TW201808858A - 水泥砂漿產品的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露一種水泥砂漿產品的製造方法。該製造方法包括以下步驟：形成一水硬性組成物，其包括一實質上為40至65重量百分比之矽酸鹽水泥，及一實質上為10.5至36重量百分比之硫鋁酸鈣鹽水泥；加入一拌合液體至水硬性組成物，水硬性組成物的含量實質上為75至85重量百分比，拌合液體的含量實質上為15至25重量百分比，且拌合液體包括一水及一減水劑；混合拌合液體及水硬性組成物，並形成一水泥砂漿，水泥砂漿的流度為200至280mm；水泥砂漿注入至一模具；靜置一預定時間，並形成一水泥砂漿產品；以及取出水泥砂漿產品。
Description
本發明係關於一種水泥砂漿產品，特別是關於一種水泥砂漿產品的製造方法。
水泥砂漿(cement mortar)，是指由水泥、細骨材(粒徑小於4.75mm)和水，以及根據需要而加入的石灰、添加劑混合而成的砂漿；而用粗骨材(粒徑大於4.75mm)的則是混凝土，兩者並不相同。其中，水泥的種類繁多，且依據不同的種類，應用在不同的位置或執行不同的功能。舉例而言，氧氯水泥係由氧化鎂及氯化鎂所製成，其常用於粉飾外牆或地板；含硫水泥的黏著性較強，故常用於作為高溫的塗層、或用於密封縫隙或接合處；高鋁水泥則含有高比例的氧化鋁，而可用於需快速定型水泥砂漿產品。
在不同品種的水泥中，又可依據膠結強度的不同，分為不同的強度等級，而不同的水泥品種及強度等級，其性能上也有很大的差異。又，膠結的速度，亦會影響應用的產品。因此，依據產品的特性，選擇適合的水泥品種及強度是相當重要的。
目前對於水泥砂漿產品的應用上，主要在於建築領域上，或是應用在雕塑藝術品上。然而，水泥砂漿產品的應用仍未見於其他領域的應用，如小型的文創產品。一般而言，文創產品係指具有文化或創意的產品，於此係指以水泥砂漿製成的創意產品，其可例如文具、或戒指、手錶等裝飾配件，當然亦無對應之適用的水泥種類、強度或膠結速度等資訊。
有鑒於上述課題，本發明提供一種水泥砂漿產品的製造方
法，其先藉由添加預定比例之矽酸鹽水泥及硫鋁酸鈣鹽水泥以形成一水硬性組成物，且水硬性組成物與預定比例的拌合液體混合，以形成可應用在小型文創產品的水泥砂漿產品。
為達上述目的，依據本發明的一種水泥砂漿產品的製造方法，包括以下步驟：形成一水硬性組成物，其包括一實質上為40至65重量百分比之矽酸鹽水泥，及一實質上為10.5至36重量百分比之硫鋁酸鈣鹽水泥；加入一拌合液體至水硬性組成物，水硬性組成物的含量實質上為75至85重量百分比，拌合液體的含量實質上為15至25重量百分比，且拌合液體包括一水及一減水劑；混合拌合液體及水硬性組成物，並形成一水泥砂漿，水泥砂漿的流度為實質上為200至280mm；水泥砂漿注入至一模具；靜置一預定時間，並形成一水泥砂漿產品；以及取出水泥砂漿產品。
在一實施例中，其中水泥砂漿產品的製造方法，更包括將水泥砂漿產品浸泡於一硬化劑。
在一實施例中，水泥砂漿產品的製造方法，更包括噴塗一封閉劑於水泥砂漿產品。
在一實施例中，水泥砂漿產品的製造方法，更包括塗佈一防護劑於水泥砂漿產品。
在一實施例中，水硬性組成物更包括一實質上為2.5至3.5重量百分比之爐石粉，及實質上為0.75至1.5重量百分比之矽灰粉。
在一實施例中，水硬性組成物更包括一實質上為0.75至6重量百分比之調色粉。
在一實施例中，拌合液體之水的含量實質上為80至90重量百分比，及減水劑的含量實質上為10至20重量百分比。
在一實施例中，水硬性組成物更包括實質上為14至42重量百分比之二氧化矽(SiO2)。
在一實施例中，矽酸鹽水泥的成分包括實質上為61至67重量百分比之氧化鈣(CaO)、實質上為19至23重量百分比之二氧化矽(SiO2)、實質上為2.5至6重量百分比之三氧化二鋁(Al2O3)、及實質上為1.5至4.5重量百分比之硫(S)。
