CN103261539B - 增强水泥基轻质结构水泥面板用的具有增加耐水性和热稳定性的高性能不可燃石膏-水泥组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了结构水泥面板，所述结构水泥面板在固定到用于剪切墙、地板和屋顶系统的框架上时，耐受与胶合板和定向应变板提供的横向和剪切载荷相等的横向和剪切载荷。相比其它结构水泥面板，该面板提供减小的传热。该面板采用一个或多个连续相层，该连续相由α-半水合硫酸钙、水硬水泥、经涂覆的膨胀珍珠岩颗粒填料、任选的其它填料、活性火山灰和石灰的水性混合物固化得到。经涂覆的珍珠岩的颗粒尺寸为1至500微米，中值直径为20至150微米，有效颗粒密度(比重)小于0.50g/cc。该面板用纤维、例如耐碱玻璃纤维增强。优选的面板不包含有意加入的夹带空气。本发明还公开了一种提高建筑阻燃性的方法。

Description

增强水泥基轻质结构水泥面板用的具有增加耐水性和热稳定性的高性能不可燃石膏-水泥组合物
技术领域
本发明一般涉及用在制造轻质结构水泥面板（在此称作SCP面板）中的高性能不可燃石膏-水泥组合物。该面板通常用在住宅和商用建筑的剪切墙、地板和屋顶系统中。该面板提供不可燃、阻燃的耐剪切隔板，该隔板耐水、耐热且具有携剪切和轴向载荷的能力。该系统当安装在框架、尤其是钢制框架上时提供不可燃性、耐水性、阻燃性、热稳定性、抗霉性和高的比强度和刚度。
背景技术
本发明一般涉及住宅和其它类型轻质建筑的框架中所用的面板。更具体地，本发明涉及在建筑法规要求的地区能够耐受大风和地震载荷所施加的侧向力的面板。这种面板常称作剪切墙或隔板，必须如在公认测试例如ASTME72-05(2005年生效)中所示表现出耐剪切性。
测量覆盖面板(sheathingpanel)以测定该面板在允许挠曲且不出现故障的范围内可以耐受的载荷。剪切额定值(shearrating)一般基于测试3个相同的8×8ft(2.44×2.44m)组件，即固定到框架上的面板。将组件的一个边缘固定就位，而对其自由端施加侧向力直至不再能承受载荷而组件毁坏。所测量的剪切强度将根据面板厚以及组件中所用的钉子的尺寸和间隔而变化。例如，典型的组件如标称1/2英寸(12.7mm)厚的胶合板，其通过8d钉子(见下文钉子描述)固定到标称2×4英寸(50.8×101.6mm)、以16英寸(406.4mm)隔开(基于中心)的木立柱上，所述钉子在周边上间隔6英寸(152.4mm)，在周边内间隔12英寸(304.8mm)，该组件预期在出现故障之前表现出720lbs/ft(1072kg/m)的剪切强度。(注意按ASTME72测试规定的，所测量的强度将随钉子的尺寸和间隔变化而变化。)将该最终强度用安全因子如因子为3换算，以设定面板的设计剪切强度。
Tonyan等人的美国专利No.6,620,487公开了一种尺寸稳定的增强轻质结构水泥面板(SCP)，当其固定到框架上时能够耐受的剪切载荷等于或超过胶合板或定向刨花板面板所提供的剪切载荷，该专利的全文内容通过引用并入本文。该面板采用由固化α半水合硫酸钙、水硬水泥、活性火山灰和石灰的水性混合物得到的连续相的芯，该连续相用耐碱玻璃纤维加强，并且包含陶瓷微球或陶瓷和聚合物微球的混合物，或者由水与反应性粉末的重量比为0.6/1至0.7/1的水性混合物形成，或其组合。该面板的至少一个外表面可以包括用玻璃纤维加强并且包含足量聚合物球的固化连续相以改善可打钉性，或者由一定比例的水-反应性粉末制成以提供类似于聚合物球的效果，或其组合。
Bonen的美国专利No.6,241,815也公开了适用于SCP面板的配料(formulation)，该专利的全文内容通过引用并入本文。
Dubey的美国专利7,445,738公开了一种用于制造结构水泥面板(SCP或SCP面板)的多层方法以及通过这种方法制造的SCP，该专利通过引用并入本文。在运动的网上初始沉积松散分布的切碎纤维或浆料层之一后，将纤维沉积在浆料层上。包埋设备将最新沉积的纤维混合进浆料中，之后先后加入另外的浆料层和切碎纤维，接着再进行包埋。如果期望，对每层板重复该过程。
Dubey的美国专利申请公开No.2009/0011207A1公开了一种用于制面板或板的速凝轻质水泥基组合物，该专利通过引用并入本文。水泥基组合物包含35-60wt.%水泥基反应性粉末(也称作Portland水泥基粘结剂)、2-10wt.%膨胀且化学涂覆的珍珠岩填料、20-40wt.%水、夹带空气（如10-50vol.%的湿夹带空气）、以及任选的添加剂如减水剂、化学促凝剂和化学阻凝剂。该轻质水泥基组合物还可以任选包含0-25wt.%第二填料，例如10-25wt.%第二填料。典型填料包括膨胀粘土、页岩骨料和浮石中的一种或多种。所用水泥基反应性粉末通常由纯Portland水泥或Portland水泥与合适火山灰材料如飞灰或高炉熔渣的混合物组成。水泥基反应性粉末还可以任选包含少量加入的一种或多种石膏(石膏粉)和高铝水泥(HAC)以影响粘结剂的凝结和水合特性。
Billings的美国专利No.4,304,704公开了绝热材料，其包含经有机硅处理的珍珠岩和石膏与水泥的混合物。
Symons的美国专利No.5,601,919公开了一种具有芯和包封层的建筑组分，其中芯由一种或多种经液体组合物浸取的天然纤维片材形成，该液体组合物包含热塑性树脂和用于固化树脂的催化剂；包封层包封芯，并且可以包含水硬粘结剂和水，其中粘结剂选自15-65重量份的Portland水泥或半水合硫酸钙和可以是膨胀蛭石或珍珠岩的填料。膨胀珍珠岩具有0.05mm至3mm的颗粒尺寸，并且经有机硅处理以呈疏水性。
仍需要可以满足特定地点所要求的剪切额定值的改进面板，它通过以更低面板重提供具有相同剪切强度的不可燃面板而能力超过当前所用的木基面板以及当前石膏-水泥基结构水泥面板，并且还具有改进的耐水性和耐热性。
发明内容
本发明的面板一般可以描述为由用玻璃纤维增强的石膏-水泥组合物制成，并且加入经涂覆的膨胀珍珠岩颗粒替代现有技术的中空陶瓷或聚合物微珠。此外，本发明的面板相比水硬水泥面板具有减轻的重量。该面板满足以上列出的性能要求，并且可以与以上讨论的包含类似组分但不能满足本发明结构水泥面板的所有期望性能性质的其它现有技术的组合物相区别开。
本发明涉及用于包括轻质SCP面板的住宅和轻质商用建筑的系统。该面板由无机粘结剂和轻质填料的混合物制成，这意味着其用在其中所有成分通过ASTME-136的系统中。
本发明的SCP浆料组合物具体包含半水合硫酸钙(石膏)、水硬水泥如Portland水泥、硅灰、石灰、涂覆成疏水性的细膨胀珍珠岩颗粒、超增塑剂和酒石酸。在这些组合物中，细膨胀珍珠岩用于部分或完全替代现有SCP配料中所用的中空陶瓷微球填料，以提供更轻重量、减小的吸水性、改进的耐湿性和增强的热稳定性，同时保持与现有结构水泥面板相同水平的机械性能性质如长期耐用性、耐冷冻-融化性和尺寸稳定性。
本发明中膨胀珍珠岩的颗粒尺寸范围为1至150微米(μm)，并经涂料处理，该涂料使得经涂覆的珍珠岩呈疏水性。在部分替代情况下，珍珠岩置换至多一半的微球体积；在完全替代情况下，珍珠岩置换全部微球部分。
本发明在框架(通常是轻尺度金属框)上具有水平剪切隔板的系统通常还耐水。优选地，本发明的系统在测试中暴露于水中时，其水平剪切隔板承载能力下降不超过25%(更优选下降不超过20%)，在该测试中2英寸(51mm)水压头在固定于10英尺×20英尺(3.048×6.096米)金属框上的3/4英寸(19mm)厚SCP面板上保持24小时。在该测试中，通过每15分钟间隔检查并补充水保持2英寸(51mm)压头。
优选地，本发明的系统在测试中暴露于水中时不会吸收超过0.7磅/平方英尺(0.0034克/平方米)的水，在该测试中2英寸(51mm)水压头在固定于10英尺×20英尺(3.048×6.096米)金属框上的3/4英寸(19mm)厚SCP面板上保持24小时。在该测试中，通过每15分钟间隔检查并补充水保持2英寸(51mm)压头。
而且，不可燃的SCP面板与金属框架组合得到耐受因水分导致的溶胀的整个系统。优选在本发明的系统中，连接到10英尺×20英尺(3.048×6.096米)金属框上的宽10英尺×长20英尺×厚3/4英寸的SCP面板的隔板在暴露于2英寸(51mm)水压头时溶胀不超过5%，该2英寸水压头在固定于金属框上的SCP面板上保持24小时。在该测试中，通过每15分钟间隔检查并补充水保持2英寸(51mm)压头。
本发明的系统可以使用单层或多层SCP面板。在多层SCP面板中，这些层可以相同或不同。例如，SCP面板可以具有连续相的内层和至少一个在内层各相反侧上的连续相的外层，其中至少一个在内层各相反侧上的外层具有比内层高的玻璃纤维百分比。这能够使面板变硬、强化和坚韧。
本发明的系统比当前结构水泥面板轻质，同时保持相同的剪切强度。因此，对于给定建筑覆盖区，在金属框上具有3/4英寸(19mm)厚SCP面板的水平隔板的本发明系统有利于有效利用建筑空间，从而对于给定建筑覆盖区使得建筑空间最大。因此，本发明的系统在具有建筑高度限制的划定区域中可以允许更大的地板至天花板高度或甚至更多地板。
该系统的轻质性通常避免了与金属平盖板(pandeck)/灌装混凝土系统有关的死载荷。较小的死载荷还允许在支撑能力相对较低的稳定性较差的土壤上建设相当尺寸的结构。
而且，加入阻燃石膏干式墙（例如X型石膏壁板）或其它消声材料可以提高SCP地板或屋顶所提供的隔音性。这尤其可以减小IIC(撞击噪声)。用以加入的典型材料包括地板垫层面板(以制造从底部不可燃的地板)、牌的内侧面板(interiorpanel，可从USGypsumCorporation,Chicago,Illinois获得以制造不可燃的地板)、牌的地板垫层(可从USGypsumCorporation,Chicago,Illinois获得)(以制造不可燃的地板)或吸声灰膏(以制造不可燃的地板)。为接受按ASTMC36的"X型"名称，石膏壁板产品必须显示出，在根据ASTME119，MethodsofFireTestofBuildingConstructionsandMaterials的要求测试时，对于以单层施用并且钉在承载载荷的木框架构件的各面上的5/8"(16mm)板实现不低于1个小时的阻燃额定值，或者对于以单层施用并且钉在承载载荷的木框架构件的各面上的1/2"(12.7mm)板实现3/4小时的阻燃额定值。还可以将吸音天花板施用在地板托梁的下侧。该天花板连接到弹性槽或悬吊架。
由于板厚影响其物理和机械性质如重量、承载能力、玻璃强度等，所期望的性质根据板厚变化。广义上，本发明面板的厚度可以为约0.125至4.0英寸的范围，更优选厚度为0.25至2.0英寸的范围，最优选厚度为约0.40至1.0英寸的范围。因此，例如标称厚度为0.75英寸(19.1mm)的剪切额定(shearrated)面板应该满足的期望性质包括如下。
当按照ICC-ESAcceptanceCriteriaAC-318在地板覆材应用中用作底层地板时，本发明的典型面板在根据ASTME661中心间距16、20或24英寸(406、508或610mm)测试时具有大于400lbs(182kg)的撞击前极限载荷量和大于400lbs(182kg)的撞击后极限载荷量。最大挠曲在用200lb(90.9kg)载荷撞击之前和之后应该小于0.125英寸(3.2mm)。
当按照ICC-ESAC-318在地板覆材应用中用作单一地板时，本发明的典型面板在根据ASTME661中心间距16、20或24英寸(406、508或610mm)测试时具有大于550lbs.(250kg.)的撞击前极限载荷量和大于400lbs.(182kg.)的撞击后极限载荷量。对于16、20或24英寸的间距，最大挠曲在用200lb(90.9kg.)载荷撞击之前和之后应该分别小于0.078英寸(1.98mm)、0.094英寸(2.39mm)和0.108英寸(2.74mm)。
