CN101437775A - 轻质组合物和含有它的制品 - Google Patents

Abstract

轻质水泥质组合物，它含有22－90体积百分数的水泥组合物和10－78体积百分数的具有0.2mm到8mm的平均粒径、0.03g/cc到0.64g/cc的堆积密度和1到3的长径比的颗粒，其中在轻质水泥质组合物凝固之后，它具有根据ASTM C39测试的至少1700psi的抗压强度。该水泥质组合物可用于制造混凝土砌筑构件，建筑板，路基和其它制品和能够作为用于墙板和楼板上的层和能够用于绝缘混凝土模板。轻质水泥质组合物的各个方面可用于制造轻质结构单元。

Description

轻质组合物和含有它的制品

发明背景

1.发明领域

本发明涉及新型组合物、材料、它们的使用方法和它们的制造方法，它们一般在建筑和土木行业中用作作用剂。更具体地说，本发明的复合物可用于建筑和土木应用中，这些应用受益于具有高强度和通常改进的绝缘性能的相对轻质的、可延伸的、可模塑的、可浇注的材料。

2.现有技术的描述

在轻质水泥质材料如所谓轻质混凝土的制备和使用领域中，目前已经用于该行业的材料一般要求添加各种成分以便获得高强度但轻质的混凝土物料，后者具有各种成分的高均匀性并且在整个物料中均匀地粘结。

美国专利Nos.3,214,393、3,257,338和3,272,765公开了混凝土拌合料，它含有水泥、初级骨料(aggregate)、颗粒状膨胀苯乙烯聚合物、以及均化和/或表面活性添加剂。

美国专利No.3,021,291公开了在浇铸混凝土拌合料之前，在混凝土拌合料中引入一种在固化过程中在热的影响下膨胀的聚合物材料来制造多孔混凝土的方法。该聚合物颗粒的形状和尺寸不是关键的。

美国专利No.5,580,378公开了由含水水泥质混合物组成的轻质水泥质产品，该混合物能够包括飞灰、波特兰水泥、砂、生石灰和作为重量减轻组分的具有在50至2000μm范围内的粒度和约1lb/ft³的密度的微粒化聚苯乙烯颗粒。该混合物能够被浇注成模制品如基墙、屋面瓦、砖块等等。该产品还可以用作砌筑砂浆、灰浆、灰泥或texture。

JP 9 071 449公开了轻质混凝土，其包括波特兰水泥和轻质骨料如膨胀聚苯乙烯、珍珠岩或蛭石作为骨料的部分或全部。该膨胀聚苯乙烯具有0.1-10mm的粒径和0.01-0.08的比重。

美国专利Nos.5,580,378、5,622,556和5,725,652公开了由含水水泥质混合物组成的轻质水泥质产品，该混合物包括水泥和膨胀页岩、粘土、板岩、飞灰、和/或生石灰、和重量减轻组分，所述重量减轻组分是粒度在50至2000μm之间并且其特征在于水含量在约0.5％至50％(v/v)之间的微粒化聚苯乙烯颗粒。

美国专利No.4,265,964公开了用于结构单元如墙板等的轻质组合物，它含有低密度可膨胀的热塑性颗粒；水泥质基础材料，如石膏；表面活性剂；作为起沫剂以便在混合物中引入合适量的空气的添加剂；成膜组分；和淀粉。该可膨胀的热塑性颗粒尽可能完全地膨胀。

WO 98 02 397公开了通过模塑加工含有合成树脂泡沫作为骨料和具有约1.6到2的比重的水硬性粘结剂组合物所制备的轻质混凝土屋面瓦。

WO 00/61519公开了轻质混凝土，它包括大约40％-99％的有机聚合物材料和1％-大约60％的加气剂的共混物。该共混物用于制备使用聚苯乙烯骨料的轻质混凝土。该共混物要求分散聚苯乙烯骨料并改进在聚苯乙烯骨料和周围的水泥质粘结剂之间的粘结作用。

WO 01/66485公开了轻质水泥质混合物，含有(按体积)：5-80％水泥，10-65％膨胀聚苯乙烯颗粒；10-90％膨胀的矿物颗粒；和水，水的量足以在适当混合之后制备出具有基本上均匀的膨胀聚苯乙烯分布的糊料。

美国专利No.6,851,235公开了包括水、水泥和具有3.18mm(1/8英寸)到9.53mm(3/8英寸)的直径的膨胀聚苯乙烯(EPS)泡沫体珠粒的混合物的预制件(building block)，按照以下比例：68到95升(18到25加仑)水；150到190kg(325到425磅)水泥；和850到1400升(30到50立方英尺)预膨胀珠粒。

一般，现有技术认识到在混凝土组合物中使用一些形式的膨胀聚合物减少组合物的总重量的用处。该膨胀的聚合物主要被添加来占据空间并且在混凝土中产生空隙，并且在膨胀的聚合物中“气隙”的量通常被最大化以实现这一目的。一般，现有技术设想膨胀的聚合物颗粒将降低轻质混凝土组合物的强度和/或结构完整性。此外，从现有技术的轻质混凝土组合物制备的混凝土制品最好也只不过具有不一致的物理性能，如杨氏模量、热导率和抗压强度，和通常显示出物理特性差于所希望的物理特性。

在建筑物建造中的混凝土墙壁最常常通过首先安装两个平行模板壁和然后将混凝土浇注在两个模板之间的空间中来形成。在混凝土硬化之后，建设者然后拆卸模板，留下固化的混凝土墙壁。

这一现有技术具有缺点。混凝土墙壁的形成是低效率的，因为竖立模板、等到混凝土固化、和拆卸模板都需要时间。这一现有技术因此是高花费的、劳动密集的过程。

因此，已经开发了形成模块式混凝土墙壁的技术，它使用泡沫体绝缘材料。模块式模板壁彼此平行安装，连接用组件将两个模板壁相对于彼此固定在原位，同时混凝土被浇注在两者之间。然而，在混凝土固化之后该模板壁保持在原位。也就是说，由泡沫体绝缘材料构成的该模板壁是混凝土固化之后建筑物的永久部分。使用这一技术建造的混凝土墙壁能够在彼此之上堆叠许多层高，以便形成全部的建筑物墙壁。除了通过将模板壁保留为永久结构的一部分所获得的效率之外，该模板壁的材料常常为建筑物提供足够的绝缘作用。

虽然现有技术包括许多所建议的变化方案来实现在采用这一技术时的改进，但是每一种设计仍然存在缺点。现有技术中用于固定该墙壁的连接用组件是由(1)泡沫塑料，(2)高密度塑料，或(3)金属桥接件构造的，它们是非结构性的支撑体，即，一旦该混凝土固化，该连接用组件不发挥作用。尽管如此，这些构件提供了热和声音的绝缘功能并且长期以来被建筑工业所接受。

因此，当前的绝缘混凝土模板技术需要使用小的模塑的泡沫体模块(block)，通常具有12到24英寸高度和四英尺的标准长度。大量的水平和垂直接缝(在混凝土浇注过程中需要支撑件来正确地定位模块)限制了它们用于较短的壁长度和较低的壁高度。墙壁穿洞如窗和门需要以娴熟技术手段制造和工程设计的模板来承受在混凝土浇注过程中施加于它们上的压力。抹灰装修工匠难以将板墙悬挂在该系统上，归因于在板条(furring strips)中所模塑的定位件(locating)的问题。在现代设计中的金属或塑料板条在性质上是不连续的且通常嵌入在泡沫体面层之内。在当前的模块成型系统中存在的特性需要熟练劳动力，长的布局时间，工程设计的填塞(blocking)和支撑(shore)以及非传统的装饰技术。这导致形成更高花费的墙壁，它不适合于较大的墙壁建筑应用。当与传统的混凝土建筑技术相比时，在模块系统中放置、填塞、支撑和施加装饰所需要的高度熟练劳动力限制了此类系统的使用。

解决在较大布局上直而准确的墙壁问题的一个途径曾经是设计更大的模块。当前的现有制造技术将这一增加幅度限制到24英寸高度和八英尺长度。其它系统在使用金属或塑料连接件的二次操作中产生了以机械方式连接在一起的热线切(hot wire cut)相对泡沫塑料板。这些板通常具有48英寸宽度和8英尺高度和不含有连续板条。

然而，上述途径都没有充分地解决以下问题：在较高的墙高下模板外鼓(由于浇注的混凝土所施加的压力)，利用不熟练劳动力时的快速和容易建筑，和利用易于确定的连接点装饰该墙壁的容易性。

因此，在现有技术中仍然需要可提供具有可预测的和希望的物理特性的轻质混凝土制品的轻质混凝土组合物，以及需要克服了上述问题的具有内部填塞和支撑构件的复合预制建筑板和绝缘混凝土模板。

发明概述

本发明提供轻质水泥质组合物，它含有22-90体积百分数的水泥组合物和10-78体积百分数的具有0.2mm到8mm的平均粒径、0.03g/cc到0.64g/cc的堆积密度和1到3的长径比的颗粒，其中在轻质水泥质组合物固化之后，它具有根据ASTM C39测试的至少1700psi的抗压强度。

本发明还提供以混凝土砌筑构件(CMU)、建筑制品、预浇铸/预应力建筑制品、建筑板或道路床的形式固化的上述轻质水泥质组合物。

本发明此外提供制造优化的轻质混凝土制品的方法，它包括：

鉴定凝固的轻质混凝土组合物的所需密度和强度性能；

确定待用于轻质混凝土组合物中的聚合物珠粒的类型、尺寸和密度；

确定聚合物珠粒所要膨胀到的尺寸和密度；

任选地使聚合物珠粒膨胀以形成膨胀的聚合物珠粒；

将聚合物珠粒分散在水泥质混合物中以形成轻质混凝土组合物；和

让轻质混凝土组合物以所需形式凝固。

本发明另外提供复合建筑板，它包括：

中心体，它基本上呈现平行六面体形状，包括膨胀聚合物基质，具有相对的面层，顶表面，和相对的底表面；

在所述相对的面层之间纵向延伸穿过该中心体的至少一个嵌入框架立筋，它具有嵌入在该膨胀聚合物基质中的第一末端，远离该中心体的底表面延伸的第二末端，和在该嵌入立筋的第一末端和该中心体的底表面之间位于该嵌入立筋中的一个或多个膨胀孔，其中该中心体包括膨胀通过该膨胀孔的聚合物基质；和

覆盖该顶表面和/或底表面的至少一部分的含有上述轻质水泥组合物的混凝土层。

本发明还提供复合楼板，它包括：

中心体，它基本上呈现平行六面体形状，包括膨胀聚合物基质，具有相对的面层，顶表面，和相对的底表面；和

在所述相对的面层之间纵向延伸穿过该中心体的两个或更多个嵌入楼板搁栅，它具有嵌入在该膨胀聚合物基质中的第一末端，远离该中心体的底表面延伸的第二末端，和在该嵌入搁栅的第一末端和该中心体的底表面之间位于该嵌入搁栅中的一个或多个膨胀孔，其中所述第一末端具有从一般与该顶表面接触或延伸到该顶表面之上的第一末端延伸的第一横向构件，所述第二末端具有从第二末端延伸的第二横向构件；和

其中，该中心体包括膨胀通过该膨胀孔的聚合物基质；

其中该嵌入搁栅包括在该中心体的底表面和该嵌入搁栅的第二末端之间位于该嵌入搁栅中的一个或多个公用设施孔而且由该中心体的底表面和该嵌入搁栅的第二末端限定的空间适合用于容纳公用设施管线；

其中含有上述轻质水泥质组合物的混凝土层覆盖该顶表面和/或底表面的至少一部分；和

其中该复合楼板一般垂直于承重墙和/或地基来定位。

本发明进一步提供绝缘混凝土结构，它包括：

第一主体，它基本上呈现平行六面体形状，包括膨胀聚合物基质，具有相对的面层，第一表面，和相对的第二表面；

第二主体，它基本上呈现平行六面体形状，包括膨胀聚合物基质，具有相对的面层，第一表面，和相对的第二表面；和

在各主体的该第一表面之间纵向延伸穿过该第一主体和该第二主体的一个或多个增强用嵌入立筋，它具有嵌入在该第一主体的膨胀聚合物基质中的第一末端和嵌入在该第二主体的膨胀聚合物基质中的第二末端，位于嵌入在该第一主体和该第二主体中的嵌入立筋部分中的一个或多个膨胀孔；

其中，该第一主体和该第二主体包括膨胀通过该膨胀孔的聚合物基质；而且在该第一主体和该第二主体的第一表面之间限定的空间能够接受被浇注在其中的混凝土；和

其中，含有上述轻质水泥质组合物的混凝土层填充在该第一主体的第一表面和该第二主体的第一表面之间的空间的至少一部分。

本发明另外提供轻质结构单元，它包括：

芯，具有第一主面和第二主面，该芯包括实心凝固的轻质水泥质组合物，该轻质水泥质组合物包括22到90体积百分数的水泥组合物和10到78体积百分数的具有0.2mm到8mm的平均粒径、0.03g/cc到0.64g/cc的堆积密度、1到3的长径比的颗粒；

施加在该第一主面的至少一部分上的第一面覆盖层；和

施加在该第二主面的至少一部分上的第二面覆盖层。

附图简述

图1显示了根据本发明的预制绝缘混凝土模板的平面顶视图；

图2显示了根据本发明的预制绝缘混凝土模板的平面顶视图；

图3显示了根据本发明的预制绝缘混凝土模板的横截面视图；

图4显示了用于本发明中的立筋的部分透视图；

图5显示了根据本发明的预制绝缘混凝土模板的透视图；

图6显示了根据本发明的绝缘混凝土模板的混凝土和立筋部分的透视图；

图7显示了根据本发明的绝缘混凝土模板的混凝土和立筋部分的透视图；

图8显示了用于本发明中的立筋的部分透视图；

图9显示了根据本发明的绝缘混凝土模板系统的平面视图；

图10显示了根据本发明的绝缘混凝土模板墙角单元；

图11显示了根据本发明的混凝土复合预制翻起施工绝缘板的横截面视图；

图12显示了根据本发明的混凝土复合预制翻起施工绝缘板的横截面视图；

图13显示了用于制造图11和12中的混凝土复合预制翻起施工绝缘板的增强体的横截面视图；

图14显示了用于制造图13中的增强体以及图11和12中的混凝土复合预制翻起施工绝缘板的嵌入金属立筋的透视图；

图15显示了根据本发明的混凝土复合预制翻起施工绝缘板的横截面视图；

图16显示了用于制造图15中的混凝土复合预制翻起施工绝缘板的增强体的横截面视图；

图17显示了根据本发明的混凝土复合预制翻起施工绝缘板的横截面视图；和

图18显示了用于制造图16中的增强体以及图13和15中的混凝土复合预制翻起施工绝缘板的嵌入金属立筋的透视图；

图19显示了根据本发明的预制建筑板的横截面视图；

图20显示了根据本发明的预制建筑板的横截面视图；

图21显示了根据本发明的预制建筑板的横截面视图；

图22显示根据本发明的混凝土复合预制建筑板系统的横截面视图；

图23显示了根据本发明的楼面系统的透视图；

图24显示了根据本发明的楼面系统的透视图；

图25显示了根据本发明的建筑方法的透视图；

图26显示了根据本发明的水平轨道的部分透视图；

图27是用于本发明中的预膨胀珠粒的表面的扫描电子显微照片；

图28是用于本发明中的预膨胀珠粒的内部的扫描电子显微照片；

图29是用于本发明中的预膨胀珠粒的表面的扫描电子显微照片；

图30是用于本发明中的预膨胀珠粒的内部的扫描电子显微照片；

图31是用于本发明中的预膨胀珠粒的表面的扫描电子显微照片；和

图32是用于本发明中的预膨胀珠粒的内部的扫描电子显微照片。

发明详述

除了在操作实施例中或另外指明时除外，否则对于在说明书和权利要求中所使用的成分量、反应条件等所涉及的全部数值或表达被理解为在一切情况下被术语“约”修饰。因此，除非有相反指示，否则在下面的说明书和所附权利要求中给出的数值参数是能够取决于本发明希望获得的所需性能而变化的近似值。至少，并且不试图将等同物的原则应用限于权利要求的范围，各数值参数应该至少按照报道的有效数字的数值并采用寻常的四舍五入技术来解释。

尽管表达本发明的宽范围的数值范围和参数是近似的，但是在特定实施例中给出的数值尽可能准确地报道。然而，任何数值固有地含有由在它们各自的试验测量中存在的标准偏差所必然产生的某些误差。

同样，应该理解的是，在这里列出的任何数值范围旨在包括包含在其中的全部子范围。例如，“1-10”的范围是指在所列举的最小值1与所列举的最大值10之间(并包括1和10两者)的全部子范围；即，具有等于或大于1的最小值和等于或小于10的最大值。因为所公开的数值范围是连续的，它们包括在最小值和最大值之间的每一数值。除非另外特意指明，否则在本说明书中指定的各种数值范围是近似值。

在这里使用的术语“可成型的材料”指能够被调控和放入到预定形状和/或尺寸的封闭空间中的液体、半固体、粘弹性、和/或其它合适形式的任何材料，在其中该材料通过冷却、固化、和/或凝固变成固体。

在这里使用的术语“含有空隙空间的颗粒”指包含泡孔和/或蜂窝型腔室(其中的至少一些是完全封闭的，含有空气或特定的气体或气体的结合物)的膨胀的聚合物颗粒、预膨胀颗粒、和其它颗粒，作为在这里描述的预膨胀颗粒的非限制性例子。

在这里使用的术语“水泥”和“水泥质”指粘结混凝土或其它整体型产品的材料，不是最终产品本身。尤其，水硬性水泥指在足够量的水存在下经历水合反应发生凝固和硬化以产生最终硬化产品的材料。

在这里使用的术语“水泥质混合物”指包括水泥材料、以及一种或多种填料、助剂或现有技术中已知的其它材料的组合物，所述组合物可以形成淤浆，所述淤浆在固化之后硬化。水泥材料包括，但不限于，水硬性水泥、石膏、石膏组合物、生石灰等等，并且可以包括或不包括水。助剂和填料包括，但不限于砂、粘土、飞灰、骨料、加气剂、着色剂、减水剂/超级塑化剂，等等。

在这里使用的术语“混凝土”指通过将水泥质混合物与足够的水混合以引起水泥质混合物凝固并将全部物料粘接的一种硬质高强度建筑材料。

在这里使用的术语“(甲基)丙烯酸”和“(甲基)丙烯酸酯”旨在包括丙烯酸和甲基丙烯酸的衍生物，如常常称为丙烯酸酯和(甲基)丙烯酸酯的相应烷基酯(术语“(甲基)丙烯酸酯”在含义上所包含的)。

在这里使用的术语“聚合物”包括，但不限于，均聚物、共聚物、接枝共聚物、以及它们的共混物和结合物。

在最宽的范围中，本发明提供了控制成型制品中的空气夹带的方法。该成型制品能够从任何可成型的材料制备，其中含有空隙空间的颗粒用来以结构上承载的方式夹带空气。任何合适的可成型材料都能够使用，只要含有空隙空间的颗粒在成型工艺过程中不会被损坏。同样地，当使用合适的颗粒时，可成型的材料可以是水泥质组合物，金属，陶瓷，塑料，橡胶，或复合材料。

