十分であるべきである。一般に、含水量が多いほど、粘度が低下し吹き付け性が向上し、一方、含水量が少ないほど、凝集力が増加し、より厚い塗布が可能になる。圧送可能で吹き付け可能な組成物を得るために必要な水の量は、通常に実験によって容易に決定することができ、前述のように流動化剤を含むことによって減少させることができる。

[00120] 幾つかの実施形態では、水の結合材に対する比は、約０．２～約０．５である。好ましくは、の結合材に対する比は、約０．２～約０．４、より好ましくは約０．３である。

セメント系組成物の調製
[00121] 本発明のＳＤＭＣＣは、従来技術によって調整することができる。成分を別々に水と混合することができ、又はある種の成分はあらかじめ混合することができる。幾つかの実施形態では、水を乾燥結合材成分のプレミックスに加えることで湿潤混合物が得られ、これに繊維が加えられる。幾つかの実施形態では、流動化剤を水と混合して溶液を形成し、これを乾燥結合材成分のプレミックスに加えることで湿潤混合物が得られ、これに繊維が加えられる。幾つかの別の実施形態では、乾燥成分を「レディーミックス」組成物中、例えば乾燥結合材成分及び繊維のプレミックス中に供給することができ、これが、ＳＤＭＣＣの形成に使用する前に水と混合される。

パイプラインの修理及び改良
[00122] 本発明のＳＤＭＣＣは、重力パイプライン又は圧力パイプライン、特に地下の重力パイプライン又は圧力パイプラインなどのパイプラインの修理に有用である。このようなパイプラインは、種々の用途で見られ、例えば送水管、配水管、下水管、及び油送管に見られる。例えば、ＳＤＭＣＣは、トレンチレスパイプライン修理方法において有用である。本発明のパイプラインの修理方法は、種々のパイプ形状に適合しており、例えば円形又は非円形の断面を有するパイプ、狭い若しくは広い直径を有するパイプ、真っ直ぐなパイプ、又は曲がったパイプに適合している。

[00123] 本発明者は、本発明のＳＤＭＣＣがパイプラインの改良に有用であることも示している。損傷したホストパイプの元の機能の回復を意図する修理方法とは対照的に、改良は、パイプラインの性質を向上させる方法を意味する。例えば、パイプラインの寿命の増加、パイプライン耐荷重能力の増加、及び／又はパイプラインの強化のために、パイプラインを改良することができる。幾つかの実施形態では、パイプラインは、パイプラインの耐震補強のために改良することができる。このため、地震事象によって生じる飲用水又は地下水の漏れ又は汚染の危険性を減少させるために、ＳＤＭＣＣパイプに塗布することができる。

[00124] 本発明のパイプラインの修理又は改良方法は、周知の材料を用いたＣＩＰＰ、スリップライニング若しくはスパイラルワウンドライニング法、又は吹き付けライニングなどの別の方法によって修理又は改良が行われたパイプラインで発生する一般的な損傷モードから保護することができる。回避できる一般的な損傷モードとしては、局部座屈、ライニング又はパイプラインの破壊、漏水、及びライニング若しくはパイプラインの腐食が挙げられる。

[00125] パイプライン修理又は改良方法は、ＳＤＭＣＣを湿潤混合物として提供することと、パイプラインの表面の少なくとも一部、例えばパイプラインの内壁に湿潤混合物を塗布することと、混合物を硬化することとを含む。幾つかの実施形態では、ＳＤＭＣＣは、パイプラインの長さの内面全体に塗布される。有利には、内面全体のコーティングによって、実質的に新しい内部管を得ることができる。劣化したパイプラインの長さに沿ったセメント系材料の連続吹き付けによって、少ない数の継ぎ目を有する、幾つかの実施形態では継ぎ目のない内部コーティングを形成することができる。継ぎ目は、典型的には、パイプライン中の脆弱な箇所であり、したがって、有利には、修理されたパイプライン中の継ぎ目数が減少することで、パイプラインの耐用寿命が伸びることがある。少ない数の継ぎ目を有する又は継ぎ目を全く有しない連続内部コーティングを有するパイプラインは、地震などの危険な条件下などでの漏れの危険性も減少する。

[00126] セメント系組成物は、従来方法によってパイプラインの表面に塗布することができる。ＳＤＭＣＣは、手動吹き付けシステム又は自動吹き付けシステムによって塗布することができる。例えば、ＳＤＭＣＣは、組成物をノズルから高速で表面上に空気圧で放出することによって手作業で塗布することができる。或いは、ＳＤＭＣＣは、既存のパイプラインの内面上に材料を吹き付ける自動遠心吹き付けシステムによって塗布することができる。

[00127] セメント系組成物は、圧送中は流体状態であるが、表面に吹き付け塗布した後に凝結する。凝結速度は、重力で引っ張られることに抵抗して厚さを増加させるのに十分な速さであるべきである。本発明のＳＤＭＣＣは、頭上の表面などの水平又は垂直の表面上に吹き付けた場合に約１０ｍｍ～約５０ｍｍの厚さを有することができる。幾つかの実施形態ではＳＤＭＣＣは、水平又は垂直の表面上に吹き付けた場合に約２０ｍｍ～約４０ｍｍの厚さを有する。幾つかの実施形態では、ＳＤＭＣＣは、水平又は垂直の表面上に吹き付けた場合に約２０ｍｍ～約３０ｍｍの厚さを有する。

