CN115991587A - 复合材料及其用于自养护的用途及用于建造结构体的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种复合材料及其用于自养护的用途及用于建造结构体的施工方法，其中，复合材料用于建造结构体，包含由胶结材料与粒料以1：1至1：8的重量比例混合而成的混合物。该胶结材料至少具有水泥，且该粒料包含粒径介于75μm至4.75mm之间的细骨料成分、粒径大于4.75mm的粗骨料成分、或其组合。该粒料具有至少一第一颗粒材料，该第一颗粒材料具有2％～20％的吸水率及超过5％的孔隙率，且依尺寸分属于该细骨料成分及该粗骨料成分的至少一种。
Description
技术领域
本发明是关于一种复合材料、一种复合材料用于自养护的用途、以及一种建造结构体的施工方法。具体而言，本发明是关于一种具第一颗粒材料的复合材料、一种复合材料用于自养护的用途、以及一种使用复合材料建造结构体的施工方法。
背景技术
建筑工程上，时常会以使用各种材料依据特定配比调配的流动性材料如灰浆或混凝土灌浆浇置于预计形成结构体的区块，接着再等待所述流动性材料硬固而形成预定的结构体。然而，实务上，在灌浆浇置后，于尚未硬固的流动性材料的表面上容易产生泌水浮浆的问题。此容易造成流动性材料的整体配比变化，或至少在局部区域产生配比差异，亦或是造成各材料成分的析离，从而使得最后形成的结构体的整体结构性质不如预期，或各局部部分的强度或性质出现差异。另外，整体流动性材料硬固前所需要的水分也容易在此非预期的现象中损失，而无法顺利地进行硬固所需的水化反应。进一步，泌水浮浆也会对应地产生脆弱或难以与最后形成的结构体一体成型的膜层，而导致结构体的表层脱落或表层裂缝等各种缺陷。
承上所述，实务上，为了减少或避免上述缺陷，在灌浆浇置后通常需要进行额外施水以补充和涵养水分的养护作业。此过程耗时耗力，且在工程时间及成本考量下往往难以彻底地实施。因此，难以确保完成的结构体的可靠性及稳定性。如上所述，期望能开发特定材料或配方，从而可减少或避免上述缺陷，或可减少或舍去施水养护作业的需求。
发明内容
解决问题的技术手段
为解决上述问题，根据本发明的一实施例提出一种复合材料，用于建造结构体，包含：一混合物，其由胶结材料与粒料以1：1至1：8的重量比例混合而成。其中，该胶结材料具有水泥、以及选择性添加的矿粉、粉煤灰、硅灰，且该粒料包含粒径介于75μm至4.75mm之间的细骨料成分、粒径大于4.75mm的粗骨料成分、或其组合。其中，该粒料具有至少一第一颗粒材料，该第一颗粒材料具有2％～20％的吸水率及超过5％的孔隙率，且依尺寸分属于细骨料成分及粗骨料成分的至少一种。
于一实施例中，该第一颗粒材料是以粘土为主原料捏练后烧结粉碎而成，且该第一颗粒材料的组分包含SiO2、Al2O3及Fe2O3。
于一实施例中，该第一颗粒材料为营建剩余土石方中的红砖、混凝土块或其组合，经回收及碎解而制成。
于一实施例中，该粒料包含该细骨料成分及该粗骨料成分，且该第一颗粒材料依尺寸分属于该细骨料成分，且该粗骨料成分不包含该第一颗粒材料。
于一实施例中，该粒料包含该细骨料成分及该粗骨料成分，且该第一颗粒材料依尺寸分属于该细骨料成分，且该细骨料成分除了该第一颗粒材料以外另外包含一第二颗粒材料，该第二颗粒材料具有2％以下的吸水率及低于 5％的孔隙率，且该第一颗粒材料占据该细骨料成分的重量比为40％至80％。
于一实施例中，该第一颗粒材料占据该细骨料成分的重量比为50％至 70％。
于一实施例中，该粒料包含该细骨料成分及该粗骨料成分，且该第一颗粒材料依尺寸分属于该粗骨料成分，且其中，该第一颗粒材料占据该粗骨料成分的重量比为50％至100％。
于一实施例中，该第一颗粒材料占据该粗骨料成分的重量比低于100％，且该粗骨料成分除了该第一颗粒材料以外另外包含一第三颗粒材料，该第三颗粒材料具有2％以下的吸水率及低于5％的孔隙率。
根据本发明的另一实施例提出一种复合材料用于自养护的用途。其中，该复合材料包含：一混合物，其由胶结材料与粒料以1：1至1：8的重量比例混合而成。其中，该胶结材料具有水泥、以及选择性添加的矿粉、粉煤灰、硅灰，且该粒料包含粒径介于75μm至4.75mm之间的细骨料成分、粒径大于4.75mm的粗骨料成分、或其组合。其中，该粒料具有至少一第一颗粒材料，该第一颗粒材料具有2％～20％的吸水率及超过5％的孔隙率，且依尺寸分属于细骨料成分及粗骨料成分的至少一种。该复合材料基于预设水灰比0.3 ～0.8与水调配后静置一段期间，能够硬固形成具有预设完工强度的结构体。该复合材料相较于相同的该预设完工强度的灰浆或混凝土，能够进行自养护而减少或免除施水的工程养护需求。
于一实施例中，在不进行施水的工程养护下，相较于相同的该预设完工强度的灰浆或混凝土，该复合材料基于预设水灰比0.3～0.8与水调配后未硬固前，表面具有较少泌水、浮浆或其组合。
于一实施例中，在不进行施水的工程养护下，相较于相同的该预设完工强度的灰浆或混凝土，该复合材料基于预设水灰比0.3～0.8与水调配后硬固完成后，表面强度较高且具有较少裂缝。
