耐用且無需燃燒的煤灰磚塊制造方法

專利名稱：耐用且無需燃燒的煤灰磚塊制造方法
耐用且無需燃燒的煤灰磚塊制造方法 參考資料
本專利申請書所參考的出版資料和專利書，全部羅列于下。(參考號均列于方括 弧[]內。參考資料的順序依照其在申請書上出現的先后次序排列)。 美國煤灰協會(2004) , w. acaa-"sa. org/jr力a力t瓜美國煤灰協會(2004),"煤灰來源、處置、用途以及潛在的健康問題，"加 州帕拉亞圖"電力研究所""環境部門"發表報告。 R. S. Hii (2001),"蔬力屋裙^^成碧賞#教，"密蘇里大學土木系87頁碩士 論文， (指導教授劉亨立)。Y.D. Li和Y.Y.Lin(2002),"壓縮密蘇里州固體廢料成有y^產/^ ,"密蘇里大 學"運煤管道研究中心"向"密蘇里天然資源局固體管理處"提出的最后一份專業報告。
(報告在運煤管道研究中心主任劉亨立指導下完成)美國測試與材料協會C62(1997) , "j^^V^辟炎^^^±^水泥/#^^ 好炎>> ^^天/^^潛"，美國測試與材料協會，36-39頁。 H.Liu (2004),"壓縮煤灰成磚塊，""美國國家科學基金會""小型企業革 新研究基金"提出的15頁研究提案。 H.Liu (2005) ,"^^"^^^^"^^炎，"2005年3月向"美國國家科學基金會" 提出的15頁最后一份專業報告。 H. Liu, W.J.Burkett和K. Haynes (2005),,"增加煤灰磚塊抗高溫耐低寒的特 性"17頁報告，發表于2005年4月14日肯德基州列辛頓;^^會議度界會訊沐論 文在大會上因其"最佳專業報告"贏得"巴騰湯瑪士獎".)論文內容上"煤灰圖書 館"網址查詢》w- J."/b)。 M.S. Riddle , (1995) ," 威紛與薪議劍欲成^游過淳"，美國專利申請號 5, 374， 307. M.S. Riddle, (1995) ， 美國專利申請號 5， 405, 441. H. Logger, (1988),"議包#吝辨建筑原料的,灰潔會激劍成碧貧#教游方茲 ,"美國專利申請號 4 , 780 , 144。 T.P. Philip, (1988)，"將廢棄物制成水泥粘漿的過程"，美國專利申請號4 , 756 , 761。[13] N.G. Costopoulos， (1987),"以煤灰制成的建筑材料"，美國專利申請號4, 659 ， 385。[14] R.W. Styron， (1986),"重量很輕的細沙",美國專利申請號4 , 624 , 711。 [15] Jr. Wills和H. Milton(1981),"水泥混合物",美國專利申請號4 , 268 , 316。[16] M. I.Chou (2003),"以伊利諾州煤灰制成商業用磚塊，"肯德基州列辛頓資^會議澄界會^/,論文內容上"煤灰圖書館"網址査詢/7yaW. //7/b。[17] 0. Kayali, (2005),"煤灰制成的高效能磚塊，"肯德基州列辛頓;^^會議趙界會^,論文內容上"煤灰圖書館"網址查詢J'"/b。[18] FHWA(2003),"庫鄉継冊應滅f微游一微微辨"'"就麟遂蘑,潘必"，夷腐^T遞敘背景技術1.發明簡介發電廠燃燒煤炭所產生的煤煙還沒排放至大氣層前，都會產生細塵，此細塵即為 煤灰(flyash)。每年，美國消耗大約ll億噸的煤炭，產生大約6,000萬噸的煤灰[1]。 中國的用煤量和產生的煤灰比美國更多，為世界第一。目前煤灰在美國的使用率很低， 以2005年為例，只有大約三分之一的煤灰獲得利用；這些煤灰要不是與水泥混合一起 成為添加劑，就是鋪在路面下做為^基或其它用途。其它三分之二未獲利用的煤灰都被 當作垃圾，或挖洞掩埋，或填到沼澤塘里，不僅花費金錢，也可能造成水土污染。為煤 灰找到適當用途，顯然刻不容緩，唯有如此，未來才不會出現大量煤灰垃圾[2]。本專 利申請書采用新技術，以煤灰制成建筑及相關領域所需的磚塊、板塊和其它類似物一一 本文一并稱為"磚塊"。煤灰混合了少量水分后，籍著此一新技術，在室溫中壓縮成堅 固又耐用的磚塊。最后，磚塊還需在室溫中，采用類似養護(curing)混凝土磚塊的方式， 完成養護。不同于以粘土制成的磚塊，以新技術制成的煤灰磚塊不需經歷高溫燃燒，因 此，既結省了燃燒粘土磚塊所需的石化燃料，也免除了燃燒過程所造成的污染，于是， 既環保又節省能源的制造磚塊方式便出現了。2000至2002[3、 4]年間，本發明人尚未自密蘇里大學退休。在其帶領下，密蘇里 大學的研究團隊發現，如果將電廠燃煤所產生的C系列(高鈣質)煤灰，加上少量水，可 以在模型中壓縮出緊密的磚塊、板塊或圓柱塊。經過室溫養護后，緊密的塊狀物還會變 得像混凝土那幺強硬。不過，測試結果發現，此煤灰產品卻無法經歷結凍/解凍(結解)(freeze/thaw)的變化[4]。它們只能經歷8次結解實驗，遠低于"美國測試與材料協會" (ASTM)要求的50次[5]。無法達到該協會要求的磚塊標準，幾年內就會在酷寒的天氣里 龜裂，品質因此大打折扣，在美國這個冬天倒處結冰的國家里，也毫無市場價值。因此, 密蘇里大學的研究團隊沒有為其新技術申請專利。如今，距離他們發表研究報告已經超 過三年[3、 4]，也喪失了申請專利的條件。(注根據美國法令，專利申請必須在發表 后12個月內提出，否則無效)。
