KR20220004004A - 내마모성 콘크리트 포뮬레이션 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내마모성이 개선된 콘크리트를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 콜로이드 실리카의 사용을 포함하며, 이러한 콜로이드 실리카는 콘크리트 커터와 함께, 혼합 후 콘크리트 혼합물에 첨가되며, 이러한 콘크리트 커터는 콜로이드 실리카의 첨가 후에 콘크리트 혼합물에 첨가된다.

Description

내마모성 콘크리트 포뮬레이션 및 이의 제조 방법

우선권 주장

본 출원은 2018년 9월 1일자로 출원된 가출원 제62/765,597호를 우선권으로 주장하며, 이러한 문헌은 전문이 제외되는 것 없이 교시되는 모든 것이 참조에 의해 원용된다.

예를 들어, 불투수성, 압축 강도 및 내마멸성과 같은 콘크리트 특성을 개선시키기 위한 콘크리트에서 추가 시멘트질 물질의 사용은 널리 알려져 있다. 예를 들어, 실리카 흄과 같은, 다양한 타입의 미립자 실리카는 불투수성 및 압축 강도를 개선시키기 위해 추가 시멘트질 물질로서 콘크리트에 사용되고 있다. 실리카가 갖는 일반적인 문제는 실리카가 콘크리트 포뮬레이션(concrete formulation)의 물 요구량을 증가시켜, 상당한 블리드워터(bleedwater) 가능성이 더 높기 때문에 양생 동안 모세관 및 보이드(void) 형성 가능성이 증가할 수 있다는 것이다. 블리드 워터를 감소시키기 위해, 비교적 많은 양의 실리카 흄이 사용될 때에도(종종 시멘트질 물질의 5 내지 10 중량%), 물은 통상적으로 최소화된다. 물은 종종 약 0.5의 물:시멘트질 물질 비율 미만의 상대적인 양으로 존재하도록 조심스럽게 제한된다[Design and Control of Concrete Mixtures, Sixteenth Edition, Second Printing (revised); Kosmatka, Steven H.; 제156페이지]. 이러한 소량의 물은 일반적으로, 시멘트 제조업자에 의해 권장된 양 미만이고, 콘크리트 믹스의 레올로지를 상당히 손상시켜, 타설하거나 작업하는 데 어렵게 할 수 있다. 초가소제(superplasticizer)와 같은 물질은 이러한 낮은 물 함량에서 필요할 수 있다.

앞서 출원된 출원(2019년 3월 8일자로 출원된 출원 제16/501,232호, 이러한 문헌은 제외되는 것 없이 교시되는 모든 것이 참조에 의해 원용됨)에서, 일반적으로, 구조적 목적을 위해 산업에서 사용되는 비율보다, 시멘트에 대한 훨씬 작은 비율, 즉, 시멘트질 물질 100 중량당 단지 약 0.1 내지 약 4 온스로 사용되는 작은-입자-크기, 고표면적의 비정질 실리카를 포함하는 콘크리트 및 제조 방법이 개시되어 있다. 추가 양태에서, 개선된 콘크리트는 실리카의 공정-특이적 첨가에 의해 제조된다. 이러한 개선된 콘크리트는 압축 강도를 크게 손상시키지 않으면서, 시멘트 제조업자에 의해 권장된 표준 양의 물, 또는 심지어 권장된 양을 초과하는 물을 사용하여 제조될 수 있다. 이러한 결과는 실제로 놀라운 것이다. 이러한 양의 물을 사용함에도 불구하고, 양생 동안 블리드워터가 거의 또는 전혀 관찰되지 않는다. 모세관 및 보이드의 형성은 최소 또는 심지어 본질적으로 완전히 억제되며, 양생 동안 콘크리트에 더 많은 물이 잔류하여, 장기간에 걸쳐 더 많은 물이 양생에 참여할 수 있으며, 압축 강도는 크게 개선된다.

비교적 다량의 물을 허용함에도 불구하고, 위에서 기재된 저-실리카 콘크리트는 다른 개선된 특징들 중에서, 압축 강도 및 내마멸성을 개선시킨다. 공지된 방법이 일부 경우에 상당히 낮은 이득을 달성하기 위해 훨씬 더 많은 양을 사용하는 반면, 사용된 소량의 실리카를 고려할 때 압축 강도의 개선은 놀라운 것이다. 또한, 콘크리트 내마멸성의 상당한 개선은 일반적으로, 보통 사용되는 더 많은 양에서도, 예를 들어, 실리카 흄과 같은 실리카를 사용하는 경우에 관찰되지 않았다(상기 문헌 참조, 제159페이지). 상기 출원(미국 가출원 제62/761,064호)에 기술된, 저-실리카 콘크리트는 시험 ASTM C944에 의해 측정한 경우 내마멸성의 큰 개선을 제공한다. (상기 표준과 관련하여, 본 명세서에서의 스탠다드에 대한 모든 언급에서 22 pd, 98 kg 하중을 사용하는 버전이 이용된다는 것에 유의한다). 표준 콘크리트(즉, 하기에 교시되는 고표면적 비정질 실리카를 포함하지 않음)는 약 2.5 내지 약 4.0 그램 범위의 손실값을 가질 수 있다. 본 명세서에 교시된 저-실리카 콘크리트는 최소 1.1 그램 또는 그 미만의 손실값의 ASTM C944 값을 가질 수 있다.

놀랍게도, 본 발명의 경우에서, 1) 상기에 명시된 출원에 개시된 바와 같은 비정질 실리카뿐만 아니라 2) 반직관적으로, 하기에 교시되는 바와 같은 콘크리트 재-유화제(커터)를 포함하는 혼합물의 혼합 사용 둘 모두의 사용이 통상적인 시멘트(즉, 비정질 실리카와 커터 없이 제조된 시멘트)는 물론, 심지어 비정질 실리카 단독으로 제조된 시멘트에 비해 내마모성을 개선시킬 수 있다는 것이 확인되었다. ASTM C944 손실이 최소 0.6 그램 또는 심지어 그 미만일 수 있도록 내마멸성이 개선될 수 있다는 것이 발견되었다. 또한, 본 발명의 콘크리트가 일반적으로 양생 동안 및 양생 후 둘 모두에서 매우 감소된 물 흡수를 나타낸다는 것이 관찰되었다. (양생 동안 마감처리 수(finishing water)의 흡수뿐만 아니라 양생 후 사용중 물 흡수는 양생 동안 표면으로 이동하는 물로 인해, 거의 모세관 형성 결과임). 일부 경우에, 양생 동안 및/또는 양생 후 물의 흡수는 완전히 제거될 수 있다. 혼화제가 콘크리트를 재유화시키기 위해 일반적으로 사용되는 화합물을 포함한다는 점에서 이러한 결과는 예상치 못한 것이다. 콘크리트 커터(concrete cutter)는 레디믹스(Readymix), 파워 흙손(power trowel) 등과 같은, 콘크리트를 제조하고 작업하기 위해 사용되는 장비에서 경화된(즉, 양생된) 콘크리트 침적물을 용해시키기 위해 콘크리트 산업에서 사용되고 있다. 양생된 콘크리트의 구조(C-S-H 매트릭스)를 파괴하는 능력을 갖는, 재-유화제의 존재는 콘크리트 믹스를 희석시켜서, 양생을 방지하거나, 양생 동안 물을 이동시킴으로써 콘크리트의 양생된 구조에 악영향을 미치지 않을 것으로 예상될 수 있다. 그러나, 하기에 기술되는 바와 같은 실리카와 함께 사용될 때, 콘크리트는 양생될 뿐만 아니라 본 발명의 콘크리트의 양생 동안 일반적으로 블리드 워터가 거의 또는 전혀 관찰되지 않는다. 또한, 상기에 명시된 바와 같이, 양생된 콘크리트는 전통적인 콘크리트는 물론, 심지어 실리카 혼화제 단독으로 제조된 콘크리트보다 더 양호한 내마멸성을 갖는다.

예상치 못하게는, 마감처리 단계로 콘크리트를 처리하지 않고 높은 정도의 불투수성이 얻어질 수 있다(예를 들어, 밀도 및 불침투성을 나타내는 풋팅(footing)의 제조를 기술한 실시예 2 참조). 이에 따라, 본 발명의 콘크리트는 옥외 콘크리트 적용을 위해 특히 적절하다. 일반적으로, 예를 들어, 보도, 연석, 및 주차장과 같은 외부 사용을 위한 콘크리트는 어느 정도의 플로팅(floating)이 수행될 수 있지만, 광범위한 마감처리를 필요로 하지는 않는다. 표면의 작은 결함은 일반적으로, 남아 있게 되며, 결국, 표면은 풍화되고, 결함 문제를 제공한다. 그러나, 콘크리트의 수명 동안 물 손상(water damage)은 외부 콘크리트가 갖는 문제이다. 수행되는 한 가지 대책은 양생 및 시일 제제의 적용이다. 이러한 제제에 의해 제공된 보호는 일반적으로 수명이 짧다. 다른 대책은 동결 동안 흡수된 물에 의해 일어난 손상이 최소화되도록 기포성 콘크리트를 사용하는 것이다. 실제로, 어떠한 조치도 동결 손상의 문제에 대한 장기적인 해법이 아니다. 그러나, 본 발명의 양생된 콘크리트는 일반적으로, 물 흡수가 무시할 정도이거나 전혀 없다. 추가 마감처리 또는 실런트 적용이 필요하지 않다. 또한, 콘크리트는 이에 따라, 일반적으로, 냉동-해동 손상에 저항하기 위해 공기의 유입을 필요로 하지 않는다.

Rilum 시험에 따른 옥외 시멘트의 정상 흡수율은 20분에 약 1.5 내지 3 ml이다. 본 발명의 콘크리트의 표면은 마감처리 단계의 결여에도 불구하고, 본질적으로 물을 흡수하지 않는다. 예를 들어, Rilum 시험은 20분에 약 0 내지 약 1.0 ml의 20분 흡수를 제공할 것으로 예상된다. 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 본 발명의 콘크리트가 다른 콘크리트가 갖는 문제인 표면 결함 및 모세관을 발생시키지 않을 수 있거나, 본 발명의 콘크리트가 표면 결함 및 모세관을 매우 감소된 정도까지 발생시킬 수 있을 것으로 추측된다.

더욱 현저하게는, 본 발명의 콘크리트가 마감처리될 때, 발달하는 표면은 표준 콘크리트의 마감처리와 비교할 때, 마감처리 블레이드에 대해 매우 감소된 양의 마찰을 갖는 가소성-유사(하기에서 논의되는 바와 같은, 마감처리 공정의 세부사항에 의해 제어될 수 있는 정도)일 수 있다. 표준 콘크리트 마감처리와 관련하여 증가된 마감처리 속도는 일반적으로, 가소성-유사 경도를 갖는 광택을 갖는 표면의 달성을 추가로 가속화시킨다.

일반적으로, 기존 방법 및 포뮬레이션에 의해 제조된 콘크리트의 마감처리는 표면의 평활도 및 평탄도를 개선시키고, 마감처리 시간이 길어지면 어느 정도 더 큰 개선을 제공한다. 이러한 콘크리트는 수작업으로 또는 승용형 파워 흙손(ride-on power trowel)으로 마감처리될 수 있으며, 승용형 파워 흙손은 일반적으로, 수작업용 흙손에 비해 더 빠르고, 더욱 균일하고, 더 고품질의 마감을 제공한다. 그러나, 선택된 마감처리 방법과는 무관하게, 본 발명의 콘크리트는 일반적으로, 더 빠르게 마감처리되고(즉, 제공된 정도의 광택도에 도달하는 데 더 짧은 시간이 소요됨), 마감처리 공정에 대해 더 높은 광택도 가능성(예를 들어, 광택도 미터로 측정한 경우)을 갖는다. 후자를 참조하면, 종래 보다 더 높은 속도(특히, 표면이 더 낮은 속도가 본질적으로 광택도에서 이득을 제공하지 않는 지점에 도달한 경우)의 사용은 기존 콘크리트로 가능한 것을 넘는 광택도의 이득을 얻을 것으로 예상될 수 있다.

이러한 높은 마감처리 속도는 일반적으로, 마찰 감소로 인해 본 발명의 콘크리트와 함께 사용하는 데 더욱 용이하다. 또한, 모두 마감처리 공정을 통해, 본 명세서에 명시된 바와 같은 혼화제는 일반적으로, 콘크리트에 제공되며, 이는 마감처리된 표면을 달성하는 데 더 적은 마감처리 노력을 필요로 한다. 마감처리자가 수작업용 흙손 또는 승용형 파워 흙손으로 작업하는 지의 여부와는 무관하게, 마감처리자는 일반적으로, 흙손 또는 마감처리 블레이드와 바닥 표면 사이의 마찰이 일반적으로, 본 발명의 혼화제를 사용하지 않는 것보다 상당히 더 낮다는 점에서 차이를 느낄 수 있다. 일반적으로, 마감처리 기계를 이용하여 바닥 표면을 제공된 정도의 광택도까지 마감처리하기 위해 필요한 시간의 양은 제공된 마감처리 기계 속도(rpm)에 대해 감소된다. 또한, 대개 마감처리에서 사용되는 것(약 180 내지 약 190 rpm)보다 더 높은 마감처리 속도(약 190 내지 210 rpm)가 필요할 수 있지만, 표면은 일반적으로, 전통적인 콘크리트 표면보다 더 높은 광택까지 마감처리될 수 있다. 이러한 산업 내에서, 더 높은 마감처리 속도가 필요한 것은 아니며, 이에 따라, 최신 마감처리 기계가 오래된 기계(200 rpm 또는 210 rpm)보다 더 낮은 최고 속도(180 rpm 또는 190 rpm)일 수 있다고 명확하게 생각된다. 이에 따라, 본 발명의 콘크리트로 입수 가능한 우수한 표면을 달성하기 위해 더 오래된 모델의 기계를 사용하는 것이 필요할 수 있다.

이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 양생 열은 콘크리트 전반에 걸쳐 가소성-유사 성분을 형성하기 위해 고표면적 비정질 실리카와 "재-유화제" 혼화제의 성분 간의 반응을 증진시킨다고 생각된다. 고속에서의 마감처리는 표면에서 이러한 반응을 증진시키며, 여기서, 열 발산은 콘크리트 벌크에서 반응이 어느 정도 일어나는 것을 방지할 수 있다. 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 높은 마감처리 속도(즉, 일반적으로 200 rpm 이상)에서 마감처리함으로써 발생된 열에 의해 증진된 가소성-유사 물질의 형성이 전통적인 콘크리트로 가능한 것에 비해 개선된 광택을 갖는 표면을 제공한다고 생각된다.

