專利名稱：含石膏的膠凝性膠結(jié)劑和由其制備的組合物和材料的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及膠凝性膠結(jié)劑和由其制備的組合物。特別地，本發(fā)明涉及含石膏(半水硫酸鈣)、波特蘭水泥和硅灰的膠結(jié)劑，其在膠凝性組合物中使用以制備結(jié)構(gòu)材料例如內(nèi)墻和外墻建筑材料、背襯板、纖維板、地板襯底、壁板、裝飾板、結(jié)構(gòu)構(gòu)架、地板和路面修補(bǔ)材料、耐火涂料和阻燃材料。
相關(guān)技術(shù)的描述通常不采用半水硫酸鈣(即部分脫水的石膏)組分來制備結(jié)構(gòu)材料例如外墻墻板和屋面板，因?yàn)楹嗟牟牧弦话憔哂械偷姆浪?。然而，由于其快速硬化和早?qiáng)的特性，石膏是結(jié)構(gòu)材料中的必要組分。試圖通過使波特蘭水泥和半水硫酸鈣混合來改善石膏板的抗水性所取得的成功是有限的，因?yàn)檫@樣的混合物導(dǎo)致形成鈣礬石，而鈣礬石引起石膏/波特蘭水泥制品膨脹并因此導(dǎo)致其損壞。一般認(rèn)為，在水的存在下，波特蘭水泥中存在的鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)中的氧化鋁與主要來自同樣在波特蘭水泥中存在的硅酸二鈣(2CaO·SiO2)中的石灰和來自石膏(CaSO4·1/2H2O)的硫酸鹽反應(yīng)時(shí)，形成鈣礬石(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)。
在Harris的美國(guó)專利4,494,990中公開了用作路面修補(bǔ)混合物的含波特蘭水泥和α-石膏的膠凝性組合物。該組合物還包括火山灰質(zhì)材料，例如硅灰、粉煤灰或高爐礦渣。Harris的專利公開了火山灰可以阻止鋁酸三鈣和來自石膏的硫酸鹽之間的相互作用。Harris專利公開了使I型波特蘭水泥、α-石膏和火山灰質(zhì)材料硅灰的三組分混合物與細(xì)集料混合來制備砂漿，該砂漿用于澆注測(cè)定所獲得的組合物強(qiáng)度的砂漿立方塊。概括地講，Harris的專利推薦使用具有高細(xì)度、高氧化硅含量和氧化硅無定形度的火山灰質(zhì)材料。
Ortega等的美國(guó)專利4,661,159公開了一種地板襯底組合物，其包括α-石膏、β-石膏、粉煤灰和波特蘭水泥。該專利還公開了，該地板襯底材料可以與水和砂或其它集料一起使用來制備可以涂覆在基體上的液體混合物。
Sattler等的美國(guó)專利5,030,289公開由廢紙或纖維素纖維和膠結(jié)劑制成的第一組模制結(jié)構(gòu)件，其中所述的膠結(jié)劑由(1)波特蘭水泥、氧化鋁水泥、貝利特水泥或它們的混合物和(2)火山灰質(zhì)材料例如無定形硅酸、粉狀凝灰?guī)r、粉煤灰或它們的混合物制成。Sattler等還公開了由纖維和膠結(jié)劑制成的第二組模制結(jié)構(gòu)件，其中膠結(jié)劑由(1)潛在膠凝性組分例如噴砂機(jī)用砂(blast sand)或高爐礦渣(blast slag)；(2)半水石膏；和(3)波特蘭水泥制成。然而，Sattler等的專利未公開石膏可以與含水泥/火山灰質(zhì)材料的用于制備第一組模制結(jié)構(gòu)件的混合物混合。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是克服上述一種或多種問題。
根據(jù)本發(fā)明，基本混合膠結(jié)劑包括(1)β半水硫酸鈣；(2)一種選自波特蘭水泥、波特蘭水泥和粉煤灰混合物、波特蘭水泥和磨細(xì)高爐礦渣混合物以及它們的混合物的水泥；和(3)可以是硅灰或稻殼灰的第三組分。第三組分的顆粒平均粒徑是約0.1至約0.3微米，其包括約0至0.6重量％的Al2O3和至少約92重量％的無定形SiO2。本發(fā)明還涉及由本發(fā)明的基本混合膠結(jié)劑制成的組合物和材料。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)，聯(lián)系附圖和所附的權(quán)利要求書，結(jié)合后面的詳細(xì)描述，對(duì)專業(yè)人員來說是顯而易見的。
附圖簡(jiǎn)述附

圖1是本發(fā)明的覆蓋板的截面圖。
附圖2是描述本發(fā)明組合物#1和對(duì)比組合物#2的抗壓強(qiáng)度和硬化時(shí)間之間的關(guān)系圖。
附圖3是在實(shí)施例4中公開的本發(fā)明組合物制成的板的掃描電子顯微鏡(SEM)的顯微照片(500×)。
附圖4是附圖3所示的板的SEM顯微照片(100×)。
附圖5是附圖3所示板的SEM顯微照片(1000×)。
附圖6是本發(fā)明膠結(jié)劑制成的立方體在水中浸漬6個(gè)月之后的照片。
附圖7是對(duì)比膠結(jié)劑制備的立方體在水中浸漬6個(gè)月之后的照片。
附圖8是附圖6中所示的立方體的輻射脈沖數(shù)(強(qiáng)度)與衍射角(2θ角)的關(guān)系的X射線衍射圖。
附圖9是附圖7中所示的立方體的輻射脈沖數(shù)(強(qiáng)度)與衍射角(2θ角)的關(guān)系的X射線衍射圖。
發(fā)明詳述根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于結(jié)構(gòu)材料的基本混合膠結(jié)劑，其主要在著重考慮防水的地方例如洗澡和淋浴室用的背襯板、地板襯底和外保護(hù)板中使用。本發(fā)明膠結(jié)劑的其它用途是用于纖維板、墻板、裝飾板、結(jié)構(gòu)構(gòu)架、自來平地板、路面修補(bǔ)材料、耐火涂料和阻燃材料。
本發(fā)明的基本混合膠結(jié)劑優(yōu)選包括約20重量％至約75重量％的β-半水硫酸鈣(即β-石膏)、約10重量％至約60重量％的波特蘭水泥(優(yōu)選III型水泥)和約4重量％至約20重量％的硅灰。通過石膏、波特蘭水泥和硅灰干混來制備膠結(jié)劑時(shí)，硅灰和波特蘭水泥的比例至少應(yīng)該是約0.3/1.0。如果硅灰懸浮在水中，隨后與干混的石膏和波特蘭水泥混合，那么硅灰和波特蘭水泥的比例至少應(yīng)該是約0.2/1.0。在基本混合膠結(jié)劑中可以加入集料和/或纖維以形成結(jié)構(gòu)材料。
本發(fā)明優(yōu)選的膠結(jié)劑可以通過用途來分類。對(duì)于在相對(duì)干燥地方中使用的內(nèi)墻應(yīng)用例如纖維板來說，優(yōu)選在表I中列舉的膠結(jié)劑I。
表I膠結(jié)劑I(內(nèi)墻)
1所有的含量均是重量％。2硅灰/波特蘭水泥的比例至少是約0.3/1.0。3硅灰/波特蘭水泥的比例至少是約0.2/1.0。
對(duì)于在相對(duì)潮濕地方使用的內(nèi)墻應(yīng)用例如淋浴室的背襯板來說，優(yōu)選表II中列舉的膠結(jié)劑II。
表II膠結(jié)劑II(內(nèi)墻/潮濕地方)
1所有的含量均是重量％。2硅灰/波特蘭水泥的比例至少是約0.3/1.0。3硅灰/波特蘭水泥的比例至少是約0.2/1.0。
