TW202436094A - 多層膠結性組成物預製等斷面構材 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於包含當固化時膨脹之一膠結層的一多層複合構材。該複合構材包含一內層及一外層，該內層包含一第一膠結材料，其中該內層實質地覆蓋該外層之一內表面且該第一膠結材料係對該外層之該內表面施加一力的一膨脹材料。本發明亦有關於該複合構材之製備及該複合構材之用途，例如作為一管線或建築組件。

Description

多層膠結性組成物預製等斷面構材

本發明係有關於包含當固化時膨脹之一膠結層的多層複合構材。本發明亦有關於該複合構材之製備及該複合構材之用途，例如作為一管線或建築組件。

管線是重要基礎結構且可用於運送及分配如油、瓦斯及水等商品。用於達成這些目的之管線經常受到繁重之機械負載及環境應力。因此，金屬管及混凝土管容易產生如破裂、剝落及碎屑累積等問題。金屬管會腐蝕或變形。

在使用管線基礎結構之各種應用中，管線之故障會產生明顯成本、環境破壞及/或安全問題。飲用水之洩漏是一眾所週知的問題，例如在如波士頓等大城市中由1970年代後期開始已每天損失大約7千萬加侖的飲用水。由地下污水管線之洩漏會造成含水層之污染。已知由瓦斯管線之洩漏會導致大規模火災。

用於解決管線基礎結構中之故障的一選項係藉由一可噴塗膠結材料來修復或修整現有管線。WO 2021/167635 A1揭示用於藉由纖維強化工程用膠結複合材(ECC)來修復或修整現有管線的一方法。WO 2021/167635 A1中所述之方法係用於提供相較於初始管線具有例如較高負載及彎曲容量且因此減少該管線中之故障事件的一修復或修整管線。

但是，在某些情形中有利的是提供相較於傳統管線具有可承受較高內及/或外負載之一較佳性質的一預製管線。

本發明之一目的係用某種方式滿足這需求清單；及/或至少提供公眾一有用選擇。

本發明之其他目的可由只是透過例子提供之以下說明來了解。

已包含在本說明書中之文獻、動作、材料、裝置或物件等的任何說明只是為了提供用於本發明之一上下文。它不應被視為承認這些事項中之任一者或全部形成習知技術基礎之一部份或因為它在優先權日前已存在，所以在與本發明相關之領域中係一般常識。

在一第一態樣中，本發明提供一種複合構材，其包含： 一內層，其包含一第一膠結材料；及 一外層，其中該內層實質地覆蓋該外層之一內表面且該第一膠結材料係對該外層之該內表面施加一力的一膨脹材料。

在一第二態樣中，本發明提供一種製造依據該第一態樣之一複合構材的方法，該方法包含： 將該第一膠結材料之一未固化混合物噴塗在該外層之該內表面上；及 使該第一膠結材料固化以獲得該複合構材。

在一第三態樣中，本發明提供一種製造一複合構材之方法，該複合構材包含一內層、一模板層及一外層，該內層包含當固化時膨脹之一第一膠結材料，其中該內層接觸該模板層之一外表面及該外層之一內表面，其中該方法包含： 提供該模板層及該外層，且一空腔在該等二層之間； 將該第一膠結材料之一未固化混合物澆鑄在該模板層與該外層間之該空腔中；及 使該第一膠結材料固化以提供該複合構材。

在一第四態樣中，本發明提供一種依據該第二或第三態樣製備之複合構材。

在某些實施例中，該第一膠結材料具有至少大約1200 με之一最大膨脹。在某些其他實施例中，該第一膠結材料具有至少大約3000 με、大約3375 με、大約4000 με或大約4450 με之一最大膨脹。

在某些實施例中，該外層包含一第二膠結材料。在某些實施例中，當固化時該第二膠結材料收縮。在某些實施例中，當固化時該第二膠結材料具有小於大約500 μm之一收縮。在某些實施例中，當固化時該第二膠結材料具有大約50至大約500 μm之一收縮。在某些實施例中，當固化時該第二膠結材料具有大約100至大約400 μm之一收縮。在某些實施例中，當固化時該第二膠結材料具有大約50 μm、大約100 μm、大約150 μm、大約200 μm、大約250 μm、大約300 μm、大約350 μm或大約400 μm之一收縮。

在某些實施例中，當固化時該第二膠結材料具有小於大約1000 με之一收縮。在某些實施例中，當固化時該第二膠結材料具有小於大約500 με之一收縮。在某些實施例中，當固化時該第二膠結材料具有大約50至大約500 με之一收縮。在某些實施例中，當固化時該第二膠結材料具有大約100至大約400 με之一收縮。在某些實施例中，當固化時該第二膠結材料具有大約50 μm、大約100 με、大約150 με、大約200 με、大約250 με、大約300 με、大約350 με或大約400 με之一收縮。在某些實施例中，當固化時該第二膠結材料具有大約300至大約350 με之一收縮。

在某些實施例中，該第一膠結材料及該第二膠結材料包含一複合黏結劑。在某些實施例中，該複合黏結劑包含一水泥成分及一卜作嵐成分。在某些實施例中，該水泥成分包含一水凝水泥。