于一实施例中，在不进行施水的工程养护下，相较于相同的该预设完工强度的灰浆或混凝土，该复合材料基于预设水灰比0.3～0.8与水调配后，初凝时间提早。
于一实施例中，在不进行施水的工程养护下，相较于相同的该预设完工强度的灰浆或混凝土，该复合材料基于预设水灰比0.3～0.8与水调配后到终凝，整体蒸发率较高。
于一实施例中，在不进行施水的工程养护下，相较于相同的该预设完工强度的灰浆或混凝土，该复合材料基于预设水灰比0.3～0.8与水调配后，蒸发率较接近于泌水率。
于一实施例中，相较于相同的该预设完工强度的灰浆或混凝土所采用的基准水灰比，该复合材料的预设水灰比较小。
本发明的再一实施例提供一种复合材料建造结构体的施工方法，其包含：将上文所述的复合材料为主体基于预设水灰比0.3～0.8与水调配，形成具流动性的工程材料；将该工程材料浇置于预设形成结构体的区块；以及在不另外进行施水的工程养护下，静待该工程材料硬固形成结构体。
对照现有技术的功效
依据本发明的各实施例所提供的复合材料、复合材料用于自养护的用途、以及建造结构体的施工方法，可通过复合材料实现自养护的效果，且因此可减少或省去施工营建结构体时所需的施水养护作业。由此，可改善施工完成的结构体的可靠性及完整性，且可减少施水养护作业的成本、时间及心力负担。
附图说明
图1为根据本发明的一实施例的复合材料的示意图。
图2为根据本发明的一实施例的复合材料中粒料的细骨料成分、粗骨料成分或其组合的示意图。
图3为根据本发明的一实施例的粒料的细骨料成分包含第一颗粒材料的示意图。
图4为根据本发明的一实施例的粒料的细骨料成分包含第一颗粒材料及第二颗粒材料的示意图。
图5为根据本发明的一实施例的粒料的粗骨料成分包含第一颗粒材料的示意图。
图6为根据本发明的一实施例的粒料的粗骨料成分包含第一颗粒材料及第三颗粒材料的示意图。
图7为根据本发明的一实施例的使用复合材料建造结构体的施工方法的流程图。
图8为根据本发明的一实施例的使用复合材料制备工程材料的步骤的示意图。
图9为根据本发明的一实施例的使用工程材料浇置预定区块的步骤的示意图。
图10为根据本发明的一实施例的等待工程材料硬固形成预定结构体的步骤的示意图。
图11为根据本发明的一实施例的工程材料硬固过程中通过第一颗粒材料进行自养护的示意图。
图12为根据本发明的一实施例的工程材料硬固过程中通过第一颗粒材料进行自养护的示意图。
图13为根据本发明的一实施例的由复合材料所调配的工程材料所产生的自养护效果的示意图。
图14A至图14C为根据本发明的一些实施例的由复合材料所制成的结构的抗压强度的比较图。
图15为根据本发明的一些实施例的由复合材料所制成的结构的干缩量的变化示意图。
主要元件符号说明：
10：复合材料
10’：工程材料
25：缺陷
45：裂缝
55：结构体
100：胶结材料
200：粒料
201、202、203、204：粒料
210：第一颗粒材料
210’：第一颗粒材料
220：第二颗粒材料
230：第三颗粒材料
300：添加剂
1000：施工方法
FC：细骨料成分
CC：粗骨料成分
P：混合物
F：强度
W：水
R：区块
S1：步骤
S2：步骤
S3：步骤
E1、E2：蒸发率
B1、B2：泌水率
具体实施方式
下文中将描述各种实施例，且本领域技术人员在参照说明搭配附图下，应可轻易理解本发明的精神与原则。然而，虽然在文中会具体说明一些特定实施例，这些实施例仅作为例示性，且于各方面而言皆非视为限制性或穷尽性意义。因此，对于本领域技术人员而言，在不脱离本发明的精神与原则下，对于本发明的各种变化及修改应为显而易见且可轻易达成的。
如图1所示，根据本发明的一实施例提出一种用于建造结构体的复合材料10。具体而言，所述复合材料10包含胶结材料100与粒料200混合而成的混合物P、以及其他可能选择性添加的添加剂300。例如，复合材料10可包含由胶结材料100与粒料200以1：1至1：8的重量比例混合而成的混合物P、以及视需求选择性添加作为减水剂、缓凝剂、速凝剂、输气剂等的添加剂300。承上，在一些实施例中，亦可不添加这些添加剂300。此些选择性添加的添加剂300的方式以及适用情境应为本领域技术人员所明了，且在此将不再赘述。
上述复合材料10中的胶结材料100可基本上具有水泥。根据一些实施例，除了水泥以外，胶结材料100亦可具有选择性添加的矿粉、粉煤灰、硅灰等材料。承上，胶结材料100为加入水以后可产生胶结性的材料，且除了上述具体示例以外亦可能进一步具有其他类似性质的材料。承上所述，通过胶结材料100，可以在加入水之后协助将粒料200胶结在一起。
接着，如图2所示，所述粒料200具体而言可包含粒径介于75μm至 4.75mm之间的细骨料成分FC、粒径大于4.75mm的粗骨料成分CC、或其组合。承上，所述粒料200可至少包含细骨料成分FC或粗骨料成分CC。另外，根据一些实施例，所述粒料200可同时包含细骨料成分FC及粗骨料成分CC。在一些实施例中，细骨料成分FC可为尺寸介于75μm～4.75mm之间的天然河砂或机制砂或细粒料，且粗骨料成分CC可为尺寸4.75mm以上的天然碎石或机制碎石或粗粒料。
