EA028213B1 - Цементированное композитное изделие со свойствами камня и способ его изготовления - Google Patents

Цементированное композитное изделие со свойствами камня и способ его изготовления Download PDF

Info

Publication number
EA028213B1
EA028213B1 EA201200774A EA201200774A EA028213B1 EA 028213 B1 EA028213 B1 EA 028213B1 EA 201200774 A EA201200774 A EA 201200774A EA 201200774 A EA201200774 A EA 201200774A EA 028213 B1 EA028213 B1 EA 028213B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
composite product
cemented
additives
cementitious composition
cemented composite
Prior art date
Application number
EA201200774A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201200774A1 (ru
Inventor
Пер Юст Андерсен
Саймон К. Ходсон
Original Assignee
Э. Кашогги Индастриз, Ллк
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Э. Кашогги Индастриз, Ллк filed Critical Э. Кашогги Индастриз, Ллк
Publication of EA201200774A1 publication Critical patent/EA201200774A1/ru
Publication of EA028213B1 publication Critical patent/EA028213B1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/52—Producing shaped prefabricated articles from the material specially adapted for producing articles from mixtures containing fibres, e.g. asbestos cement
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B16/00—Use of organic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of organic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B16/04—Macromolecular compounds
    • C04B16/06—Macromolecular compounds fibrous
    • C04B16/0616—Macromolecular compounds fibrous from polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B16/0641—Polyvinylalcohols; Polyvinylacetates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/52—Producing shaped prefabricated articles from the material specially adapted for producing articles from mixtures containing fibres, e.g. asbestos cement
    • B28B1/525—Producing shaped prefabricated articles from the material specially adapted for producing articles from mixtures containing fibres, e.g. asbestos cement containing organic fibres, e.g. wood fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B11/00—Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles
    • B28B11/003—Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles the shaping of preshaped articles, e.g. by bending
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B3/00—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor
    • B28B3/20—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor wherein the material is extruded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B3/00—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor
    • B28B3/20—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor wherein the material is extruded
    • B28B3/26—Extrusion dies
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/06—Quartz; Sand
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B16/00—Use of organic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of organic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B16/02—Cellulosic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/18—Waste materials; Refuse organic
    • C04B18/24—Vegetable refuse, e.g. rice husks, maize-ear refuse; Cellulosic materials, e.g. paper, cork
    • C04B18/26—Wood, e.g. sawdust, wood shavings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/0048—Fibrous materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/0048—Fibrous materials
    • C04B20/0052—Mixtures of fibres of different physical characteristics, e.g. different lengths
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
    • C04B24/24—Macromolecular compounds
    • C04B24/38—Polysaccharides or derivatives thereof
    • C04B24/383—Cellulose or derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/02—Selection of the hardening environment
    • C04B40/024—Steam hardening, e.g. in an autoclave
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/04—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of concrete or other stone-like material; of asbestos cement; of cement and other mineral fibres
    • E04C2/06—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of concrete or other stone-like material; of asbestos cement; of cement and other mineral fibres reinforced
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2103/00—Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
    • C04B2103/30—Water reducers, plasticisers, air-entrainers, flow improvers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
    • C04B2111/00129—Extrudable mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/20—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Press-Shaping Or Shaping Using Conveyers (AREA)

Abstract

Описано цементированное композитное изделие, которое может служить заменой камню или твердым материалам поверхности, например граниту, мрамору и искусственному камню. Кроме того, раскрыты способы изготовления цементированного композитного изделия с использованием экструдируемого цементирующего состава, который можно экструдировать или формировать иным способом в строительные изделия со свойствами камня, которые могут быть использованы для замены многих известных каменных изделий. В одном варианте осуществления цементированные композитные изделия могут быть изготовлены с меньшими затратами с достижением такой же или большей прочности и большей долговечности, чем у камня и твердых материалов поверхности.

