JP5956598B2 - 自己圧密コンクリートを生成するための重油灰の利用 - Google Patents

自己圧密コンクリートを生成するための重油灰の利用 Download PDF

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Description

本発明は、重油灰を利用して自己圧密コンクリートを生成するための方法および装置に関する。より具体的には、本発明は、自己圧密コンクリートの一成分として重油灰を使用することに関する。

関連技術の説明

従来のコンクリートは、典型的には、ポルトランドセメントおよび水、加えて砂または砂利等の様々な骨材のいずれかを有することができる。混合によって、「水硬性反応」が水とセメントとの間で生じ、その結果は、骨材を一緒に結合するセメントペーストである。いくつかの種類のコンクリートにおいて、シリカヒュームまたはフライアッシュが、一部代替またはポルトランドセメントへの追加として使用され得る。シリカヒュームおよびフライアッシュは、セメントからの水酸化カルシウムと反応することができる(ポゾラン反応)。ポゾラン反応は、コンクリートが硬化した後、その強度および密度を増加することができる。残念ながら、これらのポゾランは比較的高価であり、したがって、コンクリートのコストを増加させる。

自己充填または自己圧密コンクリート(「SCC」)は、それがそれ自体の重みで流動することができるという点で、従来のコンクリートとは異なる。1980年代後半、自己圧密を通した適切な圧密を確実にし、密集した補強材を有する構造中および制限された領域内でのコンクリートの配置を容易にするために、SCCが開発された。SCCは、補強材等、狭い間隙および複雑な構造要素を通って流動し、振動の使用なしで空隙を適切に充填することが可能である、高度に実用的なコンクリートである。

有意量の重油灰は、発電プラントでの重油または分解燃料油の燃焼で生成される。この量は、重油または分解油の使用が増加するにつれて増加することが予想される。この重油灰の増加する量は、環境に優しい方法で処分されなければならない。

上記を考慮して、重油灰を含む自己圧密コンクリート混合物および重油灰セメントコンクリート混合物を調製する方法が、本発明の実施形態として提供される。

油灰(OA)は、発電プラントでの油の燃料によって生じる黒色粉末状の廃棄物である。いくつかの実施形態では、OAは、自己圧密コンクリート(SCC)を生成するための充填材として使用される。いくつかの実施形態では、高い強度および良好な耐久性を有するSCCを生成するために、5%のOAが使用され得る。セメントへの追加としてのOAで作製されるSCCは、セメントの代替として使用される7%のシリカヒュームまたは30%のフライアッシュで作製されるSCCよりも高い圧縮強度を有する。セメントへの追加としてのOAで作製されるSCCは、セメントの代替として使用される7%のシリカヒュームまたは30%のフライアッシュで作製されるSCCよりも少ない乾燥収縮ひずみを有する。OAの使用は、シリカヒュームまたはフライアッシュを利用して生成される同様のコンクリートと比較して、SCCの費用を低下させる。

有意量のOAは、発電プラントで重油または分解燃料油を燃焼することによって生成される。この量は、重油または分解油の使用のさらなる増加と共に増加することが予想される。したがって、有用な材料としてこの副生成物を使用することが望ましい。建設材料中のOAの利用は、環境を保護し、OAを処分するための建物の特別な場所の必要性を排除することができる、この副生成物材料のはけ口である。

現在、SCCは、充填材としてシリカヒュームまたはフライアッシュを使用することで生成される。フライアッシュおよびシリカヒュームは両方とも高価である。本発明の実施形態は、SCCを生成するためにフライアッシュまたはシリカヒュームを使用する必要性を排除または低減し、それによってSCCの費用を低下させることができる。実施形態は、OAのための特別な処分方法および特別な廃棄場所の必要性を排除することができる。さらに、実施形態は、OAのための安全かつ経済的な処分方法を含む。かかる処分方法は、SCC中の充填材としてOAを利用することによって、炭素排出量を低減することができる。

いくつかの実施形態では、重油灰自己充填コンクリートは、骨材と、重油灰微粒子であって、重油灰微粒子は、少なくとも90%の炭素を含み、重油灰微粒子の少なくとも80%は、45マイクロメートル(#325ふるい)よりも微細である、重油灰微粒子と、水と、セメントとを含み、重油灰セメントコンクリートは、重油灰微粒子および骨材の存在下で、水およびセメントを混合して得られるものであり、重油灰自己充填コンクリートは、それ自体の重みで流動する。