承上所述，根据本发明的各实施例，粒料200可具有至少一第一颗粒材料。所述第一颗粒材料可具有2％～20％的吸水率及超过5％的孔隙率，且依尺寸可分属于细骨料成分FC及粗骨料成分CC的至少一种。例如，第一颗粒材料可为细骨料成分FC且具有3％～15％的吸水率，或者是可为粗骨料成分CC 且具有2％～15％的吸水率，或其组合等。
在一些实施例中，第一颗粒材料可以粘土为主原料捏练后烧结粉碎而成，且该第一颗粒材料的组分包含SiO2、Al2O3及Fe2O3。例如，该第一颗粒材料可为营建剩余土石方中的红砖、混凝土块或其组合，经回收及碎解而制成。或者是，第一颗粒材料可为新制成的红砖或混凝土，再直接粉碎碎解而制成。承上，在具有2％～20％的吸水率及超过5％的孔隙率下，可适用于作为粒料200的细骨料成分FC及粗骨料成分CC的至少一种的第一颗粒材料可为各种多孔粒料，且其制成或取得方式及种类不限于上述所具体说明的方式。
根据一些实施例，在使用营建剩余土石方中的红砖、混凝土块或其组合来做为第一颗粒材料时，可促进资源的回收及再利用，而促进循环经济，减少或避免废弃物的产生。具体而言，在营建、拆除或改建建筑等结构体时，时常会产生营建剩余土石方。此些营建剩余土石方中例如红砖在经拣洗碎解后，可制作成粒料200的细骨料成分FC及粗骨料成分CC的至少一种，以作为第一颗粒材料，进而促进营建剩余土石方的资源利用性。根据一些实施例，通过掺杂具有高吸水率的第一颗粒材料，可使得混合后的粒料200可具有 3％～15％的吸水率。例如，当利用红砖磨碎所形成的颗粒作为第一颗粒材料，且占据细骨料成分FC的重量比为60％的情况下，可使得细骨料成分FC的综合吸水率高达11～13％。然而，上述仅为示例，且本发明不限于此。
接下来，将参照图3至图6说明根据本发明的各实施例的复合材料10 的粒料200的各种方式。
承上，如图3所示，根据本发明的一实施例，复合材料10中的粒料201 (粒料200的其中一实施方式)可包含粒径介于75μm至4.75mm之间的细骨料成分FC、以及粒径大于4.75mm的粗骨料成分CC。其中，细骨料成分 FC可包含所述第一颗粒材料210。亦即，第一颗粒材料210的粒径介于75μm 至4.75mm，依尺寸分属于细骨料成分FC，且具有2％～20％的吸水率及超过 5％的孔隙率。
在细骨料成分FC包含第一颗粒材料210的情况下，可使得最后混合而成的复合材料10在建造结构体时可具有自养护的能力(将于后文中详述)。
根据一些实施例，第一颗粒材料210可占据细骨料成分FC的重量比的百分之一百。亦即，细骨料成分FC可完全由第一颗粒材料210组成。另外，根据本发明的一些实施例，粒料的组成亦可有其他变化。
举例而言，如图4所示，根据本发明的又一实施例，复合材料10中的粒料202(粒料200的其中一实施方式)可包含粒径介于75μm至4.75mm 之间的细骨料成分FC、以及粒径大于4.75mm的粗骨料成分CC。其中，细骨料成分FC可包含所述第一颗粒材料210，且除了该第一颗粒材料210以外另外至少包含一第二颗粒材料220。其中，第二颗粒材料220可具有2％以下的吸水率及低于5％的孔隙率。例如，第二颗粒材料220可为吸水率为 2％以下的天然砂，并与例如为红砖磨碎形成的第一颗粒材料210的吸水率 8％～10％具有显著差异。
承上所述，根据一些实施例，第一颗粒材料210可占据细骨料成分FC 的重量比为40％至80％。举例而言，根据一些较佳实施例，该第一颗粒材料 210可占据细骨料成分FC的重量比为50％至70％。例如，该第一颗粒材料210 可占据细骨料成分FC的重量比为60％。承上，在细骨料成分FC包含第一颗粒材料210及第二颗粒材料220的情况下，可使得最后混合而成的复合材料 10在建造结构体时可具有自养护的能力且同时具备较佳的强度(将于后文中详述)。
在上述详述的实施方式中，该第一颗粒材料210依尺寸皆分属于该细骨料成分FC，且该粗骨料成分CC不包含该第一颗粒材料210。然而，根据本发明的其他实施例则不限于此，且第一颗粒材料210依尺寸亦可能分属于粗骨料成分CC。简而言之，由同样材料制成的第一颗粒材料210可形成为不同尺寸，且可因此依据尺寸分属于细骨料成分FC、粗骨料成分CC或其组合。
举例而言，如图5所示，根据本发明的又一实施例，复合材料10中的粒料203(粒料200的其中一实施方式)可包含粒径介于75μm至4.75mm 之间的细骨料成分FC、以及粒径大于4.75mm的粗骨料成分CC。其中，粗骨料成分CC可包含所述第一颗粒材料210’。亦即，第一颗粒材料210’的粒径大于4.75mm，依尺寸分属于粗骨料成分CC，且具有2％～20％的吸水率及超过5％的孔隙率。在粗骨料成分CC包含第一颗粒材料210’的情况下，可使得最后混合而成的复合材料10在建造结构体时可具有自养护的能力 (将于后文中详述)。