Description

Настоящее изобретение, в целом, относится к цементированным строительным изделиям, содержащим большое количество упрочняющих волокон, и, в частности, к экструдируемым составам для изготовления цементированных композитных строительных изделий сверхвысокой прочности со свойствами камня.
Уровень техники
Достижения строительной промышленности в значительной мере определяются свойствами материалов, используемых в строительстве. Самые различные материалы использовались в прошлом и используются в настоящее время, но каждому свойственны один или более существенных ограничений, приведенных в следующей таблице.
Строительные материалы Прочность при изгибе (МПа) Объемная плотность (г/см ) Стоимость с установкой (и§$/кг) Нормированное значение (Прочность при изгибе/стоимость с установкой/кг) Хрупкость (Да/Нет) Хорошие эстетические показатели (Да/Нет)
Дерево 75 0,5 4 18,75 Нет Да
Этернит 10 1,4 4 2,5 Нет Нет
Сталь 400 7,9 20 20 Нет Нет
Бетон 3 2,3 0,13 23,08 Да Нет
Гранит/Мрамор 18 2,5 6 3,0 Да Да
Упрочненное волокном цементированное изделие 30 1,3-2,3 0,5 60 Нет Да
Поскольку высококачественные природные материалы, например камень и дерево, становятся все менее доступными, растет потребность в искусственно созданных материалах. В частности, при создании проектов и конструкций зданий из бетона и стали, существует потребность в изготовлении изделий, обладающих высокой долговечностью, низкой стоимостью, высокой прочностью и жесткостью на единицу массы, и обладающих эстетической привлекательностью.
Более того, в обычных строительных изделиях 90% массы и объема бетона используется только для поддержания собственного положения и формы; фактически только 10% используется для обеспечения динамической несущей способности конструкции. Аналогично, 75% массы и объема стали в строительных конструкциях используется для поддержания собственного положения и формы и только 25% фактически используется для обеспечения динамической несущей способности конструкции. Более того, хотя бетон всегда считался материалом, обладающим высокой прочностью на сжатие, прочность на сжатие бетона на практике не используется. Требуется, скорее, его прочность при изгибе и растяжении, но эти параметры бетона настолько малы, что в большинстве случаев считаются равными нулю.
Учитывая сказанное, прогрессу строительной промышленности могло бы способствовать использование цементированных изделий, которые можно формовать и придавать им окончательную форму на месте использования, но которые имеют значительно более высокую прочность при изгибе и растяжении с тем, чтобы потребность в упрочнении конструкции стальной арматурой была минимальной или вовсе отсутствовала. Другим преимуществом такого цементированного материала могла бы быть более низкая объемная плотность и значительно улучшенная относительная объемная плотность. Благодаря этому, можно было бы увеличить долю бетона, используемую для обеспечения динамической несущей способности здания.
Предпринимаемые ранее попытки использования упрочненного волокном бетона были, как правило, ограничены многими факторами. Одним из них является сложность однородного перемешивания и распределения волокон в количестве более 3 об.% по водно-цементному составу большой прочности. Вторым фактором является быстрое снижение реологии (пластичности) бетона, существенно затрудняющее формирование и размещение бетонного материала.
Соответственно было бы желательно создать цементированное композитное изделие и способ изготовления такого цементированного композитного изделия для использования в строительных изделиях в качестве экономически эффективной замены камня и материалов с твердой поверхностью. Цементированное композитное изделие могло бы быть сделано более прочным и долговечным (т.е. менее хрупким), чем камень и материалы с твердой поверхностью, без использования упрочняющих элементов, например, арматурного профиля. Более того, было бы желательно создать цементированные композитные изделия, которые можно использовать в качестве замены камня.
Краткое изложение сущности изобретения
Настоящее изобретение относится к цементированным композитным изделиям (также называемым строительными изделиями или цементированными композитными строительными изделиями), которые могут использоваться в качестве замены камня и материалов с твердой поверхностью. В частности, раскрытые составы и процессы изготовления обладают прочностью при изгибе и растяжении, превышающей более чем в 10 раз аналогичные параметры обычных изделий. Эти изделия обеспечивают простоту формования и придания им окончательной формы для широкого спектра распространенных конструкционных материалов или изделий. Кроме того, составы и процессы позволяют создать цементированные
- 1 028213 строительные материалы, обладающие большой эстетической привлекательностью, при значительно меньшей стоимости и сниженном весе. Такие цементированные материалы не обладают хрупкостью, не раскалываются и не растрескиваются, как природный искусственный камень, обычно используемый в строительстве. Кроме того, они обладают всеми преимуществами стандартного бетона на основе портландцемента, но имеют в 10 раз большую прочность и в 100 раз большую ударную вязкость при на треть меньшем весе. Эти изделия не горят, обладают высокой долговечностью и могут изготавливаться по месту использования. Наконец, преимуществом этих материалов является то, что они набирают всю необходимую для использования прочность в течение 24-48 ч и не требуют обычной 28-дневной выдержки для достижения максимальных рабочих характеристик, как другие обычные цементированные материалы.
Соответственно в настоящем изобретении предлагается цементированное композитное изделие, имеющее характеристики (свойства) камня. Изделие содержит экструдируемый цементирующий состав, состоящий из гидравлического цемента, заполнителя, модификатора реологии и волокон, по существу, однородно распределенных по экструдируемому цементирующему составу и включающих от 1,5 до 5 об.% целлюлозных волокон и от 1,5 до 3,5 об.% поливинилспиртовых волокон (от объема экструдируемого цементирующего состава). Цементированное композитное изделие обладает твердостью, характеризуемой по меньшей мере 4 единицами по Моосу, и объемной плотностью, составляющей примерно от 1,3 до 2,3 г/см3 после отверждения.
Согласно другой особенности в настоящем раскрытии предлагается способ изготовления цементированного композитного изделия со свойствами камня. При осуществлении способа: смешивают воду, волокна и модификатор реологии для получения волокнистой смеси, по существу, с однородным распределением волокон; добавляют смесь гидравлического цемента с заполнителем в волокнистую смесь для получения экструдируемого цементирующего состава, имеющего пластическую консистенцию и содержащего целлюлозные волокна в количестве от 1,5 до 5 об.% от объема экструдируемого цементирующего состава и поливинилспиртовые волокна в количестве от 1,5 до 3,5 об.% от объема экструдируемого цементирующего состава; экструдируют цементирующий состав, получая промежуточный сырой экструдат, имеющий заданную площадь поперечного сечения, обладающий формоустойчивостью сразу же после экструзии и, по существу, сохраняющий площадь поперечного сечения так, что он не повреждается при работе с ним; и инициируют выдержку (отверждение) полученного сырого экструдата из гидравлического цемента или оставляют его для выдержки для формирования цементированного композитного изделия, обладающего твердостью по меньшей мере 4 единицы по Моосу, и объемной плотностью от 1,3 до 2,3 г/см3.
Другие цели и признаки будут отчасти очевидны и отчасти рассмотрены далее.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых на фиг. 1А представлена схематическая иллюстрация варианта осуществления процесса экструзии для изготовления цементированного композитного строительного изделия;
на фиг. 1Б представлена схематическая иллюстрация варианта осуществления экструзионной мундштучной головки для изготовления цементированного композитного строительного изделия, имеющего проходящее в нем непрерывное сквозное отверстие;
на фиг. 1В изображены в перспективе варианты осуществления поперечных сечений экструдированных цементированных композитных строительных изделий;
на фиг. 2 представлена схематическая иллюстрация варианта осуществления процесса экструзии через валки для изготовления цементированного композитного строительного изделия.
Подробное описание осуществления
Было установлено, что могут быть получены цементированные композитные изделия со свойствами камня, которые могут быть использованы в качестве более дешевых и долговечных заменителей каменных изделий и твердых поверхностных изделий, например, столешницы рабочего кухонного стола, облицовочных плиток, изделий для наружных покрытий, кровельной черепицы и др., а также другие изделия, не имеющие архитектурного назначения, например, материалы заводского изготовления и формования. Используемая в настоящем раскрытии терминология предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления и не предполагает ограничения изобретения.
Термины заполнитель и фракция заполнителя относятся к компоненту бетона, в целом не обладающему гидравлической активностью. Фракция заполнителя обычно состоит из двух или более частиц разного размера, и часто разделяется на мелкий заполнитель и крупный заполнитель.
Используемые здесь термины мелкий заполнитель и мелкие заполнители относятся к твердым зернистым материалам с размером менее 5 мм.
Используемые здесь термины крупный заполнитель и крупные заполнители относятся к твердым зернистым материалам, задерживаемым ситом № 4 (С125 и С33 по стандарту Американского общества по испытаниям материалов - Л8ТМ, от англ. Лтейеаи δοοίοΙν Гог Тевйид Ма1епак). Примеры обычно используемых крупных заполнителей включают частицы камня размером 3/4 и 3/8 дюйма.
Термин многокомпонентный относится к упрочненным волокном цементирующим составам и из- 2 028213 готовленным из них экструдированным композитам, которые обычно включают три или более химически или физически отличающихся материала или фазы. Например, эти экструдируемые составы и получающиеся из них строительные изделия могут включать компоненты, например, модификаторы реологии, гидравлические цементы, другие гидравлически отверждаемые материалы, ускорители схватывания, замедлители схватывания, волокна, неорганические заполняющие материалы, органические заполняющие материалы, диспергирующие добавки, воду и другие жидкости. Материалы каждой из этих широких категорий придают приготовленным из них экструдируемым смесям, а также и конечному изделию, одно или более уникальных свойств. Внутри этих широких категорий возможно включение различных компонентов (например, два или более неорганических заполнителей или волокон), которые могут придать другие, хотя и взаимосвязанные, свойства экструдированному изделию.
Термины гидравлически схватывающийся состав и цементирующий состав относятся к широкой категории составов и материалов, содержащих гидравлически схватывающийся связующий элемент и воду, а также и другие компоненты, например, заполнители и волокна, независимо от степени имевшей место гидратации или выдерживания. При этом к цементирующим материалам относятся как гидравлические теста или гидравлически схватывающиеся составы в сыром состоянии (т.е. незатвердевшие, мягкие или формуемые), так и затвердевшее или схватившееся цементированное строительное изделие.
Термин однородный относится к равномерно перемешанному составу так, что два взятых наугад образца состава имеют приблизительно одинаковое количество, концентрацию и распределение компонента.
Термины гидравлический цемент, гидравлически схватывающееся связующее вещество, гидравлическое связующее вещество или цемент относятся к компоненту или комбинации компонентов с цементирующим или гидравлически схватывающимся составом, представляющим собой неорганическое связующее вещество, например портландцементы, зольную пыль и гипсы, которые затвердевают и отверждаются при смешивании с водой. Эти гидравлические цементы приобретают улучшенные механические свойства, например, твердость, прочность на сжатие, прочность на растяжение, прочность при изгибе, и поверхностное сцепление компонентов (например, сцепление заполнителя с цементом) при химической реакции с водой.
Термины гидравлическое тесто или цементное тесто относятся к смеси гидравлического цемента и воды в сыром состоянии, а также и к затвердевшему тесту в результате гидратации гидравлического связующего вещества. При этом, внутри гидравлически схватывающегося состава цементное тесто скрепляет отдельные твердые материалы, например, волокна, частицы цемента, заполнители и т.п.
Термины волокно и волокна включают как природные, так и синтетические волокна. Волокна, обычно имеющие аспектовое отношение, составляющее по меньшей мере 10:1, добавляются в экструдируемые цементирующие составы для увеличения энергии удлинения, изгиба, ударной вязкости и растрескивания, а также прочности при изгибе и растяжении получаемого экструдированного композита или конечного строительного изделия. Волокна снижают вероятность того, что сырой экструдат, экструдированные изделия и полученные из них затвердевшие или выдержанные изделия будут растрескиваться или разламываться под действием сил при операциях с ними, обработке или выдерживании. Волокна также могут поглощать воду и снижать эффективное отношение вода/цемент.
Термин упрочненный волокном относится к упрочненным волокном цементирующим составам, которые включают волокна для создания конструктивного упрочнения, повышающего механическую прочность сырого экструдата, экструдированных изделий и затвердевших или выдержанных изделий, а также изготовленных из них строительных изделий. Кроме того, ключевым словом является упрочненный, которое ясно отличает экструдируемые цементирующие составы, сырые экструдаты и выдержанные строительные изделия в соответствии с настоящим изобретением, от обычных схватывающихся составов и цементированных изделий. Волокна действуют, главным образом, как упрочняющие компоненты для повышения прочности на растяжение, гибкости и ударной вязкости строительных изделий, а также для упрочнения любых вырезанных или сформированных на них поверхностей. Благодаря практически однородному распределению волокон, строительные изделия не подвержены расслаиванию при воздействии влаги, как это происходит с изделиями, изготовленными по обычной технологии.
Термин механическое свойство включает свойство, переменную или параметр, используемый для характеристики механической прочности вещества, состава или изготавливаемого изделия. Соответственно механическое свойство может включать величину удлинения, изгиба или сжатия перед разрывом или разломом, напряжение и (или) деформацию перед разрывом, прочность на растяжение, прочность на сжатие, модуль Юнга, жесткость, твердость, деформацию, прочность, устойчивость и др.
Термины экструдат, экструдированная форма или экструдированное изделие включают любую известную или разработанную в будущем форму изделий, которые экструдируются с использованием экструдируемых цементирующих составов и способов, предложенных в настоящем раскрытии. Например, экструдированный композит может иметь форму столешницы рабочего кухонного стола, облицовочных плиток, изделий для наружного покрытия, кровельной черепицы. Кроме того, экструдированное строительное изделие может быть первоначально экструдировано в виде грубой формы с дальнейшей доводкой формы шлифовкой, фрезерованием или иной точной обработкой для получения закончен- 3 028213 ного изделия, которое также охватывается настоящими терминами.
Термин экструзия может включать процесс, в котором материал обрабатывается или продавливается сквозь отверстие или сквозь область, имеющую определенный размер так, что форма материала сопряжена с отверстием или областью. При этом продавливание экструдером материала сквозь отверстие мундштука пресс-формы может быть одной формой экструзии. Другой формой может быть экструзия через валки, когда состав продавливается сквозь группу валков. Экструзия через валки более подробно описана ниже со ссылкой на фиг. 2. В любом случае, экструзией называется процесс, используемый для придания формы прессуемому составу без использования резки, фрезерования, распиливания и т.п., который обычно включает продавливание или пропускание материала сквозь отверстие, имеющее заранее установленную площадь поперечного сечения.
