TW327629B - Cement composition - Google Patents

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經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（1 ) 本發明背景 本發明係有關能夠致成抑制水泥組合物之乾燥收縮，同 時容許賦予相當程度之空氣含量之結合效果的水泥摻合物 組合物。本發明進一步提供改良之水泥組合物結構產品及 其形成方法β 明確而言，本發明係有關由某些單烷基醚伸燒氧化物加 成物及伸烷二醇之協同組合所組成的水泥摻合物，如下文 所作完整説明。 水硬水泥组合物.，譬如灰泥（水泥，小型骨材，例如 砂’和水），或混凝土（水泥，小型骨材，大型骨材，例如 經乾碎的石頭，和水）具有某些會實質上影響其耐久性的 性質。此等性質包括一般發生于水泥組合物乾燥期間之收 縮率，以及進入所得鑄製水泥組合物結構中的空氣量。 傳統的水硬水泥組合物伴隨鏵製組合物之凝固與乾燥會 顯現體積下降的情形。雖然體積下降量通常限小，但卻極 爲重要。收縮導致裂化及其它降低所合成結構之適用性與 耐用性的缺失。裂化產生讓空氣穿邊進入結構之通道，促 進水泥的碳化作用以及其内所含鋼筋之腐蝕作用。另外， 裂化亦提供水滲流進入及穿透該結構之管道。此種水通路 進—步因經年累月透過加諸于該水泥結構上之凍熔循環壓 力而有損其結構。故殷切期盼能製得表現高強度以及不因 收縮及束熔循環遭受變質之水泥。 業已投入各種能避免因乾燥收縮所導致裂化現象之嘗 試其等包括于水泥結構中提供接合面，以在接合面處集 (I先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 裝. -訂·

經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（2 ) 中裂紋的形成位置，由此可使該結構于其他部位生成裂紋 的機會降到最小。此等接合面在安裝上十分昂貴；不適用 于某些結構，像是垂直壁，墩柱等等；並且僅能夠將裂化 區域集中，但無法緩和裂化情況。 其他的嘗試包括改變水泥的组成’改變混凝土混合物的 製法，以及改變形成所得混凝土結構中所用的石碴物料。 典任一嘗試獲得令人滿意的答案。例如，用可膨腺捧合物 調製而成的水泥意圖用來抵抗混凝土的收縮性。然而卻不 易定出對抗已擴張之乾燥收縮所需可膨脹掺合物的適當用 量。使用此等料因而產生了無法預期的結果。 關於克服水泥組合物（譬如混凝土組合物）之乾燥收縮事 宜’文獻曾敎導各種爲達此目的之適當氧伸烷加成物。例 如’美國專利3,663,2 5 1及4,547,223建議使用通式爲 RO(AO)nH之化合物作爲水泥用之收縮下降添加劑，其 中R可爲Cm嫁基或C5-6環燒基，A可爲C2_3伸燒基且n 爲1 - 1 0。同樣地，美國專利5，1 4 7，8 2 0建議使用終端經 烷基醚化或烷基酯化的氧伸烷聚合物以達收縮下降之目 的。日本專利申請案5 8 - 6 0 2 9 3則進一步提供下列建言， 即在水泥中添加終端係脂族、脂環族或芳族基團的氧伸乙 和/或氧伸p重覆鏈化合物可實現水泥收縮率下降的期 望。 傳統水硬水泥結構以微規模計所遭遇的凍熔壓力是由於 水滲透進入多孔狀的水泥結構中，此處在凍熔條件下，水 的存在會施予易造成塌落的壓力。爲避免因此現象造成耐 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公竣） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- •I訂 物629

