TW201300346A - 用於減少以波特蘭水泥為主之砂漿及混凝土之收縮裂痕之摻合物 - Google Patents
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Abstract
以波特蘭水泥為主之混凝土及砂漿當與氧化鎂(MgO)、減少收縮之摻合物(SRA)及超吸收性聚合物(SAP)之協同組合調配於一起時，展現收縮裂痕明顯減少。使用此等材料之問題如下：MgO為將於水中起反應之固體，SRA為液體，且SAP若添加不當則可能使系統脫水且因而增加而非減少收縮。本發明進一步提供一種將此等產物組合成乾燥添加劑之方法。此並非一項簡單的任務，因為存在有關為防止不利地影響效能而可能存在的該等材料之最大量的限制，其因為難以依適用比率組合此等材料而需被平衡。此等獨特摻混物可用作輔助性膠結材料，因為其不會顯著影響波特蘭水泥本身之混凝或膠結強度性質。當與常用膨脹水泥(EC)相比時，MgO、SRA及/或SAP在依適當比率混合時之組合針對減少裂紋亦表現得較佳。
Description
解決長期存在的混凝土收縮開裂問題一直為水泥技術人員難以達成的一項目標。當波特蘭水泥調配物與水混合時，其即刻開始粉末之水合反應，伴生析出濕氣之熱，形成水泥基體且固化，此可能耗時達28天，從而形成90+%固化之混凝土或砂漿。在此固化過程期間，水合水泥經歷收縮，此時常導致收縮開裂，該收縮開裂可能有時程度極小或其他時候證明是災難性的。當使用結構混凝土來建構堤壩、水路、水封攔及處理設施、橋、停車庫、運動場、高層建築等時，此尤為關鍵。若出現裂痕，則水(尤其伴有除冰鹽或海鹽)會滲入且可能導致鋼筋過早腐蝕，且若水自諸如堤壩及水路之結構漏出，則存在效率及使用壽命之損失，且在最壞情況下存在可能為災難性的破壞。
氧化鎂已在該領域中用於改良波特蘭水泥混凝土及砂漿之抗裂性。其使用實例由中國人描述於Du,Chonghang,Concrete International,2005年12月，第45頁。其在1900年代後期至2,000年代早期於中國各地之許多混凝土堤壩工程中使用了輕度煅燒型(<1200℃燃燒溫度)氧化鎂。以約180至220 kg/m3之低膠結材料含量用於堤壩。典型結構混凝土將具有超過300 kg/m3之膠結材料。Zhibin,Z.等人，SP-262-30，第395頁在高劑量減少收縮之摻合物(「SRA」)及2%膠結材料含量(以水泥質量計)及3% MgO下進行了一些研究。儘管相較於僅使用SRA而言獲得了較佳
結果，但組合之濕脹率高(大於0.1%)。此可能在恆濕儲存中呈現問題。另外，所測試之SRA含有矽氧烷，增加了系統成本。
現今已試驗或使用了數種混凝土摻合物，並取得了一些成果。早先試驗之材料為超塑化劑、膨脹劑(氧化鈣或膨脹水泥)、減少收縮之摻合物(通常為以二醇為主之產物)、不同類型之火山灰(諸如飛灰)，旨在部分替代波特蘭水泥，且試驗了許多其他方法。
Miao,C.等人，International RILEM Conference on Use of Superabsorbent Polymers and Other New Additives in Concrete,2010年8月15至18日討論了MgO及CaO之組合。其要求添加約10%膠結材料來獲得良好結果。此外，雖然早期膨脹良好，但仍發生乾縮。Maltese,C.等人，Cement and Concrete Research 35(2005)，第2244頁討論了CaO與SRA一起之使用。其顯示使用CaO膨脹劑及SRA之組合減少收縮。所用CaO有2%材料保留於80微米篩目上，此表明CaO粒子大於水泥粒子。此將使難看的CaO粒子可見。在較小水泥粒子尺寸下，較細組合物反應性過高，使其無法使用。
過去的三十多年已實踐使用以不同聚合二醇為主之SRA來降低許多混凝土結構收縮開裂之危險性。所認可的SRA之作用機制為在置放、壓實、修整及固化後，當多餘水開始自混凝土表面蒸發時，在混凝土水泥糊之毛細管或孔隙內產生空氣/水界面或「彎液面(meniscus)」。由於水具有