可用于本发明中的金属包括，但不限于，铝，铁，钛，钼，镍，铜，它们的结合物和合金。合适的陶瓷包括无机材料如陶器、搪瓷和耐火材料，并且包括但不限于金属硅酸盐，金属氧化物，金属氮化物和它们的结合物。合适的塑料包括，但不限于，聚烯烃，乙烯基芳族单体的均聚物；乙烯基芳族单体的共聚物，聚(甲基)丙烯酸酯，聚碳酸酯，聚酯，聚酰胺，和它们的结合物。合适的橡胶包括天然橡胶，合成橡胶和它们的结合物。

在这里使用的术语“复合材料”指包括具有不同物理特性的两种或更多种物质的固体材料，其中各物质为整体贡献所需性能的同时保持其属性。作为非限制性例子，复合材料能够包括由内部嵌入了纤维材料如碳化硅、玻璃纤维、聚芳酰胺纤维等的塑料制成的结构材料。

对颗粒进行选择以使得它们在成型工艺过程中不熔化或另外受到损坏。例如，聚合物颗粒典型地不用于金属成型操作中。从中能够选择出含有空隙的颗粒的合适材料包括聚合物、塑料、陶瓷和类似物。当使用聚合物和/或塑料时，它们能够是如下所述的膨胀材料。当使用陶瓷时，它们在形成后在其中有空隙。作为非限制性例子，陶瓷能够通过将聚合物引入其中(该聚合物随后被烧掉从而在陶瓷中留下空隙空间)而形成。带有空隙空间的陶瓷然后能够用于金属中以提供轻质成型金属部件。

因此，本发明涉及控制空气夹带的方法，其中通过将可成型的材料和含有空隙空间的颗粒掺混以提供混合物和然后将该混合物放入到模板中来形成制品。

虽然本申请详细地公开了含有聚合物颗粒的水泥质混合物，但是在这里描述的概念和实施方案能够由本领域中的那些技术人员应用于如上所述的其它应用中。

本发明的实施方案涉及包括水泥质混合物和聚合物颗粒的轻质混凝土(LWC)组合物。已经令人吃惊地发现，膨胀的聚合物颗粒的尺寸、组成、结构、和物理性能、以及在一些情况下它们的树脂珠粒前体能够显著地影响从本发明的LWC组合物制备的LWC制品的物理性能。特别需要指出的是在珠粒尺寸和膨胀的聚合物颗粒密度之间的关系对于所得LWC制品的物理性能的影响。

在本发明的一个实施方案中，该水泥质混合物能够是含水水泥质混合物。

聚合物颗粒，它能够任选地是膨胀的聚合物颗粒，在LWC组合物中的存在含量是至少10体积百分数，在有些情况下至少15，在其它情况下至少20，在特定情形下至少25，在一些情况下至少30，和在其它情况下至少35体积百分数和至多78体积百分数，在有些情况下至多75，在其它情况下至多65，在特定情况下至多60，在一些情况下至多50，和在其它情况下至多40体积百分数，以LWC组合物的总体积为基础。聚合物的量将取决于在最终LWC制品中所需的特定物理性能而变化。在LWC组合物中聚合物颗粒的量能够是上述任何值或介于以上列举的任何数值之间。

聚合物颗粒能够包括从任何合适的可膨胀的热塑性材料衍生的任何颗粒。实际聚合物颗粒以最终LWC制品中所需的特定物理性能为基础来选择。作为非限制性例子，聚合物颗粒，它能够任选地是膨胀的聚合物颗粒，能够包括一种或多种聚合物，所述聚合物选自：乙烯基芳族单体的均聚物；至少一种乙烯基芳族单体与二乙烯基苯、共轭二烯、甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸烷基酯、丙烯腈、和/或马来酸酐中的一种或多种的共聚物；聚烯烃；聚碳酸酯；聚酯；聚酰胺；天然橡胶；合成橡胶；和它们的结合物。

在本发明的一个实施方案中，聚合物颗粒包括热塑性均聚物或共聚物，它们选自：从包括苯乙烯、异丙基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、环上(nuclear)甲基苯乙烯、氯苯乙烯、叔丁基苯乙烯和类似物在内的乙烯基芳族单体衍生的均聚物，以及由如上所述的至少一种乙烯基芳族单体与一种或多种其它单体(非限制性例子是二乙烯基苯、共轭二烯(非限制性例子是丁二烯、异戊二烯、1，3-和2，4-己二烯)、甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸烷基酯、丙烯腈、和马来酸酐)的共聚合反应制备的共聚物，其中该乙烯基芳族单体是以共聚物的至少50wt％的量存在。在本发明的一个实施方案中，使用苯乙烯类聚合物，特别地是聚苯乙烯。然而，其它合适聚合物也能够使用，比如聚烯烃(例如聚乙烯，聚丙烯)、聚碳酸酯、聚苯醚、和它们的混合物。

在本发明的特定实施方案中，聚合物颗粒是可膨胀的聚苯乙烯(EPS)颗粒。这些颗粒能够采取便于膨胀和模塑操作的珠粒、细粒、或其它的形式。

在本发明中，在悬浮工艺中聚合而成的基本上是球形树脂珠粒的颗粒可用作聚合物颗粒或用于制造膨胀的聚合物颗粒。然而，从溶液和本体聚合技术形成的、能够被挤出和切割成颗粒尺寸的树脂珠粒片段的聚合物也可以使用。

在本发明的一个实施方案中，含有这里所述的聚合物或聚合物组合物中的任何一种的树脂珠粒(未膨胀的)具有至少0.2mm，在一些情况下至少0.33，在一些情况下至少0.35，在其它情况下至少0.4，在有些情况下至少0.45和在其它情况下至少0.5mm的粒度。同时，该树脂珠粒能够具有至多3mm，在有些情况下至多2，在其它情况下至多2.5，在一些情况下至多2.25，在其它情况下至多2，在一些情况下至多1.5和在其它情况下至多1mm的粒度。在本实施方案中，当粒度不在上述范围之内的树脂珠粒用于制备该膨胀的聚合物颗粒时，根据本发明制备的LWC制品的物理性能具有不一致的或不希望有的物理性能。在本实施方案中使用的树脂珠粒能够是上述任何值或介于以上列举的任何数值之间。

可膨胀的热塑性颗粒或树脂珠粒能够任选地通过使用任何常规方法用合适的发泡剂浸渍。作为非限制性例子，该浸渍能够通过在聚合物的聚合过程中将发泡剂添加到含水悬浮液中，或另外通过将聚合物颗粒再悬浮在含水介质中和然后引入发泡剂(按照在美国专利No.2,983,692中教导的那样)来实现。任何气态材料或在加热时将产生气体的材料能够用作发泡剂。常规的发泡剂包括在分子中含有4到6个碳原子的脂族烃，如丁烷、戊烷、己烷、和卤代烃，例如CFC和HCFC，它们在低于所选择聚合物的软化点的温度下沸腾。这些脂族烃发泡剂的混合物也能够使用。

可选地，水能够与这些脂族烃发泡剂掺混或水能够用作唯一的发泡剂，如在美国专利Nos.6,127,439；6,160,027；和6,242,540中所教导的，在这些专利中使用保水剂。用作发泡剂的水的重量百分数能够是1-20％。美国专利Nos.6,127,439、6,160,027和6,242,540的文本被引入在这里供参考。

该浸渍的聚合物颗粒或树脂珠粒任选地膨胀到至少0.5lb/ft³(0.008g/cc)，在一些情况下至少1.25lb/ft³(0.02g/cc)，在其它情况下至少1.5lb/ft³(0.024g/cc)，在一些情形下至少1.75lb/ft³(0.028g/cc)，在一些情况下至少2lb/ft³(0.032g/cc)，在其它情况下至少3lb/ft³(0.048g/cc)和在特定情况下至少3.25lb/ft³(0.052g/cc)或3.5lb/ft³(0.056g/cc)的堆积密度。当使用非膨胀的树脂珠粒时，能够使用更高堆积密度的珠粒。这样的话，堆积密度能够高达40lb/ft³(0.64g/cc)。聚合物颗粒的堆积密度能够是上述任何值或介于以上列举的任何数值之间。

膨胀步骤通常利用任何常规的加热介质如蒸汽、热空气、热水、或辐射热加热该浸渍的珠粒来进行。完成浸渍的热塑性颗粒的预膨胀的一种普遍接受的方法已在美国专利No.3,023,175中教导。

浸渍的聚合物颗粒能够是发泡的多孔聚合物颗粒，如在美国专利申请序列No.10/021,716中所教导，它的教导内容被引入在这里供参考。该发泡的多孔颗粒能够是膨胀的并且含有低于14wt％，在一些情形下低于6wt％，在一些情况下约2wt％到约5wt％，和在其它情况下约2.5wt％到约3.5wt％的挥发性发泡剂(以聚合物重量为基础)的聚苯乙烯。

能够包括在根据本发明的膨胀的热塑性树脂或聚合物颗粒中的聚烯烃和原位聚合的乙烯基芳族单体的互聚物已公开在美国专利Nos.4,303,756和4,303,757和美国申请公开2004/0152795中，它们的相关部分在这里被引入供参考。

聚合物颗粒能够包括通常的成分和添加剂，如阻燃剂，颜料，染料，着色剂，增塑剂，脱模剂，稳定剂，紫外线吸收剂，防霉剂，抗氧化剂，杀鼠剂，驱虫剂，等等。典型的颜料包括，没有限制，无机颜料如炭黑，石墨，可膨胀的石墨，氧化锌，二氧化钛，和氧化铁，以及有机颜料如喹吖啶酮红和喹吖啶酮紫，和酞菁铜蓝和酞菁铜绿。

在本发明的一个特定实施方案中该颜料是炭黑，此类材料的非限制性例子是可从NOVA Chemicals Inc.获得的EPS 

在本发明的另一个特定实施方案中该颜料是石墨，此类材料的非限制性例子是可从BASF Aktiengesellschaft Corp.，Ludwigshafen amRhein，Germany获得的

当材料如炭黑和/或石墨包括在聚合物颗粒中时，提供了改进的绝缘性质，这可通过含有炭黑或石墨的材料的更高R值来说明(使用ASTM-C578测定)。同样地，含有炭黑和/或石墨的膨胀的聚合物颗粒或从此类聚合物颗粒制备的材料的R值比对于不含有炭黑和/或石墨的颗粒或所得制品所观察到的值高至少5％。

该膨胀的聚合物颗粒能够具有至少0.2，在一些情况下至少0.3，在其它情况下至少0.5，在一些情况下至少0.75，在其它情况下至少0.9和在有些情况下至少1mm的平均粒度，并且能够是至多8，在一些情况下至多6，在其它情况下至多5，在一些情况下至多4，在其它情况下至多3，和在有些情况下至多2.5mm的平均粒度。当膨胀的聚合物颗粒的粒度太小或太大时，使用本发明LWC组合物制备的LWC制品的物理性能是不希望的。膨胀的聚合物颗粒的平均粒度能够是上述任何值并介于以上列举的任何数值之间。膨胀的聚合物颗粒的平均粒度能够通过使用激光衍射技术测定或通过使用现有技术中公知的机械分离方法根据筛目尺寸的筛选方法来测定。

在本发明的一个实施方案中，聚合物颗粒或膨胀的聚合物颗粒具有最低的平均泡孔壁厚度，它有助于为使用本发明LWC组合物所制成的LWC制品提供所需的物理特性。该平均泡孔壁厚度和内部泡孔尺寸能够使用现有技术中已知的扫描电子显微镜技术测定。膨胀的聚合物颗粒能够具有至少0.15μm，在一些情况下至少0.2μm和在其它情况下至少0.25μm的平均泡孔壁厚度。不希望受任何特定理论束缚，可以相信，当具有上述尺寸的树脂珠粒膨胀到上述密度时得到了所需的平均泡孔壁厚度。

在本发明的一个实施方案中，将聚合物珠粒任选地膨胀以形成膨胀的聚合物颗粒，使得实现如上所述的所需泡孔壁厚度。虽然许多变量能够影响到壁厚，但是在本实施方案中希望限制聚合物珠粒的膨胀，以便实现所需壁厚和所得到的膨胀的聚合物颗粒强度。优化处理步骤和发泡剂能够使聚合物珠粒膨胀到最低0.5 lb/ft³。膨胀的聚合物的这一性能，堆积密度，可以由pcf(lb/ft³)或由膨胀系数(cc/g)表述。

在这里使用的术语“膨胀系数”指一定重量的膨胀的聚合物珠粒占据的体积，典型地表示为cc/g。

为了提供具有所需泡孔壁厚度和强度的膨胀的聚合物颗粒，膨胀的聚合物颗粒不膨胀到它们的最高膨胀系数；因为这样的极端膨胀会得到具有不希望有的薄泡孔壁和不充足的强度的颗粒。同样地，聚合物珠粒能够膨胀到它们的最高膨胀系数的至少5％，在一些情况下至少10％，和在其它情况下至少15％。然而，为了不使泡孔壁厚度太薄，将聚合物珠粒膨胀到它们的最高膨胀系数的至多80％，在一些情况下至多75％，在其它情况下至多70％，在有些情况下至多65％，在其它情况下至多60％，在一些情况下至多55％，和在其它情况下至多50％。聚合物珠粒能够膨胀到如上所述的任何程度或该膨胀度可介于以上列举的任何数值之间。典型地，当配制到本发明的水泥质组合物中时聚合物珠粒或预膨胀珠粒不进一步膨胀，并且在水泥质组合物凝固、固化和/或硬化时不进一步膨胀。

在这里使用的术语“预膨胀”指可膨胀的颗粒、树脂和/或珠粒，它们已经膨胀，但没有膨胀到它们的最高膨胀系数。

该预膨胀或膨胀的聚合物颗粒典型地具有泡孔结构或蜂窝状内部部分和一般光滑连续的聚合物表面作为外表面(即基本上连续的外层)。光滑连续的表面能够通过使用扫描电子显微镜(SEM)技术在1000x放大倍数下观察。SEM观察结果没有表明在预膨胀或膨胀的聚合物颗粒的外表面中存在孔。截切预膨胀或膨胀的聚合物颗粒的截面和采用SEM观察揭示了预膨胀或膨胀的聚合物颗粒的内部的一般蜂窝状结构。

聚合物颗粒或膨胀的聚合物颗粒能够具有任何横截面形状，所述形状使得能够在LWC制品中提供所希望的物理特性。在本发明的一个实施方案中，该膨胀的聚合物颗粒具有圆形、卵形或椭圆形截面形状。在本发明的实施方案中，该预膨胀或膨胀的聚合物颗粒具有1，在一些情况下至少1的长径比，该长径比能够是至多3，在一些情况下至多2和在其它情况下至多1.5。预膨胀或膨胀的聚合物颗粒的长径比能够是上述任何值或介于以上列举的任何值之间。

该水泥质混合物是以基于LWC组合物的至少22体积百分数，在一些情况下至少40体积百分数和在其它情况下至少50体积百分数的含量存在于LWC组合物中，并且能够以至多90体积百分数，在一些情况下至多85体积百分数，在其它情况下至多80体积百分数，在特定情况下至多75，在一些情况下至多70，在其它情况下至多65，和在有些情况下至多60体积百分数的含量存在。该水泥质混合物能够以任何上述含量存在于LWC组合物中并且能够介于任何上述含量之间。

在本发明的一个实施方案中，该水泥质混合物包括水硬性水泥组合物。该水硬性水泥组合物能够以至少，在某些情形下至少5，在一些情况下至少7.5，和在其它情况下至少9体积百分数的含量存在，并且能够以至多40，在一些情况下至多35，在其它情况下至多32.5，和在有些情况下至多30体积百分数的含量存在，基于水泥质混合物。该水泥质混合物能够包括任何上述含量或在任何上述含量之间的那些含量的水硬性水泥组合物。

在本发明的特定实施方案中，该水硬性水泥组合物能够是选自波特兰水泥、火山灰水泥、石膏水泥(gypsum cement)、高铝水泥、镁氧水泥、硅石水泥、和矿渣水泥中的一种或多种材料。

在本发明的一个实施方案中，该水泥质混合物能够任选地包括现有技术中已知的其它骨料和助剂，其中包括但不限于砂，额外的骨料，增塑剂和/或纤维。合适的纤维包括，但不限于，玻璃纤维，碳化硅，聚芳酰胺纤维，聚酯，碳纤维，复合材料纤维，玻璃纤维，和它们的结合物以及含有上述纤维的织物，含有上述纤维的结合物的织物。

能够用于本发明中的纤维的非限制性例子包括可以从TechFab，LLC，Anderson，SC商购的和

可以从E.I.du Pontde Nemours and Company，Wilmington，DE商购的

可以从Teijin Twaron B.V.，Arnheim，the Netherlands商购的可以从Honeywell International Inc.，Morristown，NJ商购的

可以从Invista North America S.A.R.L.Corp.，Willmington，DE商购的和可以从Hoechst Cellanese Corp.，New York，NY商购的

该纤维能够以网状结构、缠结、交织的方式使用，并且在任何所希望的方向上取向。

进一步关于这一实施方案，额外的骨料能够包括，但不限于，选自普通的骨料如砂，石，和砾石中的一种或多种材料。普通的轻质骨料能够包括碾碎的粒状高炉矿渣，飞灰，玻璃，硅石，膨胀板岩和粘土；绝缘骨料如浮石，珍珠岩，蛭石，火山岩渣，和硅藻土；LWC骨料如膨胀页岩，膨胀板岩，膨胀粘土，膨胀矿渣，煅制二氧化硅，制成粒状的骨料，挤出的飞灰，凝灰岩，和macrolite；和砌筑用骨料如膨胀页岩，粘土，板岩，膨胀高炉矿渣，烧结的飞灰，煤渣，浮石，火山岩渣，和制成粒状的骨料。

当包括时，其它骨料和助剂是以水泥质混合物的至少0.5体积百分数，在一些情况下至少1，在其它情况下至少2.5，在有些情况下至少5和在其它情况下至少10体积百分数的含量存在于该水泥质混合物中。同时，其它骨料和助剂能够以水泥质混合物的至多95，在一些情况下至多90，在其它情况下至多85，在有些情况下至多65和在其它情况下至多60体积百分数的含量存在。其它骨料和助剂能够以任何如上所述的含量或以介于任何如上所述的含量之间的含量存在于水泥质混合物中。

该水泥质混合物、膨胀的聚合物颗粒、和任何其它骨料和助剂通过使用现有技术中公知的方法进行混合。在本发明的一个实施方案中，液体，在有些情况下是水，也被混合到其它成分中。

在本发明的一个实施方案中，该混凝土组合物是分散体，其中该水泥质混合物至少部分地提供连续相而且聚合物颗粒和/或膨胀的聚合物颗粒作为离散颗粒在连续相中的分散相而存在。

作为本发明的特定和非限制性实施方案，该混凝土组合物基本上不含用于稳定分散体的润湿剂或分散剂。

作为本发明的非限制性实施方案和不希望受任何单一理论的束缚，能够影响到本发明LWC组合物的特性的一些关键因素将包括膨胀树脂珠粒的体积分数、平均膨胀珠粒尺寸和由混凝土内部的珠粒间间隔产生的微观结构。在这一实施方案中，珠粒间间隔能够通过使用二维模型来评估。为了简单描述起见，珠粒间间隔能够限于珠粒半径。另外地并且在含义上无论如何不限制本发明，在本实施方案中可以假设：珠粒以立方晶格排列，没有考虑在LWC组合物中的珠粒尺寸分布，而且没有考虑在横截面上膨胀珠粒面积的分布。为了计算每种试样的珠粒数目，假设三维试验圆柱体。