当按照ICC-ESAC-318用于地板覆材应用时，本发明的典型面板在根据ASTME661中心间距16、20或24英寸(406、508或610mm)测试时具有大于400lbs.(182kg.)的撞击前极限载荷量和大于300lbs.(136Kg.)的撞击后极限载荷量。对于16、20、24和32英寸的间距，最大挠曲在用200lb.(90.9)载荷撞击之前和之后应该分别小于0.438英寸(11.1mm.)、0.469英寸(11.9mm.)、0.500英寸(12.7mm.)和0,500英寸(12.7mm.)。
当按照ICC-ESAC-318用于地板覆材应用时，本发明的典型面板在根据ASTME330测试时应具有大于330psf(磅/平方英尺)的均一极限载荷量和在100psf允许载荷下挠曲不大于(间距/360)。这些要求适用于干测试条件和湿测试条件(在连续润湿7天后，接着在湿时测试)。
当按照ICC-ESAC-318用于地板覆材应用时，本发明的面板在根据ASTME330测试时应具有大于150psf的均一极限载荷量和在35psf允许载荷下挠曲不大于(间距/240)。这些要求适用于干测试条件和湿测试条件(在连续润湿7天后，接着在湿时测试)。
在根据PS2-04,7.4节测试时，本发明的面板在干态应该表现出210lbs.(95.5Kg.)的最小侧向紧固件载荷，在连续润湿7天后并湿时测试表现出160lbs.(72.2Kg.)的最小侧向紧固件载荷。
在根据ASTMD1037,47-53节测试时，本发明的面板在干态应该表现出20lbs.(9.1Kg.)的最小紧固件移开(fastenerwithdrawal)载荷，在连续润湿7天后并湿时测试表现出15lbs.(6.8Kg.)的最小紧固件移开载荷。
在根据ASTMD1037,54-60节测试时，本发明的面板在干态应该表现出200lbs.(90.9Kg.)的最小紧固件拉动(fastenerpull-through)载荷，在连续润湿7天后并湿时测试表现出150lbs.(68.2Kg.)的最小紧固件拉动载荷。
4×8ft、3/4英寸厚的面板(1.22×2.44m,19.1mm厚)通常重不超过156lbs(71kg)，优选不超过144lbs(65.5kg)。
本发明面板的实施方案的典型组合物实现了低密度、提高的挠曲强度和可钉性/可切性的组合，所述典型组合物包含具有分布在面板整个厚度中的所选定玻璃纤维的无机粘结剂(例子：石膏-水泥、Portland水泥或其它水硬水泥)、经涂覆的膨胀珍珠岩的轻质填料和超增塑剂/高效减水混合物(例子：聚萘磺酸盐、聚丙烯酸酯等)。中空玻璃或陶瓷微球可以任选与经涂覆的膨胀珍珠岩一起使用，但优选使用经涂覆的膨胀珍珠岩颗粒。
面板可以是单层面板或多层面板。典型的面板由水与具有所选定玻璃纤维的无机粘结剂、轻质陶瓷微球和在整个混合物中的超增塑剂的混合物制成。其它添加剂如促进和阻止混合物、粘度控制添加剂可以任选加入混合物中以满足所涉制造方法的要求。
如果需要，单层或多层面板也可以具有一层网如纤维玻璃网。
在具有多层(2个或更多个层)的实施方案中，这些层的组成可以相同或不同。例如，可以形成多层面板结构以包括具有改进可钉性和可切性或切划和摁扣能力的至少一个外层。这通过相对于面板的芯，在外层制造中使用更高水与反应性粉末(下文限定)之比来提供。低厚度的外层和低给量的聚合物含量相组合，可以提高可钉性，而不必损害不可燃测试。当然，高给量的聚合物含量会导致产品在不可燃测试中出现故障。
玻璃纤维可以单独或与其它类型的不可燃纤维如钢纤维一起使用。
如前讨论的，需要轻质不可燃剪切墙、地板和屋顶系统以替代覆有胶合板OSB面板或当前结构水泥面板的木或金属框。
另一优点是本发明的轻质结构面板还可以通过在金属框架上使用SCP面板(该金属框架在SCP面板所在侧的相反侧具有X型石膏壁板)，如3/4英寸或1英寸SCP面板，实现根据ASTME-119的2小时阻燃额定值，同时相对于当前SCP面板实现提高的耐热性。
本发明通过使用均匀分布在面板整个厚度上的经涂覆的膨胀珍珠岩颗粒，实现了低密度、面板处理所需的延性和可钉性与良好流动性、耐水性和改进热性质的组合。这提供了具有较低水与反应性粉末(下文限定)之比的面板，其使得相比用中空陶瓷微球或陶瓷微球与聚合物球混合物制成的面板，所得面板的重量明显减轻并且强度提高。使用经涂覆的膨胀珍珠岩还通过从轻质填料如陶瓷微球或聚合物球中基本消除面板中非燃烧碳或有机物源而制成可以容易满足不可燃性测试的面板。
为用在建筑中，该改进的SCP面板应该满足建筑法规关于耐剪切性、载荷量、水诱导膨胀、耐水性、冷冻-融化耐用性、长期耐用性和阻燃性的标准，如按公认测试测量结构胶合板那样，所述公认测试例如ASTME72、ASTME661、ASTMC1704和ASTMC1185或等同测试。还按照ASTME-136测试SCP面板的不可燃性，而胶合板不满足该测试。
该改进的SCP面板应该能够用切割木材用的圆锯切割。
该改进的SCP面板在暴露于水中时应该尺寸稳定。按ASTMC1185测量的，它在纵向或横向的膨胀应该小于0.1%，并且按ASTMD1037,方法B测量的，厚度的溶胀应该小于3%。
本发明的面板在制成后熟化28天根据ASTMC1704测试时，吸水率应该不超过15wt%。
在根据ASTMC1704方法测试时，本发明面板的湿调节试样相比该面板的干对比试样应该保持最大载量和最大挠曲的至少70%。试样的湿调节通过将试样在70±5°F(21±3°C)水中浸没48±2小时，接着吸干试样直至在试样表面上不能看到游离水分(之后立即开始测试)来实现。
本发明的改进SCP面板按照ASTMC1185适用于“面板冷冻-融化”节测定的，在50个冷冻-融化循环后应该保持对比强度值的至少75%。
本发明的面板在按照ASTMC1185适用于“长期耐用性”节测试时（其中在制成后熟化28天进行调节），应该表现出最大载荷量和最大挠曲的至少75%的保持率。
改进的SCP面板应该为外表面系统提供可粘结的基板。
改进的SCP面板按照ASTME136测定应该是不可燃的，不需要考虑现有技术的微球填料的可燃烧组分。
本发明的改进SCP面板如ASTME84方法测定的，应该实现0的燃烧传播和5的最大冒烟。
当以中心间距16、20或24英寸(406、508或610mm)用于地板覆材应用时，如按ASTMC1704法测定的，SCP面板在干态的抗弯承载力(momentcapacity)在纵向和横向都至少为1,450lbf-in/ft宽度，并且在湿态的抗弯承载力在纵向和横向都至少为1,015lbf-in/ft宽度。这些抗弯承载力值符合ICC-ESAcceptanceCriteriaAC-318和ASTMC-1705标准设定的要求。面板的湿调节描述在此段的前第6段。如按ASTMC1704法测定的，干试样的弯曲刚度在纵向和横向都应为223,000lbf-in2/ft宽度。
当以中心间距16、20或24英寸(406、508或610mm)用于屋顶覆材应用时，如按ASTMC1704法测定的，SCP面板在干态的抗弯承载力在纵向和横向都至少为1,007lbf-in/ft宽度，并且在湿态的抗弯承载力在纵向和横向都至少为705lbf-in/ft宽度。这些值符合ICC-ESAcceptanceCriteriaAC-318设定的最小抗弯承载力。面板的湿调节描述在此段的前第6段。如按ASTMC1704法测定的，干试样的弯曲刚度在纵向和横向都应为129,051lbf-in2/ft宽度。中心间距32英寸(813mm.)时，该面板应该表现出1,450lbf-in/ft宽度的干态抗弯承载力，1,015lbf-in/ft宽度的湿态抗弯承载力和223,000lbf-in2/ft宽度的干态弯曲刚度。
对于屋顶覆材应用，本发明的面板应该按照ASTMC1185,15节在制造后至少28天测试25个循环。在完成第一次循环测试的辐射加热部分后，相比对比面板试样，面板应该具有按弯曲测试设定的最大载荷和最大挠曲值的最小75%的保持率。
本发明的面板在根据ASTMD3273测试时还应该表现出10的抗霉性值，并且根据ASTMG21测试时还应该表现出1或更小的抗霉性值。
附图说明
图1是本发明单层SCP面板的透视图。
图2是本发明多层SCP面板系统的局部横截面图。
图3是适合实施本发明SCP面板制造方法的装置的主视概图。
图4是在本发明SCP面板的制造方法中所用类型的浆料进料台的透视图。
图5是适合与本发明SCP面板制造方法一起使用的包埋设备的局部俯视图。
图6是相比用本发明的膨胀珍珠岩部分和完全替代陶瓷微球，使用陶瓷微球所制备的配料的塌落度的柱形图。
图7是使用陶瓷微球、和用本发明的膨胀珍珠岩部分和完全替代微球所制备的配料的浆料密度的柱形图。
图8是使用陶瓷微球、和用本发明的膨胀珍珠岩部分和完全替代微球所制备的配料的初凝结的柱形图。
图9是使用陶瓷微球所制备的配料与用本发明的膨胀珍珠岩部分和完全替代微球所制备的配料的28天压缩强度的柱形图。
图10是包含微球和包含本发明膨胀珍珠岩以完全替代微球的配料的塌落度与时间以及初塌落度值百分比与时间在不同酒石酸给量下的一组关系图。
图11是使用陶瓷微球和用本发明的膨胀珍珠岩部分和完全替代陶瓷微球所制造的面板在14天的弯曲性能的一组柱形图。
图12是使用陶瓷微球和用本发明的膨胀珍珠岩部分和完全替代陶瓷微球所制造的面板在28天的弯曲性能的一组柱形图。
图13是使用陶瓷微球和用本发明的膨胀珍珠岩部分和完全替代陶瓷微球所制造的面板在48小时浸泡后的MOR柱形图。
图14是使用陶瓷微球和用本发明的膨胀珍珠岩部分和完全替代陶瓷微球所制造的面板在48小时浸泡后的AMOE柱形图。
图15是使用陶瓷微球和用本发明的膨胀珍珠岩部分和完全替代陶瓷微球所制造的面板试样的干态侧向紧固件耐受力的柱形图。
图16是使用陶瓷微球和用本发明的膨胀珍珠岩部分和完全替代陶瓷微球所制造的面板试样的湿态侧向紧固件耐受力的柱形图。
图17是使用陶瓷微球和用本发明的膨胀珍珠岩部分和完全替代陶瓷微球所制造的面板试样的承载能力的柱形图。
图18是使用陶瓷微球和用本发明的膨胀珍珠岩部分和完全替代陶瓷微球所制造的面板的永久变形的柱形图。
图19是使用陶瓷微球和用本发明的膨胀珍珠岩部分和完全替代陶瓷微球所制造的面板试样的吸水率的柱形图。
图20是使用陶瓷微球和用本发明的膨胀珍珠岩部分和完全替代陶瓷微球所制造的面板试样的线性膨胀率的柱形图。
图21是使用陶瓷微球和用本发明的膨胀珍珠岩部分和完全替代陶瓷微球所制造的面板试样暴露于500°C的温度-时间曲线图。
图22是使用陶瓷微球和用本发明的膨胀珍珠岩部分和完全替代陶瓷微球所制造的面板在小规模卧式炉上的温度-时间曲线柱形图。
图23是本发明含经涂覆的珍珠岩的水泥基组合物与含未经涂覆的珍珠岩的相同组合物的按英寸计塌落度与时间的比较图。
图24是本发明含经涂覆的珍珠岩的水泥基组合物与含未经涂覆的珍珠岩的相同组合物的密度与时间的比较图。
图25是以类似超增塑剂给量制备的本发明含陶瓷微球的组合物与含本发明经涂覆的珍珠岩的组合物的按英寸计塌落度与时间的比较柱形图。
图26是本发明面板中所用的轻质经涂覆的膨胀珍珠岩的照片。
图27是破碎珍珠岩颗粒的照片，表示本发明的珍珠岩的蜂窝微结构。
具体实施方式
图1是本发明单层SCP面板20的示意性透视图。用于制造这种SCP面板的主要原料是无机粘结剂如α-半水合硫酸钙、水硬水泥、火山灰材料、轻质填料涂覆的膨胀珍珠岩和任选其它的陶瓷微球或玻璃微球，以及超增塑剂如聚萘磺酸盐和/或聚丙烯酸酯、水和任选的添加剂。
如果需要，该面板可以如图1所示具有单层。但是，该面板通常通过适用于多层的方法制造，根据这些层如何施加和固化以及这些层是否具有相同或不同的组成，这些层可以作为或可以不作为个别的层保留在最终面板制品中。具有层22、24、26和28的面板21的多层结构示于图2。在多层结构中，层的组成可以相同或不同。这些层的典型厚度为约1/32至1.0英寸(约0.75至25.4mm)的范围。如果仅使用一个外层，它通常小于面板总厚度的3/8。
半水合硫酸钙
