特表2023-528030耐久性を高めた炭酸プレキャストコンクリート製品の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-07-03
(54)【発明の名称】耐久性を高めた炭酸プレキャストコンクリート製品の製造方法
(51)【国際特許分類】
C04B 40/02 20060101AFI20230626BHJP
C04B 28/02 20060101ALI20230626BHJP
C04B 18/14 20060101ALI20230626BHJP
B28B 11/24 20060101ALI20230626BHJP
【ＦＩ】
C04B40/02
C04B28/02
C04B18/14 F
B28B11/24
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022573394
(86)(22)【出願日】2021-04-20
(85)【翻訳文提出日】2022-12-01
(86)【国際出願番号】 CA2021050533
(87)【国際公開番号】W WO2021243441
(87)【国際公開日】2021-12-09
(31)【優先権主張番号】63/034,037
(32)【優先日】2020-06-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520431166
【氏名又は名称】カービクリート インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100221899
【弁理士】
【氏名又は名称】高倉 みゆき
(72)【発明者】
【氏名】フチェン チー
(72)【発明者】
【氏名】メールダッド マホーティアン
(72)【発明者】
【氏名】カルメン ホッジ
【テーマコード（参考）】
4G055
4G112
【Ｆターム（参考）】
4G055AA01
4G055BA01
4G055BA02
4G112RA02
(57)【要約】
炭酸プレキャストコンクリート製品の製造方法が提供され、本方法は、少なくとも１つの結合材料と、骨材と、水と、を含む混合物を得るステップと、混合物を成形中間体に成形するステップと、成形中間体を脱型して脱型中間体を得るステップであって、脱型中間体が第１の水対結合材比を有する、ステップと、脱型中間体を調整して、脱型中間体の第１の水対結合材比よりも小さい第２の水対結合材比を有する調整物品を提供するステップと、調整物品の少なくとも１つの表面を水性媒体で保湿し、それによって調整物品の重量を増加させ、保湿製品を提供するステップであって、保湿製品の第１の部分の第３の水対結合材比が、保湿製品の残りの部分の第４の水対結合材比よりも大きい、ステップと、保湿製品を二酸化炭素で養生して、炭酸プレキャストコンクリート製品を得るステップと、を含む。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭酸プレキャストコンクリート製品の製造方法であって、前記方法は、少なくとも１つの結合材料と、骨材と、水と、を含む混合物を得るステップと、
前記混合物を成形中間体に成形するステップと、
前記成形中間体を脱型して脱型中間体を得るステップであって、前記脱型中間体が第１の水対結合材比を有する、ステップと、
前記脱型中間体を調整して、前記脱型中間体の前記第１の水対結合材比よりも小さい第２の水対結合材比を有する調整物品を提供するステップと、
前記調整物品の少なくとも１つの表面を水性媒体で保湿し、それによって前記調整物品の重量を増加させ、保湿製品を提供するステップであって、前記保湿製品の第１の部分の第３の水対結合材比が、前記保湿製品の残りの部分の第４の水対結合材比よりも大きい、ステップと、
前記保湿製品を二酸化炭素で養生して、前記炭酸プレキャストコンクリート製品を得るステップと、を含む、方法。
【請求項2】
前記少なくとも１つの表面を保湿するステップは、前記少なくとも１つの表面の一部又は全体を水含有液体に浸漬するステップ、
前記少なくとも１つの表面に前記水性媒体を噴霧するステップ、又は
前記少なくとも１つの表面にローラー装置で前記水性媒体を塗布するステップ、から選択される塗布方法を用いて前記水性媒体を塗布するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記調整物品の前記少なくとも１つの表面を保湿するステップは、前記調整物品の重量が少なくとも１０ｇ／ｍ２増加するまで、前記少なくとも１つの表面を保湿するステップを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記水性媒体を塗布するステップは、前記少なくとも１つの表面上に水、水性溶液及び／又は水性スラリーを塗布するステップを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
前記水性媒体を塗布するステップは、１５～２５℃の前記水性媒体を塗布するステップを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記脱型中間体を調整するステップは、前記脱型中間体の当初含水率の２０重量％～７０重量％が除去されるまで、前記脱型中間体を調整するステップを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記混合物を得るステップは、乾燥部と液体部とを得るステップであって、前記乾燥部が少なくとも１つの骨材材料と少なくとも１つの結合材料とを有し、前記液体部が水を有する、ステップと、
前記乾燥部と前記液体部とを混合して、前記混合物を得るステップと、を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
添加剤を前記乾燥部と前記液体部に混合するステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
マイクロファイバーと前記乾燥部とを混合するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記混合物を得るステップは、前記少なくとも１つの結合材料を有する前記混合物を得るステップであって、前記少なくとも１つの結合材料が非セメント質である、ステップを含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項11】
前記混合物を得るステップは、鉄鋼スラグとセメントとを含む前記少なくとも１つの結合材を有する前記混合物を得るステップであって、鉄鋼スラグとセメントの重量比が１：２０～２０：１である、ステップを含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
前記混合物を得るステップは、前記骨材を有する前記混合物を得るステップであって、前記混合物の総重量に対する前記骨材の重量比が０．３～０．８である、ステップを含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項13】
前記混合物を得るステップは、前記混合物の総重量に対する添加剤の重量比が０．００５～０．０１０である前記混合物を得るステップを含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項14】
前記混合物を得るステップが、混和剤を含む前記混合物を得るステップを含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項15】
前記混和剤が撥水性混和剤である、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記混和剤が、可塑剤、超可塑剤又はポリカルボン系減水剤である、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項17】
前記混合物を成形するステップが、前記混合物を形成中間体に形成するステップを含む、請求項１～１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項18】
前記混合物を成形するステップが、前記形成中間体を圧密して成形中間体を提供するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
炭酸プレキャストコンクリート製品の製造方法であって、前記方法は、少なくとも１つの結合材料と、骨材と、水と、を含む基材混合物、及び少なくとも１つの第２の結合材料と、第２の骨材と、水と、を含む外層混合物を得るステップと、
前記基材混合物と前記外層混合物を、外層と基材とを有する多層成形中間体に成形するステップと、
前記多層成形中間体を脱型して脱型多層中間体を得るステップであって、前記脱型多層中間体が、前記基材に対する第１の水対結合材比と、前記外層に対する第２の水対結合材比と、を有する、ステップと、
前記脱型多層中間体を調整して、前記第１の水対結合材比と前記第２の水対結合材比とを有する、前記脱型多層中間体よりも水の量が減少した調整多層物品を提供するステップと、
前記調整多層物品の前記外層の少なくとも１つの表面を水性媒体で保湿して、前記外層の重量を増加させて保湿多層製品を提供するステップであって、前記保湿多層製品の前記外層の第３の水対結合材比が前記第２の水対結合材比よりも大きい、ステップと、
前記保湿多層製品を二酸化炭素で養生して、前記炭酸プレキャストコンクリート製品を得るステップと、を含む、方法。
【請求項20】
前記外層の前記少なくとも１つの表面を保湿するステップは、前記少なくとも１つの表面の一部又は全体を水含有液体に浸漬するステップ、
前記少なくとも１つの表面に前記水性媒体を噴霧するステップ、又は
ローラー装置で前記少なくとも１つの表面に前記水性媒体を塗布するステップ、から選択される塗布方法を用いて前記水性媒体を塗布するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項21】
炭酸プレキャストコンクリート製品の製造方法であって、前記方法は、少なくとも１つの結合材料と、骨材と、水と、を含む成形混合物から脱型中間体を得るステップであって、前記脱型中間体が第１の水対結合材比を有する、ステップと、
前記脱型中間体を調整して、前記脱型中間体の第１の水対結合材比よりも小さい第２の水対結合材比を有する調整物品を提供するステップと、
前記調整物品の少なくとも１つの表面を水性媒体で保湿して、前記調整物品の重量を増加させて保湿製品を提供するステップであって、前記保湿製品の第１の部分の第３の水対結合材比が、前記保湿製品の残りの部分の第４の水対結合材比よりも大きい、ステップと、
前記保湿製品を二酸化炭素で養生して、前記炭酸プレキャストコンクリート製品を得るステップと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【0001】
本出願は、米国特許出願（出願番号第６３／０３４,０３７号、出願日２０２０年６月３日）の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【0002】
本開示は、一般に、コンクリートパイプ、交通障壁、壁、ボックス、カルバート、タイル、舗装材、中空コアスラブ、パティオスラブ、ステップ、縁石、擁壁、コンクリート組積ユニットなどのプレキャストコンクリート製品に関するが、これらに限定されない。より詳細には、本開示は、炭酸プレキャストコンクリート製品及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0003】
建設業界では、プレキャストコンクリートが広く採用されるようになってきている。プレキャストコンクリートは、条件を管理した工場で再利用可能な金型又は型枠に鋳造される建設製品である。プレキャストコンクリートは、工場内の管理された養生環境で硬化する。養生後、建築現場へ運ばれる。
【0004】
プレキャストコンクリートには、幅広い構造的及び建築的用途がある。一般的な例としては、舗装材、基礎、スラブ、梁、床、柱、壁、擁壁、マンホール、下水管、ブロック、モジュールボックス、船橋甲板などが挙げられる。
【0005】
従来、プレキャストコンクリート製品の製造には、結合材としてポルトランドセメントが使用されてきた。しかし、ポルトランドセメントを製造すると環境に望ましくない影響を与えることが知られている。１トンのポルトランドセメントを生産するごとに、約１トンのＣＯ２が排出される。ポルトランドセメントの入手には採石が必要であり、大気汚染物質を排出し、大規模な窯の使用を伴うため、相当量のエネルギーを必要とする。
【0006】
セメント系のプレキャスト製品は、十分な強度を得るためにセメントの水和に依存している。従来のセメント系プレキャストコンクリート製品では、早期強度発現を促進するための標準的な養生方法として、熱及び蒸気養生技術が広く採用されてきた。
【0007】
プレキャストコンクリートをＣＯ２が豊富な環境で養生すると、プレキャストコンクリートの環境への負荷を軽減し得る。これは、炭酸プレキャストコンクリートとして知られている。このような炭酸プレキャストコンクリートには一定の環境上の利点がある一方で、凍結融解サイクル及び摩耗によりよく耐える能力などの、炭酸プレキャストコンクリートの他の物理的特性を改善する必要性が残っている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0008】
