CN109562529A - 用于使用多级连续混合器生产纤维增强水泥浆料的方法 - Google Patents

用于使用多级连续混合器生产纤维增强水泥浆料的方法 Download PDF

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Abstract

一种方法，其中来自干燥粉末进料器(2)的干燥水泥粉末流(5)穿过干燥水泥粉末入口导管(5a)以对纤维浆料混合器(32)的第一进料区段(20)进行进料。含水介质流(7)穿过至少一个含水介质流导管(7a)以对纤维浆料混合器(32)的第一混合区段(22)进行进料。增强纤维流(34)从纤维进料器(33)穿过增强纤维流导管(34a)以对纤维浆料混合器(32)的第二混合区段(24)进行进料。所述干燥水泥粉末流(5)、所述含水介质流(7)和所述增强纤维流(34)在所述纤维浆料混合器(32)中组合以制备纤维水泥混合物流(36)，所述纤维水泥混合物流通过所述混合器(32)的下游端处的排出导管(36a)排出。

Description

用于使用多级连续混合器生产纤维增强水泥浆料的方法
相关申请的交叉引用
本申请涉及以下共同未决的专利申请：
于2016年8月5日提交的题为《制备纤维增强混凝土板的连续方法(CONTINUOUSMETHODS OF MAKING FIBER REINFORCED CONCRETE PANELS)》的美国临时专利申请号62/371,554；
于2016年8月5日提交的题为《用于纤维增强水泥板生产的流浆箱和成形站(HEADBOX AND FORMING STATION FOR FIBER REINFORCED CEMENTITIOUS PANELPRODUCTION)》的美国临时专利申请号62/371,569；
于2016年8月5日提交的题为《将增强纤维与水泥材料混合的连续混合器和方法(CONTINUOUS MIXER AND METHOD OF MIXING REINFORCING FIBERS WITH CEMENTITIOUSMATERIALS)》的美国临时专利申请号62/371,578；
所有文献都通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明公开了在连续工艺中将增强纤维与水泥材料混合以生产纤维增强水泥材料，即(纤维增强混凝土(FRC)板)的连续混合器和方法。
背景技术
通过引用整体并入本文的Dubey等人的美国专利号6,986,812的特征在于用于SCP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物板或薄板的生产中。设备包含主计量辊及配对辊，这些辊彼此紧密、通常为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板生产线的移动网上。厚度控制辊在操作上设置于主计量辊附近以维持浆料的期望厚度。
通过引用整体并入本文的授权给George等人的美国专利号7,524,386B2公开了采用湿式混合器的工艺，所述湿式混合器具有用于形成水泥粉末和液体的湿浆料的竖直混合室。竖直混合室被设计成提供所需的混合量，以在混合停留时间内提供彻底混合的均匀的稀浆料，从而允许足够的浆料供应以确保相关水泥板生产线的连续操作。还公开了重力进料装置，用于将水泥粉末和水供应到室的浆料混合区域。在制备SCP板时，重要的步骤是混合水泥粉末以形成浆料。然后将浆料从室的底部抽出并通过空腔泵泵送到浆料进料设备。典型的常规连续水泥混合器为来自德国诺伊堡的摩泰克有限公司(M-TEC GmbH,Neuenburg,Germany)的DUO MIX2000连续水泥混合器，其在建筑工业中用于混合和泵送混凝土浆料。
通过引用整体并入本文的授权给George等人的美国专利号7513,963B2公开了湿式混合器设备及其使用方法，所述混合器具有用于形成水泥浆料和水的湿浆料的竖直混合室。竖直混合室被设计成提供所需的混合量，以在混合停留时间内提供彻底混合的均匀的稀浆料，从而允许足够的浆料供应以确保相关水泥板生产线的连续操作。还公开了重力进料，用于将水泥粉末和水分开供应到室的浆料混合区域，而不预先混合粉末和水。
通过引用整体并入本文的授权给Dubey等人的美国专利号8038790公开了结构水泥板，当紧固到框架上用于剪力墙、地板和屋顶系统中时，所述结构水泥板用于抵抗与由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。与其它结构水泥板相比，这些板提供的热传递减少。这些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、水硬性水泥、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到500微米，中值粒径为20到150微米，并且有效颗粒密度(比重)小于0.50g/cc。这些板用纤维，例如耐碱玻璃纤维增强。
通过引用整体并入本文的授权给Dubey等人的美国专利申请公开号2005/0064164公开了用于生产结构水泥板的多层工艺，所述工艺包含：(a.)提供移动网；(b.)以下中的一种：(i)在网上沉积第一层单独的松散纤维，接着在网上沉积一层可凝固浆料和(ii)在网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，以将所述纤维遍布在浆料中；以及(e.)重复步骤(ii)至(d.)，直到获得期望数量的可凝固纤维增强浆料层，并且使得纤维遍布在板上。还提供了通过所述流程生产的结构板、适用于根据所述流程来生产结构水泥板的设备、以及具有多个层的结构水泥板，每一层都是如下形成的：在移动网上沉积可凝结浆料层、在浆料上沉积纤维并将纤维埋置到浆料中以使每一层都与相邻层一体成型。
授权给Chen等人的美国专利申请公开号2006/0061007公开了用于挤出水泥制品的方法和设备。挤出机包含外壳，所述外壳具有可旋转地安装在其中的一对互相啮合的自擦拭螺杆。螺杆连续混合并且捏合通过各种进料装置提供的纤维水泥的组分，以形成基本上均质糊状物，并促使糊状物通过模头以形成适用于铸造的生水泥挤出物。用于挤出的水泥混合物非常粘稠且不适合用于如喷浆混凝土或通过水泥板生产线上的流浆箱沉积。
用于生产纤维增强水泥浆料的现有技术水平的混合技术通常涉及使用工业标准分批混合器，其中首先添加包含增强纤维的所有原料，然后混合几分钟以产生具有随机分散纤维的浆料混合物。旋转鼓轮和旋转盘式混合器是常用于制备纤维增强水泥浆料混合物的混凝土混合器的实例。用于生产纤维增强水泥浆料混合物的现有技术水平的混凝土混合器和混合技术的一些主要限制和缺点包含：
在分批混合器中的混合操作不连续，因此在需要连续供应浆料的应用中，如在连续板生产线的情况下，使所述分批混合器的使用更加困难。
在分批混合器中的混合时间通常非常长，大约为几分钟，以获得良好混合的均质浆料混合物。
由于在分批混合器中一次添加大量纤维，导致在混合操作期间纤维结块和成球。
分批混合过程涉及的较长混合时间易损坏和破坏增强纤维。
在处理快速凝固水泥材料方面，分批混合器不是非常有用和实用的。
需要用于生产用于具有高增强纤维浓度的水泥板的浆料的单层过程。因此，需要确保供应足够的混合流体水泥浆料的改进流浆箱，所述水泥浆料含有供应连续板生产线玻璃的纤维。期望在混合器中提供一定程度混合的水泥反应性粉末、增强纤维和水，以产生具有适当流变性和充分流动性的浆料，从而提供用于连续水泥板生产线中的浆料。
发明内容
本发明使用湿式混合器设备来制备浆料，以进料到浆料进料设备(通常称为“流浆箱”)，用于在水泥板生产线等的移动网上沉积浆料，其中可凝固的浆料用于生产纤维增强建筑板或薄板。
考虑到现有技术的混凝土混合器的局限和缺点，本发明的一些目的如下：
提供了一种混合器，其允许纤维与水泥组分的其余部分连续混合，以生产均匀混合的纤维增强水泥浆料混合物。
提供了一种混合器，其将所需混合时间从几分钟减少到小于60秒，优选地小于30秒，以生产均匀混合的纤维增强水泥浆料混合物。
提供了一种混合器，其在混合操作期间不会导致纤维成球和结块。
提供了一种混合器，其不会因为混合作用而对增强纤维造成损坏。
本发明提供了一种用于制备可以连续方式供应的水泥复合浆料的方法，所述方法包括以下步骤：
通过至少一个干燥水泥粉末入口端口将干燥水泥粉末进料到水平连续混合器中；
所述水平连续混合器包括
细长混合室，所述细长混合室由具有内侧壁的水平(通常为圆柱形)壳体限定，所述细长混合室具有上游端进料区段、第一混合区段和第二下游端混合区段，其中所述第一混合区段处于所述上游端进料区段和第二下游端混合区段之间，
至少一对水平朝向的相互啮合自擦拭叶轮，其从所述细长混合室的上游端横穿到所述细长混合室的下游端并在所述细长混合室内旋转，
其中所述细长混合室的所述上游端进料区段内的每个水平安装的叶轮包括螺旋推运器，其中所述干燥水泥粉末进料到所述细长混合室的所述上游端进料区段中并由所述螺旋推运器输送到所述第一混合区段，
通过所述至少一个干燥水泥粉末入口端口下游的至少一个液体流入口端口将包括水的液体流进料到所述连续浆料混合器的所述细长混合室中，并且在所述第一混合区段中混合所述干燥水泥粉末和所述液体流以形成水泥浆料；
其中第一混合区段内的每个水平安装叶轮包括第一多个混合桨，其以规则的间隔和不同的圆周位置安装在所述叶轮的水平朝向轴上，所述桨绕所述水平朝向轴在水平(优选地圆柱形)的壳体内旋转，所述桨从所述轴径向延伸，
通过至少一个增强纤维入口端口将增强纤维流进料到所述第二混合区段中，并且在所述第二混合区段中混合所述水泥浆料和所述增强纤维以形成纤维浆料混合物，
其中所述细长混合室的所述第二混合区段内的每个水平安装叶轮的至少一部分包括选自由以下组成的组的至少一个构件：
螺旋推运器，和
第二多个混合桨，其以规则的间隔和不同的圆周位置安装在所述混合器的所述水平朝向轴上，所述桨绕每个相应的水平朝向轴在所述水平(优选地圆柱形)壳体内旋转，所述桨从所述相应的轴径向延伸，
通过所述第二混合区段的下游端部分处的纤维浆料混合物出口端口将所述纤维浆料混合物从所述混合器排出，
