CN113015712A - 纤维水泥产品的碳化 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提供纤维水泥产品的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供未固化的纤维水泥产品；(b)使未固化的纤维水泥产品固化；(c)任选地对经固化的纤维水泥产品的至少部分表面进行研磨喷砂，(d)在5℃至90℃的温度、30％至99％的相对湿度下，经固化的纤维水泥产品用CO2(称为碳化)以0.01％至100％的浓度处理1分钟至48小时。所获得的纤维水泥产品显示出较低水平的风化。

Description

纤维水泥产品的碳化
技术领域
本发明涉及纤维水泥产品和其生产方法，具体涉及纤维水泥产品碳化以减少或完全消除纤维水泥上的风化(efflorescence)的形成。
发明背景
纤维水泥产品，特别是片材或板材是本领域众所周知的。其通常包含水泥、填料、纤维以及添加剂，所述纤维例如在使用哈谢克法(Hatschek process)情况下为加工纤维，如，纤维素纤维、增强纤维，如聚乙烯醇(PVA)纤维、纤维素纤维、聚丙烯(PP)纤维等。在纤维水泥产品是空气固化的情况下，也可使用例如石灰石的填料。当高压釜固化所述纤维水泥产品时，添加硅酸盐源，如砂子。
所得产品众所周知用作临时或永久建筑材料，例如，用于覆盖或提供墙体或屋顶，如屋顶板或外面板等。
纤维水泥产品是众所周知的，并且广泛用作外部建筑材料，例如用作屋顶和/或壁板材料。
暴露于外部环境的纤维水泥产品经常遭受通常所谓的风化(efflorescence)。当使用受外部或潮湿环境影响的水泥基产品时，风化是自然现象，通常定义为形成盐沉积物(通常是白色的)，出现在多孔材料(例如，纤维水泥)表面上或附近。在合适的环境条件(例如，潮湿条件)下，通常包含在经固化的纤维水泥材料中的盐可以迁移到纤维水泥产品的表面，其中，白色斑点变得可见。
任意类型的水泥都容易受风化影响，但经反应的波特兰水泥代表了有助于风化的关键因素。
该现象并未降低或影响纤维水泥产品的机械性质，但其被视为视觉缺陷。在该风化现象变为可见之前，可能需要很长一段时间，例如数月。
早期的风化可以用刷子和水去除。其也可以用中性清洁剂和硬毛刷手动洗涤来去除。但是对于重沉积物，可能必须使用稀盐酸，或者硫酸锌、硫酸、乙酸、柠檬酸、乙醇酸、甲酸或小苏打代替稀盐酸。
传统上，人们也一直在使用喷砂清理风化。但是不幸的是，由于磨蚀作用，该方法侵蚀表面并提高了表面的孔隙率。如果未适当地用防水材料对表面进行密封，则多孔水泥将吸收水(水分)，从而重新出现风化。
为了降低风化风险，提供具有疏水密封剂以使产品表面具有更大疏水性的纤维水泥产品。这样，可以减少水渗透，该水渗透似乎是使盐迁移到表面所需的。
风化问题可能永远无法消除。但是，可以对其进行控制和遏制，并且可以采取措施来大幅降低其发生的可能性。
因此，期望找到一种可替代的方法来大幅降低发生风化的可能性。
发明内容
本发明的目的是提供更有效的方式来限制或防止暴露于外部或潮湿环境的纤维水泥产品上风化的扩散，而不会不利地影响所述产品的其它性能，特别是机械性能和产品外观方面。
在这方面，本发明人开发了一种用于生产和/或处理纤维水泥产品的新颖方法。所获得的纤维水泥产品显示出风化显著下降。通过本发明方法可避免在纤维水泥浆料中使用疏水添加剂、在固化的纤维水泥的表面上使用疏水涂层或疏水剂、或者提供半透明或澄清的涂层、减少或避免风化的所有已知方法。
在第一方面中，本发明提供了用于提供纤维水泥产品的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供未固化的纤维水泥产品；
(b)以标准方式[例如通过空气固化或水热固化(也称为高压釜)]使得未固化纤维水泥产品固化；
(c)任选地对经固化的纤维水泥产品的至少部分表面进行研磨喷砂，
(d)在5℃至90℃的温度、30％至99％的相对湿度下，经固化的纤维水泥产品用CO2(称为碳化)以0.01％至100％的浓度处理1分钟至48小时。
通过使经固化的纤维水泥产品在上述规定的条件下碳化来限制、甚至避免所生产纤维水泥产品上的风化。
与现有技术的碳化方法不同，本发明方法中的碳化步骤在经固化的纤维水泥产品上进行，而在现有技术的方法中，碳化过程发生在预固化期间和/或帮助所述产品固化。
BR 102015000055-3涉及在大气压下、在过量CO2存在下加速纤维水泥的水合作用，以改善机械抗性(mechanical resistance)、耐候性、尺寸稳定性、耐久性、孔隙率和吸水率。并未提及对风化的任何潜在影响。碳化用于确保纤维产品完全固化，并在成型后或固化的最初几个小时内立即使用。
在第二方面中，本发明提供了通过所述方法获得的纤维水泥产品。
