CN1692088A - 含有陶瓷材料的涂层和添加剂 - Google Patents

Abstract

一种用于建筑物中支撑桁条的涂层，能在高热情况下保护其结构整体性，用于屋顶和类似物时，能以低成本提供紫外光防护，用于木制或钢制基层时，能以低成本提供阻燃性和耐化学性，还能保护各种其他建筑基层。该涂层中含有粘合剂和循环利用的陶瓷粉末，还可以含有循环利用的粒状陶瓷材料。一种用于密封剂，嵌缝剂，和其他建筑材料的添加剂，能以低成本提供增强的耐火性和隔热性以及其他增强的性能。添加剂中含有循环利用的陶瓷粉末，还可以含有循环利用的粒状陶瓷材料。

Description

含有陶瓷材料的涂层和添加剂

本发明一般涉及用于屋顶和结构支撑件的涂层以及用于各种建筑材料和建筑工业其他应用中的添加剂。

2001年9月11日，世贸中心双塔因为满载燃料的大型飞机撞击其上部而倒塌。构造优良的双塔承受了撞击力，没有立刻倒塌，而是矗立了一小时左右。但是，由于喷气机燃料燃烧产生的巨大热量使双塔内钢制支撑体的温度达到800℃左右，从而削弱支撑，导致双塔最终倒塌。在BBC News，2001年9月13日，“世贸双塔是如何倒塌的”中，引用了结构工程师Chris Wise的以下说法：

“是火焰毁了这幢建筑-地球上的任何物体都不能承受这些燃料燃烧所产生的温度。”

每座塔楼都有一个由垂直贯穿，混凝土包层钢制桁条组成的中央核，每层楼板都具有连接垂直桁条的水平钢制支撑体。垂直桁条上的混凝土包层只能在有限时间内提供保护。水平钢制支撑体或桁条上覆盖有防火材料，防火材料可能足以或尚不足以保护水平桁条免受喷气机燃料燃烧热量的影响。但是，申请人认为，在靠近撞击点的楼板中，飞机的撞击力会“吹走”防火材料，使水平钢制桁条暴露于极热中。因此，当未被充分保护的钢制桁条温度接近800℃时，垂直桁条上部和上层楼板中的水平桁条开始丧失结构整体性(被削弱)，所以上层楼板开始崩塌在下层楼板上。上层崩塌楼板的重量对下层被削弱楼板施加越来越大的压力，结果是每个塔楼整体倒塌。

在其他应用中，经常用陶瓷或耐火材料作为炉衬砖。需要给熔炉重新换衬层时，陶瓷砖被取出，通常是扔到垃圾填埋场，并重新安装用如氧化铝，锆石，氧化硅，或氧化镁等陶瓷材料制造的新陶瓷砖。有时候，可以将陶瓷砖粉碎成砂砾，然后磨成粉末，用来制造新陶瓷砖，循环利用。

以水泥，砂子或碎炉渣和水，和类似物的高压混凝土形式存在的浆料被喷涂在增强件上。已经使用陶瓷材料和粘性材料作为涂层，用作建筑工业中的添加剂。比如，用6到20目的石英涂覆屋顶盖板，用砂砾状丙烯酸或氧化铝涂覆屋顶复合板，以免受到紫外线的影响。使用陶瓷材料不仅非常昂贵，而且其施用也不能充分保护屋顶以免受到紫外线的破坏性影响，因为涂层在陶瓷颗粒之间存在空隙，紫外线能通过空隙穿透至基层。