其中所述水泥浆料和所述纤维在所述水平纤维浆料混合器的所述混合室中混合约5秒到约240秒、优选地10秒到180秒、更优地选10秒到120秒、最优选地10秒到60秒的平均混合停留时间，同时所述旋转桨向所述纤维浆料混合物施加剪切力，其中所述中心旋转轴在混合期间以30RPM到450RPM、更优选地40RPM到300RPM、以及最优选地50RPM到250RPM旋转以产生均匀的纤维浆料混合物，其中，从所述水平连续混合器排出的纤维浆料混合物的坍落度为4英寸到11英寸，如根据使用高度为4英寸且直径为2英寸的管进行的坍落度测试所测量的。
当使用以20RPM速度运行的型号为DV-II+Pro的具有主轴HA4附件的布氏粘度计测量时，所得纤维浆料混合物的粘度也小于45000厘泊，优选地小于30000厘泊，更优选地小于15000厘泊，以及最优选地小于10000厘泊。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含增塑剂和超增塑剂。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。超增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。
术语桨是指从轴径向延伸以围绕轴旋转的任何结构。桨可具有各种形状中的任何一种。例如，优选的桨是扁平桨、螺旋桨或由具有相对端的销制成的桨，一端用于附接到轴上，并且另一端用于连接到宽桨头上。在没有桨头的情况下使用的销也被认为是在本发明范围内的桨。
本发明的纤维浆料混合物优选地不含增稠剂或其它实质性增加材料粘度的添加剂。
每个水平朝向轴外部连接到例如，由电力、燃气、汽油或其它碳氢化合物提供动力的驱动机构和驱动电机，以在所述混合器处于操作中时实现轴旋转。
从纤维浆料混合器中排出的纤维浆料混合物适用于各种用途，例如雕塑、喷射混凝土、斜坡松散岩石的固结、土壤稳定、隧道和矿井衬砌、预制混凝土产品、路面和船桥甲板、混凝土板、修理应用、或制造纤维增强水泥建筑板或薄板。
当使用可凝固纤维浆料混合物生产纤维增强水泥板(也称为纤维增强混凝土板，缩写为FRC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均匀地沉积在板生产线的移动表面上，作为0.125英寸到2英寸厚、优选地0.25英寸到1英寸厚、通常0.40英寸到0.75英寸厚的层以制造纤维增强混凝土板。由本发明的纤维浆料混合物生产水泥板的过程生产的板材最多具有单层纤维增强水泥浆料。优选地，移动表面以每分钟1英尺到100英尺的速度移动，更优选地以5英尺/分钟到50英尺/分钟的速度移动。这比本领域熟知的常规挤出过程快得多。优选地，浆料以每分钟0.10立方英尺到25立方英尺的速率沉积在移动表面上，用于4英尺到8英尺宽的板。本发明的制造过程也比使用具有极高粘度的水泥混合物的常规挤出过程快得多。
本发明的所得纤维浆料混合物区别于挤出过程中使用的水泥混合物。这种挤出混合物具有0英寸到2英寸的坍落度，如根据使用高度为4英寸且直径为2英寸的管进行的坍落度测试所测量的，并具有大于50000厘泊的粘度。挤出混合物也不包含存在于本发明的纤维浆料混合物中的增塑剂和超增塑剂。如上所提及，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。超增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。
本文公开的本发明的混合器和混合方法的显著特征是此混合器在连续操作中将增强纤维与其余水泥组分混合而不过度损坏添加的纤维的能力。此外，本发明的混合器和混合方法允许生产具有期望工作稠度的纤维增强水泥浆料混合物。由此混合器生产的具有良好流变性质的浆料可以有利地用于使用各种制造方法生产产品。例如，可加工的浆料稠度促进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。
优选地，混合器的桨包括以下由以下各项组成的组中的两个成员：
第一多个混合和输送桨的桨，每个桨包括与桨头接合的销，所述销枢转地接合到水平朝向轴和/或桨头，以允许桨头相对于相应的位置在水平朝向轴上枢转，其中多个桨被布置用于混合干燥的水泥粉末和液体流以形成水泥浆料并将水泥浆料移动到第二混合区段，和
第二多个混合和混合桨的桨，每个桨包括与桨头接合的销，所述销枢转地接合到水平朝向轴和/或桨头，以允许桨头相对于相应的位置在水平朝向轴上枢转，其中多个桨被布置成混合增强纤维和水泥浆料，并将被混合的水泥浆料和增强纤维移动到纤维浆料混合器出口。
优选地，水平混合器的混合室适于并被配置成在水平混合器的混合室中混合水泥浆料和纤维约5秒到约240秒、优选地10秒到180秒、更优选地10秒到120秒、最优选地10秒到60秒的平均混合停留时间，同时所述旋转桨向所述纤维浆料混合物施加剪切力，其中所述中心旋转轴在混合期间以30RPM到450RPM、更优选地40RPM到300RPM、以及最优选地50RPM到250RPM旋转纤维浆料混合物，以生产如上提及的均匀的纤维浆料混合物，其具有允许纤维浆料混合物从纤维浆料混合器中排出的稠度。
本发明的混合器可以用作生产水泥板的设备的一部分，所述水泥板至多具有单层纤维增强水泥组合物，所述设备包含支撑移动网的传送带式框架；第一水和水泥材料混合器，其与框架成操作关系，并被配置成将水泥浆料进料到纤维浆料混合器；第一浆料进料站(流浆箱)，其与框架成操作关系，并被配置成在移动网上沉积含可凝固纤维的水泥浆料层。下游是用于将凝固浆料切割成水泥板的设备。
与分批方法相反，本文公开的方法为连续方法。在连续方法中，制成最终产品所需的原料以与生产最终产品的速率相等的速率(质量平衡)连续计量和进料，即原料进料在过程中流动并且最终产品同时流出过程。在分批方法中，首先将制成最终产品所需的原料大量组合以制备大批混合物以在一个或多个适当的容器中储存；然后将这批混合物从一个或多个储存容器中抽出，以生产多件最终产品。
在本说明书中，除非另有说明，所有组合物百分比均为重量百分比。
附图说明
图1示出了本发明的方法的方框流程图。
图2A示出了混合器入口端口处的螺旋推运器区段和安装在本发明的纤维浆料混合装置的水平双轴多级连续纤维浆料混合器实施例的第一混合区段中的两个轴上的扁平桨。
图2B示出了本发明的纤维浆料混合装置的水平双轴多级连续纤维浆料混合器实施例中的混合干燥粉入口端口处的螺旋推运器区段的一部分。
图2C示出了本发明的纤维浆料混合装置的水平双轴多级连续纤维浆料混合器实施例的扁平混合桨。
图2D示出了适于本发明的纤维浆料混合装置的水平双轴多级连续纤维浆料混合器实施例的螺旋混合桨。
图2E示出了安装在本发明的纤维浆料混合装置的水平双轴多级连续纤维浆料混合器实施例的第一混合区段中的两个轴上的扁平桨。
图2F示出了轴上的扁平桨和螺旋桨。
图3A示出了本发明的双轴多级连续纤维浆料混合器的第一种配置，其中第一区段具有混合桨，并且第二混合区段仅具有在两个轴上的螺旋推运器。
图3B示出了本发明的双轴多级连续纤维浆料混合器的第二种配置，其中第一混合区段具有桨，并且第二混合区段具有螺旋推运器，随后是两个轴上的桨。
图3C示出了本发明的双轴多级连续纤维浆料混合器的第三种配置，其中第一混合区段具有桨，并且第二混合区段具有螺旋推运器，随后是桨，桨后接着是两个轴上的螺旋推运器。
图3D示出了本发明的双轴多级连续纤维浆料混合器的第四种配置，其中第一混合区段具有桨，并且第二混合区段仅具有两个轴上的桨或销钉。
图4A示出了本发明的水平双轴(示出一个轴)多级连续纤维浆料混合器的配置(在图3D中示意性地示出)的示意性立视图，其中第一混合区段具有桨，并且第二混合区段仅具有桨。
图4B示出了图4A的本发明的纤维浆料混合装置的水平纤维浆料混合器实施例的桨(具有销和头部)的透视图。
图4C示出了图4A的本发明纤维浆料混合装置的水平连续纤维浆料混合器实施例的桨(具有销和头部)和轴的一部分的俯视图。
图4D提供了具有通向图4A的本发明纤维浆料混合装置的混合室的门的混合器的近视图，其示出了桨(具有销和头部)相对于中心轴的朝向(为清楚起见，示出了一个轴)。
图4E示出了双轴(示出一个轴)多级连续纤维浆料混合器的配置(在图3B中示意性地示出)，其中第一混合区段具有桨，并且第二混合区段具有螺旋推运器，随后是两个轴上的桨。
图4F示出了双轴(示出一个轴)多级连续纤维浆料混合器的配置(在图3C中示意性地示出)，其中第一混合区段具有桨，并且第二混合区段具有螺旋推运器，随后是桨，桨后接着是两个轴上的螺旋推运器(为清楚起见，显示了一个轴)。
图4G示出了双轴(示出一个轴)多级连续纤维浆料混合器的配置(在图3B中示意性地示出)，其中第一混合区段具有桨，并且第二混合区段具有螺旋推运器，随后是销，销后接着是两个轴上的桨。
图4H示出了本发明的双轴(示出一个轴)多级连续纤维浆料混合器的配置(在图3D中示意性地示出)，其中第一混合区段具有桨，并且第二混合区段仅具有两个轴上的销。
图4I示出了具有本发明的双轴(示出一个轴)多级连续纤维浆料混合器的配置(在图3A中示意性地示出)，其中第一混合区段具有桨，并且第二混合区段具有在两个轴上的螺旋推运器)，其中所述桨为扁平桨或螺旋桨。
图4J示出了具有本发明的双轴(示出一个轴)多级连续纤维浆料混合器的配置(在图3B中示意性地示出)，其中第一混合区段具有桨，并且第二混合区段具有螺旋推运器，随后是两个轴(为清除起见示出一个轴)的桨，其中所述桨为扁平桨或螺旋桨，桨之间可见轴的空区用于输送桨。
图4K示出了一种配置(在图3C中示意性地示出)，其中第一混合区段具有扁平桨和/或螺旋桨，并且第二混合区段具有螺旋推运器，接着是扁平桨和/或螺旋桨，随后是两个轴(为清楚起见，示出了一个轴)上的螺旋推运器，其中所述桨为扁平桨或螺旋桨；桨之间可见轴的空区用于输送桨。
图4L示出了具有本发明的双轴(示出一个轴)多级连续纤维浆料混合器的配置(在图3D中示意性地示出)，其中第一混合区段具有桨，并且第二混合区段具有两个轴上的桨，其中所述桨是扁平桨或螺旋桨；可见轴的空区用于输送桨。
图4M示出了具有本发明的双轴(示出一个轴)的多级连续纤维浆料混合器的构造的变型(在图3D中示意性地示出)，其中第一混合区段可以具有一种类型的桨，并且第二混合区段可以有不同类型的桨；这种配置中的优选布置是在第一混合区段中具有扁平桨和/或螺旋桨，并且在第二混合区段24中具有桨，其具有销和头部和/或仅具有销。
