TWM660067U

TWM660067U - 抗水石材

Info

Publication number: TWM660067U
Application number: TW113205238U
Authority: TW
Inventors: 郭憶璇; 郭瑀琁; 許文薇; 郭文毅; 張浩偉; 陳昱伶; 許庭瑄
Original assignee: 財團法人台灣設計研究院; 成大昶閎科技股份有限公司
Priority date: 2024-05-22
Filing date: 2024-05-22
Publication date: 2024-09-01

Abstract

本創作提供一種抗水石材，其形狀為板狀或柱狀且包含主體結構及形成於其中的複數空洞；該主體結構由抗水材料所製成，該抗水材料包含基質材料及經改質之石材淤泥；經改質之石材淤泥係由以下步驟所製得：步驟(S1)：提供石材淤泥；步驟(S2)：混合改質劑、該石材淤泥及水，並於50℃至70℃進行改質反應；該改質劑為包含碳數為10至18的烷基的陽離子界面活性劑；該石材淤泥與該改質劑的重量比為1000：1至1000：50；及步驟(S3)：將經過該改質反應的該石材淤泥乾燥，以獲得該經改質之石材淤泥。所述抗水石材具有較佳的抗水特性及抗壓強度。

Description

抗水石材

本創作係關於一種石材，尤指一種抗水石材。

石材產業是與民生經濟、基礎建設息息相關的重要傳統產業，其大致上可分為產業鏈上游的採礦業、中游的石材加工業及下游的建築材料業、家庭用品業及景觀飾品業等，其中，石材加工業係指將天然石材經由切割、雕刻或研磨等過程，使原石成為石材成品或半成品之工業，而所述天然石材的常見種類包含花崗岩、大理石及蛇紋岩等天然原石。

一般而言，天然石材在進行切割及加工的過程中會產生大量的含水石材污泥(又稱石材淤泥)和碎石邊料(又稱石材下腳料)等廢料，由於在加工過程中通常只涉及切割、研磨等物理性加工，因此這些廢料的組成基本上仍與天然石材相同，不過，由於這些廢料的型態多為粉狀、屑狀、片狀或塊狀而不符合後續應用的需求，因而無法採用，造成資源浪費。

近年來，資源永續及資源再利用已成為全球關注的焦點，石材加工業亦積極找尋廢料重新再利用以達到資源永續循環的方法。因此，如何使石材廢料能重新被賦予價值儼然已成為值得探討及研究的議題，以期降低石材廢料白白浪費的情況，進而符合資源永續及資源再利用的趨勢。

有鑑於上述先前技術中存在的問題，本創作之目的在於提供一種抗水石材，其主體結構係以石材淤泥做為部分原料，使得通常被視為廢料的石材淤泥能獲得再利用的價值；同時，本創作之抗水石材具有良好的抗水特性及抗壓強度。

為達成前述目的，本創作提供一種抗水石材，該抗水石材的形狀為板狀或柱狀，且包含一主體結構及形成於該主體結構之中的複數空洞；該主體結構由一抗水材料所製成，該抗水材料包含一基質材料及一經改質之石材淤泥；其中，該經改質之石材淤泥係由包含以下步驟之製法所製得：步驟(S1)：提供一石材淤泥，該石材淤泥包含花崗岩淤泥、大理石淤泥、蛇紋岩淤泥或其組合；步驟(S2)：混合一改質劑、該石材淤泥及水，並於50℃至70℃的條件下進行一改質反應；其中，該改質劑為一陽離子界面活性劑，且該陽離子界面活性劑包含碳數為10至18的烷基；該石材淤泥與該改質劑的重量比為1000：1至1000：50；以及步驟(S3)：將經過該改質反應的該石材淤泥乾燥，以獲得該經改質之石材淤泥。

於本創作的一些實施例中，該抗水石材的厚度可為1公分至500公分。於本創作的另一些實施例中，該抗水石材的形狀為板狀，且其厚度可為1公分至30公分。於本創作的另一些實施例中，該抗水石材的形狀為柱狀，且其厚度可為大於30公分且小於或等於500公分。

