CN109496180A - 用于纤维-增强水泥板生产的流浆箱和成形站 - Google Patents

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Abstract

一种浆料进料设备，其用于在具有行进方向的移动成形幅材(26)上沉积浆料(36)，所述设备包括：流浆箱(40)，所述流浆箱被安装成横向于所述移动幅材(26)的所述行进方向，所述流浆箱具有后壁(354)、侧壁(360，362)、凹面的横向前壁(364)、开放的顶部以及开放的底部用于将浆料(36)引导到所述成形幅材(26)上；可移动的障壁(353)，其可拆卸地附接到所述后壁(354)，密封件(366)，其附接到所述障壁(353)的底壁；和流浆箱支撑系统，其从相对的所述侧壁(360，362)延伸。还公开了一种连续方法，其用于将含有增强纤维的水泥浆料(36)的均匀层从所述流浆箱(40)沉积到行进幅材(26)上。

Description

用于纤维-增强水泥板生产的流浆箱和成形站
相关申请的交叉引用
此申请涉及共同未决：
2016年8月5日提交题为使用连续方法制造纤维增强混凝土板的方法(METHODS OFMAKING FIBER REINFORCED CONCRETE PANELS USING A CONTINUOUS PROCESS)的美国专利申请第62/371,554号；
2016年8月5日提交题为使用多段连续混合器生产纤维增强水泥浆料的方法(AMETHOD FOR PRODUCING FIBER REINFORCED CEMENTITIOUS SLURRY USING A MULTI-STAGECONTINUOUS MIXER)的美国专利申请第62/371,590号；
2016年8月5日提交题为连续混合器和将增强纤维与水泥材料混合的方法(CONTINUOUS MIXER AND METHOD OF MIXING REINFORCED FIBERS WITH CEMENTITIOUSMATERIALS)的美国专利申请第62/371,578号；
所有都以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明公开了一种用于制造增强水泥板的改进的浆料进料器流浆箱设备，在此称为纤维增强混凝土板(FRC板)，其中纤维与快速-凝固浆料组合以提供改进的机械强度。
背景技术
目前在成形纤维增强水泥板的做法中使用振荡软管，所述软管将水泥浆料泵送到辊涂机线装置或开口槽，其设计成当软管将浆料输送到线时减少飞溅。一层薄的浆料沉积在线上。然后玻璃纤维切碎机在浆料顶部沉积一层切碎的玻璃。然后双盘嵌入辊将玻璃纤维嵌入浆料中，例如在Dubey的美国专利第7,794,221号中所公开的。重复此过程数次，直到板达到所需厚度。最终的厚度和表面是单独的打磨和精加工过程的结果。此做法有几个缺点：
产品由几层纤维和几层水泥浆料形成，使整个生产过程复杂，并且需要控制几个站台。
由于成形过程所施加的限制，产品比所需产品厚度更厚。为了获得正确的板厚度，必须在板精加工线上添加打磨。
所形成的产品的尺寸(长度和宽度)大于所需的最终产品尺寸。这需要在板精加工线上增加处理步骤以将板切割成最终尺寸。
由于线速度慢和用于精加工所需的另外步骤，板生产效率通常较低。
几种浆料流浆箱、切碎机和嵌入装置需要大量的资金投入和维护。
Dubey等人的美国专利第6,986,812号，以全文引用的方式并入本文中，其特征在于用于SCP板生产线或类似应用的浆料进料设备，其中可凝固浆料用于建筑板或板的生产。设备包括主计量辊和伴生辊，其以彼此紧密、大致平行的关系放置以形成其中保持浆料供应的辊隙。两个辊优选地沿相同方向旋转，使得浆料从计量辊上的辊隙抽出，以沉积在SCP板生产线的移动幅材上。厚度控制辊在操作上靠近主计量辊设置，用于保持浆料的所需厚度。
Dubey等人的美国专利申请公开第2005/0064164号，以全文引用的方式并入本文中，公开了一种用于生产结构水泥板的多层方法，所述方法包括：(a.)提供移动幅材；(b.)以下中的一种：(i)在幅材上沉积第一层单独的松散纤维，接着在幅材上沉积一层可凝固浆料和(ii)在幅材上沉积一层可凝固浆料；(c.)在浆料上沉积第二层单独的松散纤维；(d.)主动地将所述第二层单独的松散纤维嵌入浆料中，以将所述纤维分布在整个浆料中；和(e.)重复步骤(ii)至(d.)，直到获得所需数量的可凝固纤维-增强浆料层，并且使得纤维分布在整个板上。还提供了通过方法生产的结构板，适用于根据方法生产结构水泥板的设备，以及具有多层的结构水泥板，每层通过在移动幅材上沉积一层可凝固浆料，在浆料上沉积纤维并将纤维嵌入浆料中使得每层与相邻层整体形成。
Dubey等人的美国专利第8038790号，以全文引用的方式并入本文中，公开了一种结构水泥板，所述结构水泥板用于当被紧固到用于剪切墙、地板和屋顶系统的框架上时，抵抗等于由胶合板和定向应变板提供的横向和剪切载荷的横向和剪切载荷。与其它结构水泥板相比，这些板提供减少的热传递。板使用一层或多层连续相，所述连续相是由硫酸钙α半水合物、水硬水泥、涂覆的膨胀珍珠岩颗粒填充剂、任选的另外的填充剂、活性火山灰和石灰的水性混合物的固化而得到的。涂覆的珍珠岩的粒径为1-500微米，中值粒径为20-150微米，并且有效颗粒密度(比重)小于0.50g/cc。板用纤维增强，所述纤维例如耐碱玻璃纤维。