對(duì)于外墻應(yīng)用例如壁板和屋面板來說，優(yōu)選表III中列舉的膠結(jié)劑。
表III膠結(jié)劑III(外墻)
1所有的含量均是重量％。2硅灰/波特蘭水泥的比例至少是約0.3/1.0。3硅灰/波特蘭水泥的比例至少是約0.2/1.0。
本發(fā)明基本混合膠結(jié)劑中的組分β-石膏是β-半水硫酸鈣，通常稱作抹灰用石膏(stucco)。按慣例β-石膏比α-石膏便宜。與β-半水石膏相比，α-半水石膏粉末具有較高的表觀密度和相對(duì)低的表面積，這些導(dǎo)致在相同的可加工性下具有較低的需水量和對(duì)于硬化材料具有較高的抗壓強(qiáng)度。然而，由本發(fā)明組合物制備的板材表現(xiàn)出超過用于內(nèi)墻應(yīng)用例如背襯板和地板襯底以及外墻應(yīng)用例如外墻板和山墻的足夠強(qiáng)度的強(qiáng)度。
本發(fā)明基本混合膠結(jié)劑的波特蘭水泥組分可以是ASTM標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的I、II、III、IV或V型水泥(或它們的混合物)。然而優(yōu)選III型波特蘭水泥。與I、II型波特蘭水泥相比，III型波特蘭水泥具有較高的早期強(qiáng)度。
在本發(fā)明基本混合膠結(jié)劑中也可以使用混合水泥?；旌纤嗍遣ㄌ靥m水泥與一種或多種火山灰質(zhì)材料例如粉煤灰和高爐礦渣的混合物。制備與波特蘭水泥的混合物而加入的火山灰質(zhì)材料與可以和本發(fā)明膠結(jié)劑一起使用的火山灰質(zhì)集料的不同之處在于水泥混合物中的組分的顆粒尺寸范圍與波特蘭水泥的顆粒尺寸范圍相同。波特蘭水泥顆粒尺寸為325目篩的顆粒篩余量約是15％。換句話說，至少85％的波特蘭水泥顆粒通過325目篩(允許粒徑最高達(dá)45微米的顆粒通過)。
本發(fā)明膠結(jié)劑的硅灰組分是一種活性非常高的火山灰質(zhì)材料，其可以阻止鈣礬石的形成。本發(fā)明中使用的硅灰非常細(xì)(顆粒平均粒徑是約0.1微米至0.3微米)，具有高的表面積(根據(jù)BET(Baumer Emit& Tellers)測(cè)定約20平方米/克至約30平方米/克)，并且具有高的無定形性(約92重量％至約9重量％的無定形二氧化硅(玻璃質(zhì)材料))。
本發(fā)明的硅灰組分包括至多約0.6重量％的以三氧化二鋁(Al2O3)形式存在的氧化鋁。優(yōu)選，本發(fā)明的硅灰組分由硅金屬方法(Silicon Metal Process)制備的。某些硅灰制備方法例如由硅鐵合金工業(yè)獲得硅灰的方法不適合于在本發(fā)明中使用，因?yàn)檫@樣的硅灰包括高于約0.6重量％的氧化鋁。適合于在本發(fā)明中使用的硅灰的實(shí)例列舉在下表IV中。
表IV也描述了適合于取代本發(fā)明的硅灰組分的稻殼灰。因?yàn)槟壳暗練せ业纳a(chǎn)比硅灰的成本高，所以在工業(yè)生產(chǎn)中不希望使用。
表IV在本發(fā)明膠結(jié)劑中使用的硅灰和稻殼灰的氧化物常規(guī)分析
>1表中的數(shù)據(jù)來自于Malhotra，M和Mehta，P.Kumar《火山灰質(zhì)和膠凝性材料》(Pozzolanic and Cementitious Materials)，《高級(jí)混凝土技術(shù)》(Advancesin Concrete Technology)，第1期，第19頁(yè)，1996年(Gordon & BreachPublishers，The Netherlands).2硅灰的燒失量2.50；稻殼灰的燒失量2.77。
與適合于在本發(fā)明中使用的硅灰和稻殼灰相比，Malhotra，M和Mehta，P.Kumar《火山灰質(zhì)和膠凝性材料》(Pozzolanic andCementitious Materials)，《高級(jí)混凝土技術(shù)》(Adeances inConcrete Technology)，第1期，第19頁(yè)公開了由硅鐵合金工業(yè)制備的硅灰的氧化物常規(guī)分析，其中SiO2的含量是83％，Al2O3的含量是1.00％至2.5％。第18頁(yè)公開了北美某種高爐礦渣的氧化物分析，其中SiO2的含量低至33％，Al2O3的含量高達(dá)10.8％。因此，不是所有的火山灰質(zhì)材料，更確切地說，不是所有的硅灰均適合于本發(fā)明。
本發(fā)明的膠結(jié)劑可以通過“干”或“濕”法來制備。在“干”法中，將這三種干的膠結(jié)劑組分(半水硫酸鈣、波特蘭水泥和硅灰)加入混合器例如大批量或連續(xù)混合器中，并混合。然后將該干混合物與水和其它所希望的組分混合形成結(jié)構(gòu)制品。在“濕”法中，半水硫酸鈣和波特蘭水泥干混，但是硅灰首先與水混合(也就是說分散在水中)。含水的分散硅灰然后與干混的半水硫酸鈣/波特蘭水泥混合物混合。
然后，按照“干”或“濕”法制備的本發(fā)明膠結(jié)劑與集料與其它填料混合以制備在各種不同應(yīng)用中使用的本發(fā)明的組合物。例如，本發(fā)明膠結(jié)劑可以與火山灰質(zhì)集料和/或纖維素纖維混合物來制備本發(fā)明的組合物。
本發(fā)明的組合物可以包括約10重量％至100重量％的基本混合膠結(jié)劑和約90重量％至約0重量％的集料(優(yōu)選火山灰質(zhì)集料)或纖維(優(yōu)選約15重量％至約30重量％的纖維素纖維)以制備結(jié)構(gòu)材料。
用本發(fā)明膠結(jié)劑制備的組合物可以生產(chǎn)能夠快速硬化，具有高的強(qiáng)度和耐久性以及抗水性的結(jié)構(gòu)材料。由本發(fā)明組合物制備的制品可以在連續(xù)的生產(chǎn)線上生產(chǎn)。因?yàn)楸景l(fā)明組合物硬化快(一般在三分鐘或更少)，所以與僅由波特蘭水泥制成的產(chǎn)品相比，這樣的組合物制成的建筑材料可以更迅速地進(jìn)行處理。不同于常規(guī)石膏板，由本發(fā)明的組合物制備的板或其它產(chǎn)品無需窯干燥，并且，事實(shí)上，窯干燥應(yīng)該是避免的。
可以與本發(fā)明的基本混合膠結(jié)劑混合來制備本發(fā)明組合物的火山灰質(zhì)集料可以包括含相當(dāng)多無定形氧化硅的天然或人造集料。天然火山灰質(zhì)集料是來源于火山的，并且包括凝灰?guī)r、硅藻土、浮石和珍珠巖。人造火山灰集料包括粉煤灰和FILLITE(粉煤灰制成的硅酸鹽中空球；Fillite Division of BolidenIntertrade，Inc，Atlanta，Georgia)。這里，與本發(fā)明的波特蘭水泥“混合”組分相比，與本發(fā)明的基本混合膠結(jié)劑一起使用而獲得本發(fā)明組合物的火山灰質(zhì)集料的平均顆粒尺寸大于波特蘭水泥的(即平均顆粒直徑大于45微米)。