당해 분야에서, 콘크리트 표면의 마감처리가 슬래브의 불투수성에 영향을 미칠 수 있다는 것이 주지되어야 한다. "슬래브의 폐쇄", 즉, 당해 분야에 널리 공지된, 마감처리 기계의 반복적, 지향적 적용을 포함하는 기술을 이용하여 슬래브를 마감처리하는 것은 투수성의 감소를 제공할 수 있는 마감처리 방법이다. 이러한 방법은 본 발명의 콘크리트에 적용될 수 있지만, 본 발명의 콘크리트는 놀랍게도 높은 불투수성, 또는 마감처리 단계 없는 경우에도 완전한 불투수성도 나타낸다.

또한, 본 발명의 콘크리트의 표면이 일반적으로, 전통적인 방법 및 포뮬레이션의 콘크리트에 비해 더 단단하다는 것이 주지되어야 한다. 일반적으로, 대부분의 콘크리트는 양생 시간에 따라 경도가 증가한다. 예를 들어, 양생 후 약 28일에, 기존 방법에 따라 제조된 대부분의 콘크리트는 Mohs 경도 스크래치 시험에 대해 약 4 내지 약 5 범위의 경도를 갖는다. 본 발명의 콘크리트가 타설 후 약 3 내지 약 8일(약 72 내지 약 192 시간) 범위의 시간 길이 후에 이러한 경도를 달성한다는 것은 일반적인 것이 아니다. 약 28일 후에, 본 발명의 콘크리트가 약 6 내지 약 9 범위의 경도를 갖거나, 여러 경우에, 약 7 내지 약 8 범위의 경도를 갖는 것은 일반적인 것이 아니다.

본 발명의 방법은 바람직하게는, 비정질 실리카를 포함하는 콘크리트 포뮬레이션(하기 "콘크리트 성능을 개선시키기 위한 신규한 조성물"로 명명된 부문에 기술되어 있는 바와 같이 제조된 이러한 콘크리트 포뮬레이션)과 함께 이용된다. 위에서 기재된 부문의 조성물과 함께 혼합 사용은 본 명세서에 기술되며, 이러한 포뮬레이션에서 이의 사용 방식은 전반적으로 기술되어 있다. 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 본 명세서에 기술된 것보다 더 큰 입자 크기를 갖는 것과 같은, 본 명세서에 기술되지 않은 실리카의 사용은 본 발명의 일부 제한된 이점을 제공할 수 있지만, 작은 입자 크기, 고표면적 비정질 실리카로 제조된 콘크리트에 비해 타설하고, 작업하고, 마감처리하기 더욱 어려울 것이다.

도 1은 E5 내부 양생제 100 중량당 4 온스(oz)를 함유하는 콘크리트 슬래브를 도시한 것이며, F5 피니시(E5 Finish)가 갤론당 1000 제곱 피트의 비율로 국소적으로 마감재로서 사용된다. 버니싱 공정(burnishing process)은 마감처리 단계의 종료 직후에 개시되었다. 도 1은 27-인치 버니셔(burnisher)가 2500 rpm에서 작동됨에도 불구하고, 손상되지 않은 표면을 도시한다. 이러한 사진은 E5 피니시가 국소적으로 적용된 것이지만, 명시된 바와 같이, E5 피니시의 혼합 적용에 대해 동일한 결과가 얻어진다.
도 2는 대략 등급 1에서 대략 등급 2로의 표면의 변환을 도시한 것이다. 이러한 사진은 E5 피니시가 국소적으로 적용된 것이지만, 명시된 바와 같이, E5 피니시의 혼합 적용에 대해 동일한 결과가 얻어진다.

하기는 본 발명에서 사용될 수 있는 혼화제 포뮬레이션의 상세한 설명이다. 본 가출원에 개시된 발명이 2017년 3월 20일자 판매용으로 입수 가능한 포뮬레이션의 Korkay Concrete Dissolver("Korkay")로 지칭되지만, 당업자라면, Korkay, 및 이의 물 희석액이 화학적 포뮬레이션이며, 이러한 화학적 포뮬레이션이 다양한 상이한 공급처 및/또는 방법에 의해 제조되고, 본 발명의 이점을 얻기 위해, 본 발명에서 사용하기에 적합할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 일 실시형태에서, 혼화제 조성물은 Korkay의 물 희석액을 포함하거나 필수성분으로 포함한다.

Korkay 또는 이의 물 희석액의 동일한 화학적 성분들을 포함하지만, 물을 포함하지 않는 하나 이상의 성분들의 농도가 Korkay 또는 이의 물 희석액 각각에 대한 농도로부터, Korkay 또는 이의 물 희석액 각각의 중량에 대해, 각각 50, 40, 30, 20, 10 또는 5 중량% 미만 벗어난 상이한 포뮬레이션이 본 발명에서 유용할 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 이러한 화학적 조성물은 상기 권장량 및 비율로 사용될 수 있다.

추가 실시형태에서, 혼화제는 물; 알파-하이드록시산, 글리콜 알킬 에터, 및 약 500 내지 약 1500 mw 범위의 평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜을 포함하거나, 필수성분으로 포함한다. 추가 실시형태에서, 알파-하이드록시산은 약 5 내지 약 1개 범위의 탄소를 함유하며, 글리콜산이 바람직하다. 글리콜산은 Chemsolv로부터 입수 가능하다. 글리콜 알킬 에터는 바람직하게는, 폴리프로필렌 메틸 에터이며, 다이프로필렌 글리콜 메틸 에터가 바람직하다. 다이프로필렌 글리콜 메틸 에터는 여러 공급처, 예를 들어, Dow Chemical, Lyondell Bassell, 및 Shell로부터 입수 가능하다. 약 500 내지 약 1500 분자량 범위의 평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜은 바람직하게는 약 750 내지 약 1250 분자량 범위, 및 더욱 바람직하게는 약 950 내지 약 1050 분자량 범위의 평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜이다. 적합한 폴리에틸렌 글리콜의 일례는 PEG(1000)이다.

추가 실시형태에서, 알파-하이드록시산은 바람직하게는, 혼화제에 약 5 내지 약 20 중량% 범위로 존재하며, 약 10 내지 약 15 중량% 범위의 중량%가 더욱 바람직하다. 글리콜 알킬 에터의 중량%는 바람직하게는, 약 5 내지 약 20 중량%의 범위이며, 약 10 내지 약 15 중량%의 범위가 더욱 바람직하다. 폴리에틸렌 글리콜의 중량%는 바람직하게는, 약 1 내지 약 15 중량%의 범위이며, 약 1 내지 약 9 중량% 범위의 비율이 더욱 바람직하다. 물은 약 70 내지 약 80 중량% 범위로 존재하며, 약 71 내지 약 77 중량%의 범위가 더욱 바람직하다.

추가 실시형태에서, 혼화제는 하기 4 부분 혼합물의 물 희석액을 포함하거나, 필수성분으로 포함한다:

1) 74% 물;

2) 13% 글리콜산;

3) 8% 다이프로필렌 글리콜 메틸 에터(DPM 글리콜 에터);

4) 5% 폴리에틸렌 글리콜(PEG 1000 타입);

여기서, 희석액은, 바람직하게는, 약 4 내지 약 20부의 1 부분 혼합물을 포함하거나, 이로 이루어지거나, 이를 필수성분으로 포함하며, 더욱 바람직한 희석액은 약 5 내지 약 12부 물이며, 더욱 바람직하게는 희석액은 약 6 내지 약 8부의 물이며, 약 6.5 내지 약 7.5 또는 심지어 약 6.8 내지 약 7.2의 범위가 특히 적합하다. 이러한 희석액의 성분 당량, 이에 의해 "성분 당량"은 혼화제가 위에서 기재된 것과 동일한 성분 및 상대적 비율을 포함하거나, 이로 이루어지거나, 이를 필수성분으로 포함하지만, 혼화제가 규정된 희석액에 의해 제조되지 않은 것을 의미한다.

다른 실시형태에서, 콘크리트 믹스에 첨가되는(예를 들어, 미국 가출원 제62/765,597호에 기술되거나 그 밖에 본 명세서에 나열된 양의 비정질 실리카에 의해 제조되고 이를 포함하는, 콘크리트 혼합물을 함유한 레디믹스에 첨가되는) 혼화제는 1 중량부 Korkay와 약 4 내지 약 20 중량부의 물을 포함하거나, 이로 이루어지거나, 이를 필수성분으로 포함하며, 더욱 바람직한 희석액은 약 5 내지 약 12 중량부의 물이며, 보다 더 바람직한 희석액은 약 6 내지 약 8 중량부의 물이다. (E5 피니시 포뮬레이션은 약 7부 물과 약 1부 Korkay를 포함하는 혼합물을 생성함으로써 형성될 수 있음). 일부 실시형태에서, 혼화제는 E5 피니시 포뮬레이션을 포함한다. 다른 실시형태에서, 혼화제는 E5 피니시의 물 희석액 또는 물-제거된 농축물, 또는 전술한 것과 화학적으로 동일한 제조물을 포함한다. 다른 실시형태에서, 혼화제는 E5 피니시를 포함하거나 필수성분으로 포함한다. 추가 실시형태에서, 상기 혼화제는 레디믹스에, 100 파운드(lbs)의 시멘트당 약 0.5 내지 약 8 온스 범위의 양으로 첨가되며, 100 파운드의 시멘트당 약 2 내지 약 5 온스가 바람직하며, 100 파운드의 시멘트당 약 2.5 내지 약 3.5 온스가 보다 더욱 바람직하며, 100 파운드의 시멘트당 약 2.8 내지 약 3.2 온스가 가장 바람직하다.

100 중량 시멘트질 물질당 약 5 온스의 E5 피니시를 초과하는 E5 피니시의 양, 또는 100 중량 시멘트질 물질당 약 5 온스 초과의 비정질 실리카의 양의 경우에, 본 발명의 관찰된 이점은 증가된 취성 및 감소된 압축 강도가 일부 경우에, 관찰될 수 있다는 점에서 감소하기 시작할 수 있다. 본 명세서에 명시된 바람직한(또는 가장 넓은) 범위 내에의 비정질 실리카(또는 E5 내부 양생제) 및 Korkay(또는 E5 피니시)의 제공된 함량의 경우, 일반적으로, 비정질 실리콘의 양을 100 중량당 약 4 온스에서 벗어나게 변경하면, 또는 E5 피니시의 양을 100 중량당 약 3 온스에서 벗어나게 변경하면, 내마멸성, 불투수성 및 압축 강도가 약간 감소할 것으로 예상될 수 있다.

포뮬레이션이 일반적으로 혼화제로서 사용되며, 이에 따라, 이러한 것이 규정된 비율로 제조되고, 하기에 기술되는 콘크리트 혼합물과 같은, 작은 입자-크기 비정질 실리카를 포함하는 콘크리트 혼합물을 함유한 레디믹스에 첨가되는 것과 같은 벌크 콘크리트 혼합물에 첨가된다는 것이 주지된다. 이러한 혼화제 첨가가 가장 바람직하다. 그러나, 혼화제 성분들의 별도의 첨가가 가능할 수 있다. 예를 들어, 특히, 나머지 혼화제를 첨가하기 전에, 혼합물이 완전히 혼합된 후에, 콘크리트 혼합물에 물, 글리콜산, 다이프로필렌 글리콜 메틸 에터 또는 폴리에틸렌 글리콜 성분 중 하나 이상의 일부 또는 모두를 첨가하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 콘크리트 혼합물은 혼화제에 할당된 물의 적어도 일부로 제조될 수 있다. 이러한 상황에서, 콘크리트 혼합물 및 혼화제에서 물의 양을 확인함에 있어서, 물의 총량이 2가지 하위량의 합으로서 간주되어야 하는 것으로 이해되어야 하며, 이중 하나의 하위량은 콘크리트 화합물에 대해 허용되는 물의 총량의 한계 내에 있으며, 제2 하위량은 혼화제에 대해 허용되는 물의 총량 내에 있다. 이러한 별도의 성분 첨가는 본 발명의 일부 효과를 제공할 수 있다. 그러나, 최적의 결과를 위해, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 혼화제 실시형태를 사용하는 것이 매우 바람직하며, 알파-하이드록시산, 글리콜 알킬 에터, 폴리에틸렌 글리콜 및 물을 포함하는, 성분들의 혼합물은 하기에 기술되는 바와 같은, 비정질 실리카를 포함하는 혼합된 콘크리트 혼합물을 함유한 레디믹스에 첨가된다.

이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 콘크리트 양생 동안 발생된 열이 혼화제의 성분들의 결과로서 양생 동안 콘크리트 전반에 걸쳐, 가소성-유사 매트릭스의 형성을 보조하여, (콘크리트의 제조에서 혼화제를 사용한 결과로서) 콘크리트에서 비정질 실리카와 상호작용할 것으로 생각된다. 이러한 결과는 E5 내부 양생제가 용기에서 열과 함께, E5 피니시와 직접적으로 혼합되어, 매트릭스의 물질인 것으로 생각되는 것과 같은, 거친 불투명한 또는 투명한 물질을 제공하는 실험에서 나타난다.

혼화제는 비정질 실리카를 포함하는 콘크리트 믹스에 조합되며, 이는 원하는 경우에, E5 내부 양생제로서 첨가될 수 있다. 일반적으로, 콘크리트 믹스는 약 55㎚ 미만의 평균 입자 크기, 및 일부 실시형태에서, 약 7.8㎚ 미만의 평균 입자 크기, 또는 다른 실시형태에서, 약 5 내지 약 55 nm, 또는 약 5 내지 약 7.9 nm의 평균 입자 크기; 및 약 430 내지 약 900 ㎡/g 범위의 표면적을 갖는 입자들을 갖는 비정질 실리카를 포함하고, 콘크리트에 시멘트 100 파운드(즉, 물, 골재, 모래 또는 다른 첨가제를 포함하지 않음)당 약 0.1 내지 약 4 온스의 비정질 실리카 범위의 중량 비로 존재한다.

다른 공급원으로부터의 비정질 실리카는 상기 입자 크기 파라미터를 특징으로 하는 한 적합할 수 있다. 적합한 비정질 실리카의 비제한적인 예는 콜로이드 실리카, 침강 실리카, 실리카 겔 및 흄드 실리카를 포함하며, 콜로이드 실리카 또는 실리카 겔이 바람직하다. 약 25㎚ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 입자를 사용하는 것이 더욱 바람직하며, 약 7.9㎚ 미만의 평균 입자 크기가 보다 더 바람직하다. 콘크리트에서 더욱 바람직한 중량 비율은 100 파운드의 시멘트(물, 골재, 모래 또는 다른 첨가제를 포함하지 않음)당 약 0.1 내지 약 3 온스의 비정질 실리카이다. 콘크리트에서 보다 더 바람직한 중량 비율은 100 파운드의 시멘트(물, 골재, 모래 또는 다른 첨가제를 포함하지 않음)당 약 0.1 내지 약 1 온스의 비정질 실리카이다.