[00128] 本発明のＳＤＭＣＣは、パイプラインの修理及び改良に有用である。しかし、本発明のＳＤＭＣＣが別の建築構造の修理及び／又は改良に有用となりうることを当業者は認識するであろう。特に、前述の１つ以上の改善された性質が有益となる建築構造。例えば、適切な建築構造としては、トンネル、暗渠、マンホール、橋梁、スラブ、及び道路を挙げることができる。

[00129] 以下の非限定的な例は、本発明を説明するために提供され、本発明の範囲を限定するものでは決してない。

１．材料の組成及び処理
[00130] 代表的な混合物を表１中に列挙する。セメントは、Lafarge Cement Co., MI, USAのタイプＩポルトランドセメント（ＰＣＩ）であった。CTS Cement Manufacturing Corp.及びRoyal White Cement Incの２つの種類の膨張性セメントを使用し、それぞれＣＳＡ－Ｋ及びＣＳＡ－Ｒとした。メタカオリン（ＭＫ）は、Sika Corporation, NJ, USAのSikacrete（登録商標）M-100であった。無水セッコウは、USGのTerry-Alba No.1であった。石灰石（ＬＳ）は、Omya Canada Inc.のSnowhite（登録商標）12-PTであった。フライアッシュ（ＦＡ）は、Boral Material Technologies Inc.の１０～１００μｍのサイズ分布を有するクラスＣフライアッシュであった。流動化剤（ＳＰ）は、GCP Applied TechnologiesのAVDA（登録商標）190であった。粘性剤のヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）はFisher Scientific製であった。ポリプロピレン（ＰＰ）繊維の量は２％の体積分率であり、１２μｍの直径、１０ｍｍの長さ、６ＧＰａのヤング率、及び８５０ＭＰａの引張強度を有するものであり、Saint-Gobain BrazilのBrasilitであった。

[00131] 表１中の命名は、結合材の組成を反映している。ＯＰＣ及びＬＣ３は、それぞれ普通ポルトランドセメント及び石灰石焼成粘土セメントを用いて調製した結合材を意味する。Ｋ０７、Ｋ１０、及びＫ１３は、ＣＳＡ－Ｋの結合材に対する比が７、１０、及び１３重量％であることを意味する。Ｒ１３－ＣＯ、１０、１５、及び２０は、ＣＳＡ－Ｒ及び無水セッコウの結合材に対する比が１３重量％であることを表し、無水セッコウの比率は、ＣＳＡ－Ｒ及び無水セッコウの全重量の０、１０、１５、及び２０重量％である。ＬＣ３セメント中のＰＣＩ、ＭＫ、及びＬＳの重量％比は、５５％、３０％、及び１５％である。

[00132] ＳＤＭＣＣは、すべての乾燥成分（ＰＣＩ、ＣＳＡ、無水セッコウ、ＭＫ、ＬＳ、ＦＡ、及びＨＰＭＣ）をドラムミキサー中で１０分間混合することによって調製した。水をＳＰとともに徐々に加え６分間混合した。最後にＰＰ繊維を加え、次に６分間混合した。

２．セメント系組成物の吹き付け性
[00133] 吹き付け可能な（「ショットクリーチング」と呼ばれることが多い）ＥＣＣのフレッシュ特性は重要である。吹き付けセメント系組成物には、圧送のための高い初期変形能、基材上に吹き付ける場合の速い堆積能力、及び最適な静止時間が必要である。混合終了から吹き付け開始までの時間間隔として定義される静止時間は、圧送に必要な時間に対応するのに十分な長さであり、吹き付けによって望ましい堆積厚さとなるのに十分な短さであるべきである。

[00134] ＳＤＭＣＣの組成は、ＳＰ含有量が異なることを除けば表１中のＬＣ３－Ｋ１３と同じであった。２ｖ／ｖ％のＰＶＡ繊維を含む従来技術の吹き付けＥＣＣと比較すると、本発明のＳＤＭＣＣでは、２ｖ／ｖ％のＰＰ繊維が使用され、これは有利にはＰＶＡ繊維よりも安価である。しかし、同じ使用量及び繊維長では、ＳＤＭＣＣ中のＰＰ繊維（１２μｍ）の量は、従来技術の吹き付けＰＶＡ－ＥＣＣ中の繊維（３９μｍ）の量の１０．５６倍であった。多量の小さい直径の繊維では、吹き付けＳＤＭＣＣのフレッシュレオロジーの注意深い制御が必要であった。