一態様では、炭酸プレキャストコンクリート製品の製造方法が提供され、本方法は、少なくとも１つの結合材料と、骨材と、水と、を含む混合物を得るステップと、混合物を成形中間体に成形するステップと、成形中間体を脱型して脱型中間体を得るステップであって、脱型中間体が第１の水対結合材比を有する、ステップと、脱型中間体を調整して、脱型中間体の第１の水対結合材比よりも小さい第２の水対結合材比を有する調整物品を提供する、ステップと、調整物品の少なくとも１つの表面を水性媒体で保湿し、それによって調整物品の重量を増加させ、保湿製品を提供するステップであって、保湿製品の第１の部分の第３の水対結合材比が、保湿製品の残りの部分の第４の水対結合材比よりも大きい、ステップと、保湿製品を二酸化炭素で養生して、炭酸プレキャストコンクリート製品を得るステップと、を含む。
【0009】
別の態様では、炭酸プレキャストコンクリート製品の製造方法が提供され、本方法は、少なくとも１つの結合材料と、骨材と、水と、を含む基材混合物、及び少なくとも１つの第２の結合材料と、第２の骨材と、水と、を含む外層混合物を得るステップと、基材混合物と外層混合物を、外層と基材とを有する多層成形中間体に成形するステップと、多層成形中間体を脱型して脱型多層中間体を得るステップであって、脱型多層中間体が、基材に対する第１の水対結合材比と、外層に対する第２の水対結合材比と、を有するステップと、脱型多層中間体を調整して、第１の水対結合材比と第２の水対結合材比とを有する、脱型多層中間体よりも水の量が減少した調整多層物品を提供するステップと、調整多層物品の外層の少なくとも１つの表面を水性媒体で保湿して、外層の重量を増加させて保湿多層製品を提供するステップであって、保湿多層製品の外層の第３の水対結合材比が第２の水対結合材比よりも大きい、ステップと、保湿多層製品を二酸化炭素で養生して炭酸プレキャストコンクリート製品を得るステップと、を含む。
【0010】
さらに別の態様では、炭酸プレキャストコンクリート製品の製造方法が提供され、本方法は、少なくとも１つの結合材料と、骨材と、水と、を含む成形混合物から脱型中間体を得るステップであって、脱型中間体が第１の水対結合材比を有する、ステップと、脱型中間体を調整して、脱型中間体の第１の水対結合材比よりも小さい第２の水対結合材比を有する調整物品を提供するステップと、調整物品の少なくとも１つの表面を水性媒体で保湿して、調整物品の重量を増加させて保湿製品を提供するステップであって、保湿製品の第１の部分の第３の水対結合材比が、保湿製品の残りの部分の第４の水対結合材比よりも大きい、ステップと、保湿製品を二酸化炭素で養生して、炭酸プレキャストコンクリート製品を得るステップと、を含む。
【0011】
本明細書及び上記に記載の方法は、以下の追加の構成及び／又はステップのうちの１つ以上を、全体的又は部分的に、及び任意の組み合わせでさらに含んでもよい。
【0012】
特定の実施形態では、少なくとも１つの表面を保湿するステップは、少なくとも１つの表面の一部又は全体を水含有液体に浸漬するステップ、少なくとも１つの表面に水性媒体を噴霧するステップ、又は少なくとも１つの表面にローラー装置で水性媒体を塗布するステップ、から選択される塗布方法を用いて水性媒体を塗布するステップを含む。
【0013】
特定の実施形態では、調整物品の少なくとも１つの表面を保湿するステップは、調整物品の重量が少なくとも１０ｇ／ｍ２増加するまで、少なくとも１つの表面を保湿するステップを含む。
【0014】
特定の実施形態では、水性媒体を塗布するステップは、少なくとも１つの表面上に水、水性溶液及び／又は水性スラリーを塗布するステップを含む。
【0015】
特定の実施形態では、水性媒体を塗布するステップは、１５～２５℃の水性媒体を塗布するステップを含む。
【0016】
特定の実施形態では、脱型中間体を調整するステップは、脱型中間体の当初含水率の２０重量％～７０重量％が除去されるまで、脱型中間体を調整するステップを含む。
【0017】
特定の実施形態では、混合物を得るステップは、乾燥部と液体部とを得るステップであって、乾燥部が少なくとも１つの骨材材料と少なくとも１つの結合材料とを有し、液体部が水を有する、ステップと、乾燥部と液体部とを混合して、混合物を得るステップと、を含む。
【0018】
特定の実施形態では、本方法は、添加剤を乾燥部と液体部に混合するステップを含む。
【0019】
特定の実施形態では、本方法は、マイクロファイバーと乾燥部とを混合するステップを含む。
【0020】
特定の実施形態では、混合物を得るステップは、少なくとも１つの結合材料を有する混合物を得るステップであって、少なくとも１つの結合材料が非セメント質である、ステップを含む。
【0021】
特定の実施形態では、混合物を得るステップは、鉄鋼スラグとセメントとを含む少なくとも１つの結合材を有する混合物を得るステップであって、鉄鋼スラグとセメントの重量比が１：２０～２０：１である、ステップを含む。
【0022】
特定の実施形態では、混合物を得るステップは、骨材を有する混合物を得るステップであって、混合物の総重量に対する骨材の重量比が０．３～０．８である、ステップを含む。
【0023】
特定の実施形態では、混合物を得るステップは、混合物の総重量に対する添加剤の重量比が０．００５～０．０１０である混合物を得るステップを含む。
【0024】
特定の実施形態では、混合物を得るステップは、混和剤を含む混合物を得るステップを含む。
【0025】
特定の実施形態では、混和剤は撥水性混和剤である。
【0026】
特定の実施形態では、混和剤は、可塑剤、超可塑剤又はポリカルボン系減水剤である。
【0027】
特定の実施形態では、混合物を成形するステップは、混合物を形成中間体に形成するステップを含む。
【0028】
特定の実施形態では、混合物を成形するステップは、形成中間体を圧密して成形中間体を提供するステップを含む。
【0029】
本改良に関する多くのさらなる構成及びその組み合わせは、本開示の読解後に当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】炭酸プレキャストコンクリート製品の製造工程を示すフローチャートである。
【図2】厚さが異なる２つの層を有するプレキャストコンクリート製品の概略図である。
【図4】厚さ方向に３つの層を有するプレキャストコンクリート製品の概略図である。
【図5】本開示の工程を用いた異なる作製段階におけるプレキャストコンクリート製品の平均含水率を示すグラフである。
【図6】試料Ａの混合設計で調製されたプレキャストコンクリート試料の含水率の変化を、調整後（実線）と表面保湿後（破線）の厚さで測定したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0031】
炭酸プレキャストコンクリート製品を調製するための本工程は、必要なセメントがより少なく、場合によってはセメントを必要としなくてもよく、コンクリートが製品内にＣＯ２を貯蔵することを可能にし得る。本開示の炭酸プレキャストコンクリート製品は、有利には、凍結融解サイクルと摩耗に対する耐性などの、物理的攻撃耐性を改善し得る。また、炭酸化養生は、セメントの代替物として産業廃棄物を導入する可能性をもたらす。このような廃棄物としては、例えば鉄鋼スラグが挙げられる。本開示の工程は、コンクリートのＣＯ２フットプリントを削減できるだけでなく、鉄鋼スラグ及びボトムアッシュなどの現在あまり利用されていない低コストの産業廃棄物を使用することにより、プレキャストコンクリート製品をより手頃な方法で製造し得る。鉄鋼スラグは、鉄鋼の副産物であり、鉄鋼炉の不純物から溶鋼を分離する際に生成される。鉄鋼スラグは、溶融液体溶融物として生じ、ケイ酸塩と酸化物を含む溶液であり、冷却時に凝固する。ボトムアッシュは、石炭燃焼により生じる粗粒状の不燃性副産物であり、炉底から回収される。
【0032】
本明細書に記載の方法を用いて製造され得るプレキャストコンクリート製品の例としては、コンクリートパイプ、交通障壁、擁壁を含む壁、モジュールボックスを含むボックス、カルバート、タイル、舗装材、基礎、中空コアスラブを含むスラブ、パティオスラブ、ステップ、縁石、コンクリート組積ユニット、梁、床、柱、マンホール、下水管、枕木及び他のプレキャストコンクリート製品が挙げられるが、これらに限定されない。
【0033】
炭酸プレキャストコンクリート製品の製造は、主に、炭酸化養生工程中に二酸化炭素を適用する点において、また適格な結合材源（例えばセメント）の選択が幅広い点において、従来のセメント系プレキャストコンクリートの製造とは異なる。炭酸プレキャストコンクリートは、混合物中の十分な量の水を用いて、導入された二酸化炭素ガスと、結合材中のカルシウム及び／又はマグネシウムの酸化物及び／又は水酸化物との間の反応によって、主にその強度を獲得する。高濃度又は低濃度のＣＯ２に曝されるとき、このような鉱物を含有するプレキャストは、しばしば急速に硬化する。
【0034】
［凍結融解と摩耗耐久性］
ある種の既存のコンクリート構造物の耐久性の欠如は、場合によっては深刻かつ有害な損傷を引き起こし、製品を意図した用途に適さなくすることがある。本開示は、耐久性が改善された、より具体的には、凍結融解耐久性と摩耗耐久性が改善されたコンクリート製品を製造し得る工程に関する。場合によっては、開示された工程は、他の機械的／物理的特性を改善し得る。
ある種の既存のコンクリート構造物の耐久性の欠如は、場合によっては深刻かつ有害な損傷を引き起こし、製品を意図した用途に適さなくすることがある。本開示は、耐久性が改善された、より具体的には、凍結融解耐久性と摩耗耐久性が改善されたコンクリート製品を製造し得る工程に関する。場合によっては、開示された工程は、他の機械的／物理的特性を改善し得る。
【0035】
凍結融解サイクルを繰り返すことで蓄積される内部引張応力によって、凍結融解損傷が誘発される。水の膨張と、非凍結水粒子の膨張力による水圧は、凍結融解サイクルが引き起こす損傷の一因となる。凍結融解工程に除氷塩が存在するとき、プレキャストコンクリートに生じる損傷が悪化する可能性がある。
【0036】
表面磨耗（ｗｅａｒ）とは、繰り返し摩擦サイクルによってコンクリートの表面から漸進的に質量が減少することである。摩耗とは、主な表面磨耗メカニズムの１つであり、コンクリートの表面に沿って移動する他の固体物体の摩擦を指す。摩耗の原因は、プレキャストコンクリートの用途に依存する。
【0037】
プレキャストコンクリート製品の耐久性は、一連の標準試験によって測定される。試験と要件は、製品の種類と用途によって異なる。一例として、プレキャストコンクリート舗装材と擁壁に関する標準試験の概要を以下に示す。本開示は、複数の規格（例えばＡＳＴＭ規格）を参照する。これらの規格は、本特許出願の出願日に利用可能であったバージョンに対応することが理解されよう。
【0038】
プレキャストコンクリートの摩耗耐性を評価する方法はいくつかある。コンクリート舗装材の摩耗耐性を評価するためにＡＳＴＭ Ｃ９３６で規定されているサンドブラスト試験法（ＡＳＴＭ Ｃ４１８）に加えて、回転カッター法（ＡＳＴＭ Ｃ９４４）を適用してプレキャストコンクリート製品の摩耗耐性を測定することもできる。回転カッター法では、試験装置はドリルプレスと回転カッターからなる。コンクリート試料を回転カッターの下に置き、カッターを回すスピンドルに９８Ｎの一定の垂直荷重をかける。試料を２００ｒｐｍの速度で２分間研磨磨耗させ、質量減少率を計算する（ＡＳＴＭ、２０１９ａ）。
【0039】
プレキャストコンクリート舗装材の凍結融解耐久性は、ＡＳＴＭ Ｃ９３６で要求されているＣＳＡ Ａ２３１．２又はＡＳＴＭ Ｃ１６４５に準拠して試験される。試験中、プレキャストコンクリート試料は、３％塩化ナトリウム溶液に完全に浸漬される。１６時間の凍結と８時間の融解の、２４時間のサイクルで凍結と融解を繰り返す。凍結融解試験を２８サイクルした後、プレキャストコンクリートの質量は全表面積の２２５ｇ／ｍ２を超えて減少してはならず、又は、凍結融解試験を４９サイクルした後、プレキャストコンクリートの質量は全表面積の５００ｇ／ｍ２を超えて減少してはならない（ＡＳＴＭ、２０１９ｂ、ＡＳＴＭ、２０１８ａ、ＣＳＡ、２００５）。
【0040】
プレキャストコンクリート擁壁の凍結融解耐久性は、ＡＳＴＭ Ｃ１２６２に準拠して試験される。試験中、擁壁試料を深さ１３±２ｍｍの水中に下向きに置く（ＡＳＴＭ、２０１８ｂ）。５つの試料のセットの重量は、凍結と融解を１００サイクルした後に当初重量の１％を超えて減少してはならず、又は、５つの試料のうち４つの重量は、１５０サイクルした後に当初重量の１．５％を超えて減少してはならない（ＡＳＴＭ、２０１７）。凍結と融解の１サイクルは、完全な凍結サイクルに続いて完全な融解サイクルを行うことで定義される。擁壁試料の一部を３％塩化ナトリウム溶液に浸漬することもできる。この場合、質量の減少が１％未満という要件は、一般に凍結融解試験が４０サイクルまで削減される。
【0041】
炭酸コンクリートは凍結融解耐性が低いため、舗装材及び擁壁などの用途に適さない場合がある。さらに、炭酸プレキャストコンクリートは摩耗条件下で性能が低下することがあり、舗装材の用途には不適切な場合がある。
【0042】
従来の方法では、炭酸化養生の前にプレキャストコンクリートの表面の水分が不足することが多い。この表面の水分の不足は、炭酸プレキャストコンクリートの圧縮強度にはそれほど影響を与えないが、炭酸コンクリート製品の曲げ強度、表面硬度及び表面耐久性（摩耗耐性と凍結融解耐性の少なくとも一方を含む）などの他の特定の特性が損なわれると考えられている。その結果、炭酸プレキャストコンクリート製品は、使用が想定されている用途のための特定の耐久性要件を満たしていないことが多い。