2004年，本發明人向"美國國家科學基金會""小型企業革新研究基金"(SBIR) 遞交第一階段研究提案，想要解決前述煤灰磚塊的結解問題[6]。在提案中，本發明人 提出5種方法，企圖解決結解問題，并希望5種方法中，至少有一種可制出能夠符合"美 國測試與材料協會"50次抗結解的磚塊。此5種方法分別如下1)在煤灰內加入少量 纖維，增加磚的抗結解性；2)在煤灰內加入少量波德蘭水泥(Portland cement)或石灰 等黏結劑，使磚塊更堅固耐用；3)在煤灰磚塊外表加上防水劑，以減少或避免水分吸收， 降低結解可能帶來的損害；4)修正磚塊壓縮模子的形狀，使煤灰磚塊更堅固，更能抗結 解；5)使用兩片式的模子改善磚塊品質。這份提案順利申請到經費贊助，測試工作也于 2004年7月1日開始進行。測試中，總共享了兩種C系列煤灰含有少量(少于0.5%) 未燃盡炭(unburned carbon或LOI)的高品質煤灰，以及含有較大量(大約16%)未燃盡 炭的低品質煤灰。前者取自粉狀煤鍋爐(pulverized coal burners)所燃燒的煤炭，后 者取自旋轉式鍋爐(cyclone burners)所燃燒的煤炭，后者煤炭種類雖與前者一樣，顆 粒卻大些。測試中又將兩種煤灰按照不同比例混合一起，以得到0. 5%至16%之間不同比 例的未燃盡炭。
正如2005年3月向"國家科學基金會"提出的最后一份專業報告[7]所指出，5種 方法中，只有加入纖維的第一種方法能夠幫助煤灰磚塊有更佳抗結解性。在結解實驗時， 沒有加入纖維的高品質煤灰磚塊在第四次結解就出現裂痕，在第十五次就裂成碎片。不 過，在加入5單位一般混凝土使用的尼龍纖維后，煤灰磚塊到了第七次才出現裂縫，而 且，直至第五十次結解，煤灰磚塊都沒有裂成碎片----裂開部分都被纖維拉住了。需要 一提的是，每單位纖維相當于制作磚塊所需干燥煤灰0.15%的重量。至于低品質的煤灰 磚塊，如果不加纖維，第二十五次實驗時就出現裂縫，第三十一次時則裂成碎片。如果 加入5單位纖維，第二十四次開始裂縫，而且最后除了表面出現一些破損，完全順利通 過五十次實驗。實驗證明，無論是高品質煤灰或低品質煤灰，只要加入大約5單位纖維， 就可以增加磚塊的耐性，只不過，磚塊仍無法通過"美國測試與材料協會"50次結解 實驗的要求，因為磚塊最后仍會出現裂縫和破損。因此，仍需研究另一種方法，改進煤 灰磚塊的抗結解性。
由于前述五種方法都無法有效解決煤灰磚塊的結解問題，本發明人在"美國國家科學基金會"贊助的第一階段實驗里，又針對其它方法進行了些實驗。這些方法包括調整煤灰與水的比例(F/W)至最佳狀態，增加造磚壓力，延長養護(curing)時間，及在煤 灰內加入氣泡劑(air-entrainment agent)。結果發現，增加造磚壓力與延長養護時間 雖然可以讓磚塊較堅硬，增加磚塊的抗壓性，卻無法增加其耐久性，亦即，不能改善其 結解性。顯然，想要增加煤灰磚塊的抗結解性，不能只靠養護磚塊的堅固性(strength), 還需增加其延展性(ductility)和滲透性(permeability)。只有如下文所述，適當結合 幾種不同方法，同時增加其堅固性、延展性和滲透性，才可能提高磚塊的抗結解性。多次實驗發現，只要煤灰和水的比例適當、壓縮的力量適度、養護的時間正確，并 在制造磚塊的過程中加入小量氣泡劑，高品質的煤灰磚塊就能在試驗中毫不破損的通過 至少50次結解，低品質的煤灰磚塊也能毫不破損的通過40次結解。在所有實驗中，除 了氣泡劑，沒有加入任何其它東西。本申請人(貨運管道公司)在2005年6月1日之后 所進行未發表的實驗發現，若將適當比例高品質的C系列煤灰與低品質的C系列煤灰混 合，即使不加入氣泡劑，也可以制造出堅固耐用的磚塊。此實驗結果將于稍后"發明細 節"處詳加討論。本申請人在"美國國家科學基金會"贊助的研究[7]中，同時進行了成本估計。結 果發現，在增加煤灰磚塊的結解性上，氣泡劑顯然較尼龍纖維便宜許多。好比，加入纖 維后，每個磚塊的成本增加3美分，加入氣泡劑后，每個磚塊的成本卻只增加0. 5美分 [7]。因此，為了解決結解問題，用最理想的F/W比例，并加入適量氣泡劑，似乎最有 效也最符合經濟效益。這項由"美國國家科學基金會"贊助的研究結果---_包括加入氣 泡劑后，對于結解性有何影響的數據一已簡短的記錄在最后一份專業報告[7]和獲獎 的會議報告[8]里。雖然兩份報告均顯示，加入氣泡劑后，可以增強煤炭磚塊的抗結解 性，為了保護智能財產權，制造過程里的重要步驟和細節都沒有在該報告中透露。在本 專利申請書中，這些重要資料才首次加以披露。2. 發明領域本發明利用煤灰,亦即燃燒煤炭時產生的副產品，制造磚塊(bricks)、板塊(blocks) 和其它建筑用材料。3. 敘述并比較先前的研究在先前做過的研究中，與本發明最相關的是密蘇里大學從事的研究，其細節在參考 資料[3]和[4]中均有詳細描述及討論。如前面"發明簡介"所大概描述，由本發明人帶 領的密大研究團隊，成功的發展出一種新方法，先將C系列煤灰加水后，在模子中壓縮， 再將初步制成的產品置于正常室溫的潮濕環境中養護，制造出的磚塊、板塊和圓柱塊，其強度(strength)均符合"美國測試與材料協會C62" [5]的要求。不過，在結解實驗 時卻發現，這些產品的結解性(freeze/thawresistance)卻很差。在沒有明顯破損的情 況下，它們只能通過8次結解實驗，遠低于"美國測試與材料協會"要求的50次。在 此處，"明顯破損"指的是產品上有長于一寸(2.54cm)的裂縫，失去1%的重量，或是 碎成兩塊以上。目前本申請人的產品根據密大所使用的制造方法,重新設計并大幅改良， 終于使得壓縮后的煤灰磚塊得以毫無破損的通過50次結解實驗。由于采用了新方法， 煤灰磚塊才大獲改進。本申請書稍后將仔細討論此新方法。較之密大使用的方法，本新 方法有下述特點-
a) 新方法加入氣泡劑。密大和其它先前的實驗均未加入此融劑,甚至不知道需加入此劑。
b) 新方法增加了煤灰磚塊的結解性，使磚塊得以通過"美國測試與材料協會"要求的 50次結解要求。而密大的方法則無法制造出抗結解的煤灰磚塊。
c) 新方法所采用媒灰與水的比例(F/W ratio)不同于密大所用。按照密大的方法，高品 質煤灰的F/W為9，低品質媒灰F/W為5.67。可是新方法發現，高品質媒灰的F/W以7 較理想，低品質煤灰的F/W則以4較理想。經由本研究發現，較小的F/W比例(制造磚 塊時煤灰混合物愈濕)，制造出的磚塊較堅固，結解性也較佳。