[00135] Quikspray Inc.のCARROUSELポンプ及びマルチエアジェットポールガンを後述の実施例の吹き付けに使用した。このマルチエアジェットポールガンは、強化用繊維を有するセメント系材料の吹き付けに特に適していた。材料は、Hobartミキサー中で混合し、次に材料をCARROUSELポンプで圧送した。１．２５インチ（３１．７５ｍｍ）の直径の材料のホース及びマルチエアジェットポールガンに通した後、ＳＤＭＣＣを５６０ｋＰａの空気圧で合板基材上に吹き付けた。吹き付け試験は、垂直方向及び頭上方向の両方から基材上に吹き付けることを含んだ。

[00136] 種々の量の流動化剤を用いた一連の流動性試験を用いて、最適な流動化剤含有量は、０．８重量％の複合結合材であると求められた。垂直合板基材吹き付け試験の場合、２０分の静止時間後、堆積厚さは１５ｍｍであった。垂直合板基材で静止時間が４０分の場合、最大堆積厚さは５０ｍｍに到達することができた。頭上の基材の場合、２０分の静止時間後、最大厚さは２５ｍｍに到達することができた。

[00137] ＳＤＭＣＣ中の繊維量は、従来技術の吹き付けＰＶＡ－ＥＣＣの１０．５６倍であったが、吹き付けＳＤＭＣＣは、良好な霧化を示し基材上に均一に材料を吹き付けることができることが分かった。ＳＤＭＣＣは、ほとんど跳ね返りを示さず、基材上に吹き付けた後に滴下や垂れが起こらず、従来のコーティング材料に対する大きな利点を示した。

３．膨張特性
[00138] 収縮／膨張を測定するための試験片を、角柱成形型（２５×２５×３００ｍｍ）中に流し込んだ。試験片を損傷させることなくできるだけ早く離型した後に収縮／膨張測定を行い、変形の「ゼロ時間」として記録した。表１中の混合物の場合、離型時間は、ＯＰＣは２０時間であり；Ｋ０７は１０時間であり、Ｋ１０、Ｋ１３、及びＬＣ３－Ｋ１３は５時間であり、ＬＣ３－Ｋ１０は８時間であり、Ｒ１３－Ｃ０、Ｒ１３－Ｃ１０、Ｒ１３－Ｃ１５、及びＲ１３－Ｃ２０は３時間であった。試験片は２０±２℃及び４０±５％相対湿度（ＲＨ）の環境中に保管した。試験片の長さの変化をASTM C490/C490M-17に準拠して測定した。

３．１ 乾燥収縮／膨張
[00139] 表１中の組成物の収縮／膨張対期間の曲線を図１～３中に示しており、ここで負の符号（ｙ軸上）は収縮を表し、正の符号は膨張を表す。表２は、２８日における収縮／膨張の特性値を列挙している。ＯＰＣを用いて調製したＳＤＭＣＣの場合、収縮は、２８日において－１４３４μεまで連続的に増加した。このような比較的大きな収縮は、拘束された条件下でひび割れが生じることがあり、それによって材料の耐久性が低下する。ＣＳＡ－Ｋを用いるＳＤＭＣＣは、最初に膨張し続いて収縮する特徴を示した。最大膨張は約２日の期間で生じた。最大膨張の大きさは、ＣＳＡ－Ｋの比率が異なる組成物Ｋ０７、Ｋ１０、及びＫ１３の場合、７７９με、２４１８με、及び３７５６μεであった。しかし、複合結合材中に７重量％ＣＳＡ－Ｋセメントを用いると、ＳＤＭＣＣは、２８日において－８３２με収縮をさらに示した。Ｋ１０及びＫ１３の膨張は、２８日においてそれぞれ１１３９με及び２０２６μεであった。ＬＣ３を用いたＥＣＣの膨張は、ＯＰＣよりもわずかに少なかった。ＬＣ３－Ｋ１０、及びＬＣ３－Ｋ１３の膨張は８３８με及び１７２２μεであった。

[00140] ＣＳＡセメントの種類も、膨張の大きさに影響を与えることがある。ＣＳＡ－Ｒは、ＣＳＡ－Ｋよりも少ないＣａＳＯ_４を有するＣＳＡ結合材である。さらにＣＳＡ－Ｒの含有量が複合結合材の１３重量％である場合（Ｒ１３－Ｃ０）、Ｒ１３－Ｃ０の収縮は２８日において－８３４μεであり、膨張は示さなかった。ＣＳＡ－Ｒの無水セッコウによる置き換えを増加させると、収縮は減少し、Ｒ１３－Ｃ２０は２８日において４８９μεの膨張を示した。理論によって束縛しようと望むものではないが、ＣＳＡセメント中のＣａＳＯ_４（セッコウ又は無水セッコウ）量は、エトリンガイトの生成に影響を与えると考えられる。エトリンガイトは、ＣＳＡセメントの主要な膨張性水和生成物である。

