TW201914979A - 膠結材與其製造方法以及砂漿固化物與其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種膠結材與其製造方法以及砂漿固化物與其製造方法。本發明的膠結材的製造方法包括以下步驟：提供鹼性溶液，所述鹼性溶液由氫氧化物及水組成；在所述鹼性溶液中加入飛灰並攪拌，以形成膠結溶液；以及固化所述膠結溶液。
Description
本發明是有關於一種混凝土材料及其製造方法，且特別是有關於一種膠結材與其製造方法以及一種砂漿固化物與其製造方法。
目前火力發電仍為台灣現階段的主要電力供應單元，而由火力發電廠中產生的燃煤飛灰約為200萬公噸。儘管近年來已將燃煤飛灰應用於膠結材的原料中，然而所形成的膠結材在抗壓強度及製造成本上無法得到均衡。
因此，目前急需提供一種將飛灰應用於膠結材之技術，以在使製造成本降低的情況下保持或提升所形成的膠結材的抗壓強度，以增加其產業利用性。
本發明提供一種膠結材的製造方法，其包括下列步驟：提供鹼性溶液，其中鹼性溶液由氫氧化物及水組成；在鹼性溶液中加入飛灰並攪拌，以形成膠結溶液；以及固化膠結溶液。
本發明提供一種膠結材，其例如是由上述的膠結材的製造方法所製成。
本發明提供一種砂漿固化物的製造方法，其包括下列步驟：提供鹼性溶液，其中鹼性溶液由氫氧化物及水組成；在鹼性溶液中加入飛灰及細粒料並攪拌，以形成砂漿；以及固化砂漿，以形成砂漿固化物。
本發明提供一種砂漿固化物，其包括30~90 wt%的細粒料以及10~70 wt%的由上述的膠結材的製造方法製成的膠結材。
基於上述，在本發明的膠結材及砂漿固化物的製造方法中的作為鹼激發用途的鹼性溶液僅由氫氧化物及水組成，因此可使形成膠結材及砂漿固化物的製造成本降低。此外，本發明的膠結材及砂漿固化物的製造方法將飛灰作為原料之一，除了可將飛灰回收再利用外，亦可使處理飛灰所需的成本與形成膠結材及砂漿固化物的製造成本降低。並且，本發明藉由找出所使用的鹼性溶液的鹼當量、於鹼性溶液中加入飛灰的攪拌溫度以及膠結溶液經固化的溫度的最適範圍可使所形成之膠結材具有良好的抗壓強度。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為本發明的一實施例的膠結材的製造方法的步驟流程圖。
請參照圖1，在步驟S100中，提供鹼性溶液。鹼性溶液例如是由氫氧化物及水組成。意即，在鹼性溶液中實質上不包括任何的矽酸鹽類。在此情況下，可使製成之後作為鹼激發用途的鹼性溶液的成本降低。氫氧化物例如是氫氧化鈉、氫氧化鉀或其組合。
接著，在步驟S110中，在鹼性溶液中加入飛灰並攪拌，以形成膠結溶液。飛灰的來源可例如為由燃煤火力發電廠產生的F級飛灰，而其主要的組成例如由表1所示。從表1可看出，在飛灰中含有大量的SiO2
、Al2
O3
、Fe2
O3
等酸性氧化物，因此，飛灰易於鹼性溶液中溶解出矽鋁酸鹽。當飛灰於鹼性溶液中溶解出矽鋁酸鹽時，鹼性溶液中的氫氧根離子會與矽鋁酸鹽進行“鹼激發反應”，以產生類似水泥漿體的膠結溶液。上述的“鹼激發反應”為藉由氫氧根離子解離矽鋁酸鹽的結構體，且經解離後的矽鋁酸鹽的結構體會再重新鍵結組構。飛灰的平均粒徑也影響其經溶解出的矽鋁酸鹽的多寡。飛灰的平均粒徑例如為＜5μm。飛灰的平均粒徑在上述範圍內時，由於飛灰的細度足夠小而具有較大的活性，因此可提升進行“鹼激發反應”之反應速率，而使所形成之膠結材的抗壓強度高於習知膠結材的抗壓強度。