d) 在新方法中，煤灰和水混合好放入模子后，會先用震動器震動。這幺一來，磚塊的密 度會較均勻，整體的強度亦較平均，結解和處理時也較不易破裂。
基于前述各項差異，較之密大未申請專利的方法，新研發申請專利的方法有了大幅 度改進。若現有技術或制造方法出現大幅改進，應該具有申請專利的條件。
另一項有關的研究由瑞德(Riddle)進行，并取得美國專利號5，374,307[9]。這項 1995年申請的專利主要^用以"卜作嵐煤灰"(pozzolanic fly ash)-—-也就是后來 該專利申請中指出的"C系列煤灰"~-一加入水，混合后置入壓縮模，以每平方英寸1,000 至2,500磅的造磚壓力壓縮；此壓力相當于690至l,720萬的pascal。此專利制造方 法不只類似前面討論過密大的制造方法，而且完全沒有就磚塊的性能、特色詳細說明-沒有提到是否用了氣泡劑，也沒有提到煤灰磚塊的結解性。顯然，瑞德在申請專利前， 沒有為產品進行結解實驗，也沒有加入氣泡劑。他如果為產品做過結解實驗，他一定會 發現，如同2002年密大所進行[4]以及2004年"美國國家科學基金會"所贊助[7]的實 驗，他的產品結解性很差。因此，新發明由"美國國家科學基金會"贊助的技術，無論 較之瑞德有專利權的方法，或密大沒有申請專利的方法，都大幅出現了改良。本發明為 先前密大研究人員[7]與瑞德[9]無法解決的結解問題，找到解決辦法。也就是說，瑞德 和密大研究人員發明的方法非常類似，他們制造出的磚塊都不耐用，都無法通過"美國 測試與材料協會"的結解標準。相對而言，本專利申請采用新方法，能夠做出耐用的煤 灰磚塊，并符合"美國測試與材料協會"的結解標準。能夠通過結解標準意味著，此磚
8塊品質達到瑞德及密大研究人員無法達到的標準。全美國超過90%地區每年冬天都會結 冰，年復一年面對結解問題，因此，戶外用磚塊必須符合"美國測試與材料協會"的結 解標準[5]。無法解決結解問題的磚塊，在美國的市場及價值都會變得非常有限。
另一項先前發展出相關的發明為美國專利號5,405,441 [10]。此專利申請于1995 年獲得批準，與專利號5，374,307有著同樣的發明人、名稱、摘要。事實上，除了一些 專利細節略做修正，與瑞德專利號5,374,307的發明毫無差異。因此，前述所有關于瑞 德1994年的專利申請，均適用于他1995年的專利申請。
另一個相關的參考資料為1998年拉格(Logger)[ll]提出的專利申請，申請項目為 "以包含各種建筑原料的煤灰混合物制成建筑材料的方法"，美國專利申請號 4,780， 144。該方法將沙土和來自燃煤廠的煤渣等粗糙建筑原料，混合包括了煤灰、水、 水合石灰(hydrated lime)-—或是得以轉化成水合石灰的物質-一等人工制成的混合 劑。接著在模子內攪拌出混合物，制成磚塊等建筑材料。然后將此尚未凝固的混合物以 大約攝氏IOO度的高溫加熱養護。此過程與本發明差異極大，因為前者需要粗糙的建筑 原料、水合石灰以及攝氏100度的高溫，都是本發明不需要的。
另一個相關參考資料為1988年非利普(Phillip)[12]得到的專利，專利項目為"以 廢料制成的水泥性(cementitious)的混合物"，美國專利權號4， 756, 761。此專利主要 是將含鐵或不含鐵的煤熔渣，混合具有高ra質、高氧化鈣和礬土的硫酸鹽添加劑，制 成具有水泥性材料。此專利制造的是有水泥性能的干燥粉狀混合物，與制造煤灰磚塊的 本專利技術大為不同。
1987年卡思脫坡羅(Costopoulos)等人也得到相關專利[13],專利項目為"以煤灰 制成的建筑材料"，美國專利權號4,659，385。此專利混合煤灰與其它物質，發展出制 造如墻板這類建筑材料的方法。此建筑材料不僅輕，而且絕緣。此方法混合煤灰、黏結 齊lj (binder)、泡沫劑(foaming agent)、氣泡齊lj(air-entrainment agent)，產生不僅輕、 防火，又有良好絕緣效果的材料。卡思脫坡羅的方法和本方法的主要差別在于，本產品 不需要粘結劑和泡沫劑。此外,兩種方法制造的產品非常不同一一種制造很輕的隔緣板， 另一種制造很重的磚塊。
另一個相關參考資料為1986年史特容(Styron)[14]提出的專利申請，申請項目為 "重量很輕的顆粒體(aggregates)"，美國專利申請號4， 624, 711。此專利申請為制造 很輕的粗粒物的方法。制造時，將C系列煤灰混合泡沫劑，加不加其它添加劑均可。史 特容的方法和本申請人的方法主要差別在于,本方法不使用泡沫劑，因此產品不是很輕。 此外，兩種方法制造出的產品非常不同，無法互相替代一一種制造很輕的粗粒物，另一 種制造很重的磚塊。由于產品不同，制造過程也很不一樣。
還有一個相關參考資料為1981年威爾斯二世(Wills Jr.)等人[15]提出的專利申請，申請項目為"水泥混合物，"美國專利號4,268,316。此專利為混合波特蘭水泥、 磚窯飛灰和煤灰以制成水泥的方法。此方法和本申請人的方法最大的差異在于，前者除 了煤灰，還需要波特蘭水泥和磚窯飛灰，后者則不需波特蘭水泥和磚窯飛灰。此外，前 面一種方法制造一種水泥，而非煤灰磚塊。相對而言，本發明針對的不是水泥原料，而 是磚塊的制造。另一個相關參考資料[16]為周(Chou)于"伊利諾地質調查所"/炎幼y^研究。他以屬 于F系列煤灰的伊利諾州煤灰制造磚塊和其它相關產品。制造過程基本上與制造一般黏 土磚塊大同小異，只不過以F系列煤灰取代一部分黏土。制造一般黏土磚塊時，需將初 步制成的磚塊放入磚窯，以超過攝氏1，000度的高溫燒制。經由高溫，黏土和煤灰燒成 了似玻璃的產品一_高溫燒成的磚塊。此過程可以單獨使用黏土，也可以使用黏土與煤 灰的混合物，以制造高品質磚塊。此磚塊堅硬、不易滲透而且耐用一一能夠達到"美國 測試與材料協會"50次結解標準。