極高表面張力，故此導致應力施加於已形成彎液面之毛細管或孔隙內壁上。此應力呈傾向於使毛細管或孔隙閉合之內向拉力形式。因而減小毛細管體積，使聚集體周圍之水泥糊收縮，從而使體積整體減小。因此，咸信SRA藉由干擾毛細管或孔隙內空氣/水界面之表面化學，降低表面張力效應且因而在水自混凝土內水蒸時減少收縮來起作用。亦已由他人報導SRA可能減輕塑膠及自生體積變化。SRA相對昂貴，故其在該領域中之用量以水泥黏結劑濃度計一般等於或低於2%之量。較高濃度僅提供略微較小之收縮，並未證明較高成本是正確的，且常常導致不可接受的過度延遲(混凝土硬化及顯現強度的時間增加)。效能幾乎線性地增加至2%，但在苛刻的情況下，低添加速率並不能充分地使收縮減少以防止開裂。除所列舉之專利以外，文獻資料中存在若干關於SRA在膠結系統中減少收縮之有效性的文章。Sant,G.等人，International RILEM Conference on Use of Superabsorbent Polymers and Other New Additives in Concrete,2010年8月15至18日給出了良好概述。
Jensen,O.及Hansen,P.F.,Cement and Concrete Research，第31卷，第4期(2001)，第647頁；Igarashi,S.等人，International RILEM Conference on Use of Superabsorbent Polymers and Other New Additives in Concrete,2010年8月15至18日；Ribero,A.等人，International RILEM Conference on Use of Superabsorbent Polymers and Other New Additives in Concrete,2010年8月15至18日；及Craeye,B.等人，Construction and Building Materials,25(2011)，第1頁代表許多關於超吸收性聚合物(「SAP」)在用於混凝土調配物中時之效能的參考文獻中之若干者。此等文章顯示SAP在低水：水泥比率下可有效控制膠結材料之內部乾化，亦即減少自生收縮。此等SAP材料非常昂貴(與其他混凝土添加劑相比)且當依先前發現有效之量使用時成本過高。所提及之SAP以不同聚丙烯酸及聚丙烯醯胺單聚物或共聚物為主。其他已知SAP以各種纖維素、以纖維為主之材料、澱粉、聚丙烯腈、聚乙烯醇、羧甲基纖維素及異丁烯順丁烯二酸酐為主。
SAP提供額外水以平衡因膠結組分水合所損失的水，其由於此等材料滲透率低而不能由外部水替代。在較高水含量下，對額外水的需要較小且此等材料可能使基體脫水。另外，其不能提供足夠的水以在較高滲透率下補償濕氣損失。
已揭示一種使減少收縮之摻合物(「SRA」)與作為膨脹添加劑之輕度煅燒及反應性氧化鎂摻混，連同使用不同超吸收性聚合物來改良許多類型之以波特蘭水泥為主之混凝土及砂漿的新穎及協同方法。當需要減水性質時，亦發現超塑化劑為有用的。MgO反應性小於CaO且因此可以較小粒徑使用而不會不利地影響早期凝固或外觀。另外，當將SAP添加至MgO及SRA之組合中時，發現非預期的協同作用。當MgO含量以膠結材料質量計等於或小於3%且SRA以
所存在之膠結材料質量計小於1.5%時，組合之協同作用產生良好收縮效能。此可降低會導致開裂之膨脹應力的危險性且降低2%或2%以上之較高SRA劑量的成本，而且降低摻合物在較高SRA劑量下之強度。