在第三方面中，本发明提供了上述CO2处理用于限制或防止暴露于潮湿环境的纤维水泥产品外表面上发生风化的用途。
在第四方面中，本发明提供了使用所获得纤维水泥产品作为建筑结构的覆盖物，例如，提供墙体或屋顶。
独立权利要求和从属权利要求列出了本发明的具体特征和优选特征。
从属权利要求的特征可适当地与独立权利要求或其他从属权利要求的特征结合，和/或与在上文和/或下文描述中列出的特征结合。
本发明的上述和其它特性、特征和优点会在下文详细说明中结合附图变得显而易见，其通过实例说明本发明的原理。本说明书仅为了举例，而不是限制本发明的范围。
独立权利要求和从属权利要求列出了本发明的具体特征和优选特征。从属权利要求的特征可适当地与独立权利要求或其他从属权利要求的特征结合，和/或与在上文和/或下文描述中列出的特征结合。
本发明的上述和其它特性、特征和优点会在下文详细说明中结合附图变得显而易见，其通过实例说明本发明的原理。本说明书仅为了举例，而不是限制本发明的范围。下文引用的参考图是指附图。
附图的简要说明
图1显示用表1所示组合物生产的纤维水泥样品1至8的夏比抗冲击性(与样品1相比的相对％)的图表。在生产并空气固化(样品1至6和8)或高压釜固化(样品7)之后29天测量的夏比抗冲击性。
图2显示用表1所示组合物生产的纤维水泥样品1至8的挠曲强度(断裂模量；与样品1相比的相对％)。在生产并空气固化(样品1至6和8)或高压釜固化(样品7)之后29天通过使用UTS/INSTRON设备(型号3345；cel＝5000N)测量断裂模量。
图3显示用表4所示组合物生产的纤维水泥样品9至11的挠曲强度(断裂模量；与样品9相比的相对％)的图表。在生产并空气固化之后29天通过使用UTS/INSTRON设备(型号3345；cel＝5000N)测量断裂模量。
图4、5和11显示本发明的纤维水泥铺板产品，其通过在形成一个或多个上部纤维水泥薄膜期间将一种或多种颜料添加到哈谢克机器的筛上来制造。如图4、5和11中的图片所示，这产生了斑驳的大理石状彩色图案。
图6至图10显示根据本发明具有压纹表面装饰性图案的纤维水泥铺板产品。
图12显示根据本发明具有研磨喷砂表面装饰性图案的纤维水泥铺板产品。
图13显示根据本发明具有刻花表面装饰性图案的纤维水泥铺板产品。
图14显示了根据实施例5中所述步骤的预碳化纤维水泥产品(左图)和未进行实施例5中所述步骤的未预碳化纤维水泥产品(右图；参照)。
图15显示了在耐候计中放置3000小时(这对应于暴露在自然外部中约10年)后，与图14相同的预碳化和未预碳化的纤维水泥产品。
在不同附图中，相同的附图标记表示相同、相似或类似的元素。
说明性实施方式的描述
本发明将关于具体实施方式进行描述。
应注意，权利要求中使用的术语“包含”不应解释为被限制为其后列出的部分，其不排除其他元素或步骤。因此，其应被理解为指出所述特征、步骤或组分的存在，但这并不排除存在或添加一种或多种其他特征、步骤或组分或其组合。因此，表述“包括部件A和B的装置”的范围不应被限制为所述装置仅由组件A和B构成。其表示对于本发明，所述装置的相关组件仅为A和B。
在整个说明书中，参考了“一个实施方式”或“一种实施方式”。这样的参考表示在相关实施方式中描述的具体的特征包含在本发明的至少一个实施方式中。因此，在本说明书各处中出现的短语“在一个实施方式”或“在一种实施方式”不一定全部都指同一个实施方式，虽然它们可以指同一个实施方式。此外，具体特征或特性可以任何合适的方式在一个或多个实施方式中结合，这对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。
提供下述术语仅用于帮助理解本发明。
除非上下文另外清楚地说明，否则，本文中所使用的单数形式的“一个”、“一种”以及“该/所述”包括单数和复数指代。
本文所用的术语“包含”、“包括”和“包含了”与“含有”、“蕴含”或“涵盖”、“囊括”同义，其为包括式或开放式表述，并且不排除另外的未列举的元件、元素或方法步骤。
由端点表述的数值范围包括包含在各范围内的所有数字和分数，以及所列举的端点。
当涉及可测值如参数、含量、时距等时，本文中使用的术语“约”意指包括特定值的+/-10％或更少，优选为+/-5％或更少，更优选为+/-1％或更少，更优选为+/-0.1％或更少的变量，只要所述变量适合于在所公开的发明中使用。应理解，修饰语“约”的值其自身也是具体且优选被公开的。
本文中引用的术语“(纤维)水泥质浆料”或“(纤维)水泥浆料”一般是指至少包含水、纤维和水泥的浆料。在本发明上下文中使用的纤维水泥浆料还可以进一步包含其他组分，例如但不限于：石灰石、白垩、生石灰、熟石灰或消石灰、研磨砂、二氧化硅砂粉、石英粉、无定形二氧化硅、凝聚硅灰(condensed silica fume)、微硅粉、偏高岭土、硅灰石、云母、珍珠岩、蛭石、氢氧化铝、颜料、消泡剂、絮凝剂和其他添加剂。