此磚塊制造方法最大的缺點是必須以高溫燒制。由 于通常使用石化燃料燒制，往往消耗大量能源。除浪費能源外，此方法還會排出廢氣， 其中包括造成溫室效應的二氧化炭。此外，由于需要大量能源，磚塊成本較無需燒制的 煤灰磚塊高出許多。特別值得一提的是，本申請人提出的發明產品無需燒制，與參考資 料[16]的方法差別很大，雖然兩者制造出的產品有著同樣最終目的。另一個相關參考資料是由澳洲的卡亞立(Kayali)研發出的技術[17]。此技術與伊利 諾周氏的技術非常類似，只不過使用100%煤灰，不用粘土，也無需其它添加劑。由于 燒制時使用超過攝氏1，000度的高溫，燒成后的磚塊不僅堅固，而且不易滲透。不過， 此方法與前面提過伊利諾周氏的方法有同樣的缺點浪費能源、造成溫室效應、成本較 高。4.評估現有專利并分析本發明的獨特性和原創性大多數前面討論過、無需燃燒煤灰磚塊的制造'方法(現有專利者)，好比[9,10]，都 沒有清楚指出所使用的煤灰種類，讓人以為，所有煤灰都大同小異，任何煤灰都適用于 他們的發明；那根本不可能。事實上，煤灰之間的差異很大，不同種類的煤炭，不同的 燃煤情況，都可以讓煤灰發生變化。煙煤、次煙煤、無煙煤、褐煤(bituminous, sub-bituminous, anthracite, lignite)等不同種類的煤炭，都會產生不同煤灰。由于 地理位置不同，不同礦坑挖出的相同煤炭，也可能產生不同煤灰。本發明第一個明確指 出此復雜情況，也第一個說明，此情況對非高溫燒制煤灰磚塊結解特質的影響。煤灰通常可以分成兩大類[18]: C系列(class C)煤灰和F系列(class F)煤灰。C 系列煤灰也就是含鈣量高的煤灰。因為通常含有超過20%的鈣質，它本身具有黏合能 力，以致制成磚塊時，無需添加諸如波特蘭水泥這類黏合劑。燃燒諸如懷俄明州波德流域(Powder River Basin in Wyoming)所產的次煙煤后，通常會產生C系列煤灰。至于 F系列煤灰所含的氧化鈣通常低于10X。它缺乏粘合能力，制成磚塊時，須加入水泥或 其它粘合劑。即使相同的煤炭，使用不同的燃煤鍋爐(粉狀煤式、旋轉式、塊煤式、液 體流床式)(pulverized-coal、 cyclone、 stoker、 f luidized-bed),也會產生不同大小 顆粒的煤灰，和不同含量未燃盡炭，以至大幅影響制造磚塊的過程(process)。因此， 以煤灰制造磚塊時，不僅需明確指定使用C系列煤灰，煤灰中未燃盡炭的含量也必須詳 細說明，以得到預期的制造結果。現在所有制造無需燃燒煤灰磚塊的專利發明均未達到 此要求。未燃盡炭含量高的煤灰(未燃盡炭含量高于10%)稱作"低品質煤灰"，其功能與 未燃盡炭含量低的"高品質煤灰"(未燃盡炭含量低于1%)非常不同。后者通常來自粉 狀煤鍋爐，制造出的磚塊較前者堅硬、少氣孔。前者通常使用旋轉式或塊煤式鍋爐。此 外，高品質煤灰在調合時，所需要的水分也較低品質煤灰少。所有前面提過的現有相關 專利，在制造無需燃燒的煤灰磚塊時，都沒有提到炭含量對制造過程和制造結果可能產 生的影響。新的實驗已經證明，無論煤灰為C系列或F系列、高品質或低品質，都會強 烈影響煤灰磚塊的制造過程，更會影響產品的品質，因此，很顯然的，現有每一個專利 所說明的制造方式，只適用于他們專利申請前，進行實驗時所用的特種煤灰。本申請人 所申請的專利，第一個明確說出未燃盡炭和氧化鈣這兩個煤灰磚塊中的重要成分，如何 影響煤灰磚塊的制造過程。如同后文"發明細節詳述"所說，此專利采用的制造方式中 的氧化鈣和未燃盡炭需在一定范圍內，才得以制造耐用(抗結解)且無需燃燒的煤灰磚 塊。此一新方式適用于具有不同含量氧化鈣和未燃盡炭的各種不同煤灰。本申請人透過多"、實驗收集了充分資料,并自制造出的煤灰磚塊多次結解實驗中獲 得新知，才終于獲得本發明。本方案(project)由"美國國家科學基金會"贊助，為具 有原創性的研究方案，旨在解決一直困擾無需燃燒煤灰磚塊的結解問題。有少數先前研 究人員(密大研究員)曾察覺或提到煤灰磚塊的結解問題，不過卻沒有人提出解決此問題 的辦法[4]。其它研究人員，包括已于"無需燃燒煤灰磚塊"上獲專利者，均未在出版 物或專利中討論、甚至提到他們磚塊的結解問題。沒有任何一個先前研究或現有專利指出，他們有能力，制造耐用的無需燃燒煤灰磚 塊好比，"無需燒制的煤灰磚塊"能夠通過50次結解實驗而無明顯破損或龜裂，符 合"美國測試與材料協會"建筑用磚塊的標準[5]。獲得"美國國家科學基金會"贊助 的本發明是唯一已知技術中，能夠制造"耐用(抗結解)的無需燒制煤灰磚塊"者。此申 請專利之制造磚塊方式無論在方案結束報告[7]或例如[8]的其它出版物中，均未加以透 露。經由前面的討論可以得知，本發明兼具原創、獨特和本質復雜等特性，所以，具有 申請專利的條件。5.本發明方法的優點a) 本發明方法可制造出耐用(抗結解)無需燃燒的煤灰磚塊,現有發明或出版品中從未 達到此一技術，也從未表示達到了此一技術。b) 本方法制造出的煤灰磚塊能夠通過"美國測試與材料協會"所要求至少50次結解 實驗；現有發明或出版品中從未達到此一技術。c) 欲申請專利的本方法合乎科學精神，因其包含大量實驗資料和一個理論(兩個方程 式)，同時將制造耐用煤灰磚塊時所受氧化鈣和未燃盡炭的影響列入考慮，。d) 本方法簡單、有效率、節省能源又省錢。發明內容本發明目標是使用一種方法，制造無需燃燒的煤灰制品(包括磚塊、板塊等)，并使 此等制品具有耐用性，能夠通過"美國測試與材料協會C62標準"所要求至少50次結 解[5]。現有方法顯示，C系列煤灰雖可制造無需燃燒的煤灰磚塊，此磚塊卻不耐用， 無法通過10次結解，遠低于"美國測試與材料協會"所要求的50次。本申請人在"美 國國家科學基金會"贊助下，進行大量研究，就煤灰磚塊的結解性做了各種實驗，終于 找出本方法，能夠以最高效率制造耐用的煤灰磚塊。本方法混合煤灰、水和少量(不到 煤灰1X重量)氣泡劑(air-entrainment agent) —一此溶劑通常用于混凝土中，增加其 空氣含量。過程中還需謹慎控制媒灰與水的比例、造磚壓力、煤灰與水的攪拌過程以及 模子的震動方式。制造細節將在"發明細節描述"部分另外詳述。本方法制造的煤灰磚 塊不只能通過50次結解，還合乎美國測試與材料協會C62對于惡劣氣候中耐用建筑磚 塊的其它要求。