【0043】
本明細書に開示される工程は、凍結融解及び摩耗耐性によって測定される、炭酸プレキャストコンクリート製品の少なくとも特定の耐久特性を改善し得ることがわかった。また、このようにして作られた炭酸プレキャストコンクリート製品は、時間と凍結融解サイクルを経ても強度を維持し得ることが観察された。
【0044】
本開示は、炭酸プレキャストコンクリート製品の製造工程に関するものである。炭酸プレキャストコンクリートを作るための主な構成要素は、結合材と、骨材と、水と、を含む。原材料の種類及び炭酸プレキャストコンクリートの仕様によっては、他の添加剤が含まれてもよい。
【0045】
［結合材］
炭酸プレキャストコンクリートにおけるセメント質及び／又は非セメント質結合材としては、普通ポルトランドセメント、他の種類のセメント、非水硬性セメント、水硬性セメント、粉砕造粒高炉スラグ（ＧＧＢＦＳ）、鉄鋼スラグ、飛散灰、ボトムアッシュ、ステンレス鋼スラグ、並びにＣａＯ及び／又はＭｇＯ及び／又はケイ酸カルシウム含有量が豊富な他の材料などの炭酸化可能な材料のいずれか、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。２種以上の結合材の任意の適切な組み合わせを使用してもよい。場合によっては、単一の結合材を使用してもよい。いくつかの実施形態では、結合材はセメント質結合材であり、普通ポルトランドセメント、他の種類のセメント、非水硬性セメント、水硬性セメント及びそれらの組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、結合材は非セメント質結合材であり、鉄鋼スラグ、飛散灰、ボトムアッシュ、ステンレス鋼スラグ、並びにＣａＯ及び／又はＭｇＯ、ケイ酸カルシウム含有量が豊富な他の材料、並びにそれらの組み合わせを含んでもよい。１つの特定の例では、結合材は非セメント質結合材であり、５重量％未満、４重量％未満、３重量％未満、２重量％未満又は１重量％未満のセメントを含む。
炭酸プレキャストコンクリートにおけるセメント質及び／又は非セメント質結合材としては、普通ポルトランドセメント、他の種類のセメント、非水硬性セメント、水硬性セメント、粉砕造粒高炉スラグ（ＧＧＢＦＳ）、鉄鋼スラグ、飛散灰、ボトムアッシュ、ステンレス鋼スラグ、並びにＣａＯ及び／又はＭｇＯ及び／又はケイ酸カルシウム含有量が豊富な他の材料などの炭酸化可能な材料のいずれか、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。２種以上の結合材の任意の適切な組み合わせを使用してもよい。場合によっては、単一の結合材を使用してもよい。いくつかの実施形態では、結合材はセメント質結合材であり、普通ポルトランドセメント、他の種類のセメント、非水硬性セメント、水硬性セメント及びそれらの組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、結合材は非セメント質結合材であり、鉄鋼スラグ、飛散灰、ボトムアッシュ、ステンレス鋼スラグ、並びにＣａＯ及び／又はＭｇＯ、ケイ酸カルシウム含有量が豊富な他の材料、並びにそれらの組み合わせを含んでもよい。１つの特定の例では、結合材は非セメント質結合材であり、５重量％未満、４重量％未満、３重量％未満、２重量％未満又は１重量％未満のセメントを含む。
【0046】
例えば、本明細書では、結合材の唯一の構成要素として、又は必要に応じて結合材の主要構成要素としてセメントの配分と共に鉄鋼スラグを使用して、二酸化炭素を硬化剤として使用する炭酸プレキャストコンクリート製品を製造することができる。言い換えれば、セメントの全部又は大部分が鉄鋼スラグに置き換わる。二酸化炭素は、スラグの強度を高め、硬化させ、活性化するためにも適用される。
【0047】
一実施形態では、結合材は、鉄鋼スラグからなる。場合によっては、結合材は、鉄鋼スラグと別の適切な構成要素とを含む。
【0048】
一実施形態では、結合材は、基本的に鉄鋼スラグから構成される。本明細書で使用する「基本的に～から構成される」という用語は、一例では、少なくとも９０重量％、少なくとも９１重量％、少なくとも９２重量％、少なくとも９３重量％、少なくとも９４重量％、少なくとも９５重量％、少なくとも９６重量％、少なくとも９７重量％又は少なくとも９８重量％を意味することができる。場合によっては、結合材は、鉄鋼スラグの大部分（例えば５０重量％超）を含んでもよい。
【0049】
一実施形態では、結合材は鉄鋼スラグとセメントとを含み、鉄鋼スラグとセメントの重量比が約１：２０、約１：１５、約１：１０、１：５、約１：２０～約２０：１、約１：１０～約１０：１又は約１：５～約５：１である。あるいは、いくつかの実施形態では、鉄鋼スラグとセメントの重量比は、約２０：１、又は約１５：１、又は約１０：１、又は約５：１である。
【0050】
さらなる実施形態、特に本明細書で定義される多層製品では、最上層／外層における結合材は、鉄鋼スラグからなるか、又は基本的に鉄鋼スラグを含むか、又は鉄鋼スラグとセメントの重量比が約１：２０～約２０：１であるか、又は鉄鋼スラグとセメントの重量比が約２０：１、若しくは約１５：１、若しくは約１０：１、若しくは約５：１である。
【0051】
一実施形態では、骨材＋結合材＋水＋添加剤を含む組成物の総重量に対する結合材（鉄鋼スラグ、セメント及び他の炭酸化可能材料のいずれか又は全てなど）の重量比は、約０．２０～約０．６０、好ましくは約０．２５～約０．５０、又はより好ましくは約０．３０～約０．５０の範囲である。
【0052】
［セメント］
本開示では、以下の非限定的なセメントのリストを使用して、炭酸プレキャストコンクリートを製造することができる。ポルトランドセメント（Ｉ型－Ｖ型）、ポルトランド石灰石セメント、急速硬化セメント、急結セメント、低熱セメント、高炉スラグセメント、ポルトランドスラグセメント、高アルミナセメント、白色セメント、着色セメント、ポゾランセメント（ポルトランド－ポゾランセメント）、空気連行セメント、水路セメント、非水硬セメント、三元ブレンドセメント。
本開示では、以下の非限定的なセメントのリストを使用して、炭酸プレキャストコンクリートを製造することができる。ポルトランドセメント（Ｉ型－Ｖ型）、ポルトランド石灰石セメント、急速硬化セメント、急結セメント、低熱セメント、高炉スラグセメント、ポルトランドスラグセメント、高アルミナセメント、白色セメント、着色セメント、ポゾランセメント（ポルトランド－ポゾランセメント）、空気連行セメント、水路セメント、非水硬セメント、三元ブレンドセメント。
【0053】
本明細書で使用するように、有効なセメントは、水と反応したときに強度を得ることができるケイ酸カルシウム相、具体的にはＣ３Ｓを含有するセメントである。ケイ酸カルシウム相の存在により、短期的かつ長期的な強度発現が確保される。
【0054】
［鉄鋼スラグとステンレス鋼スラグ］
本明細書において「鉄鋼スラグ」とは、鉄鋼を製造する際に生成されるスラグ副産物を指す。鉄鋼スラグは、Ｌｉｎｚ－Ｄｏｎａｗｉｔｚ（ＬＤ）工程のスラグ、ＬＤスラグとしても知られる塩基性酸素炉（ＢＯＦ）から生成されるスラグを含み得る。また、鉄鋼スラグは、電気アーク炉（ＥＡＦ）から生成されるスラグを含み得る。本明細書で使用する鉄鋼スラグは、取鍋スラグをさらに含み得る。鉄鋼スラグは、上記のスラグの組み合わせとすることができる。本明細書で使用する「鉄鋼スラグ」は、ポゾランスラグのように、鉄の製造中に一般的に発生し、セメントの製造に使用され得る鉄スラグと高炉スラグを除外することが理解されよう。
本明細書において「鉄鋼スラグ」とは、鉄鋼を製造する際に生成されるスラグ副産物を指す。鉄鋼スラグは、Ｌｉｎｚ－Ｄｏｎａｗｉｔｚ（ＬＤ）工程のスラグ、ＬＤスラグとしても知られる塩基性酸素炉（ＢＯＦ）から生成されるスラグを含み得る。また、鉄鋼スラグは、電気アーク炉（ＥＡＦ）から生成されるスラグを含み得る。本明細書で使用する鉄鋼スラグは、取鍋スラグをさらに含み得る。鉄鋼スラグは、上記のスラグの組み合わせとすることができる。本明細書で使用する「鉄鋼スラグ」は、ポゾランスラグのように、鉄の製造中に一般的に発生し、セメントの製造に使用され得る鉄スラグと高炉スラグを除外することが理解されよう。
【0055】
本明細書で使用する「取鍋スラグ」とは、鉄鋼スラグの一種である。取鍋スラグは、取鍋精錬作業の副産物として生成される。様々な鉄鋼工程において、ＥＡＦ又はＢＯＦ工程で製造された溶鋼は、所望の鉄鋼の品質に基づいて追加の精錬工程を受ける。
【0056】
本明細書で使用する「ＥＢＨスラグ」とは、ＥＡＦ－ＢＯＦハイブリッドを指し、これは、ＥＡＦ生成スラグとＢＯＦ生成スラグの混合物から形成される鉄鋼スラグの一種である。
【0057】
ステンレス鋼スラグは、ステンレス鋼製造時に発生するスラグを含むことがある。ステンレス鋼スラグは、主にアルゴン酸素脱炭（ＡＯＤ）及び／又は取鍋冶金（ＬＭ）工程から発生する。
【0058】
［鉄鋼スラグの化学組成］
一実施形態では、本明細書で使用する鉄鋼スラグは、累積ケイ酸カルシウム含有量（例えば、ＣＳ＋Ｃ２Ｓ＋Ｃ３Ｓ相濃度）が少なくとも約１５質量％である。
一実施形態では、本明細書で使用する鉄鋼スラグは、累積ケイ酸カルシウム含有量（例えば、ＣＳ＋Ｃ２Ｓ＋Ｃ３Ｓ相濃度）が少なくとも約１５質量％である。
【0059】
一実施形態では、本明細書で使用する鉄鋼スラグは、累積ケイ酸カルシウム含有量（例えば、ＣＳ＋Ｃ２Ｓ＋Ｃ３Ｓ相濃度）が少なくとも約２０質量％である。
【0060】
一実施形態では、本明細書で使用する鉄鋼スラグは、累積ケイ酸カルシウム含有量（例えば、ＣＳ＋Ｃ２Ｓ＋Ｃ３Ｓ相濃度）が少なくとも約３０質量％である。
【0061】
一実施形態では、本明細書で使用する鉄鋼スラグは、累積ケイ酸カルシウム含有量（例えば、ＣＳ＋Ｃ２Ｓ＋Ｃ３Ｓ相濃度）が少なくとも約４０質量％である。
【0062】
一実施形態では、本明細書で使用する鉄鋼スラグは、ＳｉＯ２含有量が少なくとも約６質量％、又はより好ましくは少なくとも約１５質量％である。
【0063】
［ステンレス鋼スラグの化学組成］
一実施形態では、本明細書で使用するステンレス鋼スラグは、ＳｉＯ２含有量が少なくとも約１５質量％、又はより好ましくは少なくとも約２０質量％である。
一実施形態では、本明細書で使用するステンレス鋼スラグは、ＳｉＯ２含有量が少なくとも約１５質量％、又はより好ましくは少なくとも約２０質量％である。
【0064】
一実施形態では、本明細書で使用するステンレス鋼スラグは、酸化カルシウム含有量が少なくとも約３０重量％、又はより好ましくは少なくとも約３５重量％である。
【0065】
［鉄鋼スラグの物性］
鉄鋼スラグは、粗スラグ片と微細スラグ片との混合物を含むことがある。粗スラグ片は、ブレーン微粉度が約５０ｍ２／ｋｇ未満であり、微細スラグ片は、ブレーン微粉度が約５０ｍ２／ｋｇ超であり得る。粗スラグ片、微細スラグ片、又はその両方は、一般的な鉄鋼工程の結果として埋め立てられることがある。廃棄物（埋立及び／又は産業廃棄物など）から生じた鉄鋼スラグを受け取って、任意に精錬することができる。
鉄鋼スラグは、粗スラグ片と微細スラグ片との混合物を含むことがある。粗スラグ片は、ブレーン微粉度が約５０ｍ２／ｋｇ未満であり、微細スラグ片は、ブレーン微粉度が約５０ｍ２／ｋｇ超であり得る。粗スラグ片、微細スラグ片、又はその両方は、一般的な鉄鋼工程の結果として埋め立てられることがある。廃棄物（埋立及び／又は産業廃棄物など）から生じた鉄鋼スラグを受け取って、任意に精錬することができる。
【0066】
鉄鋼スラグを精錬することは、受け取った鉄鋼スラグを濾過して、粗スラグ片と微細スラグ片とに分離することを含み得る。
【0067】
代替的に又は追加的に、受け取った鉄鋼スラグを精製することは、鉄鋼スラグを微粉末に粉砕することも含み得る。いくつかの例示的な実施形態では、濾過された微細片は粉砕されるが、粗い片は粉砕されない。例えばＥＡＦ鉄鋼スラグの場合、スラグは、少なくとも５０ｍ２／ｋｇ、好ましくは約１８０ｍ２／ｋｇのブレーン微粉度に粉砕され得る。例えばＥＢＨ鉄鋼スラグ（ＥＡＦとＢＯＦと取鍋スラグとの混合物）の場合、スラグは、少なくとも１００ｍ２／ｋｇ、好ましくは約２４０ｍ２／ｋｇのブレーン細粒度に粉砕され得る。他の例示的な実施形態では、鉄鋼スラグは、より微細なサイズに粉砕されてもよい。別の例では、粉砕スラグの少なくとも５０パーセントが１００ミクロン未満であり、Ｄ（５０）<１００ミクロンである。
【0068】
［骨材］
骨材は、天然由来又は人工材料の通常重量及び軽量のものを使用することができる。大きさによって粗骨材と細骨材とに分けることができる。粗骨材と細骨材の種類、配分、大きさは、これらの入手可能性、費用、粒度によって異なり、またコンクリート混合物の必要な作業性、並びに炭酸プレキャストコンクリートの望ましい表面性状及び特性によっても異なる。いくつかの実施形態では、細骨材は、３／８″より大きい直径を持つ粒子が５％未満である。いくつかの実施形態では、粗骨材の直径は、１／４″より大きい。さらなる実施形態では、粗骨材の直径は、１／２″より大きい。いくつかの実施形態では、本明細書で使用する「通常重量」という用語は、石灰石、花こう岩などの自然に存在する又は粉砕された砂利又は砂で、比重が約２．７のものをいう。いくつかの実施形態では、本明細書で使用する「軽量骨材」という用語は、天然又は人工の粒子で比重が約０．３～約１．９の範囲のものをいう。本明細書では、「約」という表現は、値のプラスマイナス１０％の変動を意味する。
