CN101077832A - 水中不分散混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种水中不分散混凝土，其配比为：粗粒料；粉体，包含有水泥、卜作岚材料或不具胶结性质的惰性材料；拌和水；以及，内聚力增加剂(例如聚丙烯酰胺等)；可产制水中不分散混凝土。更佳地，提供一种水中自充填(自密实)混凝土，不仅具有水中不分散的功能，其工作性可完全符合自充填混凝土规格，可填满钢筋间隙并具有自充填及自密实与适当中强度的效果，其配比包含：粗粒料；细粒料；内聚力增加剂；以及减水剂。当拌和完成，可供适用于一般水中结构物工程。此外，本发明亦揭示了该水中不分散混凝土与水中自充填混凝土的配比设计程序及调配方法。本发明品质极为稳定，且具有适当强度，不但符合自充填性能要求，且水不混浊又不析离，能广泛运用于水下与河海工程。

Description

水中不分散混凝土
技术领域
本发明涉及一种水中不分散混凝土，特别是涉及一种添加内聚力增加剂，可产制坍度为5cm～27.5cm的水中不分散混凝土；尤指一种具有良好自充填性能的水中自充填(自密实)混凝土，其坍流度值400～750mm并具有适当的强度(强度介于140～630kgf/cm2)。本发明品质极为稳定，且具有适当强度，不但符合自充填性能要求，且水不混浊又不析离，能广泛运用于水下与河海工程。
背景技术
一般常用的传统水中混凝土，无非是增加其水泥及粉体用量与限制其水灰比(应不得大于0.5)为其设计诉求，即使采用特密管输送浇置，其品质与效益亦是难以控制；诸如断桩、断壁、包土、包砂、塞管、粒料分离等导致漏水、漏砂、强度不足与不均等缺失屡见不鲜，显示除施工技术外，水中混凝土的工程性质仍有诸多缺失而尚待改进。一种能在水中不分散的混凝土是由西德所开发，1977年正式开始使用，日本于1980年后更是把它发扬光大，现今正为市场上的主流，最主要是以纤维素是衍生化合物作为主成份的抗析离剂(Anti-Washout Admixture，AWA)，再搭配高性能AE输气剂所调配而成，其性质已大大改善了传统水中混凝土所造成的缺失。此类水中混凝土虽然具有自流平的特性，但是它并不是十分尽善尽美，例如初凝时间过长、早期强度较差、拆模时间延长、流动速度缓慢与价格更是昂贵等等，尤其工作性质与目前已知自充填混凝土(SCC)的可作业性标准尚有一大段距离。
由此可见，上述现有的水中混凝土在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构的水中不分散混凝土，便成为当前业界极需改进的目标。
有鉴于上述现有的水中混凝土存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的水中不分散混凝土，能够改进一般现有的水中混凝土，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的水中混凝土存在的缺陷，而提供一种新型结构的水中不分散混凝土，所要解决的技术问题是使其利用适当的粗粒料、细粒料与粉体的配比下，更包含有内聚力增加剂，藉此可以达到在水中浇置而不分散，而可运用于一般水中结构物工程，从而更加适于实用。
本发明的另一目的在于，提供一种新型结构的水中自充填(自密实)混凝土，所要解决的技术问题是使其不仅具有水中不分散的功能，而且其工作性可以完全符合自充填混凝土(自密实)的规格，具有可填满钢筋间隙与自充填(自密实)的效果，而可以运用于一般水中结构物工程，从而更加适于实用。
本发明的再一目的在于，提供一种新型结构的水中不分散混凝土以及水中自充填(自密实)混凝土，所要解决的技术问题是使其粉体主要成分为水泥，更包含有适当比例的卜作岚材料，或是包含不具胶结性质的惰性材料，能在低水泥用量之下达到水中不分离与自充填性能，并可以降低混凝土的成本，而具有可增加工作性、改善混凝土硬固后的孔隙结构、增加晚期强度的成长、降低氯离子渗透率及减少海水中的硫酸钙与硫酸镁化学侵蚀等的功效，从而更加适于实用。
本发明还一目的在于，提供一种水中不分散混凝土的配比设计流程，所要解决的技术问题是使其在适当的步骤下设计水中不分散混凝土，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的另还一目的在于，提供一种提供一种水中自充填(自密实)混凝土的配比设计流程，所要解决的技术问题是使其在适当的步骤下设计水中自充填(自密实)混凝土，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种水中不分散混凝土，其配比包含：粗粒料(coarseaggregate)，其用量是介于600～1200kg/m3；细粒料(fine aggregate)，其用量是500～1100kg/m3，其细度模数(F.M)是介于2.2～3.2；粉体，用量300～700kg/m3，其至少包含有水泥(cement)；拌和水；及内聚力增加剂，其固体含量(固成分)用量为粉体用量的0.1～5.0wt％；其中当拌和完成，该水中不分散混凝土的水胶比(W/B)是在0.2～1.0，浆体体积是为0.235～0.619m3，水粉体积比是为0.438～3.150。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的水中不分散混凝土，其可产制坍度为5.0～27.5cm。
前述的水中不分散混凝土，其中所述的内聚力增加剂是为聚丙烯酰胺类。
前述的水中不分散混凝土，其中所述的拌和水的用量是为140～300kg/m3。
