專利名稱：：輕質(zhì)混凝土組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及通常在建筑和建設(shè)領(lǐng)域中作為代表的新組合物、新材料及其使用和制造方法。更具體地說，本發(fā)明中的配混物適用于可得益于相對(duì)輕質(zhì)的、可延伸的、可模壓的、可灌入的并具有高強(qiáng)度和增強(qiáng)絕緣性能材料的建筑與建設(shè)應(yīng)用中。2.
背景技術(shù)：
：在例如稱為輕質(zhì)混凝土的輕質(zhì)膠凝材料的制備和應(yīng)用領(lǐng)域，這些現(xiàn)在在市場上可購的材料中通常需要加入多種組分以制得堅(jiān)固而輕質(zhì)的混凝土體，并且在整個(gè)混凝土體中各組分高度均勻分散并均勻粘接。美國專利US3，214，393、US3,257，338和US3，272,765公開了包含水泥、主要凝集料、膨脹聚苯乙烯顆粒以及均勻化和/或表面活性添加劑的混凝土混合物。美國專利US3，021，291公開了一種制備多孔混凝土的方法，包括在澆注混凝土混合物前向混合物中fI入在養(yǎng)護(hù)期間在加熱情況下可發(fā)泡的聚合材料。聚合顆粒的形狀和尺寸并不是關(guān)鍵性的。美國專利US5，580，378公開了一種由可包括粉煤灰、硅酸鹽水泥、砂、石灰和作為減重組分的、粒徑范圍為50-200(Vm、密度為約Hb/ft3的微?；郾揭蚁╊w粒的含水膠凝混合物制成的輕質(zhì)膠凝產(chǎn)品。該混合物可以澆注成例如基墻、屋瓦和磚等模制品。產(chǎn)品也可以用作砌筑砂漿、膠泥、灰泥或結(jié)構(gòu)成分。JP9071449公開了一種包括硅酸鹽水泥和輕集料的輕質(zhì)混凝土，所述輕集料例如將泡沫聚苯乙烯、珍珠巖或蛭石作為部分或全部集料。泡沫聚苯乙烯具有0.l-10mm的粒徑和0.01-0.08的比重。美國專利US5，580，378、US5，622，556和US5，725，652公開了一種由包括水泥和膨脹頁巖、粘土、板巖、粉煤灰和/或石灰以及減重組5分的含水膠凝混合物制成的輕質(zhì)膠凝產(chǎn)品。該減重組分是粒徑范圍為50-2000^1的微?；郾揭蚁╊w粒并且其特征是含水率范圍為約0.5%-50%v/v。美國專利US4，265，964公開了用作例如墻板等結(jié)構(gòu)單元的輕質(zhì)組合物，包含低密度可發(fā)泡熱塑性顆粒；例如石膏等的膠凝基材，；表面活性劑；作為發(fā)泡劑的添加劑以向混合物中引入適量空氣；成膜組分和淀粉?？砂l(fā)泡熱塑性顆粒盡可能完全膨脹。W09802397公開了一種通過成型包含作為集料并具有約1.6-2的比重的合成樹脂泡沫的水硬性粘合劑組合物制得的輕質(zhì)混凝土屋面磚。W000/61519公開了一種包括約40%至99%的有機(jī)聚合材料和1%至約60%加氣劑的混合物的輕質(zhì)混凝土。該混合物用于制備使用聚苯乙烯集料的輕質(zhì)混凝土。該混合物需要使聚苯乙烯集料分散并改善聚苯乙烯集料和周圍膠凝粘合劑之間的粘結(jié)。W001/66485公開了一種輕質(zhì)膠凝混合物，其包含以體積計(jì)5-80%的水泥、10-65%的發(fā)泡聚苯乙烯顆粒、10-90%的膨脹礦物顆粒和足量的水以使在適當(dāng)?shù)幕旌虾笾瞥砂l(fā)泡聚苯乙烯實(shí)質(zhì)上均勻分布的漿料。美國專利US6，851，235公開了一種建筑砌塊，包括水、水泥和直徑為3.18mm(1/8英寸)至9."mm(3/8英寸)的發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)泡沫粒的混合物，各組分用量為68-95升(18-25加侖)水，150-190kg(325-4251b)水泥和850-1400升(30-50立方英尺)預(yù)膨脹(Prepuff)^"粒。美國專利US5，913，791公開了一種建筑砌塊，在砌塊的一面或兩面具有可以承受并容納例如釘子、螺釘或U形釘?shù)却┩感怨潭乃嗷掣綄印５谝凰嗷掣綄影室慌浔鹊乃?、水泥和發(fā)泡聚苯乙烯泡沫粒，笫二外表面包含與第一配比不同的第二配比的水、水泥和發(fā)泡聚苯乙烯泡沫粒。通常，現(xiàn)有技術(shù)中公認(rèn)的應(yīng)用為在水泥組分中以某些形式使用發(fā)泡聚合物以減少組分的總重量。加入發(fā)泡聚合物主要是為了在混凝土中占據(jù)空位并產(chǎn)生孔隙，并且典型地是使發(fā)泡聚合物中的"孔隙"最大化以達(dá)到該目的。通常，現(xiàn)有技術(shù)假定發(fā)泡聚合物顆粒會(huì)降低輕質(zhì)混凝土組合物的強(qiáng)度和/或結(jié)構(gòu)完整性。此外，由現(xiàn)有技術(shù)中輕質(zhì)混凝土組合物制得的混凝土制品與本發(fā)明相比至少具有不一致的物理性能，例如楊氏模量、導(dǎo)熱性和抗壓強(qiáng)度，其典型地是顯示出無法達(dá)到所希望的物理特性。因此，在本領(lǐng)域中需要一種輕質(zhì)混凝土組合物可以使制得的輕質(zhì)混凝土制品具有可預(yù)測的和希望的物理性能，從而克服上述問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種輕質(zhì)混凝土組合物，其包含10-90體積％的水泥組合物，10-90體積％的平均粒徑為0.2mm-8mm、堆積密度為0.028g/cc-0.64g/cc、長徑比為1-3的顆粒和0-50體積％的集料，所使用組分總量不超過100體積％;在輕質(zhì)膠凝組合物凝結(jié)7天之后，其具有依照ASTMC39測定的至少1700psi的抗壓強(qiáng)度。圖1是用于本發(fā)明的預(yù)膨脹珠表面的掃描電鏡照片圖2是用于本發(fā)明的預(yù)膨脹珠內(nèi)部的掃描電鏡照片圖3是用于本發(fā)明的預(yù)膨脹珠表面的掃描電鏡照片圖4是用于本發(fā)明的預(yù)膨脹珠內(nèi)部的掃描電鏡照片圖5是用于本發(fā)明的預(yù)膨脹珠表面的掃描電鏡照片；并且圖6是用于本發(fā)明的預(yù)膨脹珠內(nèi)部的掃描電鏡照片。具體實(shí)施例方式除了在實(shí)施例中或其它地方特別指出的，說明書和權(quán)利要求書中所使用的所有關(guān)于成分的量和反應(yīng)條件等的數(shù)字或表達(dá)方式可以理解為在一切情況下依照術(shù)語"約"而修飾。因此，除非有相反的說明，性能變化的近似值。最低限度上，并且不限制相當(dāng)于權(quán)利要求保護(hù)范圍的原理的應(yīng)用，每個(gè)數(shù)字參數(shù)至少應(yīng)依據(jù)所記錄的重要數(shù)據(jù)的數(shù)量應(yīng)用規(guī)定的常規(guī)技術(shù)進(jìn)行分析。盡管本發(fā)明較寬范圍所列出的數(shù)值范圍和參數(shù)為近似值，但是特定實(shí)施例中的數(shù)值為盡可能精確記錄的。然而由于在各自的試驗(yàn)測定中存在標(biāo)準(zhǔn)偏差，任何數(shù)值都包含固有的誤差。此外，可以理解為本文所列出的所有數(shù)值范圍意欲包括其中包含的所有子區(qū)間。例如，范圍"i-io"意欲包括所有在所列舉的最小值1和所列舉的最大值IO之間的子區(qū)間；也就是說其具有大于或等于1的最小值和小于或等于10的最大值。由于所公開的數(shù)值范圍是連續(xù)的，其包含最小值和最大值之間的每一個(gè)值。除非有明顯相反的表示，在該應(yīng)用中所指定的各種數(shù)值范圍為近似值。本文所使用的術(shù)語"包含孔隙的顆粒"指發(fā)泡聚合物顆粒、預(yù)膨脹顆粒和其它包含至少部分是完全封閉的泡孔和/或蜂巢型腔室的顆粒，腔室中包含空氣或特定的氣體或氣體的組合，一個(gè)非限制性的例子為本文所描述的預(yù)膨脹顆粒。本文所使用的術(shù)語"水泥"和"膠凝性的"指粘結(jié)混凝土或其它整體性產(chǎn)品的材料而非其最終產(chǎn)品。特別地，水硬性水泥指在足量水材料。'；、；、"、本文所使用的術(shù)語"膠凝混合物"指包括膠凝材料和一種或多種填料、助劑、或其它集料和/或本領(lǐng)域中已知的可形成在養(yǎng)護(hù)期間硬化的漿體的材料的組合物。膠凝材料包括但是不局限于水硬性水泥、石膏、石膏組合物、石灰等，可以包括或不包括水。助劑和填料包括但不局限于砂、粘土、粉煤灰、集料、加氣劑、著色劑、減水劑/超塑化劑等。本文所使用的術(shù)語"混凝土"指通過混合膠凝混合物和足量的水使膠凝混合物凝結(jié)并粘結(jié)整塊物質(zhì)而制得的堅(jiān)硬堅(jiān)固的建筑材料。本文中所有的體積和重量百分比預(yù)定使用特定體積和重量的水。當(dāng)指干混組合物或預(yù)混組合物時(shí)，特定的量與所預(yù)期的最終在配制、混合以及其它待用時(shí)加入到干混組合物或預(yù)混組合物中水的相應(yīng)量相同。本文所述的所有組成范圍實(shí)際上受總量限制并且不超過100%(體積百分比或重量百分比)。當(dāng)組合物中可存在多種組分時(shí)，每種組分的最大量的總和可以超過100%,但是本領(lǐng)域技術(shù)人員易于理解的條件是實(shí)際所使用組分的量遵循最大量為100%的原則。本文所使用的術(shù)語"(曱基)丙烯酸"和"(甲基)丙烯酸酯"意為包括丙烯酸和甲基丙烯酸衍生物，例如相應(yīng)的烷基酯通常指術(shù)語"(甲基)丙烯酸"所包括的丙烯酸酯和(甲基)丙烯酸酯。本文所使用的術(shù)語"聚合物"意為包括而不局限于均聚物、共聚物、接枝共聚物及其混合與組合。在廣義上，本發(fā)明提供一種在成型制品中控制加氣的方法。成型制品可以由任意可成型材料制得，其中以結(jié)構(gòu)支撐的方式使用含有孔隙的顆粒以引入空氣。只要在成型加工過程中包含孔隙的顆粒不損壞，可以使用任何適用的可成型材料。本文所使用的術(shù)語"復(fù)合材料"指包括兩種或多種具有不同物理性質(zhì)的物質(zhì)的固體材料，其中每種物質(zhì)在提供整體所需性能的同時(shí)保持其同一性。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，復(fù)合材料可以包括預(yù)膨脹珠粒均勻分散包埋其中的混凝土。因此，本發(fā)明涉及一種控制加氣的方法，所涉及的制品通過結(jié)合可成型材料和包含孔隙的顆粒形成混合物并將混合物置于模具中而制得。盡管本申請(qǐng)?jiān)敿?xì)公開了含有聚合物顆粒的膠凝混合物，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可將本文所描述的概念和具體實(shí)施方案應(yīng)用于上述其它應(yīng)用。本發(fā)明的具體實(shí)施方案涉及包括膠凝混合物和聚合物顆粒的輕質(zhì)混凝土(LWC)組合物。令人驚奇的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)發(fā)泡聚合物顆粒以及在某些情況下它們的樹脂粒前體的尺寸、組成、結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)可以很大程度上影響由本發(fā)明的LWC組合物制得的LWC制品的物理性質(zhì)。