TWI798568B - 無水泥型透水混凝土及其成型方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關一種無水泥型透水混凝土及其成型方法，藉由於混凝土之製程中進一步加入天然粗粒料及再生粗粒料，形成具有良好硬固性、耐久性及透水性的無水泥型透水混凝土。更進一步的，於製程中移除水泥的添加，使混凝土於形成過程中不產生二氧化碳，以達到保護環境之功效。

Description

無水泥型透水混凝土及其成型方法
本發明係有關一種混凝土，尤其是一種無水泥型透水混凝土及其成型方法。
對台灣而言，水泥產業也是所有基本工業的基礎，在台灣各項重大建設中都扮演著吃重的角色。使用範圍遍及房屋營造、民生基礎建設、國防工業…等，舉凡房屋、各式建築、橋樑、馬路、水壩、軍事設施等，都必須使用大量水泥做為基本建材。
此外，水泥(Cement)也是世界上最常使用的物料，主要原因為水泥是混凝土形成中很重要的構成部分，而混凝土則是現代城市最普及使用的建築物料。
因此，由上述可知不論是已開發或是開發中國家，都將水泥產業視為不可或缺的重要基礎工業。可以說，水泥產業與民生經濟有著密不可分的關係。
而水泥的主要原料是石灰石與黏土。1公噸的水泥需要 1.4 公噸的石灰石、300公斤的黏土和60公斤的矽砂。而這些原料大半來自東部的海岸山脈。過去水泥業者大都用露天的開採方式，以節省成本。但常常會造成水土流失、坍方、景觀和生態的破壞、動植物滅絕的嚴重後遺症。
近年來，隨著環保意識的抬頭，水泥業者大半已經改用豎井式開採法。這種從山頂鑿洞開採的方式，比較不會造成礦區地表的裸露。對整體生態環境的破壞已經有相當程度的改善。
再者，各國除了積極保護自然環境外，也開始減少二氧化碳的排放。而二氧化碳最大的產生工業，除了煉鋼、燃煤發電等產業之外，緊接著的就是水泥產業。
於二氧化碳的排放量上，每生產1公噸水泥，就會釋放出0.82公噸二氧化碳。雖然，跟鋼鐵所產生的排放量(每生產1公噸鋼鐵，就會排放1.8公噸二氧化碳)相比較少。
然而，由於我們對水泥的需求十分龐大，全球一年至少會製造超過40億公噸的水泥，於製造水泥的過程中排出的二氧化碳，相當於全球工業及能源生產排放的二氧化碳5%。
水泥的二氧化碳排放，有大概一半來自生產途中用上的電力和加熱過程。另外一半，則源於名為鍛燒(calcination)的程序。鍛燒是一個對金屬礦物或其它固體材料之一加熱過程，在水泥生產中極為關鍵，石灰(limestone) 會被加熱成生石灰(quicklime)，其間就會釋出二氧化碳。
為此，在以往製造水泥的過程中，除了會影響環境外，也會增加二氧化碳的排放。因此，尋找新的物料，來取代混凝土中存在的水泥，並形成具有良好硬固性、耐久性及透水性的混凝土，為本技術領域人員所欲解決的問題。
本發明之主要目的，係提供一種無水泥型透水混凝土及其成型方法，藉由於混凝土之製程中進一步加入天然粗粒料及再生粗粒料，形成具有良好硬固性、耐久性及透水性的無水泥型透水混凝土。更進一步的，於製程中移除水泥的添加，使混凝土於形成過程中不產生二氧化碳，以達到保護環境之功效。
為了達到上述之目的，本發明揭示了一種無水泥型透水混凝土之組成份，其包含：一水；一混燒飛灰；一爐石粉；一脫硫石膏；一減水劑；一天然粗粒料；以及一再生粗粒料；其中該再生粗粒料之最大粒徑係19mm、比重為2.34、吸水率為8.76%、乾搗單位為1540.5 kg/m3 。
本發明提供一實施例，其內容在於無水泥型透水混凝土之組成份，其中該混燒飛灰係由29.47%之二氧化矽、19.27%之氧化鋁、3.49%之氧化鐵、35.54%之氧化鈣、1.82%之氧化鎂、7.36%之三氧化硫及3.05%之微量元素所組成。
本發明提供一實施例，其內容在於無水泥型透水混凝土之組成份，其中該爐石粉係由33.68%之二氧化矽、14.37%之氧化鋁、0.29%之氧化鐵、40.24%之氧化鈣、7.83%之氧化鎂、0.66%之三氧化硫及2.93%之微量元素所組成。
