TW200938506A - Concrete optimized for high workability and high strength to cement ratio - Google Patents

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200938506 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本揭示内容係屬於混凝土組成物，即包含水硬水泥、 水及粒料之混凝土組合物領域。 【先前技術】 雖然混凝土自1 800年代發現p〇rtland水泥已經歷現代 復興’但仍係一已使用千年之普遍存在的建築材料。其係 廣泛用於建築道路'橋樑、建築物、天橋及許多其他結構 物。混凝土製造商一般使用多種具有不同強度、坍度及其 他性質之混凝土配合比設計，其係經由嘗試錯誤試驗及/或 基於標準配合比設計表而最佳化。 針對所選之所需性質組最佳化混凝土之困難度係在於 其複雜性，ig為水硬水泥、水、粒料與摻料間之相互關係 可對強度、可加卫性、滲透度、对久性等有多重效應。最 佳化-種性質可能對另一種有不利影響。此外，混凝土之 可接又的低成本允許一般超規格設計及過多之水泥，這遥 在為了確保特定用途之最低保證強度時是被容許的。 雖然經$較佳係提供太強而非太弱之混凝土，但總是 並非如此。首先’因為水泥是混凝土中較昂貴的組成之一 、過多之水泥會顯著增加成本。而且，水泥過多可能產 生劣質混凝土，因其可能導致長期潛變、收縮及較低财夂 =、生利用太多水泥亦可能有不利環境的後果如在水泥之 製造中增加石化燃料的用量，故水泥之製造係—能量密集 的程序。因為燃燒石化燃料以產生操作窯爐所需要之熱並 200938506 且為了要產生鈣-矽酸鹽、-鋁酸鹽、-鐵酸鹽及其他可水合 物質而從所使用之石灰石中釋出c〇2,故水泥之製造會將二 氧化碳（co2)排放至環境中。 簡言之，任何理性的混凝土製造商將希望製造“較 佳（如鑑於可加工性、耐久性及稠度的觀點）及較便宜的混 凝土。部分業者甚至關心環境，特別係因為給予“綠色’，或環 保的形象為一有利的行銷方法。 ❹ 雖然改變水泥、水及粒料之量的相互關聯效應係複雜 的，最佳化混凝土之困難度部分在於其表面簡單。常見實 施法係在希望增加強度時增加水泥量。此增加水泥漿液量 並亦降低水對水泥比。然而，此實施法忽略水泥過多之有 害效應並產生不必要的廢棄物。雖然間接經由細對粗粒料 比對混凝土流變學、可加工性及凝聚性的效應，但總是無 法查覺如何改變細對粗粒料比亦可影響強度。 為更適當說明確認將產生具有所需強度、可加工性等 〇 性質之混凝土並亦最小化水泥用量之既定原料組之經最適 當“最佳化’’混凝土配合比設計的困難度，應考慮其存在多少 可能配合比設計。首先，假設可在總粒料體積之10 90%間 改變細粒料（如砂）量，在總粒料體積之10_90%間改變粗粒 料（如岩石）量，在組合物體積之5_30%間改變水泥量及在組 合物體積之5-30%間改變水量。其次，假設上述各組分可以 1 %增量變化以在強度、可加工性及其他性質上產生有意義 的變化，其將接近50,000個可能混凝土配合比設計%即 80X25X25-50,000)。事實上’該數目係遠更大，因為以等〇 1% 200938506 增量改變組分用量可影響某些性質（即8〇〇χ25〇χ25〇 = 5仟 萬）。虽考慮許多其他可加入組分，如火山灰、多種尺寸及 用量之粗粒料和多種摻料如減水劑、輸氣劑、速凝劑、緩 凝劑、塑化劑及類似物且此類組分之數目及用量可寬廣變 化時，配合比設計之$目變得不可知地大（即若非數萬 億，亦可能約數十億）。

假設將極大數目之可能混凝土配合比設計與即使對^ 部分此類配合比設計亦無法實施試連接在一起，經由嘗言; 錯誤試驗及/或標準表的使用來確認最“佳化，，配合比設計戈 可能性極小。令情況更複雜係用於製造混凝土之原料拜 量、製造設備及製造程序可能在不同地理位置及製造商段 而有顯著改變。如同製造錢置混凝土之所用人員，濕肩 及溫度亦影響結果。因此’單—配合比料可在不同製$ 商之間且甚至在相同製造工廠内產生不同的結果。