本發明無需圖形具體實施方式
本發明以下列方法制造無需燃燒的煤灰磚塊(1)決定煤灰中所需的氧化^及未燃 盡炭，并視情況予以增減，(2)決定制造耐用煤灰磚塊所需水量，(3)選擇氣泡劑，并加 入水中，(4)將含有氣泡劑的水混入煤灰中攪拌，(5)將煤灰與水的混合物倒入模子，(6) 震動模子內混合物，(7)以適當壓力壓縮模子中煤灰混合物，(8)將初步成型的磚塊取出模子，(9)將取出來初步成形的磚塊放入養護室養護。完成前面九個步驟后，產品得以儲存、或運送至市場，做為建筑及其它用途。九個步驟的細節將詳述如下(l)決定煤灰中所需氧化鈣及未燃盡炭的含量，并在必要時予以增減一一煤灰的性質由許多因素決定，除了燃煤類型，煤炭顆粒大小和燃煤鍋爐都具有決定 性的影響。燃煤鍋爐可分粉狀煤鍋爐、旋轉式鍋爐、塊煤式鍋爐、液體流床式鍋爐等。 由于這些差異，美國與其它國家的多數電廠，均定期自每個燃煤鍋爐中檢測煤灰的化學 成分。他們會測量煤灰中不同化學成分的百分比，這些化學成分包括氧化硅、氧化鋁、 氧化鈣、氧化鈉、未燃盡炭等。未燃盡炭的形成源于煤灰之未徹底氧化。所謂未燃盡炭，就是將煤灰中以炭為主未 燃盡的揮發性(volatile)物質的重量，除以所有煤灰重量后，得到的百分比。無論煤灰 未來用途為何，即使是要當成垃圾處理，電廠也往往會詳細記錄它們煤灰的成分。制造 耐用煤灰產品時，需借助煤灰成分記錄。所謂耐用煤灰產品指的是，能夠通過"美國測 試與材料協會"所要求50次結解實驗的煤灰磚塊、板塊及其它產品。經過多次實驗， 本申請人發現，煤灰中有兩種成分對制造耐用煤灰磚塊至關重要。這兩種成分為氧化鈣 和未燃盡炭。通常而言，煤灰中氧化鈣的含量愈高，煤灰磚塊的品質愈好。反之，煤灰 中未燃盡炭的含量愈高，煤灰磚塊的品質愈差。由"美國國家科學基金會"贊助的研究 發現，如果要制造出合乎"美國測試與材料協會"所要求能夠通過50次結解實驗的煤 灰磚塊，煤灰中要含有至少15%重量的氧化鈣，以及最多10%重量的未燃盡炭。只要 合乎此要求，并遵循下列八個步驟，必可制造出耐用的煤灰磚塊。如果煤灰中的氧化鈣與未燃盡炭的含量不符前述標準，只要想辦法改變煤灰中此二 者的含量，符合前述標準，仍可制造出耐用的磚塊。如果煤灰中氧化鈣含量低于15%， 可以在煤灰中加入市售的水泥，或含有高比例氧化鈣的煤灰，使混合物中含有至少15 %的氧化鈣。如果煤灰中含有超過10%未燃盡炭，可以將低品質煤灰(含有超過10%未 燃盡炭的煤灰)與高品質煤灰(含有低于10%未燃盡炭的煤灰)混合，使混合物內的未燃 盡炭低于10%。前述第一步驟討論如何使用適量氧化鈣與未燃盡炭，制造耐用且無需燃燒的煤灰磚 塊，并于必要時調整煤灰中氧化鈣與未燃盡炭的含量。由于以粉狀煤鍋爐燃燒含高鈣的 次煙煤時，所得到的C系列煤灰完全符合前述要求，此種煤灰中的氧化鈣與未燃盡炭完 全無需調整，即可制出無需燃燒的煤灰磚塊。此種煤灰自電廠取出后即可直接使用。另 一方面，由老式旋轉式鍋爐和塊煤式鍋爐所燃燒煤炭產生的C系列煤灰，會產生超過 15%的氧化鈣，但同時也可能產生超過10%的未燃盡炭。因此，在使用此種煤灰制造 耐用煤灰磚塊前， 一定要先將煤灰中的未燃盡炭降至10%以下。為達到此目的，可以混合低品質煤灰與高品質C系列煤灰，也可以采用其它方法。至于F系列煤灰則通常含 有過低的氧化鈣一一低于10%,其未燃盡炭的含量可能很低(低于5%) — 一如果煤灰是 由粉狀煤鍋爐燃燒而得，也可能很高(高于10%)—一如果煤灰是由旋轉式或塊煤式鍋 爐所產生。因此，如果F系列煤灰是由粉狀煤鍋爐燃燒而得，煤灰在制造耐用煤灰磚塊 時，雖然會有合格的未燃盡炭，卻會有不足量的氧化鈣。使用此種煤灰制造耐用磚塊時, 可在煤灰中加入波特蘭水泥。值得注意的是，波特蘭水泥中含有大約80%的氧化銬， 超過C系列煤灰中的氧化鈣含量。另一個辦法就是，將F系列煤灰混合大量含有高比例 氧化鈣的C系列煤灰，使混合物中的氧化鈣比例超過15%。這幺一來，混合物就可以 制出耐用的煤灰磚塊了。值得一提的是，由于尚未加水，前述混合物是干的。加水前，必須先決定，是否要 改變煤灰原有的顏色。如果答案是肯定的，就在干煤灰中加入色素粉末(color pigment),混合均勻后，再加水。(2)決定制造耐用煤灰磚塊所需水量_ 一只要干凈，包括市區自來水在內的各種水皆可用來制造無需燃燒的煤灰磚塊。由"美 國國家科學基金會"贊助的實驗[7]發現，如果想要制造耐用(抗結解)且無需燃燒的煤 灰磚塊， 一定得加入適當比例的水分。煤灰與水的比例(F/W ratio)由下列因素決定 氧化鈣的含量、煤灰中未燃盡炭含量、煤灰顆粒大小及造磚壓力。 一般而言，如果煤灰 中氧化鈣與未燃盡炭的含量高，就需要多一點水或較小的F/W值。煤灰中的顆粒分布如 果在煤灰中造成較大空隙，也需要多一點水。此外，造磚壓力如果較大，煤灰中空隙就 會變小，煤灰中就不需要太多水分。至今為止，F/W尚無固定公式可循。不過，卻可以將同樣份量煤灰加入不同份量的 水，制造出幾個不同磚塊，從結果中找出最適當媒灰與水的比例。經由"美國國家科學 基金會"贊助的實驗發現，壓縮時，如果模子會滲'出水分，煤灰與水的混合物就太濕， 稍后在進行結解實驗時，磚塊表面就會有破損。相反的，如果混合物中水分不足，結解 實驗時，磚塊就會龜裂或碎開。耐用產品(能夠通過50次結解的磚塊)就是在煤灰中加 入最多、但壓縮時又不至于滲出水分。