Термины гидратированный или выдержанный относится к степени гидравлической реакции, достаточной для получения затвердевшего цементированного строительного изделия, набравшего значительную часть своей потенциальной или максимальной прочности. Тем не менее, цементирующие составы или экструдированные строительные изделия могут продолжать гидратирование или выдержку еще долго после того, как они достигли значительной твердости и большой части своей максимальной прочности.
Термины сырой, сырой материал, сырой экструдат или сырое состояние относятся к состоянию цементирующего состава, который еще не достиг существенного уровня своей окончательной прочности; однако, термин сырое состояние предназначен для обозначения состояния, в котором цементирующий состав обладает достаточной связывающей способностью для сохранения экструдированной формы перед гидратированием или выдержкой. При этом, только что экструдированный экструдат, состоящий из гидравлического цемента и воды, должен рассматриваться как сырой, пока не произойдет значительного затвердевания или выдержки. Сырое состояние не обязательно характеризуется четкой границей, показывающей, что произошло значительное затвердевание или выдержка, оно должно рассматриваться как состояние состава перед его существенной выдержкой. Таким образом, цементирующий состав находится в сыром состоянии после экструзии, пока он не подвергнется существенной выдержке.
Термин формоустойчивый относится к состоянию сырого экструдата непосредственно после экструзии, которое характеризуется тем, что экструдат обладает стабильной формой, и не деформируется под действием собственного веса. При этом сырой экструдат, обладающий формоустойчивостью, может сохранять свою форму при манипуляциях с ним и дальнейшей обработке.
Термин композит относится к формоустойчивому составу, состоящему из разных компонентов, например, волокон, модификаторов реологии, цемента, заполнителей, ускорителей схватывания и т.п. При этом композит формируется по мере нарастания твердости или формоустойчивости сырого экструдата, и из него может быть создано строительное изделие.
Термин аналогичный камню или со свойствами камня относится к цементирующим составам и конструкционным свойствам экструдированных цементированных композитов, обладающих твердостью по меньшей мере 4 единицы по Моосу, более желательно по меньшей мере примерно 5 единиц по Моосу, еще более желательно твердостью по меньшей мере примерно 6 единиц по Моосу и наиболее желательно твердостью 7 или 8 единиц по Моосу.
Согласно одной особенности, предложено цементированное композитное изделие со свойствами камня. Композитное изделие включает экструдируемый цементирующий состав. Величина твердости цементированного композитного изделия составляет по меньшей мере 4 единицы по Моосу, а его объемная плотность составляет по меньшей мере 1,3 г/см3. В предпочтительном варианте, цементированное композитное изделие обладает объемной плотностью примерно от 1,3 до 2,3 г/см3.
Экструдируемые цементирующие составы, используемые для создания цементрованного композитного изделия
Экструдируемые цементирующие составы, используемые для изготовления экструдированных цементированных композитных строительных изделий включают воду, гидравлический цемент, волокна, заполнитель, модификатор реологии и, при необходимости, ускоритель схватывания или замедлитель схватывания. Помимо этих компонентов экструдируемые цементирующие составы могут смешиваться с другими добавками для получения экструдированного цементированного композитного изделия, обладающего требуемыми свойствами, как это будет более подробно описано далее. В частности, состав цементированных композитных изделий выбирается так, чтобы получить большую твердость и прочность на сжатие, по сравнению с обычным бетоном, и большую ударную вязкость для лучшей имитации свойств камня и твердых материалов поверхности. Кроме того, цементированные композитные изделия в соответствии с настоящим изобретением обладают эластичностью в отличие от обычных изделий из камня.
А. Г идравлический цемент, вода и заполнители
Гидравлические цементы представляют собой материалы, которые могут схватываться и затвердевать в присутствии воды. В качестве цемента может использоваться портландцемент, модифицированный портландцемент или кладочный цемент. В данном раскрытии термином портландцемент охватыва- 4 028213 ются все цементирующие составы, имеющие высокое содержание трехкальциевого силиката, включая портландцемент, цементы, химически сходные или аналогичные портландцементу, и цементы, соответствующие стандарту С-150-00 ΑδΤΜ. Используемый в промышленности портландцемент представляет собой гидравлический цемент, получаемый измельчением в порошок клинкера, содержащего гидравлические кальциевые силикаты, кальциевые алюминаты и кальциевые алюмоферриты и обычно содержащего в одной или более формах сульфат кальция в качестве добавки при дроблении. Согласно стандарту С-150 ΆδΤΜ портландцементы разделяются на цементы типа I, II, III, IV и V. Другие гидравлически схватываемые материалы включают размельченный размолом доменный шлак, гидравлическую гидратированную известь, белый цемент, шлаковый цемент, кальциево-алюминатный цемент, силикатный цемент, фосфатный цемент, глиноземистый цемент, магнезиальный цемент, скважинные цементы (например, типов VI, VII и VIII) и комбинации этих и других аналогичных материалов.
Пуццолановые материалы, например шлак, зольная пыль класса Р, зольная пыль класса С и микрокремнезем, также могут считаться гидравлически схватываемыми материалами при их использовании в комбинации с обычными гидравлическими цементами, например, портландцементом. Пуццолан представляет собой кремнистый или алюмо-кремнистый материал, обладающий вяжущими свойствами, который, в присутствии воды и будучи в мелкодисперсной форме, вступает в химическую реакцию с гидроксидом кальция, полученным при гидратации портландцемента, с формированием гидратируемых материалов с вяжущими свойствами. К некоторым наиболее известным пуццоланам относятся диатомитовая земля, опалин, кремнистые сланцы, глины, сланцевые глины, зольная пыль, микрокремнезем, вулканические туфы, пемзы и трассы. Некоторые размельченные размолом доменные шлаки и зольные пыли с высоким содержанием кальция обладают как пуццолановыми, так и связующими свойствами. Зольная пыль определяется стандартом С618 ΑδΤΜ.
Количество гидравлического цемента и пуццоланового материала в экструдируемом цементирующем составе может меняться в зависимости от вида и концентрации других компонентов. Обычно, суммарное количество гидравлического цемента и пуццоланового материала находится в интервале примерно от 25 до 75 мас.% экструдируемого цементирующего состава, более желательно в интервале примерно от 35 до 65 мас.% экструдируемого цементирующего состава и наиболее желательно в интервале примерно от 40 до 60 мас.% экструдируемого цементирующего состава.
Короче говоря, внутри экструдированного изделия гидравлический цемент путем реакции с водой формирует цементное тесто или гель, в котором скорость реакции может быть существенно повышена посредством использования ускорителей схватывания или тепловым отверждением, а прочность и физические свойства цементированных композитных строительных изделий изменяются высоким содержанием волокон. Как правило, количество гидравлического цемента в выдержанном цементированном композите описывается по процентному содержанию в сухом состоянии (например,% от сухого веса или % от сухого объема). Количество гидравлического цемента может меняться в интервале примерно от 40 до 90% от сухого веса, более желательно примерно от 50 до 80% от сухого веса и наиболее желательно примерно от 60 до 75% от сухого веса. Следует иметь в виду, что в некоторых изделиях может использоваться больше или меньше гидравлического цемента, по необходимости и в зависимости от других составных частей.
Количество воды в различных составах, описанных в настоящем раскрытии, может изменяться в очень широком диапазоне. Например, количество воды в экструдируемом цементирующем составе и сыром экструдате может составлять от примерно 15 мас.% экструдируемого цементирующего состава до примерно 75 мас.% экструдируемого цементирующего состава, более желательно примерно от 35 до 65 мас.% и наиболее желательно примерно от 40 до 60 мас.% экструдируемого цементирующего состава. С другой стороны, выдержанный композит или затвердевшее цементированное композитное изделие может включать свободную воду в количестве менее 10 мас.%, более желательно менее примерно 5 мас.% и наиболее желательно менее примерно 2 мас.%. Однако дополнительная вода может быть связана модификатором реологии, волокнами или заполнителями.
Количество воды в экструдате во время быстрой реакции должно быть достаточным для выдерживания или гидратации с тем, чтобы обеспечить получение заданных свойств, приведенных в настоящем раскрытии. Тем не менее, поддержание относительно низкого отношения вода/цемент увеличивает прочность конечных цементированных композитных изделий. Соответственно, фактическое или номинальное отношение вода/цемент обычно исходно составляет примерно от 0,1 до 0,6.
Хотя в цементированных композитных строительных изделиях желательно достижение свойств, аналогичных свойствам камня, плотность цементированных строительных изделий, полученных способами в соответствии с настоящим изобретением, оказывается более низкой, в сравнении с природным камнем и изделиями с твердой поверхностью. В частности, цементированные композитные строительные изделия имеют плотность, составляющую по меньшей мере примерно от 1,3 до 3,0 г/см3, более желательно по меньшей мере примерно от 1,3 до 2,5 г/см3 и еще более желательно примерно от 1,6 до 1,7 г/см3.
В экструдируемый цементирующий состав также включаются заполнители для придания твердости цементированным композитным изделиям. В частности, обычно включаются более прочные, твердые
- 5 028213 заполнители, поскольку такие заполнители снижают прочность теста цементированных композитных изделий в меньшей степени, чем у обычных изделий.
Заполнитель включает как мелкий, так и крупный заполнитель. Примером подходящих материалов крупного и (или) мелкого заполнителя могут служить окись кремния, кварц, скругленная мраморная крошка, стеклянные сферы, гранит, известняк, боксит, кальцит, полевой шпат, шлих или любой иной долговечный заполнитель и их смеси. В предпочтительном варианте осуществления, мелкие заполнители состоят преимущественно из песка, а крупные заполнители состоят преимущественно из камня (например камня размером 3/8 дюйма и 3/4 дюйма), что должно быть известно специалистам.
Согласно одной особенности экструдируемый цементирующий состав (и цементированное композитное изделие) включает крупный заполнитель двух отличающихся размеров (т.е. более крупный и менее крупный заполнитель). В частности, экструдируемый цементирующий состав может включать более крупный заполнитель, например, камень размером 3/4 дюйма, и менее крупный заполнитель, например, камень размером 3/8 дюйма.
Следует иметь в виду, что хотя здесь рассмотрены крупные заполнители двух размеров, в рамках настоящего раскрытия может быть получен экструдируемый цементирующий состав, имеющий либо только менее крупный, либо только более крупный заполнитель.
Б. Волокна
Экструдируемые цементирующие составы и экструдированные цементированные композитные строительные изделия имеют относительно высокую концентрацию волокон, в сравнении с обычными бетонными составами. Более того, волокна, как правило, существенно однородно распределены по цементирующему составу с тем, чтобы в максимальной мере достичь положительного влияния волокон на свойства материала. Волокна необходимы для конструктивного упрочнения экструдируемого цементирующего состава, сырого экструдата и цементированного композитного строительного изделия.
Волокна различных типов могут быть использованы для получения специальных свойств. Например, цементирующие составы могут содержать природные органические волокна, извлекаемые из пеньки, хлопка, листьев и стеблей растений, твердой древесины, мягкой древесины и т.п., волокон, получаемых из органических полимеров, например, полиэфирного нейлона (т.е. полиамида), поливинилового спирта (ПВС), полиэтилена и полипропилена, и (или) неорганические волокна, например, стеклянные, графитовые, кремниевые, силикатные, микрочастицы стекла, устойчивость к щелочи которых обеспечивается тетраборатом натрия, керамические, угольные, карбидные, из металлических материалов и т.п. К предпочтительным волокнам относятся, например, стеклянные волокна, волластонит, пенька, отходы сахарного тростника, волокно древесины (например, сосна Ламберта, южная сосна, ель и эвкалипт), хлопковое, нитрида кремния, карбида кремния, карбида вольфрама и Кевлар; могут однако быть использованы и волокна других типов.
Волокна, используемые в приготовлении цементирующих составов, могут иметь большое отношение длины к толщине (или аспектовое отношение), поскольку более длинные и тонкие волокна обычно придают большую прочность на единицу веса конечному цементированному композитному строительному изделию. Волокна могут иметь среднее аспектовое отношение по меньшей мере примерно 10:1, желательно, по меньшей мере примерно 50:1, более желательно, по меньшей мере примерно 100:1, и наиболее желательно, больше примерно 200:1.
В одном варианте могут использоваться волокна различной длины, например примерно от 0,1 до 2,5 см, более желательно примерно от 0,2 до 2 см и наиболее желательно примерно от 0,3 до 1,5 см. В одном варианте осуществления могут использоваться волокна длиной менее примерно 5 мм, более желательно менее примерно 1,5 мм и наиболее желательно менее примерно 1 мм.
В одном варианте в цементирующие составы могут примешиваться очень длинные или непрерывные волокна. Под длинным волокном в данном случае подразумевается тонкое длинное синтетическое волокно, длина которого превышает примерно 2,5 см. При этом длинные волокна могут иметь длины от примерно 2,5 до 10 см, более желательно примерно от 3 до 8 см и наиболее желательно примерно от 4 до 5 см.
Концентрация волокон в экструдируемых цементирующих составах может меняться в широких пределах для придания различных свойств экструдированному составу и конечному цементированному композитному изделию. Как правило, волокна в экструдируемом составе могут присутствовать в количестве, превышающем примерно 1 об.% экструдируемого цементирующего состава, более желательно более примерно 2 об.%, еще более желательно более примерно 3 об.% и еще более желательно примерно от 3 до 20 об.% и наиболее желательно примерно от 3,5 до 8,5 об.% экструдируемого цементирующего состава.
Кроме того, количество конкретных волокон в составе может отличаться. Например, в одном варианте осуществления, ПВС в экструдируемом цементирующем составе может присутствовать в количестве примерно от 1,5 до 3,5 об.% экструдируемого цементирующего состава. Мягкая и (или) твердая древесина, например волокно целлюлозы, может присутствовать в экструдируемом цементирующем составе в количествах, приведенных выше в отношении волокон вообще, либо присутствовать в количестве примерно от 1,5 до 5,0 об.% экструдируемого цементирующего состава.
- 6 028213
В одном варианте осуществления тип волокна может выбираться с учетом требующихся конструктивных свойств конечного изделия, состоящего из цементированного композитного изделия, при этом может быть более предпочтительным использовать плотные синтетические волокна в сравнении с легкими природными волокнами и наоборот. Как правило, удельный вес природных волокон или волокон мягких пород дерева составляет примерно 1,2. С другой стороны, синтетические волокна могут иметь удельный вес в интервале от примерно 1 для полиуретанового волокна, примерно 1,3 для ПВС волокна, примерно 1,5 для Кевларового волокна, примерно 2 для волокна из графита и кварцевого стекла, примерно 2,3 для стеклянного волокна, примерно 3,2 для волокна из карбида кремния и нитрида кремния, примерно 7-9 для большинства металлов, примерно 8 для волокна из нержавеющей стали, примерно 5,7 для циркониевого волокна, до примерно 15 для волокна из карбида вольфрама. При этом природные волокна обычно имеют плотность 1 или менее, а синтетические волокна обычно имеют плотность примерно от 1 до 15.
В одном варианте осуществления, смесь длинных волокон правильной формы, например, волокон сосны, ели или иных природных волокон, может быть скомбинирована с микроволокном, например, волластонита, или стеклянным микроволокном, для получения уникальных свойств, включая повышенную ударную прочность, гибкость и прочность при изгибе, когда более длинные и более короткие волокна действуют на разных уровнях в цементирующем составе.