根据一些实施例，如图5所示，粗骨料成分CC可皆由第一颗粒材料210’所组成。然而，根据其他实施例，粒料的组成亦可有其他变化。
例如，如图6所示，根据本发明的再一实施例，复合材料10中的粒料 204(粒料200的其中一实施方式)可包含粒径介于75μm至4.75mm之间的细骨料成分FC、以及粒径大于4.75mm的粗骨料成分CC。其中，粗骨料成分CC可包含所述第一颗粒材料210’，且除了该第一颗粒材料210’以外另外至少包含一第三颗粒材料230。其中，第三颗粒材料230可具有2％以下的吸水率及低于5％的孔隙率。
根据一些实施例，第三颗粒材料230可为吸水率为1.5％以下的天然石。
承上所述，第一颗粒材料210’可占据粗骨料成分CC的重量比为50％至100％。在第一颗粒材料210’占据粗骨料成分CC的重量比低于100％，且粗骨料成分CC除了第一颗粒材料210’以外另外至少包含第三颗粒材料230 的情况下，可使得最后混合而成的复合材料10在建造结构体时可具有自养护的能力且同时具备较佳的强度(将于后文中详述)。
如上所述，粒料根据不同实施方式可具有细骨料成分FC、粗骨料成分 CC或其组合，且细骨料成分FC及粗骨料成分CC的至少一种可具有2％～20％的吸水率及超过5％的孔隙率的第一颗粒材料210或210’。亦即，具有2％～20％的吸水率及超过5％的孔隙率的特性的材料，可被制成大小落于细骨料成分 FC及粗骨料成分CC的至少之一的第一颗粒材料210或210’。举例而言，第一颗粒材料210及第一颗粒材料210’可为相同材料如红砖所制成的具有不同粒径的颗粒材料。然而，此仅为示例，且本发明的第一颗粒材料210或 210’在符合具有2％～20％的吸水率及超过5％的孔隙率，且分属细骨料成分 FC及粗骨料成分CC的至少之一的特性下，不限于本文所例示性说明的方式。
此外，除了第一颗粒材料210或210’以外可组成细骨料成分FC和粗骨料成分CC的第二颗粒材料220及第三颗粒材料230，在具有2％以下的吸水率及低于5％的孔隙率的特性下，可应用各种现有或未来发展的骨料材料。进一步，细骨料成分FC或粗骨料成分CC亦可能进一步包含更多种类的具有 2％以下的吸水率及低于5％的孔隙率的骨料材料。亦或是，复合材料10可包含由不同材料所制成的具有2％～20％的吸水率及超过5％的孔隙率的第一颗粒材料210或210’。承上，这些变化应为本领域技术人员，在参照本说明书及附图下可明了，且在此将不再一一赘述。
接下来，根据本发明的一实施例公开一种建造结构体的施工方法1000。具体而言，如图7、图8所示，该方法1000包含将上述的复合材料10为主体基于预设水灰比0.3～0.8与水W调配，形成具流动性的工程材料10’的步骤S1。接着，如图7、图9所示，施工方法1000在步骤S1后进一步包含将该工程材料10’浇置于预设形成一结构体的区块R的步骤S2。最后，如图7、图10所示，浇置的步骤S2之后，可实施在不另外进行施水的工程养护下，静待工程材料10’硬固形成结构体55的步骤S3。另外，根据一些实施例，步骤S3亦可能包含实施微量或较短期间的施水的工程养护，但相对于一般工程，可大幅地减少施水的施养护作业。例如，可至少减少30％、 50％甚至70％以上的施水水量需求。
承上所述，根据本发明的各实施例，利用具有第一颗粒材料210或210’作为细骨料成分FC或粗骨料成分CC的复合材料10，可应用于进行自养护的用途。详细而言，一般水泥质工程材料在浇置灌浆完毕后，若未进行施水养护，则容易造成施工结构的缺陷或病变。然而，如上所述，根据本发明的各实施例的复合材料10包含由胶结材料与粒料以1：1至1：8的重量比例混合而成的混合物，且粒料中包含具有2％～20％的吸水率及超过5％的孔隙率的第一颗粒材料。在此配置下，可无须另外施水或可减少另外施水，即可达成自养护的效果。
举例而言，当上述复合材料10基于预设水灰比0.3～0.8与水调配后静置一段期间，能够硬固形成具有预设完工强度的结构体55。承上，在增加胶结材料的比例从而调配以形成同样的预设完工强度的情况下，该复合材料10相较于相同的预设完工强度的灰浆或混凝土，能够进行自养护而减少或免除施水的工程养护需求。简言之，本发明各实施例的复合材料10包含具有高孔隙率及高吸水率的粒料成分，且相对于现有的低孔隙率及低吸水率的粒料成分如吸水率低于3％或2％的天然砂石，可具有在浇置灌浆后能够自养护，而减少或免除另外施水的养护需求的特性。
详细而言，如图11所示，当利用本文所述的复合材料10，例如但不限于利用图7所述的方法1000来浇置灌浆时，原先较轻而会连带部分细微成分如矿粉粉煤灰等浮到工程材料10’的表层而形成泌水浮浆的水W，可至少部分地被第一颗粒材料210或210’所吸收，或可被直接蒸发掉。因此，使得泌水率B1下降，或者使得蒸发率E1提升。由此，即便在不进行施水的工程养护下，相较于相同的预设完工强度的灰浆或混凝土，复合材料10基于预设水灰比0.3～0.8与水调配后，蒸发率可较接近于泌水率。因此，即便在不进行施水的工程养护下，相较于相同的预设完工强度的灰浆或混凝土，复合材料10基于预设水灰比0.3～0.8与水调配后未硬固前，表面可具有较少泌水、浮浆或其组合。承上，一般混凝土时常因为泌水率远高于蒸发率，而使得泌水、浮浆或其组合的现象严重，从而劣化了施工品质。