火山灰質(zhì)集料含相當(dāng)多的具有很低的或無膠凝性性能的無定形氧化硅。然而，在水份的存在下，火山灰質(zhì)集料具有在標(biāo)準(zhǔn)溫度下與氫氧化鈣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而形成水化硅酸鈣(CSH)的表面，在本發(fā)明的組合物和方法中，同樣由于存在本發(fā)明細(xì)分散的硅灰組分，其被認(rèn)為變?yōu)榫鶆虻哪z凝性體系。本發(fā)明的包括火山灰質(zhì)集料和硅灰(或稻殼灰)這二者的組合物形成一種膠凝性材料，其中集料和水泥漿體之間的過渡區(qū)域是密實(shí)的，并因此獲得抗壓強(qiáng)度高于單獨(dú)使用火山灰質(zhì)集料或硅灰和惰性集料的組合物的硬化產(chǎn)品。認(rèn)為引起本發(fā)明組合物微觀結(jié)構(gòu)變化從而獲得較高抗壓強(qiáng)度的機(jī)理與二個(gè)效應(yīng)有關(guān)火山灰效應(yīng)和微填料效應(yīng)(因?yàn)榧?xì)的尺寸和硅灰的球狀)。
纖維素纖維可以與本發(fā)明的基本混合膠結(jié)劑混合形成本發(fā)明的組合物。優(yōu)選纖維是木纖維和紙纖維，包括回收的廢紙纖維和鋸末，其它木質(zhì)材料例如亞麻和棉花以及這些纖維的混合物。木纖維是本發(fā)明組合物特別優(yōu)選的纖維素纖維組分。
更優(yōu)選地，纖維是由被加工成厚度是約0.008英寸(約0.2毫米)至約0.013英寸(約0.33毫米)和長(zhǎng)度達(dá)約1.18英寸(約30毫米)的長(zhǎng)薄片的剝皮木材獲得的。然后將片狀木材磨碎并過篩，也可以采用已知的方法進(jìn)一步加工以獲得幾何尺寸基本上恒定的纖維或纖維片。
如果在本發(fā)明的組合物中使用的木纖維是廢紙纖維，那么首先必須對(duì)這樣的紙進(jìn)行處理以除去雜質(zhì)例如塑料、污物和金屬。然后通過粉碎(優(yōu)選借助于錘磨機(jī)/篩裝置)進(jìn)一步加工該紙。然后磨碎的紙優(yōu)選進(jìn)行干勻料，獲得幾何尺寸基本上恒定的纖維。
如上所述，本發(fā)明的優(yōu)選在內(nèi)墻應(yīng)用中使用的組合物使用表I中列舉的膠結(jié)劑來制備。這樣的膠結(jié)劑可以與纖維素纖維混合，獲得本發(fā)明的纖維板。優(yōu)選，本發(fā)明的內(nèi)墻纖維板包括(i)約70重量％至約90重量％的表I中公開的膠結(jié)劑I；和(ii)約30重量％至約10重量％的纖維組分。根據(jù)用途，內(nèi)墻纖維板也可以使用表II中公開的膠結(jié)劑II，或者如果纖維板將在承受結(jié)構(gòu)件的外墻中使用，那么甚至可以使用表III中公開的膠結(jié)劑III。例如制備室外墻板的優(yōu)選組合物包括(i)約70重量％至約75重量％的表III中公開的膠結(jié)劑III；和(ii)約30重量％至約25重量％的木纖維組分。制備室外墻板的另一優(yōu)選組合物包括(i)約82重量％至約85重量％的表III中公開的膠結(jié)劑III；和(ii)約18重量％至約15重量％的纖維素纖維組分。
纖維組分優(yōu)選選自木纖維、植物纖維和紙纖維。纖維組分也可以是玻璃纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、尼龍纖維和其它塑料纖維。
本發(fā)明的纖維板可以按照下列步驟制備在約160℃(320°F)至約175℃(347°F)下煅燒生石膏，獲得半水硫酸鈣。如果例如希望獲得一定的強(qiáng)度、需水量和加工性能，那么煅燒的石膏事后可以磨細(xì)至細(xì)的顆粒尺寸。
該組合物所有的組分包括石膏、水泥、硅灰、水、纖維和任何其它添加劑優(yōu)選以重量為基準(zhǔn)加入。測(cè)定木纖維中的水份并作為混合時(shí)的補(bǔ)償水。
將石膏粉加入攪拌機(jī)例如大體積的間歇或連續(xù)攪拌機(jī)，并且與波特蘭水泥和硅灰混合。或者僅石膏粉和波特蘭水泥干混，而硅灰分散在水中。
在第二攪拌機(jī)中，纖維與水(或硅灰/水混合物)混合，以便纖維/水混合物松散開。然后在纖維/水混合物(或者纖維/水/硅灰)中加入混合的膠結(jié)劑干組分并劇烈攪拌。雖然可以在膠結(jié)劑/纖維混合物(或者在與纖維混合之前在膠結(jié)劑)中加入水，但是優(yōu)選在纖維中加入水，然后在水/纖維混合物中加入干膠結(jié)劑組分。
更優(yōu)選地，借助于計(jì)算機(jī)控制在纖維中加入水，隨后在潤(rùn)濕的纖維中加入膠結(jié)劑，這樣可以在纖維中加入該過程所需的所有的水量(也就是說水化所需的稍微化學(xué)計(jì)量過量的水)，然后使?jié)櫇竦睦w維與膠結(jié)劑充分混合。
可以在纖維/膠結(jié)劑混合物中加入其它成分，例如控制硬化的添加劑(例如促凝劑)、減水劑、防水劑、促進(jìn)劑和膠乳或聚合物改性劑。在與潤(rùn)濕纖維混合之前可以在干膠結(jié)劑混合物中加入一些添加劑。優(yōu)選，組合物包括以組合物的總量計(jì)約0.01重量％至約1.5重量％的緩凝劑。
然后將混合的組合物直接輸送到成型機(jī)上，該混合組合物經(jīng)成型機(jī)加工成連續(xù)不斷的氈?jǐn)備佋谶B續(xù)壓力機(jī)的長(zhǎng)條帶上。該氈進(jìn)入壓力機(jī)的輸送帶，被壓制并可以切割成幾部分，最后以連續(xù)不斷的板條或型板形式離開輸送帶。用于該目的的壓力機(jī)是BISON-HYDRO-DYN-PRESS(Bison GmbH，Springe，Germany)。在該壓力機(jī)中，該板材快速水化，并且可以通過在壓力機(jī)中將板材加熱至最佳水化溫度來促進(jìn)水化。優(yōu)選的加工條件包括在約3至8分鐘的加壓/夾緊時(shí)間中，在高達(dá)約30千克/平方厘米的壓力下，在室溫(約25℃)下加壓。與需要高達(dá)約16小時(shí)的加壓/夾緊時(shí)間的水泥纖維板相比使用本發(fā)明的組合物夾緊時(shí)間被降至最低。
離開壓力機(jī)的板條(或型板)具有足夠的生坯強(qiáng)度，這樣可以輸送到傳輸機(jī)上，該傳輸機(jī)將板向前輸送到切割工段。當(dāng)板條或型板被輸送板材切割機(jī)時(shí)可以繼續(xù)水化。然后板條被切割或鋸成所需的板材長(zhǎng)度。如果需要，然后將板材干燥至最終的含水量。
最后，修整板材，如果需要，沿著長(zhǎng)度方向分割，獲得最終尺寸。板材一般被切割成3英尺(0.9米)×5英尺(1.5米)的板，其厚度是約1/2英寸(約1.3厘米)至約5/8英寸(約1.6厘米)。
用于本發(fā)明結(jié)構(gòu)材料例如背襯板和地板襯底的組合物優(yōu)選是由表II中公開的膠結(jié)劑制備的。這樣的組合物可以包括約10重量％至約50重量％(優(yōu)選25重量％至約35重量％)的火山灰質(zhì)集料。在該結(jié)構(gòu)材料中使用的優(yōu)選的集料是浮石。因?yàn)楦∈哂邢鄬?duì)輕的重量和可以分級(jí)獲得具有所希望強(qiáng)度和物理性能的產(chǎn)物，所以浮石是理想的材料。例如，Hess Pumice Products Inc制備的型號(hào)是No.10的浮石集料，其約93％的顆粒尺寸大于1400微米，而型號(hào)是No.5的浮石集料約23％的顆粒尺寸大于1400微米。