於本創作的一些實施例中，該抗水石材的形狀為多角板狀。於本創作的另一些實施例中，該抗水石材的形狀為四角板狀。於本創作的另一些實施例中，該抗水石材的形狀為四角板狀，且其長可為5公分至1000公分，其寬可為5公分至1000公分。

於本創作的一些實施例中，該抗水石材的形狀為多角柱狀。於本創作的另一些實施例中，該抗水石材的形狀為四角柱狀。於本創作的另一些實施例中，該抗水石材的形狀為四角柱狀，且其長可為5公分至1000公分，其寬可為5公分至1000公分。

於本創作的一些實施例中，該抗水石材於水中浸泡24小時後的吸水率係小於10%。於本創作的另一些實施例中，該抗水石材於水中浸泡24小時後的吸水率係大於或等於0.5%且小於或等於8.5%。於本創作的另一些實施例中，該抗水石材於水中浸泡1小時後的吸水率係大於或等於0.5%且小於或等於1.5%。於本創作的另一些實施例中，該抗水石材於水中浸泡5小時後的吸水率係大於或等於2%且小於或等於4%。前述吸水率係以該抗水石材的約一半體積浸泡於水中進行測試而得。

於本創作的一些實施例中，該抗水石材的抗壓強度係大於185公斤重/平方公分(kgf/cm²)。於本創作的另一些實施例中，該抗水石材的抗壓強度係大於或等於190kgf/cm²且小於或等於240kgf/cm²。於本創作的另一些實施例中，該抗水石材的抗壓強度係大於或等於195kgf/cm²且小於或等於240kgf/cm²。於本創作的另一些實施例中，該抗水石材的抗壓強度係大於或等於200kgf/cm²且小於或等於240kgf/cm²。於本創作的另一些實施例中，該抗水石材的抗壓強度係大於或等於220kgf/cm²且小於或等於240kgf/cm²。

依據本創作，該基質材料可為一般建築材料，例如該基質材料可為水泥砂漿，但不限於此。所屬技術領域中具有通常知識者皆知曉所述水泥砂漿的組成包含水泥、砂及水。

於本創作的一些實施例中，以該基質材料的總重量做為100重量份，該經改質之石材淤泥的添加量可為1重量份至100重量份。於本創作的另一些實施例中，以該基質材料的總重量做為100重量份，該經改質之石材淤泥的添加量可為1重量份至50重量份。於本創作的另一些實施例中，以該基質材料的總重量做為100重量份，該經改質之石材淤泥的添加量可為1重量份至25重量份。於本創作的另一些實施例中，以該基質材料的總重量做為100重量份，該經改質之石材淤泥的添加量可為1重量份至10重量份。

於本創作的一些實施例中，在該步驟(S2)中，該陽離子界面活性劑包含一胺鹽(amine salt)型陽離子界面活性劑、一季銨鹽(quaternary ammonium salt)型陽離子界面活性劑或其組合。

於本創作的一些實施例中，在該步驟(S2)中，該陽離子界面活性劑包含碳數為10至15的烷基。於本創作的另一些實施例中，在該步驟(S2)中，該陽離子界面活性劑包含碳數為11至13的烷基。

於本創作的一些實施例中，該胺鹽型陽離子界面活性劑為一一級胺鹽，且該一級胺鹽具有以下通式：R-NH₃ ⁺Cl^-，R係碳數為10至18的烷基。於本創作的一些實施例中，R係碳數為10至15的烷基；於本創作的另一些實施例中，R係碳數為11至13的烷基。

於本創作的一些實施例中，在該步驟(S2)中，該改質反應的時間為4小時至12小時。於本創作的另一些實施例中，在該步驟(S2)中，該改質反應的時間為6小時至12小時。於本創作的另一些實施例中，在該步驟(S2)中，該改質反應的時間為8小時至12小時。