存在于本文所述的纤维水泥浆料中的“纤维”可以是：例如，工艺纤维和/或增强纤维，二者均可以是有机纤维(通常为纤维素纤维)或合成纤维(聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚丙烯、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯等)。
存在于本文所述的纤维水泥浆料中的“水泥”可以是：例如但不限于波特兰水泥、具有高氧化铝含量的水泥、含铁的波特兰水泥、火山灰水泥、矿渣水泥、灰泥、通过高压釜处理形成的硅酸钙、以及特定粘结剂的组合。在更具体的实施方式中，本发明产品中的水泥是波特兰水泥。
本文中使用的“(纤维水泥)板”也被称为板材(panel)或薄板(plate)，其应被理解为由纤维水泥材料提供的平坦的、通常为矩形的元件、纤维水泥板材或纤维水泥片材。板材或片材具有两个主要面或表面，所述主要面或表面是有最大表面面积的表面。所述片材可用于为建筑或建筑物的内部和外部的墙体提供外表面，例如外墙板、壁板等。
现在将参考各个实施方式对本发明进行更具体的说明。应当理解各实施方式以实例的方式提供，并且其绝不是对本发明范围的限制。在这方面，对本领域的技术人员显而易见的是，可以对本发明进行各种修改和变化而不偏离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分描述或说明的特征可以用于另一实施方式，从而获得另外一个实施方式。因此，本发明旨在使本文覆盖这些实施方式的修改和变动，只要这些修改和变动包含在所附权利要求和其等同内容的范围之内。
在本发明的上下文中，纤维水泥产品应理解为含有水泥和合成(以及任选的天然)纤维的水泥质产品。所述纤维水泥产品由纤维水泥浆制得并随后固化，所述纤维水泥浆以所谓的“生坯”纤维水泥产品形式形成。
一定程度上取决于采用的固化方法，纤维水泥浆通常含有水；工艺纤维或增强纤维，所述工艺纤维或增强纤维为合成有机纤维(以及还任选天然有机纤维，例如纤维素)；水泥(例如波特兰水泥)；石灰石；白垩；生石灰；熟石灰或消石灰；研磨砂；二氧化硅砂粉；石英粉；无定形二氧化硅；凝聚硅灰；微硅粉；高岭石；偏高岭石；硅灰石；云母；珍珠岩；蛭石；氢氧化铝(ATH)；颜料；消泡剂；絮凝剂和/或其他添加剂。任选地，加入颜色添加剂(例如，颜料)以大规模得到被称为着色的纤维水泥产品。
在一些具体实施方式中，本发明的纤维水泥产品的厚度为约4mm至约250mm，特别是约6mm至约200mm，更具体是约8mm至约200mm，最特别是约10mm至约200mm。
本文中引用的纤维水泥产品包括由纤维水泥制成的覆盖屋顶或墙体的产品，例如，纤维水泥壁板(fibre cement sidings)、纤维水泥板(fiber cement board)、平坦的纤维水泥片材、波纹纤维水泥片材等。根据具体实施方式，本发明的纤维水泥产品可以是屋顶或外墙元件、平坦的片材或波纹板。
相对于纤维水泥产品的总重量，本发明的纤维水泥产品大致包含约0.1重量％至约8重量％的纤维，例如特别是约0.5重量％至约4重量％的纤维，例如，更优选约1重量％至3重量％的纤维。
根据一些具体实施方式，根据本发明的纤维水泥产品的特征在于：其包含约0.1重量％至约5重量％的纤维，所述纤维选自下组：纤维素纤维、或其它无机或有机增强纤维。在一些具体实施方式中，有机纤维选自下组：聚丙烯、聚乙烯醇聚丙烯腈纤维、聚乙烯、纤维素纤维(例如，木材或年生牛皮纸浆(annual kraft pulp))、聚酰胺纤维、聚酯纤维、芳族聚酰胺纤维和碳纤维。在另外的一些具体实施方式中，无机纤维选自下组：玻璃纤维、岩棉纤维、矿渣棉纤维、硅灰石纤维、陶瓷纤维等。在另外的具体实施方式中，本发明的纤维水泥产品可以包含原纤微纤条体(fibrils fibrids)，例如但不限于约0.1重量％至3重量％的聚烯烃原纤微纤条体，例如“合成木浆料”。
根据某些具体实施方式，本发明的纤维水泥产品包含20至95重量％的作为水硬性粘结剂的水泥。
在本发明产品中的水泥选自下组：波特兰水泥、具有高氧化铝含量的水泥、含铁的波特兰水泥、火山灰水泥、矿渣水泥、灰泥、通过高压釜处理形成的硅酸钙、和特定粘合剂的组合。在一些更具体的实施方式中，本发明产品中的水泥是波特兰水泥。
根据一些具体的实施方式，本发明的纤维水泥产品任选地包含其它组分。在本发明纤维水泥产品中的这些其它组分可以选自：水、砂、二氧化硅砂粉、冷凝硅灰、微硅粉、飞灰、无定形二氧化硅、研磨石英、石屑、粘土、颜料、高岭石、偏高岭石、高炉矿渣、碳酸盐、白榴火山灰(pozzolanas)、氢氧化铝、硅灰石、云母、珍珠岩、碳酸钙和其它添加剂(例如着色添加剂)等。应理解的是，这些组分中的每一种组分以合适的量存在，这取决于特定纤维水泥产品的类型并且可由本领域的技术人员确定。在一些具体的实施方式中，相比于组合物的总起始干重量，该其他组分的总量优选低于70重量％。
