TW200930683A - Concrete having high workability through control of fine-to-coarse particulates ratio - Google Patents

Description

200930683 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係屬於混凝土組合物領姑 喝1 ’特別係具右& w潘 且可加工性可藉由最小化黏度及增加 ' 坍度 之混凝土組合物領域中。此係藉由最而大巾田提同之 比率達到。 適化細對粗固體顆粒 【先前技術】 ❹ 對於極大多數之混凝土，包括 .^ ^ 拓太〇p刀或所有預拌混凝 土而吕，未凝混凝土之可加工性習慣上以，，将度，，定量。 係混凝土流變學之粗略度量並係利用預 準㈣錐所測得。…明-實例将度雜·該= 己含頂部開口 1G2及底部開口 1G[如圖⑺中所示般，姆 度錐_係藉將埒度錐100置於一平面上，然後經由頂部 開口⑽將未凝㈣土填充人料的方式使b料度錐 ❹ 100填充至極高處1()2並刮去㈣過多混凝土、然後舉起錐 100以自未凝混凝土 11()移除_度雜_。在無辟度錐100 ㈣混凝土 110之情況下，混凝土 m自高度m掉落至 局度112。混凝土掉落之距離114係稱為，，游度，，。将度係用 於預測混凝土材料在重力或正力下如何適度流人或移至所 需位置。 雖然整個混凝土 τ鲁α a 錢 業已廣泛使用坍度作為可加工性之 心準度董達數十年，但将度僅是實際可加工性之粗略近似 值，因為其僅測晋會+ # 重力對混凝土流變學之效應。其無法解 6 200930683 ::::雍滲出、’黏度及表面錦面性之延遲所造成之勞 動增加效應1而，該領域之卫作者（如混凝土車司機、存 鋪裝者）—般不㈣度錐測量㈣，而是普遍憑目視

平估混凝土。辨度調整經常係在工地中藉將水加入 混凝土中的方式完成並咸信具有較高埒度之流動性較高的 混凝土將較容易修飾。事實上，將混凝土過度潦水降低強 度（即藉由增加水對水泥比率）、降低凝聚力、增加離析及滲 出並在平坦混凝土構造物（如馬路、人行道、走廊及類似處） 的情況下增加可修飾表面前之等待時間。 根據 ACI 302.1R-04，笛 δα c 々斤 _ . 04第8.3.5節，混凝土樓板及底板 建築指南：可在混凝土已達到容許人站立在表面上且僅下 陷U4央吋之堅實度後，方可修飾混凝土。因此，增加混凝 土坍度’特別係藉由增加含水量的方式增加混凝土坍度可 因實質增加流動性及延遲混凝土達到足夠堅實度以容許表 面修飾之時間而增加修飾成本。修飾混凝土之時間及成本 亦因防止及/或矯正過度澆水所引起之離析及滲出所需的努 力而增加。 某些人嘗試藉由增加混凝土組合物中水泥之添加量改 善可加工性。雖然此策略在某些情況下係可行的，但當水 泥係混凝土中一較昂貴的組分時，其明顯增加成本。而且， 過度澆水可能產生劣質混凝土，因其可能導致長期潛變、 收縮及較低耐久性。 除了水及水泥之外，其他影響混凝土流變學之因素包 括摻料，如塑化劑、輸氣劑、減水劑、保水劑、速凝劑、 7 200930683 阻滯劑及粗對細粒料比率的效應。通常利用不同尺寸之粒 料填充個別粒料顆粒間之空隙以降低必須用於填充空隙且 潤滑粒料顆粒之水泥漿液和水量。最適化粗對細粒料比率 可用於最小化空隙並最大化顆粒填充密度。 ❹

雖然粒徑分布及形態學可影響粒料部分之整體填充密 度，但常用粗粒料一般具有約60_65%之自然填充密度（即約 6〇_65%之總體積係由粒料所組成且35-40%係由空隙所組 成）為便於纣論，假設既定混凝土組合物包含丨〇體積％之 欠泥漿液(即水泥、水、輸入空氣及視情況選用之漿液組分 *摻料及火山灰之總體積），填充散裝粗粒料體積内之剩餘 空隙之所需細粒料量為約25-30%。因此，可利用至少約3 : 2之粗對細粒料比率最大化顆粒填充密度並最小化填充粒 料顆粒間之空隙的所需水泥漿液量。此易藉由降低產生具 有所需強度之混凝土的所需水泥量的方式降低成本。 除I增加㈣填充密度及降低產生所需強度之所需水 液！之外，包含相對高量之粗粒料亦可增加混凝土強 :’，因為其經常係強度最高的組分（除非使用高品質砂）。此 ^大化相對於細粒料之粗粒料體積可降低整體孔隙 ’據了解其可增加長期耐久性及安定性。 水泥漿、砂襞及^ 直立表面上所用、 道路等所用之相斟一抽* 玉惠梁箱稱物 -护包入“凝土以總粒料含量百分率表示 般包含約6〇·7〇體積％之粗粒料。 舉例而言， ACI標準211代表一 建議混凝土設計程序 〇 200930683 根據”PCC配合比例實例（利用ACI方法），’製成之示範性混 凝土組合物係描述於網路上http：//training.ce.washinptr>n edu/WSDQT/^ioduies/05 mix design/pcc example.htm 〇 此實例說明如下製造27立方英呎（即1立方碼）（或丨立方 米）、姆度為1英吋（或2.5厘米）且28天抗壓強度為約 6500psi(44.8 MPa)之混凝土的組分建議比例： 單位體積 公制 苺制 (1米3或英吸3) 1.000 米 3 27.00英呎 混合水 0.148 米 3 4.00英呎 空氣 0.055 米 3 1.49英呎 Portland 水泥 0.121 米 3 3.26英呎 粗粒料 0.424 米 3 11.46英呎 細粒料 0.252 米 3 6.79英呎3 〇 上文實例說明利用標準設計技術製得之典型混凝土組 合物包含11.46立方英呎（0.424立方米）之粗粒料含量及 6.79立方英叹（0.252立方米）之細粒料含量。其相當於佔總 粒料體積之約62.8%的粗粒料濃度及總粒料體積之約37.2% 的細粒料濃度。利用標準ACI方法，粗對細粒料之體積比 因此係1.688。此與努力增加坍度並藉由最大化顆粒填充密 度最小化總含水量的結果一致。 儘管上文代表製造混凝土之目前標準及建議慣用實施 法，但坍度僅是實際可加工性之粗略度量，而且增加坍度 200930683 不必疋改善可加工性^ 0敏麻 整體可加工性包括澆置、固結及修 飾未凝混凝土表面之所需勞動及能量。選擇一最大化顆粒 填充密度及坍度之粗對細粒料比率不必定改善可加工性。

當然，可加工性之一都公在雜工, D °丨刀係飾面性（即用刀塗抹、平滑化及 最後修飾未凝混凝土表面的能力），其—般需㈣㈣度。 取大化坍度可能增加可修飾未凝混凝土表面前之時間。 ❹ 鑑於上文，仍需發展一測量及定義可加工性之較佳度 量以及具有較佳可加工性以降低工地修飾混凝土之所需能 量及/或勞動之獲改善及較佳最適化的混凝土組合物。 【發明内容】 現已發現黏度而非坍度係較精確的混凝土，，可加工性， 度量或預測變數（即澆置及修飾未凝混凝土組合物之所需機 械能量及/或人物力已驚訝地發現與普遍接受之實施及看 法相反，混凝土可加工性可藉由最小化黏度，在某些例子 中甚至在降低坍度的情況下最適化。此係藉由在本文所揭 示之特定狭窄範圍内選擇一細對粗顆粒比率而達到。 無關坍度地且在某些情況下藉由實際降低坍度地改善 可加工性係與咸k坍度與混凝土可加工性有關聯並因此可 直接測量之的標準實施法相反。該領域之混凝土製造商及 工作者普遍假設增加坍度可提高可加工性。然而，此實施 法忽略一歸因於黏度之可加工性的重要構成要素。黏度主 要與坍度無關，但隨澆置能量增加而逐漸變得與可加工性 有關（即將混凝土澆置於所需構形中之所需能量高於並超出 10 200930683 僅猎由重力可達到者）。姆度試驗提供極少或無提供任何隨 黏度變化之可加工性的指標，因為场度僅測量因重力所造 成之混凝土流動量，而非進一步將混凝土洗置在所需構形 中之所需洗置志量。事實上，相較於配置及修飾混凝土之 所需總能量，重力可能相當小。因此，雖然辨度可精確測 量特疋混凝土組合物如何在重力作用下流動但其不是實 際配置及修飾未凝混凝土組合物所需之功或澆置能量的好 指標。 © „ 本發明係藉由增加細對粗顆粒比率至一黏度獲得最小 化之範圍而最小化黏度’更明確地，最小化宏觀黏度以改 善未凝混凝土之可加工性細顆粒”部分包括組合之細粒料 及水硬水泥部分《其亦包括其他細顆粒如火山灰（如飛灰及 矽灰）和填料（如細磨（<150微米）石灰石）。”粗顆粒，，係由粗 粒料部分組成。一般而言，坍度為約1-12英吋（或約25_3〇 厘米）且28天抗壓強度為至少約15〇〇psi(或至少約1〇 Mpa) ❹之未凝混凝土組合物之可加工性可藉由包含佔典型混凝土 組合物總顆粒體積之約49-85%的細顆粒體積及佔典型混凝 土組合物之總顆粒體積之約1 5-5 1 %的粗顆粒體積最大化。 上述範圍廣泛地涵蓋抗壓強度高達約85〇〇psi(或高達約 58.6 MPa)之正常強度混凝土及抗壓強度大於約85〇〇psi(或 大於約58.6 MPa)之高強度混凝土 ^ 顆粒體積”係不含顆粒 間之空隙的固體顆粒實際（或”實質”）體積。 細顆粒體積較佳係在總顆粒體積之約5 1 %至約80%之 範圍内且粗顆粒體積係在總顆粒體積之約20%至約49%之 11 200930683 範圍内。細顆粒體積更佳係在總顆粒體積之約54%至約 77.5%之範圍内且粗顆粒體積係在總顆粒體積之約22 5%至 約46%之範圍内。細顆粒體積最佳係在總顆粒體積之約59〇/〇 至約75%之範圍内且粗顆粒體積係在總顆粒體積之約25% 至約41%之範圍内。 上述範圍普遍應用在28天抗壓強度大於i5〇〇psi(或大 於10 MPa)之混凝土。然而，最大化可加工性之所需細顆粒 量隨混凝土強度提高而些微增加。因此，對於28天抗壓強 ® 度高達約8500psi(或高達約58.6 MPa)之正常強度混凝土， 可加工性係藉由包含佔總顆粒體積之約5〇_75%的細顆粒體 積及佔總顆粒體積之約25-50%的粗顆粒體積最大化。細顆 粒體積較佳係在總顆粒體積之約52%至約72.5%之範圍内 且粗顆粒體積係在總顆粒體積之約27.5%至約48%之範圍 内。細顆粒體積更佳係在總顆粒體積之約55%至約7〇0/〇之 範圍内且粗顆粒體積係在總顆粒體積之約3〇%至約45%之 ❹ 範圍内。細顆粒體積最佳係在總顆粒體積之約59%至約68% 之範圍内且粗顆粒體積係在總顆粒體積之約32%至約41〇/〇 之範圍内。 對於28天抗壓強度大於約8500psi(或大於約58 6 MPa) 之问強度混凝土，可加工性係藉由包含佔總顆粒體積之約 56-85%的細顆粒體積及佔總顆粒體積之約15 44%的粗顆粒 體積最大化。細顆粒體積較佳係在總顆粒體積之約57%至 約80%之範圍内且粗顆粒體積係在總顆粒體積之約2〇%至 約43%之範圍内。細顆粒體積更佳係在總顆粒體積之約58% 12 200930683 至約77.5%之範圍内且粗顆粒體積係在總顆粒體積之約 22.5%至約42%之範圍内。細顆粒體積最佳係在總顆粒體積 之約59%至約75%之範圍内且粗顆粒體積係在總顆粒體積 之約25%至約41%之範圍内。 未凝混凝土隨細對粗顆粒比率變化之黏度普遍急遽增 加超出（即高於及低於）上文所列之寬範圍。不欲受任何特定 理論所限制’假設低於細顆粒濃度之最小值或範圍下限終 點’粗顆粒之間及之中的摩擦在粗顆粒間之分離空間降低 超出一臨界點而迅速增加。在所主張範圍内，粗顆粒間之 摩擦因插入該等粗顆粒之間並分離之之細顆粒的存在性而 急遽且實質降低。高於細顆粒濃度之最大值或範圍上限終 點’細顆粒之吸水性的增黏效應係超過細顆粒之摩擦降低 效應。在所主張範圍内，細顆粒之吸水及增黏效應係受空 間分離之粗顆粒之極大減黏效應所阻礙及抑制。因此，所 主張範圍内之細及粗顆粒的含量係以可預料及可再現方式 ❹ 獲得可加工性之”最佳位置”。 在上述範圍内，未凝混凝土組合物亦具有高度凝聚 後’其藉由抑制或最小化離析及渗出而進一步提高整體可 加工性。”離析”係混凝土組合物組分之分離，特別係自粒料 邛分分離出水泥漿液部分及/或自粗粒料部分分離出砂漿部 刀。滲出’’係自水泥漿液中分離出水。離析可降低所倒混凝 之強度及/或造成不均勻之強度及其他性質。降低離析可 導致較少空隙及石囊，較佳填充性質（如填充鋼筋或金屬支 擇物周圍）及較佳混凝土泵送性。 13 200930683 雖然增加細顆粒之量普遍改善凝聚性，但其亦易降低 上述範圍内之混凝土黏度並在前後一致及可預測的基礎 上，其結合良好整體凝聚性及低黏度。增加混凝土之凝聚 性促成較佳可加工性，因為其最小化另外為防止澆置及修 飾期間離析及/或滲出所需付出的關心及努力。凝聚性之增 加亦提供一容許較大塑化劑用量而不引起離析及結塊之安 全界限。