图5示出了适用于本发明的纤维浆料混合装置的水泥板生产线的示意性立视图。
图6示出了图5的水泥板生产线，示为流浆箱上游的水泥板生产线部分的工艺流程图的复合图和流浆箱下游的水泥板生产线的俯视图。
图7示出了图5的水泥板生产线的第一变体，示为适用于流浆箱上游的本发明的纤维浆料混合装置的水泥板生产线部分的工艺流程图的复合视图和流浆箱下游的生产线的俯视图。
图8示出了图5的水泥板生产线的第二变体，示为适用于流浆箱上游的本发明的纤维浆料混合装置的水泥板生产线部分的工艺流程图的复合视图和流浆箱下游的生产线的俯视图。
具体实施方式
图1示出了本发明的方法的方框流程图。在所述方法中，来自干燥粉进料器2的干燥水泥粉末流5穿过干燥水泥粉末入口导管5A以对所述纤维浆料混合器32的第一进料区段20进行进料。来自一个或多个泵3的含水介质流7通过至少一个含水介质流导管7A(示出了两个)以对所述纤维浆料混合器32的第一混合区段22以及任选地第一进料区段20进行进料。增强纤维流34从纤维进料器33通过增强纤维流导管34A以对所述纤维浆料混合器32的第二混合区段24进行进料。所述干燥水泥粉末流5、所述含水介质流7和所述增强纤维流34在纤维浆料混合器32中组合，制备纤维水泥混合物流36，所述纤维水泥混合物流通过所述混合器32下游端处的排出导管36A排出。
所得纤维浆料混合物适于各种用途。举例来说，所得浆料适于被沉积并且用于雕塑、喷射混凝土、松散岩石的固结、土壤稳定、预铸混凝土产品、路面、修复应用，或均匀地用作板生产线的移动表面上的层，以在板生产线的移动表面上作为0.125英寸到2.00英寸厚，优选地0.25英寸到1英寸厚，更优选地0.4英寸到0.8英寸厚、通常地0.5英寸到0.75英寸厚的层以生产纤维增强混凝土板。所得纤维浆料混合物具有小于45000厘泊、优选地小于30000厘泊、并且更优选地小于15000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。所得纤维浆料混合物还具有4英寸到11英寸的坍落度，如根据使用高度为4英寸且直径为2英寸的管进行的坍落度测试所测量的。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过程。
坍落度测试表征了由本发明生产的水泥组合物的坍落度和流动特性。本文所使用的坍落度测试利用直径约5.08cm(2英寸)和长度约10.16cm(4英寸)的空心圆筒，其保持垂直，其中一个开口端部依靠在光滑的塑料表面上。将圆筒使用水泥混合物填充到顶部接着刮平顶表面以除去过量的浆料混合物。然后将圆筒轻轻地竖直提起以允许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。如本文所使用的，具有良好流动特性的组合物产生较大的坍落度值。
如在图3A到图3D和图4A到图4M所见，本发明采用以下主混合器变体：
混合干燥粉入口
螺旋推运器(用桨将干燥粉移到第一混合区段)
第一混合区段——桨(一种或另一种)
第二混合区段——各种可能的场景——只有螺旋推运器、只有桨、或螺旋推运器和桨的组合。
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地实现以下成果：
允许纤维与其余水泥组分连续混合，以生产均匀混合的纤维增强水泥浆料混合物。
将所需混合时间从几分钟减少到小于60秒，优选地小于30秒，以生产均匀混合的纤维增强水泥浆料混合物。通常，室提供约5秒到约240秒、优选地10秒到180秒、更优选地10秒到120秒、最优选地10秒到60秒的平均浆料停留时间。
在混合操作期间不会导致纤维成球和结块。
不会因为混合作用而对增强纤维造成损坏。
允许使用在制造和建筑应用中有用的快速凝固水泥材料。
使用作为本发明的一部分公开的水平纤维浆料连续混合器的方法包括如下步骤：
通过至少一个干燥水泥粉末入口端口将干燥水泥粉末进料到水平连续浆料混合器中；
所述水平连续混合器包括
细长混合室，所述细长混合室由具有内侧壁的水平(通常为圆柱形)壳体限定，所述细长混合室具有上游端进料区段、第一混合区段和第二下游端混合区段，其中所述第一混合区段处于所述上游端进料区段和第二下游端混合区段之间，
至少一对水平朝向的相互啮合自擦拭叶轮，其从所述细长混合室的上游端横穿到所述细长混合室的下游端并在所述细长混合室内旋转，
其中所述细长混合室的所述上游端进料区段内的每个水平安装的叶轮包括螺旋推运器，其中所述干燥水泥粉末进料到所述细长混合室的所述上游端进料区段中并由所述螺旋推运器输送到所述第一混合区段，
通过所述至少一个干燥水泥粉末入口端口下游的至少一个液体流入口端口将包括水的液体流进料到所述连续浆料混合器的所述细长混合室中，并且在所述第一混合区段中混合所述干燥水泥粉末和所述液体流以形成水泥浆料；
其中所述第一混合区段内的每个水平安装的叶轮包括第一多个混合和输送桨，其以规则的间隔和不同的圆周位置安装在所述叶轮的水平朝向轴上，所述桨绕所述水平朝向轴在所述水平(优选地圆柱形)的壳体内旋转，所述桨从所述轴径向延伸，
通过至少一个增强纤维入口端口将增强纤维流进料到所述第二混合区段中，并且在所述第二混合区段中混合所述水泥浆料和所述增强纤维以形成纤维浆料混合物，
其中所述细长混合室的所述第二混合区段内的每个水平安装叶轮的至少一部分包括选自由以下组成的组的至少一个构件：
螺旋推运器，和
第二多个混合和输送桨，其以规则的间隔和不同的圆周位置安装在所述混合器的水平朝向轴上，所述桨绕每个相应的水平朝向轴在所述水平(优选地圆柱形)壳体内旋转，所述桨从相应的轴径向延伸，
通过所述第二混合区段的下游端部分处的纤维浆料混合物出口端口将所述纤维浆料混合物从所述混合器排出，
其中所述水泥浆料和纤维在所述水平纤维浆料混合器的混合室中混合约5秒到约240秒、优选地10秒到180秒、更优地选10秒到120秒、最优选地10秒到60秒的平均混合停留时间，同时所述旋转桨向所述纤维浆料混合物施加剪切力，其中所述中心旋转轴在混合期间以30RPM到450RPM、更优选地40RPM到300RPM、以及最优选地50RPM到250RPM旋转纤维浆料混合物，以生产均匀的纤维浆料混合物，其中，从所述混合器排出的纤维浆料混合物具有4英寸到11英寸、优选地6英寸到10英寸的坍落度，如根据使用高度为4英寸且直径为2英寸的管进行的坍落度测试所测量的和小于45000厘泊、优选地小于30000厘泊、以及最优选地小于15000厘泊的粘度。
所得纤维浆料混合物还具有4英寸到11英寸的坍落度，如根据使用高度为4英寸且直径为2英寸的管进行的坍落度测试所测量的。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过程。
每个水平朝向轴外部连接到例如，由电力、燃气、汽油或其它碳氢化合物提供动力的驱动机构和驱动电机，以在所述混合器处于操作中时实现轴旋转。
第一和/或第二混合区段的桨可以是扁平桨或螺旋桨。扁平桨和螺旋桨是具有中心开口的一体桨，其中心开口装配到所述轴上，使得所述桨环绕所述轴的一部分。并且，所述扁平桨和螺旋桨具有从所述轴向相反方向延伸的相对端。优选地，如果所述扁平桨或所述螺旋桨采用于所述第二混合区段中，则所述扁平桨或所述螺旋桨采用于所述第二混合区段的桨部分中，并且在所述第二混合区段中在所述桨区段之前和/或之后还采用了螺旋推运器。
然而，所述第一和/或第二混合区段的桨的替代物包括与桨头接合的销，所述销枢转地接合到所述水平朝向轴和/或所述桨头以允许所述桨头相对于水平朝向轴上的相应位置枢转旋转，其中所述桨被布置成混合所述增强纤维和所述水泥浆料并将并将被混合的水泥浆料和增强纤维移动到所述纤维浆料混合物出口。优选地，如果所述第一混合区段和所述第二混合区段的桨各自包括与所述桨头接合的销，则所述第二混合区段没有螺旋推运器。第二混合区段可以任选地只有销(没有桨头)以将纤维与浆料混合。销的横截面形状可以是圆形、扁平(即，正方形或矩形)、三角形、椭圆形或任何其它形状。当采用具有细长横截面(例如，矩形或椭圆形横截面)的销时，销优选地朝向使得其不仅有助于混合材料，而且还提供将材料向前移向混合器出口的功能。
中心轴外部连接到例如，由电力、燃气、汽油或其它碳氢化合物提供动力的驱动机构和驱动电机，以在所述混合器处于操作中时实现轴旋转。通常电机和驱动机构将驱动混合室中的中心轴。
本文公开的混合器和混合方法的显著特征是此混合器在连续操作中将增强纤维与其余水泥组分混合而不过度损坏添加的纤维的能力。此外，本发明的混合器和混合方法允许生产具有期望工作稠度的纤维增强水泥浆料混合物。从多级纤维浆料混合器排出的纤维浆料混合物适于各种用途，例如雕塑、喷射混凝土、松散岩石的固结、土壤稳定、预制混凝土产品、路面、修复应用或制作纤维增强混凝土建筑板或薄板。例如，可加工的浆料稠度促进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。
所生产的均匀的纤维浆料混合物具有一定的稠度，其允许所述纤维浆料混合物从所述纤维浆料混合器中排出，并且适于均匀地在板生产线的移动表面上沉积为连续层，在所述板生产线的移动表面上作为0.25英寸到2.00英寸、优选地0.25英寸到1英寸、更优选地0.5英寸到0.75英寸厚的层以生产纤维增强混凝土板。
本发明的多级连续混合器可以是双轴混合器或多轴混合器。优选地，本发明的多级连续混合器是双轴混合器。
本发明的多级连续混合器具有初始螺旋推运器区段和至少两个混合区段。干燥粉通过位于混合器一端的入口端口引入混合器。位于螺旋推运器区段中的螺旋推运器将干燥粉末向前移动到第一混合区段中。第一混合区段用于将干燥粉与包含水的液体添加剂混合，以产生水泥浆料混合物的均匀混合物。在混合器的第一区段中如此产生的水泥浆料混合物被输送到第二混合区段。第二混合区段是纤维与从第一混合区段产生和输送的水泥浆料混合之处。所得纤维增强浆料混合物通过位于第二混合区段末端的出口端口离开混合器。
作为本发明的一部分公开的多级双轴(或多轴)连续混合器的各种关键部件和特征可以突出如下：
细长混合室
细长的双桶混合室容纳连续混合器的双旋转轴(或多旋转轴)。
