TW202138334A

TW202138334A - 可噴塗的膠結性組成物

Info

Publication number: TW202138334A
Application number: TW110105106A
Authority: TW
Inventors: 志煇李; 朱賀; 仲維蘇
Original assignee: 仲維蘇
Priority date: 2020-02-18
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2021-10-16
Also published as: CN115038676A; AU2020430725B2; JP2023513865A; MX2022009511A; TWM628911U; WO2021167635A1; AU2020430725A1

Abstract

一種可噴塗的延性金屬樣膠結性組成物(SDMCC)，其包含：複合黏合劑、纖維及水；其中該複合黏合劑包含水泥組分及蔔作嵐組分(pozzolan component)。該SDMCC可展現固化時膨脹及應變硬化行為。該SDMCC可用於修復且/或修整諸如管線之建築結構。亦描述用於製備該SDMCC之方法。

Description

可噴塗的膠結性組成物

發明領域

本發明係關於可噴塗的延性金屬樣膠結性組成物(SDMCC)。本發明亦關於SDMCC用於修復或修整諸如地下管線之建築結構之用途及其使用方法。

發明背景

地下管線為重要基礎設施且可用於出於各種目的運輸且分配包括飲用水及廢水之水。用於此等目的之管線常常經受重度機械負載及環境應力。因此，金屬管及混凝土管二者均容易具有諸如破裂、剝落及碎屑堆積之問題。金屬管可能會腐蝕或變形。若不加以修復，則此等問題可能會導致管線故障。

免開挖管線修復技術為可用於在最少破壞情況下修復現存管線之技術。經降低建造成本、經減弱環境衝擊及經減少公共干擾意謂免開挖管線修復技術常常優於挖溝法。已知免開挖管線修復方法包括現場固化管道(CIPP)方法、滑動內襯、緊密配合管道方法、螺旋捲繞內襯方法、片段續接內襯及經噴塗內襯。與其他方法相比，具有以水泥為主之材料之經噴塗內襯可提供諸如較低成本及較快建造之優點。亦可形成連續無接頭噴塗內襯。

經噴塗內襯方法涉及將膠結性材料或以聚合物為主之材料噴塗至現存管線之內表面上。膠結性材料成本低，但通常對鋼主管的腐蝕防護較差。以聚合物為主之材料通常具有更佳耐腐蝕性，但更昂貴。一旦被噴塗至基體上，材料必須具有良好黏附力及內聚力以堆積所需厚度。管線內表面通常不利於塗佈材料。雖然管線通常在噴塗之前經清潔，但在經噴塗材料與內管壁之間缺乏黏附力仍為主要難題。

習知膠結性材料為脆性的且不具有抗拉延性。為了獲得高強度且緻密微結構，膠結性修復材料通常含有大量精細且具反應性粉末且需要低含水量。此組合使得膠結性材料高度收縮，從而可引起收縮破裂受限。破裂之後，管線中之流體滲透裂縫且進一步腐蝕管道。另外，若黏附力不良，則經破裂修復材料可能會剝落掉。因此，習知膠結性材料之使用常常使得經修復管線不太耐久且需要反覆維護。

為了克服以水泥為主之材料之固有脆性，已研發出用於噴塗修復之稱為經工程處理之膠結性複合材料(ECC)的纖維加強型複合材料。ECC展現在單軸向拉力下大於3%之高應變容量。ECC之高延性係藉由多個緊密裂縫代替普通混凝土特有之單個裂縫來實現。然而，當與普通混凝土相比時，ECC混合物一般具有較高體積之水泥且不具有粗骨材，因此乾燥收縮可在28天時達到 µε。當變形受限時，經增強之收縮可能會導致微破裂。侵蝕性環境中微裂縫之存在可能會影響噴塗修復之耐久性。ECC之實例揭露於以下專利中。

美國專利第7,241,338號揭露包含水硬性水泥(諸如卜特蘭水泥(Portland cement))、非牛頓添加劑、黏性劑、強塑劑、不連續短纖維、輕質骨材及水之可噴塗的膠結性組成物。

美國專利第7,572,501號揭露包含水泥(諸如卜特蘭水泥)、水、砂、飛灰、減水劑及不連續短纖維(諸如聚乙烯(PE)纖維)之膠結性複合材料。組成物之流變性可經調節以提供可經泵送、澆鑄或噴塗之複合材料。

美國專利第7,799,127號揭露一類聚乙烯醇(PVA)纖維加強型早強ECC材料。材料包含水硬性水泥、化學加速劑混合物、聚乙烯醇纖維、非矩陣交互型破裂引發劑、一或多種細粒骨材及化學分散劑混合物。

本發明之一目標為某種程度上有助於避免以上缺陷；及/或至少為公眾提供有用選擇。

本發明之其他目標可自僅作為實例給出之以下描述變得顯而易見。

對本說明書中所包括之文件、行為、材料、裝置、物品或其類似者之任何論述僅出於為本發明提供背景之目的。其不應視為承認任何或所有此等事項形成先前技術基礎之一部分或因為其存在於優先權日之前而成為本發明相關領域中的公共常識。

發明概要

在第一態樣中，本發明提供包含以下之可噴塗的膠結性組成物：複合黏合劑、纖維及水；其中複合黏合劑包含水泥組分及蔔作嵐組分(pozzolan component)。

在一些實施例中，水與複合黏合劑之比為約0.2至約0.5。

在一些實施例中，水與複合黏合劑之比為約0.2至約0.4。

在一些實施例中，水與複合黏合劑之比為約0.3。

在一些實施例中，水泥組分包含水硬性水泥及膨脹劑。

在一些實施例中，膨脹劑為硫鋁酸鈣。

在一些實施例中，基於總水泥組分重量計，膨脹劑之量為約10 wt%至約60 wt%。

在一些實施例中，基於總水泥組分重量計，膨脹劑之量為約20 wt%至約50 wt%。

在一些實施例中，膨脹劑之平均粒度為約2 µm至約500 µm或約10 µm至約30 µm。

在一些實施例中，水硬性水泥包含普通卜特蘭水泥。

在一些實施例中，基於總水泥組分重量計，水硬性水泥之量為約1 wt%至約80 wt%。

在一些實施例中，基於總水泥組分重量計，水硬性水泥之量為約20 wt%至約80 wt%。

在一些實施例中，基於總水泥組分重量計，水硬性水泥之量為約50 wt%至約80 wt%。

在一些實施例中，基於總水泥組分重量計，水硬性水泥之量為約60 wt%至約80 wt%。

在一些實施例中，水泥組分包含反應性鋁矽酸鹽、碳酸鈣或其混合物。

在一些實施例中，反應性鋁矽酸鹽為煅燒黏土。

在一些實施例中，反應性鋁矽酸鹽為偏高嶺土。

在一些實施例中，碳酸鈣為石灰石。

在一些實施例中，基於總水泥組分重量計，水泥組分包含呈約1 wt%至約80 wt%或約30 wt%至約60 wt%或約40 wt%至50 wt%之量的反應性鋁矽酸鹽、碳酸鈣或其混合物。

在一些實施例中，基於總水泥組分重量計，水泥組分包含呈0 wt%至約50 wt%或約20 wt%至約40 wt%或約30 wt%之量的反應性鋁矽酸鹽。

在一些實施例中，基於總水泥組分重量計，水泥組分包含呈約0 wt%至約30 wt%或約10 wt%至約20 wt%或約15 wt%之量的碳酸鈣。

在一些實施例中，反應性鋁矽酸鹽與碳酸鈣之比為2:1。

在一些實施例中，基於總水泥混合物重量計，水泥組分包含約10 wt%至約50 wt%普通卜特蘭水泥(OPC)、約20 wt%至約40 wt%偏高嶺土及約10 wt%至約20 wt%石灰石。