骨材は、天然由来又は人工材料の通常重量及び軽量のものを使用することができる。大きさによって粗骨材と細骨材とに分けることができる。粗骨材と細骨材の種類、配分、大きさは、これらの入手可能性、費用、粒度によって異なり、またコンクリート混合物の必要な作業性、並びに炭酸プレキャストコンクリートの望ましい表面性状及び特性によっても異なる。いくつかの実施形態では、細骨材は、３／８″より大きい直径を持つ粒子が５％未満である。いくつかの実施形態では、粗骨材の直径は、１／４″より大きい。さらなる実施形態では、粗骨材の直径は、１／２″より大きい。いくつかの実施形態では、本明細書で使用する「通常重量」という用語は、石灰石、花こう岩などの自然に存在する又は粉砕された砂利又は砂で、比重が約２．７のものをいう。いくつかの実施形態では、本明細書で使用する「軽量骨材」という用語は、天然又は人工の粒子で比重が約０．３～約１．９の範囲のものをいう。本明細書では、「約」という表現は、値のプラスマイナス１０％の変動を意味する。
【0069】
一実施形態では、骨材＋結合材＋水＋添加剤を含む組成物の総重量に対する骨材の重量比は、約０．３～約０．８、好ましくは約０．４～約０．７、又はより好ましくは約０．４０～約０．６５の範囲である。
【0070】
［添加剤］
本明細書で使用する添加剤としては、空気連行混和剤、減水混和剤、収縮低減混和剤、腐食抑制混和剤、促進又は遅延混和剤、粘度調整剤、顔料、撥水性混和剤及び他の天然又は化学添加剤が挙げられるが、これらに限定されない。さらなる原料／添加剤としては、最終用途に応じて炭酸プレキャストコンクリートを配合する際に添加され得る繊維（Ｅｕｃｌｉｄ社のＰＳＩ Ｍｕｌｔｉ－Ｍｉｘ ８０など）が挙げられる。また、添加剤は、鉱物混和剤とすることができる。
本明細書で使用する添加剤としては、空気連行混和剤、減水混和剤、収縮低減混和剤、腐食抑制混和剤、促進又は遅延混和剤、粘度調整剤、顔料、撥水性混和剤及び他の天然又は化学添加剤が挙げられるが、これらに限定されない。さらなる原料／添加剤としては、最終用途に応じて炭酸プレキャストコンクリートを配合する際に添加され得る繊維（Ｅｕｃｌｉｄ社のＰＳＩ Ｍｕｌｔｉ－Ｍｉｘ ８０など）が挙げられる。また、添加剤は、鉱物混和剤とすることができる。
【0071】
圧縮強度を高め、水分量を下げ、空隙率を下げ、透水性を下げるために、コンクリート混合物に減水混和剤を添加する。減水混和剤は、可塑剤又は超可塑剤（すなわちポリカルボン酸系減水剤）に分類される。本発明の減水剤として使用することができるのは、必要な水分量を約５０％まで減少させることができるか、又は圧縮強度を約６０％まで増加させることができる任意の減水混和剤である。本発明で使用する混和剤は、ＡＳＴＭ Ｃ４９４（コンクリート用化学混和剤の標準仕様、ＡＳＴＭインターナショナル、ペンシルバニア州ウェストコンショホッケン、２０１９）の要件を満たす必要がある。
【0072】
撥水性混和剤は、コンクリートに出入りする水の毛細管現象に影響を与えることにより、コンクリートに一体的な撥水性を提供するように設計される。撥水性混和剤は、水の移動をより困難にする経路を作る、静的細孔栓として機能することができ、又は細孔を塞ぐだけでなくコンクリート表面から化学的に水をはじく「その場の（ｉｎ ｓｉｔｕ）」疎水性材料を形成する、反応性化学物質として機能することができる。
【0073】
本開示の特定の実施形態では、本明細書の記載による添加剤は、本明細書に記載されるような表面を保湿するステップを経ることを意図した調整脱型製品（すなわち調整物品）又はその一部に存在する。当該添加剤は、空気連行混和剤である。
【0074】
一実施形態では、骨材＋結合材＋水＋添加剤を含む組成物の総重量に対する添加剤としての空気連行混和剤の重量比は、約０．０００１～約０．００１、又は約０．０００２～約０．０００８、又は約０．０００４～約０．０００６の範囲である。
【0075】
特定の実施形態では、撥水性混和剤は、本明細書に記載されるような表面を保湿するステップを経ることを意図しない／必要としない、多層製品などの調整脱型製品（すなわち調整物品）又はその一部にのみ存在する。
【0076】
特定の実施形態では、撥水性混和剤は、結合材と、骨材と、水と、を含む組成物中に、少なくとも約０．００５、又は少なくとも約０．００６、好ましくは少なくとも約０．００７、又は少なくとも約０．００８、又は少なくとも約０．００９又は少なくとも約０．０１０の重量比（組成物の総重量に対する）で存在する。
【0077】
特定の実施形態では、撥水性混和剤は、結合材と、骨材と、水と、を含む組成物中に、少なくとも約０．００５及び最大約０．００９～０．０１０の重量比（組成物の総重量に対する）で存在する。
【0078】
［水対結合材比］
水対結合材比は、製造工程（湿式キャスト法又は乾式キャスト法）、結合材と骨材の含有量、混合設計における減水剤の使用法及び使用量に依存する。一般に、水対結合材比は、約０．１０～約０．５０（重量基準比）で変動する。
水対結合材比は、製造工程（湿式キャスト法又は乾式キャスト法）、結合材と骨材の含有量、混合設計における減水剤の使用法及び使用量に依存する。一般に、水対結合材比は、約０．１０～約０．５０（重量基準比）で変動する。
【0079】
一実施形態では、水対結合材比は、約０．１０～約０．２５の範囲である。
【0080】
一実施形態では、水対結合材比は、少なくとも約０．１０、又は少なくとも約０．１１、又は少なくとも約０．１２、又は少なくとも約０．１３、又は少なくとも約０．１４、又は少なくとも約０．１５、又は少なくとも約０．２０又は少なくとも約０．２５であり得る。
【0081】
一実施形態では、骨材＋結合材＋水＋添加剤を含む組成物の総重量に対する水の重量比は、約０．０１～約０．１０、好ましくは約０．０５～約０．１０、又はより好ましくは約０．０６～約０．０８の範囲である。
【0082】
図１を参照すると、本開示による炭酸プレキャストコンクリート製品を製造するための工程１００が提供されている。以下でより詳細に説明するように、工程１００は、原材料を混合するステップ１０２を含み、原材料は、結合材と、骨材と、水と、いくつかの任意選択の添加剤と、を含む。工程１００は、少なくとも１つの結合材と、骨材と、水と、の混合物を成形中間体に成形するステップを含む。図示の実施形態では、混合物を成形中間体に成形するステップは、混合物を形成して形成中間体を得るステップ１０４と、形成中間体を圧密して、圧密中間体を得るステップ１０６と、を含み、これは成形中間体に対応し得る。成形中間体の初期養生を実行する任意選択のステップ１０８を行ってもよい。成形中間体を脱型して、脱型中間体を得るステップ１１０を実行する。脱型中間体は、第１の水対結合材比を有する。ステップ１１２は、脱型中間体を調整して、第２の水対結合材比を有する調整物品を提供する。調整物品の第２の水対結合材比は、脱型中間体の第１の水対結合材比よりも小さい。ステップ１１４は、調整物品の表面を保湿して、保湿製品を得る。保湿するステップ１１４は、調整物品の重量を増加させる。保湿製品の第１の部分の第３の水対結合材比は、保湿製品の残りの部分の第４の水対結合材比よりも大きい。いくつかの実施形態では、第３の水対結合材比を有する第１の部分は、保湿製品の外層又は外面に対応し、第４の水対結合材比を有する保湿製品の残りの部分は、外層又は外面によって少なくとも部分的に囲まれるか又は覆われる保湿製品のコアに対応し得る。また、保湿製品を空気乾燥させる任意選択のステップ１１６を含んでもよく、その後、保湿製品を二酸化炭素で養生するステップ１１８が続く。任意選択のステップは図１に破線で示されている。ステップ１０２～１１８の各々を、本明細書において以下でより詳細に説明する。
【0083】
［構成要素の混合］
混合するステップ１０２は、少なくとも１つの結合材料と、骨材と、水と、任意選択の添加剤、例えば混和剤と、を用いて実行する。一実施形態では、混合するステップ１０２の前に、本方法は、ａ）乾燥部と液体部とを提供するステップであって、当該乾燥部が少なくとも１つの骨材材料と少なくとも１つの結合材料とを含み、当該液体部が水と任意選択の添加剤とを含む、ステップと、乾燥部と液体部とを組み合わせるステップと、を含む。
混合するステップ１０２は、少なくとも１つの結合材料と、骨材と、水と、任意選択の添加剤、例えば混和剤と、を用いて実行する。一実施形態では、混合するステップ１０２の前に、本方法は、ａ）乾燥部と液体部とを提供するステップであって、当該乾燥部が少なくとも１つの骨材材料と少なくとも１つの結合材料とを含み、当該液体部が水と任意選択の添加剤とを含む、ステップと、乾燥部と液体部とを組み合わせるステップと、を含む。
【0084】
いくつかの実施形態では、コンクリート製品の意図する用途の機能として必要であれば、添加剤及び他の原料を混合物に任意に導入することができる。
【0085】
［形成と圧密］
成形するステップ１０４は、結合材と、好適な骨材と、水分と、任意の既知の手段による任意選択の添加剤と、を含有する十分な量の混合材料を、構成要素を所望の形状に成形するための金型に加えるステップを含む。本明細書では「成形」又は「成形する」という表現を使用するが、この表現は、フレーム／金型のような形状を提供し、次いで任意に平坦化するための任意の中空型枠又は母型を想定している。言い換えれば、混合物は、内部空洞を画定するような方法で成形されてもよい。
成形するステップ１０４は、結合材と、好適な骨材と、水分と、任意の既知の手段による任意選択の添加剤と、を含有する十分な量の混合材料を、構成要素を所望の形状に成形するための金型に加えるステップを含む。本明細書では「成形」又は「成形する」という表現を使用するが、この表現は、フレーム／金型のような形状を提供し、次いで任意に平坦化するための任意の中空型枠又は母型を想定している。言い換えれば、混合物は、内部空洞を画定するような方法で成形されてもよい。
【0086】
圧密するステップ１０６は、例えば振動又は締固め又は圧縮又は組み合わせた力を用いて、形成中間体を所望の厚さ、形状、密度に圧密するステップを含む。所望の厚さ、形状、密度は、当技術分野で既知の所望の用途に応じて選択することができる。
【0087】
形成するステップ１０４と圧密するステップ１０６は共に、本明細書では製品を成形するステップと呼ぶことがある。言い換えれば、形成するステップ１０４と圧密するステップ１０６は、混合物を成形するステップの２つのサブステップと考えることがある。
【0088】
一実施形態では、形成するステップ１０４の前に、本方法は、少なくとも１つの結合材料と、骨材と、水と、任意選択の添加剤と、を混合して基材混合物を提供するさらなるステップを含み、当該混合するステップは、混合するステップ１０２の前、同時又は後に行うことができる。一実施形態では、本方法は、当該基材混合物を形成して形成中間体を提供するステップを含み、当該形成するステップは、ステップ１０４の前、同時又は後に行うことができる。さらなる実施形態では、基材混合物を混合するステップ１０２と基材を形成するステップ１０４の１つ以上を繰り返してもよい。さらなる実施形態では、少なくとも１つの結合材料と、骨材と、水と、任意選択の添加剤と、の当該混合物の各々は、これらの構成要素を同じ比率又は異なる比率で含んでもよい。しかし、これらの混合物の少なくとも１つ、特に表面を保湿するステップ１１４を経るものは、セメント以外の結合材、例えばスラグ結合材、又は好ましくは鉄鋼スラグを含む。上記実施形態内において、成形製品（すなわち成形中間体）、脱型製品（すなわち脱型中間体）、調整脱型製品（すなわち調整物品）、保湿予備硬化成形製品（すなわち保湿製品）、炭酸プレキャストコンクリート製品の各々は、多層化される（例えば２層以上の製品）。
【0089】
［初期養生（任意選択）］
場合によっては、特にプレキャストコンクリートが湿式キャスト工程で作製されるとき、成形中間体を最初に養生するステップ１０８を任意に実行し、成形中間体がステップ１１０で金型から取り出される前に満足のいく初期強度を提供する。プレキャストコンクリートは、結合材の水和／凝結又は他の物理的／化学的／活性化に依存して、例えば２時間から数日まで続くこの初期養生段階において所望の強度を得る。
場合によっては、特にプレキャストコンクリートが湿式キャスト工程で作製されるとき、成形中間体を最初に養生するステップ１０８を任意に実行し、成形中間体がステップ１１０で金型から取り出される前に満足のいく初期強度を提供する。プレキャストコンクリートは、結合材の水和／凝結又は他の物理的／化学的／活性化に依存して、例えば２時間から数日まで続くこの初期養生段階において所望の強度を得る。
【0090】
［調整（脱型プレキャストコンクリートの水分量を減らす）］
炭酸化養生は、プレキャストコンクリートを脱型した直後に行うこともできるが、二酸化炭素ガスを導入する前に一定期間圧密コンクリートを調整することが一般的である。この調整するステップ１１２は、成形中間体を脱型するステップ１１４の後、かつ脱型中間体をＣＯ２で養生するステップ１１８の前に始まる。調整するステップ１１２は、過剰な水の除去を制御することを含む。その主な目的は、過剰な水を除去することにより、コンクリート内で迅速かつ均一な炭酸化反応を促進することである。水が余分にあると、反応物へのＣＯ２の拡散が妨げられて反応が制限され、一方水分量が不十分だと、水が欠乏して反応が停止する場合がある。このように、最適な炭酸化のために、炭酸化の前に最適な水分量を達成することができる。
