專利名稱：板形水泥制品和其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于水泥(ciment)(通常是Portland水泥(portlandciment))或其它纖維強化水硬粘結(jié)劑的制品的制備領(lǐng)域。更具體涉及制備片形或板形的制品，其可用作建筑元件，尤其是屋面物品、擋風板或包覆板。
這些制品通常采用公知的在混合物中采用纖維的濕造紙技術(shù)制備。該技術(shù)的要點在于通過水泥、纖維和紙張的必要混合而得到的流體含水懸浮液進行滲透，形成和紙張類似的片；然后通過抽吸和/或壓力排光所述片或者需要時的疊加片的水。纖維，通常是纖維素纖維，變得附著到過濾器上，形成輔助篩子或濾網(wǎng)，其網(wǎng)格單元的尺寸適于保留水泥或其它粘結(jié)劑或添加劑的顆粒，甚至細顆粒，以及相當量的水，后者有助于在所述篩子上形成的厚層的內(nèi)聚。
在一種特殊技術(shù)中，過濾器由安裝在含有懸浮液的罐中的覆蓋有濾布的桶構(gòu)成；由于所述桶在罐中旋轉(zhuǎn)，所以靜水壓力迫使一些水穿過濾布，但固體，也即纖維素纖維、水泥顆粒和其它添加劑顆粒，在所述桶的篩子上累積層薄層，其厚度隨著桶的旋轉(zhuǎn)而增加。這種技術(shù)稱作Hatschek技術(shù)。
對于包覆或擋風制品而言，板形材料并不具有必需的機械強度，而且在大多數(shù)情況下它經(jīng)受高溫(高于150℃)、高壓(數(shù)bar量級的飽和壓力)下的高壓釜處理，在所述處理中適當時它經(jīng)受了第一機械壓制操作(在定徑輥上和/或壓床中)。
混合物的組成主要包括Portland水泥、纖維素纖維和研磨的硅質(zhì)砂(有時稱作研磨硅石)。在高壓釜處理過程中，研磨砂和水泥的組分反應(yīng)，得到穩(wěn)定的基質(zhì)，該基質(zhì)在水分含量變化時基本不發(fā)生徑向變化，而且顯示出較好的機械強度，其中纖維素纖維提供輔助的機械強化。
這種制品描述在例如文檔EP 1 227 199中。
但是，加入研磨砂要求工廠具有特殊的研磨裝置，所述研磨裝置在維護、儲存和操作成本上涉及到很多限制。
而且，文檔EP 0263723提出了從包括下列的組合物中得到的高壓釜制品——Portland水泥；——纖維素纖維；——直徑14μm的飛灰；——直徑為4-8μm的研磨飛灰；和——直徑為0.1μm的硅石煙霧(或者硅石粉塵)申請人發(fā)現(xiàn)，由于顆粒尺寸極細，石英煙霧通過過濾篩子而不被保留，和/或由于團聚而堵塞篩子的孔，從而在實施Hatschek工藝時帶來嚴重的問題。
本發(fā)明的目標是提出能獲得可接受的機械和/或尺寸穩(wěn)定性能特征，同時限制與使用研磨砂相關(guān)的缺陷并確保Hatschek型工藝容易實施的新型配制物(formulations)。
就此而言，本發(fā)明的主題是包括纖維強化的水泥基質(zhì)(matricecimentaire)的板形制品，由片狀材料通過含水懸浮液在篩子上過濾制成，所述含水懸浮液不含硅質(zhì)砂而含有——至少一種水硬粘結(jié)劑；——至少一種含有植物纖維的纖維材料；和——至少一種選自鋁硅酸鹽、鋁硅酸鈣和無定形二氧化硅的火山灰(pouzzolane)，或者至少一種具有火山灰反應(yīng)性的、含有基本上由無定形二氧化硅構(gòu)成的二氧化硅的材料，所述火山灰或具有火山灰反應(yīng)性的材料，具有由大于1μm的平均直徑限定的粒度，而且所述片狀材料的厚度被疊加直到獲得形成板所需的最終厚度，然后進行高壓釜(autoclavée)反應(yīng)。