因為顆粒構成該混凝土主體，隨細對粗顆粒比率變化 之可加工性的小改善對混凝土混合物之整體可加工性有一 顯著效應。相反地，混凝土中水泥漿液之體積分率一般係 遠小於粒料之體積比率。因此，僅經由水泥漿液改善整體 未凝混凝土之可加工性需顯著改變水泥漿液（如利用顯著量 之水（其降低強度）或流變學改良摻料（其大幅增加成本））及/ 或增加水泥襞液之量（其增加混凝土的成本並可能導致水泥 過多以最大化整體可加工性的方式可且經常理想地同時 降低宏觀黏度並增加微觀（或砂漿）黏度。 總言之，多數重要變數中-與可加工性有關者係未凝 混凝土組合物之整體黏度，因為降低黏度減低將該未凝混 凝土組合物澆置於所需構形中之所需功及能量。至於整體 可加工性，其包括混凝土可加工性加上時間分量，一與可 加工性有關之重要變數可為屈服應力，即使黏度係有利地 低，其可有益地高，因為一旦澆置在所需構形中，較高早 期屈服應力係有助於較早表面料混凝土組合物。其證明 可加工性之相對不重要的變數係将度，其與黏度無直接關 200930683 聯且無法直接測量之’而且其與屈伏應力呈反比。坍度不 是如藉由澆置及修飾混凝土所需之整體時間、能量及人力 所量得之混凝土可加工性的好度量。就增加坍度亦引起離 析及/或滲出而言’坍度對整體可加工性係另一負向促成因 素’因為必須為防止及/或補救離析及/或滲出付出額外關 〇 雖然針對成本（如藉由降低水泥含量）最適化混凝土對 ❹ 此凝土製造商而言總是一吸引人的選項混凝土鋪裝者可 能比原料成本更關心修飾成本，特別係修飾成本超過彼等 原料成本時。在某些情況下，修飾混凝土之成本可為混凝 土材料本身之成本的約2_5倍般多。改善未凝混凝土混合物 之可加工性可產生實質上超過僅經由最適化降低材料成本 所造成之節省的成本樽節。事實上，只要修飾混凝土的成 本降低量超過任何材料成本之增加量，可降低整體工作成 本並增加混凝土之成本。因此，根據本發明最大化可加工 〇 性可能不必定產生較便宜的混凝土，而且在某些情況下甚 至可flb增加材料成本。然而，任何此類成本增加量一般實 質上低於另外如工業界常見藉由簡單加入更多水泥及/或利 用昂貴摻料以改善可加工性所造成之成本增加量。 由下列描述及所附申請專利範圍將更完整明白本發明 之這些及其他優勢及特點並可藉由如下文所提之本發明實 施習得。 為進一步闡明本發明之上述及其他優勢及特點，藉由 參考所附圖式中所說明之其特定具體表現而賦予本發明更 15 200930683 具體之描述。應了解這些圖式僅描述本發明之典型具體表 現並因此不視為其範圍之限制。本發明將經由隨附圖式之 使用以額外明確性及細節進行描述及解釋。 【實施方式】 完成本發明之模式 I.導論 本發明係關於具有經最適化以提供未凝混凝土組合物 ® 較佳可加工性之細對粗顆粒比率之混凝土組合物。該等混 凝土組合物以總顆粒體積比率表示包含約49-85%之細顆粒 及約15-51 %之粗顆粒。在上述範圍内選擇一細對粗顆粒量 最小化s亥未凝混凝土之黏度’藉此實質改善有關洗置及修 飾混凝土之”可加工性”。 令人驚評地，在所有變數皆相同（如強度、漿液含量、 摻料等）之情況下，即使坍度降低，藉由小心控制細對粗顆 〇 粒比率最小化黏度亦可提供一淨增加之可加工性。與普遍 接受之實施法及看法相反，混凝土可加工性可藉由最小化 黏度獲大幅改善，即使同時增加屈服應力（即降低坍度）^最 小化黏度大幅降低必須賦予未凝混凝土組合物以將其移入 所需構形中之能量及功，藉此降低澆置及修飾混凝土相關 之勞動及設備成本。 上述細對粗顆粒比率、較低黏度及較佳可加工性間的 關係主要係應用在坍度為至少1英吋（一般介於2_12英吋或 2.5-30厘米之間）且28天強度為至少約15〇〇psi(或約Mpa) 16 200930683 之混凝土組合物。 如本文所用之術語”混凝土，，係指一組合物，其包含水泥 漿液部分及粒料部分並為-近似Bingham流體。 術語，，水硬水泥”係更完整地定義於下並指可在水之存 在下凝結及硬化之材料。非限定實例包括水泥及 礦〉查水泥。 術°°火山灰”係更完整地定義於下並指可在鈣離子及 水的存在下呈現膠結性質之材料。非限定實例包括飛灰及 石夕灰。 術語”填料，，係指添加以影響流變學之細磨材料。非限定 實例係細磨（<150微米）石灰石。 術語”水泥漿液”及”衆液部分，，係指包含一混合物或由 該混合物形成之混凝土部分，其中該混合物包含一或多種 類型之水硬水泥、水及視情況選用一或多種類型之摻料。 未凝混合水泥漿液係一近似Bingham流體且一般包含水 ❹/尼、水及視情況選用之摻料。已硬化水泥衆液係—包含水 泥與水之水合反應產物的固趙。 術語”粒料”及”粒料部分，，係指一般為非水力反應性之 混凝土部分。粒料部分-般係由兩或多種不同尺寸之顆粒 組成，其中該等顆粒經常被分成細粒料及粗粒料。 術語”砂漿部分”係指漿液部分加上細粒料部分，但不含 粗粒料部分。 如本文所用之術語”細粒料”係指通過4號篩之固體顆 粒材料（ASTM C125 及 ASTM C33)。 17 200930683 如本文所用之術語”粗粒料’’係指留在4號篩上之固體 顆粒材料（ASTM C125 及 ASTM C33)。 如本文所用之術語”細顆粒，’係指組合之細粒料、水硬水 泥、火山灰及填料部分。一般而言，，，細顆粒”包括通過4 號篩之顆粒材料（ASTM C125及ASTM C33)。 如本文所用之術s吾粗顆粒”係指粗粒料部分，即留在4 號篩上之顆粒材料（ASTM C125及ASTM C33)。 如本文所用之’’未凝混凝土”係指已新混合在一起但尚 未達初凝之混凝土。 如本文所用之術語”宏觀流變學”係指未凝混凝土之流 變學。 a 如本文所用之術語”微觀流變學”係指未凝混凝土之砂 漿部分但不含粗粒料部分的流變學。 ΪΙ.製造混凝土组合物之所用组分 本發明之混凝土組合物包含至少一種類型之水硬水 泥、水、至少一種類型之細粒料及至少一種類型之粗粒料。 除了這些組分之外，該等混凝土組合物可包括其他摻料以 提供該混凝土所需性質。 A.也硬水泥、太及粒料 水硬水泥係可在水之存在下凝結及硬化之材料。該水 泥可為Portland水泥、經改質Portland水泥或墁砌水泥。 基於本發明目的，，p〇rtland水泥包含所有具有高矽酸三鈣 含里之膠結性組合物，包括p〇rtland水泥、化學上相似戈 類似Portland水泥之水泥及落在ASTM規格C-150-00内之 18 200930683 水泥。Portland水泥，如用於商業者係意指藉由粉碎熔結 塊，包括水硬性矽酸鈣類、鋁酸鈣類及鐵鋁酸鈣類且通常 包含一或多種形式之硫酸弼作為研磨添加劑所製得之水硬 水泥。在ASTM C150中將portland水泥分成I型、π型、 III型、IV型及V型。其他膠結性材料包括粒狀高爐礦渣粉、 水硬性熟石灰、白水泥、礦渣水泥、鋁酸鈣水泥、矽酸鹽 水泥、磷酸鹽水泥、高鋁水泥、氧氯化鎂水泥、油井水泥（如 VI型、VII型及νπι型）及這些與其他相似材料之組合物。 當與慣用水硬水泥’如Portland水泥組合使用時，火 山灰材料如熔渣、F級飛灰、（：級飛灰及矽灰亦可被視為可 以水力方式凝結之材料。 在未凝膠結性組合物中水硬水泥及火山灰材料之量可 視其他組分之特性及濃度而變。一般而言，水硬水泥與火 山灰材料之組合量較佳係在未凝膠結性混合物體積之約5〇/〇 至約30%之範圍内，更佳係在未凝膠結性混合物體積之約 7%至約25%之範圍内，最佳係在未凝膠結性混合物體積之 約10%至約22%之範圍内。 根據一具體表現’水硬水泥與粒徑小於丨5〇微米之細 顆粒填料（如石灰石）的總組合量較佳係低於設計強度高達 約7000psi(約50 MPa)之混凝土組合物之未凝膠結性混合物 體積的約15%’低於設計強度為約7〇〇〇_14 〇〇〇psi(約5〇1〇〇 MPa)之混凝土組合物之未凝膠結性混合物體積的約2〇%且 係低於設計強度大於約14,〇〇〇pSi(約1〇〇 MPa)之混凝土組 合物之未凝膠結性混合物體積的約22%。 19 200930683 水係以足夠量加入該混凝土混合物中以水合水泥並提 供所需流動性質及流變學。彼等熟諳此技者將承認水之所 需量將視所需流動性及混凝土組合物中所含之摻料量及其 類型而定。一般而言’水量較佳係在未凝膠結性混合物體 積之約13%至約21%之範圍内，更佳係在未凝膠結性混合 物體積之約14%至約20%之範圍内，最佳係在未凝膠結性 混合物體積之約15%至約19%之範圍内。 粒料係包含在膠結性材料中以增加體積並提供該混凝 土強度。粒料包括細粒料及粗粒料。適合用於粗及/或細粒 料之材料實例包括矽石、石英、碎圓大理石、玻璃珠、花 岡岩、石灰石、鋁礬土、方解石、長石、沖積砂或任何其 他耐久粒料及其混合物。在一較佳具體表現中，如彼等術 語為彼等熟諳此技者所了解般，細粒料本質上係由，，砂，，所組 成且粗粒料本質上係由”岩石”所組成。適當粒料濃度範圍係 提供於別處。 B.額外捻斜 可將種類繁多之摻料加入膠結性組合物中以提供該未 凝膠I !·生犯合物及/或已固化混凝土所需性質。可用於本發 明膠結性組合物中之摻料實例包括（但*限於）輸氣劑、強度 增強胺及其他增強劑、分散劑、減水劑 '超塑化劑、保水 劑' 流變學改良劑、黏度改良劑、速凝劑、緩凝劑、腐蚀 抑制劑、顏料、潤濕劑、水溶性聚合物、防水劑、強化纖 維減滲劑、泵送助劑、殺真菌推料、殺菌換料、殺蟲播 料細微礦物質摻料、鹼反應性減低劑及接合摻料。 200930683 輸氣劑係將細微氣泡輸入膠結性組合物中，然後組合 物硬化成具有細微空隙之混凝土的化合物❶輸入空氣顯著 改善在凍融循環期間暴露於水分中之混凝土的耐久性並大 幅改善混凝土對化學防凍劑所引起之表面積垢的抗性。輸 氣劑亦可在低濃度下降低未凝膝結性組合物之表面張力。 輸氣劑亦可增加未凝混凝土之可加工性並降低離析及渗 出。適合的輸氣劑實例包括木材樹脂、磺化木質素、石油 酸、蛋白物質、脂肪酸、樹脂酸、烧基苯績酸鹽、確化烴、 松香皂樹脂、陰離子界面活性劑、陽離子界面活性劑、非 離子界面活性劑、天然松香、合成松香、無機輸氣劑、合 成清潔劑、這些化合物之對應鹽及這些化合物之混合物。 加入一定量之輸氣劑以在凝膠結性組合物中產生所需空氣 量° 一般’膠結性組合物中輸氣劑之量為每一百碎乾水泥 中約0.2至約6流嗝。輸氣劑之主要活性成分（即提供空氣 輸入之化合物）的重量百分率以乾膠結性材料之重量計為約 ❹ 0.001%至約〇·1%。所用顆粒量將視材料、配合比例、溫度 及混合動作而定。 強度增強胺係改善由水硬水泥混合物（如p〇rtland水泥 混凝土）製得之混凝土的抗壓強度之化合物。強度增強劑包 括或多種選自下列各者之群之化合物：聚（羥基烷基化） 聚乙烯胺、聚（羥基烷基化）聚乙烯聚胺、聚（羥基烷基化）聚 乙烯亞胺、聚（羥基烷基化）聚胺、聯胺、1，2-二胺基丙烷、 胺 t(經基院基）胺及其混合物。示範性強度增強 劑係2,2,2,2四羥基二伸乙二胺。 21 200930683 分散劑係用於混凝土混合物中以無添加水地增加流動 性。为散劑係用於降低塑性混凝土中之含水量以增加強度 及/或獲得較高场度而不需添加額外的水。若使用，分散劑 可為任何適合的分散劑如木質磺酸鹽、点-萘績睃鹽、磺化 二聚氰胺甲搭縮合物、聚天冬胺酸酯、具及不具聚驗單元 之聚羧酸酯、萘磺酸鹽曱醛縮合樹脂或寡聚物分散劑。視 分散劑的類型而定，該分散劑可用作塑化劑、高效減水劑、 流體化劑、防絮凝劑及/或超塑化劑。 一類分散劑包括中效減水劑。這些分散劑經常用於改 善平坦混凝土構造物之飾面性。中效減水劑至少應符合 ASTM C494中A型之要求。 另一類分散劑係高效減水劑（HRWR)。這些分散劑可降 低既定混合物之含水量如1〇%至5〇%般多。HRWR可用於 增加強度或大幅增加坍度以無添加水地產生，，流動，，混凝 土。可用於本發明中之HRWR包括彼等ASTM規格C494 及F型和G型以及ASTM C1017中之類型1及2所涵蓋者。 HRWR之實例係描述於美國專利第6 858 〇74號中將該案 以引用方式併入本文令。 可將亦已知為流變學改良劑或流變學改良劑之黏度改 良劑（VMA)加入本發明混凝土混合物中。這些添加劑通常為 水溶性聚合物並藉由增加混合水之視黏度發揮作用。此較 尚黏度係有助於顆粒均勻流動並降低滲出或未凝漿液表面 上形成自由水。 可用於本發明中之適合黏度改良劑包括（例如）纖維素 22 200930683 醚（如曱基纖維素、經基乙基纖維素、經基丙基甲基纖維素 羧基甲基纖維素、羧基甲基羥基乙基纖維素、甲基幾基乙 基纖維素、羥基曱基乙基纖維素、6基纖維素、羥基乙基 丙基纖維素及類似物）；澱粉（如支鏈澱粉、直鏈澱粉、海凝 膠、醋酸澱粉、澱粉羥基-乙基醚、離子澱粉、長鍵烧基殿 粉、糊精、胺澱粉、磷酸澱粉及二醛澱粉）；蛋白質（如玉米 蛋白、膠原蛋白及酪蛋白）；合成聚合物（如聚乙烯°比咯啶 酮、聚乙烯甲基醚、聚乙烯丙烯酸、聚乙烯丙烯酸鹽、聚 丙烯醯亞胺、環氧乙烷聚合物、聚乙酸聚丙烯酸酯、聚乙 烯醇、聚乙二醇及類似物）；胞外多醣（亦已知為生物聚合 物，如文萊（welan)膠、三仙膠、鼠李聚醣膠、結冷膠、聚 葡萄醣、聚三葡萄糖、卡特蘭（curdlan)多聽及類似物）；海 洋膠（如褐藻膠、瓊脂、海凝膠、鹿角菜膠及類似物）；植物 分泌物（如刺槐豆膠、阿拉伯膠、刺梧桐膠、黃蓍膠、Chatti 膠及類似物）；種籽膠（如瓜耳膠、刺槐豆膠、秋葵膠、跳蚤 車前膠、牧豆樹膠及類似物）；澱粉質膠（如醚、酯及相關衍 生化合物）。參見，例如Shandra, Satish及Ohama，