또 다른 실시형태에서, 약 50 내지 약 900 ㎡/그램 범위의 표면적을 갖는 비정질 실리카가 바람직하며, 약 150 내지 약 900 ㎡/그램이 더욱 바람직하며, 약 400 내지 약 900 ㎡/그램이 보다 더 바람직하다. 알칼리성 pH를 갖는 비정질 실리카가 바람직하며, 8 내지 11 범위의 pH가 더욱 바람직하다.

또 다른 실시형태에서, 비정질 실리카는 Specification Products LLC에 의해 상업적으로 입수 가능한 첨가제인, E5 내부 양생제를 사용함으로써 제공된다. 일 실시형태에서, 시멘트에 대한 E5 내부 양생제의 중량 비율은 100 파운드의 시멘트(물, 모래, 골재 또는 다른 첨가제를 포함하지 않음)에 대해 약 1 내지 약 20 온스의 E5 내부 양생제의 범위이다. 더욱 바람직하게는, 시멘트에 대한 E5 내부 양생제의 중량 비율은 약 100 파운드의 시멘트(물, 모래, 골재 또는 다른 첨가제를 포함하지 않음)에 대해 약 1 내지 약 10 온스의 E5 내부 양생제의 범위이다. 시멘트에 대한 E5 내부 양생제의 보다 더 바람직한 중량 비율은 약 100 파운드의 시멘트(물, 모래, 골재, 또는 다른 첨가제를 포함하지 않음)에 대해 약 1 내지 약 5 온스의 E5 내부 양생제의 범위이다. 이상적인 값은 100 중량당 약 3 내지 5, 또는 약 4 온스의 범위이다.

놀랍게도, 약 100 파운드의 시멘트(물, 모래, 골재 또는 다른 첨가제를 포함하지 않음)에 대해 약 20 온스 초과의 E5 내부 양생제의 사용, 또는 약 100 파운드의 시멘트(물, 모래, 골재, 또는 다른 첨가제를 포함하지 않음)에 대해 약 5 온스 초과의 비정질 실리카의 사용은 유익한 물 또는 압축 강도 이점이 관찰되지 않을 수 있거나 최소한으로 관찰될 수 있다는 점에서 이점이 중단될 수 있다.

비정질 실리카 및 혼화제(비제한적인 예로서, E5 내부 양생제 및 E5 피니시 각각)의 첨가 순서는 본 발명의 공정, 조성물 및 콘크리트로부터 최대 이점을 실현시키는 데 중요하다. 예를 들어, 커터-함유 혼화제를 첨가하기 전에 시멘트 믹스에 비정질 실리카를 첨가하는 것은 매우 바람직하다.

비정질 실리카는 바람직하게는, 하기 "콘크리트 성능을 개선시키기 위한 신규한 조성물"의 명칭을 갖는 부문에 따른 시멘트 혼합물과 조합된다.

콘크리트 믹스는 소정량의 a) 건조 시멘트 믹스; b) 물; c) 비정질 실리카; 및 d) 골재 및/또는 모래를 포함하는 성분들로부터 생성된다.

건조 시멘트 믹스는 일반적으로, 원하는 타설 및 양생 특징들의 조합을 갖는 콘크리트 믹스를 제공하는 물/시멘트 비율을 제공하는 권장된 물 함량을 갖는다. 일부 경우에, 권장된 물 함량은 소정 범위의 물 함량을 포함한다. 하기에 명시되는 바와 같이, 타설 전에 콘크리트 믹스의 초기 물 함량은 최종 콘크리트 시설(슬래브, 풋팅, 등)의 품질을 떨어뜨리는 양생 및 마감처리 동안 문제를 발생시킨다. "감수제(water-reducer)" 및 초가수제의 사용과 같은 감수 조치를 양생된 콘크리트에서 물-매개 구조적 결함을 줄이기 위해 사용되는 것이 일반적이다. 본 발명의 이점이 물 함량이 제조업자 의해 권장된 것 미만으로 감소되는 환경에서 명백해야 하지만, 본 발명이 콘크리트 믹스에 포함된 물이 건조 시멘트 믹스의 제조업자에 의해 특정된 양과 동일하거나 이보다 큰 상황에서 본 발명의 콘크리트를 제공하기 위해 사용될 수 있다는 것이 주지되어야 한다. 콘크리트 믹스에서 감수제는 일반적으로 필요하지 않다.

이에 따라, 넓은 양태에서, 시멘트 믹스 및 물은 하기 비율로 콘크리트 믹스에 존재한다:

소정량의 물; 및 소정량의 건조 시멘트 믹스, 상기 시멘트 믹스는,

i) 제조업자 제안된 물/시멘트 비율 값으로서, 상기 제안된 비율은 약 0.35 내지 약 0.65 범위에 속하며, 소정량의 물과 조합 시에, 물/시멘트 비율이 제안된 값보다 약 10% 낮은 것에 해당하는 값을 초과하고, 제안된 값보다 약 30% 초과하는 것에 해당하는 값 이하인, 제조업자 제안된 물/시멘트 비율 값;

또는

ii) 상한치 및 하한치를 가지고, 소정량의 물과 조합 시에, 물/시멘트 비율이 하한치보다 약 10% 낮은 것에 해당하는 값을 초과하고, 상한치보다 약 30% 초과하는 것에 해당하는 값 이하인, 제조업자 제안된 물/시멘트 비율 범위;

또는

iii) 소정량의 물과 조합 시에, 물/시멘트 비율이 약 0.35 내지 0.65 범위가 되게 하는 양을 특징으로 한다.

본 발명의 이점은 일반적으로, 상업적으로 유용한 타입의 포틀랜드 시멘트를 사용하여 나타날 것으로 예상된다. 시멘트 믹스는 예를 들어, 타입 I, II, III, IV 및 V의 포틀랜드 시멘트와 같은, 건설에서 일반적으로 사용되는 타입 중 하나 이상이다.

상기 소정량의 물이 시멘트 믹스에 첨가된다. 이러한 양은 콜로이드, 분산제, 유화제, 등과 같은 실리카의 물-함유 포뮬레이션의 경우에 실리카와 함께 물이 혼입될 뿐만 아니라 물이 커터-함유 혼화제와 혼입되는 것을 제외하고, 적어도 시멘트 믹스를 포함하는 콘크리트 믹스와 조합된 모든 물을 포함한다. 하기에서 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 물은 적어도 시멘트 믹스를 포함하는 콘크리트 믹스와 여러 부분으로 조합될 수 있으며, 예를 들어, 물의 제1 부분 이후에 물의 제2 부분(예를 들어, "테일워터")의 첨가가 콘크리트 믹스와 조합되고 소정 시간 동안 교반된다. 수축을 야기시킬 뿐만 아니라 나중에 작업 및 마감처리에서 어려움을 야기시키는, 표면의 조기 건조를 방지하기 위해, 때때로 부분적으로 양생된 후에 콘크리트의 표면에 물이 적용된다는 것이 주지된다. "마감처리" 물은 소정량의 물 내에 포함되지 않는다. 다른 실시형태에서, 물/시멘트 비율은 약 0.38 내지 0.55의 범위이고, 더욱 특정 실시형태에서, 약 0.48 내지 약 0.52의 범위, 또는 약 0.38 내지 약 0.42 범위이다.

더욱 바람직한 실시형태에서, 상기 i), ii) 및 iii)과 관련하여, 물 및 시멘트 믹스는 콘크리트 믹스에, 소정 비율로 존재하며, 이때에, 소정량의 건조 시멘트 믹스와 소정량의 물의 조합 시에, 물/시멘트 비율은,

제안된 값 이상이지만, 제안된 값보다 30% 초과하는 것에 해당하는 값을 초과하지 않거나; 또는

제안된 범위의 상한치 이상이지만, 상한치보다 30% 초과하는 것에 해당하는 값을 초과하지 않거나; 또는

적어도 0.35이지만, 0.65 이하이다.

비정질 실리카의 입자 크기는 특별히 중요하다. 미분화된 실리카에서 확인되는 것과 같은 더 큰 입자 크기는 일반적으로, 본 명세서에 기술된 바와 같은 크기의 비정질 실리카가 규정된 양으로 사용될 때 나타나는 정도까지 모세관 및 보이드 형성을 감소시키지 못한다. 본 발명의 콘크리트 믹스는 소정량의 비정질 나노실리카를 포함하며, 이는 바람직하게는 a)에서 시멘트 100 중량(cwt)당 약 0.1 내지 약 7.0 온스 범위의 양으로 존재하고, 평균 실리카 입자 크기가 약 1 내지 약 55 나노미터 범위가 되게 하는 입자 크기를 가지고/가지거나, 실리카 입자의 표면적은 약 300 내지 약 900 ㎡/g, 또는 다른 실시형태에서, 약 450 내지 약 900 ㎡/g의 범위이다.

다양한 공급처로부터의 비정질 실리카는 상기 특정 크기 및 표면적 파라미터를 특징으로 하는 한, 일반적으로 적합하다. 적합한 비정질 실리카의 비제한적인 예는 콜로이드 실리카, 침강 실리카, 실리카 겔 및 흄드 실리카를 포함한다. 그러나, 콜로이드 비정질 실리카 및 실리카 겔이 바람직하며, 콜로이드 비정질 실리카가 가장 바람직하다.

추가 실시형태에서, 실리카 입자 크기는 약 5 내지 약 55 nm의 범위이다. 약 25㎚ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 입자가 바람직하며, 약 10㎚ 미만의 평균 입자 크기가 더욱 바람직하며, 약 7.9㎚ 미만의 평균 입자 크기가 보다 더 바람직하다. 콘크리트에서 바람직한 중량 비율은 100 파운드의 시멘트(물, 골재, 모래 또는 다른 첨가제를 포함하지 않음)당 약 0.1 내지 약 3 온스의 비정질 실리카이다. 콘크리트에서 더욱 바람직한 중량 비율은 100 파운드의 시멘트(또한, 물, 골재, 모래 또는 다른 첨가제를 포함하지 않음)당 약 0.1 내지 약 1 온스의 비정질 실리카이다. 100 파운드의 시멘트(또한, 물, 골재, 모래 또는 다른 첨가제를 포함하지 않음)당 약 0.45 내지 약 0.75 온스의 비정질 실리카가 보다 더 바람직하다. 놀랍게도, 100 파운드의 시멘트 믹스당 약 3 내지 약 4 온스 초과의 비정질 나노실리카의 경우에, 콘크리트 믹스는 타설하거나 작업하기 어렵게 될 수 있으며, 비-실리카 제어에 대해서도, 압축 강도는 크게 저하될 수 있다. 그렇지 않으면, 100 파운드의 시멘트당 약 1 온스 초과의 양은 일반적으로, 100 파운드의 시멘트당 약 0.45 내지 약 0.75 온스의 비정질 실리카의 바람직한 범위에 대해 감소하는 압축 강도 이득을 제공한다. 제공된 바람직한 범위는 가장 경제적으로 실현 가능한 범위이며, 즉, 이를 초과하는 경우에, 압축 강도 이득은 실리카의 추가 단위당 더 적으며, 압축 강도의 단위 증가당 실리카의 비용은 콘크리트의 비용을 엄청나게 만들 수 있다.

약 50 내지 약 900 ㎡/그램 범위의 표면적을 갖는 비정질 실리카가 바람직하며, 약 150 내지 약 900 ㎡/그램이 더욱 바람직하며, 약 400 내지 약 900 ㎡/그램이 보다 더 바람직하며, 450 내지 700 ㎡/그램 또는 500 내지 600 ㎡/그램이 보다 더 바람직하다. 알칼리성 pH(약 pH 7 이상)를 갖는 비정질 실리카가 바람직하며, 8 내지 11 범위의 pH가 더욱 바람직하다.

또 다른 실시형태에서, 비정질 실리카는 약 85 중량%의 물 중 약 15 중량% 비정질 실리카를 함유하는, Specification Products LLC로부터 상업적으로 입수 가능한 첨가제인 E5 내부 양생제의 사용에 의해 제공된다. 실리카 입자 특징은 (BET 방법에 의해 측정한 경우) 약 10㎚ 미만의 평균 입자 크기, 및 약 550 ㎡/g의 표면적이다. 일 실시형태에서, 시멘트에 대한 E5 내부 양생제의 중량 비율은 100 파운드의 시멘트(물, 모래, 골재 또는 다른 첨가제를 포함하지 않음)에 대해 약 1 내지 약 20 온스의 E5 내부 양생제의 범위이다. 더욱 바람직하게는, 시멘트에 대한 E5 내부 양생제의 중량 비율은 약 100 파운드의 시멘트(물, 모래, 골재 또는 다른 첨가제를 포함하지 않음)에 대해 약 1 내지 약 10 온스의 E5 내부 양생제의 범위이다. 시멘트에 대한 E5 내부 양생제의 더욱 바람직한 중량 비율은 약 100 파운드의 시멘트에 대해 약 1 내지 약 5 온스의 E5 내부 양생제의 범위이며, 약 100 파운드의 시멘트(또한, 물, 모래, 골재 또는 다른 첨가제를 포함하지 않음)에 대해 약 3 내지 약 5 온스의 E5 내부 양생제가 보다 더 바람직하다. 놀랍게도, 약 100 파운드의 시멘트(또한, 물, 모래, 골재 또는 다른 첨가제를 포함하지 않음)에 대해 약 20 온스 초과의 E5의 사용은 추가의 유익한 물 또는 압축 강도 이점이 관찰되지 않을 수 있거나 최소로 관찰될 수 있다는 점에서 이점을 없앨 수 있다. 얻어진 콘크리트 믹스는 타설하기 어려울 수 있으며, 임의의 얻어진 콘크리트는 불량한 품질을 가질 수 있다. 콘크리트의 품질은 100 파운드의 시멘트당 약 3 내지 약 5 온스의 바람직한 범위로부터의 거리에 따라 감소하지만, 압축 강도는 E5 내부 양생제의 콜로이드 비정질 실리카의 부재 하에서의 압축 강도에 비해 여전히 개선될 수 있다는 것이 주지된다. 바람직한 실시형태에서, 콘크리트 믹스에 첨가된 콜로이드 실리카는 약 40 내지 약 98 중량%의 실리카의 범위이며, 60 내지 95 중량%가 바람직하며, 70 내지 92 중량%가 더욱 바람직하며, 75 내지 90 중량%가 보다 더 바람직하다.