在本專利申請中，術(shù)語“硅質(zhì)砂”是指也稱作“研磨硅石”的材料，通常通過研磨石英類型的砂原位制備，也稱作“晶態(tài)硅石”(石英砂或研磨二氧化硅或研磨石英)。
實際上，由于通過研磨硅質(zhì)砂的操作導(dǎo)致的尺寸下降伴隨著材料顆粒的至少部分無定形化，由此改善了它和水泥的反應(yīng)性，所以，通過用可以通過形成硅酸鈣而誘導(dǎo)和水泥發(fā)生相同反應(yīng)的反應(yīng)性材料代替該硅質(zhì)砂，可以特別有利于獲得所需的性質(zhì)，比如機械強度性質(zhì)。
因此，可以用至少一種火山灰或本發(fā)明的具有火山灰反應(yīng)性的材料，完全替代硅質(zhì)砂。
本發(fā)明進一步提出采用具有合適顆粒尺寸的火山灰或具有火山灰反應(yīng)性的材料，以避免在實施所述工藝時的上述問題，同時不損害最終制品的質(zhì)量。本發(fā)明因此解決了采用過細火山灰，比如硅石煙霧的問題。
火山灰是通常具有約10-50m2/g(用BET方法測量)比表面積的粉末。
為了最優(yōu)化混合物的顆粒致密性，火山灰或具有火山灰反應(yīng)性的材料的平均直徑可以優(yōu)選小于或等于50μm，優(yōu)選約10-30μm。
可以采用合適尺寸的天然火山灰，尤其來自火山巖或火山灰、凝灰?guī)r、火山土、化石硅石或硅藻土(Kiesselguhr)。
可以特別有利地采用偏高嶺土，它呈鋁硅酸鹽的脫水形式；和/或未研磨的飛灰；和/或另一種由米糠灰構(gòu)成的火山灰類型反應(yīng)性的材料，它基于無定形二氧化硅形式。
可得的偏高嶺土、飛灰或米糠灰對于本應(yīng)用而言已經(jīng)具有充分的細度。無需研磨這些原料。
來自發(fā)電廠的飛灰是鋁硅酸鹽，鋁硅酸鈣類型材料。應(yīng)該注意，由于飛灰的合成方法，它可以包括少量的煤胞(cénosphères)，所述煤胞是中空球。無需進行任何分級。
飛灰由于容易得到、有助于工業(yè)廢物的再循環(huán)而且不會耗盡，所以特別有用。
為了獲取更大效率，火山灰或者具有火山灰反應(yīng)性的材料，例如飛灰或偏高嶺土，可以具有組合百分比含量為大于或等于75％的二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)和氧化鐵(Fe2O3)。
具有這種百分比含量的飛灰根據(jù)ASTM C618標準稱作類型F(和類型C相反)，或者根據(jù)歐洲標準EN450稱作硅質(zhì)飛灰(和鈣質(zhì)飛灰相反)。
火山灰或者具有火山灰反應(yīng)性的材料優(yōu)選可以具有大于或等于50％，更優(yōu)選大于或等于60％的玻璃含量。
玻璃含量通過T.Westphal，G.Walenta，T.Fullmann，M.Gimenez，E.Bermejo，K.Scrivener和H.Pollmann在“Characterization of cementitious materials”，2002年7月，Int.Cem.Rev.，Part III，第47-51頁中所述的定量Rietveld分析(XRD)確定。
火山灰或者具有火山灰反應(yīng)性的材料，例如飛灰或偏高嶺土，可以有利地具有小于或等于10％，優(yōu)選小于或等于6％，更優(yōu)選小于或等于2％的石灰(CaO)含量。
至少部分硅質(zhì)砂也可以用碳酸鈣代替，作為對本發(fā)明的火山灰或具有火山灰反應(yīng)性的材料的補充。