於本創作的一些實施例中，在該步驟(S1)中，該石材淤泥包含花崗岩淤泥、蛇紋岩淤泥或其組合。於本創作的一些實施例中，在該步驟(S1)中，該石材淤泥包含花崗岩淤泥。

於本創作的一些實施例中，在該步驟(S2)中，該石材淤泥與該改質劑的重量比為1000：1至1000：10。於本創作的另一些實施例中，在該步驟(S2)中，該石材淤泥與該改質劑的重量比為1000：1至1000：5。

於本創作的一些實施例中，在該步驟(S2)中，該石材淤泥與水的重量比可為1：4至1：8。於本創作的另一些實施例中，在該步驟(S2)中，該石材淤泥與水的重量比可為1：4至1：6。

於本創作的一些實施例中，該步驟(S2)包含以下步驟：步驟(S2-1)：將該石材淤泥及水混合，以獲得一混合物；以及步驟(S2-2)：將一改質劑添加至該混合物中，並於50℃至70℃的條件下進行一改質反應；其中，該改質劑為一陽離子界面活性劑，且該陽離子界面活性劑包含碳數為10至18的烷基；該石材淤泥與該改質劑的重量比為1000：1至1000：50。

依據本創作，所述花崗岩淤泥的成分包含SiO₂、三氧化二鋁(aluminum oxide，Al₂O₃)、三氧化二鐵(ferric oxide，Fe₂O₃)、CaO、氧化鉀(potassium oxide，K₂O)、氧化鈉(sodium oxide，Na₂O)、MgO、二氧化鈦(titanium dioxide，TiO₂)、五氧化二磷(phosphorus pentoxide，P₂O₅)及氧化銅(copper oxide，CuO)，其中，以所述花崗岩淤泥的總重為基準，SiO₂的含量可為60重量百分比(wt%)至70wt%，Al₂O₃的含量可為10wt%至20wt%，Fe₂O₃的含量可為1wt%至10wt%，CaO的含量可為1wt%至10wt%，K₂O的含量可為1wt%至10wt%，Na₂O的含量可為1wt%至10wt%，MgO的含量可為1wt%至10wt%，TiO₂的含量可為0.1wt%至1wt%，P₂O₅的含量可為0.1wt%至0.5wt%及CuO的含量可為0.01wt%至0.05wt%。

依據本創作，所述大理石淤泥的成分包含SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、K₂O、Na₂O、MgO及P₂O₅，其中，以所述大理石淤泥的總重為基準，SiO₂的含量可為0.01wt%至0.05wt%，Al₂O₃的含量可為0.01wt%至0.05wt%，Fe₂O₃的含量可為0.01wt%至0.05wt%，CaO的含量可為50wt%至60wt%，K₂O的含量可為0.005wt%至0.01wt%，Na₂O的含量可為0.01wt%至0.05wt%，MgO的含量可為1wt%至10wt%及P₂O₅的含量可為0.005wt%至0.01wt%。

依據本創作，所述蛇紋岩淤泥的成分包含SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、K₂O、Na₂O、MgO、TiO₂及P₂O₅，其中，以所述大理石淤泥的總重為基準，SiO₂的含量可為1wt%至10wt%，Al₂O₃的含量可為0.1wt%至1wt%，Fe₂O₃的含量可為1wt%至10wt%，CaO的含量可為35wt%至45wt%，K₂O的含量可為0.1wt%至0.5wt%，Na₂O的含量可為0.01wt%至0.1wt%，MgO的含量可為10wt%至15wt%，TiO₂的含量可為0.005wt%至0.01wt%及P₂O₅的含量可為0.01wt%至0.05wt%。

於本創作的一些實施例中，在該步驟(S3)中，所述乾燥步驟可為在烘箱中以105℃至115℃的溫度烘乾20小時至24小時，但不限於此。

於本創作的一些實施例中，在該步驟(S3)中，在所述乾燥步驟之後可接續一研磨步驟及一過篩步驟，隨後獲得該經改質之石材淤泥。所述研磨步驟可採用習知研磨手段，例如使用研磨機或以錘擊方式進行研磨，但不限於此；所述過篩步驟可為使經該研磨步驟的該經改質之石材淤泥通過ATSM試驗篩編號為100號之篩網(孔徑約為149微米至151微米)，得到孔徑約為151微米以下的該經改質之石材淤泥。