いくつかの実施形態では、重油灰自己充填コンクリートは、高流動化剤を実質的に含まない。いくつかの実施形態では、重油灰の重量による量は、セメントの重量の約3〜10%に等しい。いくつかの実施形態では、重油灰の重量による量は、セメントの重量の約5%に等しい。いくつかの実施形態では、重油灰微粒子は、セメント質特性を実質的に有さない。いくつかの実施形態では、セメントは、水と反応した後、水酸化カルシウムを放出し、水酸化カルシウムと重油灰との間に反応はない。いくつかの実施形態では、重油灰自己充填コンクリートは、均質な混合物であり、流動中、均質なままであるように動作可能である。いくつかの実施形態では、重油灰自己充填コンクリートは、少なくとも約650mmのスランプフロー直径を有するように動作可能である。いくつかの実施形態では、28日の硬化時間後、重油灰セメントコンクリート混合物の吸水率は、約4.50〜4.60%の間である。

重油灰を処理するための方法のいくつかの実施形態は、セメント混合物を形成するために、セメントおよび水を混合するステップと、セメント混合物に重油灰を添加するステップであって、重油灰は、重質燃料油の燃焼によって生成されるステップと、セメント混合物に骨材を添加するステップとを含み、セメント混合物、重油灰、および骨材は、重油灰自己充填コンクリートを作成する。方法のいくつかの実施形態では、重油灰は、少なくとも90%の炭素を含む。方法のいくつかの実施形態では、セメントは、水と反応した後、水酸化カルシウムを放出し、水酸化カルシウムと重油灰との間に反応はない。

方法のいくつかの実施形態はまた、硬化した自己充填コンクリートを生成するために、重油灰自己充填コンクリートが混合された後、硬化するステップも含み、重油灰は、水の硬化した自己充填コンクリートへの浸入を防止する。方法のいくつかの実施形態はまた、自己充填コンクリートをコーンに注入するステップと、次いで、コーンを除去するステップとを含み、自己充填コンクリートは、650〜800mmの直径を有する円に流入する。方法のいくつかの実施形態では、添加される重油灰の量は、セメントの重量による量の約1%〜約10%に等しい。

本発明の上記の特徴、態様、および利点、ならびに明らかになる他のものが得られ、詳細に理解され得るように、上記で簡潔に要約された本発明のより具体的な説明が、本明細書の一部を形成する図面に示されるその実施形態を参照して行われ得る。しかしながら、添付の図面は本発明のいくつかの実施形態を示し、したがって、本発明が他の同様に有効な実施形態を認めることができるため、本発明の範囲を制限すると見なされるものではないことに留意されたい。

従来の実施形態と比較した、本発明の一実施形態の圧縮強度増進を示すグラフである。

従来の実施形態と比較した、本発明の一実施形態の乾燥収縮を示すグラフである。

従来の実施形態と比較した、本発明の一実施形態の吸水率を示すグラフである。

従来の実施形態と比較した、本発明の一実施形態の腐食電位を示すグラフである。

従来の実施形態と比較した、本発明の一実施形態の腐食電流密度を示すグラフである。

重油灰は、重油または分解油の燃焼によって生じる残留物である。重油は概して、例えば、約12〜70個の間の炭素原子または約20〜70個の間の炭素原子の炭素長等の、比較的長い炭化水素鎖を有する燃料油として定義される。重質燃料油は、米国材料試験協会(ASTM)によって分類される通り、「5番燃料油」または「6番燃料油」に分類され得る。その高い粘度によって、重質燃料油は時に、例えば発電プラントでの燃焼前に、予熱される。

石油精製業において分解とは概して、長鎖炭化水素をより短い炭化水素鎖に分離することによって、複雑な有機分子をより単純な分子に分離することを指す。例えば、触媒プロセスを含む、油を分解するための様々なプロセスが使用され得る。分解プロセス後、得られる炭化水素は、例えば、燃料ガス、液化石油ガス(「LPG」)、ガソリン、ライトサイクルオイル、および重質燃料油を含む、様々な種類の燃料に分けられ得る。分解プロセスによって生成される重質燃料油は、「分解燃料油」と称され得る。本願の目的で、特別の定めのない限り、分解燃料油および重質燃料油の両方が重質燃料油と称される。発電プラントは、重質燃料油を使用することができ、将来、ますます増大する量の重質燃料油を使用することが予想される。重質燃料油の燃焼は、灰を含む残留物を生成する。当業者が理解するように、重油灰は、環境規制によって、大気中に放出されるよりもむしろ捕捉され得、かつある程度そうされなければならない。

重油灰(「HOA」)は、重質燃料油の燃焼によって生じる黒色粉末状の廃棄物である。重油灰は、他の種類の灰と比較して独特な特徴を有する。典型的には、重油灰は、約90重量%を超える炭素を含む。重油灰の残りの約10重量%未満はしばしば、硫黄、マグネシウム、およびバナジウムを含み得る。重油灰は、様々な粒径を含むことができる。

重油灰は、様々な元素を含有する。例えば、表1は、HOAの典型的な化学分析を示す。各元素の量は、重油灰の源によって異なり得る。本発明の実施形態で使用されるHOAは、それが重油を燃焼させることによって形成されるため、約90重量%を超える炭素を含有することができる。表1に示すように、本発明の実施形態で使用されるHOAの元素組成は、コンクリートで以前使用されていた従来のフライアッシュのものとは実質的に異なる。