在優(yōu)選實施方案中，基質(zhì)有利地包括(相對于干物質(zhì)的總重量)——0-36重量％，優(yōu)選0-30重量％，尤其是15-27重量％的碳酸鈣；——組合重量為50-95重量％，尤其是60-90重量％的水泥和火山灰；——5-12重量％，優(yōu)選5-10重量％，尤其是7-9重量％的植物纖維；和——0-10重量％，尤其0-5重量％的添加劑。
優(yōu)選，水泥/火山灰的重量比約為0.7-2.6。
植物纖維優(yōu)選包括纖維素纖維，尤其精練到SR°有利地是約20-70，或者30-60，特別是來源于松木，但也來源于劍麻或其它植物。
添加劑可以特別選自填料，比如高嶺土等，和/或絮凝劑和/或含水懸浮液的其它助劑。
根據(jù)本發(fā)明的制品有利的是擋風板或包覆元件的形式。
本發(fā)明的目標也是制備上述制品的方法，其中通過在篩子上過濾如上所述不含硅質(zhì)砂的含水懸浮液制備片狀材料，所述片狀材料的厚度疊加直到獲得所需的最終厚度以形成板，并將所述板進行高壓釜處理。
由于選擇了本發(fā)明的含水懸浮液，所述制備方法很容易實施。而且，所述制備方法不包括硅石研磨預(yù)先操作。
在有利的實施方法中，高壓釜的溫度是約160-180℃，高壓釜的壓力是約7-10bar(飽和壓力)。
任選地，所述板可以承受其它處理——例如，可以成型和/或印刷，例如，可以模塑，尤其在當其在高壓釜處理之前仍舊處于有延展性的形式時。
下面將通過非限制性的舉例說明描述本發(fā)明。
1、試件制造纖維-水泥板采用“抄片(formettre)”方法制備，所述方法是一種模擬Hatschek法的方法，能夠制備與Hatschek方法制備的板的物理和化學(xué)性質(zhì)相似的纖維-水泥板。結(jié)果也可以用另一種制備試件的方法，即采用試驗室用的規(guī)模減小的Hatschek生產(chǎn)線，進行驗證。
制備上述基質(zhì)組分的稀釋含水懸浮液，其中加入了0.04％的陰離子聚丙烯酰胺絮凝劑(相對于所述稀釋的含水纖維水泥懸浮液的干物質(zhì)，包括纖維素，的干提取物)。
制造的板尺寸為260×260mm，和工業(yè)規(guī)模制備的那些厚度相同(8mm±1mm)。它們由以新鮮狀態(tài)疊加的多個(7-9單層)形成，通過在“抄片”裝置中過濾所述稀釋的纖維水泥懸浮液制造。當這些單層疊加形成板時，后者被壓縮以去除一定量的水并提高單層之間的粘合性。該壓制步驟模擬在Hatachek方法中由定徑輥施加的壓力。通過將新鮮狀態(tài)的纖維-水泥板置于兩個不銹鋼板之間，進行壓制。將該組件放置在壓床的壓板之間，在所述板上時間30bar的壓力30分鐘。
固化(熟化(murissement))將板試件經(jīng)受和工業(yè)環(huán)境中所用的相同固化條件。
壓制的板在60℃和100％相對濕度的烘箱中預(yù)固化8小時。在該預(yù)固化后，進行下列條件下的高壓釜處理(a)在超過3小時里將壓力上升到8.8bar；(b)壓力在8.8bar保持6.5小時；和(c)在2.5小時內(nèi)使壓力緩慢下降。
在高壓釜處理以后，將板包裝在不可滲透的袋子里，通過熱密封進行密封，并在40℃的烘箱里放置6天，以完成固化。在固化結(jié)束時，將板切割，并用機械性能表征。
2、表征根據(jù)ASTM C1185標準規(guī)定的程序，對該抄片進行表征。
——確定(三點)抗彎強度或MOR(斷裂模量)測試件的尺寸190×50mm。
確定下列測試件的抗彎強度(a)在20℃的水中浸沒24小時的測試件(飽和的測試件)和(b)在20℃和60％相對濕度下干燥的測試件。最終抗彎強度值是四個測試件的平均值。