在一些實施例中，反應性鋁矽酸鹽之平均粒度為約2 µm至約40 µm或約2 µm至約10 µm。

在一些實施例中，碳酸鈣之平均粒度為約2 µm至約100 µm或約2 µm至約20 µm。

在一些實施例中，按重量計，蔔作嵐組分之量為水泥組分之量的約1倍至約3倍。

在一些實施例中，按重量計，蔔作嵐組分之量為水泥組分之量的約2倍至約3倍。

在一些實施例中，按重量計，蔔作嵐組分之量為水泥組分之量的約2倍至約2.5倍。

在一些實施例中，蔔作嵐組分包含選自由以下組成之群之材料：飛灰、鋼熔渣、粒狀高爐渣、矽藻土、矽灰；煅燒黏土，諸如偏高嶺土；煅燒葉岩、火山灰、浮石；富含燒二氧化矽之有機物質，諸如稻殼灰；及其任何二者或更多者之混合物。

在一些實施例中，飛灰選自由以下組成之群：C型飛灰、F型飛灰及其混合物。

在一些實施例中，纖維選自由以下組成之群：聚合物纖維、無機纖維、金屬纖維、碳纖維、以植物為主之纖維及其任何二者或更多者之混合物。

在一些實施例中，聚合物纖維包含選自由以下組成之群之聚合物材料：聚烯烴、聚丙烯酸、聚酯、聚乙烯醇、聚醯胺及其任何二者或更多者之組合。

在一些實施例中，聚合物纖維選自由以下組成之群：聚乙烯纖維、高強力聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維及其任何二者或更多者之混合物。

在一些實施例中，基於總組成物體積(亦即包括水之組成物之體積)計，纖維之量為約0.1 v/v%至小於4 v/v%或約1 v/v%至約3 v/v%或約1.5 v/v%至約2.3 v/v%。

在一些實施例中，纖維長度為約4 mm至約25 mm或約6 mm至約20 mm或約8 mm至約12 mm。

在一些實施例中，纖維直徑為約10 µm至約150 µm或約10 µm至約60 µm。

在一些實施例中，可噴塗的膠結性組成物進一步包含選自由以下組成之群之一或多種組分：強塑劑、骨材、黏性劑及緩凝劑。

在一些實施例中，基於總組成物重量計，強塑劑之量為約0.1 wt%至10 wt%或約0.3 wt%至約3 wt%或約0.5 wt%至約1.5 wt%。

在另一態樣中，本發明提供包含以下之可噴塗的膠結性組成物：複合黏合劑、纖維及水；其中複合黏合劑包含水泥組分及蔔作嵐組分，且其中可噴塗的膠結性組成物在固化時達成選自由以下組成之群之一或多個特性： (i) 至少約2.50 MPa之抗拉強度， (ii) 在28天時至少約3%之抗拉應變容量， (iii) 在＜ 2% ε下小於約100 µm之裂縫寬度，及 (iv) 至少約1210 µε之最大膨脹。

在又另一態樣中，本發明提供製備可噴塗的膠結性組成物之方法，該方法包含： (i) 提供包含水泥組分及蔔作嵐組分之黏合劑組成物， (ii) 混合黏合劑組成物與水以形成濕混合物， (iii) 向濕混合物中添加纖維。

在一些實施例中，該方法進一步包含混合水泥組分及蔔作嵐組分以得到黏合劑組成物。

在一些實施例中，在步驟(ii)之前向水中添加強塑劑。

在再另一態樣中，本發明提供修復且/或修整建築結構之方法，該方法包含以下步驟： (i) 提供本發明之可噴塗的膠結性組成物； (ii) 在建築結構之表面上噴塗膠結性組成物以至少部分地用膠結性組成物塗佈表面；及 (iii) 使膠結性組成物在表面上凝結。

在一些實施例中，噴塗步驟(ii)係藉由手動噴塗系統或自動化噴塗系統進行。

在一些實施例中，建築結構為管線。

在一些實施例中，表面為管線之內表面。

在一些實施例中，管線經修整以延長管線之壽命、增加管線之承載力且/或強化管線。

在另一態樣中，本發明提供本發明之可噴塗的膠結性組成物用於修復且/或修整建築結構之用途。

在一些實施例中，建築結構為管線。

在另一態樣中，本發明提供用於製備本發明之可噴塗的膠結性組成物之乾預混物，乾預混物包含複合黏合劑及纖維；其中複合黏合劑包含水泥組分及蔔作嵐組分。

在另一態樣中，本發明提供製備本發明之可噴塗的膠結性組成物之方法，該方法包含： (i) 提供本發明之乾預混物， (ii) 混合乾預混物與水以形成可噴塗的膠結性組成物。

在另一態樣中，本發明提供包含以下之噴塗系統：具有腔室及連接至腔室之噴嘴之噴塗本體；及收納於腔室中且適於經由噴嘴噴塗之上文所提及之可噴塗的膠結性組成物。

在另一態樣中，本發明提供包含經修復且/或修整之建築結構的建築結構及由上文所提及之可噴塗的膠結性組成物製成且安置於建築結構表面上的修復層。

在某些實施例中，修復層係藉由使用手動噴塗系統或自動化噴塗系統將可噴塗的膠結性組成物噴塗至建築結構表面上形成。

亦可廣泛地稱本發明由本申請案之說明書中提及或指示之個別或集合之部分、元素及特點及任何二個或更多個該等部分、元素或特點之任何或全部組合組成，且在本文提及具有與本發明關聯領域中之已知等效整數之具體整數情況下，該等已知等效整數視為如同個別地闡述一般併入本文中。

另外，在本發明之特點或態樣以馬庫西組(Markush group)之方式加以描述之情況下，彼等熟習此項技術者應瞭解，本發明亦藉此以馬庫西組之任何個別成員或成員子組方式加以描述。

如本文所使用之名詞之後的「(多個)」意謂該名詞之複數及/或單數形式。

如本文所使用之術語「及/或」意謂「及」或「或」或二者。

如本說明書中所使用之術語「包含(comprising)」意謂「至少部分地由……組成(consisting at least in part of)」。當在本說明書中解釋包括術語「包含(comprising)」之各語句時，亦可存在除前面有該術語之一或多個特點以外的特點。諸如「包含(comprise/comprises)」之相關術語將以相同方式加以解釋。

希望對本文所揭露之數值之範圍(例如1至10)的參考亦併有對彼範圍內之所有合理數值(例如1、1.1、2、3、3.9、4、5、6、6.5、7、8、9及10)以及彼範圍內之合理數值之任何範圍(例如2至8、1.5至5.5及3.1至4.7)的參考，且因此，特此明確地揭露本文明確地揭露之所有範圍的所有子範圍。此等內容僅為特定希望內容之實例，且所枚舉之最低值與最高值之間的數值的所有可能組合皆視為以類似方式明確地陳述於本申請案中。

雖然本發明廣泛地如上文所定義，但彼等熟習此項技術者應瞭解本發明不限於此且本發明亦包括以下描述給出實例之實施例。

較佳實施例之詳細說明

本發明人已出乎意料地發現相較於習知水泥及混凝土而言具有有利特性之SDMCC。舉例而言，SDMCC可展現固化時膨脹及應變硬化行為。

因此，在一個態樣中，本發明提供包含以下之SDMCC：複合黏合劑、纖維及水；其中複合黏合劑包含水泥組分及蔔作嵐組分。可噴塗的膠結性組成物例如可用於修復且/或修整管線。

水泥組分包含水硬性水泥，且可進一步包含諸如膨脹劑、反應性鋁矽酸鹽及/或碳酸鈣之額外材料。

SDMCC可進一步包含諸如強塑劑、骨材及/或其他添加劑之其他組分。水硬性水泥

水硬性水泥為在與水混合時凝結且硬化之材料。水硬性水泥包括但不限於卜特蘭水泥、經摻混卜特蘭水泥、磷酸鹽水泥及貝萊土水泥(belite cement) (矽酸二鈣)。亦考慮其任何二者或更多者之混合物。較佳地，水硬性水泥為卜特蘭水泥。