可以用在本发明面板中的半水合硫酸钙由天然矿物石膏矿(二水合硫酸钙CaSO4·2H2O)制得。除非另有指明，“石膏”指硫酸钙的二水合物形式。采矿后将石膏原料热加工形成可凝结的硫酸钙，其可以是无水的但更通常是半水合物CaSO4·1/2H2O。关于熟悉的终端应用，可凝结硫酸钙与水反应以通过形成二水合物(石膏)而固化。半水合硫酸钙具有2种公认的形态，称作α-半水合硫酸钙和β-半水合硫酸钙。基于它们的物理性质和成本选择它们用于各种应用。这两种形式与水反应形成二水合硫酸钙。水合后，α-半水合硫酸钙的特征在于产生长方形侧面的石膏晶体，而β-半水合硫酸钙的特征在于水合产生通常具有大长径比的针形石膏晶体。在本发明中，根据期望的机械性能可以采用α型和/或β型。Β形式的半水合硫酸钙形成不够致密的微结构，优选用于低密度产品。α形式的半水合硫酸钙形成更致密的微结构，该微结构的强度和密度都高于β-半水合硫酸钙形成的那些。因此，α-半水合硫酸钙能够替代β-半水合硫酸钙以提高强度和密度，或者它们可以组合用以调节性质。
用于制造本发明面板的无机粘结剂的典型实施方案包括水硬水泥如Portland水泥、高铝水泥、混有火山灰的Portland水泥或它们的混合物。
用于制造本发明面板的无机粘结剂的另一典型实施方案包括含α-半水合硫酸钙、水硬水泥、火山灰和石灰的混合物。
水硬水泥
ASTM定义“水硬水泥”如下：通过与水进行化学相互作用而凝结和硬化并且在水中能够如此的水泥。存在若干类型的水硬水泥可用在建筑工业中。水硬水泥的例子包括Portland水泥、矿渣水泥如高炉熔渣水泥和超硫酸盐水泥、硫铝酸钙水泥、高铝水泥、膨胀水泥、白水泥以及快速凝结和硬化水泥。半水合硫酸钙不会通过与水进行化学相互作用而凝结和固化，因此在本发明中它不包括在广义的水硬水泥中。所有上述水硬水泥都可以用于制造本发明的面板。
最流行和广泛使用的一类紧密相关的水硬水泥称作Portland水泥。ASTMC150定义“Portland水泥”为这样的水硬水泥：其通过粉碎基本由水硬硅酸钙组成的渣块，且通常包含一种或多种形式的硫酸钙作为不可缺的加入而产生。为制备Portland水泥，在窑中燃烧石灰石、泥质岩和粘土的致密混合物以产生渣块，接着进一步加工渣块。结果产生以下4种主要相的Portland水泥：硅酸三钙(3CaO·SiO2，也称作C3S)、硅酸二钙(2CaO·SiO2，称作C2S)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3或C3A)和铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3或C4AF)。Portland水泥中存在的少量其它化合物包括硫酸钙和其它碱式硫酸二盐、氧化钙和氧化镁。在各种公认类别的Portland水泥中，优选III型Portland水泥(ASTM分类)制造本发明的面板，因为已发现其细度可提供更大的强度。其它公认类别的水硬水泥包括矿渣水泥如高炉熔渣水泥和超硫酸盐水泥、硫铝酸钙水泥、高铝水泥、膨胀水泥、白水泥、快速凝结和硬化水泥如调凝水泥和VHE水泥，其它类型的Portland水泥也可以成功用于制造本发明的面板。矿渣水泥和硫铝酸钙水泥具有低碱性，也适合制造本发明的面板。
要理解如本文所用，"水硬水泥"不包括在水中不会获得强度的石膏，但是通常Portland水泥中包含一些石膏。
在要制造水泥板时，Portland水泥通常呈非常细的颗粒的形式，使得按Blaine表面积法(ASTMC204)测量的颗粒表面积大于4,000cm2/g，通常为5,000至6,000cm2/g。在各种公认类别的Portland水泥中，水泥基组合物的水泥基反应性粉末中通常最优选ASTMIII型Portland水泥，这是因为其具有相对更快的反应性和高的早期强度形成。
在本发明中，对使用III型Portland水泥的需要最小化，并且使用其它水泥替代III型Portland水泥可以获得相对较快的早期强度形成。可用于替代或补充本发明组合物中的III型Portland水泥的其它公认类型的水泥包括I型Portland水泥或其它水硬水泥，包括白水泥、矿渣水泥如高炉熔渣水泥、混有火山灰的水泥、膨胀水泥、硫铝酸盐水泥和油井水泥。
纤维
玻璃纤维常用作隔绝材料，但是它们也已用作各种基体的增强材料。纤维本身为材料提供拉伸强度，否则该材料可能因脆弱而损坏。纤维在负载时可能破裂，但是包含玻璃纤维的复合材料的通常损坏模式是分解和纤维与连续相材料之间的键损坏。因此，如果增强纤维用以保持提高复合材料随时间变化的延性和强度的能力，这种键很重要。常用耐碱玻璃纤维(AR玻璃纤维)，例如NipponElectricGlass(NEG)350Y。已发现这种纤维给基体提供优异的结合强度，因此对于本发明的面板是优选的。
玻璃纤维通常是单丝，其直径为约5至25微米(μm)，更通常直径为约10至15微米(μm)。这些丝一般组合成100根丝的股，而股可以捆成包含约50股的粗纱。一般将股或粗纱切成合适的丝和丝束，例如长约0.25至3英寸(6.3至76mm)，通常长0.25至2英寸(6.3至50mm)或1至2英寸(25或50mm)。纤维具有随机取向，从而在面板的平面中提供各向同性的机械行为。
本发明的面板中还可以包含其它不可燃的纤维，例如钢纤维也是可能的添加剂。
为促进不可燃性，实施方案可以不具有聚合物纤维。
火山灰材料
如已提到的，大多数Portland和其它水硬水泥在水合(固化)过程中产生石灰。期望使石灰反应以减少对玻璃纤维的侵蚀。还已知在存在半水合硫酸钙时，它与水泥中的铝酸三钙反应形成钙矾石，而钙矾石可以导致固化产物的不期望破裂。这在本领域中往往称作“硫酸盐侵蚀”。这种反应可以通过加入“火山灰”材料来防止，而“火山灰”材料在ASTMC618-97中定义为“...含硅或含硅和铝的材料，其本身很少具有或不具有水泥值(cementitiousvalue)，但是在细分散形式且存在水分下与氢氧化钙在通常温度下化学反应形成具有水泥性质的化合物”。一种常用的火山灰材料是硅灰，它是硅金属和铁-硅合金制备中的产物：细分散的无定形二氧化硅。性质上它具有高二氧化硅含量和低氧化铝含量。多种天然和人工材料已称作具有火山灰性质，包括浮石、珍珠岩、硅藻土、凝灰岩、粗面凝灰岩、偏高岭土、硅粉、磨碎粒化的高炉熔渣和飞灰。虽然硅灰是特别适合用在本发明面板中的火山灰，但是可以使用其它火山灰材料。相比硅灰，偏高岭土、磨碎粒化的高炉熔渣和飞灰粉具有低得多的二氧化硅含量和大量的氧化铝，但是可以是有效的火山灰材料。在使用硅灰时，它占反应性粉末(即水硬水泥、α-半水合硫酸钙、硅灰和石灰)的约5至30wt.%，优选10至15wt.%。如果替代以其它火山灰，则选择用量以提供类似于硅灰的化学性能。
水泥基组合物的水泥基反应性粉末混合物可以包含高浓度的矿物添加剂，如火山灰材料和/或非火山灰骨料，例如碳酸钙、云母、滑石等。
ASTMC618-97定义火山灰材料为“含硅或含硅和铝的材料，其本身很少具有或不具有水泥值，但是在细分散形式且存在水分下与氢氧化钙在通常温度下化学反应形成具有水泥性质的化合物”。多种天然和人工材料已称作具有火山灰性质的火山灰材料。火山灰材料的一些例子包括浮石、硅藻土、硅灰、凝灰岩、粗面凝灰岩、稻壳、偏高岭土、磨碎粒化的高炉熔渣和飞灰。所有这些火山灰材料可以单独或以组合形式用作本发明的水泥基反应性粉末的一部分。
用作火山灰矿物添加剂的浮石呈非水合形式，并落在ASTMC618-97关于火山灰材料的定义中，即“含硅或含硅和铝的材料，其本身很少具有或不具有水泥值，但是在细分散形式且存在水分下与氢氧化钙在通常温度下化学反应形成具有水泥性质的化合物”。
飞灰是在本发明的水泥基反应性粉末混合物中的优选火山灰。如下文解释的，优选包含高含量氧化钙和铝酸钙的飞灰(例如ASTMC618标准的C类飞灰)。也可以包含其它矿物添加剂如碳酸钙、粘土和碎云母。
飞灰是由煤燃烧形成的细粉副产物。燃烧煤粉的发电厂设施锅炉产生大部分的可商购飞灰。这些飞灰主要由玻璃状球形颗粒以及赤铁矿和磁铁矿残余物、木炭和冷却过程中形成的一些晶体相组成。飞灰颗粒的结构、组成和性质取决于煤的结构和组成以及形成飞灰的燃烧工艺。ASTMC618标准认可用在混凝土中的2种主要类别的飞灰——C类和F类。这两类飞灰源自不同种类的煤，所述不同种类的煤是地质时期发生的煤形成工艺不同造成的。F类飞灰通常由燃烧无烟煤或烟煤产生，而C类飞灰通常由褐煤或次烟煤产生。
ASTMC618标准主要根据其火山灰性质区分F类和C类飞灰。由此在ASTMC618标准中，F类飞灰和C类飞灰之间的主要规格差异是组合物中SiO2+Al2O3+Fe2O3的最下限。F类飞灰的SiO2+Al2O3+Fe2O3的最下限为70%，而C类飞灰为50%。因此，F类飞灰比C类飞灰更具火山灰性。虽然ASTMC618标准中没有明确认可，C类飞灰通常包含高含量的氧化钙。高含量氧化钙的存在使得C类飞灰具有水泥性，由此在与水混合时形成硅酸钙和铝酸钙水合物。如在下面实施例中看到的，已发现C类飞灰尤其在其中不使用高铝水泥和石膏的优选配料中提供优异结果。
经化学涂覆的膨胀珍珠岩
本发明系统中使用的轻质面板的密度通常为50至100磅/立方英尺，优选65至85磅/立方英尺，更优选70至80磅/立方英尺。相比而言，基于典型Portland水泥且不含木纤维的面板的密度为95至110pcf的范围，而基于Portland水泥且含木纤维的面板与SCP大致相同(约65至85pcf)。
为帮助实现这些低密度，提供具有轻质经涂覆的膨胀珍珠岩填料颗粒的面板。膨胀珍珠岩填料为水泥基组合物浆料的约2-10wt%，约7.5-40体积%(基于湿料)。膨胀珍珠岩填料颗粒的中值颗粒直径通常为20-500微米或20至250微米，优选20-150微米，更优选20-90微米，最优选20-60微米。而且，膨胀珍珠岩填料颗粒的有效颗粒密度(比重)优选小于0.50g/cc，更优选小于0.40g/cc，最优选小于0.30g/cc。
膨胀珍珠岩颗粒在本发明的面板中起重要作用，否则面板比建筑面板所期望的重。
膨胀珍珠岩颗粒具有疏水性涂层。通常，膨胀珍珠岩颗粒经一种或多种硅烷、硅氧烷或硅酮涂料或它们的混合物化学处理。
本发明经涂覆的珍珠岩颗粒的扫描电子显微照片示于图26。本发明的珍珠岩颗粒不是完全中空的，而是具有蜂窝状内部微结构，如图27中扫描电子显微照片所示。该蜂窝微结构基本由在珍珠岩颗粒的中空空间内随机伸展的薄壁形成。珍珠岩颗粒中存在的多个壁彼此随机相互交织，由此将整个颗粒空间隔室化成小区域。该蜂窝微结构给珍珠岩颗粒和本发明的水泥基组合物提供若干益处。该蜂窝微结构所提供的重要益处包括：
1.颗粒吸水率降低：由于颗粒内部因其蜂窝结构而划分为小区域，因此水在颗粒内从一个区域迁移至另一区域被这些内部壁中断。结果珍珠岩颗粒的绝对吸水率降低得非常显著。吸水率低的珍珠岩颗粒在本发明中有益，因为它们帮助减小水泥基浆料的需水量并增强最终产品的机械和耐用性能。
2.颗粒的刚度和强度提高：颗粒内的蜂窝壁有助于明显提高颗粒的刚度和强度。结果珍珠岩颗粒在它们使用周期各阶段的制备运输和输送过程中更少受损。而且，相对较高的颗粒刚度和强度还在用于制备水泥基浆料的各混合操作(其中颗粒经历广泛的剪切和碰撞作用)中极其有益。高的颗粒刚度和强度有助于在激烈混合条件下保持颗粒整体性。
因此，珍珠岩颗粒在用于制造水泥面板产品时能够保持其轻质性和低吸水率。应该注意，随着珍珠岩颗粒压碎和破裂，颗粒密度显著增加，由此减弱了所述轻质和低吸水率。
珍珠岩可以用有机硅、硅烷或硅氧烷涂料如二甲基硅酮、二甲基二氯硅烷或聚二甲基硅氧烷涂覆。如果需要，可以采用钛酸酯或锆酸酯涂料。通常涂料的提供量为未经涂覆的珍珠岩颗粒重量的0.01至3wt%，更通常为0.01至2wt%。珍珠岩上的涂料通常是形成交联疏水性膜的化合物。典型的有机硅是通式为R-SiX3的有机官能基硅烷，其中R选自烷氧基和乙酰氧基如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、环氧丙氧基(glycidoxy)、环氧丙氧基(epoxypropoxy)、环氧环己基和乙烯基，X选自卤素、烷氧基和乙酰氧基。