골재 및 모래는 일반적으로 본 발명의 콘크리트에서 건축 목적을 위해 당해 분야에 공지된 양으로 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 소정량의 골재 및/또는 소정량의 모래는, 이러한 것이 약 400 내지 약 700 중량% bwoc 범위의 총량을 갖도록 사용된다. 일반적으로, 콘크리트 믹스는 시멘트 믹스, 물, 및 바람직하게는 소정량의 골재 및 모래(때때로, 당해 분야에서 각각 "큰 골재" 및 "작은 골재"로서 지칭됨)를 포함하는 성분들로 제조된다. 콘크리트 믹스는 둘 중 단지 하나, 예를 들어, 단지 모래, 또는 단지 골재를 포함하는 것이 허용되지만, 믹스는 적어도 소정량의 각각의 성분을 포함하는 것이 바람직하다. 모래 및 골재는 시멘트 혼합물의 실리카 함량에 기여할 수 있으며, 이에 따라, 이러한 것은 콘크리트 믹스의 물 요구량에 영향을 받을 수 있다(즉, 다소 증가한다). 일반적으로, 콘크리트에 첨가하기 위해 사용하기에 적절한 대부분의 골재 타입이 사용될 수 있다. 굵은, 파쇄된 석회암 자갈, 더 큰 등급의 파쇄된 깨끗한 석재, 등과 같은 더 큰 골재뿐만 아니라 더 작은 등급의 파쇄된 깨끗한 석재, 미세한 석회암 자갈, 등과 같은 더 작은 골재가 포함된다. 마찬가지로, 여러 타입의 모래, 예를 들어, 피트 (굵은) 모래, 강 모래, 등이 사용될 수 있다. 일반적으로, 콘크리트 적용에서, "굵은 모래"는 "부드러운 모래(soft sand)"에 비해 바람직하며, 이는 몰타르에서 사용하기에 더 적합한 것으로 알려져 있다. 그러나, 부드러운 모래는 일반적으로, 콘크리트 제조에서 사용될 때 굵은 모래와는 물 요구량을 가질 것으로 예상될 수 있다. 당해 분야에 공지된 바와 같이, 중량-지지 적용은 더 큰 골재, 예를 들어, 굵은, 파쇄된 석회암을 필요로 할 수 있다. 이러한 더 큰 골재는 타설된 콘크리트 적용을 위해 바람직하며, 타설된 빌딩 슬래브에서 사용하기 위해, 예를 들어, 굵은 파쇄된 석회암 자갈 및 더 큰 등급의 파쇄된 깨끗한 석재, 및 피트 모래와 같은 더 큰 골재이다.

시멘트의 중량을 기준(based on weight of cement: bwoc)으로, 함께 얻어진, 골재 및 모래의 비율은 바람직하게는, 건조 시멘트 믹스 1 야드(yard)당 약 2000 내지 약 4000 파운드의 범위(야드당 약 520 내지 약 610 파운드, 또는 더욱 바람직하게는 야드당 약 560 내지 약 570 파운드, 보다 더 바람직하게는 야드당 약 564 파운드의 범위)이다. 건조 시멘트 믹스 1 야드당 약 2700 내지 약 3300 파운드 범위의 골재 및 모래의 합한 비율이 더욱 바람직하다. 건조 시멘트 믹스 1 야드당 약 2900 내지 약 3100 파운드의 범위가 더욱 바람직하다. 다른 실시형태에서, 골재 및 모래의 중량은 콘크리트의 중량을 기준으로 하여 50 내지 90 중량%이며, 약 70 내지 약 85 중량%의 범위가 바람직하다. 골재 및 모래의 상대적인 양은 중요하지 않지만, 바람직하게는, 모래 및 골재의 합한 중량을 기준으로 하여 약 20 중량% 내지 약 70 중량% 모래의 범위이며, 약 40 중량% 내지 약 50 중량% 모래가 바람직하다.

특히, 상업적 규모의 타설에서, 물 이전에 시멘트 믹스에 첨가될 때, 개시된 이점을 달성하기 위해 필요한 비정질 나노실리카의 소량에서도 콘크리트 믹스의 타설능력뿐만 아니라 얻어진 콘크리트의 품질에 유해할 수 있고, 심지어, 콘크리트에 적합하지 않다는 것이 발견되었다. 본 발명의 공정은 일반적으로 소정량의 비정질 나노실리카를 첨가하기 전에 소정량의 물의 적어도 일부가 첨가되는 상황을 포함하며, 비정질 실리카를 첨가하기 전에 물을 분배하기 위해 첨가 사이에 적어도 교반 시간을 갖는다. 실제로, 일부 물은 원하는 경우에, 제조 공정에서 나중에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 제1 부분의 첨가 및 교반 후 "테일워터"로서 한 부분을 첨가하는 실무와 같은, 2(또는 그 이상의) 부분으로 물을 첨가하는 것이 알려져 있다. 일 실시형태에서, 비정질 실리카는 제2 부분의 물과 함께 콜로이드 실리카로서 첨가된다. 바람직한 실시형태에서, 콜로이드 실리카는 2 부분으로 첨가되는 물의 첨가 후에 첨가되며, 각 부분의 첨가 후에는 교반된다.

이에 따라, 더욱 일반적으로, 소정량의 물은 전체적으로 첨가되거나, 소정량의 물의 약 20 중량% 내지 약 95 중량%의 범위를 포함하는 초기 부분, 및 나머지를 포함하는 테일 워터 부분을 포함하여 부분들로 첨가될 수 있으며, 여기서, 물의 초기 부분은 소정량의 시멘트 믹스 및 골재/모래 성분과 조합되어 제1 믹스를 형성하며, 비정질 실리카는 소정량의 시멘트 믹스, 골재/모래 성분 및 물의 초기 부분을 포함하는 믹스에 첨가되어 제2 믹스를 형성한다. 소정량의 물의 35 내지 약 60 중량% 범위를 포함하는 초기 부분이 보다 더 바람직하다.

(하기 3가지 상황(즉, "상황 1", "상황 2" 및 "상황 3")은 각각 i) 테일워터 첨가 후 실리카의 첨가; ii) 테일워터의 첨가 전 실리카의 첨가; 및 iii) 실리카와 테일워터의 동시 첨가에 해당함).

분할된 물 첨가를 갖는 실시형태에서, 테일워터는 1) 제1 믹스에 첨가되거나; 2) 제2 믹스에 첨가되거나; 3) 제1 믹스에 비정질 실리카와 함께 동시 첨가되며, 여기서, 비정질 실리카와 테일워터가 선택적으로 상호조합되며; 1) 제1 믹스는 테일워터의 첨가 전에 시간 t₁₁ 동안, 테일워터의 첨가 후 그러나 비정질 실리카의 첨가 전에 시간 t₁₂ 동안, 비정질 실리카의 첨가 후 그러나 혼화제의 첨가 전에 시간 t₁₃ 동안 교반되거나; 2) 제2 믹스는 비정질 실리카의 첨가 전 시간 t₂₁ 동안, 비정질 실리카의 첨가 후 그러나 테일워터 첨가 전에 시간 t₂₂ 동안, 및 테일워터의 첨가 후 그러나 혼화제의 첨가 전에 시간 t₂₃ 동안 교반되거나; 3) 제2 믹스는 비정질 실리카 및 테일워터의 동시 첨가 전에 시간 t₃₁ 동안 교반되며, 이후에 콘크리트 믹스는 실리카의 첨가 후 그러나 혼화제의 첨가 전에 시간 t₃₂ 동안 교반된다.

상황 1)에서, 물의 제2 부분(테일워터)은 물의 제1 부분, 소정량의 시멘트 믹스 및 모래/골재 성분을 포함하는 콘크리트 믹스에 첨가되며, t₁₁은 바람직하게는 약 2 내지 약 5 rpm 범위의(예를 들어, 레디-믹스에서와 같음) 혼합 속도에서 약 2 내지 약 8분의 범위이며, 약 3 내지 약 6분이 더욱 바람직하다. 시간 t₁₂는 바람직하게는, 약 2 내지 약 5 rpm 범위의 혼합 속도에서, 약 0.5 내지 약 4분 범위가 바람직하며, 약 1 내지 2분이 더욱 바람직한 범위이다. 시간 t₁₃은 바람직하게는, 약 2 내지 약 10분의 범위이며, 약 5 내지 약 10분의 범위가 더욱 바람직하며, 혼화제의 첨가 전에 약 12 내지 약 15 rpm 범위의 속도로 비교적 높은 혼합 속도를 갖는다. 하기에 기술되는 바와 같이 혼화제가 첨가되고 혼합된 후에, 속도는 예를 들어, 타설 장소까지의 운송 시간과 같은 소정 시간 동안 약 2 내지 약 5 rpm 범위의 속도로 낮춰질 수 있다. 운송 시간 기준은 미국 콘크리트 협회에서 설정된다. 예를 들어, 콘크리트는 온도가 90F 이상인 경우 고속 혼합의 종료 후 60분 이내, 및 온도가 90F 미만인 경우 90분 내에 타설되어야 한다.

물의 제2 부분(테일워터)가, 물의 제1 부분, 소정량의 시멘트 믹스 및 모래/골재 성분, 및 비정질 실리카를 포함하는 콘크리트 믹스에 첨가되는 상황 2)에서, t₂₁은 약 2 내지 약 5 rpm 범위의 혼합 속도(예를 들어, 레디-믹스에서와 같음)에서 바람직하게는, 약 2 내지 약 8분 범위이며, 약 3 내지 약 6분이 더욱 바람직하다. 시간 t₂₂는 약 2 내지 약 5 rpm 범위의 혼합 속도에서, 바람직하게는, 약 0.5 내지 약 2분의 범위이며, 약 0.5 내지 1분의 범위가 더욱 바람직하다. 혼화제의 첨가 직전의 시간인 시간 t₂₃은 약 12 내지 약 15 rpm 범위의 속도의 비교적 높은 혼합 속도에서, 바람직하게는 약 2 내지 약 10분의 범위이며, 약 5 내지 약 10분의 범위가 더욱 바람직하다. 하기에 기술되는 바와 같이 혼화제가 첨가되고 혼합된 후에, 속도는 예를 들어, 타설 사이까지의 운송 시간과 같은 소정 시간 동안 약 2 내지 약 5 rpm 범위의 속도로 낮춰질 수 있다. 상기에 주지된 바와 같이, 운송 시간 기준은 미국 콘크리트 협회에서 설정된다.

제1 믹스에 테일 워터가 비정질 실리카와 동시 첨가되고 비정질 실리카 및 테일워터가 선택적으로 상호 조합되는 상황 3)에서, t₃₁은 바람직하게는 약 2 내지 약 5 rpm 범위의 혼합 속도(예를 들어, 레디-믹스에서와 같음)에서 바람직하게는 약 2 내지 약 8분 범위이며, 약 3 내지 약 6분이 더욱 바람직하다. 혼화제의 첨가 직전의 시간, 시간 t₃₂는 약 12 내지 약 15 rpm 범위의 속도의 비교적 높은 혼합 속도에서, 바람직하게는 약 2 내지 약 10분의 범위이며, 약 5 내지 약 10분 범위가 더욱 바람직하다. 혼화제가 하기에 기술되는 바와 같이 첨가되고 혼합된 후에, 속도는 예를 들어, 타설 장소까지의 운송 시간과 같은 시간 동안 약 2 내지 약 5 rpm 범위의 속도로 낮춰질 수 있다. 상기에 주지된 바와 같이, 운송 시간 기준은 미국 콘크리트 협회에서 설정된다.

다른 실시형태에서, 전체 양의 물은 소정량의 시멘트 믹스 및 골재/모래 성분에 첨가되어, 믹스를 형성하며, 상기 믹스는 비정질 실리카의 첨가 전에 소정 시간 t_a 동안 교반되며, 콘크리트 믹스는 이후에 혼화제의 첨가 전에 시간 t_b 동안 교반된다. 한번에 전체 양의 물의 첨가는 습식 배치 공정의 경우에 유용하다. 시간 t_a는 바람직하게는 약 2 내지 약 5 rpm 범의의 혼합 속도에서(예를 들어, 레디-믹스에서와 같음) 바람직하게는 약 2 내지 약 8분의 범위이며, 약 3 내지 약 6분이 더욱 바람직하다. 시간 t_b는 약 12 내지 약 15 rpm 범위의 속도의 비교적 높은 혼합 속도에서, 바람직하게는 약 2 내지 약 10분의 범위이며, 약 5 내지 약 10분의 범위가 더욱 바람직하다. 하기에 기술된 바와 같이 혼화제가 첨가되고 혼합된 후에, 속도는 예를 들어, 타설 장소까지의 운송 시간과 같은 시간 동안 약 2 내지 약 5 rpm 범위의 속도로 낮춰질 수 있다. 상기에 주지된 바와 같이, 운송 시간 기준은 미국 콘크리트 협회에서 설정된다. 본 발명의 이점이 일반적으로 물의 단일 첨가의 경우에 관찰되지만, 실제로, 물의 2부분 분할이 일반적으로 준수된다. 제1 부분을 포함하는 콘크리트 믹스의 교반 후에, 제2 부분의 사용은 배럴의 입구 부근에서 불충분하게 혼합된 시멘트 믹스의 레디-믹스 잔재물을 세척하는 장점을 갖는다.

혼화제는 바람직하게는 혼합물이 실리카를 포함하는 지점에 첨가되며, 실리카-포함 혼합물은 혼화제의 첨가 전에 철저하게 혼합되었다. 이에 따라, 실리카 첨가와 관련하여 상기 권장사항 이외에, 커터-함유 혼화제가 첨가 전 및 후에, 그러나, 타설 전에 권장사항이 유사하게 존재한다. 이러한 조건은 상기 조건과 일치한다. 바람직한 실시형태에서, 실리카-포함 혼합물은 약 6 RPM 초과의 하나 이상의 속도에서 적어도 3분의 총 시간 동안 혼합된다. 더욱 바람직한 실시형태에서, 실리카-포함 혼합물은 약 7 RPM 내지 약 15 RPM 범위, 및 더욱 바람직하게는 약 12 내지 약 15 RPM 범위의 하나 이상의 속도에서 약 5 내지 약 15분 범위, 및 더욱 바람직하게는 약 5 내지 약 10분의 시간 동안 혼합된다. 상기 혼합 단계 후에, 커터-함유 혼화제가 첨가된다. 바람직한 실시형태에서, 커터-함유 혼합물을 함유한 혼합물은 약 6 RPM 초과의 하나 이상의 속도에서 적어도 3분의 총 시간 동안 혼합된다. 더욱 바람직한 실시형태에서, 커터-함유 혼합물은 약 7 RPM 내지 약 15 RPM 범위, 및 더욱 바람직하게는 약 12 내지 약 15 RPM 범위의 하나 이상의 속도에서, 약 5 내지 약 15분 범위 및 더욱 바람직하게는 약 5 내지 약 10분 범위의 시간 동안 혼합된다.