Frank等人的美国专利第8,770,139号公开了一种用于在移动成形幅材上沉积浆料的设备和方法。设备包括刚性安装的流浆箱，用于将浆料从流浆箱的内底表面向下倾斜溢洪道，作为连续帘沉积到移动的幅材上。流浆箱横向于移动幅材的行进方向安装。流浆箱还具有在流浆箱的三个相应侧上的垂直边缘板，包括流浆箱后边缘板和两个相对的流浆箱侧边缘板，以防止浆料溢出流浆箱的侧部和后部。流浆箱通过安装在往复运动小车上的进料线从浆料混合器供应浆料，所述小车沿流浆箱的长度来回移动，横向于移动幅材的行进方向。
需要一种用于单层方法的流浆箱，其用于生产具有高增强纤维浓度的水泥板的浆料。因此，需要一种改进的流浆箱，其确保供应足够的混合流体水泥浆料，所述水泥浆料含有玻璃纤维以供应连续的板生产线。
发明内容
本发明的特征在于一种浆料进料设备(通常称为“流浆箱”)，其用于在纤维增强混凝土板(FRC板)生产线等的移动成形幅材上沉积浆料，其中可凝固浆料用于生产具有行进方向的纤维增强建筑板或板，所述设备包含：
流浆箱，所述流浆箱被安装成横向于移动幅材的行进方向，所述流浆箱具有横向后壁、侧壁、凹面的横向前壁、开放的顶部以及开放的底部用于将浆料引导到成形幅材上；
可移动的障壁，其可拆卸地附接到后壁，密封件，其附接到障壁的底壁；和
流浆箱高度调节和支承系统，其从相对的所述侧壁延伸。
流浆箱由耐腐蚀材料(原型中的304不锈钢)组成，并且其具有特定的几何形状，以提供用于浆料的储存器，用于调节浆料间隙开口的高度调节和支撑安装件，以及至直的唇缘的弯曲过渡部，以平滑且均匀地分配浆料流。弯曲过渡还提供了从流浆箱上方引入增强稀松布或非织造纤维幅材(如果需要)的方法。在流浆箱的后部提供可调节的密封，以防止任何泄漏。还可以从流浆箱下方添加增强稀松布或非织造纤维幅材。两种稀松布(或非织造纤维幅材)系统都具有用于跟踪目的的调节。振动单元是由工作台、弹簧和两个电动机组成的单体系，所述电动机将力直接引导到垫中并在其它方向上抵消。此单元放置在流浆箱之下，并且其延伸超过流浆箱约2至24英寸，或约3至12英寸或约3至6英寸。流浆箱高度调节和支撑系统可以手动调节、机械操作或电驱动。整个成形组件具有几个优点：
在接近所需厚度和光洁度的一层中形成产品。不需要另外的精加工步骤来生产最终产品。
操作仅在一个区域需要注意，因此简化了整个生产过程。
线速度和生产效率显著大于现有技术的多层制造过程所获得的线速度和生产效率。
由于设计简单，资本投资和设备维护要求低。
优选地，浆料进料设备还包含振动器组件，其位于流浆箱下方，用于振动从流浆箱排出的浆料；以及往复运动浆料输送机构，其构造和布置用于向流浆箱提供浆料。
本发明的流浆箱可用作用于生产具有至多单层纤维增强水泥组合物的水泥板的设备的一部分，所述纤维增强水泥组合物包括支撑移动幅材的输送型框架；混合器系统，用于将水、水泥材料混合器和纤维混合成与框架成操作关系，并配置成将得到的纤维-浆料混合物进料到与框架成操作关系的流浆箱(浆料进料站)并配置成用于沉积一层可移动幅材上的可凝固的含纤维的水泥浆料。下游是用于将凝固浆料切割成水泥板的设备。
本发明还提供了一种连续方法，其用于将含有增强纤维的水泥浆料的均匀层从根据权利要求1所述的流浆箱沉积到行进的幅材上，所述方法包含：
在刚性安装的流浆箱的内表面上沉积含有增强纤维的水泥浆料，
将来自流浆箱的浆料以连续层形式沉积到行进的幅材上；和
在行进的幅材上振动沉积的含有增强纤维的水泥浆料；
其中，从流浆箱沉积的纤维-浆料混合物具有根据使用4英寸高和2英寸直径管的坍落度测试测量的4至11英寸的坍落度。当使用布鲁克菲尔德粘度计(BrookfieldViscometer)，型号为DV-II+Pro，其中主轴HA4附件以20RPM速度运行测量时，所得纤维-浆料混合物也具有小于45000厘泊，优选小于30000厘泊，更优选小于15000厘泊，并且最优选小于10000厘泊的粘度。通常，所得纤维-浆料混合物具有至少1500厘泊的粘度。
利用本发明，纤维增强水泥浆料可以通过软管和软管振荡器系统泵送到流浆箱中，或者其可以直接从浆料-纤维混合器中滴入流浆箱中。在任一种情况下都可以使用振荡器系统来搅拌浆料。使用流浆箱形成的产品的厚度由流浆箱中的浆料流动速率、流浆箱中的浆料提升头的量和给定线速度的流浆箱开口间隙控制。在一个步骤中，用于板的纤维增强水泥浆料从流浆箱沉积到接近所需的板厚度和光洁度。可以添加振动以改进成形，并且可以添加不同形式的连续增强件，例如稀松布和粗纱，以改进成形产品的拉伸和弯曲强度。
本发明的方法通过使用振动器组件提供具有改进的流动性的水泥质纤维-浆料混合物，以向流浆箱中的浆料赋予机械能和剪切力。此方法有助于在移动幅材上获得均匀的浆料沉积，而不使浆料混合物过早硬化和凝固，在较宽范围的水泥混合物组合物中具有较大范围的水与水泥材料比。本发明有利地避免了浆料凝固的显著积聚和在流浆箱的角落中积聚。
本发明流浆箱在所形成的产品的宽度上沉积连续的浆料层。当使用布鲁克菲尔德粘度计(Brookfield Viscometer)，型号为DV-II+Pro，其中主轴HA4附件以20RPM速度运行测量时，如根据使用4英寸高和2英寸直径管的坍落度测试所测量，沉积具有4至11英寸的坍落度和小于45000厘泊，优选小于30000厘泊，更优选小于15000厘泊，最优选小于10000厘泊的粘度的纤维-浆料混合物层是特别有效的。通常，所得纤维-浆料混合物具有至少1500厘泊的粘度。纤维-浆料混合物通常还包括增塑剂和强塑剂。增塑剂通常由木质素磺酸盐制造，木质素磺酸盐是造纸行业的副产物。强塑剂通常由磺化萘缩合物或磺化三聚氰胺甲醛制造或基于聚羧酸醚制造。