卜特蘭水泥為由基本上由水硬性矽酸鈣組成之研磨熟料產生之細磨粉末。水泥可含有至多約5%石膏。所存在之石膏之量影響凝結時間。ASTM C 150卜特蘭水泥標準規格中界定卜特蘭水泥標準品，界定八種類型之卜特蘭水泥：I型、IA型、II型、IIA型、III型、IIIA型、IV型及V型。I型水泥為不需要其他類型之特殊特性之適用於所有用途的通用普通卜特蘭水泥(OPC)。III型水泥在化學上及物理上與I型水泥類似，不同之處在於其經更精細地碾磨以產生較早強。

基於總水泥組分重量計，水泥組分可包含呈約1 wt%至約80 wt%或約20 wt%至約80 wt%或約50 wt%至約80 wt%或約60 wt%至約80 wt%之量的水硬性水泥。

在一些實施例中，水泥組分包含諸如煅燒黏土之反應性鋁矽酸鹽及/或諸如石灰石之碳酸鈣。有利地，用反應性鋁矽酸鹽及/或碳酸鈣置換水硬性水泥之一部分藉由減少製造過程期間所釋放之碳量來提供更加對環境友好的組成物。

包含反應性鋁矽酸鹽及/或碳酸鈣之SDMCC可提供其他優點。舉例而言，已發現石灰石煅燒黏土水泥(LC3)漿具有比用OPC製成之漿更精細的孔隙結構。有利地，孔隙細化提供對管線中之複雜環境尤其重要之極佳抗氯化物進入性及在硫酸鹽存在情況下之良好效能。

另外，已出乎意料地發現與先前技術用OPC製備之ECC相比，包含LC3之SDMCC具有較大應變容量及較小裂縫寬度。經減小之裂縫寬度引起較低滲透性。此種情況可例如防止原始管道被流體腐蝕。期望較大應變容量SDMCC具有較大變形性。此種情況可例如產生具有較高載荷及偏轉容量之經修復管。

基於總水泥組分重量計，水泥混合物可包含呈約1 wt%至約80 wt%或約30 wt%至約60 wt%或約40 wt%至50 wt%之量的反應性鋁矽酸鹽、碳酸鈣或其混合物。舉例而言，基於總水泥組分重量計，水泥組分可包含呈0 wt%至約50 wt%或約20 wt%至約40 wt%或約30 wt%之量的反應性鋁矽酸鹽。舉例而言，基於總水泥組分重量計，水泥組分可包含呈約0 wt%至約30 wt%或約10 wt%至約20 wt%或約15 wt%之量的碳酸鈣。在一些實施例中，反應性鋁矽酸鹽與碳酸鈣之比為2:1。

在一些實施例中，反應性鋁矽酸鹽之平均粒度為約2 µm至約40 µm或約2 µm至約10 µm。在一些實施例中，碳酸鈣之平均粒度為約2 µm至約100 µm或約2 µm至約20 µm。

在一些實施例中，基於總水泥混合物重量計，水泥組分包含約10 wt%至約50 wt% OPC、約20 wt%至約40 wt%偏高嶺土及約10 wt%至約20 wt%石灰石。

在一些實施例中，水硬性水泥之一部分可經採礦尾礦置換。舉例而言，基於總水泥組分重量計，水泥組分可包含呈約1 wt%至約30 wt%之量的採礦尾礦。膨脹劑

膨脹劑為增強水合過程期間之SDMCC膨脹之材料。在一些實施例中，膨脹劑可用於減少在組成物固化期間出現之收縮。在其他實施例中，膨脹劑可用於提供在固化期間膨脹之SDMCC。有利地，加強SDMCC膨脹可降低收縮期間出現之破裂風險。

膨脹劑可用於調適SDMCC之膨脹特性以使得在施用至管線內表面且固化時SDMCC對管線內表面施加膨脹力。膨脹力減少SDMCC與內表面之間的任何空間，且增加其之間的機械摩擦。有利地，經增加之機械摩擦可增加SDMCC與內表面之間的黏附力。因此，與原始主管相比，經修復或修整管線可具有較高載荷及偏轉容量。另外，經增加之黏附力可減少SDMCC與表面之剝離以及修復後服務期間修復層之褶皺乃至屈曲。SDMCC對主管施加之受控膨脹力可引起修復層與主管壁之耦合，且引起合併結構性及功能性修復，而非僅功能性修復，諸如修復水滲漏。然而，彼等熟習此項技術者應瞭解，在一些實施例中，應避免過度膨脹，此係因為其可能會導致施用SDMCC之表面變形或甚至主管損壞。

除對管線施加壓力之外，膨脹特性亦區分SDMCC與已知可噴塗的ECC，該等已知可噴塗的ECC通常在28天之後具有約之大乾燥收縮。膨脹性SDMCC降低受限收縮破裂風險，進一步提高經修復管線之耐久性，且降低修復後滲漏風險。

彼等熟習此項技術者應瞭解，SDMCC之較佳膨脹特性係視諸如要被修復或修整之主管(無論主管是否處於圍壓下)直徑及抗拉強度以及希望SDMCC厚度的各種因素而定。在一些實施例中，SDMCC膨脹為至少約1200 µε。在一些其他實施例中，SDMCC膨脹為至少約3000 µε。最大SDMCC膨脹可為例如約3000 µε、約3375 µε、約4000 µε或約4450 µε。

較佳膨脹劑包括鋁酸鈣水泥(CAC)及硫鋁酸鈣水泥(CSA)。較佳地，膨脹劑為CSA。基於CSA重量計，CSA中之CaSO₄ • nH₂ O之量較佳為約1 wt%至50 wt%，其中n可為0、0.5、1或2。

基於總水泥組分重量計，複合黏合劑可包含呈約10 wt%至約60 wt%或約20 wt%至約50 wt%之量的膨脹劑。在一些實施例中，膨脹劑之平均粒度為約2 µm至約500 µm或約10 µm至約30 µm。蔔作嵐

蔔作嵐為通常以精細粉碎形式提供之矽質或矽質且鋁質材料。單獨蔔作嵐具有很少或不具有膠結性特性，然而，在水存在情況下，蔔作嵐與由水硬性水泥之水合釋放之氫氧化鈣反應以形成水合矽酸鈣及其他膠結性化合物。有利地，蔔作嵐可改善膠結性材料之黏合劑斷裂韌性，引起經固化SDMCC之較高延性。卜作嵐亦可用於調節SDMCC流變性。有利地，SDMCC流變性可經調節以改善組成物之可泵送性及/或可噴塗性。

一般而言，在水存在情況下與氫氧化鈣反應之任何矽質或矽質且鋁質材料可適用於黏合劑中。合適蔔作嵐之實例包括但不限於飛灰、鋼熔渣、粒狀高爐渣、矽藻土、矽灰；煅燒黏土，諸如偏高嶺土；煅燒葉岩、火山灰、浮石；富含燒二氧化矽之有機物質，諸如稻殼灰；及其任何二者或更多者之混合物。較佳地，蔔作嵐組分包含例如如ASTM C618中所界定之飛灰。在一些實施例中，飛灰為C型飛灰及/或F型飛灰。

在一些實施例中，蔔作嵐組分包含矽灰。有利地，矽灰可增加SDMCC抗壓強度且/或改善纖維/基質介面結合。

複合黏合劑可包含呈約0倍至約3倍水泥組分重量之量的蔔作嵐組分。較佳地，複合黏合劑包含呈約1倍至約3倍、更佳約2倍至約3倍、更佳約2倍至約2.5倍水泥組分重量之量的蔔作嵐組分。纖維

纖維意欲強化經固化SDMCC。合適纖維可基於纖維之包括所需成本、機械特性、物理特性及結合特性之各種特徵來加以選擇。SDMCC特性可能受諸如纖維之長度、直徑、化學組成、剛度、密度及強度之因素影響。纖維可經選擇以在裝載複合材料超出彈性載台時跨裂縫傳輸載物。其裝載-載運行為可經調諧以平衡纖維斷裂與纖維滑溜性，亦即受控纖維橋接行為。在複合材料上強加載荷期間，過度纖維斷裂或纖維滑溜性為非所需的，此係因為此可限制複合材料延性或導致過度大而損害複合材料耐久性之裂縫寬度。有利地，纖維可改善複合材料之應變硬化及抗拉延性且限制裂縫寬度。

