TWI624445B - 水泥組成物 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關一種水泥組成物，其包括100重量份之結合材(B)，此劑包括5至30重量份之水泥、0至20重量份之矽石煙、0至50重量份之飛灰及42至75重量份之高爐熔渣；水(W)，等同於每單位體積混凝土有80至185 kg/m3的水含量；骨材(A)；及水泥用混合劑(AD)。

Description

水泥組成物
本發明係有關水泥組成物。
大體言之，水泥組成物係藉由將水、水泥、骨材、水泥用配料及諸如此類者混合而製得(例如，參考日本專利編號3844457說明書)。就前文而論，水泥係為在製造水泥組成物時放出大量二氧化碳(CO2)之材料。同時就環境觀點而言，水泥組成物幾乎稱不上是將環境負擔列入考慮的材料。
在水泥組成物製程中之二氧化碳排放可藉由降低水泥量且增加作為水泥之備擇物的水泥用礦物配料之量而降低，該種配料有諸如高爐熔渣及飛灰。然而，此情況下，擔憂的是水泥組成物之強度會隨著水泥量之減少而降低。
針對前述問題完成本發明，其目的係提供可降低二氧化碳排放量且同時發展高強度之水泥組成物。
本發明用以達成前述目的之態樣為一種水泥組成物，其包括100重量份之結合材(B)，此結合材包括5至30重量份之水泥、0至20重量份之矽石煙、0至50重量份之飛灰及42至75重量份之高爐熔渣、等同於80至185 kg/m3之每單位體積混凝土之水含量的水(W)；骨材(A)；及水泥用混合劑(AD)。
使用此種水泥組成物，可降低二氧化碳排放且可同時發展高強度。
較佳係水泥組成物中每單位體積混凝土之水含量的水(W)係為100至150 kg/m3。
使用此種水泥組成物，可進一步降低二氧化碳排放且可同時發展高強度。
較佳係水泥組成物包括5至20重量份之前述水泥及5至50重量份之前述飛灰。
使用該種水泥組成物，可進一步改善介於降低二氧化碳排放及發展高強度之間的平衡。
較佳係水泥組成物包括5至15重量份之前述水泥。
使用該種水泥組成物，可在進一步改善介於降低二氧化碳排放及發展高強度之間的平衡的情況下更大幅的降低二氧化碳排放。
較佳係水泥組成物具有大於或等於35%且小於或等於45%之水-結合材比率(W/B)，此係前述水(W)對前述結合材(B)之重量比率。
較佳係28-日標準固化抗壓強度係介於16 N/mm2至70 N/mm2(16至70 MPa)範圍內。
較佳係水泥組成物包括至少一種或多種類型之選自鹼組份、石膏、三異丙醇胺及石灰石微粉的添加劑。較佳係前述在水泥組成物中之鹼組份係氫氧化鈣。較佳係前述氫氧化鈣對前述結合材(B)之重量比率係低於0.1%。
較佳係在水泥組成物中之前述石膏係天然硬石膏。較佳係前述石膏對前述結合材(B)之重量比率係大於或等於1.2%且係小於或等於6.0%。此外，較佳係前述石灰石對前述結合材(B)之重量比率係大於或等於0.3%且係小於或等於108.0%。較佳係前述三異丙醇胺對前述結合材(B)之重量比率係低於1.0%。
較佳係水泥組成物中之前述矽石煙係為自鋯石衍生之矽石煙。較佳係前述飛灰係為滿足JIS(日本工業標準)A 6201針對第I種飛灰所規定之值。此外，較佳係前述水泥係為抗硫酸鹽波特蘭水泥。根據該種水泥組成物，可改善水泥組成物新鮮性質中的流動性。
使用本發明，可降低二氧化碳排放且同時可發展高強度。
發明之詳細描述
下文更詳細的討論本發明實施例。