需要特別注意的是珠粒大小與發(fā)泡聚合物顆粒密度的關(guān)系及對(duì)所得的LWC制品物理性質(zhì)的影響。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，膠凝混合物可以為含水膠凝混合物。聚合物顆?？扇芜x性地為發(fā)泡聚合物顆粒，其在LWC組合物中存在的量基于LWC組合物的總體積至少為10體積％，在一些例子中至少為15體積％，在其它例子中至少為20體積％,在特定情況下至多約為25體積％，在一些情況下為至少30體積％，并且在其它情況下為至少35體積％,并可達(dá)到90體積％，在一些情況下達(dá)到85體積％，在其它情況下達(dá)到78體積％，在一些例子中達(dá)到75體積％，在其它例子中達(dá)到65體積％，在特定例子中達(dá)到60體積％，在一些情況下達(dá)到50體積％并且在其它情況下達(dá)到40體積％。聚合物的量依據(jù)最終LWC制品所需的特定物理性質(zhì)而變化。LWC組合物中聚合物顆粒的量可以為任意值或可在上文所列的任意值之間的范圍內(nèi)變化。聚合物顆?？梢园ㄔ醋匀我膺m合的膨脹性熱塑性材料的任何顆粒。實(shí)際上基于最終LWC制品所需的特定物理性質(zhì)來選擇聚合物顆粒。作為一非限制性的例子，可任選性地為發(fā)泡聚合物顆粒的聚合物顆?？梢园ㄒ环N或多種選自乙烯基芳族單體均聚物、至少一種乙烯基芳族單體與一種或多種二乙烯基苯、共軛二烯、甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸烷基酯、丙烯腈和/或馬來酸酐的共聚物、聚烯烴、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺、天然橡膠、合成橡膠及其組合的聚合物。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，聚合物顆粒所包括的熱塑性均聚物或共聚物選自源自包括苯乙烯、異丙基苯乙烯、a-曱基苯乙烯、核甲基苯乙烯、氯苯乙烯、叔丁基苯乙烯等乙烯基芳族單體的均聚物，以及通過至少一種上述乙烯基芳族單體與一種或多種其它單體共聚反應(yīng)制得的共聚物，其它單體非限制性的例子是二乙烯基苯、共軛二烯(非限制性的例子是丁二烯、異戊二烯、1，3與2，4-已二烯)、曱基丙烯酸烷基酯、丙烯酸烷基酯、丙烯腈與馬來酸酐，其中乙烯基芳族單體為共聚物重量的至少50%。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中使用苯乙烯聚合物，特別是聚苯乙烯。但是也可以使用其它適合的聚合物，例如聚烯烴(例如聚乙埽、聚丙烯)、聚碳酸酯、聚苯醚及其混合物。在本發(fā)明一個(gè)特殊的具體實(shí)施方案中，聚合物顆粒是發(fā)泡聚笨乙烯(EPS)顆粒。這些顆粒可以是珠、細(xì)?；蚱渌阌谂蛎浐统尚筒僮鞯念w粒形式。在本發(fā)明中，在懸浮過程中聚合的主要是球狀樹脂粒的顆粒適用于作為聚合物顆粒或制造發(fā)泡聚合物顆粒。然而，也可以使用由溶液和本體聚合技術(shù)獲得的、被擠出并切斷成顆粒尺寸樹脂粒部分的聚合物在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，本文所述的包含任意聚合物或聚合物組合物的樹脂粒(未發(fā)泡)具有至少為0.2mm，在某些情況下至少為0.33mm，在一些情況下至少為0.35mm,在其它情況下至少為0.4mm,在一些例子中至少為0.45mm，在其它例子中至少為0.5mm的粒徑。樹脂粒的粒徑也可達(dá)到3mm，在一些例子中達(dá)到2mm，在其它例子中達(dá)到2.5mm，在某些情況下達(dá)到2.25mm,在其它情況下達(dá)到2mm，在某些情況下達(dá)到1.5mm，在其它情況下達(dá)到lmm。在該具體實(shí)施方案中，當(dāng)使用具有超出上述范圍粒徑的樹脂粒制造發(fā)泡聚合物顆粒時(shí)，根據(jù)本發(fā)明制得的LWC制品具有不一致的或不希望的物理性質(zhì)。該具體實(shí)施方案中所使用的樹脂粒的粒徑可以是上述任何值或上述任意值之間的范圍。可發(fā)泡熱塑性顆?；驑渲？梢岳萌我獬Ｒ?guī)方法任選地用合適的發(fā)泡劑浸漬。作為一個(gè)非限制性的例子，所述浸漬可通過在聚合物的聚合過程中向水懸浮液中加入發(fā)泡劑實(shí)現(xiàn)，或者替代性地通過在水介質(zhì)中再懸浮聚合物顆粒、然后如美國專利US2，983,692所講授的那樣引入發(fā)泡劑而實(shí)現(xiàn)?？梢允褂萌我鈿怏w材料或通過加熱可產(chǎn)生氣體的材料作為發(fā)泡劑。常規(guī)的發(fā)泡劑包括分子中包含4-6個(gè)碳原子的脂肪族烴，例如丁烷、戊烷、己烷和例如含氯氟烴CFC和HCFC的囟代烴，其在低于所選擇聚合物軟化點(diǎn)的溫度下沸騰。也可以使用這些脂肪族烴發(fā)泡劑的混合物。ii也可以替代地在這些脂肪族烴發(fā)泡劑中摻入水或者如美國專利US6，127，439、US6，160，027和US6，242，540所講授的那樣使用水作為單一的發(fā)泡劑，在這些專利中使用保水劑。用作發(fā)泡劑的水的重量百分比可以在1-20%的范圍內(nèi)變化。美國專利US6，127，439、US6，160,027和US6，242，540的內(nèi)容引入本文以供參考。所浸漬的聚合物顆?；驑渲Ｈ芜x地發(fā)泡至堆積密度至少為1.751b/ft3(0,028g/cc)，在一些情況下至少為21b/ft3(0.032g/cc)，在其它情況下至少為31b/ft3(0.048g/cc)，以及在特定情況下至少為3.251b/ft3(0.052g/cc)或3.5lb/ft3(0.056g/cc)。當(dāng)使用未發(fā)泡樹脂粒時(shí)，可使用高堆積密度的珠粒。同樣地，堆積密度可以高達(dá)401b/ft3(0.64g/cc)。在其它情況下，聚合物顆粒至少部分發(fā)泡并且堆積密度可達(dá)351b/ft3(0.56g/cc)，在一些情況下達(dá)301b/ft3(0.48g/cc)，在其它情況下達(dá)251b/ft3(0.4g/cc)，在一些例子中達(dá)201b/ft3(0.32g/cc),在其它例子中達(dá)151b/ft3(0.24g/cc),并且在特定情況下達(dá)101b/ft3(0.16g/cc)。聚合物顆粒的堆積密度可以是上述任意值或上述任意值之間的范圍。聚合物顆粒、樹脂粒和/或預(yù)膨脹粒的堆積密度通過稱重已知體積的聚合物顆粒、樹脂粒和/或預(yù)膨脹粒(在環(huán)境條件下老化24小時(shí))而測定。通常，通過利用任意常規(guī)的例如蒸汽、熱空氣、熱水或輻射熱等的加熱介質(zhì)加熱浸漬過的珠粒方便地進(jìn)行膨脹步驟。美國專利US3，023，175講授了一種公認(rèn)的完成浸漬熱塑性顆粒的預(yù)膨脹的方法。如美國專利申請(qǐng)10/021716所講授的，浸漬的聚合物顆?？梢允桥菽嗫拙酆衔镱w粒，其中的內(nèi)容引入本文以供參考。泡沫多孔顆粒可以是發(fā)泡的聚苯乙烯，其包含基于聚合物重量小于14%的揮發(fā)性起泡劑，在一些情況下小于6%，在一些例子中在約2%至約5%的范圍內(nèi)變化，在其它例子中在約2.5%至約3.5%的范圍內(nèi)變化。美國專利US4，303，756、US4，303,757和公開號(hào)為US2004/0152795的美國申請(qǐng)公開了根據(jù)本發(fā)明可歸入發(fā)泡熱塑性樹脂或聚合物顆粒的聚烯烴和原位聚合乙烯基芳族單體的互聚物，其中相關(guān)的部分引入本文以供參考。聚合物顆粒可以包括常規(guī)的成分和添加劑，例如阻燃劑、顏料、染料、著色劑、增塑劑、脫模劑、穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑、防霉劑、抗氧化劑、殺鼠劑、殺蟲劑等等。典型的顏料包括但不局限于例如炭黑、石墨、可膨脹石墨、氧化鋅、二氧化鈦與氧化鐵等的無機(jī)顏料，以及例如喹吖啶酮-紅與-紫及酞菁銅-藍(lán)和-綠等的有機(jī)染料。在本發(fā)明的一個(gè)特定具體實(shí)施方案中，顏料是炭黑，該材料的一個(gè)非限制性例子是可購于NOVAChemicalsInc的EPSSILVER。在本發(fā)明的另一個(gè)特定具體實(shí)施方案中，顏料是石墨，該材料的一個(gè)非限制性例子是可購于德國LudwigshafenamRheinBASFAktiengesellschaftCorp.的NE0P0R。當(dāng)聚合物顆粒中包括例如炭黑和/或石墨這樣的材料時(shí)，可提供由包含炭黑或石墨的材料的較高的R值(依照ASTM-C518測定)所代表的增強(qiáng)的絕緣性質(zhì)。同樣地，包含炭黑和/或石墨的發(fā)泡的聚合物顆?；蛴蛇@些聚合物顆粒制得的材料的R值至少比不包含炭黑和/或石墨的顆?；蛩弥破返挠^測值高5%。發(fā)泡聚合物顆?；蝾A(yù)膨脹顆粒具有的平均粒徑為至少0.2，在一些情況下至少0.3，在其它情況下至少0.5，在一些情況下至少0.75，在其它情況下至少0.9并且在一些例子中至少lmm，并且可達(dá)8mm，在一些情況下達(dá)到6mm,在其它情況下達(dá)到5mm，在一些情況下達(dá)到4mm,在其它情況下達(dá)到3mm并且在一些例子中達(dá)到2.5min。當(dāng)發(fā)泡聚合物顆?；蝾A(yù)膨脹顆粒的尺寸過小或過大時(shí)，使用當(dāng)前LWC組合物制得的LWC制品的物理性質(zhì)是不合要求的。發(fā)泡聚合物顆?；蝾A(yù)膨脹顆粒的平均粒徑可以是上述任意值并可為上述任意值之間的范圍。可以使用激光衍射技術(shù)或者使用本領(lǐng)域公知的機(jī)械分離方法依據(jù)網(wǎng)目尺寸過篩來測定發(fā)泡聚合物顆?；蝾A(yù)膨脹顆粒的平均粒徑。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，聚合物顆粒或發(fā)泡聚合物顆粒具有有助于賦予使用當(dāng)前LWC組合物制得的LWC制品所需物理性質(zhì)的最小平均孔壁厚度。平均孔壁厚度和內(nèi)部孔隙尺寸可以使用本領(lǐng)域已知的掃描電子顯微技術(shù)來測定。發(fā)泡聚合物顆粒具有的平均孔壁厚度可為至少0，15Mm，在一些情況下為至少0.2jLtm，在其它情況下為至少0.25pm。并不希望局限于某一特定理論，當(dāng)具有上述尺寸的樹脂粒發(fā)泡至上述密度時(shí)，可以確信得到所需的平均孔壁厚度。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，聚合物珠粒任選地發(fā)泡形成發(fā)泡聚合物顆粒以便獲得上述所需的孔壁厚度。盡管很多因素可以影響壁厚，但是在該具體實(shí)施方案中所希望的是限制聚合物珠粒的發(fā)泡以獲得所需的壁厚和所得發(fā)泡聚合物顆粒強(qiáng)度。