С учетом сказанного, волокна добавляются в сравнительно большом количестве для того, чтобы получить цементированное композитное строительное изделие, имеющее повышенную прочность на растяжение, удлинение, изгиб, способность к деформации и гибкость. Благодаря волокнам, цементированное композитное строительное изделие может пилиться, шлифоваться и фрезероваться как камень, и в него могут ввинчиваться шурупы.
В. Модификатор реологии
В одном или более предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения экструдируемые цементирующие составы и цементированные композитные строительные изделия включают вещество, влияющее на пластическую деформацию (модификатор реологии). Модификатор реологии может быть смешан с водой и волокнами для обеспечения большей степени равномерности (или однородности) распределения волокон в цементирующем составе. Кроме того, модификатор реологии может придать экструдату свойство формоустойчивости. Отчасти, это происходит благодаря тому, что модификатор реологии действует как связующее вещество, когда состав находится в сыром состоянии, повышая его прочность для проведения с ним различных манипуляций и его обработки без использования прессформ и других устройств для сохранения формы. Модификатор реологии помогает управлять пористостью (т.е. образует однородно распределенные поры при удалении воды ее испарением). Кроме того, модификатор реологии может сообщать повышенную ударную прочность и гибкость выдержанному цементированному композитному изделию, что дает улучшенные характеристики изгиба. При этом модификатор реологии взаимодействует с другими компонентами состава для получения более деформируемого, податливого, гибкого, уплотняемого, прочного и (или) эластичного цементированного строительного изделия.
Например, на свойства экструдируемого состава, сырого экструдата и цементированных композитных строительных изделий могут влиять изменения типа, молекулярного веса, степени разветвления, количества и распределения модификатора реологии. При этом в качестве модификатора реологии может использоваться любой полисахарид, белковый материал и (или) синтетический органический материал, способный быть модификатором реологии или обеспечивающий описанное здесь управление пластической деформацией. Примерами подходящих полисахаридов, в частности целлюлозных эфиров, служат метилгидроксиэтилцеллюлоза, гидроксиметилэтилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза, метилцеллюлоза, этилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза и гидроксиэтилпропилцеллюлоза, крахмалы, например, амилопектин, амилоза, ацетаты крахмала, гидроксиэтил эфиры крахмала, ионные крахмалы, алкил крахмалы с длинными цепями, амины крахмала, фосфаты крахмала и диальдегиды крахмала, высокомолекулярные полисахариды, например, сигель, альгиновая кислота, фикоколлоиды, агар, аравийская камедь, гуаровая камедь, смола плодоворожкового дерева, камедь карайи, трагакантовая камедь и т.п. Примерами белковых материалов могут служит коллагены, казеины, биополимеры, биополиэфиры и т.п. Примерами синтетических органических материалов, которые могут способствовать модификации реологии, могут служить полимеры на нефтяной основе (например, полиэтилен, полипропилен), латексы (например, стирол-бутадиен) и биоразлагаемые полимеры (например, алифатические полиэфиры, полиоксиалканаты, полиоксипропионовая кислота, поликапролактон), поливинилхлорид, поливиниловый спирт, поливинилацетат. Глина также может выступать в роли модификатора реологии, способствуя дисперсии волокон и (или) сообщая формоустойчивость сырому промежуточному экструдату.
Количество модификатора реологии в экструдируемом цементирующем составе и цементированном строительном изделии может определяться концентрациями от низкой до высокой, в зависимости от типа, степени разветвления, молекулярного веса и (или) взаимодействия с другими компонентами состава. Например, количество модификатора реологии, имеющееся в экструдируемых цементирующих составах, может составлять примерно от 0,1 до 4 об.% экструдируемых цементирующих составов, жела- 7 028213 тельно, примерно от 0,25 до 2 об.%, более желательно примерно от 0,5 до 1,5 об.% и наиболее желательно примерно от 0,75 до 1 об.% экструдируемых цементирующих составов. Количество модификатора реологии в выдержанных цементированных композитных изделиях может составлять примерно от 0,5 до 1 об.%.
Дополнительными примерами синтетических органических материалов, представляющих собой пластификаторы, обычно используемые вместе с модификаторами реологии, могут служить поливинилпирролидоны, полиэтиленгликоли, поливиниловые спирты, поливинилметил эфиры, полиакриловые кислоты, соли полиакриловых кислот, поливинилакриловые кислоты, соли поливинилакриловых кислот, полиакриламиды, полимеры этиленоксида, полиоксипропионовая кислота, синтетическая глина, стиролбутадиеновые сополимеры, латекс, их сополимеры, их смеси и т.п. Например, количество пластификаторов в экструдируемом цементирующем составе может изменяться от полного отсутствия пластификатора до содержания пластификатора, составляющего примерно 40 мас.%, более желательно примерно от 1 до 35 мас.%, еще более желательно примерно от 2 до 30 мас.% и наиболее желательно примерно от 5 до 25 мас.%.
Г. Наполнитель
В одном варианте осуществления экструдируемый состав, промежуточный сырой экструдат и выдержанное цементированное композитное изделие могут включать наполнители. В альтернативном варианте, имеются примеры того, как наполнители специально не используются. Наполнители, если они вообще используются, обычно содержатся в небольших количествах и, главным образом, для снижения стоимости экструдированных изделий. Поскольку желательно получить экструдированные изделия в виде строительных материалов со свойствами камня, наполнители должны выбираться так, чтобы изделие не было слишком мягким и плохо обрабатываемым. Примером наполнителей могут служить твердый силикат, стекло, базальт, гранит, обожженный боксит. Дополнительные данные, относящиеся к типам и количеству наполнителей, которые могут быть использованы в цементирующих составах, известны специалистам. Наполнители также могут быть выбраны с учетом сообщаемых ими художественных или эстетических свойств цементированным композитным изделиям.
В одном варианте осуществления экструдируемые цементирующие составы могут включать самое разное количество наполнителей. В частности, при использовании наполнителей, каждый из них может независимо присутствовать в количестве менее примерно 10 мас.% экструдируемого цементирующего состава, желательно менее примерно 7 мас.%, еще более желательно менее примерно 3 мас.% и наиболее желательно примерно от 2 до 12 мас.% экструдируемого цементирующего состава.
В одном варианте осуществления выдержанные цементированные композитные изделия могут включать самые разные количества наполнителей. В частности, при использовании наполнителей каждый из них может независимо присутствовать в количестве менее примерно 15 мас.%, желательно менее примерно 10 мас.%, еще более желательно менее примерно 5 мас.% и наиболее желательно примерно от 3 до 15 мас.%. В некоторых случаях, наполнители, например известняк, могут составлять примерно 70 мас.%. Например, в выдержанном цементирующем составе вермикулит может составлять примерно от 2 до 20 мас.% и желательно примерно от 3 до 16 мас.%.
Д. Добавки и другие материалы
Самые разнообразные добавки и другие материалы могут быть введены в экструдируемые цементирующие составы для придания им и полученным из них цементированным композитным изделиям требуемых свойств. Примером добавок, которые могут быть использованы в экструдируемых цементирующих составах в соответствии с настоящим изобретением, могут служить ускорители схватывания, воздухововлекающие добавки, упрочняющие амины и другие упрочняющие добавки, диспергирующие добавки, добавки, снижающие водопотребность, суперпластификаторы, связывающие воду добавки, модификаторы вязкости, замедлители коррозии, пигменты, увлажняющие вещества, водорастворимые полимеры, водоотталкивающие материалы, уплотняющие добавки, средства, способствующие нагнетанию, фунгициды, гермициды, инсектициды, высокодисперсные минеральные добавки, добавки, ослабляющие щелочную реакцию, связующие вещества, зародыши кристаллизации, летучие растворители, соли, буферные вещества, кислотные добавки, окрашивающие добавки и т.п., и их смеси, а также и другие добавки.
В экструдируемый цементирующий состав, промежуточный сырой экструдат и цементированное композитное строительное изделие может быть добавлен ускоритель схватывания. Согласно настоящему описанию ускоритель схватывания может включаться для снижения продолжительности индукционного периода или ускорения начала процесса быстрой реакции. Соответственно могут быть использованы традиционные ускорители схватывания, например, МдО2, ЫаСО3, КСО3, СаС12 и т.п., хотя их использование может привести к снижению прочности при сжатии цементированного композитного строительного изделия. Это, однако, может быть и полезным побочным следствием при получении изделия, которое можно пилить, забивать в него гвозди, шлифовать и фрезеровать как камень. Например, традиционные ускорители схватывания могут присутствовать в сыром промежуточном экструдате в количестве примерно от 0,001 до 5 мас.% от общего веса, более желательно примерно от 0,05 до 2,5 мас.% и наиболее желательно примерно от 0,11 до 1 мас.%.
- 8 028213
Также, при необходимости, могут быть использованы ингибиторы, также называемые замедлителями реакции, добавками для замедления схватывания или управления гидратацией, для замедления, отнесения на другое время или снижения скорости гидратации цемента. Кроме того, ингибиторы могут поддерживать постоянный уровень реологии, препятствуя нарастанию материала в экструдере. Они могут добавляться в экструдируемый состав, сырой экструдат и цементированное композитное строительное изделие. В качестве примера ингибиторов можно привести лигносульфонаты и их соли, гидроксилированные карбоновые кислоты, тетраборат натрия, глюконовую кислоту, виннокаменную кислоту, муциновую кислоту, и другие органические кислоты и их соответствующие соли, фосфонаты, моносахариды, дисахариды, трисахариды, полисахариды, некоторые другие карбогидраты, например, сахара и сахарные кислоты, крахмалы и их производные, целлюлозу и ее производные, водорастворимые соли борной кислоты, водорастворимые соли кремнийорганических соединений, сахарные кислоты, и их смеси. В качестве примера ингибитора можно привести имеющиеся на рынке продукты под торговым названием Όβίνο®, производства компании Ма81егЪшМег8 (подразделение химической компании ВА8Р, Кливленд, шт. Огайо).
Воздухововлекающие добавки представляют собой соединения, которые удерживают микроскопические воздушные пузырьки в цементирующих составах, которые затем затвердевают, образуя цементированные композитные изделия, имеющие микроскопические воздушные полости. Вовлеченный воздух значительно повышает долговечность изделия, подвергаемого воздействию влаги с циклическим замерзанием и оттаиванием. Воздухововлекающие добавки в низкой концентрации также могут уменьшить поверхностное натяжение экструдируемого цементирующего состава. Вовлеченный воздух также может повысить способность экструдируемых цементирующих составов подвергаться обработке и сокращает расслоение и выделение воды или цементного молока на поверхности. Примерами подходящих воздухововлекающих добавок служат древесная смола, сульфонированный лигнин, нефтяные кислоты, белковые материалы, жирные кислоты, смоляные кислоты, алкилбензолсульфонаты, сульфонированные углеводороды, винсоловая смола, анионные поверхностно-активные вещества, катионные поверхностно-активные вещества, неионные поверхностно-активные вещества, природная смола, синтетическая смола, неорганические воздухововлекающие добавки, синтетические моющие средства, соответствующие соли этих соединений и смеси этих соединений.
Воздухововлекающие добавки вводятся в количестве, необходимом для получения нужного содержания воздуха в экструдируемом цементирующем составе.
В другом альтернативном варианте осуществления в составе бетона отсутствуют какие-либо воздухововлекающие добавки, но имеется большое количество суперпластификатора, как это будет показано ниже.
Упрочняющие амины представляют собой соединения, улучшающие прочность при сжатии цементированных композитных изделий, изготовленных из экструдируемых цементирующих составов. Упрочняющие амины включают одно или более соединений из группы, выбранной из поли(гидроксиалкилированных) полиэтиленаминов, поли(гидроксиалкилированных) этиленполиаминов, поли(гидроксиалкилированных) полиэтилениминов, поли(гидроксилалкилированных) полиаминов, гидразинов, 1,2диаминопропана, полигликолевый диамина, поли(гидроксилалкил)аминов и их смесей. Примером упрочняющего амина может служить 2,2,2,2 тетрагидроксипиперазин.
Диспергирующие добавки в экструдируемых цементирующих составах используются для повышения их текучести без добавления воды. Диспергирующие добавки могут быть использованы для снижения содержания воды в экструдируемом цементирующем составе для увеличения прочности без добавления дополнительной воды. Может использоваться любая подходящая диспергирующая добавка, например, лигносульфонаты, бета-нафталиновые сульфонаты, сульфонированные меламинформальдегидные конденсаты, полиаспартаты, поликарбоксилаты с полиэфирными звеньями, смолы нафталиновых сульфонатных формальдегитных конденсатов или олигомерные диспергирующие добавки. В зависимости от типа диспергирующей добавки, она может действовать как пластификатор, суперпластифицирующая добавка, флюидизатор, противофлоккулирующая добавка и (или) суперпластификатор.
Диспергирующие добавки одного класса включают пластификаторы среднего уровня воздействия. Пластификаторы среднего уровня воздействия должны, по меньшей мере, соответствовать требованиям для Типа А стандарта С 494 А8ТМ.
Диспергирующие добавки другого класса включают суперпластифицирующие добавки - пластификаторы высокого уровня воздействия НРАВ (от англ. Ыдй гапде \\а1ег-ге4иеег). Эти диспергирующие добавки способны снизить содержание воды в данном экструдируемом цементирующем составе на примерно 10-50%. НРАВ могут быть использованы для увеличения прочности или для значительного увеличения подвижности массы для получения текучего экструдируемого цементирующего состава без введения дополнительной воды. НРАР, который может быть использован в настоящем раскрытии, включает те добавки, которые соответствуют стандартам А8ТМ С 494 и типам Р и О, и типам 1 и 2 стандарта А8ТМ С 1017. Примеры НРАР описаны в И8 6858074, включенном в настоящее описание посредством ссылки в части, соответствующей настоящему раскрытию.
Гидроизоляционные добавки снижают проницаемость экструдируемого цементирующего состава,
- 9 028213 имеющего низкие содержания цемента, высокие отношения вода/цемент или недостаток мелких частиц в заполнителе. Эти добавки замедляют проникновение влаги в сухой бетон и включают некоторые мыла, стеараты и нефтепродукты.
Уплотняющие добавки используются для снижения скорости прохождения воды под давлением сквозь экструдируемый цементирующий состав (и цементированные композитные изделия). Для снижения проницаемости экструдируемого цементирующего состава могут быть использованы микрокремнезем, зольная пыль, молотый шлак, природные пуццоланы, добавки, снижающие потребность в воде, и латекс.
Добавки для снижения усадки включают сульфат щелочного металла, сульфаты щелочноземельных металлов, оксиды щелочноземельных металлов, например, сульфат натрия и оксид кальция.
Высокодисперсные минеральные добавки представляют собой материалы в порошковой или тонкоизмельченной форме, добавляемые в экструдируемые цементирующие составы перед смешиванием или в процессе смешивания для улучшения или изменения некоторых свойств портландцемента в пластичном или затвердевшем состоянии. Высокодисперсные минеральные добавки могут классифицироваться по их химическим или физическим свойствам: цементирующие материалы: пуццоланы; пуццолановые и цементирующие материалы; и номинально инертные материалы. Номинально инертные материалы включают высокодисперсное кварцевое сырье, доломиты, известняк, мрамор, гранит и другие материалы.
Природные и синтетические добавки используются для окрашивания экструдируемого цементирующего состава для придания эстетических свойств или в целях безопасности. Красящие добавки обычно состоят из пигментов и включают углеродную сажу, оксид железа, фталоцианин, умбру, оксид хрома, оксид титана и кобальтовую синь.