根据以下方程式1表述，膨胀珠粒尺寸越小，为了维持相同的膨胀珠粒体积分数所需要的膨胀珠粒的数目越多。随着膨胀珠粒的数目按指数规律增加，在膨胀珠粒之间的间隔会减少。

N_b＝K/B³               (1)

N_b表示膨胀珠粒的数目。

具有直径D和高度H(通常2”×4”或6”×12”)、含有平均膨胀珠粒直径B的分散的膨胀聚合物珠粒、和具有给定的体积分数V_d的LWC试样将含有由方程式1得出的一定量的膨胀聚合物珠粒N_b：

需要指出的是，N_b与膨胀聚合物珠粒直径的立方成反比。比例常数，K＝1.5V_dHD²，是仅仅依赖于样品尺寸和膨胀聚合物珠粒的体积分数的数值。因此对于给定的样品尺寸和已知的膨胀聚合物珠粒体积分数，随着珠粒直径减少，珠粒的数目提高到三次幂。

为非限制性例子，对于2”×4”LWC试样，在90pcf(lb/ft³)(对应于膨胀的聚合物珠粒43％体积分数，具有1.25pcf的预膨胀堆积密度)，对于从0.65mm珠粒分别到0.4mm和0.33mm珠粒而言，珠粒的数目将分别增加四倍和七倍。在2.08pcf下，珠粒的数目的增加对于0.4mm和0.33mm珠粒分别是六倍和七倍。在5pcf下，该增加分别是两倍和三倍。因此，密度与珠粒尺寸相关。正如以下所示，该密度也影响泡孔壁厚度。由膨胀珠粒填充的混凝土基质的强度典型地受到泡孔壁劲度和厚度的影响。

在本发明的一个实施方案中，当假设单分散球形泡孔时，将能够通过方程式2显示平均泡孔直径d与平均壁厚δ相关：

$d=\mathrm{\δ}/(\frac{1}{\sqrt{1-\mathrm{\ρ}/{\mathrm{\ρ}}_s}}-1)---\left(2\right)$

其中ρ是泡沫体的密度和ρ_s是实心聚合物珠粒的密度。

因此对于给定的聚合物，取决于所使用的特定膨胀方法，能够获得相同泡孔壁厚度(在给定的泡孔尺寸下)或在不同δ值下的相同泡孔尺寸。该密度不仅通过泡孔尺寸，而且通过改变泡孔壁的厚度来控制。

下表举例说明了对于三种类型的珠粒，膨胀聚合物珠粒密度随着珠粒尺寸而发生变化。

 

珠粒尺寸μm	密度(pcf)	泡沫体粒度(mm)	膨胀系数(cc/g)	43％体积分数的珠粒的平均数目
					650	2.00	1.764	31	96,768
650	3.00	1.541	21	145,152
					650	4.00	1.400	16	193,536
400	2.00	1.086	31	415,233
					400	3.00	0.949	21	622,849
400	4.00	0.862	16	830,466
					330	2.00	0.896	31	739,486
330	3.00	0.783	21	1,109,229
					330	4.00	0.711	16	1,478,972

所需的微观结构和/或形态能够分成不同的类型。第一种是具有特殊界面的双连续的或共连续的复合材料，和第二种由在连接的基质中的特殊包含物构成。双连续和单一连接的微观结构两者的有效性能由已知的最佳交叉性能边界(cross-property bound)来表述。

在很多情况下，该珠粒越小，为了维持相同的膨胀聚合物珠粒体积分数所需要的珠粒的数目越大，如方程式1所表述。随着珠粒的数目按指数规律增加，在珠粒之间的间距减少。

最佳边界能够由许多代表临界值或极限值的关系来表述。作为非限制性例子，对于给定的体积分数，常常有与以下珠粒的临界数目有关的临界珠粒尺寸：该珠粒能够被分散以提供所需的形态，使得全部的珠粒被隔离和混凝土是单一连接的。还有可能形成以下形态，其中全部的珠粒是非隔离的，而是接触的。

通过使用

(可从ANSYS Inc.，Canonsburg，PA获得的有限元分析程序)进行二维横截面的有限元分析。在横截面的有限元网络中，将珠粒模型设计为在单一连接的混凝土基质中的非接触的或隔离的圆。

结果表明，在荷载下，应力在垂直于荷载轴的方向上积聚。最高应力集中是在膨胀聚合物珠粒之间的水平边界上，它倾向于从圆形变形为椭圆形。

在本发明的特定实施方案中，该混凝土组合物含有至少一些以立方晶格或六方晶格排列的膨胀的聚合物颗粒。

在本发明的一个实施方案中，本发明的LWC组合物基本上不含加气剂，它典型地被添加在混凝土的批料中以产生气泡或空隙。

在本发明的另一个实施方案中，LWC组合物能够包括增强纤维。此类纤维用作增强组分，具有大的长径比，也就是说，它们的长度/直径比是高的，这样使得荷载跨越潜在断裂点而转移。虽然能够使用比水泥质混合物的基质有更高杨氏模量的任何材料，合适纤维的非限制性例子包括大约一到一又四分之三英寸长度的玻璃纤维束，聚丙烯纤维和如上所述的其它纤维。

根据本发明的LWC组合物能够通过使用现有技术中公知的方法凝固和/或硬化以形成最终的混凝土制品。

含有本发明的LWC组合物的凝固和/或硬化的最终混凝土制品的密度能够是至少40lb/ft³(0.64g/cc)，在一些情况下至少45lb/ft³(0.72g/cc)和在其它情况下至少50lb/ft³(0.8g/cc)，和该密度能够是至多130lb/ft³(2.1g/cc)，在一些情况下至多120lb/ft³(1.9g/cc)，在其它情况下至多115lb/ft³(1.8g/cc)，在一些情况下至多110lb/ft³(1.75g/cc)，在其它情况下至多105lb/ft³(1.7g/cc)，在有些情况下至多100lb/ft³(1.6g/cc)，和在其它情况下至多95lb/ft³(1.5g/cc)。本发明混凝土制品的密度能够是上述任何值和能够介于以上列举的任何数值之间。

即便不是全部的，该LWC组合物也能够用于大部分的使用传统混凝土配制料的那些应用中。作为非限制性例子，本发明的LWC组合物能够用于结构和建筑应用中，非限制性例子是界墙，ICF或SIP结构，鸟池，台阶，屋顶板，护墙板，板墙，水泥板，建筑物的装饰性柱状物或拱道，等等，家具或家用应用如柜台顶板，地板内辐射加热系统，地板(一级和二级)，翻起施工墙(tilt-up wall)，夹层墙板，作为水泥石灰砂浆拉毛造型涂料，道路和机场安全应用如制动壁，Jersey隔板，隔音物和壁，挡土墙，跑道制动系统，引气混凝土，跑道运货汽车斜坡道，流动性可挖掘回填物，以及公路建设应用如路基材料和桥面板材料。

另外，根据本发明的LWC制品容易接受螺钉的直接连接，作为非限制性例子，板墙螺钉和钉子，它们能够由传统的、气动的、或粉末驱动的设备来连接。这使得材料如胶合板、板墙、立筋和通常用于建筑工业中的其它材料容易连接，该连接采用传统的混凝土配制料无法完成。

当本发明的LWC组合物用于路基建筑时，聚合物颗粒能够协助防止和/或将裂纹扩展最小化，尤其当牵涉到水的冷冻-融化时。

在本发明的一个实施方案中，根据本发明的凝固和/或硬化的LWC组合物用于结构应用中，并且具有至少1500psi(105.5kgf/cm²)，在一些情况下至少1700psi(119.5kgf/cm²)，在其它情况下至少1800psi(126.5kgf/cm²)，在有些情况下至少1900psi，和在其它情况下至少2000psi(140.6kgf/cm²)的用于负载砖石建筑结构应用的最低抗压强度。对于结构用轻质混凝土，该组合物能够具有至少2500psi(175.8kgf/cm²)的最低抗压强度。抗压强度根据ASTM C39测定。

本发明的组合物非常适合于模塑建筑制品和材料的制造，它们的非限制性例子包括墙板(其中包括翻起施工墙板)，T形梁，双T形梁，屋面瓦，屋面板，顶棚镶板，楼板，工字梁，基墙等等。该组合物显示出比现有技术LWC组合物更大的强度。

在本发明的一个实施方案中，该模塑的建筑制品和材料能够是预浇铸和/或预应力的。

本发明提供的特殊优点是从该组合物形成的凝固的混凝土组合物和/或模塑的建筑制品能够使用普通方法容易地切裁和/或切断，与使用专门的混凝土或金刚石用尖头的切刀和/或锯不同。当定制混凝土制品时，这提供了相当大的时间和成本节约。

该组合物根据本领域中技术人员公知的方法能够容易地浇注到模具中以形成所需的几乎任何三维构造的屋面瓦，其中包括具有某些局部纹理如具有木制木板瓦、板岩屋顶板或表面光滑的瓷砖的外观的构造。典型的屋顶板能够具有十英寸宽度×十七英寸长度×一又四分之三英寸厚度的大概尺寸。在屋面材料的模塑中，加气剂的添加使得最终产品更加不受气候影响，就抵抗冷冻/融化破裂而言。

当使用本发明的LWC组合物浇注基墙时，基墙能够在地面以上建立，这归因于较轻的重量。通常，基墙的底部在混凝土拌合料的净重下倾向于向外鼓，但是本发明的组合物的较轻重量倾向于减少这一情况发生的机会。使用本发明LWC组合物制造的基墙能够容易地采用在普通基墙建筑中所使用的普通紧固件。

本发明的实施方案提供永久的(stay in place)绝缘混凝土成型系统，它在性质上是连续的且长度仅仅受到运输和装卸限制因素的限制，其中本发明的轻质混凝土组合物被浇注并使之在绝缘混凝土成型系统中凝固。本发明的绝缘混凝土成型系统包括含有膨胀的聚合物基质的两个相对的泡沫塑料面层，所述泡沫塑料面层通过穿孔的结构金属构件来内部连接和间隔开。泡沫塑料面层和金属间隔构件在模板内定向排列以便在垂直和水平方向上适当地定位混凝土钢筋，同时允许适当的混凝土流动和装饰工件连接(finish work attachment)。嵌入模内的结构钢构件用作内部支撑件以保持这些模板在混凝土浇注过程中平直并定向排列，使得不需要大部分的外部封闭。

此外，本发明提供预制的绝缘混凝土模板，本发明的轻质混凝土组合物能够在其中成型，它包括纵向排列的一个或多个增强用结构构件或条材，该构件或条材的末端至少部分地嵌入相对面对的膨胀聚合物主体中。增强用结构构件(一个或多个)的剩余部分、在膨胀聚合物主体之间的部分，至少部分地暴露。被包封在膨胀的聚合物基质中的末端部分能够提供与外界环境之间的热障。该增强用结构构件能够在任一侧上在长度方向上安装法兰，以便为外部物体与所述板之间提供连接点。增强用结构构件的在被包封在膨胀的聚合物基质中的末端部分中的穿孔允许可膨胀聚合物颗粒垂直熔融。在增强用结构构件的暴露部分中的穿孔为横向支撑件和/或钢筋提供连接点并当混凝土被浇注在本发明的绝缘混凝土模板中时允许均匀的混凝土流动。榫槽或重叠连接点设计提供板邻接，同时保持混凝土模板的完整性。纵向的孔能够穿过膨胀的聚合物基质和能够在直径和位置上可变以便为公用设施的放置提供区域，减轻排气用的结构和通道的重量。板制造通过使用允许可变的板长度的半连续的或连续的模塑工艺来实现。

用于本发明中的被嵌入的框架立筋(framing stud)或楼板搁栅能够由任何合适材料制成。合适材料是为预制建筑板增加强度、稳定性和结构完整性的那些。此类材料提供了满足现有技术中已知的可应用试验方法的要求的被嵌入的框架立筋，对于各种类型的钢材而言作为非限制性例子有ASTM A 36/A 36M-05，ASTM A 1011/A 1011 M-05a，ASTM A 1008/A 1008M-05b，和ASTM A 1003/A 1003M-05。

合适材料包括，但不限于金属，建筑级塑料，复合材料，陶瓷，它们的结合物，等等。合适的金属包括，但不限于，铝，钢，不锈钢，钨，钼，铁以及此类金属的合金和结合物。在本发明的特定实施方案中，金属条材，立筋，搁栅和/或构件是由轻型金属制成的。

合适的建筑级塑料包括，但不限于增强的热塑性塑料、热固性树脂、和增强的热固性树脂。热塑性塑料包括由能够反复地通过加热软化并在冷却时再次硬化的材料组成的聚合物和聚合物泡沫体。合适的热塑性聚合物包括，但不限于苯乙烯的均聚物和共聚物，C₂到C₂₀烯烃、C₄到C₂₀二烯烃的均聚物和共聚物，聚酯，聚酰胺，(甲基)丙烯酸C₂到C₂₀酯的均聚物和共聚物，聚醚酰亚胺，聚碳酸酯，聚苯醚，聚氯乙烯，聚氨酯，和它们的结合物。

合适的热固性树脂是当被加热到它们的固化点时经历化学交联反应，从而引起它们固化并刚性地保持它们的形状(甚至在高温下)的树脂。合适的热固性树脂包括，但不限于醇酸树脂，环氧树脂，邻苯二甲酸二烯丙酯树脂，三聚氰胺树脂，酚醛树脂，聚酯树脂，聚氨酯树脂，和尿素树脂，它们能够通过与作为非限制性例子的二醇，三醇，多元醇，和/或甲醛反应来交联。

能够引入到热塑性塑料和/或热固性树脂中的增强材料和/或填料包括，但不限于碳纤维，聚芳酰胺纤维，玻璃纤维，金属纤维，所述纤维的机织织物或结构体，玻璃纤维，炭黑，石墨，粘土，碳酸钙，二氧化钛，以上提到的纤维的机织织物或结构体，和它们的结合物。

建筑级塑料的非限制性例子是满足现有技术中已知的所需试验方法要求的用玻璃纤维增强的热固性聚酯或乙烯基酯树脂体系，非限制性例子是ASTM D790，ASTM D695，ASTM D3039和ASTM D638。

该热塑性塑料和热固性树脂能够任选地包括其它添加剂，作为非限制性例子有紫外线(UV)稳定剂，热稳定剂，阻燃剂，结构增强剂，杀生物剂，和它们的结合物。

在本发明的特定实施方案中，嵌入的框架立筋或嵌入的楼板搁栅由轻型金属制成。

在这里描述的嵌入立筋或嵌入楼板搁栅具有至少0.4mm，在一些情况下至少0.5mm，在其它情况下至少0.75mm，在有些情况下至少1mm，在其它情况下至少1.25mm和在一些情况下至少1.5mm的厚度和能够具有至少10mm，在一些情况下至少8mm，在其它情况下至少6mm，在有些情况下至少4mm和在其它情况下至少2mm的厚度。嵌入立筋或嵌入楼板搁栅的厚度将取决于预制建筑板的预定用途。

在本发明的一个实施方案中，嵌入的框架立筋或嵌入的楼板搁栅沿着它们的长度具有孔或开孔，以促进膨胀的塑料材料的熔融并减少在钢筋，立筋，搁栅和/或构件中的任何热桥效应。

在本发明中，该泡沫塑料面层能够在模塑加工机上由如上所述的任何合适的可膨胀的塑料材料模塑，该模塑加工机能够在连续或半连续过程中插入金属构件并形成两个相对的面板，同时将复合材料维持在它们的相对位置。

膨胀的聚合物基质构成了在这里下面描述的膨胀的聚合物主体。膨胀的聚合物基质典型地由可膨胀的热塑性颗粒模塑。这些可膨胀的热塑性颗粒是从任何合适的热塑性均聚物或共聚物制成的。特别适用的是从包括苯乙烯，异丙基苯乙烯，α-甲基苯乙烯，环上甲基苯乙烯，氯苯乙烯，叔丁基苯乙烯和类似物在内的乙烯基芳族单体衍生的均聚物，以及由如上所述的至少一种乙烯基芳族单体与一种或多种其它单体的共聚合反应制备的共聚物，其它单体的非限制性例子是二乙烯基苯，共轭二烯(非限制性例子是丁二烯，异戊二烯，1，3-和2，4-己二烯)，甲基丙烯酸烷基酯，丙烯酸烷基酯，丙烯腈，和马来酸酐，其中该乙烯基芳族单体是以共聚物的至少50wt％存在。在本发明的一个实施方案中，使用苯乙烯类聚合物，特别地聚苯乙烯。然而，其它合适聚合物也能够使用，比如聚烯烃(例如聚乙烯，聚丙烯)，聚碳酸酯，聚苯醚，和它们的混合物。

在本发明的特定实施方案中，可膨胀的热塑性颗粒是可膨胀的聚苯乙烯(EPS)颗粒。这些颗粒能够采取便于膨胀和模塑操作的珠粒，细粒，或其它颗粒的形式。在含水悬浮工艺中聚合的颗粒基本上是球形的和可用于模塑在这里下面描述的膨胀聚合物主体。这些颗粒能够进行筛选，以使它们的粒度是在约0.008英寸(0.2mm)到约0.1英寸(2.5mm)范围内。

可膨胀的热塑性颗粒能够通过使用任何常规方法用合适发泡剂浸渍。作为非限制性例子，该浸渍能够通过在聚合物的聚合过程中将发泡剂添加到含水悬浮液中，或另外通过将聚合物颗粒再悬浮在含水介质中和然后引入发泡剂(按照在美国专利No.2,983,692中教导的那样)来实现。任何气态材料或在加热时将产生气体的材料能够用作发泡剂。普通的发泡剂包括在分子中含有4到6个碳原子的脂族烃，如丁烷，戊烷，己烷，和卤代烃，例如CFC和HCFC，它们在低于所选择聚合物的软化点的温度下沸腾。这些脂族烃发泡剂的混合物也能够使用。

可选地，水能够与这些脂族烃发泡剂共混或水能够用作唯一的发泡剂，如在美国专利Nos.6,127,439；6,160,027；和6,242,540中所教导的，在这些专利中使用保水剂。用作发泡剂的水的重量百分数能够是1-20％。美国专利Nos.6,127,439、6,160,027和6,242,540的文本被引入在这里供参考。

浸渍的热塑性颗粒一般预膨胀到至少0.5lb/ft³(0.008g/cc)，在一些情况下至少1lb/ft³(0.016g/cc)，在其它情况下至少1.25lb/ft³(0.02g/cc)，在一些情形下至少1.5lb/ft³(0.024g/cc)，在其它情形下至少2lb/ft³(0.032g/cc)，和在有些情况下至少约3lb/ft³(0.048g/cc)的密度。同时，浸渍的预膨胀颗粒的密度能够是至多35lb/ft³(0.56g/cc)，在一些情况下至多30lb/ft³(0.48g/cc)，和在其它情况下至多25lb/ft³(0.4g/cc)。浸渍的预膨胀颗粒的密度能够是上述任何值或介于以上列举的任何数值之间。预膨胀步骤通常利用任何普通的加热介质如蒸汽，热空气，热水，或辐射热加热该浸渍的珠粒来进行。实施浸渍的热塑性颗粒的预膨胀的一种普遍接受的方法已在美国专利No.3,023,175中教导。