前述的水中不分散混凝土，其中所述的粉体另包含有卜作岚材料(Pozzolans)，其是选自炉石粉(ground granulated blast-furnaceslag，GGBFS)、硅灰(silica fume)、飞灰(fly ash)、稻壳灰(rice husk ash)、沸石粉(zeolite powder)与上述的组合的其中之一。
前述的水中不分散混凝土，其中所述的粉体另还包含有不具胶结性质的惰性材料，其中该不具胶结性质的惰性材料是选自石灰石粉、转炉炉碴粉、气冷高炉炉碴粉、橄榄石粉、白云石粉、辉石粉、角闪石粉、方解石粉、斜长石粉、石英粉、正长石粉、硅砂粉与上述的组合的其中之一。
前述的水中不分散混凝土，其中所述的卜作岚材料与该不具胶结性质的惰性材料的组合用量是占该粉体总用量的90wt％以下。
前述的水中不分散混凝土，其另包含有减水剂，其固体含量(固成分)用量是为粉体用量的0.1～3.0wt％。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种水中自充填(自密实)混凝土，其配比包含：粗粒料(coarseaggregate)，其用量是介于600～1100kg/m3；细粒料(fine aggregate)，其用量是500～1100kg/m3，其细度模数(F.M)是介于2.2～3.2；粉体，用量300～700kg/m3，其是至少包含有水泥；拌和水；内聚力增加剂，其固体含量(固成分)用量是为粉体用量的0.1～5.0wt％；以及减水剂，其固体含量(固成分)用量是为粉体用量的0.1～3.0wt％；其中，当拌和完成，该水中自充填(自密实)混凝土的水胶比(W/B)是在0.22～1.00，浆体体积是为0.25～0.60m3，水粉体积比是为0.50～2.95。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的水中不分散混凝土，其中所述的内聚力增加剂是为聚丙烯酰胺类。
前述的水中不分散混凝土，其中所述的内聚力增加剂的组成是包含丙烯酰胺及其衍生物的均聚物和共聚物，其主要型态是为水溶性胶体、粉状固体或乳剂(乳化剂)，每一型态并可为阳离子型、阴离子型、或非离子型，或选自于聚氧化乙烯类(polyoxyalkylene)、多醣类(polysaccharide)、胺甲基化产物类、聚乙烯亚胺类(polyethylenimine)、聚甲基丙烯酸胺类(polymethylacrylate amine)、聚乙烯基咪唑类(poly vinylimidazole)、二卤键烃与多胺缩合物、聚乙烯吡啶盐类(poly vinyl pyridine)、聚丙烯酸钠类(poly sodium acrylate)、纤维素类(cellulose derivatives)、聚丙烯磺酸钠类(poly propylene sodium sulfonate)、聚甲基丙烯酸钠(polysodium methylacrylate)、薄朊酸钠类的其中之一。
前述的水中不分散混凝土，其中所述的拌和水的用量是为140～300kg/m3。
前述的水中不分散混凝土，其中所述的粉体另包含有卜作岚材料(Pozzolans)与不具胶结性质的惰性材料，其中该卜作岚材料与该不具胶结性质的惰性材料的组合用量是占该粉体总用量的90wt％以下。
前述的水中不分散混凝土，其另包含有输气剂，其固体含量(固成分)用量是为粉体用量的0.1～2.0wt％。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下：
为了达到上述目的，依本发明的水中不分散混凝土，其配比为：粗粒料(coarse aggregate)，用量600～1200kg/m3；细粒料(fine aggregate)，用量500～1100kg/m3；其细度模数(Fineness Modulus，F.M)是介于2.0～3.2；粉体，用量300～700kg/m3，其是至少包含有水泥(cement)，更可包含卜作岚材料(Pozzolans)，例如炉石粉(ground granulated blast-furnaceslag，GGBFS)、硅灰(silica fume)、飞灰(fly ash)、稻壳灰(rice huskash)、沸石粉(zeolite powder)等、或是不具胶结性质的惰性材料；拌和水，用量140～300kg/m3；以及，内聚力增加剂(例如：聚丙烯酰胺等)，其固体含量(固成分)用量为为粉体用量的0.1～5.0wt％；并依需求不同可加入减水剂(液态或粉态)，其固体含量(固成分)用量为粉体用量的0.1～3.0wt％，或是选择性加入，输气剂(液态或粉态)，其固体含量(固成分)用量为粉体用量的0.1～2.0wt％；可产制坍度为5cm～27.5cm的水中不分散混凝土。其中，当拌和完成，水中不分散混凝土的水胶比(W/B)是在0.2～1.0，浆体体积是为0.235～0.619m3，水粉体积比是为0.438～3.150。
另外，为了达到上述目的，本发明另提供了一种水中自充填(自密实)混凝土，其配比包含：粗粒料(coarse aggregate)，用量600～1100kg/m3；细粒料(fine aggregate)，用量500～1100kg/m3，其细度模数(FinenessModulus，F.M)是介于2.2～3.2；粉体，用量300～700kg/m3，其是至少包含有水泥(cement)；拌和水，用量140～300kg/m3；内聚力增加剂，其固体含量(固成分)用量为粉体用量的0.1～5.0wt％；以及，减水剂(可为液态或粉态)，其固体含量(固成分)用量为粉体用量的0.1～3.0wt％。当该自充填混凝土拌和完成，其中当拌和完成，该水中自充填(自密实)混凝土的水胶比(W/B)是在0.22～1.00，浆体体积是为0.25～0.60m3，水粉体积比是为0.50～2.95，抗压强度140～630kgf/cm2，适用于水中结构物工程。