優(yōu)化工藝步驟和發(fā)泡劑可以使聚合物珠粒發(fā)泡至最小的1.751b/ft3(0.028g/cc)。該發(fā)泡聚合物堆積密度特性可以通過磅/立方英尺(lb/ft3)或膨脹系數(shù)(cc/g)來表述。本文所使用的術(shù)語"膨脹系數(shù)"指一定重量的發(fā)泡聚合物珠粒所占據(jù)的體積，典型地表示為cc/g。為賦予發(fā)泡聚合物顆粒所需的孔壁厚度和強(qiáng)度，發(fā)泡聚合物顆粒并不發(fā)泡至其最大膨脹系數(shù)；因?yàn)檫@種極端的膨脹會(huì)使顆粒產(chǎn)生不希望的薄壁和不足的強(qiáng)度。此外，聚合物珠?？梢园l(fā)泡至其最大膨脹系數(shù)的至少5%，在一些情況下至少10%,在其它情況下至少15%。然而，為了不使孔壁厚度過薄，使聚合物珠粒發(fā)泡至其最大膨脹系數(shù)的80%,在一些情況下達(dá)75%，在其它情況下達(dá)70%，在一些例子中達(dá)65%，在其它例子中達(dá)60%，在一些情況下達(dá)55%，在其它情況下達(dá)50%。聚合物珠?？梢园l(fā)泡至如上所述的任何程度或者發(fā)泡可以在上述任意值之間的范圍變化。典型地，聚合物珠?；蝾A(yù)膨脹顆粒在配制成當(dāng)前的膠凝性組合物時(shí)和在膠凝性組合物凝結(jié)、養(yǎng)護(hù)和/或硬化時(shí)并不進(jìn)一步膨脹。本文所使用的術(shù)語"預(yù)膨脹"指已經(jīng)發(fā)泡的但是并沒有膨脹至其最大膨脹系數(shù)的可膨脹顆粒、樹脂和/或珠粒。預(yù)膨脹或者發(fā)泡聚合物顆粒典型地具有多孔結(jié)構(gòu)或蜂巢狀內(nèi)部，以及通常作為外表面的光滑的連續(xù)的聚合物表面，也就是一基本連續(xù)的外層?？梢允褂脪呙桦婄R(SEM)技術(shù)在1000倍的放大率下觀察該光滑連續(xù)表面。如圖1、3和5所示，掃描電鏡觀察結(jié)果無法顯示出預(yù)膨脹或者發(fā)泡聚合物顆粒外表面上孔的存在。如圖2、4和6所示，切斷預(yù)膨脹或者發(fā)泡聚合物顆粒并進(jìn)行掃描電鏡觀測通?？娠@示出預(yù)膨脹或者發(fā)泡聚合物顆粒內(nèi)部的蜂巢狀結(jié)構(gòu)。聚合物顆粒或發(fā)泡聚合物顆?？梢跃哂腥魏慰少x予LWC制品所需物理性質(zhì)的橫截面形狀。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，發(fā)泡聚合物顆粒具有圓形、卵形或橢圓形橫截面形狀。在本發(fā)明的具體實(shí)施方案中，預(yù)膨脹或者發(fā)泡聚合物顆粒具有的長徑比為1,在一些情況下至少為1并且長徑比可達(dá)3,在一些情況下可達(dá)2并且在其它情況下可達(dá)1.5。預(yù)膨脹或者發(fā)泡聚合物顆粒的長徑比可以是上述任意值或上述任意值之間的范圍。LWC組合物中所含的膠凝性混合物為至少10體積％，在一些例子中為至少15體積％,在其它例子中為至少22體積％，在一些情況下為至少40體積％，在其它情況下為至少50體積％，并且可以達(dá)到90體積％，在一些情況下達(dá)到85體積o/。，在其它情況下達(dá)到80體積%,在特定情況下達(dá)到75體積％,在一些情況下達(dá)到70體積％,在其它情況下達(dá)到65體積％,在一些例子中達(dá)到60體積％。LWC組合物中所含的膠凝性混合物可以為上述任意含量并且可以在上述任意含量之間的范圍內(nèi)變化。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，膠凝性混合物包括水硬性水泥組合物。膠凝性混合物中所含的水硬性水泥組合物可以為至少體積3%，在特定情況下至少為5體積％,在一些情況下至少為7.5體積％，在其它情況下至少為9體積％，并且可以達(dá)到40體積％，在一些情況下達(dá)到35體積％，在其它情況下達(dá)到32.5體積％，在一些例子中達(dá)到30體積％。膠凝性混合物中所含的水硬性水泥組合物可以為上述任意含量或者在上述任意含量之間的范圍內(nèi)變化。在本發(fā)明的特定具體實(shí)施方案中，水硬性水泥組合物可以是選自硅酸鹽水泥、火山灰水泥、石骨水泥、高鋁水泥、鎂氧水泥、硅石水泥和礦渣水泥的一種或多種材料。在本發(fā)明的特定具體實(shí)施方案中，水泥組合物是III型硅酸鹽水泥。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，膠凝性混合物可任選地包括本領(lǐng)域中公知的其它集料和助劑，包括但不局限于砂、附加集料、增塑劑和/或纖維。適合的纖維包括但不局限于玻璃纖維、碳化硅、芳族聚酰胺纖維、聚酯、碳纖維、復(fù)合材料纖維、玻璃絲及其組合，以及包含上述纖維的織物和包含上述纖維的組合的織物。本發(fā)明中可使用的纖維的非限制性的例子包括可購于TechFab，IXC，Anderson,SC的MeC-GRID⑧和C-GRID,可購于E.I.duPontdeNe麵rsandCompany,WilmingtonDE的KEVLAR,可購于TeijinTwaronB.V.，Arnheim，theNetherlands的WARON，可購于HoneywellInternationalInc.,Morristown，NJ的SPECTRA,可購于InvistaNorthAmericaS.A.R.L.Corp.Willmington，DE的DACR0N⑧和可購于HoechstCellaneseCorp.,NewYork,NY的VECTRAN⑧。所用纖維可以為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，纏繞結(jié)構(gòu)，交織結(jié)構(gòu)，并且可以取向于所需任意方向。在本發(fā)明的特定具體實(shí)施方案中，LWC組合物中含有的纖維至少為O.1體積％,在一些情況下至少為0.5體積％,在其它情況下至少為1體積％，并且在一些例子中至少為2體積％。此外LWC組合物中含有的纖維以體積計(jì)可達(dá)10體積％，在一些情況下可達(dá)8體積％,在其它情況下可達(dá)7體積％,并且在一些例子中可達(dá)5體積％。調(diào)整纖維的含量以向LWC組合物提供所需的性質(zhì)。纖維的含量可以為上述任意值或者在上述任意值之間的范圍內(nèi)變化。進(jìn)一步研究該具體實(shí)施方案，附加集料可以包括但不局限于選自例如砂、石和礫石等的普通集料的一種或多種材料。普通輕質(zhì)集料可以包括磨細(xì)粒狀高爐礦渣、粉煤灰、玻璃、二氧化硅、燒脹頁巖和粘土；保溫集料，例如浮石、珍珠巖、蛭石、礦渣和硅藻土；LWC集料，例如膨脹頁巖、燒脹頁巖、膨脹粘土、膨脹爐渣、煅制二氧化硅、?；稀⑷蹘r噴出粉煤灰、凝灰?guī)r和macrolite;以及砌筑集料，例如膨脹頁巖、粘土、板巖、膨脹高爐礦渣、焙燒粉煤灰、煤渣、浮石、礦渣和?；稀．?dāng)包含上述材料時(shí)，膠凝性混合物中含有的其它集料和助劑至少為0.5體積％，在一些情況下至少為1體積％，在其它情況下至少為2.5體積％，在一些例子中至少為5體積％，在其它例子中至少10體積％。膠凝性混合物中含有的其它集料和助劑也可達(dá)到95體積％，在一些情況下可達(dá)到90體積％，在其它情況下達(dá)到85體積％，在一些例子中達(dá)到65體積％，在其它例子中達(dá)到60體積％。膠凝性混合物中的其它集料和助劑的含量可以為上述任意值或者在上述任意值之間的范圍內(nèi)變化。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，該膠凝性混合物和/或輕質(zhì)混凝土組合物中所使用的全部或部分砂或其它細(xì)集料具有的細(xì)度模數(shù)小于2,在一些情況下小于1.9，在其它情況下小于1.8。本文所使用的"細(xì)度模數(shù)"或"FM"指可以指示出集料中細(xì)顆粒和粗顆粒比例相對(duì)量度的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。FM是用以指代細(xì)集料相對(duì)細(xì)度或粗度的值，并可以依據(jù)ASTMC117測定。盡管可以參考ASTMC117的詳細(xì)內(nèi)容并且全部引入本文以供參考，但是仍然可以總結(jié)如下。通過使500克砂樣品通過一系列標(biāo)準(zhǔn)篩(4號(hào)、8號(hào)、16號(hào)、30號(hào)、50號(hào)和100號(hào))來測得FM。從4號(hào)篩開始，將每個(gè)篩剩余的重量轉(zhuǎn)換為累計(jì)剩余百分?jǐn)?shù)。將六個(gè)百分?jǐn)?shù)的總和除以100，結(jié)果即為細(xì)度模數(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)特定具體實(shí)施方案中，砂和/或其它細(xì)集料可以占LWC組合物的至少10體積％，在一些情況下至少15體積％,在其它情況下至少20體積％。此外，砂和/或其它細(xì)集料占LWC組合物的百分比可以達(dá)到50體積％，在一些情況下達(dá)到45體積％，在其它情況下達(dá)到40體積％，在一些例子中達(dá)到35體積％。砂和/或其它細(xì)集料的量可依據(jù)為LWC組合物提供所需性質(zhì)的需要而調(diào)整。砂和/或其它細(xì)集料的量可以為上述任意值或者在上述任意值之間的范圍內(nèi)變化。在本發(fā)明的一個(gè)特定具體實(shí)施方案中，粗集料(FM值大于4的集料)可以占LWC組合物的至少1體積％，在一些情況下至少2體積%，在其它情況下至少3體積％。此外，粗集料占LWC組合物的百分比可以達(dá)到20體積％，在一些情況下達(dá)到15體積％，在其它情況下達(dá)到10體積％，在一些例子中達(dá)到8體積％。粗集料的量可依據(jù)為LWC組合物提供所需性質(zhì)的需要而調(diào)整。粗集料砂的量可以為上述任意值或者在上述任意值之間的范圍內(nèi)變化。在本發(fā)明的具體實(shí)施方案中，輕質(zhì)混凝土混合物可以包含一種或多種添加劑，非限制性的例子為消泡劑、防水劑、分散劑、促凝劑、緩凝劑、增塑劑，超塑化劑、凝固點(diǎn)降低劑，增粘劑和著色劑?；诮M合物總重量，添加劑的含量典型地小于1重量％,但是可以為0.1-3重量％。本發(fā)明所用的適合的分散劑或塑化劑包括但不局限于六偏磷酸鹽、三聚磷酸鹽、聚萘磺酸鹽、磺化聚胺及其組合。本發(fā)明可用的適合的增塑劑包括但不局限于聚羥基羧酸或其鹽、聚羧酸酯或其鹽、木質(zhì)素磺酸鹽、聚乙二醇及其組合。本發(fā)明可用的適合的超塑化劑包括但不局限于堿金屬或堿土金屬的木質(zhì)素磺酸鹽、木質(zhì)素磺酸鹽、與堿金屬或堿土金屬的高濃萘磺酸鹽/曱酪的縮合物、聚萘磺酸鹽、堿金屬或堿土金屬的一種或多種聚羧酸鹽(例如美國專利US6800129所描述的聚(甲基)丙烯酸鹽和聚羧酸鹽梳型共聚物，文獻(xiàn)的相關(guān)部分引入本文以供參考)、堿金屬或堿土金屬的三聚氰胺鹽/甲醛/亞硫酸鹽縮合物、磺酸酯、碳水化合物酯及其組合。