在本說明書中，由「小數值至大數值」表示的範圍，如果沒有特別指明，則表示其範圍為大於或等於該小數值且小於或等於該大數值。例如：50℃至70℃，即表示的範圍係「大於或等於50℃且小於或等於70℃」。

1:抗水石材

11:主體結構

12:空洞

A:局部區域

S1:步驟

S2:步驟

S3:步驟

圖1A係本創作之抗水石材的一些實施例的示意圖。

圖1B係圖1A所示之抗水石材的局部區域A的放大示意圖。

圖2係前述經改質之石材淤泥的製法的流程示意圖。

圖3係未經改質之石材淤泥於測試抗水性的結果圖。

圖4A至圖4C分別係採用不同種類的石材淤泥所製得的經改質之石材淤泥於測試抗水性的結果圖。

以下係以具體實施例說明本創作之實施方式，熟習此技藝者可經由本說明書之內容輕易地了解本創作所能達成之優點與功效，並且於不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更，以施行或應用本創作之內容。

請參閱圖1A及圖1B，其用於展示與說明本創作的一些實施例。具體而言，如圖1A所示，本創作之抗水石材1的形狀可為四角板狀，且其中局部區域A進一步放大檢視的結果則如圖1B所示，即所述抗水石材1包含一主體結構11及形成於該主體結構11之中的複數空洞12；而該主體結構11是由一抗水材料所製成，該抗水材料包含一基質材料及前述經改質之石材淤泥。

請參閱圖2，其為前述經改質之石材淤泥的製備流程示意圖，即以下製備流程中用於製作本創作之抗水石材的經改質之石材淤泥係大致上依照如圖2所示之步驟S1至步驟S3而製得。

實施例1：抗水石材(花崗岩淤泥)

先將適量花崗岩淤泥與約為所述花崗岩淤泥5倍重量的水均勻混合，以獲得一混合液，隨後再將適量正十二胺鹽酸鹽(亦可稱為月桂胺鹽酸鹽，其為一種胺鹽型陽離子界面活性劑，化學式為CH₃(CH₂)₁₁NH₃ ⁺Cl^-)做為改質劑添加至所述混合液中並均勻混合，隨後置於50℃的條件下進行8小時的改質反應；其中，所述花崗岩淤泥與所述改質劑的重量比為1000：45，且所述改質劑(室溫下為固態)係事先以隔水加熱至80℃的方式使其熔融成為液態後，才添加至所述混合液中。

上述改質反應完成後，將已經過所述改質反應的所述花崗岩淤泥取出並置於烘箱中，並在110℃的溫度下烘乾24小時以進行乾燥，隨後再接續進行研磨步驟及過篩步驟，進而獲得經改質之花崗岩淤泥。所述研磨步驟係以錘擊的方式進行研磨。所述過篩步驟係選用ATSM試驗篩編號為100號之篩網(篩孔約為149微米)進行過篩。

接著，將200公克的水泥、600公克的砂與126公克的水均勻混合，以獲得做為一基質材料的水泥砂漿，隨後於其中添加40公克的前述經改質之花崗岩淤泥，以獲得一抗水材料。接著將所述抗水材料填入一長為16公分、寬為16公分、高為4公分的模具後，靜置使其固化成形，即得到實施例1之抗水石材。實施例1之抗水石材的形狀為四角板狀(長為16公分、寬為16公分、高為4公分)，且其具有主體結構與形成於所述主體結構之中的複數空洞，而所述主體結構係由所述抗水材料固化所製成。

實施例2：抗水石材(大理石淤泥)

實施例2之抗水石材的製備流程係與實施例1相似，其主要不同之處在於：實施例2係選用大理石淤泥，並且是以所述大理石淤泥與所述改質劑的重量比為1000：2的條件下進行所述改質反應。除前述與實施例1的不同處外，其餘皆依照與實施例1相同的流程，以獲得實施例2之抗水石材。