雖然該組合物中可以包括集料例如碳酸鈣、晶體二氧化硅和不同類型的粘土，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用火山灰質(zhì)集料可以獲得具有優(yōu)異性能的本發(fā)明的制品。如上所述，可以認(rèn)為由于火山灰質(zhì)集料的表面與游離石灰反應(yīng)形成水化硅酸鈣(火山灰反應(yīng))，水化硅酸鈣成為產(chǎn)品漿體的一部分。該反應(yīng)僅在火山灰質(zhì)集料存在下是可能的。
參照附圖1，本發(fā)明的背襯板1包括由本發(fā)明膠凝性組合物制成的芯層3和放置在其兩側(cè)的連接蓋板5和7?？梢园凑障铝蟹椒ㄖ苽湓摪逶诩s160℃(320°F)至約175℃(347°F)下煅燒生石膏，獲得半水硫酸鈣。如果例如希望獲得一定的強(qiáng)度、需水量和加工性能，那么煅燒的石膏事后可以磨細(xì)至細(xì)的顆粒尺寸。在本發(fā)明的“干”混方法中，將石膏粉加入攪拌器中，并與波特蘭水泥、硅灰和任選的火山灰集料混合?；鹕交屹|(zhì)集料可以是浮石、珍珠巖、凝灰?guī)r或粉煤灰或它們的混合物，可以在膠結(jié)劑/集料混合物中加入纖維素纖維?？梢园ㄔ谠摻M合物中的其它成分是控制硬化的添加劑劑(例如促凝劑)、減水劑、防水劑、促進(jìn)劑和膠乳或聚合物改性劑。所獲得的干混合物與化學(xué)計(jì)量稍微過量的水混合，獲得一種漿料。
在本發(fā)明的“濕”法中，首先將硅灰組分懸浮在水中。石膏和波特蘭水泥干混，隨后與硅灰/水混合物混合獲得一種漿料。與其中硅灰和波特蘭水泥電鏡比例應(yīng)該至少是約0.30/1.0的“干法”相比，使用“濕”的預(yù)分散的硅灰時(shí)，硅灰和波特蘭水泥比例可以降低至約0.20/1.0的最低值。
將形成板材芯層的膠結(jié)劑/集料(和/或纖維)漿料傾倒在放置于輸送帶的連續(xù)下蓋層5上。然后，當(dāng)芯層在輸送帶上移動(dòng)時(shí)，將連續(xù)的上蓋層7放置在芯層上。蓋層5和7優(yōu)選是由纖維玻璃氈、纖維玻璃稀松無紡織物或二者的復(fù)合物制成的。覆蓋層可以是無紡或織造材料，例如聚乙烯、聚丙烯或尼龍。漿料硬化時(shí)，在成形期間稀松無紡織物和氈埋置在漿料基體中。當(dāng)蓋板沿著連續(xù)板的輸送線移動(dòng)時(shí)，板材獲得足夠的強(qiáng)度，這樣便可以進(jìn)行加工。然后，切割板材成幾段，(對(duì)于背襯板，通常切割成3英尺×5英尺或3英尺×4英尺的板)，并且輸送到平板架上。板材的厚度優(yōu)選是約1/8英寸至約5/8英寸。然后，優(yōu)選將板材堆放放置，并在約16℃(60°F)至約27℃(80°F)(即室溫)下和約40％至約70％的濕度下養(yǎng)護(hù)1至7天(特別優(yōu)選約3天)，之后該板材可以交付用戶。板材的堆放有利地提供一種便于養(yǎng)護(hù)的潮濕環(huán)境。該板材也可以在上述范圍之外的溫度和濕度下養(yǎng)護(hù)，獲得可接受的產(chǎn)品。然而，這可能延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。本發(fā)明的板材通常在成形之后約14天至約28天基本上獲得足夠強(qiáng)度。
當(dāng)制備本發(fā)明的板材和其它產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)該避免石膏板所需的強(qiáng)制干燥。另一養(yǎng)護(hù)步驟是，根據(jù)組合物配方，使用塑料包裝材料覆蓋或包裹板材約3至7天，以便保留繼續(xù)養(yǎng)護(hù)所需水份。在相同密度下，這樣覆蓋的板材的強(qiáng)度比常規(guī)石膏板高約50％。同樣，覆蓋板材在3天后發(fā)展為其最終強(qiáng)度的約70至80％。一些產(chǎn)品需要一些適當(dāng)?shù)母稍?110°F±4°)形式。
當(dāng)需要厚度約1/8英寸的板材或其它產(chǎn)品例如地板襯底時(shí)，其膠凝性組合物由膠結(jié)劑I制備，其中該膠結(jié)劑與高達(dá)約50重量％的火山灰質(zhì)集料填料混合，獲得一種非常堅(jiān)硬的薄的產(chǎn)品，特別地例如適合于地板襯底。
本發(fā)明的組合物也可以用于制備自來平地板組合物和路面修補(bǔ)材料，這樣的材料優(yōu)選由表III中公開的膠結(jié)劑III來制備。該膠結(jié)劑然后與集料例如當(dāng)?shù)氐氖⑸盎旌?，形成地板或路面修補(bǔ)材料。
優(yōu)選，本發(fā)明自來平地板組合物包括(i)約15重量％至約75重量％表III中公開的膠結(jié)劑III；和(ii)約85重量％至約25重量％的砂形式的集料。該集料組分進(jìn)一步包括高達(dá)約2重量％的FILLITE火山灰質(zhì)集料。因?yàn)槠涞偷拿芏?，加入?shù)量低至組合物約1重量％的FILLITE便可以提供體積相當(dāng)大的集料(參見實(shí)施例2，有關(guān)FILLITE物理性能的表II)。
優(yōu)選的本發(fā)明路面修補(bǔ)組合物包括(i)約25重量％至約100重量％表III中公開的膠結(jié)劑III；和(ii)約75重量％至約0重量％的砂。
也可以使用本發(fā)明的基本混合膠結(jié)劑制備防火噴霧劑和阻燃材料。這樣的防火噴霧劑和阻燃材料優(yōu)選包括約54重量％至約99重量％表I中公開的膠結(jié)劑I、約0重量％至約27重量％的火山灰質(zhì)集料、約1重量％至約16重量％的蛭石漿、約0重量％至約2重量％的玻璃纖維和約0重量％至約1重量％的由纖維素衍生物、丙烯酸樹脂和其混合物制成的增稠劑(例如纖維素增稠劑，例如METHACEL(DowChemical USA，Midland，MI))。如果使用火山灰質(zhì)集料，優(yōu)選使用FILLITE或珍珠巖或它們的混合物。
實(shí)施例1使用下表V所述數(shù)量的組分制備硅灰/波特蘭水泥比是約0.3/1.0的本發(fā)明基本混合膠結(jié)劑
表V
使用下表VI所述數(shù)量的組分制備本發(fā)明自來平地板組合物#1。同樣使用下表VI所述數(shù)量的組分制備膠凝性組合物#2(其不包括火山灰質(zhì)集料)。
表VI
1Fillite Division of Intertrade，Inc.，Atlanta Georgia.硅酸鹽中空球，其物理性能如下平均顆粒密度0.6至0.8g/cc；平均體積密度0.35至0.45g/cc；一般顆粒尺寸5至300微米。殼(shell)組合物包括27重量％至33重量％Al2O3、55重量％至65重量％SiO2和最多4重量％Fe2O3。2減水劑或潤(rùn)濕劑包括木質(zhì)素磺酸鹽和/或萘磺酸鹽，分別由喬治亞太平洋公司(Georgia Pacific Corp.)和Henkel Corp.制造。3天然蛋白質(zhì)基材料。4植物油基干粉末。
為了形成稠度穩(wěn)定的地板組合物，組合物#1與約26重量％的水混合，組合物#2與約24重量％的水混合。組合物#1的密度是107lbs/ft3。組合物#2的密度是111.62lbs/ft3。