混合室的总长度通常在约2英尺到8英尺的范围内。混合室的优选长度通常为约3英尺到6英尺。
混合室的直径通常为约3英寸到24英寸的范围内的任何值。混合室的直径优选地在约5英寸到12英寸的范围内。
安装在细长混合室中的双旋转轴(或多旋转轴)从混合器的一端横穿到另一端。轴外部连接到驱动机构和电机，以在混合器运行时完成轴的旋转。轴以在30RPM到450RPM、更优选地40RPM到300RPM、以及最优选地50RPM到250RPM的范围内的速度旋转。作为混合器开发和优化工作的一部分，已经发现相对较低的混合速度是优选的，并且在水泥浆料混合物中提供优异的纤维分散。此外，对于本发明的目的而言，使用较低混合速度的另一个重要益处是其使得纤维断裂减少并带来用于进一步加工纤维增强水泥浆料混合物的优异材料加工性能。变频驱动器以及传动装置、链条或皮带装置通常与混合器一起使用，以在混合器运行时启动旋转轴。变频驱动器有助于调整和微调生产过程中涉及的给定原料组合的混合速度。
螺旋推运器区段用于将干燥粉从混合入口端口输送到连续混合器的第一混合区段。混合器轴的初始长度是螺旋推运器的形式，其实现干燥粉向前移动。当在混合器中使用双轴(或多轴)时，各个轴定位在混合器中，使得来自一个螺旋推运器区段的螺纹与来自第二螺旋推运器区段的螺纹处于重叠位置(但在轴旋转期间混不干扰)。两个螺旋推运器区段在混合器中的这种重叠放置为混合器的螺旋推运器区段提供了自清洁作用。双轴混合器配置中的初始螺旋推运器区段(位于干燥粉混合入口附近)示于图2A和图2B中。
图2A示出了本发明的纤维浆料混合装置的水平双轴多级连续纤维浆料混合器实施例。具体地，图2A示出了第一进料区段20(也称为螺旋推运器区段)，其在混合器入口处具有螺旋推运器26。图2A还示出了第一混合区段22，其具有安装在两个轴上的扁平桨25。
图2B示出了本发明的纤维浆料混合器32的第一进料区段20(也称为螺旋推运器区段)中的螺旋推运器26的另一视图。第一进料区段20的长度通常为约1英尺到3英尺。螺旋推运器螺距可以根据所使用的原料、期望的原料进料速率和混合器的两个混合区段的设计配置而变化。
第一混合区段20包括安装在混合器的各个旋转轴上的混合桨25。通常在第一混合区段中使用两种类型的桨——扁平桨或螺旋桨。图2C示出了图2A中使用的扁平混合桨25。图2D示出了可以在此混合器的第一混合区段中使用的螺旋混合桨27。扁平桨25提供高剪切混合作用，对混合器中的材料的输送作用可忽略不计。另一方面，螺旋桨27向混合器中的材料提供混合和(有限的)输送作用。
扁平桨25和螺旋桨27是具有中心开口的一体(单件)桨，其中心开口装配到轴上，使得桨环绕所述轴的一部分。并且，所述扁平桨和螺旋桨具有从所述轴向相反方向延伸的相对端。扁平桨25和螺旋桨27具有中心孔，其中键槽切入其中以允许桨滑动并安装到栓槽轴上。桨同心安装并楔在轴上。安装在双轴混合器的两个轴上的相邻桨朝向使得其提供擦拭动作而无任何旋转干涉。
图2F示出了轴29上的扁平桨25和螺旋桨27。空间25A表示由扁平桨25和/或螺旋27桨填充。
其它桨形状和几何形状也可以用于混合器的第一混合区段。例如，混合和输送桨，其中每个桨包括与桨头接合的销，所述桨头可以在第一和/或第二混合区段中使用，如下关于图4A更详细的解释。
当混合器轴在混合器操作期间处于旋转模式时，安装在各个轴上的桨的朝向重叠但非干扰。图2A和图2E示出了安装在双轴混合器的两个轴(在第一混合区段中)上的扁平桨25。具体地，图2E示出了安装在本发明纤维浆料混合装置的水平双轴多级连续纤维浆料混合器实施例的第一混合区段中的两个轴上的扁平桨25的放大视图。然而，螺旋桨27可以代替扁平桨25中的一些或所有。
位于混合器32的第一混合区段22中的桨的主要目的是将干燥粉与水和其它液体添加剂(如果有)混合以产生均匀的水泥浆料混合物。由于桨重叠但互不干涉的朝向，安装在各个轴上的桨25的旋转为混合器32的第一混合区段22提供了自清洁作用。安装在两个轴上的扁平混合桨25或螺旋混合桨27在这方面尤其有用。由于桨相互抵靠并且靠着混合器的桶(壳)的刮擦作用，这提供了极好的自清洁作用。与螺旋桨相反，扁平桨是最优选的桨，用于本发明目的的第一混合区段22。第一混合区段22的长度通常为约1英尺到4英尺。第一混合区段的长度更通常地为约3英尺或更短。各个扁平混合桨或螺旋混合桨的宽度范围为约0.25"到4"。扁平混合桨或螺旋混合桨的宽度更通常地为0.50"到3"。扁平混合桨或螺旋混合桨的宽度更通常地为1"到2"。从混合器壳体内壁看，无论是扁平的、或是螺旋形或其它形状的混合桨的间隙优选地小于1/4"，更优选地小于1/8"，以及最优选地小于1/16"。
混合器32的第二混合区段24通常是将增强纤维引入混合器中并与水泥浆料混合之处。第二混合区段24基本上是第一混合区段22的延续部分，并利用一种或多种方式将纤维混合到水泥浆料中。通过导管34的增强纤维在第二混合区段24的开始处被引入连续混合器32中。使用混合桨或螺旋推运器或其组合将增强纤维与在第一混合区段22中生产的水泥浆料混合。混合桨和/或螺旋推运器安装在混合器的双旋转轴上，并有助于将增强纤维与从第一混合区段输送的水泥浆料混合物混合。在第一混合区段22中描述和使用的混合桨(扁平桨25和/或螺旋桨27)也可以用在第二混合区段24中。然而，已发现使用这种桨会由于这些桨提供的高剪切作用而导致显著的纤维损坏。因此，在第二混合区段中单独使用此类桨是不优选的，特别是当使用大量此类桨时。在第二混合区段中螺旋桨比扁平桨更适合于满足本发明的目的。
螺旋推运器也可以用于在第二混合区段24中将纤维与水泥浆料混合。单独使用的螺旋推运器提供快速的输送动作，并且比单独的桨提供相对较少的混合作用。安装在两个平行轴上呈重叠配置的螺旋推运器进一步有助于混合器的自清洁方面。
优选地，如果在所述第二混合区段24中采用所述扁平桨25或螺旋桨27，则在所述第二混合区段24的桨部分中采用所述扁平桨或螺旋桨，并且在所述桨部分之前和/或之后的第二混合区段24中还使用螺旋推运器。螺旋推运器和有限数量的螺旋桨(或较不优选地扁平桨)的组合也可以用在第二混合区段24中。这种组合事实上是优选的并推荐用于实现纤维与水泥浆料混合的最佳混合成果。在第二混合区段24中的螺旋推运器之后使用有限数量的螺旋(或扁平)桨导致材料流过混合器时的阻力。这种对材料流动的阻力使得在混合器的第二混合区段中具有水泥浆料的纤维更好地混合和浸湿。
总而言之，第二混合区段24可以以下面突出显示的一种或多种方式配置，以促进纤维与水泥浆料混合物的混合：
图3A示出了本发明的双轴多级连续纤维浆料混合器32的第一种配置，其中材料在混合器中沿方向“X”流动。在第一种配置中，螺旋推运器26安装在第一进料区段20中的两个叶轮轴29上，混合桨安装在第一混合区段22中的两个叶轮轴29上，仅螺旋推运器29A安装在第二混合区段24的两个叶轮轴29上。选择螺旋推运器参数(例如，螺旋推运器螺距、螺旋推运器长度)以最大化材料保留并促进混合器32中的纤维与水泥浆料之间更紧密的接触。第二混合区段和螺旋推运器的总长度范围为约1英尺到5英尺，更优选地约2英尺到4英尺。在本说明书的此图和其它附图中，除非另有说明，否则附图中的相同附图标记旨在标识相同的元件。
图3B示出了本发明的双轴多级连续纤维浆料混合器32的第二种配置，其中材料在混合器中沿方向“X”流动。在第二种配置中，螺旋推运器29A后接着安装在第二混合区段中的两个轴29上的混合/输送桨29B。扁平桨25或螺旋桨27均可以用作混合/输送桨29B。在第二混合区段中优选地使用螺旋桨7。安装到第二混合区段中的单个轴的相邻扁平桨或螺旋桨可以相对于彼此具有相同的朝向，或者可替代地其可以相对于彼此旋转。当轴上的相邻桨相对于彼此旋转时，相邻桨的旋转角的范围可以为0°到90°，更通常地20°到90°。当相邻桨相对于彼此旋转零度时，可以在第二混合区段中使用更多数量的桨。如果期望，所使用的螺旋桨27中的一些也可以沿相反方向放置，以增加对在螺旋推运器29A中发生的材料流动和纤维浆料混合作用的阻力。当使用扁平桨或螺旋桨时，第二混合区段24中的桨组(每个轴的桨)的数量范围优选地为1到20，更优选地1到10。选择桨参数(类型、尺寸、方向、数量和配置)以最小化材料在混合器32中经受的剪切作用。桨可由多种材料，包含金属、陶瓷、塑料、橡胶或其组合制成。也可以考虑将具有较软衬里材料的桨用于第二混合区段，因为其易使材料和纤维损坏最小化。具有销和头部或仅销的桨可以替代地在螺旋推运器之后用于第二混合区段中。
选择螺旋推运器参数(例如，螺旋推运器螺距、螺旋推运器长度)以最大化材料保留并促进混合器32中的纤维与水泥浆料之间更紧密的接触。第二混合区段的总长度范围为约1英尺到5英尺，更优选地约2英尺到4英尺。桨29B仅占据此长度的一小部分，并且螺旋推运器29A覆盖第二混合区段24的大部分。
图3C示出了本发明的双轴多级连续纤维浆料混合器32的第三种配置，其中材料在混合器中沿方向“X”流动。在第三种配置中，螺旋推运器29A后接着混合/输送桨29B，随后是安装在第二混合区段中的两个轴29上的螺旋推运器29C。扁平桨25或螺旋桨27均可以用作混合/输送桨29B，但优选地使用螺旋桨27。如果期望，所使用的螺旋桨27中的一些也可以沿相反方向放置，以增加停留时间并改善先前螺旋推运器区段中的纤维浆料混合。安装到第二混合区段中的单个轴的相邻扁平桨或螺旋桨可以相对于彼此具有相同的朝向，或者可替代地其可以相对于彼此旋转。当轴上的相邻桨相对于彼此旋转时，相邻桨的旋转角的范围可以为0°到90°，更通常地20°到90°。当使用扁平桨或螺旋桨时，第二混合区段24中的桨组的数量范围优选地为1到20，以及更优选地1到10。当相邻桨相对于彼此旋转零度时，可以在第二混合区段中使用更多数量的桨。选择桨参数(类型、尺寸、方向、数量和配置)以最小化材料在混合器32中经受的剪切作用。具有销和头部或仅销的桨可以替代地在螺旋推运器之后用于第二混合区段中。选择螺旋推运器参数(例如，螺旋推运器螺距、螺旋推运器长度)以最大化材料保留并促进混合器中的纤维与水泥浆料之间更紧密的接触。第二混合区段的总长度范围为约1英尺到5英尺，更优选地约2英尺到4英尺。桨仅占据此长度的一小部分，并且螺旋推运器覆盖第二混合区段的大部分。