炭酸化養生は、プレキャストコンクリートを脱型した直後に行うこともできるが、二酸化炭素ガスを導入する前に一定期間圧密コンクリートを調整することが一般的である。この調整するステップ１１２は、成形中間体を脱型するステップ１１４の後、かつ脱型中間体をＣＯ２で養生するステップ１１８の前に始まる。調整するステップ１１２は、過剰な水の除去を制御することを含む。その主な目的は、過剰な水を除去することにより、コンクリート内で迅速かつ均一な炭酸化反応を促進することである。水が余分にあると、反応物へのＣＯ２の拡散が妨げられて反応が制限され、一方水分量が不十分だと、水が欠乏して反応が停止する場合がある。このように、最適な炭酸化のために、炭酸化の前に最適な水分量を達成することができる。
【0091】
調整するステップ１１２は、脱型するステップ１１０の後に、脱型中間体（任意に初期養生後の）製品に対して行う。調整するステップ１１２は、室温、１５～２５℃の温度と３０～６０％の湿度で、強制空気循環の補助の有無にかかわらず行うことができる。調整の継続時間は、１０分～２４時間以上の間で異なる場合がある。この調整するステップ１１２は、水の蒸発によってプレキャストコンクリートの含水率を低下させるのに役立つ可能性がある。水分が放出されると、圧密プレキャストコンクリートの内部に多数の細孔が残る。これは、所望量のＣＯ２を取り込んでプレキャストコンクリート製品全体にわたって均一に炭酸化するために重要であると考えられる。ＣＯ２取り込み量が比較的多いことと炭酸化分布が均一であることは、炭酸プレキャストコンクリート製品の物理的－機械的特性にとって非常に重要であると考えられている。一実施形態では、混合物の当初水分の２０～７０重量％、好ましくは３０～６０重量％、特に４０～５０重量％が、調整するステップ１１２の終了時にはプレキャストコンクリートから取り出されている。水分を減少させる他の既知の方法、例えば熱を、調整するステップ中に代替的に使用することができる。
【0092】
［水性媒体への製品の表面の曝露］
本開示の工程１００は、調整物品の表面を保湿するステップ１１４を含む。保湿するステップ１１４は、当該調整物品の少なくとも１つの表面を水性媒体に曝して、重量を増加させるステップを含む。成形製品を調整１１２した後、プレキャストコンクリートの含水率、すなわち結合材に対する水の比率が低下する。母型中の含水率が十分であれば、二酸化炭素が均一に浸透し、ＣＯ２を十分に取り込むことができ、炭酸プレキャストコンクリートとして満足のいく性能を発揮できる可能性がある。しかし、当技術分野で説明されているように、調整に関連する欠点があり、それは成形製品の外側（露出）表面がプレキャストコンクリートの内部よりもはるかに速く水分を失うことである。これにより、内部の含水率が理想的なレベルにあるとき、外表面上の含水率はより低くなっていると考えられる。外表面上の水分が不足すると、その続の炭酸化養生工程が外表面上で不完全になる。二酸化炭素と、ケイ酸カルシウム相又はカルシウム及びマグネシウムの酸化物若しくは水酸化物との間の反応を促進させるためには十分な量の水が必要だからである。
本開示の工程１００は、調整物品の表面を保湿するステップ１１４を含む。保湿するステップ１１４は、当該調整物品の少なくとも１つの表面を水性媒体に曝して、重量を増加させるステップを含む。成形製品を調整１１２した後、プレキャストコンクリートの含水率、すなわち結合材に対する水の比率が低下する。母型中の含水率が十分であれば、二酸化炭素が均一に浸透し、ＣＯ２を十分に取り込むことができ、炭酸プレキャストコンクリートとして満足のいく性能を発揮できる可能性がある。しかし、当技術分野で説明されているように、調整に関連する欠点があり、それは成形製品の外側（露出）表面がプレキャストコンクリートの内部よりもはるかに速く水分を失うことである。これにより、内部の含水率が理想的なレベルにあるとき、外表面上の含水率はより低くなっていると考えられる。外表面上の水分が不足すると、その続の炭酸化養生工程が外表面上で不完全になる。二酸化炭素と、ケイ酸カルシウム相又はカルシウム及びマグネシウムの酸化物若しくは水酸化物との間の反応を促進させるためには十分な量の水が必要だからである。
【0093】
本明細書で定める工程を操作する際には、炭酸化養生の前に外表面の表面含水率を適切なレベルまで増加させることが望ましい。これにより、プレキャストコンクリート製品の全体積を通して、十分な程度の炭酸化反応を達成できることを保証し得る。
【0094】
調整物品の表面を水性媒体に曝すことによって当該調整物品の表面を保湿するステップ１１４では、水性媒体（すなわち水含有材料又は相）を調整物品の少なくとも１つの表面に塗布することによって、表面含水率を増加させることができる。この水性媒体は、水のみ、又は水性溶液、又は水性スラリーとすることができる。この水含有材料を表面保湿工程で塗布するときの温度については具体的な要件はないが、室温に近い温度（すなわち約１５～約２５℃）が好ましい。本明細書で使用する、調整物品の表面の重量を増加させるための水性媒体は、十分な量のＣａＯ／Ｃａ（ＯＨ）２／ＭｇＯを含み、表面に水分を供給することができ、コンクリートの製造に適した、任意の水含有手段（懸濁液／溶液又は他の相／材料）を含む。また、１～２５％濃度の水溶性化学溶液、例えばケイ酸ナトリウム（水ガラス）を表面の保湿に使用することができる。また、水和セメント、鉄鋼スラグ、ＧＧＢＦＳ、ステンレス鋼スラグ、石灰、非水和セメント、飛散灰又は十分な量のＣａＯ／Ｃａ（ＯＨ）２／ＭｇＯを含む固形分１～８０％の任意の材料のスラリーを表面の保湿に使用することができる。スラリーを使用するとき、その固形分は質量基準で１～２５％とすることができるが、５～１０％の固形分が好ましい。スラリーは、攪拌機を備えた容器に、室温（１５～２５℃）で、ＣａＯ及び／又はＭｇＯに富む物質を水道水などの比例量の水に添加することで調製することができる。スラリー調製及び表面保湿工程では、固形分を一定に保つために撹拌機を稼働させておかなくてはならない。調製した水性媒体は、ｐＨ値が６．５～１３．５でなければならない。
【0095】
水性媒体は様々な塗布方法を用いて塗布することができ、表面の一部若しくは全体を水含有液体に浸漬すること、又は水性媒体を表面に噴霧すること、又は水性媒体をローラー若しくは類似の装置で表面に塗布することが挙げられるが、これらに限定されない。浸漬を選択した場合、水含有液体へのプレキャストコンクリートの浸漬時間は、１秒～５時間、好ましくは３～５秒とすることができる。
【0096】
どのような塗布方法を選択しても、保湿製品は、表面保湿処理が完了した後、保湿するステップ１１４の間に少なくとも１０ｇ／ｍ２、好ましくは少なくとも５０ｇ／ｍ２、好ましくは５０～３５０ｇ／ｍ２又は７５～３２５ｇ／ｍ２（プレキャストコンクリートの全保湿表面積基準）の重量を増加させることができる。
【0097】
［ＣＯ２養生と任意選択の空気乾燥］
表面を保湿するステップ１１４の後、保湿製品を硬化（炭酸化）させることができる。養生するステップ１１８は、保湿するステップ１１４の直後に行ってもよい。これは、二酸化炭素で養生するステップ１１８で行われる。いくつかの実施形態では、表面保湿プレキャストコンクリートを輸送し、それを炭酸化養生室に装填するなどの炭酸プレキャストコンクリート製造工程における必要な待ち時間を考慮すると、保湿するステップ１１４の後、養生するステップ１１８の前に、任意に保湿製品を空気乾燥するステップ１１６を実行することができる。この期間は最大１時間、好ましくは５～２０分継続することができる。この期間中、表面保湿プレキャストコンクリートは、過度に高温、乾燥又は風の強い環境に曝されてはならない。もし１時間以上の空気乾燥時間が必要な場合は、表面保湿作業を遅らせるべきである。さもなければ、表面保湿プレキャストコンクリートをプラスチックシート又は同様の材料で覆い、炭酸化養生前に水分がさらに失われるのを防がなければならない。いくつかの実施形態では、気温は１５～４０℃の範囲、好ましくは約２２℃である。相対湿度は、３０％～９０％の範囲、好ましくは約５０％であってもよい。気流速度は、０．１ｍ／ｓ～１００ｍ／ｓ、好ましくは約２ｍ／ｓであってもよい。
表面を保湿するステップ１１４の後、保湿製品を硬化（炭酸化）させることができる。養生するステップ１１８は、保湿するステップ１１４の直後に行ってもよい。これは、二酸化炭素で養生するステップ１１８で行われる。いくつかの実施形態では、表面保湿プレキャストコンクリートを輸送し、それを炭酸化養生室に装填するなどの炭酸プレキャストコンクリート製造工程における必要な待ち時間を考慮すると、保湿するステップ１１４の後、養生するステップ１１８の前に、任意に保湿製品を空気乾燥するステップ１１６を実行することができる。この期間は最大１時間、好ましくは５～２０分継続することができる。この期間中、表面保湿プレキャストコンクリートは、過度に高温、乾燥又は風の強い環境に曝されてはならない。もし１時間以上の空気乾燥時間が必要な場合は、表面保湿作業を遅らせるべきである。さもなければ、表面保湿プレキャストコンクリートをプラスチックシート又は同様の材料で覆い、炭酸化養生前に水分がさらに失われるのを防がなければならない。いくつかの実施形態では、気温は１５～４０℃の範囲、好ましくは約２２℃である。相対湿度は、３０％～９０％の範囲、好ましくは約５０％であってもよい。気流速度は、０．１ｍ／ｓ～１００ｍ／ｓ、好ましくは約２ｍ／ｓであってもよい。
【0098】
いくつかの実施形態では、表面保湿プレキャストコンクリートは、炭酸化養生が行われる圧力室に入れられる。純度５～９９．９％の二酸化炭素ガスを密封圧力室に導入する。コンクリートは、大気圧又は大気圧超のガスで硬化される。大気圧超の場合、圧力室内の二酸化炭素ガスの圧力は、少なくとも５分間、好ましくは２～２４時間続く炭酸化養生工程中に０．０７～０．６８９ＭＰａ（０．１～１００ｐｓｉ）に調節される。
【0099】
［層状炭酸製品構造］
本明細書で議論したように、本開示の工程１００は、炭酸プレキャストコンクリート製品の特定の機械的特性と耐久性、具体的には摩耗耐性と耐凍結性と融解耐性に好影響を与えることができる。したがって、このような工程１００により、有益な特性を複合的に持つ製品を提供できる可能性がある。例えば、層状炭酸製品構造を調製することができる。本開示は、必要に応じて、所与の製品に複数の層を製造／使用することを企図する。炭酸製品は、製品又は構成に応じて外被と考えらえ得る少なくとも第１／外／最上層と、製品又は構成に応じて第２／内／最下／基材層と称され得る第２層と、を含有し得る。２つの層の組成は、結合材（本明細書では少なくとも複数の結合材を使用することが好ましいと考えるが）、骨材、混合配分、添加剤及び他の任意選択の構成要素に関して異なっていてもよい。さらに層の厚さは異なっていてもよく、したがってそれらの相対的なサイズ比率は異なっていてもよい。２つの層の特性は異なっていてもよく、第１／外／最上層は、第２／内／最下／基材層と比較して少なくとも１つの特性が改善されており、当該特性は、摩耗耐性と凍結耐性と融解耐性のうちの少なくとも１つである。
本明細書で議論したように、本開示の工程１００は、炭酸プレキャストコンクリート製品の特定の機械的特性と耐久性、具体的には摩耗耐性と耐凍結性と融解耐性に好影響を与えることができる。したがって、このような工程１００により、有益な特性を複合的に持つ製品を提供できる可能性がある。例えば、層状炭酸製品構造を調製することができる。本開示は、必要に応じて、所与の製品に複数の層を製造／使用することを企図する。炭酸製品は、製品又は構成に応じて外被と考えらえ得る少なくとも第１／外／最上層と、製品又は構成に応じて第２／内／最下／基材層と称され得る第２層と、を含有し得る。２つの層の組成は、結合材（本明細書では少なくとも複数の結合材を使用することが好ましいと考えるが）、骨材、混合配分、添加剤及び他の任意選択の構成要素に関して異なっていてもよい。さらに層の厚さは異なっていてもよく、したがってそれらの相対的なサイズ比率は異なっていてもよい。２つの層の特性は異なっていてもよく、第１／外／最上層は、第２／内／最下／基材層と比較して少なくとも１つの特性が改善されており、当該特性は、摩耗耐性と凍結耐性と融解耐性のうちの少なくとも１つである。
【0100】
図２に示すように、炭酸プレキャストコンクリート製品１の例示的な実施形態は、厚さが異なる２つの層１０、２０で構成され得る。最上部には、より高密度で強度／耐久性のあるプレキャストコンクリート層１０がある。最上層１０の下には基材層２０がある。一実施形態では、最上層１０の厚さは、コンクリート製品１の総厚の半分未満であってもよい。
【0101】
最上層の実施形態では、１）厚さは５～２０ｍｍ、好ましくは６～１３ｍｍとすることができる。２）基材層２０と同じ種類の結合材を使用してもよく、また基材層２０とは異なる種類の結合材を使用することもできる。３）基材層２０と同じ種類の結合材を使用する場合、最上層１０は、結合材の含有量を基材層２０と同じにしてもよいが、第１の水対結合材比はより大きい。また、最上層１０は、結合材の含有量を基材層２０よりも大きくしてもよいが、第１の水対結合材比は基材層２０と同様か又はそれよりも大きい。このような配分手法は、炭酸プレキャストコンクリートの摩耗耐性の改善に有益である可能性がある。４）調整工程が完了した後に、任意に、上述した表面保湿ステップを、プレキャストコンクリートのこの層又は全部に適用することが推奨される。５）表面保湿ステップ２１４を適用する場合、吸湿工程を容易にするために、プレキャストコンクリート混合物に撥水性混和剤を添加してはならない。６）炭酸プレキャストコンクリート供用中の主な摩耗及び破損作用に耐えられる表面として設計されている。基材層２０の実施形態は、１）結合材質量の少なくとも０．１％、好ましくは１．５～２．０％の撥水性混和剤を添加する。２）最上層１０よりも結合材含有量を小さくして、材料費を節約する。３）密度の高い最上層１０の二酸化炭素ガスの透過性の低下を補うために、質量比で水対結合材比が最上層１０よりも低い。４）最上層１０よりも厚い。撥水性混和剤の使用量が高いことにより、基材層２０の凍結融解耐性と吸水性の両方を改善する可能性がある。また、寸法的に安定した基材を提供することができ、これは比較的薄い最上層の耐久性にとって重要であり得る。