Yoshihiko, ’’Polymers In Concrete’，，CRC 出版社出版，Boca

Ration，Ann Harbor，倫敦，東京（1994)。 黏度改良劑一般係與減水劑用於高流動性混合物中以 將混合物固持在一起。黏度改良劑可分散及/或懸浮混凝土 之組分’藉此有助於將混凝土混合物固持在一起。 加速劑係增加水泥水合速率之換料。加速劑之實例包 括（但不限於）驗金屬、驗土金屬或銘之硝酸鹽；驗金屬、驗 23 200930683 土金屬或銘之亞硝酸鹽；驗金屬、驗土金屬或鋁之硫氰酸 鹽；驗金屬、鹼土金屬或鋁之硫代硫酸鹽；鹼金屬、鹼土 金屬或銘之氫氧化物；驗金屬、驗土金屬或銘之叛酸鹽（如 甲酸鈣）及鹼金屬或鹼土金屬之函化物鹽（如漠化物 亦已知為延遲凝結或水合控制摻料之緩凝劑係用於阻 止、延遲或減緩水泥水合速率。其可在初始配料時或有時 在水合程序已開始後加入混凝土混合物中。緩凝劑係用於 Ο ❹ 抵銷炎熱天氣對混凝土凝結之加速效應或在澆置條件困難 或運送至工地有問題時延遲混凝土或水泥漿液之初始凝結 或容許有進行特殊修飾程序之時間。緩凝劑之實例包括木 質磺酸鹽、羥基化羧酸、硼砂、葡萄糖酸、酒石酸及其他 有機酸和其對應鹽、膦酸鹽、特定醣類如糖及糖酸和這些 化合物之混合物。 — 腐蝕抑制齊丨在混凝土中係詩保護埋置之強化鋼以防 因其高鹼性而腐蝕。混凝土之高鹼性使該鋼上形成一鈍及 非腐#保護氧化膜。然而，碳酸化或源自防;東劑或海水之 氯離子的存在性可破壞或滲透該膜並造成腐#。腐姓抑制 摻料係以化學方式阻止此腐蝕反應。最常用於 物質係亞硝_、亞確酸納、苯甲酸納、特定碟酸= ㈣鹽、_酸鹽、胺、有機質防水劑及相關化學物質。 料不料降低具有低水泥含量、高水·水泥比率或細粒 ,、 Λ凝土的滲透性。這些摻料阻止水分滲透入y气 凝土中並包括特定肥皁、硬腊酸鹽及石油產品。 * 減滲劑係用於降低水在遷力下傳送穿過混凝土之速 24 200930683 •ψ 率。矽灰、飛灰、礦渣粉、天然火山灰、減水劑及乳膠皆 可用於降低混凝土之滲透性。 泵送助劑係加入混凝土混合物中以改善泵送性。這也 摻料稠化流體混凝土，即當其在壓力下流自泵浦時可增加 其黏度以降低該漿液之脫水。在混凝土中用作泵送助劑之 物質係有機及合成聚合物、羥基乙基纖維素（HEC)或與分散 劑掺混之EEC、有機絮凝劑、石蠟之有機乳液、煤焦油、 遞青、丙烯酸系物、膨潤土及熱解矽氧、天然火山灰、飛 灰及熟石灰。 生長在硬混凝土上或之中的細菌及真菌可經由殺真 菌、殺菌及殺蟲摻料的使用而獲得部分控制。用於這些目 的之最有效的物質係聚函化酚、地特靈（dialdrin)乳液及銅 化合物。 可將纖維分布於整個未凝混凝土混合物中以強化之。 待硬化後，此混凝土係稱為纖維強化混凝土。纖維可由鍅 Q 材料、碳、鋼、玻璃纖維或合成聚合物材料如聚乙烯醇 (pVA)、聚丙烯、耐綸、聚乙烯（pE)、聚酯嫘縈高 強度芳綸（如對-或間-芳綸）或其混合物製得。 可用於本發明之減縮劑可包括（但不限於）鹼金屬硫酸 鹽、鹼土金屬硫酸鹽、鹼土金屬氧化物，較佳係硫酸鈉及 氧化鈣。 細微礦物質摻料係在混合程序之前或期間以粉末或粉 碎形式加入混凝土中以改善或改變p〇rtland水泥混凝土之 部分塑性或硬化性質的物質。該等細微礦物質摻料可根據 25 200930683 其化學或物理性皙八 从& 買刀成：膠結性物質；火山灰；凝硬及膠 、‘性物質；及表面惰性物質。 ❹ 火山灰係_質或紹發質物質，λ具有膠凝益處且在水 在下以細微形式與水合Portland水泥期間所製得之氫 转進行化學反應以形成具有膠結性質之可水合物種。 夕薄土蛋白石質缝石、黏土、頁岩、飛灰、石夕灰火山 凝灰石浮石岩及浮石凝灰岩係部分已知火山灰。特定粒 狀间爐礦產粉及高㉒飛灰具有凝硬及膠結性質。天然火山 灰係用於定義自然產生之火山灰’如火山凝灰岩、浮石岩、 浮石凝灰岩、石夕蒸土、蛋白石質燧石及部分頁岩的術語。 表面惰性物質亦可包含細微未加工石英、白雲石、石灰石、 大理石、花岗岩及其他物。飛灰係定義於ASTM C618中。 驗反應性減低劑可降低鹼_粒料反應並限制硬混凝土中 之破裂膨脹力。火山灰（飛灰及妙灰）、高爐礦渣、链鹽及鋇 係特別有效的。 接合摻料通常係加入水硬水泥混合物中以增加舊與新 混凝土間之接合強度並包括有機材料如橡膠、聚氣乙烯、 聚乙烯醋酸酯、丙烯酸系物、苯乙烯丁二烯共聚物及其他 粉狀聚合物。 天然及合成掺料係基於美觀及安全理由用於混凝土之 著色。這些著色摻料通常係由顏料所組成並包括碳黑、氧 化鐵、酞青素、赭土、氧化鉻、氧化鈦及鈷藍。 III.具有較佳可加工性之混凝土组合物 本發明之膠結性組合物係水泥、水、粒料及視情況選 26 200930683 用之其他經選擇及組合以最適化可加工性之摻料的混合 物。該未凝膠結性組合物之可加工性係藉由選擇最小化黏 度之細對粗顆粒比率最適化。藉由選擇細對粗顆粒之所需 比率改善膠結性材料之可加工性的能力係衍生自未凝混凝 土本質，其在某些方面係近似Bingham流體的行為。關於 混凝土流變學的資訊，尤其Binghamian行為一般可在 Andersen, P., ^Control and Monitoring of Concrete Production : A Study of Particle Packing and Rheology’’，Danish Academy of Technical Sciences,博 士論文（1990)(“Andersen 論文’’）中找 到，將其以引用方式併入本文中β Α.混凝土流變學 圖2顯示一說明混凝土之流變學的示意圖200，其中混 凝土相較於Newtonian流體如水係一近似Bingham流艎。 水是典型Newtonian流體，其中剪切應力（r)與煎切速率（/) 的關係係以通過原點之線性曲線202(即固定斜率204之直 線）表示。曲線202之斜率204代表黏度（；7)且曲線202之y-軸截距代表屈服應力(〇)或剪切速率（r)為〇時之剪切應力 (r)。當剪切速率（/)為0時，Newtonian流體之屈服應力〇σ) 為〇。其意味Newtonian流體可在重力下流動而不需施加額 外力。然而，線性曲線202可經調整以便具有對應具有較 高或較低黏度之Newtonian流體之不同斜率。 相反地，混凝土之流變學行為可根據下列方程式大致 估計： τ=τ〇+η 27 200930683 能量 其中r係將未凝混凝土移入所需構形之所需力量或洗置 〇係屈服應力（即開始使未凝混凝土由固定位置開始移 動之所需能量）， %,係未凝混凝土之塑性黏度（即煎切應力之變化除以剪 切速率之變化），及 r係剪切速率（即混凝土材料在澆置期間之移動速率卜 針於任何具有正坍度及近似Bingham流體行為之未凝 混凝土組合物，將上述關係緣製成圖。圓2所示之心钟咖 流體曲線在較低剪切速率下具有不同斜率，在較高剪切速 率下具有大致固定之斜率208及正y_轴截距Y其為屈服應 力之代表並可利用斜率208將曲線2〇6之直線部分延伸至丫 軸而外推得到。在低剪切速率下，曲線2〇6之斜率隨剪切 速率之增加而降低，其意味Bingham流體如混凝土之視（或 塑性）黏度（％/)開始隨剪切（幻之增加而降低。其係因為近似 ❹ Bingham流體如混凝土一般係經歷剪切稀化。Bingham具有 正屈服應力（r〇)，其值可由Bingham流體曲線206之直線 部分的斜率208外推得到。至於混凝土，如圖9所說明般， 屈服應力（r0)係與坍度近成反比。 Β.遇疑土流缪學盘可加工性間之關係 配置及修飾未凝混凝土之所需澆置能量可以Γ代表。如 上方程式（1)所指示般，屈服應力與塑性黏度兩者皆 為τ之分量。如下列方程式所指示般，一未凝混凝土”可加工 性之度量係逄置能量之倒數： 28 (2) 200930683 可加工性 換s之，未凝混凝土之可加工性隨配置混凝土之所需 洗置能量的降低而增加。相反地，可加丄性係隨配置混凝 土之所需洗置能量的増加而降低。