已知液體可吸附於細粒上而得到自由流動的乾粉。在應用時，需要可產生以膠結材料質量計膠結摻合物中約6% MgO之最大劑量及約0.5%至2%之SRA範圍的SRA與MgO之比率。此需要MgO之SRA百分比為約10%至30%。MgO具有約18 μm之平均粒徑，使其與一些較粗水泥相似。水泥不能吸收超過3-5%之SRA且仍為可流動的粉末且局部不像液體。美國專利6,648,962顯示水合水泥可被粉碎且充當SRA之載體。但是，此為在商業上成本較高之途徑，且與MgO不同，其不提供關於收縮/裂痕減少之協同作用。其他具有高表面積之材料(諸如矽石煙或偏高嶺土)可吸收SRA，但抵銷掉SRA之一些益處，且該等組合會顯著降低砂漿或混凝土之可加工性。矽石煙之另一缺點在於其使砂漿或混凝土變黑，此不利地影響砂漿或混凝土之外觀。可能使用膨脹水泥，但其通常需要約12%水泥之劑量且相比於此處使用之MgO需要實質上更多之加工及成本來生產。CaO可能起作用，但在為防止快速膨脹及熱產生所需之粒徑範圍內，淺色粒子在砂漿或混凝土表面上非常明顯。
在本發明中，MgO與液體SRA之新穎組合產生穩定流動的粉末，其允許在無需SRA之液體分配器的情況下一起施
用MgO與SRA。針對膠結系統效能以及產物穩定性，確定最佳比率。
除非另外指明，否則本文所述之組分的所有份數及百分比均以質量計。術語「s/s」意指以水硬水泥或膠結黏結劑之質量計，固體添加劑之質量。
本發明之實施例包括MgO與SRA之組合，諸如呈液體形式，用於產生穩定流動的粉末，其允許在無需SRA之液體分配器的情況下一起施用MgO與SRA。針對本發明之膠結摻合物之實施例的效能以及產物穩定性，確定最佳比率。如先前所概述，根據本發明用於減少收縮裂痕之例示性摻合物包含：(i)輕度煅燒MgO膨脹粉末；及(ii)減少收縮之摻合物(「SRA」)。較佳組合物可進一步包含(iii)超吸收性聚合物(「SAP」)。
用於減少收縮裂痕之例示性摻合物可以乾粉形式或乾粉與濕潤形式之組合形式引入習知灌漿、砂漿及混凝土中以便減少硬化後之收縮及收縮誘發之開裂。
添加(i)MgO及(ii)SRA(其在室溫下通常為液體)之較佳方式為使SRA混入MgO中得到乾粉。該種混合物之例示性範圍(以質量計)為相對於MgO之量有7%至25% SRA。更佳範圍將為相對於MgO之量有17.5%至25% SRA之範圍。
添加(iii)SAP至(i)MgO及(ii)SRA中提供進一步的改良。SAP之例示性範圍為MgO之量的0%至7%。在水：膠結材料之比率小於或等於0.38的情況下，更佳範圍為MgO
之0.1%至12%。
SAP組分(iii)可單獨以乾燥形式添加，或摻混至(i)MgO中，或更佳為摻混至(i)MgO及(ii)SRA乾粉之混合物中。
SAP亦可藉由例如使其與SRA組合而得到凝膠型乾燥添加劑或液體來添加。
例示性(i)MgO係藉由加熱碳酸鎂至在約750℃至1200℃範圍內之溫度來製得。例示性(i)MgO之平均粒徑在約10微米至20微米範圍內。該尺寸範圍傾向於使對於摻合物可加工性之不利影響減至最小，同時仍具有大表面積。
適用於本發明實施例中之例示性(ii)SRA包括諸如美國專利第5,556,460號、第5,618,344號、第5,779,788號、第5,603,760號、第5,622,558號及第6,277,191號中所揭示之SRA。較佳SRA為由通式HOBOH表示之烷二醇，其中B表示C3-C12伸烷基，較佳為C5-C8伸烷基。該等二醇之實例為1,6-己二醇、1,5-戊二醇、1,4-戊二醇、2-甲基-2,4-戊二醇及其類似物。作為另一實例，例示性SRA可為二醇，諸如由下式表示之二級及/或三級二羥基C3-C8烷烴：
其中各R獨立地表示氫原子或C1-C2烷基，各R'表示C1-C2烷基，且n表示整數1或2。在以二醇為主之SRA中，最佳為2-甲基-2,4-戊二醇，其有時稱為「己二醇」(「HG」)。
咸信烷二醇適於在本發明之實施例中使用且可包括例如由式HO(AO)xH表示之縮合烷二醇，其中A表示伸丙基且更佳為伸乙基或亞甲基；O表示氧原子且x為在約1至10範圍內之整數，其限制條件為該二醇可溶於水。特定二醇分子中之AO基團可皆為相同或不同的。該等二醇之實例包括二乙二醇、二丙二醇、三丙二醇、二(氧化乙烯)二(氧化丙烯)二醇以及聚(氧伸烷基)二醇。該等聚氧伸烷基二醇之AO基團可具有單一伸烷基或伸烷基之混合物，其為嵌段或無規則構型。