本發(fā)明可用的適合的促凝劑包括但不局限于可溶性氯鹽(例如氯化鈞)、三乙醇胺、低聚曱醛、可溶性甲酸鹽(例如甲酸鈣)、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、硫酸鈉、12Ca0.7Al203、硫酸鈉、硫酸鋁、硫酸鐵、美國專利US4026723所公開的堿金屬的硝酸鹽/磺化芳烴脂肪族醛縮合物、美國專利US4298394所公開的水溶性表面活性劑促進(jìn)劑、美國專利US5211751所公開的氨基酸的羥甲基衍生物促凝劑、美國專利Re.35194所公開的硫氰酸鹽、烷醇胺與硝酸鹽的混合物，以及上述物質(zhì)的組合，上述文獻(xiàn)的相關(guān)部分引入本文以供參考。本發(fā)明可用的適合的緩凝劑包括但不局限于木質(zhì)素磺酸鹽、羥基羧酸(例如葡糖酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、水楊酸、葡庚糖酸、阿糖酸、酸及其無機(jī)或有機(jī)鹽，例如鈉、鉀、鈣、鎂、銨和三乙醇胺鹽)、碳酸(Cardonicacid)、糖、改性糖、磷酸鹽、硼酸鹽、硅氟化物、溴酸鈣、硫酸鈣、硫酸鈉、例如葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖、木糖、芽菜糖、核糖與轉(zhuǎn)化糖等的單糖、例如二糖與三糖等的低聚糖、如糊精、例如葡聚糖等的聚糖以及其它糖類例如包含這些糖的糖蜜；例如山梨糖醇等的糖醇；氟硅酸鎂；磷酸及其鹽或者硼酸鹽酯；氨基羧酸及其鹽；堿性可溶蛋白質(zhì)；胡敏酸；鞣酸；酸；例如甘油等的多元醇；膦酸及其衍生物，例如氨基三(亞曱基膦酸)、1-羥基亞乙基-1、l-二膦酸、乙二胺四(亞甲基膦酸)、二亞乙基三胺五(亞甲基膦酸)，和其堿金屬或堿土金屬鹽，以及上述緩凝劑的組合。本發(fā)明可用的適合的消泡劑包括但不局限于硅基消泡劑(例如二甲基聚硅氧烷、二曱基硅酮油、硅樹脂漿料、乳化硅油、有機(jī)基改性聚硅氧烷(例如二甲聚硅氧烷等的聚有機(jī)硅氧烷)、氟硅酮油等)、磷酸烷基酯(例如磷酸三丁酯、辛基磷酸鈉等)、礦物油基消泡劑(例如煤油、液體石蠟等)、脂肪或油基消泡劑(例如動(dòng)物或者植物油、芝麻油、蓖麻油、其氧化烯加成化合物衍生物等)、脂肪酸基消泡劑(例如油酸、硬脂酸、其氧化烯加成化合物衍生物等)、脂肪酸酯基消泡劑(例如甘油單蓖麻醇酸酯、烯基琥珀酸衍生物、山梨糖醇單月桂酸酯、山梨糖醇三油酸酯、天然蠟等)、氧化烯型消泡劑、醇基消泡劑(辛醇、十六烷醇、乙炔醇、乙二醇等)、酰氨基消泡劑(例如聚胺丙烯酸鹽等)、金屬鹽基消泡劑(例如硬脂酸鋁、油酸鈣等)，以及上述消泡劑的組合。本發(fā)明可用的適合的凝固點(diǎn)降低劑包括但不局限于乙醇、氯化4丐、氯化鉀及其組合。本發(fā)明可用的適合的增粘劑包括但不局限于聚醋酸乙烯酯、苯乙烯-丁二烯、(甲基)丙烯酸酯的均聚物與共聚物及其組合。本發(fā)明可用的適合的抗水劑或防水劑包括但不局限于脂肪酸(例如硬脂酸或油酸)、低級(jí)烷基脂肪酸酯(例如硬脂酸丁酯)、脂肪酸鹽(例如硬脂酸鈣或硬脂酸鋁)、硅氧烷、蠟乳液、烴類樹脂、瀝青、油脂、硅氧烷、石蠟、柏油、蠟及其組合。盡管本發(fā)明的許多具體實(shí)施方案中沒有使用加氣劑，但是當(dāng)使用時(shí)，適合的加氣劑包括但不局限于松香皂樹脂、松香酸鈉、脂肪酸及其鹽、表面活性劑、烷基_芳基-磺酸鹽、酚乙氧基化物、木質(zhì)素磺酸鹽及其混合物。使用本領(lǐng)域公知的方法混合膠凝性混合物、發(fā)泡聚合物顆粒和任意其它集料、添加劑和/或助劑。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，液體，在一些情況下為水，也混入其它成分中。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，可以制造、包裝、儲(chǔ)存干混合物(也就是含有最少量水或不加入水)以便下一步應(yīng)用。這些干混合物。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，混凝土組合物是分散體，其中膠凝性混合物提供至少部分連續(xù)相并且聚合物顆粒和/或發(fā)泡聚合物顆粒作為連續(xù)相中的離散顆粒分散相存在。作為本發(fā)明的一個(gè)特定的非限制性具體實(shí)施方案，混凝土組合物基本上不使用用于穩(wěn)定分散體的濕潤劑或分散劑。作為本發(fā)明的一個(gè)不希望受任何單一理論限制的非限制性的具體實(shí)施方案，可以影響當(dāng)前LWC組合物性能的因素包括混凝土內(nèi)發(fā)泡樹脂粒的體積分?jǐn)?shù)、平均膨脹粒尺寸和珠粒相互空間產(chǎn)生的顯微結(jié)構(gòu)。在該具體實(shí)施方案中，可以使用一二維模型估算珠粒相互空間。為描述簡單起見，珠粒相互空間可限于珠粒半徑之內(nèi)。另外，無意對(duì)發(fā)明做任何限制，假定在該具體實(shí)施方案中珠粒呈立方點(diǎn)陣排列，不考慮LWC組合物中的珠粒尺寸分布并且不考慮橫截面上膨脹珠粒范圍的分布。為了計(jì)算每個(gè)樣本中珠粒的數(shù)量，采用一三維測試圓筒。膨脹珠粒尺寸越小，為保持與下述方程1所描述的相同的膨脹珠粒體積分?jǐn)?shù)所需的膨脹珠粒數(shù)目越大。由于膨脹珠粒的數(shù)目按指數(shù)規(guī)律增加，膨脹珠粒之間的空間減小。#6=K/》(I)A;代表膨脹珠粒的數(shù)目。包含分散的平均膨脹珠粒粒徑為a給定體積分?jǐn)?shù)為^的發(fā)泡聚合物珠粒的、直徑為/、高度為^(通常為2"x4"或6"xl2")的LWC測試樣本含有大量的發(fā)泡聚合物珠粒，數(shù)量鳳由方程1給出。需要注意A^與發(fā)泡聚合物珠粒粒徑的立方成反比。比例常數(shù)，K=1.5K^#，是只取決于膨脹聚合物珠粒的樣本尺寸和體積分?jǐn)?shù)的一個(gè)數(shù)值。因此對(duì)于給定的樣本尺寸和已知的發(fā)泡聚合物珠粒體積分?jǐn)?shù)，珠粒的增長的數(shù)量為珠粒粒徑減少的量的三次方。作為一個(gè)非限制性實(shí)施例，對(duì)于一2"x4"LWC樣本，密度為90pcf(lb/ft3)時(shí)(相當(dāng)于發(fā)泡聚合物珠粒體積分?jǐn)?shù)為43%,預(yù)膨脹堆積密度為1.25pcf)，當(dāng)歷經(jīng)從0.65mm變?yōu)?.4mm和0.33mm時(shí)，珠粒數(shù)量分別增加4倍和7倍。密度為2.08pcf時(shí)，當(dāng)粒徑變?yōu)镺.4咖和0.33mm時(shí)，珠粒數(shù)量分別增加6倍和7倍。密度為5pcf時(shí)，珠粒數(shù)量分別增加2倍和3倍。因此，密度與珠粒粒徑相互關(guān)聯(lián)。如下所示，密度也會(huì)影響胞壁厚度。膨脹珠粒所提供的混凝土基體的強(qiáng)度一般受胞壁硬度和厚度影響。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，當(dāng)假定為單分散球狀細(xì)胞時(shí)，方程2可以表明平均細(xì)胞直徑c/與平均壁厚(5有關(guān)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>其中p是泡沫的密度，p,是固體聚合物珠粒的密度。因此對(duì)于給定的聚合物，依靠所使用的特定發(fā)泡過程，可以在各種5值下獲得相同的胞壁厚度(在給定的細(xì)胞尺寸下)或相同的細(xì)胞尺寸。不僅通過細(xì)胞尺寸也通過變化胞壁厚度來控制密度。下面的表舉例說明了發(fā)泡聚合物珠粒密度與三種等級(jí)的珠粒粒徑的變化關(guān)系。<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>滿足需要的顯微結(jié)構(gòu)和/或形態(tài)可分為不同的等級(jí)。第一級(jí)是具有特殊界面的雙連續(xù)或共連續(xù)的復(fù)合物，第二級(jí)在連接的基體中包括特殊的摻雜物。雙連續(xù)和單一連接的顯微結(jié)構(gòu)的有效性能通過已知的最優(yōu)交叉性能范圍來描述。在許多情況下，珠粒越小，為保持與方程1所描述的相同的發(fā)泡聚合物珠粒體積分?jǐn)?shù)所需的珠粒數(shù)量越大。由于珠粒的數(shù)量按指數(shù)規(guī)律增加，珠粒之間的空間減小。最優(yōu)的范圍可以通過許多代表臨界值或極限值的關(guān)系式表示。作為一個(gè)非限制性實(shí)施例，對(duì)于給定的體積分?jǐn)?shù)，通常具有一與臨界珠粒數(shù)量相對(duì)應(yīng)的臨界珠粒粒徑，該臨界數(shù)量的珠?？梢苑稚⒁蕴峁┧璧男螒B(tài)以便于所有的珠粒分離并且使混凝土單一連接。也可能形成所有的珠粒為非分離的而是相互接觸的形態(tài)。使用ANSYS(—種可購于ANSYSInc.,Canonsburg，PA的有限元分析程序)進(jìn)行二維橫截面的有限元分析。在橫截面的有限元網(wǎng)絡(luò)中，珠粒在單一連接的混凝土基體中形成非接觸的或分離的圓。結(jié)果證明在負(fù)載下，應(yīng)力在垂直于負(fù)載軸的方向上聚集。最大應(yīng)力集中在發(fā)泡聚合物珠粒間的水平界面上，珠粒趨向于從圓形變形為橢圓形。在本發(fā)明一個(gè)特定具體實(shí)施方案中，混凝土組合物至少包含一些以立方或六角點(diǎn)陣排列的發(fā)泡聚合物顆粒或預(yù)膨脹顆粒。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，所存在的LWC組合物中實(shí)質(zhì)上不含加氣劑，其通常是加入到混凝土拌合物中產(chǎn)生氣泡或空隙。在本發(fā)明的另一具體實(shí)施方案中，LWC組合物可包括增強(qiáng)纖維。這些纖維作為增強(qiáng)組分具有很大的長徑比，也就是說它們的長度/直徑比很高，以便使荷載穿越潛在的斷裂點(diǎn)。盡管可以使用任何楊氏模量高于膠凝性混合物的材料，但是適合的纖維的非限制性例子包括長度為大約1-1.75英寸的玻璃纖維束、聚丙烯纖維及其它上述纖維?？梢允褂帽绢I(lǐng)域公知的方法使本發(fā)明的LWC組合物凝結(jié)和/或硬化以形成最終混凝土制品。包含本發(fā)明的LWC組合物的凝結(jié)和/或硬化的最終混凝土制品的密度可為至少401b/ft3(0.64g/cc),在一些情況下至少451b/ft3(0.72g/cc),在其它情況下至少501b/ft3(0.8g/cc)，并且密度可達(dá)1301b/ft3(2.lg/cc)，在一些情況下達(dá)1201b/ft3(1.9g/cc)，在其它情況下達(dá)1151b/ft3(1.8g/cc)，在一些情況下達(dá)1101b/ft3(1.75g/cc)，在其它情況下達(dá)1051b/ft3(1.7g/cc),在一些例子中達(dá)1001b/ft3(1.6g/cc)，在其它例子中達(dá)95lb/ft3(1.5g/cc)。本發(fā)明混凝土制品的密度可以為上述任意值和可在上述任意值之間的范圍內(nèi)變化。