콘크리트 혼합물은 습식("중심 믹스") 또는 건식("운송 믹스") 배치 상황에서 제조될 수 있다. 습식 배치 모드에서, 건조 성분들은 상기에 명시된 방식들 중 하나로, 소정량의 물과 혼합되고 이후에 비정질 실리카와 혼합되어 콘크리트 믹스를 제공한다. 믹스는 상기와 같이 교반되거나 레디-믹스에 혼입되고, 상기에 명시된 바와 같이 여기에서 교반된다. 본질적으로, 습식 및 건식 배치 상황은 습식 배치를 위한 절차의 일부가 레디-믹스의 외측에서(예를 들어, 플랜트에서) 수행되는 것을 제외하고 유사하다. 건식 배칭(dry batching)("운송 믹스")이 다소 바람직하다. 예를 들어, 배치에서 사용되는 콘크리트 믹스, 모래 및 굵은 골재의 제조에서 사용되는 물의 총량의 40±20%, 또는 추가 실시형태에서, ±10%가 레디-믹스에 로딩된다. 시멘트 믹스, 굵은 골재 및 모래는 함께 혼합되고 레디-믹스에 로딩된다. 나머지 물은 이후에 레디-믹스에 로딩된다. 건조 성분들 및 물이 완전히 혼합된 직후에, 비정질 실리카가 첨가되며, 혼합물은 5 내지 10분 동안 혼합된다. 혼합은 바람직하게는, 예를 들어, 약 12 내지 약 15 rpm 범위의 속도와 같은 비교적 높은 드럼 회전 속도에서 일어난다. 더 고속 혼합이 일어난 직후에, 배치는 타설될 수 있다. 그러나, 타설 장소까지의 운송 시간과 같은, 더 고속 혼합과 타설 사이의 시간의 기간을 갖는 것이 허용될 수 있다. 일반적으로, 콘크리트가 예를 들어, 약 3 내지 약 5 rpm과 같은 저속에서 혼합되는 한, 약 1 내지 약 60분 범위의, 고속 혼합과 타설 사이의 시간이 가능하다.

일 실시형태에서, 레디-믹스가 타설 장소에 도달한 직후에, 물, 시멘트 및 다른 건조 성분들을 함유한, 레디-믹스에 실리카를 첨가하는 것이 특히 편리하다. 비정질 실리카가 첨가된 후에, 콘크리트/실리카 혼합물이 타설 전에, 가장 바람직하게는 적어도 약 5 내지 약 10분의 시간 동안 혼합되어야 한다는 것이 또한 확인되었다. 그러나, 다른 시간 기간은 본 발명의 이점을 적어도 부분적으로 얻는 것과 관련하여 허용될 수 있다.

본 발명의 이점은 건조 성분 및 물의 제1 부분 및 제2 부분(또는 제2 부분의 물)과 함께 혼합된 후에, 비정질 실리카가 마지막에 첨가되며, 실리카-첨가 혼합물이 타설 전에 본 명세서에서 특정된 시간 동안 혼합되는 한, 상기 공정의 상업적으로 사용되는 변형체에서 기대될 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 레디-믹스가 타설 장소에 도달한 직후에, 물, 시멘트 및 다른 건조 성분을 함유한, 레디-믹스에 실리카를 첨가하는 것이 특히 편리하다. 비정질 실리카가 첨가된 후에, 콘크리트/실리카 혼합물이, 예를 들어, 레디-믹스 믹서를 이용하여, 가장 바람직하게는 적어도 약 5 내지 약 10분의 시간 동안, 바람직하게는, 고속, 예를 들어, 12 내지 15 rpm에서 혼합되어야 한다는 것이 또한 확인되었다. 그러나, 다른 시간 기간 및 다른 속도는 본 발명의 이점을 적어도 부분적으로 얻어지는 것과 관련하여 허용될 수 있다.

콘크리트 혼합물은 원하는 경우 습식 또는 건식 배치 상황에서 제조될 수 있다. 예를 들어, 배치에서 사용되는 시멘트, 모래 및 굵은 골재를 완전히 습윤화시키기 위해 필요한 물의 40±15%, 또는 추가 실시형태에서, ±10%가 레디-믹스에 로딩된다. 시멘트 믹스, 굵은 골재 및 모래는 함께 혼합되고, 레디-믹스에 로딩된다. 나머지 물은 이후에 레디-믹스에 로딩된다.

건조 성분들 및 물이 혼합된 직후에, 비정질 실리카가 첨가되며, 혼합물은 바람직하게는 예를 들어, 약 8 내지 약 20 rpm, 및 더욱 바람직하게는 약 12 내지 약 15 rpm 범위의 속도와 같은 비교적 높은 드럼 회전 속도에서 약 3 내지 약 15분 범위, 더욱 바람직하게는 약 5 내지 약 10분 범위의 시간 동안 혼합된다. 타설 장소까지의 운송 시간과 같은, 더 고속 혼합과 실리카 첨가 사이의 시간의 기간을 갖는 것이 바람직하다. 일반적으로, 콘크리트가 예를 들어, 약 3 내지 약 5 rpm과 같은, 저속으로 혼합되는 한, 약 1 내지 약 60분 범위의 고속 혼합과 실리카 첨가 사이의 시간이 허용 가능하다. 일 실시형태에서, 실리카를 함유한 시멘트 혼합물은 바람직하게는, 혼화제 첨가 전에 완전히 혼합된다. 더 고속 혼합이 일어난 직후에, 혼화제는 이후에, 예를 들어, 레디-믹스에 첨가될 수 있다. 실리카가 믹스에 첨가되고 완전히 조합된 직후에, 30분 내에, 더욱 바람직하게는, 20분 내에, 및 보다 더 바람직하게는, 10분 내에 배치에 혼화제를 첨가하는 것이 바람직하다. 혼화제가 혼합된 비정질 실리카 성분을 포함하는 콘크리트 혼합물에 첨가된 직후에, 혼화제-함유 혼합물은 이후에 약 1 내지 약 18 rpm 범위의 속도에서 약 2 내지 약 20분 범위의 시간 동안 혼합될 수 있다.

상기에 주지된 바와 같이, 콘크리트는 분할된 물 첨가와 혼합되는 것이 일반적이며, 즉, 물의 일부분은 건조 성분들의 첨가 전에 첨가되며, 제1 부분 이후에 첨가된 부분 및 건조 성분들은 소정 시간 동안 함께 혼합된다. 본 발명의 이점은 하기 단계가 수행되는 한, 상기 공정의 모든 상업적으로 사용되는 변형예에서 기대될 수 있다:

1) 비정질 실리카가 물과 다른 콘크리트 성분의 배칭(batching)(즉, 완전 혼합)의 약 60분 내에, 건조 성분 및 물(물이 한번에 또는 2부분 이상으로 첨가되는 지의 여부와는 무관하게)과 함께 혼합 후에 첨가되고;

2) 실리카-함유 혼합물이 비교적 높은 드럼 회전 속도(예를 들어, 약 3 내지 약 15분 범위의 시간 동안 약 8 내지 약 20 rpm 범위의 하나 이상의 속도)에서 혼합되며;

3) 혼화제가 실리카-함유 혼합물에 첨가되고, 얻어진 혼합물이 바람직하게는, 약 10 rpm 이상, 및 더욱 바람직하게는 약 12 rpm 내지 약 15 rpm 범위의 속도에서 적어도 1분, 18분 또는 심지어 더 긴 시간의 기간을 포함하는, 약 2 내지 약 20분 범위의 시간 동안 약 1 rpm 이상의 범위의 하나 이상의 속도로 혼합되고;

4) 콘크리트 혼합물이 3)의 혼합의 약 60분 이내에 타설됨.

본 발명의 조성물 및 방법으로부터 형성된 콘크리트의 내마멸성은 일반적으로, 표준 방법 및 조성물(즉, 비정질 실리카 및 혼화제를 첨가하지 않고 제조됨)로부터 형성된 콘크리트에 비해 증가된다. 본 발명의 콘크리트를 내마멸성 시험 ASTM C944에 적용하면, 일반적으로, 비정질 실리카 및 혼화제가 부재하는 것을 제외하고, 실질적으로 동일한 방식으로 제조된 표준 콘크리트에 비해 더 적은 중량 손실 결과를 제공한다. 예를 들어, 실시예 1 및 3에 나타낸 바와 같이, 표준 콘크리트는 본 발명의 콘크리트에 비해 더 높은 마멸 손실을 갖는다. 실시예 3의 표준 콘크리트는 1.1 그램의 마멸 손실을 나타내는 반면, 본 발명의 조성물로부터 및 방법에 의해 형성된 콘크리트는 0.6 그램의 손실을 제공한다. 일반적으로, 본 발명의 콘크리트는 표준 콘크리트에 비해 50% 또는 심지어 그 이상 정도로 감소되는 마멸 손실을 제공할 수 있다. 표준 콘크리트는 개시된 비정질 실리카 및 개시된 혼화제를 첨가하지 않고, 유사한 방법, 성분, 및 성분 비율에 의해 제조된 콘크리트를 의미한다.

하기는 전반에 걸쳐 본 발명의 장점을 나타내는 마감처리 단계 절차의 상세한 설명이다. 상세한 절차 설명과 함께 단계가 진행됨에 따라 표면의 변화를 시각적으로 설명하며, 본 발명의 방법 및 포뮬레이션으로 인한 차이점을 강조한다. 내부 사용을 위한 콘크리트의 마감처리는 일반적으로 타설된 슬래브가 양생하기 시작한 후에, 플로팅, 조합 및 최종 마감처리 단계의 3개의 연속적인 단계를 포함한다. 각각은 특정 양생 스테이지에서 수행되며, 각 단계를 시작할 시기에 대한 확인은 실무자의 숙련된 판단 내에 있다. 많은 또는 대부분의 슬래브가 종종 신축의 첫 번째 요소이기 때문에, 온도, 상대 습도 및 풍속과 같은 외부 요소는 결정에 중요한 역할을 한다. "개선된 콘크리트 성능에 대한 신규한 조성물"을 명칭으로 하는 부문에서 논의되는 바와 같이, 특정 타입의 비정질 실리카의 사용은, 콘크리트를 제조하기 위한 특정 공정의 맥락에서, 양생에 대한 다수의 외부 요소 효과를 최소화한다. 이에 따라, 표준 3-단계 마감처리 공정은 훨씬 더 용이하며, 각 단계는 종종 더 적은 에너지, 및 마감처리 동안 더 적은 콘크리트 손상 위험을 필요로 한다. 예를 들어, 세 가지 모두는 일반적으로, 대부분의 주택 및 상업용 건축에 대한 기초인, 건축 슬래브의 콘크리트에 표준 마감을 얻기 위해 필요하다. 본 발명의 맥락에서, 플로팅은 일반적으로, 하기에 기술되는 콘크리트의 우수한 물 보유 특성으로 인해 표준 콘크리트보다 더 용이하다. 플로팅은 예를 들어, 수작업용 흙손, 워크 비하인드(walk behind), 파워 라이드-온(power ride-on) 흙손과 같은 당해 분야에 공지된 방법에 의해, 또는 36, 48, 또는 60-인치 팬 또는 플로트 슈즈를 사용하여 수행될 수 있다. 일반적으로, 블레이드와 표면 사이의 감소된 마찰로 인해, 플로팅하는 데 필요한 노력은 전통적인 콘크리트를 플로팅하는 데 필요한 것에 비해 감소되며, 이에 따라, 기계 속도는 기존 방법에 의해 제조된 플로팅 콘크리트를 위해 필요한 속도보다 상당히 더 낮아서, 콘크리트 표면에 대한 손상 가능성을 최소화할 수 있다.

조합 단계는 이후에, 일반적으로, 예를 들어, 콤비네이션 블레이드를 갖는 승용형 파워 흙손 또는 워크 비하인드 흙손과 같은 당해 분야에서 공지된 바와 같이 수행된다. 이러한 단계 동안에, 표면의 가소성-유사 특성이 일반적으로 더욱 분명하고 뚜렷하게 된다. 표면은 일반적으로 하기 둘 모두를 함유하지 않는 콘크리트에 의해 조합 동안 나타나는 표면과 뚜렷하게 상이하다: 1) 본 명세서에 개시된 바와 같은 본 발명의 비정질 실리카 양, 입자 크기, 및 표면적, 및 2) 본 명세서에 개시된 바와 같은 본 발명의 혼합 포뮬레이션. 효과는 본 발명자에 의해 "가소성-유사"로서 기술된다. 표면은 일반적으로, 조합 시간에 따라 어느 정도로 증가하는 더 매끄러운 외관을 나타내며, 표면은 본 명세서에 개시된 바와 같은 본 발명의 포뮬러 및 공정 세부사항이 결여된 마감처리의 유사 스테이지에서 널리 사용되는 콘크리트 포뮬레이션과 비교할 때, 개선된 평탄도뿐만 아니라 감소된 큰 기공의 발생률을 갖는다. "가소성-유사"는 표면이 적어도 코팅의 외관을 가짐을 의미하며, 일반적으로 조합 동안 높은 선명도를 갖지 않는 상기 코팅은 조합의 진행 및/또는 콤비네이션 블레이드 속도의 증가에 따라, 어느 정도까지 감소될 수 있는 정도로 폐색된다. 나중에 조합 동안에, 이는 이후 마감처리 단계에서와 같이 유리질 텍스처 및 심지어 더 큰 선명도를 가질 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 전통적인 콘크리트에서 사용되는 것보다 더 높은 조합 속도(약 190 rpm 초과)의 사용은 선명도 및 광택도의 측면에서 개선된 마감을 제공할 수 있지만, 반드시 그러한 것은 아니다. (조합이 수행되지 않거나 달리 불필요하다고 간주되는 상황이 있을 수 있다는 것이 주지되어야 함.) 다시 말해서, 이의 표면에서 콘크리트에 보유된 물의 양이 높을 수록, 일반적으로, 표면과 콤비네이션 블레이드 사이의 마찰이 더 줄어들며, 이에 따라, 제공된 속도를 유지하기 위해 기계에 의해 더 적은 에너지가 요구된다. 표면에 대한 기계 손상의 위험이 일반적으로 크게 감소된다.