適用於SDMCC中之纖維包括但不限於聚合物纖維、無機纖維(例如玄武岩纖維及玻璃纖維)、金屬纖維(例如鋼纖維)、碳纖維、以植物為主之纖維(例如纖維素纖維及木質纖維素纖維)及其任何二者或更多者之混合物。較佳地，纖維為聚合物纖維，亦即由諸如聚烯烴(例如聚乙烯或聚丙烯)、聚丙烯酸、聚酯、聚乙烯醇、聚醯胺(例如耐綸)或其任何二者或更多者之組合的聚合物材料構成的纖維。更佳地，纖維為聚丙烯纖維、更佳高強力聚丙烯纖維。在一些實施例中，纖維為不連續短纖維。

纖維濃度上限值係由可泵送性及可噴塗性需求指定，而下限值係由提供相對於脆性或凖脆性行為而言之應變硬化(延性)行為的能力指定。舉例而言，基於總組成物體積(亦即包括水之組成物之體積)計，纖維可以約0.1 v/v%至小於4 v/v%或約1 v/v%至約3 v/v%或約1.5 v/v%至約2.3 v/v%之量存在。在一些實施例中，纖維長度為約4 mm至約25 mm或約6 mm至約20 mm或約8 mm至約12 mm。在一些實施例中，纖維直徑為約10 µm至約150 µm或約10 µm至約60 µm。強塑劑

在一些實施例中，SDMCC進一步包含亦稱為高效能減水劑之強塑劑。強塑劑可被添加至SDMCC中以影響組成物流變性。有利地，強塑劑可減少維持SDMCC可泵送性及可噴塗性所需之水之量。

因此，強塑劑通常以可有效地達成具有所需可泵送性及可噴塗性之組成物之量被添加至SDMCC中。彼等熟習此項技術者應瞭解，達成所需可泵送性及可噴塗性所需之強塑劑之量可視諸如組成物含水量的組成物其他分量而定。舉例而言，基於總組成物重量計，強塑劑可以約0.1 wt%至10 wt%或約0.3 wt%至約3 wt%或約0.5 wt%至約1.5 wt%之量包括於SDMCC中。

一般而言，此項技術中已知之任何強塑劑適用於SDMCC中。該等強塑劑包括但不限於磺化三聚氰胺(例如磺化三聚氰胺甲醛縮合物)、磺化萘(例如磺化萘甲醛縮合物)、聚羧酸酯醚(例如ADVA^® 190)、經改質之木質磺酸鹽及其任何二者或更多者之混合物。骨材

SDMCC可進一步包含諸如砂、磨石及輕質骨材之骨材。輕質骨材併入可減小SDMCC密度。輕質骨材併入亦可允許噴塗經增加之厚度，特別地在水平頂部表面上如此。若輕質骨材之量相當大，則粒度變得至關重要，否則不可達成應變硬化。一般而言，平均粒度為約10 µm至約1000 µm或約10 µm至約200 µm或約30 µm至約100 µm。

輕質骨材可包含但不限於磨碎橡膠(例如來自廢輪胎)、中空玻璃球、漂珠、經膨脹雲母及微氣球(例如玻璃、陶瓷或聚合物微氣球)。

除輕質骨材之外或代替輕質骨材，SDMCC可進一步包含氣泡。氣體可在藉由例如起泡或充氣之物理手段處理膠結性組成物期間引入。可替代地，氣體可例如作為藉由鋁粉與鹼性組成物之反應或Si-H功能性矽烷與水之反應產生的氫氣經化學上誘導。在一些實施例中，添加穩定化物質以輔助防止鄰接氣泡聚結。在一些實施例中，限制體積百分比以提供約1400 kg/m³ 或更高、較佳1500 kg/m³ 或更高之固化密度。若大空隙中出現大量聚結，則複合材料之強度特性，特定言之應變硬化行為可能會受損。氣泡可與其他輕質骨材結合使用。有利地，該等調配物中之氣泡體積分率可保持小以使得聚結最少。舉例而言，在目標密度為1300 kg/m³ 之複合材料中，可添加氣體或氣體前驅體以獲得約1600 kg/m³ 或更高之密度，且添加其他輕質填充劑以將密度降低至目標範圍。其他添加劑

SDMCC可進一步包含諸如黏性劑及/或緩凝劑之如此項技術中已知之其他添加劑。

舉例而言，黏性劑可為諸如羥丙基甲基纖維素(HPMC)之纖維素衍生物。基於總黏合劑重量(亦即不包括水之組成物之重量)計，黏性劑可以約0 wt%至約1 wt%或約0.03 wt%至約0.5 wt%或約0.05 wt%至約0.2 wt%之量包括於SDMCC中。黏性劑增強複合材料在基體上堆積厚度之能力，且亦幫助纖維均勻地分散於基質中。

SDMCC可包含緩凝劑。可使用習知緩凝劑。較佳緩凝劑為有利地與CSA使用相容之檸檬酸。基於總黏合劑重量計，緩凝劑可以約0.01 wt%至約10 wt%或約0.1 wt%至約2 wt%或約0.2 wt%至約1.5 wt%之量包括在內。緩凝劑可延長噴塗過程期間SDMCC之工作時間。然而，彼等熟習此項技術者應瞭解，過量緩凝劑可降低SDMCC強度及延性。水

SDMCC中之水之量影響組成物之各種特性。含水量應足以獲得可泵送且可噴塗的組成物。一般而言，較高含水量降低黏度且提高可噴塗性，而較低含水量提高內聚力且允許較厚應用。提供可泵送且可噴塗的組成物所需之水之量可易於藉由常規實驗來測定且可藉由包括如上文所論述之強塑劑來減少。

在一些實施例中，水與黏合劑比為約0.2至約0.5。較佳地，水與黏合劑比為約0.2至約0.4、更佳約0.3。製備膠結性組成物

本發明之SDMCC可藉由習知技術來製備。成分可單獨地與水混合或某些成分可經預混合。在一些實施例中，向乾黏合劑成分之預混物中添加水以獲得濕混合物，該濕混合物中添加有纖維。在一些實施例中，強塑劑與水混合以形成被添加至乾黏合劑成分之預混物中以獲得濕混合物之溶液，該濕混合物中添加有纖維。在一些其他實施例中，乾成分可提供於在使用之前與水混合以形成SDMCC之「準備混合」組成物，例如乾黏合劑成分與纖維之預混物中。修復且修整管線

本發明之SDMCC可用於修復諸如重力管線或壓力管線，特定言之地下重力管線或壓力管線之管線。該等管線存在於各種應用中，例如水管、排水管、污水管及油管。舉例而言，SDMCC可用於免開挖管線修復方法中。修復本發明之管線之方法與例如具有圓形或非圓形截面之管道、具有窄或寬直徑之管道、直管或彎曲管的各種管道幾何結構相容。

本發明人亦確定本發明之SDMCC可用於修整管線。與旨在恢復受損主管之原始功能之修復方法形成對比，修整係指其中管線特性經增強之方法。舉例而言，管線可經修整以延長管線之壽命、增加管線之承載力且/或強化管線。在一些實施例中，管線經修整以用於管線之地震強化。出於此目的，SDMCC可被施用至管道以降低由地震事件造成之飲用水或地表下水滲漏或污染風險。

修復或修整本發明之管線之方法可防止在藉由諸如CIPP、滑動內襯或螺旋捲繞內襯方法或用已知材料進行之噴塗內襯之其他方法修復或修整的管線中出現的常見故障模式。可加以避免之常見故障模式包括局部屈曲、內襯或管線斷裂、水滲漏及內襯或管線腐蝕。