HOAとは異なり、従来のフライアッシュは概して、石炭を燃焼することによって生成される。従来のフライアッシュの主な化学成分は、二酸化ケイ素(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、および酸化鉄(Fe)であり、それは、ASTM C618に従っている。フライアッシュは概して、燃焼される石炭の種類に応じて分類される。例えば、クラスFフライアッシュは、無煙炭および瀝青炭を燃焼することによって生成され、一方で、クラスCフライアッシュは、褐炭または亜瀝青炭を燃焼することによって生成される。対照的に、少なくとも90%が炭素であるHOAは、10重量%未満の二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、および酸化鉄の組み合わせを含有する。いくつかの実施形態では、HOAは、1重量%未満の二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、および酸化鉄の組み合わせを含有する。

シリカヒュームは、シリコン金属またはフェロシリコン合金の生成からの副生成物である。シリカヒュームは概して、非晶質の二酸化ケイ素(SiO)を含む。個々のシリカヒューム粒子は、セメント粒子よりもはるかに小さく、比較的大きい表面積を有する。ASTM C1240およびAASHTO M307規格は、シリカヒュームの品質を指定する。

コンクリートは、セメント、水、および骨材または複数の骨材から作製される組成物である。「骨材(aggregate)」が複数であり得る一方で、用語「複数の骨材(aggregates)」は概して、2つ以上の種類または2つ以上のサイズの骨材を指す。セメントは、骨材を一緒に結合することができる結合剤である。通常のポルトランドセメント(「OPC」)は、細骨材および粗骨材等、他の材料に結合し、それによりそれらを一緒に保持することができるような結合剤の1つである。セメントの方法で、材料を一緒に結合するために硬化することができるペーストである材料は、セメント質材料である、または、セメント質特性を有する、と言われる。当業者は、セメントペーストを作製するために乾燥セメントに水が添加され得ることを理解するであろう。OPCの水−セメント比(「w/c比」)は典型的には、約0.25〜0.5の間である。説明として、0.25のw/c比は、4部のポルトランドセメントに対して1部の水があることを示す(1/4=0.25)。0.5のw/c比は、2部のセメントに対して1部の水を示す。

当業者が理解するように、コンクリート中の充填材として、様々な種類の従来の骨材が使用され得る。骨材は、例えば、砂、砂利、砕石、スラグ、または任意の他の種類の骨材を含み得る。骨材がコンクリート中に使用されるとき、セメントは概して、それらを被覆し、次いでそれらを一緒に基質に結合する。様々なサイズの骨材が使用されるとき、より小さい骨材材料は、より大きい骨材材料の間の空隙を充填し、したがってより高密度の基質を作成することができる。コンクリート中に使用される骨材は、粗骨材および細骨材の観点から定義され得る。「微粒子」とも称される細骨材は、ほとんどの粒子が5mmよりも小さい、天然砂、砕石、または他の好適な微粒子を含み得る。粗骨材は概して、粒子が主に5mmよりも大きく、典型的には9.5mm〜37.5mmの間である、砂利または砕石を含む。

ポゾランは、ケイ酸カルシウム水和物または他のセメント質化合物を形成するために、常温および湿気の存在下で、消石灰(水酸化カルシウム)と化学的に反応する、微粉シリカ質材料またはシリカ質およびアルミニウム質材料である。かかるポゾラン質特性を有する材料は、ポゾランと見なされる。フライアッシュおよびシリカヒュームはそれぞれ、ポゾランである。ポルトランドセメントと併せて、フライアッシュまたはシリカヒュームがコンクリート中に使用されるとき、それは、水硬性もしくはポゾラン活性、またはその両方によって、硬化したコンクリートの特性に寄与することができる。したがって、フライアッシュまたはシリカヒュームは、セメントの添加剤または部分的代替としてコンクリート中に使用され得る。

セメントが水と混合されるとき、化学反応によって、セメントは結晶化し、結晶は骨材に結合し、それによりコンクリートに強度を与える。この反応中、石灰(水酸化カルシウム)は、コンクリート内で利用可能となり得る。コンクリートに増加した強度を与えるために、フライアッシュと反応することができるのが、この石灰である。時間と共に、セメント中の石灰はフライアッシュと反応し、コンクリート中の細孔を充填し、コンクリートをさらに固める。コンクリートの強度は多くの場合、フライアッシュが石灰と反応する最初の28日間にわたって増進される補強のため、28日目に測定される。