这些优选的纤维-浆料混合物优选不含增稠剂或其它显著增加材料粘度的添加剂。
从纤维-浆料混合器排出的纤维-浆料混合物适于制造纤维增强水泥建筑板或板。
当使用可凝固纤维-浆料混合物用于生产纤维增强水泥板时，将纤维-浆料混合物进料到浆料进料设备(称为“流浆箱”)，所述设备将纤维-浆料混合物在板生产线的移动表面上以0.125至2英寸厚，优选0.25至1英寸厚，通常0.40至0.75英寸厚的层均匀地沉积，以生产纤维增强水泥板。由本发明的纤维-浆料混合物生产水泥板的方法生产具有至多单层纤维增强水泥浆料的板。优选地，移动表面以1至100英尺/分钟的速度移动，更优选地以5至50英尺/分钟的速度移动。
与本发明流浆箱一起使用的优选的纤维-浆料混合物区别于在挤出过程中使用的水泥混合物。这样的挤出混合物具有根据使用4英寸高和2英寸直径管的坍落度测试测量的0至2英寸的坍落度，并且具有大于50000厘泊，更通常地大于100000厘泊，并且最通常地大于200000厘泊的粘度。挤出混合物也不包括存在于本发明的纤维-浆料混合物中的增塑剂和强塑剂。如上所述，增塑剂通常由木质素磺酸盐制造，木质素磺酸盐是造纸工业的副产物。强塑剂通常由磺化萘缩合物或磺化三聚氰胺甲醛或基于聚羧酸醚制造。
通过此流浆箱加工的具有良好流变特性的优选纤维-浆料混合物可有利地用作具有稠度的可加工浆料，其有助于在以高线速度运行的连续成形线上进一步加工和形成板产品。
使用本文公开的成形流浆箱组件形成的纤维增强水泥产品可用于各种应用，包括：
结构底层地板
结构屋顶护套板
结构墙护套板
结构基础墙板
永久模板
屋顶盖板
抗冲击和抗爆板
外部侧板和修剪
外部正面和建筑板
建筑天花板
屋面瓦
瓷砖背板
合成石、砖和瓷砖
台面
家具
预制墙组件、地板和地板-天花板组件和屋顶组件
在各种应用中，胶合板、定向刨花板和低密度、中密度和高密度纤维板的替代产品
活动地板
其它用途
除非另有说明，否则本说明书中的所有百分比(如果有的话)均为重量百分比。
附图简要说明
图1是适于与本发明的纤维-浆料混合装置一起使用的水泥板生产线的示意性正视图。
图1A、1B和1C示出与本发明的成形流浆箱一起使用的振动台组件的设计。
图2示出与本发明一起使用的流浆箱的透视图。
图3示出流浆箱的正视图。
图4示出流浆箱的顶视图。
图5示出流浆箱的侧视图。
图6示出沿图3的视图VI-VI的流浆箱的横截面。
图6A示出刚性安装在框架上的流浆箱。
图7示出安装在板生产线上的本发明的流浆箱的第二实施例的透视图。
图8示出安装在板生产线上的本发明的流浆箱的第二实施例的侧视图。
图9示出安装在板生产线上的本发明的流浆箱的第二实施例的顶视图。
图10示出沿图9的视图X-X安装在板生产线上的本发明的流浆箱的第二实施例的截面图视图。
图10A示出图10的放大部分“B”，图10是沿图9的视图X-X安装在板生产线上的本发明的流浆箱的第二实施例的横截面视图。
图10B示出修改为添加顶部粗纱板的图10的装置的部分“B”。
图10C示出图10B的粗纱板的放大部分的顶视图。
图10D示出图10B的粗纱板的放大部分“C”。
图11示出使用本发明的纤维-浆料混合器制造的纤维增强浆料水泥混合物的坍落度饼的照片。
图12示出使用本发明的纤维-浆料混合器生产的纤维增强水泥浆料混合物，其使用成形流浆箱在连续水泥板制造线上沉积。
图13是使用本发明的成形流浆箱在FRC控制线上作为单层生产的3/4”厚板的厚度分布。在铸造板的顶部表面上没有使用平滑装置或振动整平板。
具体实施方式
板生产
流浆箱将纤维-浆料混合物作为层在水泥板生产线的移动表面上以0.125至2英寸厚的层，优选0.25至1英寸厚，通常0.40至0.75英寸厚的层均匀地沉积在板生产线的移动表面上，以生产纤维增强水泥板。纤维-浆料混合物具有小于45000厘泊，更优选小于30000厘泊，最优选小于15000厘泊的粘度。根据使用4英寸高2英寸直径管的坍落度测试，所得纤维-浆料混合物也具有4至11英寸的坍落度。纤维-浆料混合物不适于通常依赖于具有极高粘度的浆料混合物组合物的挤出制造方法。
坍落度测试表征了由本发明的方法和设备生产的水泥组合物的坍落度和流动性能。本文所用的坍落度测试使用约5.08cm.(2英寸)直径和约10.16cm.(4英寸)长度的空心圆柱体，所述中空圆柱体垂直保持，其中一个开口端部放在光滑的塑料表面上。用水泥混合物填充圆柱体直到顶部，然后从顶部表面上刮平以除去多余的浆料混合物。然后将圆柱体轻轻地垂直提起以使浆料从底部出来并在塑料表面上铺展以形成圆形饼。然后测量饼的直径并记录为材料的坍落度。如本文所用，具有良好流动性能的组合物产生较大的坍落度值。
图1示出利用本发明的流浆箱40用于从具有上述所列特性的纤维-浆料混合物生产纤维增强水泥板的制造方法的过程流程图。然而，流浆箱40可以与通过其它制造方法制造的水泥浆一起使用。
图1示意性地示出通常标记为10的生产线，以生产水泥板，例如以生产纤维增强混凝土(FRC)板。生产线10包括具有多个支腿13或其它支撑件的支撑框架或成形工作台12。支撑框架12上包括移动载体14，例如具有光滑的不透水表面的环形橡胶状传送带，但是也可以考虑多孔表面，例如幅材。如本领域所众所周知的，支撑框架12可以由至少一个台状部分制造，其可以包括指定的支腿13或其它支撑结构。支撑框架12还包括框架的远端18处的主驱动辊16，以及框架的近端22处的无载托辊20。此外，通常提供至少一个带跟踪和/或张紧装置24，用于保持载体14在辊16、20上的所需张力和定位。在此实施例中，当移动载体沿从近端22到远端18的方向“T”行进时，连续地生产水泥板。