這種用來制造耐用煤灰磚塊所需的水量就稱作"壓 縮保留量"(CRL)。如果想用最少的實驗次數得知CRL和F/W值，下述計算方式將大有 助益。根據"美國國家科學基金會"所贊助的實驗發現，為了得知適當CRL和F/W,煤灰 中氧化鈣與未燃盡炭的含量至關重要。任何高品質C系列煤灰只要含有大約27%的氧 化鈣與0.5%的未燃盡炭，其F/W值就該大約為7。相對的，低品質C系列煤灰中如果 含有大約27%的氧化鈣與16%的未燃盡炭，其F/W就該大約為4。如果未燃盡炭在0.5%和16%之間，F/W可由下列公式算出F/W-7. 104—1.94 x LOI................(1)好比，如果LOI為10%或0.1,公式(1)的結果F/W就等于5. 16。值得注意的是，只有在C系列煤灰含有重約27X的氧化鈣時，公式(l)才適用；氧化轉為煤灰中主要成分，會根據下列化學公式對水出現反應-CaO + H20 ■> Ca(OH)2........................(2)由公式(2)及鈣、氧、氫的分子重量得以證明，每磅重的氧化鈣需要0.321磅的水，以 產生化學反應。當煤灰中氧化鈣的含量非27%時，公式(1)中得到的F/W需根據不同氧化轉含量 加以調整。下面是兩個例子-例1.以含有20%氧化鈣及10%未燃盡炭的C系列煤灰制造磚塊。如果每個磚塊以 2，000克(gram)干煤灰制成，CRL應為多少？ F/W應為多少？ (答案)如果煤灰含有27%的氧化鈣，由公式(l)將可得到 F/W=7. 104—1.94X0. 10=5. 16。因此，以2， 000克干煤灰制成的磚塊中，CRL所需的 水分為2， 000 / 5. 16=387. 6克。不過，由于煤灰中僅有20%的氧化鈣，也就是7% (或 0. 07X2000=140克)低于公式(l)所要求含量。由公式(1)所得到的387.6克水應減少 140X0. 321=44. 9克。因此，此磚塊中的正確水分應為387. 6—44. 9=343克。相應的 F/W應為2, 000 / 343=5. 83。例2.含有30%氧化鈣和5%未燃盡炭的煤灰中，CRL應為多少？ F/W應為多少？(答案)由公式(l)得知，未燃盡炭為5%(0.05)時，F/W為6. 13，而含有2，000克煤 灰的磚塊中所需的水分為2，000/6.13=326克。由于煤灰含有30%的氧化藥，較公式 (1)要求的27%多了三個百分點，也就是多出了 2, 000X0. 03=60克的氧化^，自然還 需要添加60X0. 321 = 19. 3克水分。因此，為了制造此磚塊，CRL所需的水份為326+19. 3 =345克，相應的煤灰與水比例應為2, 000 / 343=5. 80。值得注意的是，根據前面公式計算出制造煤灰磚塊的水分，不只包括用來混合煤灰 的自來水或其它干凈水，還包括其它添加物中的水分，好比氣泡劑中的水份。因此，煤 灰中如果需要100克水分，而其它添加物有90克水，那幺根據前面公式得到的自來水或其它干凈水就需減去90克。
前面提到計算制造煤灰磚塊或F/W所需的水量只是大概，并非制造耐用煤灰磚塊所 需的精確水量。精確水量必須以前面討論過的壓縮測試獲得。前述計算方式有助于決定 測試中所需煤灰與水的大概含量，使其在一般進行至多5次測試后，即可得知煤灰與水 的精確含量。
(3).選擇氣泡劑，并加入水中一一
市面上不同品牌、不同公司制造的氣泡劑，都能增加混凝土中的空氣含量。眾所周 知，它們都能加強混凝土產品的抗結解性，只不過，在本發明人進行本研究前，它們在 增強煤灰產品的結解性上一直未獲測試，也未得證實。本發明人首先以氣泡劑，及諸如 加入尼龍纖維等不同方式，測試制造耐用煤灰磚塊的可能性。這些測試發現，用于混凝 土中的氣泡劑，也能夠用來制造具有高度結解性的煤灰磚塊。測試并發現，在加入氣泡 劑之外，如果再使用本專利申請書中指出的其它步驟，必能大幅提高煤灰磚塊的抗結解 性，使其通過50次、甚至100次，而不龜裂破損。部分測試結果雖然已經發表[7,8]， 最關鍵的資料卻從未披露，在此才首次公開，以維護申請人申請專利的權利。
制造耐用煤灰磚塊時，雖說氣泡劑的份量，需由氣泡劑的類型、煤灰類型、養護時 間、造磚壓力等因素決定，但通常制造商建議于混凝土中使用的氣泡劑份量，即可做為 制造煤灰磚塊時所需的大致份量。知道了這一點之后，只要進行幾次不同實驗，在煤灰 中加入不同濃度的氣泡劑,就可以找出最適量的氣泡劑份量。實驗不但要包括結凍解凍， 還要包括抗壓測試，因為使用氣泡劑后，磚塊會變得比較脆弱(磚塊的堅固性會降低)。 因此，加入氣泡劑后， 一定要確定磚塊具有適當結解性與抗壓性，合乎"美國測試與材 料協會"對建筑磚塊的要求[5]。
在美國，水泥中常用的氣泡劑為W. R. Grace公司制造的Daravair-1400。制造商 建議加于混凝土中的溶劑份量為，每100公斤水M中加入30至200立方厘米溶劑，相 當于0. 03%至0. 2%水泥的重量。本發明在進行由"美國國家科學基金會"贊助的實驗 時，于制造煤灰磚塊的過程里加入此溶劑，進行了不同實驗。實驗時共享了三種不同濃 度的溶劑(氣泡劑)分別為制造磚塊所需煤灰重量的0. 1%、 0. 2%和0. 4%。結果發現， 0. 1%制造出的磚塊最耐用。如果造磚壓力為每英寸1800磅(1240萬pascal)，煤灰為 高品質煤灰，養護時間為15天，含有0. 1^Daravair的磚塊可以通過70次結解而不破 損或龜裂。為保護智能財產權，這些測試結果過去一直未公布。
市面販賣的氣泡劑若非液狀，就是可溶于水的粉末，隨時都能與水調和，以制造煤 灰磚塊。該溶劑加入水中后，可以人工或機器攪拌，不攪拌也無所謂。最好先將溶劑與 水調和后，再加入煤灰中混合。只要將溶劑加入裝了水的容器中，靜待一會兒，讓溶劑完全擴散至水中即可。溶劑完全擴散至水中的時間取決于容器大小、是否有攪拌或搖動 容器等等。如果攪拌或搖動了容器，溶劑可以在30秒內完成擴散。