３．２ 最小膨張
[00141] 線形材料構造挙動を仮定すると、膨張によって生じる圧力は：
ｐ＝Ｅ_１ε_１－Ｅ_２ε_２ （１）
と表すことができ、ここで、ｐは、膨張性ＳＤＭＣＣかから生じる圧力であり、ε_１は、ＳＤＭＣＣの最大膨張であり；ε_２は、最大膨張と２８日における残留ひずみとの間の差であり；Ｅ_１は、時間ゼロと最大膨張時間との間の有効モジュラスであり、Ｅ_２は、最大膨張時間と２８日との間の有効モジュラスである。ε_１及びε_２は、ASTM C490/C490M-17準拠した乾燥収縮／膨張試験によって試験することができ、それらの値は表２中に列挙されている。Ｅ_１及びＥ_２は、応力緩和及び時間展開の影響を受ける有効モジュラスである。早期期間中（３日より前）、クリープは後期期間（３～２８日）におけるよりもはるかに大きい。さらに、ＳＤＭＣＣ材料の速硬化の場合でさえも、弾性率は早期期間においてより小さい。

[00142] Ｅ_１＝ｋＥ_２と仮定すると、圧力は：
ｆ＝（ｋε_１－ε_２）Ｅ_２ （２）
と表すこともでき、ここでｋは有効モジュラスの係数として定義される。ｋは、材料弾性率の発達と境界拘束条件との複合効果によって決定される。有利には、ＳＤＭＣＣがホストパイプに対するカップリング効果を生じさせることを保証するために、ｆは０を超えるべきである。言い換えると、ｋε_１－ε_２は０を超えるべきである。Zhu H. et al., Double feedback control method for determining early-age restrained creep of concrete using a temperature stress testing machine. Materials, 2018, 11(7), 1079によると、ｋ＝０．５と仮定することがもっともらしいと思われる。

[00143] 表２中の混合物の場合、２８日後のＯＰＣの最大膨張及び膨張は、Ｋ０７、Ｋ１０、及びＫ１３とは異なるが、最大膨張と２８日膨張との間の差（すなわちε_２）は、ＯＰＣ、Ｋ０７、Ｋ１０、及びＫ１３で類似している。実験的には、ε_２は、ＯＰＣをベースとするＳＤＭＣＣの場合約１５３１μεであり、ＬＣ３をベースとするＳＤＭＣＣの場合６０５μεであることが分かる。したがって、ＯＰＣをベースとするＳＤＭＣＣの場合、望ましいカップリング効果を得るための最大膨張ε_１＝ε_２／ｋは、好ましくは少なくとも３０６２με（１５３１／０．５）である。ＬＣ３をベースとするＳＤＭＣＣの最大膨張は、好ましくは少なくとも１２１０με（６０５／０．５）である。

３．３ 最大許容膨張
[00144] 前述の説明のようにＳＤＭＣＣの膨張は望ましいが、過度の膨張は、ホストパイプの損傷を引き起こしうるので回避すべきである。鋼製リングの弾性理論（Hossain A B, Weiss J. Assessing residual stress development and stress relaxation in restrained concrete ring specimens. Cement and Concrete Composites, 2004, 26(5): 531-540）によると、ホストパイプに対してＳＤＭＣＣによって生じる弾性圧力は、式（３）として表すことができ、ホストパイプの最大弾性応力は式（４）によって計算することができ：

ここで、Δε_ｅｘは、ＳＤＭＣＣの膨張であり、Ｅ_ｃ及びＥ_ｓは、ホストパイプ及びＳＤＭＣＣの弾性率であり、Ｃ_１Ｒ、Ｃ_２Ｒ、Ｃ_３Ｒは、式（５）～（７）に示される特定の形状の場合に一定であると仮定することができ：

ここで、ν_ｃ及びν_ｓは、ホストパイプ及びＳＤＭＣＣのポワソン比であり、Ｒ_ＩＳ及びＲ_ＯＳは、それぞれＳＤＭＣＣの内半径及び外半径であり、Ｒ_ＩＣ及びＲ_ＯＣは、それぞれホストパイプの内半径及び外半径である。

[00145] 式（３）～（７）は、ホストパイプの最大引張強度が、ＳＤＭＣＣの厚さ、ホストパイプの内径（ＩＤ）、ＳＤＭＣＣの膨張、及び材料の機械的性質の影響を受けることを示している。異なる直径［ＩＤ＝４８インチ（１２１９ｍｍ）、６０インチ（１５２４ｍｍ）、及び９０インチ（２２８６ｍｍ）］を有するＣ４０コンクリート管を例として使用した。引張強度は５ＭＰａであり、弾性率は４０ＧＰａであった。ゼロ時間及び最大膨張時間の間のＳＤＭＣＣの平均弾性率は５ＧＰａと仮定した。ホストパイプ及びＳＤＭＣＣのポアソン比は０．１８と仮定した。早期期間中（０～３日）の緩和応力を、全男性応力の０．５であると仮定すると、ホストパイプ中の最大許容引張応力が引張強度の半分（２．５ＭＰａ）となる条件下で式（３）～（７）を用いて最大許容膨張を計算することができる。