可用於本發明實施例中之SAP(iii)的實例可為纖維素、以纖維為主之材料、澱粉、聚丙烯腈、聚乙烯醇、羧甲基纖維素、異丁烯順丁烯二酸酐、聚丙烯酸、聚丙烯醯胺，其單獨使用或以共聚物或三元聚合物形式使用。SAP(iii)可為固體或液體或乳液之一部分。較佳SAP(iii)可為用鉀、鎂或其他鹼土金屬中和之交聯丙烯酸-丙烯醯胺共聚物。當呈固體形式時，SAP之較佳粒徑可在約75 μm至2000 μm之範圍內。
當MgO(i)及SRA(ii)為經組合之固體形式時，SAP(iii)之較佳形式為呈固體形式。
本發明之摻合物組合之實施例使膠結基體收縮減少。包括排斥水及濕氣進入之添加劑的膠結基體亦為如此。
以水泥摻合物質量計，例示性添加物如下：
以水泥摻合物質量計，當水：膠結材料之比率等於或低於例如0.38時，例示性添加物如下：
可用於本發明實施例中之例示性拒水添加劑包括硬脂酸鈣或油酸鈣或硬脂酸丁酯或油酸丁酯、聚合物硬脂酸鹽、甲基聚矽氧鉀及有機矽烷衍生物。在本發明之例示性實施例中，水與黏結劑(膠結材料)之比率宜在約0.20至0.65之範圍內。所有組分在較低比率下有助於抵銷收縮，且在較高比率下不會超過在砂漿濕氣暴露28天內超過0.1%之有害膨脹或濕氣誘發之混凝土膨脹的0.04%。
其他膨脹產物可與MgO一起使用。較佳材料為CaO、矽酸鈣及矽酸鎂。
本發明實施例之例示性用途包括用於建築中所用之灌漿、砂漿及混凝土，最佳用於鋼骨結構混凝土(steel reinforced structural concrete)。
本發明實施例之例示性用途包括作為添加劑用於預拌混
凝土、在現場使用期間添加之混凝土摻合物、預封裝之混凝土修補砂漿；及用於灌漿及砂漿中，以摻合物形式被預混合或添加。
本發明實施例之其他例示性用途包括用於含有乳膠之灌漿、砂漿及混凝土中以改良黏結或降低滲透性。
當存在乳膠時，可用於本發明實施例中之可流動的乾燥粉末的例示性用途包括作為添加劑用於預拌混凝土及預封裝之混凝土修補砂漿；及用於灌漿及砂漿中，以摻合物形式被預混合或添加。
本發明實施例之另一例示性用途包括用於降低或消除使用所調配之水泥及混凝土調配物製得的膠結產物之自生變形性質。
本發明實施例之例示性應用包括使用摻合物使控制縫(control joint)之間的距離增加達到縫間正常距離之2至3倍。
本發明實施例之另一例示性使用包括使用具有減水及超塑化摻合物之摻合物。例示性減水劑及超塑化劑包括改性木質素磺酸鹽、聚羧酸酯衍生物、磺化三聚氰胺-甲醛縮合物及磺化萘-甲醛縮合物。
利用本發明實施例之例示性產物包括可流動的乾燥MgO(i)及SRA(ii)產物，該例示性產物穩定且可作為添加劑用於灌漿、砂漿或混凝土混合物，或添加至預封裝的調配產物中。可流動的乾燥MgO及SRA之例示性有效範圍為以MgO之質量計約7%至30% SRA。可流動的乾燥MgO及
SRA之更佳範圍為以MgO之質量計13%至25% SRA。可流動的乾燥MgO及SRA之最佳範圍為以MgO之質量計17.5%至25% SRA。
本發明之例示性乾粉包括MgO及SRA之流動組合，以MgO含量計，其中混合0質量%至7質量%之乾燥SAP。以MgO含量計，向水：膠結材料之比率小於或等於0.38%之例示性乾粉中添加2質量%至7質量%之乾燥SAP。
獨立使用MgO或SRA來展示用本發明之實施例來解決的缺陷。
表1展示含有MgO、膨脹水泥(EC)或減少收縮之摻合物(SRA)之混合物的混凝土混合物比例以及塑性混凝土性質。圖1及圖2展示根據ASTM C 157之程序獲知的水：膠結材料之比率為0.35(w/cm)及0.5 w/cm之混凝土在短暫水固化隨後風乾之期間的收縮行為。圖3及圖4展示0.35 w/cm及0.5 w/cm混凝土在恆定濕度條件下之膨脹。