經過大量測試后發現，絕大多數情況下，為了制成耐用(具結解性)且無需燃燒的煤 灰磚塊， 一定得加入氣泡劑，不過，也有例外的時候。此例外出現于煤灰磚塊以低品質 與高品質混合煤灰制成的時候。低品質煤灰與高品質煤灰的重量比例應于0. 25至0. 5 之間，相當未燃盡炭約為2%至5%之間。測驗顯示，只要合乎此要求，即使沒有加入 氣泡劑，也可以制出耐用的煤灰磚塊。不過，前提是，煤灰中必須含有至少15%的氧 化鈣。當煤灰中含有低于15%的氧化鈣時，可以加入含有高鈣質的C系列煤灰或波特 蘭水泥，以增加氧化鈣含量，即可達到相似或相同結果。
(4) 將含有氣泡劑的煤灰與水攪拌一一
只要有適當的攪拌器，煤灰與含氣泡劑的水混在一起后，可以攪拌備用。份量大時， 可以用混凝土自動攪拌器，份量小時，可以用食物攪拌器。在連續(continuous)操作時， 也可以使用帕格攪拌器(pugmill)。選擇適當攪拌機時，有許多因素需要考慮，好比 每次攪拌的份量、攪拌機的速度以及費用等。選擇攪拌機后，必須先進行一些測試，以 了解攪拌機所需的轉速，以及此速度下所需的時間，俾便煤灰得以充分攪拌。攪拌時間 必須長到足以達到充分攪拌的目的,但又不至于過長，以免煤灰混合物在攪拌器內凝固。 通常，攪拌需費時幾分鐘。
(5) 將煤灰與水的混合物倒入模子一 一
煤灰混合物充分攪拌后，即需倒入模子以制出所需的磚塊。在實驗室里，將混合物 倒入模子的步驟通常都由人工完成。在商業生產時，必須以類似傳統工廠制造混凝土磚 塊的自動化方式完成。由于混合物不同，混合物置入模子的方式也可能不同，可以人工 傾倒，螺旋式輸送(screw conveying ),或模子注射(mold injection)。
(6) 震動模子內混合物一一
根據步驟2可知，由于混合物中水量有限，煤灰與水混合后，通常混合物仍相當干， 會有許多小疙瘩，無法靠地心引力將其混合均勻。因此，模子中混合物間通常都有很大、 形狀不一的空隙，混合物表面也高低不平。如果沒有先用震動器將模子震動，直接就用 壓縮器按壓，制出來的磚塊可能會質量不均，影響磚塊品質，特別會影響其抗結解性。 震動模子內混合物，可以使混合物較均勻的散布于模子內，表面也可以較平整，提高磚 塊的品質。值得注意的是，此步驟雖有益處，卻非絕對必要。如果對于煤灰磚塊品質的 要求不高，或在傾倒混合物入模子的過程里，即可得到相當勻稱的混合物，那幺就無需在模子里進行攪拌。(7) 以適當壓力壓縮模子中煤灰混合物一 一接著的步驟是用壓縮器(pistcm或plunger)壓縮模子里的煤灰混合物。模子是柱 形，有一個橫切面相同的方洞(bore),使得壓縮器得以穿過洞口伸進模子。壓縮器應該 有個頭(piston head)(此為模子里與煤灰混合物接觸的部分)，符合模子的形狀，使得 壓縮器頭邊和模子間存有一點空隙，以便壓縮器頭部得以輕易滑入模子。模子和壓縮器 其它部分(壓縮器柱)之間空隙要夠大，以方便壓縮器進出模子時，壓縮器柱不至于碰到 模子。為了達到此目的,可以采用同樣大小的壓縮器(壓縮器頭和壓縮器柱有同樣大小)。 不過，這幺一來，壓縮器卡在模子里的機率就加大了。壓縮器和模子不一定要以同樣材料制成。包括不銹鋼在內的各種鋼鐵都很適合制作 壓縮器和模子,不過其它足夠堅固和強韌的金屬或非金屬的材料也都可以成為適當的材 料。模子內部表面的材料最好較壓縮器頭堅硬。這幺一來，磨損的將是壓縮器頭而不是 模子。壓縮器頭磨損后，較易更換，更換費用也較低；因此寧可磨損的是壓縮器頭，不 是模子。模子可以單一材質制成，像是不銹鋼或加過熱(annealed)的鋼，也可以不同材 質制成，好比外層部分以不銹鋼制成，內表面可以炭化鎢(tungstencarbide)制成，如 此一來模子即可較強韌，較不易磨損。另一種辦法是在模子內鍍鉻(chrome plating)。 無論使用何種材質，模子內部都應非常光滑，以免模子和壓縮器接觸時產生磨擦。壓縮 器應以不會生銹的材質制成，好比不銹鋼或鋁。既不會像模子內部的材料那幺硬，同時 還硬到不至于在沖壓煤灰混合物時遭到變形或磨損。壓縮器表面接觸模子的部分應該非 常平滑。壓縮器與模子的形狀、大小由磚塊的形狀、大小決定。好比，對一般磚塊而言，模 子和壓縮器頭都可能有長方形的橫切面，對于有洞(core)或半邊洞(frog)的磚塊而言， 壓縮器頭可用適當形狀、大小的突出物。 '壓縮器一定要連在用液壓或氣壓的機器上，以便產生強力，用來壓縮模子內的煤灰 混合物。每個由液壓或氣壓推動的壓力機器可以僅用在一個壓縮器，或同時用在多個壓 縮器，以增加磚的產量。為了制造耐用煤灰磚塊，造磚壓力由煤灰類型、氧化韓含量、 未燃盡炭量、養護時間、氣泡劑及其它因素共同決定。造磚壓力通常在每平方英寸1， 000 至4， 000磅(690至2760萬pascal)之間，不過，本申請人也曾以低于每平方英寸1, 000 磅(690萬pascal)的力道，制成耐用煤灰磚塊。雖然高于每平方英寸4, 000磅(2760萬 pascal)的力道也可制成耐用煤灰磚塊，但實際上卻無此必要，而且成本也太高。(8) 將初步成型的磚塊倒出模子一一18模子內的煤灰磚塊壓縮完成后，可以打開折迭式的模子，倒出初步成型的磚塊，也 可以使用壓縮器_一壓縮磚塊的壓縮器或其它壓縮器一一將磚塊自一個完整的模子中 推出來。由"美國國家科學基金會"贊助，針對本發明進行的實驗發現，折迭式的模子 和一個不變形的模子制出來的磚塊幾乎沒有差別，只不過在大量生產時，后者似乎較為 方便。
值得注意的是，在制造初步成型的土磚塊時，目前市面上使用的方式若非壓縮 (co即action)就是擠壓(extrusion)。雖然壓縮大不同于擠壓，最后產出的結果卻完全 一樣。因此，雖然前述步驟5至8是以壓縮的方式制造磚塊，事實上，如果采用擠壓方 式，也可以獲得同樣結果；關鍵是，必須完全遵守1至4的步驟，而且擠壓的壓力至少 需為每平方英寸1, 000磅(690萬pascal)，相同于壓縮時的最小力道。因此，步驟5至 8可以用每平方英寸至少可以產生1, 000磅(690萬pascal)壓力的擠壓機，以擠壓的方 式替代。