本發明提供一實施例，其內容在於無水泥型透水混凝土之組成份，其中該脫硫石膏係由3.44%之二氧化矽、0.98%之氧化鋁、0.15%之氧化鐵、67.90%之氧化鈣、0.67%之氧化鎂、10.15%之三氧化硫及15.21%之氟所組成。
本發明提供一實施例，其內容在於無水泥型透水混凝土之組成份，其中該天然粗粒料之最大粒徑係19mm、比重為2.60、吸水率為1.15%、乾搗單位為1540.5 kg/m3 、細度模數為6.62。
本發明提供一實施例，其內容在於無水泥型透水混凝土之組成份，其中該減水劑係聚羧酸鹽型聚合物。
再者，本發明揭示了一種無水泥型透水混凝土之成型方法，其步驟包含：取一脫硫石膏、一混燒飛灰及一爐石粉於一拌合鍋中進行一攪拌製程，形成一膠結材；取一水與一減水劑於該拌合鍋中，與該膠結材進行該攪拌製程，形成一混凝材；以及取一天然粗粒料、一再生粗粒料及該水於該拌合鍋中，與該混凝材進行該攪拌製程，固化形成一無水泥型透水混凝土。
本發明提供一實施例，其內容在於無水泥型透水混凝土之成型方法，其中於取一脫硫石膏、一混燒飛灰及一爐石粉於一拌合鍋中進行一攪拌製程之步驟前，進一步包含步驟：取該脫硫石膏進行一乾燥製程24小時。
本發明提供一實施例，其內容在於無水泥型透水混凝土之成型方法，其中於固化形成一無水泥型透水混凝土之步驟前，進一步包含步驟：進行一搗實製程。
為使貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以實施例及配合說明，說明如後：
有鑑於製造水泥的過程中，除了會影響環境外，也會增加二氧化碳的排放的影響。據此，本發明遂提出一種無水泥型透水混凝土及其成型方法，以解決習知技術所造成之問題。
以下將進一步說明本發明之其包含之特性、所搭配之結構及方法：
首先，本發明之無水泥型透水混凝土之組成份，其包含：一水、一混燒飛灰、一爐石粉、一脫硫石膏、一減水劑、一天然粗粒料以及一再生粗粒料。其中、該再生粗粒料之最大粒徑係19mm(使用規範CNS1240)、比重為2.34(使用規範CNS488)、吸水率為8.76%(使用規範CNS488)、乾搗單位為1540.5 kg/m3 (使用規範CNS386)。本發明之該再生粗粒料係為拆除社會上舊有之混凝土，並利用顎碎機破碎後，再利用震動型篩分機挑選出與該天然粒料相近粒徑之該再生粗粒料，藉此將舊有之混凝土廢物利用，減少環境的負擔。
又，該混燒飛灰(係循環硫化床混燒飛灰)為火力發電廠在燃燒粉碳後所產生的廢棄物，其為當粉煤在經過火爐高溫區域時，揮發性物質被燒掉，而存在粉煤中之黏土與石英等礦物雜質在高溫下被融化，其中產生之氫氣與氮氣會將融化物鼓起，形成中空體或破裂中空體，這些物質最後被送到低溫區，經冷卻變成玻璃圓球狀微粒子，大部分微粒子會隨著高溫排出，並利用集塵器捕捉收集而成(即為一般常用之飛灰(fly ash))，而較重的微粒子則會掉入爐底，則稱之為底灰(bottom ash)。
本發明之該混燒飛灰係由29.47%之二氧化矽(SiO2 )、19.27%之氧化鋁(Al2 O3 )、3.49%之氧化鐵(Fe2 O3 )、35.54%之氧化鈣(CaO)、1.82%之氧化鎂(MgO)、7.36%之三氧化硫(SO3 )及3.05%之微量元素(此微量元素為氧化鈉、氧化鉀、氧化鈦等)所組成。其物理性質為：比表面積280 (m2 /kg)、密度2.73(g/cm3 )。
而該爐石粉(係水淬高爐爐石粉) 為煉鋼廠煉鋼過程中所產生之工業副產品，係由熱融熔高爐礦渣經噴水冷卻粒化處理後研磨成細粉而得。爐石的分類，依其冷卻方式不同可分氣冷爐石及水淬爐石兩種。前者乃將高爐爐渣予以靜置，以徐冷的方式，讓它能慢慢地冷卻，有足夠的時間完成結晶，因而其具有堅硬且緻密之結構，穩定性高，由於其玻璃質成分少，使得其膠結功能不佳；水淬爐石則是利用噴水使其快速冷卻，產生大量不完全結晶之玻璃質，微結構較為凌亂，活性較高，經過適當磨碎與處理後，有類似水泥的性質。
