砌筑產品和制備方法

專利名稱：砌筑產品和制備方法
砌筑產品和制備方法 本發明涉及一種砌筑產品，一種將有用的濕水泥混合物施加到一種產品上的方
法，以及涉及一種制備砌筑產品的方法。
背景技術：
各種形式卜特蘭水泥(Portland cement)的使用是眾所周知的。
各種卜特蘭水泥的特性已經被廣泛研究。 卜特蘭水泥是通過如下方法制備的研磨水泥熟料，之后該熟料加入水來使用以 使得研磨的材料再水合，并且在這樣做時形成許多類晶狀結構(鈣礬石)，所述結構通常是 彼此隨機分布的。 可能是源自于水泥熟料中的硅酸鈣的大部分再水合材料，會形成早期鈣礬石1型 或晚期鈣礬石2型結晶結構。 因此，所述產品的物理性質是由期望來自互鎖的晶形的性質決定的，所述晶形通 常是機械互鎖地連接的。 因此，在很多情況下，常規的卜特蘭水泥基砌筑產品傳統上都具有低的拉伸強度，
對于水是相對可滲透的，并且具有相對低的耐高溫性如防火等級。 目前實際大量生產的常規干壓混凝土砌塊，具有這些一般的性質。 如果能提高這些性質中的至少一些，將會是有價值的。 本發明的目的是，在一個示例中，提供一種砌筑產品，其與目前生產和使用的產品 相比，具有若干優點；本發明還涉及一種方法，所述方法能與選定的成分聯用，所述成分能 提供具有改善的性質的卜特蘭水泥基砌筑產品。
發明公開內容 在本發明的一種形式中(所述形式可能不是唯一的，或者不是實際上其最廣義的 形式)，提供了一種砌筑產品，所述產品具有許多基本上均勻分散在由水合的卜特蘭水泥壁 所形成的閉孔(closed cell)基體中的聚苯乙烯珠粒，其中每個珠粒基本上彼此分開，但是 分散，使得濃度為如下至少大體上所述珠粒被分開一段距離，所述距離大約等于或小于待 評估珠粒空間的鄰近區域中的大多數珠粒的寬度；水合的晶體在至少大多數珠粒的周圍形 成完全圍繞或者基本上的完全圍繞；并且珠粒之間的材料至少大體上為閉孔結構，所述閉 孔結構由對于每個孔包含氣泡的其他水合晶體所限定。
優選地，至少大體上，大多數氣泡的尺寸為直徑小于0. 5mm。
優選地，限定每個孔的壁的晶體結構包括至少大體上排列的(aligned)晶體。
本發明來自于如下發現在某些情況下，卜特蘭水泥可發生排列形式的再水合結 晶，晶體以或多或少呈平行排列的形式堆砌，形成許多實質上的外罩。如果以包括大比例 卜特蘭水泥的混合物初始材料作為結晶引發物質，并且這些物質與陰離子表面活性劑形成 分開的蜂窩狀結構，或者存在微小的氣泡，并且在其每一表面周圍，也延伸有含硫表面活性 劑，那么這的確看起來是本發明的優點。 陰離子表面活性劑可具有親水端，其中親水物可為羧化物(肥皂)、硫酸鹽、磺酸 鹽和磷酸鹽。在這種情況下，表面活性劑的親水端與水分子強烈吸引，并且憎水物與水之間的吸引力很小。結果，表面活性劑分子在表面上和內部排列，使得親水端朝向水，而憎水端 遠離水。我們認為，該憎水端起到了引發鈣礬石晶體形成的作用。 因此似乎對于每個端都提供了在水膜的外延方向引發鈣礬石晶體的形成的催化 劑。通過使這些晶體或多或少彼此平行排列并且彼此緊密相鄰，意味著因此在引發源的周 圍存在堆砌而成的外殼或外罩。然后，這些似乎在任何存在這種水/膜的地方都能形成，并 且通過使其沿薄膜表面的外延地排列，那么，這意味著將沿著膜表面形成一個硬殼。通過采 用許多能支撐水與表面活性劑的附著的分散的物質。 通過選擇包括水、表面活性劑和卜特蘭水泥的物質的相對用量，所得到的結構可