此外，通过施加化学涂料，经涂覆的膨胀珍珠岩填料颗粒尺寸允许形成有效防水的闭合孔室颗粒结构。使用所选定的经涂覆的膨胀珍珠岩填料对于允许以低的水利用率制备可加工和可处理的水泥基浆料是重要的。组合物中水量较低能得到具有优异机械性质和物理特性的产品。用于制备防水和斥水的珍珠岩颗粒的最优选化学涂料化合物是烷基烷氧基硅烷。辛基三乙氧基硅烷代表用于涂覆珍珠岩的最优选烷基烷氧基硅烷，用以与本发明的水泥基组合物一起使用。
一种优选的可商购经化学涂覆的珍珠岩填料是可从SilbricoCorporation得到的SIL-CELL35-23。SIL-CELL35-23珍珠岩颗粒化学涂覆有烷基烷氧基硅烷化合物。另一优选的经化学涂覆的珍珠岩填料是可从SilbricoCorporation得到的SIL-CELL35-34。SIL-CELL35-34珍珠岩颗粒也可用在本发明的水泥基组合物中，并且涂覆有有机硅化合物。DICAPERL2010和DICAPERL2020是GrefcoMineralsInc.生产的其它商购经涂覆的珍珠岩填料产品，它在本发明中也是优选的。具有烷基烷氧基硅烷化合物的DICAPERL2010珍珠岩在本发明的水泥基组合物中特别优选。涂覆有有机硅化合物的DICAPERL2020珍珠岩也可用在本发明的组合物中。
本发明的珍珠岩填料的另一非常有用的性质是它们由于小颗粒尺寸和基于二氧化硅的化学性质而表现出火山灰性质。由于其火山灰行为，本发明所选定的珍珠岩填料提高水泥基复合材料的耐化学性和耐水性，同时与水泥基粘结剂和混合物中存在的其它成分形成改进的界面并增强与它们的粘结。
另一极其重要的益处来自于本发明的珍珠岩填料颗粒的小尺寸。本发明所选定的珍珠岩填料增加组合物中所存在的非常细颗粒(小于75微米)的总量。组合物中存在高含量的细颗粒在快速加工纤维增强的结构水泥面板中极其有用，因为这有助于提高水泥基浆料与增强纤维之间的粘结。水泥基浆料与增强纤维之间改进的粘结使得面板加工速度更快，并且生产回收率提高。
其它轻质填料/微球
微球用作轻质填料有助于降低产品的平均密度。当微球是中空的时，它们有时称作微气球（microballoon）。
微球本身是不可燃的，或者如果是可燃的，以足够少到不会使SCP面板燃烧的量加入。用于制造本发明面板的混合物中所包含的典型轻质填料选自陶瓷微球、聚合物微球、玻璃微球和/或飞灰漂珠(cenosphere)。
陶瓷微球可以采用不同制备方法由多种材料制备。虽然多种陶瓷微球可以在本发明的面板中用作填料组分，但本发明的优选陶瓷微球作为煤燃烧副产物制得，并且是在燃烧煤设施中发现的飞灰的组分，例如KishCompanyInc.,Mentor,Ohio生产的EXTENDOSPHERES-SG或Tolsa.,Suwanee,GeorgiaUSA生产的牌陶瓷微球。本发明优选的陶瓷微球的化学构成主要是约50至75wt.%范围的二氧化硅(SiO2)和约15至40wt.%范围的氧化铝(Al2O3)，以及至多35wt.%的其它材料。本发明优选的陶瓷微球是直径为10至500微米(μm)范围、外壳厚度通常为球直径的约10%、以及颗粒密度优选约0.50至0.80g/mL的中空球形颗粒。本发明优选的陶瓷微球的抗碎强度大于1500psi(10.3MPa)，优选大于2500psi(17.2MPa)。
本发明面板中的陶瓷微球优选主要是因为下述事实：它们的强度比大部分合成玻璃微球大约3至10倍。此外，本发明的优选陶瓷微球是热稳定的，并且为本发明的面板提供增强的尺寸稳定性。陶瓷微球适用于许多其它应用如粘附剂、密封剂、填缝剂(caulk)、屋顶建筑化合物、PVC地板、漆、工业涂料和耐高温塑料复合材料。虽然它们是优选的，但应该理解微球并不必是中空和球形的，因为是颗粒密度和压缩强度为本发明的面板提供其低重量和重要的物理性质。或者，可以替代为多孔不规则颗粒，前提是所得面板满足期望的性能。
如果存在，聚合物微球通常是中空球，具有由聚合物材料如聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯或它们的混合物制得的外壳。外壳可以封住用于在制备过程中使聚合物外壳膨胀的气体。聚合物微球的外表面可以具有某种类型的惰性涂料如碳酸钙、氧化钛、云母、二氧化硅和滑石。聚合物微球的颗粒密度优选约0.02至0.15g/ml，直径为10至350微米(μm)的范围。聚合物微球的存在可以有利于同时实现低的面板密度以及增强的可切性和可钉性。
其它轻质填料例如玻璃微球、源自飞灰的中空铝硅酸盐漂珠或微球也适合与用以制造本发明面板的陶瓷微球一起或替代它包含在混合物中。
玻璃微球通常由耐碱玻璃材料制成，并且可以是中空的。典型的玻璃微球可以从GYPTEKINC.,Suite135,16MidlakeBlvdSE,Calgary,AB,T2X2X7,CANADA获得。
其它化学添加剂和成分
如果需要，根据本发明水泥基组合物的可加工性和应用，可以包含其它添加剂，包括减水剂如超增塑剂、收缩控制剂、浆料粘度改性剂(增稠剂)、着色剂和内固化剂。
化学添加剂如减水剂(超增塑剂)可以包含在本发明组合物中，并且以干态或溶液形式加入。超增塑剂有助于减小混合物的需水量。超增塑剂的例子包括聚萘磺酸盐、聚丙烯酸酯、聚羧酸盐、木质素磺酸盐、蜜胺磺酸盐等。
根据所用超增塑剂的类型，超增塑剂(基于干粉)与反应性水泥粉末的重量比通常为约2wt.%或更小，优选约0.1至1.0wt.%，更优选约0.0至0.50wt.%，最优选约0.0至0.20wt.%。因此，例如当超增塑剂以0.1至1.0wt.%的范围存在时，对于混合物中每100磅的水泥基反应性粉末，可以存在约0.1至1磅的超增塑剂。
如果需要，还可以在本发明组合物中加入其它化学混合物如收缩控制剂、着色剂、粘度改性剂(增稠剂)和内固化剂。
骨料和填料
虽然所公开的水泥基反应性粉末混合物限定本发明水泥基组合物的速凝组分，但是本领域技术人员理解根据其目标用途和应用，其它材料可以包含在组合物中。
根据经涂覆的膨胀珍珠岩的用量和其它轻质填料的选择，轻质填料与反应性粉末混合物的重量比可以通常为2-90%，优选4-50%，更优选8-40%。
骨料的水含量不利地影响水泥基混合物的凝结时间。因此，本发明优选低水含量的骨料和填料。
SCP面板的配制
用于制造本发明耐剪切面板的组分包括水硬水泥、α-半水合硫酸钙、活性火山灰如硅灰、石灰、经涂覆的疏水性膨胀珍珠岩颗粒、具有或不具有任选的中空陶瓷或玻璃微球、耐碱玻璃纤维、超增塑剂(例如聚萘磺酸钠盐的钠盐)和水。通常存在水硬水泥和α-半水合硫酸钙。如果α-半水合硫酸钙不与硅灰一起存在，则该复合材料的长期耐用性受损。在不存在Portland水泥时，耐水性受损。可以向组合物中加入少量促凝剂和/或阻凝剂以控制生坯材料(即没有固化的材料)的凝结特性。典型的非限制性添加剂包括水硬水泥的促凝剂如氯化钙、α-半水合硫酸钙的促凝剂如石膏、阻凝剂如DTPA(二亚乙基三胺五乙酸)、酒石酸或酒石酸的碱盐(例如酒石酸钾)、减缩剂如二醇。本发明的SCP面板不包含加入的发泡剂，也不包含夹带空气。
本发明的面板包括连续相，耐碱玻璃纤维和轻质填料如微球均匀分布在其中。连续相由反应性粉末的水性混合物(即水硬水泥、α-半水合硫酸钙、火山灰和石灰的混合物)固化形成，优选包含超增塑剂和/或其它添加剂。
表1示出基于100干重量份的本发明的反应性粉末，该反应性粉末(无机粘结剂)的成分如水硬水泥、α-半水合硫酸钙、火山灰和石灰的重量比例。
表1A列出基于100干重量份的水泥基组合物，该水泥基组合物的成分如反应性粉末、经涂覆的膨胀珍珠岩和玻璃纤维的重量比例，所述水泥基组合物待与水混合形成用以形成本发明面板的浆料。
表1B列出在陶瓷微球也用作填料时，基于100干重量份的水泥基组合物，该水泥基组合物的成分如反应性粉末、经涂覆的膨胀珍珠岩和玻璃纤维的重量比例，所述水泥基组合物待与水混合形成用以形成本发明面板的浆料。
石灰并非在本发明的所有配料中都需要，但是已发现加入石灰提供了优异的面板，它的加入量通常大于约0.2wt.%。因此，在大多数情况下，反应性粉末中的石灰量为约0.2至3.5wt.%。
根据本发明的实施方案，一般存在足量不可燃的经涂覆的膨胀珍珠岩，其基本不包含未燃烧的碳，包含很少或不包含中空陶瓷微球(其包含未燃烧的碳，导致SCP面板变成可燃的)。
在本发明的实施方案中，本发明的浆料组合物不包含发泡剂，而且浆料不需要使用任何夹带空气来减小面板密度。
面板可以制成单层或多层。在调节水与反应性粉末的比率以减小面板密度和提高可钉性时，水的典型加入率为反应性粉末重量的35至70%，特别是大于60%至70%，超增塑剂的典型加入率为反应性粉末重量的1至8%。外层的优选厚度为1/32至4/32英寸(0.8至3.2mm)，并且在仅使用一个外层时外层的厚度小于面板总厚度的3/8。
在具有一个或多个芯层和相对外层的多层实施方案中，本发明该实施方案的芯层和外层独立具有如上述、例如表1、1A和1B中的组成。
如果需要，至少一个外层的玻璃纤维百分比高于内层。如果需要，至少一个外层由于该外层的水与水泥的比率相对于内层提高、和/或改变填料量、和/或相对于内层增加该外层中的聚合物微球量而具有改进的可钉性。聚合物微球的量要少到足以使面板保持不可燃。
本发明A面板的制造
将反应性粉末，例如水硬水泥、α-半水合硫酸钙、火山灰和石灰的混合物，以及轻质填料例如经涂覆的膨胀珍珠岩颗粒在合适的制备混合器中干态混合。
接着在另一混合器中将水、超增塑剂(例如聚羧酸化的醚)和火山灰(例如硅灰或偏高岭土)混合1至5分钟。如果需要，在该阶段加入阻凝剂(例如酒石酸钾)以控制浆料的凝结特性。将干成分加入包含这些湿成分的混合器中，并混合2至10分钟以形成光滑均匀的浆料。
为了获得均匀的浆料混合物，接着将浆料与玻璃纤维以任何方式合并。接着通过将包含纤维的浆料倒入具有期望形状和尺寸的合适模具内来形成水泥面板。如果需要，为模具提供振动，以使材料在模具中恰当压实。使用适合的整平板(screedbar)或泥刀使面板具有需要的表面修整特性。
许多制造多层SCP面板的方法中的一种如下。将反应性粉末，例如水硬水泥、α-半水合硫酸钙、火山灰和石灰的混合物，以及包括经涂覆的膨胀珍珠岩颗粒的轻质填料在合适的混合器中干态混合。接着在另一混合器中将水、超增塑剂(例如聚羧酸化的醚)和火山灰(例如硅灰或偏高岭土)混合1至5分钟。如果需要，在该阶段加入阻凝剂(例如酒石酸钾)以控制浆料的凝结特性。将该干成分和湿成分一起在混合器中混合少于10分钟以形成光滑均匀的浆料。
为了获得均匀的混合物，可以以若干方式将浆料与玻璃纤维合并。玻璃纤维通常呈切成短长度的粗纱的形式。在优选的实施方案中，将浆料和短切玻璃纤维同时喷入面板模具内。优选地，多次完成喷雾，以产生优选至多约0.25英寸(6.3mm)厚的薄层，这些薄层累积形成没有特定图案且厚度为1/4至1英寸(6.3至25.4mm)的均匀面板。例如，在一种应用中，在长度和宽度方向上6次喷雾制造3×5ft(0.91×1.52m)面板。在沉积每一层时，可以使用辊来确保浆料和玻璃纤维实现紧密接触。在滚轧步骤后可以用整平板或其它合适途径将这些层平坦化。通常使用压缩空气来雾化浆料。当它从喷雾嘴喷出时，浆料与玻璃纤维混合，所述玻璃纤维从粗纱上被安装在喷枪上的切碎机构切出。如上述将浆料与玻璃纤维的均匀混合物沉积在面板模具中。
如果需要，面板的外表面层可以包含聚合物球，或者以其它方式构成，以使用于将面板固定到框架上的紧固件可以容易驱动，前提是聚合物球的量不会使所包含的未燃烧碳的量导致最终面板可燃。这种层的优选厚度为约1/32英寸至4/32英寸(0.8至3.2mm)。上述制备面板芯的相同程序可以用于应用于面板的外层。
本发明面板的另一制造方法是采用美国专利7,445,738所公开的工艺步骤，该专利通过引用并入本文。美国专利7,445,738公开了在运动的网上最初沉积松散分布的短切纤维或沉积浆料层之一后，将纤维沉积在浆料层上。包埋设备将新沉积的纤维压实进浆料内，之后先后加入另外的浆料层和短切纤维，接着再进行包埋。如果需要，对板的每一层重复该过程。完成后，板具有更均一分布的纤维组分，从而不需要如生产水泥面板的现有技术所教导的增强纤维厚垫即获得相对较强的面板。
