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

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_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、および酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）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_２）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り、
   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１〜３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１〜４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１〜５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１〜６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、
   を含み、
   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８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８〜９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８〜１０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８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８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８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８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８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８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２１〜２２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２１〜２３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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