【0102】
一実施形態では、以下を含む炭酸プレキャストコンクリート製品の製造方法が提供される。
【0103】
１）少なくとも１つの結合材料と、骨材と、水と、任意選択の添加剤と、を混合するステップであって、好ましくは、結合材は、セメントからなり、又は基本的にセメントからなり、又はセメントと鉄鋼スラグ若しくは他の炭酸化可能材料との比が約１：２０～約２０：１であるか、又はセメントと鉄鋼スラグ若しくは他の炭酸化可能材料との重量比が約２０：１、若しくは約１５：１若しくは約１０：１若しくは約５：１であることを含む、ステップ。
【0104】
１Ａ）少なくとも１つの結合材料と、骨材と、水と、任意選択の添加剤と、を混合して基材混合物を提供するステップであって、好ましくは、結合材は、鉄鋼スラグ及び／又は任意の他の炭酸化可能材料からなり、又は基本的に鉄鋼スラグからなり、又は鉄鋼スラグとセメントの比が約１：２０～約２０：１であることを含む、ステップ。
【0105】
当該ステップ１Ａ）は、ステップ１）の前、同時又は後に行う。
【0106】
２）ステップ１）の混合した少なくとも１つの結合材料と、骨材と、水と、任意選択の添加剤と、を形成して、形成製品を提供するステップ。
【0107】
２Ａ）当該基材混合物を形成して形成基材混合物を提供するステップであって、当該ステップ２Ａ）をステップ２）の前、同時又は後に行うことができる、ステップ。
【0108】
ステップ１）と２）及び／又は１Ａ）と２Ａ）のうちの１つ以上を任意に繰り返し、任意に、当該混合した少なくとも１つの結合材料と、骨材と、水と、任意選択の添加剤と、の各々が、同じ又は異なる構成要素を同じ又は異なる比率で含むことができる、ステップ。
【0109】
３）ステップ２）及び２Ａ）の形成製品を、第１の水対結合材比を有する成形製品に圧密するステップ。
【0110】
４）当該第１の水対結合材比を有するステップ３）の当該成形製品を脱型して、脱型製品を提供するステップ。
【0111】
５）ステップ４）の当該脱型製品を調整して、第１の水対結合材比を有する成形製品と比較して水の量が減少した調整脱型製品を提供するステップ。
【0112】
６）ステップ５）の当該調整脱型製品を二酸化炭素で養生するステップ。
【0113】
ここで図３を参照すると、基材層と最上層とを有する炭酸プレキャストコンクリート製品を製造するための工程３００が提供されている。以下でより詳細に説明するように、工程３００は、基材層（基材混合物）のための結合材と、骨材と、水と、混和剤と、他の添加剤と、を混合するステップ３０２ａ、及び最上層（最上又は外層混合物）のための結合材と、骨材と、水と、混和剤と、他の添加剤と、を混合するステップ３０２ｂを含む。ステップ３０４は、基材混合物からの基材層と、最上層混合物からの最上層と、を有するコンクリート製品（多層コンクリート製品）を形成して、多層成形中間体を得る。ステップ３０６は、多層成形中間体を圧密して、多層圧密中間体を得る。任意選択のステップ３０８は、多層圧密中間体の初期養生を実行する。ステップ３１０は、多層圧密中間体を脱型して、脱型多層中間体を得る。脱型多層中間体は、基材に対する第１の水対結合材比と、最上層に対する第２の水対結合材比と、を有する。ステップ３１２は、脱型多層中間体を調整して、調整多層物品を得る。調整多層物品の少なくとも最上層は、調整するステップ３１２中に水対結合材比が減少する。場合によっては、脱型多層中間体を調整するステップ３１２の後、基材層と最上層の両方の水対結合材比が、それぞれの第１の水対結合材比と第２の水対結合材比よりも減少する。ステップ３１４は、調整多層物品の少なくとも１つの表面（例えば最上層）を保湿して、保湿多層製品を得る。最上層を保湿するステップ３１４の後、最上層の第３の水対結合材比は、第２の水対結合材比よりも大きい。任意選択のステップ３１６は、保湿多層製品を空気乾燥する。そしてステップ３１８は、保湿多層製品を二酸化炭素で養生する。任意選択のステップは図３に破線で示されている。ステップ３０２ａ／３０２ｂ～３１８の各々を、本明細書において以下でより詳細に説明する。
【0114】
図３は、二層炭酸プレキャストコンクリート製品３００を製造する別の工程を示す。工程３００を使用して多層製品を製造してもよい。工程３００は、基材層２０（図２）の構成要素を混合するステップ３０２ａと、最上層１０（図２）の構成要素を混合するステップ３０２ｂと、を含む。前述したように、基材層を混合するステップ３０２ａと最上層を混合するステップ３０２ｂは、異なる結合材、異なる結合材含有量と異なる水対結合材比を使用してもよい。加えて、基材層２０は、撥水性混和剤の使用量が比較的高くてもよい。最上層１０には空気連行混和剤が推奨され、使用量は供給者によって変化する。ただし、基材層２０には撥水性混和剤が広く使用されているため、基材層２０には空気連行混和剤が必要でない場合がある。任意に、マイクロファイバーを０．２～０．５％（原材料の総量に対して）の使用量で添加することができる。マイクロファイバーを添加すると、ひび割れの可能性が減少するが、炭酸プレキャストコンクリートの摩耗耐性が増加する可能性がある。さらに、表面保湿ステップ３１４を実施する場合、最上層１０は、撥水性混和剤を含まなくてもよい。別々にバッチ処理して混合した後、最上層１０と基材層２０の混合物を形成／成形ステーションに輸送する。次いで、必要な量と順序に従って２つの層を金型に加えることによって、形成するステップ３０４と、圧密するステップ３０６と、が続く。なお、最初に最上層の混合物を金型に加えることも、基材層の混合物を加えることもできることに留意すべきである。これら２つの層１０、２０の間で強力かつ耐久性のある接合を達成するために、第２の層の混合物を、水平であるが圧縮されていない第１の層の材料上に直ちに添加するべきである。これら２つの層間の接合をより良くするために、第１の層の上にメッシュを置くこと、又は第２の層を鋳造する前に第１の層の表面を粗くすることなどを含む他の技術を実施することができる。初期養生するステップ３０８は、図１を参照して上述したステップ１０８を参照して本明細書で説明したように任意に実行する。さらに、脱型するステップ３１０と調整するステップ３１２を、図１のステップ１１０と１１２を参照して上述した本明細書で説明したように実行する。調整するステップ３１２の後、プレキャストコンクリートは、最上層１０がセメント系結合材、例えば水硬性セメントを含有する場合、表面保湿ステップ３１４を用いずに炭酸化養生するステップ３１８にかけることができる。そうでなければ、最上層１０又はプレキャストコンクリート全体は、本明細書で上述した方法で表面保湿ステップ３１４を受ける。撥水性混和剤を多量に添加することにより、基材層２０の疎水性が非常に強くなり、基材層２０に対する表面保湿ステップ３１４が不要になり得る。表面を保湿するステップ３１４の後、必要に応じて、プレキャストコンクリートは、炭酸化養生するステップ３１８にかけられる前に、任意に空気乾燥するステップ３１６を短時間受けてもよい。この空気乾燥の継続時間と、空気乾燥の時間が１時間より長いときにとられる措置は、例えば図１のステップ１１６で前述したものと同じである。２層構造のプレキャストコンクリートを圧力室に装填し、次いでステップ３１８で炭酸化養生を行う。炭酸化養生するステップ３１８には、本明細書で記載した、例えば図１のステップ１１８に記載したような２層構造のプレキャストコンクリートのパラメータが含まれている。
【0115】
表面保湿段階を追加する以外に、十分な量の撥水性混和剤をプレキャストコンクリート混合物に添加することも、炭酸プレキャストコンクリートの凍結融解耐性を改善する効果的な方法である可能性がある。水又は除氷塩溶液が炭酸プレキャストコンクリートに浸透できなければ、凍結融解による損傷を防ぐことができる。十分な量の撥水性混和剤を添加することで、飽和状態での炭酸プレキャストコンクリートの吸水率が大幅に低下し、凍結融解耐性を改善する可能性がある。通常、プレキャストコンクリートへの撥水性混和剤の推奨使用量は、０．４％（結合材の質量基準）未満である。このように撥水性混和剤の使用量が低いと、コンクリートの凍結融解耐性に対して非常に限られた効果しか持たない可能性がある。本開示の工程は、撥水性混和剤の使用量を１．０％以上まで増加させてもよい。
【0116】
この撥水性混和剤の使用量が高い炭酸プレキャストコンクリートは、上述の表面保湿ステップを追加しなくても、凍結融解試験において良好な性能を発揮する可能性がある。
【0117】
ここで図４を参照すると、上述の２層構造設計は、３層構造２設計にさらに拡張することができる。この設計の最上部と最下部は、より高密度で強度／耐久性のあるプレキャストコンクリート層１０である。これらの２つの層の間には、コア層３０がある。最上及び最下層１０のプレキャストコンクリートは、図２を参照して本明細書で上述した２層プレキャストコンクリート１の第１／外／最上層１０と同じ方法で調製してもよい。コア層３０は、図２を参照して本明細書で上述した２層構造設計１の第２／内／最下／基材層２０の調製に使用されるものとは全く異なる原料源と混合設計を有していてもよい。このようなサンドイッチ設計は、耐久性の改善の上に曲げ性能の改善、バランスのとれた構造、調整及び炭酸化養生時間の短縮の可能性、並びに他の必要な機能の追加など、炭酸プレキャストコンクリートに多くの利益をもたらす可能性がある。図３に示す２層炭酸プレキャストコンクリートの製造工程３００は、成形順序を若干変更することにより、３層炭酸プレキャストコンクリートでも採用することができる。したがって、３層以上の多層炭酸プレキャストコンクリート２を形成することができる。
【0118】
以下の実施例では、炭酸プレキャストコンクリート製品は、以下に列挙する原材料の一部又は全部を配合したものである。
・鉄鋼スラグ：ＥＡＦスラグとＢＯＦスラグ（ＥＢＨスラグ）の混合物で、平均粒径（Ｄ５０）が２５μｍ、推定比重が３．３である。鉄鋼スラグは、累積ケイ酸カルシウム含有量が少なくとも約２０％である。鉄鋼スラグは、酸化カルシウム含有量が少なくとも２０％である。鉄鋼スラグは、二酸化ケイ素含有量が少なくとも約６％である。
・普通ポルトランドセメント：タイプＩ。
・水：水道水。
・骨材：比重２．７の砕石。４．７６ｍｍ（Ｎｏ．４）ふるいを１００％通過。含水率０．２５％、吸水率０．７５％。
・空気連行混和剤（ＡＥＡ）：ＢＡＳＦ（登録商標）社製、製品名Ｍｉｃｒｏ Ａｉｒ。
・撥水性混和剤（ＷＲＡ）：ＢＡＳＦ（登録商標）社製、製品名ＭａｓｔｅｒＰｅｌ ２４０。
・消石灰：四水酸化カルシウムマグネシウムの白色粉末で、ＤＡＰ Ｃａｎａｄａ社から供給されている。
・炭酸化養生には、純度＞９９．９％のシリンダ内の圧縮ＣＯ２が使用される。
・鉄鋼スラグ：ＥＡＦスラグとＢＯＦスラグ（ＥＢＨスラグ）の混合物で、平均粒径（Ｄ５０）が２５μｍ、推定比重が３．３である。鉄鋼スラグは、累積ケイ酸カルシウム含有量が少なくとも約２０％である。鉄鋼スラグは、酸化カルシウム含有量が少なくとも２０％である。鉄鋼スラグは、二酸化ケイ素含有量が少なくとも約６％である。
・普通ポルトランドセメント：タイプＩ。
・水：水道水。
・骨材：比重２．７の砕石。４．７６ｍｍ（Ｎｏ．４）ふるいを１００％通過。含水率０．２５％、吸水率０．７５％。
・空気連行混和剤（ＡＥＡ）：ＢＡＳＦ（登録商標）社製、製品名Ｍｉｃｒｏ Ａｉｒ。
・撥水性混和剤（ＷＲＡ）：ＢＡＳＦ（登録商標）社製、製品名ＭａｓｔｅｒＰｅｌ ２４０。
・消石灰：四水酸化カルシウムマグネシウムの白色粉末で、ＤＡＰ Ｃａｎａｄａ社から供給されている。
・炭酸化養生には、純度＞９９．９％のシリンダ内の圧縮ＣＯ２が使用される。
【0119】
製造した炭酸プレキャストコンクリートの特性を評価し、セグメント擁壁ユニットのＡＳＴＭ Ｃ１３７２又はコンクリートインターロッキング舗装ユニットのＡＳＴＭ Ｃ９３６のいずれかの仕様と比較した。これらの実施例は、本開示の方法で作られた炭酸プレキャストコンクリートによって望ましい特性が得られ得ることを実証することのみを意図している。原材料と工程、並びに製品と用途は、実施例で示したものに限定されるものではない。
【0120】
［実施例１］
以下の表１ａと１ｂに示す混合設計でプレキャストコンクリート試料Ａを調製した。
以下の表１ａと１ｂに示す混合設計でプレキャストコンクリート試料Ａを調製した。
【0121】
【表1a】
【0122】
【表1b】
【0123】