本發明之該爐石粉係由33.68%之二氧化矽(SiO2 )、14.37%之氧化鋁(Al2 O3 )、0.29%之氧化鐵(Fe2 O3 )、40.24%之氧化鈣(CaO)、7.83%之氧化鎂(MgO)、0.66%之三氧化硫(SO3 )及2.93%之微量元素(此微量元素為氧化鈉、氧化鉀、氧化鈦等)所組成。其物理性質為：比表面積586 (m2 /kg)、密度2.88(g/cm3 )。
該脫硫石膏為電廠煙氣濕法脫硫的副產品，其成分與天然石膏基本相同，但其純度和細度更高。而本發明之該脫硫石膏係由3.44%之二氧化矽(SiO2 )、0.98%之氧化鋁(Al2 O3 )、0.15%之氧化鐵(Fe2 O3 )、67.90%之氧化鈣(CaO)、0.67%之氧化鎂(MgO)、10.15%之三氧化硫(SO3 )及15.21%之氟(F)所組成。其比重為2.59。
而本發明之該減水劑採用減水率達20%之該減水劑，其比重為1.03-1.09，pH值介於3-7。該減水劑係聚羧酸鹽型聚合物(其本發明之較佳實施例採用台灣西卡公司提供之Sikament®減水劑)。
又，本發明之該天然粗粒料(取自蘭陽溪)之最大粒徑係19mm(使用規範CNS1240)、比重為2.60(使用規範CNS488)、吸水率為1.15%(使用規範CNS488)、乾搗單位為1540.5 kg/m3 (使用規範CNS386)、細度模數為6.62(使用規範CNS486)。
接續，請參閱第1圖，其係本發明之實施例之流程圖。如圖所示，本發明之一種無水泥型透水混凝土之成型方法，其步驟包含：
S1：取脫硫石膏、混燒飛灰及爐石粉於拌合鍋中進行攪拌製程，形成膠結材；
S2：取水與減水劑於拌合鍋中，與膠結材進行攪拌製程，形成混凝材；以及
S3：取天然粗粒料、再生粗粒料及水於拌合鍋中，與混凝材進行攪拌製程，固化形成無水泥型透水混凝土。
如步驟S1所示，取一脫硫石膏、一混燒飛灰及一爐石粉於一拌合鍋中進行一攪拌製程(乾拌約15秒至1分鐘，本案最佳實施例為30秒)，形成一膠結材。
其中於步驟S1前進一步包含步驟：
S1’：取脫硫石膏進行乾燥製程24小時。
如步驟S1’所示，該脫硫石膏在進行該攪拌製程前一日，先於100±5℃之烘箱中進行一乾燥製程24小時，再拿來於該攪拌製程中使用。
接續，如步驟S2所示，取一水(約總量之1/3~2/3)與一減水劑(其本發明之較佳實施例採用台灣西卡公司提供之Sikament®減水劑)於該拌合鍋中，與該膠結材進行該攪拌製程(乾拌約15秒至1分鐘，本案最佳實施例為30秒)，以避免該膠結材飄出該拌合鍋外，進而增加誤差，攪拌完成後形成一混凝材。
最後，取刮刀將該拌合鍋之鍋邊材料抹入鍋中，並取一天然粗粒料、一再生粗粒料及該水(剩餘之總量)於該拌合鍋中，與該混凝材進行該攪拌製程(約4~8分鐘)後，進行一搗實製程(將拌合完成之透水混凝土澆置於模具內並分三層搗實，每次搗實將搗棒舉至離至透水混凝土表面約20公分，放鬆搗棒自由墜落夯實混凝土，每層搗實25次)。
當進行完該搗實製程後，以保鮮膜覆蓋於表面減少水分散失，等待24小時硬固後拆模，並將試樣以大氣養護至指定齡期後，固化形成一無水泥型透水混凝土。
而本發明之該無水泥型透水混凝土之較佳試驗配比(單位：kg/m3 )為149之該水、108之該混燒飛灰、303之該爐石粉、22之該脫硫石膏、3之該減水劑、763之該天然粗粒料以及763之該再生粗粒料。此試驗配比以部分之該再生粗粒料取代該天然粗粒料。而不加該再生粗粒料之試驗配比(單位：kg/m3 )為149之該水、108之該混燒飛灰、303之該爐石粉、22之該脫硫石膏、3之該減水劑以及1525之該天然粗粒料。
接續，進行該無水泥型透水混凝土之試驗，試驗項目有：(1)單位重試驗、垂流率試驗及連通孔隙率試驗(此三種為探討該無水泥型透水混凝土之新拌性質)；(2) 抗壓強度試驗(此為探討該無水泥型透水混凝土之硬固性質)；(3) 飽和吸水率試驗(此為探討該無水泥型透水混凝土之耐久性)；(4) 透水試驗(此為探討該無水泥型透水混凝土之透水性)。