承上所述，由于减少或避免了泌水、浮浆或其组合的缺陷的产生，根据本实施例的复合材料10的用途，可无须或减少另外施水的工程养护，由此减少了施工的作业需求，且可因而改善施工的品质稳定性及方便性。
另外，根据一些实施例，如图12所示，当基于例如蒸发率E2，浇置灌浆完成的工程材料10’损耗水W，或者是工程材料10’开始进行硬固而使得所涵养水W逐渐减少等各种因素所导致的缺水发生，而使得硬固所需的水化现象无法如预期进行时，通过高孔隙率吸收保存水W的第一颗粒材料210 或210’可相对应地释放水W。详言之，具有较高吸水率的第一颗粒材料210 或210’可在施工初始吸收较多水分，并随着水化现象过程而逐渐地释放水 W，从而实现自养护的功效。因此，可确保水化现象及对应的硬固反应可持续稳定地进行。由此，亦可同样减少或避免需另外施水养护的作业，进而减少或避免作业的程序负担。
依据本发明的各实施例，在不进行施水的工程养护下，相较于相同的预设完工强度的灰浆或混凝土，复合材料10基于预设水灰比0.3～0.8与水调配后硬固完成后，表面强度较高且具有较少裂缝。详言之，在针对同样的预设完工强度进行调配下，由于减少或避免了泌水、浮浆或其组合的缺陷的产生，可减少或避免表层由于此些缺陷所形成的相对脆弱的膜层或结构。因此，可使得完工后的结构体具有较高的表面强度，且同时减少或避免由于没有另外进行施水养护所造成终凝后的塑性裂缝、干缩裂缝等裂缝的产生。由此，可改善完工的结构体的品质，且亦可节省后续相应此些缺陷如裂缝所需耗费的修补心力或时间成本。
根据一些实施例，由于第一颗粒材料210或第一颗粒材料210’具有 2％～20％的吸水率及超过5％的孔隙率，因此整体复合材料10调配完成的工程材料10’的蒸发率E1或E2可得以提高。承上，根据本实施例，通过提升蒸发率E1或E2，使得蒸发率E1或E2至少大到接近于泌水率B1或B2，可减少或消除在同样泌水率B1或B2下可能造成泌水、浮浆或其组合的缺陷的发生。举例而言，根据一些实施例，在利用本案的复合材料10进行浇置灌浆以建造结构体，在不进行施水的工程养护下，相较于相同的该预设完工强度的灰浆或混凝土，该复合材料10基于预设水灰比0.3～0.8与水调配后到终凝为止，整体蒸发率可较高。例如，通过使用本案的复合材料10进行浇置灌浆以建造结构体，基于预设水灰比0.3～0.8与水调配后，蒸发率 E1或E2与泌水率B1或B2可相差不超过10％。根据一较佳实施例，通过使用本案的复合材料10浇置灌浆以建造结构体，基于预设水灰比0.3～0.8 与水调配后，蒸发率E1或E2与泌水率B1或B2可相同，使得泌水、浮浆或其组合的缺陷难以产生。
进一步，如图11及图12所示，由于第一颗粒材料210或第一颗粒材料 210’可在浇置灌浆完成后吸收多余的添加剂300，例如用于在施工浇置过程中延缓凝结来增加作业可用时间以避免产生冷缝等瑕疵的缓凝剂等。因此，根据一些实施例，在不进行施水的工程养护下，相较于相同的预设完工强度的灰浆或混凝土，复合材料10基于预设水灰比0.3～0.8与水调配后，浇置灌浆后初凝时间可提早。或者是，可将导致整体复合材料10调配完成的工程材料10’中，不易硬固的杂质或其他过多且不符合需求的添加剂300 吸收至第一颗粒材料210或第一颗粒材料210’。又或者是，可通过第一颗粒材料210或第一颗粒材料210’释放水W来补充由于蒸发一定程度后所缺少的水分，使得水化作用可持续稳定地进行。由此，可使得整体复合材料 10调配完成的工程材料10’更容易且更稳定地进行硬固，使得初凝或终凝相应地提早实现。
根据一些实施例，在用于建造结构体时，相较于相同的该预设完工强度的灰浆或混凝土所采用的基准水灰比，该复合材料10的预设水灰比可较小。如上所述，可通过使用较小的水灰比来调配复合材料10制成可浇置灌浆的工程材料10’，且使得最后形成的结构体可具有以较大的水灰比所调配的现有灰浆或混凝土的相同的预设完工强度。例如，在同样强度如280kgf/cm2及相同坍度下，复合材料10与水调配的预设水灰比可小于一般混凝土的水灰比，具有较多的胶结材料成分。
承上所述，在具有相同的预设完工强度下，相较于一般灰浆或混凝土，如图13所示，由本案的复合材料10调配的工程材料10’，可减少或避免在施工期间的泌水、浮浆或其组合的缺陷生成(图13的(a)部分所示)；可减少或避免完工的结构体55的表层强度F下降及裂缝45产生(图13的(b)部分所示)；且可使得整体的复合材料10调配的工程材料10’浇置灌浆完成后初凝、终凝或其组合的速度提早或加快(图13的(c)部分所示)。