❹ 如上所討論般，習慣上相信簡單增加坍度（即降低屈服 應力）可增加可加工性》坍度係常用作混凝土可加工性之度 量，因為據了解增加坍度係需要較少澆置及修飾混凝土的 能量。此假設的問題在於混凝土不是流體，而是一液體、 固體及空氣之多相混合物，其係無法無消除粒料部分地表 現得如真實流體。粒料本身不”流動，，，而是與未凝混凝土之 漿液部分-起移動。增加水泥漿液之流動性無法增加粒料 部分之流動性。若使水泥漿液過度流體化，水泥漿液部分 將與粒料部分分離並獨立移動，造成，’離析”。然而，水泥漿 液亦不是流體’因為其包含懸浮在液相中之固體水泥顆 粒，其中該液相係由水及液體及/或溶解掺料所組成。在水 泥槳液中加入太多流體將使液相與水泥顆粒分離並獨立移 動，造成”滲出’’。 為防止離析，混凝土必須具有足夠凝聚力以維持固體 粒料水泥漿液及空氣在混凝土混合物内之所需分佈。同 樣地，為防止滲出，水泥漿液部分必須具有足夠漿液凝聚 力以維持水泥顆粒及液體部分之均勻分布。然而，增加混 凝土及漿液兩者之凝聚力顯著影響該混合物之屈服應力及 黏度，已發現這兩者皆影響可加工性。因此，對可利用慣 29 200930683 用混凝土設計及製造方法賦予未凝混凝土流動性存在一自 然限制，除此之外，離析及滲出導致不需添加實質量之昂 貴流變學改良摻料。 舉例而言，行為極像流體之混凝土係自動流平混凝 土，其在利用慣用方法製造時需使用實質量之昂貴換料如 塑化劑及/或減水劑以增加漿液部分之流動性，因為簡單增 加水的濃度將大幅降低強度。為防止由大幅增加水泥漿液 之流動性所另外造成之離析及滲出，一般必須加入較大量 Ο 之水泥、流變學改良劑及/或細顆粒填料（如粒徑小於15〇微 米之石灰石）。此外’因為減水劑易減緩凝結，一般加入速 凝劑以改正此減緩作用。可能需要更多水泥以進—步增加 漿液凝聚力，防止離析及滲出並維持強度（如在需要實質量 之速凝劑的情況下，其可降低強度）。然後，水泥過多係既 昂貴又可能具有不利效應如長期潛變、較低耐久性等。簡 言之，利用慣用方法增加混凝土流動性至自動流平或自動 0 固結之點得到大量成本，即昂貴掺料、較多水泥、較低強 度、增多離析及滲出、較低耐久性及/或增加長期潛變之成 〇 相反地’本發明可製造自動固結之混凝土而無顯著滲 出或離析且不需包含高量之昂貴流體化摻料、流變學改良 劑、細顆粒填料及大幅增加之水泥含量。利用狹窄定義範 圍内細與粗顆粒之量最小化黏度，其如ASTMC16U/C161 1M所定義般大幅提高擴展度並亦增加凝聚力、降低離析及 滲出並消除或實質上降低對昂貴流體化摻料、流變學改良 30 200930683 劑、細顆粒填料及較高水泥含量之需求。根據本發明製得 之自動固結混凝土一般將具有低於約1〇體積％之輸入空 氣’較佳係低於約8體積％之輸入空氣。 洗置屍凝土僅倚賴重力（即所加能量之剪切速率代表可 視為接近零)時，根據下列方程式’屈服應力成為可加工性 之主要分量： 舞=>丄2丄 r r0 (3) © 如上所討論並如圖9所示般’混凝土坍度係與屈服應 力呈反向關係。因此，若澆置混凝土僅需要重力，坍度應 為可加工性之精確度量（即較高坍度將與較高可加工性有關 聯）。然而，單重力極少係澆置或配置混凝土之唯一所需力。 反而，混凝土一般必須經由一槽泵送及/或疏導、移入場所、 固結及表面修飾。 除了重力之外，$置混凝土另外冑要高量繞置能量時 (即所加$量之剪切速率代表可被視為其接近無限大）， ©下列方程式，混凝土之黏度成為可加工性之 . lim li X 刀里· 在某些情況下，屈服應力及黏度兩者可根據如上所干 之可加工性方程式（2)顯著促成或影響可加工性。 不論製作人行道、馬路及單一住宅屋子之地基所用的 較低強度混凝土或製作道路、橋樑及大型建築物之結構部 分所用的高強度混凝土，絕大多數混凝土如利用標準姆度 錐所量得般具有-在約Kl2英时（約25_3〇厘米）範圍内之 31 200930683 正坍度。此類組合物具有實質趴叫以…⑽流體性質而使汧 度成為整體可加工性之粗劣度量。此係因為將混凝土澆置