——收縮或去除水分
測試件的尺寸203.1×76.2mm。
在測試件在水中浸沒48小時而且在環(huán)境室中于105℃干燥后，測量其長度。對在105℃干燥的測試件的長度測量，是在該測試件的質(zhì)量變化恒定在0.1％之內(nèi)時進行。最終收縮值是兩個測試件的平均值。
下表1給出了評價結(jié)果，以及來自下列實施例，即舉例說明本發(fā)明的實施例1-3的結(jié)果，和下面的對比實施例A進行比較。
對比實施例A該實施例對具有基于研磨硅石的配制物的技術(shù)進行了說明。更精確地說，基質(zhì)具有下列組成，基于干物質(zhì)重量——36.4％標準(CEM I 52.5)Portland水泥；——51％研磨硅石，D50為30μm；——4％高嶺土，由Ione Minerals提供；和——8.6％未漂白的松樹纖維素纖維，精練到30°Schopper。
實施例1在該實施例中，基質(zhì)具有下列組成，基于干物質(zhì)——61.2％標準(CEM I 52.5)Portland水泥；——26.2％偏高嶺土，Imerys銷售，參考號為Metastar 501，平均直徑D50為3.5μm；——4％高嶺土，由Ione Minerals提供；和——8.6％未漂白的松樹纖維素纖維，精練到30°Schopper。
水泥/火山灰的重量比為2.34。
板制品的密度為1.06。
實施例2在該實施例中，基質(zhì)具有下列組成，基于干物質(zhì)重量——36.4％標準(CEM I 52.5)Portland水泥；——15％偏高嶺土，Imerys銷售，參考號為Metastar 501，平均直徑D50為3.5μm；——4％高嶺土，由Ione Minerals提供；——8.6％未漂白的松樹纖維素纖維，精練到30°Schopper；和——36％碳酸鈣。
水泥/火山灰的重量比為2.42。
板制品的密度為1.09。
實施例3在該實施例中，基質(zhì)具有下列組成，基于干物質(zhì)重量——36.4％標準(CEM I 52.5)Portland水泥；——20％偏高嶺土，Imerys銷售，參考號為Metastar 501，平均直徑D50為3.5μm；——4％高嶺土，由Ione Minerals提供；——8.6％未漂白的松樹纖維素纖維，精練到30°Schopper；和——31％碳酸鈣。
水泥/火山灰的重量比為1.82。
板制品的密度為1.11。
表1
由不包含研磨硅石的配制物1和3制備的板的收縮性能，和包含研磨硅石的對比板的相似。
另外，就抗彎強度而言，由配制物1制備的板的機械性能和包含研磨硅石的對比板的相似。
在本發(fā)明的其中組合了火山灰和填料，比如碳酸鈣，的實施方案中，還實現(xiàn)了在機械性能方面的很好兼顧。
下面的實施例4和5也說明了本發(fā)明的這些其它配制物。
下面的實施例4和5也說明了本發(fā)明的這些其它配制物。
實施例4在該實施例中，基質(zhì)具有下列組成，基于干物質(zhì)重量——61.2％標準(CEM I 52.5)Portland水泥；
——26.2％飛灰，根據(jù)歐洲標準EN450稱作硅質(zhì)飛灰，由Surchiste銷售，該飛灰含有64％玻璃和1.9％CaO，平均直徑D50為28μm；——4％高嶺土，由Ione Minerals提供；和——8.6％未漂白的松樹纖維素纖維，精練到30°Schopper。
水泥/火山灰的重量比為2.34。