使得，作為最終結果，存在基本上分散在材料中的許多有薄壁的分開的孔。 這是通過如下方法獲得的作為混合步驟的一部分，提供卜特蘭水泥和苯乙烯珠
粒，與至少是水和表面活性劑，以液體形式一起或單獨的混合。 一旦被加入，就開始所述的
晶體成形以形成這些硬的外罩，然后，在有限的時間后，材料將凝固，并且當然地不能進行
同樣地混合。 可以進行設置使得形成初級或初始基礎結構的孔為閉孔，并且每個孔的內表面或 殼是順著每個孔硬化時的形狀而形成的。 通過形成閉孔結構(其可被描述為限定每個孔的許多硬殼)，以及這些孔在混合 物中以分散的形式隔開以使得存在由這些硬壁構成的基礎基體(underlying matrix)結 構，意味著這些單獨的外殼或孔壁的性質在整個產品中被復制，因而提供了一種本質上或 實質上不滲透的材料。 然而，另外由于堅固的孔壁一個與另一個之間形成了良好的彼此相互連接的基礎 結構，而不是通過共同的開孔彼此相互連接，那么，這就提供了較高一些的撓性，使得每個 近似球形的孔壁可以輕微變形而不會斷裂。 此外，通過采用一定范圍的不同的孔尺寸，可在間隙(interces)間可填充有具有 較小孔尺寸的較小的孔和較大的孔，否則這些孔易通過硬殼相互連接，而不是通過他們自 身的間距相互連接；這樣就存在一個蜂窩結構，所述結構能為形成的產品提供非常明顯的 有利性質。 在本發明中，我們采用泡沫塑料的珠粒，所述珠粒被包埋在卜特蘭水泥基體中。對 這些珠粒進行選擇以使其具有優選的、能限定至少大多數所形成的較大孔的尺寸，并且通 氣致使形成了具有能在較大孔之間形成堆砌結構的尺寸的氣泡。 先前其他人已經嘗試了加入膨脹的或發泡的塑料珠粒例如聚苯乙烯珠粒，但是無 法獲得本發明的性質。 迄今為止，已知其他人已經嘗試了通過如下方法獲得砌筑產品用涂料對聚苯乙 烯珠粒進行預處理，之后對涂料進行干燥，然后，以干燥狀態直接加入到卜特蘭水泥混合 物。 所述現有體系具有如下優點所述處理能確保， 一旦用這種替代材料對珠粒進行 涂覆，其能被加入到卜特蘭水泥混合物中；但是該體系存在兩個問題，B卩，對聚苯乙烯進行 另外的處理以對其進行涂覆，然后將更進一步的產品視作待購買的和待加入到卜特蘭水泥 中進行混合的產品，導致成本很高。 然而，除成本之外的第二個問題就是，據我們所知，無論如何，在涉及到卜特蘭水泥的混合或硬化步驟時，任何得到的產品都會使聚苯乙烯珠粒簡單地起到單純的集料的作 用，而沒有其他效果，并且絕對無法形成硬殼。 已知的體系的優點是，其存在比例如常規的礫石重量低的集料，但是根據我們現 在可能理解得稍微透徹點的理由，在得到的材料的絕熱性能、防火等級、撓曲強度或滲透性 方面沒有大的改進。 根據本發明，我們發現，通過采用可能是由初始生產商或回收者所提供的粒狀形 式的聚苯乙烯材料，并將其直接到卜特蘭水泥的水泥混合物中，通常意味著未處理的顆粒 不會與卜特蘭水泥充分混合，并且還會漂浮在表面上，使得不能有效地將這種材料均勻分 散在混合物中，當然地，任何所得的不具有均勻分散的作為添加劑的聚苯乙烯的產品，不會 有附加價值。 我們發現，通過在濕的卜特蘭水泥混合物中加入液體添加劑，即表面活性劑，或者 通過在待加入的水中加入表面活性劑，然后，在之前或之后加入聚苯乙烯粒料，能使粒子完 全并且很容易地結合到整個混合物中。 