在某些實施例中，該第一膠結材料及/或該第二膠結材料包含纖維。

在某些實施例中，該第一膠結材料及/或該第二膠結材料包含一纖維強化工程用膠結複合材。

在某些實施例中，該第一膠結材料及/或該第二膠結材料可噴塗。

在某些實施例中，該第一膠結材料之該水泥成分包含一膨脹劑。在某些實施例中，該膨脹劑係一硫鋁酸鈣。

在某些實施例中，在某些實施例中，該內層實質地覆蓋該外層之該內表面的全部。在某些實施例中，該外層實質地覆蓋該內層之該外表面的全部。

在某些實施例中，該外層包含一金屬、一聚合物、一複合材或其任二或二者以上之一組合。在某些實施例中，該金屬係鋼。在某些實施例中，該聚合物係聚氯乙烯(PVC)。在某些實施例中，該複合材係一纖維強化塑膠。

在某些實施例中，該模板層包含一金屬、一聚合物、一複合材或其任二或二者以上之一組合。

在某些實施例中，該複合構材係預製。

在某些實施例中，該複合構材係中空。在某些實施例中，該複合構材係實心。在某些實施例中，該複合構材係呈一管、柱或板之形狀。在某些實施例中，該複合構材之橫截面係圓形、橢圓形、正方形、矩形、五邊形、六邊形、七邊形或八邊形。

在另一態樣中，本發明提供該第一或第四態樣之複合構材作為一管的用途，其中該複合構材係中空。

在某些實施例中，該複合構材之橫截面係圓形。

在某些實施例中，該管係用於運送水、瓦斯或油。

在又一態樣中，本發明提供該第一或第四態樣之複合構材作為一建築組件的用途。

在某些實施例中，該建築組件係一柱或一板。

本發明亦可廣義地說是由本申請案之說明書中提及或說明的該等部件、元件及形貌體個別地或共同地，及任二或二個以上該等部件、元件及形貌體之任何或全部組合構成，且其中在此所述特定整體具有與本發明相關之習知技術中之習知等效物，該等習知等效物被視為可如個別地提出地在此加入。

此外，本發明之特徵及態樣係透過馬庫許(Markush)群組來說明，所屬技術領域中具有通常知識者可了解本發明亦因此透過該馬庫許群組之任何個別構材或構材之子群組來說明。

在此使用之一名詞的「(多數形)」表示該名詞之複數及/或單數形。

在此使用之用語「及/或」表示「及」或「或」或兩者。

在這說明書中使用之用語「包含有」表示「至少部份地由…構成」。當在這說明書中說明包括該用語「包含有」之各陳述時，亦可具有除了以該用語作為序言者以外之形貌體。如「包含」等相關用語可用相同方式來解讀。

意圖的是參考在此揭露之一數字範圍(例如，1至10)亦加入參考該範圍內之全部有理數(例如，1、1.1、2、3、3.9、4、5、6、6.5、7、8、9及10)及該範圍內之任何有理數範圍(例如，2至8、1.5至5.5及3.1至4.7)並且因此明白地揭露在此明白地揭露之全部範圍的全部子範圍。這些只是特別地指定的例子且列舉之最低與最高值間之數值的全部可能組合被視為可在這申請案中以一類似方式明白地陳述。

雖然如上廣義地定義本發明，所屬技術領域中具有通常知識者可了解本發明不限於此且本發明亦包括以下說明舉例的實施例。

本揭示係有關於具有例如可承受內及外負載之有利性質的一多層複合構材，其可用於如一管線或一建築組件(例如一柱或板)等各種應用。

該複合構材包含二或二以上層，其包括一外層及接觸該外層之內表面的一內層。該內層包含當固化時膨脹之一第一膠結材料。有利地，該第一膠結材料之膨脹力產生該內層及該外層之一機械耦合(摩擦結合)。該機械耦合之另一可能優點係不需要黏著劑或機械錨固器(例如固結件或螺絲)來達成該等層之耦合。相較於相同橫截面尺寸及形狀之一單塊層，該等二或二以上層之耦合及組合性質可提供具有較佳之例如結構負載承受容量等性質的一複合構材。

該外層可包含一第二膠結材料。在某些實施例中，當固化時該第二膠結材料收縮。有利地，當固化時收縮之一第二膠結材料可對該內層之外表面施加產生一壓縮/耦合效果的一力。或者，該外層可包含一習知建築材料，包括但不限於：金屬(例如鋼)、聚合物(例如PVC)、複合材(例如纖維強化塑膠)或其二或二者以上之一組合。有利地，相較於只有習知建築材料，包含一第一膠結材料之該內層及包含一習知建築材料之一外層的組合可提供較佳性質。例如，相較於只有一金屬(如一鋼管等)，例如在包含一第一膠結材料及一金屬層之一複合構材中該複合構材可提供腐蝕保護。相較於只有PVC(如一PVC管等)，例如在包含一第一膠結材料及一PVC層之一複合構材中該複合構材亦可提供增加剛性。

該第一膠結材料係當固化時膨脹之一膠結材料。該第一膠結可具有至少大約1200 με之一最大膨脹，例如，至少大約3000 με、大約3375 με、大約4000 με或大約4450 με之一最大膨脹。所屬技術領域中具有通常知識者可了解具有適當膨脹性質之習知膠結材料可在該複合構材中使用。例如，該第一膠結材料可包含一水凝水泥及一膨脹劑。在某些實施例中，該膨脹劑係一硫鋁酸鈣。較佳地，該第一膠結材料係如WO 2021/167635 A1中所述之一可噴塗延展性金屬狀膠結性組成物(SDMCC)。