本發明實施例中，針對由水、水泥、細骨材、粗骨材及諸如此類者所組成之混凝土加以描述。本發明實施例中，減少使用放出大量二氧化碳之水泥，使用放出較少量二氧化碳之水泥用礦物配料(結合材)作為水泥的備擇材料。依此方式，可在製造混凝土時藉由儘可能降低水泥使用量而降低二氧化碳排放。然而，憂慮因為降低水泥使用量而降低混凝土強度。
因為此等情況，於本發明實施例中，在考慮減少二氧化碳排放、混凝土之新鮮性質及發展強度之下，經由以下所示之研究，發展具有以下材料組成之混凝土。以下描述中，用以進行試驗之混凝土試樣(其混合比及諸如此類性質彼此相異)係以試樣編號(試樣號碼)表示，對應於表格中各試樣之條件及結果。
(1)結合材使用率之研究
如前文所述，儘可能減少使用排放大量二氧化碳之水泥，增加使用排放較少量二氧化碳之結合材。本發明實施例中，使用高爐熔渣、飛灰及矽石煙作為結合材。應注意的是因為影響混凝土之強度發展及新鮮性質，亦影響二氧化碳排放，故研究水泥、高爐熔渣、飛灰、矽石煙及水之間使用率平衡。
本發明實施例中，針對一般作為水泥之波特蘭水泥及抗硫酸鹽波特蘭水泥進行研究，於自鐵矽衍生之矽石煙及自鋯石衍生作為矽石煙的矽石煙上進行研究，且於由JIS A 6201規定之第I種飛灰及第II種飛灰上進行研究。
(2)對添加劑之研究
針對氫氧化鈣(對應於鹼組份)、石膏、強度增加劑及石灰石微粉之混合進行研究，以改善混凝土強度。
使用氫氧化鈣以藉由鹼刺激加速高爐熔渣、飛灰及諸如此類者之硬化。本發明實施例使用氫氧化鈣溶液刺激泥水。
此外，雖然有二水合石膏、半水合石膏及無水石膏來作為石膏，然本發明實施例係使用無水物。此外，雖然在生產氟時有副產物(工業副產物)形式之無水合物、天然產生之無水物及諸如此類者，但本發明實施例係使用天然無水物。應注意石膏係為前述高爐熔渣之一部分。
此外，本發明實施例使用包括三異丙醇胺作為其主要組份之強度增加劑。
另外，對水泥用混合劑(AD)之混合進行研究。作為水泥用混合劑(AD)，有例如減水劑、高範圍空氣夾帶型減水劑(超級增塑劑)、空氣夾帶型減水劑，及高範圍減水劑。
(3)水使用量之研究
降低結合材包括水泥之量可有效的減少二氧化碳排放。然而，混凝土強度係與水-結合材比率(水對結合材之重量比率)有關。因此，亦對在結合材之量降低的情況下之水量(每單位體積混凝土之水含量)進行研究。
實施例
雖然對於本發明之描述會因實施例而更仔細，但本發明不受限於該等實施例。
<所用材料>
表1顯示本發明實施例所使用之特定材料。
在表1所列者中，正規波特蘭水泥(OPC)、抗硫酸鹽波特蘭水泥(SR)、矽石煙<Elkem-Egypt>(SF1)、矽石煙<二氧化鋯>(SF2)、第II種飛灰<JISA6201>(FA1)、第I種飛灰<JISA6201>(FA2)及研磨造粒高爐熔渣(GGBS)係對應於結合材(B)。而且，氫氧化鈣溶液(W2)中之氫氧化鈣(Ca(OH)2)、硬石膏(CaSO4)、石灰石微粉(LSP)及強度增加劑(SI)係對應於添加劑。應注意，硬石膏係為研磨造粒高爐熔渣中之一部分。
表2列示本發明實施例中混合之材料的量。表3列示所混合之各材料的主要比率。前述材料係如表2及3中所列示般的混合。應注意，表2及3中之"實施例編號"中的百分比(%)係表示水泥(OPC)或(SR)對結合材之比率(OPC(SR)+SF+FA+GGBS)。
此外，使用包含40%水泥之混凝土作為對照例。此對照例中水泥比率(40%)係對應於B型波特蘭高爐熔渣水泥(JIS(日本工業標準)R 5211)中水泥最低用量比率。在C型波特蘭高爐熔渣水泥中，最低水泥比率係為30%(熔渣之最大比率為70%)。本發明實施例中，此水泥比率係保持在低於或等於30%。換言之，水泥用量係儘可能的最小化。