在一實施例中，矽酸鹽水泥的成分更包括實質上0.1至6重量百分比之三氧化二鐵(Fe2O3)。
承上所述，依據本發明之依據本發明之水泥砂漿產品的製造方法，其先藉由混合40至65重量百分比之矽酸鹽水泥及10.5至36重量百分比之硫鋁酸鈣鹽水泥以形成水硬性組成物。又，以75至85重量百分比的水硬性組成物與15至25重量百分比的拌合液體混合後，可形成水泥砂漿，並將水泥砂漿注入模具及靜置一預定時間後，以形成可應用在小型文創產品的水泥砂漿產品。
1、1a、1b‧‧‧模具
11‧‧‧分模線
12‧‧‧圓柱狀結構
2‧‧‧水泥砂漿產品
S10~S74‧‧‧步驟
圖1為本發明一實施例之水泥砂漿產品的製造方法的流程示意圖。
圖2為圖1所示之步驟S40之模具的示意圖。
圖3為圖2所示之模具的分解示意圖。
圖4為本發明一實施例之水泥砂漿產品的示意圖。
圖5為本發明另一實施例之水泥砂漿產品的製造方法的流程示意圖
以下將參照相關圖式，說明本發明較佳實施例之水泥砂漿產品的製造方法，其中相同的元件、步驟將以相同的參照符號加以說明。
首先，本發明係揭露一種水泥砂漿產品的製造方法，而本實施例之水泥砂漿產品係指以水泥砂漿製成的創意產品，其可例如文具、戒指等裝飾配件、或是手錶、時鐘、膠台等等。
圖1為本發明一實施例之水泥砂漿產品的製造方法的流程示意圖，請參考圖1所示。本實施例之水泥砂漿產品的製造方法包括以下步驟：形成一水硬性組成物，其包括一實質上為40至65重量百分比之矽酸鹽水泥，及一實質上為10.5至36重量百分比之硫鋁酸鈣鹽水泥(步驟S10)；加入一拌合液體至水硬性組成物，水硬性組成物的含量實質上為75至85重量百分比，拌合液體的含量實質上為15至25重量百分比，且拌合液體包括一水及一減水劑(步驟S20)；混合拌合液體及水硬性組成物，並
形成一水泥砂漿(步驟S30)；水泥砂漿注入至一模具(步驟S40)；靜置一預定時間，並形成一水泥砂漿產品(步驟S50)；以及取出水泥砂漿產品(步驟S60)。
在步驟S10中，係先混合不同預定比例的矽酸鹽水泥(silicate cement)及硫鋁酸鈣鹽水泥(calcium sulfoaluminate cement)，以形成水硬性組成物(hydraulic composition)。換言之，本實施例之水硬性組成物係由預定比例的矽酸鹽水泥及硫鋁酸鈣鹽水泥所組成。一般而言，水泥砂漿依據其膠結性質的不同可分為水硬性水泥、非水硬性水泥。而本實施例之水泥砂漿產品係屬水硬性水泥，而水硬性(hydraulic)水泥係指會在水中凝結及硬固的水泥砂漿材料，例如矽酸鹽水泥(silicate cement)、脹性水泥、輸氣水泥、及鐵礦水泥等。相對地，非水硬性水泥則不需要水即可形成固體，例如石膏及石灰。
於步驟S10，係混合不同預定比例的矽酸鹽水泥及硫鋁酸鈣鹽水泥，以形成水硬性組成物，其中矽酸鹽水泥的含量實質上介於40至65重量百分比之間，硫鋁酸鈣鹽水泥的含量實質上介於10.5至36重量百分比之間，於本實施例中，可以再加入14至42重量百分比之二氧化矽。以下重量百分比皆以%表示。另外，於此所述之實質上，係包含秤量時的誤差，舉例而言，39.9%的矽酸鹽水泥實質上為40%。
本實施例之水硬性組成物即係以水硬性水泥的矽酸鹽水泥以及硫鋁酸鈣鹽水泥為主體。具體而言，矽酸鹽水泥又稱為波特蘭水泥(Portland cement)，於本實施中，所使用矽酸鹽水泥係第一型波特蘭水泥，其係由矽酸鹽水泥熟料(clinker)、0.1%~5%的石灰石或粒化高爐爐渣、以及適量的石膏(經磨細後)所組成。在本實施例中，矽酸鹽水泥的成分包括氧化鈣(CaO)、二氧化矽(SiO2)、三氧化二鋁(Al2O3)及硫(S)，其中，氧化鈣的含量介於61%~67%之間，二氧化矽的含量介於19%~23%之間，三氧化二鋁的含量介於2.5%~6%之間，以及硫的含量介於1.5%~4.5%之間。且較佳的，在一實施例中，矽酸鹽水泥的成分更可包括0.1%~6%的三氧化二鐵(Fe2O3)。