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 久性喪失，一般實際應用上爲加入少量能夠在硬化水硬水 泥组β物結構中將微細氣孔帶走的試劑（輸氣劑或 .劑）。攻些氣孔（通常爲3 _丨〇，較佳爲4 _ 8體積百分比）可 對可膨腺冰晶生長提供空間，以減輕凍熔條件下水膨脹的 壓力。 雖然氧伸燒化合物可對纟泥結構提供某程&的收縮抑制 作用，但已知地是會導致傳統輸氣劑的去活化，因而使得 此種經處理水泥結構具有不欲之低空氣含量和/或需使用 十分大量的ΑΕ劑（從實際應用與經濟觀點來看有許多缺 失）。已知輸氣劑希望能有助於鑄製水泥結構對抗所遭遇 的壓縮/膨脹外力。上文所述伸烷氧化物加成物不會使該 結構具有所需可提供對抗壓縮/膨脹外力（因而延長結構的 使用壽命）之結構的充足空氣含量。例如，美國專利 3，6 6 3，2 5 1以比較實例顯示，併有聚丙二醇會使經由亞硫 酸鹽廢液所組成試劑處理的水泥所提供的空氣含量下降。 此外，加拿大專利967,3 21建議聚氧伸烷二醇和其醋類， 醚類與混合物會使水泥質組合物的起泡性下降。 提供可抑制結構水泥组合物之乾燥收縮，不致降低傳統 輸氣劑供给充足空氣能力之水泥摻合物爲殷切期盼者。 本發明概要 本發明係有關一種水泥摻合物，其内含有此掺合物之水 泥以及形成改良水泥結構组合物之方法，此組合物可抑制 乾燥收縮，不減其相當程度維持該經處理結構之氣孔含量 之辑力。該摻合物包括具有化學式（I)，R〇(A〇)nH(其中 -6- ^紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Μ規格（210X297公釐> ~~ ------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 A7 B7 五、發明説明（4 ) A選自C2-C4伸烷基’ η値爲1到5且R爲Cr-C?烷基或c5-C6環烷基）’之氧伸烷醚加成物以及具有化學式（】j)， HOBOH(其中B爲C5_C10伸烷基），之某些高級伸烷二醇 的協同混合物。 詳細説明 頃意外發現，當使用氧伸燒加成物及伸燒二醇之特定組 合時，吾人可達成經處理水泥乾燥收縮之強化抑制作用， 同時藉使用已知AE試劑下提供賦予空氣含量能力之所希 合併效果。 本發明係特定有關於下文作完整説明之某些烷基醚氧伸 烷加成物及某些高級伸烷二醇之组合。 該標題水泥摻合物需使用以化學式R〇(AO)nH(式I)表 示之烷基醚氧伸烷加成物，其中R代表Ci-CU烷基或C5-C 6環烷基，較佳爲c 3 - C 5烷基。此種R基的實例有甲基， 乙基，丙基，·異丙基，正-丁基，異丁基，第三丁基，正_ 戊基，異戊基，環戊基，環己基等等。較佳加成物具有 C3-C5燒基的R基，如丙基，異丙基，正-丁基，第三-丁 基，異戊基等等。上式中符號A代表至少一種C2-C4伸虎 基，譬如， -· - - I 一 sI- -- - - I - - - - - - 1 —.1 —1 - - - I------ I 1 n In { . f ' c貧先閱殊背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準為員工消費合作社印製 —CH2CH2 ―,- -CH2CII2CH2 —,— -CHCHj -1 z ch3 CH3 CH2CH2CH2CH2 —,- -CHCI-I2CH2 —- 1 -C — CH- y ch3 ch3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） B7 五、發明説明（5 ) 等等及其混口物；〇代表氧原子；n代表1J|J5的整數。此 等醜加成物之較佳化'合物爲R代表丁基，A代表伸乙基或 伸丙基，且η爲2或3者。最佳加成物爲二丙二醇單第三_ 丁基醚及三丙二醇單第三-丁基醚。 如今頃發現’某些下文所述高級伸烷二醇當與上文所述 燒基酸氧伸燒加成物併用時會使所得摻合物免於抑制經處 理水泥組合物中所設定的空氣含量，同時對該經處理水泥 結構提供增加的收縮下降率。 發現有益於提供本發明協同組合效果之伸烷二醇係由如 下式II表示 ΗΟΒΟΗ π 其中Β代表C s - C t 〇的直鏈或支鏈伸烷基，例如伸戊基，伸 己基，伸辛基等等。 目前化合物之特有组合需使用化學SH〇b〇h(式代 表之伸烷二醇，此處B代表C5_CiQ伸烷基，較佳爲 伸烷基。此種二醇的實例爲丨，5_戊二醇，丨，4_戊二醇， 2 -甲基-2,4 -戊二醇，^八庚二醇，2,6_庚二醇等等。較 佳之二醇爲二級和/或三級二羥基C5_C8烷類，其以如下 化學式代表 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

R’一 ？ 一 (CH2)n - ? — r’ m °H OH 其中每個R代表氫原子或Ci_C2烷基，且每個尺，代表 C2烷基，而n爲1或2的整數。最佳化合物爲2 -甲基_2,4- ί + -8-