修復或修整管線之方法包含提供呈濕混合物形式之SDMCC，向例如管線內壁之管線表面之至少一部分施用濕混合物及固化混合物。在一些實施例中，SDMCC被施用至管線長度之整個內表面。有利地，塗佈整個內表面可基本上產生新內管。沿劣化管線長度連續噴塗膠結性材料可提供具有經減少數目之接頭且在一些實施例中不具有接頭的內塗層。接頭通常為管線中之弱點，且因此有利地，減少經修復管線中之接頭數目可延長管線之使用壽命。具備具有經減少數目之接頭或不具有接頭之連續內塗層之管線亦不太容易發生滲漏，包括在諸如地震之危險條件下。

膠結性組成物可藉由習知方法被施用至管線表面。SDMCC可藉由手動噴塗系統或自動化噴塗系統施用。舉例而言，SDMCC可藉由經由噴嘴以高速度將組成物氣動地噴射至表面上來手動施用。可替代地，SDMCC可藉由將材料噴塗至現存管線內表面上之自動化離心噴塗系統來施用。

膠結性組成物在泵送期間呈流體狀態，但在噴塗施用至表面之後凝結。凝結速度應足夠快以允許抵抗重力堆積厚度。本發明之SDMCC在被噴塗至包括頂部表面之水平或豎直表面上時厚度可為約10 mm至約50 mm。在一些實施例中，SDMCC在被噴塗至水平或豎直表面上時厚度為約20 mm至約40 mm。在一些實施例中，SDMCC在被噴塗至水平或豎直表面上時厚度為約20 mm至約30 mm。

本發明之SDMCC可用於修復且修整管線。然而，彼等熟習此項技術者應瞭解，本發明之SDMCC可用於修復且/或修整其他建築結構。特定言之，其中本文所描述之經改善特性中之一或多者有益之建築結構。舉例而言，合適建築結構可包括隧道、涵洞、人孔、橋、層板及道路。

提供以下非限制性實例以例示本發明且決不限制其範疇。實例 1. 材料組成及處理

例示性混合物列於表1中。水泥為來自Lafarge Cement Co., MI, USA之I型卜特蘭水泥(PC1)。使用來自CTS Cement Manufacturing Corp.及來自Royal White Cement Inc之二類膨脹性水泥且其分別界定為CSA-K及CSA-R。偏高嶺土(MK)為來自Sika Corporation, NJ, USA之Sikacrete® M-100。硬石膏為來自USG之1號Terry-Alba。石灰石(LS)為來自Omya Canada Inc之Snowhite® 12-PT。飛灰(FA)為來自Boral Material Technologies Inc之具有10 µm至100 µm尺寸分佈之C類飛灰。強塑劑(SP)為來自GCP Applied Technologies之AVDA® 190。羥丙基甲基纖維素(HPMC)黏性劑係來自Fisher Scientific。聚丙烯(PP)纖維之量為2%體積分率，其中直徑為12 µm，長度為10 mm，楊氏模數(Young's modulus)為6 GPa且抗拉強度為850 MPa，且PP纖維為來自Saint-Gobain Brazil之Brasilit。表 1

材料		複合黏合劑
PC1	CSA	硬石膏	MK	LS	FA	水	SP	HPMC	PP纖維 (體積%)
OPC	1	0	0	0	0	2.2	0.96	0	0.0016	2
K07	0.78	0.22	0	0	0	2.2	0.96	0	0.0016	2
K10	0.68	0.32	0	0	0	2.2	0.96	0	0.0016	2
K13	0.58	0.42	0	0	0	2.2	0.96	0	0.0016	2
LC3	0.55	0	0	0.3	0.15	2.2	0.96	0	0.0016	2
LC3-K10	0.23	0.32	0	0.3	0.15	2.2	0.96	0.01	0.0016	2
LC3-K13	0.13	0.42	0	0.3	0.15	2.2	0.96	0.01	0.0016	2
R13-C0	0.58	0.42	0	0	0	2.2	0.96	0	0.0016	2
R13-C10	0.58	0.38	0.04	0	0	2.2	0.96	0	0.0016	2
R13-C15	0.58	0.36	0.06	0	0	2.2	0.96	0	0.0016	2
R13-C20	0.58	0.34	0.08	0	0	2.2	0.96	0	0.0016	2

表1中之命名反映黏合劑組成物。OPC及LC3係指分別用普通卜特蘭水泥及石灰石煅燒黏土水泥製備之黏合劑。K07、K10及K13係指7 wt%、10 wt%及13 wt%之CSA-K與黏合劑比。R13-C0、R13-C10、R13-C15及R13-C20表示13 wt%之CSA-R及硬石膏與黏合劑比，其中硬石膏比例為CSA-R及硬石膏總重量之0 wt%、10 wt%、15 wt%及20 wt%。LC3水泥中之PC1、MK及LS之wt%比為55%、30%及15%。

SDMCC係藉由在鼓形混合器中混合所有乾成分(PC1、CSA、硬石膏、MK、LS、FA及HPMC) 10分鐘來製備。逐漸添加水以及SP且混合6分鐘。最後添加PP纖維，隨後混合6分鐘。2. 膠結性組成物之可噴塗性

可噴塗的(常常稱為「噴射」) ECC之新特性至關重要。可噴塗的膠結性組成物需要用於泵送之高初始變形性、在被噴塗至基體上時之快速堆積能力及最佳靜置時間。被定義為自混合完成至噴塗開始之時間間隔之靜置時間應足夠長以適應泵送所需時間且足夠短以在噴塗時獲得所需堆積厚度。

SDMCC組成與表1中之LC3-K13相同，不同之處在於不同SP含量。與先前技術包含2 v/v% PVA纖維之經噴塗ECC相比，本發明SDMCC採用2 v/v% PP纖維，PP纖維之成本有利地低於PVA纖維。然而，在相同劑量及纖維長度下，SDMCC中之PP纖維(12 µm)數量為先前技術經噴塗PVA-ECC中之纖維(39 µm)數量的10.56倍。大量小直徑纖維需要對可噴塗的SDMCC之新流變性之謹慎控制。

在下文所描述之實例中使用來自Quikspray Inc.之CARROUSEL泵及多噴氣磁極噴槍以用於噴塗。多噴氣磁極噴槍特別地適用於噴塗具有加強纖維之膠結性材料。在Hobart混合器中混合材料，且隨後藉由CARROUSEL泵泵送材料。在通過1.25'' (31.75 mm)直徑材料軟管且到達多噴氣磁極噴槍之後，在560 kPa氣壓之情況下將SDMCC噴塗至膠合板基體上。噴塗測試包括自豎直及頂部方向二者噴塗至基體上。

使用一系列用變化量之強塑劑進行之流動性測試測定最佳強塑劑含量為複合黏合劑之0.8 wt%。對於豎直膠合板基體噴塗測試，在20分鐘靜置時間之後，堆積厚度為15 mm。對於豎直膠合板基體，當靜置時間為40分鐘時，最大堆積厚度可能達到50 mm。對於頂部基體，在20分鐘靜置時間之後，最大厚度可能達到25 mm。

雖然SDMCC中之纖維數量為先前技術經噴塗PVA-ECC之纖維數量的10.56倍，但發現經噴塗SDMCC具有良好霧化，從而允許材料被均勻地噴塗至基體上。SDMCC幾乎不顯示回彈，且在被噴塗至基體上之後不滴液或下陷，展現大量優於傳統塗佈材料之優點。3. 膨脹特徵

用於量測收縮/膨脹之試樣被澆鑄至稜鏡模具(25 × 25 × 300 mm)中。收縮/膨脹量測係在不損壞試樣之情況下在脫模之後儘可能早地進行，且標記為變形「零時」。對於表1中之混合物，脫模時間對於OPC為20小時；對於K07為10小時；對於K10、K13及LC3-K13為5小時；對於LC3-K10為8小時；對於R13-C0、R13-C10、R13-C15及R13-C20為3小時。試樣被儲存於20℃ ± 2℃及40% ± 5%相對濕度(RH)環境中。試樣長度變化係根據ASTM C490/C490M-17加以測試。3.1 乾燥收縮 / 膨脹