更具体地，美国专利7,445,738公开了一种用于制造结构水泥面板的多层方法，包括：(a.)提供运动的网；进行在网上(b.)沉积第一层松散纤维和(c.)沉积一层可凝结的浆料之一；(d.)在浆料上沉积第二层松散纤维；(e.)使第二层纤维包埋进浆料中；以及(f.)重复步骤(c.)至步骤(d.)的浆料沉积直至面板中获得期望数量的可凝结、纤维增强的浆料层。
图3是适合实施美国专利7,445,738方法的装置的主视概图。现在参照图3，概图示出结构面板生产线，并一般标记为310。生产线310包括具有多根腿313或其它支承件的支承架或形成台312。支承架312上包括运动的输送带314，例如具有光滑不透水表面的环形橡胶状输送带，但是可考虑多孔表面。如本领域熟知的，支承架312可以由至少一个台状部分构成，该部分可以包括标记为313的腿。支承架312还包括在架的远端318的主驱动辊316和在架的近端322的空转辊320。而且，优选提供至少一个带跟踪和/或拉紧设备324，以使输送带314在辊316、320上保持所需的拉紧和定位。
而且，在优选的实施方案中，可以在输送带314上提供并铺设如本领域熟知的Kraft纸、离型纸的网326和/或用以在浆料凝结前支承浆料的其它支承材料网，以保护输送带和/或使其保持清洁。但是，也可考虑直接在输送带314上形成通过该生产线310生产的面板。在后一情形，提供至少一个带清洗单元328。如本领域已知的，通过电动机、滑轮、带或链的组合驱动主驱动辊316，输送带314沿着支承架312移动。可考虑输送带314的速度可以变化以符合应用。
在图3的装置中，结构水泥面板的生产以在网326上沉积松散短切纤维层330或浆料层之一开始。在第一次沉积浆料之前沉积纤维330的优点是纤维将被包埋在所得面板的外表面附近。生产线310可考虑各种纤维沉积和切碎设备，但是优选系统使用至少一个支撑若干纤维玻璃绳的筒332的支架331，纤维绳334从每一个筒332进料到也称作切碎机336的切碎台或装置。
切碎机336包括刀片旋转辊338，径向延伸的刀片340自此伸出，并且它设置为与支承辊342具有靠近、接触、旋转的关系，其中刀片340在输送带314的整个宽度上横向延伸。在优选实施方案中，刀片辊338和支承辊342设置为相对靠近的关系，以使刀片辊338旋转也带动支承辊342旋转，但是相反情况也可考虑。而且，支承辊342优选覆有弹性支承材料，刀片340抵着它将绳334切成多段。刀片340在辊338上的间距决定短切纤维的长度。如在图3中看到的，切碎机336设置在输送带314近端322附近的上方，以最大化生产利用生产线310的长度。由于纤维绳334被切碎，纤维330松散落在输送带的网326上。
接下来，浆料进料台或浆料进料器344从远处混合位置347如料斗、料箱等接收浆料供应346。也可考虑该过程开始于在输送带314上初始沉积浆料。浆料优选包含不同量的Portland水泥、石膏、骨料、水、促凝剂、增塑剂、发泡剂和/或如上文和以上所列专利（已通过引用并入）中所述的用以生产SCP面板的其它成分。这些成分的相对量可以改变，包括省去以上的一些成分或增加其它成分以符合使用。
尽管可考虑将浆料346薄层均匀沉积在运动的输送带314上的各种配置的浆料进料器344，但是优选的浆料进料器344包括相对于输送带314行进方向横向设置的主计量辊348。伴随辊或备用辊350设置为与计量辊348呈靠近平行、旋转的关系以在它们之间形成辊隙352。优选非粘性材料如牌材料等的一对侧壁354防止倒入辊隙352内的浆料346从进料器344侧面漏出。
进料器344在运动的输送带314或输送带网326上沉积浆料346的均匀相对薄层。合适的层厚为约0.05英寸至0.20英寸的范围。但是，对于本方法所生产的优选结构面板中的优选4层，并且合适建筑面板大致为0.5英寸，尤其优选的浆料层厚为大约0.125英寸。
现在参照图3和4，为实现如上述的浆料层厚，浆料进料器344具有若干特征。首先，为确保浆料346均匀沉积在整个网326上，将浆料通过软管356输送到进料器344，软管356位于本领域公知类型的侧向往复运动、电缆驱动并为流体提供动力的分配器358中。从软管356流动的浆料由此以侧向往复运动倒入进料器344内，以填充辊348、350和侧壁354界定的储腔359。计量辊348旋转由此从储腔吸出浆料346层。
接下来，厚度监测或厚度控制辊360设置在主计量辊348垂直中线的稍上方和/或稍下游，以调节从进料器储槽357吸出的浆料346在主计量辊348外表面362上的厚度。而且，厚度控制辊360允许处理粘度不同且恒定变化的浆料。主计量辊348在与输送带314和输送带网326的运动方向相同的“T”行进方向上驱动，并且主计量辊348、备用辊350和厚度控制辊360都沿相同方向旋转驱动，这使得浆料在各运动外表面上过早凝结的机会最小。随着在外表面362上的浆料346向输送带网326移动，在主计量辊348与输送带网326之间的横向剥离网364确保浆料346完全沉积在输送带网上，并且不会倒退向辊隙352和进料器储腔359。剥离网364还有助于主计量辊348保持不含过早凝结的浆料，并且维持相对均匀的浆料幕。
优选与切碎机336相同的第二切碎台或装置366设置在进料器344的下游，以在浆料346上沉积第二纤维层368。在优选实施方案中，从给切碎机336进料的相同支架331向切碎装置366进料绳334。但是，可考虑根据应用，为每一个切碎机提供单独的支架331。
现在参照图3和5，接下来将一般标记为370的包埋设备设置为与生产线310的浆料346和运动的输送带314成操作关系，以使纤维368包埋进浆料346内。虽然可考虑各种包埋设备，包括但不限于振动器、羊足碾等，但是在优选实施方案中，包埋设备370包括至少一对一般平行的轴372，它们相对于输送带网326的“T”行进方向横向安装在框架312上。每一轴372都设置有多个相对较大直径的盘374，它们在轴上被小直径盘376彼此轴向隔开。
在SCP面板生产中，轴372和盘374、376在轴的纵轴周围一起旋转。如本领域公知的，可以为一个或两个轴372提供动力，并且如果仅为一个轴提供动力，另一个轴可以通过传送带、链、齿轮驱动或其它已知动力传送技术来驱动，以保持与驱动辊相应的方向和速度。相邻的、优选平行的轴372的各个盘374、376彼此相互配合，以在浆料中引起“捏合”或“推拿”作用，以将先前沉积在其上的纤维368包埋。此外，盘372、374靠近、相互配合和旋转的关系防止浆料346累积在盘上，并且实际提供“自清洁”作用，这显著减少生产线因浆料块过早凝结所致的停机时间。
轴372上的盘374、376相互配合的关系包括紧密邻近地布置小直径间隔盘376和相对较大直径主盘374的相对周边，这也有利于自清洁作用。由于盘374、376相对彼此紧密邻近地(但优选沿相同方向)旋转，因此浆料颗粒难以被装置捕集并过早凝结。通过提供相对彼此侧向偏移的两组盘374，浆料346经历多次破裂作用，从而形成“捏合”作用，这将纤维368进一步包埋在浆料346中。
一旦纤维368已被包埋，或者换句话说，随着运动的输送带网326通过包埋设备370，SCP面板的第一层377形成。在优选实施方案中，第一层377的高度或厚度大致为0.05-0.20英寸的范围。已发现在与SCP面板的类似层组合时，该范围提供了所需强度和刚度。但是，根据应用可考虑其它厚度。
为构成所需厚度的结构水泥面板，需要其它层。为此，提供与进料器344基本相同的第二浆料进料器378以与运动的输送带314成操作关系，并且第二浆料进料器378设置用于在已有层377上沉积浆料346的另一层380。
接下来，提供与切碎机336和366基本相同的另一切碎机382以与框架312成操作关系，从而沉积由支架(未示出)提供的纤维384的第三层，所述支架相对于框架312以与类似于支架331的形式构造和设置。纤维384沉积在浆料层380上，并使用第二包埋设备386包埋。与包埋设备370的构造和布置类似，第二包埋设备386安装在相对于运动的输送带网314的略高处，以使不会干扰第一层377。由此形成浆料的第二层380和包埋纤维。
现在参照图3，对于每一接连层的可凝结浆料和纤维，在生产线310上提供另一浆料进料台378、402，之后是纤维切碎机382、404以及包埋设备386、406。在优选实施方案中，提供总共4层(例如见图2的面板21)以形成SCP面板。如上述沉积4层纤维包埋的可凝结浆料后，优选为框架312提供成形设备394，以使面板的上表面396成型。这种成形设备394在可凝结浆料/板生产领域中已知，并且通常是弹簧承载或振动板，这些板与多层面板的高度和形状一致以符合所需的尺寸特性。
所制面板具有多个层(例如见图2的面板21的层22、24、26、28)，这些层一旦凝结形成纤维增强的整体块。如下文公开和描述的，只要通过特定所需的参数控制每一层中纤维的存在和布置，并使其保持在特定所需的参数内，面板就基本不可能分层。
此时，浆料层已开始凝结，并且通过切割设备398将各个面板彼此隔开；在优选实施方案中，切割设备398是水射流切割机。可考虑适合该操作的其它切割设备，包括运动刀片，前提是它们可以在本发明面板组合物中形成适当尖锐的边缘。切割设备398相对于生产线310和框架312设置，以使所形成的面板具有所需长度，这可以不同于图3所示的情况。由于输送带网314的速度相对较低，因此可以与网314行进方向垂直地安装切割设备398进行切割。对于更快的生产速度，已知这种切割设备以与网行进方向成一定角度安装到生产线310。如本领域公知的，切割后，将分开的面板321叠置用以进一步处理、包装、储存和/或运输。
纤维和浆料层的数量、面板中纤维的体积分数、每一浆料层的厚度以及纤维束直径影响纤维包埋效率。下面参数标识如下：
vT=复合材料总体积
vs=面板浆料总体积
vf=面板纤维总体积
vf,l=纤维总体积/层
vT,l=复合材料总体积/层
vs,l=浆料总体积/层
Nl=浆料层的总数量；纤维层的总数量
Vf=面板纤维总体积分数
df=单个纤维股的等同直径
lf=单个纤维股的长度
t=面板厚
tl=包含浆料和纤维的单层的总厚度
ts,l=单个浆料层的厚度
nf,l,nf1,l,nf2,l=纤维层中纤维总数
假定面板由相同数量的浆料和纤维层构成。通过下面数学关系式得到沉积在不同浆料层上的纤维网络层的伸出纤维表面积分数
S f , l P = 4 V f t π N l d f = 4 V f * t s , l π d f ( 1 - V f )
其中Vf是面板纤维总体积分数，t是面板总厚度，df是纤维股的直径，Nl是纤维层的总数量，ts,l是所用不同浆料层的厚度。
因此，为实现好的纤维包埋效率，目标函数变成保持纤维表面积分数低于特定的临界值。通过改变方程式中的一个或多个变量，可以调节伸出纤维表面积分数以实现好的纤维包埋效率。
标识影响伸出纤维表面积分数大小的不同变量，并已提出调节“伸出纤维表面积分数”大小以实现好的纤维包埋效率的方法。这些方法包括改变一个或多个下列变量以保持伸出纤维表面积分数低于临界阈值：不同纤维和浆料层的数量、不同浆料层厚度和纤维股直径。
已发现伸出纤维表面积分数的优选大小如下：
优选的伸出纤维表面积分数
最优选的伸出纤维表面积分数
对于设计的面板纤维体积分数Vf，可以通过调节一个或多个如下变量来实现上述优选的伸出纤维表面积分数大小：不同纤维层的总数量、不同浆料层厚度和纤维股直径。特别地，实现优选的伸出纤维表面积分数大小的这些变量的期望范围如下：
多层SCP面板中不同浆料层的厚度，ts,l
不同浆料层的优选厚度ts,l≤0.30英寸
不同浆料层的更优选厚度ts,l≤0.20英寸
不同浆料层的最优选厚度ts,l≤0.08英寸
多层SCP面板中不同纤维层的数量，Nl
不同纤维层的优选数量Nl≥4
不同纤维层的最优选数量Nl≥6
纤维股直径，df
优选的纤维股直径df≥30tex
最优选的纤维股直径df≥70tex
性质
本发明的SCP面板金属框架系统优选具有表2A-2F中所列的一种或多种性质。这些性质是针对在表中所示应用情况下的厚度大于1/2英寸(12.7mm)的面板。