表1
鹼性溶液的鹼當量、於鹼性溶液中加入飛灰的攪拌溫度會影響形成膠結材所需的攪拌時間。一般來說，當鹼性溶液的鹼當量以及攪拌溫度越高時，則所需的攪拌時間越少，然而，鹼性溶液的鹼當量以及攪拌溫度皆有其的最適範圍。鹼性溶液的鹼當量例如為10%~20%，較佳為15%~20%，更佳為20%。若鹼性溶液的鹼當量低於10%時，飛灰經溶解出的矽鋁酸鹽過少，其會使往後所形成之膠結材的緻密性較低，而使所述膠結材的抗壓強度遠低於習知膠結材的抗壓強度。並且，若鹼性溶液的鹼當量高於20%時，飛灰經溶解出的矽鋁酸鹽雖然較多，然而其會影響鹼激發反應的速率，而使得所形成之膠結材的抗壓強度並不如想像中的高於習知膠結材的抗壓強度，且會使形成鹼性溶液的成本上升。於鹼性溶液中加入飛灰的攪拌溫度例如為25°C~95°C，較佳為60°C~90°C，更佳為90°C。當攪拌溫度低於25°C時，則進行“鹼激發反應”的時間將會過長，甚至無法進行“鹼激發反應”。當攪拌溫度高於95°C時，形成膠結材所需的攪拌時間雖然可大幅縮短，但膠結材的抗壓強度將由於不充足的反應時間而使得其抗壓強度較低。當鹼性溶液的鹼當量以及於鹼性溶液中加入飛灰的攪拌溫度皆處於上述範圍時，形成膠結材所需的攪拌時間為30秒~300分鐘。
最後，在步驟S120中，固化膠結溶液，以形成膠結材。在膠結溶液經固化的過程中，膠結溶液逐漸失去可塑性而變成不具有流動性的狀態，之後膠結溶液的強度將雖著時間的推移而逐漸地增加，最後變成具有高抗壓強度的膠結材。膠結溶液經固化的溫度及時間具有相關性，舉例來說，當膠結溶液經固化的溫度越高時，則膠結溶液經固化的時間越短。膠結溶液經固化的溫度例如為60°C~80°C，且膠結溶液經固化的時間例如為12小時~96小時。膠結溶液經固化的溫度及時間處於上述範圍時可使所形成之膠結材具有高的抗壓強度。
在本發明的膠結材的製造方法中的作為鹼激發用途的鹼性溶液僅由氫氧化物及水組成，換句話說，與習知的鹼性溶液相比其不包含任何矽酸鹽類，因此可使形成膠結材的製造成本降低。此外，本發明的膠結材的製造方法將飛灰作為原料之一，除了可將飛灰回收再利用外，亦可將由飛灰於鹼性溶液中溶解出的鋁矽酸鹽替代常用的鹼金屬矽酸鹽作為進行“鹼激發反應”時的反應物，藉此使處理飛灰所需的成本與形成膠結材的製造成本降低。
圖2為本發明的第一實施例的砂漿固化物的製造方法的步驟流程圖。
請參照圖2，步驟S200與圖1所示的步驟S100相同，因此以下不再贅述。
請繼續參照圖2，在步驟S210中，在鹼性溶液中加入飛灰及細粒料並攪拌，以形成砂漿。當於鹼性溶液中加入飛灰時，鹼性溶液中的氫氧根離子會與飛灰於其中溶解出的鋁矽酸鹽進行“鹼激發反應”，以於鹼性溶液中產生膠結體，而所述膠結體之後會與添加於鹼性溶液中的細粒料混合以形成砂漿。飛灰的來源及其平均粒徑的範圍已記述於上述膠結材的製造方法的實例中，因此不再贅述。細粒料例如是細砂、粒徑較小的石頭等，但不以此為限。細粒料的粒徑例如小於4.75 mm。於鹼性溶液中加入飛灰及細粒料的攪拌時間例如為30秒~300分鐘。
最後，在步驟S220中，固化砂漿，以形成砂漿固化物。在砂漿經固化的過程中，砂漿逐漸失去可塑性而變成不具有流動性的狀態，之後砂漿的強度將隨著時間的推移而逐漸地增加，最後變成具有高抗壓強度的砂漿固化物。砂漿經固化的溫度例如為60°C~80°C，且砂漿經固化的時間例如為12小時~96小時。砂漿溶液經固化的溫度及時間處於上述範圍時可使所形成之砂漿固化物具有高的抗壓強度。