簡言之’除了別的原因之外，因為下列各原因使混漠 土製造商持續製造未經適當最佳化及超規格設計之混漠 土 ：⑴對超過-相對小數目之配合比設計進行#試錯誤急 驗之實施困難度’⑺利用已知配合比設計時，無法了解力 說明混凝土之變化性及（3)對如何微調細對粗粒料比缺乏] 解’視情況結合使用火山灰及/或摻料可用於獲得相較於 :混凝土配合比設計在強度、可加工性及其他性質方面· ^適當最佳化之錢土並降低達到所需性質之所需水分 重0 【發明内容】 8 200938506 本發明揭示内容係關於一用於製造具有4〇〇〇psi(27 6 MPa)之28天設計抗壓強度及在未凝混合條件下約5英吋 (12.7厘米）之坍度之混凝土的經最佳化混凝土配合比設 汁。该混凝土配合比設計產生特徵在於高度可加工性及凝 聚性和最小離析及滲出之混凝土。相較於業早已存在用於 測試經最佳化混凝土之相同製造商所製造及先前販售具有 相同28天設計抗壓強度及相同或類似析度之混凝土，經最 佳化混凝土亦包含較少量之水硬水泥組分（如Ι/π型 Portland 水泥）。 經最佳化混凝土係至少部分藉由微調細對粗粒料比及 設計一水泥漿液以致粒料及漿液一起作用而產生經適當最 佳化之混凝土的方式設計而成。關於產生設計抗壓強度為 4000psi(27_6 MPa)且坍度為約5英吋（12·7厘米）之組合物所 需要之水泥漿液用量和類型方面，經最佳化細對粗粒料比 提供了高度可加工性（亦即，與先前製得之較少最佳化之混 凝土相較下具有較低黏度所導致）及提供了具有大幅降低強 度對水泥比例的所欲強度。 除了具有較高強度對水泥之比例及較低黏度外，本揭 示内容之經最佳化混凝土組合物亦具有高度凝聚性，其進 一步藉由抑制或最小化離析及滲出作用而提高整體可加工 性。“離析”係混凝土組合物組分之分離，特別係自粒料部分 分離出水泥漿液部分及/或自粗粒料部分分離出砂漿部分。 “滲出”係自水泥漿液中分離出水。離析可降低所倒混凝土之 強度及/或造成不均勻之強度及其他性質。降低離析可導致 200938506 較少空隙及石囊，較佳填充性質(如填充鋼筋或金屬支揮物 周圍）及較佳混凝土泵M m 補物 增亦有助於 獲传較佳可加n為其最小化另 期間離析及/或滲出所需付a 及仏飾 所需付出的關心及努力。凝聚性之掸 亦提供—容許較大塑化劑用量而不引起離析及結塊^全 界限。 "業已存在之製造商對其原料本身輸入及製造設備和技 标具最佳了解，調整此類原料輸入之相對量並進行嘗試錯 =試驗及/或參考標準表已多年並具有現有設計程序之益 處，如彼等ASTM所提供者，但無法獲得經最佳化混凝土 配合比設計之事實係經最佳化混凝土配合比設計本身以及 用於獲得經最佳化混凝土配合比設計之設計程序之新穎的 證明。 如將更兀整的时論於下，本文所揭示之經最佳化混凝 土配合比設計係利用相同或類似原料輪人作為先前所使用 具有相同料強度及相同或類似μ之可比較的配合比設 計二㈣’本揭示内容之經最佳化混凝土配合比設計取代 先月』技術之配σ比5又4並相較於先前配合比設計顯著降低 水泥量並因此降低成本。可加工性及其他有利性質亦等於 或超出彼等先前配合比設計所獲得者。其係令人驚對且意 外的結果。其亦證明該等組分並非經一方式簡單選擇以便 提供已知或可預測結果。而{ ’使用根據經最佳化混凝土 配合比設計之不同量之業已存在配合比設計利的相同或 類似組分並提供令人意外優秀的結果（如較高強度對 200938506 水泥之比例及等於或超過之其他理想性質如可加工性及凝 聚性）。若以明顯較低的成本提供相同設計強度及其他所需 性質之結果係為熟諳此技者所已知或可預期的，則必使以 最大化利益為職責之製造商有強烈動機去事先改變業已存 在之配合比設計以獲得本揭示内容之經最佳化混凝土配合 比設計。 σ 除了降低成本外，將期望降低水泥用量以降低或消除 Φ 水泥過多之有害效應如潛變、收縮及/或較低耐久性。藉由 降低負責製造並釋放高量二氧化碳（eh)至大氣中之混凝土 組分（即水泥）亦有利於改善環境，而二氧化碳咸信係促成全 球暖化之溫室氣體。 由下列描述及所附申請專利範圍將更完整明白本發明 揭示内容之這些及其他優勢及特點並可藉由如下文所提之 本揭示内容之實施習得。 為進一步闡明本發明揭示内容之上述及其他優勢及特 ❿ 點’藉由參考所附圖式中所說明之其特定具體表現而賦予 本揭示内容更具體之描述。應了解這些圖式僅描述本揭示 内容之典型具體表現並因此不視為其範圍之限制。本揭示 内容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】 較佳具體實施態檨之详細說明 I.導論 本發明揭示内容係關於一用於製造具有400〇psi(27.6 11 200938506 MPa)之28天設計抗壓強度及在未凝混合條件下約$英吋 (12.7厘米）之姆度之混凝土的經最佳化混凝土配合比設 計。該混凝土配合比設計產生特徵在於高度可加工性及凝 聚性和最小離析及渗出之混凝土。相較於業早已存在用於 測試經最佳化混凝土之相同製造商所製造及先前販售具有 相同2 8天設計抗壓強度及相同或類似游度之混凝土，經最 佳化混凝土亦包含較少量之水硬水泥組分（如ι/ιι型 Portland 水泥）。 如本文所用之術語“混凝土”係指一組合物，其包含水泥 〇 漿液部分及粒料部分並為一近似Bingham流體。 術語“水泥漿液”及“漿液部分，，係指包含一混合物或由 邊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Binghani流體且一般包含水 泥、水及視情況選用之摻料。已硬化水泥漿液係一包含水 泥與水之水合反應產物的固體。 術語“粒料”及“粒料部分，，係指一般為非水力反應性之 〇 混凝土部分。粒料部分一般係由兩或多種不同尺寸之顆粒 所組成，其中§亥專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號筛之固體顆 粒材料（ASTM C125 及 ASTM C33)。 如本文所用之術語“粗粒料，’係指留在4號篩上之固體 12 200938506 顆粒材料（ASTM C125及ASTM C3 3)。一般使用之粗粒料的 實例包括3/8英吋岩石及3/4英吋岩石。 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。 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。 ❹ 如本文所用之術語“離析”係混凝土組合物組分之分 離，特別係自粒料部分分離出水泥漿液部分及/或自粗粒料 部分分離出砂漿部分。 如本文所用之術語“滲出”係自水泥漿液中分離出水。 II.製造經最佳化混凝土之所用組分 本揭示内容之經最佳化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 A 型之粗粒料。除了這些組分之外，該等混凝土組合物可包 ❿ 括其他摻料以提供該混凝土所需性質。 A.水硬水泥、水及粒料 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水泥或墁彻水泥。 基於本揭示内容之目的，Portland水泥包含所有具有高矽酸 三約含量之膠結性組合物，包括Portland水泥、化學上相 似或類似Portland水泥之水泥及落在ASTM規格C-150-00 内之水泥。Portland水泥，如用於商業者係意指藉由粉碎熔 13 200938506 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鈣作為研磨添加劑所製得之水 硬水泥。在ASTM C1 50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、氧氣化鎂水泥、油井水泥（如 VI型、VII型及VIII型）及這些與其他相似材料之組合物。 本揭示内容之經最佳化混凝土組合物為每立方碼之混 凝土中包含約366磅之水硬水泥（如ί型P〇rtland水泥）。當 與特定量之本文所揭示的其他組分組合使用時，此量產生 最佳結果，但可輕微變化以容納包含視情況選用之摻料、 填料及/或不同類型之水硬水泥。在本揭示内容之經最佳化 混凝土組合物内，水硬水泥之量一般將為每立方碼之混凝 土中包含366±5%磅，較佳係每立方碼之混凝土中包含 366±3%磅，更佳係每立方碼之混凝土中包含366±2%磅，最 佳係每立方碼之混凝土中包含366±1 %碎。 當與慣用水硬水泥，如P〇rtland水泥組合使用時，火 山灰材料如熔&、F、級飛灰、c、級飛灰切灰亦可被視為可 以水力方式凝結之材料。火山灰係矽質或鋁矽質物質其 具有膠凝益處且在水的存在丁以細微形式與水合卩以❿以 水泥期間所製得之氫氧化㉝進行化學反應以形纟具有朦結 性質之可水合物種。矽藻土'蛋白石質燧石、黏土、頁岩、 飛灰、石夕灰、火山凝灰岩、浮石岩及浮石凝灰岩係部分已 知火山灰。特定粒狀高爐礦逢粉及高鈣飛灰具有凝硬及膠 200938506 結性質。飛灰係定義於ASTM C61 8中。 本揭示内容之經最佳化混凝土組合物為每立方碼之混 凝土中包含約110磅之火山灰材料（如c型飛灰）。當與特定 量之本文所揭示之其他組分組合使用時，此量產生最佳結 果，但可輕微變化以容納包含視情況選用之摻料、填料及/ 或不同類型之火山灰材料。在本揭示内容之經最佳化混凝 土組合物内，火山灰材料之量一般將為每立方碼之混凝土 ❹巾包含110±5%碎，較佳係每立方碼之混凝土中包含n㈣％ 碍，更佳係每立方碼之混凝土中包含11()±2%碎，最佳係每 立方碼之混凝土中包含n〇±1〇/。磅。 將毛$之水加入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。本揭示内容之經最佳化混凝土植 合物為每立方媽之混凝土中包含約⑽碎之水（如飲用 水）。當與特定量之本文所㈣之其他組分組合使用時，此 f產生最佳結果，但可輕微變化以容納包含視情況選用之 ❹’料及填料。在本揭示内容之經最佳化混凝土組合物内， —量身又將為每立方碼之混凝土中包含269±5〇騎，較佳係