其中，该内聚力增加剂是可为：
(1).非离子型：聚丙烯酰胺类(Polyacrylamide)，聚氧化乙烯类(polyoxyalkylene)、多醣类(polysaccharide)等。分子键上有活性基团，如醚键(-O-)、酰胺基(-CONH2)、羧基(-OH)等。
(2).阳离子型：聚丙烯酰胺的阳离子变性物、胺甲基化产物、聚乙烯亚胺类(polyethylenimine)、聚甲基丙烯酸胺类(poly methylacrylateamine)、聚乙烯吡啶盐(poly vinyl pyridine)、聚乙烯基咪唑(polyvinylimidazole)、二卤键烃与多胺缩合物等。分子键上含胺基(-NH2)与季胺盐基等。
(3).阴离子型：部分水解的聚丙烯酰胺类、聚丙烯酸钠类(polysodium acrylate)、聚丙烯磺酸钠类、聚甲基丙烯酸钠(poly sodiummethylacrylate)、薄朊酸钠等，分子键上含羧基(-COOH)及磺酸基(-SO3H)。
(4).纤维素类(cellulose derivatives)：羟乙基纤维素(HydroxyethylCellulose，HEC)、羟丙基纤维素(Hydroxypropyl Cellulose，HPC)、羟丙基甲基纤维素(Hydroxypropylmethyl Cellulose，HPMC)、甲基纤维素(Methyl Cellulose，MC)、羧基甲基纤维素(CarboxymethylCellulose，CMC)。
借由上述技术方案，本发明水中不分散混凝土至少具有下列优点：
1、本发明的的水中不分散混凝土，其利用适当的粗粒料、细粒料与粉体的配比下，粉体用量为300～700kg/m3，更包含有内聚力增加剂，其固体含量(固成分)用量为粉体用量的0.1～5.0wt％，并且，当拌和完成，该水中不分散混凝土的水胶比(W/B)是在0.2～1.0，浆体体积是为0.235～0.619m3，水粉体积比是为0.438～3.150。藉此，可以达到在水中浇置而不分散，且坍度范围在5～27.5cm，在一具体实施的检测中，其抗压强度是为可介于140～630kgf/cm2，而可以运用于一般水中结构物工程，非常适于实用。
2、本发明的水中自充填(自密实)混凝土，其粉体用量是为300～700kg/m3，更包含有固体含量(固成分)用量为粉体用量0.1～5.0wt％的内聚力增加剂以及固体含量(固成分)用量为粉体用量0.1～3.0wt％的减水剂，并且，当拌和完成，该水中自充填(自密实)混凝土的水胶比(W/B)是在0.22～1.00，浆体体积是为0.25～0.60m3，水粉体积比是为0.50～2.95。藉此，不仅具有水中不分散的功能，而且其工作性能可以完全符合自充填混凝土(自密实)(self-compacting concrete，SCC)的规格，具有可填满钢筋间隙与自充填(自密实)的效果，其抗压强度是可介于140～630kgf/cm2，而可以运用于一般水中结构物工程，非常适于实用。
3、本发明的水中不分散混凝土以及水中自充填(自密实)混凝土，其粉体主要成分为水泥，更包含有适当比例的卜作岚材料(例如：炉石或更高细度的炉石、硅灰、飞灰、稻壳灰、沸石粉等)，或是包含不具胶结性质的惰性材料(例如，石灰石粉、转炉炉碴粉、气冷高炉炉碴粉、橄榄石粉、白云石粉、辉石粉、角闪石粉、方解石粉、斜长石粉、石英粉、正长石粉、硅砂粉等)。该卜作岚材料取代部份水泥用量，并以该不具胶结性质的惰性材料补充足量的粉体用量，故能在低水泥用量之下达到水中不分离与自充填性能，并可以降低混凝土的成本，其具有可以增加工作性、改善混凝土硬固后的孔隙结构、增加晚期强度的成长、降低氯离子渗透率及减少海水中的硫酸钙与硫酸镁化学侵蚀等的功效，从而更加适于实用。
4、本发明的水中不分散混凝土的配比设计流程，可以在更加适当的步骤下设计水中不分散混凝土，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
5、本发明的水中自充填(自密实)混凝土的配比设计流程，可以在更加适当的步骤下设计水中自充填(自密实)混凝土，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
综由上述，本发明是有关于一种水中不分散混凝土，其配比为：粗粒料600～1200kg/m3；细粒料500～1100kg/m3，其细度模数(F.M)是介于2.2～3.2；粉体300～700kg/m3，其包含有水泥、卜作岚材料或不具胶结性质的惰性材料；拌和水140～300kg/m3；以及，内聚力增加剂(例如聚丙烯酰胺等)，其固体含量用量为粉体用量的0.1～5.0wt％；可产制坍度为5cm～27.5cm的水中不分散混凝土。其中当拌和完成，该水中不分散混凝土的水胶比(W/B)是在0.2～1.0，浆体体积是为0.235～0.619m3，水粉体积比是为0.438～3.150。更佳地，可适用于一种水中自充填(自密实)混凝土，不仅具有水中不分散的功能，其工作性可完全符合自充填混凝土(self-compacting concrete，SCC)的规格，可填满钢筋间隙并具有自充填及自密实(坍流度值400～750mm)与适当中强度(介于140～630kgf/cm2)的效果，其配比包含：粗粒料(coarse aggregate)，其用量是介于600～1100kg/m3；细粒料(fine aggregate)，其用量是500～1100kg/m3，其细度模数(F.M)是介于2.2～3.2；粉体，用量300～700kg/m3；内聚力增加剂，其固体含量(固成分)用量是为粉体用量的0.1～5.0wt％；以及，减水剂，其固体含量(固成分)用量是为粉体用量的0.1～3.0wt％。其中当拌和完成，该水中自充填(自密实)混凝土的水胶比(W/B)是在0.22～1.00，浆体体积是为0.25～0.60m3，水粉体积比是为0.50～2.95，以供适用于一般水中结构物工程。此外，本发明亦揭示了该水中不分散混凝土与水中自充填(自密实)混凝土的配比设计程序及调配方法，进而更加适于实用。