图3D示出了本发明的双轴多级连续纤维浆料混合器32的第四种配置，其中材料在混合器中沿方向“X”流动。第四种配置具有仅安装在在混合器的第二混合区段中的两个轴29上的混合/输送桨29D。在第二混合区段中使用扁平桨和螺旋桨在这种配置中不是优选的，因为使用其会导致非常高的剪切力并导致显著的纤维损坏。当在第二混合区段中使用此混合器配置时，优选导致低混合剪切力的混合和输送桨。在此混合器配置的第二混合区段中优选地使用具有销和头部或仅销的桨。然而，在此实施例中，可以在第一混合区段中使用任何类型的桨，例如扁平桨和/或螺旋桨。
图4A示出了使用这种桨100的双轴(示出一个轴)纤维泥浆混合器32的配置(在图3D中示意性地示出)的实施例的图，所述桨在第一混合区段22和第二混合区段24中均引起低混合剪切力。图4A示出了具有螺旋推运器26、轴29和桨100的第一进料区段20。每个桨100具有销114和相对于销114横向延伸的宽桨头116。优选地，纤维浆料混合器2为单轴混合器。
图4A示出了例如，波特兰水泥、石膏、骨料、填料等的粉末混合物从干燥粉进料器进料，所述干燥粉进料器通常是顶部料斗箱160A，其通过干燥粉管道5A(其为波纹管161)到混合器32的细长水平混合室163。叶轮轴29由侧面安装的叶轮电机172驱动，所述叶轮电机由速度控制器(未示出)调节。粉末混合物固体可以通过容积式进料器或重力进料器(未示出)从料斗箱160A进料到含有螺旋推运器26的水平混合室163。
体积计量式进料系统将使用以恒定速度运行的螺杆输送器(未示出)以恒定速率(每单位时间的体积，例如，立方英尺/每分钟)从储存料斗箱160A排出粉末。重量计量式进料系统通常使用与称重系统相关联的体积计量式进料器来控制以每单位时间的恒定重量(例如，磅/分钟)自储存料斗仓160A中排出粉末。重量信号经由反馈控制系统用于持续监测实际进料速率并通过调节螺杆进料器的螺杆的速度(RPM)来补偿堆积密度、孔隙率等的变化。这种体积计量式进料系统也可以用于混合器32的任何其它实施例。
来自液体泵(未示出)的水性介质，如水，通过至少一个水性介质流导管7A的喷嘴进料到水平室163。
图4A示出了细长的水平混合室163，其包括圆柱形水平侧壁102、第一端壁104和第二端壁106。材料流沿方向X从第一端壁104到第二端壁106。轴29从第一端壁104延伸到第二端壁106。水平纤维水泥浆料混合器32还包括至少一个可旋转轴29(优选地两个可旋转轴，其中为清楚起见未示出第二个轴)、用于将包括水的液体进料到到室163中的水性液体介质导管7A、用于将增强纤维进料到室163的增强纤维导管34A、和用于排出纤维浆料混合物的纤维浆料混合物排出口36A。混合和输送桨100从中心可旋转轴29延伸。水平纤维水泥浆料混合器32还包括其它入口端口167(示出一个)，以将其它原料和性能增强添加剂进料到混合器32中。水平纤维水泥浆料混合器32还包括通气端口70，以除去从原料进料中引入混合室163的任何空气。水平纤维水泥浆料混合器32还包括电机和驱动机构172，以驱动混合室163中的中心轴29。
可旋转轴29绕其纵向轴线“A”旋转，以混合所进料的成分并将其作为纤维浆料混合物输送到排出口168。可旋转轴在室第一进料区段20中具有螺旋推运器26，并且在第一混合区段22和第二混合区段24中均具有桨100。
将增强纤维和水泥浆料以及其它成分以各自的速率进料到混合器32中，以在混合器中在所得混合物上方留下开放空间，便于混合和输送。如果期望，液位控制传感器用于测量混合器的水平室中的浆料液位。
可旋转轴29可以包含第一端组件160和第二端组件162。第一端组件160和第二端组件162可以采用本领域技术人员已知的各种形式中的任一种。例如，第一端组件160可以包含可操作地接合可旋转轴29的第一端的第一端接合部分、从第一端接合部分延伸的第一圆柱形部分164、从第一圆柱形部分164延伸的中间圆柱形部分166、和从中间圆柱形部分166延伸并包含槽170的端部圆柱形部分168。第二端组件162可以包含可操作地接合可旋转轴29的第二端的第二端接合部分、从第二端接合部分延伸的第一圆柱形部分165、和从第一圆柱形部分延伸的端部圆柱形部分169。在至少一个实施例中，第一端组件160的第一端接合部分可接近第一圆柱形部分164接合到可旋转轴29。在一个或多个实施例中，端部圆柱形部分168可以可操作地接合到电机172或引擎，所述引擎能够向旋转轴29和与其接合的一个或多个桨组件100施加旋转(例如，高速旋转)以混合加强件纤维和水泥浆料。在至少一个实施例中，第二端组件162的第二端接合部分可以接近第一圆柱形部分165接合到可旋转轴29的第二端(例如，与第一端相对的端)。在一个或多个实施例中，第二端组件162的端部圆柱形部分169可以优选地接合到轴承组件，所述轴承组件可以与水平纤维水泥浆料混合器32的外壁成一体，以允许可旋转轴29的旋转。
如图4A所示，多个桨组件100可以永久地和/或可拆卸地接合(例如，固定、粘附、连接等)到可旋转轴29并被配置成例如，对齐的行和/或列(例如，沿着可旋转轴29的长度的行，围绕可旋转轴29的圆周的列)。在一个或多个实施例中，桨组件100可以根据需要永久地或可释放地接合到可旋转轴29的偏移行或列中。另外，旋转轴29可以根据期望适应桨组件100的任何布置或配置，优选地但不限于螺旋(spiral和/或helical)配置。
在一个或多个实施例中，可旋转轴29可以构造成在混合期间以30RPM到450RPM、更优选地40RPM到300RPM、以及最优选地50RPM到250RPM的预定速率旋转
桨销114的宽度W1小于桨头116的宽度W2(参见图4B)。混合和输送桨100的销114可以包含螺纹端部分115(参见图4B)，其适于接合到可旋转轴29的螺纹开口中，使得混合和输送桨100可以旋转以实现相对于可旋转轴29的期望或选定的间距(例如，角度)。在一个或多个实施例中，每个混合和输送桨100可以旋转期望距离到可旋转轴29，其中所述距离可以与一个或多个其它桨组件或与可旋转轴29接合的桨组件的区段相同或不同。桨可以使用包含螺纹附件(如图所示)和/或焊接附件(未示出)的不同方式附接到中心轴。
图4E示出了双轴(示出一个轴)多级连续纤维浆料混合器32的配置(在图3B中示意性地示出)，其中第一混合区段22具有桨100，并且第二混合区段24具有螺旋推运器29A，随后是两个轴29上的桨100。
图4F示出了双轴(示出一个轴)多级连续纤维浆料混合器32的配置(在图3C中示意性地示出)，其中螺旋推运器26安装在进料区段20中的两个叶轮轴29上，第一混合区段22具有桨100，并且第二混合区段24具有螺旋推运器29A，随后是桨100，随后是两个轴29上的螺旋推运器29C。
图4G示出了双轴(示出一个轴)多级连续纤维浆料混合器32的配置(在图3C中示意性地示出)，其中螺旋推运器26安装在进料区段20中的两个叶轮轴29上，第一混合区段22具有桨100，并且第二混合区段24具有螺旋推运器29A，随后是销114，随后是两个轴29上的螺旋推运器29C。
图4H示出了双轴(示出一个轴)多级连续纤维浆料混合器32的配置(在图3D中示意性地示出)，其中螺旋推运器26安装在进料区段20中的两个叶轮轴29上，第一混合区段22具有桨100，并且第二混合区段24仅具有在两个轴29上的销114。
图4I示出了具有本发明的双轴(示出一个轴)多级连续纤维浆料混合器32的配置(在图3A中示意性地示出)，其中螺旋推运器26安装在进料区段20中的两个叶轮轴29上，第一混合区段22具有桨25、27，并且第二混合区段24具有在两个轴上的螺旋推运器29A)，其中所述桨为扁平桨25和/或螺旋桨27。
图4J示出了具有本发明的双轴(示出一个轴)的多级连续纤维浆料混合器的配置(在图3B中示意性地示出)的示意性立面侧视图，其中螺旋推运器26安装在进料区段20中的两个叶轮轴29上，第一混合区段22具有桨25、27，并且第二混合区段24具有螺旋推运器29A，随后是两个轴上的桨25、27，其中所述桨是扁平桨25和/或螺旋桨27。轴29可见的桨之间的空区25A用于输送桨。在此混合器配置中，轴上的第二混合区段的相邻桨可以相对于彼此旋转，或者其可以相对于彼此旋转零度，即，桨相对于彼此均匀地对齐。
图4K示出了一种配置(在图3C中示意性地示出)，其中螺旋推运器26安装在进料区段20中的两个叶轮轴29上，第一混合区段22具有扁平桨25和/或螺旋桨27，并且第二混合区段具有螺旋推运器29A，接着是扁平桨25和/或螺旋桨27，随后是两个轴(为清楚起见，示出了一个轴)上的螺旋推运器29C。轴29可见的桨之间的空区25A用于输送桨。
图4L示出了具有本发明的双轴(示出一个轴)多级连续纤维浆料混合器32的配置(在图3D中示意性地示出)，其中螺旋推运器26安装在进料区段20中的两个叶轮轴29上，第一混合区段22具有桨，并且第二混合区段24具有在两个轴29上的桨，其中所述桨为扁平桨25或螺旋桨27。轴29可见的空区25A用于输送桨。在此混合器配置中，优选的是，轴上的第二混合区段的相邻桨相对于彼此旋转零度，即，桨相对于彼此均匀地对齐。
图4M示出了具有本发明的双轴(示出一个轴)多级连续纤维浆料混合器32的配置(在图3A中示意性地示出)的变体，其中螺旋推运器26安装在进料区段20的两个叶轮轴29上，第一混合区段22可以具有一种类型的桨，并且第二混合区段24可以具有不同类型的桨。这种配置中的优选布置是在第一混合区段22中具有扁平桨25和/或螺旋桨27，并且在第二混合区段24中具有桨100，其具有销114和头部116和/或仅具有销114。最优选地，第一混合区段中的桨是扁平桨的或螺旋桨，并且第二混合区段中的桨包括具有销和头部和/或销的桨。
在本发明的混合器配置中，在第二混合区段中采用扁平桨和/或螺旋桨，例如在图4I、图4J、图4K、图4L和图4M的混合器中，扁平桨25和/或螺旋桨27位于轴29上；并且，第二混合区段24中的轴29上的所有相邻扁平桨和/或螺旋桨相对于彼此旋转0到90度。
如果期望，扁平桨和/或螺旋桨在第二混合区段中的轴上，并且第二混合区段中的轴上的所有相邻扁平桨和/或螺旋桨相对于彼此旋转零度。
如果期望，扁平桨和/或螺旋桨在第二混合区段中的轴上，并且第二混合区段中的轴上的所有相邻扁平桨和/或螺旋桨相对于彼此旋转30度。