St碼之混凝土中包含269±3%碎’更佳係每立方碼之混 匕3 269±2%磅，最佳係每立方碼之混凝土中包含 269±1〇/0磅。 下 u 3 土強，科係包含在混凝土材料中以增加體積並提供該混凝 料之2。粒料包括細粒料及粗粒料。適合用於粗及/或細粒 ^㈣實例包括石夕石、石英、碎圓大理石、玻璃珠、花 灰石、鋁礬土、方解石、長石、沖積砂或任何其 15 200938506 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f上係由“砂，，所組 成且粗粒料本質上係由“岩石，，(如3/8英吋及3/4英吋岩石） 所組成。適當粒料濃度範圍係提供於別處。 本揭示内容之經最佳化混凝土組合物為每立方碼之混 凝土中包含約1654碎之細粒料（如仏2砂）。當與特定量之 本文所揭示之其他組分組合使用時，此量產生最佳結果， 但可輕微變化以容納包含視情況選用之摻料及填料。在本 揭=内容之經最佳化混凝土組合物内，細粒料之量一般將❹ 為每立方碼之混凝土中包含1654±5%碎，較佳係每立方碼 之混凝土中包含1654±3%碎，更佳係每立方碼之混凝土中 包含1654±2%磅，最佳係每立方碼之混凝土中包含ΐ654 + ι% 磅。 〇 本揭示内容之經最佳化混凝土組合物為每立方碼之混 凝土中包含約丨367磅之粗粒料（如％英吋之CA_U州石）。 當與特定量之本文所揭示之其他組分組合使用時，此量產 生最佳結果，但可輕微變化以容納包含視情況選用之摻料❹ 及填料。在本揭示内容之經最佳化混凝土組合物内粗粒 料之量一般將為每立方碼之混凝土中包含1367±5%碎，較 佳係每立方碼之混凝土中包含1367±3%碎，更佳係每立方 碼之混凝土中包含1367±2%碌，最佳係每立方碼之混凝土 中包含1367±1%磅。 B.摻料及填料 可將種類繁多之摻料及填料加入混凝土組合#中以提 16 200938506 供該未凝膠結性混合物及/或已固化混凝土所需性質。可用 於本揭示内容之膠結性組合物中之摻料實例包括（但不限於） 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、腐蝕抑制劑、顏料、潤濕劑、水溶性聚合物、防 水劑、強化纖維、減渗劑、泵送助劑、殺真菌摻料、殺菌 e ❹ 摻料、殺蟲摻料、細微礦物質摻料、鹼反應性減低劑及接 合摻料。 輸氣劑係將細微氣泡輸入膠結性組合物中，然後其硬 化成具有細微空隙之混凝土的化合物。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膠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滲出7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、烷基苯磺酸鹽、磺化烴、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1 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磅（cwt)=I泥 中約〇_2至約6流嗝。輸氣劑之主要活性成分（即提供空^ 輸入之化合物）的重量百分率以乾膠結性材料之重量計為2 〇_〇〇1%至、約0·1%。所用顆粒量將視材料、配合比例°、溫度 17 200938506 及混合動作而定。 本揭示内容之經最佳化混凝土組合物為每_(⑽碎） 之PorUand水泥中包含約i .4流啼之輪氣劑（如Daravair)。 當與特定量之本文所揭示之其他組分組合使用時，此量產 生最佳結果，但可輕微變化以容納包含視情況選用之播料 及填料。在本揭示内容之經最佳化混凝土組合物内，輸氣 劑之量-般將為每Cwt之水泥中包含14±5%流喃，較佳係 每cwt之水泥中包含^3%流哂，更佳係每_之水泥中 包含1.4±2%流嗝，最佳係每cwt之水泥中包含ι 4±ι%流嗝。❹ 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 括一或多種選自T列各者之群之化合物：料經基烧基化） 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、丨，2_二胺基丙烷、 聚乙醇一胺、聚（羥基烷基）胺及其混合物。示範性強度增強 劑係2，2，2，2四經基二伸乙二胺。 为散劑係用於混凝土混合物中以無添加水地增加流動 〇 性。分散劑係用於降低塑性混凝土中之含水量以增加強度 及/或獲彳于較尚坍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、β·萘磺酸鹽、磺化三 聚氰胺甲醛縮合物、聚天冬胺酸酯、具及不具聚醚單元之 聚敌酸醋、蔡場酸鹽甲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。 18 200938506 類刀散劑匕括中效減水劑。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。可用於本發明揭示内容中之hrwr包括彼等astm規 ❹格C494及F型和G型以及ASTM ci()i7中之類型i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。 ’ 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)加人本發明揭示内容之混凝土混合物中。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。此較局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。 〇 可用於本發明揭示内容中之適合黏度改良劑包括（例如） 纖維素醚（如曱基纖維素、羥基乙基纖維素、羥基丙基甲基 纖維素、羧基曱基纖維素、羧基甲基羥基乙基纖維素、甲 基羥基乙基纖維素、羥基甲基乙基纖維素、乙基纖維素、 羥基乙基丙基纖維素及類似物）；澱粉（如支鏈澱粉、直鏈礙 粉、海凝膠、醋酸澱粉、澱粉羥基_乙基醚、離子澱粉、長 鏈烷基澱粉、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 烯吡咯啶酮、聚乙烯曱基醚、聚乙烯丙烯酸、聚乙烯丙烯 19 200938506 酸鹽、聚丙烯醯亞胺、環氧乙烷聚合物、聚乙酸聚丙烯酸 醋、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、聚葡刼糖、聚二葡萄糖、卡特蘭（curdian)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及〇hama，