除了矽酸鹽水泥中的二氧化矽之外，本實施例之水硬性組成
物如上所述可更包含更多的二氧化矽，其重量百分比為14%至42%，硫鋁酸鈣鹽水泥及二氧化矽(SiO2)可合稱為快乾水泥，相較於矽酸鹽水泥，其具有固化(乾燥)的時間較快，例如1~2小時內會固化，且固化過程中，早期的強度較強等特性。又，本實施例之快乾水泥係Rapid Set公司的TRU® Self-Leveling水泥，其主要成分含有30%~60%的硫鋁酸鈣鹽水泥，及40~70%的二氧化矽(SiO2)。
在實施上，可依據水泥砂漿產品的種類的不同、或是依據季節的不同，調整矽酸鹽水泥與快乾水泥的比例。舉例而言，用於文具上時，如筆管，矽酸鹽水泥與快乾水泥的比例較佳可以為1：1，故水硬性組成物可以由50%矽酸鹽水泥與50%快乾水泥所組成；矽酸鹽水泥與快乾水泥的比例亦可以為11：9，即55%矽酸鹽水泥與45%快乾水泥所組成。更佳的，水硬性組成物可以由48%矽酸鹽水泥與48%快乾水泥所組成，並摻雜其他的成分，於後進一步說明。而用於裝飾型配件，如戒指，矽酸鹽水泥與快乾水泥的比例較佳可以為17：30，即可以由34%矽酸鹽水泥與60%快乾水泥所組成水硬性組成物，並摻雜其他的成分。另外，亦可依據季節變化的不同調整矽酸鹽水泥與快乾水泥的比例，例如冬天的溫度較低且濕氣較重，水泥砂漿產品的固化(乾燥)速度較慢，可提高調整快乾水泥的比例，並降低矽酸鹽水泥的比例。
在本實施例中，係以製備水泥筆(水泥砂漿產品)的成分為例說明，其於步驟S10中，係取55g的矽酸鹽水泥與45g的快乾水泥，混合後形成100g的水硬性組成物。其中，混合後之水硬性組成物可再經過一道研磨程序，以使粒徑變小，使研磨後的粒徑小於1mm，較佳係小於0.5mm。
在步驟S20中，加入一拌合液體至前述之水硬性組成物。在本實施例中，拌合液體的主要成分為水，並含有減水劑(water-reducing admixture)。具體而言，拌合液體之水的含量實質上介於80%~90%之間，及減水劑的含量實質上介於10%~20%之間，在本實施例中，係以85%的水及15%的減水劑所組成的拌合液體為例說明。另外，本實施例之減水劑係指在水硬性組成物的使用量相同的條件下，能減少拌合用水量的外加劑，於本實施例中，減水劑係使用竹本油脂株式會社的多羧酸系
(Poly-carboxylic acid)的高性能減水劑。而若將水硬性組成物與拌合液體所形成的混合物的總重量百分比視為100%，水硬性組成物占該混合物的含量實質上介於75%~85%之間，而拌合液體占該混合物的含量實質上介於15%~25%之間。較佳的，水硬性組成物的比例可介於80%~85%之間，而拌合液體的比例則可介於15%~20%之間。在本實施例中，係以約83%的水硬性組成物及約17%的拌合液體為例說明。其中，取100g前述之水硬性組成物(固態粉料)，並另取20g的拌合液體(其含有17g的水及3g的減水劑)，接著，在步驟S30中，混合拌合液體及水硬性組成物，並形成一水泥砂漿(cement mortar)。
換言之，於步驟S30，先取前述之100g的水硬性組成物(固態粉料，含55g矽酸鹽水泥與45g快乾水泥)，並將20g的拌合液體(含17g水及3g減水劑)緩緩加入水硬性組成物中，並同時攪拌混合該水硬性組成物及該拌合液體。而約攪拌混合3分鐘後，即可形成水膠比約為20/100的水泥砂漿(cement mortar)。此外，以步驟S30相同成分比例及方式所製得的水泥砂漿，經流度測試，其流度約為200至280mm，其中，較佳的流度為介於230~250mm。而本實施例所稱之水泥砂漿，係指水硬性組成物及拌合液體混合均勻後，而未注入模具前的產物。