根据一些实施例，复合材料10与水调配后的硬固实际强度依据调配配方可高达420kgf/cm2(6,000psi)以上。承上，现有工程领域中，有些建筑的设计强度为210kgf/cm2(约3000psi)。因此，可见根据本发明的各实施例的复合材料10可适用于许多结构体的建造，且可达成预设的设计强度。
综上所述，根据本发明的各实施例，基于具有分属于细骨料成分、粗骨料成分或其组合的第一颗粒材料的复合材料，可在未硬固期间减少或避免泌水、浮浆等缺陷，且可减少或避免由于泌水、浮浆或者是缺水所导致的整体浇置灌浆的配比改变。因此，可通过复合材料的自养护特性，使得另外施水进行工程养护的需求减低，大幅地增加施工的方便性、减少了施工所需的耗费心力、时间、及成本。另外，由此复合材料浇置灌浆而建造完成的结构体，也可减少或避免脆弱膜层结构的产生、减少或避免各种裂缝或缺陷的产生、增强表层的强度、且可维持相对稳定固定的整体配比，从而显著地改善了最后完成的结构体的品质的稳定性及可靠性。
上文中所述仅为本发明的一些较佳实施例。应注意的是，在不脱离本发明的精神与原则下，本发明可进行各种变化及修改。本领域技术人员应明了的是，本发明由所附申请文件所要求的范围所界定，且在符合本发明的意旨下，各种可能置换、组合、修饰及转用等变化皆不超出本发明由所附申请文件所界定的范畴。
实验范例
实例一
一般混凝土比较组配比 表1
实施例1复合材料配比 表2
上述配比的一般混凝土比较组及实施例1复合材料组浇置灌浆至 30cm*39cm*9cm的方形容器，并观测其每小时的蒸发量及硬固变化，其结果示于下表3。由试验结果可知，浇置5小时后，实施例1复合材料组比一般混凝土比较组的水分蒸发率高出约40％。进一步，观察其表面泌水状态，一般混凝土比较组的泌水速率非常快，导致表面始终保持积水状态，亦即一般混凝土比较组的泌水率远高于蒸发率。与此相对，实施例1复合材料组表面几乎没有任何积水情形，且因此无任何泌水浮浆现象，亦即实施例1复合材料组的泌水率等于蒸发率。此外，实施例1复合材料组在浇置5小时后表面已成硬固状态，而一般混凝土比较组表面仍然呈现未硬固状态，亦即实施例 1复合材料组比一般混凝土比较组初凝时间提早。最后，经过20小时后，两组皆已达到终凝状态，表面无任何积水情形，此时实施例1复合材料组比一般混凝土比较组的水分蒸发率高出约15％。
一般混凝土比较组及实施例1复合材料组蒸发率及泌水率 表3
在上述实验范例中，实施例1复合材料组所使用的红砖辗砂即为回收营建剩余土石方中的B5类砖块材料，经回收及碎解而制成，并作为实施例1 复合材料组的第一颗粒材料。承上，红砖辗砂经公正第三方检测后，皆符合 TCLP、氯离子、放射线、石绵等的安全规范标准。因此，此处作为第一颗粒材料所使用的红砖辗砂符合无害的基准，使得所制备的复合材料符合建筑材料的安全标准。承上，传统天然河砂的吸水率约在2％～3％左右，而此处所述红砖辗砂的吸水率可将近8％～10％。另外，所述红砖辗砂依据《1240混凝土粒料》分别进行筛分析、细度模数、比重、吸水率、健度、黏土块及易碎颗粒、轻质粒料含量、有机不洁物含量、水溶性氯离子等检验均能符合相关要求标准。
在上述实验范例中，以红砖辗砂作为第一颗粒材料进行混凝土拌合的流程与一般混凝土拌合的流程一样，无须特别处理(例如有些特别材料需事先浸泡至饱和，但红砖辗砂不用)。因此，可减少或避免使用有别于传统材料的第一颗粒材料时所可能导致的处理作业差异问题。亦即，根据本发明，在至少使用红砖辗沙作为第一颗粒材料时，可使得进行混凝土拌合的流程符合现有方式，从而减少作业人员操作时的困难度。
根据一些实施例，相同或类似于上述一般混凝土比较组及实施例1复合材料组，在以红砖辗砂作为细骨料成分的第一颗粒材料进行混凝土制作时，与一般混凝土在相同水胶比及胶结材掺量下，抗压强度及弹性模数可能会相对减低(例如降低约15％，且弹性模数相较于《土木401-110混凝土结构设计规范》公式的计算值建议应折减10％)。然而，在以红砖辗砂作为细骨料成分的第一颗粒材料进行混凝土制作时，由于配比采用高卜作岚掺料配比， 91天后长龄期抗压强度仍可实现超过500kgf/cm2甚至可能到达540 kgf/cm2，符合且远大于建筑结构强度所需的程度。例如，如图14A至图14C 所示，类似于上述一般混凝土比较组及实施例1复合材料组，参照下列表4 所示配比的具共同水胶比为W/B:0.424的红砖辗砂混凝土及一般混凝土的 R424样本及0424样本；具共同水胶比为W/B:0.488的红砖辗砂混凝土及一般混凝土的R488样本及O488样本；以及OS350样本的观察试体测试7、28、56、91天龄期的抗压强度的表现(基于1232混凝土圆柱试体抗压强度检验法)。在以红砖辗砂作为细骨料成分的第一颗粒材料进行混凝土制作时，与一般混凝土在相同水胶比及胶结材掺量下，抗压强度在各龄期(根据实验，例如第7天龄期、第28天龄期以及第56天龄期)皆相对略低一些。
表4各编号混凝土配比详表
注：1.配比编号R表示采用红砖辗砂，O表示采用一般细粒料，后面数字代表水胶比小数点后数字
2.配比编号OS表示采用一般细粒料，后面数字代表28天设计强度(实务上常用配比)，单位为kgf/cm2