根據(jù)ASTMC138測定LWC組合物的密度。在本發(fā)明一個(gè)特定具體實(shí)施方案中，LWC組合物包含以體積計(jì)10-60%包括III型硅酸鹽水泥的水泥組合物；20-78體積％平均粒徑為0.2mm-5mm、堆積密度為0.032g/cc-0.56g/cc并且長徑比為1-2的發(fā)泡聚合物顆粒；3-35體積％—種或多種集料；以及0.1-1體積％—種或多種選自消泡劑、防水劑、分散劑、促凝劑、緩凝劑、塑化劑、超塑化劑、凝固點(diǎn)降低劑、增粘劑、著色劑及其組合的添加劑；其中所使用組分的總量不超過100體積％并且在輕質(zhì)膠凝性組合物凝結(jié)后，其具有依據(jù)ASTMC39測定的至少2000psi的7天后抗壓強(qiáng)度。LWC組合物可以應(yīng)用于即使不是全部也是大多數(shù)使用常規(guī)混凝土配方的應(yīng)用中。作為非限制性的例子，本發(fā)明LWC組合物可用于結(jié)構(gòu)23和建筑應(yīng)用中，非限制性的例子為建筑物的隔墻、ICF或SIP結(jié)構(gòu)，浴室、工作臺(tái)、墻面板、板墻、干飾面內(nèi)墻、水泥板、裝飾柱、拱廊等，例如蓋板、地板內(nèi)輻射供暖系統(tǒng)、地板(主要的和次要的)、斜墻、夾墻嵌板和作為粉刷層等的家具或家具應(yīng)用，例如制動(dòng)墻、路障、隔音物和墻、擋土墻、跑道制動(dòng)系統(tǒng)、加氣混凝土、跑道坡道、和可流動(dòng)可挖掘回填料等的道路和機(jī)場安全應(yīng)用，以及例如路基材料和橋板材料等的道路建設(shè)應(yīng)用。另外，本發(fā)明的LWC制品易于同螺釘直接連接，非限制性的例子為可通過傳統(tǒng)的、氣動(dòng)的或粉末驅(qū)動(dòng)裝置連接的干飾面內(nèi)墻螺釘和釘子。這使得易于與例如膠合板、干飾面內(nèi)墻、柱螺栓這樣的材料和其它常用于建筑工業(yè)的材料連接，這使用傳統(tǒng)混凝土配方是無法實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)在路基建設(shè)中使用本發(fā)明的LWC組合物時(shí)，聚合物顆?？捎兄诜乐购?或減小裂縫擴(kuò)展，特別是涉及水的凍融循環(huán)時(shí)。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中使用本發(fā)明的凝結(jié)和/或硬化的LWC組合物，并且砌筑結(jié)構(gòu)承載的最小抗壓強(qiáng)度為至少1700psi(119.5kgf/cm2)，在其它情況下至少為1800psi(140.6kgf/cm"。對(duì)于結(jié)構(gòu)輕質(zhì)混凝土，該組合物可具有至少2500psi(126.5kgf/cm2)的最小抗壓強(qiáng)度，在一些例子中至少為1900psi，并且在其它例子中至少為2000psi(175.8kgf/cm2)。依據(jù)ASTMC39測定7天的抗壓強(qiáng)度。盡管可以參考ASTMC39的詳細(xì)內(nèi)容并且將其全部引入本文以供參考，但是仍然可總結(jié)出一種測試方法，包括以規(guī)定范圍內(nèi)的速率向成型柱體或成型芯施加軸向壓縮荷載直至破壞發(fā)生。測試設(shè)備裝有兩個(gè)具有硬化表面的鋼支撐塊，一個(gè)是位于樣品上表面的球座式塊，另一個(gè)是放置樣品的實(shí)體塊。以相當(dāng)于35±7psi/s(0.25±0.05Mpa/s)的加壓速率的運(yùn)動(dòng)速率(以壓板到十字頭測定)向樣本施加荷載。施應(yīng)力縮荷載直至荷栽指示器顯示荷載平穩(wěn)降低并且樣本顯示出明確的破裂模式。將測試期間樣本所承受的最大荷載除以樣本的橫截面面積計(jì)算抗壓強(qiáng)度。本發(fā)明的組合物很適于制造模制建筑制品和材料，非限制性的例子包括包含斜墻板的墻板、T型梁、雙T型梁、屋面瓦、屋面板、天花板、地板、工字梁、基墻等。該組合物顯示出比現(xiàn)有技術(shù)中LWC組合物更高的強(qiáng)度。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，模制建筑制品和材料可以為預(yù)澆注和/或預(yù)應(yīng)力產(chǎn)品。本文中的"預(yù)澆注"混凝土指在取出并放入所需位置前注入模具或澆注成所需形狀并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和/或硬化的混凝土。本文中的"預(yù)應(yīng)力"混凝土指使用預(yù)應(yīng)力鋼絲束(在許多情況下使用高強(qiáng)鋼纜或鋼條)增強(qiáng)其張力的混凝土，并可提供夾持荷載產(chǎn)生抗壓強(qiáng)度以補(bǔ)償由于彎曲荷載混凝土構(gòu)件所承受的張應(yīng)力。任何本領(lǐng)域中已知的適合的方法可用于預(yù)應(yīng)力混凝土。適合的方法包括但不局限于預(yù)拉伸混凝土，該混凝土澆注于拉緊的鋼絲束周圍，以及后張混凝土，其在澆注和養(yǎng)護(hù)過禾呈之后施加壓力。本發(fā)明所提供的一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)為與那些必須使用專用的混凝土刀片或鑲金剛石刀片和/或鋸的產(chǎn)品相比，本發(fā)明中凝結(jié)的混凝土組合物和/或由該組合物形成的模制建筑制品易于使用傳統(tǒng)方法切割和/或截?cái)唷＿@對(duì)混凝土制品施工而言提供了節(jié)省時(shí)間和成本顯著效果。該組合物易于根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法可澆注到模具中形成作為非限制性的例子的屋面瓦、路面磚、或其它任何具有所需三維結(jié)構(gòu)的制品，其包括具有例如具有木紋、板巖墻面磚或表面光滑瓷磚外觀等的特定局部紋理的結(jié)構(gòu)。典型的墻面板可具有寬為IO英寸、長為17英寸、厚為1.75英寸的近似尺寸。在屋面材料的成型過程中，加入加氣劑以使最終產(chǎn)品在對(duì)抗凍融破壞方面更加不受天氣影響。當(dāng)使用本發(fā)明的LWC組合物澆灌基墻時(shí)，由于重量輕可以在地面之上建造。通常，在混凝土混合物凈重的作用下，基墻的下部具有向外偏的傾向，但是本發(fā)明中組合物的輕質(zhì)有助于減少這種情況發(fā)生的可能性。使用本發(fā)明LWC組合物制造的基墻可以很容易使用在傳統(tǒng)基墻建設(shè)中使用的傳統(tǒng)緊固件。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，本發(fā)明的混凝土組合物以混凝土砌塊的形式成型、凝結(jié)和/或硬化。本文所使用的術(shù)語"混凝土砌塊"指中空或?qū)嵭幕炷林破?，包括但不局限于具有刻痕的，分塊飾面的，有棱的，有凹槽的，具有磨細(xì)表面的，陷入的和鋪路石之類。本發(fā)明的具體實(shí)施方案提供包括至少部分根據(jù)本發(fā)明制得的混凝土砌塊的墻體。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，模制建筑制品和材料以及上述混凝土砌塊可以接受和容納穿透性緊固件，其非限制性的例子包括釘子、螺釘和螺栓等。這有益于表面覆蓋物可直接連接到模制建筑制品和材料以及混凝土砌塊。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，標(biāo)準(zhǔn)的2.5英寸干飾面內(nèi)墻螺釘可旋入包括本發(fā)明輕質(zhì)混凝土組合物的澆注和凝結(jié)表面的1.5英寸深度處，當(dāng)在垂直于所:旋入表面的方向上施加至少500磅、在一些情況下至少600磅、在其它情況下至少700磅并且可達(dá)800磅的壓力下，緊固件不會(huì)松動(dòng)，施加壓力的時(shí)間為l分鐘，在一些情況下5分鐘，在其它情況下IO分鐘。本發(fā)明也涉及包括本發(fā)明的LWC組合物的建筑物。本發(fā)明也提供一種制備最佳輕質(zhì)混凝土制品的方法，包括確定凝結(jié)輕質(zhì)混凝土組合物的希望的密度和強(qiáng)度性質(zhì)；確定用于輕質(zhì)混凝土組合物的待發(fā)泡的聚合物珠粒的類型、尺寸和密度；確定所要發(fā)泡的聚合物珠粒的尺寸和密度；發(fā)泡聚合物珠粒形成發(fā)泡聚合物珠粒；在膠凝性混合物中分散發(fā)泡聚合物珠粒形成輕質(zhì)混凝土組合物；以及以所需的形式使輕質(zhì)混凝土組合物凝結(jié)?；谒璧膽?yīng)用來確定凝結(jié)和/或硬化輕質(zhì)混凝土(LWC)組合物的所需密度和強(qiáng)度性質(zhì)。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，可以基于經(jīng)驗(yàn)的和/或公開的數(shù)據(jù)來確定待發(fā)泡的聚合物珠粒的類型、尺寸和密度以及聚合物珠粒所要發(fā)泡到的尺寸和密度。在本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施方案中，可使用有限元分析來確定待發(fā)泡的聚合物珠粒的類型、尺寸和密度以及聚合物珠粒所要發(fā)泡到的尺寸和密度。使所得的輕質(zhì)混凝土組合物凝結(jié)和/或硬化以制得LWC制品和如上所述的混凝土砌塊。參考下述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明加以進(jìn)一步的描述。下述實(shí)施例僅僅是對(duì)發(fā)明的說明而非限制。除非另有陳述，所有的百分?jǐn)?shù)是以重量計(jì)，除非另有說明，本發(fā)明使用硅酸鹽水泥。實(shí)施例除非另有說明，使用下述材料曆in型硅酸鹽水泥■圬工砂(堆積密度為165pcf，比重為2.64，細(xì)度模數(shù)=1.74)■飲用水-環(huán)境溫度(~70T/2rC)■可膨脹聚苯乙烯-M97BC，F(xiàn)271C,F271M,F271T(NOVAChemicalsInc.,Pittsburgh,PA)■EPS樹脂-1037C(NOVAChemicalsInc.)■1/2英寸燒脹頁巖(CarolinaStaliteCompany,Salisbury,NC—堆積密度為89.5pcf/比重為1.43)除非另有說明，所有的組合物使用具有7fV的工作容量并帶有單一軸槳的42N-5型攪拌器(CharlesRoss&SonCompany,Hauppauge，NY)在實(shí)驗(yàn)室條件下制備。混合器在34rpm下工作。在LH-10溫度和濕度容器(AssociatedEnvironmentalSystems,Ayer，MA制造)中控制條件。樣品在帶有平蓋的6"xl2"單用途塑化圓筒模具中成型，一式三份進(jìn)行測試。