浸渍的热塑性颗粒能够是发泡的多孔聚合物颗粒，如在美国专利申请序列No.10/021,716中所教导，它的教导内容被引入在这里供参考。该发泡的多孔颗粒能够是以下的聚苯乙烯，所述聚苯乙烯被预膨胀并含有低于6.0wt％，在一些情况下约2.0wt％到约5.0wt％，和在其它情况下约2.5wt％到约3.5wt％的挥发性发泡剂，以聚合物重量为基础。

能够包括在根据本发明的可膨胀的热塑性树脂中的聚烯烃和原位聚合的乙烯基芳族单体的互聚物已公开在美国专利Nos.4,303,756和4,303,757和美国申请公开2004/0152795中，它们的相关部分在这里被引入供参考。能够用于本发明中的互聚物的非限制性例子包括以商品名

从NOVA Chemicals Inc.，Pittsburgh，PA商购的和以商品名

从Sekisui Plastics Co.，Ltd.，Tokyo，Japan商购的那些。

膨胀的聚合物基质能够包括通常的成分和添加剂，如颜料，染料，着色剂，增塑剂，脱模剂，稳定剂，紫外线吸收剂，防霉剂，抗氧化剂，等等。典型的颜料包括，但不限于，无机颜料如炭黑，石墨，可膨胀的石墨，氧化锌，二氧化钛，和氧化铁，以及有机颜料如喹吖啶酮红和喹吖啶酮紫，和酞菁铜蓝和酞菁铜绿。

在本发明的一个特定实施方案中该颜料是炭黑，此类材料的非限制性例子是可从NOVA Chemicals Inc.获得的EPS 

在本发明的另一个特定实施方案中该颜料是石墨，此类材料的非限制性例子是可从BASF Aktiengesellschaft Corp.，Ludwigshafen amRhein，Germany获得的

该预膨胀颗粒或“预膨胀物”在如下所述的半连续的或连续的模塑工艺中在密闭的模具中加热，形成根据本发明的预制建筑板。

用于本发明中的预制建筑板能够通过使用间歇成型模塑技术来制造。然而，这一途径会导致不一致性并且是非常耗时的和高花费的。

可选地，该泡沫塑料面层能够在模塑加工机上由如上所述的任何合适的可膨胀的塑料材料模塑，该模塑加工机能够在连续或半连续过程中插入金属构件并形成两个相对的面板，同时将复合材料维持在它们的相对位置。

用于制造ICF单元和在这里描述的其它建筑板的预制建筑板能够通过使用用于模塑半连续的或连续的泡沫塑料构件的装置来制备，它包括：

a)一个或多个模具，该模具包括：

i)底壁，一对相对的侧壁和覆盖板，和

ii)在侧壁、底壁和覆盖板之间的模具中限定的模塑座，其具有与构件的形状匹配的形状；

b)用于移动该模具的覆盖板和所述侧壁朝向和远离底壁以便分别纵向关闭和打开模具的设备；和

c)用于以可调节的方式定位所述覆盖板远离和朝向该模具的所述底壁以便按照可调节的和基本上连续的方式控制模塑座的高度的第一设备。

对该装置进行构造设计以包括按照这里讨论的那样作构造设计的嵌入框架立筋或嵌入楼板搁栅。作为非限制性例子，在美国专利5,792,481中公开的方法和装置能够用于制造本发明的ICF单元。美国专利5,792,481的相关部分被引入在这里供参考。

更具体地说，本发明的绝缘混凝土模板包括：第一主体，该第一主体基本上呈现平行六面体形状，含有膨胀的聚合物基质，具有相对的面层，第一表面，和相对的第二表面；第二主体，该第二主体基本上呈现平行六面体形状，含有膨胀的聚合物基质，具有相对的面层，第一表面，相对的第二表面；和在各主体的所述第一表面之间纵向延伸穿过第一主体和第二主体的一个或多个嵌入立筋，该立筋具有嵌入第一主体的膨胀的聚合物基质中的第一末端和嵌入第二主体的膨胀的聚合物基质中的第二末端。一个或多个膨胀孔被提供在嵌入第一主体和第二主体中的嵌入立筋部分中。第一主体和第二主体包括膨胀通过该膨胀孔的聚合物基质。在第一主体和第二主体的所述第一表面之间限定的空间能够容纳浇注在其中的混凝土。

本发明的一个实施方案提供绝缘混凝土模板(ICF)和ICF系统。如图1中所示，ICF 510包括第一膨胀聚合物主体511和第二膨胀聚合物主体512，面向左侧的嵌入金属立筋514，和面向右侧的嵌入金属立筋516(增强用嵌入钢筋)。嵌入金属立筋514和516分别具有不接触第一膨胀聚合物主体511的外表面524的嵌入末端520和522。嵌入金属立筋514和516分别具有邻近第二膨胀聚合物主体512的外表面525的嵌入末端521和523。空间505被定义为在第一膨胀聚合物主体511的内表面530和第二膨胀聚合物主体512的内表面531之间的用于ICF 510的高度的空间。

膨胀的聚合物主体511和512能够具有，作为从内表面530或531分别到外表面524或525的距离所测量的，至少2cm，在一些情况下至少2.5cm，和在其它情况下至少3cm的厚度，并且其能够是从膨胀聚合物主体512的内表面30计算的至多10，在一些情况下至多8，和在其它情况下至多6cm。膨胀聚合物主体511和512的厚度能够独立地是上述任何尺寸或介于任何所列举的尺寸之间。

嵌入末端520和522能够远离内表面530延伸至少1，在一些情况下至少2，和在其它情况下至少3cm进入到膨胀聚合物主体512中。同时，嵌入末端520和522能够远离内表面530延伸至多10，在一些情况下至多8，和在其它情况下至多6cm进入到第一膨胀聚合物主体511中。嵌入末端526和528能够自内表面530延伸上述任何的距离或能够延伸介于任何上述距离之间的距离而进入到聚合物主体511中。

在本发明的另一个实施方案中，嵌入末端520和522能够延伸相当于第一膨胀聚合物主体511的厚度的1/10到9/10，在一些情况下1/3到2/3和在其它情况下1/4到3/4进入到膨胀聚合物主体511中。

嵌入金属立筋514和516的取向是由末端520，521，522和523的方向为参比的。所述末端能够在适合绝缘混凝土模板的强度、连接目标物或稳定性的任何方向上取向。

典型地对各个嵌入金属立筋514和516之间的间距进行调整以便与当地的建筑规程(code)或方法一致，但能够加以改进以满足特殊要求。如此地，在金属立筋之间的间距能够是至少10，在有些情况下至少25和在一些情况下至少30cm和能够是至多110，在一些情况下至多100，在其它情况下至多75，和在有些情况下至多60cm。在嵌入金属立筋514和516之间的间距能够是上述任何距离或介于以上列举的任何距离之间。

ICF 510能够延伸一定距离，在其中交替放置了嵌入金属立筋514和516。ICF 510的长度能够是允许安全装运和对ICF 510有最小损害的任何长度。ICF 510的长度能够典型地是至少1，在一些情况下至少1.5，和在其它情况下至少2m和能够是至多25，在一些情况下至多20，在其它情况下至多15，在有些情况下至多10和在其它情况下至多5m。ICF 510的长度能够是上述任何值或介于以上列举的任何数值之间。在本发明的一些实施方案中，ICF 510的各端用嵌入金属立筋来终端。

ICF 510的高度能够是允许安全装运、最小损害、并且能够承受来自浇注在ICF 510内的混凝土的压力的任何高度。ICF 510的高度能够是至少1m和在一些情况下至少1.25m和能够是至多3m和在一些情况下至多2.5m。在一些情况下，为了使ICF单元510增加稳定性，增强横梁或钢筋(未显示)能够连接到嵌入金属立筋514和516上。ICF10的高度能够是上述任何值或介于以上列举的任何数值之间。

空间505，用于ICF 510的高度的在内表面530和内表面531之间的空间，能够是任何合适的体积和/或尺寸。合适的体积和/或尺寸是这样的，其中浇注在空间505中的轻质混凝土的重量不至于高到导致ICF 510的任何部分破坏，即使得混凝土穿透ICF 510以致该混凝土体积没有被容纳在空间505中，但该空间还应该足够的大，使得被浇注和凝固的混凝土能够承载被建筑在所得ICF混凝土墙壁上的任何建筑物。因此，考虑以上定义的高度在内表面530和内表面531之间的距离能够是至少5，在一些情况下至少10和在其它情况下至少12cm和能够是至多180cm，在一些情况下至多150cm和在其它情况下至多120cm。在一些情况下，为了使ICF单元510增加稳定性，增强横梁或钢筋(未显示)能够连接到嵌入金属立筋514和516上。在内表面530和内表面531之间的距离能够是上述任何数值或能够介于任何以上列举的数值之间。

在本发明的特定实施方案中，ICF 510能够用作防风雨墙。在这一实施方案中，空间505被填充在这里描述的轻质混凝土组合物，从内表面530到内表面531之间的距离能够是至少2cm，在一些情况下至少5cm和在其它情况下至少10cm和能够是至多16cm，在一些情况下至多14cm和在其它情况下至多12cm。在这一防风雨墙实施方案中，在内表面530和内表面531之间的距离能够是上述任何数值或能够介于任何以上列举的数值之间。

根据本发明制造的防风雨墙能够用作在这里描述的其它墙板和翻起施工墙中的任何一种。

如图1中所示，ICF 510具有有限的长度以及第一主体511和第二主体512具有内凸缘终端517和外凸缘终端518。典型地，ICF 510的长度通过将一个ICF 510的内凸缘终端517与另一个ICF 510的外凸缘终端518相邻插入来互联，从而形成连续的ICF。因此，含有任何数量的ICF 510单元的较大ICF能够被组装和/或排列。

本发明的另一个实施方案示于图2中，其中ICF 508类似于ICF510，只是主体511的内表面530和主体512的内表面531分别包括面对面的内部弧形部分532和534。内部弧形部分532和534提供了在ICF 508内的非线性空间，使得被浇注在ICF 508中的轻质混凝土将具有有较大横截面宽度的部分和有较小横截面宽度的部分。

在图3中所示的本发明的另一个实施方案中，ICF 509具有暴露的末端536和538，而不是嵌入的末端521和523。暴露的末端536和538远离第二膨胀聚合物主体512的外表面525延伸了至少1，在一些情况下至少2，和在其它情况下至少3cm。暴露的末端536和538可用于连接装饰表面(finish surface)，如在这里对于ICF 509描述的板墙、胶合板、面板等。同时，暴露末端536和538能够远离膨胀聚合物主体512的外表面525延伸至多60，在一些情况下至多40，和在其它情况下至多20cm。暴露末端536和538能够从外表面525延伸上述任何的距离或延伸了介于任何以上列举的距离之间的距离。

参见图3，嵌入金属立筋514和516能够具有在外表面525和暴露末端536和538之间沿着它们的长度间隔分布的公用设施孔(如以下所述)。该公用设施孔(这里未显示，但如下所描述和举例说明)可用于容纳公用设施如用于电力、电话、电缆电视、扬声器和其它电子设备的线路，煤气管线和水管线。该公用设施孔能够具有各种横截面形状，它的非限制性例子是圆形，卵形，椭圆形，正方形，矩形，三角形，六角形或八角形。公用设施孔的横截面面积也能够独立地各不相同或它们能够是统一的。公用设施孔的横截面面积受到嵌入金属立筋514和516的尺寸的限制，因为公用设施孔将在它们的尺寸范围内并且不会显著地损害它们的结构完整性和强度。公用设施孔的横截面面积能够独立地是至少1，在一些情况下至少2，和在其它情况下至少5cm²和能够是至多30，在一些情况下至多25，在其它情况下至多20cm²。公用设施孔的横截面面积能够独立地是上述任何值或介于以上列举的任何数值之间。

在本发明的一个实施方案中，该公用设施孔能够具有安装法兰的(flanged)和在很多情况下轧制的法兰表面以便为嵌入金属立筋提供增加的强度。

图4和5显示了本发明ICF和防风雨板的特征，当它们与ICF 508(图2)有关时。嵌入金属立筋514和516的特征是它们能够包括膨胀孔540和浇注孔542。这样地，浇注孔544能够是沿着嵌入金属立筋514和/或516的垂直轴延伸的穿孔，它被定位以允许轻质混凝土的自由流动并固定和定位水平混凝土钢筋。类似地，膨胀孔540能够是具有足够直径的穿孔或具有足够空隙面积的槽缝以便允许聚合物基质的熔融并流过所形成的塑料板。

嵌入模内的轻型金属结构构件，嵌入金属立筋514和516，能够连续地或半连续地形成，以便产生无限长度的复合板。结构金属构件沿着外部垂直轴在关键处穿孔以提供膨胀孔540，它允许可膨胀的塑料材料流过该金属构件和熔融。金属构件的中心垂直轴被穿孔以提供浇注孔542，它允许普通混凝土的自由流动并协助水平混凝土钢筋材料的固定和放置。图6和7显示了与嵌入金属立筋514相关的所形成和凝固的轻质混凝土550。

嵌入末端521和523用作在预定中心上垂直走向的连续板条(furring strip)以协助装饰材料、顶部和底部结构轨道、墙贯入以及屋顶和地板连接点的直接连接，如在这里描述的水平轨道。

在复合板中的可膨胀塑料材料在轻质混凝土被放入到模板内时用作成型板，并且也能够提供隔热和消音作用。此外，复合板的可膨胀塑料材料面层在混凝土被放入到模板内时用作成型板，并且也提供隔热以及消音作用。

本发明的ICF的设计提供了由被轻型结构构件固定的两个相对面板产生水平和垂直的混凝土的路径。

当轻质混凝土被浇注在本发明的ICF的空间505中时，由在所述板设计的垂直柱墙构造(vertical post wall configuration)内的两个相对的面板形成了内部混凝土柱，凝固的轻质混凝土550。在模板内产生的混凝土芯在本发明的ICF中用作轻型结构金属构件的水平支撑件。在垂直柱墙板设计中混凝土芯使得沿着在模板面板之间产生的垂直柱的轴有水平钢筋。

在本发明ICF中，由内凸缘517和外凸缘518形成的互锁板末端是自对准的、自密封的并且牢固地将一个板侧终端连接到另一个板侧终端点，形成了连续水平的和连续垂直的混凝土浇注模板。

图8显示本发明的一个实施方案，其中能够在本发明ICF中用作嵌入金属立筋514和/或516的钢构件560的表面在相对方向上具有凹陷565以产生如下表面：其提高了混凝土粘合性和防止了与钢构件560接触的混凝土的开裂。在构件表面上的凹陷效应(dimple effect)为钢和混凝土组合物增加了抗剪强度。当模塑加工为复合结构时，钢表面的凹陷在泡沫体与所述板的塑料泡沫面层的钢构件之间产生更坚固的连接。

图9显示用于提供地基的绝缘混凝土模板系统575的实施方案，它包括首尾相连的多个ICF 508以形成模板ICF系统575。墙角单元552用来使平行ICF线554和垂直ICF线556互联。轻质混凝土被浇注在ICF墙系统575的空间505中，并使之凝固以形成完整的绝缘混凝土墙壁系统。

墙角单元552，如图10中所示，基本上包括第一ICF 508A和以某一角度相对于第一ICF 508A取向的第二ICF 508B(类似特征按以上同样编号)，其中墙角部分552被模塑以包括第一ICF 508A和第二ICF508B，从而形成连续的第一主体590和连续的第二主体592并在两者之间提供连续空间505。

参见图3，ICF 509的具体优点包括在将装饰表面附加到嵌入金属立筋的暴露末端上之前能够容易地安装公用设施。暴露的金属立筋有利于现场结构框架的变化和增加，并让组装件的结构部分暴露以便于地方建筑监管人员检查框架。

由膨胀聚合物主体512的外表面525与暴露末端536和538限定的公用设施空间能够加以调整以适应公用设施需要。典型地，暴露末端536和538具有附装于它们上的装饰表面，它的侧边进一步限定了该公用设施空间。

在本发明的一个实施方案中，对该公用设施空间进行调整和设计尺寸以接受标准和/或预制造的组件，如窗、门和医药柜以及定制的柜和架子。

此外，在膨胀聚合物主体512的外表面和装饰表面之间的空气间隙允许改进的空气循环，这能够最大程度减少或防止发霉。另外，因为金属立筋不与外部环境直接接触，经由高度导热性的嵌入金属立筋的热桥得到避免并且绝缘性能得到改进。

合适的装饰表面包括，但不限于装饰表面如木材，硬质塑料，木板，混凝土板，水泥板，板墙，纸面石膏板，碎料板，硬质塑料板，或具有装饰和/或结构功能的任何其它合适材料，或其它建筑基材。

在特定类型的可用于本发明中的墙体建筑中，使用泡沫塑料壁形成含有浇注的LWC组合物的夹层结构。在硬化之后，该泡沫体壁保持完整，显著地为壁增加了绝缘性能。根据在建筑行业中的那些技术人员所已知的方法，此类壁能够由如上所述的挤出或膨胀的聚合物颗粒或类似物制成，和经常以咬合或夹在一起的预制壁和墙角单元的形式为承包商所获得。

本发明的一个实施方案涉及适合于用作墙板或天花板的翻起施工的绝缘板。如图11-14中所示，单侧墙板340包括增强体341，后者包括膨胀的聚合物模板342(中心体)和嵌入金属立筋344和346(嵌入钢筋)。膨胀的聚合物模板342能够包括开口348和公用设施槽口349，它们横穿膨胀聚合物模板342的全部或一部分的长度。该嵌入金属立筋344和346分别具有不与膨胀聚合物模板342的内面350接触的嵌入末端352和356。该嵌入金属立筋344和346也分别具有从膨胀聚合物模板342的外面362延伸出来的暴露末端358和360。

膨胀聚合物模板342能够具有，按照从内面350到外面362之间的距离所测量，至少8，在一些情况下至少10，和在其它情况下至少12cm的厚度和厚度能够是至多100，在一些情况下至多75，和在其它情况下至多60cm。膨胀聚合物模板342的厚度能够是上述任何距离或能够介于任何以上列举的距离之间。

暴露末端358和360远离膨胀聚合物模板342的外面362而延伸至少1，在一些情况下至少2，和在其它情况下至少3cm。同时，暴露末端358和360能够远离膨胀聚合物模板342的外面362而延伸至多60，在一些情况下至多40，和在其它情况下至多20cm。暴露末端358和360能够从外面362延伸上述任何的距离或延伸介于任何以上列举的距离之间的距离。

在本发明的一个实施方案中，嵌入金属立筋构件344和346具有一种横截面形状，其包括嵌入长度364和366、嵌入末端352和356、和暴露末端358和360。嵌入金属立筋构件344和346的取向通过嵌入末端352和356的方向来参照。在本发明的一个特定实施方案中，嵌入末端352和356彼此远离地取向。在这一实施方案中，对单侧墙板340进行调整以使嵌入金属立筋344和346的暴露末端358和360被嵌入在施加于外面362上的混凝土370中。

在各个嵌入金属立筋344和346之间的间距是至少25cm和在一些情况下至少30cm并且能够是至多110，在一些情况下至多100，在其它情况下至多75，和在有些情况下至多60cm，从暴露末端358的中点到暴露末端360的中点计算。在嵌入金属立筋344和346之间的间距能够是上述任何距离或介于以上列举的任何距离之间。