综上所述，本发明提供了一种品质极为稳定的水中不分散混凝土，其在水中浇置时坍度为5～27.5cm；更佳的，亦可产制水中自充填(自密实)混凝土，不但符合自充填的性能要求，坍流度值(400～750mm及直径扩散达50cm所需时间为3～25秒)、箱形试验充填高度(300mm以上)及V漏斗流下时间(7～20秒)、L流度值超过500mm且水不混浊又不析离等，而且具备有适当强度，能广泛地运用于水下与河海工程。此外，本发明亦揭示一种水中不分散混凝土的配比设计流程方法，可以供产制水中混凝土。本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在产品结构、方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的水中昆凝土具有增进的功效，从而更加适于实用，并具有产业广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是依本发明所提供的水中不分散混凝土与水中自充填(自密实)混凝土的配比设计流程图。
图2是坍落度扩散试验器具的示意图。
图3是本发明所使用的流速试验V型漏斗试验仪的示意图。
图4是本发明所使用的钢筋间隙通过试验箱形试验仪的示意图。
图5是本发明所使用的流度试验L型试验仪的示意图。
图6是本发明的一种水中自充填(自密实)混凝土在通过L型流度试验的照相图。
图7是习知自充填(自密实)混凝土在通过L型流度试验的照相图。
图8是在水中浇置的混凝土圆柱试体照相图。(左侧为本发明的水中不分散混凝土，右侧为习知传统水中混凝土)
图9是本发明的水中自充填(自密实)混凝土在特密管水中浇置的照相图。
图10是习知自充填(自密实)混凝土在特密管水中浇置的照相图。
1：决定粗粒料用量              2：决定细粒料用量
3：决定拌和水量及粉体用量      4：决定各胶结材料用量
5：决定填充材用量              11：圆锥筒
12：平板                       21：V型漏斗
22：开口                       31：A槽
32：B槽                        33：固之隔板
34：活动隔板                   35：钢筋栅栏
41：A槽                     42：B槽
43：筋栅栏                  44：灌满水
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的水中不分散混凝土其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅所附图式，本发明将列举以下的实施例说明：
本发明是提供一种水中不分散混凝土以及一种水中自充填(自密实)混凝土，其均具有水中不分散的功能，由于其配比用量中粒径的分类相当重要，故以粒径大小主要区别为粗粒料、细粒料、粉体，且更包含有内聚力增加剂。
粗粒料(coarse aggregate)是为最大粒径不大于25mm的碎石(crushedstone)或卵石(pebble)，粗粒料的单位容积(G/Glim)范围是依充填等级加以区分，实际上，粗粒料的用量(Gssd)是在600～1200kg/m3之间。
细粒料(fine aggregate)，其粒径小于粗粒料，其细度模数(FinenessModulus，F.M)宜介于2.2～3.2。由于该细粒料的含水量远较粗粒料更不稳定，为了配比品质的稳定，而细粒料的体积用量(Vsand)可由该自充填混凝土的体积减去浆体体积(Vpaste)、粗粒料的体积用量(Vg)及含气量(A)而求得，再乘以细粒料的比重，即为细粒料的用量，即Vsand＝1-Vpaste-Vg-A；S(粗粒料用量)＝Vsand×γsand，其中γsand表细粒料的比重，约2700kg/m3。依据本发明，细粒料的用量(S)是在500～1100kg/m3之间，较佳的是为600～850kg/m3。拌和水用量(W)是可由浆体体积(Vpaste)与水粉体积比(Vw/Vpowder)而求得，即W＝Vpaste÷(1+(Vpowder/Vw))×1000，通常拌和水量是140～300kg/m3。