如果期望，扁平桨和/或螺旋桨在第二混合区段中的轴上，并且第二混合区段中的轴上的所有相邻扁平桨和/或螺旋桨相对于彼此旋转45度。
如果期望，扁平桨和/或螺旋桨在第二混合区段中的轴上，并且第二混合区段中的轴上的所有相邻扁平桨和/或螺旋桨相对于彼此旋转60度。
如果期望，扁平桨和/或螺旋桨在第二混合区段中的轴上，并且第二混合区段中的轴上的所有相邻扁平桨和/或螺旋桨相对于彼此旋转90度。
本发明的纤维浆料连续混合器的上述特征和参数进一步描述如下。除非另有说明，否则这不仅适用于附图的实施例，而且整体适用于本发明。
细长混合室
细长混合室通常地为圆柱形的。混合室的长度通常为约2英尺到8英尺的范围内的任何值。混合室的优选长度为约3英尺到5英尺。混合室的直径通常为约4英寸到24英寸的范围内的任何值。混合室的优选直径范围为约6英寸到12英寸。
旋转轴
双或多旋转轴中的每一个的直径通常为约1英寸到4英寸。中心轴的优选直径范围为约1英寸到3英寸。
中心轴以优选地30RPM到450RPM、更优选地40RPM到300RPM、以及最优选地50RPM到250RPM的范围内的速度旋转。已经发现，相对较低的混合速度为优选的，以满足本发明的目的。令人惊讶地发现，即使在相对低的混合速度下也可获得水泥浆料混合物中的优良纤维分散。此外，使用较低混合速度的另一个重要益处是其使得纤维断裂减少并带来用于进一步加工纤维增强水泥浆料混合物的优异材料加工和流动性能。
变频驱动器优选地与混合器一起使用，用于当混合器处于操作模式时启动中心旋转轴。变频驱动器有助于调整和微调生产过程中涉及的给定原料组合的混合速度。
本发明的连续混合器可为单轴混合器、双轴混合器或多轴混合器。本公开更详细地描述本发明的双轴混合器。然而，考虑根据本发明的单轴或多轴混合器也可以有利地用于生产具有期望性能的纤维增强水泥浆料混合物，所述性能可用于包含连续生产过程在内的各种应用中。
混合桨
安装在中心轴上的混合桨可以具有不同的形状和尺寸，以便于混合和输送混合器中添加的组分。
如上所述，本发明可以采用扁平桨和螺旋桨。
适用于本发明的混合桨还包含具有销和相对较宽的头部的桨，例如桨100，以帮助向前移动材料，。除了具有一种类型的销和头部的桨之外，纤维浆料混合器可以包含多于一种类型的具有销和相对较宽的头部或仅仅是销的桨，以实现进一步加工材料所需的期望特性。但是，如图4B所示，本发明可以在第一混合区段22和第二混合区段24中使用单式桨。然而，在第四种混合器配置的第一混合区段中最优选地使用扁平桨或螺旋桨，所述第四种混合器配置在第一混合区段22和第二混合区段24中都具有桨。进一步地，在第四种混合器配置的第二混合区段24中最优选地使用具有销114和头部116或仅仅销114的桨100。在第四种混合器配置中允许在两个混合区段中使用同一类型的桨，但不是优选的。
桨的整体尺寸使得混合室的内圆周与桨距中心轴的最远点之间的空隙(空间)优选地小于1/4"，更优选地小于1/8"，以及最优地选小于1/16"。桨尖端与室内壁之间的距离太大会导致浆料积聚。销114可以代替桨100中的至少一些。例如，销可以是桨100的销114而非宽桨头116。
混合器中组分的混合和输送质量也取决于混合器中桨的朝向。相对于中心轴的横截面的平行或竖直桨朝向会减小桨的输送作用，从而增加材料在混合器中的停留时间。增加材料在混合器中的停留时间可以导致显著的纤维损坏和生产具有不期望特性的纤维增强水泥浆料混合物。当采用具有销和头部的桨，例如桨100时，桨头116的纵向轴线“LH”相对于中心轴118的纵向轴线“A”的朝向优选地为约10°到80°、更优选地约15°到70°、以及最优选约20°到60°的角度“B”(图4C)。使用优选的桨取向会带来浆料混合物的更有效的混合和输送作用，并且对混合器中的增强纤维造成的损害最小。
图4D提供了混合器32的近视图，其中混合室163的门37打开，示出了桨100相对于中心轴29(示出了一个轴)的朝向。还可以观察到桨100以螺旋形式放置在中心轴118上。
当采用具有销和头部的桨，例如桨100时，混合器中的桨组通常以螺旋形式从混合器的一端到另一端配置在中心轴上。桨的这种布置进一步促进材料在混合器内的输送作用。混合器中桨布置的其它配置是可能的，并且考虑作为本发明的一部分。
桨可由多种材料，包含金属、陶瓷、塑料、橡胶或其组合制成。也可以具有较软衬里(涂层)材料的桨，因为其易使材料和纤维断裂最小化。
细长混合室的桨和/或内壁可涂覆有释放材料，以最小化水泥浆料在桨和/或壳体内壁(混合器筒)上的堆积。
其它配置：
用以实现本发明目的的螺旋推运器和混合/输送桨的其它组合是可能的并且考虑作为本发明的一部分。当采用具有销和头部的桨，例如桨100时，这些类型的桨可以在第一混合区段22和第二混合区段24中单独使用，如上所述和如图4B所示，或者其可以与螺旋推运器组合使用。例如，可以采用具有销和头部的桨，例如桨100，来代替图3B到图3C中的桨29B。
入口端口
用于原料的入口导管5A、7A、34A，如干燥的水泥粉末、含水液体介质，以及纤维在混合室的入口端口处进料到混合器。纤维浆料混合器的原料入口端口的尺寸、位置和朝向被配置成易于将原料引入混合器中并使混合器中浆料混合物堵塞端口的可能性最小化。
连续纤维浆料混合器具有至少一个入口端口，以将干燥粉引入混合室。此入口端口位于连续纤维浆料混合器的第一进料区段(螺旋推运器区段)的开始处。
连续纤维浆料混合器具有至少一个入口端口，以将包括水的水性介质引入混合室。水入口端口通常位于连续纤维浆料混合器的第一进料区段(螺旋推运器段)的末端。连续纤维浆料混合器可具有额外的入口端口以将其它性能增强添加剂引入混合室。这些入口端口通常位于螺旋推运器区段的末端或连续纤维浆料的第一混合区段的开始处。
连续纤维浆料混合器具有至少一个入口端口，以将增强纤维引入混合室。纤维入口端口通常位于连续纤维浆料混合器的第二混合区段的开始处。可以使用如螺杆进料器或振动进料器等各种计量设备以重量计量或体积计量方式将纤维引入连续纤维浆料混合器中。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，可以使用螺杆(螺旋推运器)、空气输送或简单重力沉积来转移纤维。离散或短切纤维可以由不同的增强纤维材料制成，包含玻璃纤维；如聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯醇等聚合物材料；碳；石墨；芳纶；陶瓷；钢；纤维素、纸或如黄麻或剑麻等天然纤维；或其组合。优选地，纤维是玻璃纤维。纤维长度为约2英寸或更短，更优选地为1.5英寸或更短，最优选地为0.75英寸或更短。
连续纤维浆料混合器具有出口端口，用于排出由连续纤维浆料混合器生产的纤维增强水泥浆料混合物。出口端口位于连续纤维浆料混合器的第二混合区段的末端。
混合器具有通气端口，以除去从原料进料中引入混合室的任何空气。
用于驱动轴的电机和驱动机构与混合室相关联。
板生产
使用此混合器制造的纤维增强水泥浆料可以用于各种其它应用。纤维浆料混合物的用途之一是在板生产中。特别地，纤维增强结构混凝土板的生产是一种优选用途。
现参考图5和图6，其示意性地示出了用于生产纤维增强混凝土(FRC)板的水泥板生产线，并且所述水泥板生产线通常标记为10。生产线10包含具有多个支腿13或其它支撑物的支撑框架或成型工作台12。在支撑框架12上包含移动载体14，如具有平滑的不透水表面的循环式橡胶样输送带，但考虑了多孔表面。如本领域中熟知的，支撑框架12可由至少一个可以包含指定支腿13或其它支撑结构的桌台状区段制成。支撑框架12还包含位于框架的远端18处的一个主驱动辊16及位于框架的近端19处的惰辊17。并且，通常提供至少一个带追踪和/或张紧装置15以维持载体14在辊16、17上的的期望张力以及定位。在此实施例中，当移动载体沿从近端19到远端18的方向“T”行进时，水泥板(FRC板)连续生产。
在此实施例中，可以提供剥离纸、聚合物膜或塑料载体的网61或用于在固化之前支撑浆料的非织造纤维垫，并将其放置在载体14上以对其进行保护和/或保持其清洁。然而，还考虑替代连续网61，可在载体14上放置相对刚性材料的单独薄片(未示出)，例如，聚合物塑料薄片。这些载体薄膜或薄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结合在板中。当这些薄膜或薄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，包含改进的美观性、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，如耐水和水蒸汽透过性、抗冻融性、耐盐垢性和耐化学性。
任选地，离散的增强纤维层(未示出)可以直接沉积在流浆箱40上游的传送带(载体)、剥离纸或成型片上。
在此实施例中，可以提供如粗纱等连续增强材料44、或如玻璃纤维稀松布等增强稀松布网、或如非织造玻璃纤维垫或非织造聚丙烯垫等非织造纤维垫，用于在凝固和增强之前嵌入浆料中所得水泥板。连续粗纱和/或增强稀松布卷42通过流浆箱40进料以放置在载体14上。然而，还考虑不使用连续增材料44。连续稀松布、无纺布或粗纱可以由不同的增强纤维材料制成，包含玻璃纤维；如聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯醇等聚合物材料；碳；石墨；芳纶；陶瓷；钢；纤维素或如黄麻或剑麻等天然纤维；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网。还可以提供增强材料作为由离散增强纤维制造的非织造网。
还考虑通过本发明的生产线10所生产的水泥板直接在载体14上成型。在后者的情况下，提供了至少一个带洗涤单元28。载体14通过如本领域所熟知的发动机、滑轮、驱动主驱动辊16的带或链的组合沿着支撑框架12移动。考虑载体14的速度可以变化以适应正在制造的产品。