耐壓試驗(yàn)在ForneyFX250/300壓縮試驗(yàn)器(ForneyIncorporated,Hermitage,PA)中進(jìn)行，其以所需的速率施力口液壓垂直荷載。所有其它輔助材料(坍落度筒、搗棒等)依據(jù)所采用的ATSM測試方法。遵循下述ATSM測試方法與程序27■ASTMC470-混凝土試驗(yàn)圓柱垂直性鑄模標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范■ASTMC192-實(shí)驗(yàn)室中混凝土試樣的制備和養(yǎng)護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施規(guī)程■ASTMC330-建筑混凝土用輕質(zhì)集料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范■ASTMC511-水硬性水泥和混凝土試驗(yàn)用混合室，濕氣箱、濕氣室和水貯存罐標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范■ASTMC143-水硬性水泥混凝,土坍落度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法■ASTMC1231-測定硬化混凝土筒柱抗壓強(qiáng)度用不粘合蓋板的標(biāo)準(zhǔn)使用規(guī)程■ASTMC39-柱形混凝土樣品抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法圓柱體在環(huán)境實(shí)驗(yàn)室條件下覆蓋保存24小時(shí)。所有圓柱體然后在23土2。C和95%的相對(duì)濕度下再老化6天。然后測定測試樣本。實(shí)施例1以未發(fā)泡珠粒形式存在的聚苯乙烯(M97BC-0.65mm,F271T-0.4mm，和F271M-0.33mm)預(yù)先膨脹為具有如下表中所示不同密度的EPS泡沫(預(yù)膨脹)顆粒。<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>數(shù)據(jù)顯示預(yù)膨脹顆粒粒徑與材料的膨脹密度成反比。實(shí)施例2以未發(fā)泡珠粒形式存在的聚苯乙烯(0.65inm,0.4mm和0.33nmi)預(yù)先膨脹為如下表所示的堆積密度為21b/ft3的預(yù)膨脹顆粒。預(yù)膨脹顆粒在3.5立方英尺的圓筒混合機(jī)中配制成LWC組合物，該組合物包4舌46.5wt.%(25.3voi.%)的硅酸鹽水泥，16.3wt.%(26.3vol.%)的水，和1.2wt.%(26.4vol.%)的預(yù)膨脹顆粒。制得的LWC組合物的混凝土密度為90lb/ft3。平均抗壓強(qiáng)度(依照ASTMC39中7天破壞試驗(yàn)測定)如下表所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table>數(shù)據(jù)顯示在恒定的預(yù)膨脹顆粒密度下，當(dāng)未發(fā)泡珠粒的平均粒徑降低時(shí)，并沒有如現(xiàn)有技術(shù)中提出的那樣通過降低未發(fā)泡珠粒粒徑產(chǎn)生相當(dāng)高的抗壓強(qiáng)度。更為特別的是，數(shù)據(jù)顯示當(dāng)加載以獲得90pcfR的混凝土密度時(shí)，對(duì)于密度為2.OOpcf的未發(fā)泡珠粒的抗壓強(qiáng)度而言，存在一最優(yōu)的未發(fā)泡珠粒尺寸。對(duì)于該特定的配方，最優(yōu)值在330微米和650微米之間。實(shí)施例3由于預(yù)膨脹顆粒的密度也可以影響整個(gè)混凝土的密度，改變EPS的密度需要改變EPS的填充量以保持一穩(wěn)定的混凝土密度。這種關(guān)系只有在預(yù)膨脹顆粒的總量不大并且不至于影響混凝土基體周圍的強(qiáng)度時(shí)有效。預(yù)膨脹顆粒密度和填充量的關(guān)系使得在控制整個(gè)混凝土密度時(shí)有機(jī)會(huì)優(yōu)化混凝土的強(qiáng)度。以未發(fā)泡珠粒形式存在的聚苯乙烯(0.65mm)預(yù)先膨脹為具有如下表中所示不同密度的預(yù)膨脹顆粒。預(yù)膨脹顆粒在3.5立方英尺的圓筒混合機(jī)中配制成包含如下表所示組分的LWC組合物，每種混凝土的密度為901b/ft3。<table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table>下述數(shù)據(jù)表從數(shù)字上闡述了當(dāng)混凝土恒定密度為901b/f時(shí)，預(yù)膨脹顆粒密度和混凝土強(qiáng)度的關(guān)系。<table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table>數(shù)據(jù)顯示在恒定的混凝土密度下，預(yù)膨脹顆粒密度增加，LWC組合物抗壓強(qiáng)度也增加。實(shí)施例4以未發(fā)泡珠粒形式存在的聚苯乙烯(0.65mm)預(yù)先膨脹為如下表所示的堆積密度為1.lib/ft3的預(yù)膨脹顆粒。預(yù)膨脹顆粒在3.5立方英尺的圓筒混合機(jī)中配制成包含如下表所示組分的LWC組合物。<table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table>下述數(shù)據(jù)表從數(shù)字上闡述了預(yù)膨脹顆粒填充量、混凝土強(qiáng)度和混凝土密度的關(guān)系。<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>數(shù)據(jù)顯示在恒定的泡沫顆粒密度下，LWC組合物中栽荷的預(yù)膨脹顆粒增加，輕質(zhì)混凝土的密度和抗壓強(qiáng)度降低。實(shí)施例5以未發(fā)泡珠粒形式存在的聚苯乙烯(0.65mm)預(yù)先膨脹為具有如下表所示不同密度的預(yù)膨脹顆粒。預(yù)膨脹顆粒在3.5立方英尺的圓筒混合機(jī)中配制成包含如下表所示組分的LWC組合物。<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>下述數(shù)據(jù)表從數(shù)字上闡述了在基于配方重量的恒定的混凝土預(yù)膨脹顆粒栽荷下，預(yù)膨脹顆粒密度和混凝土強(qiáng)度的關(guān)系。<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>數(shù)據(jù)顯示在恒定的預(yù)膨脹顆粒載荷下(以重量計(jì))，隨著輕質(zhì)混凝組合物中預(yù)膨脹顆粒密度增加，輕質(zhì)混凝土的密度和抗壓強(qiáng)度增加。實(shí)施例6以未發(fā)泡珠粒形式存在的聚苯乙烯(0.65mm)預(yù)先膨脹為具有如下表所示的不同密度的預(yù)膨脹顆粒。預(yù)膨脹顆粒在3.5立方英尺的圓筒混合機(jī)中配制成包含如下表所示組分的LWC組合物。<table>tableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table>下述數(shù)據(jù)表從數(shù)字上闡述了在恒定的混凝土密度下預(yù)膨脹顆粒密度和混凝土強(qiáng)度的關(guān)系。<table>tableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table>數(shù)據(jù)顯示在恒定的混凝土密度下，隨著LWC組合物中預(yù)膨脹顆粒密度的增加，LWC的抗壓強(qiáng)度增加。實(shí)施例7以未發(fā)泡珠粒形式存在的聚苯乙烯(0.65mm)預(yù)先膨脹為具有如下表所示的不同密度的預(yù)膨脹顆粒。預(yù)膨脹顆粒在3.5立方英尺的圓筒混合機(jī)中配制成包含如下表所示組分的LWC組合物。<table>tableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table>下述數(shù)據(jù)表從數(shù)字上闡述了在恒定的混凝土密度下預(yù)膨脹顆粒密度和混凝土強(qiáng)度的關(guān)系。<table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>數(shù)據(jù)顯示在恒定的混凝土密度下，隨著LWC組合物中預(yù)膨脹顆粒密度的增加，LWC的抗壓強(qiáng)度增加。實(shí)施例8下述實(shí)施例說明了使用燒脹頁巖結(jié)合本發(fā)明中的預(yù)膨脹顆粒作為集料。以未發(fā)泡珠粒形式存在的聚苯乙烯預(yù)先膨脹為具有如下表所示的不同密度的預(yù)膨脹顆粒。預(yù)膨脹顆粒在3.5立方英尺的圓筒混合機(jī)中配制成包含如下表所示組分的LWC組合物。<table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>數(shù)據(jù)顯示可以在輕質(zhì)混凝土組合物中使用本發(fā)明的預(yù)膨脹顆粒和燒脹頁巖作為集料來獲得所需的輕質(zhì)混凝土。實(shí)施例9下述實(shí)施例說明了使用燒脹頁巖結(jié)合本發(fā)明中的預(yù)膨脹顆粒作為集料。以未發(fā)泡珠粒形式存在的聚苯乙烯預(yù)先膨脹為具有如下表所示的不同密度的預(yù)膨脹顆粒。預(yù)膨脹顆粒在3.5立方英尺的圓筒混合機(jī)中配制成包含如下表所示組分的LWC組合物。<table>tableseeoriginaldocumentpage34</column></row><table>實(shí)施例10通過澆注根據(jù)下表中實(shí)施例X和Y制備的配制物使其成型并使配制物凝結(jié)24小時(shí)來制得一平方英尺大小，4英寸厚的混凝土成型體。<table>tableseeoriginaldocumentpage35</column></row><table>7天后將1平方英尺大小1/2英寸厚的膠合板直接固定在成型混凝土上。為了充分固定，需要至少穿透l英寸。結(jié)果如下表所示。緊固件實(shí)施例X實(shí)施例Y7d帶涂層的釘子連接遇到頁巖時(shí)無穿透100%穿透連接移除易于移除不借助機(jī)械輔助無法手工從混凝土中移除2.5英寸標(biāo)準(zhǔn)干飾面內(nèi)墻螺釘連接遇到頁巖時(shí)無穿透100%穿透連接。螺釘在混凝土破壞前破裂移除易于移除不借助機(jī)械輔助無法手工從混凝土中移除。螺4丁可以移除和再插入而不改變夾持力。數(shù)據(jù)表明不含有頁巖的本發(fā)明輕質(zhì)混凝土組合物與傳統(tǒng)燒脹頁巖配制物相比使用標(biāo)準(zhǔn)緊固件可以提供更好的膠合板緊固性能，因?yàn)楹许搸r的混凝土不易于放置緊固件。上文提供了一種對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的改被淘汰。