因此本发明的一个目的是为建筑物中的钢制桁条提供足以承受双塔所遭遇热量的隔热性，在受到双塔所遭遇撞击时仍能保持整体性。

本发明另一个目的是为屋顶或类似物提供能有效保护基层以免受到紫外光破坏性影响的涂层，这样，屋顶的使用寿命就能从10年延长到20或30年。

本发明另一个目的是以合理价格提供这种涂层。

本发明的目的进一步在于为木制基层提供具有阻燃性的涂层。

本发明另一个目的是为钢制基层提供具有耐化学性的涂层。

本发明另一个目的是提供作为密封剂，嵌缝剂，和类似物中添加剂的陶瓷材料，以合理价格提供增强的耐燃性和隔热性以及其他要求性质。

为了给建筑物中的钢制桁条提供足以承受双塔所遭遇热量的隔热性并在受到双塔所遭遇撞击时保持整体性，将陶瓷材料和粘合剂的涂层应用于桁条。

为了提供低成本的陶瓷涂层，在本发明中，涂层由粘合剂和循环利用的陶瓷材料组成。

为了提供低成本的陶瓷添加剂，在本发明中，添加剂由循环利用的陶瓷材料组成。

为了提供能有效保护基层以免受到紫外光影响的陶瓷涂层，该涂层由粘合剂材料和包括陶瓷砂砾与陶瓷粉末的陶瓷材料组成。

通过以下对优选实施方案的具体说明并参见附图，本发明的上述和其他目的，特征和优点是显而易见的，在若干视图中，相同或相似部件使用相同的附图标记。

附图简要说明

图1是表示本发明屋顶盖板部分及其制造方法的组合流程示意图。

图2所示本发明建筑物的透视图。

图3所示是图2中具有建筑物垂直支撑单元的垂直支撑柱沿直线3-3的水平截面图。

图4所示是部分垂直支撑柱的透视图。

图5所示是建筑物楼板的俯视图，显示水平支撑部件及其垂直支撑部件。

图6所示是一个垂直或水平支撑的局部放大图。

优选实施方案具体说明

参见图1，部分屋顶盖板12(通常由玻璃纤维，沥青，或其他适用材料组成)的上表面施用了涂层10。涂层10包括混入合适粘合剂16的陶瓷材料14，比如硅酸钠或胶粘水泥或任何其他适用粘合剂。待粘合剂硬化之后，陶瓷材料14被保留在基层18的表面上。虽然基层18被描述为屋顶盖板，但应理解为是任何其他适用基层，比如适合施用涂层的木制或钢制或其他金属或混凝土。

为说明书和权利要求书目的，术语“陶瓷”定义为用作如炉衬层和用于其他耐热目的的耐火材料，包括但并不限于氧化铝(包括氧化硅铝和富铝红柱石和含氧化铝粘土等氧化铝合金)，锆石(包括氧化锆)，氧化硅(晶体和无定形的，比如气相法氧化硅，包括氧化物合金，比如氧化铝和主相是氧化硅的氧化钛)，和氧化镁或方镁石(熔融和死烧的，包括氧化镁合金，比如白云石和铬黄)。氧化铝，也被称为刚玉，包括所有天然存在和加工氧化铝，熔凝的，煅烧的，和片状的，以及副产物包括集尘器中的细粉和碎屑中含有的氧化铝。

6到20目石英或其他陶瓷材料在粘合剂中形成的传统涂层不足以保护基层不受到紫外辐射的破坏性影响，因为陶瓷材料之间存在较大空隙，紫外线能从中透射至基层。为了提供对透射至基层的紫外辐射的有效屏障，在本发明中，陶瓷材料由细粉陶瓷材料22组成，以完全覆盖基层。较好的，陶瓷材料中除了粉末材料22之外，还含有粗粒状陶瓷材料20，以提供更大的密度，提高强度，耐火性，和隔热性以及砂砾外观。说明书和权利要求中的“粉末”意指包含粒度约为45目或更细颗粒的材料，或者其粒径小到能悬浮于空气中。砂砾状材料包括粒度大约是6到30目的颗粒24，更大砂砾26，粒度大约3/8到1/2英寸的磨光颗粒(消除粗糙边缘)，或者具有任何适合这种应用的粒度的离散材料。说明书和权利要求中的“颗粒”是指粒度小于约30目的颗粒。

施用涂层10时，可选首先在基层18上应用一层粘合剂16，然后将颗粒24或砂砾26，或两者的粒状颗粒均匀分散在粘合剂上，最后将粉末材料22和更多粘合剂16一起均匀喷洒在基层18上，从而用陶瓷材料完全覆盖基层，即，陶瓷粉末以足够的量分散在粘合剂中，完全覆盖施用涂层10的那部分基层18，从而完全保护基层以免受到紫外辐射的破坏性影响。或者，将粒状颗粒24和粉末材料22与粘合剂一起喷洒在基层上(如果需要的话，在喷洒之前，将砂砾26散布在基层上)，或者采用其他适用方法施用涂层10。这种涂层可以在工厂中或在野外条件下被用于屋顶瓦，屋顶盖板，或复合屋顶板上。结果是，固体陶瓷屋顶具有长得多的使用寿命，大约20到30年，而不是10年，并且非常均匀，具有改进的外观，没有露出的接缝，其优点还在于，不必使用热沥青。而且，能快速喷洒涂层10，节省劳动力成本。