ポゾラン質材料として使用するためにフライアッシュを制御する規格は、ASTM C618によって定義される。具体的に、強熱減量(「LOI」)によって測定される炭素含量は、管理機関に応じて、6%または4%未満であるべきである。ポゾラン質特性のため、30%以上のポルトランドセメントがフライアッシュに置き換えられるコンクリートを作製することが一般的である。同様に、そしてまたポゾラン質特性を有するシリカヒュームも、コンクリート中のセメント結合剤として使用され得る。対照的に、HOAのLOIは多くの場合、60%よりも大きい。

自己充填コンクリート(「SCC」)は、それ自体の重みで流動する高性能材料と称され得るコンクリート混合物である。用語「流動性」は、非拘束空間中の新鮮なコンクリートの流動の容易さとして定義される。SCCは、高流動性を特徴とし、それは、SCCがそれ自体の重みで流動することを可能にする。対照的に、従来のコンクリートは、所定位置に移動および成形されなければならない。従来のコンクリートとは異なり、SCCは、圧密を達成するために振動機を必要とせず、したがって補強バー間の狭い間隙等の限られたアクセス領域を含む、型枠を完全に充填することができる。SCCの高流動性は、振動なしで型枠を充填することを可能にする。

SCCの流動性は、種々の技術によって測定され得る。1つのそのような技術は、「スランプフロー」試験と呼ばれる。スランプフロー試験は、EN 12350−2に記載されるように、所定量のSCCでコーンを充填すること、およびコーンを除去することを含む。従来のコンクリートのスランプを測定することとは異なり、SCCは、概して円形のパターンに、それ自体の重みで流動する。スランプフロー試験は、流動パターンの最大直径を測定することによって採点される。この試験は、2005年5月のThe European Guidelines for Self−Compacting Concreteの別紙Bに詳細に記載されており、それは参照により本明細書に組み込まれる。

従来のSCCの生成のために使用される構成材料は、従来のSCCがより少量の骨材およびより多量の微粒子(0.125mmより小さいセメントおよび充填材粒子)を含有し、流動性を強化するために特殊な流動化剤を含み得ること以外、従来の方法で振動を加えられた通常のコンクリートに対するものと同様である。フライアッシュ、ガラス充填材、石灰石粉、シリカヒューム等が、従来のSCC中の充填材材料として使用される。従来のSCCにおいて、SCCの高流動性および高分離抵抗性は、(i)より大量の微粒子、つまり、限られた骨材含量(粗骨材:コンクリート体積の50%、および、砂:モルタル体積の40%)、(ii)低い水/粉末比、ならびに(iii)より高い用量の高流動化剤および安定剤、を使用することによって得られ得る。安定剤は、高流動性のSCCが分離しないよう、適切な凝集性を維持するために、SCC混合中に使用され得る。概して、SCCは、非常に流動性があるため、スランプ試験は、少なくとも280mm(11インチ)のスランプをもたらすが、安定性も維持する。この場合、安定性とは、分離(segregation)、分離(separation)、にじみ、過剰な空気移動、または過去の分離への耐性を意味する。したがって、SCCは、それ自体の重みで流動できなければならないが、骨材粒子をセメント基質内に浮遊させるのに十分な高い粘度を有することが可能でなければならない。シリカヒュームおよびフライアッシュは通常、従来のSCCの流動特性を改善するために使用される。EFNARC(European Federation of National Associations Representing producers and applicators of specialist building products for Concrete)は、2002年2月付けで“Specification and Guidelines for Self−Compacting Concrete”としてSCCのガイドラインを出版した(「EFNARC Guidelines」)。同様に、Self−Compacting Concrete European Project Groupは、2005年5月付けで“The European Guidelines for Self−Compacting Concrete”を出版した(「European Guidelines」)。これらの文書の両方が、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明の一実施形態では、自己充填コンクリートを作成するために、コンクリート混合物にHOAが添加される。本実施形態では、HOAは、自己圧密特性を増進または強化するための、コンクリート混合物の流動性および懸濁特性に寄与する。様々な実施形態では、本発明のSCCコンクリートは、「重油灰自己充填コンクリート」またはHOA SCCを作成するために、セメント、水、重油灰、および骨材を含むことができる。いくつかの実施形態では、重油灰は、約90重量%を超える炭素を含有する。一実施形態では、重油灰の約16重量%が、#325ふるい上で保持され、一方で、材料の約84重量%が、#325ふるいを通過する。これは、灰の約84重量%が、約45マイクロメートルよりも微細であり得ることを示す。いくつかの実施形態では、HOAセメントコンクリート中でHOAを使用する前に、それを処理する必要はない。いくつかの実施形態では、炭素含量を低減するための処理は必要とされないか、または使用されない。

HOA SCCのいくつかの実施形態は、EFNARC GuidelinesまたはEuropean Guidelinesが高炭素含量材料の使用を許可しない場合を除き、それらの規格のいずれかまたは両方の要件を満たす。具体的に、それぞれが約1〜約10%のHOAを有する、SCCの様々な実施形態は、本明細書で表2として複製される、European Guidelinesの表A.6によって定義されるような、以下のガイドラインのそれぞれを満たすことができる。