3.设计坍度皆为20cm±1cm
4.依照设计坍度及粒料实际级配调整砂率(一般约为50％±5％)及减水剂比例(减水剂掺量一般约为胶结材的1％±0.2％)
5.胶结材比例皆为→水泥：矿粉：粉煤灰＝45％：35％：20％
承上，若需达成相同设计抗压强度，在以红砖辗砂作为第一颗粒材料进行混凝土制作时，可使胶结材料的比例提升。根据本发明的一些实施例，可例如每方混凝土增加40kg胶结材料。如上述实验范例(一般混凝土比较组及实施例1复合材料组)中，同样设计强度为280kgf/cm2，实施例1复合材料组所使用的胶结材料用量为400kg，且一般混凝土比较组所使用的胶结材料用量为360kg。
根据一些实施例，在以红砖辗砂作为细骨料成分的第一颗粒材料进行混凝土制作时，相较于一般混凝土在相同水胶比及胶结材掺量下，综观各龄期 (试验龄期0至56天)的干缩率皆明显较低(依据14603《硬固水泥砂浆及混凝土长度变化试验法》进行实验)。例如，如图15所示，上述R424样本、 O424样本、R488样本、O488样本、OS350样本的比较下，可发现在以红砖辗砂作为细骨料成分的第一颗粒材料进行混凝土制作时，可减少或避免干缩的发生。
进一步，根据实验，基于DB21/T1745-2009《地下混凝土结构防裂技术规程》试验方法，在以红砖辗砂作为细骨料成分的第一颗粒材料进行混凝土制作时，相较于一般细粒料混凝土，在早龄期时裂缝发生机率明显降低。举例而言，在混凝土拌合完成后，随即灌注入长×宽×厚为600mm×600 mm×63mm的模具中，模具内边框用63mm×40mm×6.3mm的角钢围束，边框内设间距60mm的双排栓钉，栓钉长短间格布置，长钉与短钉分别为100mm与50mm。试体灌注成型后，立即进行暴露试验，每个试体各用一台电风扇，风速4～5m/sec吹试体表面。在不大于60％的相对湿度以及 20±5℃的环境条件下，吹拂24小时以上。24小时后记录裂缝产生长度与宽度，并以各条裂缝最大宽度乘以长度记为该裂缝面积，最后加总各条裂缝面积为裂缝总面积(Acr)。承上，由裂缝降低系数可测得R424相对于O424 降低裂缝54.35％，R424相对于OS350降低裂缝50.13％(见下表5)。
表5裂缝试验结果汇整表
进一步，根据本发明的各实施例所制作的复合材料(混凝土)，基于NT BUILD 492(《非稳态氯离子扩散实验》)进行抗氯离子穿透能力试验。结果显示与一般细粒料混凝土在相同水胶比及胶结材料掺量下相比，抗氯离子穿透能力表现较佳。详言之，根据唐路平(Tang Luping)提出的氯离子扩散系数标准，D<2·10-12m2/s为优异抗氯离子渗透性能，D<8·10-12m2/s为较佳抗氯离子渗透性能，D<16·10-12m2/s为一般抗氯离子渗透性能，而D>16· 10-12m2/s为较差抗氯离子渗透性能，且不适用于严酷恶劣环境。承上，根据本发明的各实施例，R424、O424、OS350的氯离子扩散系数分别是 2.78*10-12m2/s、3.83*10-12m2/s、3.99*10-12m2/s。由此可见，利用红砖辗沙所制作的复合材料(混凝土)可满足D<8·10-12m2/s的较佳抗氯离子渗透性能，且甚至可为D<4·10-12m2/s优于一般细粒料混凝土的良好抗氯离子渗透性能。
综上所述，根据本发明的各实施例所制作的复合材料(混凝土)，可使施工时常见的表面浮浆积水现象大幅减少，且具有可保水特性能够在水泥水化失水过程中逐步释放孔隙水以达成自我养护功能。因此，可维持施工成品的表面水胶比稳定，从而大幅降低开裂机率，且可促进凝结速率的提高，有利于施工进度。进一步，还可提升抗氯离子渗透性能。承上，在配比优化确保预设强度下，根据本发明的各实施例所制作的复合材料可应用于各种结构体的建筑施工，且若进一步采用回收营建剩余土石方制作第一颗粒材料下，还可使得建筑施工的成本降低，而更符合现代循环经济的需求及期望。
另外，在本发明说明书中主要使用的强度单位为kgf/cm2，其可依据9.81 kgf/cm2＝1Mpa的原则换算成公制单位MPa。再者，在本发明说明书中主要使用的抗压试验试体尺寸是采用直径15cm高度30cm的圆柱试体，其与根据中国混凝土标准抗压试验试体尺寸采用15cm*15cm的方块的情况相较，圆柱试体抗压强度会约等于85％方块试体抗压强度。亦即，方块试体试验抗压强度压出来的数据，打折15％的数据约等于圆柱试体试验抗压强度压出来的数据。例如，圆柱试体抗压强度280kgf/cm2(29MPa)＝方块试体抗压强度34MPa(中国混凝土抗压强度标号等级C30)；圆柱试体抗压强度315kgf/cm2(32MPa)＝方块试体抗压强度37MPa(中国混凝土抗压强度标号等级C35)；圆柱试体抗压强度350kgf/cm2(36MPa)＝方块试体抗压强度42MPa(中国混凝土抗压强度标号等级C40)。承上所述，本领域技术人员应可依据此原则理解本发明说明书所述的内容并进行相应的换算，且在此将不再进一步赘述。