[00146] 図４は、Ｃ４０コンクリート管を修理するためのＳＤＭＣＣの最大許容膨張をプロットしており、それらの特性値を表３中に列挙している。ホストパイプ中の引張応力はＳＤＭＣＣ厚さとともに増加した。１．５インチ（３８ｍｍ）の厚さのＳＤＭＣＣで修理した４８インチ（１２１９ｍｍ）のホストパイプの場合、最大許容膨張は３３７５μεであり、これはＫ１３の最大値（３７５６με）よりも小さい。したがって、４８インチ（１２１９ｍｍ）のパイプの修理に使用する場合、Ｋ１３の厚さは１インチ（２５ｍｍ）を超えるべきではない。より大きな直径のパイプを修理する場合は、厚さを増加させることができた。例えば、２インチ（５１ｍｍ）の厚さのＳＤＭＣＣを用いて９０インチ（２２８６ｍｍ）のパイプを修理する場合、最大許容膨張は４４５０μεである。

[00147] パイプラインは、通常は、封圧を有する地下に埋設される。この封圧は、ＳＤＭＣＣの膨張によって生じるホストパイプの引張応力を軽減する。表３中に示されるように０．３ＭＰａの封圧を仮定すると、封圧を有しないパイプと比較して、最大許容膨張は大幅に増加する。

[00148] 封圧を有する場合、２インチ（５１ｍｍ）の厚さのＳＤＭＣＣで４８インチ（１２１９ｍｍ）のパイプラインを修理するためにＫ１３を使用することもできる。理論によって束縛しようと望むものではないが、本発明者は、封圧を有しない、及び封圧を有するパイプを修理するために、それぞれ３０００με及び４０００μεのＳＤＭＣＣの最大許容膨張を提案する。

３．４ 鋼製リングを用いた拘束膨張試験
[00149] 拘束収縮試験方法ASTM C1581/C1581M-18aに準拠して、鋼製リングの周囲の環状区域にコンクリートを流し込んだ。コンクリートが収縮して鋼製リングに圧力が加わることで生じるひずみを監視し、界面圧力の計算に使用した。

[00150] この膨張鋼製リング試験方法はASTM C 1581/C 1581-18aに基づいたが、拘束試験に使用される中空リングの代わりに４０５ｍｍの外径及び３８５ｍｍの内径を有する鋼製リングの内側にＫ１３又はＬＣ３－Ｋ１３を一体注型したことが異なった。Ｋ１３又はＬＣ３－Ｋ１３の膨張によって、鋼製リングに対して圧力が加わり、その結果生じる鋼製リングのひずみを、注型から５時間後に開始して、３つのひずみゲージで監視した。

[00151] 図５は、３つのひずみゲージの平均をプロットしている。項３．１で説明した乾燥膨張と同様に、拘束膨張も最初に増加し、次に減少した。図１及び２に示されるように最大乾燥膨張は２～３日の間に生じた。しかし、クリープ及び緩和のため、最大拘束膨張は、注型後の第１日付近で生じた。最大膨張は、Ｋ１３の場合１２３με、ＬＣ３－Ｋ１３の場合１０４μεであり、次に２８日にはＫ１３の場合６μεまで、ＬＣ３－Ｋ１３の場合５６μεまで減少した。ＬＣ３－Ｋ１３はＫ１３よりも膨張の減少が少なく、これはＬＣ３－Ｋ１３がＫ１３よりも良好なカップリング効果を得ることができることを示している。

[00152] 鋼製リングとＫ１３／ＬＣ３－Ｋ１３との間の残留界面圧力は式（８）：

によって計算することができ、ここで、Ｐ_{ｒｅｓｉｄｕａｌ}（ｔ）は残留界面圧力であり、ε_{ｓｔｅｅｌ}（ｔ）は、３つのひずみゲージによって測定されるひずみであり、Ｅ_{ｓｔｅｅｌ}は、鋼製リングのヤング率であり、Ｒ_{Ｏｓｔｅｅｌ}及びＲ_{Ｉｓｔｅｅｌ}は、鋼製リングの外径及び内径である。

[00153] 図６は、式（８）によって計算した残留界面圧力をプロットしている。１日後、Ｋ１３の最大圧力は１．１８ＭＰａであり、ＬＣ３－Ｋ１３の最大圧力は１．００ＭＰａであった。２８日後、Ｋ１３の圧力は、わずか０．０６ＭＰａであってほぼ０ＭＰａであり、一方、ＬＣ３－Ｋ１３の圧力０．５４ＭＰａであった。

[00154] 従来の修理材料と比較すると、ＳＤＭＣＣ（Ｋ１３又はＬＣ３－Ｋ１３）は、ホストパイプに対した圧力が加わるように設計されている。本明細書における実験データは、この概念を実証している。理論によって束縛しようと望むものではないが、この圧力によって、ホストパイプとＳＤＭＣＣとの間のカップリングが改善され、不十分な接着による座屈及び剥離の問題が軽減又は解消されると考えられる。驚くべきことに、本発明者は、有利には、ＬＣ３は、ＯＰＣよりも経時による膨張の減少が少なくなる場合があり、その結果、外部パイプに加わる圧力が維持されることを見出した。このカップリングは、接着力はないが、ＳＤＭＣＣによってホストパイプ上に作用する法線方向（半径方向）の圧力を増加させる機械的摩擦によって実現可能となる。