本发明的面板通常具有至少200lbs/直线英尺、优选720lbs/直线英尺(1072kg/直线米)的标称架子(racking)剪切强度(剪切强度)。具有3/8-3/4英寸(9-19mm)、例如1/2英寸(12.5mm)厚的SCP面板（其机械和/或粘附侧向固定在金属框架）的系统在根据ASTME-72测试时，通常具有200至1200、或400至1200、或800至1200磅/直线英尺的标称壁剪切能力(也称作标称架子剪切强度)。本发明的剪切面板在出现故障前的标称架子剪切强度(剪切强度)通常为720lbs/ft(1072kg/m)。例如，在用于壁时，使用合适的金属立柱、紧固件、立柱间隔和紧固件间隔，按ASTME72测量0.5英寸(12.7mm)厚的面板的标称架子剪切强度通常为至少720lbs/直线英尺(1072kg/直线米)。
测量标称架子剪切强度以确定面板在允许的挠曲内不出现故障情况下可以承受的载荷。剪切额定值一般基于对3个相同的8×8ft(2.44×2.44m)组件即固定到框架上的面板的测试。将一个边缘固定就位，而对组件的自由端施加侧向力直至不再能承受载荷，组件损坏为止。所测量的剪切强度根据面板厚和组件中所用钉子的尺寸和间距而变化。例如，典型的组件如标称1/2英寸(12.7mm)厚的胶合板，其通过8d钉子(见下文钉子描述)固定到标称2×4英寸(50.8×101.6mm)、以16英寸(406.4mm)隔开(基于中心)的木立柱上，所述钉子在周边上间隔6英寸(152.4mm)，在周边内间隔12英寸(304.8mm)，该组件预期在出现故障之前表现出720lbs/ft(1072kg/m)的剪切强度。(注意按ASTME72测试规定的，所测量的强度将随钉子的尺寸和间距变化而变化。)将该最终强度用安全因子如因子为3换算，以设定面板的设计剪切强度。
实施例
下面实施例举例说明在典型SCP面板配料中使用经涂覆的膨胀细珍珠岩部分或完全替代中空陶瓷微球的表现和益处。所有混合物基于干态包含反应性粉末水泥粘结剂，该反应性粉末由按总水泥粘结剂重量分配为分别为65%、22%、12%和1%的α-半水合硫酸钙、Portland水泥、硅灰和石灰组成。在仅包含陶瓷微球的现有SCP配料中，中空微球填料与粘结剂的重量比率通常为0.44:1.00。
在本发明具有经涂覆的膨胀细珍珠岩和任选陶瓷微球的配料中，珍珠岩、陶瓷微球、粘结剂的重量比率为0.053:0.20:1.00。在本发明仅使用经涂覆的膨胀细珍珠岩填料的优选配料中，珍珠岩与粘结剂的重量比率在约0.07至0.15:1.00的范围内。提供实施例来举例说明在现有SCP配料中使用膨胀细珍珠岩部分或完全替代中空陶瓷微球所带来的性能和益处。珍珠岩是SilbricoCorporationofHodgkins,IL60525的SIL-CELL35-23珍珠岩颗粒，其涂覆有烷基烷氧基硅烷化合物。此处所述和下面实施例中所用的所有混合物基于干态包含反应性粉末水泥粘结剂，该反应性粉末为按总水泥粘结剂重量分配为分别为65%、22%、12%和1%的α-半水合硫酸钙、Portland水泥、硅灰和石灰。
与其中所用水相对于水泥粘结剂的重量比率为0.57:1.00的现有SCP配料不同，本发明中水与反应性粉末水泥粘结剂的重量比率对于珍珠岩和陶瓷微球配料为0.47:1.00，对于其中使用经涂覆的膨胀细珍珠岩且没有陶瓷微球填料的优选配料为0.44:1.00。化学混合物如用于控制需水量的超增塑剂(聚羧酸盐醚(polycarboxylateether))和用于凝结控制的酒石酸根据具体实验目的而变化。
实施例举例说明珍珠岩配料有关多种性能要求如何表现以及对于某些性质可以如何使它们类似或比使用陶瓷微球的原配料更好。有关每一实施例的实验程序用该实施例简述。无论在哪处使用术语“珍珠岩”，它均指颗粒尺寸范围为1至150μm、中值颗粒尺寸为约20至60μm的范围如40μm并经硅烷涂料处理的膨胀珍珠岩。缩略词“MS”用来描述陶瓷微球。
实施例1
该实施例说明包含不同量珍珠岩作为填料的混合物相比使用陶瓷微球(MS)的原混合物的浆料性质。相关的典型浆料性质是在不同老化时间(7、14和28天)的塌落度、浆料密度、凝结时间和压缩强度。混合前将所有混合物成分在75-80°F下在密封塑料包中预调节至少24小时至实验室条件，之后使用Hobart混合器以中等速度将它们混合，以获得均匀的分散体。将包括水泥粘结剂和填料的干粉末按以上在标题“实施例”所示的量配比。加入超增塑剂，对于MS混合物用量为水泥粘结剂重量的0.41%，对于部分珍珠岩混合物为0.47%，对于完全珍珠岩混合物为0.53-0.56%。根据具体实验加入不同量的酒石酸。
通过以下方式测量塌落度：将所讨论的混合物填入高4”(10.2cm)x直径2”(5.1cm)的黄铜圆柱体，抹平圆柱体的上边缘以除去多余材料，在5秒内垂直提起圆柱体以允许浆料铺开，并测量所形成的浆料饼的直径。通过以下方式测量浆料密度：将混合物填入高6”(15.2cm)x直径3”(7.6cm)的塑料圆柱体，抹平圆柱体的上边缘以除去多余材料，并称重圆柱体中的材料量。已知圆柱体的体积，接着计算浆料密度。按照ASTMC266使用Gillmore针测定初始和最终凝结时间，而按照ASTMC109在2”(5.1cm)立方体上测定压缩强度。
该实施例所述混合物在各浇铸日期的塌落度示于图6。具体地，图6示出使用陶瓷微球、部分珍珠岩和全部珍珠岩(MS=微球，Partial=部分珍珠岩，Full=全部珍珠岩)制备的配料的塌落度。按水泥粘结剂的重量百分比计的酒石酸用量示为柱形上方的值。
前2个柱形比较具有陶瓷微球(MS)和部分珍珠岩(Part)的混合物的塌落度。
其余柱形比较具有陶瓷微球(MS)和全部珍珠岩(Full)的混合物在各不同浇铸日期的塌落度。总之看到可以制备与具有MS的配料相同程度的初始流动性和可加工性的珍珠岩配料，不需要过度调节化学混合物的量(流动性随时间的变化概括在实施例2中)。通过本说明书所述的水泥粘结剂比例和混合物的组合，可以制备可加工的混合物。
图6所概括的浆料的密度示于图7。具体地，图7示出使用陶瓷微球、部分珍珠岩和全部珍珠岩(MS=微球，Partial=部分珍珠岩，Full=全部珍珠岩)制备的配料的浆料密度。按水泥粘结剂的重量百分比计的酒石酸用量示为柱形上方的值。可看到通过本说明书所述的水泥粘结剂比例和混合物的组合，可以配制与具有MS填料的原混合物相同密度范围的混合物。在商业生产SCP面板中，通常获得密度为78-83pcf范围的浆料。
通常按ASTMC266使用Gillmore针根据最初凝结和最后凝结来评估凝结时间。为比较，此处仅说明图6和7中所包括混合物的最初凝结，示于图8。具体地，图8示出使用陶瓷微球、部分珍珠岩和全部珍珠岩(MS=微球，Partial=部分珍珠岩，Full=全部珍珠岩)制备的配料的最初凝结。按水泥粘结剂的重量百分比计的酒石酸用量示为柱形上方的值。
一般而言，在按水泥粘结剂的重量百分比计的酒石酸用量固定时，包含珍珠岩(尤其是全部珍珠岩)的混合物相比MS混合物趋于更快凝结。但是实际的凝结行为可以通过调节该酒石酸用量来改变。
通常评估在最初浇铸后的各老化时间(7、14和28天)的立方体压缩强度。为比较，此处仅说明图6-8中所包括混合物的28天压缩强度，示于图9。具体地，图9示出使用陶瓷微球、部分珍珠岩和全部珍珠岩(MS=微球，Partial=部分珍珠岩，Full=全部珍珠岩)制备的配料的28天压缩强度。图6-9中的天数反映按水泥粘结剂的重量百分比计的下一酒石酸用量，其示为柱形上方的值。
对于部分珍珠岩混合物，其强度处在与MS混合物相同的范围中。对于全部珍珠岩混合物，测试结果存在更多变化性，并且在若干情况下高于对应的对比混合物。SCP生产的目标浆料压缩强度在28天时为2500psi，此处评估的所有混合物都超过该值。
总之如该实施例所示，可以调节本发明包含经涂覆的膨胀珍珠岩填料(部分或全部替代常规使用的MS填料)配料的通常测量的浆料性质(塌落度、密度、凝结时间和压缩强度)，以提供与常规用于制造SCP面板的配料相同的性质。可以对超增塑剂和酒石酸用量进行小调节，以使特定珍珠岩混合物适合实际的生产条件。
实施例2–浆料塌落度损失行为
制造SCP面板的一个关键材料性质是浆料的塌落度损失。通常在浆料混合和形成的形成生产线的最初阶段期望相对较高的浆料流体性，而在SCP面板切割和转移到货车时的形成生产线的后一阶段期望刚性且非常低流体性(优选已凝结)的材料。因此，更期望塌落度损失率更高的混合物。
在该实施例，评估酒石酸含量不同的5种混合物(2种具有MS，3种具有全部珍珠岩)。这些混合物的水泥粘结剂比例如上述，并且对MS和全部珍珠岩的混合物分别加入含量为水泥粘结剂的0.45wt%和0.56wt%的超增塑剂。酒石酸的加入量对于2种MS混合物为水泥的0.008wt%和0.02wt%，对于全部珍珠岩混合物为水泥的0.01wt%、0.02wt%和0.03wt%。对于这5种混合物，测量塌落度损失和初始凝结，并将该行为示于图10a、b。具体地，图10(a)和10(b)示出MS和全部珍珠岩混合物在不同酒石酸用量的塌落度损失行为(横坐标上的数据点代表浆料发生初始凝结时的时间)。
图10a示出每一混合物的塌落度与时间的关系，而图10b示出每一混合物作为其初始值百分比的塌落度与时间的关系。横坐标上的具体数据点(即在塌落度=0)代表发生初始凝结时的时间。可看到在使用相近用量的酒石酸时，全部珍珠岩混合物趋于凝结比MS混合物稍快。可能更具意义的是全部珍珠岩混合物以比MS混合物更快的速率损失塌落度，并且该塌落度损失对酒石酸的加入量几乎不敏感。该较高的塌落度损失速率如上述对制造有益，因为这允许更大的初始流体性用于形成和纤维包埋，以及之后快速的材料硬化用于后端操作。此外，较高的塌落度损失速率还意味着可以实现更快的制造速度。
实施例3–纤维增强面板的弯曲性能
在该实施例，使用部分和全部珍珠岩配料制备玻璃纤维增强的水泥面板用以评估面板弯曲性能。按照“具体实施方式”部分所述的比例分批评估由水泥粘结剂和填料(CM、部分珍珠岩或全部珍珠岩)组成的干粉末。向该混合物中加入短切AR玻璃纤维，使得面板中的所得纤维含量为2.5体积%。使用通过喷嘴输送浆料、同时还通过连接到浆料喷嘴的切割机分配短切玻璃纤维的XY设备制造面板。校准浆料流量和纤维切碎速率，以使产品的所得纤维含量为2.5体积%。制造3×6英尺(3’×6’)(0.91m×1.8m)的面板，并从这些面板上锯切下6”×12”(15.2cm×30.5cm)的试样。从面板上切割下来后，将试样湿固化直至根据ASTMC1185在14或28天测试它们。每一测试组由6个重复试样构成。总共制造2轮面板用以重复。
通过2个主要参数：强度和刚度表征结构面板的弯曲性能。由于所制造面板的厚度不同，在此基于破裂模量(MOR)和表观弹性模量(AMOE)比较多种混合物，因为这2个参数已相对于试样尺寸归一化。图11(a)、(b)给出这2轮制造面板的14-天MOR和AMOE。具体地，图11(a)和11(b)示出使用陶瓷微球、部分珍珠岩和全部珍珠岩(MS=微球，Partial=部分珍珠岩，Full=全部珍珠岩)制造的面板在14天的弯曲性能。
图12(a)、(b)给出这2轮制造面板的28-天MOR和AMOE。具体地，图12(a)和12(b)示出使用陶瓷微球、部分珍珠岩和全部珍珠岩(MS=微球，Partial=部分珍珠岩，Full=全部珍珠岩)制造的面板在28天的弯曲性能。数据组的95%置信范围也示于柱形上。可看到混合物中用珍珠岩部分或全部替代MS，可以在面板中实现相近或更大的弯曲强度(MOR)。这些结果表明水泥基体和纤维在存在珍珠岩作为填料下仍能够产生足够的界面性质和复合材料行为。关于弯曲刚度(AMOE)，观察到测试数据变化略大。总之珍珠岩混合物呈现与MS混合物相同范围的AMOE，这表明所有受测混合物具有类似基体刚性。这些结果证实，可以配比包含珍珠岩作为填料部分或全部替代MS的配料以制造具有类似弯曲性能的面板。作为参考，如ICC-ESAcceptanceCriteriaAC-318和ASTMC1705标准规定的，对于地板覆材应用的最小规范要求MOR为1288psi，这对应于3/4英寸所选面板的最小抗弯承载力为1450lbf-in/ft。如ICC-ESAcceptanceCriteriaAC-318和ASTMC1705标准规定的，对于AMOE的最小规范要求为529ksi，这对应于3/4英寸所选面板的弯曲刚度为223,000lbf-in2/ft。所有测试样品都超过这些规范。