在此实施例中，可以提供牛皮纸、剥离纸、聚合物膜或塑料载体的幅材26，用于在凝固之前支撑浆料的非织造纤维垫，并将其铺设在载体14上以保护载体14和/或保持其清洁。然而，还可以考虑，不是连续的幅材26，而是可以将相对刚性材料(例如，聚合物塑料片)的单个片(未示出)放置在载体14上。这些载体膜或片可以在生产线末端从生产的板上除去，或者其可以作为整个复合材料设计的一部分作为永久性特征并入板中。当这些膜或片作为永久性特征并入板中时，其可以为板提供增强的属性，包括改进的美观性、增强的拉伸和弯曲强度、增强的抗冲击性和抗爆性、增强的环境耐久性，例如耐水和水蒸汽透过性、抗冻融性、耐盐垢性和耐化学性。
在此实施例中，可以提供连续增强件44，例如粗纱、非织造纤维幅材或增强稀松布幅材，例如玻璃纤维稀松布，用于在凝固和增强所得水泥板之前嵌入浆料中。来自辊42的连续粗纱、非织造纤维幅材和/或增强稀松布44通过流浆箱40进料，以铺设在载体14上的浆料上。然而，还预期不使用连续增强件44。连续稀松布或粗纱可由不同的增强纤维材料制造，包括玻璃纤维；聚合物材料，如聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯醇等；碳；石墨；芳族聚酰胺；陶瓷；钢；纤维素或天然纤维，如黄麻或剑麻；或其组合。粗纱是连续增强单丝的组合。稀松布是在机器方向和横向上运行的连续纤维幅材。还可以提供增强件作为由离散增强纤维制造的非织造幅材。如果需要，底部连续增强件在流浆箱40后面进料，并且其直接放在输送/成形带的顶部。底部连续增强件在流浆箱下面通过，并且当连续增强件向前移动时，流浆箱40中的浆料直接倒在其顶部。例如，除了提供幅材26以在幅材26上方铺设连续增强件之外，还可以通过幅材26或在流浆箱上游的辊(未示出)提供连续增强件。
还预期由本发明的生产线10生产的水泥板直接形成在载体14上。在后一种情况下，提供至少一个带清洗单元28。如本领域中已知的，载体14通过驱动主驱动辊16的电动机、皮带轮、带或链条的组合沿着支撑框架12移动。预期载体14的速度可以变化以适合制造的产品。
本生产线10包括连续浆料混合器2。浆料混合器可以是单轴或双轴混合器。干粉进料器4将除了增强纤维之外的水泥组合物的干组分进料到浆料混合器2中。液体泵6用液体或水溶性添加剂向浆料混合器2进料水性介质，例如水。浆料混合器2将干组分和水性介质混合以形成水泥质浆料31。水泥浆料31进料第一浆料储存器和正排量泵30，其将浆料泵送到纤维-浆料混合器32。纤维进料器34将纤维35进料到纤维-浆料混合器32。因此，在纤维-浆料混合器32中，纤维和浆料混合以形成纤维-浆料混合物36。纤维-浆料混合物36进料第二浆料储存器和正排量泵38，其将纤维-浆料混合物36泵送到流浆箱40。
流浆箱40将纤维-浆料混合物沉积在防粘纸幅材26(如果存在的话)上，或者如果存在的话，由在移动载体14上行进的粗纱和/或稀松布辊42提供的连续增强件44上。为了有助于平整纤维-浆料混合物46，可以在流浆箱40沉积纤维-浆料混合物46的位置下方或稍下游处提供成形振动板50。
浆料46在沿着移动载体14行进时凝固。为了有助于在浆料46凝固时使纤维-浆料混合物46平整，浆料46在一个或多个振动整平板52下通过。在支撑框架12的远端18处，切割器54将凝固的浆料切割成板55。然后将板(板)55放置在卸载和固化架(未示出)上并使其固化。
尽管未在图1中示出，但生产线10采用边缘成形和防泄漏装置。这些是边缘带、边缘导轨(单独使用或组合使用)。
生产的纤维-水泥混合物含有水泥、水和其它水泥添加剂。然而，为了达到所需的粘度，水泥组合物优选避免增稠剂或其它高粘度加工助剂，如通常与纤维水泥挤出一样使用的高剂量率。例如，本发明的浆料避免了以高剂量率添加高粘度纤维素醚。本发明浆液避免的高粘度纤维素醚的实例是甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羟乙基甲基纤维素。
由本发明的方法和设备生产的纤维-水泥混合物是水性浆料，其可以来自各种可凝固的水泥浆料。例如，这种水性浆料可以是基于水硬水泥的组合物。ASTM将“水硬水泥”定义如下：水泥通过与水的化学相互作用凝固和硬化，并且能够在水下进行。合适的水硬水泥的实例是波特兰水泥、铝酸钙水泥(CAC)、硫铝酸钙水泥(CSA)、地质聚合物、氯氧化镁水泥(损耳水泥)和磷酸镁水泥。优选的地质聚合物是基于C类飞灰的化学活化。
虽然硫酸钙半水合物通过与水的化学相互作用而凝固和硬化，但在本发明的上下文中，其不包括在水硬水泥的广义定义中。但是，硫酸钙半水合物可以包括在由本发明的方法和设备生产的纤维-水泥混合物中。因此，这种水性浆料也可以基于硫酸钙水泥，例如石膏水泥或熟石膏。石膏水泥主要是煅烧石膏(硫酸钙半水合物)。在工业中通常将煅烧石膏水泥称为石膏水泥。
纤维-水泥混合物含有足够的水以与纤维-水泥混合物的其它成分组合获得所需的坍落度测试值和粘度。如果需要，组合物可具有0.20/1至0.90/1，优选0.25/1至0.70/1的水与反应性粉末的重量比。
纤维-水泥混合物可含有火山灰材料，例如硅粉、细碎的无定形二氧化硅，其是硅金属和硅铁合金制造的产物。特征在于，其它具有非常高的二氧化硅含量和低氧化铝含量。各种其它天然和人造材料被称为具有火山灰特性，包括浮石、珍珠岩、硅藻土、凝灰岩、火山灰、偏高岭土、硅微粉和磨碎的粒状高炉矿渣。粉煤灰也具有火山灰特性。纤维-水泥混合物可含有陶瓷微球和/或聚合物微球。