一実施形態では、HOA SCCは、例えば、ポリカルボキシレート高流動化剤等、流動化剤または高流動化剤を含むことができる。一実施形態では、HOA SCCは、任意の流動化剤または高流動化剤を含まなくてもよい。一実施形態では、HOA SCCは、塑性粘度を増加させ、したがって分離を防止するために、粘度調整剤を含むことができる。一実施形態では、HOA SCCは、任意の粘度調整剤を含まなくてもよい。

一実施形態では、コンクリート混合が調製されるとき、HOAがコンクリート混合に導入され得る。一実施形態では、空隙、間隙、または細孔(集合的に「細孔」と称される)が、コンクリート基質内に存在し得、細孔の実質的に全部または少なくとも一部が、HOA微粒子で充填され得る。いくつかの実施形態では、HOA SCCは、フライアッシュまたはシリカヒュームを含まないか、または少なくとも実質的に含まない。他の実施形態では、フライアッシュまたはシリカヒュームは、HOAに加えて含まれ得る。一態様では、重油灰は、セメント質またはポゾラン質特性を有しない。実際に、HOAは概して、水酸化カルシウムまたは石灰と反応しない。いくつかの実施形態では、HOAのLOIは、60%よりも大きい。いくつかの実施形態では、HOAのLOIは、75%よりも大きい。いくつかの実施形態では、HOAのLOIは、85%よりも大きい。

一実施形態では、HOAの量は、セメントの量の約5重量%に等しい。一実施形態では、SCCは、約1〜10%のHOA、ポルトランドセメント、骨材(粗骨材、細骨材、またはこれらの組み合わせ)、および水を含み得る。

一実施形態では、HOAは、ポルトランドセメントへの追加として使用され得る。本実施形態では、得られるHOA SCCの圧縮強度は、セメントが7%のシリカヒュームまたは30%のフライアッシュで置き換えられるとき、SCCの圧縮強度よりも高くなり得る。一実施形態では、HOAがポルトランドセメントへの追加として使用される場合、得られるHOA SCCは、セメントが7%のシリカヒュームまたは30%のフライアッシュで置き換えられるとき、SCCよりも少ない乾燥収縮ひずみを有する。一実施形態では、ポルトランドセメントの最大で10重量%が、重油灰で置き換えられ得る。いくつかの実施形態では、例えば、セメントの約3〜6%が、HOAで置き換えられる。

一実施形態は、2部の水および5部のセメントを有する、したがって0.4のw/c比を有する、コンクリートに基づき得る。しかしながら、本実施形態では、セメントの約5%がHOAで置き換えられる。置き換えによって、混合物の組成物は、約8部の水、19部のセメント、および1部のHOAである。したがって、本実施形態のw/cは、0.421である。同様に、いくつかの実施形態では、w/c比は、約0.42〜0.44であり得る。いくつかの実施形態では、HOAの重量は、ポルトランドセメントの重量の約5〜10%に等しくなり得る。

代替の実施形態では、約4部の水、10部のセメント、および1部のHOAを含む組成物を有する、したがって約0.4のw/c比を有する、コンクリート混合物が提供される。組成物は、セメント、例えばOPCの最大で約10重量%、またはある特定の実施形態では、セメントの約5〜10重量%の間の量で添加されたHOAを含むことができる。一実施形態では、ポルトランドセメントの重量の5重量%に等しいHOAの量が、コンクリート混合物に添加される。

一実施形態では、HOAは、HOA SCCへの流体の浸入を低減することができる。例えば、HOAは、SCCのコンクリート基質内の細孔を充填するように機能し、それにより流体がHOA SCCに浸透することを低減または防止することができる。一実施形態では、HOAは、SCC中の吸水率を低減することができる。さらに、SCCコンクリート基質内の流体の浸入を低減または防止することによって、腐食性流体は、HOA SCCへの影響が少なくなり得る。実際に、鉄筋等のHOA SCCで覆われた部材は、腐食から保護され得る。HOA SCC中の補強部材の腐食速度は、通常のポルトランドセメントコンクリートの腐食速度よりも低くなり得る。また、腐食の発生は、他の形態のコンクリートと比較して遅延され得る。さらに、HOA SCCの腐食電位は、通常のポルトランドセメントコンクリートの腐食電位よりも低くなり得る。

HOAは、コンクリート混合物を調製する時に、コンクリート混合に導入され得る。HOAは、微粉としてセメント混合物に導入され得る。一実施形態では、HOAおよびHOA SCCは、調製前または調製中に加熱される必要がない。一実施形態では、HOAは、塩素と混合される必要がない。一実施形態では、コンクリート混合物中のセメント含量は、約20〜30重量%であり得る。