至所需構形中並在某些情況下修飾該表面一般需要高於I 超出重力之實質能量（即，，繞置能量”）。坍度僅測量重力下之 混凝土流動，但無法測量另外超出僅經由重力發生者之所 需澆置混凝土的能量。 降低未凝混凝土之黏度普遍降低將混凝土澆置至所需 構形所需之洗置能量或功之總量。相反地，增加黏度普遍 增加將混凝土堯置至所需構形中之所需洗置能量總量。因 為可加工性係與澆置混凝土之所需澆置能量成反比，因此 降低黏度可因降低繞置混凝土之所需洗置能量而增加可加 工性。因為坍度僅測量混凝土在重力下流動之傾向，而非 混凝^流動以回應重力外之澆置能量輸入的傾向，因此坍 度=是一非100%自動流平之混凝土之澆置可加工性的準確 度量。 ❹ 顆粒比聿對洎墩學之敔鹿 圖3說明一經簡化之三元圖3〇〇,其可用於以圖描繪水 泥、岩，及砂在三角形内任一點之混凝土混合物中的相對 體積一角形内之點係描述包含水泥 '砂及岩石之混凝土 混合物。三角形中接近單字”水泥”之頂點代表一包含 水泥且不含砂或岩石粒料之假設組合物。三角形中接近/〇 子矽之左下點代表一包含1〇〇%砂且不含水泥或岩石單 設組合物。三角形中接近單字”岩石’，之右下點代表一包: 100%岩石且不含水泥或砂之假設組合物。在，，砂，，與，，岩石，， 32 200930683 之間沿三角形底線之任一點代表一包含各種體積比率之砂 及岩石但不含水泥之假設組合物。位於三角形底部上方或 與其平行之任何線代表具有不同體積比率之砂及岩石但固 定體積之水泥的組合物。 以X作記號並標示為組合物】之假設混凝土組合物包 含近1 5體積％之水泥及85體積％之粒料。岩石對砂之比率 係近70 30 β換δ之，在粒料部分中，70%粒料係岩石， 而3〇%係砂。以總假設體積之分率表示之，，細顆粒，，總體積係 包含水泥及砂部分。組合⑯丨>^表一根據慣用技術製得之 典型混凝土組合物。 以X作記號並標示為組合物2之假設混凝土組合物係 由組合物1沿平行於三角型底部之線水平向左移所得到。 因此’組合物2亦包含近15體積％之水泥及85體積％之粒 料。然而，組合物2中岩石對砂之比率係近5〇: 5〇。換言 之，在粒料部分中，5〇%粒料係岩石且5〇%係砂。以總假設 ❹體積之分率表示之”細顆粒”總體積係包含水泥及砂部分。組 合物2代表一相較於組合物丨具有較佳可加工性之混凝土 組合物。 為幫助解釋為何組合物2相較於組合物】係具有較佳 可加工性，現參考圖4八及4B和圖5八及5B，其中圖4A 及4B說明增加細對粗顆粒比率對宏觀流變學(即未凝混凝 土組合物之宏觀流變學)之效應’圖从及⑼說明増加細對 粗顆粒比率對微觀流變學（即不含岩石部分之砂漿部分之 觀流變學）的效應。 33 200930683 圖4A係一圖形400 ’其概要描鳍·在圖3之三元圖中將 細對粗顆粒比率由點1增加至點2對未凝混凝土組合物之 屈服應力所造成之效應。線402具有一正斜率，其指示藉 將水泥體積保持固定在15%並將砂對粒料比率由30 : 70增 加至50 : 50(其亦增加細對粗顆粒比率）所增加之屈服應力。 增加之屈服應力係與降低之坍度有關聯。 圖4B係一圖形410’其概要描繪在圖3之三元圖中藉 將細對粗顆粒比率由點1增加至點2對未凝混凝土組合物 ❹ 之黏度所造成之效應。線412具有一負斜率，其指示藉將 水泥體積保持固定在15%並將砂對粒料比率由3〇 : 7〇增加 至50 : 50(其亦增加細對粗顆粒比率）所降低組合物之塑性 黏度。因為較低黏度導致較高可加工性，因此在圖3之三 元圖中簡單地由點1移至點2將具有改善可加工性之效 應，儘管坍度降低。 然而，對於澆置，仍存在需要一特定最低坍度之情況。 ❹為了增加坍度（如回到組合物1時之坍度），可加入塑化劑（如 減水劑或超塑化劑）以降低屈服應力並增加坍度。增加塑化 劑對屈服應力之效應係以圖形400之線4〇4概要說明於圖 4A中。如圖4B中以圖形410之線414概要說明般，添加 塑化劑亦可有利地降低黏度。因此，增加細對粗顆粒比率 及增加塑化劑之組合效應可保持所需坍度並實質降低黏 度。淨效應係實質降低配置混凝土之所需澆置能量，其等 於實質增加可加工性。 此可加工性之增加亦可無需對應增加離析及/或滲出地 34 200930683 達到，其將發生於嘗試利用塑化劑降低組合物丨之黏度時。 士圖5A及5B所說明般，此可藉由比較組合物1與2間之 T對粗顆粒比率肖未凝混凝土之微觀流㈣的效應而獲得 最佳了解。圖5A係一圖形500,其概要描緣在圖3之三元 圖中藉將砂對岩石比率由點i增加至點2對砂衆部分之屈 服應力所造成之效應。線5〇2具有一正斜率，其指示藉將 水泥體積保持固定在15%並將砂對粒料比率由3〇 : 增加 至50 : 5〇(其亦增加細對粗顆粒比率）所增加砂漿部分之屈 ^ 服應力。 圖5B係一圖形510,其概要描繪在圖3之三元圖令藉 將砂對岩石比率由點i增加至點2對砂浆部分之黏度所造 成之效應。線512亦具有一正斜率，其指示藉將水泥體積 保持固定在15〇/〇並將砂對粒料比率由3〇: 7〇增加至5〇: 5〇(其亦增加細對粗顆粒比率）所增加砂漿部分之塑性黏 度。在圖3之三元圖中藉由點丨移至點2而使砂漿部分之 ❹黏度及屈服應力增加因可解釋成增加凝聚性，降低離析及 渗出而可改善未凝混凝土之可加工性。冑聚性之增加本身 可為有利的，因為其係可達到並亦可降低未凝混凝土組合 物之宏觀黏度。 較高凝聚性亦提供一容許較大塑化劑用量以改善混凝 土可加工性之安全界限。再度參考圖5A之圖形5〇〇，虛線 506概要描緣-砂漿部分之最低屈服應力闕值，低於該值， 未凝混凝土組合物發生不可接受程度之離析及/或滲出。如 以圖形500之線508所概要說明般，簡單地將塑化劑加入 35 200930683 組合物1中可使砂漿部分之屈服應力下降至防止不可接受 離析及/或滲入之所需最低屈服應力闕值506以下。圖5B 中圖形500之虛線5 16係描述一防止不可接受離析及/或滲 入之所需類似最低黏度闕值。如以圖形510之線518所概 要說明般，簡單地將塑化劑加入組合物1中可使砂漿部分 之黏度下降至防止不可接受離析及/或滲入之所需最低黏度 闕值以下。 相反地’如圖5A及5B中所描繪般，組合物2中砂漿 ® 部分之較高屈服應力及黏度提供一容許較大塑化劑用量以 改善未凝混凝土組合物之混凝土可加工性的安全界限。此 安全界限係藉由圖5A中圖形500之線504及圖5B中圖形 5 10之線5 14概要說明，其顯示如何利用塑化劑降低組合物 2之砂黎部分的屈服應力及黏度並將其保持在防止不可接 受離析及/或滲入之所需最低屈服應力及黏度闕值5〇6及 5 1 6以上。 φ 總之，圖3·5概要說明增加細對粗顆粒比率對可加工性 之有利效應以及使用較大塑化劑用量以進一步改善可加工 I*生至超過利用慣用混凝土組合物及設計技術可達到者的能 力。可加工性之觀點，雖然增加細對粗顆粒比率一般係有 利的’但已發現細粒料之最適量可視混凝土強度而變，而 混凝土強度係隨水泥含量而變。此係因為水泥及細粒料影 響混凝土之宏觀及微觀流變學。一般而言，增加水泥含量 普遍降低最適化未凝混凝土組合物之可加工性的所需細粒 料量。相反地，降低水泥含量增加最適化未凝混凝土組合 36 200930683 物之可加工性的所需細粒料量。細與粗粒料之最適比率因 此將粗略地視混凝土強度而定。 D.遙_凝毛強度、可加工性與最適細對神L顆叙比率間之 關係 混凝土之可加工性可藉由小心控制細對粗顆粒比率而 降低混凝土黏度的方式獲得改善。圖6描緣一圖形6〇〇，其 包含一坍度在約1-12英吋（約2.5-30厘米）之範圍内且28天 ❹ 抗壓強度為至少約1500psi(約10 MPa)之未凝膠結性組合物 的黏度與細顆粒之體積百分率有關的示意黏度曲線602。當 細顆粒部分之體積在總顆粒體積之約35_99%之間變化（對 應於粗顆粒部分在總顆粒體積之約1-65%之間變化）時，黏 度曲線602近似未凝混凝土之黏度。 如圖6所示般，黏度曲線602具有一細顆粒部分體積 在總顆粒體積之約49-85%間（即對應粗顆粒體積佔總顆粒 之約15-5 1 %)之最低點604。在所有變數皆相同之情況下， q 將細顆粒部分之體積從約35%增加至約49_85%之間（即將 粗顆粒部分從約65%降低至約15-51%)急遽降低黏度，大幅 改善可加工性。將細顆粒之體積增加至約85%以上或約49〇/〇 以下（即將粗顆粒體積降低至約15%以下或約51%以上）急 遽增加黏度，對可加工性有不利影響。將細顆粒體積保持 在總顆粒體積之約49-85%之間並將粗顆粒體積保持在總顆 粒體積之約1 5-5 1%之間可提供一黏度獲最小化而可提供最 大可加工性之，，最佳位置’，。 細顆粒體積較佳係在總顆粒體積之約51%至約80%之 37 200930683 範圍内且粗顆粒體積係在總顆粒體積之約20%至約49%之 範圍内。細顆粒體積更佳係在總顆粒體積之約54%至約 77.5%之範圍内且粗顆粒體積係在總顆粒體積之約22.5%至 約46%之範圍内。細顆粒體積最佳係在總顆粒體積之約59〇/〇 至約75%之範圍内且粗顆粒體積係在總顆粒體積之約25〇/〇 至約41%之範圍内。上述範圍及其他類似範圍測量顆粒之 實質體積（即總體積減去空隙部分）。 一般而言，最大化可加工性之所需細顆粒量係受混凝 ® 土強度所影響。圖7A描繪一圖形700a，其包含一具有在約 1-12英吋（約2.5-30厘米）範圍内之坍度及正常28天抗壓強 度（即高達約8500psi或約58.6 MPa)之未凝膠結性組合物的 黏度與細顆粒體積百分率有關的示意黏度曲線702a。在此 具體表現中，可加工性獲最大化之黏度最低值7〇4a係發生 在細顆粒體積為總顆粒體積之約50-75%且粗顆粒體積為總 顆粒體積之約25-50%處。細顆粒體積較佳係在總顆粒體積 ❹ 之約52%至約72.5%之範圍内且粗顆粒體積係在總顆粒體 積之約27.5%至約48%之範圍内。細顆粒體積更佳係在總顆 粒體積之約55%至約70°/。之範圍内且粗顆粒艎積係在總顆 粒體積之約3〇〇/0至約45%之範圍内。細顆粒體積最佳係在 總顆粒體積之約59%至約68%之範圍内且粗顆粒體積係在 總顆粒體積之約32〇/0至約41%之範圍内。 圖7B描繪一圖形700b，其包含一具有在約1-12英吋 (約2.5-30厘米）範圍内之坍度及高28天抗壓強度（即大於約 8500psi或約58 6 Mpa)之未凝膠結性組合物的黏度與細顆 38 200930683 粒體積百分率有關之示意黏度曲線702b。在此具體表現 中’可加工性獲最大化之黏度最小值704b係發生在細顆粒 體積為總顆粒體積之約56-85%且粗顆粒體積為總顆粒體積 之約15-44%處。細顆粒體積較佳係在總顆粒體積之約57〇/〇 至約80%之範圍内且粗顆粒體積係在總顆粒體積之約20% 至約43%之範圍内。細顆粒體積更佳係在總顆粒體積之58〇/〇 至約77.5%之範圍内且粗顆粒體積係在總顆粒體積之約 22.5%至約42%之範圍内。細顆粒體積最佳係在總顆粒體積 © 之約59%至約75%之範圍内且粗顆粒體積係在總顆粒體積 之約2 5 %至約4 1 %之範圍内。 上述範圍可藉由控制細對粗顆粒比率最小化黏度而提 供較佳可加工性。在上述範圍内及附近調整細對粗顆粒之 比率對黏度之效應係遠大於對屈服應力之效應。屈服應力 較不隨細對粗顆粒比率而變，但較隨水泥漿液流變學而 變。因為坍度與屈服應力之關係遠較黏度緊密，因此利用 坍度作為量規改變可加工性必須改變水泥漿液之流變學。 ❹ 水泥漿液流變學可以許多方式調整，包括改變水對水泥比 率、改變粒徑及水泥顆粒之尺寸分布、添加摻料如減水劑、 緩凝劑、速凝劑、保水劑、輸氣劑、排氣劑、火山灰、填 料及類似物。如在速凝劑及缓凝劑之情況下，對流變學之 效應可能係時間依賴性的。一般而言，改變水泥漿液流變 學可大幅影響混凝土之坍度及屈服應力，甚至漿液本身之 黏度’但其對混凝土之黏度可能僅具最小效應。 細對粗顆粒比率在一定程度上無關水泥漿液地影響混 39 200930683 凝土之黏度及可加卫性…此獨立效應之原因係粒料具有 -天然靜止角。該天然靜止角係與粒料本身流動的方式有 關此天然靜止角可在製造粒料樁時見到m生較佳之 粒料將製造一平坦樁’而流動性較差之粒料將製造一陡靖 f。此天然靜止角係與水泥漿液之流變學無關且在粗粒料 量優於細粒料量時可說明增加黏度之顆粒·顆粒交互作用。 增加細粒料之百分率可降低顆粒填充密度。混凝土製 造商經常使用比砂更多之粗粒料以最大化既定水泥漿液之 顆粒填充及強度。$而，令人驚訝地，利用在上述範圍内 或附近之細顆粒含量所達到之較佳可加工性對可加工性之 有利效應係大於對強度之任何不利效應。即使增加細對粗 顆粒比率可顯著增加屈服應力並因此降低坍度，其亦為真。 E.查體可加工性與屈服廄力間的關徭 細對粗顆粒比率亦可影響屈服應力。圖8描繪一圖形 800’其包含一坍度在約1-12英吋（約2.53〇厘米）之範圍内 且28天抗壓強度為至少約15〇〇psi(或1〇 Μρ&)之未凝膠結 性組合物的屈服應力與細粒料之體積百分率有關的示意屈 服應力曲線802。如圖8中所示般，在此實例中屈服應力最 低值804係發生在以總粒料體積比率表示細粒料體積在約 30%處。此係超出並明顯低於最小化黏度而無水泥過多所需 之細粒料量（即總細顆粒體積比率係在49-85%之間）。在產 生一佔總顆粒體積之49-85%之總細顆粒含量的細顆粒體積 下’屈服應力係顯著但遠大於細粒料體積為30%時。最小 化黏度並僅適度增加屈服應力將導致與澆置及修飾混凝土 200930683 有關之較大混凝土可加工性。 實質上改善澆置可加工性。增 改善修飾可加工性。 如上所討論般，最小化黏度 加屈服應力在某些情況下可