可以存在于本发明纤维水泥产品中的其它添加剂可以选自下组：分散剂、增塑剂、消泡剂和絮凝剂。与组合物的总初始干重相比，添加剂的总量优选为约0.1重量％至约1重量％。
在第一方面中，本发明提供了用于提供纤维水泥产品的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供未固化的纤维水泥产品；
(b)使未固化的纤维水泥产品固化；
(c)任选地对经固化的纤维水泥产品的至少部分表面进行研磨喷砂，
(d)在5℃至90℃的温度、30％至99％的相对湿度下，经固化的纤维水泥产品用CO2以0.01％至100％的浓度处理1分钟至48小时。
本发明方法的第一步是提供未固化的纤维水泥产品，其可以根据本领域已知的制备建筑产品的任何方法进行。
在纤维水泥基材的情况下，可通过至少为水泥、水和纤维的一种或多种来源制备纤维水泥浆料。在某些具体的实施方式中，这些一种或多种来源的至少为水泥、水和纤维可操作成与构造用于形成水泥质纤维水泥浆的连续混合装置相连。在一些具体实施方式中，当使用纤维素纤维或废纸纤维的等同物时，使用这些纤维素纤维总浆料质量的最低值约为3％，例如至少约4％。在其它一些具体实施方式中，当仅使用纤维素纤维时，使用这些纤维素纤维总浆料质量的约4％至约12％，例如更特别地约7％至约10％。如果纤维素纤维被短的矿物纤维(例如岩棉)代替，则最有利的是以1.5至3倍重量的比例代替纤维素纤维，以保持单位体积大致相同的含量。在长的切割纤维中，该比例可低于被代替的纤维素纤维的比例，所述长的切割纤维为例如玻璃纤维粗纱或合成高模量纤维，如聚丙烯、聚乙酸乙烯酯、聚碳酸酯或丙烯腈纤维。纤维的细度(freeness)(以肖雷度测量)原则上对本发明的方法不是至关重要的。但是在一些具体实施方式中，发现约15DEG SR至约45DEG SR的范围可能对本发明的方法特别有利。
一旦获得了纤维水泥浆料，纤维增强水泥产品的制造可根据任何已知的过程进行。最广泛地用于制造纤维水泥产品的工艺是哈谢克工艺，该工艺采用改良的筛筒造纸机进行。其它制造工艺包括：马格纳尼工艺、注塑、挤出、流浆等。在一些具体实施方式中，通过使用哈谢克工艺提供本发明的纤维水泥产品。“生坯”或未固化的纤维水泥产品通常任选地在约22至约30MPa的压力下进行后压缩以获得所需的密度。
所得纤维水泥产品随后根据本领域已知的标准方法进行固化。根据本发明的优选实施方式，使纤维水泥产品固化至一定程度，以提供具有所需物理机械性能的纤维水泥产品。
纤维水泥产品可以在形成纤维水泥产品的环境中自然固化一段时间，或者可以进行热固化[在大气压下或通过高压釜处理(autoclaving)等]。
在其它具体实施方式中，“生坯”纤维水泥产品通常通过在大气压力下在空气中固化(空气固化的纤维水泥产品)或在水蒸气存在下在压力和升高温度下固化(高压釜固化)来进行固化。对于高压釜固化的产品，通常在原始纤维水泥浆料中加入二氧化硅砂。高压釜固化原理上导致在纤维水泥产品中存在
Figure BDA0003066326580000101
(埃)的雪硅钙石(Tobermorite)。
在一些其它具体实施方式中，“生坯”纤维水泥产品可首先在空气中预固化，随后使预固化的产品进一步空气固化直到其具有最终强度，或用压力和水蒸气进行高压釜固化，以赋予产品最终性质。
如本发明的纤维水泥产品完全空气固化的情况下，步骤(b)通常包括：允许产品在空气中固化至少7天时间，优选至少14天时间，最优选至少一个月。
在本发明的一些具体实施方式中，所述方法还可以在固化步骤之后包括以下步骤：对所获得的纤维水泥产品进行(至少部分)干燥的步骤。固化后，成为板材、片材或薄板的纤维水泥产品可仍然包含显著重量的水，该水以湿气存在。该湿度可最高达10重量％，甚至是15重量％，以单位重量的干燥产品表示。干燥产品的重量定义为：当在105℃于通风炉中对产品进行干燥直到获得恒定重量时的产品重量。
优选通过空气干燥进行所述干燥，并且当纤维水泥产品的湿度重量百分比(以单位重量的干燥产品表示)小于或等于8重量％，甚至小于或等于6重量％，最优选为4重量％至6重量％(包括端值)时终止所述干燥。
在后续步骤中，任选地对经固化的纤维水泥产品的至少部分表面进行研磨喷砂，根据优选实施方式，本发明的纤维水泥产品进行研磨喷砂，随后用CO2对产品进行处理。
本发明上下文中的研磨喷砂是通过在高压下对待处理的表面强制推送磨料材料流或磨料颗粒流进行表面磨蚀。这种磨料颗粒可以是矿物颗粒(例如但不限于：砂、石榴石、硫酸镁，水镁矾(kieserlite)......)、天然或有机颗粒(例如但不限于：压碎的坚果壳或果核......)、合成颗粒(例如但不限于：玉米淀粉或小麦淀粉等，碳酸氢钠、干冰等，铜渣、镍渣或煤渣、铝氧化物或刚玉、碳化硅或金刚砂、玻璃珠、陶瓷喷丸/砂砾、塑料磨料、玻璃砂等)、金属网格(例如但不限于：钢喷丸、钢砂、不锈钢喷丸、不锈钢砂、刚玉喷丸、刚玉砂、切割钢丝、铜喷丸、铝喷丸、锌喷丸)和这些物质的任意组合。