В одном варианте осуществления, существенно выдержанное цементированное композитное изделие, упрочненное волокнами, может быть покрыто защитным или изолирующим материалом, например, краской, протравой, лаком, текстурирующим покрытием и т.п. При этом покрытие может наноситься на цементированное композитное строительное изделие после его достаточной выдержки. Например, цементированное строительное изделие может быть протравлено так, что волокна на его поверхности будут иметь оттенок, отличающийся от оттенка остальной части изделия, и (или) по текстуре будет напоминать изделие из камня.
На поверхность и (или) в цементирующий состав могут быть введены герметизирующие материалы, используемые в бетонной промышленности, для обеспечения влагостойкости. К этим материалам относятся силаны и силоксаны.
Изготовление цементированных композитных изделий
На фиг. 1А схематически иллюстрируется вариант осуществления технологической системы и оборудования, которые могут быть использованы при формировании экструдируемого цементирующего состава, сырого промежуточного экструдата, цементированного композитного изделия и (или) цементированного композитного строительного изделия. Следует отметить, что это только один показанный пример, использованный для описания в целом технологической системы и оборудования, в которой могут быть сделаны многочисленные добавления и модификации для изготовления цементированных композитных изделий (и строительных изделий). Кроме того, это схематическое представление не должно восприниматься как ограничивающее изобретение в отношении наличия, расположения, формы, ориентации или размера какого-либо из его описываемых элементов. Далее приводится более подробное описание системы и оборудования для приготовления цементирующих составов, а также цементированных композитных строительных изделий, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 1А представлен вариант осуществления экструзионной системы 10 в соответствии с настоящим изобретением. Такая экструзионная система 10 включает первый смеситель 16, при необходимости, второй смеситель 18 и экструдер 24. Первый смеситель 16 предназначен для приема по меньшей мере одного подводимого материала посредством по меньшей мере первого подводимого потока 12 для его замешивания в первую смесь 20 (например, в одном варианте осуществления первая смесь 20 представляет собой волокнистую смесь, описанную выше). После достаточного перемешивания, которое может выполняться с большой скоростью сдвига при поддержании температуры ниже температуры ускорения гидратации, первая смесь 20 извлекается из первого смесителя 16, когда поток материала готов для дальнейшей обработки.
Посредством приготовления первой смеси 20 отдельно от дополнительных компонентов, соответствующие смешанные компоненты могут быть однородно распределены по составу. Например, в предпочтительном варианте волокна однородно перемешиваются с по меньшей мере модификатором реологии и водой до их соединения с другими компонентами. При этом модификатор реологии, волокна и (или) вода смешиваются при большой сдвиговой скорости с тем, чтобы повысить однородность распределения волокон в смеси. Модификатор реологии и вода образуют пластическую композицию, имеющую высокое напряжение текучести и вязкость, обеспечивающие передачу сдвиговых сил от перемешивателя на уровень волокна. Таким путем, волокна могут быть однородно распределены по смеси при использовании значительно меньшего количества воды, чем требуется в традиционных технологиях, в которых
- 10 028213
99% воды требуются для распределения волокон.
Дополнительный второй смеситель 18 имеет второй подводимый поток 14, подающий материал для перемешивания во втором смеситель 22, где это перемешивание может быть усилено введением нагревательного элемента. Например, второй смеситель 18 может принимать и перемешивать дополнительные компоненты, например, дополнительную воду, ускорители схватывания, гидравлический цемент, пластификаторы, заполнители, зародыши кристаллизации, диспергирующие добавки, полимерные связующие вещества, летучие растворители, соли, буферные вещества, кислотные вещества, красители, наполнители и т.п., перед объединением их с другими компонентами, для формирования экструдируемого цементирующего состава. Второй смеситель 18 не является обязательным, поскольку дополнительные компоненты могут быть смешаны с волокнистой смесью в первом смесителе 16.
На представленном схематическом изображении экструдер 24 включает шнек 26 экструдера, дополнительные нагревательные элементы (не показаны) и мундштучную головку 28 с отверстием 30 мундштука. В вариантах выполнения экструдер может быть одношнековый, двухшнековый и (или) поршневого типа. После того как первая смесь 20 и вторая смесь 22 входят в экструдер, они могут быть объединены и смешаны в экструдируемый цементирующий состав.
При смешивании компонентов между различными компонентами создается граница раздела, например, модификатором реологии и волокнами, которая позволяет отдельным волокнам расходиться друг от друга. Благодаря повышению вязкости и сопротивления текучести посредством модификатора реологии, большее количество волокон может быть достаточно однородно распределено в смеси и конечном выдержанном изделии. Кроме того, сцепление между различными компонентами может быть повышено с тем, чтобы увеличить силы, действующие между частицами, и капиллярные силы, для улучшения перемешивания и формоустойчивости после экструзии. Например, сцепление между различными компонентами может быть уподоблено глине с тем, чтобы сырой экструдат мог быть помещен на гончарный круг и обработан как обычная глина, из которой делаются гончарные изделия.
В одном варианте осуществления дополнительные подводимые потоки (не показаны) могут быть расположены в любом месте по длине экструдера 24. Наличие дополнительных подводимых потоков позволяет в процессе изготовления добавлять некоторые компоненты в любом месте так, чтобы модифицировать характеристики экструдируемого цементирующего состава во время смешивания и экструзии, а также характеристики сырого промежуточного экструдата после экструзии. Например, в одном предпочтительном варианте можно подать в состав ускоритель схватывания в течение промежутка от 60 мин до примерно одной секунды перед экструзией. Более желательно замешивать в состав ускоритель схватывания в пределах примерно от 45 мин до 5 с перед экструзией, еще более желательно в течение промежутка примерно от 30 мин до 8 с и наиболее желательно в течение промежутка примерно от 20 мин до 10 с. Это позволяет получить повышенную формоустойчивость сырого промежуточного экструдата и укороченный индукционный период перед началом периода быстрой реакции.
На фиг. 1А также показано, что по мере продвижения экструдируемого цементирующего состава к концу экструдера 24, он проходит сквозь мундштучную головку 28 до его экструзии через отверстие 30 мундштука. Мундштучная головка 28 и отверстие 30 мундштука могут быть сделаны любой формы или расположения для того, чтобы выдать промежуточный сырой экструдат (также называемый здесь сырым экструдатом или экструдатом), который может быть подвергнут дальнейшей обработке или превращен в законченное цементированное композитное строительное изделие. В показанном варианте осуществления желательно, чтобы отверстие 30 мундштука было круглым с тем, чтобы экструдат 32 имел форму стержня. Другие частные примеры форм поперечного сечения показаны на фиг. 1В, включая шестиугольную 42, прямоугольную 44, квадратную 46 или двутавровую 48 формы. Экструдируемые изделия отличаются тем, что приобретают формоустойчивость в сыром состоянии немедленно после экструзии. Другими словами, экструдат может быть немедленно подвергнут обработке без деформации, при этом обработка может включать резание, распиловку, профилирование, шлифовку, фрезерование, формование, сверление и т.п. При этом экструдат в сыром состоянии не требует выдерживания перед формированием размеров или формы законченного цементированного композитного строительного изделия. Например, обработка в сыром состоянии может включать следующее: (а) изготовление, посредством фрезерования, распиловки, разрезки, шлифовки и т.п., поверхностей, аналогичных каменной, обладающих определенными размерами, например, шириной, толщиной, длиной, радиусом, диаметром, текстурой и др.; (б) сгибание экструдата так, чтобы формировать криволинейное цементированное изделие, которое может иметь любые размеры и форму, например, криволинейную столешню рабочего кухонного стола или кромку, и другие декоративные и (или) конструктивные элементы; (в) создание изделий, имеющих длину 6 футов 9 дюймов, 8 футов 8 дюймов, 9 футов 1 дюйм, 27 футов, 40 футов, 41 фут, 60 футов, 61 фут, 80 футов, 81 фут и т.д.; (г) текстурирование валиками, которые могут создавать на цементированном композитном строительном изделии поверхность, аналогичную поверхности камня или мрамора; (д) окрашивание, нанесение влагозащитных и других покрытий, которые могут состоять из силанов, силоксанов, латекса и т.п.; и (е) транспортировку, отгрузку или иные перемещения и (или) погрузочно-разгрузочные операции. Кроме того, отходы, полученные при обработке в сыром состоянии, могут быть помещены в подаваемые в экструдер составы и подвергнуты повторной обработке. Таким образом, сырые цементи- 11 028213 рующие отходы могут быть повторно использованы, что может существенно снизить производственные затраты.
На фиг. 1Б схематически показана мундштучная головка 29, которая может быть использована в экструзионном процессе, представленном на фиг. 1А. При этом мундштучная головка 29 включает отверстие 30 мундштука с элементом 31 формирования отверстия. Элемент 31 формирования отверстия может быть круглым, как показано на чертеже, либо может иметь поперечное сечение любой формы. При этом элемент 31 формирования отверстия может формировать отверстие в экструдате, как это показано на фиг. 1В. Поскольку экструдат обладает формоустойчивостью немедленно после экструзии, отверстие может сохранять размер и форму элемента 31 формирования отверстия. Кроме того, в уровне техники известны различные мундштучные головки, элементы формирования отверстия которых позволяют получать кольцевые экструдаты, которые, при необходимости, могут быть адаптированы и модифицированы для экструзионных процессов в соответствии с настоящим изобретением.
Дополнительные варианты осуществления экструдатов 40 представлены на фиг. 1В. Соответственно мундштучная головка и отверстие мундштука, показанные на фиг. 1А и 1Б, могут быть изменены или модифицированы так, чтобы получить экструдаты 40, имеющие различные поперечные сечения, при этом поперечное сечение экструдата 40 может быть, по существу, таким же, как и поперечное сечение отверстия мундштука. Например, поперечное сечение может представлять собой шестиугольник 42, прямоугольник 44 (например, с размером сторон два на четыре дюйма, один на десять дюймов и т.д.), квадрат 46, двутавр 48 или цилиндр 50, и, при желании, экструдат может иметь непрерывное отверстие 49. Кроме того, посредством экструзии могут быть получены и другие формы поперечного сечения. В частности, головка мундштука и отверстие мундштука, показанные на фиг. 1Б, могут быть использованы так, что шестиугольник 42, прямоугольник 44, квадрат 46, двутавр 48 или цилиндр 50 могут, при желании, включать непрерывные круглые отверстия 51, прямоугольные отверстия 53, квадратные отверстия 57 и др. Кроме того, для получения цилиндра 50, имеющего непрерывное отверстие 49 и несколько более мелких отверстий 51, могут быть использованы сложные мундштучные головки и отверстия. Более того, любое поперечное сечение общей формы может быть обработкой превращено в сечение специальной формы, например, квадратное с соотношением сторон 4x4 может быть преобразовано в сечение с соотношением 2x4. В альтернативном варианте, через отверстие мундштука можно получать изделие с запасом по размеру, которое в дальнейшем обрезается до требуемых размеров, для обеспечения большей однородности.
Соответственно описанные выше процессы могут быть использованы для экструзии строительных изделий с одним или более непрерывными отверстиями для снижения веса изделий. Например, материал столешни рабочего стола, может быть экструдирован с одним или более отверстиями, в которые может быть вставлен арматурный профиль, либо в еще сыром состоянии, либо после отверждения. В случае выдержанного материала столешни, арматурный профиль может удерживаться внутри отверстия эпоксидной смолой или другим связующим веществом, обеспечивающим сильное сцепление между арматурным профилем и доской. Например, цилиндр 50 на фиг. 1В, также как и другие формы, может быть изготовлен в виде крупных столешен. Эти конструкции могут при необходимости могут включать большое внутреннее отверстие 49 для снижения массы и стоимости, а также отверстия 51 меньшего размера в стенке, позволяющие ввести упрочняющий арматурный профиль, как показано на чертеже.
В одном варианте осуществления экструдируемый цементирующий состав перед экструзией подвергается деаэрации. В то время как в некоторых технологиях используются специальные деаэрирующие процессы для удаления значительного количества воздуха из экструдируемого цементирующего состава, в других случаях воздух может удаляться в процессе смешивания, происходящем в экструдере. В любом случае, активная или пассивная деаэрация позволяет получить экструдат, в котором отсутствуют большие воздушные полости или сотовая структура. В целом, желательно подвергать деаэрации экструдируемый цементирующий состав, поскольку этим снижается пористость состава и, благодаря этому, повышается прочность конечного изделия. Например, деаэрированный цементирующий состав может содержать вовлеченный воздух в количестве примерно от 0 до 10%, более желательно примерно от 0,1 до 5% и наиболее желательно примерно от 0,2 до 3%. Таким образом, экструдат и получающееся цементированное композитное строительное изделие могут быть изготовлены так, чтобы бы быть, по существу, или полностью свободными от каких-либо многоячеистых формирований.
В одном варианте осуществления экструдат может быть также подвергнут обработке в сушильном устройстве или автоклаве. Сушильное устройство может быть использовано для осушения экструдата для удаления лишней воды из затвердевшего изделия. В другом варианте осуществления, экструдат может быть обработан в автоклаве для повышения скорости выдерживания и набора прочности, для увеличения прочности изделия от примерно 50- до 100-процентной.
На фиг. 2 представлена схематическая иллюстрация альтернативного экструзионного процесса, который может быть использован для изготовления цементированных композитных строительных изделий, в соответствии с настоящим изобретением. При этом экструзионный процесс может быть рассмотрен с использованием системы 200 экструзии через валки, в которой валки используются для экструзии экс- 12 028213 трудируемого цементирующего материала в промежуточный сырой экструдат. Такая система 200 экструзии через валки включает смеситель 216, приспособленный для приема по меньшей мере одних подводимых материалов посредством подводимого потока 212, для замешивания их в смесь 220. После достаточного перемешивания, которое может быть выполнено в соответствии с приведенным описанием, смесь 220 извлекается из смесителя 216 в виде потока материала, готового для дальнейшей обработки.
Далее смесь 220 подается на конвейер 222 или другое аналогичное транспортирующее устройство с тем, чтобы отвести материал от места его подачи. Это позволяет сформировать смесь в цементирующий поток 224, который может быть подвергнут обработке. При этом цементирующий поток 224 может быть пропущен под первым валиком 226, установленным на заданном расстоянии от конвейера 222 и имеющим заданную относительную площадь поперечного сечения, который может спрессовать или сформировать цементированный поток 224 в промежуточный сырой экструдат 228. В варианте осуществления конвейер 222 может далее передать промежуточный сырой экструдат 228 через первый плющильный валик 230, состоящий из верхнего валика 230а и нижнего валика 230Ь. Поперечное сечение плющильного валика 230 может быть выбрано так, чтобы промежуточный сырой экструдат 228 далее формировался и (или) сжимался в оформленный промежуточный сырой экструдат 242. Кроме того, при необходимости, второй плющильный валик 240, состоящий из первого валика 240а и второго валика 240Ь, может быть использован вместо первого плющильного валика 230, или в дополнение к нему. Комбинация плющильных валиков 230, 240 может подходить для получения сырого промежуточного экструдата, по существу, имеющего требуемую форму. В альтернативном варианте первый валик 226 может быть исключен и цементирующий поток 224 может проходить через любое количество плющильных валиков 230, 240.