使這二種組合物在約21℃(70°F)和約50％的相對(duì)濕度下干燥。在干燥2小時(shí)后和在1、3、7和28天之后按照ASTMC472-9A在Instron壓力機(jī)中通過加壓測(cè)定每個(gè)組合物試樣(2英寸×2英寸×2英寸立方體)的抗壓強(qiáng)度。
抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果列于附圖2中。對(duì)于所有的試件，本發(fā)明組合物#1的抗壓強(qiáng)度均比組合物#2的高。雖然這二種組合物的抗壓強(qiáng)度在養(yǎng)護(hù)28天之后是相似的，但是當(dāng)考慮到二種組合物的密度時(shí)，本發(fā)明組合物的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。一般，密度較高的組合物應(yīng)該具有較高的抗壓強(qiáng)度。然而，在這種情況下，即使本發(fā)明組合物#1的密度比組合物#2的低，也具有稍高的抗壓強(qiáng)度。實(shí)施例2使用下表VII所述數(shù)量的組分制備硅灰/波特蘭水泥比是約0.3/1.0的本發(fā)明基本混合膠結(jié)劑表VII
1BMA(板材研磨促進(jìn)劑，由國(guó)家石膏公司生產(chǎn)的磨細(xì)石膏)。
在表VII中定義的材料干混，形成基本混合膠結(jié)劑。然后，約75重量％的膠結(jié)劑與約25重量％的浮石集料(HessProducts，Inc.，Malard City，Idaho)混合，取其100克與43克的水混合。為了改善混合物的可塑性，加入減水劑(分別由喬治亞太平洋公司和Henkel公司制造的木質(zhì)素磺酸鹽和/或萘磺酸鹽)。然后將該混合物成形為2英寸×2英寸×2英寸的立方體以評(píng)價(jià)28天的時(shí)間間隔后的強(qiáng)度增長(zhǎng)。將立方體密封在塑料盒內(nèi)，并保持在室溫(約25℃)下。
為了進(jìn)行比較，約75重量％的表VII基本混合膠結(jié)劑與約25重量％的碳酸鈣混合(一種非火山灰集料，其顆粒尺寸與浮石相同)混合，取其100克與44克水混合。然后將該混合物成形為2英寸×2英寸×2英寸的立方體以評(píng)價(jià)28天時(shí)間間隔后的強(qiáng)度增長(zhǎng)。將立方體密封在塑料盒內(nèi)，并保持在室溫(約25℃)下。
測(cè)定根據(jù)本發(fā)明制備的試件和采用碳酸鈣制備的對(duì)比試件的密度和抗壓強(qiáng)度(濕)，結(jié)果列于表VIII中表VII<
1浮石(Hess Products，Inc.，Malard City，Idaho)。2碳酸鈣。3磅/立方英尺。4磅/平方英寸。
表VIII表明由本發(fā)明組合物制備的試件具有可接受的重量強(qiáng)度發(fā)展。
由表VII中約75重量％基本混合膠結(jié)劑和浮石集料制備組合物，進(jìn)行第二個(gè)試驗(yàn)，研究耐久性。將直徑是4.5英寸、厚度是0.5英寸的該組合物的patty在流動(dòng)的水中放置2個(gè)月。未觀察到patty的損壞，在二個(gè)月之后的總重量損失是0.5％。
在其它試驗(yàn)中，表VII中公開的基本混合膠結(jié)劑與高達(dá)約50重量％的火山灰質(zhì)集料填料(浮石或珍珠巖)在發(fā)泡劑的存在或不存在下混合，制備本發(fā)明的板材。根據(jù)相應(yīng)的ASTM標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，該板材表現(xiàn)出可接受的物理性能。實(shí)施例3通過干混下表IX所述數(shù)量的組分制備硅灰/波特蘭水泥比是約0.3/1.0的本發(fā)明基本混合膠結(jié)劑表IX
約75重量％表IX定義的干混合膠結(jié)劑與約25重量％(干重)已與水(化學(xué)計(jì)量稍微過量)混合的木纖維混合。使?jié)窭w維和膠結(jié)劑充分混合，成形為氈片，并使用實(shí)驗(yàn)室用壓力機(jī)(BisonGmbH，Springe，Germany)壓制成試樣板。壓制條件包括30千克/平方厘米的壓力；壓制溫度是約25℃；壓制時(shí)間是3小時(shí)。
這些試件甚至在承受連續(xù)的水噴射下還表現(xiàn)出優(yōu)良的干和濕耐久性。最終產(chǎn)品具有特別光滑的表面。
檢測(cè)按照實(shí)施例3制備的板的某些物理性能，包括線性收縮率(ASTM D 1037)、吸水率(ASTM D 1037)、Mor氏3-點(diǎn)載荷(ASTMC 947)和釘子的握裹力性能(ASTM C 473)。對(duì)于每一項(xiàng)測(cè)試，按照實(shí)施例3制備的石膏/水泥/硅灰(GCSF)與由約82重量％波特蘭水泥和約18重量％的纖維素纖維制備的水泥纖維板具有可比性。水泥纖維板所需的壓制時(shí)間是7至10小時(shí)。
檢測(cè)結(jié)果列于下面幾個(gè)表中表X線性收縮率(％)(ASTM D 1037)<
1石膏/水泥/硅灰纖維板2水泥纖維板3相對(duì)濕度表XI吸水率(％)(ASTM D 1037
1石膏/水泥/硅灰纖維板2水泥纖維板表XIIMor氏3-點(diǎn)載荷(干)(ASTM C 947)
1石膏/水泥/硅灰纖維板2水泥纖維板3斷裂模量(lb/in2)4彈性比例極限(lb/in2)表XIIIMor氏3-點(diǎn)載荷(濕)(ASTM C 947)
1石膏/水泥/硅灰纖維板2水泥纖維板3斷裂模量(lb/in2)4彈性比例極限(lb/in2)表XIV釘子的握裹力性能(ASTM C 473)
1石膏/水泥/硅灰纖維板2水泥纖維板3測(cè)試參數(shù)包括釘頭直徑是0.400英寸；釘體直徑是0.121英寸；以及加載率是1英尺/分鐘。
如上述表中所述，根據(jù)本發(fā)明制備的板材與不包括石膏或硅灰的水泥纖維板相比具有可比的或改善的物理性能。此外，與水泥纖維板(8小時(shí)的壓制/夾緊時(shí)間)相比，本發(fā)明的板材只需要很少的加工時(shí)間(3小時(shí)壓制/夾緊時(shí)間)。實(shí)施例4使用下表XV所述數(shù)量的組分制備本發(fā)明基本混合膠結(jié)劑表XV
然后使用該膠結(jié)劑和下表XVI所述數(shù)量的組分制備本發(fā)明的膠凝性組合物
表XVI
1分別由喬治亞太平洋公司和Henkel公司制造的包括木質(zhì)素磺酸鹽和/或萘磺酸鹽的減水劑或潤(rùn)濕劑。2硅氧烷產(chǎn)品或類似材料，例如Veoceal 2100和Veoceal 1311(二者是TM指定產(chǎn)品，由Wacker Silicone公司制造)。3參見美國(guó)專利號(hào)3920465、3870538和4019920將表XVI中定義的材料混合，并取其100克與35.6克水混合。將約1重量％至5重量％的聚合物膠乳(丙烯酸或SBR)加入混合物中以改善其可塑性。然后加入無光澤玻璃/麻織品復(fù)合物使混合物成為本發(fā)明的板材。檢測(cè)板材的吸水性、釘子的握裹力性能、撓度、抗壓強(qiáng)度(干和濕)、吸水芯特性和其它ASTM規(guī)定指標(biāo)。對(duì)于每一項(xiàng)測(cè)試該板均滿足ASTM的規(guī)定。