在本发明的一个实施方案中，单侧墙板340包括膨胀聚合物主体342(中心体)，嵌入金属立筋344和346(增强嵌入钢筋)，它们包括法兰311，角端312，位于嵌入金属立筋344和346的暴露部分中的公用设施孔346，在嵌入金属立筋344和346的嵌入部分中的膨胀孔313，和不接触内面350的嵌入末端344和346。

在本发明的一个实施方案中，内面350能够具有波纹表面，它能够嵌入或插入，它增强在内面350和连接到其上的任何表面之间的空气流动。

膨胀孔313是有用的，在于当膨胀聚合物主体342被模塑时，聚合物基质膨胀通过膨胀孔313而且正在膨胀的聚合物融熔。这使得聚合物基质利用在正在膨胀的聚合物中的熔融作用来包覆和固定嵌入金属立筋344和346。在本发明的一个实施方案中，膨胀孔313能够具有安装法兰的和在很多情况下轧制的法兰表面以便为嵌入金属立筋提供增加的强度。

开口348能够具有各种横截面形状，它的非限制性例子是圆形，卵形，椭圆形，正方形，矩形，三角形，六角形或八角形。开口348的横截面尺寸能够是统一的或它们能够彼此独立地就尺寸和(相对于外面362和内面350的)位置而变化。在各个开口348之间的间距能够是至少1和在一些情况下至少3cm和能够是至多110，在一些情况下至多100，在其它情况下至多75，和在有些情况下至多60cm，从一个开口348的中点到相邻开口348测量。在开口348之间的间距能够独立地是上述任何距离或介于任何以上列举的距离之间。

开口348的横截面面积也能够彼此独立地变化或它们能够是统一的。开口348的横截面面积受到膨胀聚合物模板342的尺寸的限制，因为开口348将适合在膨胀聚合物模板342的尺寸范围内。开口348的横截面面积能够独立地是至少1，在一些情况下至少5，和在其它情况下至少9cm²和能够是至多130，在一些情况下至多100，在其它情况下至多75cm²。开口348的横截面面积能够独立地是上述任何值或介于任何以上列举的数值之间。

增强体341具有有限长度和具有包括向前边缘372的凸形终端371和包括凹形部分376(它适合于接受向前边缘372)的接收端376。典型地，单侧墙板340的长度通过将第一个单侧墙板340的向前边缘372插入到第二个单侧墙板的凹形部分378中来互联。用这样的方式，含有任何数量的单侧墙板的较大墙板或天花板型材能够组装和/或排列。作为从突出边缘380到后边缘374之间的距离所测量的单侧墙板340的宽度能够典型地是至少20，在一些情况下至少30，和在其它情况下至少35cm和能够是至多150，在一些情况下至多135，和在其它情况下至多125cm。单侧墙板340的宽度能够是上述任何值或介于以上列举的任何数值之间。

根据本发明的单侧墙板340的一个实例示于图11中，其中使用四个嵌入金属立筋344和346。本发明的LWC组合物被浇注、装饰和凝固以形成混凝土层370，其包覆嵌入金属立筋344和346的暴露末端358和360。

嵌入金属立筋344和346的嵌入末端350和356可用作装饰表面的连接点，该装饰表面例如有木材，硬质塑料，木板，混凝土板，水泥板，板墙，纸面石膏板，碎料板，硬质塑料板，或具有装饰和/或结构功能的任何其它合适材料或其它建筑基材纸面石膏板375(如图11中所示)。在本发明的特定实施方案中，如下所述的轻质石膏基产品可用作板墙或纸面石膏板375。该连接典型地通过螺钉来实现。

本发明的一个实施方案示于图12。在这一实施方案中，增强网371被附加于嵌入金属立筋344和346的暴露末端358和360上。增强网371能够由任何合适材料制成，它的非限制性例子是玻璃纤维，金属如钢，不锈钢和铝，塑料，合成纤维以及它们的结合物。令人想望地，在将增强网371附加于暴露末端358和360上之后，混凝土层370被浇注、装饰和凝固以包覆增强网371和暴露末端358和360。在这一实施方案中，增强网371提高了混凝土层370的强度而且提高了混凝土层370与增强体341的连接强度。

在本发明的一个实施方案中，单侧墙板340被组装在平整的表面上，在第二端保持静止的同时提升第一端，导致单侧墙板340一般垂直于该平整表面而取向。这常常在现有技术中被称为“倾斜墙壁”并且在本发明的这一实施方案中，单侧墙板340被称为“翻起施工墙”。

本发明的一个实施方案涉及适合于用作墙板或天花板的第二种翻起施工的绝缘板。如图15-18中所示，双侧墙板440包括增强体441，其包括膨胀的聚合物模板442(中心体)和嵌入金属立筋444和446(嵌入钢筋)。膨胀的聚合物模板442能够包括开口448，其横穿膨胀聚合物模板442的全部或一部分的长度。该嵌入金属立筋444和446分别具有从膨胀聚合物模板442的第一面462延伸的第一暴露末端452和第二暴露末端456。嵌入金属立筋444和446也分别具有从膨胀聚合物模板442的第二面450延伸的第二暴露末端458和460。

膨胀聚合物模板442能够具有，作为从第二面450到第一面462的距离所测量的，在尺寸上与以上关于膨胀聚合物模板342所描述的厚度类似的厚度。

该暴露末端能够远离膨胀聚合物模板442的面450或面462而延伸至少1，在一些情况下至少2，和在其它情况下至少3cm。同时，该暴露末端能够远离膨胀聚合物模板442的任一面而延伸至多60，在一些情况下至多40，和在其它情况下至多20cm。该暴露末端能够从膨胀聚合物模板442的任一面延伸了上述任何距离或延伸了介于任何以上列举的距离之间的距离。

在本发明的一个实施方案中，暴露末端452，456，458和460被嵌入在施加于面450和462上的第一混凝土层469和第二混凝土层470中。

在各个嵌入金属立筋444和446之间的间距能够与对于嵌入金属立筋344和346所述的间距相同。

在本发明的一个实施方案中，双侧墙板440包括膨胀聚合物主体442(中心体)，嵌入金属立筋444和446(增强用嵌入钢筋)，它们包括角端412，位于嵌入金属立筋444和446的暴露部分中的公用设施孔446，和位于嵌入金属立筋444和446的嵌入部分中的膨胀孔413。

膨胀孔413是有用的，在于当膨胀聚合物主体442被模塑时，聚合物基质膨胀通过膨胀孔413而且正在膨胀的聚合物融熔。这使得聚合物基质利用在正在膨胀的聚合物中的熔融作用来包覆和固定嵌入金属立筋444和446。在本发明的一个实施方案中，膨胀孔413能够具有安装法兰的和在很多情况下轧制的法兰表面以便为嵌入金属立筋提供增加的强度。

开口448能够具有各种横截面形状，和与对于在膨胀聚合物主体342中的开口348所描述的相类似的间距和横截面面积。

增强体441具有有限长度和具有包括向前边缘472的凸形终端471和包括凹形部分478(它适合于接受向前边缘472)的接收端476。典型地，双侧墙板440的长度通过将第一个双侧墙板440的向前边缘472插入到第二个双侧墙板的凹形部分478中来互联。用这样的方式，含有任何数量的双侧墙板的较大墙板或天花板型材能够组装和/或排列。作为从向前边缘472到凹形部分478之间的距离所测量的双侧墙板440的宽度能够典型地是至少20，在一些情况下至少30，和在其它情况下至少35cm和能够是至多150，在一些情况下至多135，和在其它情况下至多125cm。双侧墙板440的宽度能够是上述任何值或介于任何以上列举的数值之间。

根据本发明的双侧墙板440的一个实例示于图15中，其中使用四个嵌入金属立筋444和446。本发明的LWC组合物被浇注、装饰和凝固以形成混凝土层469和470，该混凝土层包覆嵌入金属立筋的暴露末端452，456，458和460。

可选地，如图17中所示，双侧墙板439包括双侧墙板440的变型。在双侧墙板439中，暴露末端452和456(和可选地也可以是458和460)的一个(或可选地两个，未显示)可作为装饰表面475的连接点，该装饰表面475例如有木材，硬质塑料，木板，混凝土板，水泥板，板墙，纸面石膏板，碎料板，硬质塑料板，或具有装饰和/或结构功能的任何其它合适材料或其它建筑基材。该板墙或纸面石膏板能够包括如下所述的轻质石膏基产品。该连接典型地通过螺钉来实现。在这一实施方案中，由装饰表面、暴露末端444和446以及膨胀聚合物主体442限定的空间476能够用于布局公用设施、绝缘体和用于如上所述的内部装饰的锚固件。

在这一可选的实施方案中，将增强网471附加于嵌入金属立筋444和446的暴露末端458和460。增强网471能够由任何合适材料制成，它的非限制性例子是玻璃纤维，金属如钢，不锈钢和铝，塑料，合成纤维和它们的结合物。令人想望地，在将增强网471附加于暴露末端458和460上之后，混凝土层470被浇注、装饰和凝固以包覆增强网471和暴露末端458和460。在这一实施方案中，增强网471提高了混凝土层470的强度而且提高了混凝土层470与增强体441的连接强度。

在本发明的一个实施方案中，双侧墙板440被组装在平整的表面上，在第二端保持静止的同时提升第一端，导致双侧墙板440一般垂直于该平整表面而取向，即如上所述的“倾斜墙壁”。

本发明还提供楼板单元和楼面系统(floor system)，它们包括含有该轻质混凝土组合物的复合楼板。该楼板一般包括：中心体，它基本上呈现平行六面体形状，含有膨胀的聚合物基质，具有相对的面层，顶表面，和相对的底表面；和在相对的面层之间纵向延伸穿过该中心体的两个或更多个嵌入楼板搁栅，所述楼板搁栅具有嵌入在膨胀的聚合物基质中的第一末端(具有从一般与顶表面接触或延伸到顶表面之上的第一末端延伸的第一横向构件)，远离中心体的底表面延伸的第二末端(具有从第二末端延伸的第二横向构件)，和在嵌入搁栅的第一末端和中心体的底表面之间位于嵌入搁栅中的一个或多个膨胀孔。该中心体含有膨胀通过膨胀孔的如上所述的聚合物基质。该嵌入搁栅包括在中心体的底表面和嵌入搁栅的第二末端之间位于嵌入搁栅中的一个或多个公用设施孔而且由中心体的底表面和增强用嵌入搁栅的第二末端限定的空间适合用于容纳公用设施管线。含有该轻质水泥质组合物的混凝土层覆盖顶表面和/或底表面的至少一部分。该复合楼板一般垂直于承重墙和/或地基来定位。

如图19中所示，楼板单元90包括可膨胀聚合物板92(中心体)和嵌入金属搁栅94和96(增强用嵌入钢筋)。可膨胀聚合物板92包括开口98，其横穿膨胀聚合物板92的全部或一部分的长度。该嵌入金属搁栅94和96分别具有与膨胀聚合物板92的顶表面102接触的嵌入末端104和106。该嵌入金属搁栅94和96也分别具有从膨胀聚合物板92的底表面100延伸的暴露末端108和110。

嵌入金属搁栅94和96分别包括分别从一般与顶表面102接触的嵌入末端104和106延伸的第一横向构件124和126以及暴露末端108和110包括分别从暴露末端108和110延伸的第二横向构件128和129。由膨胀聚合物板92的底表面100与嵌入金属搁栅94和96的暴露末端108和110以及第二横向构件128和129所限定的空间能够发生取向，以接受放置在与底表面100相邻的嵌入金属搁栅94和96之间的管道设施。

膨胀聚合物板92能够具有，按照从顶表面102到底表面100的距离所测量，至少2，在一些情况下至少2.5，和在其它情况下至少3cm的厚度，并且能够是从膨胀聚合物板92的顶表面102计算的至多50，在一些情况下至多40，在其它情况下至多30，在有些情况下至多25，在其它情况下至多20，在一些情形下至多15和在其它情形下至多10cm。板92的厚度能够是上述任何距离或能够介于任何以上列举的距离之间。

暴露末端108和110远离膨胀聚合物板92的底表面100延伸至少1，在一些情况下至少2，和在其它情况下至少3cm。同时，暴露末端108和110能够远离膨胀聚合物板92的底表面100延伸至多60，在一些情况下至多40，和在其它情况下至多20cm。暴露末端108和110能够从底表面100延伸上述任何的距离或延伸了介于任何以上列举的距离之间的距离。

在本发明的一个实施方案中，嵌入金属搁栅94和96具有一种横截面形状，其包括嵌入长度114和116、嵌入末端104和106、和暴露末端108和110。嵌入金属搁栅94和96的取向可由开口末端118和120的方向作参比。在本发明的一个实施方案中，开口末端118和120彼此相对地取向。在这一实施方案中，楼板单元90适合用于接受管道设施。作为非限制性例子，HVAC管道能够沿着嵌入金属搁栅94和96的长度安装。

在这里使用的术语“管道设施”指任何管子，管路，通道或空气从供应源流动到接收空间所经由的其它封闭物；非限制性例子是空气从加热和空调设备流动到房间，补充空气从房间流动到加热和/或空调设备，新鲜空气流到封闭空间，和/或废气从封闭空间流动到在封闭空间以外的场所。在一些实施方案中，管道设施包括通常矩形的金属管，它们位于地板之下并通常邻近于楼板延伸。

在各个嵌入金属搁栅94和96之间的间距能够与对于嵌入金属立筋344和346所述的间距相同。

开口98能够具有各种横截面形状，和与对于在膨胀聚合物主体342中的开口348所描述的相类似的间距和横截面面积。

如图19中所示，膨胀聚合物板92延伸一定距离，在其中交替放置嵌入金属搁栅94和96。楼板单元90的长度能够是允许安全装运和对楼板单元90有最小损害的任何长度。楼板单元90的长度能够典型地是至少1，在一些情况下至少1.5，和在其它情况下至少2m和能够是至多25，在一些情况下至多20，在其它情况下至多15，在有些情况下至多10和在其它情况下至多5m。楼板单元90的长度能够是上述任何值或介于以上列举的任何数值之间。在一些实施方案中，楼板单元90的末端能够用嵌入金属搁栅终端。

如图19中所示，膨胀聚合物板92具有有限长度，和具有包括向前边缘93和后边缘95的凸形终端91以及包括凹形部分99和延伸部分101(适合用于接受向前边缘93和后边缘95)的接受端97。典型地，楼板单元90的长度通过将第一个楼板单元90的向前边缘93插入到第二个楼板单元90的凹形部分99中来互联。按这样的方式，能够组装和/或排列含有任何数量的楼板单元的较大楼板型材。

楼板单元90的宽度能够是允许安全装运和对楼板单元90有最小损害的任何宽度。楼板单元90的宽度是由嵌入金属搁栅94和96的长度决定的。楼板单元90的宽度能够是至少1m和在一些情况下至少1.5m和能够是至多3m和在一些情况下至多2.5m。在一些情况下，为了为楼板单元90增加稳定性，增强横梁(未显示)能够附加于嵌入金属搁栅94和96上。楼板单元90的宽度能够是上述任何值或介于以上列举的任何数值之间。

楼板单元90典型地是包括许多如这里所述的复合楼板的整个楼面系统的一部分，其中凸出端包括榫边和凹进端包括排列的槽，该排列方式使得各板的榫边和/或槽与另一个板的相应榫边和/或槽充分地接触以形成平面。含有该轻质混凝土组合物的混凝土层覆盖楼面系统的表面的至少一部分。所形成的平面从地基和/或承重墙侧向延伸。

在该楼面系统中，管道设施能够附加于至少一个复合楼板的增强金属钢筋上。

可选地，楼板材料能够附加于复合楼板的一个或多个第一横向构件上。任何合适的楼板材料能够用于本发明中。合适的楼板材料是能够附加于横向构件并覆盖该膨胀聚合物板的至少一部分的材料。合适的楼板材料包括，但不限于胶合板，木板，榫槽木地板型材，金属片，结构塑料的片材，石头，陶瓷，水泥，混凝土和它们的结合物。

本发明的一个实施方案涉及适合用作轻质混凝土工字梁模板的地板或翻起施工的绝缘板。如图20中所示，工字梁板140包括膨胀的聚合物模板142(中心体)和嵌入金属立筋144和146(嵌入钢筋)。膨胀的聚合物模板142包括开口148，其穿过膨胀聚合物模板142的全部或一部分的长度。该嵌入金属立筋144和146分别具有与膨胀聚合物模板142的内面150接触的嵌入末端152和156。该嵌入金属立筋144和146也分别具有从膨胀聚合物模板142的外面162延伸出的暴露末端158和160。

膨胀聚合物模板142能够具有，按照从内面150到外面162的距离所测量，与以上对于膨胀聚合物板92所述的在尺寸上类似的厚度。

暴露末端158和160远离膨胀聚合物模板142的外面162延伸至少1，在一些情况下至少2，和在其它情况下至少3cm。同时，暴露末端158和160能够远离膨胀聚合物模板142的外面162延伸至多60，在一些情况下至多40，和在其它情况下至多20cm。暴露末端158和160能够从外面100延伸上述任何的距离或延伸了介于任何以上列举的距离之间的距离。

在本发明的一个实施方案中，嵌入金属立筋144和146具有一种横截面形状，其包括嵌入长度164和166、嵌入末端152和156、和暴露末端158和160。嵌入金属立筋144和146的取向可由开口末端168和170的方向作参比。在本发明的一个实施方案中，开口末端168和170彼此相对地取向。在这一实施方案中，工字梁板140适合于嵌入到被施加于外面162上的轻质混凝土中。

在各个嵌入金属立筋144和146之间的间距能够与对于嵌入金属立筋344和346所述的间距相同。

开口148能够具有各种横截面形状，和与对于在膨胀聚合物主体342中的开口348所描述的相类似的间距和横截面面积。

如图20中所示，膨胀聚合物板140具有有限长度，和具有包括向前边缘172和后边缘174的凸形终端170以及包括凹形部分178(适合用于接受向前边缘172)和突出边缘180的接受端176。典型地，工字梁板140的长度通过将第一个工字梁板140的向前边缘172插入到第二个工字梁板的凹形部分178中来互联。用这样的方式，含有任何数量的工字梁板的较大屋顶，天花板，地板或墙壁型材能够组装和/或排列。作为从突出边缘180到后边缘174之间的距离所测量的工字梁板140的宽度能够典型地是至少20，在一些情况下至少30，和在其它情况下至少35cm和能够是至多150，在一些情况下至多135，和在其它情况下至多125cm。工字梁板140的宽度能够是上述任何值或介于以上列举的任何数值之间。

工字梁板140包括工字梁通道182。当与现有技术的系统相比时，本发明的工字梁板是有利的，因为现有技术的相邻板之间的连接是沿着在工字梁通道182下方的膨胀聚合物的薄的部分提供的。所形成的薄的边缘在运输和装卸过程中容易损伤和/或破裂。本发明的工字梁板通过将工字梁通道模塑在内部，避免将薄的边缘部分暴露于潜在损害而消除了这一问题。

在本发明的一个实施方案中，钢筋或其它混凝土钢条能够放置于工字梁通道182中，以便加强和增强在工字梁通道182内形成的轻质混凝土工字梁。

在图21中所示的本发明的另一个实施方案中，代替工字梁通道182，工字梁板141包括通道183。通道183适合于接受圆形管道设施或其它机械和公用设施部件和设备和/或能够填充如上所述的轻质混凝土。