根据本发明其它具体实施方式，磨料喷砂是通过使用例如喷丸喷砂轮涡轮进行的磨料喷丸喷砂，所述喷丸喷砂轮涡轮用离心力将高速颗粒(例如金属颗粒)流推送到待处理的表面。
根据本发明某些具体实施方式，磨料喷砂是使用喷砂机器进行的喷砂，所述喷砂机器使用加压气体将高速的具有砂尺寸的颗粒流料推送到待处理的表面。
喷砂处理后，表面通常要进行清洗以去除粉尘。
本发明方法的步骤(d)包括：在5℃至90℃的温度、30％至99％的相对湿度、大气压力或更高压力(例如，至多5巴)下，经固化的纤维水泥产品用CO2(称为碳化)以0.01％至100％的浓度处理1分钟至48小时。
通常，所述处理在气候室中在上述温度、相对湿度和CO2浓度下进行。
根据本发明的一个实施方式，经固化的纤维水泥产品用CO2以1％至3％、优选5％至20％的浓度进行处理。
根据本发明的另一实施方式，用CO2处理在30℃至70℃、优选20℃至60℃的温度下进行。
根据本发明的另一实施方式，用CO2处理在70％至95％、优选40％至95％的相对湿度下进行。
根据本发明的另一实施方式中，用CO2处理进行至少2分钟、或者甚至至少5分钟、或甚至至少10分钟、或甚至至少15分钟。所述碳化处理优选进行小于24小时、或小于16小时、或小于8小时、或小于4小时、或小于2小时、或小于1小时。
根据本发明的一个特别优选实施方式，碳化在约30％的CO2浓度、约60℃的温度和约95％的相对湿度下持续1小时至8小时。
在第二方面中，本发明提供了通过所述方法获得的纤维水泥产品。
在第三方面中，本发明提供了上述CO2处理用于限制或防止暴露于潮湿环境的纤维水泥产品外表面上发生风化的用途。
在第四方面中，本发明提供了所获得纤维水泥产品作为建筑结构的覆盖物的用途。
实施例
应当理解，用于说明目的的以下实施例，不应理解为限制本发明的范围。虽然上文已经详细描述了本发明的一些示例性实施方式，但是本领域技术人员将容易理解在并未实质上偏离本发明的新的教导和优势的情况下，示例性实施方式中许多修改是可能的。因此，所有这类修改旨在包括于以下权利要求及其等价形式限定的本发明的范围内。另外，应认识到可能设想的许多实施方式不会获得一些实施方式的所有优点，但是不存在特定优点不应被解释为必然意味着这样的实施方式在本发明的范围之外。
从下文所述的实验结果可以清楚地看出，本发明的纤维水泥产品的特征在于：当这些产品在暴露于已知会诱发风化的环境或条件(即湿度、风蚀…)之前先经历过本发明要求保护的方法的情况下，不期望的风化缺陷(其由暴露于湿气或外部暴露期间风蚀引起)完全不存在或基本不存在(即不会发生)。此外，根据本发明的产品被证实具有高挠曲模量(如图1至图3所示)。
从下文所述结果还可以清楚地看出，这些有益的性能是通过如下文详述的本发明纤维水泥产品的特定纤维水泥组合物所实现的。
此外，实施例中所述的纤维水泥产品由于其整体着色方面和其原始装饰表面图案而具有吸引人的美学外观(如图4至图13所示)。
实施例1：纤维组合物对本发明纤维水泥产品的机械性质的影响
根据以下的一些具体实施方式，用本文所述的本发明方法生产纤维水泥产品。
1.1材料和方法
1.1.1纤维水泥浆料样品的生产
如表1所示制备不同配方的水性纤维水泥浆料。可以将其他添加剂添加到这些配方中，但这不是本发明的技术发现所必需的。
1.1.2在小型哈谢克机器上制造纤维水泥产品
通过根据中试实验过程的哈谢克技术制造水泥质产品，所述中试实验过程复制了通过工业方法获得产品的主要性能。
样品1至6和8的生坯板在230kg/cm2下压制，并通过在60℃下固化8小时进行空气固化，然后在环境条件下固化。样品7未进行空气固化，而是在100至150psi的压力和148至177℃的温度下高压釜固化总共9小时。
两周后，分析所形成的纤维水泥产品的物理机械特性，即，夏比抗冲击强度和挠曲强度。
1.1.3夏比抗冲击性的测量
根据标准ASTM D-256-81，在15mm*120mm的空气干燥小型哈谢克样品上，使用设备Zwick DIN 5102.100/00、以及100mm的跨距来测量夏比抗冲击性。
在生产后两周，各小型哈谢克样品以两个方向(机器方向和与此垂直的方向)进行测量。
在60℃和90％相对湿度的600L烘箱中，以1,5L CO2/分钟的流速注入CO2，老化24小时后，再次测量相同样品的抗冲击性。因此，CO2浓度范围为从调节开始的7％到调节结束的12％。
1.1.4挠曲强度的测量
各小型哈谢克样品的断裂模量(MOR；通常以Pa＝kg/m.s2表示)通过使用UTS/INSTRON设备(型号3345；cel＝5000N)来测量。
1.2结果
1.2.1本发明的纤维水泥产品的夏比抗冲击性