接著，於步驟S40，將前述之水泥砂漿注入至一模具。圖2為圖1所示之步驟S40之模具的示意圖，圖3為圖2所示之模具的分解示意圖，請同時搭配圖2及圖3所示。如前述，本實施例之水泥砂漿產品係以水泥筆管為例說明，而對應之模具1如圖2及圖3所示。於步驟S40，係將混合水硬性組成物及拌合液體後所形成的水泥砂漿注入模具1中，而於本發明所屬之技術領域，亦可稱為將水泥砂漿澆置於模具1。在本實施例中，係以將水泥砂漿注入兩件式組合的模具為例，但不以此為限，亦可使用一件式的模具，上方可再加一上蓋。模具1分為外模具1a及內模具1b，外模具1a用於形成水泥筆管的外觀部分，內模具1b用於形成筆管部分。本實施例係先以膠帶黏貼模具1的分模線11處，以固定模具1後，再將水泥砂漿注入外模具1a所構成的圓柱狀結構12中，再插入內模具1b，以形成筆管部分。另外，本實施例之水泥砂漿係由100g的水硬性組成物與20g
的拌合液體所拌合而成，其可用於澆置4個模具1，即可產生4隻水泥筆管。接著，進入步驟S50，靜置一預定時間，以待水泥砂漿固化成型。
在本實施例中，依據前述之水硬性組成物及拌合液體的成分比例所形成之水泥砂漿，在注入模具1後，於室溫下(25℃~29℃)，且濕度為80%~85%時，預定時間約為5小時，亦即靜置5小時後，即可形成本實施例之水泥砂漿產品2(水泥筆管)。當然，不同的水泥砂漿產品2，其大小不同，所使用的水泥砂漿量也會有所不同，進而需些微的調整靜置的預定時間。
待水泥砂漿於模具1內固化成型後，並進入步驟S60，取出水泥砂漿產品2。具體而言，本實施例係先將分模線11處的膠帶拆除，接著，再小心的扳開外模具1a。較佳的，卸除外模具1a後，靜置約1小時，再取出內模具1b，以形成中空的筆管。當然，在其他實施例中，亦可透過頂針或及他輔助元件，以協助步驟S60的脫模步驟。而脫模後所取得的水泥砂漿產品2(水泥筆管)，如圖4所示，圖4為本發明一實施例之水泥砂漿產品的示意圖。
圖5為本發明另一實施例之水泥砂漿產品的製造方法的流程示意圖，請參考圖5所示。在本實施例中，於步驟S60所取得之水泥砂漿產品，更可繼續以硬化劑、封閉劑、或防護劑處理，進而提高水泥砂漿產品的強度、防水能力、及抗氧化力等等。換言之，相較於前述實施例，本實施例之水泥砂漿產品的製造方法於步驟S60之後，更包含以下步驟：將水泥砂漿產品浸泡於一硬化劑(步驟S70)；噴塗一封閉劑於水泥砂漿產品(步驟S72)；塗佈一防護劑於水泥砂漿產品(步驟S74)。
在步驟S70中，係將於步驟S60所取得的水泥砂漿產品2浸泡於硬化劑中，較佳的，浸泡1~3分鐘。而本實施例之硬化劑的主要成分係為矽酸鋰聚合物，而本步驟可增加水泥砂漿產品2的硬度。將水泥砂漿產品2自硬化劑取出後，再於步驟S72，噴塗封閉劑於水泥砂漿產品2。本實施例之封閉劑的主要成分同樣為矽酸鋰聚合物，而步驟S72係增強水泥砂漿產品2的防水效果。最後，更可塗佈防護劑於水泥砂漿產品2(步驟S74)。本實施例之防護劑的主要成分為氟素脂，而步驟S74係為增加水泥
砂漿產品2的抗氧化的效果。需說明的是，步驟S70至步驟S74，可視水泥砂漿產品2的特性選擇使用，且較佳的，操作順序依序為步驟S70、步驟S72、步驟S74。具體而言，本實施例之水泥砂漿產品2係以水泥筆管為例，其可選擇執行步驟S70及步驟S72，而當水泥砂漿產品為戒指時，則可選擇執行步驟S70、步驟S72、及步驟S74。
在其他實施例中，水硬性組成物更可另外添加爐石粉、矽灰粉，或可另外添加調色粉，以調整水泥砂漿產品2所呈現的顏色。具體而言，於步驟S10中，形成水硬性組成物的步驟，除了混合矽酸鹽水泥與矽酸鹽水泥以外，更可另外添加2.5%~3.5%的爐石粉，及0.75%~1.5%的矽灰粉。另外，若要調整水泥砂漿產品2的顏色，可直接添加0.75%至6%的調色粉，其中，調色粉的主成分可以為氧化鐵。