根据本发明的工字梁系统200的一个实例示于图22，其中四个工字梁板140通过将第一个工字梁板140的向前边缘172插入到第二个工字梁板的凹形部分178中来连接。轻质混凝土被浇注、装饰和凝固以形成包括轻质混凝土工字梁204(它们在工字梁通道182中形成)的轻质混凝土层202。图22中所示的实施方案是一种交替型实施方案，其中各工字梁板140的工字梁通道182的方向交替地面对轻质混凝土层202(在包括轻质混凝土工字梁204的情况下)或背向轻质混凝土层202(在工字梁通道182不含有混凝土的情况下)。在本发明的一个实施方案中，背向的工字梁板能够是工字梁板141。可选地，每一个工字梁板140能够面对轻质混凝土层202和包括轻质混凝土工字梁204。

在所示的实施方案中，暴露末端158和160被嵌入在轻质混凝土层202中或暴露。该暴露末端158和160可用作装饰表面210的连接点，该装饰表面包括木材，硬质塑料，木板，混凝土板，水泥板，板墙，纸面石膏板，碎料板，硬质塑料板，在这里描述的轻质混凝土建筑制品，或具有装饰和/或结构功能的任何其它合适材料，或其它建筑基材210。该连接典型地通过螺钉，钉子，粘合剂或现有技术中已知的其它紧固件来实现。

在本发明的一个实施方案中，工字梁系统200被组装在平整表面上，在第二端保持静止的同时将第一端提升，导致工字梁系统200一般垂直于平整表面来取向并且通过如上所述的“倾斜墙壁”来竖立。

在本发明的另一个实施方案中，工字梁系统200能够用作结构上的屋顶或用作结构中的地板。

一般，楼面系统形成了从地基和/或承重墙侧向延伸的平面。

图23和24分别显示了楼面系统140和141。楼面系统140通过将向前边缘93与凹形部分99接触形成连续地板142来构造。单独楼板的等同特征如以上所示的来编号。如上所述，各种形状类型的管道设施能够被固定在由膨胀聚合物板92的底表面100和嵌入金属搁栅94和96的暴露末端108和110以及第二横向构件128和129所限定的空间中。作为非限制性例子，矩形通风管道147示于图23中和圆形的空气管道148示于图24中。

本发明的实施方案提供一种复合建筑板，它包括：中心体，它基本上呈现平行六面体形状，含有如上所述的膨胀聚合物基质，具有相对的面层、顶表面和相对的底表面；在相对的面层之间纵向地延伸穿过该中心体的至少一个嵌入框架立筋，具有嵌入在膨胀的聚合物基质中的第一末端，远离中心体的底表面延伸的第二末端，和在嵌入立筋的第一末端和中心体的底表面之间位于嵌入立筋中的一个或多个膨胀孔，其中中心体含有膨胀通过该膨胀孔的聚合物基质；和轻质混凝土层覆盖顶表面和/或底表面的至少一部分。

示于图24中的本发明的实施方案显示了使用在这里描述的复合板的结合物以及将各种板的特征相结合的一个实例。这一实施方案兼用了工字梁板140和楼板92(显示为92和92A)。在这一实施方案中，工字梁板140的接收端176接受楼板92的向前边缘93而且楼板92A的凹形部分99接受工字梁板140的向前边缘172，以提供榫和槽的连接，构造连续楼面系统141。在这一实施方案中，圆形管道设施148沿着楼板92的底表面100在嵌入金属搁栅94和96之间安装。在这一实施方案中，楼板材料是作为层145的本发明的轻质混凝土组合物，它覆盖楼板92和92A的顶表面102以及工字梁板140的外面162。工字梁通道182从外面162延伸和通向外面162，并且填充轻质混凝土，混凝土层145的厚度足以包覆工字梁板140的暴露末端158和160。在这一实施方案中显示的结合物提供了绝缘混凝土楼面系统，其中公用设施能够在绝缘层下方进行布局。

如图23的实施方案中所示，该轻质混凝土组合物149的层(具有含凹槽的暴露表面)覆盖楼板单元90。在另一个实施方案(未显示)中，胶合板，塑料，碎料板或其它合适的底层地板能够被附加于第一横向构件124和126并将轻质混凝土组合物层149施加于其上。

如图25中所示，嵌入金属搁栅94和96的末端坐落于和附加于搁栅边框122中，和将第二搁栅边框附加于嵌入金属搁栅94和96的另一末端。轻质混凝土层149，作为地板，能够被施加在横向构件124和/或126上。

参见图25，嵌入金属搁栅94和96沿着它们的长度间隔具有公用设施孔127。公用设施孔127可用于容纳用于电力，电话，电缆电视，扬声器，和其它电子设备的线路。公用设施孔127能够具有各种横截面形状，它的非限制性例子是圆形，卵形，椭圆形，正方形，矩形，三角形，六角形或八角形。公用设施孔127的横截面面积也能够彼此独立地变化或它们能够是统一的。公用设施孔127的横截面面积受到嵌入金属搁栅94和96的尺寸的限制，因为公用设施孔127将在它们的尺寸范围内并且不会显著地损害它们的结构完整性和强度。公用设施孔127的横截面面积能够独立地是至少1，在一些情况下至少2，和在其它情况下至少5cm²和能够是至多30，在一些情况下至多25，在其它情况下至多20cm²。公用设施孔127的横截面面积能够独立地是上述任何值或介于以上列举的任何数值之间。

如上所述的膨胀孔113是有用的，在于当膨胀聚合物主体92被模塑时，聚合物基质膨胀通过膨胀孔113而且正在膨胀的聚合物熔融。这使得聚合物基质利用在正在膨胀的聚合物中的熔融作用来包覆和固定嵌入立筋94和96。在本发明的一个实施方案中，膨胀孔113能够具有安装法兰的和在很多情况下轧制的法兰表面以便为嵌入金属立筋提供增加的强度。

在本发明的一个实施方案中，该楼面系统能够位于地基上。然而，因为地基很少是完全水平的，在楼面系统的放置之前，将水平轨道附加在地基上。该水平轨道包括顶面(它具有一定长度和从顶面的相对边缘延伸的双侧轨条)，其中顶面的宽度大于地基的宽度和顶面的长度一般与地基的长度几乎相同。该水平轨道一般通过以下方法附加于地基上：将水平轨道放置在地基上，其中一般让侧轨条接触地基的侧面，定位该顶面使得它保持水平并且永久地让水平轨道附加于地基上。搁栅边框能够用于协助将该顶面附加于多个复合楼板的末端上。

更具体地说，在楼面系统的放置之前，水平轨道128能够被附加于地基130(参见图25和26)。水平轨道128能够被放在地基128上和保持水平。该水平通过使用紧固件131(显示了钉子，虽然螺钉或其它合适设备也能够使用)借助于紧固孔132将水平轨道128紧固于地基130上来永久保持。螺钉133还可以用来经由螺钉孔135将水平轨道128附加于地基130上。一些螺钉孔135能够与螺钉133联用，将搁栅边框122的底凸缘附加于水平轨道128。螺钉133还可以维持水平轨道128的水平位置，直到实现更永久的定位为止。可选地或另外地，砂浆能够经由砂浆孔134施加以填充水平轨道128和地基130的顶部之间的空间。在水平轨道128已经附加和/或砂浆已充分地凝固之后，该楼面系统能够紧固在地基上。

水平轨道128包括侧轨条137，其适合于在地基130的一部分上延伸。水平轨道128的宽度是水平轨道128的顶部的从一侧轨条137到另一侧轨条的横向距离。水平轨道128的宽度典型地稍微大于地基130的宽度。水平轨道128的宽度能够是至少10cm，在一些情况下至少15cm，在其它情况下至少20cm和在有些情况下至少21cm。同时，水平轨道128的宽度能够是至多40cm，在一些情况下至多35cm，和在其它情况下至多30cm。水平轨道128的宽度能够是上述任何值或介于以上列举的任何数值之间。

侧轨条137的长度是它从水平轨道128的顶部延伸的距离并且在长度上是足够的以便允许水平轨道128的适当水平定位和利用紧固件131和紧固孔132将其附加到地基130上。侧轨条137的长度能够是至少4cm，在一些情况下至少5cm，和在其它情况下至少7cm。同时，侧轨条137的长度能够是至多20cm，在一些情况下至多15cm，和在其它情况下至多12cm。侧轨条137的长度能够是上述任何值或介于以上列举的任何数值之间。

墙壁系统50能够附加于或固定于轻质混凝土层149上，如图25中所示。在墙壁系统50中，部分地嵌入聚合物主体14中的金属立筋14和16的底端坐落于和附加于底部轨道44和顶部滑轨(未显示)。这一构造导致底部通道52的形成。

在本发明的一个实施方案中，该LWC组合物是以建筑板(construction panel)的形式被成型、凝固和/或硬化，没有使用如上所述的预制建筑板(building panel)。在这一实施方案中，该建筑板适合用于地板，墙壁，天花板，或屋顶。

另外，本发明的LWC组合物能够用作灰泥或用作灰浆，由本行业的普通技术人员公知的任何手段施涂；作为夹层类型的建筑物的墙板，其中硬化材料由适当强度的纸材或其它结构材料来包夹；作为人行道、行车道等等的铺路砖；作为人行道、行车道等等的浇注材料；用于建筑物地板的整体浇注材料；作为多烟道烟囱或烟囱；作为砖块；作为屋顶铺面砖；作为用于辐射热楼面系统的整体浇注材料；作为风景挡土墙的块体；作为预应力混凝土墙壁系统；作为翻起施工墙壁系统，即其中墙壁组件被现场浇注和然后在硬化时向上倾斜；和作为砌筑砂浆。

在本发明的一个实施方案中，根据本发明的混凝土组合物以混凝土砌筑构件的形式成型、凝固和/或硬化。在这里使用的术语“混凝土砌筑构件”指中空或实心的混凝土制品，其包括但不限于刻痕的、裂面的、带肋的、带槽纹的、ground face，坍落和铺路石类。本发明的实施方案提供墙壁，其至少部分地包括根据本发明制造的混凝土砌筑构件。

在本发明的一个实施方案中，如上所述的模塑建筑制品和材料以及混凝土砌筑构件能够接收和夹持贯入的紧固件，它的非限制性例子包括钉子，螺钉，U形钉等等。这是有益的，在于表面覆盖物能够被直接附加于模塑的建筑制品和材料以及混凝土砌筑构件模塑的建筑制品和材料，和混凝土砌筑构件。

在本发明的一个实施方案中，标准2.5英寸板墙螺钉能够被拧入到含有本发明轻质混凝土组合物的浇注和凝固的表面中，达到1.5英寸的深度，并且当垂直于被拧入的表面施加至少500，在一些情况下至少600和在其它情况下至少700和至多800磅的力持续1分钟，在一些情况下五分钟和在其它情况下十分钟时，无法将其取出。

本发明的实施方案提供轻质结构单元如石膏墙板等等。这些单元包括如上所述的水泥质材料的芯，由附着于固化的水泥质芯上的封面纸或饰面纸(facing paper)至少覆盖它的两个主表面。尽管所要制造的产品被描述为石膏墙板，其中基础水泥质材料是某些形式的石膏组合物或石膏组合物的结合物，但是可以理解，对于不同应用，其它形式的水泥质材料如熟石膏、灰泥、全部类型的水泥可用于制造其它产品并且属于本发明范围。

在这里使用的术语“石膏”指矿物石膏，在性质上发现主要是硫酸钙二水合物(CaSO₄·2H₂O)和“石膏组合物”指含有石膏的组合物和/或混合物。为了制造石膏墙板，该矿物被研磨和煅烧，以使它主要地是硫酸钙的半水合物(CaSO₄·1/2H₂O)和称为半水合物，灰泥或煅烧石膏。如果脱水是完全的，则为硫酸钙(CaSO₄)。

本发明的实施方案涉及制造用于结构单元的轻质芯，它包括下列材料的结合：

(1)包括煅烧石膏的基础石膏组合物；

(2)如上所述的具有0.2mm到8.0mm的平均粒度和0.03g/cc到0.64g/cc的堆积密度的聚合物颗粒；

(3)任选的表面活性剂，

(4)任选的适合与胶乳一起使用的起泡剂；

(5)任选的成膜组分，如胶乳；

(6)任选的淀粉组合物，和

(7)任选的水，加上其它添加剂，视需要来定。

该淤浆或混合物能够通过在合适容器中添加一部分水、一种或多种表面活性剂、和起泡剂(它在搅拌下形成泡沫)来制备。在使之夹带适当的空气后，该胶乳和淀粉能够被添加进去。在连续的搅拌过程中，将石膏缓慢地添加以防止结团块或凝块，然后添加预定量当中的余量的水。在连续搅拌或搅动下在其中添加聚合物颗粒，获得光滑的均匀混合物。当为了有利的目的时，添加的顺序能够变化。

在本发明的一个实施方案中，聚合物颗粒能够以该石膏的约0.1到至多约3wt％的量被添加到石膏基材料中，在一些情况下以约0.5到约3wt％，以该石膏基材料的约10-约60体积百分数的量添加，或按照以上定义的含量添加。

该胶乳能够以石膏的约0.1-约5.0wt％的量和在一些情况下以1-3wt％的量使用。

在本发明的一个实施方案中，该胶乳含有苯乙烯丁二烯共聚物，乙酸乙烯酯均聚物或共聚物(非限制性例子是乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)，或它们的结合物。

表面活性剂和/或起泡剂，当作为单一或组合的添加剂使用时，能够以石膏的约0.075％到约0.3wt％的量使用，在一些情况下以约0.1到0.2wt％的量使用。在特定实施方案中，使用月桂基硫酸镁。

该淀粉能够以石膏的约0.5-约3.0wt％的量使用，和在一些情况下以大约1-约2wt％的量使用。

石膏、石灰石和/或白云石能够提供该配制料的余量。

有利地，聚合物颗粒不仅使墙板的重量减轻，而且增加绝缘值和减少石膏的量，这些颗粒减少了在配制料中的需水量。因此，本发明的一个优点是该石膏混合物或淤浆需要相对于适当水合所需的水量而言极少过量或不过量的水。此外，在石膏基材料中的总水含量能够是实用最低限，大约是半水合物的约50-60wt％，必须记住的是，希望使用比为了与水泥质配混料反应所需要的水量仅仅过量一定程度的水，该程度对于提供容易浇注到模具中或用于制造墙板的轻质水泥质芯的其它设备中的所需均匀流动性混合物是所需要的。

该预膨胀物或聚合物颗粒的密度、直径和体积能够加以变化以便为石膏组合物提供目标和/或其它令人想望的性能。这使得特定的特性被工程设计到从该轻质石膏组合物制造的纸面石膏板、墙板或其它产品中，非限制性例子是阻燃性，绝缘值，抗剪强度，装饰板重量，和/或紧固件的夹持和拆卸强度。

本发明的一个优点是聚合物颗粒在墙板或石膏材料内的更均匀尺寸和分布，与在墙板和/或组合物中包含膨胀粒子的现有技术尝试相比而言。此外，聚合物颗粒的存在为墙板提供了增加的强度以及挠性。在最终产品中，随着抗压强度以及挠曲强度的提高，这显示升高。

在本发明的一个实施方案中，当含有上述石膏组合物的墙板暴露于极端的热和/或火焰时，得到蜂窝状结构，它能够维持该墙板的部分强度。这在增加破坏之前的持续时间上是有利的，有助于抽空使用该材料制备的结构。

在本发明的一个实施方案中，标准一又四分之一英寸板墙螺钉能够被拧入到本发明轻质墙板或石膏材料中，达到二分之一英寸的深度，并且当垂直于被拧入的表面施加至少500，在一些情况下至少600和在其它情况下至少700和至多800磅的力持续1分钟，在一些情况下五分钟和在其它情况下十分钟时，无法将其取出。

在本发明的一个实施方案中，含有上述石膏组合物的墙板具有至少300psi(21.1kgf/cm²)的最低抗压强度，在一些情况下至少400psi(28.1kgf/cm²)，在其它情况下至少500psi(35.2kgf/cm²)，在有些情况下至少600psi(42.2kgf/cm²)，和在其它情况至少700psi(49.2kgf/cm²)的最低抗压强度。抗压强度根据ASTM C39测定。

本发明还涉及包括本发明的LWC组合物的建筑物。

本发明还提供制造优化的轻质混凝土制品的方法，它包括：

鉴定凝固的轻质混凝土组合物的所需密度和强度性能；

确定待膨胀以用于轻质混凝土组合物中的聚合物珠粒的类型、尺寸和密度；

确定聚合物珠粒所要膨胀到的尺寸和密度；

膨胀聚合物珠粒以形成膨胀的聚合物珠粒；

将膨胀的聚合物珠粒分散在水泥质混合物中以形成轻质混凝土组合物中；和

让轻质混凝土组合物以所需形式凝固。

凝固和/或硬化的LWC组合物的所需密度和强度性能是以预定应用为基础测定的。

在本发明的一个实施方案中，待膨胀的聚合物珠粒的类型、尺寸和密度以及聚合物珠粒所要膨胀到的尺寸和密度能够根据经验和/或已出版的数据来确定。

在本发明的另一个实施方案中，有限元分析可用于确定待膨胀的聚合物珠粒的类型、尺寸和密度以及聚合物珠粒所要膨胀到的尺寸和密度。

使所得轻质混凝土组合物凝固和/或硬化，以便提供如上所述的LWC制品和混凝土砌筑构件。

本发明将进一步参考下列实施例来描述。下列实施例仅仅说明本发明而已，没有限制意义。除非另有说明，否则，全部百分数是按重量计，和使用波特兰水泥。

实施例

除非另有说明，否则使用下列材料：

·III型波特兰水泥(CEMEX，S.A.de C.V.，MONTERREY，MEXICO)

·建筑用砂(165pcf堆积密度/2.64比重)

·可饮用水-环境温度(～70℉/21℃)

·可膨胀的聚苯乙烯-M97BC，F271C，F271M，F271T(NOVAChemicals Inc.，Pittsburgh，PA)

·EPS树脂-1037C(NOVA Chemicals，Inc.)