本发明的生产线10包含上述连续多级纤维浆料混合器32。纤维浆料混合器32可以是双轴或多轴混合器。干燥粉送料器2将除了增强纤维之外的水泥组合物的干燥组分5进料到多级连续浆料混合器32的进料区段20。液体泵3将如水等水性介质7与液体或水溶性添加剂一起进料到混合器32的第一混合区段22。多级连续混合器32的第一混合区段22混合干组分和水性介质以形成水泥浆。水泥浆料进料到混合器32的第二混合区段24。并且，纤维进料器33将纤维34进料到纤维浆料混合器32。从而在混合器32的第二混合区段24中，将纤维和水泥浆混合以形成纤维浆料混合物36。纤维浆料混合物36进料到流浆箱40。
流浆箱40(或其它类型的浆料分配器)将纤维浆料混合物沉积在在移动载体14上行进的剥离纸(如果存在)的网26上。粗纱或稀松布或非织造织物形式的连续增强材料可以沉积在板的一个或两个表面上。如果期望，由纤维粗纱或卷轴和/或稀松布卷42提供的连续增强材料44如图6所示也通过流浆箱40沉积在沉积的纤维浆料混合物46的顶部。为有助于使纤维浆料混合物46平整，可以在流浆箱40沉积纤维浆料混合物46的位置之下或稍微下游处提供形成振动板50。
纤维浆料混合物46在沿着移动载体14行进时凝固。为了在纤维浆料混合物46凝固时帮助平整纤维浆料混合物46，纤维浆料混合物在一个或多个振动刮板52下通过。在支撑框架12的远端18处，切割器54将凝固的纤维浆料混合物切割成板55。然后将板(面板)55放置在卸载和固化架57上(参见图6)并使其固化。
任选地，不是将稀松布或粗纱或非织造织物44从辊42施加到沉积的纤维浆料混合物46的顶部，而是可以在流浆箱40和第一刮板52之间的纤维浆料混合物46的表面上沉积离散的增强纤维(未示出)。然后通过刮板52嵌入沉积的纤维。如果期望，这种底部连续加强材料在流浆箱40后面进料，并且其直接放置在输送/成形带的顶部。底部连续增强材料在流浆箱下面通过，并且当连续增强材料向前移动时，流浆箱40中的浆料直接倒在其顶部。例如，除了提供网26以在网26上方铺设连续增强材料之外，还可以通过网26或在流浆箱上游的辊(未示出)提供连续增强材料。
图6进一步示出边缘形成和防泄漏装置80。这些是边缘带或边缘导轨(单独或组合使用)。
由本发明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，为了实现期望的粘度，水泥组合物优选地避免增稠剂或其它通常与纤维水泥挤出使用的高剂量率的高粘度加工助剂。例如，本发明的浆料优选地避免高剂量率的高粘度纤维素醚。本发明浆料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。
由本发明生产的纤维水泥混合物是含水浆料，其可以通过将纤维添加到各种可固化的水泥浆中来制备。例如，基于水硬性水泥或基于石膏的组合物。ASTM将“水硬性水泥”定义如下：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此操作的水泥。合适的水硬性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(石膏)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，其不包含在水硬性水泥的广义定义中。但是，硫酸钙半水合物可以包含在使用本发明生产的纤维水泥混合物中。因此，这种含水浆料也可以基于如石膏水泥或巴黎石膏等硫酸钙水泥。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的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实现期望的坍落度测试值和粘度。如果期望，组合物可以具有0.20/1到0.90/1、优选地0.20/1到0.70/1的水与反应粉末的重量比。
纤维水泥混合物可以含有如硅粉等火山灰质材料，其是细碎的无定形二氧化硅，是硅金属和硅铁合金制造的产物。特征性地，其具有非常高的硅石含量以及低的氧化铝含量。不同的天然以及人造的材料被认为具有火山灰的特性，包含浮石、珍珠岩、硅藻土、凝灰岩、火山土、偏高岭土、微硅石以及研磨的粒状高炉矿渣。飞灰也具有火山灰的特性。纤维水泥混合物可以含有陶瓷微球和/或聚合物微球。
然而，通过本方法制造的纤维水泥浆料的一个优选用途是生产适合作为结构水泥板(SCP板)的FRC板，其具有增强纤维，如玻璃纤维，特别是耐碱玻璃纤维。如此，水泥浆料优选地包括不同量的波特兰水泥、石膏、骨料、水、促进剂、增塑剂、超增塑剂、发泡剂、填料和/或本领域熟知的其它成分，并且在下面列出通过引用并入本文的的专利中描述。包含除以上的某些成分或者添加其它成分的这些成分的相对量可以变化以适合于最终产品的预期用途。
减水混合添加剂任选地可以包含在纤维水泥混合物中，例如，增塑剂和超增塑剂和分散剂，以提高水硬性浆料的流动性。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，从而提高整个浆料的流动性。磺化三聚氰胺和磺化萘以及基于聚羧酸盐的超增塑剂可以用作超增塑剂。减水混合添加剂的存在量可以为湿光洁度纤维浆料混合物重量的0％到5％，优选得0.5％到5％。
Tonyan等人的美国专利号6,620,487(通过引用以其全文并入本文)公开了一种增强的、轻质的、尺寸稳定的结构水泥板(SCP)，所述结构水泥板采用由α半水硫酸钙、水硬性水泥、活性火山灰与石灰构成的水性混合物的固化所产生的连续相的内芯。所述连续相通过耐碱性玻璃纤维被增强且含有陶瓷微球、或陶瓷微球与聚合物微球的共混物，或者是由具有0.6/1到0.7/1的水与反应粉末重量比的水性混合物形成，或其组合。这些SCP板的至少一个外表面可以包含固化连续相，所述固化连续相通过玻璃纤维被增强且含有足以改进受钉性的聚合物球体或者是以提供类似于聚合物球体的效应的水与反应粉末之比而制成、或者其组合。
如果期望，组合物可具有0.2/1到0.7/1的水与反应粉末的重量比。
在公开的US申请US2006/0185267、US2006/0174572；US2006/0168905和US 2006/0144005中也示出了本过程使用的复合浆料的各种配制物，所有这些都通过引用以其全文并入本文。以干物质计，通常的配制物包含作为反应性粉末的35wt.％到75wt.％(通常45wt.％到65wt.％或55wt.％到65wt.％)的硫酸钙α半水合物、20wt.％到55wt.％(通常25wt.％到40wt.％)的水硬性水泥如波特兰水泥、0.2wt.％到3.5wt.％的石灰和5wt.％到25wt.％(通常10wt.％到15wt.％)的活性火山灰。板的连续相将通过耐碱玻璃纤维均匀地增强且含有按重量计20％到50％的选自下组的均匀分布轻质填料颗粒，所述组由以下各项组成：陶瓷微球、玻璃微球、粉煤灰空心微球和珍珠岩。以总干成分计，用于复合浆料的配制物的实例包含42wt.％到68wt.％反应性粉末、23wt.％到43wt.％陶瓷微球、0.2wt.％到1.0wt.％聚合物微球和5wt.％到15wt.％的耐碱玻璃纤维。
通过引用并入本文的授权给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，其包含水泥组合物的水性混合物，所述水泥组合物以干物质计包括以下各项：50wt.％到95wt.％的反应性粉末、均匀分布在其中作为轻质填料的1wt.％到20wt.％的涂覆的疏水性膨胀珍珠岩颗粒，所述涂覆的疏水珍珠岩颗粒的直径为约1微米到500微米(微米)，中值直径为20微米到150微米(微米)，并且有效颗粒密度(比重)小于约0.50g/cc、0wt.％到25wt.％的空心陶瓷微球和用于均匀分布以用于增强材料的3wt.％到16wt.％的耐碱玻璃纤维；其中反应性粉末包括：25wt.％到75wt.％的硫酸钙α半水合物、包括波特兰水泥的10wt.％到75wt.％的水硬性水泥、0wt.％到3.5wt.％的石灰和5wt.％到30wt.％的活性火山灰；并且板的密度为每立方英尺50磅到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，包含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。
浆料进料装置(流浆箱)
现在参考图5，纤维浆料进料器(也称为纤维浆料流浆箱40)从纤维浆料混合器32接收纤维浆料混合物36的供应。
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36沉积在流浆箱40的腔体中，并作为纤维浆料混合物流46通过流浆箱40的排放口排放到移动的载体网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，或者其可以通过重力直接从纤维浆料混合器32流入流浆箱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中的浆料提升头的数量和给定线速度的流浆箱排放开口间隙控制。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排出到移动的载体网14上。在一个步骤中，来自流浆箱的纤维浆料混合物在接近期望厚度和最终板55的光洁度时沉积到移动载体14上。可以添加振动以改善形成。并且，可以添加不同形式的如稀松布和粗纱等连续增强材料，以提高成形产品的抗弯强度。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通常是工作台、弹簧和两个电机的单质量系统，其将力直接引导到沉积的纤维水泥浆料垫中并且在其它方向上抵消。此单元50放置在流浆箱40下方，并且其延伸超过流浆箱约3英寸到6英寸。
流浆箱40在移动载体网14上沉积相对受控厚度的均匀的纤维浆料混合物层46。合适的层厚度范围为约0.25英寸到至2英寸，优选地0.4到0.8英寸。
纤维浆料混合物46完全沉积为连续的浆料片，均匀地向下引导到载体网14的约1.0英寸到约1.5英寸(2.54cm到3.81cm)内的距离。
当纤维浆料混合物46朝向移动载体网14移动时，重要的是所有浆料都沉积在载体网14上。
形成和平滑化以及切割
在如上所述布置纤维嵌入的可固化浆料层时，框架12可以具有成形装置，提供所述成形装置使在带14上行进的凝固浆料纤维混合物46的上表面成形。