可以涂覆其他建筑材料，提供对紫外辐射的防护，隔热性(耐热性)，或其他保护形式，以下参见图2到6具体说明。因此，可以用适量的涂层10涂覆木制结构，从而增大隔热值，防止火焰烧毁木材，为该结构提供更好的耐火等级。可以用涂层10涂覆钢制或其他金属结构，比如钢管和金属屋顶平台，提供耐化学性(以及耐腐蚀和抗紫外辐射)。可以将涂层10施用于平台顶部提高隔热值，或者应用于平台底部提高耐火性。可以将涂层施用于防水板(稳定转角)，提供改进的外观和更好的耐火等级，并节省通常修理防水板需要的时间和劳动力，即，只需要在涂层10上喷洒并“走开”做其他工作即可。在建筑业中可以发现涂层10的各种其他用途，这些用途也在本发明范围内。

对隔热值R的要求越来越高，要求增大至15到30。但是，这是很难办到的，因为传统的隔热方法会增加厚度，这是不符合要求的。本发明涂层的优点是，能使隔热层厚度保持较薄(60密尔左右)。

参见图2到6所示建筑物50，就象世贸中心双塔一样，具有很多楼板52。中央支撑核心54垂直贯穿建筑物50。中央支撑核54包括许多垂直钢制支撑体或桁条56，每根桁条56都被混凝土包层或覆盖层58包裹。每个楼板52具有许多水平钢制支撑体或桁条60，它们各自都以合适方式与一根垂直桁条56相连，比如通过焊接或螺栓连接，至固定于垂直桁条的托架(未示出)。按照本发明所属领域技术人员公知方法完成楼板52。

图6所示是一个水平支撑体60的片段图。为了提供足够的隔热性，防止支撑体60在遭遇导致双塔倒塌的极热情况下被削弱，并防止隔热层在受到双塔所遭遇强撞击时被吹走或者被除去，在本发明中，对支撑体60施用陶瓷材料14的涂层10(能提供高达约4000°F的防火性)，粘合剂16能形成硬涂层，不会轻易脱落。陶瓷材料14较好的包括保护涂覆粉末材料20的粒状颗粒20，能以低成本提供均匀性。类似地，对建筑物50中的垂直桁条56和/或混凝土包层58以及其他结构支撑体进行涂覆。

陶瓷材料14可以作为各种建筑材料的添加剂，用于加强其性能。因此，可以将陶瓷材料14加入到密封剂(比如，用于密封混凝土楼板，墙壁和天花板)，灰泥，和嵌缝剂中，用于提供耐火性，隔热值和提高的强度。陶瓷材料添加剂14可以包括粉末22，或者如果需要提供粗砂外观以及增强的强度，耐火性和隔热性时，还包括粒状颗粒20，或代替粉末22。

新的陶瓷材料对上述建筑工业的实际和竞争应用而言太昂贵。但是，陶瓷材料往往被扔到垃圾填埋场。因此，通过将用过的陶瓷材料循环用于本发明的涂层和添加剂中，能显著降低成本，这种方法在提供改进产品中是实用和有竞争力的。因此，在本发明的优选实施例中，陶瓷材料14被循环利用，即，从已经用于炉衬层等任何用途的陶瓷材料形成或收集。因此，图标记30是包括陶瓷材料砖32的部分炉壁30。熔炉必须再换衬层，所以会更换陶瓷砖32。通常除了运输成本之外，可以免费获得更换下来的陶瓷砖32。重复利用陶瓷砖32时，先将其置于传统颌式破碎机34中，将其碾压粉碎成砂砾26。然后将砂砾26置于传统粉碎机38中，形成粒状颗粒24和粉末22的混合，然后使用筛40分离粒状颗粒24和粉末22，该工序标记为42，筛网尺寸能使粉末22通过，而粒状颗粒24不能通过。这种循环利用陶瓷材料的低成本方法在提供作为炉衬层的陶瓷砖领域是传统的，能提供价廉的陶瓷材料。但是，还可以使用其他适用方法来循环利用陶瓷材料。

将价廉的循环陶瓷材料用于本发明的涂层和添加剂中，能使成本相当低廉，而且在建筑工业中是实用和有竞争力的(同时能提供很好的建筑结构)，还有助于保护环境。

虽然本发明已经进行具体说明，但是仍然能以不超出其原理的方式实施本发明，这些其他实施方案也在由权利要求所限定的本发明范围内。

Claims (25)