粉体(powder)，其粒径更小于细粒料，至少包含有水泥(cement)，另可更包含卜作岚材料(Pozzolans)等胶结料或是不具胶结性质的惰性材料。通常胶结料是指水泥与卜作岚材料(Pozzolans)等具有胶结功能的粉体，通常水胶比愈低表示胶结物的需求用量愈大，其强度亦随之升高。该卜作岚材料是能取代部份的水泥，能降低水泥的用量而具有较低成本与良好流动性(水泥是为自充填混凝土中较昂贵的原料)。该卜作岚材料可包含有炉石粉(ground granulated blast-furnace slag，GGBFS)、高细田度炉石粉Highfineness slag(Blaine＞6000cm2/g)、硅灰(silica fume)、飞灰(flyash)、稻壳灰(rice husk ash)、沸石粉(zeolite powder)的其中之一或上述的组合。其中，炉石粉是炼钢高炉的炉渣，包含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等成份，亦具有卜作岚性质。水泥与卜作岚材料等胶结物的用量(B)是可由水用量(W)除以水胶比(W/B)得到，即B＝W÷(W/B)，并可得到Vbind(胶结物的体积)＝C(水泥用量)/γcem(水泥比重，约3150kg/m3)+SL(炉石用量)/γsl(炉石比重，约2940kg/m3)+SF(硅灰用量)/γsf(硅灰比重，约2250kg/m3)。而粉体不足量的部分是可由该不具胶结性质的惰性材料补充之，该不具胶结性质的惰性材料是为选自石灰石粉、转炉炉碴粉、气冷高炉炉碴粉、橄榄石粉、白云石粉、辉石粉、角闪石粉、方解石粉、斜长石粉、石英粉、正长石粉、硅砂粉的其中之一或上述的组合。通常该卜作岚材料与该不具胶结性质的惰性材料的组合用量是应介于该总粉体用量的90wt％以下。依本发明，该粉体的用量是为300～700kg/m3，较佳为400～550kg/m3。
内聚力增加剂(Viscosity-Enhancing Admixtures，VEA)，例如压克力(丙烯酸树脂(acrylic))系的聚丙烯酰胺类(Polyacrylamide，PAA)作为可使用于水中自充填(自密实)混凝土的内聚力增加剂，其组成包含丙烯酰胺及其衍生物的均聚物(homopolymer)和共聚物(copolymer)。其主要有水溶性胶体、粉状固体、乳剂(乳化剂)等三种型态，每一型态可能为阳离子型，或阴离子型，或非离子型。
或者，该内聚力增加剂是选自于聚氧化乙烯类(polyoxyalkylene)、多醣类(polysaccharide)、胺甲基化产物类、聚乙烯亚胺类(polyethylenimine)、聚甲基丙烯酸胺类(poly methylacrylate amine)、聚乙烯基咪唑类(poly vinylimidazole)、二卤键烃与多胺缩合物、聚乙烯吡啶盐类(poly vinyl pyridine)、纤维素类(cellulose derivatives)、聚丙烯酸钠类(poly sodium acrylate)、聚丙烯磺酸钠类(poly propylenesodium sulfonate)、聚甲基丙烯酸钠(poly sodium methylacrylate)、薄朊酸钠类的其中之一。内聚力增加剂的主要的功能是可凝取水泥及粉体颗粒，当混凝土在水中浇置时，可以达到不分离的效果。在本发明中，该内聚力增加剂的固体含量(固成分)用量应为粉体用量的0.1～5.0wt％。
本发明的水中不分散混凝土另可依需求地选择性包含减水剂或是输气剂(AE)，其中减水剂是用以分散水泥颗粒，达到润滑效果，在较低用水量状况下产生高流动性。在本发明中，该强塑剂是为液态或粉态，其固体含量(固成分)用量应为粉体用量的0.05～3.0wt％。
输气剂(AE)又称为界面活性剂，最主要为增加混凝土的工作性、提供足够的抗冻能力及增加抗酸碱性，在本发明中，该输气剂(液态或粉态)的固体含量(固成分)用量可为粉体用量的0.1～2.0wt％。
依本发明的水中不分散混凝土，其中当拌和完成，水胶比(W/B)是在0.2～1.0，浆体体积是为0.235～0.619m3，水粉体积比是为0.438～3.150。
请参阅图1所示，是依本发明所提供的水中不分散混凝土与水中自充填(自密实)混凝土的配比设计流程图。本发明的配比设计流程的流程步骤依序为“决定粗粒料用量”1、“决定细粒料用量”2、“决定拌和水量与粉体用量”3、“决定各胶结材料用量”4以及“决定添加剂用量”5，并以第一具体实施例进行说明：
在第一具体实施例中，一水中不分散混凝土的28天目标抗压强度是280kgf/cm2，取得的粗粒料的干捣单位重(Glim)为1470kg/m3、吸水率(Ww/W)为1.07％，取得的细粒料的细度模数(F.M.)为2.8、吸水率(Ww/W)为1.7％，该水中不分散混凝土的浆体体积(Vpaste)为0.367m3，水粉体积比(Vw/Vpowder)为1.5，首先，在“决定粗粒料用量”1的步骤中，粗粒料的最大粒径(Dmax)2.5cm，假设粗粒料的单位容积(G/Glim)为0.65，粗粒料炉干状态的用量(G)为(G/Glim)×Glim＝0.65×1470＝956kg/m3，粗粒料用量(Gssd)＝G×〔1+(Ww/W)〕＝956×(1+1.07％)＝966kg/m3，粗粒料体积(Vg)为＝G÷γd＝956÷2600＝0.368m3；
之后，在“决定细粒料用量”2的步骤中，若含气量(A)设为5％，细粒料体积(Vsand)＝1-0.05-0.367-0.368＝0.215m3，细粒料用量(Vsand)＝0.215×2700＝580kg/m3；
然后执行“决定拌和水量与粉体用量”的步骤3，拌和水量(W)＝0.367/(1+1/1.5)×1000＝220kg/m3，粉体用量(Vpowder)＝220/1.5/1000＝0.1467m3；
之后，依“决定胶结物用量”的步骤4，若该工程的目标强度为280kgf/cm2，则对应的水胶比(W/B)应为0.489，胶结物的总量(B)＝220÷0.489＝450kg/m3，依水泥∶炉石粉的2∶1比例换算，水泥用量是为300kg/m3，炉石粉用量是为150kg/m3；粗粒料用量是为956kg/m3、细粒料用量是为580kg/m3。