所屬技術領域中具有通常知識者可了解該等第一及第二膠結材料可由習知膠結材料製備，只要獲得需要之膨脹及收縮性質即可。例如，該第一及/或第二膠結材料可為如一工程用膠結複合材(ECC)之一纖維強化複合材。以下進一步詳細地說明該膠結材料之示範配方。

可選擇該等層之精確形狀、尺寸及數目與材料以滿足該複合構材之應用的效能要求。

該複合構材如圖1所示地包含具有一內層(1)及一外層(2)之至少二層。但是，該複合構材可依據該複合材料之預期應用及期望性質包含其他層之組合。例如，該複合構材可如圖2所示地包含具有一內層(10)、一外層(12)及一塗層(14)之至少三層，該塗層包含當固化時收縮之一第二膠結材料。

在某些實施例中，該複合構材可包含另一內層。該另一內層可例如作為用於澆鑄該內層之一永久模板層來使用。在某些實施例中，該內層接觸該模板層之一外表面及該外層之一內表面。該模板層可例如包含可由該膨脹內層接受張力之一材料。所屬技術領域中具有通常知識者可熟悉模板且可選擇用於該模板層之適當材料。用於該模板層之適當材料包括但不限於：金屬(例如鋼)、聚合物(例如PVC)、複合材(例如纖維強化塑膠)或其二或二者以上之一組合。

該複合構材之橫截面可為圓形、矩形或任何其他形狀。對某些應用而言，該複合構材係中空，例如，如圖1、2、3(a)及3(b)所示。圖3(a)顯示具有一正方形橫截面之一複合構材，其包含一內層(30)、一外層(32)及一塗層(34)，該內層包含該第一膠結材料且該塗層包含該第二膠結材料。圖3(b)顯示具有一六邊形橫截面之一複合構材，其包含一內層(40)、一外層(42)及一塗層(44)，該內層包含該第一膠結材料且該塗層包含該第二膠結材料。該等應用包括如用於運送飲用水或廢水之民用或工業管線基礎結構等管線或用於如瓦斯或油等其他流體之管線。對某些應用而言，該複合構材係實心。例如，該複合構材可設置成可作為一建築組件使用的一實心柱或板，如圖3(c)及3(d)所示。圖3(c)顯示具有一圓形橫截面之一複合構材，其包含一內層(50)、一外層(52)及一塗層(54)，該內層包含該第一膠結材料且該塗層包含該第二膠結材料。圖3(d)顯示具有一矩形橫截面之一複合構材，其包含一內層(60)、一外層(62)及一塗層(64)，該內層包含該第一膠結材料且該塗層包含該第二膠結材料。雖然已說明圖2及3所示之複合構材為包含一內層、一外層及一塗層，但這些三層複合構材可具有其他層之組合。例如，圖2所示之複合構材可包含一模板層(10)、一內層(12)及一外層(14)。因此，所屬技術領域中具有通常知識者可了解可依據預期應用來選擇該複合構材之該等層的形狀、尺寸及數目以及材料。 水凝水泥

水凝水泥係當與水混合時凝結且固化之材料。水凝水泥包括但不限於：卜特蘭水泥、摻合卜特蘭水泥、磷酸鹽水泥及矽藻土水泥(矽酸二鈣)。亦可考慮其任二或二者以上之混合物。較佳地，該水凝水泥係一卜特蘭水泥。

卜特蘭水泥係藉由研磨主要由水凝矽酸鈣構成之熟料而製成的細研磨粉末。該水泥可包含多達大約5%石膏。存在之石膏量影響凝固時間。卜特蘭水泥之標準係定義在ASTM C 150的卜特蘭水泥之標準規格中，其定義八種類型卜特蘭水泥：I型、IA型、II型、IIA型、III型、IIIA型、IV型及V型。I型水泥係適合不需要其他類型之特殊性質之全部用途的一通用型一般卜特蘭水泥(OPC)。III型水泥係化學地且物理地類似於I型，但它們被更細地研磨以產生更高初期強度。

該膠結材料之水泥成分可包含一水凝水泥，其量以總水泥成分重量為基礎係大約1至大約80 wt%、大約20至大約80 wt%、大約50至大約80 wt%或大約60至大約80 wt%。

在某些實施例中，該水泥成分包含如煅燒黏土之一反應鋁矽酸鹽及/或如石灰石之一碳酸鈣。有利地，用一反應鋁矽酸鹽及/或碳酸鈣取代該水凝水泥之一部份可藉由減少製程中釋放之碳量來提供一更環保之組成物。

包含一反應鋁矽酸鹽及/或碳酸鈣之膠結材料可提供其他優點。例如，已發現石灰石煅燒黏土水泥(LC3)糊具有比用OPC製成之糊細之一孔隙結構。有利地，該孔隙細化提供極佳抗氯侵蝕性及存在硫酸鹽時之良好效能，這對於管線中之複雜環境而言特別明顯。

此外，令人意外地發現相較於用OPC製備之習知ECC，包含LC3之膠結材料具有較大之應變容量及較小裂縫寬度。該減少裂縫寬度產生一較低滲透性。該較大之應變容量可預期具有較大變形性。這可產生例如具有一較高負載及彎曲容量之一複合構材。