４．引張特性
[00155] 引張試験の場合、試験片を犬用骨型成形型の中に注型した（犬用骨の形状に関しては、Felekoglu, B., et al, Influence of matrix flowability, fiber mixing procedure, and curing conditions on the mechanical performance of HTPP-ECC Composites Part B: Engineering, 2014, 60, 359-370を参照されたい）。変位制御下で０．５ｍｍ／分の速度でInstronサーボ液圧試験機を用いて一軸引張試験を行った。８０ｍｍのゲージ長を有する２つの線形可変変位（ＬＶＤＴ）によってひずみを測定した。変位をひび割れ数で割ることによって平均ひび割れ幅を計算した。表２中に列挙される引張結果は、２８日における３つの試験片の平均値である。

[00156] 図７は、表１中のＳＤＭＣＣの引張応力及び応力の曲線のプロットである。ＯＰＣの終局引張強度及び引張ひずみ能力は、３．４１ＭＰａ及び３．６９％であった。ＣＳＡ－Ｋと混合したＳＤＭＣＣの場合、終局引張強度は、Ｋ０７、Ｋ１０、及びＫ１３の場合でそれぞれ３．６７ＭＰａ、３．６２ＭＰａ、及び３．８５ＭＰａであった。ＣＳＡ－Ｋを含むことで、終局引張強度が増加した。引張ひずみ能力は、Ｋ０７、Ｋ１０、及びＫ１３の場合でそれぞれ４．７９％、５．１７％、及び５．０４％であり、これらのそれぞれはＯＰＣよりも大きい。平均ひび割れ幅は、ひずみが１％、２％、及び３％の場合に、約６０μｍ、８０μｍ、及び９０μｍであった。ＣＳＡ－Ｋを用いて調製したＳＤＭＣＣのひび割れ幅はＯＰＣよりも小さい。ＬＣ３－Ｋ１０及びＬＣ３－Ｋ１３の引張ひずみ能力及びひび割れ幅は、ＯＰＣを用いて調製したＳＤＭＣＣと同等であった。しかし、終局引張強度は３ＭＰａ未満であった。ＬＣ３によってより低い強度が得られたが、ＬＣ３を用いて調製したＳＤＭＣＣは、ひずみ能力がより高く、使用したセメントはより少なかった。このようなＳＤＭＣＣは、有利には、良好な耐久性を有することができ、より低いコストを有することができ、ＯＰＣを用いて調製したものよりも環境に優しくなることができる。ＳＤＭＣＣの耐久性及び透過性について以下にさらに議論する。

[00157] ＳＤＭＣＣは外部加重下で微小ひび割れ損傷が生じ得るが、材料は、自己回復することができ、これは、パイプラインの内側に一般的に見られる湿潤－乾燥環境条件下で向上することができる。２８日の硬化後、試験片を１％及び２％の応力まで先行ひび割れを発生させて、ＳＤＭＣＣに損傷を故意に発生させた。続いて、試験片を７回の湿潤－乾燥に曝露した。図８は、自己回復後の強度及びひずみ能力結果をプロットしている。試験片に先行ひび割れを発生させたが、自己回復後の試験片の引張強度は、すべて未使用の試験片よりも高かった。ＬＣ３セメントを用いて調製したＳＤＭＣＣは、ＯＰＣを用いて調製したものよりも高いひずみ能力を示したが、これは、ＬＣ３を用いて調製したＳＤＭＣＣが、同等又はさらにはより良好な自己回復性能を有することを示している。

[00158] ２８日の硬化後、透過性試験の前に、試験片に、１％及び２％のひずみまで先行ひび割れを発生させ、Liu, H., et al., “Influence of micro-cracking on the permeability of Engineered Cementitious Composites”, Cement and Concrete Composites, 2016, 72, 104-113の手順に従った。図１０は、１４日後の透過係数結果を示している。予想されるように、透過係数はひび割れ幅とともに増加する。ＳＤＭＣＣ（ＬＣ３－Ｋ１３）の透過率は、その緻密なひび割れ幅パターンのために、ＳＤＭＣＣ（ＯＰＣ）の場合よりも低い。ＳＤＭＣＣの透過係数は、同じ先行ひび割れひずみ（ひび割れ幅＞１５０μｍ）が生じた従来の強化モルタルよりもほぼ２桁小さい。ＳＤＭＣＣのこの低い透過率によって、パイプラインの耐用寿命性能が顕著に改善され、漏れが防止されるであろう。２％の先行ひび割れひずみ下でさえも低い透過率によって、例えば地震事象後の飲用水の減少又は地下水の汚染の危険性が低下すると予想される。