Кроме того, сформированный промежуточный сырой экструдат 242 или другой описанный здесь экструдат, например полученный в процессе, показанном на фиг. 1А, может быть подвергнут дальнейшей обработке в обрабатывающем устройстве 244. Обрабатывающее устройство 244 может представлять собой оборудование или систему любого типа, которые используются для обработки описанных здесь материалов сырого промежуточного экструдата. При этом обрабатывающее устройство 244 может пилить, шлифовать, фрезеровать, резать, гнуть, наносить покрытие, сушить или иным образом придавать форму или далее преобразовывать сформированный промежуточный сырой экструдат 242 в обработанный экструдат 246. Кроме того, отходы 260, получаемые в обрабатывающем устройстве 244, могут быть повторно возвращены в подводимый состав 212, либо поданы на конвейер 222 вместе со смесью 220.
В одном варианте осуществления может быть использован комбинированный процесс выдерживания/сушки для выдерживания и высушивания гидравлического цемента для формирования экструдированного цементированного композита. Например, комбинированный процесс выдерживания/сушки может проводиться при температуре примерно 75-95°С в течение 48 ч для достижения примерно 80% конечной прочности. Однако крупные блоки могут требовать дополнительного времени в любом процессе выдерживания и (или) сушки. В другом варианте осуществления комбинированный процесс выдерживания/сушки может быть проведен в автоклаве. Например, выдерживание/сушка в автоклаве может проводиться при температуре примерно 190°С при давлении примерно 12 бар в течение примерно 12 ч.
В варианте осуществления экструдат может быть помещен в пластик и (или) может храниться в течение промежутка времени, достаточного для выдерживания экструдата. Это дает экструдату время для затвердевания для набора требуемой прочности выдержанного цементированного композитного изделия. Например, по прошествии 28 дней, выдержанное цементированное композитное изделие может иметь примерно 80% конечной прочности, и может быть помещено в сушильное устройство для удаления остаточной воды.
В другом варианте осуществления для выдерживания гидравлического цемента используется комбинация пропаривания и обработки в автоклаве. Обычно сначала цемент подвергается пропариванию в течение примерно от 1 до 6 ч, после чего нагревается в автоклаве при температуре примерно 190°С или более при давлении 12 бар в течение примерно 12 ч. Посредством обработки в автоклаве, полученное цементированное изделие приобретает более примерно 100% дополнительной прочности.
В одном варианте осуществления промежуточный сырой экструдат может быть подвергнут дальнейшей обработке, при которой гидравлический цемент в сыром промежуточном экструдате подвергается гидратации или выдерживанию другим способом, для формирования затвердевшего цементированного композитного строительного изделия. При этом цементированное композитное строительное изделие может быть сформировано формоустойчивым немедленно после экструдирования, что обеспечивает работу с ним без угрозы поломки. В более предпочтительном варианте экструдируемый цементирующий состав или промежуточный сырой экструдат могут приобрести формоустойчивость в течение минут, более желательно в течение 10 мин, еще более желательно в течение 5 мин и наиболее желательно в пределах 1 мин после экструзии. Наиболее оптимизированные и предпочтительные составы и способы обработки позволяют получить промежуточный сырой экструдат, обладающий формоустойчивостью при экструзии. Использование модификатора реологии позволяет получить экструдаты, обладающие формоустойчивостью сразу же после экструзии, даже и в отсутствие гидратации гидравлического цементного связующего вещества.
Для получения формоустойчивости в процессе изготовления можно просто дать сырому промежу- 13 028213 точному экструдату схватиться без какой-либо дополнительной обработки, либо гидратация и (или) схватывание могут быть инициированы. Когда при изготовлении используется инициирование гидратации, схватывания или иного способа выдерживания сырого промежуточного экструдата, система изготовления может включать сушильное устройство, нагреватель или автоклав для обеспечения гидратации, схватывания или отверждения другим путем сырого экструдата. Сушильное устройство или нагреватель могут обеспечивать выделение достаточного количества тепла для удаления или испарения воды из экструдата с тем, чтобы увеличить его жесткость или пористость, или вызвать наступление периода быстрой реакции. С другой стороны, автоклав может создать пар под давлением, чтобы вызвать наступление периода быстрой реакции.
В одном варианте осуществления, как было описано, вдобавок к введению ускорителя схватывания в экструдируемый цементирующий состав, может быть предусмотрена или вызвана быстрая реакция в сыром промежуточном экструдате. При этом может быть вызвана быстрая реакция в сыром промежуточном экструдате посредством изменения температуры экструдата, или изменением давления и (или) относительной влажности. Кроме того, быстрая реакция может быть вызвана выбором ускорителя схватывания так, чтобы вызвать быструю реакцию в заранее заданный промежуток времени после экструзии.
В одном варианте осуществления, приготовление цементирующего композита или цементированного композитного строительного изделия может включать, по существу, гидратацию или выдерживание иным способом сырого экструдата с получением цементированного композитного строительного изделия за более короткий промежуток времени, или большую скорость реакции, по сравнению с обычными бетонами или иными гидравлически схватываемыми материалами. В результате, цементированное композитное строительное изделие может быть в основном выдержано или отверждено, в зависимости от типа используемого связующего материала, в течение примерно 48 ч, более желательно в течение примерно 24 ч, еще более желательно в течение 12 ч и наиболее желательно в течение 6 ч. Таким образом, система и процесс изготовления могут быть приспособлены для обеспечения высокой скорости выдерживания для дальнейшей обработки или отделки цементированного строительного изделия.
В одном варианте осуществления выдерживаемый или выдержанный цементирующий состав может быть подвергнут дальнейшей обработке или отделке. Такая обработка может включать пескоструйную обработку, разрезку, сверление, шлифовку, фрезерование и (или) придание цементированному композитному изделию требуемой формы, которая может быть получена с использованием данного состава. Соответственно, когда производится разрезка цементированного композитного строительного изделия, волокна и модификатор реологии способствуют получению ровных линий разрезки, которые могут быть сформированы без растрескивания и скалывания поверхности разрезки, или внутренних частей материала. Благодаря этому, цементированные композитные строительные изделия могут использоваться как замена каменным, поскольку блок материала большего размера может быть приобретен потребителем и разрезан с использованием стандартного оборудования для получения требуемой формы и длины.
В одном варианте осуществления формоустойчивый промежуточный сырой экструдат может быть обработан системой, модифицирующей наружную поверхность изделия. Одним примером такой модификации может служить прокатывание сырого экструдата в плющильных валиках или последовательности валиков, которые могут придать вид, имитирующий камень.
При этом цементированное композитное строительное изделие может стать заменой каменного с сохранением внешнего вида и текстуры камня или другого материала с твердой поверхностью. Кроме того, на поверхность цементированного композитного строительного изделия могут быть нанесены или внесены в изделие определенные красители, краски и (или) пигменты с тем, чтобы получить цвет различных типов камня.
Сырые экструдированные промежуточные продукты, пока еще в сыром состоянии, могут быть подвергнуты изменению формы для получения, например, криволинейных изделий или других строительных изделий, имеющих заданный радиус. В этом состоит существенное преимущество по сравнению с традиционными каменными изделиями, которые поддаются искривлению с большим трудом и (или) должны подвергаться шлифовке и (или) фрезерованию для получения криволинейной формы. В одном варианте осуществления, цементированные композитные строительные изделия могут быть подвергнуты пескоструйной обработке и (или) полировке так, чтобы обнажить волокна на поверхности. Благодаря большому количеству волокна в изделии, на поверхности может быть обнажено много волокон. Благодаря этому могут быть получены необычные и художественно интересные текстуры, повышающие эстетические свойства изделия.
Цементированные композитные строительные изделия
В настоящем раскрытии показана возможность изготовления цементированных композитных строительных изделий, имеющих практически любую форму и размеры, либо экструдированных с требуемой формой, либо впоследствии разрезанных, прошлифованных, расточенных или каким-либо иным способом сформированных в изделия нужной формы и размеров. Примерами могут служить декоративные изделия, например столешни рабочего стола, облицовочная плитка, изделия для наружного покрытия, кровельная черепица и т.п., а также конструкционные изделия, например, изготовленные на заводе элементы с изделиями, полученными экструзией или литьем под давлением. Соответственно цементирован- 14 028213 ные композитные строительные изделия могут быть силовыми или не силовыми. Таким образом, цементированные строительные изделия могут быть использованы в качестве замены камня практически для любых применений в строительстве.
Выдержанное цементированное композитное изделие может быть изготовлено с различными свойствами для использования в качестве замены камня. Например, выдержанное цементированное композитное изделие, которое может служить заменой камня, может обладать любым из следующих свойств: иметь твердость и (или) ударную вязкость, как у камня и других материалов с твердой поверхностью, с тем, чтобы предотвратить растрескивание и расщепление изделия; иметь высокую прочность при сжатии для обеспечения опоры и долговечности при использовании в качестве аналогов каменных изделий; и иметь высокую прочность при изгибе для обеспечения упругости при использовании в процессе работы с изделием и (или) для изгиба изделия и придания кривизны для получения требуемой формы изделия. Эти свойства достигаются при значительно более низкой объемной плотности изделия, по сравнению с природным камнем и материалами с твердой поверхностью.
В одном варианте осуществления промежуточный сырой экструдат или цементированный композит могут быть превращены в цементированное композитное строительное изделие, как это было описано выше. При этом в одном варианте осуществления, выдержанное цементированное композитное изделие может характеризоваться плотностью, с учетом пор или сотовой структуры, превышающей примерно 1,3, или в интервале примерно от 1,3 до 3,0, более желательно примерно от 1,3 до 2,3, наиболее желательно примерно от 1,6 до 1,7.
В одном варианте осуществления выдержанный композит может характеризоваться прочностью при сжатии, составляющей по меньшей мере примерно 6000 фунтов/кв. дюйм, более желательно по меньшей мере примерно 8000 фунтов/кв. дюйм и наиболее желательно по меньшей мере примерно 10000 фунтов/кв. дюйм.
В одном варианте осуществления выдержанный композит может иметь прочность при изгибе, превышающую примерно 1500 фунтов/кв. дюйм, более желательно превышающую примерно 2000 фунтов/кв. дюйм, еще более желательно превышающую примерно 3000 фунтов/кв. дюйм, еще более желательно превышающую примерно 4000 фунтов/кв. дюйм и еще более желательно составляющую примерно от 2500 до 6000 фунтов/кв. дюйм. Например, в одном варианте осуществления, выдержанный композит может иметь прочность при изгибе примерно вплоть до 5700 фунтов/кв. дюйм.
Специалист, на основании приведенных значений прочности, сможет сделать вывод о пригодности выдержанных композитов для использования в качестве замены природного камня и изделий с твердой поверхностью, без применения упрочняющих элементов, например, арматурного профиля или стекловолокна. Этим обеспечивается получение менее дорогой и трудоемкой замены для строительных материалов.
В одном варианте осуществления выдержанный композит может иметь модуль изгиба по меньшей мере примерно 500000 фунтов/кв. дюйм, более желательно примерно 1000000 фунтов/кв. дюйм, еще более желательно примерно от 500000 до 2000000 фунтов/кв. дюйм и наиболее желательно примерно от 1000000 до 1750000 фунтов/кв. дюйм.
Как отмечалось выше, выдержанные композиты также обладают твердостью, аналогичной твердости камня и других материалов с твердой поверхностью. В частности, выдержанные цементированные композитные изделия имеют твердость, составляющую по меньшей мере 4 единицы по Моосу; желательно, по меньшей мере примерно 5 единиц по Моосу; более желательно по меньшей мере примерно 6 единиц по Моосу и наиболее желательно примерно от 7 до 8 единиц по Моосу.
Примеры вариантов осуществления раскрытия
Пример 1
В соответствии с настоящим изобретением был приготовлен экструдируемый цементирующий состав. Компоненты состава были перемешаны в соответствии с обычными процедурами смешивания, описанными выше, а также во введенных в настоящее описание ссылочных документах. Рецептура экструдируемого состава приведена в табл. 1.
Таблица 1
Компонент Количество в составе
Вода 11,00
Цемент 25,00
ПВС волокно 1,25
Кварцевый песок (#70) 17,50
МеЙюсе1™ (Ώολν СЬеш1са1 Сотрапу) 1,0
Добавка ϋεΐνο® (ВазГ СопзЦисВоп СЬепйсаЬ) 0,1
Всего 55,85
После смешивания составы экструдировались сквозь мундштучную головку, имеющую прямоугольное отверстие размером примерно 1x4 дюйма. Было подготовлено четыре образца в виде прямоугольной доски. Когда первая доска вышла из экструдера, она была изогнута в противоположные стороны и помещена на плоскую поверхность. Вторая доска была извлечена в пластиковую сетку и помещена
- 15 028213 рядом с первой доской на плоскую поверхность. Третья доска была вытянута прямо на плоскую поверхность без какого-либо воздействия на нее. Все три образца помещались для выдержки в паровую камеру и были извлечены через 7 дней. Четвертый образец после экструдирования был оставлен для выдержки на конвейере без движения и каких-либо воздействий. Измерение различных физических свойств досок выполнялось через 24 ч, 48 ч, 72 ч, 7 дней и 9 дней после отверждения. Результаты (усредненные) приведены в табл. 2.
Таблица 2
Свойство 24 часа 48 часов 72 часа 7 дней 9 дней
Объемная плотность (г/см3) 1,79 1,85 1,81 1,81 1,85
Прочность при изгибе 2563,15 2374,63 2480,58 2714,57 2767,62
Модуль изгиба 1556360,0 1499910,0 1577430,0 1674990,0 1723940,0
Ударная вязкость (фунтов/кв. дюйм) 5,01 3,92 3,63 3,70 4,52
Затем выполнялось визуальное исследование досок для определения внешних отличий, обусловленных разницей в способах воздействия на них. Все доски, за исключением второй доски, которая была помещена в пластиковую сетку, имели видимые трещины, которые, однако, как было установлено, были промежутками между прилегающими частицами кварцевого песка.
Пример 2
В соответствии с настоящим изобретением был приготовлен экструдируемый состав для изготовления плитки для мощения. Компоненты состава были перемешаны в соответствии с обычными процедурами смешивания, описанными выше, а также во введенных в настоящее описание ссылочных документах. Рецептура экструдируемого состава приведена в табл. 3.
Таблица 3
Компонент Количество в составе
Вода 14,00
Цемент 25,00
ПВС волокно 1,50
Твердое дерево 1,50
Кварцевый песок (#60) 15,00
Ме11юсе1 0,80
Всего 57,80
После смешивания выполнялась экструзия состава. Три образца экструдированного состава выдерживались в пластике в нормальных условиях, после чего помещались в паровую камеру. Далее образцы помещались в сухую печь, пока у них не прекращалось изменение веса. Далее проводилась проверка характеристик образцов путем измерения объемной плотности, прочности при изгибе, модуля изгиба и ударной вязкости. Результаты приведены в табл. 4.
Таблица 4
Свойство Образец 1 Образец 2 Образец 3 Среднее по образцам
Объемная плотность (г/см3) 1,53 1,51 1,53 1,52
Прочность при изгибе (фунтов/кв. дюйм) 3193,90 2953,90 2953,71 2876,52
Модуль изгиба (фунтов/кв. дюйм) 1,03х106 1,05х106 1,06х106 1044540,00
Ударная вязкость (фунтов/кв. дюйм) 0,85
Поскольку в описанных выше конструкциях и способах могут быть сделаны различные изменения, не выходящие за пределы области притязаний раскрытия, подразумевается, что весь материал, содержащийся в приведенном описании и показанный в приложенных чертежах, должен интерпретироваться как иллюстративный и не ограничивающий изобретения.