表2和图1显示了使用本发明的方法，相对于用表1中所示的样品1至8的纤维水泥组合物生产的纤维水泥产品的夏比抗冲击性所获得的结果。表2中的结果源自数个样品测试的平均值。观察到相对于包含合成纤维的空气固化样品，所获得的纤维水泥产品的夏比抗冲击性得以显著改进(即，所有样品相对于样品7，样品7是高压釜固化的样品，其仅包含天然纤维素纤维)。样品4、5和6包括不同类型的合成纤维的组合，即，聚丙烯纤维与聚乙烯醇纤维的组合，其表现特别好(参见图1)。
Figure BDA0003066326580000141
表1.FC配方M％样品1至8(PVA：聚乙烯醇；PP：聚丙烯；颜料黑色铁氧化物；OmnixonM21320；颜料棕色铁氧化物：Omnixon EB 31683；ATH：氢氧化铝)。M％是指相对于除游离水外所有组分(即干物质)总质量的组分质量。
*2分特的低强度PVA纤维的韧性＝11至13cN/分特
**2分特的高强度PVA纤维的韧性＝13至15cN/分特
Figure BDA0003066326580000151
表2.根据本发明方法获得的纤维水泥产品的夏比抗冲击性的相对％值
1.2.2挠曲强度
表3和图2显示了使用本发明的方法，相对于用表1中所示的样品1至8的纤维水泥组合物生产的纤维水泥产品的机械强度获得的结果。表3中的结果源自数个样品测试的平均值。观察到相对于包含合成纤维的空气固化样品，所获得的纤维水泥产品的断裂模量得以显著改进(即，所有样品相对于样品7，样品7是高压釜固化的样品，其仅包含天然纤维素纤维)。样品4、5和6包括不同类型的合成纤维的组合，即，聚丙烯纤维与聚乙烯醇纤维的组合，其表现特别好(参见图2)。
Figure BDA0003066326580000152
表3.根据本发明方法获得的纤维水泥产品的断裂模量的相对％值
1.3结论
综上所述，显然，根据本发明制造的纤维水泥产品显示出改进的机械性质。特别是与不含任意合成纤维的高压釜固化产品相比，含有合成纤维的空气固化纤维水泥产品显示出非常良好的抗冲击性和高挠曲强度。
实施例2：无定形二氧化硅对本发明纤维水泥产品的机械性质的影响根据以下具体实施方式，用本文所述的本发明方法生产纤维水泥产品。
2.1材料和方法
2.1.1纤维水泥浆料样品的生产
如表4所示制备不同配方的水性纤维水泥浆料。可以将其他添加剂添加到这些配方中，但这不是本发明的发现所必需的。
Figure BDA0003066326580000161
表4.FC配方M％样品9至11(PVA：聚乙烯醇；颜料黑色铁氧化物；Omnixon M21320；颜料棕色铁氧化物：Omnixon EB 31683)。M％是指相对于除游离水外所有组分(即干物质)总质量的组分质量。
*2分特的低强度PVA纤维的韧性＝11至13cN/分特
2.1.2在小型哈谢克机器上制造纤维水泥产品
通过根据中试实验过程的哈谢克技术制造水泥质产品，所述中试实验过程复制了通过工业方法获得产品的主要性能。
样品9至11的生坯板在230kg/cm2下压制，并通过在60℃下固化8小时进行空气固化，然后在环境条件下固化。两周后，对所形成的纤维水泥产品的物理机械特性进行分析。
2.1.4挠曲强度的测量
各小型哈谢克样品的断裂模量(MOR；通常以Pa＝kg/m.s2表示)通过使用UTS/INSTRON设备(型号3345；cel＝5000N)来测量。
2.2结果
2.2.1挠曲强度
表5和图3显示了使用本发明的方法，相对于用表4中所示的样品9至11的纤维水泥组合物生产的纤维水泥产品的机械强度获得的结果。表5中的结果表示来自数个样品测试的平均值。观察到对于包含无定形二氧化硅的空气固化样品，所得纤维水泥产品的断裂模量显著改善，无定形二氧化硅为约4重量％至约7重量％(相对于纤维水泥组合物总干重的重量％)尤为如此。
Figure BDA0003066326580000171
表5.根据本发明方法获得的纤维水泥产品的断裂模量(与样品9相比的相对％)
2.3结论
上述结果显示出根据本发明制造的纤维水泥产品显示出改进的机械性质。特别是与不含无定形二氧化硅的产品相比时，含有无定形二氧化硅的空气固化纤维水泥产品显示出较高的挠曲强度。特别是含有含量为约4重量％至约7重量％无定形二氧化硅的产品表现非常好。
实施例3：无定形二氧化硅对本发明纤维水泥产品的冻融稳定性的影响根据以下具体实施方式，用本文所述的本发明方法生产纤维水泥产品。
3.1材料和方法
3.1.1纤维水泥浆料样品的生产
如表6所示制备不同配方的水性纤维水泥浆料。可以将其它添加剂加入这些配方，但其对本发明的发现不是必需的。
3.1.2在小型哈谢克机器上制造纤维水泥产品
通过根据中试实验过程的哈谢克技术制造水泥质产品，所述中试实验过程复制了通过工业方法获得的产品的主要性能。
样品12至15的生坯板在230kg/cm2下压制，并通过在60℃下固化8小时进行空气固化，然后在环境条件下固化。样品16未进行空气固化，而是在100至150psi的压力和148至177℃的温度下高压釜固化总共9小时。