❹ 十分堅實以致可經修飾之所需時間。而且，坍度測量值本 身可能使人誤解：容易離析之混凝土可能提供錯誤的坍度 圖9财，其概要㈣屈服應力與混凝土辨 又間之反向關係β姆度之你 耵又之增加係與屈服應力之降低有關 聯，根據彼等之工業可將其解釋成增加可加工性。直接相 反地’根據本發明最適化可加卫性實際上可產生相對於慣 用混凝土組合物具有較低掛度之混凝土。有鐘於習慣依賴 以坍度作為可加工性之度量’這係令人驚訝且意外的。 屈服應力之適度增加（即坍度之降低）有利於整體可加 工性。在某些情況下，坍度較高之混凝土對整體混凝土可 加工性有不利影響。例如，增加坍度普遍增加混凝土變得 讀數（即無法精確測量重力下真實的混凝土流動）^選擇介於 49-85%間之細顆粒含量可藉由降低坍度及/或增加坍度測量 值之準確度而避免上述問題。 在一具體表現中，坍度係經選擇以在一範圍内。可加 工性可藉由提供一混凝土組合物而獲得最適化，其中該混 凝土組合物具有⑴最低黏度及（ii)在該範圍内之所需坍度。 在一具體表現中，如利用ASTM-C 143所量得，坍度較佳係 在約2英吋至約10英吋（或約5-25厘米）之範圍内，更佳係 在約2英吋至約8英吋（或約5-20厘米）之範圍内且最佳係 在約2英吋至約6英吋（或約5-15厘米）之範圍内。本發明 200930683 對藉由最小化黏度及降低修飾混凝土之等待時間而在這些 坍度範圍内獲得良好整艎可加工性是特別有利的。而且， 在所需坍度下可無或以較低量之摻料（如用於製造自動固結 混凝土之掺料）獲得較佳可加工性’其中該等摻料為一般改 善可加工性及/或將高流動性混凝土固持在一起所需的。 本發明對設計用於平坦混凝土構造物如馬路、人行 道、露臺、走廊、車庫地板、混凝土地板及類似物之混凝 土係特別有利的。彼等熟諳此技者熟知適合用作平坦混凝 ® 土構造物並可藉由最小化隨細粒料含量變化之黏度最適化 之混凝土配合比設計。 IV·製造膠結性组合物之方法 本發明膠結性組合物可利用任何配合比設計製得，其 中該配合比設計係適合使用細粒料及粗粒料且細顆粒含量 係在總顆粒體積之約49-85%之間。例如，根據本發明藉由 調整細顆粒含量至總顆粒體積之49_85%間及調整粗粒料含 q 量至總顆粒體積之15-51%間可改善粗粒料含量在總粒料體 積之60-70%間之一般現有的配合比設計。 本發明包括設計一具有高可加工性之混凝土組合物的 方法。圖10係一流程圖1〇〇〇，其描述可用於設計具有高可 加工性之混凝土的步驟。步驟1〇〇2包括設計一具有所需水 對水泥比率以產生所需強度之水泥漿液。該水泥漿液視情 況可包含任何數目或任何量有助於產生具有所需強度之漿 液的摻料。該水泥漿液視情況亦可包含用於調整水泥漿液 之流變學或其他性質的摻料。 42 200930683 在步驟1004中，選擇細顆粒對粗顆粒比率。細顆粒對 粗顆粒比率係經選擇以便最小化混凝土組合物之黏度。 在一具體表現中，細對粗顆粒比率係藉由先決定所需 強度（如28天抗壓強度）為正常（即高達約8500psi或約58.6 MPa)或咼（即大於約8500psi或約58.6 MPa)進行選擇。對於 正常強度混凝土，顆粒部分係經選擇以包含約50-75體積％ 之細顆粒及約25-50體積％之粗顆粒》對於高強度混凝土， 顆粒部分係經選擇以包含約56-85體積％之細顆粒及約 ® 15-44體積％之粗顆粒。 步驟1006包括決定將產生步驟1〇〇4中所選細對粗顆 粒比率之細顆粒體積以及粗顆粒體積。同樣地，步驟1〇〇8 包括決定相對於細及粗粒料之總體積將產生具有所需強度 及可加工性之混凝土組合物之所需水泥漿液的體積。 圖11提供一流程圖11 〇〇’其描述一種選擇適當細對粗 粒料比率之方法》在步驟11〇2中’選擇所需強度並在步驟 ❹ 11〇4中決疋所需強度為正常（如尚達約8500psi或約58.6 MPa)或高（如大於約8500psi或約58.6 MPa)。為正常及高強 度混凝土選擇適當之細對粗顆粒比率係分別表示於替代步 驟 1106a 或 1106b 中。 在一替代具體表現中，所需顆粒比率可藉由建立一最 小化混凝土組合物黏度之細顆粒含量狹窄範圍的方式決 疋。在一具體表現中’細對粗顆粒比率係經選擇以獲得一 在黏度最低值之約5 %内，更佳係在黏度最低值之約4%内 且最佳係在黏度最低值之約3%内之黏度。 43 200930683 再度參考圖10,在步驟1006中決定產生所選比率之細 與粗顆粒的體積。此決定一般係藉由計算欲製造之混凝土 總量及計算該體積所需之粗及細各顆粒體積的方式完成。 欲用於配合比設計中之顆粒體積亦可轉換成重量值（如磅或 公克）以幫助實際混合程序期間顆粒之測量及分散。在步驟 1008中決定水泥漿液相對於總粒料量之用量以致由這兩種 組分所製得之混凝土將產生具有所需強度及可加工性之混 凝土。 該膠結性組合物可利用任何類型之混合設備製得，只 要这混合設備可以細對粗顆粒之所需比率將膠結性組合物 混合在一起以獲得可加工性之改善。彼等熟諳此技者熟悉 適合用於製造具有細及粗顆粒之膠結性組合物的設備。 在具體表現中’本發明膠結性組合物係在配料薇中 製得。配料廠可有利地用於製備根據本發明之膠結性組合 物。配料廠一般具有大型混合器及用於分散所需量之混凝 Q 土組分的規模。可精確測量及/或分散混凝土組合物組分之 «χ備的使用可有利地容許控制工作性至大於利用目視及感 覺方法者的程度。因此，在配料廠中可更容易地在提供可 加工1±之最大改善的狹窄範圍内獲得所需顆粒比率。在一 具體表現中，配料廠係經電腦控制以精確測量及分散欲混 口之組分。為達本發明目的，配料廠係具有至少混合約1 立方碼（或近1立方米）之容量的混凝土製造工廠。 ΠΙ·具有較佳可加工性之混凝土實例 僅以舉例方式提供下列配合比設計以說明可根據本發 44 200930683 明製得以便最小化隨顆粒 .〇 m 3量變化之黏度的混凝土組合 物。以過去式提供之實例係 士味# t 丨你實際製件者且以現在式提供之 彼等實例係假設性質或由已劁 已裟侍並經測試之實際配合比設 S十所推斷得到的。

實例1-S 各種膠結性組合物係藉由 稭由下列方式製得：製備一水對 水泥比率為1.0之水泥漿液 Ο 亚於其中加入一定量粒料以將 水泥含量保持在總固體體積t咖並以總固體體積之剩餘 90/❶構成粒料部分。細粒料係由粒徑4㈣㈣之砂所組 成’而粗粒料係由粒徑為8_16楚米之岩石所組成。改變細 與粗粒料之相對量以決定細對粗粒料比率對塑性黏度之效 應。結果表示於下列表1中： 表1 實例 細粒料 粗粒料 細：粗 黏度 屈服應力 1 22.22% 77.78% 0.2857:1 8.5 0.22 2 33.33% 66.67% 0.50:1 8.0 0.12 3 44.44% 55.56% 0.80:1 6.2 0.12 4 55.56% 44.44% 1.25:1 3.7 0.19 5 66.67% 33.33% 2.0:1 6.3 0.25 百分率及比率係依據體積所量得。表1之塑性黏度係 以安培-分鐘表示且屈服應力係以安培表示。各種膠結性組 45 200930683 合物之塑性黏度及屈服應力係利用具有10-1600 RMP/分鐘 之可變速度之Janke & Kunkel實驗室型混合器測得。如何 將此混合物用於測定各種配合比設計之混凝土流變學的詳 細描述係描述於Andersen論文，第48-53頁中。利用Janke & Kunkel實驗室型混合器所測得流變學性質之細節描述係 描述於Andersen論文，第145-165頁中。 如表1中所示般’具有最低黏度之組合物以總粒料（細 及粗粒料）之體積計包含55.56%之細粒料及44.44%之粗粒 ❹ 料。屈服應力為最低值之組合物（相當於彼等具有最大将度 (可加工性之慣用度量）者）具有比砂更大之粗粒料體積。因 此’根據習慣上對可加工性之了解，實例2及3將被視為 具有最佳可加工性，然而，根據本發明，實例4係被視為 具有最佳可加工性。依據包含水泥及粒料部分之總顆粒， 具有最低黏度之組合物包含約6〇體積％之細顆粒及約4〇體 積％之粗顆粒。 ❹ 實例6-10 各種膠結組合物係藉由下列方式製得：製備一水對水 泥比率為0.5之水泥漿液並於其中加入一定量粒料以將水 泥含量保持在總固體體積之20%並以總固體鱧積之剩餘 90%構成粒料部分。細粒料係由粒徑為〇_4釐米之砂所組 成，而粗粒料係由粒徑為8-16釐米之岩石所組成。改變細 與粗粒料之相對量以決定細對粗粒料比率對塑性黏度之效 應。結果表示於下列表2中： 46 200930683 表2 實例 細粒料 粗粒料 細：粗 黏度 屈服應力 6 25% 75% 0.33:1 8.0 0.15 7 37.5% 62.5% 0.6:1 7.0 0.08 8 50% 50% 1:1 4.4 0.13 9 62.5% 62.5% 1.67:1 4.0% 0.15 10 75% 3:1 3:1 8.0 0.27 百分率及比率係依據體積所量得。表2之塑性黏度係 以安培·分鐘表示且屈服應力係以安培表示。各種膠結性組 合物之塑性黏度及屈服應力係利用具有10-1600 RMP/分鐘 之可變速度之janke & Kunkel實驗室型混合器測得〇 如表2中所示般，實例8及9之組合物具有最低黏度。 實例7之組合物具有最低屈服應力，其相當於最大坍度（可 0 加工性之慣用度量）。根據習慣上對可加工性之了解，實例 7將被視為具有最佳可加工性。然而，根據本發明考慮屈服 應力及黏度兩者時，實例8係被視為具有最佳可加工性。 依據包含水泥及粒料部分之總顆粒’具有最低黏度之組合 物i 3約70體積％之細顆粒及約3〇體積％之粗顆粒。 雖然下列實例係假設性質的，但其係由已經研究、理 解及延伸之實際配合比設計利用本文所述有關細對粗粒料 比率如何影響混凝土流變學，更具體言之，其如何影響塑 性黏度之本發明觀念所衍生或推斷得到的。 47 200930683 貧例11-22 各種膝結性組合物係藉由下列方式製得製備具有一 水對水泥比率及一水泥漿液對粒料之相對濃度以產生Μ天 抗壓強度為40〇〇psi之混凝土的水泥漿液。細粒料係由粒徑 為〇 4釐米之砂所組成，而粗粒料係由粒徑為釐米之 石石所組$、細與粗顆粒之相對量係在一範圍内變化以降 低及/或最j化塑性黏度至_預期範圍内。細對粗顆粒比率 之變化亦可某程度地影寒 ’警屈服應力。假設之配合比設計及 v 結果係列於下列表3中.