然而，通过本方法制造的纤维-水泥浆的一种用途是生产具有增强纤维如玻璃纤维，特别是耐碱玻璃纤维的纤维增强混凝土(FRC)板。因此，水泥浆料31优选地由不同量的波特兰水泥、石膏、骨料、水、促进剂、增塑剂、强塑剂、发泡剂、填充剂和/或本领域中众所周知的其它成分组成，并且在所描述的下面列出的专利以引用的方式并入本文中。这些成分的相对量，包括消除上述某些成分或添加其它成分可以变化以适应最终产品的预期用途。
减水混合添加剂任选地可以包括在纤维-水泥混合物中，例如强塑剂，以改进水硬浆料的流动性。这些添加剂将分子分散在溶液中，因此其相对于彼此更容易移动，从而改进整个浆料的流动性。磺化三聚氰胺和磺化萘以及基于聚羧酸盐的强塑剂可用作强塑剂。减水混合添加剂的存在量可为湿光洁度纤维-浆料混合物的0重量％至5重量％，优选0.5至5重量％。
Tonyan等人的美国专利第6,620,487号，以全文引用的方式并入本文中，公开了一种增强的、轻质的、尺寸稳定的结构水泥板(SCP)，其使用由于硫酸钙α半水合物、水硬水泥、活性火山灰和石灰的水性混合物的固化而产生的连续相的核心。连续相用耐碱玻璃纤维增强并含有陶瓷微球，或陶瓷与聚合物微球的共混物，或由水与反应性粉末的重量比为0.6/1至0.7/1的水性混合物或其组合形成。SCP板的至少一个外表面可以包括用玻璃纤维增强的固化连续相，并且含有足够的聚合物球以改进可钉性或者用水与反应性粉末比制造以提供类似于聚合物球的效果，或其组合。
如果需要，组合物可具有0.4/1至0.7/1的水与反应性粉末的重量比。
在公开的US申请US2006/0185267、US2006/0174572；US2006/0168905和US 2006/0144005中也示出了用于本方法中使用的复合浆料的各种配制物，所有这些都以全文引用的方式并入本文中。以干物质计，典型的配制物包含作为反应性粉末的35至75重量％(通常45至65或55至65重量％)硫酸钙α半水合物、20至55重量％(通常25至40重量％)水硬水泥如波特兰水泥、0.2至3.5重量％石灰和5至25重量％(通常10至15重量％)活性火山灰。板的连续相将用耐碱玻璃纤维均匀地增强，并含有20至50重量％的均匀分布的轻质填充剂颗粒，所述轻质填充剂颗粒选自由以下组成的群组：陶瓷微球、玻璃微球、飞灰空心微珠和珍珠岩。尽管上述用于复合纤维-浆料混合物的组合物是优选的，但这些成分的相对量，包括消除一些上述成分或添加其它成分可以变化以适合最终产品的预期用途。以总干成分计，用于复合浆料的配制物的实例包括42至68重量％反应性粉末、23至43重量％陶瓷微球、0.2至1.0重量％聚合物微球和5-15重量％耐碱玻璃纤维。
Dubey等人的美国专利8038790提供了用于复合浆料的优选配制物的另一个实例，其包括水泥组合物的水性混合物，所述水泥组合物以干物质计，包含50至95重量％的反应性粉末、1至20重量％的涂覆的疏水性膨胀珍珠岩颗粒均匀分布在其中作为轻质填充剂，涂覆的疏水珍珠岩颗粒的直径在约1至500微米(微米)的范围内，中值直径为20至150微米(微米)并且有效颗粒密度(比重)小于约0.50g/cc、0至25重量％空心陶瓷微球，和3至16重量％耐碱玻璃纤维用于均匀分布以用于增强件；其中反应性粉末包含：25至75重量％硫酸钙α半水合物、10至75重量％包含波特兰水泥的水硬水泥、0至3.5重量％石灰和5至30重量活性火山灰；并且板的密度为每立方英尺50至100磅。
尽管上述用于复合纤维-浆料混合物的组合物是优选的，但这些成分的相对量，包括消除一些上述成分或添加其它成分可以变化以适合最终产品的预期用途。
成形和和平滑和切割
在如上所述布置纤维嵌入的可凝固浆料层时，框架12可具有成形装置，所述成形装置被提供以使在带14上行进的凝固浆料-纤维混合物46的上表面成形。
除了有助于使流浆箱40沉积的浆料平滑的上述振动台(成形和振动板)50之外，生产线10可以包括平滑装置，也称为振动整平板52，以平缓地平滑板的上表面(见图1)。
通过向浆料46施加振动，平滑装置52便于纤维35在整个FRC板55中的分布，并提供更均匀的上表面。平滑装置52可以枢转或刚性地安装到成形线框架组件。
在平滑之后，浆料层已经开始凝固，并且各个板55通过切割装置54彼此分离，切割装置54在典型的实施例中是水射流切割机或飞锯。切割装置54相对于线10和框架12设置，因此生产具有所需长度的板。当载体幅材14的速度相对较慢时，切割装置54可以安装成垂直于幅材14的行进方向切割。随着更快的生产速度，已知这种切割装置以与幅材行进方向成一角度安装到生产线10上。在切割时，分离的板55被堆叠以进一步处理、包装、储存和/或运输，如本领域所众所周知的。
本发明的另一个特征是所得到的水泥板，例如纤维增强混凝土(FRC)板55，其构造使得纤维35均匀地分布在整个板中。已经发现，这使得能够生产具有相对较少、更有效地使用纤维的相对较强的板。每层中的纤维的体积分数相对于浆料的体积优选约占纤维-浆料混合物46的1体积％至5体积％，优选1.5体积％至3体积％。
预期本发明的这些实施例中的纤维-浆料混合器32和纤维-浆料混合物36以及所示的其它类似编号的元件与图1的生产线10中使用的相同。
图1A、1B和1C示出与本发明的成形流浆箱一起使用的的振动台组件的设计。
流浆箱(浆料进料设备)