两周后，分析所形成的纤维水泥产品的尺寸稳定性，即，进行如下所述的冻融测试。
3.1.3通过冻融测试测量尺寸稳定性
使用以下过程测定样品12至16的尺寸稳定性。在进行冻融测试之前，对样品进行 预调节。为此，将100mm×280mm(锯齿边缘)的样品浸入水中3天。然后，测量样品的厚度并且对应于0次循环后的测量(参考厚度)。然后，样品经受最多300次冻融循环。在冻融循环期间，样品交替保持在-20℃±3℃(在温度为约-20℃的冷冻室中的冷冻温度)和+20℃±3℃(其中装有浸没样品所用水的托盘的解冻温度)，每次时间至少1小时。在循环期间，记录冷冻室和铜托盘中的温度。在每10至30次循环后，测量样品的厚度并检查可能的缺陷。
Figure BDA0003066326580000191
表6.FC配方M％样品12至16(PVA：聚乙烯醇；PP：聚丙烯；颜料黑色铁氧化物；Omnixon M21320；颜料棕色铁氧化物：Omnixon EB 31683；ATH：氢氧化铝)。M％是指相对于除游离水外所有组分(即干物质)总质量的组分质量。
*2分特的低强度PVA纤维的韧性＝11至13cN/分特
**2分特的高强度PVA纤维的韧性＝13至15cN/分特
3.2结果
3.2.1本发明的纤维水泥产品的尺寸稳定性
表7显示了使用本发明的方法，相对于用如表6所示样品12至16的纤维水泥组合物生产的纤维水泥产品的尺寸稳定性获得的结果。表7中的结果源自数个样品测试的平均值。观察到对于包含无定形二氧化硅的空气固化样品，所得纤维水泥产品的尺寸稳定性显著改进。实际上，从表7可清楚地看到，与不含任意无定形二氧化硅的其它样品相比，样品13和14(包含7％无定形二氧化硅)在192次冻融循环后仅显示出非常小的厚度增加。应注意，在138次冻融循环后，高压釜固化的样品完全碎裂，因此不能进行进一步的测量。
Figure BDA0003066326580000201
表7.纤维水泥样品12至16的尺寸变化，以厚度增加的％值表示
3.3结论
综上所述，根据本发明制造的纤维水泥产品显示出改进的机械性质。特别是与不含无定形二氧化硅的样品相比时，含有约7％无定形二氧化硅的空气固化纤维水泥产品显示出非常良好的尺寸稳定性。
实施例4：纤维组合物对本发明纤维水泥产品的夏比抗冲击性的影响根据以下具体实施方式，用本文所述的本发明方法生产纤维水泥产品。
4.1材料和方法
4.1.1纤维水泥浆料样品的生产
如表8和表9所示制备不同配方的水性纤维水泥浆料。可以将其它添加剂加入这些配方，但其对本发明的发现不是必需的。
Figure BDA0003066326580000211
表8.FC配方M％样品17至23(PVA：聚乙烯醇；PP：聚丙烯；颜料黑色铁氧化物；Omnixon M21320；颜料棕色铁氧化物：Omnixon EB 31683；ATH：氢氧化铝)。M％是指相对于除游离水外所有组分(即干物质)总质量的组分质量。
*2分特的低强度PVA纤维的韧性＝11至13cN/分特
**2分特的高强度PVA纤维的韧性＝13至15cN/分特
4.1.2在小型哈谢克机器上制造纤维水泥产品
通过根据中试实验过程的哈谢克技术制造水泥质产品，所述中试实验过程复制了通过工业方法获得产品的主要性能。
样品17至23的生坯板在230kg/cm2下压制，并通过在60℃下固化8小时进行空气固化，然后在环境条件下固化。样品20未进行空气固化，而是在100至150psi的压力和148至177℃的温度下高压釜固化总共9小时(参见表8)。
两周后，分析所形成的纤维水泥产品的夏比抗冲击性。
4.1.3在工业哈谢克机器上制造纤维水泥产品
通过工业哈谢克技术制造水泥质产品。样品24和25的生坯板在230kg/cm2下压制，并通过在60℃下固化8小时进行空气固化，然后在环境条件下固化(参见图9)。两周后，分析所形成的纤维水泥产品的夏比抗冲击性。
Figure BDA0003066326580000221
表9.FC配方M％样品24和25(PVA：聚乙烯醇；PP：聚丙烯；颜料黑色铁氧化物；Omnixon M21320；颜料棕色铁氧化物：Omnixon EB 31683；ATH：氢氧化铝)。M％是指相对于除游离水外所有组分(即干物质)总质量的组分质量。
*2分特的低强度PVA纤维的韧性＝11至13cN/分特
**2分特的高强度PVA纤维的韧性＝13至15cN/分特
4.2结果
4.2.1夏比抗冲击性的测量
根据标准ASTM D-256-81，在15mm*120mm的空气干燥小型哈谢克样品上，使用设备Zwick DIN 5102.100/00、以及100mm的跨距来测量夏比抗冲击性。
在生产后两周，样品17至25中的每一个以两个方向(机器方向和与此垂直的方向)进行测量。
在60℃和90％相对湿度的600L烘箱中，以1,5L CO2/分钟注入CO2，老化24小时后，再次测量相同样品的抗冲击性。因此，CO2浓度范围为从调节开始的7％到调节结束的12％。