❹ 48 200930683 百分率及比率係依據體積所量得。表3之塑性黏度係 以安培-分鐘表示且屈服應力係以安培表示。各種膠結性組 合物之塑性黏度及屈服應力係利用具有RMP/分鐘 之可變速度之Janke & Kunkel實驗室型混合器測得。 如表3中所示般’實例12-21之組合物具有最低黏度， 對應於以總顆粒體積計範圍在50.0-75.0%之細顆粒及 25.0-50.0%之粗顆粒。由於較低顆粒填充密度而使屈服應力 隨細顆粒含量之增加而逐漸增加。根據習慣上對可加工性 Ο 之了解’實例11將被視為具有最佳可加工性。然而，根據 本發明，實例1 2-21係被視為具有最佳可加工性。 實例23-35 各種膠結性組合物係藉由下列方式製得：製備具有一 水對水泥比率及一水泥漿液對粒料之相對濃度以產生28天 抗壓強度為10,000psi之混凝土的水泥漿液。細粒料係由粒 徑為0-4釐米之砂所組成，而粗粒料係由粒徑為816釐米 之岩石所組成。細與粗顆粒之相對量係在一範圍内變化以 降低及/或最小化塑性黏度至一預期範圍内。細對粗顆粒比 率之變化亦可某程度地影響屈服應力。假設之配合比設計 及結果係列於下列表4中： 實例 細粒料 粗粒料 細：粗 黏度 屈服應力 23 50.0% 50.0% 1.00:1 5.1 0.11 24 53.0% 47.0% 1.13:1 4.4 0.12 25 56.0% 44.0% 1.27:1 3.9 0.13 49 200930683 26 59.0% 41.0% 1.44:1 3.8 0.14 27 62.5% 37.5% 1.67:1 3.7 0.15 28 65.0% 35.0% 1.86:1 3.6 0.15 29 68.0% 32.0% 2.13:1 3.6 0.16 30 72.0% 28.0% 2.57:1 3.7 0.16 31 75.0% 25.0% 3.00:1 3.7 0.17 32 77.5% 22.5% 3.44:1 3.8 0.18 33 80.0% 20.0% 4.00:1 3.9 0.19 34 85.0% 15.0% 5.67:1 4.1 0.21 _____35 90.0% 10.0% 9.00:1 5.0 0.25 百分率及比率係依據體積所量得。表4之塑性黏度係 以安培·分鐘表示且屈服應力係以安培表示。各種膠結性組 合物之塑性黏度及屈服應力係利用具有10-1600 RMP/分鐘 之可變速度之Janke & Kunkel實驗室型混合器測得。 如表4中所示般，實例25-34之組合物具有最低黏度， ® 對應於以總顆粒體積計範圍在56.0-85.0%之細顆粒及 15.0-44.0%之粗顆粒。由於較低顆粒填充密度而使屈服應力 隨細顆粒含量之增加而逐漸增加。根據習慣上對可加工性 之了解，實例23將被視為具有最佳可加工性。然而，根據 本發明，實例25-34係被視為具有最佳可加工性。 實例36-39 根據下列表5中之配合比設計製造由於最小化黏度及 增加凝聚性而具有高可加工性之混凝土組合物。該等配合 50 200930683 比設計至少部分係利用如美國專利申請案第1 1/471,293號 中所提之設計最適化程序發展而成，但其著重在最小化黏 度及獲得高凝聚性以防止滲出及離析，而非無關這些特點 地簡單最小化材料成本。然而，該等組合物亦明顯比先前 藉由相同製造工廠所製得具有相同抗壓設計強度之混凝土 組合物便宜。材料成本假設值亦提供於該表中並了解其將 隨時間變動。 表5 實例 36 37 38 39 成本 (美元） 抗張強度(psi) 3000 3000 4000 4000 — 坍度(英吋） 5 5 5 5 -- I型水泥(磅/碼3) 340 299 375 113 366 C型飛灰(磅/碼3) 102 90 110 $51.00/噸 砂(磅/碼3) 1757 1697 1735 1654 $9.10/噸 州石(碎/碼3) 1452 1403 1434 1367 $11.65/噸 飲用水(磅/碼3) 294 269 294 269 可忽略 Daravair 1400(輸 氣劑)(流喃/cwt) 0 1.4 0 1.4 $3.75/加侖 空氣％ 2 5.5 2 5.5 成本($/碼3) $36.55 $33.72 $38.39 $37.23 加權平均成本 ($/碼 3) $36.76 — 每配合比設計之 成本樽節($/碼3) $3.68 $5.15 $8.08 $6.74 — 加權平均工廠成 本樽節($/碼3) $6.60 — 51 200930683 相較於製造工薇之先前混凝土組合物，除了降低材料 成本外，實例33-36之四種配合比設計亦可用於取代先前工 廠所利用之十二種配合比設計。增加可加工性及凝聚性提 供較大變通性並容許工廠降低滿足消費者需求所需之配合 比設計數目。降低滿足消費者需求所需之配合比設計數目 對製造工廠而言代表額外成本撙節，因為其簡化整個製造 程序》 ❹ 實例40-48 根據下列表6中之配合比設計製造由於最小化黏度而 具有高可加工性之混凝土組合物。該等配合比設計至少部 分係利用如美國專利申請案第11/471,293號中所提之設計 最適化程序發展而成，但其著重在最小化黏度及獲得高凝 聚性以防止滲出及離析，而非無關這些特點地簡單最小化 材料成本。該等組合物亦明顯比藉由相同製造工廠所製得 具有相同抗壓設計強度之先前混凝土組合物便宜。 Ο ΑΛ 組分 ^ 實例 40 41 42 43 44 45 46 47 48 抗張強度 (psi) 3000 3000 4000 4000 5000 5000 6000 6000 8500 坍度 (英叶） 2-3 8 2-3 8 2-3 8 2-3 8 5-7 水泥I/II型 (磅/碼3) 242 242 275 275 308 308 341 341 428 52 200930683 礦渣水泥 (磅/碼3) 161 161 183 183 205 205 227 227 286 石少 碼3) 1650 1650 1616 1616 1576 1576 1548 1548 1473 3/4英叫岩石 972 972 950 950 933 933 917 917 872 3/8英吁岩石 413 413 403 403 396 396 389 389 370 水 290 290 291 291 292 292 293 293 295 塑化劑 〜1^/竭3) 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 6.0 6.0 10.0 輪氣劑 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 100 1.00 0.75 超塑化劑 碼3) 0.0 20.0 0.0 20.0 0.0 25.0 0.0 30.0 30.0 空氣％ —--- 6 6 6 6 6 6 6 6 6 成本 $43.66 $45.00 $4551 $4725 $48.18 $49.85 $5059 $52.59 $59.00 樽節 $3.69 $4.69 $4.97 $6.18 $7.04 $8.21 $8.16 $8.70 $6.90 實例49-59 根據下列表7中之配合比設計製造由於最小化黏度而 具有高可加工性之混凝土组合物。該等配合比設計至少部 分係利用如美國專利申請案第11/471,293號中所提之設計 最適化程序發展而成，但其著重在最小化黏度及獲得高凝 53 200930683 聚性以防止滲出及離析，而非無關這些特點地簡單最小化 材料成本。該等組合物亦明顯比藉由相同製造工廠所製得 具有相同抗壓設計強度之先前混凝土組合物便宜。 表7 組分 實例 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 抗張強度 (psi) 4000 5000 5950 7000 8000 10k 12k 12k 14k 15k 16k 坍度 (英吋） 5 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 水泥Ι/Π型 (磅/碼3) 372 430 462 481 521 420 473 723 527 775 578 礦造水泥 (磅/碼3) 0 0 0 0 0 280 316 0 351 0 385 矽灰 (磅/碼3) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 28 0 C類飛灰 (磅/碼3) 0 0 0 0 0 0 0 217 0 170 0 砂 (磅/碼3) 1680 1615 1664 1615 1578 1558 1491 1461 1047 1291 1315 3/4英吋岩石 (磅/碼3) 958 990 967 922 931 913 1040 1047 1105 1074 1088 3/8英吋岩石 (磅/碼3) 413 425 415 396 397 392 446 499 408 472 423 水 (磅/碼3) 254 252 258 252 238 257 260 258 260 252 260 塑化劑 (流响/碼3) 9 0 12 15 22 27 36 12 41 12 44 輸氣劑 (流喃/碼3) 0.5 0.8 1.3 2.0 1.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 超塑化劑 (流σ兩/碼3) 20 25 15 15 14 35 50 64 55 64 60 54 200930683 空氣％ 6 6 6 6 6 3 3 3 3 3 3 成本 ($/碼3) 51.86 55.48 57.11 5733 59.89 64.98 72.66 7827 ΊΊ53 84.77 81.77 樽節 ($/碼3) 13.43 1558 17.73 10.41 1035 2826 3&62 33.01 51.73 >51.73 >51.73 實例60-70 根據下列表8中之配合比設計製造由於最小化黏度而 具有高可加工性之混凝土組合物。該等配合比設計至少部 〇 分係利用如美國專利申請案第11/471,293號中所提之設計 最適化程序發展而成，但其著重在最小化黏度及獲得高凝 聚性以防止滲出及離析，而非無關這些特點地簡單最小化 材料成本。該等組合物亦明顯比藉由相同製造工廠所製得 具有相同抗壓設計強度之先前混凝土組合物便宜。 表8 組分 實例 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 抗張強度 (psi) 4000 5000 6200 6200 6200 6200 8000 8600 8600 8600 8600 坍度 (英吋） 8 8 7 4 8 8 10 10 8 6 7 水泥I/II型 (磅/碼3) 372 430 462 462 488 319 480 519 519 548 358 礦渣水泥 (磅/碼3) 0 0 0 0 0 213 0 0 0 0 239 F類飛灰 (磅/瑪3) 0 0 0 0 146 0 0 0 0 164 0 55 200930683 Ο

c類飛灰 (磅/碼3) 112 129 139 139 0 0 144 156 156 0 0 砂 _碼3) 1680 1615 1664 1664 1664 1664 1615 1578 1578 1578 1578 3/4英对岩石 958 990 967 967 967 967 922 931 931 931 931 3/8英吋岩石 碼 3) 413 425 415 415 415 415 396 397 397 397 397 水 瑪 3、 254 252 258 253 255 258 238 245 237 234 238 減水齊|J 3) 0 0 12 12 12 12 22 22 24 24 22 輸氣劑 碼3) 0.5 0.8 0.0 2.0 2.0 2.0 0.0 0.0 2.0 2.0 2.0 超塑化劑 20 25 20.0 4.8 15.0 15.0 30.0 30.0 30 30 25 空氣％ ^_ 3 3 3 6 6 6 3 3 6 6 6 成本 49.56 53.44 57.59 56.11 5920 5534 59.16 61.42 61.54 63.87 58.92 樽節 15.74 18.03 1726 18.74 15.65 19.51 11.07 8.82 8.69 637 1131 實例71-81 根據下列表9中之配合比設計製造由於最小化黏度而 具'有高可加工性之混凝土組合物。該等配合比設計至少部 分係利用如美國專利申請案第11/471,293號中所提之設計 $適化程序發展而成，但其著重在最小化黏度及獲得高凝 聚性以防止滲出及離析，而非無關這些特點地簡單最小化 材料成本。該等組合物亦明顯比藉由相同製造工廠所製得 具' 有相同抗壓設計強度之先前混凝土組合物便宜。 56 200930683 表9

組分 實例 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 抗張強度 (ps〇 10k 12k 14k 16k 16k 16k 16k 16k 16k 16k 16k 坍度 (英时） 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 水泥I/II型 (磅/碼3) 609 680 720 775 708 516 457 411 388 366 300 礦渣水泥 (磅/碼3) 0 0 0 0 0 344 305 275 259 244 367 矽灰 (磅/碼3) 0 25 25 28 28 28 28 25 24 22 24 C類飛灰 (磅/碼3) 183 204 216 170 304 0 196 176 167 157 129 砂 (磅/碼3) 1432 1454 1314 1285 1285 1285 1285 1296 1331 1336 1338 3/4英吋岩石 (磅/碼3) 1002 1043 1124 1070 1070 1070 1070 1070 1137 1167 1143 3/8英吋岩石 (磅/碼3) 429 497 482 470 470 470 470 475 487 500 490 水 (磅/碼3) 257 258 260 252 252 252 238 227 214 202 214 減水劑 (流喃/碼3) 27 20 30 12 18 12 12 12 12 12 12 緩凝劑 (流响/碼3) 0.0 0.0 0.0 0.0 32.0 30.0 40.0 36.0 36.0 32.0 35.0 57 200930683