表3中，水-結合材比率(W/B)係為水(W1+W2+W3)對結合材(OPC+SF+FA+GGBS)之比率。且細骨材比(s/a)係為細骨材(S)對骨材(S+G1+G2)之體積比。應注意，CaSO4係為GGBS之一部分。
<製造混凝土之條件>
表4列示混合混凝土之條件。表5列示製造(混合方法)混凝土之條件。
<測試項目>
(1)混凝土新鮮性質之試驗(試樣編號1至35)
作為對混凝土新鮮性質之試驗，測量混合後之流動度、空氣含量及溫度。流動度及空氣含量之試驗方法係個別依照日本工業標準(JIS)A1101)(BS 1881部分102)、JIS A 1128(BS 1881部分106)執行。另外，以溫度計測量混凝土溫度。
(2)抗壓強度試驗(試樣編號1至35)
製得Φ100×200 mm(150×150×150 mm)之測試片，依照JIS A 1108(BS EN 206)個別在20℃(68.0℉)(23℃(73.4℉))及50℃(122.0℉)養護後測量抗壓強度。
(3)乾燥收縮試驗(試樣編號5至11，試樣編號23至35)
製得100×100×400 mm(75×75×285 mm)之試驗片，在水下固化至材料熟化7日，依照JIS A 1129(ASTM C 157)測量因乾燥所致之收縮變化(長度變化)。
[註]：將前述括弧中之標準及尺寸應用至試樣編號11。
<試驗結果>
表6列示混凝土之新鮮性質的試驗結果。
如表6所示，雖然對照例中之流動度值小於目標值(15cm,21±2cm)，但在本發明實施例中，尤其是(試樣編號1至4，試樣編號12至22)者幾乎都在目標值範圍內，且(試樣編號5至11，試樣編號23至25)幾乎都超過目標值。換言之，本發明實施例展現較對照例優異之加工性。空氣含量及溫度之結果幾乎都與對照例相同。
試樣編號15及試樣編號18之間的比較結果顯示，作為矽石煙，自二氧化鋯之處理方法所產生之副產物矽石煙達到較標準矽石煙(自金屬矽或鐵矽衍生)高之流動度值。試樣編號15及試樣編號19之間的比較結果顯示，作為水泥，抗硫酸鹽波特蘭水泥達到較正規波特蘭水泥高的流動度值。試樣編號15及試樣編號20之間的比較結果顯示，作為飛灰，JISA6201所規定之第I種飛灰具有較JISA6201所規定之第II種飛灰高的流動性。
其次，表7列示抗壓強度試驗結果。
如表7所列示，在本發明實施例中，特別在水泥比率大於或等於10%時達成接近對照例之抗壓強度，即使水泥使用量低於對照例皆然。尤其，當水泥比率在10%至20%範圍中時達成較有利之抗壓強度。此外，即使當水泥比率低於10%，仍達成大於或等於16 N/mm2(MPa)之抗壓強度，該等值低於對照例。本發明實施例(試樣編號1至35)在28日材料壽命下的20℃(68.0℉)(23℃(73.4℉))抗壓強度係於16.6 N/mm2(MPa)至69.4 N/mm2(MPa)範圍內。
而且，試樣編號15及試樣編號18之間的比較結果顯示，作為矽石煙，自二氧化鋯之處理方法所產生之副產物矽石煙達到較標準矽石煙(自金屬矽或鐵矽衍生)高之抗壓強度值。試樣編號15及試樣編號19之間的比較結果顯示，作為水泥，抗硫酸鹽波特蘭水泥達到較正規波特蘭水泥高的抗壓強度值。
[註]：將前述括弧中之溫度應用至試樣編號11。
接著，試樣編號5至11及試樣編號23至35之乾燥收縮試驗結果係列示於表8中。
表8中長度變化之負值係指出長度相對於原始長度係縮短。相對的，正值係指出長度拉長。