ASTM C 1551環測試結果展示於表2中。在0.5 w/cm下由6% MgO含量獲得良好效能(90天無開裂)，但在0.35 w/cm下為了達到90天無開裂需要9% MgO。
該測試結果展示當超出本發明實施例的範圍使用時，使用MgO不能安全地控制乾燥收縮。MgO可非常有效地減少乾燥收縮，因為MgO在膠結材料中反應時膨脹。然而，超
出6%之MgO含量可能如圖3及圖4中超出0.04%之膨脹值所展示，因膨脹引起開裂。雖然在密封系統中需要在一天內超出0.04%之早期膨脹以防止產生大空隙，但在暴露於濕潤環境中之混凝土或砂漿中若在1天後出現該膨脹度，則會導致開裂。在可能產生較小最終膨脹的MgO含量下，當持續暴露於外部濕潤環境時，乾燥收縮效能降低。因此，在較低MgO添加量下改良效能之方法較佳。
測試本發明之摻合物。進行該測試以展示MgO在SRA組合存在及不存在之情況下的效能。所用基礎砂漿配方為在如先前混凝土測試中所用兩個w/cm之中間w/cm=0.43下，單獨使用MgO。該實驗結果如下：
表3給出單獨添加MgO與SRA及組合MgO與SRA之砂漿混合物設計。圖5展示濕固化一週且隨後風乾之ASTM C 157收縮結果，圖6展示僅固化一天且隨後風乾(最嚴格的乾燥條件)之收縮結果。
資料展示在所用劑量下單獨使用MgO幾乎沒有改良乾燥收縮，但在本發明之實施例中，膠結材料中組合有MgO及僅1% SRA之摻合物給出幾乎與2% SRA(以水泥質量計)相同的效能。此為明顯出乎意外的協同作用。
SAP材料可用於減少收縮裂痕。評估兩種SAP材料。結果如下：表4使用與表3中相同之MgO砂漿，代替SRA測試兩種不同SAP材料。圖7及圖8給出濕固化及風乾與單獨風乾之乾燥收縮結果。與SRA不同，SAP對收縮效能不具有明顯的正效應。
在由三種添加劑自身得到基本資料之後，進行一項實驗以測定用於本發明實施例之MgO、SRA及SAP之組合是否可顯示協同效應。因此，進行組合測試，結果如下：
表5展示根據本發明之實施例，以MgO/SRA/SAP之組合製成之其他混合物。圖9及圖10展示在先濕固化後乾燥的條件下及在無濕固化之乾燥條件下，組合系統對比僅MgO之收縮資料。在此等情況下比較資料與其他圖，發現SAP存在之益處，此不能基於圖7及圖8中之資料而預料到。
圖11展示如根據ASTM C 1698所量測，具有MgO/SAP組合可有益於減少自生收縮。如圖12所示，用MgO/SRA/SAP
之本發明組合可進一步改良效能。
實例2至5之結果顯示當MgO與SRA組合使用且MgO、SRA及SAP組合使用時之所需協同效應，尤其在減少自生收縮方面，此為本發明之益處。此等結果表明當使用本發明之摻合物的實施例時，建築師及工程師也許能夠經濟地減少收縮開裂、自生收縮及長期混凝土開裂之發生率。此等改良之效能亦將能夠使建築控制縫自先前規定之距離擴大至達到相隔距離的2或3倍，獲得減少收縮開裂之觀測結果。
收縮控制材料之該協同組合可用於減少裂痕之目的及用作輔助膠結材料兩者。然而，為使本發明之材料易於添加，在商業上需要單一產物。因漿液產物難以保存，故尋求乾燥產物方法。
為了證明根據本發明添加MgO優於相似粒徑之水泥及飛灰的優勢，進行實驗以測定在哪一點時具有乾燥組分MgO、水泥或飛灰之粉末及SRA之液體添加顯示明顯結塊及摻混材料之堆積行為對於儲存於袋中處於負載下之材料可能達何種程度。發現水泥及SRA存在中等結塊，且該粉末經水泥之4.6質量%之SRA略微濕潤。甚至在水泥之2.8% SRA的低劑量下出現小結塊，以水泥之1.8% SRA為最高劑量，此時為良好乾粉。此表明所有水泥應經處理，其將用於減少乾燥收縮。自混合觀點來看，此並不切實可行，且對於特種水泥將會需要較大空間。同樣，飛灰及SRA之粉
末僅可達到相似的飛灰之1.8% SRA劑量而無結塊，故不能以足夠高的數量添加來良好地減少收縮。