望ましい特性を有するSCCを生成することに加えて、SCCを作製するためのHOAの使用は、そうでなければ不要なHOAを処分するための有用な方法である。実際に、埋立地または他の廃棄物容器中にHOAを配置することよりもむしろ、HOAは、本明細書に記載される特性を有するHOA SCCを生成することによって処理される。

表3は、従来のSCCおよびHOA SCCの様々な混合物のセメント、水、および灰含量を示す。「置き換え」と定義される実施形態では、HOAの定義された割合は、ポルトランドセメントと重量で同量を置き換えるために使用される。ポルトランドセメントのその割合は取り除かれているため、w/c比は増加する。「追加」と定義される実施形態では、HOAは混合物に添加され、したがって、w/c比は変化しない。

7%のシリカヒューム、30%のフライアッシュ、および5%のHOAで調製されるSCCの流動特性が表4に要約される。混合全ての流動特性は、必要値内であった。特に興味深いのは、5%のHOA SCCの流動であり、それは、比較可能かつ限度内の流動特性を示す。表4に示されるように、シリカヒュームおよびフライアッシュを実質的に含まない5%のHOAで作製されるHOA SCCは、例えば、2002年2月のEFNARC Specification & Guidelines for Self−Compacting Concreteによって確立された要件等の、自己充填コンクリートに対する様々な要件を満たすことができる。HOA SCCの一実施形態は、約650mmより大きく約800mm未満のスランプフロー直径を有し得る。一実施形態では、スランプフロー直径は、約750mmよりも大きくなり得る。一実施形態では、スランプフロー直径は、約760mmに等しくなり得る。同様に、シリカヒュームおよびフライアッシュを実質的に含まないHOA SCCは、約6秒〜約12秒の間であるV漏斗時間を有し得る。一実施形態では、V漏斗時間は、約10秒であり得る。シリカヒュームおよびフライアッシュを実質的に含まないHOA SCCは、約0.8〜約1.0の間のLボックス(H2/H1)、および約0mm〜約30mmの間のUボックス(H2−H1)を有し得る。一実施形態では、5%のHOAを有し、シリカヒュームおよびフライアッシュを実質的に含まないことで、約10秒のV漏斗時間、約0.87のLボックス測定値、および約6mmのUボックス測定値を有することができる。
シリカヒューム、フライアッシュ、およびHOAで調製されるSCCの流動特性。

図1は、HOA、フライアッシュ、およびシリカヒュームを有するSCCの圧縮強度増進を示す。具体的に、図1は、セメントの置き換えとしての7%のシリカヒューム、セメントの置き換えとしての30%のフライアッシュ、またはセメントに追加して使用される5%のHOAでそれぞれ調製されるSCC試料の圧縮強度増進を示す。圧縮強度は、全てのコンクリート試料で経時的に増加した。一実施形態では、HOAで調製されるSCCの圧縮強度は、約70MPaよりも大きかった。さらに、本実施形態の圧縮強度は、シリカヒュームまたはフライアッシュのいずれかで調製されるSCCの圧縮強度よりも大きかった。

HOA、フライアッシュ、またはシリカヒュームで調製されるSCC試料中の乾燥収縮ひずみが、図2に示される。具体的に、乾燥収縮ひずみは、セメントの置き換えとしての7%のシリカヒューム、セメントの置き換えとしての30%のフライアッシュ、またはセメントに追加して使用される5%のHOAでそれぞれ調製されるSCC試料に対して示される。予想通り、乾燥収縮ひずみは、全てのコンクリート試料で経時的に増加した。HOAを組み込むSCCの乾燥収縮は、フライアッシュまたはシリカヒューム試料よりも小さかった。

HOA、フライアッシュ、またはシリカヒュームで調製されるSCC試料中の吸水率が、図3に示される。具体的に、吸水率は、セメントの置き換えとしての7%のシリカヒューム、セメントの置き換えとしての30%のフライアッシュ、またはセメントに追加して使用される5%のHOAでそれぞれ調製されるSCC試料に対して示される。硬化の28日後、全ての試料の吸水率は、3.87%〜5.60%の範囲内であった。硬化の90日後、全ての試料の値は、3.20%〜5.44%の範囲内であった。30%のフライアッシュセメントコンクリート試料、続いて、5%のHOAセメントコンクリート試料において、最も少ない吸水率が認められた。5%のHOAを有するSCCの吸水率が、他のSCC混合と同程度であることが認められ得る。具体的には、一実施形態では、HOA SCCの吸水率は、約4.00〜5.00の間であり得る。一実施形態では、HOA SCCの吸水率は、約4.40〜4.80の間であり得る。一実施形態では、HOA SCCの吸水率は、約4.50〜4.60の間であり得る。一実施形態では、HOA SCCの吸水率は、28日後、約4.67であり得、90日後、約4.65であり得る。