Yoslnhiko, “p〇iymers In c〇ncrete’，，cRc 出版社出版，B〇ca 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—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播料。加速劑之實例包

括（仁不限於）驗金屬 '驗土金屬或铭之琐酸鹽；驗金屬、資 土金屬或銘之亞硝酸鹽；驗金屬、驗土金屬或紹之硫氰0 鹽’鹼金屬 '鹼土金屬或鋁之硫代硫酸鹽；鹼金屬、鹼: 金屬或鋁之氫氧化物；鹼金屬、鹼土金屬或鋁之羧酸鹽(: ’酸鈣)及鹼金屬或鹼土金屬之齒化物鹽(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担 止、延遲或減緩水泥水合速率。其可在初始配 在水合程序已開始後加 于飞有日' 抵銷炎熱天氣對混凝物中。緩凝劑係， 凝土凝結之加速效應或在澆置條件困難 20 200938506 或運送至工地有問題時延遲混凝土或水泥聚液之初始凝結 或:許有進仃特殊修倚程序之時間。緩凝劑之實例包括木 質碩酸鹽、羥基化羧酸、硼砂、葡萄糠酸、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。 腐蝕抑制劑在混凝土中係用於保護埋置之強化鋼以防 因，、间鹼性而腐蝕。混凝土之高鹼性使該鋼上形成一鈍及 ❻非腐蝕保護氧化膜。然而’碳酸化或源自防凍劑或海水之 氣離子的存在性可破壞或滲透該膜並造成腐飯。腐餘抑制 掺料係以化學方式阻止此腐餘反應。最常用於抑制腐餘之 物質係亞確醆約、亞确酸納、笨甲酸納、特定磷酸鹽或氟 矽酸鹽、I紹酸鹽、胺、有機質防水劑及相關化學物質。 防潮摻料降低具有低水泥含量、高水_水泥比或細粒料 不足之混凝土的渗透性。這些摻料阻止水分渗透入乾混凝 土中並包括特定肥皂、硬脂酸鹽及石油產品。 φ ^減滲劑係用於降低水在壓力下傳送穿過混凝土之速 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。這此 摻料稠化流體混凝土，即當其在愿力下流自泵浦時可增: 其黏度以降低該紫液之脫水。在混凝土中用作果送助劑之 物質係有機及合成聚合物、經基乙基纖維素（HE。）或與分散 劑：此之HEC、有機絮凝劑、石蠟之有機乳液、煤焦油、 瀝青、丙烯酸系物、膨潤土及熱解矽氧、天然火山灰 '飛 21 200938506 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㈣紛、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 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（pp)、耐綸、聚乙烯（pE)、聚酯、嫘縈、高 ❹ 強度芳綸（如對-或間-芳綸）或其混合物製得。 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 其化學或物理性質分成：膠結性物質；火山灰；凝硬及膠 結性物質；及表面惰性物質。表面惰性物質包括細微未加❹ 工石英、白雲石、石灰石、大理石、花岗岩及其他物。 鹼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（飛灰及矽灰）、高爐礦渣、鋰鹽及鋇 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 此凝土間之接合強度並包括有機材料如橡膠、聚氣乙烯、 聚乙烯醋酸醋、丙烯酸系物、苯乙烯_丁二烯共聚物及粉狀 22 200938506 聚合物。 天然及合成摻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、敝青素、赭土、氧化鉻、氧化鈦及姑藍。 III.經最佳化混凝土之較佳可加工性 本揭示内容之經最佳化膠結性組合物係水泥、水、粒 料及視情況選用之其他經選擇及組合以最佳化可加工性之 摻料的混合物。未凝膠結性組合物之可加工性係藉由選擇 大幅降低或最小化黏度之細對粗粒料比最佳化。藉由選擇 細對粗粒料之所需比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。 A.混凝土流變學 圖1顯示一說明混凝土之流變學的示意圖100，其中混 凝土相較於Newtonian流體如水係一近似Bingham流體。 • 水是典型Newtonian流體，其中剪切應力（τ)與剪切速率〇 的關係係以通過原點之線性曲線1 〇2(即固定斜率104之直 線）表示。曲線102之斜率104代表黏度（η)且曲線102之y-軸截距代表屈服應力（τ〇)或剪切速率（γ)為0時之剪切應力 23 200938506 (τ)。當剪切速率（y)為〇時，Newt〇nian流體之屈服應力（τ〇) 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102可經調整以便具有對應具有較 尚或較低黏度之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+ηϊ>Γγ ⑴ 其中τ係將未凝混凝土移入所需構形中之所需力量或洗 置能量， 〇 τ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）， ηΡι係未凝混凝土之塑性黏度（即剪切應力之變化除以剪 切速率之變化），及 γ係剪切速率（即混凝土材料在洗置期間之移動速率）。 針於任何具有正场度及近似Binghani流體行為之未凝 混凝土組合物’將上述關係繪製成圖。圖1所示之Bingham ^ 流體曲線106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1〇8及正y_軸截距τ〇,其為屈 服應力之代表並可利用斜率1〇8將曲線1〇6之直線部分延 伸至y軸而外推得到。在低剪切速率下，曲線丨〇6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（ηρΐ)開始隨剪切應力（γ)之增加而降低。其 係因為近似Bingham流體如混凝土一般係經歷剪切稀化。 Bingham具有一正屈服應力（τ〇)，其值可由Bingham流體曲 24 200938506 線106之直線部分的斜率⑽外推得到。至於混凝土，屈 服應力（τ〇)係與坍度近成反比。 Β.混凝土流變學舆可加工性間之關係 配置及修飾未凝混凝土之所需洗置能量可以^代表。如 上方程、式曰(1)所指示般，屈服應力⑻與塑性黏度^兩者皆 為τ之刀量如下列方程式所指示般，一未凝混凝土，，可加工 性之度里係濟置能量之倒數： 加工’K =i：s-—j r τ9+υ (2) 換δ之，未凝混凝土之可加工性隨配置混凝土之所需 洗置能S的降低而增加。相反地’可加工性係隨配置混凝 土之所需澆置能量的增加而降低。 游度係常用作混凝土可加工性之度量，如利用 ASTM-C143所量得，且據了解增加坍度係需要較少澆置及 修飾混凝土之能量。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 未凝混凝土之襞液部分一起移動。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/或溶解換料所 組成。在水泥漿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’’。 25 200938506 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 _ 樣地’為防止滲出，水泥漿液部分必須具有足夠裝液凝聚 力以維持水泥顆粒及液體部分之均勻分布。然而， θ加〉尾 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 用混凝土設計及製造方法賦予未凝混凝土流動性存在—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。 p 澆置混凝土僅倚賴重力（即所加能量之剪切速率代表可 被視為其接近零）時，根據下列方程式，屈服應力成為可加 工性之主要分量： (3) 如上所討論並如圖9所示般，混凝土坍度係與屈服廄 〇 力呈反向關係。因此，若竟 、 ' 右澆置此凝土僅需要重力，坍度應 。工’ < 精確度量(即較高坍度將與較高可加工性有關 力極夕係澆置或配置混凝土之唯一所需力。 反而，混凝土 一船冰强〆丄 7 士及槽泵収/或疏導、移入場所、 固結及表面修飾。 W所：:重-力之外’澆置混凝土另外需要高量澆置能量時 (即所加能量之剪切# 、 τ 下列方藉4 、、、 可被視為其接近無限大），根據 工混凝土之黏度成為可加工性之主要分量： 26 (4)200938506 inn %ri 在某些情況下，屈服應力及黏度兩者可根據如上所禾 之可加工性方程式（2)顯著促成或影響可加工性。 ❹ 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坍度 錐所量得般具有一在約英叶（約2 5 3〇厘米）範圍内之 正坍度。此類組合物具有實質Binghamian流體性質而使坍 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 超出重力之實質能量㈣置能量，，)。掛度僅測== 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 ❹ 構形之所需澆置能量或功之總量。相反地，增加黏度普遍 增加將混凝土澆置至所需構形中之所需洗置能量總量。因 為可加工性係與洗置混凝土之所需澆置能量成反比因此 降低黏度可因降低澆置混凝土之所需澆置能量而增加可加 工性。因為坍度僅測量混凝土在重力下流動之傾向，而非 混凝土流動以回應重力外之洗置能量輸入的傾向，因此在 某些情況下坍度不是一非100%自動流平之混凝土之堯置可 加工性的準確度量。 C.細 對粗粒料比對流變學之效應 圖2說明-經簡化之三元圖2〇〇,其可用於以圖描繪水 27 200938506 泥、岩石及砂在三角形内任一 舯接一匕 錢土混合物中的相對 體積。二角形内之點係描述包含 、日人&- 匕心及岩石之混凝土 三角形中接近單字“水泥’，之頂點代表-包含議 砂或岩石粒料之假設組合物。三角形中接近單 y T點代表-包含100%砂且不含水泥或岩石之假 設組。合山物。三角形中接近單字“岩石，，之右下點代表一包含 loo/ο石石且不含水泥或砂之假設組合物。在“砂，，與“岩石，， 之間沿三角形底線之任一點代表一包含各種體積比之砂及