堆積測試結果展示於圖13至圖20中。此等測試由以下組成：將水泥及SRA、飛灰及SRA、或MgO及SRA之粉末摻混物密封於塑膠袋中，且隨後對該等塑膠袋施加一重量以模擬產物於集裝架或架子上之典型儲存條件。將飛灰及水泥及SRA粉末依最高SRA添加量放入塑膠袋中，此時存在輕度結塊。參照圖13至圖15，注意到存在開裂之泥漿狀外觀，此表明SRA超出由水泥及飛灰樣本之材料所吸收之量。相比之下，僅極高百分比之SRA+MgO展示僅輕微的開裂。另外，MgO/SRA摻混物為白色，此有益於若干建築學應用。
表6展示置放於約6.3 mm直徑之培養皿中有約2 mm粉末
暴露於空氣中之5至6 g粉末在72小時內的蒸發資料。MgO/SRA樣本增加少量質量(通常不到2%)，而水泥/SRA及飛灰/SRA樣品損失質量。質量增加很可能歸因於由於較大面積樣品暴露而與空氣中之濕氣發生的一些微小反應，且顯示SRA不存在損失。相比之下，水泥及飛灰粉末兩者均損失質量。具有足以逸出之揮發性的唯一組分為SRA。在水泥狀況下將損失質量表明與水泥由表面水化增加水質量相比其損失較多SRA，且飛灰將以較高速率損失SRA(超過2%之質量)。水泥及飛灰摻混物之較低添加量意指SRA之實際損失甚至大得多，數量超過添加至飛灰或水泥中之SRA初始量的30%，在最佳情況下觀察到結塊。因此，除了在水泥及飛灰載體可提供之SRA的量方面不切實際之外，除非密封非常緊密，否則水泥及飛灰載體將可能迅速損失大量SRA。根據本發明實施例之乾粉資料與SRA吸收至較大表面孔隙度之MgO中一致，此除能夠實現SRA之較高添加速率之外，還使粉末更穩定。在實際密封儲存袋中，質量增加將極其微小，因為粉末暴露於空氣之可能性將微乎其微。
乾燥收縮率隨著水：膠結材料之比率減小而降低，故本發明實施例之較佳使用包括超塑化劑及減水劑。此外，使用本發明實施例製造高效能混凝土應較佳使用超塑化劑。
表7提供需要低收縮效能之典型結構混凝土的例示性混凝土混合物設計及效能資料。資料展示根據本發明實施例
之粉末當用作水泥替代物時，具有非常接近於使用相同摻合物劑量之對照混合物的塑膠混凝土性質，例外之處為空氣夾帶劑之量較大，其仍然依低速率添加。早期強度略微降低，但在第7天時均超過5000 psi，且此代表著28天最小強度要求。該效能與火山灰效能一致，未提供優勢或不利於收縮。
圖21至圖22展示用膠帶密封或用市售非水性混凝土固化化合物密封之樣本的乾燥收縮率。當用鋁帶密封樣品時，對照物及兩種本發明之粉末添加物具有較小收縮率。此將為預料之中的事，因為鋁帶能較好地防止水分損失或濕氣進入。然而，本發明實施例之MgO/SRA粉末(以膠結材料計，在6% MgO及1.09% SRA下，MgO與SRA之比率為5.5至1.0)當用固化化合物密封時，在第7天時與其用膠帶密封之對應物相比，膨脹約2.5倍。因為固化化合物密封劑在該領域中非常常見，因此此為一項重大改良。此外，膨脹變得穩定且略微減小，此為避免可能因膨脹而開裂的理想行為。
圖22中關於固化化合物之資料展示使用MgO/SRA組合的本發明實施例之收縮減少百分比超過75%。為達到超過對照樣品之此早期收縮減少程度，通常需要超過1.5%(以水泥質量計)之SRA。此處實例在低於0.7%之SRA含量下實現此早期收縮減少程度，且在較高的1% SRA含量下，在無水固化的情況下仍展示早期膨脹。此方法相比於僅使用SRA成本較低，且在滿足空氣夾帶要求時減少潛在問題。用MgO部分替代水泥可降低混凝土之碳足跡(carbon footprint)，使用具有在效能上減少裂紋誘發之持久性降低之可能性的本發明之實施例亦可降低混凝土之碳足跡。
圖23展示在乾燥收縮開始之前已濕固化7天之混凝土的乾燥收縮結果。即使使用MgO/SRA樣本之本發明實施例在濕固化下不包括發生較大膨脹，但MgO/SRA樣本之乾燥收縮仍有明顯減少。在實際暴露條件下，初始膨脹將減小早期拉伸應力，因此益處大於所展示的益處。
對修補應用中所用者中的典型砂漿進行額外測試。表8提供在兩種不同劑量率下具有及不具有以5.5：1之比率使用MgO/SRA粉末之本發明實施例的立面及頂面修補砂漿之砂漿資料。表9提供具有及不具有類似劑量之以5.5：1之比率使用MgO/SRA粉末之本發明實施例的乳膠砂漿之資料。