(9)將倒出來初步成形的磚塊放入養護室(curing room)加以養護(curing) — —
經過壓縮后倒出模子初步成形的磚塊，或經過擠壓并切割成塊的磚塊，都應該放入 養護室養護。在短距離輸送初步成形的磚塊時，雖可使用包括輸送帶在內的方法，卻不 必限制于輸送帶。養護煤灰磚塊的方式類似養護混凝土產品(好比，混凝土磚塊)的方式， 也就是，將初步成形的磚塊暴露于水氣中。養護就是將初步成形的磚塊置于稱作"養護 室"的潮濕房間里。可以用灑水或類似養護混凝土產品噴蒸氣的方式，保持房間濕潤。 濕氣中的水分與氧化鈣和煤灰中的其它成分發生化學反應后，煤灰磚塊就會變硬變堅 固。由于煤灰需要比水泥長的時間與水發生反應，養護煤灰磚塊的時間通常較養護混凝 土產品的時間長。濕氣養護(好比，在室溫中噴灑水滴的方式)時，煤灰磚塊通常在第一 星期反應快速，迅速變得強硬，接著雖然仍會繼續強硬，速度卻會不斷減緩。經過60 天養護后，強硬的過程基本上就不再增加了。為了增快養護速度，可以用溫水或蒸氣， 或是所謂的"水養護"，亦即，將初步養護過的磚塊浸于水中。水養護絕不可在磚塊初 步成形后就進行。初步成形的磚塊至少需在濕氣中養護24小時，才能進行水養護。過 早以水養護會破壞甚至融解初步成形的磚塊。
一旦煤灰磚塊完成養護，就可以立即運至市場或建筑工地，否則，也可暫時于室內 或室外儲存。 一旦完成養護，煤灰磚塊可儲存于任何濕氣、任何氣溫之下，不過，最理 想的還是冰點以上的潮濕地點，以便磚塊繼續養護。
值得注意的是，前述第九步驟并不只適用于煤灰磚塊，也可以用于其它煤灰產品。 只要使用適當的模子和壓縮器，步驟9也可以制造出其它形狀的煤灰產品。
另外值得一提的是，雖然前面共提出了9個步驟，在特殊情況時，有些步驟可以省略。好比，如果用從前同樣的煤灰(像是由同一個發電廠、使用同樣鍋爐、燃燒同樣煤 炭、得到同樣煤灰)造磚，則步驟1及2便可以省略。這時，僅需重復從前生產同樣磚 塊的方法即可。
權利要求
1. 以煤灰制造耐用(抗結解)且無需燃燒的磚塊的方法，其中步驟包括(1)決定煤灰中所需的氧化鈣及未燃盡炭，并視情況予以增減，同時在必要時加入色素，(2)決定制造前述耐用煤灰磚塊所需水量，(3)選擇氣泡劑，并混合入煤灰及水中，(4)將煤灰混合物倒入或注射入一單位或多單位的造形器(模子或擠壓機)，使其增密成形，(5)以壓縮或擠壓方式加壓于煤灰混合物，(6)將初步成形的磚塊放入含有潮濕空氣或蒸氣的養護室，加以養護，增加磚塊硬度。
2. 按照"權利要求"第1項的方法，但需震動或搖晃步驟4中裝有煤灰混合物的模子 或擠壓機，使混合物分布均勻。
3. 按照"權利要求"第1項的方法，但若其中煤灰已含有至少重達15%的氧化鈣， 以及不超過10%的未燃盡炭，則步驟(l)增減氧化鈣及未燃盡炭的部分即可省略。
4. 按照"權利要求"第2項的方法，但若其中煤灰已含有至少重達15%的氧化鈣， 以及不超過10%的未燃盡炭，則增減氧化鈣及未燃盡炭的部分即可省略。
5. 按照"權利要求"第1項的方法，但若其中煤灰需含有不到15%的氧化鈣，以及 超過10%的未燃盡炭，此時必不可省略增減氧化鈣及未燃盡炭的部分；為了增加氧化 鈣，可以加入含有高鈣質的煤灰或波特蘭水泥，而為了調整未燃盡炭，可先以特殊方 法減少煤灰中未燃盡的炭，或將含有大量未燃盡炭的低品質煤灰與含有少量未燃盡炭 的高品質煤灰混合使用。
6. 按照"權利要求"第2項的方法，但若其中煤灰含有少于重約15%的氧化鈣，或 多于10%的未燃盡炭，則應視情況增減氧化鈣及未燃盡炭含量；為了增加氧化鈣，可 以加入高鈣質煤灰或波特蘭水泥；而為了調整未燃盡炭，可先以特殊方法減少煤灰中 未燃盡炭，或將含有大量未燃盡炭的低品質煤灰與含有少量未燃盡炭的高品質煤灰混 合使用。
7. 按照"權利要求"第1項的方法，其中能夠增加空氣含量的氣泡劑也是能在混凝 土中制造微小氣泡的氣泡劑；所需溶劑含量需由個案測試結果分別決定。
8. 按照"權利要求"第2項的方法，其中能夠增加空氣含量的氣泡劑也是能在混凝 土中制造微小氣泡的氣泡劑；所需溶劑含量需由個案測試結果分別決定。
9. 按照"權利要求"第1項的方法，其中雖然不需添加氣泡劑，但前題是，煤灰中 的未燃盡炭或煤灰混合物中的未燃盡炭量需在2%至5%之間，同時氧化鈣至少為15 %。
10. 按照"權利要求"第2項的方法，其中雖然不需添加氣泡劑，但前題是，煤灰中 的未燃盡炭或煤灰混合物中的未燃盡炭量需在2%至5%之間，同時氧化鈣至少為15 %。
11. 按照"權利要求"第1項的方法，其中煤灰與水的比例F/W或是經由CRL的實驗得 知，或是經由公式1及2得知，或是同時經由兩者得知。
12. 按照"權利要求"第2項的方法，其中煤灰與水的比例F/W或是經由CRL的 實驗得知，或是經由公式1及2得知，或是同時經由兩者得知。
全文摘要
本發明涉及制造耐用且無需燃燒的煤灰磚塊、石塊、空心磚以及其他建筑產品。通過使用本發明中的特定方法，可將煤灰制成耐用磚塊和其他產品，而不必在高溫下加熱磚窯內的毛坯產品，從而減少了傳統粘土磚制造中所需的能耗與成本。用來制造磚塊和其他建筑產品的煤灰，通常是作為固體廢棄物來處理掉的，因而降低了燃煤發電廠所產生的廢棄物。而且，往后采用這種無需燃燒(無燒結)的煤灰產品會減少燒結粘土產品的使用，這些粘土產品需要使用礦物燃料對磚窯內物品進行加熱，從而產生空氣污染和二氧化碳，而后者更會導致溫室效應和全球變暖。
文檔編號C04B7/26GK101258114SQ200680000117
公開日2008年9月3日 申請日期2006年2月22日 優先權日2005年6月29日
發明者劉亨立 申請人:貨運管道公司