岩石但不含水泥之假設組合物。位於三角形底部上方或盥 其平行之任何線代表具有不同體積比之砂及岩石但固定體 積之水泥的組合物。 以“X”標示之組合物“系概要表示一根據慣用技術所設 計並藉由業已存在之製造商所利用之經較低最佳化混凝土 組合物。砂對岩石之比係約45:55。換言之，在粒料部分 中’ 45%粒料係砂，而55%係岩石。 〇 亦以“X”標示之組合物2係概要表示一經適當最佳化之 混凝土組合物。由組合物〗向左移至組合物2指示砂對岩 石比增加。組合物2中砂對岩石比係約55 : 45。換言之， 在粒料部分中，55%粒料係砂且45%係岩石。組合物i與組 合物2間之線的向下斜率指示水泥含量降低。只要強度保 持相同，此偏移導致強度對水泥之比例增加。 組合物2相較於組合物1係具有經適當最佳化之砂對 岩石比並發現具有較佳可加工性。為幫助解釋此現象，現 參考圖3A及3B和圖4A及4B，其中圖3A及3B說明最佳 28 200938506 化組合物2中砂對岩石比對宏觀流變學（即未凝混凝土組合 物之宏觀流變學）之效應’圖4A及4B說明最佳化砂對岩石 比對微觀流變學（即不含岩石部分之砂漿部分之微觀流變學） 的效應。