本發明的砂漿固化物的製造方法由於與上述的膠結材的製造方法使用的鹼性溶液皆僅由氫氧化物及水組成，換句話說，與習知的鹼性溶液相比其不包含任何矽酸鹽類，因此可使形成砂漿固化物的製造成本降低。此外，本發明的砂漿固化物的製造方法將飛灰作為原料之一，除了可將飛灰回收再利用外，亦可將由飛灰於鹼性溶液中溶解出的鋁矽酸鹽替代常用的鹼金屬矽酸鹽作為進行“鹼激發反應”時的反應物，藉此使處理飛灰所需的成本與形成砂漿固化物的製造成本降低。
圖3示出本發明的膠結材的色澤與鹼性溶液的鹼當量以及於鹼性溶液中加入飛灰的攪拌溫度的關係。
請參照圖3，可看出膠結材的色澤深受鹼性溶液的鹼當量及攪拌溫度的影響。當鹼性溶液的鹼當量越高且攪拌溫度也越高時，則膠結材的色澤越深。
圖4為本發明的膠結材的抗壓強度在所使用的鹼性溶液的鹼當量為5%、10%、15%、20%及25%的情況下與於鹼性溶液中加入飛灰的攪拌溫度的關係曲線圖。
請參照圖4，可看出膠結材的抗壓強度深受鹼當量以及攪拌溫度的影響。在固定攪拌溫度為60°C~90°C中的某個溫度的情況下，當使用的鹼性溶液的鹼當量為10%~20%時，膠結材的抗壓強度皆超過40 MPa，意即，使用的鹼性溶液的鹼當量介於10%~20%時可使所形成之膠結材具有較佳的抗壓強度。此外，膠結材的抗壓強度會隨著攪拌溫度上升而上升，所屬領域具通常知識者可根據所需來選擇攪拌溫度。
圖5為本發明的膠結材的抗壓強度在於鹼性溶液中加入飛灰的攪拌溫度為60°C、70°C、80°C及90°C的情況下與於鹼性溶液中加入飛灰的攪拌時間的關係曲線圖。
請參照圖5，可看出攪拌時間深受攪拌溫度的影響。在攪拌溫度為60°C時，攪拌時間需為225分鐘可使膠結材具有其最大的抗壓強度（約65 MPa）。然而，在攪拌溫度為90°C時，攪拌時間則僅需15分鐘即可使膠結材具有其最大的抗壓強度（約66 MPa）。另外，可看出膠結材在攪拌溫度為60°C、70°C、80°C及90°C的情況下，其各自可皆具有至少＞ 55 MPa的抗壓強度。
圖6為本發明的膠結材的抗壓強度在膠結材的經固化溫度為60°C、70°C及80°C的情況下與膠結材的經固化時間的關係曲線圖。
請參照圖6，可看出膠結材所需的固化時間深受其固化溫度的影響。當膠結材的經固化溫度為80°C時，膠結材僅需經過12小時的固化時間即可有一定的抗壓強度（約50 MPa），而在膠結材的經固化溫度為60°C時，膠結材則需經過48小時的固化時間即可有一定的抗壓強度（約31 MPa）。此外，在固化時間為96小時下，由經歷固化溫度為60°C、70°C及80°C而各自形成的膠結材皆具有較高的抗壓強度（約45~60 MPa）。另外，可看出膠結材在固化溫度為60°C、70°C及80°C的情況下，其各自可皆具有至少＞ 45 MPa的抗壓強度。
綜上所述，在本發明的膠結材及砂漿固化物的製造方法中的作為鹼激發用途的鹼性溶液僅由氫氧化物及水組成，換句話說，與習知的鹼性溶液相比其不包含任何矽酸鹽類，因此可使形成膠結材及砂漿固化物的製造成本降低，並且其所形成之膠結材仍具有一定的抗壓強度。此外，本發明的膠結材及砂漿固化物的製造方法將飛灰作為形成膠結材的原料之一，除了可將飛灰回收再利用外，亦可將由飛灰於鹼性溶液中溶解出的鋁矽酸鹽替代常用的鹼金屬矽酸鹽作為進行“鹼激發反應”時的反應物，藉此使處理飛灰所需的成本與形成膠結材及砂漿固化物的製造成本降低。