·1/2英寸膨胀板岩(Carolina Stalite Company，Salisbury，NC-89.5pcf堆积密度/1.43比重)。

除非另有说明，全部组合物通过使用带有单轴桨叶的具有7ft³工作容量主体的42N-5型掺合机(Charles Ross & Son Company，Hauppauge，NY)在实验室的条件下制备。该搅拌机在34rpm下操作。调理是在LH-10恒温和恒湿箱(由Associated EnvironmentalSystems，Ayer，MA制造)中进行的。样品在带有平盖的6”×12”单次使用塑料圆柱形模具中模塑，并且一式三份进行试验。在ForneyFX250/300压缩试验机(Forney Incorporated，Hermitage，PA)上进行压缩试验，该机器以液压作用在所需速率下施加垂直荷载。全部其它辅助材料(坍落度筒，捣棒，等等)遵守可适用的ASTM试验方法。进行下面的ASTM测试方法与程序：

·ASTM C470-用于垂直形成混凝土试验圆柱体的模具的标准说明

·ASTM C192-在实验室中制造和固化混凝土试样的标准操作规程

·ASTM C330-用于结构混凝土的轻质骨料的标准说明

·ASTM C511-用于水硬性水泥和混凝土的试验中的混料间、保湿间、雾室和蓄水箱的标准说明

·ASTM C143-水硬性水泥混凝土的坍落度的标准试验方法

·ASTM C1231-在硬化混凝土圆柱体的抗压强度的测定中关于无粘结盖板的使用的标准操作规程

·ASTM C39-圆柱形混凝土试样的抗压强度的标准试验方法。

圆柱体在封盖的情况下和在环境实验室条件下保持24小时。全部圆柱体在23±2℃，95％相对湿度下老化另外6天。然后测试试样。

实施例1

未膨胀珠粒形式的聚苯乙烯(M97BC-0.65mm，F271T-0.4mm，和F271M-0.33mm)预膨胀成各种密度的EPS泡沫体(预膨胀)颗粒，如下表中所示。

数据显示，预膨胀颗粒粒度与材料的膨胀密度成反比变化。

实施例2

未膨胀珠粒形式的聚苯乙烯(0.65mm，0.4mm，和0.33mm)预膨胀为具有2lb/ft³的堆积密度的预膨胀颗粒，如下表中所示。该预膨胀颗粒在3.5立方英尺鼓式搅拌机中被配制到LWC组合物中，它包括46.5wt％(25.3vol％)波特兰水泥，16.3wt％(26.3vol％)水，和1.2wt％(26.4vol％)预膨胀颗粒。所得LWC组合物具有90lb/ft²的混凝土密度。平均抗压强度(根据ASTM C39测定，七天破裂试验)示于下表中。

数据显示，随着未膨胀珠粒平均粒度下降，在恒定的预膨胀颗粒密度下，令人吃惊的更高抗压强度不一定来自于现有技术所认为的不断减少的未膨胀珠粒粒度。更具体地说，数据显示，当承受荷载获得90pcf混凝土密度时，在2.00pcf下存在着相对于抗压强度而言的最佳未膨胀珠粒粒度。这一最佳点对于本发明特定配制料来说出现在330微米和650微米之间。

实施例3

因为预膨胀颗粒密度也影响到总体混凝土密度，改变EPS密度需要EPS填充量的变化以维持恒定的混凝土密度。只要预膨胀颗粒的总量不至于大到损害周围混凝土基质的强度，这一相互关系则能够保持住。在预膨胀颗粒密度和填充量之间的相互关系在控制总体混凝土密度的同时为优化混凝土强度提供了额外的机会。

未膨胀珠粒形式的聚苯乙烯(0.65mm)预膨胀成具有不同密度的预膨胀颗粒，如下表中所示。该预膨胀颗粒在3.5立方英尺鼓式搅拌机中被配制到含有下表中所示组分的LWC组合物中，各自具有90lb/ft³的混凝土密度。

 

	样品A	样品B	样品C
				预膨胀颗粒堆积密度(lb/ft3)	1.26	3.29	5.37
波特兰水泥，wt％(vol％)	46.7(28.5)	46.2(22.1)	45.8(18.9)
				水，wt％(vol％)	16.4(29.8)	16.2(23)	16.1(19.7)
EPS，wt％(vol％)	0.7(16.8)	1.8(35.6)	2.6(44.9)
				砂，wt％(vol％)	36.2(24.9)	35.8(19.3)	35.5(16.5)

下列的数据表以数字形式描述了在90lb/ft³的恒定混凝土密度下在预膨胀颗粒密度和混凝土强度之间的相互关系。

数据显示，随着预膨胀颗粒密度提高，LWC组合物的抗压强度也在恒定混凝土密度下提高。

实施例4

未膨胀珠粒形式的聚苯乙烯(0.65mm)预膨胀成具有1.1lb/ft³的堆积密度的预膨胀颗粒，如下表中所示。该预膨胀颗粒在3.5立方英尺鼓式搅拌机中被配制到含有下表中所示组分的LWC组合物中。

 

	样品D	样品E	样品F	样品G
					预膨胀颗粒堆积密度(lb/ft3)	1.1	1.1	1.1	1.1
波特兰水泥，wt％(vol％)	46.4(22.3)	46.8(21.6)	46.3(18.9)	46.1(16.6)
					水，wt％(vol％)	17(24.3)	16.4(22.5)	17(20.6)	17(18.2)
EPS，wt％(vol％)	0.6(33.9)	0.6(37)	0.9(44)	1.1(50.8)
					砂，wt％(vol％)	36(19.5)	36.2(18.9)	35.9(16.5)	35.8(14.5)

下列的数据表以数字形式描述了在90lb/ft³的恒定混凝土密度下在预膨胀颗粒密度和混凝土强度之间的相互关系。

数据显示，在恒定的泡沫体颗粒密度下，随着在LWC组合物中预膨胀颗粒负载量提高，轻质混凝土密度和抗压强度会下降。

实施例5

未膨胀珠粒形式的聚苯乙烯(0.65mm)预膨胀成具有各种密度的预膨胀颗粒，如下表中所示。该预膨胀颗粒在3.5立方英尺鼓式搅拌机中被配制到含有下表中所示组分的LWC组合物中。

 

	样品H	样品I	样品J	样品K
					预膨胀颗粒堆积密度(lb/ft3)	1.1	2.3	3.1	4.2
波特兰水泥，wt％(vol％)	46.8(21.6)	46.8(26.8)	46.8(28.4)	46.8(29.7)
					水，wt％(vol％)	16.4(22.5)	16.4(28)	16.4(29.6)	16.4(31)
EPS，wt％(vol％)	0.6(37)	0.6(21.8)	0.6(17.2)	0.6(13.4)
					砂，wt％(vol％)	36.2(18.9)	36.2(23.4)	36.2(24.8)	36.2(25.9)

下表以数字形式描述了在恒定的混凝土预膨胀颗粒填充量(基于配制料的重量)下在预膨胀颗粒密度和混凝土强度之间的相互关系。

数据显示，在恒定的预膨胀颗粒填充量(按重量)下，随着在轻质混凝土组合物中预膨胀颗粒密度提高，轻质混凝土密度和抗压强度会提高。

实施例6

未膨胀珠粒形式的聚苯乙烯(0.65mm)预膨胀成具有各种密度的预膨胀颗粒，如下表中所示。该预膨胀颗粒在3.5立方英尺鼓式搅拌机中被配制到含有下表中所示组分的LWC组合物中。

 

	样品L	样品M
			预膨胀颗粒堆积密度(lb/ft3)	1.1	3.1
波特兰水泥，wt％(vol％)	46.3(18.9)	46.2(21.4)
			水，wt％(vol％)	17(20.6)	16.2(22.3)
EPS，wt％(vol％)	0.9(44)	1.8(37.5)
			砂，wt％(vol％)	35.9(16.5)	35.8(18.7)

下列表以数字形式描述了在恒定混凝土密度下在预膨胀颗粒密度和混凝土强度之间的相互关系。

数据显示，在恒定混凝土密度下，随着在LWC组合物中预膨胀颗粒密度提高，LWC组合物的抗压强度会提高。

实施例7

未膨胀珠粒形式的聚苯乙烯(0.65mm)预膨胀成具有各种密度的预膨胀颗粒，如下表中所示。该预膨胀颗粒在3.5立方英尺鼓式搅拌机中被配制到含有下表中所示组分的LWC组合物中。

 

	样品N	样品0
			预膨胀颗粒堆积密度(lb/ft3)	3.9	5.2
波特兰水泥，wt％(vol％)	46(21.5)	45.6(21.4)
			水，wt％(vol％)	16.1(22.4)	16(22.3)
EPS，wt％(vol％)	2.3(37.3)	3(37.5)
			砂，wt％(vol％)	35.6(18.8)	35.4(18.7)

下列数据表以数字形式描述了在恒定的混凝土密度下在预膨胀颗粒密度和混凝土强度之间的相互关系。

数据显示，在恒定混凝土密度下，随着在LWC组合物中预膨胀颗粒密度提高，LWC组合物的抗压强度会提高。

实施例8

下列实施例说明了作为骨料的膨胀板岩与本发明的预膨胀颗粒的联合使用。未膨胀珠粒形式的聚苯乙烯预膨胀成具有各种密度的预膨胀颗粒，如下表中所示。该预膨胀颗粒在3.5立方英尺鼓式搅拌机中被配制到含有下表中所示组分的LWC组合物中。

 

混合的膨胀板岩/EPS实验	实施例P	实施例Q
			珠粒平均粒度，微米	0.33	0.4
预膨胀颗粒堆积密度，pcf	5.24	4.5
			wt％
水泥	19.84％	21.02％
			EPS	1.80％	1.44％
膨胀板岩	42.02％	39.07％
			水	6.96％	7.36％
			体积％
水泥	9.53％	10.34％
			EPS	22.71％	21.74％
膨胀板岩	41.91％	39.91％
			水	9.95％	10.78％
			LWC密度(pcf)	90.9	93.7
LWC强度(psi)	1360.0	1800.0

数据显示，令人想望的轻质混凝土能够通过在轻质混凝土组合物中使用本发明的预膨胀颗粒和作为骨料的膨胀板岩来获得。

实施例9

下列实施例说明了作为骨料的膨胀板岩与本发明的预膨胀颗粒的联合使用。未膨胀珠粒形式的聚苯乙烯预膨胀成具有各种密度的预膨胀颗粒，如下表中所示。该预膨胀颗粒在3.5立方英尺鼓式搅拌机中被配制到含有下表中所示组分的LWC组合物中。

实施例10

通过将根据下表中的实施例X和Y所制备的配制料浇注在模板中和然后让配制料凝固24小时，来制备1英尺正方形的4英寸厚的混凝土模板。

 

	实施例X	实施例Y
			珠粒粒度(mm)	0.4	0.65
预膨胀颗粒密度(lb/ft3)	3.4	4.9
			重量％
水泥	35.0％	33.1％
			砂	23.2％	45.4％
EPS	1.5％	2.9％
			板岩	26.3％	0.0％
水	14.0％	13.2％
			总计	100.0％
水/水泥	0.40	40.0％
			体积％
水泥	16.1％	16.0％
			砂	12.1％	24.7％
EPS	27.3％	40.3％
			板岩	25.2％	0.0％
水	19.2％	19.1％
			总计	100.0％
			抗压强度(psi)	2536	2109
密度(pcf)	91.1	90.6

在7天后，一英尺正方形的1/2英寸厚的胶合板片直接紧固到成型的混凝土上。充分紧固需要最少一英寸贯入。结果示于下面的表中。

 

紧固件	实施例X	实施例Y
			7d涂面钉
连接	当遇到板岩时没有贯入	100％贯入和连接
			取出	容易取出	在没有机械帮助下无法手工从混凝土中取出
2.5英寸标准板墙螺钉
			连接	当遇到板岩时没有贯入	100％贯入和连接。在混凝土破坏之前螺钉断裂
取出	容易取出	在没有机械帮助下无法手工从混凝土中取出。螺钉能够被取出和再插入，夹持力没有变化

数据表明，与传统的膨胀板岩配制料相比，本发明没有板岩的轻质混凝土组合物为使用标准紧固件的胶合板提供优异的夹握能力，而含有板岩的混凝土不容易接受紧固件。这与现有技术相比是一项改进，因为将锚固件固定到混凝土中以使紧固件夹握在其中的耗时作法得以省去。

实施例11

通过将实施例X和Y的配制料浇注在模板中和然后让配制料凝固24小时，来制备1英尺正方形的4英寸厚的混凝土模板。在7天后，将1英尺正方形的1/2英寸厚的标准板墙片材通过使用标准1.75英寸板墙螺钉直接紧固到成型的混凝土中。充分紧固需要最少一英寸螺钉贯入。结果示于下面的表中。

 

紧固件1.75英寸标准板墙螺钉	实施例X	实施例Y
连接	当遇到板岩时没有贯入	100％贯入和连接。螺钉能够贯入板墙。
			取出	容易取出	在没有机械帮助下无法手工从混凝土中取出。螺钉能够被取出和再插入，夹持力没有变化。

数据表明，与传统的膨胀板岩配制料(不容易接受紧固件)相比，本发明没有板岩的轻质混凝土组合物提供优异的夹握能力。这与现有技术相比是一项改进，因为将钉子立筋固定到混凝土中以使板墙连接于其上的耗时作法得以省去。

实施例12

通过将实施例X和Y的配制料浇注在模板中和然后让配制料凝固24小时，来制备2英尺正方形的4英寸厚的混凝土模板。在7天后，将三英尺长的2”×4”立筋通过使用标准16d钉子直接紧固到成型的混凝土上。充分紧固需要最少2英寸钉子贯入。结果示于下面的表中。

 

紧固件	实施例X	实施例Y
			16d钉子
连接	当遇到板岩时没有贯入	100％贯入和连接。
			取出	容易取出	在没有机械帮助下无法手工从混凝土中取出。

数据表明，与传统的膨胀板岩配制料(不容易接受紧固件)相比，本发明没有板岩的轻质混凝土组合物提供优异的夹握能力。这与现有技术相比是一项改进，因为使用

(可从Illinois Tool WorksInc.，Glenview Illinois)或类似紧固件、铅锚固件、或现有技术中已知的其它方法将立筋紧固在混凝土中的高成本和耗时的作法得以省去。

实施例13

没有额外骨料的混凝土通过使用下表中所示的成分来制备。

 

	Ex.AA	Ex.BB	Ex.CC	Ex.DD	Ex.EE	Ex.FF	Ex.GG	Ex.HH	Ex.II
										起始珠粒	F271T	F271C	M97BC	F271T	F271C	M97BC	F271T	F271C	M97BC
珠粒粒度(mm)	0.4	0.51	0.65	0.4	0.51	0.65	0.4	0.51	0.65
										密度(pcf)	1.2	1.3	1.5	3.4	3.3	3.4	5.7	5.5	4.9
预膨胀颗粒粒度(mm)	1.35	1.56	2.08	0.87	1.26	1.54	0.75	1.06	1.41
										膨胀系数	48	48	48	18	18	18	12	12	12
										重量％
水泥	33.0	35.8	35.0	33.0	33.0	35.0	33.0	33.0	33.1
										砂	51.5	47.2	50.1	50.3	50.4	48.9	49.0	49.2	45.3
EPS	0.6	0.8	0.9	1.8	1.7	2.2	3.0	3.0	2.9
										水	14.9	16.1	14.0	14.8	14.8	14.0	14.9	14.8	13.2
										体积％
水泥	16.0	16.0	16.0	16.0	16.0	16.0	16.0	16.0	16.0
										砂	28.1	23.7	25.8	27.5	27.5	25.2	26.8	26.9	24.7
EPS	34.5	38.8	39.1	35.1	35.1	39.8	35.8	35.7	40.2
										水	21.4	21.4	19.1	21.4	21.4	19.1	21.4	21.4	19.1
										抗压强度(psi)	1750	1650	1720	1770	2200	1740	1850	2400	2100
密度(pcf)	93	87	89	90	92	88	89	90	90

数据显示，为了提供最高抗压强度组合物所需要的平均预膨胀颗粒粒度在某种程度上取决于预膨胀颗粒的膨胀系数。单独集中于平均预膨胀颗粒粒度无法提供最高潜在混凝土强度的良好指示。这一点可通过比较实施例BB和FF来说明。实施例FF(1.54mm粒度)在18X膨胀系数下无法提供最高抗压强度，但它仍然接近能够从膨胀48X的珠粒获得的最大强度。

使用预膨胀颗粒粒度和膨胀系数的组合能够为最高混凝土强度提供指示。作为例子，实施例AA(预膨胀颗粒粒度，1.35mm和膨胀系数48)提供具有1750psi的抗压强度的93pcf混凝土，而类似粒度的预膨胀颗粒，实施例II(预膨胀颗粒粒度1.41mm和膨胀系数12)提供具有2100psi的明显高得多的抗压强度的90pcf混凝土。因此，较小预膨胀颗粒粒度和较低膨胀系数能够在最佳范围的预膨胀颗粒粒度内，在该轻质混凝土组合物中提供较高的抗压强度。

实施例14

含有膨胀板岩作为骨料的混凝土通过使用在下表中所示的成分来制备。

 

	Ex.JJ	Ex.KK	Ex.LL	Ex.MM	Ex.NN	Ex.00	Ex.PP	Ex.QQ	Ex.RR
										起始珠粒	F271T	F271T	F271T	F271T	F271T	F271T	F271T	F271T	F271T
珠粒粒度(mm)	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4
										密度(pcf)	3.4	3.4	3.4	3.4	3.4	3.4	3.4	3.4	3.4
预膨胀颗粒粒度(mm)	0.87	0.87	0.87	0.87	0.87	0.87	0.87	0.87	0.87
										膨胀系数	18	18	18	18	18	18	18	18	18
										重量％
水泥	35.9	33.0	30.5	35.9	33.0	30.6	35.9	33.0	30.6
										砂	0	8.2	15.6	10.6	18.0	24.3	21.1	27.7	33.2
EPS	1.1	0.8	0.5	1.3	1.0	0.7	1.6	1.2	0.9
										膨胀板岩	48.7	44.8	41.3	37.8	34.8	32.2	27.0	24.9	23.0
水	14.4	13.2	12.2	14.4	13.2	12.2	14.4	13.2	12.2
体积％
										水泥	16.0	16.0	16.0	16.0	16.0	16.0	16.0	16.0	16.0
砂	0	4.5	9.3	5.3	9.8	14.3	10.6	15.1	19.6
										EPS	19.9	15.5	10.7	24.6	20.2	15.7	29.3	24.9	20.4
膨胀板岩	45.0	45.0	45.0	35.0	35.0	35.0	25.0	25.0	25.0
										水	19.1	19.1	19.1	19.1	19.1	19.1	19.1	19.1	19.1
										7天强度(psi)	3220	3850	4070	2440	2890	3745	2300	2625	3695
密度(pcf)	92.8	98.5	102.7	90.7	96.8	101.5	88.1	94.5	101.3

数据表明，尽管随着板岩浓度提高，为了维持大约90pcf密度的混凝土所需要的EPS体积多少会线性地下降，但是随着在配制料中板岩的量提高，该轻质混凝土的强度按指数规律提高。这一相互关系强调了在该轻质混凝土配制料中包括骨料的潜在重要影响，并且表明了优化配制料中EPS和骨料的量以便在所需密度下使强度最大化的可能性。另外，各种组分的成本也包括在该设计中，轻质混凝土配制料能够对于最大强度和最低成本两者进行优化。

实施例15

含有未膨胀的EPS(1037C)和没有额外骨料的混凝土通过使用在下表中所示的成分来制备。

 

	Ex.JJ	Ex.KK	Ex.LL
				珠粒粒度(mm)	0.51	0.51	0.51
密度(pcf)	40	40	40
				膨胀系数	1	1	1
				重量％
水泥	38.7	33.0	28.8
				砂	0	21.6	37.8
EPS	43.9	30.4	20.4
				水	17.4	14.9	13.0
				体积％
水泥	16.0	16.0	16.0
				砂	0	11.8	23.6
EPS	62.6	50.7	38.9
				板岩	21.4	21.4	21.4
水	16.0	16.0	16.0
				抗压强度(psi)	2558	2860	3100
密度(pcf)	76	89	100

数据显示，未膨胀的聚苯乙烯树脂珠粒(～40pcf堆积密度)能够提供在低密度(76-100pcf)下具有出乎意料的高抗压强度(2500-3200psi)的轻质混凝土组合物。