換句話說，本發明可以說是涉及制備水泥混合物的方法，其包括如下步驟在混合 時，在卜特蘭水泥和含有膨脹的苯乙烯珠粒的集料中，加入水和液體形式的表面活性劑，然 后對混合物進行混合，直至所述成分相對均勻地分散在混合物中。 輕質集料的用量為使得得到的密度優選為重量每立方米=900kg/立方米 1500kg/立方米。 混合物凝固并且固化后的密度優選為重量/m3 = 1000kg/m3。后文的數字是基于 已提出的范圍900kg/m3 1500kg/m3。 優選地，提供401kg 673kg/m3的沙子，其來源包括從沙灘到河沙，包括粉碎的砂 巖，但通常地，所述沙子是細沙。 作為干粉的卜特蘭水泥為341kg 568/m3。 聚苯乙烯(基于珠粒的重量和尺寸范圍)的重量為12kg/m3 20kg/m 尺寸為直 徑2-6mm。體積/m3 = 5481t 9131t/m3。
水為1191t 1981t。 清澈的液體形式的表面活性劑為2. 081t 3. llt。所述表面活性劑獲自商業提供 的產品，并且通常以商用供應商以在澳大利亞的認證商標所提供的形式使用，在本發明的 情況下為Bycol 。還發現，可采用的其他商業上可獲得的表面活性劑為Vespol和Clearcol 。
給出的范圍使得能夠制備較輕或較重的混合物，并且各成分的比例可相應地加以 選擇。水的用量必須加以判斷，使得其在混合物中不過量，并且可由于所用的特定的卜特蘭 水泥、表面活性劑的稀釋、沙子的濕度、甚至是材料混合時的溫度，而加以改變。
本發明還涉及由這種方法獲得的產品。 進一步地，一旦混合物中具有所選擇的添加劑和膨脹的苯乙烯粒料，可能由于由 附著的表面活性劑所帶來的相互排斥作用，粒料自身可在混合過程中相對均勻地分散在混 合物中。 為了獲得相對于卜特蘭水泥高體積比率的聚苯乙烯，這是特別有利的。 但是，進一步地，通過采用所選擇的一種或多種添加劑，將其加入到卜特蘭水泥
中，在所選擇的混合過程中，也可在混合物中產生許多微氣泡。
5
眾所周知，存在可被用來促進這種通氣作用的添加劑，但是作為這種設置的一個 特點，是其與聚苯乙烯珠粒聯用，大體上，所述珠粒直徑大于也是在混合過程中產生的氣泡
的直徑。 選擇混合物和添加劑以使得氣泡尺寸通常要小于至少是較大的苯乙烯粒料的直 徑，但是也優選為直徑低于0. 5mm。 如果苯乙烯為1 4mm直徑的珠粒形式，那么，我們可進行設置，使得具有各種尺 寸、但通常是直徑不大于0. 5mm的氣泡，填充在較大的聚苯乙烯珠粒之間，但被聚苯乙烯珠 粒所隔開。 已經發現，加入通常被稱作增塑劑的產品是有利的，并且在一個優選的情況下， 我們在上述混合物中使用了由商業供應商提供的1. lit 1. 91t的高效增塑劑(Glenium 51)。當混入混合物時，這種材料會形成可被描述為液態球軸承的結構。這些球軸承是小的 氣泡，當這種小的氣泡與其他成分混合時，能提供具有這些硬殼形式的這種附加效果。