附圖3、4和5所示的掃描電子顯微鏡(SEM)的顯微圖是實(shí)施例4的養(yǎng)護(hù)試件的圖。箭頭30指出樣品中的浮石，說明本發(fā)明組合物中，浮石變?yōu)樗杷徕}(CSH)基體的一部分，基本上除去了浮石集料和水泥漿體之間的過渡區(qū)32。這表明火山灰反應(yīng)發(fā)生在集料表面和膠結(jié)劑之間，因此改善了機(jī)械性能。實(shí)施例5使實(shí)施例4的表XV列舉的基本混合膠結(jié)劑與下表XVII列舉的組分混合，制備本發(fā)明的膠凝性組合物表XVII
1分別由喬治亞太平洋公司和Henkel公司制造的包括木質(zhì)素磺酸鹽和/或萘磺酸鹽的減水劑或潤(rùn)濕劑。2硅氧烷產(chǎn)品或類似材料，例如Veoceal 2100和Veoceal 1311(二者是TM指定產(chǎn)品，由Wacker Silicone公司制造)。3參見美國(guó)專利號(hào)3920465、3870538和4019920將表XVII中定義的材料混合，并取其100克與35.6克水混合。將約1重量％至5重量％的聚合物膠乳(丙烯酸或SBR)加入混合物中以改善其可塑性。然后加入無光澤玻璃/麻織品復(fù)合物使混合物成為本發(fā)明的板材。檢測(cè)板材的吸水性、釘子的握裹力性能、撓度、抗壓強(qiáng)度(干和濕)、吸水芯特性和其它ASTM規(guī)定指標(biāo)。對(duì)于每一項(xiàng)測(cè)試該板均滿足ASTM的規(guī)定。
應(yīng)該注意實(shí)施例4和5指標(biāo)的產(chǎn)品的硅灰/波特蘭水泥比至少是約0.50/1.0。雖然該比例可以制備可接受的產(chǎn)品，但是與硅灰/波特蘭水泥比為0.30/1.0由干混方法制備的產(chǎn)品相比，在成本方面不是有利的。實(shí)施例6使用下表XVIII所述數(shù)量的組分制備本發(fā)明基本混合膠結(jié)劑“A”。以該表中所述數(shù)量制備也在表XVIII中公開的對(duì)比膠結(jié)劑“B”表XVIII
使表XVIII中定義的每種膠結(jié)劑的石膏和波特蘭水泥組分干混。通過將硅灰預(yù)分散在水中來制備這二種膠結(jié)劑，隨后使硅灰/水混合物與干混的石膏/波特蘭水泥混合。對(duì)于各600克的膠結(jié)劑，使用360cc水。將該膠凝性混合物成形為2英寸×2英寸×2英寸的立方體，并將該立方體密封在塑料袋中，在室溫(約25℃)下養(yǎng)護(hù)約28天。對(duì)該立方體進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，然后將每個(gè)立方體浸沒在分開的含水容器，這是一種連續(xù)進(jìn)行的試驗(yàn)。
在抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中，在立方體中產(chǎn)生的裂縫使立方體芯層的橫截面受到“硫酸鹽反應(yīng)性”的影響，并且因此可能形成鈣礬石。通過在一個(gè)月內(nèi)檢測(cè)二次水的pH來監(jiān)測(cè)鈣礬石的形成，隨后將水更換成新鮮的自來水。測(cè)定其水的pH高于8.5時(shí)表明該試體形成鈣礬石。而pH低于7.5的試體沒有腐蝕性的鈣礬石形成。被水浸沒的由膠結(jié)劑“A”制備的立方體樣品保持pH在7.0左右超過6個(gè)月，而被水浸沒的由對(duì)比膠結(jié)劑“B”制備的立方體的pH一直在8.5或大于8.5，說明形成了腐蝕性的鈣礬石。
在對(duì)比膠結(jié)劑制成的立方體中也可以明顯地目測(cè)到鈣礬石的形成。附圖6表示在水中浸沒6個(gè)月之后的膠結(jié)劑“A”制成的立方體。附圖7表示對(duì)比膠結(jié)劑“B”制成的立方體，也是在水中浸沒6個(gè)月之后的。
為了進(jìn)一步證明鈣礬石的形成，也可以在這二個(gè)立方體上進(jìn)行XRD(X射線衍射)試驗(yàn)。附圖8所示的圖片是附圖6中所示的由本發(fā)明膠結(jié)劑“A”制成的立方體的X射線衍射圖，而附圖9所示的圖片是附圖7中所示的由對(duì)比膠結(jié)劑“B”制成的立方體的X射線衍射圖。這些圖表示強(qiáng)度與2θ角(°)的關(guān)系圖。這些圖表明在這二個(gè)立方體中均形成鈣礬石。然而，附圖7中所示對(duì)比立方體的圖片(附圖9)表明形成大量的、不斷上升的腐蝕性鈣礬石。圖片(附圖8)表明在附圖6中所示的由本發(fā)明膠結(jié)劑制成的立方體具有穩(wěn)定(即不會(huì)擴(kuò)展)的鈣礬石水平。實(shí)施例7使用下表XIX所述數(shù)量的組分制備本發(fā)明基本混合膠結(jié)劑表XIX
不是干混石膏、波特蘭水泥和硅灰組分，而是將硅灰預(yù)分散在水中，然后硅灰/水混合物與石膏和波特蘭水泥電鏡的干混合物混合。對(duì)于各600克的膠結(jié)劑，使用360cc水。然后將該混合物成形為2英寸×2英寸×2英寸的立方體，并將該立方體密封在塑料袋中，在室溫(約25℃)下養(yǎng)護(hù)。在成形之后28天對(duì)該立方體進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。這些立方體表現(xiàn)出優(yōu)越的濕抗壓強(qiáng)度，其為4429至4455磅/平方英寸。
前面的詳細(xì)描述僅是為了理解清楚，而不應(yīng)理解為限制，因?yàn)樵诒景l(fā)明范圍內(nèi)的修改對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來是顯然的。
權(quán)利要求
1.一種膠凝性膠結(jié)劑，其包括(a)半水硫酸鈣；(b)一種選自波特蘭水泥、波特蘭水泥和粉煤灰的混合物、波特蘭水泥和磨細(xì)高爐礦渣的混合物以及它們的混合物的水泥組分；和(c)選自硅灰或稻殼灰的第三組分，該第三組分的顆粒平均直徑是約0.1至約0.3微米，其包括至多約0.6重量％的Al2O3和至少約92重量％的無定形SiO2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的膠凝性膠結(jié)劑，其是通過干混半水硫酸鈣、水泥組分和第三組分來制備的，其中第三組分和水泥組分的比例至少是約0.3/1.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的膠凝性膠結(jié)劑，其是通過干混半水硫酸鈣和水泥組分，隨后與其中分散有第三組分的水混合而制備的，其中第三組分和水泥組分的比例至少是約0.2/1.0。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的膠凝性膠結(jié)劑，其包括約20重量％至約75重量％的半水硫酸鈣、約10重量％至約60重量％的水泥組分和約4重量％至約20重量％的第三組分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的膠凝性膠結(jié)劑，其在內(nèi)墻應(yīng)用中使用時(shí)，包括約60重量％至約75重量％的半水硫酸鈣、約20重量％至約31重量％的水泥組分和約6重量％至約9重量％的第三組分。