4.2.2本发明的纤维水泥产品的夏比抗冲击性
表10显示了使用本发明的方法，相对于用表8和表9中所示的样品17至25的纤维水泥组合物生产的纤维水泥产品的夏比抗冲击性获得的结果。表10中的结果源自数个样品测试的平均值。观察到对于包含合成纤维的空气固化样品，所获得的纤维水泥产品的夏比抗冲击性显著改进(即，所有样品相对于样品20，样品20是高压釜固化的样品，仅包含天然纤维素纤维)。样品18、19、21、22和23的每一个都包含不同类型的合成纤维的组合，当与例如仅含有一种类型的合成纤维的样品17相比时，样品18、19、21、22和23表现特别好。最后，一种或多种类型的聚乙烯醇(PVA)纤维与聚丙烯(PP)纤维的特定组合导致纤维水泥产品具有特别高的抗冲击性。当将样品19和样品21至23(包含PVA和PP纤维)与例如样品17(仅含有PVA纤维)进行比较时，从小型哈谢克试验中可以清楚地看出这一点。对于从工业试验获得的样品也是如此，在所述样品中，样品25(包含PVA和PP纤维的组合)显然具有比样品24(仅包含PVA纤维)显著改进的抗冲击性。
Figure BDA0003066326580000241
表10.根据本发明方法获得的纤维水泥产品的夏比抗冲击性(以kJ/m2计)
4.3结论
综上所述，显然，与已知纤维水泥产品相比，根据本发明制造的纤维水泥产品显示出大幅改进的机械性质。特别是，包含合成纤维的空气固化的纤维水泥产品显示出非常好的抗冲击性。此外，包含不同类型合成纤维组合、特别是聚乙烯醇和聚丙烯纤维组合的空气固化的纤维水泥产品表现最好。
实施例5：预碳化过程以避免在纤维水泥产品表面发生风化
在表1所示的条件下，使空气固化的纤维水泥样品26至38(以与实施例1-4中所述相同的方式生产)经受不同的预碳化步骤。
经过不同的预碳化处理后，将样品放入老化试验机3000小时，相当于约10年的自然外部暴露。
Figure BDA0003066326580000251
表1–与未预碳化的参考样品(参照)相比，用于空气固化纤维水泥样品26至38预碳化的测试条件
从上面的表1中可以很明显地看出，通过结合以下条件使用预碳化工艺可获得最佳结果(即，无可见的风化)：
1)相对湿度等于或高于80％，优选高于90％，优选高于95％；
2)温度等于或高于40℃，优选40℃至60℃，更优选约60℃；
3)CO2浓度等于或低于约30％(体积)，优选15％(体积)至30％(体积)，更优选约20％(体积)；
4)暴露于上述条件1)、2)和3)1至12小时。
图14显示了对应于表1中样品32的预碳化纤维水泥产品(图14中的左侧样品)和对应于表1中样品参照的未预碳化纤维水泥产品(图14中的右侧样品)。
图15显示了在耐候计中放置3000小时(对应于约10年的自然外部暴露)后，与图14相同的预碳化和未预碳化的纤维水泥产品。

Claims (9)

1.一种提供纤维水泥产品的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供未固化的纤维水泥产品；
(b)使未固化的纤维水泥产品固化；
(c)任选地对经固化的纤维水泥产品的至少部分表面进行研磨喷砂，
(d)在5℃至90℃的温度、30％至99％的相对湿度下，经固化的纤维水泥产品用CO2以0.01体积％至100体积％的浓度处理1分钟至48小时。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(d)中，CO2的浓度为1体积％至30体积％，优选5体积％至20体积％。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(d)在20℃至60℃的温度下进行。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤(d)在40％至95％的相对湿度下进行。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤(d)进行1小时至8小时。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤(b)包括：使产品在空气中固化至少7天时间，优选至少14天时间，最优选至少一个月。
7.可通过如前述权利要求中任一项所述的方法获得的纤维水泥产品。
8.如权利要求7所述的纤维水泥产品用于覆盖建筑结构的用途。
9.在5℃至90℃的温度、30％至99％的相对湿度下，经固化的纤维水泥产品用CO2以0.01体积％至100体积％的浓度处理1分钟至48小时，以限制或防止暴露于潮湿环境中的纤维水泥产品外表面上发生风化。
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