图2-6示出本发明的成形流浆箱的设计。此流浆箱设计表示本发明的一个实施例。在不脱离本公开的范围的情况下，还构想了成形流浆箱组件的若干修改设计以满足本发明的目的。这些修改包括弯曲过渡的尺寸和形状、储存器的尺寸、用于制造弯曲过渡和直的唇缘的板的厚度、延伸超过弯曲过渡的直的唇缘的长度、保持浆料在储存器中搅动的机制、防止材料聚集在储存器中的机械和振动构件、控制浆料在储存器的后端泄漏的方法等。
现在参考图2-6纤维浆料流浆箱40(也称为纤维-浆料进料器)从纤维-浆料混合器32接收纤维-浆料混合物36的供应。
图2示出限定空腔352的流浆箱40的透视图。流浆箱40具有可调节的UHMW障壁353，所述障壁353具有调节开口373(通常如图所示的槽)，以及放置在槽373中的紧固件硬件356(通常是螺钉或螺栓)，其用于将障壁353连接到流浆箱40。流浆箱40具有侧壁360、362，后壁354(图32)和限定浆料室352的前成形板364。流浆箱40还具有从侧壁360、362延伸的相对的流浆箱安装件374、376。每个流浆箱安装件374、376具有侧向调节槽，以与螺纹杆或千斤顶螺钉一起使用以进行高度调节。
图3示出流浆箱40的正视图。
图4示出流浆箱40的顶视图。其关于中心线“C”对称。流浆箱40具有侧壁360、362、后壁354(图5)和限定浆料室352的前成形板364。可调节障壁353用于调节成形带14上方的流浆箱40的高度，其通过螺栓356通过槽373附接到后壁354。流浆箱安装件374、376各自具有角撑板380。密封唇366位于可调节障壁353的底部。密封唇366位于可调节障壁353的底部。辊带引导件364通过螺栓358(图6)附接到后壁354。这有助于引导通过板生产线10上的流浆箱40下方的辊。
图5示出流浆箱的侧视图。
优选的流浆箱40横向于载体14的行进方向“T”设置。纤维-浆料混合物沉积在流浆箱40的空腔352中，并通过在流浆箱40的成形板364和移动的载体幅材14之间限定的排出口排出到移动的载体幅材14(传送带)上。
纤维增强水泥浆料可以通过软管和软管振荡器系统泵送到流浆箱40中，或者其可以直接从纤维-浆料混合器32滴入流浆箱40中。在任何一种情况下都可以使用振荡器系统来搅拌浆料。使用流浆箱40形成的产品的厚度由流浆箱40中的浆料流速，流浆箱40中的浆料提升头的量和给定线速度的流浆箱排出口间隙控制。线速度优选为1至100英尺/分钟。基于生产的生产线速度和产品厚度调节流浆箱的浆料室352的尺寸(体积)。优选地，浆料以约0.10-25立方英尺/分钟的速率沉积在流浆箱中。
流浆箱40的排出口间隙是横向开口，纤维-浆料混合物通过横向开口从流浆箱40排出到移动的载体幅材14上。来自流浆箱的纤维-浆料混合物在接近所需厚度和最终板55的光洁度的一个步骤中沉积到移动载体14上。
可以添加振动以改进成形，并且可以添加不同形式的连续增强件，例如稀松布和粗纱，以改进成形产品的弯曲强度。
例如，振动单元50可以位于传送带14下方的流浆箱40下方。振动单元50通常以500至3000循环/分钟的速率振动，优选地1000至2000循环/分钟。振动单元50通常是工作台、弹簧和两个电动机的单体系，所述电动机将力直接引导到沉积的纤维-水泥浆料垫中并在其它方向上抵消。此单元50放置在流浆箱40下方，并且其延伸超过流浆箱大约3至6英寸。
图1A-1C示出振动单元50的实施例。图1A示出振动单元50是振动台51，其具有四个弹簧加载支腿59(示出三个)和两个电动机51A(示出一个)，所述电动机将力直接引导到沉积的纤维-水泥浆料垫中并在其它方向上抵消。弹簧的弹簧常数在50至500磅/英寸之间，优选地在100至300磅/英寸之间。选择电动机使得其能够向工作台提供足够的力以提供在+/-1/64"至+/-1/4"，优选+/-1/32"至+/-1/8"范围内的行程。
图1B示出弹簧支腿59的细节。
优选地，振动台51安装在振动基座59A上，如图1C所示。
图10示出具有振动台51的附加细节的横截面视图。
流浆箱40在移动的载体幅材14上沉积厚度相对受控的均匀纤维-浆料混合物层。合适的层厚度在约0.125至2英寸厚，优选0.25至1英寸厚，通常0.40至0.75英寸厚的范围内。
纤维-浆料混合物被完全沉积为连续帘或的浆料片，均匀地向下引导到载体幅材14的约1.0至约1.5英寸(2.54至3.81cm)的距离内。
当纤维-浆料混合物46朝向移动的载体幅材14移动时，重要的是所有浆料都沉积在幅材上。
图6示出沿图3的视图VI-VI的流浆箱的横截面。这示出弯曲的成形板364。成形板364具有弯曲部分364A，弯曲部分364A的曲率半径为1至24英寸。弯曲部分364延伸30至90度。
图6A示出安装具有生产线10的流浆箱40的合适支架342。每个流浆箱安装件374、376将附接到相应的支架342(示出一个)。图6A示出用于流浆箱安装件376的支架。用于流浆箱安装件374的支架将是相同的。支架342包括通过横杆346连接的两个直立构件344。横杆346具有螺栓347穿过的孔。螺栓347通过两个螺母348保持在横杆47上的适当位置。螺栓347还穿过流浆箱安装座376的槽377并通过两个螺母349保持在适当位置。螺母的移动允许调节流浆箱成形板364和移动板载体14之间的流浆箱间隙“G”，以设定沉积的纤维-水泥浆料混合物46的层的厚度。流浆箱安装座374、376优选地通过角撑板380增强(为清楚起见在图2中省略，但在图3中示出)。图6A还示出带具有带铸造边缘141。