本紙狀财關297公F 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印製 Α7 Β7 五、發明説明（6 ) 戊二醇。 本標題水泥摻合組合物應包含式I成分相對式Π成分（或 較佳爲式ΙΠ)的重量比爲1 : 1至5 : 1，且較佳爲2 : 1至 4 : 1。該水泥捧合物可爲淨態或由捧合組合物的水溶液 组成。水性掺合組合物較佳包含約50體積百分比或更高 濃度之組分的結合，雖然較低濃度可適用於某些情況下。 本發明之掺合組合物可與適合結構應用之水硬水泥一齊 使用，像是普通之快速硬化及中等水化熱卜特蘭水泥，高 氧化鋁含量水泥，高爐痛ί查水泥等等。其中，普通且快速 硬化型態之卜特蘭水泥爲尤其渴望者，並且最容易用來形 成建築構件。 本發明之改良水泥由水硬水泥和標題水泥掺合物之大致 上均勻的混合物组成，該掺合物係由至少一種式I組分與 至少一種式11組分或較佳爲如上所述之式I π组分所組 成。該改良水泥可在水泥形成或使用之任何階段下形成， 譬如藉由與其它無水物料摻合期間使用該掺合物于水泥粉 末上，以製得特定形態的水泥。雖然少量的水可存在于摻 合期間，但水含量仍不足以導致水泥的實質水合作用。 另擇，改良水泥组合物可在製備水泥組合物（諸如灰泥 混合物或混凝土）期間于原處形成》該摻合組合物可各別 添加，抑或添加成爲水合水的一部分。當該摻合物呈水溶 液形態時，溶液之水含量應以視爲水泥組合物之總水含量 的一部分計算。 本發明之水泥摻合物的含量以上文所述改良水泥之水泥 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇><297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本萸) 装. 訂 A7 B7 經 部 中 央 標 準 為 員 工 消 t 合 作 社 印 製 五、發明説明（ 含量的重量，或最終經處理水泥組合物之水泥含量的重量 爲基準，約0 · 1至約5，較佳爲約〇 5至約3，且最佳爲約i 至約3重量百分比。供固化水泥組合物用之水量可在水相 對水泥重量比爲0 25 : !至〇 7 : !，較佳爲〇 3 : j至 0· 5 : 1的範圍内變化。可以傳統用量使用譬如所需之卵 石，砂礫，砂子，浮石或火焰珍珠岩的骨材。 各種傳統成分可視情況加以使用。視情況可利用的成分 计有·傳統硬化催速劑，例如金屬氣化物，像是氣化鈣和 氯化鈉，金屬硫化物，像是硫酸鈉.，及有機胺，像是三乙 醇胺，般用之硬化阻滞劑，例如醇、糖、澱粉及纖維 素；補強鋼腐蝕抑制劑，像是硝酸鈉及硝酸鈣；水還原試 劑，像是木質磺酸及其鹽類，與衍生物，和高範圍的水還 原試劑，像是羥基化羧酸及其鹽類，莕磺酸與福馬林的縮 合產物，磺化的蜜胺聚縮合產物，胺及其衍生物，烷醇 胺，及無機鹽，像是硼酸鹽，磷酸鹽，氣化物及硝酸鹽； 超增塑劑等等。此一或多種視情況所使用成分的用量通常 爲水泥的0.05-6重量％。當該視情況所用傳統成分成爲 該摻合組合物的一部分時，⑻加⑸之結合部分相對其它傳 統成分的重量比可爲〇 ()1 : 1至1〇〇: 1。 本發明之水泥組合物較佳包含至少一種可賦予所得水泥 結構之空氣含量的化合物或組合物。此種輸氣劑爲習知， 包括例如松油脂肪酸及其酯類，膠質樹脂及松脂，亞硫酸 鹽廢液等等。該輸氣劑可以足夠提供所得水泥結構中約4 到1 0體積百分比的氣孔含量使用。 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS >八4規格（21〇.χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 1訂 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 二-----_B7 五、發明説明（8 ) 「般而言，用量約可佔以該經處理組合物之水泥含量爲 f準，25至75 X 10-4重量百分比。對某一特定試劑而 —爲達】特疋更氣程度所需之眞正用量可被輕易地決 貝出乎意料之外地發現，本發明之水泥摻合物不致對 傳統輸氣添加劑造成相當程度的去活化作用。 含有根據本發明之水泥慘合物的經處理水泥組合物可依 傳統方式塗刷。例如，其可用泥刀塗抹，利用喷霧方式塗 刷’或利用填縫槍注入。混凝土之類的硬化或熟化可利用 風乾，濕2氣，水及熱輔助（蒸汽，熱壓器等等）熟化之任 何技術。若有所需，可合併使用二種或以上的此等技術。 個別熟化條件可和過去所用者相同。 水泥中添加本發明之水泥摻合組合物將可顯著減緩所製 成水泥組合物（例如灰泥及混凝土）的乾燥收縮現象，係與 未經處理組合物或僅使用成分之一的组合物比較下。根據 本發明之摻合物亦不會抑制混凝土輸氣的能力。 下列所示實例僅供説明用，而非用來對本説明書所附申 請專利範圍所定義之本發明作限制。除非另有指明，否則 所有份數及百分比均以重量計。“s/s，，乙詞意指，以水硬 水泥重量爲基準下，固態添加劑的重量。 實例1 製備一系列的微觀混凝土樣品，以決定對標題水泥換合 物（由單烷基醚伸烷氧化物加成物（二丙二醇第三_ 丁基鍵） 及伸烷二醇（2 -甲基-2，4 -戊二醇）的混合物所組成）之空氣 含量的影響，與各別單獨物質之使用作比較。 -11 - 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（21〇χ297公董） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 -訂 337629 Λ7 B7 五、發明説明（9 ) 該微觀混凝土由掺合800份類型I之卜特蘭水泥與下列 ASTM等級的骨材所形成：475份F-95砂，432份C-109 砂，432份C-1 85砂，及821份15-S砂、在H〇bart混合 器中進行乾式掺合約2分鐘，以得到骨材相對水泥比例爲 2.7的均質慘合物。于該掺合物中添加含400份水的松油 脂肪酸酯（Darex II)輸氣劑。水相對水泥的比率爲 〇·47。在Hobart混合器中混合該捧合物以備得一微觀混 凝土。 重覆上述步驟，除了水合水包含如下表I所示物質以 外。總液體量相對水泥（L / C)之比例維持一定。水量下降 即説明了該液態摻合物。分別根據A S TM C - 1 8 5及 ASTM C-J43測量空氣含量及初始坍度。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X25»7公釐）

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7 B 五、發明説明（10 ) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製

龄 M^-'z-^0--?adw<N 龚噠妾德-fh-w 浓*ue4fTT = sida ---r-------' 裝-- (t先閱绩'背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 〇2q A7 B7 五、發明説明（11 ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 以上結果顯示，含傳統A E試劑劑量（樣品1 )的水泥混合 物提供所希1 〇 %的空氣。其餘樣品中所用較高AE含量的 第二對照組則提供1 4.2 %的空氣》當添加D P T B時，其空 乳含量降到8.4%(降幅爲45%)。加成物與二醇的組合提 供所希1 0 %的空氣含量値。 實例2 以微細骨材之混合設計方式調配混凝土混合物，相當于 1330碲/立方碼的West Sand，1850碎/立方碼的 Wrentham Crushed Stone (ASTM c-cc Grade 6 7 )，5 1 7磅/立方碼的卜特蘭水泥係數的水泥，以及水 (或水及所指液體添加物）灰比爲〇 · 4 4。以水泥爲基準， 混凝土含0.4重量％的蓁磺酸鹽減水劑（WRD A-1 9)。混 凝土混合物根據美國混凝土協會指南，利用體積分析法作 適當比例之均分。根據A S T M C -1 9 2 ( “于實驗室中製造 及熟化混凝土樣品”）混合混凝土。A Ε試劑.的添加量對所 有形成樣品而言足以維持空氣量達相當程度的恆定値。塑 性混凝土試驗包括根據A S T M C -1 4 3之坍度；以及根據 ASTMC-231之塑性空氣量。 樣品之形成爲僅使用一種輸氣劑（以Daravair Μ商標 名稱販售之膠質松脂產品）；使用輸氣劑以及第三-丁基趟 二丙二醇加成物（“加成物”）或2 -甲基-2,4 -戊二醇（“二 醇”），抑或兩者均含。針對每一樣品測量其塑性空氣本 量，並且利用下列方程式決定經由ΑΕ試劑供給空氣的能 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 4° Α7 Β7 五、發明説明（12 ’其間需考量AE試劑的含量以及不含任何試劑之對照 ，，且中殘存空氣的量。以社果正祯仆古彳 、0果正規化万式计算所用AE試劑 的2氣循環效率。空廣循5要姑去# ,θ 干工巩循裱效率値可猎計算下列比例獲 得，其中分子爲試驗樣品的空氣含量値減2(不含αε及其 他試劑的樣品百分比）除以ΑΕ試劑的用量，而分母爲對照 組的空氣含量値減2除以對照組中ΑΕ試劑的用量，所有均 采以百。針對每一樣品決定其收縮率，並報導于表工工 中。 結果顯示在如下表II中。輸氣劑將空氣供給至混凝土中 的能力以不含加成物及二醇的樣品Α値爲基準。樣品Β顯 不’單獨使用加成物阻礙ΑΕ試劑供給空氣的能力，僅提 供45Α的空乳循壤效率。樣品〔和〇顯示，僅使用二醇及 内用之ΑΕ試劑使得ΑΕ試劑變地超敏感，不適合商業用 途0 相對地’樣品Ε和F顯示，當加成物及二醇併用時，如 本發明所要求，可達成協同上經良好控制的空氣循環效率 以及經處理混凝土大體上無任何收繪現象。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 、?! 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 B7 五、發明説明（13 ) 表_π 樣品 加成物 % 二醇 (%) AE試劑 盎斯/100 磅 坍度 (英寸） 空氣 % 空氣循 環效率 收縮率 28天 % A 1.00 3 6 100 0.045 B 1.5 3.00 5.5 7.5 45 0.006 C ___ 0.5 0.27 4.75 4.5 233 0.016 D ㈣ 0.3 0.50 4.25 7.0 250 0.027 E 1.0 0.5 1.05 6.0 6.4 105 0.0014 F 1.2 0.3 1.6 5.0 6.8 75 0.0014 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. .I訂 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 雉濟邡中失梯#及第工消费合作社印家

   六 02403號專利_請案 請專利範修正本(85年9貝、 申請專利範圍 !. -種改良水泥摻合物，能夠抑制乾燥收縮同時相當程度 地維持經處理水泥組合物之氣孔含量，包含下列組分的 混合物，⑻至少—種以化學式R〇(A〇)nH代表的烷基鍵 氧伸烷加成物，其中人爲〔2_04伸烷基，0爲氧，尺爲 CrC7的烷基或CrC6的環烷基，且11爲1到5的整數； 及(b)以化學式HOBOH表示之伸烷二醇，其中B選自c5_ C i 〇伸烷基且其中混合物中组分⑻相對組分⑸的重量比 例爲1 ·· 1至5 : 1。 2. 根，申請專利範圍第i項之摻合物，其中組分⑸選自含 二級或三級羥基或其混合物的(：5_(：8伸烷二醇。 3. 根據申請專利範圍第1項之摻合物，其中R代表丁基，a 代表伸乙基，伸丙基或其混合物，而η代表2或3。 4. 根據申請專利範園第2項之摻合物，其中R代表丁基，Α 選自伸乙基，伸丙基或其混合物，而η代表2或3。 5. 根辕申請專利範圍第2項之移:合物，其中組分⑹爲含二 級或三級經基或其混合物的C 6燒二醇。 6. 根據申請專利範圍第3項之摻合物，其中組分⑹爲含二 級或三級趣基或其混合物的C 6炫二醇》 7. —種改良水泥組合物，包含水硬水泥及〇 1至5重量百分 比之申請專利範固第1，2,3,4]5或6項的摻合物。 8. 根據申請專利範固第7項之水泥組合物，真進一步包含 有效量之水泥輸氣劑以使經處理與熟化的水泥組合物中 含至少約3體積百分比的空氣。 -17 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） I 1 I— I nh--士衣 I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) '1T

   '申請專利範ip· 9. 根據申請專利範圍第8項之水泥組合物，其係由水硬水 泥、砂、骨材和水組成的混凝土。 10. —種抑制鑄造水硬水泥結構乾燥收縮且同時維持其内氣 孔之方法，包含形成根據申請專利範圍第7項之未凝固 水泥组合物，加入有效量之水泥輸氣劑以便在該經熟化 組合物中提供至少約3體積百分比的空氣；將該經處理 水泥组合物鑄製成所希的形狀；並讓該組合物熟化。 (請先Η讀背面之注意事項再填寫本頁) 飞 經濟部中央揉準局負工消费合作社印装 -18- 本紙張尺度逋用中國國家橾率（CNS) Μ洗格（210 Χ297公釐〉