需要說明的是，本發明所述之水膠比定義為於水泥砂漿中，水對於膠結材料的重量比，其中膠結材料的重量=水泥重量+摻合料重量，摻合材料可例如但不限於爐石粉、矽灰粉、調色粉、粉煤灰、礦粉、沸石粉之類有水硬性或潛在水硬性、火山灰性或潛在火山灰性材料。流度測試為將水泥砂漿分三層灌入手動水泥砂漿流度台ASTM的試體模中，然後將模具垂直向上移開，開始震動25下，此時，水泥砂漿會坍塌成圓餅狀，再測量其直徑。一般而言，當水膠比越大時，水泥砂漿的流度即越大。市面上水泥砂漿的水膠比約為20/100~40/100，而其流度約為150~180mm，而本發明如步驟S30相同成分比例及方式所製得的水泥砂漿，水膠比約為20/100，然而流度約為200至280mm，其中，較佳的流度為介於230~250mm。由於本發明係使用多羧酸系(Poly-carboxylic acid)的高性能減水劑，因此，相較來說，本發明在同樣或較低的水膠比狀況下，卻擁有較佳的流度，即流動性較好，有利於水泥砂漿產品的注模等操作。尤其是在藉由將水泥砂漿注入模具製造細長型的水泥砂漿產品時(例如長寬比大於10者)，水泥砂漿能與模具有較好的密合度，能夠提升生產的良率。
綜上所述，依據本發明之水泥砂漿產品的製造方法，其先藉由混合40至65重量百分比之矽酸鹽水泥及10.5至36重量百分比之硫鋁酸鈣鹽水泥以形成水硬性組成物。又，以75至85重量百分比的水硬性組成
物與15至25重量百分比的拌合液體混合後，可形成水泥砂漿，並將水泥砂漿注入模具及靜置一預定時間後，以形成可應用在小型文創產品的水泥砂漿產品。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
Claims (10)
- 一種水泥砂漿產品的製造方法，包括以下步驟：形成一水硬性組成物，其包括一實質上為40至65重量百分比之矽酸鹽水泥，及一實質上為10.5至36重量百分比之硫鋁酸鈣鹽水泥；加入一拌合液體至該水硬性組成物，該水硬性組成物的含量實質上為75至85重量百分比，該拌合液體的含量實質上為15至25重量百分比，且該拌合液體包括一水及一減水劑；混合該拌合液體及該水硬性組成物，並形成一水泥砂漿，該水泥砂漿的流度實質上為200至280mm；注入該水泥砂漿至一模具；靜置一預定時間，並形成一水泥砂漿產品；以及取出該水泥砂漿產品。
- 如申請專利範圍第1項所述之水泥砂漿產品的製造方法，更包括：將該水泥砂漿產品浸泡於一硬化劑。
- 如申請專利範圍第1項所述之水泥砂漿產品的製造方法，更包括：噴塗一封閉劑於該水泥砂漿產品。
- 如申請專利範圍第1項所述之水泥砂漿產品的製造方法，更包括：塗佈一防護劑於該水泥砂漿產品。
- 如申請專利範圍第1項所述之水泥砂漿產品的製造方法，其中該水硬性組成物更包括一實質上為2.5至3.5重量百分比之爐石粉，及實質上為0.75至1.5重量百分比之矽灰粉。
- 如申請專利範圍第1項所述之水泥砂漿產品的製造方法，其中該水硬性組成物更包括一實質上為0.75至6重量百分比之調色粉。
- 如申請專利範圍第1項所述之水泥砂漿產品的製造方法，其中該拌合液體之該水的含量實質上為80至90重量百分比，及該拌合液體之減水劑的含量實質上為10至20重量百分比。
- 如申請專利範圍第1項所述之水泥砂漿產品的製造方法，其中該水硬性組成物更包括實質上為14至42重量百分比之二氧化矽。
- 如申請專利範圍第1項所述之水泥砂漿產品的製造方法，其中該矽酸鹽 水泥的成分包括實質上為61至67重量百分比之氧化鈣、實質上為19至23重量百分比之二氧化矽、實質上為2.5至6重量百分比之三氧化二鋁、及實質上為1.5至4.5重量百分比之硫。
- 如申請專利範圍第1項所述之水泥砂漿產品的製造方法，其中該矽酸鹽水泥的成分更包括實質上0.1至6重量百分比之三氧化二鐵。
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