Claims (23)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Цементированное композитное изделие со свойствами камня, содержащее экструдируемый цементирующий состав, состоящий из гидравлического цемента, заполнителя, модификатора реологии и от 1,5 до 5 об.% от объема экструдируемого цементирующего состава целлюлозных волокон и от 1,5 до 3,5 об.% от объема экструдируемого цементирующего состава поливинилспиртовых волокон, причем волокна, по существу, однородно распределены по экструдируемому цементирующему составу и при этом указанное композитное изделие обладает твердостью, характеризуемой по меньшей мере 4 единицами по Моосу, и объемной плотностью, составляющей от 1,3 до 2,3 г/см3 после отверждения.
  2. 2. Цементированное композитное изделие по п.1, в котором экструдируемый цементирующий состав содержит мелкий заполнитель и крупный заполнитель.
    - 16 028213
  3. 3. Цементированное композитное изделие по п.1, в котором модификатор реологии содержится в количестве, составляющем от 0,1 до 4 об.% от объема экструдируемого цементирующего состава.
  4. 4. Цементированное композитное изделие по п.1, имеющее твердость, величина которой составляет по меньшей мере 5 единиц по Моосу.
  5. 5. Цементированное композитное изделие по п.1, имеющее прочность при сжатии, составляющую по меньшей мере 6000 фунтов/кв.дюйм.
  6. 6. Цементированное композитное изделие по п.1, имеющее прочность при сжатии, составляющую по меньшей мере 8000 фунтов/кв.дюйм.
  7. 7. Цементированное композитное изделие по п.1, имеющее прочность при сжатии, составляющую по меньшей мере 10000 фунтов/кв.дюйм.
  8. 8. Цементированное композитное изделие по п.1, имеющее прочность при изгибе, составляющую по меньшей мере 1500 фунтов/кв.дюйм.
  9. 9. Цементированное композитное изделие по п.1, имеющее прочность при изгибе, составляющую по меньшей мере 4000 фунтов/кв.дюйм.
  10. 10. Цементированное композитное изделие по п.1, имеющее прочность при изгибе, составляющую 5700 фунтов/кв.дюйм, и объемную плотность от 1,6 до 1,7 г/см3.
  11. 11. Цементированное композитное изделие по п.1, дополнительно содержащее по меньшей мере одну добавку в экструдируемом цементирующем составе, выбираемую из группы, состоящей из ускорителей схватывания, воздухововлекающих добавок, упрочняющих аминов и других упрочняющих добавок, диспергирующих добавок, добавок, снижающих водопотребность, суперпластификаторов, связывающих воду добавок, модификаторов вязкости, замедлителей коррозии, пигментов, увлажняющих веществ, водорастворимых полимеров, водоотталкивающих материалов, уплотняющих добавок, высокодисперсных минеральных добавок, зародышей кристаллизации, летучих растворителей, солей, буферных веществ, кислотных добавок, окрашивающих добавок и их смесей.
  12. 12. Цементированное композитное изделие по п.1, представляющее собой столешницу рабочего стола, облицовочную плитку, изделие для наружного покрытия или кровельную черепицу.
  13. 13. Способ изготовления цементированного композитного изделия со свойствами камня по п.1, при осуществлении которого смешивают воду, волокна и модификатор реологии для формирования волокнистой смеси, по существу, с однородным распределением волокон;
    добавляют смесь гидравлического цемента и заполнителя в волокнистую смесь для получения экструдируемого цементирующего состава, имеющего пластическую консистенцию и содержащего целлюлозные волокна в количестве от 1,5 до 5 об.% от объема экструдируемого цементирующего состава и поливинилспиртовые волокна в количестве от 1,5 до 3,5 об.% от объема экструдируемого цементирующего состава;
    экструдируют цементирующий состав, получая промежуточный сырой экструдат, имеющий заданную площадь поперечного сечения, обладающий формоустойчивостью сразу же после экструзии и, по существу, сохраняющий площадь поперечного сечения так, что он не повреждается при работе с ним; и инициируют отверждение полученного сырого экструдата из гидравлического цемента или оставляют его для выдержки для формирования цементированного композитного изделия, обладающего твердостью по меньшей мере 4 единицы по Моосу и объемной плотностью от 1,3 до 2,3 г/см3.
  14. 14. Способ по п.13, в котором в экструдируемый цементирующий состав добавляют мелкий заполнитель и крупный заполнитель.
  15. 15. Способ по п.13, в котором в экструдируемый цементирующий состав добавляют модификатор реологии в количестве, составляющем от 0,1 до 4 об.% от объема экструдируемого цементирующего состава.
  16. 16. Способ по п.13, в котором сформированное цементированное композитное изделие имеет твердость, величина которой составляет по меньшей мере 5 единиц по Моосу.
  17. 17. Способ по п.13, в котором сформированное цементированное композитное изделие имеет прочность при сжатии, составляющую по меньшей мере 6000 фунтов/кв.дюйм.
  18. 18. Способ по п.13, в котором сформированное цементированное композитное изделие имеет прочность при сжатии, составляющую по меньшей мере 8000 фунтов/кв.дюйм.
  19. 19. Способ по п.13, в котором сформированное цементированное композитное изделие имеет прочность при сжатии, составляющую по меньшей мере 10000 фунтов/кв.дюйм.
  20. 20. Способ по п.13, в котором сформированное цементированное композитное изделие имеет прочность при изгибе, составляющую по меньшей мере 1500 фунтов/кв.дюйм.
  21. 21. Способ по п.13, в котором сформированное цементированное композитное изделие имеет прочность при изгибе, составляющую по меньшей мере 4000 фунтов/кв.дюйм.
  22. 22. Способ по п.13, в котором сформированное цементированное композитное изделие имеет прочность при изгибе, составляющую 5700 фунтов/кв.дюйм, и объемную плотность от 1,6 до 1,7 г/см3.
  23. 23. Способ по п.13, в котором в волокнистую смесь добавляют по меньшей мере одну добавку, выбираемую из группы, состоящей из ускорителей схватывания, воздухововлекающих добавок, упрочняю- 17 028213 щих аминов и других упрочняющих добавок, диспергирующих добавок, добавок, снижающих водопотребность, суперпластификаторов, связывающих воду добавок, модификаторов вязкости, замедлителей коррозии, пигментов, увлажняющих веществ, водорастворимых полимеров, водоотталкивающих материалов, уплотняющих добавок, высокодисперсных минеральных добавок, зародышей кристаллизации, летучих растворителей, солей, буферных веществ, кислотных добавок, окрашивающих добавок и их сме-
EA201200774A 2009-11-24 2010-11-19 Цементированное композитное изделие со свойствами камня и способ его изготовления EA028213B1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/624,911 US20110120349A1 (en) 2009-11-24 2009-11-24 Extruded fiber reinforced cementitious products having stone-like properties and methods of making the same
US12/624,911 2009-11-24
PCT/US2010/057446 WO2011066192A1 (en) 2009-11-24 2010-11-19 Extruded fiber reinforced cementitious products having stone-like properties and methods of making the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201200774A1 EA201200774A1 (ru) 2013-01-30
EA028213B1 true EA028213B1 (ru) 2017-10-31