實施例3：抗水石材(蛇紋岩淤泥)

實施例3之抗水石材的製備流程係與實施例1相似，其主要不同之處在於：實施例3係選用蛇紋岩淤泥，並且是以所述蛇紋岩淤泥與所述改質劑的重量比為1000：7的條件下進行所述改質反應。除前述與實施例1的不同處外，其餘皆依照與實施例1相同的流程，以獲得實施例3之抗水石材。

比較例1：水泥砂漿石材

將200公克的水泥、600公克的砂與126公克的水均勻混合，以獲得一水泥砂漿。接著將所述水泥砂漿填入一長為16公分、寬為16公分、高為4公分的模具後，靜置使其固化成形，即得到比較例1之水泥砂漿石材。比較例1之水泥砂漿石材的形狀為四角板狀(長為16公分、寬為16公分、高為4公分)，且其具有主體結構與形成所述主體結構之中的複數空洞，而所述主體結構係由所述水泥砂漿固化所製成。

試驗例1：抗水性測試

試驗例1係選用實施例1製備流程中的經改質之花崗岩淤泥、實施例2製備流程中的經改質之大理石淤泥、實施例3製備流程中的經改質之蛇紋岩淤泥與未經改質之大理石淤泥做為測試樣品進行試驗。具體而言，將大約相等重量的不同測試樣品分別置於不同容器上，隨後以滴管滴落數滴水滴於該等測試樣品的表面，並靜置一段時間後觀察水滴的變化，實施例1至3與未經改質之大理石淤泥的結果分別如圖4A至圖4C與圖3所示。

請先參閱圖3，原本在未經改質大理石淤泥表面滴落水滴的位置(如圖中箭頭所指處)已無水滴，代表水滴已滲入其中，顯示未經改質之大理石淤泥不具有抗水性。再觀圖4A至圖4C，在實施例1至3之測試樣品的表面皆可觀察到水滴(如圖中箭頭所指處)，代表水滴被阻擋在表面而無法滲入其中，顯示實施例1製備流程中的經改質之花崗岩淤泥、實施例2製備流程中的經改質之大理石淤泥及實施例3製備流程中的經改質之蛇紋岩淤泥確實都具有抗水性。

試驗例2：吸水率測試

試驗例2係選用實施例1至3之抗水石材與比較例1之水泥砂漿石材進行試驗。具體而言，先測定實施例1至3之抗水石材與比較例1之水泥砂漿石材的重量，接著依照CNS 3763一水泥防水劑標準方法中的內容，控制環境條件為23±2℃且相對濕度大於95%的情況下，使實施例1至3之抗水石材與比較例1之水泥砂漿石材約一半的體積浸泡於水中，並於浸泡時間分別為1小時、5小時及24小時後將各組別取出測定重量，藉此可獲得不同組別於浸泡水中不同時間後的吸水量，並可計算獲得不同組別於浸泡水中不同時間的吸水率，其結果列於下表1中。所述吸水量係由以下算式獲得：樣品浸泡水中不同時間後取出測得的整體重量-樣品試驗前的整體重量；而所述吸水率係由以下算式獲得：(樣品浸泡水中不同時間後取出測得的吸水量/樣品試驗前的整體重量)×100%。

由上表1結果可知，實施例1至3之抗水石材與比較例1之水泥砂漿石材在未進行試驗前的重量(即乾重)大致相同，不過，在各組別於水中浸泡1小時後，比較例1之水泥砂漿石材的吸水量就高達40.8公克，其吸水率為8.34%，相較之下，實施例1至3的吸水量分別僅有4.6公克、5.7公克及4.4公克，而吸水率分別只有0.91%、1.16%及0.90%。由此可知，在浸泡於水中較短時間的情況下(例如1小時)，實施例1至3之抗水石材的吸水量或吸水率皆遠低於比較例1之水泥砂漿石材的吸水量與吸水率，顯見實施例1至3之抗水石材在短時間內確實展現出優異的抗水特性。