表9 具有及不具有質量比為5.5：1之MgO/SRA的ASTM C 1439 10%乾燥乳膠砂漿(具有消泡劑)之砂漿性質。水泥比砂子為1比2.75且w/cm=0.457。
除表8及表9中之普通砂漿性質之外，測定收縮性質，因為收縮性質為在限制條件下影響砂漿開裂的主要性質之一。乾燥收縮最重要，因為此等砂漿常在限制條件下使用，其中此等砂漿將經受乾燥。然而，由於具有膨脹組分，展示在14天內膨脹率將小於0.1%之資料有益於表明不可能由於內部膨脹而開裂。在例示性測試中，選擇0.1%值作為有關易受膨脹反應影響之聚集體的砂漿測試中之膨脹上限值。
圖24展示頂面及立面修補砂漿在水中之膨脹及在空氣中之收縮兩者。根據本發明實施例製得之砂漿展示膨脹程度大於對照物，但在臨界值以下，歸因於膨脹之開裂成為潛在問題。根據本發明實施例製得之兩種砂漿的乾燥收縮率實質上得以降低。此將使此等砂漿更具抗裂性。
圖25展示ASTM C 1439砂漿系列在水中之膨脹及在空氣中之收縮兩者。本發明實施例之砂漿如所預料般展示在水中有較大程度的膨脹，但仍低於臨界膨脹極限。使用本發明實施例之砂漿實質上降低乾燥收縮率，且此亦將使其更具抗裂性。
為得到根據本發明實施例獲得之低乾燥收縮值，吾人可能需要相當較高之劑量的單獨MgO或SRA(高於組合使用時
的1.5至2倍)。在MgO情況下，在濕潤條件下之膨脹可能在一些情況下過甚，而僅SRA代價相當昂貴且可能對若干混凝土性質(諸如強度、凝固時間及空氣夾帶)具有負面效應。
在樑測試中經改良之收縮抗性使受限收縮環測試ASTM C 1551中之開裂時間大大增加。表10展示頂面及立面修補砂漿混合物以及C 1439砂漿之開裂時間及在開裂時之應變。顯然，體現本發明之砂漿遠遠優於對照砂漿。測定C 1439砂漿系列之平均應力。
在添加MgO/SRA粉末的情況下，在應力發展上實質上減小。C 1439砂漿在第15天開裂，此非常接近於測試方法將
基於27 psi/天之平均應力率預期其失效時的狀況，可認為其具有中等開裂可能性。少量添加MgO/SRA之本發明在該點具有12 psi/天之應力率，此使其處於較低開裂可能性範圍內。根據本發明添加較多MgO/SRA具有6.4 psi/天之極低應力率。此砂漿之開裂可能性極低。
圖1為展示在0.35 w/cm下混合物之乾燥收縮資料的圖。
圖2為展示在0.50 w/cm下混合物之乾燥收縮率的圖。
圖3為展示在0.35 w/cm下混合物之濕脹率的圖。
圖4為展示在0.50 w/cm下混合物之濕脹率的圖。
圖5為展示表3中之砂漿之濕固化乾燥收縮率的圖。
圖6為展示表3中之砂漿之乾燥收縮率的圖。
圖7為展示表4中之砂漿之濕固化乾燥收縮率的圖。
圖8為展示表4中之砂漿之乾燥收縮率的圖。
圖9為展示表5中之砂漿之濕固化乾燥收縮率的圖。
圖10為展示表5中之砂漿之乾燥收縮率的圖。
圖11為展示表4中之砂漿之自生收縮率的圖。
圖12為展示表5中之砂漿之自生收縮率的圖。
圖13說明與SRA摻混之飛灰的粉末。
圖14說明SRA與水泥一起之粉末。
圖15說明SRA與水泥一起之粉末，其展示在較高SRA含量下有明顯泥漿狀的裂痕圖案。
圖16說明在高SRA含量下僅具有微小裂痕圖案之MgO粉末。
圖17說明在高SRA含量下且無裂痕圖案之MgO粉末。
圖18說明具有中等SRA含量且無開裂之MgO粉末。
圖19說明具有低SRA含量且無開裂之MgO粉末。
圖20說明MgO與SRA一起之粉末，其展示無開裂圖案。
圖21為展示以膠帶密封之混凝土樣本之乾燥收縮率的圖。
圖22為展示以一種固化化合物密封之混凝土樣本之乾燥收縮率的圖。
圖23為展示已濕固化7天之混凝土樣本之乾燥收縮率的圖。
圖24為展示頂面及立面修補砂漿在風乾下及在持續浸沒於水中下之收縮率的圖，用正數表明膨脹。