加速混合物的凝固和固化也是有價值的，并且發現通常的成分如2. 81t 4. 71t 的氯化鈣是有用的。如果環境溫度高于28度，所述混合物可能會過快凝固。因此，所述范 圍可為0 4. 71t。 現在，本發明中所發生的獨特的事情是，通過選擇適當用量的卜特蘭水泥，并且與 干壓形式相比，使其處于濕潤狀態，意味著現在將要形成的大部分水泥結構會順著并且限 定氣泡之間或由聚苯乙烯珠粒所限定的稍大一些的孔之間的薄壁。 然后，作為初始的混合物是這樣一種結構，其中一些卜特蘭水泥是保持為液態、但 很快水合的晶體(可能為鈣礬石晶體)，這些水泥是分散的并且以外延取向的長晶方式生 長，該長晶作為相對薄的、相互連接的液體膜限定了具有緊密堆砌的平行排列的晶體的閉 孔。 現在，我們發現，一旦我們具有了這種結構，卜特蘭水泥會自行分離成早期或晚期 的凝固組分，在其中阿里特(alite)是一種快速凝固的材料，其可能在存在大多數水的地 方結晶，所述水位于氣泡的表面或者由聚苯乙烯表面所限定的孔形狀的表面；以及，進一步 地，通過加入添加劑如適當的表面活性劑，在這種情況下優選為含硫的表面活性劑，能在連 續表面上連貫地引發阿里特的形成，因而，這種阿里特晶體連貫地生長或者以排列的方式 彼此緊密堆砌并形成這種硬的表面殼層。 隨后硬化的卜特蘭水泥材料，可能是以二鈣硅酸鹽(belite)的形式，在這種先前 生長的晶體后面形成；但是通過小心選擇卜特蘭水泥和水的總的用量，我們將獲得大部分 為薄壁形式的最終材料，所述薄壁的至少一部分為這些緊密堆砌的、相互堅固連接的晶體 結構，所述晶體結構能提供有益的拉伸和壓縮強度、一定程度的撓曲能力、以及迄今為止一 般在卜特蘭水泥基砌筑產品中尚未實現的一定程度的不滲透性。 我們認識到，存在各種形式的卜特蘭水泥，并且在迄今為止進行的試驗中，的確表 明所有常規形式的卜特蘭水泥能沿襲相同的結構體系。 能提供有助于聚苯乙烯珠粒分散的表面引發效果的添加劑，可以購買，并且通常 是以商標名例如其一為Bycol，另一個為可購自Hercules的Vinsol出售。
在另一種形式中，本發明可以說是涉及一種具有分散在水合卜特蘭水泥基體中的 許多聚苯乙烯珠粒的砌筑產品，其中，每個珠粒基本上彼此分開，但是分散，使得濃度如下至少大體上所述珠粒被分開一段距離，所述距離大致等于或小于待評估珠粒空間的鄰近區 域中的大多數珠粒的寬度；水合的晶體在至少大多數珠粒的周圍形成完全圍繞或者基本上 的完全圍繞；并且珠粒之間的材料至少大體上為閉孔結構，所述閉孔結構由對于每個孔包 含氣泡的其他水合晶體所形成。 優選地，至少大體上大多數氣泡的尺寸小于0. 5mms (可能為lmm)。 進一步優選地，限定每個孔的壁的晶體結構包括至少大體上排列的晶體。 現在，我要描述根據這些發現，獲得砌筑產品的混合物和方法。 任何所得到的產品的一個優點是，其也可按照例如與木材類似的方式進行處理，
其很容易并且能夠被鋸開，在其優選的具體實施方案中，其能提供固定水龍頭或錨的能力，
并且由于其具有相對高的撓曲能力和強度，基于這些性質，可制備各種產品。 此外，由于具有這些性質，如果制備用于建筑的砌塊，其具有如下優點其中，可采
用水泥粘合劑將所述砌塊獨立地粘合到一起，甚至用水泥粘合到通常的基礎上，使得整個
結構然后具有結構完整性，這在很多應用場合中是非常有利的。 該描述不應當將所述發現局限于砌塊，而是應當充分理解，可通過若干不同的方
式獲得的這種混合物和基本的內部結構，在下文中被用于許多不同的目的，例如用于制備
完整的面板、用于提供屋頂或天花板的瓦片、用于生產船殼或用于任何海上應用場合，在所
述海上應用場合中，漂浮在水上的能力是有利的，并且水不滲透性是非常期望的。 但是，進一步地，整合的結構，例如作為整體的浴室的墻體、天花板和地板，可用本