HOA、フライアッシュ、またはシリカヒュームで調製されるSCC試料中の鋼の腐食電位が、図4に示される。具体的に、鋼の腐食電位は、セメントの置き換えとしての7%のシリカヒューム、セメントの置き換えとしての30%のフライアッシュ、またはセメントに追加して使用される5%のHOAでそれぞれ調製されるSCC試料に対して示される。電位は、5%のHOAで調製されるSCC試料中で閾値よりも小さかった。図4の水平線は、−270mV SCEのASTM C876閾値を示す。

HOA、フライアッシュ、またはシリカヒュームで調製されるSCCコンクリート試料中の鋼の腐食電流密度が、図5に示される。具体的に、鋼の腐食電流密度は、セメントの置き換えとしての7%のシリカヒューム、セメントの置き換えとしての30%のフライアッシュ、またはセメントに追加して使用される5%のHOAで調整されるSCCでそれぞれ調製されるSCC試料に対して示される。腐食電流密度は、最大で64日の塩化物溶液への曝露後に測定される。5%のHOAを有するSCCの腐食電流密度は、フライアッシュまたはシリカヒュームセメントコンクリート中よりも小さかった。

図1〜5のデータは、5%のHOA SCCの機械特性および耐久性特徴が概して、シリカヒュームまたはフライアッシュで調製されるSCC試料のものよりも良好であったことを示す。これは、5%のHOAが、高強度および良好な耐久性を有するSCCを生成するために使用され得ることを示す。

本発明が詳細に説明されたが、本発明の原理および範囲から逸脱することなく、様々な変化、置換、および変更がこれに行われ得ることが理解されるべきである。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの適切な法的同等物によって決定されるべきである。

単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈が明白に他の意味を示さない限り、複数の指示物を示す。

任意の、または、任意に、とは、後に記載される事象または状況が生じても生じなくてもよいことを意味する。この説明は、事象または状況が生じる場合およびそれが生じない場合を含む。

範囲は、約1つの特定の値から、および/または約別の特定の値までとして本明細書で表現され得る。そのような範囲が表現されるとき、別の実施形態は、上記の範囲内の全ての組み合わせと共に、1つの特定の値から、および/または別の特定の値までであることを理解されたい。

本願全体を通して、特許または出版物が参照される場合、これらの参照が本明細書で行われる記述と矛盾する場合を除き、本発明が関連する技術分野の現状をより十分に説明するために、これらの参考文献全体の開示が、参照により本願に組み込まれることを意図する。

Claims (29)