再觀浸泡於水中5小時與24小時後的結果，即便隨著浸泡水中的時間增加，吸水量與吸水率會逐漸提升，但相較於比較例1的結果，實施例1至3仍然皆具有較低的吸水量與吸水率，其中，實施例3之抗水石材即使於水中浸泡24小時後，其吸水量與吸水率仍分別僅有30.7公克與6.1%的優異結果。由此可知，縱使在浸泡於水中較長時間的情況下(例如5小時與24小時)，實施例1至3 之抗水石材的吸水量或吸水率依然都低於比較例1之水泥砂漿石材，顯示出實施例1至3之抗水石材亦可長時間展現出良好的抗水特性。

由此可知，相較於單純的水泥砂漿石材，本創作之抗水石材確實具有良好的抗水特性。

試驗例3：抗壓強度測試

試驗例3係大致上依照實施例1至3與比較例1的流程製作測試樣品，其主要不同處在於製作實施例1至3的測試樣品時，在將所述抗水材料填入所述模具中後，進行了28天的靜置養護步驟，隨後才獲得實施例1至3的測試樣品；而製作比較例1之測試樣品時，在將所述水泥砂漿填入所述模具中後，同樣進行了28天的靜置養護步驟，隨後才獲得比較例1的測試樣品。具體而言，將實施例1至3及比較例1之測試樣品置於抗壓測試儀(製造商：金慶和企業有限公司(HCH)，型號：HCH-239-20T)上，並依照CNS 1010一水硬性水泥慢料抗壓強度檢驗法測定各組別的抗壓強度，其結果列於下表2中。

由上表2的結果可知，比較例1的抗壓強度僅有183.1kgf/cm²，而實施例1至3的抗壓強度則分別為230.7kgf/cm²、195.5kgf/cm²及219.6kgf/cm²，顯見實施例1至3皆具有明顯高於比較例1的抗壓強度，其中又以實施例1具有230.7kgf/cm²的最高抗壓強度。

由此可知，相較於單純的水泥砂漿石材，本創作之抗水石材確實具有較佳的抗壓強度。

綜上所述，本創作之抗水石材的主體結構係以石材淤泥做為部分原料，使得通常被視為廢料的石材淤泥能獲得再利用的價值；同時，本創作之抗水石材具有良好的抗水特性及抗壓強度。

1:抗水石材

A:局部區域

Claims

一種抗水石材，該抗水石材的形狀為板狀或柱狀，且包含一主體結構及形成於該主體結構之中的複數空洞；該主體結構由一抗水材料所製成，該抗水材料包含一基質材料及一經改質之石材淤泥；其中，該經改質之石材淤泥係由包含以下步驟之製法所製得：步驟(S1)：提供一石材淤泥，該石材淤泥包含花崗岩淤泥、大理石淤泥、蛇紋岩淤泥或其組合；步驟(S2)：混合一改質劑、該石材淤泥及水，並於50℃至70℃的條件下進行一改質反應；其中，該改質劑為一陽離子界面活性劑，且該陽離子界面活性劑包含碳數為10至18的烷基；該石材淤泥與該改質劑的重量比為1000：1至1000：50；以及步驟(S3)：將經過該改質反應的該石材淤泥乾燥，以獲得該經改質之石材淤泥。
如請求項1所述之抗水石材，其中，該抗水石材的厚度為1公分至500公分。
如請求項1所述之抗水石材，其中，該抗水石材為一多角柱狀。
如請求項3所述之抗水石材，其中，該抗水石材為一四角柱狀。
如請求項4所述之抗水石材，其中，該抗水石材的長為5公分至1000公分。
如請求項4所述之抗水石材，其中，該抗水石材的寬為5公分至1000公分。
如請求項1所述之抗水石材，其中，該抗水石材為一多角板狀。
如請求項7所述之抗水石材，其中，該抗水石材為一四角板狀。
如請求項8所述之抗水石材，其中，該抗水石材的長為5公分至1000公分。
如請求項8所述之抗水石材，其中，該抗水石材的寬為5公分至1000公分。