該水泥成分可包含一反應鋁矽酸鹽、一碳酸鈣或其混合物，其量以總水泥成分重量為基礎係大約1至大約80 wt%、大約30至大約60 wt%或大約40至50 wt%。例如，該水泥成分可包含一反應鋁矽酸鹽，其量以總水泥成分重量為基礎係大約0至大約50 wt%、大約20至大約40 wt%或大約30 wt%。例如，該水泥成分可包含一碳酸鈣，其量以總水泥成分重量為基礎係大約0至大約30 wt%、大約10至大約20 wt%或大約15 wt%。在某些實施例中，反應鋁矽酸鹽對碳酸鈣之比率係2：1。

在某些實施例中，該反應鋁矽酸鹽之平均粒徑係大約2 μm至大約40 μm或大約2 μm至大約10 μm。在某些實施例中，該碳酸鈣之平均粒徑係大約2 μm至大約100 μm或大約2 μm至大約20 μm。

在某些實施例中，該水泥成分以總水泥混合物重量為基礎包含大約10至大約50 wt%之OPC、大約20至大約40 wt%之變質高嶺土及大約10至大約20 wt%之石灰石。

在某些實施例中，該水凝水泥之一部份可用採礦尾料來取代。例如，該水泥成分可包含採礦尾料，其量以總水泥成分重量為基礎係大約1至大約30 wt%。 膨脹劑

一膨脹劑係在水合程序中擴大該膠結材料之膨脹的一材料。在某些實施例中，該膨脹劑可用以減少在該組成物固化時發生之收縮。例如，一膨脹劑可用以減少一膠結材料之固有收縮性質以提供適合作為該外層之一膠結材料(即該第二膠結材料)。在其他實施例中，該膨脹劑可用以提供在固化期間膨脹之一膠結材料。有利地，擴大該膠結材料之膨脹可減少在收縮期間發生破裂之風險。

該膨脹劑可用於調整該第一膠結材料之膨脹性質使得當施加至該外層之內表面且固化時，該膠結材料對該外層施加一膨脹力。該膨脹力減少在該膠結材料與該外層間之任何空間，且增加它們之間的機械摩擦力。有利地，該增加機械摩擦力可增加該膠結材料與該外層間之黏著力。因此，相較於一單塊構材，該複合構材可具有一較高負載及彎曲容量。此外，該增加黏著力可減少該膠結材料由該外層之剝離及該複合構材之起縐及甚至翹曲。但是，所屬技術領域中具有通常知識者可了解在某些實施例中應避免過度膨脹，因為它會導致該外層之變形。因此，需要之膨脹力的量部份地取決於該外層之材料性質。

較佳膨脹劑包括鋁酸鈣水泥(CAC)及硫鋁酸鈣水泥(CSA)。較佳地，該膨脹劑係CSA。以該CSA之重量為基礎，該CSA中之CaSO ₄‧nH ₂O的量宜係大約1至50 wt%，其中n可為0、0.5、1或2。

該第一膠結材料可包含一膨脹劑，其量以總水泥成分重量為基礎係大約10至大約60 wt%或大約20至大約50 wt%。在某些實施例中，該膨脹劑之平均粒徑係大約2 μm至大約500 μm或大約10 μm至大約30 μm。 卜作嵐

卜作嵐係通常以一精細分割形式提供之矽質或矽質及高鋁材料。單獨卜作嵐具有很少或沒有膠結性質。但是，在存在水之情形下，卜作嵐與藉由水凝水泥之水合釋出之氫氧化鈣反應以形成矽酸鈣水合物或其他膠結化合物。有利地，卜作嵐可增加膠結材料之黏結劑斷裂韌性，因此產生該固化膠結材料之更高延展性。卜作嵐亦可用以調制該膠結材料之流變性。有利地，可調制該膠結材料之流變性以增加該組成物之可泵送性及/或可噴塗性。

通常，在水存在之情形下與氫氧化鈣反應之任何矽質或矽質及高鋁材料都適合使用在該黏結劑中。適合卜作嵐之例子包括但不限於：飛灰、鋼渣、顆粒狀高爐渣、矽藻土、氧化矽灰、如變質高嶺土等煅燒黏土、煅燒頁岩、火山灰、浮岩、如稻殼灰等燒成富氧化矽有機物及其任二或二者以上之混合物。較佳地，該卜作嵐成分包含例如定義在ASTM C618中之一飛灰。在某些實施例中，該飛灰係C型飛灰及/或F型飛灰。

在某些實施例中，該卜作嵐成分包含氧化矽灰。有利地，氧化矽灰可增加該膠結材料之抗壓強度及/或改善該第一膠結材料包含纖維之這些實施例中的纖維/基質介面結合。

該複合黏結劑可包含該卜作嵐成分，其量係該水泥成分之重量的大約0至大約3倍。較佳地，該複合黏結劑包含該卜作嵐成分，其量按重量計係該水泥成分之大約1至大約3倍，較佳地大約2至大約3倍且更佳地大約2至大約2.5倍。 纖維

該等纖維係用以強化該固化膠結材料。適當纖維可依據包括該等纖維之期望成本、機械性質、物理性質及結合性質來選擇。該膠結材料之性質會受到如該等纖維之長度、直徑、化學組成、剛性、密度及強度等因素影響。該等纖維可選擇成當該複合材被加載至超過彈性階段時將負載傳送通過裂縫。它們的承載行為可調整以平衡纖維斷裂及纖維滑動，即受控之纖維橋接行為。在該複合材上施加負載時，過多纖維斷裂及纖維滑動是不必要的，因此這會限制複合材延展性或導致過大之裂縫寬度而損害複合材延展性。有利地，該等纖維可改善該複合構材之應變硬化及拉伸延展性且限制裂縫寬度。