並且，本發明藉由找出所使用的鹼性溶液的鹼當量、於鹼性溶液中加入飛灰的攪拌溫度以及膠結溶液經固化的溫度的最適範圍可使所形成之膠結材具有良好的抗壓強度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
S100、S110、S120、S200、S210、S220‧‧‧步驟
圖1為本發明的一實施例的膠結材的製造方法的步驟流程圖。 圖2為本發明的一實施例的砂漿固化物的製造方法的步驟流程圖。 圖3示出本發明的膠結材的色澤與鹼性溶液的鹼當量以及於鹼性溶液中加入飛灰的攪拌溫度的關係。 圖4為本發明的膠結材的抗壓強度在所使用的鹼性溶液的鹼當量為5%、10%、15%、20%及25%的情況下與於鹼性溶液中加入飛灰的攪拌溫度的關係曲線圖。 圖5為本發明的膠結材的抗壓強度在於鹼性溶液中加入飛灰的攪拌溫度為60°C、70°C、80°C及90°C的情況下與於鹼性溶液中加入飛灰的攪拌時間的關係曲線圖。 圖6為本發明的膠結材的抗壓強度在膠結材的經固化溫度為60°C、70°C及80°C的情況下與膠結材的經固化時間的關係曲線圖。
Claims (12)
- 一種膠結材的製造方法，其包括下列步驟： 提供鹼性溶液，其中所述鹼性溶液由氫氧化物及水組成； 在所述鹼性溶液中加入飛灰並攪拌，以形成膠結溶液；以及 固化所述膠結溶液。
- 如申請專利範圍第1項所述的膠結材的製造方法，其中所述鹼性溶液的鹼當量為10%~20%。
- 如申請專利範圍第1項所述的膠結材的製造方法，其中在所述鹼性溶液中加入所述飛灰並攪拌的步驟中，攪拌溫度為60°C~90°C，且攪拌時間為30秒~300分鐘。
- 如申請專利範圍第1項所述的膠結材的製造方法，其中在固化所述膠結溶液的步驟中，固化溫度為60°C~80°C，且固化時間為12小時~96小時。
- 如申請專利範圍第1項所述的膠結材的製造方法，其中所述氫氧化物包括氫氧化納、氫氧化鉀或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述的膠結材的製造方法，其中所述飛灰的平均粒徑＜5μm。
- 一種膠結材，其是由如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的膠結材的製造方法而製成。
- 一種砂漿固化物的製造方法，其包括下列步驟： 提供鹼性溶液，其中所述鹼性溶液由氫氧化物及水組成； 在所述鹼性溶液中加入飛灰及細粒料並攪拌，以形成砂漿；以及 固化所述砂漿，以形成砂漿固化物。
- 如申請專利範圍第8項所述的砂漿固化物的製造方法，其中所述鹼性溶液的鹼當量為10%~20%。
- 如申請專利範圍第8項所述的膠結材的製造方法，其中所述氫氧化物包括氫氧化納、氫氧化鉀或其組合。
- 如申請專利範圍第8項所述的砂漿固化物的製造方法，其中所述飛灰的平均粒徑＜5μm。
- 一種砂漿固化物，其包括： 30~90 wt%的細粒料；以及 10~70 wt%的由如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的膠結材的製造方法製成的膠結材。
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