實(shí)施例11通過澆注實(shí)施例X和Y中的配制物使其成型并使配制物凝結(jié)24小時(shí)，從而制得l平方英尺大小，4英寸厚的混凝土成型體。7天后使用標(biāo)準(zhǔn)1.75英寸干飾面內(nèi)墻板螺釘將1平方英尺大小1/2英寸厚的標(biāo)準(zhǔn)干飾面內(nèi)墻板直接固定在成型混凝土上。為了充分固定，螺釘需要至少穿透1英寸。結(jié)果如下表所示。緊固件實(shí)施例X實(shí)施例Y1，75英寸標(biāo)準(zhǔn)干飾面內(nèi)墻螺釘連接遇到頁巖時(shí)無穿透100%穿透連接。螺釘可以穿透干飾面內(nèi)墻。移除易于移除不借助機(jī)械輔助無法手工從混凝土中移除。螺4丁可以移除和再插入而不改變夾持力。數(shù)據(jù)表明不含有頁巖的輕質(zhì)混凝土組合物與不易于放置緊固件的傳統(tǒng)燒脹頁巖配制物相比可以提供更好的緊固性能。上文提供了一種對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)，使得在混凝土中固定螺栓以連接干飾面內(nèi)墻的技術(shù)可以^皮淘汰。實(shí)施例12通過澆注實(shí)施例X和Y中的配制物使其成型并使配制物凝結(jié)24小時(shí)，從而制得2平方英尺大小，4英寸厚的混凝土成型體。7天后使用標(biāo)準(zhǔn)16d釘子將3英尺長、2"x4"的螺栓直接固定在成型混凝土上。為了充分固定，釘子需要至少穿透2英寸。結(jié)果如下表所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage36</column></row><table>傳統(tǒng)燒脹頁巖配制物相比可以提供更好的緊固性能。上文提供了一種對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)，使得使用TAPC0N(可購于IllinoisToolWorksInc.,Glenview，111inois)或類似緊固件、鉛,錨件或其它本領(lǐng)域已知的方法將螺栓固定于混凝土這種昂貴耗時(shí)的技術(shù)可以被淘汰。實(shí)施例13使用下表所示的成分制備不含有附加集料的混凝土。<table>tableseeoriginaldocumentpage37</column></row><table>數(shù)據(jù)表明獲得最大的組合物抗壓強(qiáng)度所需的預(yù)膨脹平均粒徑在一定程度上取決于預(yù)膨脹顆粒的膨脹系數(shù)。只關(guān)注于預(yù)膨脹粒徑并無法為獲得最大的潛在混凝土強(qiáng)度提供良好指示。這一點(diǎn)可以通過比較實(shí)施例BB和實(shí)施例FF來說明。實(shí)施例FF(1.54rimi大小)在膨脹系數(shù)為18時(shí)無法提供最大的抗壓強(qiáng)度，然而珠粒膨脹系數(shù)為48時(shí)則可獲得幾乎最大的抗壓強(qiáng)度。結(jié)合考慮預(yù)膨脹粒徑和膨脹系數(shù)可以為得到最大混凝土強(qiáng)度提供指示。作為一個(gè)例子，實(shí)施例AA(預(yù)膨脹粒徑1.35mm，膨脹系數(shù)48)可以獲得密度為93pcf,抗壓強(qiáng)度為1750psi的混凝土，而對(duì)于相近大小的預(yù)膨脹顆粒，實(shí)施例II(預(yù)膨脹粒徑1.41mm,膨脹系數(shù)12)可以獲得密度為90pcf,抗壓強(qiáng)度明顯提高并且為2100psi的混凝土。因此，在具有最優(yōu)預(yù)膨脹顆粒粒徑范圍的本發(fā)明輕質(zhì)混凝土組合物中，較'J、的預(yù)膨脹粒徑和較低的膨脹系數(shù)可以獲得較高的抗壓強(qiáng)度實(shí)施例14使用下表所示的成分制備含有燒脹頁巖作為集料的混凝土。施—RR起始珠粒F271TF271TF271TF271TF271TF271TF271TF271TF271T珠豐正iM圣o.4o.4o.40.40.40.40.40.40.4(mm)密度(pcf)3.43.43.43.43.43.43.43.43.4側(cè)少月長津丄OS0870.87。870.870.870.870.870.87在(mm)膨脹系數(shù)181818181818181818重量％水泥砂EPS燒脹頁巖水體積％水泥砂EPS燒脹頁巖水35.933.030.535.933.030.635.933.030.608.215.610.618.024.321.127.733.21.10.80.51.31.00.71.61.20.948.744.841.337.834.832.227.024.923.014.413.212.214.413.212.214.413.212.216.016.016.016.016.016.016.016.016.004.59.35.39.814.310.615.119.619.915.510.724.620.215.729.324.920.445.045.045.035.035.035.025.025.025.019.119.119.119.119.119.119.119.119.17天雖度322038504070244028903745230026253695(psi)密度(pcf)92.898.5102.790.796.8101.588.194.5101.3數(shù)據(jù)表明，隨著頁巖含量增加，保持混凝土密度大約為90pcf所需的EPS體積呈線性稍微下降；隨著配制物中頁巖的量的增加，本發(fā)明輕質(zhì)混凝土的強(qiáng)度呈指數(shù)規(guī)律增加。這種關(guān)系突顯了本發(fā)明輕質(zhì)混凝土配制物中所含集料的潛在重要影響，并且證明了在所需的密度下優(yōu)化配制物中EPS和集料的量以使強(qiáng)度最大化的可能性。此外，不同組分的成本也在設(shè)計(jì)中考慮在內(nèi)，并優(yōu)化輕質(zhì)混凝土的配方以獲得最大的強(qiáng)度和最低的成本。實(shí)施例15使用下表所示的成分制備含有未發(fā)泡的EPS(1037C)并且不含有附加集料的混凝土。實(shí)施例實(shí)施例實(shí)施例KKIX珠粒粒徑(mm)0.510.510.51密度(pcf)404040膨脹系數(shù)111沖水泥38.733.028.8砂021.637.8EPS43.930.420.4水17.414.913.0體積％水泥16.016.016.0砂011.823.6EPS62.650.738.9頁巖21.421.421.4水16.016.016.0抗壓強(qiáng)度(psi)255828603100密度(pcf)7689100數(shù)據(jù)表明未發(fā)泡聚苯乙烯樹脂粒(堆積密度約40pcf)可以制得在低密度下(76-100pcf)具有相當(dāng)高的抗壓強(qiáng)度(2500-3200psi)的輕質(zhì)混凝土組合物。實(shí)施例16使用掃描電鏡(SEM)分析源自發(fā)泡至1.21b/f"的F271T珠粒，發(fā)泡至1.31b/fV的F271C珠粒和發(fā)泡至1.51b/ft3的M97BC珠粒的預(yù)膨脹顆粒。圖20、21(F271T)、22、23(F271C)、24和25(M97BC)分別顯示出了每種顆粒的表面和內(nèi)部單元。如圖25、27和29所示，預(yù)膨脹顆粒的外部結(jié)構(gòu)通常為具有連續(xù)表面外表面或外殼的球狀。如圖26、28和30所示，預(yù)膨脹試樣的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)類似蜂巢型結(jié)構(gòu)。也是用SEM測定預(yù)膨脹顆粒的粒徑，結(jié)果如下表所示。(<table>tableseeoriginaldocumentpage40</column></row><table>分析上述所有數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)會(huì)影響輕質(zhì)混凝土配制物的強(qiáng)度。預(yù)膨脹顆粒當(dāng)用于輕質(zhì)混凝土組合物時(shí)，會(huì)從兩方面影響混凝土的總強(qiáng)度。第一，低密度的較大顆粒會(huì)改變預(yù)膨脹顆粒周圍的混凝土基體，第二，低密度的預(yù)膨脹顆粒由于泡沫顆粒的孔結(jié)構(gòu)而不夠堅(jiān)硬。由于混凝土的強(qiáng)度至少在一定程度上取決于預(yù)膨脹顆粒的強(qiáng)度，增強(qiáng)的預(yù)膨脹顆粒強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生較高的輕質(zhì)混凝土強(qiáng)度?？梢酝ㄟ^其影響混凝土基體的程度來限制潛在的強(qiáng)度增長。該實(shí)施例中的數(shù)據(jù)顯示可以優(yōu)化初始珠粒粒徑以獲得最優(yōu)尺寸的預(yù)膨脹顆粒(通過預(yù)膨脹密度加以控制)，這會(huì)產(chǎn)生可能是最高的輕質(zhì)混凝土強(qiáng)度。換句話說，在最優(yōu)的預(yù)膨脹顆粒粒徑和密度范圍內(nèi)，預(yù)膨脹顆粒的壁厚會(huì)提供充分的支撐以使得本發(fā)明的輕質(zhì)混凝土組合物具有比現(xiàn)有技術(shù)中輕質(zhì)混凝土組合物更高的強(qiáng)度。所述數(shù)據(jù)表明，與現(xiàn)有技術(shù)所釆用的假設(shè)和方法不同，發(fā)泡EPS顆粒不止是可以作為混凝土中的孔隙，意外地其可以發(fā)揮更大的作用。更具體地說，本發(fā)明所使用的預(yù)膨脹顆粒的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可以顯著提高所生成的輕質(zhì)混凝土組合物的強(qiáng)度。實(shí)施例17該實(shí)施例說明了在本發(fā)明輕質(zhì)混凝土組合物上緊固件的使用以及相關(guān)的拉出強(qiáng)度問題。該測定用于比較直接安裝于本發(fā)明輕質(zhì)混凝土(約90pcf)上的螺釘和安裝于普通重量的和傳統(tǒng)輕質(zhì)混凝土上的傳統(tǒng)混凝土緊固件的承載能力。在根據(jù)下表中配方制得的如上所述的三種類型的混凝土上進(jìn)行緊固件拉出測試普通重量、143pcf(樣本MM，140pcf普通混凝土)，使用燒脹頁巖的輕質(zhì)混凝土(123pcf)(樣本NN，120pcfLWC)，以及使用EPS的輕質(zhì)混凝土(87pcf)(樣本OO，90pcfLWC)。樣本麗樣本NN樣本00140pcf120pcf90pcfEPS珠粒粒徑(mm)密度(pcf)0.513.37重量％水泥20.2砂34.6EPS—3/8"細(xì)礫37.61/2"燒脹頁巖一水7.724.836.429.49.4132.952.71.8612.51體積％水泥16.0砂30.9EPS—3/8"細(xì)礫35.01/2"燒脹頁巖一水18.11626.539.418.11628.93718.12抗壓強(qiáng)度(psi)4941密度(pcf)1439107123213787制造一種裝置，其利用重力使重量作用于每個(gè)緊固件的垂直方向上以在與緊固件軸向一致的方向上施加荷載。