实施例4–湿态耐用率
从实施例3所述的面板还获得试样进行湿态耐用性测试。该测试包括将6”×12”试样浸泡在室温水中48小时，之后28-天固化，接着按ASTMC1185测试弯曲。接着计算湿态与干态弯曲强度的比率作为湿态耐用率，并且典型地板覆板规范要求最小70%的强度保持率。图13示出这2轮测试中各混合物的湿态MOR。具体地，图13示出使用陶瓷微球、部分珍珠岩和全部珍珠岩(MS=微球，Partial=部分珍珠岩，Full=全部珍珠岩)制造的面板浸泡48小时后的MOR。
在此可看到具有珍珠岩的面板一致表现出比对比面板高的MOR(几乎10-20%差异)。所评估的6块面板按(平均湿态MOR)/(平均28-天干态MOR)×100%计算的这些面板的湿态强度保持率示于表3。该表表明，配料中具有经涂覆的珍珠岩，面板具有更大的湿态强度保持率，这意味着珍珠岩配料具有更大的疏水性。对于暴露于湿态条件例如在现场运输和安装过程中的面板，更大的强度保持率尤其有利。
图14示出使用陶瓷微球、部分珍珠岩和全部珍珠岩(MS=微球，Partial=部分珍珠岩，Full=全部珍珠岩)制造的面板浸泡48小时后的AMOE。虽然不是产品规范的一部分，但仍计算基于图14湿态AMOE值的刚度保持率并示于表4。又可看到珍珠岩混合物相比MS混合物具有更大的刚度保持率值。
如表3所示，本发明配料的湿态弯曲强度保持率值都超过70%，这是如ICC-ESAcceptanceCriteriaAC-318和ASTMC1705标准中规定的最小规范。
实施例5–冷冻-融化耐久性
还从第一轮制造过程中得到的面板中获得试样用于根据ASTMC1185进行冷冻-融化测试。该测试包括首先将6”×12”(15.2×30.5cm)试样浸泡在室温水中48小时，密封它们，接着按照测试方法所规定的温度-时间状况使它们经历50次冷冻和融化的交替循环，接着再浸泡在水中48小时，测试弯曲。接着比较50次冷冻-融化循环完成后的强度和对比试样的强度，所述对比试样仅在室温水中浸泡48小时(实施例4)。计算强度和刚度保持率值，并示于表5-1。这些保持率值一般优异为约100%或更大，这表明性能没有损失。关于强度保持率，典型商业规范值是75%，所有混合物都远超过该值。
如表5-1所示，本发明配料的湿态弯曲强度保持率值都超过75%，这高于如ICC-ESAcceptanceCriteriaAC-318和ASTMC1705标准中规定的最小规范。
实施例6–长期耐用性
从第一轮制造过程中得到的面板中获得试样用于根据ASTMC1185进行长期耐用性测试。该测试包括将6”×12”(15.2×30.5cm)试样浸泡在140°F水中56天，之后对它们进行弯曲测试。接着比较热浸泡完成后的强度和对比试样的强度，所述对比试样仅在室温水中浸泡48小时(实施例4)。对于所讨论的面板，计算强度和刚度保持率值，并示于表6-1。这些保持率值一般优异，具有大于90%的值。关于强度保持率，典型规范值是75%，所有混合物，包括珍珠岩配料都远超过该值。
如表6-1所示，本发明配料的弯曲强度保持率值超过75%，这是如ICC-ESAcceptanceCriteriaAC-318和ASTMC1705标准中规定的最小规范。
实施例7–侧向紧固件耐受力
从第二轮制造过程中得到的面板中获得4”×12”(10.2cm×30.5cm)试样用于测试侧向紧固件耐受力，这是测量面板边缘耐受因侧向紧固件拉扯所致的剪切。该性质是地板面板剪切隔板行为的关键性质。此处进行该评估所采用的具体程序包括在试样中距试样4”(10.2cm)边缘的1/2”(1.3cm)距离处钻出1/4”(0.64cm)的孔。接着将具有1/4”(0.64cm)钻头的钢板安装到试样上，钻头插入试样的孔中。接着拉开钢板和试样组件，以迫使在1/2”(1.3cm)覆面上的试样损坏。将在该破裂过程中记录的最大载荷记录为侧向紧固件耐受力。对干、湿(48-小时浸泡)条件下的试样进行该测试。该测试结果对于干试样示于图15，对于湿试样示于图16。每个测试组包括10个重复试样。图15示出使用陶瓷微球、部分珍珠岩和全部珍珠岩制造的面板试样的干态侧向紧固件耐受力。图16示出使用陶瓷微球、部分珍珠岩和全部珍珠岩制造的面板试样的湿态侧向紧固件耐受力。
注意图15和16测试数据的整体变化，这是由于不同的试样厚度所致，试样厚度直接影响所测的载荷。平均试样厚度也示于图中。但是从95%置信范围可看到试样组基本类似。平均而言，全部珍珠岩混合物尽管相比MS混合物略薄，但表现出最高的侧向紧固件耐受力。根据ICC-ESAcceptanceCriteriaAC-318和ASTMC1705标准中规定的最小规范，该性质的最小商业规范要求为210lbs(干态)和160lbs(湿态)。
珍珠岩混合物的结果还与现有技术的轻质水泥基面板的对应数据一起示于下表7-1，而现有技术的轻质水泥基面板由表7-2中所述的组合物制备。由于试样之间的厚度不同，如表中所示将LFR值针对0.75”厚度归一化。珍珠岩SCP配料的该性质比轻质水泥基面板配料优4倍。这种差别的一个主要原因是产品中玻璃纤维的类型和分布。在SCP情况下，有纤丝且随机分布的纤维增强使得相比现有技术的轻质水泥基面板中的定向表面增强在面板整个厚度的所有方向阻止破裂生长方面更有效。这两种产品之间的芯结构不同还因为SCP配料为更密产品而在此差异方面起重要作用。表7-1和7-2的对比现有技术的轻质水泥基面板中的水与水泥基材料之比为0.62。
表7-1
表7-2
1.100重量份的Portland水泥、30重量份的飞灰和3重量份的石膏粉。
2.Sil-Cel35-23珍珠岩：硅烷涂覆，中值颗粒尺寸为约40微米。
3.硫酸铝–0.10wt.%、三乙醇胺–0.40wt.%、萘硫酸盐基增塑剂–0.30wt.%和柠檬酸钠–0.20wt.%的水性溶液总液体，其中所有重量百分比基于Portland水泥基粘结剂的重量。
4.复合材料中的夹带空气通过加入α-烯烃磺酸钠表面活性剂提供，用量基于总重量为0.0069wt.%。
实施例8–承载强度
如实施例14进一步描述的，使用MS、部分珍珠岩和全部珍珠岩配料制造纤维增强面板用于小规模燃烧测试。从这些相同面板中取6”×6”(15.2×15.2cm)试样用于承载强度评估。在该测试中，将2”×2”(5.1×5.1cm)平端方形钢块置于6”×6”(15.2×15.2cm)试样的中心上。使用通用的测试框架，使钢块和试样预负载至约5lbs。接着以0.012in./min(0.3mm/分钟)的速率将钢块压进试样内，同时测量挠曲。当试样压缩挠曲0.10”in(25.4cm)时，完成测试。测试完成后，取出试样，并记录压缩和未压缩时的厚度以测定“永久变形”。
所测试的各试样在不同挠曲水平下的承载能力(以lbs计)示于图17。图17示出使用陶瓷微球、部分珍珠岩和全部珍珠岩制造的面板试样的承载能力。
图17还示出来自生产装置的实际商用制造面板(使用MS)的结果作为比较。每个柱形对应于5个试样的平均值。一般而言，珍珠岩混合物表现与MS混合物类似，尤其在部分珍珠岩的情况下。关于全部珍珠岩，如在较低挠曲下相比较高的值和在较高挠曲下相比较低的值所示，测试结果存在更多变化。对这些试样测量的永久变形示于图18，从中可看到所有测试面板(除了制造面板以外)表现出相同范围的永久变形。因此，从这些测试结果显然，珍珠岩混合物(部分或全部)提供与MS混合物相近水平的承载能力。
实施例9–吸水率
测试第二轮制造过程中所制面板的混合物的润湿行为。从面板上锯切的4”×4”(10.2×10.2cm)试样评估吸水率。将这些试样(每组6个)浸泡在室温水中，并监测它们在21天浸泡时段的重量。初始重量的重量百分比增益记录为吸水率。对于所评估的3种混合物，该性质示于图19，其示出了使用陶瓷微球、部分珍珠岩和全部珍珠岩制造的面板试样的吸水率。图19表明在测试持续中珍珠岩混合物吸收的水比微球混合物(MS混合物)显著更少。表示接触时吸水趋势的第一小时吸水率为5.0%(MS)、3.1%(Partial)和2.5%(Full)。48小时的吸水率值为8.0%(MS)、5.6%(Partial)和4.7%(Full)。因此，在与水接触后的前2天，全部珍珠岩吸收的水为MS混合物吸收的50-60%。根据ICC-ESAcceptanceCriteriaAC-318和ASTMC1705标准中规定的最小规范，48小时吸水率的典型规范值为最大15%。
实施例10–线性膨胀率
由制造试验所制的面板准备6”×12”(15.2×30.5cm)的面板试样，用以利用修订的ASTMC1185测试程序测试线性膨胀率。为每个试样安装黄铜立柱，在试样上表面和下表面的每一个上按10”间距成对设定，以用作长度变化测量的参照点。将从试样上表面和下表面测量的平均长度变化记录为特定试样的长度变化。首先在130°F(54°C)的烘箱中平衡试样直至它们达到稳定长度(收缩后)，接着将其浸没在室温水中直至它们的长度再次稳定(膨胀后)。接着计算线性膨胀率，为收缩态与膨胀态之间的长度差，表示为试样初始度量长度(10”)(25.4cm)的百分比。在该实施例中，每个测试组包括5-6个重复试样。
所评估混合物的线性膨胀率示于图20。具体地，图20示出使用陶瓷微球、部分珍珠岩和全部珍珠岩制造的面板试样的线性膨胀率。图20表明珍珠岩试样相比MS试样一般趋于膨胀略多。根据ICC-ESAcceptanceCriteriaAC-318和ASTMC1705标准中规定的规范，典型规范要求试样的线性膨胀率最大0.10%。并且该测试还测量线性膨胀率为试样从在73±4°F和30±2%相对湿度的平衡态到在73±6°F和90±5%相对湿度的平衡态的长度差异百分比。
由于在该研究中试样经历的条件比ASTMC1185中所述的那些严格得多，因此预期如果它们按ASTMC1185条件测试，该研究中所调查的混合物所表现的膨胀率值低于图20所示的那些。
实施例11–不可燃性
在该实施例中，证实所建议配料的不可燃性能。制备以上标题“实施例”的那些段落所述MS、部分珍珠岩和全部珍珠岩配料的浆料试样用于按ASTME136测试。为这些试样安装热电偶(内部和外部)，将其置于750°C的炉中并允许其获得热。记录内部和表面的最大温升，以及试样的重量变化和燃烧持久时间。这些测试结果概括在表11-1中。对于部分珍珠岩混合物，测试2个变化方案：一个具有该混合物所有其它评估中所用的常规量超增塑剂，另一个具有更高量的超增塑剂。ASTME136关于不可燃性的要求为：a)没有一个记录温度上升比750°C的稳定温度高超过30°C；b)重量损失为50%或更低；和c)在前30秒后试样没有燃烧。所有测试配料都满足不可燃性要求。但是，珍珠岩混合物的温升相比仅含微球(MS)的混合物低。例如，每组3个试样的内部平均温升为：19.7°F(-6.83°C)(MS)、17.3°F(-9.17°C)(部分珍珠岩，低超增塑剂)和15.0°F(-9.44°C)(全部珍珠岩)。珍珠岩混合物的不可燃性能比MS混合物改善可能由于不存在MS中通常痕量存在的有机材料(记录为LOI)。如此，珍珠岩配料，尤其是全部珍珠岩，关于该不可燃性质提供额外优点。
本发明的配料满足根据ICC-ESAcceptanceCriteriaAC-318和ASTMC1705标准的性能要求。
由于在该研究中试样经历的条件比ASTMC1185中所述的那些严格得多，因此预期如果它们按ASTMC1185条件测试，该研究中所调查的混合物所表现的膨胀率值低于图20所示的那些。
实施例12–高温收缩率