❹ 圖3A係一圖形300 ’其概要描繪在圖2之三元圖中將 砂對岩石比由點1調整至點2對未凝混凝土組合物之屈服 應力所造成之效應。線302具有一正斜率，其指示藉將砂 對岩石比由45 : 55增加至55 : 45所增加之屈服應力。增 加之屈服應力係與降低之胡度有關聯。 圖3B係一圖形310,其概要描繪在圖2之三元圖甲藉 將砂對岩石比由點1調整至點2對未凝混凝土組合物之黏 度所造成之效應。線312具有一負斜率，其指示藉將砂對 岩石比由45 : 55增加至55 : 45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2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，對於洗置，仍存在需要一特定最低坍度之情況。 為了增加坍度（如回到組合物丨時之坍度），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 3A中。如圖3B中以圖形31〇 塑化劑亦可有利地降低黏度。 比及增加塑化劑之組合效應可 度。淨效應係實質降低配置混 3〇〇之線304概要說明於圖 之線314概要說明般，添加 因此，適當最佳化砂對岩石 保持所需坍度並實質降低黏 凝土之所需澆置能量，其等 29 200938506 於實質增加可加工性。 取代增加可加工性或除了增加可加工性 1王 < 外，自點1 移至點2可容許降低為提供所需可加 丨王为外所需之水 量。降低水量降低水對水泥比而增加強度。為維持相同所 需強度，亦可降低水泥量，藉此增加相較於經較低最佳化 之混凝土組合物之經最佳化混凝土組合物中強度對水泥之 比例。 此可加工性/強度對水泥之比例之增加亦可無對應增加 離析及/或滲出地達到，其將發生於嘗試利用塑化劑降低組 ❹ 合物1之黏度時。如圖4Α及4Β所說明般，此可藉由比較 組合物1與2之間砂對岩石比對未凝混凝土之微觀流變學 的效應而獲得最佳了解。圖4Α係一圖形4〇〇,其概要描繪 在圖2之三元圖中藉將砂對岩石比由點丨調整至點2對砂 漿部分之屈服應力所造成之效應。線402具有一正斜率， 其指示藉將砂對岩石比由45: 55調整至55: 45所增加砂 漿部分之屈服應力。 圖4Β係一圖形410,其概要描繪在圖2之三元圖中藉 〇 將砂對岩石比由點1增加至點2對砂漿部分之黏度所造成 之效應。線412亦具有一正斜率，其指示藉將砂對岩石比 由45 : 55調整至55 : 45所增加砂漿部分之塑性黏度。在 圖2之三元圖中藉由點1移至點2而使砂漿部分之黏度及 屈服應力增加因可解釋成增加凝聚性，降低離析及滲出而 可改善未凝混凝土之可加工性。凝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 30 200938506 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4A之圖形4〇〇，虛線 406概要描繪一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400之線408所概要說明般，簡單地將塑化劑加入 組合物1中可使砂漿部分之屈服應力下降至防止不可接受

❹ 離析及/或’參入之所需最低屈服應力闕值406以下。圖4B 中圖形410之虛線416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41〇之線418所概 要說明般，簡單地將塑化劑加入組合物丨中可使砂漿部分 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4A及4B中所描繪般，组合物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 Φ 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4A中圖形4〇〇之線4〇4及圖4b中圖形 410之線414概要說明，其顯示如何利用塑化劑降低組合物 2之砂漿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4〇6及 41 6以上。 總之，圖2-4概要說明適當最佳化砂對岩石比對可加工 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 工性超過利用慣用混凝土組合物及設計技術可達到者的能 31 200938506 力。由可加工性之觀點，雖然增加砂對岩石比一般係有利 的，但已發現細粒料之最佳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 遍降低最佳化未凝混凝土組合物之可加工性的所需細粒& 量。相反地，降低水泥含量增加最佳化未凝混凝土組合物 之可加工性的所需細粒料量。細與粗粒料之最佳比因此將 粗略地視混凝土強度而定。

IV.最佳化混凝土之方法 Q 圖5係一流程圖5〇〇，其描述可用於設計具有較佳可加 工性及較高強度對水泥之比例之經最佳化混凝土組合物的 步驟。步驟502包括設計一具有所需水對水泥比以產生所 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衆液的摻料。該水泥嘴 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。 在步驟504中，部分基於所需強度選擇細粒料對粗粒 © 料比。當使用特定類型及用量之水泥漿液以達到所需強度 時’細粒料對粗粒料比係經選擇以便最佳化（如最小化）混凝 土組合物之黏度。 步驟506包括決定將產生步驟504中所選細對粗粒料 比之細粒料體積以及粗粒料體積。同樣地，步驟5〇8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的水泥漿液體積。 32 200938506 在一具體表現中，細對粗粒料之所需比可藉由建立一 最小化混凝土組合物之黏度之細粒料含量狹窄範圍的方式 決定。在一具體表現中’細對粗粒料比係經選擇以獲得一 在黏度乘低值之約5 %内，更佳係在黏度最低值之約内 且最佳係在黏度最低值之約3 %内之黏度。 再度參考圖5 ’在步驟506中決定產生所選比之細與粗 粒料的體積。此決定一般係藉由計算欲製造之混凝土總量 ❹ 及計算該體積所需之粗及細各粒料體積的方式完成。欲用 於配合比設計中之粒料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粒料之測量及分散。在步驟5〇8 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0 適用於最佳化混凝土組合物以便具有某些預定或所需 性質之設計最佳化方法係列於美國專利公告案第

2〇〇6/〇287773 號’發明者為 Per Just Andersen 及 Simon K. H〇dS〇n 且標題為 “Meth0ds and Systems f〇r Redesigning

Pre-Existing Concrete Mix Designs and Manufacturing Plants and Design-〇ptlmizing and c_rete，，， 將其揭示内容以引用方式併入本文中。 V.製造混凝土之古i 該勝結性組合物可条丨丨田7 ,上 切J利用任何類型之混合設備製得，只 要該混合設備可以細趣姐 #枓對粗粒料之所需比將膠結性組合 物混合在一起以獲得可^ j加工性之改善。彼等熟諳此技者熟 33 200938506 知適合用於製造具有細及粗粒料之膠結性組合物的設備。 在一具體表現中’本揭示内容之膠結性組合物係在配 料廠中製得。配料廠可有利地用於製備根據本發明揭示内 容之膠結性組合物。配料廠一般具有大型混合器及用於分 散所需量之混凝土組分的規模。可精確測量及/或分散混凝 土組合物組分之設備的使用可有利地容許控制可加工性至 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性之最大改善的狹窄範圍内獲得所