原材料をミキサーで５分間混合し、成形し、圧縮振動下で所望の密度に圧密した。脱型後、プレキャストコンクリート試料Ａを、市販の扇風機の前で空気流量４３ｍ３／分、室温で２時間調整し、当初含水率を５０％低下させた。その後、試料Ａを水に１秒間完全に浸漬して表面を保湿するステップを行い、重量を１８９ｇ／ｍ２増加させた。次いで、表面保湿プレキャストコンクリートを周囲温度で約５分間空気乾燥してから、圧力室に装填して炭酸化養生を行った。炭酸化養生開始前の増量の増加は１７２ｇ／ｍ２となった。０．１ＭＰａ（１５ｐｓｉ）の圧力に調節した二酸化炭素ガスを密封圧力室に導入した。炭酸化養生時間は２４時間とした。炭酸化養生後、炭酸プレキャストコンクリートの以下の特性を評価した。
【0124】
密度、吸水量、圧縮強度－ＡＳＴＭ Ｃ１４０（ＡＳＴＭ、２０１８ｃ）に準拠。
【0125】
凍結融解耐性－ＡＳＴＭ Ｃ１２６２に準拠。
【0126】
摩耗耐性－ＡＳＴＭ Ｃ９４４に準拠。
【0127】
凍結融解耐性試験では、炭酸プレキャストコンクリート試料の一部を３％ＮａＣｌ溶液に浸漬し、凍結融解サイクルを４０回繰り返し、１０サイクルごとに遊離粒子を回収して塩水を交換した。ＡＳＴＭ Ｃ１３７２では、セグメント化されたコンクリート擁壁ユニットの凍結融解試験１００サイクル後の累積質量減少が１％以下であることを要件としているが、この仕様は、除氷塩溶液ではなく水に一部を浸漬したコンクリート擁壁に対するものであると一般的には考えられている。コンクリートは、除氷塩溶液によって物理的及び化学的に複雑な変化を受けるため、凍結解凍工程にＮａＣｌのような除氷塩が存在するとき、より速い、より深刻な劣化が起こることが多い。この違いから、多くの州運輸省では、コンクリート擁壁の凍結融解試験において、３％ＮａＣｌが存在するときの４０サイクル後の累積質量減少が１％以下であることを合格基準として規定している。一般に、炭酸プレキャストコンクリートがこの基準を満たすことができる場合、水中での凍結融解試験１００サイクル後の質量減少が１％以下であるという要件にも容易に適合するはずである。
【0128】
比較のために、試料Ａと同一の配合で、表面保湿ステップを欠いた従来の炭酸プレキャストコンクリート試料Ｂを作製した。調整による水分の減少は５６％であった。また、炭酸化養生後の物理的－機械的特性と耐久性を評価した。
【0129】
【表1c】
【0130】
【表2】
【0131】
試料ＡとＢの両方の試験結果を表１ｃにまとめた。得られた試験結果をＡＳＴＭ Ｃ１３７２の仕様（表２）と比較する。表面保湿工程によって表面が強化されたため、試料Ａは試料Ｂよりも凍結融解耐性と摩耗耐性がはるかに優れている。表面保湿ステップを行わない場合、炭酸プレキャストコンクリートは、凍結融解耐性が低いため、その他の特性はＡＳＴＭ Ｃ１３７２の要件を満たすものの、セグメント擁壁の用途には受け入れられない。表面強化効果により、試料Ａは、コンクリートセグメント擁壁のＡＳＴＭ Ｃ１３７２の要件全てに適合するようになった。
【0132】
試料作製工程の異なる段階におけるプレキャストコンクリートの含水率をモニタリングし、その結果を図５に示した。プレキャストコンクリートの当初水分のおおよそ５０％が調整工程の終了時に蒸発していた。表面保湿工程により、プレキャストコンクリートにある程度の水分が戻り、水分の減少は当初含水率の約４０％となった。炭酸プレキャストコンクリートの内部と表面の品質又は凍結融解耐性を大きく改善するのは、平均含水率の変化ではなく、表面保湿工程後の含水率分布の変化であることがわかる。調整試料Ｂの厚さに沿って含水率を測定し、その結果を図６に示す。試料Ｂの最上面から最下面にかけて、含水率はわずかに歪んだベル曲線のように分布する。中心の含水率は３％であった。この含水率は、扇風機による調整工程の結果として、中心から外面に向かうにつれて減少し続ける。試料Ｂの最外部では、含水率は１％まで低下した。このように含水率が低いと、炭酸化反応には反応物として十分な水が必要なため、プレキャストコンクリートの炭酸化養生が不完全になる。このように外表面上での炭酸化養生が不完全であると、炭酸プレキャストコンクリートの表面が弱くなる。これが、試料Ｂが凍結融解耐性、摩耗耐性ともに非常に劣っていた理由である。
【0133】
プレキャストコンクリートの厚さに沿った含水率分布は、表面保湿工程によって完全に修正された。図６に示すように、水中浸漬後、プレキャストコンクリートの中心と外表面の含水率差は０．５％未満にまで狭められた。これは、試料の厚さ方向の水分分布がより均一化されたことを表している。さらに重要なことに、プレキャストコンクリートの外表面の含水率が、表面保湿工程後に当初の１％から約４％まで上昇した。実際、プレキャストコンクリートが最大限の炭酸化養生を達成するためには、約４％の含水率が最適値であると考えられている。プレキャストコンクリートの外表面とその近傍に十分な量の水分があることで、炭酸反応は最高のポテンシャルを発揮する。このため、炭酸プレキャストコンクリートの内部と表面の品質が改善された。これが、試料Ａが試料Ｂよりも凍結融解変形と摩耗変形の両方についてはるかに耐性が高い理由である。
【0134】
［実施例２］
実施例１の配合と製造方法でプレキャストコンクリート試料を作製したが、表面保湿方法を変更した。調整プレキャストコンクリート試料を扇風機で２時間調整した後、水に浸漬する代わりに、５％セメント（すなわち混合組成が上記と同じポルトランドセメント）スラリー（試料Ｃ）又は５％消石灰スラリー（試料Ｄ）に１秒間浸漬した。調整による水分の減少は、それぞれ試料Ｃが５６％、試料Ｄが５５％である。表面保湿ステップ完了後の重量の増加は、それぞれ２４８ｇ／ｍ２と２３４ｇ／ｍ２であった。次いで、表面保湿試料を約６分間空気乾燥してから、０．１ＭＰａ（１５ｐｓｉ）の圧力で２４時間炭酸化養生した。炭酸プレキャストコンクリート試料の凍結融解耐性と摩耗耐性を試料Ａと同じように評価し、結果を表３に記録した。従来の炭酸プレキャストコンクリート（表１の試料Ｂ）の試験結果と比較すると、提案した表面保湿ステップにより凍結融解耐性と摩耗耐性が改善したことは明らかである。
実施例１の配合と製造方法でプレキャストコンクリート試料を作製したが、表面保湿方法を変更した。調整プレキャストコンクリート試料を扇風機で２時間調整した後、水に浸漬する代わりに、５％セメント（すなわち混合組成が上記と同じポルトランドセメント）スラリー（試料Ｃ）又は５％消石灰スラリー（試料Ｄ）に１秒間浸漬した。調整による水分の減少は、それぞれ試料Ｃが５６％、試料Ｄが５５％である。表面保湿ステップ完了後の重量の増加は、それぞれ２４８ｇ／ｍ２と２３４ｇ／ｍ２であった。次いで、表面保湿試料を約６分間空気乾燥してから、０．１ＭＰａ（１５ｐｓｉ）の圧力で２４時間炭酸化養生した。炭酸プレキャストコンクリート試料の凍結融解耐性と摩耗耐性を試料Ａと同じように評価し、結果を表３に記録した。従来の炭酸プレキャストコンクリート（表１の試料Ｂ）の試験結果と比較すると、提案した表面保湿ステップにより凍結融解耐性と摩耗耐性が改善したことは明らかである。
【0135】
【表3】
【0136】
［実施例３］
実施例１の配合と製造方法でプレキャストコンクリート試料を作製したが、表面保湿時間を長くした。調整プレキャストコンクリート試料を、水に１秒間浸漬する代わりに、水に３秒間（試料Ｅ）又は５秒間（試料Ｆ）浸漬した。扇風機の前で２時間調整した後、試料ＥとＦは、それぞれ当初含水率の５５％と５４％を失った。表面保湿ステップ後、それぞれ重量が２３１ｇ／ｍ２と２２２ｇ／ｍ２増加した。表面保湿に続いて約６分の空気乾燥後、０．１ＭＰａ（１５ｐｓｉ）圧力に調節した二酸化炭素ガスで２４時間硬化させた。炭酸プレキャストコンクリート試料の摩耗耐性を試料Ａと同じように評価し、結果を表４に記録した。従来の炭酸プレキャストコンクリート（表１の試料Ｂ）の試験結果と比較すると、表面保湿ステップを追加することにより摩耗耐性が改善したことは明らかである。
実施例１の配合と製造方法でプレキャストコンクリート試料を作製したが、表面保湿時間を長くした。調整プレキャストコンクリート試料を、水に１秒間浸漬する代わりに、水に３秒間（試料Ｅ）又は５秒間（試料Ｆ）浸漬した。扇風機の前で２時間調整した後、試料ＥとＦは、それぞれ当初含水率の５５％と５４％を失った。表面保湿ステップ後、それぞれ重量が２３１ｇ／ｍ２と２２２ｇ／ｍ２増加した。表面保湿に続いて約６分の空気乾燥後、０．１ＭＰａ（１５ｐｓｉ）圧力に調節した二酸化炭素ガスで２４時間硬化させた。炭酸プレキャストコンクリート試料の摩耗耐性を試料Ａと同じように評価し、結果を表４に記録した。従来の炭酸プレキャストコンクリート（表１の試料Ｂ）の試験結果と比較すると、表面保湿ステップを追加することにより摩耗耐性が改善したことは明らかである。
【0137】
【表4】
【0138】
［実施例４］
実施例１の配合と製造方法でプレキャストコンクリート試料を作製したが、表面保湿方法を変更した。調整プレキャストコンクリート試料を、水に浸漬する代わりに、２５％セメントスラリー（試料Ｇ）又は２５％消石灰スラリー（試料Ｈ）又は２５％鉄鋼スラグスラリー（試料Ｉ）のいずれかに１秒間浸漬した。扇風機の前で２時間調整した後、試料Ｇ、Ｈ、Ｉはそれぞれ当初含水率の４７％、５０％、５１％を失った。表面保湿ステップ後、それぞれ重量が２１３、２６８、２５８ｇ／２増加した。表面保湿に続いて約６分の空気乾燥後、０．１ＭＰａ（１５ｐｓｉ）の圧力の二酸化炭素ガスで２４時間硬化させた。炭酸プレキャストコンクリート試料の摩耗耐性を試料Ａと同じように評価し、結果を表５に記録した。従来の炭酸プレキャストコンクリート（表１の試料Ｂ）の摩耗試験結果と比較すると、表面保湿ステップを追加したことにより摩耗耐性が改善したことは明らかである。加えて、セメント又は消石灰スラリーを使用するよりも鉄鋼スラグスラリーを使用する方が、炭酸プレキャストコンクリートの摩耗耐性の改善にはより効果的である。
実施例１の配合と製造方法でプレキャストコンクリート試料を作製したが、表面保湿方法を変更した。調整プレキャストコンクリート試料を、水に浸漬する代わりに、２５％セメントスラリー（試料Ｇ）又は２５％消石灰スラリー（試料Ｈ）又は２５％鉄鋼スラグスラリー（試料Ｉ）のいずれかに１秒間浸漬した。扇風機の前で２時間調整した後、試料Ｇ、Ｈ、Ｉはそれぞれ当初含水率の４７％、５０％、５１％を失った。表面保湿ステップ後、それぞれ重量が２１３、２６８、２５８ｇ／２増加した。表面保湿に続いて約６分の空気乾燥後、０．１ＭＰａ（１５ｐｓｉ）の圧力の二酸化炭素ガスで２４時間硬化させた。炭酸プレキャストコンクリート試料の摩耗耐性を試料Ａと同じように評価し、結果を表５に記録した。従来の炭酸プレキャストコンクリート（表１の試料Ｂ）の摩耗試験結果と比較すると、表面保湿ステップを追加したことにより摩耗耐性が改善したことは明らかである。加えて、セメント又は消石灰スラリーを使用するよりも鉄鋼スラグスラリーを使用する方が、炭酸プレキャストコンクリートの摩耗耐性の改善にはより効果的である。
【0139】
【表5】
【0140】
［実施例５］
以下に示す混合設計でプレキャストコンクリート試料を調製した。
以下に示す混合設計でプレキャストコンクリート試料を調製した。
【0141】
【表6a】
【0142】
【表6b】
【0143】
原料を一緒に混合し、形成し、次いで所望の密度に圧密した。脱型後、プレキャストコンクリート試料を、市販の扇風機の前で空気流量４３ｍ３／分、室温で２時間調整した。この調整工程により、試料Ｊ、試料Ｋともに５３％の水分が減少し、試料Ｌ、試料Ｍともに４９％の水分が減少した。その後、プレキャストコンクリート試料Ｊを水に５秒間完全に浸漬して表面保湿を行い、重量が２４５ｇ／ｍ２増加した。プレキャストコンクリート試料Ｋ、Ｌ、Ｍを、それぞれ２５％セメントスラリー、２５％鉄鋼スラグスラリー、２５％消石灰スラリーに５秒間完全に浸漬して表面保湿し、それぞれ重量が２８３、２９５、３０５ｇ／ｍ２増加した。次いで、表面保湿プレキャストコンクリート試料を周囲温度で約１０分間空気乾燥してから、圧力室に装填して炭酸化養生した。０．１ＭＰａ（１５ｐｓｉ）の圧力に調節した二酸化炭素ガスを密封圧力室に導入した。炭酸化養生時間は２４時間とした。炭酸化養生後、実施例１に記載の方法に従って、炭酸プレキャストコンクリート試料の密度、吸水量、圧縮強度、凍結融解耐性を評価した。得られた結果を表６ｃに記録した。表２に示すＡＳＴＭ Ｃ１３７２の仕様と比較すると、試料Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍは全てが擁壁の用途に受け入れられる。これらの試料は、表面保湿ステップによって、従来の炭酸プレキャストコンクリート（表１の試料Ｂ）よりもはるかに高い凍結融解耐性を持つ。加えて、セメントスラリー又は水に浸漬することで、鉄鋼スラグ又は消石灰のスラリーに浸漬するよりも、炭酸プレキャストコンクリートの凍結融解耐性が高まる。さらに、表１の試料Ａの凍結融解試験結果と試料Ｊの凍結融解試験結果を比較すると、水に１秒間だけ浸漬するよりも、水に５秒間浸漬した方が炭酸プレキャストコンクリートの凍結融解耐性が高くなる。
【0144】
【表6c】
【0145】
［実施例６］
以下に示す混合設計でプレキャストコンクリート試料Ｎを調製した。この混合設計の主な特徴は、二元結合材システム（鉄鋼スラグと普通ポルトランドセメントの併用）と共に、撥水性混和剤（ＷＲＡ）の使用量が従来の０．２～０．４％から２．０％に増加したことである。
以下に示す混合設計でプレキャストコンクリート試料Ｎを調製した。この混合設計の主な特徴は、二元結合材システム（鉄鋼スラグと普通ポルトランドセメントの併用）と共に、撥水性混和剤（ＷＲＡ）の使用量が従来の０．２～０．４％から２．０％に増加したことである。
【0146】
【表7a】
【0147】
【表7b】
【0148】