마감처리 단계가 이후에 수행될 수 있다. 예를 들어, 마감처리 블레이드를 갖는 승용형 파워 흙손 또는 워크 비하인드 흙손과 같은 당해 분야에 공지된 방법이 사용될 수 있다. 본 발명의 콘크리트로 작업한 당업자는, 마감처리 단계에서, 표면이 버니싱 단계로 일반적으로 얻어질 수 있는 정도로 투명하지 않지만, 당해 분야에 공지된 콘크리트에 비해 증가되고 동일한 방식으로 준비된 선명도와 같은 유리질 특징을 점점 더 갖게 된다는 것을 명시한다. 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 증가된 선명도가 본 명세서에 개시된 바와 같은 실리카의 본 발명의 포함으로 인할 수 있는, 콘크리트 표면에 수분 유지의 결과라고 생각된다. 마감처리 단계 후 달성 가능한 선명도, 광택 및 평탄도는 일반적으로, "등급 1" 마감으로서 자격을 얻기에 충분하다. 전통적인 콘크리트(즉, 규정된 포뮬레이션 및 개시된 비정질 실리카의 개시된 국소 또는 혼합 사용이 사용되지 않음)의 경우에, 마감처리 단계는 반드시, 약 190 rpm의 전통적인 최대 마감처리 속도로 이러한 유리도, 즉, 증가된 선명도 및/또는 광택도를 제공하는 것은 아니다.

가장 이용 가능한 마감처리 기계는 약 190 rpm의 최대 속도로 제한되지만, 몇몇 노후된 기계는 약 220 rpm의 최대 속도에 도달할 수 있다. 혼화제의 사용 또는 본 발명의 포뮬레이션의 국소 사용의 경우에 종종 나타나는 하나의 특징은, 전통적으로 사용되는 것(예를 들어, 180 내지 200 rpm)보다 더 높은 마감처리 블레이드 속도(예를 들어, 200 내지 220 rpm)의 사용이 전통적인 속도에서 달성되는 것보다 마감을 개선시킬 수 있으며, 이에 따라, 표면이 저속에서 달성 가능한 것보다 더 큰 광택도 및 선명도를 취할 수 있다는 것이다. 이에 의해 달성된 표면은 종종 여전히 "등급 1" 마감이지만, 이러한 증가된 속도에서 마감처리되지 않은 본 발명의 표면에 비해 증가된 선명도 및 광택을 갖는다. 본 발명자들이 알고 있는 한, 고속에서의 이러한 선명도 향상은 본 발명의 콘크리트 표면에 대해 독특한 것이다.

마감처리 시간은 표면이 원하는 외관을 가질 때까지이다. 예를 들어, 우수한 선명도, 광택도 및 평탄도를 갖는 마감을 관찰하기 위해 2회의 패스(pass)가 필요할 수 있다. 마감이 조합 단계 동안 더욱 무광택 외관을 취할 수 있다는 것이 주지되어야 하며, 이는 원하는 경우에 최종 마감처리 단계를 수행하지 않음으로써 유지될 수 있다. 더욱 유리-유사 외관 및 텍스처를 갖는 마감을 얻기 위해, 일반적으로, 최종 마감처리 스테이지로 진행되는 것이 필요하다.

마감처리는 콘크리트 표면의 원하는 광택도 및 선명도를 기초로 하여, 다양한 등급으로 수행될 수 있다. 위에서 기재된 바와 같이 그리고 산업에서 수행되는 바와 같이 190 rpm의 최고 속도로 마감처리 기계를 이용한 마감처리는 일반적으로, 당해 분야에 널리 공지된 바와 같이, "등급 1"로 마감처리된다. "등급 2" 또는 "등급 3" 마감처리를 수행하기 위해, 일반적으로, 당해 분야에서도 널리 알려진, 버닝 기계를 이용하여 표면 품질의 추가 향상, 즉, 상승된 광택 및 선명도가 달성될 수 있다. 당업자라면, 일반적으로, 마감처리된 표면의 육안 검사에 의해 마감의 등급을 확인할 수 있다. (다양한 등급에 해당하는 대략적인 RA(거칠기 평균) 판독값: 등급 1은 일반적으로 50 내지 20의 RA에 해당하며; 등급 2는 일반적으로 19 내지 11의 RA에 해당하며; 등급 3은 일반적으로 5 내지 0의 RA에 해당함). 버니싱 시 마감 품질이 일반적으로 등급 1 표면을 제공하는 마감처리 단계에 의해 제공된 마감 품질에 따라 달라진다는 것이 주지되어야 한다. 버니싱에 의해 달성된 더 높은 등급의 마감은 일반적으로 광이 나는 외관을 갖는다. 전통적인 콘크리트와는 달리, 본 발명의 버니싱된 바닥의 광택은 보호제 또는 실런트를 사용하지 않고 달성된다는 것이 주지된다.

바닥 버니싱 기계가 마감처리 기계보다 훨씬 고속(rpm)으로 작동하기 때문에, 지금까지, 마감처리된 표면에 버니싱 기계를 이용하기 전에, 마감처리가 완료된 후 일부 시간, 예를 들어, 적어도 약 3일 또는 4일 동안, 및 최대 28일 또는 심지어 그 이상 동안 대기하는 것이 필요하였다. 당해 분야에서는, 초기 사용이 일반적으로 마감처리된 표면에 대한, 스크래칭(상당히 깊이 들어 갈 수 있음: 2 내지 4 mm) 및 노출된 골재와 같은 상당한 손상의 위험이 있다는 것이 알려져 있다. 놀랍게도, 본 명세서에 개시되고 기술된 비정질 실리카뿐만 아니라 본 명세서에 개시되고 기술된 포뮬레이션의 혼화제 또는 국소 마감처리 사용과 함께 제조된 콘크리트는 원하는 경우에, 콘크리트 표면에 대한 손상 없이, 마감처리 직후에 버니싱될 수 있다.

더욱 상세하게는, 본 명세서에 또는 미국 가출원 제62/761,064호(참조에 의해 원용되고 본 명세서에 포함됨)에 기술된 바와 같은 비정질 실리카로 제조되고, 추가적으로 본 명세서에 기술된 Korkay- 또는 E5 피니시-함유 포뮬레이션의 혼화제 사용으로 제조된 콘크리트는 콘크리트의 표면을 손상시키지 않으면서 마감처리 단계 직후에 버니싱될 수 있다.

예를 들어, 도 1은 갤론당 1000 제곱 피트의 속도로 마감으로서 국소적으로 E5 피니시를 사용한, 100 중량당 4 온스의 E5 내부 양생제를 함유하는 콘크리트 슬래브를 도시한 것이다. 버니싱 공정은 마감처리 단계의 종료 직후에 개시되었다. 도 1은 27 인치 버니셔가 2500 rpm에서 구동된다는 사실에도 불구하고 손상되지 않은 표면을 나타낸다. 도 2는 대략 등급 1에서 대략 등급 2의 표면의 전환을 도시한 것이다. 두 도면 모두가 커터의 국소 사용에 해당하지만, 이러한 효과는 커터의 혼합 사용의 경우에 나타나는 것과 시각적으로 구별되지 않는다.

버니싱 기계는 일반적으로, 3개의 크기(17-, 20- 및 27-인치 직경)로 제공되며, 더 큰 직경의 기계는 최대 2500 rpm의 속도에 도달한다. 일반적으로, 속도가 빠를수록 선명도 및 광택이 더 양호해진다. 본 발명의 하나의 주목할 만한 특징은 일반적으로, 전통적인 방법에 의해 제조된 콘크리트가 버니싱이 시작되기 전에 종종 필요한 최대 28일 대기하면서, 광택도의 등급 2 또는 등급 3 품질에 달성하기 위해, 버니싱 전에 가드 또는 시일러의 적용을 필요로 한다는 것이다. 본 발명의 콘크리트는 콘크리트 표면을 손상시키지 않으면서, 가드 또는 시일러를 적용하지 않고 마감처리 직후에 버니싱될 수 있다. 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 마감처리 및 버니싱 단계가 비정질 실리카를 국소 또는 혼합 포뮬레이션과 반응시켜 유리질 물질 또는 상을 생성시킨다고 생각되며, 더욱 완전한 반응은 더 높은 마감처리 기계 및 버니싱 기계 rpm과 관련된다. 또한, 마감처리 단계와 마찬가지로, 기계와 바닥 사이에 더 적은 마찰이 나타나서, RA(거칠기 평균) 수치가 낮아지고 버니싱 패드 수명이 증가한다는 것이 관찰되었다.

사용되는 버니싱 패스 수는 일반적으로, 단순히 선명도 및 광택도를 달성하기 위해 필요한 수이다. 등급 1 마감에서 등급 2 마감으로 변형시키는 데 필요한 패스의 수는 최저 3 내지 4 또는 최고 4 내지 20일 수 있다. 1000 sq ft의 표면 마다, 등급 1에서 등급 2로 변형시키기 위해 대략 20분의 고속 버니싱이 필요할 수 있다. 마감처리 동안 바닥이 광택을 나타내지 않는 경우에, 이는 버니싱되지 않을 가능성이 있음을 알 수 있다. 실험은, 예를 들어, 1 내지 24시간 또는 이상에서 버니싱을 시작하기까지와 같은 버니싱 후 일정 시간 대기가 일부 환경에서, 버니싱 시에 더 양호한 선명도를 제공할 수 있음을 시사한다.

본 발명의 방법에서 혼화제 없이 실리카를 사용한 결과인 다른 장점(2019년 3월 8일자로 출원된 출원 제16/501,232호, 이러한 문헌은 제외되는 것 없이 교시되는 모든 내용이 참조에 의해 원용됨)은 일반적으로 혼화제의 사용으로 감소되지 않는다. 바람직한 실시형태에서, 콘크리트 믹스는 풋팅 또는 슬래브의 제조와 같은, 산업적 규모의 타설의 맥락에서 형성되고 교반된다. 추가 실시형태에서, 콘크리트 믹스는 생성된 그대로 믹스를 보유하는 장비와 함께 및 장비 내에서 생성되며, 이는 또한, 예를 들어, 레디-믹스와 같은 믹스를 교반하는 능력을 갖는다.

본 발명의 공정의 장점은 예를 들어, 본 발명에 따라 포뮬레이션된 슬래브와 같은 콘크리트 형성물 중 물이 증발로 손실되기 보다는 형성물 중에 고정되는 것으로 보인다는 것이다. 이러한 물의 대부분의 운명은 모세관 및 보이드를 형성하기보다는 연장된 시간 동안에 수화에 참여하다는 것이다. 이에 따라, 두께와는 무관하게, 콘크리트 슬래브, 벽 및 다른 형성물이 보이드 및 모세관의 감소 또는 결여, 및 압축 강도의 상관관계적 증가를 나타낼 것으로 예상된다. 최대 약 20 피트의 두께를 갖는 개선된 구조 및 압축 강도를 갖는 콘크리트 형성물은 본 발명의 콘크리트로 형성될 수 있다.

본 발명의 공정의 장점은 타설된 콘크리트가 온도, 상대 습도 및 바람과 같은 공기 운동과 같은 환경 조건에 의해 야기된 건조에 의해 덜 손상된다는 것이다. 예를 들어, 양호한 품질의 콘크리트는 최고 50 mph의 속도, 최고 120℉ 및 최저 10℉의 온도, 및 최저 5% 및 최고 85%, 또는 심지어 더 높은 상대 습도에서 생성될 수 있다.

본 발명의 방법에 의해 형성된 콘크리트의 압축 강도는 일반적으로 물, 시멘트 믹스 및 충전제 물질(골재, 모래, 등)의 혼합 후에 실리카의 첨가를 제외하고 유사하게 또는 바람직하게는 동일한, 방법에 의해 형성된 콘크리트에 비해 증가된다. "유사한" 또는 "동일한"은 풍속, 상대 습도 및 온도 프로파일과 같은 환경 조건뿐만 아니라, 압축 강도의 증가의 평가와 관련한 음영(shading) 또는 열 복사 주변과 같은 다른 환경 인자들에 적용한다. 혼합 시간 및 파라미터, 타설 파라미터(즉, 슬래브 치수)와 같은 타설자의 제어 내에서의 인자는 더욱 용이하게 설명된다. 압축 강도의 증가는 바람직하게는, 비정질 실리카의 첨가를 제외하고 동일한 타설물로부터 평가된다. 바람직한 실시형태에서, 평가는 동일한 양의 동일한 구성성분들로부터 동시에, 별도의 레디-믹스에서 제조되고, 별도의 레디-믹스를 이용하여 동시에 나란히 타설된 타설물로부터 이루어진다. 이러한 타설물은 "실질적으로 동일하다."

압축 강도의 증가는 한 쌍의 실질적으로 동일한 타설 중 실리카-비함유 타설의 압축 강도를 기준으로 하여 약 5 내지 약 40% 또는 그 이상의 범위일 수 있다. 더욱 일반적으로 관찰된 실시형태에서, 실질적으로 동일한 타설을 통해 평가한 경우 압축 강도 증가는 약 10 내지 약 30% 범위이다.

본 발명의 콘크리트는 일반적으로, 예를 들어, 슬래브, 풋팅, 등과 같은 타설된 콘크리트를 필요로 하는 적용에서 사용될 수 있다. 본 발명의 장점은 이로부터 제조된 콘크리트가 일반적으로 물 침투에 대한 저항을 증가시키고, 이에 따라, 풋팅과 같은 특히 수분 노출 및 관련된 손상이 발생하기 쉬운 타설된 적용에서 사용될 수 있다는 것이다.

하기에서 명시되는 바와 같이, 본 발명은 물의 적어도 일부분의 첨가 후에, 콘크리트 믹스에 첨가될 때 나노실리카, 바람직하게는 콜로이드 실리카가 내마멸성 및 투수성과 같은 다른 개선된 특성 중에서 개선된 압축 강도를 갖는 시멘트를 제공한다는 발견을 포함한다.

당해 분야에서 사용되는 크기의 모래 및 골재와 같은 첨가제 콘크리트 성분들은 일반적으로, 본 발명에 의해 제공된 이점을 파괴하지 않으면서 본 발명의 콘크리트에서 사용될 수 있다.

이에 따라, 대량의 수송 수를 갖는 콘크리트로와 달리 콘크리트와 관련된 결점이 결여된 콘크리트의 제조에서, 수화, 타설 및 작업을 위해 충분한 물을 포함하는, 콘크리트를 사용하는 것이 가능하다. 본 발명의 조성물은 비정질 실리카가 첨가되지 않은 콘크리트보다 노출된 표면이 조기에 건조될 가능성이 적도록 물을 보유하는 콘크리트를 형성시킨다. 상대적인 물 보유 효과는 표면이 일반적으로 건조되기 쉬운 주변 조건 하에서도 관찰된다. 이에 따라, 콘크리트는 표준 콘크리트보다 더 광범위한 환경 조건 하에서 타설될 수 있다. 표면은 이에 따라, 감소된 양의 표면수로, 또는 심지어 일부 경우에 표면수를 첨가하지 않고도 마감처리될 수 있다.

수축은 일반적으로, 유사한 양의 물을 함유한 콘크리트에 비해 감소된다. 더욱 현저하게, 압축 강도가 증가된다. 이러한 결과는 일반적으로, 콘크리트가 비정질 실리카의 부재 하에서 모세관 및 보이드 형성의 위험이 있는 운송 수의 양을 함유함에도 불구하고 얻어진다.