如表8所示，本發明實施例因為乾燥所致之長度變化(收縮量)小於對照例。換言之，可稱之本發明實施例較對照例不易龜裂。
如前文所述，本發明實施例中，排放大量二氧化碳之水泥的用量儘可能降低，而排放二氧化碳之量較少的水泥用礦物配料(結合材)的用量增加。
詳言之，水泥對結合材之比率保持在5%至30%範圍，矽石煙為0%至20%，飛灰為0%至50%，高爐熔渣為42%至75%，且每單位體積混凝土之水含量為80至185 kg/m3。此外，混合至少一種選自鹼組份之氫氧化鈣(Ca(OH)2)、石膏(CaSO4)、強度增加劑(SI)及石灰石微粉(LSP)的添加劑。同時，石膏係為高爐熔渣之一部分。
另外，混凝土係由骨材(包括細骨材及粗骨材)、水及水泥用混合劑諸如高範圍空氣夾帶型減水劑所組成。
如此，可達成在製造期間排放少量二氧化碳但展現優異之混凝土新鮮性質及高強度的混凝土。
前述實施例中，以混凝土作為實例來描述水泥組成物，然而，水泥組成物可為不包括粗骨材作為骨材的砂漿。
前文描述之實施例係用以幫助對本發明之瞭解且非用以限制本發明。當然，本發明可在不編離本發明精神下加以修飾或改良。

Claims (16)

  1. 一種水泥組成物，其藉由混合下述組成所製造：100重量份之結合材(B)，其包括：5至30重量份之水泥，0至20重量份之矽石煙，0至50重量份之飛灰，及42至75重量份之高爐熔渣；水(W)，等同於80至185kg/m3每單位體積混凝土之水含量；僅天然骨材作為骨材(A)；及水泥用混合劑(AD)。
  2. 如申請專利範圍第1項之水泥組成物，其中該水(W)係每單位體積混凝土有100至150kg/m3之水含量。
  3. 如申請專利範圍第1項之水泥組成物，其中該水泥係為5至20重量份且該飛灰係為5至50重量份。
  4. 如申請專利範圍第1項之水泥組成物，其中該水泥係為5至15重量份。
  5. 如申請專利範圍第1項之水泥組成物，其中水-結合材比率(W/B)，其係水(W)對結合材(B)之重量比率，係大於或等於35%且係小於或等於45%。
  6. 如申請專利範圍第1項之水泥組成物，其28天標準養護抗壓強度係自16N/mm2至70N/mm2之範圍內。
  7. 如申請專利範圍第1項之水泥組成物，其中該水泥組成物包括至少一種或多種類型之選自鹼組份、石膏、三 異丙醇胺及石灰石微粉的添加材。
  8. 如申請專利範圍第7項之水泥組成物，其中該鹼組份係為氫氧化鈣。
  9. 如申請專利範圍第8項之水泥組成物，其中氫氧化鈣對於結合材(B)之重量比率係小於0.1%。
  10. 如申請專利範圍第7項之水泥組成物，其中該石膏係為天然硬石膏。
  11. 如申請專利範圍第7項之水泥組成物，其中石膏對結合材(B)之重量比率係大於或等於1.2%且係小於或等於6.0%。
  12. 如申請專利範圍第7項之水泥組成物，其中石灰石微粉對結合材(B)之重量比率係大於或等於0.3%且係小於或等於108.0%。
  13. 如申請專利範圍第7項之水泥組成物，其中三異丙醇胺對於結合材(B)之重量比率係小於1.0%。
  14. 如申請專利範圍第1項之水泥組成物，其中該矽石煙係為自二氧化鋯之處理方法所產生之副產物矽石煙。
  15. 如申請專利範圍第1項之水泥組成物，其中該飛灰係為滿足JIS(日本工業標準)A 6201針對第I種飛灰所規定之值。
  16. 如申請專利範圍第1項之水泥組成物，其中該水泥係為抗硫酸鹽波特蘭水泥。
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