图7示出安装到生产线10的工作台12上的本发明的流浆箱140的第二实施例的透视图。用于流浆箱140的支撑件90各自具有两个直立构件94和横杆92。支撑件90还具有U形支架95，所述U形支架95用于横向稀松布辊支架93，所述支架93用于保持稀松布辊42(图10)。为浆料软管引导件96和振荡软管引导件/致动器97提供另一个支撑件91。带14还具有带铸造边缘141。
图7示出尚未附接到支撑件90的流浆箱140。
然而，图8示出通过流浆箱高度调节器100附接到横杆92的流浆箱140。
图8还示出在成形带上的位置下方的振动器50，其中流浆箱140沉积纤维-浆料混合物。图8还示出U形支架95，其支撑横向稀松布辊保持器93，用于保持稀松布辊42(图10)。代替稀松布辊42，可以提供粗纱或无纺织物纤维垫的辊。
图9示出板生产台12的上游端部的顶视图。这包括流浆箱140的顶视图。这示出成形带14和横向稀松布辊保持器93，用于保持稀松布辊42(图10)。代替稀松布辊42，可以提供粗纱或无纺织物纤维垫的辊。图9还示出浆料软管引导件96和振荡软管引导件/搅拌器97、浆料室152A和侧壁102。
流浆箱140具有侧壁102(图9)、后壁155A和前成形板164，其限定浆料室152A(图9)。
图10示出沿图9的视图XX的流浆箱140的横截面侧视图。这示出流浆箱140具有流浆箱配重155。配重155允许流浆箱高度调节以穿过箱的重心。出于同样的原因，侧面优选地是阶梯状的。这些特征抵消了成形板上的支撑和流浆箱的长度。这还示出来自稀松布辊42的稀松布44如何通过流浆箱140沉积在沉积的纤维-浆料混合物的顶面上，其中稀松布辊42保持在嵌套在U形支架95中的横向稀松布辊保持器43上。
流浆箱140具有侧壁102、后壁155A和前成形板164，其限定浆料室152A。用于调节成形带14上方的流浆箱140的高度的可调节障壁153通过螺栓156通过槽连接到后壁155A。图10还示出流浆箱密封件166A(密封唇)。密封唇166位于可调节障壁153的底部。此密封唇优选地足够柔软，以不在流浆箱上施加振动或力。
稀松布44穿过浆料室152A以沿前成形板164的内壁延伸。
图10还示出流浆箱140下方的振动台51。用于调节流浆箱140在成形带14上方的高度的可调节障壁153通过螺栓156(示出一个)通过槽附接到后壁155A。流浆箱密封唇166A位于可调节障壁153的底部。
如果需要，可以修改图10的装置以添加顶部粗纱板以引导粗纱穿过流浆箱。
图10A示出本发明的流浆箱40的第二实施例的沿图9的线X-X的横截面图的放大部分“B”。这包括安装在振动板50上的板生产线上的浆料软管振荡器/搅拌器154。
图10B示出修改为添加顶部粗纱板170以引导粗纱穿过流浆箱140的图10的装置。
图10C示出具有用于粗纱的通道172的图10A的粗纱板170的放大部分的顶视图。
图10D示出通过螺栓174附接到流浆箱140的图10A的粗纱板170的放大部分“C”。
浆料混合器
可以使用各种连续或分批混合器中的任何一种作为浆料混合器2。例如，2014年5月在ICRI指南第320.5R-2014号，技术指南(Technical Guidelines)，混凝土修复设备的图示图谱(Pictorial Atlas of Concrete Repair Equipment)，国际混凝土修复协会(International Concrete Repair Institute)中描述的砂浆混合器可用于本发明以用于制备水泥浆料3，其以引用的方式并入。这些包括水平轴混合器、翻转砂浆混合器、旋转滚筒固定混合器，盘式混合器、旋转桶旋转桨混合器、行星桨混合器、水平轴混合器-泵组合和垂直轴混合器-泵组合。水平轴混合器-泵组合和垂直轴混合器-泵组合是连续混合器。另外，George等人的美国专利第7513963 B2号公开的连续浆料混合器也可以用于本发明，所述专利通过引用并入本文中。在Dubey的美国专利第7347896号(第6栏，第36至56行)中公开的连续浆料混合器也可以用于以连续方式制备浆料，其以引用的方式并入。
例如，连续浆料混合器2可以是单轴或双轴水平混合器。
当与混合器一起使用时，术语“水平”通常是水平的。因此，以水平方向正或负20度变化的混合器仍然被认为是水平混合器。
水平纤维-浆料连续混合器
本发明的纤维-浆料连续混合器优选是连续水平混合器。
将水泥浆料和纤维在水平纤维-浆料混合器的混合室中混合，平均混合停留时间为约5至约240秒，优选10至180秒，更优选10至120秒，最优选10至60秒，在旋转桨叶施加剪切力的同时，其中中心旋转轴在混合期间以30至450 RPM，更优选40至300 RPM，且最优选50至250RPM旋转至纤维-浆料混合物。从纤维-浆料混合器排出的纤维-浆料混合物具有4至11英寸，优选为6至10英寸的坍落度，如根据使用4英寸高和2英寸直径管和优选小于45000厘泊，更优选小于30000厘泊，且最优选小于15000厘泊的粘度的坍落度测试测量。根据使用4英寸高2英寸直径管的坍落度测试，所得纤维-浆料混合物还具有4至11英寸的坍落度。所得的纤维-浆料混合物不适于通常依赖于具有极高粘度的浆料混合物组合物的挤出制造方法。所得的纤维-浆料混合物是均匀的纤维-浆料混合物，其具有允许纤维-浆料混合物从水平纤维-浆料混合器排出的稠度，并且适合于作为连续层在板生产线的移动表面上以0.25至2.00英寸厚，优选0.25至1英寸厚，更优选0.4至0.8英寸厚，通常0.5至0.75英寸厚的层均匀地沉积在板生产线的移动表面上，以生产纤维增强水泥板。
每个水平轴外部连接到驱动机构和驱动电动机，例如由电、燃气、汽油或其它碳氢化合物提供动力，以在混合器运行时实现轴旋转。通常，电动机和驱动机构将驱动混合室中的中心轴。