實施例5在該實施例中，基質(zhì)具有下列組成，基于干物質(zhì)重量——36.4％標準(CEM I 52.5)Portland水泥；——25％飛灰，根據(jù)歐洲標準EN450稱作硅質(zhì)飛灰，由Surchiste銷售，該飛灰含有64％玻璃和1.9％CaO，平均直徑D50為28μm；——4％高嶺土，由Ione Minerals提供；——8.6％未漂白的松樹纖維素纖維，精練到30°Schopper；和——26％碳酸鈣。
水泥/火山灰的重量比為1.45。
其它纖維-水泥板是根據(jù)工廠級的Hatscheck方法重復(fù)上述步驟制備的。隨后，對這些板按照和抄片情況相同的方式進行了表征。
下表2給出了評價結(jié)果，以及來自下列實施例，即舉例說明本發(fā)明的實施例6-8的結(jié)果，和下面的對比實施例B進行比較。
對比實施例B該實施例對具有基于研磨硅石的配制物的技術(shù)進行了說明。更精確地說，基質(zhì)具有下列組成，基于干物質(zhì)重量——36.4％標準(CEM I 52.5)Portland水泥；——51％研磨硅石，D50為30μm；——4％高嶺土，由Ione Minerals提供；和——8.6％未漂白的松樹纖維素纖維，精練到30°Schopper。
實施例6在該實施例中，基質(zhì)具有下列組成，基于干物質(zhì)重量——36.4％標準(CEM I 52.5)Portland水泥；——29.4％的類型F飛灰，根據(jù)ASTM C618，由Boral銷售，該飛灰含有68％玻璃和1.3％CaO，平均直徑D50為19μm；——8.2％未漂白的松樹纖維素纖維，精練到30°Schopper；和
——26％碳酸鈣。
水泥/火山灰的重量比為1.238。
板制品的密度為1.35。
實施例7在該實施例中，基質(zhì)具有下列組成，基于干物質(zhì)重量——38.4％標準(CEM I 52.5)Portland水泥；——31.4％的類型F飛灰，根據(jù)ASTM C618，由Boral銷售，該飛灰含有68％玻璃和1.3％CaO，平均直徑D50為19μm；——8.2％未漂白的松樹纖維素纖維，精練到30°Schopper；和——22％碳酸鈣。
水泥/火山灰的重量比為1.222。
板制品的密度為1.27。
實施例8在該實施例中，基質(zhì)具有下列組成，基于干物質(zhì)重量——38.4％標準(CEM I 52.5)Portland水泥；——53.4％的類型F飛灰，根據(jù)ASTM C618，由Boral銷售，該飛灰含有68％玻璃和1.3％CaO，平均直徑D50為19μm；和——8.2％未漂白的松樹纖維素纖維，精練到30°Schopper；和水泥/火山灰的重量比為0.719。
板制品的密度為1.28。
表2
由不含研磨硅石的配制物6-8制備的板的抗彎強度，比含有研磨硅石的對比板的高或者基本相等。
而且，由配制物6-8制備的板的收縮率小于對比板的收縮率，這表明制品在水分下更穩(wěn)定。
根據(jù)本發(fā)明的制品可以充當擋風板、包覆板等。
權(quán)利要求
1.包括纖維強化的水泥基質(zhì)的板形制品，由片狀材料通過含水懸浮液在篩子上過濾制成，所述含水懸浮液不含硅質(zhì)砂而含有——至少一種水硬粘結(jié)劑；——含有植物纖維的纖維材料；——至少一種選自鋁硅酸鹽、鋁硅酸鈣類和無定形二氧化硅的火山灰，或者至少一種具有火山灰反應(yīng)性的、含有基本上由無定形二氧化硅構(gòu)成的二氧化硅的材料，所述火山灰或具有火山灰反應(yīng)性的材料具有由大于1μm的平均直徑限定的粒度，而且所述片狀材料的厚度被疊加直到獲得形成板所需的最終厚度，然后進行高壓釜處理。