从第一轮制造过程中得到的面板中还获得试样用于测试高温收缩率。在该测试中，将从面板上锯切的直径为4”(10.2cm)的试样置于初始室温的马弗炉中。接着将炉加热到850°C，这通常需要约35-40分钟。接着又在该温度下保持约30分钟，总测试时间为60-70分钟。测量测试前后试样沿2个垂直方向的直径，并且平均直径百分比变化记录为“高温收缩率”。作为参照，规定牌X型石膏面板的最大收缩率为5%。成对进行测试，每一对包括MS混合物试样和珍珠岩(部分或全部)混合物试样。还在标记为PSL和CSL的两个单独的炉中进行测试，用以进行重现性分析。收缩率结果和重量损失示于表12-1中。一般可见珍珠岩混合物相比MS混合物表现出更大的收缩和重量损失，并且收缩和重量损失随珍珠岩含量增加而增大。珍珠岩混合物的总收缩率值正好在石膏面板可接受的商用范围内，而且还重要的是，试样在测试完成时保持完好和固态。
表12-1
表12-2–使用部分和全部经涂覆的珍珠岩制造的试样的高温收缩性能，比较表12-1的结构水泥板(SCP)与表7-2的现有技术的轻质水泥基面板
实施例13–传热
从第二轮制造过程中得到的面板中还获得试样用于传热测试。在该测试中，将热电偶夹在2个4”(10.2cm)所讨论产品盘之间。接着将该组件置于预热至500°C的马弗炉中120分钟。接着为产品行为和性能评估热电偶测量的温度-时间记录。这些测试的温度-时间曲线示于图21，其中示出每一混合物的2条重复曲线。可看到所有混合物表现相同情况，其中一旦温度达到约125°C，温度升高放缓。该稳态之后，温度又上升直至最终与背景炉温平衡。用珍珠岩混合物制造的面板样品的稳态持续时间延长，由此有效延迟样品的温升。该延迟程度随着配料中经涂覆的膨胀珍珠岩的量增加而增强。为表征该延迟，比较达到250°C所需的时间。对于各混合物，达到250°C所需的时间对于包含(MS)的混合物为35min.，对包含(部分珍珠岩)为39min.，对包含(全部珍珠岩)为50min.。珍珠岩配料，尤其是全部珍珠岩配料在延迟热传递通过试样方面明显更有效，这对于暴露于高温的地板和墙组体非常具有意义。
实施例14–小规模卧式炉测试
制造基于微球(MS)而没有珍珠岩、一半珍珠岩和一半珍珠岩(Partial)以及没有微球的珍珠岩配料(Full)的纤维增强面板用于小规模卧式炉测试。在该测试中，使用16号(gauge)91/4”(23.5cm)深的钢立柱作为框构件来构造小规模(4’×5’)(1.2×1.5m)地板组件。用一层所讨论的面板覆盖立柱顶部，而用一层5/8”(1.6cm)石膏面板覆盖立柱底部。使用1-5/8”x8(4.1×20.3cm)Bugle头自攻翼形螺钉以8”(20.3cm)间距将面板固定到立柱上。在测试面板的上表面上安装3个热电偶以记录通过面板的传热。接着将整个地板组件放在炉上，使组件从其底侧经历ASTME119温度-时间条件，并由热电偶测量温升。
这些测试的结果示于图22，该图示出面板表面上的热电偶的平均温度-时间描绘图。具体地，图22示出在小规模卧式炉上测试的MS、部分珍珠岩和全部珍珠岩面板的温度-时间曲线。还示出在实际商用制造面板(仅使用MS)上所进行测试的曲线作为比较。一般可看到珍珠岩面板在延迟通过面板的传热方面更有效，并且该延迟随着珍珠岩量增加而更突出。该延迟表现为在200-250°F(93.3-121°C)的温度范围更长的稳态水平。为表征热电偶的温度-时间响应，定义2个时间参数：
所有热电偶平均达到325°F(163°C)所需的时间；和第一个单独的热电偶达到400°F(204°C)所需的时间。这些时间概括于表14-1，其表明珍珠岩混合物能够延长达到这些特定温度所需的时间。具体地，替代面板中所有陶瓷微球的全部珍珠岩混合物相比包含陶瓷微球的混合物将该时间额外延长25-30%。该表现反映出传热测试(实施例13)中观察到的表现，在传热测试中用经涂覆的膨胀珍珠岩全部替代陶瓷微球的混合物在延迟材料温升方面具有更大的能力。该实施例又证实珍珠岩配料在实际地板组件的高温条件下具有额外好处。
实施例15–比较用经涂覆和未经涂覆的珍珠岩制备的浆料组合物
在新鲜浆料的各种性质中，制造SCP面板的一个关键性质是塌落度。塌落度是浆料流动性的量度，在利用实施例1所述技术测量时它必须保持在特定范围、优选5-9”内。塌落度在该范围的浆料在容易泵送和置于生产线上、在成形带上适当铺展、恰当润湿玻璃纤维和充分整平用以控制厚度和分布方面最佳。进行实验来表征用硅烷涂覆的珍珠岩和未经涂覆的珍珠岩制备的浆料之间的表现差异。在该实施例中，制备具有相同比例的两种混合物，唯一不同的是珍珠岩类型。珍珠岩与粘结剂的重量比为0.115比1.00，而水与粘结剂的重量比为0.45:1.00。还以水泥粘结剂的0.41wt%用量使用聚羧酸盐醚超增塑剂。以酒石酸与水泥粘结剂的重量比为0.061制备这两种混合物，并且这两种混合物在约45-50分钟达到最终凝结。
图23示出用经涂覆和未经涂覆的珍珠岩制备的浆料的塌落度，图24示出其密度。流动性差异明显反映于初始塌落度，其中证实具有经涂覆珍珠岩的混合物的流动性在优选范围的偏大水平，而具有未经涂覆珍珠岩的混合物表现出非常小的流动性。具有未经涂覆珍珠岩的浆料随时间逐渐变成稠而无流动性的混合物，而具有经涂覆珍珠岩的浆料的流动性保持在合理水平。而且，具有未经涂覆珍珠岩的浆料的密度随时间发生较大增加，这是由于珍珠岩吸水。该实施例证实珍珠岩上具有斥水涂层的优点，从而增强SCP浆料更好的整体制造性的性质。
实施例16–用珍珠岩和陶瓷微球制备的混合物的需水量
使用陶瓷微球或经涂覆的珍珠岩作为填料制备的SCP配料彼此根本不同。这两种填料之间的颗粒密度差异导致对其它原料的不同体积需求，以保持相同产品密度和浆料性质。这进一步受珍珠岩的斥水涂层影响，该斥水涂层影响颗粒之间的相互作用和整体流变行为。本发明的一个出乎意料但重要的发现是珍珠岩混合物的需水量。实施例1描述包含陶瓷微球填料的SCP配料，其由微球与粘结剂的重量比为0.44:1.00、水与水泥粘结剂的重量比为0.57:1.00、超增塑剂用量为水泥粘结剂(MS混合物)的0.41wt%而制备。由珍珠岩与粘结剂的重量比为0.092、0.105和0.115，水与水泥基粘结剂的重量比为0.45:1.00，超增塑剂用量为水泥粘结剂的0.39wt%，制备包含珍珠岩填料的各配料。该讨论的焦点是这些混合物的流动性，在图25中表示为其塌落度。在超增塑剂相对于水泥粘结剂的用量大致相同时，可获得相比微球配料明显更具流动性的珍珠岩配料混合物，对于所有所示珍珠岩含量都如此。珍珠岩颗粒上的斥水涂层看起来有助于颗粒在浆料中的分散，这有助于在较低水与水泥粘结剂之比时获得更高流动性。该结果阐述在前面实施例中，其对比了用经涂覆和未经涂覆珍珠岩制备的混合物之间的流动特性。相对于陶瓷微球，这意味着具有珍珠岩的配料能够以低得多的水与粘结剂之比制备，而这进而对于水泥基体的强度和长期耐用性有利。
水泥板包括纤维增强的结构水泥面板、石膏壁板和石膏-水泥纤维板领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神和范围下可以对前面实施方案进行许多替换和修改。

Claims (10)

1.一种用于耐受横向和剪切隔板载荷的不可燃、阻燃的轻质增强水泥面板，其具有改进的耐水性和更大的传热耐受性，其包括如下物质的水性混合物固化得到的连续相：
水泥基组合物，所述水泥基组合物包含基于干态：
50至95wt％反应性粉末，
1至20wt％作为轻质填料均匀分布在所述连续相中的经涂覆的疏水性膨胀珍珠岩颗粒，所述经涂覆的疏水性珍珠岩颗粒的直径为1至500微米的范围，中值直径为20至150微米，有效颗粒密度小于0.50g/cc，
0至25wt％中空陶瓷微球，和
3至16wt.％用于均匀增强所述连续相的耐碱玻璃纤维；
其中所述反应性粉末包含：
25至75wt.％α-半水合硫酸钙，
10至75wt.％水硬水泥，包括Portland水泥，
0.2至3.5wt.％石灰，和
5至30wt.％活性火山灰；并且
其中所述面板通过模制所述水性混合物而形成；和
所述面板的密度为50至100磅/立方英尺。
2.根据权利要求1所述的面板，所述经涂覆的疏水性膨胀珍珠岩颗粒的直径为1至500微米的范围，中值直径为20至90微米，有效颗粒密度小于0.30g/cc，其中所述经涂覆的疏水性膨胀珍珠岩颗粒涂覆有选自有机硅、硅烷和硅氧烷的涂料，其中在固化前所述水性混合物中水与反应性粉末的重量比为0.35至0.65的重量比，且其中所述水泥面板不含特意夹带的空气。
3.根据权利要求1所述的面板，其中所述反应性粉末包含55至75wt.％半水合硫酸钙、20至35wt.％Portland水泥、0.75至1.25wt.％石灰、7.5至20wt.％活性火山灰和超增塑剂，其中所述活性火山灰是硅灰、偏高岭土、磨碎粒化的高炉熔渣和碎飞灰中的至少一者，且其中所述面板包含2至6wt.％经涂覆的膨胀珍珠岩颗粒和10至20wt.％中空陶瓷微球。
4.根据权利要求1所述的面板，其中所述水泥基组合物中的轻质填料由7至15wt.％经涂覆的疏水性膨胀珍珠岩颗粒组成。
5.根据权利要求1所述的面板，其中在根据ASTME661测试方法中心间距16、20和24英寸测试时，0.75英寸厚的面板具有在静态载荷下大于550lbs的极限载荷量，在撞击负载后大于400lbs的极限载荷量，并且最大挠曲在用200lb载荷撞击之前和之后对于间距16、20和24英寸分别小于0.078英寸、0.094英寸和0.108英寸。
6.根据权利要求1所述的面板，其中所述面板由70至93wt.％所述反应性粉末、4至10wt.％所述玻璃纤维、和4至20wt.％包括经涂覆的疏水性膨胀珍珠岩颗粒的所述轻质填料和超增塑剂形成，每一含量基于干态。
7.根据权利要求1所述的面板，其中在按ASTME72测试方法测试0.5英寸(12.7mm)厚的面板时，使用在周边上紧固件中心间距为6英寸(152mm)且在中间立柱上的中心间距为12英寸的金属框紧固件，所述面板的剪切额定值为至少720lbs/ft(1072kg/m)。
8.根据权利要求1所述的面板，其中所述面板具有一个或多个外层，其中所述外层由70至93wt.％所述反应性粉末、4至10wt.％所述玻璃纤维、和4至20wt.％经涂覆的疏水性膨胀珍珠岩颗粒形成，每一含量基于干态。
9.根据权利要求1所述的面板，其中所述面板的厚度为0.72至0.78英寸，且其中以间距16、20或24英寸，如按ASTMC1704法测定的，所述面板在干态测定的抗弯承载力在纵向和横向至少为1,007lbf-in/ft宽度，并且在水中浸泡48小时后的湿态测定的抗弯承载力在纵向和横向至少为705lbf-in/ft宽度。
10.一种用于通过提高建筑结构中结构水泥面板的传热耐受性为建筑中的剪切隔板提供改进阻燃性的方法，所述方法包括向用作所述建筑中剪切承载壁系统、地板系统和/或屋顶系统中的剪切隔板的金属框架元件施加不可燃、阻燃的轻质增强水泥第一面板用以耐受横向和剪切隔板载荷，所述第一面板具有改进的耐水性和更大的传热耐受性，所述第一面板包括如下物质的水性混合物固化得到的连续相：
水泥基组合物，所述水泥基组合物包含基于干态：
50至95wt％反应性粉末，
1至20wt％作为轻质填料均匀分布在所述连续相中的经涂覆的疏水性膨胀珍珠岩颗粒，所述经涂覆的疏水性珍珠岩颗粒的直径为1至500微米的范围，中值直径为20至150微米，有效颗粒密度小于0.50g/cc，
0至25wt％中空陶瓷微球，和
3至16wt.％用于均匀增强所述连续相的耐碱玻璃纤维；
其中所述反应性粉末包含：
25至75wt.％α-半水合硫酸钙，
10至75wt.％水硬水泥，包括Portland水泥，
0.2至3.5wt.％石灰，和
5至30wt.％活性火山灰；并且
所述第一面板的密度为50至100磅/立方英尺；
其中所述面板通过模制所述水性混合物而形成；和
其中所述第一面板的传热时间相比第二面板的传热时间延迟10％至40％，所述第二面板具有与所述第一面板相同的组成，除了包含陶瓷微球而不是经涂覆的疏水性膨胀珍珠岩颗粒以外。
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