發明的材料并且采用這種內部結構，整體模制成型。
發明的最佳實施方式 然而，我們現在要描述所述制備方法的具體步驟以及材料，這是到目前為止我們 發現的能獲得本發明的最佳方式。 較廣義地理解，其目的不是為了將所述方法或得到的產品限制到任何的具體材料 上，例如，已知可采用各種膨脹的輕質材料，盡管到目前為止，已發現聚苯乙烯是一種理想 的材料，特別是當選擇具有例如4mm最大直徑、但是也可加入更小的粒料時。
實施例1 專用于600mmX 200mm高X 100mm厚的A60砌塊的混合物用量-沙子(來自Lithgow NSW的粉碎的砂巖)，每個砌塊5. 387kg-卜特蘭水泥(灰白色，由Blue Circle提供)，每個砌塊4. 55kg-具有混合尺寸的膨脹的聚苯乙烯珠粒(直徑為.5mm 4mm，密度大約為
20-25kg/m3)-每個砌i央7. 3121t -清潔的軟水(water clean soft)，每個砌塊1. 591t
-Bycol (清澈的)，每個砌塊25ml-高效增塑劑(Degussa提供的Glenium 51)(聚羧酸高效增塑劑)，每個砌塊 15. 25ml GLEN1UM 51是一種基于改性的聚羧酸醚的混合物。
氯化*丐，每個砌塊37. 5ml
混合步驟 采用足以制備8XA60砌塊的120It盤式攪拌機。
7
-啟動攪拌機-作為第一步，將所有其他(the otherwise)未處理和未涂覆的聚苯乙烯珠粒倒 入攪拌機中-然后加入沙子和水泥-然后，在混合即將開始之前，加入含有化學藥品的水，在加入氯化鈣之前，在混合
物中加入引氣劑、表面活性劑Bycol和高效增塑劑 注意攪拌機不發生任何變化，持續運行大約3分鐘-停止攪拌機-固化所述砌塊所需的時間幾乎完全取決于環境溫度。在新南威爾士的Orange的 寒冷的冬天，需要8 9小時，才能使砌塊足夠干燥，從而能與模具剝離；而在夏天的熱量作 用下，可能只需5小時。 迄今為止進行的測試表明，由所述方法獲得的材料能獲得一種砌筑材料，所述材 料一旦凝固并固化7天，就能獲得在水不滲透性方面具有所述砌塊形式的材料，并且當按 照澳大利亞標準測試進行從正面到背面的測試時，在相應24小時的測試中，能表現出可以 忽略不計的水滲透遷移量。 再一次采用由所述砌塊組成的墻體，并對其進行澳大利亞規定的負載條件下的標 準的防火等級測試，其防火等級為超過3小時的等級。 由此，在迄今為止不適宜采用常規混凝土的很多應用場合，所述的材料被認為 是具有較佳的價值的。為了進行解釋，下文描述了用于本說明書的卜特蘭水泥。卜特蘭 水泥熟料是一種水硬性材料，其由如下物質組成至少2/3質量的硅酸鈣(3Ca0 Si02和 2CaO Si02)，其余部分由含鋁和含鐵的水泥熟料相和其他化合物組成。CaO與Si02的比不 小于2.0。鎂含量(MgO)不超過5.0%質量。卜特蘭水泥熟料由如下方法制備在窯中，將 原料的均勻混合物加熱到燒結溫度，對于現代水泥，所述溫度大約為1450°C ，然后將其磨成 粉末。氧化鋁和氧化鐵作為熔劑存在，對強度幾乎沒有貢獻。所用的一些次要原料為粘 土、頁巖、沙子、鐵礦石、鋁土礦、粉煤灰和礦渣。當水泥窯是采用煤炭燃燒時，煤灰成為次要 原料。 所給出的具體細節，其目的不是為了將本發明限制在這些細節中。
權利要求