需粒料比。在一具體表現中，配料廠係經電腦控制以精確 測量及分散欲混合之組分。為達本揭示内容之目的，配料 廠係具有至少混合約1立方碼（或近丨立方米）之容量的混凝 土製造工廠。 VI.對照實施例 下列配♦比設計係以舉你j彳式提供以說明本揭示内容 之經最佳化混凝土組合物。品土 ^ 以過去式提供之實施例係實際 製得者且以現在式提供之τ' 八捉択之彼等實施例係假設性質或由已製

得並經測試之配合比設計所推斷得到的。 實施例1 根據下列配合比設計 之28天設計抗壓強度及5 合物： 製造一本揭示内容具有4000psi 英吋之坍度的經最佳化混凝土組 366磅/碼 110磅/碼 1654磅/碼 水硬水泥（I型） 火山灰（C型飛灰） 細粒料（FA-2砂） 34 200938506 13 67磅/碼3 2 6 9碎/碼3 1.4 流响 /cwt 5.5體積％ 粗粒料（¾英吋之CA-ll) 水（飲用水） 輸氣劑（Daravair) 空氣 如下所提，該經最佳化混凝土組合物的特徵在於相較 於對照實施例1 a-1 c之混凝土組合物係具有相對高可加工 性、極少或無離析及滲出和實質較高強度對水泥之比例。 基於存於2006年4月7曰之材料價格決定該經最佳化混凝 土組合物之材料成本為$37.23。 對照實施例la-lc 根據如表1所提之對照實施例la-lc之配合比設計所製 成之慣用混凝土組合物係藉由業已存在之混凝土製造商所 製造及販售多年並如製造商所了解般呈現最新技術。可客 觀地假設根據對照實施例la-lc所製成之混凝土組合物的 製造商具有混凝土領域之一般技術。 表1 對照實施例 4a 4b 4c 成本(美元$) 28天設計抗壓強度(psi) 4000 4000 4000 — 坍度(英吋） 4 4 4 — I型水泥 (磅/碼3) 470 564 517 $101.08/噸 C型飛灰(磅/碼3) 100 0 0 $51.00/噸 FA-2砂(磅/碼3) 1390 1340 1430 $9.10/噸 CA-11州石 1710 1750 1750 $11.65/噸 35 200938506 (磅/碼3) 飲用水 (磅/碼3) 255 275 255 可忽略 Daravair 1400(輸氣劑)(流 响/cwt) 4 5 4 $3.75/加侖 Daracem 65(減水劑)(流响 /cwt) 0 0 18.1 $5.65/加侖 空氣％ 5 5 5 成本($/碼3) $43.41 $45.88 $47.99 集團内之銷售分佈(％) 77.31 22.69 0 __ 加權平均成本($/碼 $43.97 -- 基於上文，實施例1之經最佳化混凝土組合物利用實 質上比對照實施例1 a-1C之慣用混凝土組合物更少之水硬 水泥並藉由經驗（如目視）檢測保持相同設計抗壓強度及相 等或超過之可加工性及凝聚性。實施例1之經最佳化混凝 土組合物具有明顯比對照實施例la_lc各者高之強度對水 泥之比例。此係一令人驚對及意外的結果，特別係因為實 施例1使用與對照實施例la及lb完全相同的組分及實質上 ❹ 與對照實施例1 c相同之組分。 實施例1之經最佳化混凝土組合物係多方面適用的足 以可取代對照實施例la_lc之三種混凝土組合物，因此減化 製造及分布程序。此外，實施例1之經最佳化混凝土組合 物相對於對照實施例la_lc之業内存在的混凝土組合物係 呈現$6.74(超過14.5%)之平均成本樽節。此係實施例i之經 最佳化混凝土組合物之意外及不可預期性質的另一項證 明。雖然業已存在之製造已經數年或數十年確認何者據客 36 200938506 觀了解為經適當設計及最佳化之混凝土配合比設計，但其 無法獲得實施例1之經適當最佳化混凝土組合物。製造者 持續利用對照實施例1 a-1C之經較低最佳化之配合比設計 而非實施例1之經適當最佳化之配合比設計（其可降低材料 成本超過14.5%)的事實客觀地證明該製造者對增加其利潤 不關心或其缺乏適當最佳化其本身業已存在之混凝土配合 比設計的能力。

❹ 實施例2 除了增加及/或降低各種組分之量高達5%之外，混凝土 組合物係利用一衍生自實施例丨之改良配合比設計所製 得。將預期所得混凝土組合物之最佳化程度係優於對照實 施例1 a-1 c各者，但不如實施例丨般良好。 實施例3 除了增加及/或降低各種組分之量高達3%之外，混凝土 組合物係利用一衍生自實施例丨之改良配合比設計所製 得。將預期所得混凝土組合物之最佳化程度係優於對照實 施例1 a-1 c各者以及實施例2 ,但不如實施例丨般良好。 實施例4 除了增加及/或降低各種組分之量高達2%之外，混凝土 組合物係利用一衍生自實施例丨之改良配合比設計所製 知。將預期所得混凝土組合物之最佳化程度係優於對照實 施例1 a-1 c各者以及實施例2及3，但不如實施例i般良好。 實施例5 除了增加及/或降低各種組分之量高達1%之外，混凝土 37 200938506 得°將：利用一衍生自實施例1之改良配合比設計所製 施/得混凝土組合物之最佳化程度係優於對照實 施例：七各者以及實施例2_4,但不如實施例丨般良好。 實施例6 實施例2-5中任一者係藉由加入—或多種換料及/或填 改善-或多種所需性質的方式獲得改良。

本發明揭示内容可以其他特定形式而無惊離其精神或 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。本揭示内容之範疇因此係藉由所附申請專 利=圍巾非藉由上文描述指出。源自申請專利範圍之等 效意義及範圍内的所有改變皆係涵蓋在其範疇内。 【圖式簡單說明】 圖1係概要說明並比較未凝混凝土與Newtonian流體之 流變學的圖形； 圖2係一由水泥、砂及岩石組成之三顆粒系統的示範 性三元圖’其說明向左移代表相較於業已存在之混凝土配 合比設計’砂對岩石比增加； 〇 圖3A及3B係概要說明先增加砂對岩石比，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4A及4B係概要說明先增加砂對岩石比，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；及 圖5係顯示一種用於設計具有高可加工性之混凝土之 38 200938506 一般方法的流程圖。 【主要元件符號說明】 ① 組合物1 ② 組合物2 100 示意圖 102 線性曲線 104 斜率