另外，在本实施例中，减水剂可依厂牌不同，其固体含量(固成分)用量约为粉体用量的0.7wt％(3.15kg/m3)，内聚力增加剂(PAA)，其固体含量(固成分)用量为粉体用量的0.5wt％(2.25kg/m3)，输气剂(AE)，其固体含量(固成分)用量为粉体用量的0.08％(0.36kg/m3)。此配比经试拌，其坍度是为18cm；28天抗压强度是为325kgf/cm2，91天抗压强度是为408kgf/cm2；而普通(空气中)浇置经试验所得28天的抗压强度是为340kgf/cm2，91天抗压强度是为442kgf/cm2，其水中除空气中强度比值分别为0.95与0.92。
本发明另一项发明为水中自充填(自密实)混凝土，是具有水中自充填的功能，其配比用量中粒径的分类相当重要，故以粒径大小主要区别为粗粒料、细粒料、粉体。依据本发明的水中自充填(自密实)混凝土，其中水胶比是指拌和水与胶结料(binder)的重量比例，胶结料是包含水泥与卜作岚材料(Pozzolans)等具有胶结功能的粉体，通常水胶比愈低表示胶结物的需求用量愈大，其强度亦随之升高，浆体体积(Vpaste)是为水体积与粉体体积的总合，为确保良好的坍流度值(400～750mm)，而水粉体积比(Vw/Vpowder)是指水体积与粉体体积的比例，用以控制浆体的变形与粒料悬浮能力。
粗粒料(coarse aggregate)是为最大粒径不大于25mm的碎石(crushedstone)或卵石(pebble)，依钢筋的净间距不同而选用粗粒料，粗粒料的粒径应小于单向钢筋的净间距的〔2/(2+3)〕倍或是小于双向钢筋的〔2/(2+3)〕倍，例如，当粗粒料的最大粒径为20mm时，单向钢筋的净间距不得小于37mm，双向钢筋的净间距不得小于48mm，否则粗粒料将会堵塞于钢筋前而形成拱状，即架桥现象，而粗粒料的单位容积(G/Glim)范围是依充填等级加以区分，实际上，粗粒料的用量(Gssd)是在600～1100kg/m3之间，较佳为700～850kg/m3。
依本发明的水中自充填(自密实)混凝土，其中当拌和完成，该水中自充填(自密实)混凝土的水胶比(W/B)是在0.22～1.0，浆体体积是为0.25～0.60m3，水粉体积比是为0.50～2.95，其配比设计流程是如图1所示，其步骤流程依序为“决定粗粒料用量”1、“决定细粒料用量”2、“决定拌和水量与粉体用量”3、“决定各胶结材料用量”4以及“决定添加剂用量”5，并以第二具体实施例说明：
在第二具体实施例中，水中自充填(自密实)混凝土是应用水中结构工程，其28天抗压强度是需要210kgf/cm2，取得的粗粒料的干捣单位重(Glim)为1470kg/m3、吸水率(Ww/W)为1.07％，取得的细粒料的细度模数(F.M.)为2.8、吸水率(Ww/W)为1.7％，该自充填混凝土的浆体体积(Vpaste)为0.45m3，水粉体积比(Vw/Vpowder)为1.70。
首先，在“决定粗粒料用量”1的步骤中，粗粒料的最大粒径(Dmax)＝4×〔2/(2+√3)〕＝2.14cm，取粗粒料最大粒径为2.54cm，若要求的充填等级为R2，假设粗粒料的单位容积(G/Glim)为0.50，粗粒料炉干状态的用量(G)为(G/Glim)×Glim＝0.50×1470＝739kg/m3，粗粒料用量(Gssd)＝G×〔1+(Ww/W)〕＝739×(1+1.07％)＝747kg/m3，粗粒料体积(Vg)为＝G÷γssd＝739÷2600＝0.284m3；
之后，在“决定细粒料用量”2的步骤中，若含气量(A)设为5％，细粒料体积(Vsand)＝1-0.05-0.45-0.284＝0.216m3，细粒料用量(Vsand)＝0.216×2700＝583kg/m3；
然后执行“决定拌和水量与粉体用量”的步骤3，拌和水量(W)＝0.45/(1+1/1.70)×1000＝283kg/m3，粉体用量(Vpowder)＝283/1.70/1000＝0.166m3；
之后，依“决定各胶结材料用量”的步骤4，水胶比(W/B)为0.566，胶结物的总量(B)＝283÷0.566＝500kg/m3，水泥∶炉石粉比例为60∶40，水泥用量是为300kg/m3，炉石粉用量是为200kg/m3，该水中自充填(自密实)混凝土的配比是为拌和水量280kg/m3、水泥用量300kg/m3、炉石粉用量200kg/m3(此时卜作岚材料为总粉体量的40wt％)、粗粒料用量747kg/m3、细粒料用量583kg/m3，而减水剂依厂牌不同，其固体含量(固成分)用量为粉体用量的1.3％(6.5kg/m3)，内聚力增加剂(PAA)，其固体含量(固成分)用量约为粉体用量的0.5％(2.5kg/m3)，输气剂(AE)的固体含量(固成分)用量约为粉体用量的0.08％(0.4kg/m3)。因此，在决定各原料的用量后，将粗粒料、细粒料与包含水泥与卜作岚材料的粉体等固体原料计量好，将上述的固体原料、大部分拌和水(约三分之二的拌和水)与输气剂投入拌和机内搅拌，进行搅拌30秒，将由剩余的拌和水与减水剂形成的混合溶液投入进行搅拌约10秒，最后将内聚力增加剂投入进行搅拌。
当调配成一水中自充填(自密实)混凝土时，进行坍度试验(Slumptest)、坍流度试验(Slump flow test)、V形漏斗流速试验、钢筋间隙通过试验及L型流度试验。坍流度试验是用以测试混凝土的流动性以达到所需要的坍度(26cm以上)及坍流度值(400～750mm，直径扩散达50cm所需时间为3～25秒)，坍流度试验器具是如图2所示，先将水中自充填(自密实)混凝土填满于一在平板12上的圆锥筒11，该圆锥筒11具有一较小的开口，其直径10cm，及一较大的开口，其直径为20cm，且其筒高为30cm，在填充后将圆锥筒11向上垂直提起，此时，自充填混凝土是在平板12上产生扩散，量测当水中自充填(自密实)混凝土扩散达直径50cm时所需的时间，以及在停止扩散后量测自充填(自密实)混凝土的扩散直径，作为坍流度值，而在第二具体实施例的自充填(自密实)混凝土是能符合坍落度扩散值400～750mm及直径扩散达50cm所需时间为3～25秒的标准。