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的膠凝性膠結(jié)劑，其在內(nèi)墻應(yīng)用中使用時(shí)，包括約60重量％至約75重量％的半水硫酸鈣、約21重量％至約33重量％的水泥組分和約4重量％至約7重量％的第三組分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的膠凝性膠結(jié)劑，其在潮濕地方的內(nèi)墻應(yīng)用中使用時(shí)，包括約50重量％至約60重量％的半水硫酸鈣、約31重量％至約37重量％的水泥組分和約9重量％至約11重量％的第三組分。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的膠凝性膠結(jié)劑，其在潮濕地方的內(nèi)墻應(yīng)用中使用時(shí)，包括50重量％至約60重量％的半水硫酸鈣、約33重量％至約42重量％的水泥組分和約7重量％至約8重量％的第三組分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的膠凝性膠結(jié)劑，其在外墻應(yīng)用中使用時(shí)，包括約40重量％至約50重量％的半水硫酸鈣、約39重量％至約46重量％的水泥組分和約12重量％至約14重量％的第三組分。
10.根據(jù)權(quán)利要求3的膠凝性膠結(jié)劑，其在外墻應(yīng)用中使用時(shí)，包括約40重量％至約50重量％的半水硫酸鈣、約42重量％至約50重量％的水泥組分和約9重量％至約10重量％的第三組分。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的膠凝性膠結(jié)劑，其中半水硫酸鈣是β-半水硫酸鈣。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的膠凝性膠結(jié)劑，其中水泥組分是III型波特蘭水泥。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的膠凝性膠結(jié)劑，其中第三組分是通過硅金屬方法生產(chǎn)的硅灰。
14.一種膠凝性組合物，其包括(a)約0重量％至約90重量％的選自集料和纖維的填料組分；和(b)約10重量％至100重量％的膠結(jié)劑，其中該膠結(jié)劑包括(i)半水硫酸鈣；(ii)一種選自波特蘭水泥、波特蘭水泥和粉煤灰的混合物、波特蘭水泥和磨細(xì)高爐礦渣的混合物以及它們的混合物的水泥組分；和(iii)選自硅灰或稻殼灰的第三組分，該第三組分的顆粒平均直徑是約0.1至約0.3微米，其包括至多約0.6重量％的Al2O3和至少約92重量％的無定形SiO2。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的膠凝性組合物，其中填料組分是纖維素纖維。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的組合物，其中填料組分選自木纖維、植物纖維、紙和它們的混合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的組合物，其中填料組分是纖維素纖維，纖維含量是膠凝性組合物重量的約10重量％至約30重量％。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的組合物，其中填料組分是火山灰質(zhì)集料。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的組合物，其中火山灰質(zhì)集料是膠凝性組合物的約10重量％至約50重量％。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的組合物，其中火山灰質(zhì)集料選自中空硅酸鹽球、珍珠巖、浮石、凝灰?guī)r、硅藻土和它們的混合物。
21.一種結(jié)構(gòu)材料，其是通過將膠凝性組合物與至少化學(xué)計(jì)量稍微過量的水混合制備的，其中所述膠凝性組合物包括(a)約0重量％至約90重量％的選自集料和纖維的填料組分；和(b)約10重量％至100重量％的膠結(jié)劑，其中該膠結(jié)劑包括(i)半水硫酸鈣；(ii)一種選自波特蘭水泥、波特蘭水泥和粉煤灰的混合物、波特蘭水泥和磨細(xì)高爐礦渣的混合物以及它們的混合物的水泥組分；和(iii)選自硅灰或稻殼灰的第三組分，第三組分的顆粒平均直徑是約0.1至約0.3微米，其包括至多約0.6重量％的Al2O3和至少約92重量％的無定形SiO2。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的結(jié)構(gòu)材料，其中結(jié)構(gòu)材料是由一種組合物制成的內(nèi)墻使用的纖維板，所述組合物包括(a)約10重量％至約30重量％的纖維素纖維；和(b)約90重量％至約70重量％的膠結(jié)劑，該膠結(jié)劑包括約60重量％至約75重量％的半水硫酸鈣、約20重量％至約31重量％的水泥組分和約6重量％至約9重量％的第三組分。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的結(jié)構(gòu)材料，其中結(jié)構(gòu)材料是由一種組合物制成的內(nèi)墻使用的纖維板，所述組合物包括(a)約10重量％至約30重量％的纖維素纖維；和(b)約90重量％至約70重量％的膠結(jié)劑，該膠結(jié)劑是通過干混半水硫酸鈣和水泥組分，隨后與其中分散有第三組分的化學(xué)計(jì)量過量的水混合而制備的，其中第三組分和水泥組分的比例至少是0.2/1.0，該膠結(jié)劑包括約60重量％至約75重量％的半水硫酸鈣、約21重量％至約33重量％的水泥組分和約4重量％至約7重量％的第三組分。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的結(jié)構(gòu)材料，其中結(jié)構(gòu)材料是由一種組合物制成的室外墻板，所述組合物包括(a)約15重量％至約30重量％的纖維素纖維；和(b)約85重量％至約70重量％的膠結(jié)劑，該膠結(jié)劑包括約40重量％至約50重量％的半水硫酸鈣、約39重量％至約46重量％的水泥組分和約12重量％至約14重量％的第三組分。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的結(jié)構(gòu)材料，其中結(jié)構(gòu)材料是由一種組合物制成的室外墻板，所述組合物包括(a)約15重量％至約30重量％的纖維素纖維；和(b)約85重量％至約70重量％的膠結(jié)劑，該膠結(jié)劑是通過干混半水硫酸鈣和水泥組分，隨后與其中分散有第三組分的化學(xué)計(jì)量過量的水混合而制備的，其中第三組分和水泥組分的比例至少是0.2/1.0，該膠結(jié)劑包括約40重量％至約50重量％的半水硫酸鈣、約42重量％至約50重量％的水泥組分和約9重量％至約10重量％的第三組分。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的結(jié)構(gòu)材料，其中結(jié)構(gòu)材料是由一種組合物制成的背襯板或地板襯底，所述組合物包括(a)約10重量％至約50重量％的集料；和(b)約90重量％至約50重量％的膠結(jié)劑，該膠結(jié)劑包括約50重量％至約60重量％的半水硫酸鈣、約31重量％至約37重量％的水泥組分和約9重量％至約11重量％的第三組分。