1.一种建筑物，包括许多楼板，支撑楼板的桁条，和位于至少一根所述桁条上的涂料组合物，其特征在于所述涂料组合物包含陶瓷材料和粘合剂。

2.如权利要求1所述的建筑物，其特征在于所述桁条由钢制成。

3.如权利要求1所述的建筑物，其特征在于所述桁条由金属制成。

4.如权利要求1所述的建筑物，其特征在于所述陶瓷材料是循环利用的陶瓷材料。

5.如权利要求1所述的建筑物，其特征在于所述陶瓷材料由用过的炉衬构成。

6.如权利要求1所述的建筑物，其特征在于所述陶瓷材料包括粒状陶瓷材料和陶瓷粉，所述陶瓷粉以足够的数量分散在所述粘合剂中，能用陶瓷材料完全覆盖施用了所述涂料组合物的那部分桁条。

7.一种建筑物的屋顶部分，该屋顶部分包括许多屋顶板和位于所述屋顶板上的防紫外光涂料组合物，所述涂料组合物包含陶瓷材料和添加剂，所述陶瓷材料包括以足够量分散在所述粘合剂中的陶瓷粉末，用所述陶瓷材料完全覆盖所述屋顶板。

8.如权利要求7所述的屋顶部分，其特征在于所述陶瓷材料是循环利用的陶瓷材料。

9.如权利要求7所述的屋顶部分，其特征在于所述陶瓷材料由用过的炉衬层构成。

10.如权利要求7所述的屋顶部分，其特征在于所述陶瓷材料进一步包括粒状陶瓷材料。

11.一种用于和其他物体组装构成建筑物的物体，该物体包括建筑物的结构部件和应用于所述结构部件的涂料组合物，所述涂料组合物包含粒状陶瓷材料，陶瓷粉末和粘合剂，所述陶瓷粉末以足够数量分散在所述粘合剂中，用所述陶瓷材料提供对施用所述涂料组合物的那部分结构部件的完全覆盖。

12.如权利要求11所述的物体，其特征在于所述粒状陶瓷材料和所述陶瓷粉末由用过的炉衬构得。

13.如权利要求11所述的物体，其特征在于所述粒状陶瓷材料和所述陶瓷粉末循环利用的。

14.一种建筑用材料，该材料是密封剂，灰泥和嵌缝剂之一，该材料包括含有一定量陶瓷材料的添加剂。

15.如权利要求14所述的材料，其特征在于所述陶瓷材料由用过的炉衬构成。

16.如权利要求14所述的材料，其特征在于所述陶瓷材料包括陶瓷粉末。

17.如权利要求14所述的材料，其特征在于所述陶瓷材料进一步包括粒状陶瓷材料。

18.一种加强建筑材料性能的方法，包括向该材料应用一定量由用过的炉衬制得的陶瓷材料。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于进一步包括对陶瓷材料进行选择，其中包括陶瓷粉末。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述材料是密封剂，灰泥和嵌缝剂之一。

21.一种用于基层的涂料组合物，该涂料组合物包含陶瓷材料和粘合剂，所述陶瓷材料包括陶瓷粉，其中所述陶瓷材料由用过的炉衬构成，所述陶瓷粉末以足够量分散在粘合剂中，所述陶瓷材料提供对施用所述涂料组合物的那部分基层的完全覆盖。

22.如权利要求21所述的涂覆组合物，其特征在于所述陶瓷材料进一步包括粒状陶瓷材料。

23.一种增强结构部件性能的方法，包括从用过的炉衬制造循环利用的陶瓷材料，将由该循环利用的陶瓷材料和粘合剂形成的涂层施用于该结构部件上，还包括对循环利用的陶瓷材料进行选择，以包括陶瓷粉末，该陶瓷粉末以足够量分散在粘合剂中，陶瓷材料为结构部件提供完全覆盖，该方法进一步包括使粘合剂硬化。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于该方法进一步包括对循环利用陶瓷材料进行选择，使其还包括粒状陶瓷材料。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于施用涂层的步骤包括：先在结构部件上施用粘合剂，接着在粘合剂上施用粒状陶瓷材料，然后在结构部件上喷洒与粘合剂混合的陶瓷粉末。

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