V形漏斗流速试验是用以测试水中自充填(自密实)混凝土的稠度与析离度，其测试仪器是为如图3所示的V型漏斗21，其下方是具有一较小口径的开口22(6.5cm×7.5cm)，开口22处的管长为15cm，V型漏斗21本体的宽为7.5cm、高为45cm、上缘长为49cm，量测水中自充填(自密实)混凝土完全流出V型漏斗21下方开口22所需时间，经试验，第一具体实施例的水中自充填(自密实)混凝土是能符合V形漏斗流下时间7～20秒的标准。
钢筋间隙通过试验(或称箱型充填试验)是用以测试水中自充填(自密实)混凝土自行通过钢筋并充填至模板角落的能力，如图4所示，在钢筋间隙通过试验中是将水中自充填(自密实)混凝土填满于试验仪器的A槽31(槽高为49cm)，其中A槽31与B槽32是以一固定隔板33邻接隔开，在固定隔板33的下方装设有一活动隔板34与一钢筋栅栏35，依充填等级不同，装设不同的钢筋栅栏35或不装设，在R3充填等级时，其是不装设钢筋栅栏35，水中自充填(自密实)混凝土在静置于A槽31一分钟后打开活动隔板34，在A槽31的水中自充填(自密实)混凝土是经由下方往B槽32流动，本实施例中的水中自充填(自密实)混凝土流至B槽32的高度是可达到300mm以上。因此，经由上述的坍度试验、坍流度试验、V形漏斗流速试验、钢筋间隙通过试验可知，本发明的水中自充填(自密实)混凝土具有良好的自充填能力。
L型流度试验是用以测试水中自充填(自密实)混凝土自行通过双层R2钢筋，请参阅图5所示，并可观看混凝土在水中流动情形与抗析离能力，在L型流度试验中是将水中自充填(自密实)混凝土填满于试验仪器的A槽41(容积为20×10×60cm)，其中A槽41与B槽42(容积为20×70×15cm)是以一固定隔板接隔开，在固定隔板下方装设有一活动隔板与一钢筋栅栏(R2障碍)43，并在B槽中点位置也设一活动式钢筋栅栏(R2障碍)43并且该B槽42内灌满水44，水中自充填(自密实)混凝土在静置于A槽41一分钟后打开活动隔板，在A槽41的水中自充填(自密实)混凝土是经由下方往B槽42流动。本发明依第二具体实施例配制的水中自充填(自密实)混凝土流至B槽42的流度值是可达500mm以上，并且由图6发现，不会有析离现象发生，水依然保持洁净。图7是为习知自充填混凝土在通过L型流度试验的照相图，可以发现在通过L Box有污浊析离的现象。两者对比，本发明的水中自充填(自密实)混凝土明显的水中不分离功效。
图8则为本发明的水中不分散混凝土与习知传统水中混凝土在水中浇置后的试体照相图，其中，左侧试体是为本发明的水中不分散混凝土，右侧试体是为习知传统水中混凝土，本发明的水中不分散混凝土的密实度显然优于习知传统水中混凝土。
此外，图9是为本发明的水中自充填(自密实)混凝土在特密管中浇置的照相图，该水中自充填(自密实)混凝土采水中特密管浇置经试验所得28天抗压强度是为212kgf/cm2，91天抗压强度是为276kgf/cm2；而普通(空气中)浇置经试验所得28天抗压强度是为222kgf/cm2，91天抗压强度是为295kgf/cm2，其水中除空气中试体强度比值分别为0.95与0.94。
图10是习知的自充填(自密实)混凝土在特密管中浇置的照相图，该自充填(自密实)混凝土采水中特密管浇置经试验所得28天抗压强度是为194kgf/cm2，91天抗压强度是为254kgf/cm2；而普通(空气中)浇置经试验所得28天抗压强度是为352kgf/cm2，91天抗压强度是为470kgf/cm2，其水中除空气中试体强度比值分别为0.55与0.54。
第二具体实施例的水中自充填(自密实)混凝土是具有大于210kgf/cm2、高流动性、自充填性能且于水中不会有浆体粒料分离现象，强度比值显现出混凝土于水中浇置品质稳定，适用于一般水中结构物工程。如以下附表所示：
            水中自充填(自密实)混凝土的评价参考值(建议值)：
  免捣实充填性等级   1   2   3
构造条件   钢筋最小间距(mm)   30～60   60～200   200以上
  钢筋量(Kg/m3)   350以上   100～350   100以下
U形或箱形充填容器的充填高度(mm)   300以上(障碍R1)   300以上(障碍R2)   300以上(无钢筋障碍)
  流动性   坍流度(mm)   550～700   500～650
  材料析离抵抗性   漏斗流下时间(sec)   V75(1)漏斗   10～20   7～20   7～20
  S100漏斗(2)   4～8   3～8   3～8
  500mm流度到达时间(sec)   5～25   3～15   3～15
注(1)：V75漏斗是指卸出口断面尺寸为75mm×75mm的V形漏斗。
(2)：S100漏斗是铅直设置的钢制中空圆柱体形漏斗，其直圆管的上缘平滑可调水平，内壁为光滑表面，其内径为98mm、高为800mm、容积为6.28L，上下两端开口，在底端卸料口处，设有可瞬间开启且具水密性的阀门。
因此，本发明所提供的水中不分散混凝土与水中自充填(自密实)混凝土，是具有适当强度、高坍流度、自充填(自密实)性能及水中浇置不析离等特性，并且各个龄期的fc’uw/fc’air值均高于日本JSCE-D104规准建议值80％，适用于一般水下结构物工程。