５．パイプ改良試験
[00159] ＳＤＭＣＣの改良能力を示すために、ASTM C497M-19aに準拠してパイプ破壊試験を行った。図１０は、ＳＤＭＣＣ（ＬＣ３－Ｋ１３）を用いて修理する前後の管の断面を示している。図１０中に示されるＳＤＭＣＣ修理層の厚さは、単なる例である。個別の用途の機械的及び機能的要求によって実際のＳＤＭＣＣの厚さを選択できることを当業者は認識するであろう。管の長さは、３６インチ（９１４ｍｍ）であった。元のコンクリート管を、５００ｇ／ＬのＯＰＣ、１２００ｇ／Ｌの川砂、２００ｇ／Ｌの水、及び６ｇ／Ｌの減水剤と混合した。ＳＤＭＣＣの混合物は、表１中のＬＣ３－Ｋ１３と同じであった。コンクリートの注入の７日後、コンクリート及びクラフト管を貯水槽中に入れた。水に浸漬してから３時間後にクラフト管を型から取り外し、その後ＳＤＭＣＣ（ＬＣ３－Ｋ１３）を注入した。

[00160] 空気中で２８日の硬化後、管をダイヤモンドソーで８インチ（２０３ｍｍ）の長さに切断し、これを破壊試験に使用した。破壊試験は、コンクリート管、及び先行ひび割れを発生させたＬＣ３－Ｋ１３で修理した管を用いて行った。先行ひび割れを発生させたコンクリート管は、ひび割れを有する管のＳＤＭＣＣを用いた修理の効果をシミュレートするために使用した。

[00161] 荷重が破砕強度を超える場合、コンクリート管は、その脆性のために直ちに崩壊する。しかし、あらかじめ損傷させＳＤＭＣＣで修理した管は、コンクリート管中に微小ひび割れが生じた後に荷重を支えることができた。ＳＤＭＣＣ中には多くの微小ひび割れが生じた。ひび割れは最初にＳＤＭＣＣの内面に生じ、次に荷重を増加させるとより多くのひび割れが見られた。コンクリート管中の１つの微小ひび割れではなく、ＳＤＭＣＣ全体に分布する多くの緻密なひび割れが存在した。

[00162] この試験は、ＣＩＰＰ方法を用いて修理された管中の一般的な問題の座屈がＳＤＭＣＣによって解消されたことも示している。座屈は、典型的には修理層とホストパイプとの間の間隙のために生じ、これはＣＩＰＰ方法において一般的に見られる。ＳＤＭＣＣの膨張特性によって、ホストパイプと継ぎ目なく結合し、それらの間に間隙がほとんど又は全くないＳＤＭＣＣコーティングを得ることができる。

[00163] 図１１は、破砕強度対変位の試験の結果をプロットしている。ＬＣ３－Ｋ１３を用いて修理した管の破砕強度及び変位能力の両方が、コンクリート管の場合よりも大きかった。これは、ＳＤＭＣＣを用いた管の改良によって、管の強度及び変位能力の両方が改善されることを示している（表４中にも示される）。ピーク荷重後でさえも、ＳＤＭＣＣは、残留耐荷重を維持する。元の無傷のコンクリート管の耐荷重に等しい４．８９ｋＮまで残留荷重が低下すると、変位は、無傷のコンクリート管の３．６３倍の変位能力であった。

６．漏れ試験
[00164] ＳＤＭＣＣで修理した管を用いて、漏れ試験を行った。ピーク荷重に到達した後、ひび割れが生じたＳＤＭＣＣ管の底部を、合板上のセメントで封止した。次にこの系に水を満たした。ホストコンクリート管中の大きなひび割れ及びＳＤＭＣＣ中の微小ひび割れにもかかわらず、水を満たしてから２４時間後に系からの漏れはなかった。ＳＤＭＣＣ中の微小ひび割れは、内面から外部の管まで延在した。理論によって束縛使用と望むものではないが、複数の緻密なひび割れが塑性ヒンジのように機能し、応力を再分散させたと考えられる。微小ひび割れは、大きなひび割れまで伝播せず、ＳＤＭＣＣ中に局所的なひび割れは生じなかった。結果として、ピーク荷重に到達した後でさえも、漏れは存在しなかった。

[00165] 本発明の範囲を上記の実施例のみに限定することを意図するものではない。当業者によって認識されるように、添付の請求項に記載の本発明の範囲から逸脱することなく多くの変形形態が可能である。

Claims (30)