2.權(quán)利要求1的制品，特征在于平均直徑小于或等于50μm。
3.權(quán)利要求1和2任一的制品，特征在于平均直徑約為10-30μm。
4.上述權(quán)利要求之一的制品，特征在于所述火山灰或者具有火山灰反應(yīng)性的材料選自偏高嶺土、未研磨的飛灰或米糠灰。
5.上述權(quán)利要求之一的制品，特征在于所述火山灰或者具有火山灰反應(yīng)性的材料含有大于或等于75％的組合百分比的二氧化硅、氧化鋁和氧化鐵。
6.上述權(quán)利要求之一的制品，特征在于所述火山灰或者具有火山灰反應(yīng)性的材料包含大于或等于50％的玻璃含量。
7.上述權(quán)利要求之一的制品，特征在于所述火山灰或者具有火山灰反應(yīng)性的材料具有小于或等于10％的石灰含量。
8.上述權(quán)利要求之一的制品，特征在于所述基質(zhì)還包括碳酸鈣。
9.上述權(quán)利要求之一的制品，特征在于所述水硬粘結(jié)劑包括水泥而且所述基質(zhì)包括(相對于干物質(zhì)的總重量)——0-36重量％的碳酸鈣；——組合重量為50-95重量％的水泥和火山灰或者具有火山灰反應(yīng)性的材料；——5-12重量％的植物纖維；和——0-10重量％的添加劑。
10.上述權(quán)利要求之一的制品，特征在于所述水硬粘結(jié)劑包括水泥而且所述基質(zhì)包括(相對于干物質(zhì)的總重量)——0-30重量％的碳酸鈣；——組合重量為60-90重量％的水泥和火山灰或者具有火山灰反應(yīng)性的材料；——5-10重量％的植物纖維；和——0-5重量％的添加劑。
11.上述權(quán)利要求之一的制品，特征在于所述水泥/火山灰重量比約為0.7-2.6。
12.上述權(quán)利要求之一的制品，特征在于所述植物纖維包括纖維素纖維。
13.上述權(quán)利要求之一的制品，特征在于所述植物纖維包括精練到約20-70的SR°的纖維素纖維。
14.上述權(quán)利要求之一的制品，特征在于所述水硬粘結(jié)劑包括Portland水泥。
15.上述權(quán)利要求之一的制品，特征在于它呈擋風板或包覆元件的形式。
16.制造上述權(quán)利要求之一的制品的方法，其中通過篩子過濾所述含水懸浮液制備片狀材料，所述片狀材料的厚度疊加直到達到所需最終厚度以得到板，所述板在高壓釜的溫度下經(jīng)受高壓釜處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括纖維強化的水泥基質(zhì)的板形制品，由片狀材料制成，所述片狀材料通過含水懸浮液在篩子上過濾而形成，所述含水懸浮液不含硅質(zhì)砂而含有至少一種水硬粘結(jié)劑；至少一種含有植物纖維的纖維材料；和至少一種選自鋁硅酸鹽、鋁硅酸鈣和無定形二氧化硅的火山灰，或者至少一種火山灰反應(yīng)性的、含有基本上由無定形二氧化硅構(gòu)成的二氧化硅的材料，所述火山灰或火山灰反應(yīng)性的材料，具有由大于1μm的平均直徑限定的顆粒尺寸，而且所述片狀材料的厚度被疊加直到獲得形成板所需的最終厚度，然后進行高壓釜反應(yīng)。本發(fā)明還涉及制備所述制品的方法。
文檔編號E04F13/14GK1882751SQ200480033672
公開日2006年12月20日 申請日期2004年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月15日
發(fā)明者C·法米, G·卡多雷特, P·黃 申請人:圣戈班建筑材料股份有限公司