表1中之組成物之收縮/膨脹對時期曲線示於圖1-3中，其中負號(在y軸上)表示收縮且正號表示膨脹。表2列舉在28天時收縮/膨脹之特徵值。對於用OPC製備之SDMCC，在28天時收縮連續地增加至。該相對大之收縮可能會在受限條件下導致破裂，從而降低材料耐久性。利用CSA-K之SDMCC顯示起初膨脹之後為收縮之特徵。最大膨脹出現在約2天時期。組成物K07、K10及K13之最大膨脹幅度為779 µε、2418 µε及3756 µε，其隨CSA-K比而變。然而，在複合黏合劑中具有7 wt% CSA-K水泥之情況下，SDMCC仍顯示在28天時之收縮。在28天時K10及K13之膨脹分別為1139 µε及2026 µε。採用LC3之ECC膨脹比採用OPC之ECC膨脹低一點。LC3-K10及LC3-K13之膨脹為838 µε及1722 µε。

CSA水泥類型亦可影響膨脹幅度。CSA-R為相比於CSA-K而言具有較少CaSO₄ 之CSA黏合劑。即使當CSA-R含量為複合黏合劑(R13-C0)之13 wt%時，R13-C0在28天時之收縮為且不顯示膨脹。用硬石膏進行之CSA-R置換增加，收縮減少，且R13-C20在28天時具有489 µε膨脹。在不希望受理論束縛之情況下，認為CSA水泥中之CaSO₄ (石膏或硬石膏)量影響鈣礬石產生。鈣礬石為CSA水泥之主要膨脹性水合產物。3.2 最小膨脹

假設線性材料構成性行為，由膨脹造成之壓力可表示為：

(1)

其中

為由膨脹性SDMCC施加之壓力；

為SDMCC之最大膨脹；

為在28天時最大膨脹與殘餘應變之間的差；

為零時與最大膨脹時間之間的有效模數且；

為最大膨脹時間與28天之間的有效模數。

及

可藉由根據ASTM C490/C490M-17進行乾燥收縮/膨脹測試來加以測試，且值列於表2中。

及

為受應力鬆弛及定時顯像影響之有效模數。早期(3天前)期間之潛變比後期(3-28天)時之潛變更顯著。另外，早期時之彈性模數較小，即使快速硬化SDMCC材料亦如此。

假設

，壓力亦可表示為：

(2)

其中

定義為有效模數係數。

係藉由材料彈性模數發展及邊界受限條件之合併作用來測定。有利地，為了確保SDMCC產生抵靠著主管之耦合作用，

應大於0。換言之，

應大於0。根據Zhu H.等人,Double feedback control method for determining early-age restrained creep of concrete using a temperature stress testing machine . Materials, 2018, 11(7), 1079，假設

= 0.5似乎合理。表2

材料	最大膨脹(µε)	28天膨脹(µε)	極限抗拉強度(MPa)	應變容量 (%)	平均裂縫寬度/µm
1%	2%	3%
OPC	71.4		3.41	3.69	83	105	107
K07	779		3.67	4.49	61	84	90
K10	2418	1139	3.62	5.17	49	75	90
K13	3756	2026	3.85	5.04	61	81	99
LC3-K10	1470	838	2.97	5.20	61	75	85
LC3-K13	2300	1722	2.81	4.68	51	72	89
R13-C0	4			-	-	-	-
R13-C10	158			-	-	-	-
R13-C15	698			-	-	-	-
R13-C20	1691	489		-	-	-	-

對於表2中之混合物，OPC之最大膨脹及28天後膨脹不同於K07、K10及K13；然而，OPC、K07、K10及K13之最大膨脹與28天膨脹之間的差(亦即

)類似。實驗上發現以OPC為主之SDMCC之ε₂ 為約1531 µε且以LC3為主之SDMCC之ε₂ 為605 µε。因此，對於以OPC為主之SDMCC，最大膨脹

較佳為至少3062 µε (1531/0.5)以提供所需耦合作用。以LC3為主之SDMCC之最大膨脹較佳為至少1210 µε (605/0.5)。3.3 最大可允許膨脹

如上文所闡述，儘管SDMCC膨脹合乎需要，但應避免過度膨脹，此係因為其可能會造成主管損壞。根據鋼環彈性理論(Hossain A B, Weiss J.Assessing residual stress development and stress relaxation in restrained concrete ring specimens . Cement and Concrete Composites, 2004, 26(5): 531-540)，由SDMCC對主管施加之彈性壓力可表示為等式(3)且主管之最大彈性應力可藉由等式(4)計算：

	(3)
	(4)

其中

為SDMCC膨脹；

及

為主管及SDMCC之彈性模數；且

可經假設對於如等式(5)至(7)中所示之既定幾何結構而言為恆定的：

	(5)
	(6)
	(7)

其中

及

為主管及SDMCC之帕松比(Poisson's ratio)；

及

分別為SDMCC之內半徑及外半徑；且

及

分別為主管之內半徑及外半徑。

等式(3)至(7)指示受SDMCC厚度影響之主管中之最大抗拉強度、主管內徑(ID)、SDMCC膨脹及材料機械特性。具有不同直徑[ID=48'' (1219 mm)、60'' (1524 mm)及90'' (2286 mm)]之C40混凝土管用作實例。抗拉強度為5 MPa且彈性模數為40 GPa。零時及最大膨脹時間期間之平均SDMCC彈性模數經假設為5 GPa。主管及SDMCC之帕松比經假設等於0.18。假設早期(0-3天)期間之鬆弛應力為總彈性應力之0.5，在主管中之最大可允許抗拉應力為抗拉強度(2.5 MPa)之一半的條件下最大可允許膨脹可使用等式(3)至(7)加以計算。

圖4繪製用於修復C40混凝土管之SDMCC之最大可允許膨脹，且特徵值列於表3中。主管中之抗拉應力隨SDMCC厚度而增加。對於經1.5'' (38 mm)厚度之SDMCC修復之48'' (1219 mm)主管，最大可允許膨脹為3375 µε，小於K13之最大可允許膨脹(3756 µε)。因此，當用於修復48'' (1219 mm)管時，K13厚度不應超過1'' (25 mm)。厚度可能會增加以修復較大直徑管。舉例而言，對於經2'' (51 mm)厚度之SDMCC修復之90'' (2286 mm)管，最大可允許膨脹為4450 µε。

管線通常在圍壓情況下被埋在地下。圍壓減少由SDMCC膨脹造成之主管抗拉應力。假設如表3中所示之0.3 MPa圍壓，最大可允許膨脹相較於無圍壓情況下之管道之最大可允許膨脹而言顯著地增加。

在圍壓情況下，K13亦可用於修復具有2'' (51 mm)厚度之SDMCC的48'' (1219 mm)管線。在不希望受理論束縛之情況下，本發明人提出在不具有及具有圍壓情況下分別為3000 µε及4000 µε之用於修復管道之SDMCC最大可允許膨脹。表3

厚度 ID	圍壓=0	圍壓=0.3 MPa
48'' (1219 mm)	60'' (1524 mm)	90'' (2286 mm)	48'' (1219 mm)	60'' (1524 mm)	90'' (2286 mm)
1'' (25 mm)	5065	5420	8900	7940	9020	14300
1.5'' (38 mm)	3375	3620	5930	5290	6020	9530
2'' (51 mm)	2530	2715	4450	3960	4520	7150

附註：膨脹單位為µε。3.4 使用鋼環進行之受限膨脹測試

根據受限收縮測試方法ASTM C1581/C1581M-18a在環形區中圍繞鋼環澆鑄混凝土。監測由對鋼環施加壓力之混凝土收縮造成之應變且使用其計算介面壓力。

膨脹鋼環測試方法係基於ASTM C1581/C1581-18a，但不同之處在於K13或LC3-K13為在外徑為405 mm且內徑為385 mm之鋼環而非如受限測試中所使用之中空環內部澆鑄的固體。在澆鑄之後5小時開始，K13或LC3-K13膨脹對鋼環施加壓力且藉由3個應變計監測所引起之鋼環應變。