圖25為展示在根據ASTM C 1439之混合物比例下，膠乳改性砂漿在風乾下及在持續浸沒於水中下之收縮率的圖，用正數表明膨脹。
Claims (26)
- 一種摻合物，其包含：低溫煅燒的反應性氧化鎂；減少收縮之摻合物；及超吸收性聚合物。
- 如請求項1之摻合物，其中該低溫煅燒的反應性氧化鎂包含在範圍介於約750℃至約1,200℃之溫度下煅燒的氧化鎂。
- 如請求項1之摻合物，其中該氧化鎂之平均粒徑在約10微米至約20微米範圍內。
- 如請求項1之摻合物，其中該減少收縮之摻合物包括聚二醇。
- 如請求項1之摻合物，其中該減少收縮之摻合物包括聚丙烯及聚乙二醇中之一者及二醇醚衍生物。
- 如請求項1之摻合物，其進一步包含早期乾化添加劑，包括硬脂酸鈣、硬脂酸丁酯、聚合物硬脂酸鹽、甲基聚矽氧鉀(potassium methyl siliconate)及有機聚矽氧衍生物中之一或多者。
- 如請求項1之摻合物，其中該超吸收性聚合物包括以下一或多者：纖維素、以纖維為主之材料、澱粉、聚丙烯腈、聚乙烯醇、羧甲基纖維素、異丁烯順丁烯二酸酐、聚丙烯酸及聚丙烯醯胺，其單獨使用或以共聚物或三元聚合物形式使用。
- 如請求項1之摻合物，其中該超吸收性聚合物包括用 鉀、鎂或其他鹼土金屬中和之交聯丙烯酸-丙烯醯胺共聚物中之一或多者。
- 如請求項1之摻合物，其水：水泥黏結劑之比率在約0.20至約0.65之間。
- 如請求項1之摻合物，其中該超吸收性聚合物包含粉末及液體中之一者。
- 如請求項1之摻合物，其中該超吸收性聚合物包括具有在約75 μm至約2000 μm範圍內變化之粒徑的粒子。
- 如請求項1之摻合物，其進一步包含氧化鈣、矽酸鈣、矽酸鎂中之一或多者以增強複合膨脹性質。
- 如請求項1之摻合物，其進一步包含聚羧酸酯衍生物、磺化三聚氰胺-甲醛縮合物、磺化萘-甲醛縮合物及改性木質素磺酸鹽中之一或多者。
- 一種可流動的乾燥粉末，其包含氧化鎂，該氧化鎂包括在範圍介於約750℃至約1,200℃之溫度下煅燒的輕度煅燒材料；及減少收縮之摻合物及SRA。
- 如請求項14之可流動的乾燥粉末，其中該等減少收縮之摻合物包括聚二醇。
- 如請求項15之可流動的乾燥粉末，其中該等減少收縮之摻合物包括聚丙烯及聚乙二醇及二醇醚衍生物，加有或無有機聚矽氧衍生物。
- 如請求項16之可流動的乾燥粉末，其中該等減少收縮之摻合物進一步包括超吸收性聚合物。
- 如請求項17之可流動的乾燥粉末，其中該等超吸收性聚 合物包括以下一或多者：各種纖維素、以纖維為主之材料、澱粉、聚丙烯腈、聚乙烯醇、羧甲基纖維素、異丁烯順丁烯二酸酐、聚丙烯酸及聚丙烯醯胺，其單獨使用或以共聚物或三元聚合物形式使用。
- 如請求項18之可流動的乾燥粉末，其中該等超吸收性聚合物包含用鉀、鎂或其他鹼土金屬中和之交聯丙烯酸-丙烯醯胺共聚物中之一或多者。
- 如請求項1之摻合物，其以該氧化鎂質量計，包括在約7%至約30%範圍內之減少收縮之摻合物。
- 如請求項1之摻合物，其以該氧化鎂質量計，包括在約13%至約25% SRA範圍內之減少收縮之摻合物。
- 如請求項1之摻合物，其以該氧化鎂質量計，包括在約17.5%至約25% SRA範圍內之減少收縮之摻合物。
- 如請求項1之摻合物，其以氧化鎂質量計，包括在約0%至約7%範圍內之減少收縮之摻合物。
- 如請求項1之摻合物，其水：膠結材料之比率小於或等於約0.38，且以氧化鎂質量計，包含約0.1%至12%之乾燥的超吸收性聚合物。
- 如請求項1之摻合物，其進一步包含水硬水泥，且其中以所存在之該等膠結材料計，包括：約3%至約7.5%之氧化鎂；約0.5%至約2%之減少收縮之摻合物；及約0%至約0.4%之超吸收性聚合物。
- 如請求項25之摻合物，其中以所存在之該等膠結材料 計，包括約3.75%至約6%之氧化鎂；約0.5%至約1.75%之減少收縮之摻合物；及約0%至約0.2%之超吸收性聚合物。
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