[发明专利]含低密度添加剂的纤维水泥建筑材料

说明书

本申请是分案申请，原申请的申请日为2001年3月9日、申 请号为01808151.7(PCT/US01/07948)、发明名称为“含低密 度添加剂的纤维水泥建筑材料”。

技术领域

本发明涉及建筑材料及其制造方法，更具体地涉及将低密度添 加剂(LDA)加至水泥纤维素纤维-增强建筑材料中。

背景技术

纤维-增强水泥(FRC)产品如耐水建筑钢板自1895年以来用于 建筑。在最近的历史中，用于这种产品的增强纤维不仅包括石棉纤 维，还包括纤维素纤维(参见澳大利亚专利515151)、金属纤维、玻 璃纤维和其它中性与合成纤维。一般来说，这种建筑钢板的密度为 大约为1.2-1.7g/cm³，密度变化一般通过制造中所用的纤维水泥浆 的压浆和脱水以及纤维用量的改变而实现的。在这些密度中，基于 水泥的基质具有很少的空隙，导致吸水性降低，而吸水性通常被认 为是水泥基质良好耐用性能所必需的。

上述纤维水泥的密度意味着所述产品比相同尺寸的基于木材的 产品更重并使加工性能降低。加工性能包括板的处理和装修的容易 性。因此，纤维水泥建筑产品比木材和基于木材的产品更加难以切 割、进行机械加工和受钉。在这方面，天然木板的密度范围一般是： 对于干硬木为大约0.7-0.9g/cm³，对于干软木为大约0.38-0.6 g/cm³。因此，期望具有类似于木材的密度的密度改性的纤维水泥材 料以改善加工性能和使其能够更轻、更受钉，更易于切割和更易于 成为欲制造机械加工产品。但是，如果要将密度改性的纤维水泥作 相同范围的应用的话，这些性能必须在保持纤维水泥的耐用性、耐 火性、防腐性和防水性的同时获得。

现有技术描述了如何可以将轻质无机粉末作为密度改性剂加到 水泥或纤维-增强水泥材料中。FRC产品的低密度添加剂定义为具有 大约0.8g/cm³(大约50lbs./cu.ft.)或更小的容积密度。所用的 典型的低密度添加剂(LDA)包括低容积密度硅酸钙水合物(CSH)、膨 胀性聚苯乙烯珠(EPS)、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、膨胀页岩和膨胀粘 土。含有这些无机颗粒的基于水泥的材料的密度改性主要通过往材 料中引入空隙而实现的。一般来说，在将材料浸入水中或与雨水长 时间接触时这些孔隙被水填充。这导致这些材料具有较弱的湿至干 外形稳定性(耐湿性)，较高的饱和质量和弱耐冻-融性。

因此，需要一种具有优于典型密度改性的产品的改善的湿或干 外形稳定性的轻质FRC建筑材料和用于制造它的方法。其次，如果 所述密度改性的材料用于相同的应用范围的话，轻质建筑材料应保 持与不含密度改性剂的FRC产品类似的湿至干外形稳定性。此外， 在某些应用中非常优选所述材料还具有低饱和质量、良好的耐冻- 融性和高温外形稳定性。最后，还期望拥有这样的一种FRC建筑产 品：其中，可以获得与木材和基于木材的产品更为接近的较低范围 的密度和改善的耐用性。

发明内容

本发明评价了对两种FRC建筑材料性来说具有比典型的低密度 添加剂更理想的低密度添加剂。这两种低密度添加剂为火山灰和中 空陶瓷微球体。本发明的一个实施方案包括将火山灰(VA)加至FRC 建筑材料中。第二个实施方案包括将中空陶瓷微球体(微球体)加至 FRC建筑材料中。第三个实施方案包括将微球体与火山灰和/或其它 典型的低密度添加剂的掺混物加到FRC建筑材料。将微球体与VA 和/或其它低密度添加剂掺混的第三实施方案可能比仅加入火山灰 的第一实施方案更为优选。依赖于考虑用于具体应用的性能，仅加 入微球体的第二实施方案比上述的第一或第三实施方案更为优选。

与目前的FRC产品相比，含火山灰的第一实施方案的一个优点 是它以经济的价格提供优于典型低密度添加剂的具有低密度和改善 的加工性能以及改善的外形稳定性的产品。

第二实施方案包括在纤维-水泥产品中加入微球体。与目前的 FRC产品相比，加入微球体的优点包括产品的低密度和改善的加工 性能，且不具有与FRC混合物中加入轻质无机材料有关的增加的湿 膨胀或冻-融降解。而且，微球体的加入提供改善的FRC材料的热形 稳定性。