適合在該膠結材料中使用之纖維包括但不限於：聚合纖維、無機纖維(例如玄武岩纖維及玻璃纖維)、金屬纖維(例如鋼纖維)、碳纖維、植物系纖維(例如纖維素纖維及木質纖維素纖維)及其任二或二者以上之混合物。較佳地，該等纖維係聚合纖維，即由如一聚烯烴(例如聚乙烯或聚丙烯)、一聚丙烯酸、一聚酯、一聚乙烯醇、一聚醯胺(例如尼龍)或其任二或二者以上之組合的一聚合材料構成的纖維。更佳地，該等纖維係聚丙烯纖維且更佳地係高韌性聚丙烯纖維。在某些實施例中，該等纖維係短不連續纖維。

纖維濃度之上限係由可泵送性及可噴塗性來支配，而下限則由提供與易碎或半易碎行為相反之應變硬化(延展性)行為的能力來支配。例如，該等纖維可以總組成物體積(即包括水之組成物的體積)為基礎具有大約0.1至小於4 v/v%、大約1至大約3 v/v%或大約1.5至大約2.3 v/v%的量。在某些實施例中，該纖維長度係大約4 mm至大約25 mm、大約6 mm至大約20 mm或大約8 mm至大約12 mm。在某些實施例中，該纖維直徑係大約10 μm至大約150 μm或大約10 μm至大約60 μm。 強塑劑

在某些實施例中，該膠結材料更包含亦被稱為一高效能減水劑之一強塑劑。一強塑劑可添加至該膠結材料以影響該組成物之流變性。有利地，該強塑劑可減少需要維持該膠結材料之可泵送性及可噴塗性的水量。

因此，該強塑劑通常用可有效地獲得具有期望可泵送性及可噴塗性之一組成物的量添加至該膠結材料。所屬技術領域中具有通常知識者可了解需要獲得期望可泵送性及可噴塗性之強塑劑量可取決於該組成物之其他成分，例如該組成物之含水量。例如，該強塑劑可包含在該膠結材料中，其量以總組成物重量為基礎係大約0.1至10 wt%、大約0.3至3 wt%或大約0.5至1.5 wt%。

通常，所屬技術領域中習知之任何強塑劑都適合使用在該膠結材料中。該等強塑劑包括但不限於：磺化蜜胺(例如磺化蜜胺甲醛凝液)、磺化萘(例如磺化萘甲醛凝液)、聚羧酸醚(例如ADVA®190)、改質木質磺酸鹽及其任二或二者以上之混合物。 粒料

該膠結材料可更包含如砂、磨細石料及輕量粒料等粒料。加入輕量粒料可減少該膠結材料之密度。加入輕量粒料亦可容許特別地在水平上方表面上噴塗增加厚度。若輕量粒料之量多，則粒徑變得重要，否則應變硬化無法達成。通常，平均粒徑係大約10 μm至大約1000 μm、大約10 μm至大約200 μm或大約30 μm至大約100 μm。

輕量粒料可包含，但不限於磨碎橡膠(例如來自廢輪胎)、中空玻璃球、微珠、膨脹雲母及微球(例如玻璃、陶瓷或聚合物微球)。

外加於或取代輕量粒料，該膠結材料可更包含氣泡。該氣體可在加工該膠結材料時藉由例如起泡或曝氣等物理手段加入。或者，該氣體可例如作成由鋁粉末與該鹼組成物之反應或Si-H官能性矽烷與水之反應產生的氫氣而化學地加入。在某些實施例中，可添加穩定物質以協助防止相鄰氣泡之聚結。在某些實施例中，限制體積百分比以提供等於或高於大約1400 kg/m ³，較佳地等於或高於大約1500 kg/m ³之一固化密度。若明顯聚結成大空孔發生，該複合材之強度性質，特別是應變硬化行為會受到損害。氣泡可配合其他輕量粒料使用。有利地，在該等配方中的氣泡之體積分率可保持為小使得聚結可為最少。例如，在具有1300 kg/m ³之一目標密度的一複合材中，可添加一氣體或氣體前驅物以獲得等於或高於大約1600 kg/m ³之一密度且添加其他輕量填充劑以降低該密度至該目標範圍。 其他添加劑

該膠結材料可如在所屬技術領域中習知地更包含其他添加劑，例如一增黏劑及/或一緩凝劑。

例如，該增黏劑可為一纖維素衍生物，例如羥丙基甲基纖維素(HPMC)。該增黏劑可包含在該膠結材料中，其量以總黏結劑重量(即不含水之組成物重量)為基礎係大約0至大約1 wt%、大約0.03至大約0.5 wt%或大約0.05至大約0.2 wt%。該增黏劑增加該複合材在一基材上累積厚度之能力，且亦有助於該等纖維均勻地分散在該基質中。

該膠結材料可包含一緩凝劑。可使用一習知緩凝劑。一較佳緩凝劑係可有利地配合使用CSA之檸檬酸。該緩凝劑可包含在該膠結材料中，其量以總黏結劑重量為基礎係大約0.01至大約10 wt%、大約0.1至大約2 wt%或大約0.2至大約1.5 wt%。該緩凝劑可在一噴塗程序中增加該膠結材料之工作時間。但是，所屬技術領域中具有通常知識者可了解過多緩凝劑會減少該膠結材料之強度及延展性。 水