106 Bingham流體曲線 108 斜率 200 三元圖 300 圖形 302 線 304 線 310 圖形 312 線 314 線 400 圖形 402 線 404 線 406 虛線或最低屈服應力闕值 408 線 410 圖 412 線 414 線 39 200938506 416 虛線或黏度闕值 418 線 500 流程圖 502 步驟 504 步驟 506 步驟 508 步驟

Claims (1)

1. 200938506 十、申請專利範圍： 1. 一種具有高可加工性及高強度對水泥之比例之混凝 土組合物，其包含： 水硬水泥，其量為366±5%磅/碼3 ; 火山灰材料，其量為11〇±5%磅/碼3 ; 細粒料，其量為1654±5%磅/碼3 ; 粗粒料，其量為1367±5%磅/碼3 ; 水，其量為269±5%磅/碼3 ;及 ^ 輸氣劑，其量為每cwt之水硬水泥中約1.4±5%流D兩。 2. 如申請專利範圍第1項之混凝土組合物，其中該混凝 土組合物具有一至少約4000psi之28天抗壓強度及如根據 ASTM C 143利用12英吋坍度錐所量得至少約5英吋之坍 度。 3. 如申請專利範圍第1項之混凝土組合物，其中： 水硬水泥的含量為3 6 6 ± 3 %碎/碼3 ; A 火山灰材料的含量為110±3%磅/碼3 ; 細粒料的含量為1654±3%磅/碼3 ; 粗粒料的含量為1367±3%磅/碼3 ; 水的含量為269±3%磅/碼3 ;及 輸氣劑的含量為每cwt之水硬水泥中1.4±3%流喃。 4. 如申請專利範圍第1項之混凝土組合物，其中： 水硬水泥的含量為3 6 6 ± 2 %碎/碼3 ; 火山灰材料的含量為11〇±2%磅/碼3 ; 細粒料的含量為1654±2%磅/碼3 ; 41 200938506 粗粒料的含量為1367±2%磅/碼3; 水的含量為269±2%磅/碼3 ;及 輸氣劑的含量騎ewt之水硬水泥巾14±2%流响。 5. 如申請專利範圍第1項之混凝土組合物，其中： 水硬水泥的含量為366±1%磅/碼3 ; 火山灰材料的含量為11〇±1。/。磅/碼3 ; 細粒料的含量為1654±1%磅/碼3 ; 粗粒料的含量為1367±1%磅/碼3 ; 水的含量為269±1%碎/碼3 ;及 輸氣劑的含量為每cwt之水硬水泥中14±1%流响。 6. 如申明專利範圍第1項之混凝土組合物，其中該混凝 土組合物包含約5.5體積％之輸入空氣。 7·如申請專利範圍第i項之混凝土組合物，其中該水硬 水泥本質上係由ί型及/或„型p〇rtland水泥所組成。 8.如申請專利範圍第1項之混凝土組合物，其中該火山 灰材料本質上係由C型飛灰所組成。 9:申請專利範圍第1項之混凝土組合物，其中該細粒 厂’本貝係由9所組成及該粗粒料本質上係由岩石所組 成。 1〇.如_請專利範圍第6項之混凝土組合物其中該砂 本質上係由FA-2砂所組成及該岩石本質上係由％英吋之 CA-11州石所組成。 11.如申請專利範圍第丨項之混凝土組合物，其另外包 含一可增加坍度並降低黏度而無引起該混凝土組合物顯著 42 200938506 離析或滲出之量的塑化劑。 12.如申請專利範圍第丨項之混凝土組合物，其另外包 含一或多種選自由以下各者組成之群之摻料：輸氣劑、強 度增強胺、分散劑、黏度改良齊！、速凝劑、緩凝劑、腐蝕 抑制劑、顏料、潤濕劑、水溶性聚合物、流變學改良劑、 防水劑、纖維、減滲劑、泵送助劑、殺真菌摻料、殺菌摻 料、殺蟲摻料、細微礦物質摻料、驗反應性減低劑及接合 播料。 ❾ 13·一種具有高可加工性及高強度對水泥之比例之混凝❹ 土組合物，其包含： I型及/或Π型PorUanc^h泥，其量為366±5%磅/碼3; C型飛灰，其量為IIOM%時/石馬3 ; 砂’其量為1654±5%磅/碼3 ; 岩石，其量為1367±5%磅/碼3 ; 水，其量為269±5%磅/碼3 ;及 輸氣劑’其量為每CWt之水硬水泥中1.4±5%流哂， © ㈣凝土i合物具有—4GQGpsi之28天設計抗㈣度© 及如根據ASTM C143利用12英对将度錐所量得至少約$ 英对之姆度。 14.一種具有高可加工性及离 久巧強度對水泥之比例之混凝 土組合物，其包含： I型及/或II型Portland水泥 甘旦n 匕’其莖為3 6 6 ± 3 %碎/碼3 ; C型飛灰’其量為11 (>±3 %傍/竭3 · 砂’其量為165 4±3%時/碼3 . 43 200938506 岩石，其量為1367±3%磅/喝3 ; 水’其量為269±3%碎/瑪3 ;及 輸氣劑’其量為每cwt 該混凝土組合物具有_ 及如根據ASTM C143利用 英对之明·度。 之水硬水泥中1_4±3%流嗝， 4000psi之28天設計抗壓強度 12英叫'明'度錐所量得至少約5 Ο 15.-種具有高可加卫性及高強度對水 土組合物，其包含： 泥之比例之混凝 I型及/或II型Portland水泥，其量 C型飛灰，其量為U0;tl〇/。磅/碼3; 砂’其量為1654±1%磅/碼3 ; 為366±1%碎/碼

   岩石’其量為1367±1%磅/媽3 ; 1.4 ± 1 % 流喃， 水，其量為269±1%磅/碼3 ;及 輸氣劑’其量為每cwt之水硬水泥中 該混凝土組合物具有一 4〇〇〇Dsi夕, Upsi之28天設計抗壓強度

   及如根據ASTM C143利用12英吋拚庳你 θ 央丁明度錐所量得至少約5

   英叶之辨度。 十一、囷式： 如次頁 44