因此，本发明是提供一种品质极为稳定的水中不分散混凝土，在水中浇置时坍度为5～27.5cm；更佳的，其亦可以产制水中自充填(自密实)混凝土，不但符合自充填的性能要求，坍流度值(400～750mm及直径扩散达50cm所需时间为3～25秒)、箱形试验充填高度(300mm以上)及V漏斗流下时间(7～20秒)、L流度值超过500mm且水不混浊又不析离等，而且具备有适当强度(28、91天抗压强度140～630kgf/cm2)，能够广泛地运用于水下与河海工程，此外，本发明亦揭示了一种水中不分散混凝土的配比设计流程方法，可以供产制水中混凝土，从而更加适于实用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (14)

1、一种水中不分散混凝土，其特征在于其配比包含：
粗粒料(coarse aggregate)，其用量是介于600～1200kg/m3；
细粒料(fine aggregate)，其用量是500～1100kg/m3，其细度模数(F.M)是介于2.2～3.2；
粉体，用量300～700kg/m3，其至少包含有水泥(cement)；
拌和水；以及
内聚力增加剂，其固体含量(固成分)用量是为粉体用量的0.1～5.0wt％；
其中，当拌和完成，该水中不分散混凝土的水胶比(W/B)是在0.2～1.0，浆体体积是为0.235～0.619m3，水粉体积比是为0.438～3.150。
2、根据权利要求1所述的水中不分散混凝土，其特征在于其可产制坍度为5.0～27.5cm。
3、根据权利要求1所述的水中不分散混凝土，其特征在于其中所述的内聚力增加剂是为聚丙烯酰胺类。
4、根据权利要求1所述的水中不分散混凝土，其特征在于其中所述的拌和水的用量是为140～300kg/m3。
5、根据权利要求1所述的水中不分散混凝土，其特征在于其中所述的粉体另包含有卜作岚材料(Pozzolans)，其是选自炉石粉(groundgranulated blast-furnace slag，GGBFS)、硅灰(silica fume)、飞灰(flyash)、稻壳灰(rice husk ash)、沸石粉(zeolite powder)与上述的组合的其中之一。
6、根据权利要求1或5所述的水中不分散混凝土，其特征在于其中所述的粉体另包含有不具胶结性质的惰性材料，其中该不具胶结性质的惰性材料是选自石灰石粉、转炉炉碴粉、气冷高炉炉碴粉、橄榄石粉、白云石粉、辉石粉、角闪石粉、方解石粉、斜长石粉、石英粉、正长石粉、硅砂粉与上述的组合的其中之一。
7、根据权利要求6所述的水中不分散混凝土，其特征在于其中所述的卜作岚材料与该不具胶结性质的惰性材料的组合用量是占该粉体总用量的90wt％以下。
8、根据权利要求1所述的水中不分散混凝土，其特征在于其另包含有减水剂，其固体含量(固成分)用量是为粉体用量的0.1～3.0wt％。
9、一种水中自充填(自密实)混凝土，其特征在于其配比包含：
粗粒料(coarse aggregate)，其用量是介于600～1100kg/m3；
细粒料(fine aggregate)，其用量是500～1100kg/m3，其细度模数(F.M)是介于2.2～3.2；
粉体，用量300～700kg/m3，其是至少包含有水泥；
拌和水；
内聚力增加剂，其固体含量(固成分)用量是为粉体用量的0.1～5.0wt％；以及
减水剂，其固体含量(固成分)用量是为粉体用量的0.1～3.0wt％；
其中，当拌和完成，该水中自充填(自密实)混凝土的水胶比(W/B)是在0.22～1.00，浆体体积是为0.25～0.60m3，水粉体积比是为0.50～2.95。
10、根据权利要求9所述的水中自充填(自密实)混凝土，其特征在于其中所述的内聚力增加剂是为聚丙烯酰胺类。
11、根据权利要求9所述的水中自充填(自密实)混凝土，其特征在于其中所述的内聚力增加剂的组成是包含丙烯酰胺及其衍生物的均聚物和共聚物，其主要型态是为水溶性胶体、粉状固体或乳剂(乳化剂)，每一型态并可为阳离子型、阴离子型、或非离子型，或选自于聚氧化乙烯类(polyoxyalkylene)、多醣类(polysaccharide)、胺甲基化产物类、聚乙烯亚胺类(polyethylenimine)、聚甲基丙烯酸胺类(poly methylacrylateamine)、聚乙烯基咪唑类(poly vinylimidazole)、二卤键烃与多胺缩合物、聚乙烯吡啶盐类(poly vinyl pyridine)、聚丙烯酸钠类(poly sodiumacrylate)、纤维素类(cellulose derivatives)、聚丙烯磺酸钠类(polypropylene sodium sulfonate)、聚甲基丙烯酸钠(poly sodiummethylacrylate)、薄朊酸钠类的其中之一。
12、根据权利要求9所述的水中自充填(自密实)混凝土，其特征在于其中所述的拌和水的用量是为140～300kg/m3。
13、根据权利要求9所述的水中自充填(自密实)混凝土，其特征在于其中所述的粉体另包含有卜作岚材料(Pozzolans)与不具胶结性质的惰性材料，其中该卜作岚材料与该不具胶结性质的惰性材料的组合用量是占该粉体总用量的90wt％以下。
14、根据权利要求9所述的水中自充填(自密实)混凝土，其特征在于其另包含有输气剂，其固体含量(固成分)用量是为粉体用量的0.1～2.0wt％。
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