超塑化劑 (流嗝/碼3) 45.0 64.0 60.0 64.0 64.0 60.0 58.0 43.0 43 43 43 空氣％ 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 成本 ($/碼3) 68.64 81.48 83.61 84.67 85.60 81.91 8234 76.18 74.40 72.42 73.69 樽節 ($/碼3) 2420 29.80 45.65 >51.73 >51：B 81.73 >51.73 >5L7B >51.73 >5VB 對照實例82 〇 製造具有細對粗顆粒比率為40 : 60、坍度為28厘米及 擴展度為50厘米之正常強度的慣用自動固結混凝土組合 物。該組合物的特徵在於無添加實質量之流變學改良劑、 細顆粒填料（如粒徑小於150微米之石灰石）的情況下顯著 離析及滲出及/或實質水泥過多。 對照實例83 根據本發明製造具有細對粗顆粒比率為65: 35、将度 為28厘米及擴展度為65厘米之正常強度的自動固結混凝 © 土組合物。該組合物的特徵在於無添加實質量之流變學改 良劑、細顆粒填料（如粒徑小於15〇微米之石灰石）及/或額 外水泥的情況下無顯著離析及渗出。該組合物可無振動地 填滿模型或模腔，藉此大幅降低澆置成本並亦最小化材料 本發明可以其他特定形式而無悖離其精神或必要特徵 地具體化。所述具體表現在所有方面皆僅被視為說明而非 限制。本發明範疇因此係藉由所附申請專利範圍，而非藉 由上文描述指出。源自申請專利範圍之等效意義及範圍内 58 200930683 的所有改變皆係涵蓋在其範_内。 【圖式簡單說明】 圖1A係標準坍度錐之透視圖； 圖1B係圖1A之標準游度錐的立面圖及概要說明将度 錐之用途一未凝混凝土樁； 圖2係概要說明並比較未凝混凝土與Newt〇nian流體之 流變學的圖形； 圖3係一由水泥、砂及岩石組成之三顆粒系統的示範 性三兀圖，其說明向左移代表砂對岩石比率增加； 圖4A及4B係概要說明先增加細顆粒含量然後將塑 化劑加入混凝土組合物中對未凝混凝土之宏觀流變學所造 成之效應的圖形； 圖5A及5B係概要說明先增加細顆粒含量然後將塑 化劑加入混凝土組合物中對未凝混凝土之微觀流變學所造 成之效應的圖形； 圖6係概要說明未凝混凝土組合物之黏度隨細顆粒體 積分率變化之圖形； 圖7 A係概要說明未凝混凝幻且合物之黏度隨具有正常 強度之混凝土組合物的細顆粒體積分率變化之圖形； 圖7B係概要說明未凝混凝土組合物之黏度隨具有高強 度之混凝土組合物的細顆粒體積分率變化之圖形； 圖8係概要說明混凝土組合物之屈服應力隨細粒料艘 積分率變化之圖形； 59 200930683 si 9俦、概要說明混凝土組合物之屈服應力隨坍度變化 之圖形； 圖10係顯不一種根據本發明一具體表現用於設計具有 高可加工性之混凝土之方法的流程圖； 圖11係顯示一種根據本發明一具體表現用於選擇細對 粗顆粒比率之方法的流程圖。 〇

【主要元件符號說明】 100 坍度錐 102 頂部開口 104 底部開口 110 混凝土 112 南度 114 距離 116 高度 200 示意圖 202 線性曲線 204 斜率 206 Bingham流體曲線 208 斜率 300 圖形 . 400 圖形 402 線 404 線 60 200930683 410 圖形 412 線 414 線 500 圖形 502 線 504 線 506 線 508 線 ❹ 510 圖形 512 線 514 線 516 虛線 518 線 600 圖形 602 示意黏度曲線 604 最低點 ο 700a 圖形 702a 示意黏度曲線 704a 最小值 700b 圖形 702b 示意黏度曲線 704b 最小值 800 圖形 802 示意屈服應力曲線 61 200930683 804 最小值 900 圖形 1000 流程圖 1002 步驟 1004 步驟 1006 步驟 1008 步驟 1100 流程圖 1102 步驟 1104 步驟 1106a 替代步驟 1106b 替代步驟

Claims (1)

1. 200930683 十、申請專利範圍： 種具有高可加工性之未凝混凝土組合物，其包含： 水硬水泥；水； 、料，及粗粒肖，該混凝土組合物4有一在總顆粒 積^ 49%至約85%之第—範圍内的細顆粒部分及在總 '積之約1 5%至約5 1 %之第二範圍内的粗顆粒部分， 該混凝土組合物具有至少i英叶之场度及固化後至少 1500psi之28天抗壓強度， ❹㈣於細顆粒部分近超出第一範圍及粗顆粒部分近超 $第二範圍之混凝土組合物’該混凝土組合物具有較低黏 度0 2·如申明專利範圍第j項之未凝混凝土組合物其中該 細顆粒部分係在總顆粒體積之約51%至約85%之範圍内且 其中該粗顆粒部分係在總顆粒體積之約2〇%至約桃之範 圍内。 ❹ 3.如申請專利範圍帛i項之未凝混凝土組合物其中該 細顆粒部分係在總顆粒體積之約54%至約而。之範圍内 且其中該粗顆粒部分係在總顆粒體積之約22 5%至約概 之範圍内。 4. 如申明專利範圍帛i項之未凝現凝土組合物其中該 細顆粒部分係在總顆粒體積之約59%至約抓之範圍内且 其中該粗顆粒部分係在總顆粒體積之約25%至約41%之範 圍内。 5. 如申請專利範圍帛1項之未凝混凝土組合物其中固 63 200930683 化後之28天抗壓強度係低於約85〇〇psi，其中該細顆粒部 分係在總顆粒體積之約50%至約75%之範圍内且其中該粗 顆粒部分係在總顆粒體積之約25%至約5〇%之範圍内。 6·如申請專利範圍第5項之未凝混凝土組合物其中該 細顆粒部分係在總顆粒體積之約52%至約Μ 5%之範圍内 且其中該粗顆粒部分係在總顆粒體積之約27 5%至約48% 之範圍内。 7. 如申凊專利範圍第5項之未凝混凝土組合物其中該 細顆粒部分係在總顆粒體積之約55%至約7〇%之範圍内且 其中該粗顆粒部分係在總顆粒體積之約3〇%至約45%之範 圍内。 8. 如申請專利範圍第5項之未凝混凝土組合物其中該 細顆粒部分係在總顆粒體積之約59%至約之範圍内且 其中該粗顆粒部分係在總顆粒體積之約32%至約41%之範 圍内。 Ο 9·如申請專利範圍第1項之未凝混凝土組合物，其中固 2後之28天抗壓強度係大於約85〇〇%卜其中該細顆粒部 刀係在總顆粒體積之約56%至約85%之範圍内且其中該粗 顆粒部分係在總顆粒體積之約150/。至約440/〇之範圍内。 10. 如申請專利範圍第9項之未凝混凝土組合物，其中 δ、、、顆粒邛分係在總顆粒鱧積之約57〇/〇至約之範圍内 且其中該粗顆粒部分係在總顆粒體積之約2〇%至約43%之 範圍内。 11. 如申請專利範圍第9項之未凝混凝土組合物，其中 64 200930683 s玄細顆粒部分係在總顆粒體積之約58%至約77 5%之範圍 内且其中該粗顆粒部分係在總顆粒體積之約22 5%至約 42%之範圍内。 12.如申請專利範圍第9項之未凝混凝土組合物，其中 該細顆粒部分係在總顆粒體積之約59〇/〇至約75〇/〇之範圍内 且其中該粗顆粒部分係在總顆粒體積之約25%至約4丨％之 範圍内。 〇 ❹ 13. 如申請專利範圍第丨項之未凝混凝土組合物其中 如根據ASTM C143利用12英吋坍度錐所量得，該坍度係 在約2至約12之範圍内。 14. 如申請專利範圍第1項之未凝混凝土組合物，其中 如根據ASTM C143利用12英吋坍度錐所量得，該坍度係 在約2至約8之範圍内。 15. 如申請專利範圍第丨項之未凝混凝土組合物，其中 該細顆粒部分本質上係由細粒料及水硬水泥及視情況選用 之-或多種火山灰或填料所組成’其中該粗顆粒部分本質 上係由粗粒料所組成，而且其中該未凝膠凝組合物包含低 於約10%之輸入空氣β .如申請專利範圍第1項之未凝混凝土組合物，其另 外包含一或多種選自上、 由以下各者組成之群之摻料：輸氣 劑、強度增強胺、分散劑、黏度改良劑、速凝劑、緩凝劑、 腐蚀抑制劑、顏料、潤濕劑、水溶性聚合物、流變學改良 劑、防水劑、㈣、減滲劑、果送助劑、殺真菌換料、殺 囷摻料、殺蟲摻料、細微礦物f摻料、驗反應性減低劑及 65 200930683 接合摻料。 1 7.如申請專利範圍第1項之未凝混凝土組合物，其另 外包含一可增加坍度並降低黏度而無引起該膠結性組合物 顯著離析或滲出之塑化劑量。 1 8.—種具有高可加工性之未凝混凝土組合物，其包含： 水硬水泥； 水； 細粒料； 及粗粒料， 該混凝土組合物具有一在總顆粒體積之約50%至約 75%之第一範圍内的細顆粒部分及在總顆粒體積之約 至約50%之第二範圍内的粗顆粒部分， 該混凝土組合物具有如根據ASTM C143利用12英吋 坍度錐所量得在約1英吋至約12英吋之範圍内之坍度及固 化後低於約8500psi之28天抗壓強度， 相較於細顆粒部分近超出第一範圍及粗顆粒部分近超 出第二範圍之混凝土組合物，該混凝土組合物具有較低黏 度。 19· 一種具有高可加工性之未凝混凝土組合物，其包含： 水硬水泥； 水； 細粒料；及 粗粒料， 該混凝土組合物具有一在總顆粒體積之約56%至約 66 200930683 85%之第一範圍内的細顆粒部分及在總顆粒體積之約15〇/。 至約44%之第二範圍内的粗顆粒部分， 該混凝土組合物具有如根據AStm C143利用12英吁 坍度錐所量得在約丨英吋至約12英吋之範圍内之坍度及固 化後大於約850〇1)以之28天抗壓強度， 相較於細顆粒部分近超出第一範圍及粗顆粒部分近超 出第二範圍之混凝土組合物，該混凝土組合物具有較低黏 度。 20· —種設计具有高可加工性之混凝土組合物之方法， 其包括： 设计一具有所需水對水泥比率以在固化後獲得大於約 1500psi之所需強度的水泥漿液，該水泥漿液視情況包含一 或多種摻料； 選擇最小化黏度並產生所需可加工性之細顆粒部分與 粗顆粒部分之相對量；並 決定相對於粒料體積之水泥漿液體積，其將產生具有 所需強度、所需可加工性且如根據ASTM C143利用12英 吋坍度錐所量得在約丨英吋至約12英吋之範圍内之坍度的 混凝土。 21. 如申請專利範圍第2〇項之方法，其中該所需強度係 低於’·、々 8500psi ’其中該細顆粒部分係在總顆粒體積之約 5〇/。至約75%之範圍内且其中該粗顆粒部分係在總顆粒體 積之約25%至約50%之範圍内。 22. 如申請專利範圍第20項之方法，其中該所需強度係 67 200930683 大於約8500psi，其中該細顆粒部分係在總顆粒體積之約 56/❶至約85/〇之圍内且其中該粗顆粒部分係在總顆粒體 積之約15%至約44%之範圍内。 23. 如申請專利範圍第2〇項之方法，其另外包括決定可 增加坍度並降低黏度而無引起顯著滲出或離析之塑化劑 量° 24. —種製造預拌混凝土之方法，其包括： 提供一配料工廠，其具有-可分散所需量之水泥、水、 〇 細粒料及粗粒料並將其混合在一起之配料系統；並 於該配料系統中藉將所量得量之下列各物混合在一起 以形成一未凝混凝土組合物： 水硬水泥； 水； 細粒料； 及粗粒料， 該混凝土組合物具有一在總顆教體積之約49%至約 85%之第一的細顆粒部分及在總顆粒體積之約15% 至約5 1 %之第二範圍内的粗顆粒部分， 該未凝混凝土組合物具有至少約i英时之将度及固化 後至少約l5〇〇psi之28天抗壓強度。 25. 如申請專利範圍第24項之方法，其另外包括將一定 量之塑化劑加入該未凝混凝土組合物中以便增加将度並降 低黏度而無引起顯著離析或滲出。 6S