Family

ID=43466569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201200774A EA028213B1 (ru) 2009-11-24 2010-11-19 Цементированное композитное изделие со свойствами камня и способ его изготовления

Country Status (8)

Country Link
US (3) US20110120349A1 (ru)
EP (2) EP2504136B1 (ru)
KR (1) KR20120123285A (ru)
CN (2) CN106082826A (ru)
EA (1) EA028213B1 (ru)
MX (1) MX2012005981A (ru)
RU (1) RU2012125994A (ru)
WO (1) WO2011066192A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2693978C1 (ru) * 2018-04-05 2019-07-08 Ооо Фирма "Вефт" Сухая штукатурная смесь для создания звукопоглащающего покрытия

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8839593B2 (en) * 2010-02-17 2014-09-23 Ply Gem Industries, Inc. Pre-cast blocks for use in column construction
WO2013055603A1 (en) 2011-10-11 2013-04-18 820 Industrial Loop Partners Llc Fire rated door core
US9375899B2 (en) 2012-06-29 2016-06-28 The Intellectual Gorilla Gmbh Gypsum composites used in fire resistant building components
US20140000193A1 (en) 2012-06-29 2014-01-02 820 Industrial Loop Partners Llc Fire rated door core
US8915033B2 (en) 2012-06-29 2014-12-23 Intellectual Gorilla B.V. Gypsum composites used in fire resistant building components
BR112015021362B1 (pt) 2013-03-05 2021-10-05 The Intellectual Gorilla Gmbh Material à base de gesso extrudável e seu método de fabricação
US20140262626A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 The Raymond Corporation Buckling-Resistant Lift Cylinders
WO2014176414A1 (en) 2013-04-24 2014-10-30 Intellectual Gorilla B.V. Extruded lightweight thermal insulating cement-based materials
US9475732B2 (en) 2013-04-24 2016-10-25 The Intellectual Gorilla Gmbh Expanded lightweight aggregate made from glass or pumice
CA2927354C (en) 2013-10-17 2019-04-30 The Intellectual Gorilla Gmbh High temperature lightweight thermal insulating cement and silica based materials
CN106573839A (zh) 2014-02-04 2017-04-19 知识产权古里亚有限责任公司 基于轻质隔热水泥的材料
KR101575314B1 (ko) * 2014-03-18 2015-12-07 현대자동차 주식회사 차량용 알루미늄 휠 및 그 제조 방법
KR102395678B1 (ko) * 2014-05-16 2022-05-06 베수비우스 유에스에이 코포레이션 내화성 바인더 시스템
US9908813B2 (en) * 2014-05-27 2018-03-06 Uvic Industry Partnerships Inc. Surface treatment for concrete reinforcement
WO2015188054A1 (en) 2014-06-05 2015-12-10 Intellectual Gorilla B.V. Extruded cement based materials
US11072562B2 (en) * 2014-06-05 2021-07-27 The Intellectual Gorilla Gmbh Cement-based tile
US20160012935A1 (en) * 2014-07-11 2016-01-14 Empire Technology Development Llc Feedstocks for additive manufacturing and methods for their preparation and use
EP3175055B8 (en) * 2014-08-01 2022-07-13 Just Biofiber Structural Solutions Corp. Structural block assembly having a tensioning system
CN105130361A (zh) * 2015-07-15 2015-12-09 常州市武进金阳光电子有限公司 一种防霉抗腐复合纳米硅酸钙砖及其生产方法
CN105884274B (zh) * 2016-03-24 2018-05-25 陕西省建筑科学研究院 一种HfC微米线与碳纤维/Si3N4微米带共增强水泥的制备方法
US10322971B1 (en) 2016-04-21 2019-06-18 MK1 Construction Services Fast-setting flowable fill compositions, and methods of utilizing and producing the same
CN106145897A (zh) * 2016-08-17 2016-11-23 柳州市亿廷贸易有限责任公司 防裂地砖制备方法
CN106747031A (zh) * 2016-11-15 2017-05-31 中南林业科技大学 一种植物纤维增强无机轻质复合材料及其制备方法
CN106542780B (zh) * 2016-11-25 2018-12-21 青岛懿姿饰品股份有限公司 一种应用于首饰的水泥材料
US10851016B1 (en) 2017-02-28 2020-12-01 J&P Invesco Llc Trona accelerated compositions, and methods of utilizing and producing the same
CN107285689A (zh) * 2017-08-09 2017-10-24 安徽远锦文化环境艺术工程有限公司 一种园林艺术石头
US10919807B1 (en) * 2018-04-25 2021-02-16 J&P Invesco Llc High-strength flowable fill compositions
US11434169B1 (en) 2018-04-25 2022-09-06 J&P Invesco Llc High-strength flowable fill compositions
EP3784631A1 (en) * 2018-04-27 2021-03-03 GCP Applied Technologies Inc. High surface area inducers for cementitious aggregates production
CN109095813B (zh) * 2018-08-03 2021-05-07 山东省水利勘测设计院 复合型外加剂及其在渠道边坡衬砌混凝土工艺中的应用
CN109293262B (zh) * 2018-10-23 2021-05-18 常州盘石水泥有限公司 一种高强度抗渗水泥及其制备方法
CN109320167A (zh) * 2018-11-12 2019-02-12 中国电建集团山东电力管道工程有限公司 抗裂/耐腐蚀混凝土及其制备方法和应用、混凝土压力管及其制备方法
WO2020101589A1 (en) * 2018-11-13 2020-05-22 Pys Proakti̇f Yalitim Si̇stemleri̇ Mühendi̇sli̇k Yapi Sanayi̇ Ve Diş Ti̇caret Anoni̇m Şi̇rketi̇ High-strength lightweight concrete composition
US11851373B1 (en) 2018-12-21 2023-12-26 Westlake Royal Roofing Llc Compositions
CN110272246A (zh) * 2019-07-19 2019-09-24 广东特耐石新材料科技有限公司 一种无机纤维增韧无机复合人造石材面板及其制备方法
CN110501199B (zh) * 2019-09-12 2021-08-03 河海大学 一种混凝土构件水泥劈裂试验装置的制备方法及使用方法
US20230405905A1 (en) * 2022-05-24 2023-12-21 Alex VanHolten Synthetic aggregate
CN117886535B (zh) * 2023-09-07 2024-10-18 江苏苏博特新材料股份有限公司 一种内掺型混凝土密实增强剂及其制备方法
CN117363152B (zh) * 2023-10-10 2024-04-16 武汉中材科技有限公司 一种srn憎水离子剂及其制备方法和使用方法
KR102680453B1 (ko) * 2023-12-27 2024-07-03 다울이엔씨 주식회사 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법 및 이에 사용되는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4428775A (en) * 1981-02-11 1984-01-31 National Gypsum Company Reinforced cement sheet product containing no asbestos for fabricating on hatschek machine
US6528151B1 (en) * 1994-02-01 2003-03-04 Northwestern University Extruded fiber reinforced cement matrix composites and method of making same
WO2007053852A2 (en) * 2005-11-01 2007-05-10 E. Khashoggi Industries, Llc Cementitious composites having wood-like properties and methods of manufacture

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5453310A (en) 1992-08-11 1995-09-26 E. Khashoggi Industries Cementitious materials for use in packaging containers and their methods of manufacture
US6286577B1 (en) * 1999-08-02 2001-09-11 Premark Rwp Holdings, Inc. Process for fabricating countertops
AU9505501A (en) * 2000-10-04 2002-04-15 James Hardie Res Pty Ltd Fiber cement composite materials using cellulose fibers loaded with inorganic and/or organic substances
CN1188261C (zh) * 2001-07-27 2005-02-09 方可成 建筑装修用人造石材制造方法
US6858074B2 (en) * 2001-11-05 2005-02-22 Construction Research & Technology Gmbh High early-strength cementitious composition
RU2005124843A (ru) * 2003-01-09 2006-01-20 Джеймс Харди Интернейшенел Файненс Б.В. (Nl) Волоконно-цементные композитные материалы с отбеленными целлюлозными волокнами
DE10337011A1 (de) * 2003-08-12 2005-03-17 Wolff Cellulosics Gmbh & Co. Kg Additive enthaltend Cellulosederivate mit gel-artigen rheologischen Eigenschaften, deren Verwendung in Baustoffsystemen sowie ein Verfahren zur Zementextrusion unter Einsatz dieser Additive
WO2005092815A1 (en) * 2004-03-10 2005-10-06 Bki Holding Corporation Cementitious material reinforced with purified cellulose fiber
CN101456707B (zh) * 2008-12-30 2011-04-20 北京科技大学 一种纤维增强细骨料凝石混凝土轻质隔墙板及其制造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4428775A (en) * 1981-02-11 1984-01-31 National Gypsum Company Reinforced cement sheet product containing no asbestos for fabricating on hatschek machine
US6528151B1 (en) * 1994-02-01 2003-03-04 Northwestern University Extruded fiber reinforced cement matrix composites and method of making same
WO2007053852A2 (en) * 2005-11-01 2007-05-10 E. Khashoggi Industries, Llc Cementitious composites having wood-like properties and methods of manufacture

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2693978C1 (ru) * 2018-04-05 2019-07-08 Ооо Фирма "Вефт" Сухая штукатурная смесь для создания звукопоглащающего покрытия

Also Published As

Publication number Publication date
US20150239781A1 (en) 2015-08-27
EA201200774A1 (ru) 2013-01-30
MX2012005981A (es) 2012-11-23
EP3088149A1 (en) 2016-11-02
EP2504136A1 (en) 2012-10-03
US20110120349A1 (en) 2011-05-26
CN102712103A (zh) 2012-10-03
US20120270971A1 (en) 2012-10-25
CN106082826A (zh) 2016-11-09
RU2012125994A (ru) 2013-12-27
EP2504136B1 (en) 2016-09-07
KR20120123285A (ko) 2012-11-08
WO2011066192A1 (en) 2011-06-03
US9028606B2 (en) 2015-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA028213B1 (ru) Цементированное композитное изделие со свойствами камня и способ его изготовления
EP2504295B1 (en) Extruded fiber reinforced cementitious products having wood-like properties and ultrahigh strength and methods for making the same
US20080099122A1 (en) Cementitious composites having wood-like properties and methods of manufacture
AU2006308536A1 (en) Cementitious composites having wood-like properties and methods of manufacture
CN103240927B (zh) 三维腔体纤维结构增强水泥机制板及其生产方法
CN203256955U (zh) 三维腔体纤维结构增强水泥机制板
US10315956B2 (en) Limestone masonry veneer, resurfacing and aesthetic overlay compositions, methods of making and methods of use
JPH11116315A (ja) モルタル組成物、モルタル組成物の製造方法、それを用いたｐｃ板およびその製造方法
RU2291846C1 (ru) Фиброцементный состав для получения композиционного материала
RU2262493C1 (ru) Сухая строительная смесь
GB2053184A (en) Plaster composition
EP2723543B1 (en) Method for producing thin cement-based panels having high strength, durability and production rate
JPH07268995A (ja) 高耐久性コンクリート用永久埋設型枠及びその製造方法
RU2373060C2 (ru) Способ получения архитектурно-художественного гипсопенопластового изделия
CN116924743A (zh) 一种超薄高强复合环保无机人造石及其制备方法
JP4556016B2 (ja) 窯業系成形体の省エネルギー製造方法および成形体
JPH07206548A (ja) 高耐久性コンクリート用永久埋設型枠の製造方法
JP2002011714A (ja) 窯業系外装材の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU