TWI615374B

TWI615374B - 一種含有飛灰的網狀結構的複合水膠及其製備方法

Info

Publication number: TWI615374B
Application number: TW105127615A
Authority: TW
Inventors: Guan-Zhong Xu; You-Lin Zhou; Han-Zhong Lan; xing-yi Liu; Zhong-He Huang
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2018-02-21
Also published as: TW201806905A

Abstract

一種含有飛灰的網狀結構的複合水膠，具有如下之通式：其中m,n,p,q分別為0到1000之整數，m+n100，p+q100；R₁為H或CH₃，R₂為H或CH₃，R₃為H或鹼金屬元素。相較於不含飛灰的水膠，本發明之複合水膠有較高的比重，和抗壓強度，對於鹽水有較佳的吸水能力；相較於不含飛灰的水膠，添加本發明之複合水膠於水泥砂漿中，呈現較高的抗壓強度、較小的乾縮。此外，本發明亦揭露一種含有飛灰的網狀結構的複合水膠之製備方法。

Description

一種含有飛灰的網狀結構的複合水膠及其製備方法

本發明係有關一種含有飛灰的網狀結構的複合水膠及其製備方法，特別是關於一種具較高的比重，和抗壓強度，對於鹽水有較佳的吸水能力之含有飛灰的網狀結構的複合水膠及其製備方法。

混凝土為土木材料，廣泛使用於結構建築工程。混凝土的強度來自於水泥的水化產物，而水泥只有在接觸足夠的水分時才會充分進行水化作用產生水化產物。混凝土若處在乾燥的環境下，其中所含的水分便會從表面揮發散失，而水分的揮發散失不但會減緩甚至停止水泥的水化作用，而且也會造成混凝土的乾縮龜裂。因此，灌注後的混凝土通常得給予養護，使得混凝土保有足夠的水分，讓水泥水化作用充分進行，發展出足夠強度，並避免產生乾縮龜裂。換句話說，養護的適當與否將影響混凝土中水泥的水化程度和乾縮龜裂，進而影響混凝土的強度發展、耐久性和體積穩定性。若養護不當，不但不利於混凝土的強度發展，而且會產生乾縮龜裂，使得混凝土結構之耐久性變差。

目前混凝土，尤其是高性能混凝土，在灌注作業完成後，通常得加以適當的養護。若沒有適當的養護，混凝土中的水分便會從其表面揮發散失，以致影響水泥水化產物的形成和混凝土的強度發展，混凝土也會產生乾縮龜裂，降低耐久性。

傳統的混凝土養護方法有滯水法、持續灑水法、與覆蓋法等，均屬外部養護(external curing)法。這些方法若進行得當自能達到預期的養護目的。缺點則是這些方法需要人員週期性的澆水、灑水、或噴霧等，不但養護費工費時，且不適於某些工作環境或時程。相對的，添加內部養護劑(internal curing agent)或自養護劑於混凝土中，由於會增加材料的保水性，形成自我養護混凝土(self~curing concrete)，便可以改善這些缺點。

水膠(hydrogel)，為一種具有三維立體網狀結構的樹脂，由於具有良好的吸水性質，最近便被用來做為內部養護劑。添加吸水性樹脂如聚丙烯酸鹽或聚丙烯酸酯水膠於水泥質材料中，因為水膠能夠束縛水分在其內部，便可以扮演蓄水庫的角色，當混凝土材料中的水分揮發散失到外面時，水膠內部的水分會釋放出來補充，使得材料能保留較多水分與較高濕度，讓水泥水化更完全，材料較不易乾縮龜裂，因而增進混凝土的耐久性，減少混凝土結構的維修，確保使用年限。

混凝土中的水泥，一旦遇到水後便會釋出各種離子溶入水中，並產生反應生成水化產物，故混凝土中的孔隙水溶液(pore solution)在數小時內便成為含有Na⁺,K⁺,Ca²⁺,OH^~,SO₄ ^2~等各種離子的鹽水。因此，作為混凝土自養護劑的水膠，不但在純水中要具有高吸水率，而且在鹽水中也要具有高吸水率，如此才能發揮蓄水庫的功能，適時的釋放出水分，以保持混凝土內部潮濕狀態、避免材料產生乾縮裂縫。

聚丙烯酸鹽(PAA)或丙烯酸/丙烯醯胺共聚物(P(AA/AM))為目前工程上常用來作為混凝土自養護劑的水膠，雖然有不錯的功效，但仍有改善空間。原因是PAA或P(AA/AM)水膠在純水中的吸水率儘管很高，每克水膠可吸水高達數千克；但在鹽水中的吸水率卻很低，每克水膠可吸收0.1M CaCl₂鹽水不到十克；再者，水膠的比重和強度均小於水泥、砂石，使得混凝土在拌製時水膠容易上浮分離，導致添加水膠的硬固混凝土之強度常低於未添加水膠者。

為解決前述問題，吾人亟需一新穎的含有飛灰的網狀結構的複合水膠及其製備方法。

本發明之主要目的在於揭露一種含有飛灰的網狀結構的複合水膠及其製備方法，根據該製備方法所製備之複合水膠，其具較高的比重，和抗壓強度，對於鹽水有較佳的吸水能力。

本發明之另一目的在於揭露一種含有飛灰的網狀結構的複合水膠及其製備方法，根據該製備方法所製備之複合水膠，當加入水泥漿、水泥砂漿或混凝土等水泥質材料中，便可提升材料的抗壓強度，並且降低材料的乾縮量。

本發明之主要目的在於揭露一種含有飛灰的網狀結構的複合水膠之製備方法，其包含下列步驟：將飛灰浸泡於去離子水中，加入分散劑，並攪拌後形成飛灰分散液；再取丙烯酸(AA)，及/或丙烯醯胺(AM)，及/或甲基丙烯酸(MAA)，及/或甲基丙烯醯胺(MAM)，溶於去離子水後，置入四頸反應器中；再加入該飛灰分散液至該四頸反應器中，將反應溫度慢慢升至70℃，然後逐滴加入過硫酸銨(APS)與N,N~亞甲基双丙烯醯胺(MBA)，持續反應2~3小時，直到溶液變成膠體狀態；經以適量甲醇純化，並將產物浸泡於大量去離子水中，每天換兩次水以去除未反應之單體，數天後取出置於烘箱中若干小時後，即可得灰色的固體水膠；以及利用球磨機將固體水膠研磨，篩網篩析得到所需尺寸大小的粒徑。

本發明之主要目的在於揭露一種含有飛灰的網狀結構的複合水膠，具有如下之通式：

其中m,n,p,q分別為0到1000之整數，m+n

100，p+q

100：R₁為H或CH₃，R₂為H或CH₃，R₃為H或鹼金屬元素。

為使貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如后。

圖1繪示本發明一種含有飛灰的網狀結構的複合水膠之製備方法其一實施例之流程示意圖。

圖2繪示以P0純水膠及本發明一實施例之含5wt% FA的P1複合水膠所測得之IR光譜圖。

圖3繪示以本發明一實施例之含10wt% FA的Q2複合水膠所測得之IR光譜圖。

圖4繪示以本發明一實施例之P0~P4水膠在去離子水中的吸水率之示意圖。

圖5繪示以本發明一實施例之P0~P4水膠(FA含量0~20%)在人工模擬孔隙溶液中的的飽和吸水率之示意圖。

圖6繪示以本發明一實施例之P0~P4水膠(FA含量0~20%)在恒溫恒濕箱中的保水率之示意圖。

圖7繪示以本發明一實施例之FA含量對於水膠抗壓強度的影響之示意圖。

圖8繪示以本發明一實施例之P0水膠比例對砂漿抗壓強度的影響之示意圖。

圖9繪示以本發明一實施例之水膠種類對砂漿抗壓強度的影響之示意圖。

圖10繪示以本發明一實施例之水膠比例對砂漿乾縮量的影響之示意圖。

圖11繪示以本發明一實施例之水膠種類對砂漿乾縮量的影響之示意圖。

圖12繪示以本發明一實施例之不含水膠或含不同飛灰比例的P0~P4水膠之水泥漿粉末在28天時的DSC示意圖。

請參照圖1，其繪示本發明一種含有飛灰的網狀結構的複合水膠之製備方法其一實施例之流程示意圖。

如圖所示，本發明之一種含有飛灰的網狀結構的複合水膠之製備方法，其包含下列步驟：將飛灰浸泡於去離子水中，加入分散劑，並攪拌後形成飛灰分散液(步驟1)；再取丙烯酸(AA)，及/或丙烯醯胺(AM)，及/或甲基丙烯酸(MAA)，及/或甲基丙烯醯胺(MAM)，溶於去離子水後，置入四頸反應器中(步驟2)；再加入該飛灰分散液至該四頸反應器中，將反應溫度慢慢升至70℃，然後逐滴加入過硫酸銨(APS)與N,N~亞甲基双丙烯醯胺(MBA)，持續反應2~3 小時，直到溶液變成膠體狀態(步驟3)；經以適量甲醇純化，並將產物浸泡於大量去離子水中，每天換兩次水以去除未反應之單體，數天後取出置於烘箱中若干小時後，即可得灰色的固體水膠(步驟4)；以及利用球磨機將固體水膠研磨，篩網篩析得到所需尺寸大小的粒徑(步驟5)。

於步驟1中，將飛灰浸泡於去離子水中，加入分散劑，並攪拌後形成飛灰分散液；其中，該去離子水例如但不限於為30mL，該飛灰之重量例如但不限於為0.108g~4.32g，在本實施例中係以0.108g~4.32g為例加以說明，但並不以此為限，該分散劑例如但不限於為A301分散劑，其重量例如但不限於為0.01g；當飛灰之重量為0.54g時可製備成5wt%之複合水膠；當飛灰之重量為1.08g時可製備成10wt%之複合水膠；當飛灰之重量為1.62g時可製備成15wt%之複合水膠；當飛灰之重量為2.16g時可製備成20wt%之複合水膠，另在0.108g~4.32g之間適當增減該飛灰之重量，可製成0.1~40wt%間之複合水膠。

於步驟2中，再取丙烯酸(AA)，及/或丙烯醯胺(AM)，及/或甲基丙烯酸(MAA)，及/或甲基丙烯醯胺(MAM)，溶於去離子水後，置入四頸反應器中；其中，該丙烯酸(AA)之重量例如但不限於為8.7g，該丙烯醯胺(AM)之重量例如但不限於為2.1g，該甲基丙烯酸(MAA)之重量例如但不限於為8.7g，該甲基丙烯醯胺(MAM)之重量例如但不限於為2.1g，該去離子水例如但不限於為80mL。亦即，本發明之步驟2中，可以取丙烯酸(AA)溶於去離子水中；或者取丙烯醯胺(AM)溶於去離子水中；或者取丙烯酸(AA)及丙烯醯胺(AM)及溶於去離子水中；或者取甲基丙烯酸(MAA)溶於去離子水中；或者取甲基丙烯醯胺(MAM)溶於去離子水中；或者取甲基丙烯酸(MAA)及甲基丙烯醯胺(MAM)及溶於去離子水中等六種不同之組合。

於步驟3中，再加入該飛灰分散液至該四頸反應器中，將反應溫度慢慢升至70℃，然後逐滴加入過硫酸銨(APS)與N,N~亞甲基双丙烯醯胺(MBA)，持續反應2~3小時，直到溶液變成膠體狀態；其中，該過硫酸銨(APS)之重量例如但不限於為0.07g，該N,N~亞甲基双丙烯醯胺(MBA)之重量例如但不限於為0.14g。

於步驟4中，經以適量甲醇純化，並將產物浸泡於大量去離子水中，每天換兩次水以去除未反應之單體，數天後取出置於烘箱中若干小時後，即可得灰色的固體水膠；其中，該四頸反應器的加溫反應時間例如但不限於為2小時，例如但不限於3天後取出置於烘箱中加熱例如但不限於為48小時。其中，該水膠為P(M1)、P(M1/M2)、P(M1/M2/M3)或P(M1/M2/M3/M4)，其中，M1為AA、或AM、或MAA、或MAM，M2為AA、或AM、或MAA、或MAM，M3為AA、或AM、或MAA、或MAM，M4為AA、或AM、或MAA、或MAM。

於步驟5中，利用球磨機將固體水膠研磨，篩網篩析得到所需尺寸大小的粒徑，其粒徑例如但不限於為0.21~0.25mm；其中，經由球磨機研磨、篩網篩析所得到之複合水膠，具有如下之通式：

其中m,n,p,q分別為0到1000之整數，m+n

100，p+q

100；R₁為H或CH₃，R₂為H或CH₃，R₃為H或鹼金屬元素。

其中該複合水膠相較於不含FA的水膠，置於人工模擬孔隙水溶液中，會呈現較高的吸水率，和較高的保水率。

其中，該飛灰的含量在0.1~40wt%之間。

其中，將該複合水膠其加入水泥砂漿後可增加砂漿的抗壓強度，該水膠的添加量在0.1~0.5wt%之間，相較於不添加FA的水膠，含FA的水膠之砂漿有較高的抗壓強度，其中FA的含量在0.1~40wt%。

其中，將該複合水膠加入水泥砂漿後可降低砂漿的乾縮量，該複合水膠的添加量在0.1~0.5wt%之間，相較於不含FA的複合水膠，含FA的水膠之砂漿有較低的乾縮量，其中FA的含量在0.1~40wt%。

其中，將該複合水膠加入水泥漿後可增加漿體中水泥的水化產物CSH量，該水膠的添加量在0.1~0.5wt%之間，相較於不含FA的水膠，含FA的水膠之水泥漿體會產生較多的CSH，其中FA的含量在0.1~40wt%。

以下以數個實施例及圖式、表格來說明本發明之飛灰的網狀結構的複合水膠之一些特性及其優點。

實施例一：合成不含飛灰的水膠，即純水膠。

取8.7g丙烯酸(AA)，及/或2.1g丙烯醯胺(AM)，及/或8.7g甲基丙烯酸(MAA)，及/或2.1g甲基丙烯醯胺(MAM)，溶於110mL去離子水後，置入四頸反應器中，將反應溫度慢慢升至70℃，然後逐滴加入0.07g之起始劑~過硫酸銨(APS)與0.14g交聯劑-N,N-亞甲基双丙烯醯胺(N,N-methylenebisacrylamide,MBA)，持續反應2小時，直到溶液變成膠體狀態。經以適量甲醇純化，並將產物浸泡於大量去離子水中，每天換兩次水以去除未反應之單體，3天後取出置於65℃烘箱中2天後，即可得到透明的乾燥固體純水膠，產率超過80%。利用球磨機將固體水膠研磨，篩網篩析得到0.21~0.25mm粒徑。

實施例二：合成含5~20wt%飛灰的水膠。

取0.54g飛灰(來自台灣塑膠公司)，先浸泡於30mL去離子水中，加入0.01g A301分散劑(來自欣得)，攪拌15min後形成飛灰分散液。再取8.7丙烯酸(AA)，及/或2.1g丙烯醯胺(AM)，及/或8.7g甲基丙烯酸(MAA)，及/或2.1g甲基丙烯醯胺(MAM)，溶於80mL去離子水；在上述合成過程中，如果改變飛灰的含量，便可製備合成不同飛灰含量的水膠。底下的代號分別表示含有不同飛灰含量的水膠：

P0：純水膠

P1：含5wt% FA的水膠

P2：含10wt% FA的水膠

P3：含15wt% FA的水膠

P4：含20wt% FA的水膠

實施例三：取適量P0或P1樣品，利用IR光譜儀(Perkin Elmer Paragon 500 FT~IR)測定其IR光譜圖。請參照圖2，其繪示以純水膠及本發明一實施例之含5wt% FA的水膠所測得之IR光譜圖。如圖2所示，可以看到P0的IR光譜分別在波數3438、1719、1667、1171cm^~1處有吸收峰。P1(即含5wt% FA的水膠)的IR光譜分別在波數3430、1711、1656、1169、1106cm^~1處有吸收峰。

實施例四：合成含0~20wt%飛灰的水膠-P(MAA/MAM)/FA。

取0.65g飛灰(來自台灣塑膠公司)，先浸泡於30mL去離子水中，加入0.01g A301分散劑(來自欣得)，攪拌15min後形成飛灰分散液。再取4.9g甲基丙烯酸(MAA)和1.6g甲基丙烯醯胺(MAM)，溶於30mL去離子水；將上述兩種溶液置入四頸反應器中，將反應溫度慢慢升至70℃，然後逐滴加入0.14g之起始劑~過硫酸銨(APS)與0.09g交聯劑-N,N-亞甲基双丙烯醯胺(N,N-methylenebisacrylamide,MBA)，持續反應2.5小時，直到溶液變成膠體狀態。經以適量甲醇純化，並將產物浸泡於大量去離子水中，每天換兩次水以去除未反應之單體，3天後取出置於65℃烘箱中2天後，即可得到乾燥固體含10wt%飛灰的水膠，其產率超過70%。利用球磨機將固體水膠研磨，篩網篩析得到0.21~0.25mm粒徑。

在上述合成過程中，如果改變飛灰的含量，便可製備合成不同飛灰含量的複合水膠。底下的代號表示含有10wt%飛灰含量的P(MAA/MAM)水膠：Q2：含10wt% FA的P(MAA/MAM)/FA水膠

取適量Q2樣品，利用IR光譜儀(Perkin Elmer Paragon 500 FT~IR)測定其IR光譜圖。請參照圖3，其繪示本發明一實施例之含10wt% FA的P(MAA/MAM)/FA水膠所測得之IR光譜圖。如圖3所示，可以看到Q2(即含10wt% FA的P(MAA/MAM)水膠)的IR光譜分別在波數3463、1721、1661、1167、1110cm^~1處有吸收峰。

實施例五：取適量的P0(即含0%FA)水膠，置入茶袋浸置於去離子水或人工模擬的孔隙溶液(pore solution)，等浸泡至一定時間後，取出秤重得到吸收水分之水膠重量，由水膠吸水前後重量差即可得水膠的吸水率。人工模擬的孔隙溶液係將0.4莫耳NaOH、0.08莫耳K₂SO₄、0.32莫耳KOH以及0.001莫耳Ca(OH)₂的溶入水中形成1L的水溶液，其組成如表1所示。

請參照圖4，其繪示以本發明一實施例之P0~P4水膠在去離子水中的吸水率之示意圖。P0~P4水膠在去離子水中的吸水率(water absorbency)，由圖4所示可得知水膠的吸水率先隨著浸泡時間的增加而增加，然後漸趨於平緩，其最大值即為飽和吸水率，每克的P0水膠在去離子水中的飽和吸水率約為600克。而添加飛灰的P1~P4水膠在去離子水中的飽和吸水率約為200~400克。

請參照圖5，其繪示以本發明一實施例之P0~P4水膠(FA含量0~20%)在人工模擬孔隙溶液中的的飽和吸水率之示意圖。與圖4比較可知水膠在人工模擬孔隙溶液中的飽和吸水率，低於在去離子水中的飽和吸水率。另外，隨著FA的比例提高，水膠的飽和吸水率隨之上升，達最大值後下降。儘管添加飛灰的P1~P4水膠在去離子水中的吸水率低於未添加飛灰的P0水膠，但P1~P4水膠在人工模擬孔隙溶液中的吸水率卻均高於P0水膠。顯示含有FA的水膠較不受孔隙溶液中離子的影響。

取適量的含有不同飛灰含量的P1~P4水膠，分別在人工模擬孔隙溶液中吸達飽和後，置入恆溫恆濕箱(25℃,50RH%)中，經過不同時間後，取出秤得水膠重量。在恆溫恆濕箱中的水膠，會慢慢的釋出水分到外面。定義原先吸孔隙溶液達飽和水膠的重量(w1)與經過一段時間後的水膠重量(w2)之相對重量差為保水率(water retention)，即保水率=w2/w1×100%

請參照圖6，其繪示以本發明一實施例之P0~P4水膠(FA含量0~20%)在恆溫恆濕箱中的保水率之示意圖。由圖6可知各水膠放入在恆溫恆濕箱後，隨著放入時間增加，水膠的保水率從100%開始逐漸減少，最後趨於0%成為乾燥水膠。由圖亦可知，由於FA結構帶有孔隙，使得水分釋出較慢，因此相較於不含FA的P0水膠，含有各比例FA的P1~P4水膠的釋水都較低、保水率都較高，即需要較長的時間才會完全釋出水分。故P1~P4水膠加入水泥漿、水泥砂漿或混凝土等水泥質材料中，能夠將較多的水分束縛在其結構內部，更能扮演蓄水庫的角色。如此當水泥質材料中的水分揮發散失時，水膠內部有較多的水分可釋放出來補充，使水泥質材料能保留較多水分與較高濕度，水泥質材料便較不易乾縮龜裂。

實施例六：取適量的P0~P4水膠，利用阿基米得原理測試比重，結果如表2所示。可以發現隨著飛灰添加量越多，由於飛灰比重(=2.31)較純水膠(=0.78)大，故含飛灰的P1~P4水膠比重皆大於不含飛灰的P0水膠。當添加飛灰劑量為20wt%時，水膠比重達到最大值0.89。由於P1~P4水膠比重較P0水膠高，預期水膠加入砂漿、混凝土等水泥質材料時，將會分佈較均勻、較不會上浮到試體表面。

實施例七：取適量的反應溶液，其單體(丙烯酸、丙烯醯胺)、起始劑(APS)、交聯劑(MBA)、或飛灰比例如實施例一或二，灌入模具(8x8x0.3cm³)中，反應2時後取出片狀水膠，使用一圓管將水膠打成圓錠狀，在35℃下烘乾48 小時成乾燥錠狀P0水膠，讓其吸自來水5分鐘後，再利用桌上試驗機(Llord LRX Tester)進行水膠的抗壓強度測試和記錄。

請參照圖7，其繪示以本發明一實施例之FA含量對於水膠抗壓強度的影響之示意圖。如圖所示，可以發現隨著飛灰添加量越多，由於飛灰強度較純水膠大，故含飛灰的P1~P4水膠抗壓強度皆大於不含飛灰的P0水膠。

實施例八：將242.5g水、500g水泥、1375g砂、和適量的P0~P4水膠與分散劑，拌製水灰比0.485的水泥砂漿，其中使用的水泥係來自台灣水泥公司的卜特蘭第I型水泥，使用的細砂為渥太華標準砂(Ottawa sand)，砂/水泥的重量比為2.75，分散劑為A301來自欣得公司，水膠/水泥的重量比為0~0.4%，水膠中的FA/純水膠的重量比為0~20%；添加的分散劑A301為0.1~0.2%(相對於水泥的重量百分比)，使新拌砂漿控制在一定的流度(205~215mm)。水泥砂漿試體的流度試驗係根據CNS 3655，將拌製好的水泥砂漿倒入模具後，置於流度台上15秒內上下震動25次，並分4次量度砂漿直徑，取其平均值。

將拌製好的水泥砂漿(W/C=0.485)，填入模具製作成5x5x5cm³的試體。置於恆溫恆濕箱(25℃，50 RH%)養護，根據CNS 1232，以抗壓試驗機(弘達HT~9501)測試得齡期3、7、28天砂漿試體的抗壓強度，取三個試體測試之平均值。

請參照圖8，其繪示以本發明一實施例之P0水膠比例對砂漿抗壓強度的影響之示意圖。如圖8所示，砂漿中水膠/水泥的重量比為0~0.4%，含0%,0.1%,0.2%和0.4%P0水膠的砂漿代號分別為M0、M1、M2和M4。結果顯示試體的抗壓強度隨著養護時間增加而上升。添加0.1~0.4% P0水膠的M1~M4試體在3、7天的抗壓強度均低於未添加P0水膠的M0試體；添加0.1~0.4% P0水膠的M1~M4試體在28天的抗壓強度則略高於未添加P0水膠的M0試體。

請參照圖9，其繪示以本發明一實施例之水膠種類對砂漿抗壓強度的影響之示意圖。如圖9所示，其中水膠/水泥的重量比為0.2%，含0%P0、0.2%P0、0.2%P1、0.2%P2、0.2%P3和0.2%P4水膠的砂漿代號分別為M0、M2、MF21、MF22、MF23和MF24。結果顯示添加P2~P4水膠的MF21~MF24試體在7天、 28天的抗壓強度皆高於未添加水膠的M0試體；添加5~20% FA的P1~P4水膠之MF21~MF24砂漿抗壓強度均高於未添加FA的P0水膠之M2砂漿。原因為(1)含有飛灰的水膠之比重高於不含有飛灰的水膠，故在砂漿中的分佈較均勻；(2)含有飛灰的水膠之強度高於不含有飛灰的水膠；(3)水膠中的飛灰會和滲透進來的孔隙溶液進行卜作嵐反應(Pozzolanic reaction)而增加試體中的CSH膠體。故含有飛灰的水膠之砂漿試體的抗壓強度較高。因此，本發明之新型P(AA/AM)/FA水膠，若含有適量的FA於純水膠結構中，便能夠增加水泥砂漿的抗壓強度。

實施例九：拌製如上述之水灰比0.485的水泥砂漿，填入32×2×1.7cm³的模具。其中水膠/水泥的重量比為0~0.4%，水膠中的FA/純水膠的重量比為0~20%；添加的分散劑A301為0.1~0.2%(相對於水泥的重量百分比)，使新拌砂漿控制在一定的流度(205~215mm)。將水泥砂漿倒入模具中搗實並以抹刀抹平表面，放入恆溫恆濕箱(溫度：25℃，濕度：90%)中1天後拆模，製得32×2×1.7cm³的試體，再放入恆溫恆濕箱(溫度：25℃，濕度：60%)中。以第1天為基準，量測砂漿試體接下來天數之長度變化減少量，即為其乾燥收縮量。

請參照圖10，其繪示以本發明一實施例之水膠比例對砂漿乾縮量的影響之示意圖。如圖10所示，其中水膠/水泥的重量比為0~0.4%，含0%、0.1%、0.2%和0.4%P0水膠的砂漿代號分別為M0、M1、M2和M4。結果顯示試體的乾縮量隨著養護時間增加而下降。由於水膠能釋出水分，故添加0.1~0.4% P0水膠的M1~M4試體在3~28天的乾縮量均低於未添加P0水膠的M0試體。

請參照圖11，其繪示以本發明一實施例之水膠種類對砂漿乾縮量的影響之示意圖。如圖11所示，其中含0%P0、0.2%P0、0.2%P1、0.2%P2、0.2%P3和0.2%P4水膠的砂漿代號分別為M0、M2、MF21、MF22、MF23和MF24。由於添加飛灰的P1~P4水膠相較於未添加飛灰的P0水膠更有效控制膠體中水分的釋出，故添加5~20% FA的水膠之MF21~MF24砂漿乾縮量均低於未添加FA的水膠之M2砂漿，而添加P0水膠之M2砂漿乾縮量又低於未添加水膠之M0砂漿。故本發明之P(AA/AM)/FA水膠，相較於未添加飛灰的P(AA/AM)，確實更能降低水泥砂漿的乾縮量。

實施例十：拌製水灰比(W/C)=0.3的水泥漿，其中使用的水泥係來自台灣水泥公司的卜特蘭第I型水泥，水膠/水泥的重量比為0~0.2%，飛灰/水膠的重量比為0~20%。將水泥漿放入恆溫恆濕箱(溫度：25℃，濕度：60%)中，在3、7與28天下取出，置於甲醇溶液中停止水化反應，之後乾燥、磨碎成水泥漿粉末。取適量的水泥漿粉末放入鋁坩鍋中，利用熱示差掃瞄卡量計(METTLER TOLEDO DSC822e)測試得到其DSC圖。樣品測定的條件：溫度上升速率10℃/min，溫度範圍為50~200℃，同時通入氮氣，流速為80cc/min。

水泥主要含有C₃S(矽酸三鈣)、C₂S(矽酸二鈣)、C₃A(鋁酸三鈣)、C₄AF(鋁鐵酸四鈣)四種礦物成份組成，其中C₃S和C₂S含量合佔總成份的70%以上。當水泥接觸到水分後，C₃S和C₂S都會與水反應產生CSH膠體。另外，飛灰也會和氫氧化鈣(CH)進行卜作嵐反應產生CSH膠體。通常當水泥漿體、水泥砂漿試體、或混凝土試體中的CSH含量越高，其抗壓強度會越大。

請參照圖12，其繪示以本發明一實施例之不含水膠或含不同飛灰比例的P0~P4水膠之水泥漿粉末在28天時的DSC示意圖。如圖12所示，其中含0%P0、0.2%P0、0.2%P1、0.2%P2、0.2%P3和0.2%P4水膠的水泥漿代號分別為C0、C2、CF21、CF22、CF23和CF24。圖中105~190℃的吸熱峰係為CSH受熱分解所產生的，吸熱峰面積越大表試樣品中的CSH含量越高，試體強度會越大。由圖可以看出含0.2%的P0水膠之C2水泥漿所含的CSH量高於不含水膠之C0水泥漿；含飛灰的P1~P4水膠之CF21~CF24水泥漿所含的CSH量均高於不含飛灰的P0水膠之C2水泥漿，故圖9的含P1~P4水膠之MF21~MF24砂漿相較於含P0之M2砂漿有較高的抗壓強度。

由以上的說明可知，本發明之含有飛灰的網狀結構的複合水膠具有下列優點：1、具較高的比重，和抗壓強度，對於鹽水有較佳的吸水能力；以及2、當加入水泥漿、水泥砂漿或混凝土等水泥質材料中，可提升材料的抗壓強度，並且降低材料的乾縮量。因此，本發明之含有飛灰的網狀結構的複合水膠及其製備方法確實較習知技術具進步性。

本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。

綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。

Claims

一種含有飛灰的網狀結構的複合水膠之製備方法，其包含下列步驟：將飛灰浸泡於去離子水中，加入分散劑，並攪拌後形成飛灰分散液；再取丙烯酸(AA)，及/或丙烯醯胺(AM)，及/或甲基丙烯酸(MAA)，及/或甲基丙烯醯胺(MAM)，溶於去離子水後，置入四頸反應器中；再加入該飛灰分散液至該四頸反應器中，將反應溫度慢慢升至70℃，然後逐滴加入過硫酸銨(APS)與N,N-亞甲基双丙烯醯胺(MBA)，持續反應2~3小時，直到溶液變成膠體狀態；經以適量甲醇純化，並將產物浸泡於大量去離子水中，每天換兩次水以去除未反應之單體，數天後取出置於烘箱中若干小時後，即可得灰色的固體水膠；以及利用球磨機將固體水膠研磨，篩網篩析得到所需尺寸大小的粒徑。
如申請專利範圍第1項所述之製備方法，其中該飛灰之重量為0.108g~4.32g，該離子水為30mL，該分散劑的重量為0.01g，丙烯酸之重量為8.7g，丙烯醯胺之重量為2.1g，過硫酸銨之重量為0.07g，N,N-亞甲基双丙烯醯胺之重量為0.14g。
如申請專利範圍第1項所述之製備方法，其中該飛灰之重量濃度比為0.1~40wt%。
如申請專利範圍第1項所述之製備方法，其中該四頸反應器的加溫反應時間為2小時，於3天後取出置於烘箱中48小時。
一種含有飛灰的網狀結構的複合水膠，具有如下之通式：其中m,n,p,q分別為0到1000之整數，m+n100，p+q100；R₁為H或CH₃，R₂為H或CH₃，R₃為H或鹼金屬元素。
如申請專利範圍第5項所述之複合水膠，其中該複合水膠相較於不含飛灰(FA)的純水膠，置於人工模擬孔隙水溶液中，會呈現較高的吸水率，和較高的保水率，其中該飛灰的含量在0.1~40wt%。
如申請專利範圍第6項所述之複合水膠，其中該水膠為P(M1)、P(M1/M2)、P(M1/M2/M3)或P(M1/M2/M3/M4)，其中，M1為AA、或AM、或MAA、或MAM，M2為AA、或AM、或MAA、或MAM，M3為AA、或AM、或MAA、或MAM，M4為AA、或AM、或MAA、或MAM。
如申請專利範圍第5項所述之複合水膠，其中將該複合水膠其加入水泥砂漿後可增加砂漿的抗壓強度，該複合水膠的添加量在0.1~0.5wt%之間，相較於不含飛灰的純水膠，含飛灰的複合水膠之砂漿有較高的抗壓強度，其中的飛灰含量在0.1~40wt%。
如申請專利範圍第5項所述之複合水膠，其中將該複合水膠加入水泥砂漿後可降低砂漿的乾縮量，該複合水膠的添加量在0.1~0.5wt%之間，相較於不含飛灰的純水膠，含FA的複合水膠之砂漿有較低的乾縮量，其中的飛灰含量在0.1~40wt%。
如申請專利範圍第5項所述之複合水膠，其中將該複合水膠加入水泥漿後可增加漿體中水泥的鈣矽水化產物(calcium silicate hydrate，簡稱C-S-H或CSH)量，該複合水膠的添加量在0.1~0.5wt%之間，相較於不含飛灰的純水膠，含飛灰的複合水膠之水泥漿體會產生較多的鈣矽水化產物，其中的飛灰含量在0.1~40wt%。