이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 비정질 실리카는 양생 동안 물을 고정시켜 물이 이동, 증발 지연뿐만 아니라 모세관 및 보이드 형성을 방지할 수 있는 것으로 추정된다. 놀랍게도, 고정화는 물이 장기간 연장된 수화에 참여하는 것을 방지하지 못하며, 이는 압축 강도의 예상치 못한 증가를 제공한다.

본 발명의 가장 큰 이점은 일반적으로 증발로 물을 손실시킴으로 인해 양생 반응(수화)에서 과량의 물을 사용하지 않는 능력이다. 이러한 이점은 심지어 콘크리트의 완전 수화를 위해 이론적으로 필요한 것 미만인 물 수준뿐만 아니라 수화를 위해 이론적으로 필요한 것보다 과량의 물 수준에서 타설되는 콘크리트의 경우에도 얻어질 수 있다.

기존 콘크리트 제조 및 타설 공정이 갖는 문제점은 타설이 최적의 조건보다 부족한 조건에서 수행될 때 발생하는 위험이다. 하기에 명시된 바와 같이, 다른 환경 인자들 중에서, 상대 습도, 풍속 및 온도는 일반적으로 콘크리트 상 및 콘크리트 내의 다양한 위치에서 물 수준에 대한 이의 효과로 인해 표준 타설을 손상시킨다. 이는 권장된 값의 범위 또는 단일의 특정된 최적의 값이든지 간에, 포함된 물의 양이 시멘트 믹스 제조업자에 의해 특정된 권장된 물의 양을 준수할 때에도 일어날 수 있다. 본 발명은 물-관련 문제의 위험을 줄이면서 시멘트 제조업자의 제안된 물 함량에서 작동할 수 있다. 이러한 제안된 값은 일반적으로, 수화 반응을 허용되는 정도까지 또는 일부 경우에, 완료될 때까지 진행하게 하기 위해 필요한 물의 양에 해당한다. 본 발명의 실무에서, 시멘트 제조업자에 의해 특정된 양의 물을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 또한, 물 함량이 제조업자에 의해 특정된 양에서 벗어나더라도 다른 공정과 관련한 물 문제의 위험을 감소시킨다. 이에 따라, 일부 실시형태에서, 물 함량은 콜로이드 비정질 또는 본 명세서에 기술된 다른 실리카를 첨가하기 전에 시멘트에 첨가된 물의 중량을 기준으로 하여, 제조업자 사양에 의해 특정된 최저값의 약 -30% 내지 제조업자 사양에 의해 특정된 최고값의 +30%의 범위 내이다.

본 발명의 또 다른 이점은 모세관 및 보이드 저장소를 형성하지 않고 연장된 수화의 이점을 위해 Tvater를 보유하는 이의 포뮬레이션의 능력에 따른다. 당해 분야에서는, 콘크리트를 형성하기 위한 시멘트에 골재, 모래 및 다른 통상적으로 포함되는 벌크화 및 강화 물질의 첨가가 일반적으로 콘크리트에 이를 수용하기 위해 추가 물을 필요로 하고, 실제로 모세관 및 특히 보이드 저장소의 형성을 증진시킬 수 있다는 것이 알려져 있다. 이러한 저장소는 포함 물질의 표면과 관련되고, 이에 대해 위치되어 있다. 일반적으로, 가장 바람직한 골재 및 물질은 압축 강도의 관련된 손실과 마찬가지로, 수화 동안, 저장소 형성이 최소화되게 하는 이의 표면적에 비해 콘크리트와 밀접하게 결합하게 하는 품질이다. 그러나, 이러한 고품질의 포함 물질은 일반적으로 비경제적이다. 놀랍게도, 골재의 존재 하에서도, 비정질 실리카 입자의 포함은 보이드 저장소 및 모세관의 형성을 감소시키거나 방지할 수 있다. 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 이러한 결함, 특히 보이드 저장소의 감소, 및 압축 강도의 관련된 증가는 높은 표면적 비정질 실리카 입자가 차선의 물질 품질과는 무관하게, 포함 물질과 직접 결합에 참여함을 나타내는 경향이 있다. 이러한 결합은 물을 배제하고 포함 물질에 대한 콘크리트의 부착을 강화시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 이점은 이의 제조된 콘크리트 포뮬레이션이 소위 "초가소제"를 사용하지 않고 타설 가능하고/하거나 작업 가능할 수 있다는 것이다. 이러한 초가소제의 비제한적인 예는 리그닌설포네이트, 설폰화된 나프탈렌 폼알데하이드 중축합물, 설폰화된 멜라민 폼알데하이드 중축합물, 폴리카복실레이트 에터 및 다른 초가소제 성분을 포함하며, 여기서, 이러한 것은 유화물, 분산액, 분말 또는 다른 화학 형태이다. 일 실시형태에서, 본 발명의 콘크리트 포뮬레이션은 초가소제를 포함하지 않고 타설 가능하고, 초가소제-부재이거나 본질적으로 초가소제-부재이다. "본질적으로 초가소제-부재"는 초가소제 함량이 시멘트의 중량을 기준으로 약 0.1% 미만의 미량임을 의미한다.

하기에는 본 발명과 함께 사용될 수 있는 혼화제의 비제한적인 목록이 있다. 대안적으로, 본 발명의 콘크리트 혼합물에는 하기 첨가제 또는 다른 첨가제 중 어느 하나 또는 모두가 존재하지 않을 수 있다. 하기 목록은 ASTM C 494 카테고리에 따라 정렬된다. ASTM C-494에 의해 인증되고 인증되지 않은 혼화제가 포함된다.

혼화제는 분말 또는 액체로서 첨가될 수 있다.

일반 감수제 및 지연제(타입 A, B, D)

공칭 투여 범위: 0.5 내지 6 온스/C

초가소제: 일반 설정 및 지연(타입 F, G)

공칭 투여 범위: 2 내지 40 온스/C

가속 혼화제: 감수 또는 비-감수(타입 C, E)

공칭 투여 범위: 2 내지 45 온스/C

ASTM C 494에서 규정된 바와 같은 타입 S 혼화제:

중간 범위 감수제 및 지연제

공칭 투여 범위: 2 내지 45 온스/C

부식 억제제

공칭 투여 범위: 0.25 내지 5 GAL/YD

MVRA(수분 증기-감소 혼화제)

공칭 투여 범위: 5 내지 24 온스/C

SRA(수축-감소 혼화제)

공칭 투여 범위: 0.25 내지 5 GAL/YD

수화 안정화제

공칭 투여 범위: 0.5 내지 24 온스/C

점도 조절제

공칭 투여 범위: 0.25 내지 8 온스/C

공기-연행 혼화제;

공칭 투여 범위: 공기를 비말 혼입하기 위해 필요한 온스: 0.1 내지 36 온스/C

착색제: 액체 및 고체

공칭 투여 범위: 0.1 내지 20 LB/YD

실시예 1

혼화제를 함유한 내부 슬래브의 제조

ASTM-C944로 측정한 내마멸성

타설 크기: 400 Sq ft

기상 조건: 52 내지 78도; 습도 약 60%; 화창함(Sunny).

대략 오전 7시에 타설을 시작하였으며, 오후 1시에 마감처리를 완료하였다.

일반 관행(ACI 302)을 이용하여 콘크리트를 배치시켰다. 믹스 디자인을 정규화하였다(즉, 단계 1에 기술된 바와 같이, 표준 6 자루의 믹스를 사용하였다). 사용된 비정질 실리카를 E5 내부 양생제로서 혼입하였다. 사용된 혼화제를 E5 피니시로서 혼입하였다. 슬래브를 하기 단계 1 내지 8에 명시된 바와 같이 제조하였다.

1 - 입방 야드(cubic yard)(총 9 입방 야드)당 31 갤론의 물(SSD-표면건조 포화상태)에 6 자루(564 파운드) 시멘트의 전통적인 클래스 A 콘크리트 디자인을 이용하여 비-기포성 콘크리트를 갖는 4-인치 두께의 내부 콘크리트 슬래브에 비-기포성 콘크리트를 배치시켰다. 입방 야드당 대략 12 갤론의 물을 레디-믹스에 첨가하고, 이후에, 건조 시멘트 믹스(야드당 564 파운드)뿐만 아니라 골재 및 모래(야드당 1250 파운드의 모래 및 1750 파운드의 석재(stone))를 첨가하였다. 물 및 건조 성분들을 1 내지 2분 동안 혼합하고, 이후에 야드당 대략 19 갤론의 추가 물을 레디-믹스에 첨가하였다. 혼합물을 5 내지 10분의 추가 시간 동안 (콘크리트의 혼합을 위해 12 내지 15 RPM의 고속을 갖는 콘크리트 드럼에서) 혼합하였다. 운전자가 콘크리트를 작업장으로 운반할 준비가 되었을 때, 이후에, 운전자는 콘크리트 배럴을 3 내지 5 RPM으로 늦추었다.

2 - 9 야드에 로딩되고 배칭된 후에 총 203 온스의 E5 내부 양생제(4 온스/100 파운드의 시멘트)를 첨가하였다. 재차, 입방 야드당 입방 야드당 564 파운드의 시멘트 및 31 갤론의 물이 존재하였다.

3 - 팀은 레디-믹스 운전자가 5분 동안 12 내지 15 rpm의 속도로 배치를 혼합하도록 하였다.

4 - 이후에 E5 피니시를 레디믹스 트럭에 첨가하고(시멘트 100 중량당 3 온스), 대략 12 내지 15분 동안 혼합하였다. 혼합을 트럭에서 2분 동안 공회전 드럼 속도(3 내지 5 RPM)로 개시하였다. 이후에, 드럼 속도를 남은 시간 동안 12 내지 15 RPM까지 상승시켰다.

5 - 슬래브를 배치하고(타설하고), 3시간 대기 시간 후에, 마감처리 공정을 개시하였다.

6 - 콘크리트 워크 비하인드 흙손 기계를 이용하여 패닝(플로팅) 공정을 수행하였다. 플로팅 공정의 팬 속도는 분당 80 내지 130회 회전수였다. 이러한 공정을 1시간 30분 동안 수행하였으며, 그러한 시간에, 슬래브의 표면 텍스처는 다음 승용형 파워 흙손에 대해 준비되었음을 나타내었다.

7 - 워크 비하인드 흙손 파워 흙손에 콤비네이션 블레이드를 장착하고, 조합 공정을 개시하였다. 슬래의 시작 부분에서 약 2회 통과 후에, 표면은 가소성-유사 외관을 나타내었다. 블레이드 속도는 분당 대략 100 내지 165회 회전수였다. 표면이 타설 후 국소적으로 E5 피니시가 적용된 상황보다 마감처리하기가 훨씬 더 용이하였으며, 그 자체가 본 출원과 동일한 발명자들에 의한 또 다른 발견이라는 것이 잘 알려져 있다. 표면은 콤비네이션 블레이드에 대한 크게 감소된 마찰을 나타내었다. 콘크리트 타설 및 마감처리에서 경험이 많은 마감처리자는, "본인은 기계에 거의 저항 없이, 볼 베어링 표면으로 마감처리하는 것처럼 느껴졌다"라고 언급하면서, 마찰이 적다는 것을 지적하였다. 당해 분야에 공지되고 당업자에 의해 확인될 수 있는 바와 같이, 당업자에게 확인될 수 있는 광택 없는 헤이즈(dull haze)는 표면이 마감처리 단계를 할 준비가 되었음을 나타낸 것이다.

8 - 워크 비하인드 흙손 기계에 마감 블레이드를 장착하였으며, 표면을 약 165 rpm의 속도로 마감처리하였다. 마감처리자는 "표면이 유리처럼 보이기 시작하였으며, 더 많이 할수록 피니시가 더욱 선명해졌다"고 지적하였다. 마감처리된 표면은 선명도에서 다소 유리와 같지만, 유리 정도로 투명하지 않은 코팅을 갖는 것으로 보였으며, 슬래브는 통상적인 콘크리트보다 매트릭스 전반에 걸쳐 더욱 치밀하고 더욱 강화되는 것으로 보였다. 내마멸성을 ASTM-C944에 따라 측정하였으며, 0.6 그램의 손실을 관찰하였다. 경험으로부터, 버니싱 단계가 대기 없이 수행될 수 있으며, 표면 코트의 선명도가 버니싱으로 크게 개선될 수 있을 것으로 예상되었다.

실시예 2

혼화제를 갖는 풋팅의 제조

풋팅은 건설 산업에서 타설 콘크리트의 일반적인 용도이다. 타설 콘크리트는 일반적으로 양생하는 동안 토양 접촉으로 인해 일정한 수분에 노출된다. 이러한 일정한 접촉은 또한, 양생된 콘크리트의 경우에 수분의 공급원을 제공할 수 있다. 이러한 조건 하에서 타설된 콘크리트의 특징을 관찰하기 위해 풋팅을 타설하였다. 풋팅에서 얻어진 콘크리트의 밀도(즉, 모세관 및 보이드의 부족)를 관찰하고 콘크리트 강도가 영향을 받는 지를 결정하기 위한 것이다.

타설 크기: 50 ft 길이 × 2 ft 폭 × 30 인치 두께

조건: 60도

오전 11시에 타설을 개시하고, 오후 1시에 완료하였다.

입방 야드당(총 7.5 입방 야드) 31 갤론의 물(SSD-표면건조 포화상태)에 대한 5 자루(475 파운드) 시멘트를 사용하였다. 입방 야드당 대략 12 갤론의 물을 레디-믹스에 첨가하고, 이후에, 건조 시멘트 믹스(야드당 564 파운드)뿐만 아니라 콘크리트 야드당 1250 파운드의 모래 및 1750 파운드의 석재를 갖는 굵은 골재(석재) 및 미세 골재(모래)를 사용하였다. 물 및 건조 성분들을 1 내지 2분 동안 혼합하고, 이후에 야드당 대략 19 갤런의 추가 물을 레디-믹스에 첨가하였다. 상기 기술된 모든 것을 3 내지 5 RPM의 드럼 속도에서 수행하였다. 이후에, E5 내부 양생제를 시멘트 100 중량당 3 온스로 레디믹스 트럭에 첨가하였다. 이후에, 혼합물을 5 내지 10분의 추가 시간 동안 12 내지 15 RPM의 고속으로 혼합하였다. 이후에, 운전자는 콘크리트 배럴을 3 내지 5 RPM으로 늦추고, 시험 타설 장소까지 5 내지 10분 동안 운전하였다. 이후에, E5 피니시를 시멘트 100 중량당 3 온스의 비율로 레디-믹스 트럭에 첨가하였다. 드럼 속도를 약 5 내지 10분 동안 약 12 내지 15 RPM까지 증가시키고, 혼합물을 타설하였다.