入口端口
纤维-浆料混合器的原料入口端口(入口导管)的尺寸、位置和取向被配置成易于将原料引入纤维-浆料混合器中，并且还最小化从混合器中的浆料混合物堵塞端口的可能性。
来自浆料混合器的水泥质浆料优选使用浆料软管输送到纤维-浆料混合器，并通过入口端口装置引入纤维-浆料混合器中以接收浆料软管。
可以使用各种计量设备(例如螺钉进料器或振动进料器)以重量分析或体积方式将纤维引入纤维-浆料混合器中。纤维可以通过各种输送装置从纤维进料器输送到纤维-浆料混合器。例如，可以使用螺钉(螺旋钻)、空气输送或简单重力沉积来转移纤维。离散或短切纤维可由不同的增强纤维材料制造，包括玻璃纤维；聚合物材料，如聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯醇等；碳；石墨；芳族聚酰胺；陶瓷；钢；纤维素或天然纤维，如黄麻或剑麻；或其组合。纤维长度约为2英寸或更低，更优选低于1.5英寸或更低，且最优选低于0.75英寸或更低。
图12示出用使用成形流浆箱在连续水泥板制造线上挤出的本发明的由纤维-浆料混合器生产的纤维增强水泥浆料混合物。
实例
实例1
图11示出使用本发明的纤维-浆料混合器制造的纤维增强浆料水泥混合物的坍落度饼101的照片。
图12示出使用成形流浆箱沉积在连续水泥板制造上的本发明的纤维-浆料混合器生产的纤维增强水泥浆料混合物。
实例2
图13是使用通过本发明方法生产的纤维-浆料混合物生产的3/4"厚的纤维增强水泥板的厚度分布。其示出沉积单层时达到的一致厚度。纤维-浆料混合物含有波特兰水泥、石膏和玻璃纤维。
尽管已经示出和描述了本发明的用于纤维-增强结构水泥板生产的浆料进料设备的特定实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的更广方面和如以下权利要求中所述的情况下，可以对其进行改变和修改。

Claims (10)

1.一种浆料进料设备，其用于在具有行进方向的移动成形幅材上沉积浆料，所述设备包含：
流浆箱，所述流浆箱被安装成横向于所述移动幅材的所述行进方向，所述流浆箱具有横向后壁、侧壁、凹面的横向前壁、开放的顶部以及开放的底部用于将浆料引导到所述成形幅材上；
可移动的障壁，其可拆卸地附接到所述后壁，密封件，其附接到所述障壁的底壁；
流浆箱安装件，其从相对的所述侧壁延伸。
2.根据权利要求1所述的设备，还包含
振动器，其位于所述流浆箱下方，用于振动从所述流浆箱排出的浆料；和
往复运动浆料输送机构，其构造和布置用于向所述流浆箱提供浆料。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述后壁、侧壁和凹面的横向前壁由非粘性材料制造。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述凹面的横向前壁具有1英寸至24英寸的曲率半径并且形成30至90度的弧。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述输送机构包括导管，其连接到浆料源并且具有靠近所述流浆箱内表面的端部，所述导管端部接合在往复运动机构中，所述往复运动机构使所述流浆箱的端部之间的所述导管端部横向往复运动。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述流浆箱被布置成大致横向于所述幅材的所述行进方向。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述振动单元是单体系，其包含具有弹簧加载支腿的振动台和两个电动机，所述电动机将力直接引导到纤维-水泥浆料的沉积垫中并且在其它方向上抵消，所述振动单元被放置在所述流浆箱之下并且延伸超过所述流浆箱。
8.一种连续方法，其用于将含有增强纤维的水泥浆料的均匀层从根据权利要求1至7中任一项所述的流浆箱沉积到行进的幅材上，所述方法包含：
在刚性安装的流浆箱的内表面上沉积含有增强纤维的所述水泥浆料，
将来自所述流浆箱的所述浆料以连续层形式沉积到行进的幅材上；和
在所述行进的幅材上振动所述沉积的含有增强纤维的水泥浆料；
其中，从所述流浆箱沉积的所述纤维-浆料混合物具有如根据使用4英寸高和2英寸直径管的坍落度测试测量的4至11英寸的坍落度，当使用布鲁克菲尔德粘度计(BrookfieldViscometer)，型号为DV-II+Pro，其中主轴HA4附件以20RPM速度运行测量时，所得纤维-浆料混合物也具有小于45000厘泊的粘度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述移动表面以1至100英尺/分钟的速度移动，其中所述流浆箱由振动台以约1000至2000次循环/分钟的速度振动，其中所述电动机向所述振动台传递足够的力，以提供在+/-1/64"至+/-1/4"范围内的行程。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述浆料具有约0.20至约0.7:1的水与水泥的重量比，其中所述浆料以约0.10-25立方英尺/分钟的速度沉积在所述流浆箱中，其中所述水泥浆料和纤维从所述流浆箱排出并以0.125至2英寸厚的连续层均匀地沉积在板生产线的移动表面上，以生产纤维增强水泥板。
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