90pcfLWC裝有直接安裝于約172"深度處的2V2"標(biāo)準(zhǔn)干飾面內(nèi)墻螺釘。120pcfLWC裝有兩種安裝于預(yù)先鉆好的孔洞中的緊固件23/4"TAPC0^金屬螺旋式墻體錨固件(IllinoisToolWorksInc.,Glenview，IL)安裝于約2"深度處，標(biāo)準(zhǔn)274"膨脹楔形錨固螺栓/螺母安裝于約174"深度處。140pcf普通混凝土也裝有兩種安裝于預(yù)先鉆好的孔洞中的緊固件23/4"TAPCON錨固件安裝于約2"深度處，標(biāo)準(zhǔn)21//，膨脹楔形錨固螺栓/螺母安裝于約1V,"深度處。將輕質(zhì)混凝土中的一個(gè)干飾面內(nèi)墻螺釘拔出并在相同的固定孔中重新安裝以便測試。同樣也將一個(gè)TAPCON螺釘拔出并重新安裝以測定任何的負(fù)載損失。下表給出了所測試的每種錨固件/緊固件的數(shù)據(jù)和負(fù)栽。90pcfLWC干飾面內(nèi)墻螺釘<table>tableseeoriginaldocumentpage42</column></row><table>由于干飾面內(nèi)墻螺釘在混凝土中不易破壞或破裂，其在90pcfLWC中的錨抓力非常大。干飾面內(nèi)墻螺釘易于安裝，只需要標(biāo)準(zhǔn)尺寸電鉆。90pcfLWC中的干飾面內(nèi)墻螺釘?shù)奈粘至κ沟萌绻┘拥你@扭矩在螺釘頭到達(dá)混凝土表面之前沒有停止，螺釘頭將會(huì)扭斷。除了90pcfLWC中的拔出再安裝的干飾面內(nèi)墻螺釘在從混凝土中破裂脫落之前可以承受7001bs的荷載30秒，所有其它的緊固件可以承受7401bs.的荷載至少10分鐘。該干飾面內(nèi)墻螺釘在破裂點(diǎn)不破壞，但是從混凝土中脫落。作為整體分析上述數(shù)據(jù)，可以證明存在可使本發(fā)明中輕質(zhì)混凝土配制物的抗壓強(qiáng)度最大化的最佳預(yù)膨脹珠粒粒徑(作為非限制性的例子，約450-550iam的樹脂粒發(fā)泡至膨脹系數(shù)為約10-20cc/g、預(yù)膨脹粒徑為約750-1400jam,用于90pcf輕質(zhì)混凝土)。本發(fā)明中輕質(zhì)混凝土配制物的抗壓強(qiáng)度可以通過增加EPS預(yù)膨脹珠粒密度而增加。未發(fā)泡聚苯乙烯樹脂(堆積密度約40pcf)可生產(chǎn)出低密度(76-lOOpcf)高抗壓強(qiáng)度(2500-3200psi)的LWC。集料可用于本發(fā)明的輕質(zhì)混凝土配制物中。不含粗骨料的輕質(zhì)混凝土配制物可以制成可直接使用標(biāo)準(zhǔn)鉆頭和螺釘緊固的混凝土組合物。當(dāng)EPS預(yù)膨脹珠粒發(fā)泡至較低堆積密度(例如小于lpcf)時(shí)，珠粒具有脆弱的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，其產(chǎn)生較脆弱的泡沫從而使制得的輕質(zhì)混凝土組合物具有較低的抗壓強(qiáng)度。本發(fā)明通過參考其特定具體實(shí)施方案的細(xì)節(jié)得以描述。除了在一定程度上歸入所附權(quán)利要求中的內(nèi)容，上述細(xì)節(jié)并不意欲作為對(duì)發(fā)明范圍的限制。權(quán)利要求1.一種輕質(zhì)混凝土組合物，包括10-90體積％的水泥組合物，10-90體積％平均粒徑為0.2mm-8mm、堆積密度為0.028g/cc-0.64g/cc、長徑比為1-3的顆粒，以及0-50體積％的集料；其中所用組分的總量不超過100體積％；其中輕質(zhì)混凝土組合物在凝結(jié)7天后具有依據(jù)ASTMC39測定的至少1700psi的抗壓強(qiáng)度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)混凝土組合物，其中顆粒具有基本上連續(xù)的外層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)混凝土組合物，其中顆粒包括具有至少0.15jum的內(nèi)部孔壁厚度的發(fā)泡聚合物顆粒。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)混凝土組合物，其中顆粒包括含有一種或多種聚合物的發(fā)泡聚合物顆粒，聚合物選自乙烯基芳族單體均聚物；至少一種乙烯基芳族單體與一種或多種二乙烯基苯、共軛二烯、曱基丙烯酸烷基酯、丙烯酸烷基酯、丙烯腈和/或馬來酸酐的共聚物；聚烯烴；聚碳酸酯；聚酯；聚酰胺；天然橡膠；合成橡膠及其組合。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)混凝土組合物，其中顆粒包括通過將未發(fā)泡的平均樹脂粒徑為約0.2mm至約2mm的聚合物珠粒發(fā)泡制得的發(fā)泡聚合物顆粒。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)混凝土組合物，其中顆粒包括平均粒度為約0.3mm至約5匪的發(fā)泡聚合物顆粒。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)混凝土組合物，作為分散體形式，其中水泥組合物包括連續(xù)相，顆粒包括連續(xù)相中的離散顆粒分散相。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的輕質(zhì)混凝土組合物，不含有濕潤劑或用于穩(wěn)定分散體的分散劑。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)混凝土組合物，其中至少部分顆粒按立方或六方點(diǎn)陣排列。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)混凝土組合物，其中水泥組合物包括水硬性水泥組合物。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的輕質(zhì)混凝土組合物，其中水硬性水泥包括一種或多種選自硅酸鹽水泥、火山灰水泥、石膏水泥、石膏組合物、高鋁水泥、鎂氧水泥、硅石水泥和礦渣水泥的材料。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)混凝土組合物，其中膠凝混合物包括砂、細(xì)集料、粗集料、增塑劑和/或纖維。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的輕質(zhì)混凝土組合物，其中纖維選自玻璃纖維、碳化硅、聚芳基酰胺纖維、聚酯纖維、碳纖維、復(fù)合纖維、玻璃絲及其組合、包含所述纖維的織物以及包含所述纖維的組合的織物。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的輕質(zhì)混凝土組合物，其中粗集料選自石頭、礫石、磨細(xì)粒狀高爐礦渣、粉煤灰、玻璃、硅石、燒脹頁巖、粘土；浮石、珍珠巖、蛭石、礦渣、硅藻土、膨脹頁巖、膨脹粘土、膨脹礦渣、煅制二氧化硅、?；?、熔巖噴出粉煤灰、凝灰?guī)r、macrolite、板巖、膨脹高爐礦渣、焙燒粉煤灰、煤渣及其組合。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)混凝土組合物，具有約40至約130lb./fV的密度。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)混凝土組合物，其中旋入成型和凝結(jié)的輕質(zhì)混凝土組合物172英寸深度處的標(biāo)準(zhǔn)的272英寸干飾面內(nèi)墻螺釘由在垂直于所旋入表面的方向上施加500磅的力1分鐘不會(huì)尋皮取出。17.—種路基，包括如權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)混凝土組合物。18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)混凝土組合物，以建筑制品的形式成型并凝結(jié)。19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)混凝土組合物，以混凝土砌塊的形式凝結(jié)。20.—種預(yù)澆注和/或預(yù)應(yīng)力建筑制品，包括如權(quán)利要求1所述的組合物。21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)混凝土組合物，以建筑板材的形式凝結(jié)。22.—種制備優(yōu)化輕質(zhì)混凝土組合物制品的方法，包括確定凝結(jié)的輕質(zhì)混凝土組合物所需的密度和強(qiáng)度性質(zhì)；確定用于輕質(zhì)混凝土組合物的待發(fā)泡聚合物珠粒的類型、尺寸和密度；確定聚合物珠粒所要發(fā)泡到的尺寸和密度；發(fā)泡聚合物珠粒形成發(fā)泡聚合物珠粒；形成輕質(zhì)混凝土組合物；以及以所需的形式使輕質(zhì)混凝土組合物凝結(jié)。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中使用有限元分析來確定待發(fā)泡聚合物珠粒的類型、尺寸和密度以及聚合物珠粒所要發(fā)泡到的尺寸和密度。24.根據(jù)權(quán)利要求22的方法制得的輕質(zhì)混凝土制品。25.—種輕質(zhì)混凝土組合物，包括10-60體積％的包括III型硅酸鹽水泥的水泥組合物；20-78體積％平均粒徑為0.2mm-5mm、堆積密度為0.032g/cc-0.56g/cc、長徑比為1-2的發(fā)泡聚合物顆粒；5-35體積％的一種或多種集料；0.1-1體積％的選自消泡劑、防水劑、分散劑、促凝劑、緩凝劑、增塑劑，超塑化劑、凝固點(diǎn)降低劑，增粘劑、著色劑及其組合的一種或多種添加劑。其中所用組分的總量不超過100體積％并且其中輕質(zhì)混凝土組合物在凝結(jié)后具有依據(jù)ASTMC39測定的至少2000psi的7天后抗壓強(qiáng)度。全文摘要一種輕質(zhì)混凝土組合物，包含10-90體積％的水泥組合物，10-90體積％平均粒徑為0.2mm-8mm、堆積密度為0.03g/cc-0.64g/cc、長徑比為1-3的顆粒，以及0-50體積％的集料；所用組分的總量不超過100體積％，并且在輕質(zhì)混凝土組合物凝結(jié)后，其具有依據(jù)ASTMC39測定的至少1700psi的7天后抗壓強(qiáng)度。混凝土組合物可用于制造砌塊、建筑板材、路基和其它制品。文檔編號(hào)C04B24/16GK101316801SQ200680009237公開日2008年12月3日申請(qǐng)日期2006年3月22日優(yōu)先權(quán)日2005年3月22日發(fā)明者D·A·科萬,J·K·麥迪什,K·愛德瓦爾,M·T·威廉姆斯,R·莫里,T·B·希爾曼,T·古瓦拉申請(qǐng)人:諾瓦化學(xué)公司