타설 후 약 35 내지 45분에, 가소성-유사 표면을 관찰하였다. 블리드 채널(bleed channel)은 분명하지 않았다. 24시간 후에, 풋팅은 응력 균열이 관찰되지 않았기 때문에, 수축의 증거를 나타내지 않았다. 수축의 결여는 임의의 채널의 폐쇄 또는 막힘으로 인한 것으로 생각된다. 이에 따라, 표면은 매우 밀도가 높은 것으로 관찰되었으며, 이는 실린더 압축 파손에 의해 확인되었다. 이러한 결과는 콘크리트가 내부 및 외부 둘 모두에서 사용될 수 있음을 나타내는 경향이 있다.

ASTM C39/C1231 실린더 압축 파손 결과는 압축 강도가 28일에 30,000 psi를 충족시키거나 이를 초과하였으며, 그 중 25% 이상은 7일에 얻은 것임을 나타내었다.

실시예 3

혼화제 없이 슬래브의 제조

ASTM-C944로 측정된 내마멸성

위치: Shelby Materials 레디-믹스 플랜트가 있는 인디애나 셀비빌.

환경 조건: 타설 개시 시간은 오전 7시30분이었으며, 출발 온도는 대략 60℉였다. 주변 온도는 낮 동안 80년내에 최고치를 기록하였다. 상대 습도는 18% 내지 67%의 범위였다. 풍속 범위는 3 내지 18 mph이었다.

단계 및 결과:

1 - 입방 야드당(총 9 야드) 31 갤론의 물(SSD -표면건조 포화상태)에 대한 6 자루(564 파운드) 시멘트의 전통적인 클래스 A 콘크리트 디자인을 이용하여 4-인치 두께의 내부 콘크리트 슬래브를 비-기포성 콘크리트로 배치시켰다. 입방 야드당 대략 12 갤론의 물을 레디-믹스에 첨가하고, 건조 시멘트 믹스(야드당 564 파운드)뿐만 아니라 미세 골재(모래) 및 굵은 골재(1250 파운드의 모래, 및 1750 파운드의 석재(야드당 굵은 골재))를 첨가하였다. 물 및 건조 성분들을 1 내지 2분 동안 혼합하고, 이후에 야드당 대략 19 갤론의 추가 물을 레디-믹스에 첨가하였다. 혼합물을 5 내지 10분의 추가 시간 동안 12 내지 15 RPM에서 (콘크리트 드럼에서) 혼합하였다. 운전자가 콘크리트를 작업장으로 운송할 준비가 되었을 때, 운전자는 콘크리트 배럴을 3 내지 5 RPM으로 늦추었다. 타설 장소까지의 운송 시간은 약 5 내지 10분이었다.

2 - 이후에 총 380.7 온스의 E5 내부 양생제(7.5 온스/100 파운드의 시멘트)를 9 야드를 로딩하고 배치시킨 후에, 첨가하였다. 재차, 입방 야드당 564 파운드의 시멘트 및 31 갤론의 물이 존재하였다.

3 - 팀은 레디-믹스 운전자가 배치를 5분 동안 12 내지 15 rpm으로 혼합하도록 하였다.

4 - 이후에, 콘크리트를 슬래브 형태로 타설하였다.

5 - 타설 후에, 슬래브를 평탄화하였다. 이후에, 표면을 채우기 위해 불 플로트(bull float)를 사용하였다. 표면이 기계적 마감처리 공정을 시작하기에 충분히 단단하게 된 직후에, 마감처리를 완료하기 위해 적절한 방법을 사용하였다.

6 - 표면을 채우기 위한 볼 플로팅 공정 동안에, 콘크리트가 전통적인 레디-믹스 공정에 의해 제조된 것보다 채우는 데 훨씬 더 용이하다는 것이 지적되었다.

7 - 블리드 워터가 일반적으로 존재하는 마감 공정 동안에, 이러한 공정에서는 블리드 워터가 나타나지 않았다. 그러나, 표면은 촉촉하였다. 전통적인 레디-믹스 제품으로부터 제조된 콘크리트와는 달리, 놀랍게도, 물은 E5 내부 양생제가 없는 레디믹스가 훨씬 더 건조한 표면을 제공할 수 있는 조건 하에서 콘크리트 표면 내에 유지되었다.

8 - 이후에, 팀은 콘크리트 마감처리 공정을 완료하는 데 4시간이 소요되었다. 전통적인 레디믹스로부터 제조된 콘크리트와는 달리, 마감처리 공정은 콘크리트 표면에 여전히 존재하는 수분으로 인해, 하프 스로틀(half throttle)로 작동하는 기계로 수행될 수 있다. 이로 인해, E5 내부 양생제 없는 콘크리트보다 훨씬 더 용이한 마감처리 공정이 이어졌다. 전통적인 콘크리트는 기계가 100%의 스로틀로 작동하는 것을 필요로 하고, 마감처리 동안 표면 손상의 위험 증가와 관련된 더욱 노동-집약적 공정이다.

9 - 관련된 실린더를 ASTM-C944로 처리함으로써 내마멸성을 측정하였으며, 1.1 그램의 손실이 관찰되었다.

Claims (21)

1. 콘크리트 시설(concrete installation)을 제조하는 방법으로서,
   A) 성분들로부터 콘크리트 믹스(concrete mix)를 생산하는 단계로서, 상기 성분들은
   a) 소정량의 건조 시멘트 믹스로서,
   i) 제안된 비율이 약 3.5 내지 약 6.5의 범위에 속하고, b)와 조합될 때, 물/시멘트 비율이 제안된 값의 약 10% 미만에 해당하는 값보다 크고 제안된 값의 약 30% 초과에 해당하는 값보다 크지 않은, 제조업자 제안된 물/시멘트 비율 값;
   또는
   ii) 상한치 및 하한치를 가지고, 하기 b)와 조합될 때, 물/시멘트 비율이 하한치의 약 10% 미만에 해당하는 값보다 더 크고 상한치의 약 30% 초과에 해당하는 값보다 낮은, 제조업자 제안된 물/시멘트 비율 범위;
   또는
   iii) 하기 b)와 조합할 때, 물/시멘트 비율이 약 0.35 내지 0.65의 범위가 되게 하는 양을 특징으로 하는, 상기 건조 시멘트 믹스,
   b) 소정량의 물,
   c) a)에서 시멘트 100 중량당 약 0.1 내지 약 7.0 온스(oz) 범위의 양의 비정질 실리카로서, 평균 실리카 입자 크기는 1 내지 55 나노미터 범위이고/이거나 상기 실리카 입자의 표면적은 약 300 내지 약 900 ㎡/g 범위인, 비정질 실리카, 및
   d) 약 400 내지 약 700 중량% bwoc(based on weight of cement) 범위의 양의 골재(aggregate) 및/또는 모래(sand)를 각각 포함하는, 상기 콘크리트 믹스를 생산하는 단계 및
   B) b)의 물을 전부, 또는 물의 양의 적어도 약 20 중량%를 차지하는 초기 부분(initial portion) 및 테일워터 부분(tailwater portion)을 포함하는 부분들로 첨가하는 단계로서; 상기 물의 초기 부분은 a) 및 상기 d)의 성분들과 조합되어 제1 믹스를 형성하며; 비정질 실리카는 a), d) 및 b)의 초기 부분을 포함하는 믹스에 첨가되어 제2 믹스를 형성하며;
   그리고
   상기 테일워터는 1) 상기 제1 믹서에 첨가되거나, 2) 상기 제2 믹서에 첨가되거나, 3) 상기 제1 믹서에 비정질 실리카와 함께 동시 첨가되며, 비정질 실리카 및 테일워터는 선택적으로 첨가되고 선택적으로 상호 조합되며; 1) 상기 제1 믹스는 테일워터의 첨가 전 시간 t₁₁ 동안, 상기 테일워터의 첨가 후 시간 t₁₂ 동안, 및 비정질 실리카의 첨가 후 시간 t₁₃ 동안 교반되거나, 2) 상기 제2 믹스는 비정질 실리카의 첨가 전 시간 t₂₁ 동안, 비정질 실리카의 첨가 후 그러나 테일워터의 첨가 전 시간 t₂₂ 동안, 및 테일워터의 첨가 후 시간 t₂₃ 동안 교반되거나, 3) 상기 제2 믹스는 비정질 실리카 및 상기 테일워터의 동시 첨가 전 시간 t₃₁ 동안 교반되며, 이후에 콘크리트 믹스는 시간 t₃₂ 동안 교반되는, 상기 첨가하는 단계;
   또는
   C) 상기 소정량의 물을 a) 및 d)의 상기 성분들에 첨가하여 믹스를 형성하는 단계로서, 상기 믹스는 비정질 실리카의 첨가 전 시간 t_a 동안 교반되며, 이후에 콘크리트 믹스는 시간 t_b 동안 교반되며,
   B) 또는 C)의 제약을 충족시키는 경우에, 실리카-포함 혼합물은 B) 또는 C)로부터 형성되며, 상기 실리카-포함 혼합물은 약 5분 초과의 시간 동안, 적어도 7 RPM의 혼합 속도로 혼합되는, 상기 믹스를 형성하는 단계;
   D) 단계 B) 또는 단계 C) 이후에 혼화제를 첨가하여, 혼화제-포함 혼합물을 형성하고, 상기 혼화제-포함 혼합물을 약 6 RPM보다 큰 하나 이상의 속도에서 적어도 3분의 총 시간 동안 혼합하는 단계;
   E) D)의 상기 콘크리트 믹스를 타설하여 콘크리트 시설을 형성하는 단계
   를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 물의 초기 부분이 물의 양의 적어도 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 또는 99 중량%를 차지하는, 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 a)의 건조 시멘트 믹스와 상기 b)의 물을 조합할 때, 상기 물/시멘트 비율이,
   i)에서의 상기 제안된 값 이상이지만, 상기 제안된 값의 30% 초과에 해당하는 값보다 낮거나;
   ii)에서의 상기 제안된 범위의 상한치 이상이지만, 상기 상한치의 30% 초과에 해당하는 값보다 높지 않거나;
   iii)과 관련하여, 적어도 0.35이지만, 0.65보다 크지 않은, 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 비정질 실리카가 콜로이드 실리카 용액으로서 상기 제1 믹스에 혼입되며, 상기 용액이 약 50 내지 약 95 중량%의 실리카, 및 약 5 내지 약 50 중량%의 물을 포함하는, 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 실리카가 약 75 내지 약 90 중량%의 실리카 및 약 10 내지 약 25 중량%의 물을 포함하는, 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 비정질 실리카가 시멘트 100 중량당 약 2.5 내지 약 5.5 온스 범위의 양으로 첨가되는, 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 비정질 실리카가 시멘트 100 중량당 약 3.5 내지 약 4.5 온스 범위의 양으로 첨가되는, 방법.
8. 테일워터 이후에 콜로이드 실리카를 첨가하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 콘크리트가 슬래브(slab) 또는 풋팅(footing)으로 타설되는, 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 방법이 레디-믹스(Ready-mix)에서 수행되며, 상기 제1 믹스가 약 2 rpm 내지 약 18 rpm 범위의 속도에서 15초 내지 5분 범위의 시간 동안 교반된 후에, 상기 테일워터는 상기 제1 믹스에 첨가되며; 상기 테일워터 첨가 후에, 상기 믹스는 약 5 rpm 내지 약 18 rpm 범위의 속도에서 약 1분 내지 약 18분 범위의 시간 동안 교반되며, 그 후에, 상기 실리카는 콜로이드 실리카로서, 상기 레디-믹스에 첨가되며, 상기 믹스는 약 2 내지 약 18 rpm 범위의 속도에서 약 1 내지 약 15분 범위의 시간 동안 교반되는, 방법.
11. 제4항에 있어서, 상기 방법이 제1항에 기술된 바와 같으며, 상기 방법이 레디-믹스에서 수행되며; 상기 제1 믹스가 약 2 rpm 내지 약 18 rpm 범위의 속도에서 15초 내지 5분 범위의 시간 동안 교반된 후에 상기 테일워터는 상기 제1 믹스에 첨가되며; 상기 테일워터 첨가 후에, 상기 믹스는 약 5 rpm 내지 약 18 rpm 범위의 속도에서, 약 1분 내지 약 18분 범위의 시간 동안 교반되며, 그 후에, 실리카는 콜로이드 실리카로서, 상기 레디-믹스에 첨가되며, 상기 믹스는 약 2 내지 약 18 rpm 범위의 속도에서 약 1 내지 약 15분 범위의 시간 동안 교반되는, 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 혼화제-포함 혼합물이 약 7 RPM 내지 약 15 RPM 범위, 및 더욱 바람직하게는, 약 12 내지 약 15 RPM 범위의 하나 이상의 속도에서 약 5 내지 약 15분 범위의 시간 동안 혼합되는, 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 혼화제-포함 혼합물이 약 5 내지 약 10분 범위의 시간 동안 혼합되는, 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 혼화제-포함 혼합물이 약 7 RPM 내지 약 15 RPM 범위의 하나 이상의 속도에서 혼합되는, 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 혼화제-포함 혼합물이 약 12 내지 약 15 RPM 범위의 하나 이상의 속도에서 혼합되는, 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 실리카-포함 혼합물이 약 5 내지 약 15분 범위의 총 시간 동안 혼합되는, 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 실리카-포함 혼합물이 약 5 내지 약 10분 범위의 총 시간 동안 혼합되는, 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 실리카-포함 혼합물이 약 7 RPM 내지 약 15 RPM 범위의 하나 이상의 속도에서 혼합되는, 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 실리카-포함 혼합물이 약 12 내지 약 15 RPM 범위의 하나 이상의 속도에서 혼합되는, 방법.
20. 제1항에 있어서, 상기 혼화제가 E5 피니시(E5 Finish)이며, 100 파운드의 시멘트당 약 0.5 내지 약 8 온스 범위의 양으로 첨가되는, 방법.
21. 개선된 내마모성을 갖는 콘크리트를 제조하는 방법으로서,
    1) E5 내부 양생제(internal cure)를 포함하는 콘크리트를 포함하는 콘크리트 슬래브를 타설하는 단계로서, 상기 슬래브는 상부 표면을 특징으로 하는, 상기 콘크리트 슬래브를 타설하는 단계;
    2) 상기 상부 표면을 플로팅(floating)시키는 단계;
    3) Korkay의 물-희석 용액을 상기 상부 표면에 적용하는 단계;
    4) 상기 상부-표면이 흐릿하고 탁한 가소성-유사 외관의 광택도를 특징으로 하도록 상기 상부 표면에서 조합을 수행하는 단계;
    5) 선택적으로, 상부 표면의 광택도가 개선되도록 상기 상부 표면을 마감처리하는 단계
    를 포함하는, 방법.

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