該膠結材料中之水量影響該組成物之各種性質。在某些實施例中，該含水量應足以獲得一可泵送及可噴塗組成物。通常，一較高含水量減少黏度且增加可噴塗性，而一較低含水量增加凝聚力且容許較厚塗布。需要提供一可泵送及可噴塗組成物之水量可藉由例行實驗輕易地決定且可藉由如上述地包含一強塑劑來減少。

在某些實施例中，該水對黏結劑比率係大約0.2至大約0.5。較佳地，該水對黏結劑比率係大約0.2至大約0.4，更佳地係大約0.3。 該膠結材料之製備

本發明之膠結材料可藉由習知技術製備。該等成份可與水分開地混合或可預混合某些成份。在某些實施例中，將水添加至該等乾黏結劑成份之一預混物以獲得一濕混合物並將該等纖維添加至該濕混合物。在某些實施例中，將一強塑劑與水混合以形成一溶液，將該溶液添加至該等乾黏結劑成份之一預混物以獲得一濕混合物並將該等纖維添加至該濕混合物。在某些其他實施例中，可在一「備妥混合物」組成物，例如使用前與水混合以形成該膠結材料的該等乾黏結劑成份及該等纖維之一預混物中提供該等乾成份。 該複合構材之製備

該複合構材可藉由將該第一膠結材料噴塗在該外層之內表面上來製備。使該第一膠結材料固化以形成該內層且提供該複合構材。有利地，當該第一膠結材料係一SDMCC時，該固化程序放熱且不需要熱輸入來啟動用於固化之水合及卜作嵐化學反應。在這程序中，該外層作為一永久模板。當該複合材料包含一塗層時，將該第二膠結材料噴塗在該外層之外表面上且固化形成該塗層。該等第一與第二膠結材料可同時地或以任何順序依序地分別噴塗在該外層之內表面及外表面上。

或者，該複合構材可藉由一鑄造程序來製備。例如，如圖4所示，一外層(74)與一模板層(76)可具有在該等二層間之一空腔(78)。該第一膠結材料可澆鑄在該空腔(78)中且固化以提供該複合構材。在某些實施例中，該程序可更包含將該第二膠結材料噴塗在該外層上且使該膠結材料固化。

以下非限制例係用以說明本發明且絕不限制其範圍。 例子 1.材料組成物及加工

示範混合物係列舉在表1中。該水泥係來自美國密西根州Lafarge水泥公司之I型卜特蘭水泥(PC1)。分別地使用來自CTS水泥製造公司及來自Royal White水泥公司之兩種膨脹水泥且定義為CSA-K及CSA-R。變質高嶺土(MK)係來自美國紐澤西州Sika公司之Sikacrete®M-100。硬石膏係來自USG之Terry-Alba 1號。石灰石係來自Omya加拿大公司之Snowhite®12-PT。飛灰(FA)係來自Boral Material Technologies公司的具有一10至100 μm大小分布之C級飛灰。該強塑劑(SP)係來自GCP Applied Technologies之AVDA®190。作為一增黏劑之羥丙基甲基纖維素(HPMC)係來自Fisher Scientific。聚丙烯(PP)纖維之量係2%體積分率，且具有12 μm直徑、10 mm長度、6 GPa楊氏模數及850 MPa抗拉強度並且係來自巴西Saint-Gobain之Brasilit。 表1

材料		複合黏結劑
PC1	CSA	硬石膏	MK	LS	FA	水	SP	HPMC	PP纖維 (Vol%)
OPC	1	0	0	0	0	2.2	0.96	0	0.0016	2
K07	0.78	0.22	0	0	0	2.2	0.96	0	0.0016	2
K10	0.68	0.32	0	0	0	2.2	0.96	0	0.0016	2
K13	0.58	0.42	0	0	0	2.2	0.96	0	0.0016	2
LC3	0.55	0	0	0.3	0.15	2.2	0.96	0	0.0016	2
LC3–K10	0.23	0.32	0	0.3	0.15	2.2	0.96	0.01	0.0016	2
LC3–K13	0.13	0.42	0	0.3	0.15	2.2	0.96	0.01	0.0016	2
R13–C0	0.58	0.42	0	0	0	2.2	0.96	0	0.0016	2
R13–C10	0.58	0.38	0.04	0	0	2.2	0.96	0	0.0016	2
R13–C15	0.58	0.36	0.06	0	0	2.2	0.96	0	0.0016	2
R13–C20	0.58	0.34	0.08	0	0	2.2	0.96	0	0.0016	2

表1中之品名表達該黏結劑組成物。OPC及LC3表示分別地藉由一般卜特蘭水泥及石灰石煅燒黏土水泥製備之黏結劑。K07、K10及K13表示7、10及13 wt%之一CSA-K對黏結劑比率。R13-C0、10、15及20表示13 wt%之一CSA-R及硬石膏對黏結劑比率，其中該硬石膏比率係CSA-R及硬石膏之總重量的0、10、15及20 wt%。PC1、MK及LS在LC3水泥中之wt%比率係55%、30%及15%。

該SDMCC係藉由在一轉筒混合機中混合全部乾成份(PC1、CSA、硬石膏、MK、LS、FA及HPMC)10分鐘來製備。水與SP一起逐漸地添加且混合6分鐘。最後添加PP纖維，接著混合6分鐘。 2.膨脹特性