原料を一緒に混合し、形成し、次いで所望の密度に圧密した。脱型後、プレキャストコンクリート試料Ｎを、市販の扇風機の前で空気流量４３ｍ３／分、室温で３０分間調整し、水分が２１％減少した。その後、このプレキャストコンクリート試料を直ちに圧力室に装填して炭酸化養生し、表面保湿は行わなかった。０．１ＭＰａ（１５ｐｓｉ）の圧力に調節した二酸化炭素ガスを密封圧力室に導入した。炭酸化養生時間は２４時間とした。炭酸化養生後、実施例１に記載の方法に従って、炭酸プレキャストコンクリート試料の密度、吸水量、圧縮強度、凍結融解耐性、摩耗耐性を評価した。得られた結果を表７ｃに記録した。表２に示すＡＳＴＭ Ｃ１３７２の仕様と比較すると、試料Ｎは、擁壁の用途に十分に受け入れられる。この試料Ｎは、従来の炭酸プレキャストコンクリート（表１の試料Ｂ）よりもはるかに優れた耐凍結融解耐性を持つ。表面保湿処理を施した炭酸プレキャストコンクリート（表１の試料Ａ、表３の試料ＣとＤ、表６ｃの試料Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ）よりも凍結融解耐性が優れている。表７ｃの摩耗試験結果を表１の試料Ｂの摩耗耐性と比較すると、残念ながら、撥水性混和剤の使用量が多くても摩耗耐性の改善は得られない。
【0149】
【表7c】
【0150】
［実施例７］
９０％の鉄鋼スラグと１０％の普通ポルトランドセメントを含有する二元結合材組成の層状構造体を用いて試料Ｏを作製した。この炭酸プレキャストコンクリートは、コンクリート舗装材又は同様の用途のために設計されたものである。試料Ｏの最上層の厚さは６ｍｍであった。基材層の厚さは２４～４５ｍｍであり、必要な物性試験によって変化させた。試料Ｏの混合設計を以下に示す。
９０％の鉄鋼スラグと１０％の普通ポルトランドセメントを含有する二元結合材組成の層状構造体を用いて試料Ｏを作製した。この炭酸プレキャストコンクリートは、コンクリート舗装材又は同様の用途のために設計されたものである。試料Ｏの最上層の厚さは６ｍｍであった。基材層の厚さは２４～４５ｍｍであり、必要な物性試験によって変化させた。試料Ｏの混合設計を以下に示す。
【0151】
【表8a】
【0152】
【表8b】
【0153】
最上層と基材層のコンクリート混合物を別々に調製した。全ての原材料を一緒に混合した後、基材層混合物を金型に形成し、平らにしてから最上層混合物を加えた。次いで、形成した材料を圧縮振動下で所望の密度に圧密した。脱型後、プレキャストコンクリート試料Ｏを、市販の扇風機の前で空気流量４３ｍ３／分、室温で２時間調整し、水分を３６％減少させた。その後、プレキャストコンクリート試料Ｏの最上層部を水に３秒間浸漬して表面保湿を行い、重量を８４ｇ／ｍ２増加させた。次いで、表面保湿プレキャストコンクリートを周囲温度で約１０分間空気乾燥してから、圧力室に装填して炭酸化養生した。０．１ＭＰａ（１５ｐｓｉ）の圧力に調節した二酸化炭素ガスを密封圧力室に導入した。炭酸化養生時間は２４時間とした。炭酸化養生後、炭酸プレキャストコンクリートの以下の特性を評価した。
【0154】
密度、含水率、吸水率、圧縮強度－ＡＳＴＭ Ｃ１４０に準拠。
【0155】
凍結融解耐性－ＡＳＴＭ Ｃ１６４５に準拠し、３％ＮａＣｌ溶液を使用。
【0156】
摩耗耐性－ＡＳＴＭ Ｃ９４４に準拠。
【0157】
比較のために、試料Ｏの基材層の混合設計に非常に近い混合設計で、単層炭酸プレキャストコンクリート試料Ｐを作製した。唯一の違いは、試料Ｐの混合物は当初水対結合材比が０．１１であるのに対し、試料Ｏの基材層の混合物は水対結合材比が０．１３である点である。試料Ｐは、試料Ｎと同一の配分及び製造工程で作製した。炭酸化養生前に、市販の扇風機の前で空気流量４３ｍ３／分、室温で２時間調整し、水分を２６％減少させた。試料Ｐの特性を、試料Ｏに用いた試験方法と同じ方法で評価した。試料ＯとＰの両方の試験結果を表８ｃにまとめた。次いで、得られた試験結果を、表９に示すコンクリート舗装材についてのＡＳＴＭ Ｃ９３６の仕様と比較する。
【0158】
ＡＳＴＭ Ｃ９３６は、コンクリート舗装材の摩耗耐性を測定するサンドブラスト法（ＡＳＴＭ Ｃ４１８）を規定している。しかし、ＡＳＴＭ Ｃ４１８は複雑で入手しにくいという問題があるため、代替方法のＡＳＴＭ Ｃ９４４を選択して、試料ＯとＰの摩耗耐性を評価することとした。
【0159】
試料ＯとＰの摩耗耐性品質を判断するために、４つのコンクリート連動舗装ユニットと５つの異なる種類の舗装スラブを含む市販のコンクリート舗装材をホームデポから調達した。購入したコンクリート舗装材の摩耗耐性をＡＳＴＭ Ｃ９４４に準拠して試験した。試験した市販のコンクリート舗装材の中で摩擦による質量の減少が最も小さいものを、試料ＯとＰの摩耗耐性を評価するためのベンチマークとして選択した。結果を表９に示す。
【0160】
層状構造のない試料Ｐは、摩耗耐性が非常に悪い。摩耗試験後の質量の減少は、試料Ｏの２５倍である。また、試料Ｐは試料Ｏよりも強度がわずかに劣るが、吸水性と凍結融解耐性が優れている。ＡＳＴＭ Ｃ９３６の仕様と表９に示す市販のコンクリート舗装材の最良の摩耗耐性と比較して、試料Ｐは主に摩耗耐性が劣るため、コンクリート舗装材の用途には受け入れられない。逆に試料Ｏは、層状構造と表面保湿による表面強化効果により、市販のコンクリート舗装材の最高クラスとほぼ同等の摩耗耐性を有する（表９）。試料Ｏの吸水性、強度、凍結融解耐性は、ＡＳＴＭ Ｃ９３６の要件に適合している。試料Ｏがコンクリート舗装材の用途によく適していることは明らかである。
【0161】
【表8c】
【0162】
【表9】
【0163】
表８ｃから、試料Ｏは試料Ｐよりも凍結融解試験２８サイクル後の質量減少が大きいことがわかる。このような結果は、試料Ｐに多量の撥水性混和剤を使用したことに起因する可能性がある。試料Ｏの上面は、表面保湿ステップを追加することで強化されるが、この表面強化効果は凍結融解耐性において高使用量の撥水性混和剤ほど効果的ではない可能性がある。それでも、試料Ｏの凍結融解による質量の減少は、コンクリート舗装材のＡＳＴＭ規格の最大許容範囲内である。
【0164】
［実施例８］
層状構造を使用して試料Ｑを作製し、結合材は鉄鋼スラグのみとした。この炭酸プレキャストコンクリートは、コンクリート舗装材又は同様の用途のために設計されたものである。試料Ｑの最上層の厚さは６ｍｍである。試料Ｑの基材層の厚さは２４～４５ｍｍであり、必要な物性試験によって変化させる。プレキャストコンクリート試料を、以下に示す混合設計で調製した。
層状構造を使用して試料Ｑを作製し、結合材は鉄鋼スラグのみとした。この炭酸プレキャストコンクリートは、コンクリート舗装材又は同様の用途のために設計されたものである。試料Ｑの最上層の厚さは６ｍｍである。試料Ｑの基材層の厚さは２４～４５ｍｍであり、必要な物性試験によって変化させる。プレキャストコンクリート試料を、以下に示す混合設計で調製した。
【0165】
【表10a】
【0166】
【表10b】
【0167】
最上層と基材層のコンクリート混合物を別々に調製した。全ての原材料を一緒に混合した後、基材層混合物を金型に形成し、平らにしてから最上層混合物を加えた。次いで、形成した材料を圧縮振動下で所望の密度に圧密した。脱型後、プレキャストコンクリート試料Ｑを、市販の扇風機の前で空気流量４３ｍ３／分、室温で２時間調整し、当初含水率を４１％低下させた。その後、プレキャストコンクリートの最上層部を水に３秒間浸漬して表面保湿を行い、吸水により重量を１０３ｇ／ｍ２増加させた。次いで、表面保湿プレキャストコンクリートを周囲温度で約１０分間空気乾燥してから、圧力室に装填して炭酸化養生した。０．１ＭＰａ（１５ｐｓｉ）の圧力に調節した二酸化炭素ガスを密封圧力室に導入した。炭酸化養生時間は２４時間であった。炭酸化養生後、炭酸プレキャストコンクリートの物理的－機械的特性と耐久性を実施例７に記載したように評価した。
【0168】
比較のために、試料Ｑの基材層と同一の配合で、表面保湿ステップを行わない単層炭酸プレキャストコンクリート試料Ｒを作製した。市販の扇風機の前で空気流量４３ｍ３／分、室温で２時間調整した後、試料Ｒは当初含水率が４７％低下した。試料Ｒの特性も評価した。試料ＱとＲの両方の試験結果は表１０ｃにまとめられている。
【0169】
層状構造と表面保湿ステップのない試料Ｒは、摩耗耐性が非常に悪い。摩耗試験後の質量の減少は、試料Ｑの９倍である。また、試料Ｒは試料Ｑよりも吸水性が高いが、強度は試料Ｑと同等であり、凍結融解耐性はわずかに優れている。ＡＳＴＭ Ｃ９３６の仕様と表９に示す市販のコンクリート舗装材の最良の摩耗耐性と比較して、試料Ｒは主に摩耗耐性が劣るため、コンクリート舗装材の用途には受け入れられない。逆に試料Ｑは、層状構造と表面保湿による表面強化効果により、市販のコンクリート舗装材の最高クラス（表９）よりも摩耗耐性が良好である。試料Ｑの吸水性、強度、凍結融解耐性は、ＡＳＴＭ Ｃ９３６の要件に適合している。試料Ｑがコンクリート舗装材の用途によく適していることは明らかである。
【0170】
【表10c】
【0171】
［参考文献］
以下の参考文献は全て、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
ACI Committee. (2008). 201.2R-08: Guide to Durable Concrete Durability. Michigan, US: American Concrete Institute.
ASTM. (2017). Standard Specification for Dry-Cast Segmental Retaining Wall Units (Vol. ASTM C1372-17). West Conshohocken, PA: ASTM International.
ASTM. (2018a). Standard Specification for Solid Concrete Interlocking Paving Units (Vol. ASTM C936 / C936M-18). West Conshohocken, PA: ASTM International.
ASTM. (2018b). Standard Test Method for Evaluating the Freeze-Thaw Durability of Dry-Cast Segmental Retaining Wall Units and Related Concrete Units (Vol. ASTM C1262 / C1262M-18). West Conshohocken, PA: ASTM International.
ASTM. (2018c). Standard Test Methods for Sampling and Testing Concrete Masonry Units and Related Units (Vol. ASTM C140 / C140M-18). West Conshohocken, PA: ASTM International.
ASTM. (2019a). Standard Test Method for Abrasion Resistance of Concrete or Mortar Surfaces by the Rotating-Cutter Method (Vol. ASTM C944 / C944M-19). West Conshohocken, PA: ASTM International.
ASTM. (2019b). Standard Test Method for Freeze-thaw and De-icing Salt Durability of Solid Concrete Interlocking Paving Units (Vol. ASTM C1645-19). West Conshohocken, PA: ASTM International.
CSA. (2005). CSA A231.2 Precast concrete paving slabs/Precast concrete pavers. Toronto, Ontario: CSA.
Environmental Protection Agency. (1995). AP 42 - Compilation of Air Pollutant Emission Factors, 5th Edition, Volume 1. Research Triangle Park, NC: U. S. Environmental Protection Agency.
Patel, H., Bland, C., & Poole, A. (1995). The microstructure of concrete cured at elevated temperatures. Cement and Concrete Research, 25(3), 485-490.
Zhang, D., Ghouleh, Z., & Shao, Y. (2017). Review on carbonation curing of cement-based materials. Journal of CO2 Utilization, 21, 119-131. doi:10.1016/j.jcou.2017.07.003
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【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【国際調査報告】