一種砌筑產品，所述產品具有許多基本上均勻分散在由水合卜特蘭水泥壁所提供的閉孔基體中的聚苯乙烯珠粒，其中各個珠粒基本上彼此分開但分散，從而使得其濃度為如下至少大體上所述珠粒被分開一段距離，該距離大致等于或小于待評估珠粒空間的鄰近區域中的大多數珠粒的寬度；水合的晶體在至少大多數珠粒的周圍形成完全圍繞或者基本上的完全圍繞；并且珠粒之間的材料至少大體上為閉孔結構，所述閉孔結構由對于每個孔包含氣泡的其他水合晶體所限定。
2. 如權利要求1所述的砌筑產品，其特征還在于至少大體上大多數氣泡的尺寸為直徑小于0. 5mm。
3. 如權利要求1所述的砌筑產品，其特征還在于限定每個孔的壁的晶體結構包括至少大體上排列的晶體。
4. 一種制備隨后被用作即刻凝固和固化的砌筑產品的水泥混合物的方法，包括如下步驟在混合時，在卜特蘭水泥和包括膨脹的苯乙烯珠粒的集料中，加入水和液體形式的表面活性劑，然后對混合物進行混合，直至成分相對均勻地分散在混合物中。
5. 如前述權利要求4所述的方法，其特征還在于集料的用量和性質為能夠使得得到的密度為以下重量每立方米范圍900kg/立方米 1500kg/立方米。
6. 如權利要求4或5所述的方法，其特征還在于混合物凝固和固化后的最終產品的密度，重量/m3，大致等于1000kg/m3。
7. 如前述權利要求4，5或6中任一項所述的方法，其特征還在于其還包括密度為401kg/m3 673kg/m3的沙子。
8. 如緊接著的前述權利要求所述的方法，其特征還在于所述沙子是細沙。
9. 如前述權利要求4，5，6，7或8中任一項所述的方法，其特征還在于所述卜特蘭水泥是密度為341kg 568/m3的干粉。
10. 如前述權利要求4 9中任一項所述的方法，其特征還在于所述膨脹的聚苯乙烯珠粒(基于珠粒的重量和尺寸范圍)的重量為12kg/m3 20kg/m3，尺寸為直徑2 6mm，并且體積/m3 = 5481t to 9131t/m3。
11. 如前述權利要求4 10中任一項所述的方法，其特征還在于對于每立方米的凝固和固化的混合物，加入的水的量為1191t 1981t。
12. 如前述權利要求4 11中任一項所述的方法，其特征還在于所述表面活性劑以液體形式加入到液體形式的濕的混合物中。
13. 如前述權利要求4 12中任一項所述的方法，其特征還在于所述表面活性劑至少大體上包括在澳大利亞商購的清澈的Bycol產品。
14. 如前述權利要求4 13中任一項所述的方法，其特征還在于0. 1 4. 71t每立方米所得混合物的氯化鈣被加入到所述混合物中。
15. 如前述權利要求4 13中任一項的方法得到的砌筑產品。
16. 如前述產品權利要求中任一項所述的砌筑產品，以如下方式使用并用作選自下述應用場合的任意一種即完整的面板，屋頂或天花板的瓦片，船殼，海上墻體裝置，包括地板、墻體和屋頂在內的整體建筑結構。
全文摘要
一種成型和混合加入有膨脹的苯乙烯珠粒的卜特蘭水泥基材料的方法，在混合所述卜特蘭水泥和其他成分時，加入液體表面活性劑。以及描述了一種砌筑產品，其具有分散在所述產品中的膨脹的苯乙烯珠粒和氣泡，所述產品具有位于所述珠粒和其他材料周圍的作為排列晶體分布的再水合卜特蘭水泥晶體。
文檔編號C04B16/08GK101715433SQ200880015422
公開日2010年5月26日 申請日期2008年3月13日 優先權日2007年3月13日
發明者K·貝內特 申請人:貝內科技私人有限公司