將用於測量收縮/膨脹之樣本澆鑄在一角柱模(25×25×300 mm)中。該收縮/膨脹測量係在未破壞該等樣本之情形下在脫模後儘可能早地實行且標記為該變形之「零時間」。就表1中之混合物而言，該脫模時間對OPC而言係20小時；對K07而言係10小時；對K10、K13及LC3-K13而言係5小時；對LC3-K10而言係8小時；對R13-C0、R13-C10、R13-C15及R13-C20而言係3小時。該等樣本係儲存在一20±2℃及40±5%相對濕度(RH)環境中。該等樣本之長度變化係依據ASTM C490/C490M-17來測試。 2.1乾燥收縮/膨脹

表1中之組成物的收縮/膨脹對老化曲線顯示在圖5至7中，其中負號(在y軸上)表示收縮且正號表示膨脹。表2列舉在28天時之收縮/膨脹的特性值。對藉由OPC製備之SDMCC而言，在28天時該收縮連續地增加至-1434 με。該比較大收縮會導致在限制條件下之破裂，因此減少該材料之延展性。使用CSA-K之SDMCC顯示初始膨脹接著收縮之特性。在大約2天老化時發生最大膨脹。對組成物K07、K10及K13而言，隨著該CSA-K比率變化，最大膨脹之數值係779 με、2418 με及3756 με。但是，關於該複合黏結劑中之7 wt% CSA-K水泥，在28天時該SDMCC仍顯示-823 με收縮。在28天時K10及K13之膨脹分別地係1139 με及2026 με。使用LC3之ECC的膨脹稍小於OPC。對LC3-K10及LC3-K13而言，該膨脹係838 με及1722 με。

CSA水泥之種類亦會影響膨脹之數值。CSA-R係具有比CSA-K少之CaSO ₄的一CSA黏結劑。即使當CSA-R之含量係13 wt%之該複合黏結劑(R13-C0)時，在28天時R13-C0之收縮係-834 με且未顯示膨脹。藉由硬石膏來增加取代CSA-R減少該收縮且在28天時R13-C20具有一489 με膨脹。在不希望受理論約束之情形下，吾人認為CSA水泥中之CaSO ₄(石膏或硬石膏)量會影響鈣礬石之產生。鈣礬石係CSA水泥之主要膨脹水合產物。 2.2最小膨脹

假設線性材料構成行為，由膨脹造成之壓力可表示為： (1) 其中 p係由膨脹SDMCC施加之壓力； ε ₁係SDMCC之最大膨脹； ε ₂係最大膨脹與在28天之剩餘應變間的差； E ₁係時間零與最大膨脹時間間之有效模數且； E ₂係最大膨脹時間與28天間之有效模數。 ε ₁及 ε ₂可藉由依據ASTM C490/C490M-17之乾燥收縮/膨脹測試來測試，且該等值係列舉在表2中。 E ₁及 E ₂係受應力釋放及時間發展影響之有效模數。在早期老化期間(在3天前)，潛變比後來老化(3至28天)時明顯。此外，即使對快速硬化SDMCC材料而言，該彈性模數在一早期老化時亦較小。

假設 E ₁= kE ₂ ，該壓力亦可表示為： (2) 其中 k定義為有效模數之係數。 k係由材料彈性模數發展及邊界限制條件之組合效應來決定。有利地，為確保該SDMCC對該外層或模板層產生一耦合效應， f應大於0。換言之， kε ₁– ε ₂應大於0。依據Zhu H.等人之 Double feedback control method for determining early–age restrained creep of concrete using a temperature stress testing machine. Materials, 2018, 11(7), 1079，假設 k=0.5似乎是合理的。 表2

材料	最大膨脹(µε)	28天膨脹(µε)	最終抗拉強度(MPa)	應變容量 (%)	平均裂縫寬度/µm
1%	2%	3%
OPC	71.4	˗1434	3.41	3.69	83	105	107
K07	779	˗832	3.67	4.49	61	84	90
K10	2418	1139	3.62	5.17	49	75	90
K13	3756	2026	3.85	5.04	61	81	99
LC3–K10	1470	838	2.97	5.20	61	75	85
LC3–K13	2300	1722	2.81	4.68	51	72	89
R13–C0	4	˗834		–	–	–	–
R13–C10	158	˗879		–	–	–	–
R13–C15	698	˗326		–	–	–	–
R13–C20	1691	489		–	–	–	–

對表2中之混合物而言，OPC之最大膨脹及28天後膨脹與K07、K10及K13不同；但是，對OPC、K07、K10及K13而言，該最大膨脹及該28天膨脹(即 ε ₂)間之差相似。實驗地發現對該OPC系SDMCC而言 ε ₂係大約1531 με且對該LC3系SDMCC而言係605 με。因此，該OPC系SDMCC而言，該最大膨脹 ε ₁= ε ₂/ k較佳地係至少3062 με(1531/0.5)以提供一期望耦合效應。對該LC3系SDMCC而言，該最大膨脹較佳地係至少1210 με(605/0.5)。 3.多層膠結性組成物預製等斷面構材之製備

一多層膠結性組成物預製等斷面構材可藉由選擇在表1中例示之適當組成物。例如，R13-C15達到326 με之一長期收縮且因此適合作為一外層使用。雖然OPC亦收縮，1434 με之長期收縮會導致破裂，這是不必要的。對該內層而言，需要具有控制膨脹之一材料。LC3-K13提供1722 με之一長期膨脹且可作為這內層。