除了上述有助于使流浆箱40沉积的浆料平滑的振动台(成形和振动板)50之外，生产线10还可以包含平滑装置，也称为振动刮板52,以轻轻地平滑板的上表面(参见图5和图6)。
通过对浆料46施加振动，平滑装置144促进了纤维34遍布在板55上，并提供了更均匀的上表面。平滑装置144可以枢转或刚性地安装到成形线框架组件。
在平滑之后，浆料层已开始凝结，并且各个板55通过切割装置54彼此分离，所述切割装置在典型的实施例中是水射流切割器。切割装置54相对于生产线10以及框架12布置，因此制造的板具有期望的长度。当承载网14的速度相对较慢时，切割装置54可以安装成垂直于网14的行进方向切割。对于更快的生产速度，已知的此类切割装置与网行进方向呈角度被安装到生产线10上。在切割之后，如本领域中熟知的，将分离的板55进行堆叠以供进一步的处理、包装、储存和/或装运。
本发明的另一个特征是所得到的水泥板(FRC板)55构造成使得纤维34均匀地分布在整个板中。已发现这使得能够通过对纤维的相对少、更有效的利用来生产相对更坚固的板。相对于纤维浆料混合物层中浆料体积的纤维体积分数优选地构成纤维浆料混合物46的体积的约1％到5％，优选地为体积的1.5％到3％。并且，板的整个最终厚度以纤维浆料混合物的形式作为单层施加，以便于制造板55。
生产线变体
图7示出了生产线110的复合视图和流浆箱下游的生产线的俯视图，所述生产线是适用于流浆箱上游的本发明的纤维浆料混合装置的水泥板生产线部分的工艺流程图的第一变体。这增加了浆料蓄积器和正排量泵30。
图8示出了生产线210的复合视图和流浆箱下游的生产线的俯视图，所述生产线是适用于流浆箱上游的本发明的纤维浆料混合装置的水泥板生产线部分的工艺流程图的第二变体。这增加了纤维粗纱切碎机40A。
考虑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5和图6的生产线10中使用的相同。
尽管图5到图8示出了利用本发明的纤维浆料混合器生产纤维增强水泥板的制造过程的工艺流程图。本发明的纤维浆料混合器的其它用途和应用是可能的并且考虑作为本公开的一部分。
使用本发明的多级连续混合器生产的纤维增强水泥浆料混合物特别适用于各种土木工程和建筑应用。更具体地，使用本发明的多级连续混合器生产的纤维增强水泥浆料混合物特别适用于使用连续制造方法生产各种纤维增强水泥产品。可以利用来自本发明的多级连续混合器的材料生产的纤维增强水泥产品的选定实例如下突出显示：
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
外部侧板和镶边
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
在各种应用中的胶合板、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
尽管已经示出并说明了用于纤维增强的结构水泥板生产的本发明浆料进料发明的具体实施例，但本领域的技术人员应认识到的是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 (11)

1.一种用于制备水泥复合浆料的连续方法，其包括以下步骤：
通过至少一个干燥水泥粉末入口端口将干燥水泥粉末进料到水平连续浆料混合器中；
所述水平连续混合器包括
细长混合室，所述细长混合室由具有内侧壁的水平壳体限定，所述细长混合室具有上游端进料区段、第一混合区段和第二下游端混合区段，其中所述第一混合区段处于所述上游端进料区段与所述第二下游端混合区段之间，
至少一对水平朝向的相互啮合自擦拭叶轮，其从所述细长混合室的上游端横穿到所述细长混合室的下游端并在所述细长混合室内旋转，
其中所述细长混合室的所述上游端进料区段内的每个水平安装的叶轮包括螺旋推运器，其中所述干燥水泥粉末进料到所述细长混合室的所述上游端进料区段中并由所述螺旋推运器输送到所述第一混合区段，
通过所述至少一个干燥水泥粉末入口端口下游的至少一个液体流入口端口将包括水的液体流进料到所述连续浆料混合器的所述细长混合室中，并且在所述第一混合区段中混合所述干燥水泥粉末和所述液体流以形成水泥浆料；
其中所述第一混合区段内每个水平安装的叶轮包括第一多个混合桨，其以规则的间隔和不同的圆周位置安装在所述叶轮的水平朝向轴上，所述桨绕所述水平朝向轴在所述水平壳体内旋转，所述桨从所述轴径向延伸，
通过至少一个增强纤维入口端口将增强纤维流进料到所述第二混合区段中，并且在所述第二混合区段中混合所述水泥浆料和所述增强纤维以形成纤维浆料混合物，
其中所述细长混合室的所述第二混合区段内的每个水平安装叶轮的至少一部分包括选自由以下组成的组的至少一个构件：
螺旋推运器，和
第二多个混合桨，其以规则的间隔和不同的圆周位置安装在所述混合器的所述水平朝向轴上，所述桨绕每个相应的水平朝向轴在所述水平壳体内旋转，所述桨从所述相应的轴径向延伸，
通过所述第二混合区段的下游端部分处的纤维浆料混合物出口端口将所述纤维浆料混合物从所述混合器排出，
其中所述水泥浆料和所述纤维在所述水平连续混合器的所述混合室中混合约5秒到约240秒的平均混合停留时间，同时所述旋转桨向所述纤维浆料混合物施加剪切力，其中所述中心旋转轴在混合期间以30RPM到450RPM旋转以产生均匀的纤维浆料混合物，
其中，从所述混合器排出的所述纤维浆料混合物的坍落度为4英寸到11英寸，如根据使用高度为4英寸且直径为2英寸的管进行的坍落度测试所测量的，并且当使用以20RPM的速度运行的型号为DV-II+Pro的具有主轴HA4附件的布氏粘度计(Brookfield Viscometer)测量时，其粘度小于45000厘泊。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合室提供10秒到约60秒的平均浆料停留时间，其中所述中心旋转轴在混合期间以50RPM到250RPM旋转，其中从所述混合器排出的所述纤维浆料混合物的粘度小于10000厘泊。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一混合区段和/或第二混合区段的所述桨选自由扁平桨和螺旋桨组成的组，其中所述扁平桨和所述螺旋桨是具有中心开口的一体桨，所述中心开口装配到所述轴，使得所述桨环绕所述轴的一部分，其中所述扁平桨和所述螺旋桨具有从所述轴沿相反方向延伸的相对端，其中所述扁平桨或所述螺旋桨采用于所述第二混合区段中在所述第二混合区段的桨部分中，并且在所述第二混合区段中在所述桨区段之前和/或之后还采用了螺旋推运器，其中当所述混合器轴在所述混合器操作期间处于旋转模式时，安装在所述单独轴上的所述桨处于重叠但非干扰朝向。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一混合区段和所述第二混合区段具有选自由以下组成的组的配置：
在所述第一混合区段中使用桨，并且其中在所述第二混合区段中使用螺旋推运器，
在所述第一混合区段中使用桨，并且其中在所述第二混合区段中使用两个轴上的螺旋推运器，随后是安装在两个轴上的螺旋桨，
在所述第一混合区段中使用桨，并且其中在两个轴上安装第二螺旋推运器，随后是桨，随后第三螺旋推运器，
在所述第一混合区段中使用扁平桨或螺旋桨，并且所述第二混合区段中的桨包括(a)具有销和头部的桨和/或(b)销。
5.根据权利要求1所述的方法，其中扁平桨和/或螺旋桨处于所述第二混合区段中的所述轴上，并且所述第二混合区段中的所述轴上的所有相邻的扁平桨和/或螺旋桨相对于彼此具有0度到90度的旋转度，并且所述第二混合区段中的扁平桨和/或螺旋桨的数量介于1与10之间。
6.根据权利要求1所述的方法，其中由所述第一区段和所述第二区段组成的组中的至少一个构件中的所述桨中至少一些包括不具有头部的销。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一混合区段和/或所述第二混合区段的所述桨包括接合到桨头的销，所述销枢转地接合到所述水平朝向轴和/或所述桨头以允许所述桨头相对于所述水平朝向轴上的相应位置枢转旋转，其中所述多个桨被布置成混合所述增强纤维和所述水泥浆料并将被混合的所述水泥浆料和所述增强纤维移动到所述纤维浆料混合物出口，其中所述第一混合区段和所述第二混合区段的所述桨各自包括接合到所述桨头的所述销，并且所述第二混合区段没有螺旋推运器。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一混合区段和/或所述第二混合区段的所述桨包括接合到桨头的销，所述销枢转地接合到所述水平朝向轴和/或所述桨头以允许所述桨头相对于所述水平朝向轴上的相应位置枢转旋转，其中所述多个桨被布置成混合所述增强纤维和所述水泥浆料并将被混合的所述水泥浆料和所述增强纤维移动到所述纤维浆料混合物出口，其中所述第一混合区段和所述第二混合区段的所述桨各自包括接合到所述桨头的所述销，并且所述第二混合区段没有螺旋推运器，其中相对于所述中心轴竖直横截面具有宽表面的所述桨头的朝向优选地为约10°到80°。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述桨的整体尺寸为使得所述混合器室的内圆周与所述桨距所述中心轴的最远点之间的间隙(空间)小于1/4"。
10.根据权利要求1所述的方法，所述所述水泥浆料和所述纤维在所述水平纤维浆料混合器的所述混合室中混合以产生所述均匀的纤维浆料混合物，所述纤维浆料混合物的稠度将允许所述纤维浆料混合物从所述纤维浆料混合器排出并且适合于作为连续帷幕沉积在板生产线的移动表面上，作为厚度为0.4英寸到1.25英寸的连续层均匀地沉积在所述板生产线的所述移动表面上以产生纤维增强混凝土板，其中所述水平纤维浆料混合器的混合室适于并被配置成在所述水平纤维浆料混合器的所述混合室中混合所述水泥浆料和所述纤维持续约10秒到约120秒的平均混合停留时间，同时所述旋转桨对所述纤维浆料施加剪切力。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合室的所述桨和所述内侧壁涂覆有释放材料以最小化所述水泥浆料在所述桨和所述内侧壁上的堆积。
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