Claims (16)
1.一种复合材料，用于建造结构体，其特征在于，包含：
一混合物，其由胶结材料与粒料以1：1至1：8的重量比例混合而成，
其中，该胶结材料至少具有水泥，且该粒料包含粒径介于75μm至4.75mm之间的细骨料成分、粒径大于4.75mm的粗骨料成分、或其组合，其中，该粒料具有至少一第一颗粒材料，该第一颗粒材料具有2％～20％的吸水率及超过5％的孔隙率，且依尺寸分属于该细骨料成分及该粗骨料成分的至少一种。
2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，该第一颗粒材料是以粘土为主原料捏练后烧结粉碎而成，且该第一颗粒材料的组分包含SiO2、Al2O3及Fe2O3。
3.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，该第一颗粒材料为营建剩余土石方中的红砖、混凝土块或其组合，经回收及碎解而制成。
4.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，该粒料包含该细骨料成分及该粗骨料成分，且
其中，该第一颗粒材料依尺寸分属于该细骨料成分，且该粗骨料成分不包含该第一颗粒材料。
5.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，该粒料包含该细骨料成分及该粗骨料成分，且
其中，该第一颗粒材料依尺寸分属于该细骨料成分，且该细骨料成分除了该第一颗粒材料以外另外包含一第二颗粒材料，该第二颗粒材料具有2％以下的吸水率及低于5％的孔隙率，且
其中，该第一颗粒材料占据该细骨料成分的重量比为40％至80％。
6.如权利要求5所述的复合材料，其特征在于，该第一颗粒材料占据该细骨料成分的重量比为50％至70％。
7.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，该粒料包含该细骨料成分及该粗骨料成分，且
其中，该第一颗粒材料依尺寸分属于该粗骨料成分，且其中，该第一颗粒材料占据该粗骨料成分的重量比为50％至100％。
8.如权利要求7所述的复合材料，其特征在于，该第一颗粒材料占据该粗骨料成分的重量比低于100％，且该粗骨料成分除了该第一颗粒材料以外另外包含一第三颗粒材料，该第三颗粒材料具有2％以下的吸水率及低于5％的孔隙率。
9.一种复合材料用于自养护的用途，其特征在于，该复合材料包含：
一混合物，其由胶结材料与粒料以1：1至1：8的重量比例混合而成，
其中，该胶结材料至少具有水泥，且该粒料包含粒径介于75μm至4.75mm之间的细骨料成分、粒径大于4.75mm的粗骨料成分、或其组合，其中，该粒料具有至少一第一颗粒材料，该第一颗粒材料具有2％～20％的吸水率及超过5％的孔隙率，且依尺寸分属于该细骨料成分及该粗骨料成分的至少一种，且
其中，该复合材料基于预设水灰比0.3～0.8与水调配后静置一段期间，能够硬固形成具有一预设完工强度的结构体，且
其中，该复合材料相较于相同的该预设完工强度的灰浆或混凝土，能够进行自养护而减少或免除施水的工程养护需求。
10.如权利要求9所述的复合材料用于自养护的用途，其特征在于，在不进行施水的工程养护下，相较于相同的该预设完工强度的灰浆或混凝土，该复合材料基于预设水灰比0.3～0.8与水调配后未硬固前，表面具有较少泌水、浮浆或其组合。
11.如权利要求9所述的复合材料用于自养护的用途，其特征在于，在不进行施水的工程养护下，相较于相同的该预设完工强度的灰浆或混凝土，该复合材料基于预设水灰比0.3～0.8与水调配后硬固完成后，表面强度较高且具有较少裂缝。
12.如权利要求9所述的复合材料用于自养护的用途，其特征在于，在不进行施水的工程养护下，相较于相同的该预设完工强度的灰浆或混凝土，该复合材料基于预设水灰比0.3～0.8与水调配后，初凝时间提早。
13.如权利要求9所述的复合材料用于自养护的用途，其特征在于，在不进行施水的工程养护下，相较于相同的该预设完工强度的灰浆或混凝土，该复合材料基于预设水灰比0.3～0.8与水调配后到终凝，整体蒸发率较高。
14.如权利要求9所述的复合材料用于自养护的用途，其特征在于，在不进行施水的工程养护下，相较于相同的该预设完工强度的灰浆或混凝土，该复合材料基于预设水灰比0.3～0.8与水调配后，蒸发率较接近于泌水率。
15.如权利要求9所述的复合材料用于自养护的用途，其特征在于，相较于相同的该预设完工强度的灰浆或混凝土所采用的基准水灰比，该复合材料的预设水灰比较小。
16.一种复合材料建造结构体的施工方法，其特征在于，包含：
将如权利要求1所述的复合材料为主体基于预设水灰比0.3～0.8与水调配，形成具流动性的一工程材料；
将该工程材料浇置于预设形成一结构体的区块；以及
在不另外进行施水的工程养护下，静待该工程材料硬固形成该结构体。
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