圖5繪製3個應變計之平均應變。與部分3.1中所描述之乾燥膨脹類似，受限膨脹亦起初增加且隨後減少。如圖1及圖2中所示，最大乾燥膨脹出現在2天與3天之間。然而，由於潛變及鬆弛，故最大受限膨脹約在澆鑄之後第一天出現。K13之最大膨脹為123 µε且LC3-K13之最大膨脹為104 µε，隨後在第28天K13之最大膨脹減少至6 µε且LC3-K13之最大膨脹減少至56 µε。LC3-K13具有少於K13之膨脹減少，此種情況表明LC3-K13可提供比K13更佳之耦合作用。

鋼環與K13/LC3-K13之間的殘餘介面壓力可藉由等式(8)計算：

(8)

其中

為殘餘介面壓力，

為藉由3個應變計量測之應變，

為鋼環之楊氏模數，且

及

為鋼環之外徑及內徑。

圖6繪製藉由等式(8)計算之殘餘介面壓力。1天之後，K13之最大壓力為1.18 MPa且LC3-K13之最大壓力為1.00 MPa。28天之後，K13之壓力僅為0.06 MPa，幾乎為0 MPa，而LC3-K13之壓力為0.54 MPa。

與傳統修復材料相比，SDMCC (K13或LC3-K13)經設計以對主管施加壓力。本文中之實驗資料證實此概念。在不希望受理論束縛之情況下，認為壓力改善主管與SDMCC之間的耦合，從而減少或消除因不良黏附力所致之屈曲及脫結問題。本發明人出乎意料地發現，有利地，LC3可提供相較於OPC而言較少之隨時間推移之膨脹減少，從而引起對外管施加持續壓力。耦合可在無黏附劑之情況下達成，但藉由隨由SDMCC對主管施加之法向(徑向)壓力增加之機械摩擦達成。4. 抗拉特性

對於拉力測試，將試樣澆鑄至狗骨形模具中(參見針對狗骨幾何結構之Felekoglu, B.,等人,Influence of matrix flowability, fiber mixing procedure, and curing conditions on the mechanical performance of HTPP-ECC Composites Part B: Engineering, 2014, 60, 359-370)。在速率為0.5 mm/min之位移控制下用Instron伺服液壓測試機執行單軸向抗拉測試。藉由二個標距為80 mm之線性可變位移(LVDT)量測應變。藉由位移除以裂縫數目來計算平均裂縫寬度。表2中所列之拉力結果為28天時3個試樣之平均值。

圖7繪製表1中之SDMCC之代表性抗拉應力及應變曲線。OPC之極限抗拉強度及抗拉應變容量為3.41 MPa及3.69%。對於與CSA-K混合之SDMCC，K07、K10及K13之極限抗拉強度分別為3.67 MPa、3.62 MPa及3.85 MPa。包括CSA-K會增加極限抗拉強度。K07、K10及K13之抗拉應變容量分別為4.79%、5.17%及5.04%，其中之各者大於OPC之抗拉應變容量。當應變為1%、2%及3%時，平均裂縫寬度為約60 µm、80 µm及90 µm。用CSA-K製備之SDMCC之裂縫寬度小於用OPC製備之SDMCC之裂縫寬度。LC3-K10及LC3-K13之抗拉應變容量及裂縫寬度與用OPC製備之SDMCC相當。然而，極限抗拉強度低於3 MPa。雖然LC3產生較低強度，但用LC3製備之SDMCC具有較大應變容量且使用較少水泥。有利地，該等SDMCC可相比於用OPC製備之SDMCC而言具有良好耐久性、較低成本且更加對環境友好。下文進一步論述SDMCC之耐久性及滲透性。

即使SDMCC可能會在外部載荷下經受微破裂損壞，材料仍可經歷自行復原，此種情況可在通常存在於管線內部之濕-乾環境條件下增強。在固化28天之後，使試樣預破裂至1%及2%應變以有意地對SDMCC造成損壞。隨後，使試樣暴露於七個濕式-乾式循環。圖8繪製自行復原之後的強度及應變容量結果。雖然試樣預破裂，但自行復原之後的試樣的抗拉強度皆高於原生試樣的抗拉強度。用LC3水泥製備之SDMCC顯示高於用OPC製備之SDMCC的應變容量，此種情況表明用LC3製備之SDMCC具有相當或甚至更佳之自行復原效能。

在固化28天之後，使試樣預破裂至1%及2%應變，之後遵循Liu, H.,等人, 「Influence of micro-cracking on the permeability of Engineered Cementitious Composites 」, Cement and Concrete Composites, 2016, 72, 104-113中之程序進行滲透性測試。圖10呈現14天之後的滲透係數結果。如所預期，滲透係數隨裂縫寬度而增加。SDMCC (LC3-K13)之滲透性由於其緊密裂縫寬度圖案而低於SDMCC (OPC)之滲透性。SDMCC之滲透係數幾乎比經受相同預破裂應變之習知加強型砂漿(＞ 150 µm之裂縫寬度)小二個數量級。此SDMCC之低滲透性應顯著地改善管線之使用壽命效能且防止滲漏。即使在2%預破裂應變下，仍期望低滲透性降低例如在地震事件之後飲用水損失或地表下水污染之風險。5. 管道修整測試

為了證實SDMCC之修整能力，根據ASTM C497M-19a進行管道壓碎測試。圖10顯示用SDMCC (LC3-K13)修復之前及之後的管道部分。圖10中所示之SDMCC修復層厚度僅作為實例。彼等熟習此項技術者應瞭解，實際SDMCC厚度可視特定應用之機械性及功能性需求而加以選擇。管道長度為36'' (914 mm)。使原始混凝土管與500 g/L OPC、1200 g/L河砂、200 g/L水及6 g/L減水劑混合。SDMCC混合物與表1中之LC3-K13相同。在混凝土澆鑄之後7天，將混凝土及牛皮紙管置放至水槽中。在水中浸沒3小時之後牛皮紙管脫模，其後澆鑄SDMCC (LC3-K13)。

在空氣中固化28天之後，藉由鑽石鋸將管道切割成8'' (203 mm)長度，用於壓碎測試中。用混凝土管及經LC3-K13修復之預破裂管進行壓碎測試。使用預破裂混凝土管以模擬使用SDMCC修復破裂管之作用。

當載荷超過抗碎強度時，混凝土管由於其脆性而突然塌陷。然而，在混凝土管中出現巨裂縫之後，經SDMCC修復之預受損管能夠載運載物。SDMCC中出現許多微裂縫。裂縫首先出現在SDMCC內表面中，且隨後當載荷增加時呈現更多裂縫。整個SDMCC中分佈許多緊密裂縫代替混凝土管中之一個巨裂縫。

此測試亦證實SDMCC消除屈曲，屈曲為經CIPP方法修復管中之常見問題。屈曲通常由於修復層與主管之間的間隙而出現，此種情況通常在CIPP方法中觀測到。SDMCC之膨脹特性可提供與主管無縫耦合之SDMCC塗層，從而在其間產生很少或不產生間隙。

圖11繪製抗碎強度對位移測試結果。經LC3-K13修復管之抗碎強度及位移容量二者均大於混凝土管之抗碎強度及位移容量。此種情況表明，用SDMCC修整管道改善管道之強度及位移容量二者(亦示於表4中)。甚至在尖峰載荷之後，SDMCC仍保留殘餘載荷容量。當殘餘載荷下降至4.89 kN，與原始探測混凝土管之載荷容量相等時，位移為探測混凝土管之位移容量的3.63倍。表 4

管道	載荷容量(kN)	位移容量(mm)
原始混凝土管	4.89	4.03
經LC3-K13修復之預破裂管	12.14	8.64
在4.89 MPa殘餘強度下之經LC3-K13修復管	4.89	14.64