1. 複合結合材、繊維、及び水を含む吹き付けセメント系組成物であって、前記複合結合材がセメント成分及びポゾラン成分を含む、吹き付けセメント系組成物。
2. 水の複合結合材に対する比が約０．２～約０．５である、請求項１に記載の吹き付けセメント系組成物。
3. 前記セメント成分が水硬性セメント及び膨張剤を含む、請求項１又は２に記載の吹き付けセメント系組成物。
4. 前記膨張剤がスルホアルミン酸カルシウムである、請求項３に記載の吹き付けセメント系組成物。
5. 前記膨張剤の量が、全セメント成分重量を基準として、約１０～約６０重量％である、請求項３又は４に記載の吹き付けセメント系組成物。
6. 前記水硬性セメントが普通ポルトランドセメントを含む、請求項３～５のいずれか一項に記載の吹き付けセメント系組成物。
7. 前記水硬性セメントの量が、全セメント成分重量を基準として、約１～約８０重量％である、請求項３～６のいずれか一項に記載の吹き付けセメント系組成物。
8. 前記セメント成分が、反応性アルミノケイ酸塩、炭酸カルシウム、又はそれらの混合物を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の吹き付けセメント系組成物。
9. 前記反応性アルミノケイ酸塩が焼成粘土である、請求項８に記載の吹き付けセメント系組成物。
10. 前記炭酸カルシウムが石灰石である、請求項８に記載の吹き付けセメント系組成物。
11. 重量を基準として、前記ポゾラン成分の量が前記セメント成分の約１～約３倍である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の吹き付けセメント系組成物。
12. 前記ポゾラン成分が、フライアッシュ、製鋼スラグ、粒状溶鉱炉スラグ、珪藻土、シリカフューム、メタカオリンなどの焼成粘土、焼成頁岩、火山灰、軽石、もみ殻灰などの焼成されたシリカに富む有機物、及びそれらのいずれか２つ以上の混合物からなる群から選択される材料を含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の吹き付けセメント系組成物。
13. 前記フライアッシュが、タイプＣフライアッシュ、タイプＦフライアッシュ、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１２に記載の吹き付けセメント系組成物。
14. 前記繊維が、ポリマー繊維、無機繊維、金属繊維、炭素繊維、植物性繊維、及びそれらのいずれか２つ以上の混合物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吹き付けセメント系組成物。
15. 前記ポリマー繊維が、ポリオレフィン、ポリアクリル、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリアミド、及びそれらのいずれか２つ以上の組み合わせからなる群から選択されるポリマー材料を含む、請求項１４に記載の吹き付けセメント系組成物。
16. 前記ポリマー繊維が、ポリエチレン繊維、高テナシティポリプロピレン繊維、ポリビニルアルコール繊維、及びそれらのいずれか２つ以上の混合物からなる群から選択される、請求項１４又は１５に記載の吹き付けセメント系組成物。
17. 前記吹き付けセメント系組成物が、流動化剤、骨材、粘性剤、及び遅延剤からなる群から選択される１つ以上の成分をさらに含む、請求項１～１６のいずれか一項に記載の吹き付けセメント系組成物。
18. 複合結合材、繊維、及び水を含む吹き付けセメント系組成物であって、前記複合結合材がセメント成分及びポゾラン成分を含み、前記吹き付けセメント系組成物が、硬化すると：
    （ｉ）少なくとも約２．５０ＭＰａの引張強度、
    （ｉｉ）２８日において少なくとも約３％の引張ひずみ能力、
    （ｉｉｉ）ε＜２％において約１００μｍ未満のひび割れ幅、及び
    （ｉｖ）少なくとも約１２１０μεの最大膨張、
    からなる群から選択される１つ以上の性質が実現される、吹き付けセメント系組成物。
19. 吹き付けセメント系組成物の調製方法であって、
    （ｉ）セメント成分及びポゾラン成分を含む結合材組成物を提供することと、
    （ｉｉ）前記結合材組成物を水と混合して湿潤混合物を形成することと、
    （ｉｉｉ）前記湿潤混合物に繊維を加えることと、
    を含む方法。
20. 前記セメント成分及び前記ポゾラン成分を混合して前記結合材組成物を提供することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. ステップ（ｉｉ）の前に、前記水に流動化剤が加えられる、請求項１９又は２０に記載の方法。
22. 建築構造の修理及び／又は改良方法であって、
    （ｉ）請求項１～１８のいずれか一項に記載の吹き付けセメント系組成物を提供するステップと；
    （ｉｉ）前記セメント系組成物を前記建築構造の表面上に吹き付けて、前記表面を前記セメント系組成物で少なくとも部分的に被覆するステップと；
    （ｉｉｉ）前記表面上で前記セメント系組成物を凝結させるステップと、
    を含む、方法。
23. 前記吹き付けステップ（ｉｉ）が、手動吹き付けシステム又は自動吹き付けシステムによって行われる、請求項２２に記載の方法。
24. 前記建築構造がパイプラインである、請求項２２又は２３に記載の方法。
25. 前記表面が前記パイプラインの内面である、請求項２４に記載の方法。
26. 前記パイプラインが、前記パイプラインの寿命の増加、前記パイプラインの耐荷重能力の増加、及び／又は前記パイプラインの強化のために改良される、請求項２４又は２５に記載の方法。
27. 建築構造の修理及び／又は改良のための、請求項１～１８のいずれか一項に記載の吹き付けセメント系組成物の使用。
28. 前記建築構造がパイプラインである、請求項２７に記載の使用。
29. 請求項１～１８のいずれか一項に記載の吹き付けセメント系組成物の調整用の乾燥プレミックスであって、前記乾燥プレミックスが複合結合材、及び繊維を含み、前記複合結合材がセメント成分及びポゾラン成分を含む、乾燥プレミックス。
30. 請求項１～１８のいずれか一項に記載の吹き付けセメント系組成物の調製方法であって：
    （ｉ）請求項２９に記載の乾燥プレミックスを提供することと、
    （ｉｉ）前記乾燥プレミックスを水と混合して、前記吹き付けセメント系組成物を形成することと、
    を含む、方法。

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