在這說明書中參照專利說明書、其他外在文獻或其他資訊源通常是為了提供用於說明本發明之特徵的一上下文。除非另外特別地聲明，參照該等外在文獻不應被解讀為承認在任何司法管轄中之該等文獻或該等資訊源係習知技術或形成所屬技術領域中之一般常識的一部份。

在此非意圖只限制本發明之範圍於上述例子。所屬技術領域中具有通常知識者可了解在不偏離在附加申請專利範圍中提出之本發明範圍的情形下可有許多變化例。

1,30,40,50,60:內層 2,32,42,52,62,74:外層 10:內層；模板層 12:外層；內層 14:塗層；外層 34,44,54,64:塗層 76:模板層 78:空腔

以下參照圖說明本發明，其中：

圖1顯示一雙層複合構材。

圖2顯示一三層複合構材。

圖3顯示三層複合構材之不同幾何形狀，詳而言之：(a)具有一正方形橫截面之一中空複合構材；(b)具有一六邊形橫截面之一中空複合構材；(c)具有一圓形橫截面之一實心複合構材；及(d)具有一矩形橫截面之一實心複合構材。

圖4顯示可用於澆鑄一三層複合構材之一模板層及外層的一組態。

圖5顯示用OPC及CSA-K水泥(其中CSA-K分別地包含7、10及13 wt%之一複合黏結劑)製備之可噴塗延展性金屬狀膠結性組成物(SDMCC)的收縮/膨脹。

圖6顯示用OPC及LC3/CSA-K水泥(其中CSA-K分別地包含10及13 wt%之一複合黏結劑)製備之SDMCC的收縮/膨脹。

圖7顯示用CSA-R水泥(其中硬石膏分別地包含0、10、15及20 wt%之CSA-R)製備之SDMCC的收縮/膨脹。

(無)

Claims (24)

1. 一種複合構材，其包含： 一內層，其包含一第一膠結材料；及 一外層， 其中該內層實質地覆蓋該外層之一內表面且該第一膠結材料係對該外層之該內表面施加一力的一膨脹材料。
2. 一種製造如請求項1之複合構材的方法，該方法包含： 將該第一膠結材料之一未固化混合物噴塗在該外層之該內表面上；及 使該第一膠結材料固化以獲得該複合構材。
3. 一種製造複合構材之方法，該複合構材包含一內層、一模板層及一外層，該內層包含當固化時膨脹之一第一膠結材料，其中該內層接觸該模板層之一外表面及該外層之一內表面，其中該方法包含： 提供該模板層及該外層，且一空腔在該等二層之間； 將該第一膠結材料之一未固化混合物澆鑄在該模板層與該外層間之該空腔中；及 使該第一膠結材料固化以提供該複合構材。
4. 如請求項1之複合構材或如請求項2或3之方法，其中該第一膠結材料包含一膨脹劑。
5. 如請求項1或4之複合構材或如請求項2、3或4中任一項之方法，其中該第一膠結材料具有至少大約1200 με之一最大膨脹。
6. 如請求項1、4或5中任一項之複合構材或如請求項2至5中任一項之方法，其中該外層包含一第二膠結材料。
7. 如請求項6之複合構材或方法，其中當固化時該第二膠結材料收縮。
8. 如請求項6或7之複合構材或方法，其中當固化時該第二膠結材料具有小於大約500 μm之一收縮。
9. 如請求項6或7之複合構材或方法，其中當固化時該第二膠結材料具有小於大約1000 με之一收縮。
10. 如請求項6至9中任一項之複合構材或方法，其中該第一膠結材料及/或該第二膠結材料包含一複合黏結劑。
11. 如請求項10之複合構材或方法，其中該複合黏結劑包含一水泥成分及一卜作嵐成分。
12. 如請求項6至11中任一項之複合構材或方法，其中該第一膠結材料及/或該第二膠結材料包含纖維。
13. 如請求項6至12中任一項之複合構材或方法，其中該第一膠結材料及/或該第二膠結材料可噴塗。
14. 如請求項1、4或5中任一項之複合構材或如請求項2至5中任一項之方法，其中該外層包含一金屬、一聚合物、一複合材或其任二或二者以上之一組合。
15. 如請求項3之方法，其中該模板層包含一金屬、一聚合物、一複合材或其任二或二者以上之一組合。
16. 如請求項1或4至15中任一項之複合構材或如請求項2至15中任一項之方法，其中該複合構材係預製。
17. 如請求項1或4至16中任一項之複合構材或如請求項2至16中任一項之方法，其中該複合構材係中空或實心。
18. 如請求項1或4至17中任一項之複合構材或如請求項2至17中任一項之方法，其中該複合構材係呈一管、柱或板之形狀。
19. 一種複合構材，係依據請求項2至18中任一項之方法製備。
20. 一種如請求項1或4至19中任一項之複合構材的用途，係作為一管，其中該複合構材係中空。
21. 如請求項20之用途，其中該複合構材之橫截面係圓形。
22. 如請求項20或21之用途，其中該管係用於運送水、瓦斯或油。
23. 一種如請求項1或4至19中任一項之複合構材的用途，係作為一建築組件。
24. 如請求項23之用途，其中該建築組件係一柱或一板。