6. 滲漏測試

使用經SDMCC修復管以進行滲漏測試。在達到尖峰載荷之後，在膠合板上用水泥密封經破裂SDMCC管之底部部分。隨後，用水填充此系統。在用水填充之後24小時無自系統之滲漏，不管主混凝土管中之巨裂縫及SDMCC中之微裂縫如何均如此。SDMCC中之微裂縫自內表面延伸至外管。在不希望受理論束縛之情況下，認為多個緊密裂縫以塑性鉸形式工作且再分佈應力。微裂縫不擴散成巨裂縫，且SDMCC中不出現局部裂縫。因此，甚至在已達到尖峰載荷之後仍不存在滲漏。

不意欲將本發明之範疇僅限於上文所提及之實例。如此項技術中之技術者應瞭解，在不脫離如隨附申請專利範圍中所闡明之本發明之範疇的情況下許多改變為有可能的。

(無)

現將參考圖式來描述本發明，在該等圖式中：

圖1繪示用OPC及CSA-K水泥製備之SDMCC (其中CSA-K分別占複合黏合劑之7 wt%、10 wt%及13 wt%)之收縮/膨脹；

圖2繪示用OPC及LC3/CSA-K水泥製備之SDMCC (其中CSA-K分別占複合黏合劑之10 wt%及13 wt%)之收縮/膨脹；

圖3繪示用CSA-R水泥製備之SDMCC (其中硬石膏分別占CSA-R之0 wt%、10 wt%、15 wt%及20 wt%)之收縮/膨脹；

圖4繪示用於修復C40混凝土管之SDMCC之最大可允許膨脹；

圖5繪示用LC3/CSA-K水泥及CSA-K水泥製備之SDMCC (其中CSA-K占複合黏合劑之13 wt%)之藉由3個應變計量測之鋼環平均應變；

圖6繪示鋼環與用LC3/CSA-K水泥及CSA-K水泥製備之SDMCC (其中CSA-K占複合黏合劑之13 wt%)之間的殘餘介面壓力；

圖7繪示圖1及圖2中所示之組成物之28天抗拉應力-應變行為；

圖8繪示用OPC、LC3及LC3/CSA-K水泥製備之SDMCC在7個濕式-乾式循環之後的極限抗拉強度及應變容量的自行復原；

圖9繪示在28天時試樣預破裂之後用OPC及LC3/CSA-K水泥製備之SDMCC在第14天經測試之滲透係數；

圖10繪示用牛皮紙管澆鑄之管道修復方案；及

圖11繪示混凝土管及經SDMCC修復管之高峰載荷與位移之間的關係。

Claims

一種可噴塗的膠結性組成物，其包含：一複合黏合劑、纖維及水；其中該複合黏合劑包含一水泥組分及一蔔作嵐組分(pozzolan component)。
如請求項1之可噴塗的膠結性組成物，其中水與複合黏合劑之比為約0.2至約0.5。
如請求項1或2之可噴塗的膠結性組成物，其中該水泥組分包含一水硬性水泥及一膨脹劑。
如請求項3之可噴塗的膠結性組成物，其中該膨脹劑為一硫鋁酸鈣。
如請求項3或4之可噴塗的膠結性組成物，其中基於總水泥組分重量計，該膨脹劑之量為約10 wt%至約60 wt%。
如請求項3至5中任一項之可噴塗的膠結性組成物，其中該水硬性水泥包含普通卜特蘭水泥(Portland cement)。
如請求項3至6中任一項之可噴塗的膠結性組成物，其中基於總水泥組分重量計，該水硬性水泥之量為約1 wt%至約80 wt%。
如請求項1至7中任一項之可噴塗的膠結性組成物，其中該水泥組分包含一反應性鋁矽酸鹽、一碳酸鈣或其一混合物。
如請求項8之可噴塗的膠結性組成物，其中該反應性鋁矽酸鹽為一煅燒黏土。
如請求項8之可噴塗的膠結性組成物，其中該碳酸鈣為一石灰石。
如請求項1至10中任一項之可噴塗的膠結性組成物，其中按重量計，該蔔作嵐組分之量為該水泥組分之量的約1倍至約3倍。
如請求項1至11中任一項之可噴塗的膠結性組成物，其中該蔔作嵐組分包含選自由以下所組成之群組之一材料：飛灰、鋼熔渣、粒狀高爐渣、矽藻土、矽灰；煅燒黏土，諸如偏高嶺土；煅燒葉岩、火山灰、浮石；富含燒二氧化矽之有機物質，諸如稻殼灰；及其任何二者或更多者之混合物。
如請求項12之可噴塗的膠結性組成物，其中該飛灰選自由以下組成之群：C型飛灰、F型飛灰及其混合物。
如請求項1至13中任一項之可噴塗的膠結性組成物，其中該等纖維選自由以下所組成之群組：聚合物纖維、無機纖維、金屬纖維、碳纖維、以植物為主之纖維及其任何二者或更多者之混合物。
如請求項14之可噴塗的膠結性組成物，其中該等聚合物纖維包含選自由以下所組成之群組之一聚合物材料：一聚烯烴、一聚丙烯酸、一聚酯、一聚乙烯醇、一聚醯胺及其任何二者或更多者之組合。
如請求項14或15之可噴塗的膠結性組成物，其中該等聚合物纖維選自由以下所組成之群組：聚乙烯纖維、高強力聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維及其任何二者或更多者之混合物。
如請求項1至16中任一項之可噴塗的膠結性組成物，其中該可噴塗的膠結性組成物進一步包含選自由以下組成之群之一或多種組分：一強塑劑、一骨材、一黏性劑及一緩凝劑。
一種可噴塗的膠結性組成物，其包含：一複合黏合劑、纖維及水；其中該複合黏合劑包含一水泥組分及一蔔作嵐組分，且其中該可噴塗的膠結性組成物在固化時達成選自由以下所組成之群組之一或多個特性： (i) 至少約2.50 MPa之一抗拉強度， (ii) 在28天時至少約3%之一抗拉應變容量， (iii) 在ε＜ 2%下小於約100 µm之一裂縫寬度，及 (iv) 至少約1210 µε之一最大膨脹。
一種製備一可噴塗的膠結性組成物之方法，該方法包含： (i) 提供包含一水泥組分及一蔔作嵐組分之一黏合劑組成物， (ii) 混合該黏合劑組成物與水以形成一濕混合物， (iii) 向該濕混合物中添加纖維。
如請求項19之方法，其中該方法進一步包含混合該水泥組分及該蔔作嵐組分以得到該黏合劑組成物。
如請求項19或20之方法，其中在步驟(ii)之前向該水中添加一強塑劑。
一種修復且/或修整一建築結構之方法，其包含以下步驟： (i) 提供如請求項1至18中任一項之可噴塗的膠結性組成物； (ii) 在該建築結構之一表面上噴塗該膠結性組成物以至少部分地用該膠結性組成物塗佈該表面；及 (iii) 使該膠結性組成物在該表面上凝結。
如請求項22之方法，其中噴塗步驟(ii)係藉由一手動噴塗系統或一自動化噴塗系統進行。
如請求項22或23之方法，其中該建築結構為一管線。
如請求項24之方法，其中該表面為該管線之內表面。
如請求項24或25之方法，其中該管線經修整以延長該管線之壽命、增加該管線之承載力且/或強化該管線。
一種如請求項1至18中任一項之可噴塗的膠結性組成物之用途，其用於修復且/或修整一建築結構。
如請求項27之用途，其中該建築結構為一管線。
一種用於製備如請求項1至18中任一項之可噴塗的膠結性組成物之乾預混物，該乾預混物包含一複合黏合劑及纖維；其中該複合黏合劑包含一水泥組分及一蔔作嵐組分。
一種製備如請求項1至18中任一項之可噴塗的膠結性組成物之方法，該方法包含： (i) 提供如請求項29之乾預混物， (ii) 混合該乾預混物與水以形成該可噴塗的膠結性組成物。