  1. 重油灰自己充填コンクリートであって、
    ポゾラン質骨材と、
    重油灰微粒子であって、前記重油灰微粒子は、少なくとも90%の炭素を含み、前記重油灰微粒子の少なくとも80%は、45マイクロメートル(#325ふるい)よりも微細であり、前記重油灰微粒子はセメント質特性又はポゾラン質特性を有さず、且つ石灰と反応しない、重油灰微粒子と、
    水と、
    ポルトランドセメントと、を主成分とし、
    前記重油灰自己充填コンクリートは、前記重油灰微粒子および骨材の存在下での前記水および前記ポルトランドセメントの混合物であり
    前記重油灰自己充填コンクリートは、それ自体の重みで流動することが可能であ
    前記重油灰微粒子の量は、重量で、前記ポルトランドセメントの重量の3〜10%に等しい、重油灰自己充填コンクリート。
  2. 前記重油灰自己充填コンクリートは、高流動化剤を含まない、請求項1に記載の重油灰自己充填コンクリート。
  3. 重油灰微粒子の量は、重量で、前記ポルトランドセメントの前記重量の5%に等しく、且つ水、ポルトランドセメント、重油灰微粒子の比率は、8部の水、19部のポルトランドセメント、及び1部の重油灰微粒子である、請求項1または2に記載の重油灰自己充填コンクリート。
  4. 前記ポルトランドセメントは、前記水と反応した後、水酸化カルシウムを放出し、前記水酸化カルシウムと前記重油灰微粒子との間に反応がないことをさらに含む、請求項1〜のいずれかに記載の重油灰自己充填コンクリート。
  5. 前記重油灰自己充填コンクリートは、均質混合物を含み、流動中、均質なままであるように動作可能である、請求項1〜のいずれかに記載の重油灰自己充填コンクリート。
  6. 前記重油灰自己充填コンクリートは、少なくとも650mmのスランプフロー直径を有するように動作可能である、請求項1〜のいずれかに記載の重油灰自己充填コンクリート。
  7. 28日間の硬化時間後、前記吸水率は、4.50%〜4.60%の間である、請求項1〜のいずれかに記載の重油灰自己充填コンクリート。
  8. 重油灰処理の方法であって、
    セメント混合物を形成するために、ポルトランドセメントおよび水を混合するステップと、
    前記セメント混合物に重油灰微粒子を添加するステップであって、前記重油灰微粒子は、少なくとも90%の炭素を含み、前記重油灰微粒子の少なくとも80%は、45マイクロメートル(#325ふるい)よりも微細であり、前記重油灰微粒子はセメント質特性又はポゾラン質特性を有さず、且つ石灰と反応しない、ステップと、
    それ自体の重みで流動することが可能な重油灰自己充填コンクリートを作成するために、ポゾラン質骨材を添加するステップと、
    を含
    前記重油灰微粒子は、重量で、前記重油灰自己充填コンクリートの1%〜10%に等しい、方法。
  9. 前記ポルトランドセメントは、前記水と反応した後、水酸化カルシウムを放出し、前記水酸化カルシウムと前記重油灰との間に反応がないことをさらに含む、請求項に記載の方法。
  10. 硬化した自己充填コンクリートを生成するために、前記重油灰自己充填コンクリートが混合された後、硬化するステップをさらに含み、前記重油灰微粒子は、水の前記硬化した自己充填コンクリートへの浸入を防止する、請求項のいずれかに記載の方法。
  11. 前記重油灰自己充填コンクリートをコーンに注入するステップと、次いで、前記コーンを除去するステップとをさらに含み、前記重油灰自己充填コンクリートは、650〜800mmの直径を有する円に流入する、請求項10のいずれかに記載の方法。
  12. 前記重油灰微粒子は、重量で、前記重油灰自己充填コンクリートの5%に等しい、請求項に記載の方法。
  13. 重量で、5%の重油灰を含む前記自己充填コンクリートは、前記重油灰自己充填コンクリート中の鋼の腐食電位密度を減少させる、請求項12に記載の方法。
  14. 前記重油灰自己充填コンクリート中の鋼の前記腐食電位密度の値は、−170mV〜−230mVの間である、請求項13に記載の方法。
  15. 重量で、5%の重油灰微粒子を含む前記セメント混合物は、前記重油灰自己充填コンクリート中の鋼の前記腐食電位密度を減少させる、請求項12に記載の方法。
  16. 前記重油灰自己充填コンクリート4.50%〜4.60%の間の吸水率によって特徴づけられる、請求項に記載の方法。
  17. 前記重油灰自己充填コンクリートは、実質的にフライアッシュ又はシリカヒュームを使用しない、請求項に記載の方法。
  18. 前記重油灰微粒子は、水酸化カルシウム又は石灰と反応しない、請求項に記載の方法。
  19. 前記重油灰微粒子は、10重量%未満の硫黄、マグネシウム、及びバナジウムを含む、請求項に記載の方法。
  20. 第一の骨材の添加に続いて、前記セメント混合物に第二の骨材を添加するステップをさらに含む、請求項に記載の方法。
  21. 重油灰自己充填コンクリートであって、
    ポルトランドセメントと、
    重油灰微粒子であって、前記重油灰微粒子は、前記ポルトランドセメントの重量の3〜10重量%に等しい量で存在し、少なくとも90%の炭素を含み、前記重油灰微粒子の少なくとも80%は、45マイクロメートル(#325ふるい)よりも微細であり、前記重油灰微粒子はセメント質特性又はポゾラン質特性を有さず、且つ石灰と反応しない、重油灰微粒子と、
    高流動化剤がないことと、
    水と、を主成分とし、
    前記重油灰自己充填コンクリートは、前記重油灰微粒子の存在下での前記水および前記ポルトランドセメントの混合物であり
    前記重油灰自己充填コンクリートは、それ自体の重みで流動することが可能である、重油灰自己充填コンクリート。
  22. 重油灰微粒子の重量による量は、前記ポルトランドセメントの重量の5%に等しい、請求項21に記載の重油灰自己充填コンクリート。
  23. 前記ポルトランドセメントは、前記水と反応した後、水酸化カルシウムを放出し、前記水酸化カルシウムと前記重油灰微粒子との間に反応がないことをさらに含む、請求項2122のいずれかに記載の重油灰自己充填コンクリート。
  24. 前記重油灰自己充填コンクリートは、均質混合物を含み、流動中、均質なままであるように動作可能である、請求項2123のいずれかに記載の重油灰自己充填コンクリート。
  25. 前記骨材は、細骨材、粗骨材、またはこれらの組み合わせから選択される、請求項1に記載の重油灰自己充填コンクリート。
  26. 前記骨材は、砂、砂利、砕石、及びスラグから成る群から選択される、請求項1に記載の重油灰自己充填コンクリート。
  27. フライアッシュをさらに含む、請求項1に記載の重油灰自己充填コンクリート。
  28. 前記重油灰微粒子は、前記重油灰微粒子の1.5重量%未満のマグネシウム、ケイ素、およびバナジウムの化合された元素組成を有する、請求項1に記載の重油灰自己充填コンクリート。
  29. 前記重油灰自己充填コンクリートは、650mmより大きいスランプフロー直径を有するように動作可能である、請求項1に記載の重油灰自己充填コンクリート。
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