27.根據(jù)權(quán)利要求21的結(jié)構(gòu)材料，其中結(jié)構(gòu)材料是由一種組合物制成的背襯板或地板襯底，所述組合物包括(a)約10重量％至約50重量％的集料；和(b)約90重量％至約50重量％的膠結(jié)劑，該膠結(jié)劑通過干混半水硫酸鈣和水泥組分，隨后與其中分散有第三組分的化學(xué)計(jì)量過量的水混合而制備的，其中第三組分和水泥組分的比例至少是0.2/1.0，該膠結(jié)劑包括約50重量％至約60重量％的半水硫酸鈣、約33重量％至約42重量％的水泥組分和約7重量％至約8重量％的第三組分。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的結(jié)構(gòu)材料，其中集料是火山灰質(zhì)集料。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的結(jié)構(gòu)材料，其中集料是火山灰質(zhì)集料。
30.根據(jù)權(quán)利要求21的結(jié)構(gòu)材料，其中結(jié)構(gòu)材料是由一種組合物制成的自來平地板，所述組合物包括(a)約25重量％至約85重量％的集料；和(b)約75重量％至約15重量％的膠結(jié)劑，該膠結(jié)劑包括約40重量％至約50重量％的半水硫酸鈣、約39重量％至約46重量％的水泥組分和約12重量％至約14重量％的第三組分。
31.根據(jù)權(quán)利要求21的結(jié)構(gòu)材料，其中結(jié)構(gòu)材料是由一種組合物制成的自來平地板，所述組合物包括(a)約25重量％至約85重量％的集料；和(b)約75重量％至約15重量％的膠結(jié)劑，該膠結(jié)劑通過干混半水硫酸鈣和水泥組分，隨后與其中分散有第三組分的化學(xué)計(jì)量過量的水混合而制備的，其中第三組分和水泥組分的比例至少是0.2/1.0，該膠結(jié)劑包括約40重量％至約50重量％的半水硫酸鈣、約42重量％至約50重量％的水泥組分和約9重量％至約10重量％的第三組分。
32.根據(jù)權(quán)利要求30的結(jié)構(gòu)材料，其中集料選自砂、火山灰質(zhì)集料和它們的混合物。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的結(jié)構(gòu)材料，其中集料選自砂、火山灰質(zhì)集料和它們的混合物。
34.根據(jù)權(quán)利要求21的結(jié)構(gòu)材料，其中結(jié)構(gòu)材料是由一種組合物制成的路面修補(bǔ)材料，所述組合物包括(a)約0重量％至約75重量％的集料；和(b)約100重量％至約25重量％的膠結(jié)劑，該膠結(jié)劑包括約40重量％至約50重量％的半水硫酸鈣、約39重量％至約46重量％的水泥組分和約12重量％至約14重量％的第三組分。
35.根據(jù)權(quán)利要求21的結(jié)構(gòu)材料，其中結(jié)構(gòu)材料是由一種組合物制成的路面修補(bǔ)材料，所述組合物包括(a)約0重量％至約75重量％的集料；和(b)約100重量％至約25重量％的膠結(jié)劑，該膠結(jié)劑通過干混半水硫酸鈣和水泥組分，隨后與其中分散有第三組分的化學(xué)計(jì)量過量的水混合而制備的，其中第三組分和水泥組分的比例至少是約0.2/1.0，該膠結(jié)劑包括約40重量％至約50重量％的半水硫酸鈣、約42重量％至約50重量％的水泥組分和約9重量％至約10重量％的第三組分。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的結(jié)構(gòu)材料，其中集料選自砂、火山灰質(zhì)集料和它們的混合物。
37.根據(jù)權(quán)利要求35的結(jié)構(gòu)材料，其中集料選自砂、火山灰質(zhì)集料和它們的混合物。
38.根據(jù)權(quán)利要求21的結(jié)構(gòu)材料，其是由一種組合物制成的防火涂料或阻燃材料，所述組合物包括(a)約0重量％至約27重量％的集料；(b)約1重量％至約16重量％的蛭石礦；和(c)約99重量％至約54重量％的膠結(jié)劑，該膠結(jié)劑包括約60重量％至約75重量％的半水硫酸鈣、約20重量％至約31重量％的水泥組分和約6重量％至約9重量％的第三組分。
39.根據(jù)權(quán)利要求21的結(jié)構(gòu)材料，其中結(jié)構(gòu)材料是由一種組合物制成的防火涂料或阻燃材料，所述組合物包括(a)約0重量％至約27重量％的集料；(b)約1重量％至約16重量％的蛭石礦；和(c)約99重量％至約54重量％的膠結(jié)劑，該膠結(jié)劑通過干混半水硫酸鈣和水泥組分，隨后與其中分散有第三組分的化學(xué)計(jì)量過量的水混合而制備的，其中第三組分和水泥組分的比例至少是0.2/1.0，該膠結(jié)劑包括約60重量％至約75重量％的半水硫酸鈣、約21重量％至約33重量％的水泥組分和約4重量％至約7重量％的第三組分。
40.根據(jù)權(quán)利要求38的結(jié)構(gòu)材料，其進(jìn)一步包括(e)至多約2重量％的玻璃纖維；和(f)至多約1重量％的選自纖維素衍生物、丙烯酸樹脂和其混合物的增稠劑。
41.根據(jù)權(quán)利要求39的結(jié)構(gòu)材料，其進(jìn)一步包括(e)至多約2重量％的玻璃纖維；和(f)至多約1重量％的選自纖維素衍生物、丙烯酸樹脂和其混合物的增稠劑。
42.根據(jù)權(quán)利要求38的結(jié)構(gòu)材料，其中集料包括選自中空硅酸鹽球、珍珠巖、浮石和它們混合物的火山灰質(zhì)集料。
43.根據(jù)權(quán)利要求39的結(jié)構(gòu)材料，其中集料包括選自中空硅酸鹽球、珍珠巖、浮石、凝灰?guī)r、硅藻土和它們混合物的火山灰質(zhì)集料。
全文摘要
膠凝性膠結(jié)劑包括β－半水硫酸鈣、一種包括波特蘭水泥的水泥組分和硅灰或稻殼灰。硅灰或稻殼灰組分含有至少約92重量%的無定形二氧化硅,并且其氧化鋁含量約為0.6重量%或更少。
文檔編號(hào)A62D1/00GK1257466SQ98805254
公開日2000年6月21日 申請(qǐng)日期1998年5月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月19日
發(fā)明者以利沙·斯塔夫, 愛德華·A·伯卡德, 羅納德·J·芬克爾斯坦, 丹尼爾·A·溫科夫斯基, 蘭伯特·J·梅茨, 帕特里克·J·馬德 申請(qǐng)人:國(guó)民石膏公司