經實驗後，不加該再生粗粒料之該無水泥型透水混凝土之結果為：垂流率0.48%；單位重1854 kg/m3 ；連通孔隙率15.6%；抗壓強度為6.6MPa(7天)、9.2MPa(14天)、9.6MPa(28天)、11.8MPa(56天)；磨耗深度為3.17mm(28天)、3.03mm(56天)；透水係數0.156cm/s。由結果可知，在不加入水泥後之該無水泥型透水混凝土具有一定的硬固性、耐久性及透水性。
再者，更進一步以部份之該再生粗粒料取代該天然粗粒料之該無水泥型透水混凝土之結果為：垂流率0.42%；單位重1652 kg/m3 ；連通孔隙率15.7%；抗壓強度為6.1MPa(7天)、7.2MPa(14天)、8.6MPa(28天)、9.2MPa(56天)；磨耗深度為3.73mm(28天)、3.47mm(56天)；透水係數0.152cm/s。由結果可知，本發明之無水泥型透水混凝土具有良好硬固性、耐久性及透水性。且，本發明之無水泥型透水混凝土進一步在保持良好硬固性、耐久性及透水性的情況下減少使用該天然粗粒料，以減少對環境的負擔。
故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈  鈞局早日賜准專利，至感為禱。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
S1~S3:步驟流程
第1圖：其係本發明之實施例之流程圖。
S1~S3:步驟流程

Claims (9)

  1. 一種無水泥型透水混凝土之組成份，其包含：一水；一混燒飛灰；一爐石粉；一脫硫石膏；一減水劑；一天然粗粒料；以及一再生粗粒料；其中該再生粗粒料之最大粒徑係19mm，比重為2.34、吸水率為8.76%、乾搗單位為1540.5kg/m3，進一步，上述各成份之一分配比為149之該水、108之該混燒飛灰、303之該爐石粉、22之該脫硫石膏、3之該減水劑、763之該天然粗粒料以及763之該再生粗粒料，該分配比之單位為kg/m3。
  2. 如請求項1之無水泥型透水混凝土之組成份，其中該混燒飛灰係由29.47%之二氧化矽、19.27%之氧化鋁、3.49%之氧化鐵、35.54%之氧化鈣、1.82%之氧化鎂、7.36%之三氧化硫及3.05%之微量元素所組成。
  3. 如請求項1之無水泥型透水混凝土之組成份，其中該爐石粉係由33.68%之二氧化矽、14.37%之氧化鋁、0.29%之氧化鐵、40.24%之氧化鈣、7.83%之氧化鎂、0.66%之三氧化硫及2.93%之微量元素所組成。
  4. 如請求項1之無水泥型透水混凝土之組成份，其中該脫硫石膏係由3.44%之二氧化矽、0.98%之氧化鋁、0.15%之氧化鐵、67.90%之氧化鈣、0.67%之氧化鎂、10.15%之三氧化硫及15.21%之氟所組成。
  5. 如請求項1之無水泥型透水混凝土之組成份，其中該天然粗粒料之最大粒徑係19mm、比重為2.60、吸水率為1.15%、乾搗單位為1540.5kg/m3、細度模數為6.62。
  6. 如請求項1之無水泥型透水混凝土之組成份，其中該減水劑係聚羧酸鹽型聚合物。
  7. 一種無水泥型透水混凝土之成型方法，其步驟包含：取一脫硫石膏、一混燒飛灰及一爐石粉於一拌合鍋中進行一攪拌製程，形成一膠結材；取一水與一減水劑於該拌合鍋中，與該膠結材進行該攪拌製程，形成一混凝材；以及取一天然粗粒料、一再生粗粒料及該水於該拌合鍋中，與該混凝材進行該攪拌製程，固化形成一無水泥型透水混凝土；其中，上述各成份之一分配比為149之該水、108之該混燒飛灰、303之該爐石粉、22之該脫硫石膏、3之該減水劑、763之該天然粗粒料以及763之該再生粗粒料，該分配比之單位為kg/m3。
  8. 如請求項7之無水泥型透水混凝土之成型方法，其中於取一脫硫石膏、一混燒飛灰及一爐石粉於一拌合鍋中進行一攪拌製程之步驟前，進一步包含步驟：取該脫硫石膏進行一乾燥製程24小時。
  9. 如請求項7之無水泥型透水混凝土之成型方法，其中於固化形成一無水泥型透水混凝土之步驟前，進一步包含步驟：進行一搗實製程。
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