实施例16

膨胀到1.2lb/ft³的F271T珠粒，膨胀到1.3lb/ft³的F271C珠粒和膨胀到1.5lb/ft³的M97BC珠粒的预膨胀颗粒通过使用扫描电子显微镜(SEM)来评价。各自的表面和内部泡孔分别示于图20和21(F271T)，22和23(F271C)，以及24和25(M97BC)。

如图25，27和29中所示，预膨胀颗粒的外部结构一般是具有连续外表面或表层的球形。如图26，28和30中所示，预膨胀样品的内部泡孔结构类似于蜂窝型结构。

预膨胀颗粒的尺寸也通过使用SEM来测量，结果示于下表中。

 

(微米)	T预膨胀颗粒(1.2pcf)	C预膨胀颗粒(1.3pcf)	BC预膨胀颗粒(1.5pcf)
				外径	1216	1360	1797
内部泡孔尺寸	42.7	52.1	55.9
				内部泡孔壁	.42	.34	.24
泡孔壁/泡孔尺寸	.0098	.0065	.0043
						C预膨胀颗粒(3.4pcf)	BC预膨胀颗粒(3.1pcf)
外径	--	1133	1294
				内部泡孔尺寸	--	38.2	31.3
内部泡孔壁	--	.26	.47
				泡孔壁/泡孔尺寸	--	.0068	0.0150

综合考虑以上给出的全部数据，该数据提供了一种指示，即内部泡孔结构会影响到轻质混凝土配制料的强度。

当用于轻质混凝土组合物中时，该预膨胀颗粒能够以两种方式影响混凝土的总强度。首先，较大的颗粒(它具有较低的密度)改变在预膨胀颗粒周围的混凝土基质，其次，较低密度预膨胀颗粒是较低刚性的，归因于发泡颗粒的泡孔结构。因为混凝土的强度至少在一定程度上取决于预膨胀颗粒的强度，提高的预膨胀颗粒强度会导致更高的轻质混凝土强度。潜在强度提高能够受到它影响混凝土基质的程度的限制。在该实施例中的数据表明，最初珠粒粒度能够被优化以提供最佳尺寸的预膨胀颗粒(它由预膨胀颗粒密度控制)，这导致最高可能的轻质混凝土强度。

换句话说，在最佳预膨胀颗粒粒度和最佳密度范围内，预膨胀颗粒的壁厚将提供足够的支持力以便使得本发明轻质混凝土组合物具有比现有技术的轻质混凝土组合物更好的强度。

在这里给出的数据表明，与现有技术中所采取的假定和方法不同，膨胀的EPS颗粒令人吃惊地不仅仅简单地作为在混凝土中的空隙空间。更具体地说，用于本发明中的预膨胀颗粒的结构和特性能够显著地增强所形成的轻质混凝土组合物的强度。

实施例17

这一实施例表明了紧固件对于本发明轻质混凝土组合物的使用和相关拔出强度。这一评价结果用于将直接安装在本发明轻质混凝土(大约90pcf)中的螺钉的荷载容量与安装在常规重量混凝土的和传统的轻质混凝土中的普通混凝土紧固件进行对比。

紧固件拔出试验是对于三种类型的混凝土进行：常规重量混凝土，143pcf(样品MM，140pcf普通混凝土)，使用膨胀板岩的轻质混凝土(123pcf)(样品NN，120pcf LWC)，和含有EPS的轻质混凝土(87pcf)(样品OO，90pcf LWC)，按照以上所述方法根据下表中配方制备。

 

	样品MM140pcf	样品NN120pcf	样品OO90pcf
				EPS珠粒粒度(mm)	--	--	0.51
密度(pcf)	--	--	3.37
				wt％
水泥	20.2	24.8	32.9
				砂	34.6	36.4	52.7
EPS	--	--	1.86
				3/8＂豆砾石	37.6	--	--
1/2＂膨胀板岩	--	29.4	--
				水	7.7	9.41	12.51
vol％
				水泥	16.0	16	16
砂	30.9	26.5	28.9
				EPS	--	--	37
3/8＂豆砾石	35.0	--	--
				1/2＂膨胀板岩	--	39.4	--
水	18.1	18.1	18.12
抗压强度(psi)	4941	9107	2137
				密度(pcf)	143	123	87

建造一种装置，它使得砝码从各紧固件垂直地悬挂，使用重力与紧固件的轴呈直线来施加荷载。90pcf LWC具有直接安装到大约1.5”深度的2.5”标准板墙螺钉。120pcf LWC具有被安装到预先钻的孔中的两种类型的紧固件：安装到大约2”深度的2.75”

金属螺钉型砖石建筑紧固用锚固件(Illinois Tool WorksInc.，Glenview，IL)和安装到大约1.25”深度的标准2.25”膨胀楔形夹螺栓/螺母锚固件。140pcf普通混凝土也具有被安装到预先钻的孔中的两种类型的紧固件：安装到大约2”深度的2.75”TAPCON锚固件和安装到大约1.25”深度的标准2.25”膨胀楔形夹螺栓/螺母锚固件。将轻质混凝土中的板墙螺钉中的一个拔出并重新安装到同一紧固件孔中以便进行测试。同时，将TAPCON螺钉中的一个取出，然后再装入以评价能力的任何损失。下表显示了所试验的各锚固件/紧固件的数据和荷载。

90pcf LWC板墙螺钉

 

石头(stone)1：	螺钉长度(英寸)	暴露(英寸)	拔出和再装入(英寸)	强度(lb)
					螺钉B	2.5	0.594	1.906	700@30sec.

90pcf LWC板墙螺钉

 

石头2：	螺钉长度(英寸)	暴露(英寸)	安装(英寸)	强度(lb)
					螺钉C	2.5	1.031	1.469	>740>10min.

120pcf LWC TAPCON螺钉

 

石头3：	螺钉长度(英寸)	暴露(英寸)	拔出和再装入(英寸)	强度(lb)
					螺钉C	2.75	0.875	1.875	>740>10min.

120pcf LWC螺栓/套/螺母

 

石头4：	锚固件长度(英寸)	暴露(英寸)	安装(英寸)	强度(lb)
					锚固件D	2.25	0.875	1.375	>740>10min.

140pcf普通混凝土TAPCON螺钉

 

石头5：	螺钉长度(英寸)	暴露(英寸)	拔出和再装入(英寸)	强度(lb)
					螺钉C	2.75	0.906	1.844	>740>10min.

140pcf普通混凝土螺栓/套/螺母

 

石头6：	锚固件长度(英寸)	暴露(英寸)	安装(英寸)	强度(lb)
					锚固件C	2.25	1.094	1.156	>740>10min.

板墙螺钉在90pcf LWC中的夹持力令人吃惊地高，因为它们不容易断裂或从混凝土中拔掉。板墙螺钉容易安装，仅仅需要标准尺寸电钻。板墙螺钉在90pcf LWC中的夹握强度(gripping strength)应该使得，如果在螺钉头到达混凝土表面之前所施加的钻凿扭矩没有停止，则螺钉的头将扭断。全部紧固件保持740磅的荷载达到至少10分钟，但在90pcf LWC中的拔出和再插入的板墙螺钉除外，它在从混凝土中松脱之前保持700磅荷载达到30秒。这一板墙螺钉在破坏点没有断裂，但从混凝土中拔出。

将以上数据从总体上考虑，已经表明，存在着最佳的预膨胀珠粒粒度(作为非限制性例子，大约450-550μm树脂珠粒膨胀到约10-20cc/g的膨胀系数，对于90pcf轻质混凝土而言达到约750-1400μm的预膨胀颗粒直径)，以便使本发明轻质混凝土配制料的抗压强度最大化。本发明轻质混凝土配制料的抗压强度能够通过提高本发明EPS预膨胀珠粒密度来提高。未膨胀的聚苯乙烯树脂(～40pcf堆积密度)得到高抗压强度(2500-3200psi)的LWC，若考虑该低密度(76-100pcf)。骨料能够用于该轻质混凝土配制料。没有活动(course)骨料的本发明轻质混凝土配制料将得到一种混凝土组合物，它可以使用标准钻和螺钉直接固定。当EPS预膨胀珠粒膨胀成低堆积密度(例如<1pcf)时，该珠粒具有弱的内部泡孔结构，它产生较弱的泡沫体，和进而提供具有较低抗压强度的轻质混凝土组合物。

实施例18

根据本发明的轻质石膏组合物通过使用SHEETROCK

通用型填缝配混料(United States Gypsum Company Corp.，Chicago，IL)来制备，它是据报道具有下列配方的石膏基组合物：

石灰石或白云石或石膏(>45％)

水(>38％)

云母(<5％)

乙酸乙烯酯聚合物或乙烯-乙酸乙烯酯聚合物(<5％)

绿坡缕石(<5％)

任选的滑石(<2％)

一体积份的填缝配混料和两体积份的样品A的预膨胀颗粒在搅拌机中掺混，直到获得光滑均匀组合物为止。

在1/2”或5/8”厚度的12”×4.5”模具中制备轻质石膏板样品。在每一侧上使用饰面纸(回收的50磅无酸纸)。将一片饰面纸放入到模具中，将如上所述的混合物加入到模具中以填充模具的体积，然后将第二片的饰面纸放置在轻质石膏组合物上。让组合物凝固并在环境条件下干燥几天，直至样品的重量没有变化为止。所得的板样品有与X型石膏板类似的物理性能。

对照样品是工厂生产的1/2”标准SHEETROCK石膏板和5/8”X型SHEETROCK石膏板，从US Gypsum获得。

(12”×4.5”)样品的中心被定位在距离丙烷火炬的喷嘴的2.5”处，它在1760℃下灼烧90分钟。从本发明轻质石膏组合物制备的板产生了蜂窝状结构，有最小的裂纹发展。商购的纸面石膏板在垂直与水平两个方向上显示出明显的裂纹。在全部板的非焰烧侧都观察到类似的烧穿图案。通过将试验之前和之后的板称重来观察类似重量损失(X型140g之前，131g之后，6.4％损失，根据本发明的轻质石膏板，113g之前，107g之后，5.3％损失)。

将标准1.25”板墙螺钉直接拧入到如上所述的本发明轻质石膏板中达到1/2”的深度。该螺钉不能手工从板墙板中拔出。直接拧入到商购样品中达到1/2”深度的标准板墙螺钉能够从板样品中手工拔出。

这些实施例说明，根据本发明的轻质石膏板提供了与商购石膏板至少类似的物理和灼烧性能，同时说明提供了在一些情况下不需要使用墙壁锚固件的墙壁表面的附加益处。

本发明已经参考本发明的具体实施方案的详情进行了描述。不希望此类细节被认为是对本发明的范围的限制，除非它们包括在所附权利要求中。

Claims (32)

1.轻质水泥质组合物，其含有22-90体积百分数的水泥组合物和10-78体积百分数的具有0.2mm到8mm的平均粒径，0.03g/cc到0.64g/cc的堆积密度和1到3的长径比的颗粒，其中在该轻质水泥质组合物凝固之后，其具有根据ASTM C39测试的至少1700psi的抗压强度。

2.根据权利要求1的轻质水泥质组合物，其中该颗粒具有基本上连续的外层。

3.根据权利要求1的轻质水泥质组合物，其中该颗粒包括具有至少0.15μm的内泡孔壁厚度的膨胀聚合物颗粒。

4.根据权利要求1的轻质水泥质组合物，其中该颗粒包括膨胀聚合物颗粒，该膨胀聚合物颗粒包括一种或多种选自以下的聚合物：乙烯基芳族单体的均聚物；至少一种乙烯基芳族单体与二乙烯基苯、共轭二烯、甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸烷基酯、丙烯腈、和/或马来酸酐中的一种或多种的共聚物；聚烯烃；聚碳酸酯；聚酯；聚酰胺；天然橡胶；合成橡胶；和它们的结合物。

5.根据权利要求1的轻质水泥质组合物，其中该颗粒包括通过膨胀具有约0.2mm到约2mm的未膨胀平均树脂粒度的聚合物珠粒所制备的膨胀聚合物颗粒。

6.根据权利要求1的轻质水泥质组合物，其中该颗粒包括具有约0.3mm到约8mm的平均粒度的膨胀聚合物颗粒。

7.根据权利要求1的轻质水泥质组合物，其作为分散体，其中该水泥组合物构成连续相和该颗粒构成离散颗粒在该连续相中的分散相。

8.根据权利要求7的轻质水泥质组合物，其不包含用于稳定该分散体的润湿剂或分散剂。

9.根据权利要求1的轻质水泥质组合物，其中该颗粒的至少一些以立方晶格或六方晶格排列。

10.根据权利要求1的轻质水泥质组合物，其中该水泥组合物包括水硬性水泥组合物。

11.根据权利要求10的轻质水泥质组合物，其中该水硬性水泥包括选自波特兰水泥、火山灰水泥、石膏水泥、高铝水泥、镁氧水泥、硅石水泥、和矿渣水泥中的一种或多种材料。

12.根据权利要求1的轻质水泥质组合物，其中该水泥质混合物包括砂，骨料，增塑剂和/或纤维。

13.根据权利要求12的轻质水泥质组合物，其中该纤维选自玻璃纤维，碳化硅，聚芳酰胺纤维，聚酯，碳纤维，复合纤维，玻璃纤维，它们的结合物，含有所述纤维的织物，和含有所述纤维的结合物的织物。

14.根据权利要求12的轻质水泥质组合物，其中该骨料选自砂，石，砾石，碾碎的粒状高炉矿渣，飞灰，玻璃，硅石，膨胀板岩，粘土；浮石，珍珠岩，蛭石，火山岩渣，硅藻土，膨胀页岩，膨胀粘土，膨胀矿渣，煅制二氧化硅，制成粒状的骨料，挤出的飞灰，凝灰岩，macrolite，板岩，膨胀高炉矿渣，烧结飞灰，煤渣，和它们的结合物。

15.根据权利要求1的轻质水泥质组合物，其具有约40到约1301b/ft³的密度。

16.根据权利要求1的轻质水泥质组合物，其中拧入到成型和凝固的轻质水泥质组合物中达到1.5英寸深度的标准2.5英寸板墙螺钉无法通过垂直于被拧入的表面施加500磅的力持续1分钟来取出。

17.路基，其包括根据权利要求1的轻质水泥质组合物。

18.根据权利要求1的轻质水泥质组合物，其以建筑制品的形式模塑和凝固。

19.根据权利要求1的轻质水泥质组合物，其以混凝土砌筑构件的形式凝固。

20.包括根据权利要求1的组合物的预浇铸和/或预应力的建筑制品。

21.根据权利要求1的轻质水泥质组合物，其以建筑板的形式凝固。

22.复合建筑板，包括：

中心体，它基本上呈现平行六面体形状，包括膨胀聚合物基质，具有相对的面层，顶表面，和相对的底表面；

在所述相对的面层之间纵向延伸穿过该中心体的至少一个嵌入框架立筋，它具有嵌入在该膨胀聚合物基质中的第一末端，远离该中心体的底表面延伸的第二末端，和在该嵌入立筋的第一末端和该中心体的底表面之间位于该嵌入立筋中的一个或多个膨胀孔，其中该中心体包括膨胀通过该膨胀孔的聚合物基质；和

覆盖该顶表面和/或底表面的至少一部分的含有根据权利要求1的轻质水泥组合物的混凝土层。

23.复合楼板，包括：

中心体，它基本上呈现平行六面体形状，包括膨胀聚合物基质，具有相对的面层，顶表面，和相对的底表面；和

在所述相对的面层之间纵向延伸穿过该中心体的两个或更多个嵌入楼板搁栅，它具有嵌入在该膨胀聚合物基质中的第一末端，远离该中心体的底表面延伸的第二末端，和在该嵌入搁栅的第一末端和该中心体的底表面之间位于该嵌入搁栅中的一个或多个膨胀孔，其中所述第一末端具有从一般与该顶表面接触或延伸到该顶表面之上的第一末端延伸的第一横向构件，所述第二末端具有从第二末端延伸的第二横向构件；和

其中，该中心体包括膨胀通过该膨胀孔的聚合物基质；

其中该嵌入搁栅包括在该中心体的底表面和该嵌入搁栅的第二末端之间位于该嵌入搁栅中的一个或多个公用设施孔而且由该中心体的底表面和该嵌入搁栅的第二末端限定的空间适合用于容纳公用设施管线；

其中含有根据权利要求1的轻质水泥质组合物的混凝土层覆盖该顶表面和/或底表面的至少一部分；和

其中该复合楼板一般垂直于承重墙和/或地基来定位。

24.绝缘混凝土结构，包括：

第一主体，它基本上呈现平行六面体形状，包括膨胀聚合物基质，具有相对的面层，第一表面，和相对的第二表面；

第二主体，它基本上呈现平行六面体形状，包括膨胀聚合物基质，具有相对的面层，第一表面，和相对的第二表面；和

在各主体的该第一表面之间纵向延伸穿过该第一主体和该第二主体的一个或多个增强用嵌入立筋，它具有嵌入在该第一主体的膨胀聚合物基质中的第一末端和嵌入在该第二主体的膨胀聚合物基质中的第二末端，位于嵌入在该第一主体和该第二主体中的嵌入立筋部分中的一个或多个膨胀孔；

其中，该第一主体和该第二主体包括膨胀通过该膨胀孔的聚合物基质；而且在该第一主体和该第二主体的第一表面之间限定的空间能够接受被浇注在其中的混凝土；和

其中，含有根据权利要求1的轻质水泥质组合物的混凝土层填充在该第一主体的第一表面和该第二主体的第一表面之间的空间的至少一部分。

25.制造优化的轻质水泥质组合物制品的方法，包括：

鉴定凝固的轻质水泥质组合物的所需密度和强度性能；

确定待膨胀以用于轻质水泥质组合物中的聚合物珠粒的类型、尺寸和密度；

确定聚合物珠粒所要膨胀到的尺寸和密度；

膨胀聚合物珠粒以形成膨胀的聚合物珠粒；

将膨胀的聚合物珠粒分散在水泥质混合物中以形成轻质水泥质组合物；和

让轻质水泥质组合物以所需形式凝固。

26.根据权利要求25的方法，其中使用有限元分析来确定待膨胀的聚合物珠粒的类型、尺寸和密度以及聚合物珠粒所要膨胀到的尺寸和密度。

27.根据权利要求25的方法制造的轻质混凝土制品。

28.轻质结构单元，包括：

芯，具有第一主面和第二主面，该芯包括实心凝固的轻质水泥质组合物，该轻质水泥质组合物包括22到90体积百分数的水泥组合物和10到78体积百分数的具有0.2mm到8mm的平均粒径、0.03g/cc到0.64g/cc的堆积密度、1到3的长径比的颗粒；

施加在该第一主面的至少一部分上的第一面覆盖层；和

施加在该第二主面的至少一部分上的第二面覆盖层。

29.根据权利要求28的轻质结构单元，其中该水泥质混合物是石膏组合物。

30.根据权利要求29的轻质结构单元，其中该石膏组合物包括胶乳，该胶乳包括苯乙烯丁二烯共聚物、乙酸乙烯酯均聚物、乙酸乙烯酯共聚物、或所述聚合物的结合物。

31.根据权利要求28的轻质结构单元，其具有根据ASTM C39测定的至少300psi的最低抗压强度。

32.根据权利要求28的轻质结构单元，其中当垂直于被拧入的表面施加500磅的力持续1分钟时，无法将直接拧入到该结构单元中达到0.5”深度的标准1.25”板墙螺钉取出。

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