JP6227723B2 - 強化セメント質軽量構造用セメントパネルのための向上した水耐久性および熱安定性を備えた高性能の不燃性石膏セメント組成物 - Google Patents
強化セメント質軽量構造用セメントパネルのための向上した水耐久性および熱安定性を備えた高性能の不燃性石膏セメント組成物 Download PDFInfo
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Description
本発明のパネルにおいて使用することができる硫酸カルシウム半水化物は、天然に存在する鉱物である石膏鉱石(硫酸カルシウム二水塩CaSO4・2H2O)から作られる。特別の指示の無い限り、「石膏」は、硫酸カルシウムの二水和物形態を指す。採掘後に、未加工の石膏は熱加工されて凝結可能な硫酸カルシウムを形成し、それは無水であり得るが、典型的には半水化物(CaSO4・1/2H2O)である。よく知られている最終用途のために、凝結可能な硫酸カルシウムは水と反応して二水和物(石膏)を形成することによって凝固する。半水化物は2つの知られた形態(α型半水化物およびβ型半水化物と称される)を有する。これらはそれらの物理的特性および価格に基づいて様々な用途のために選択される。両方の形態は水と反応して硫酸カルシウムの二水和物を形成する。水和に際して、α型半水化物は石膏の長方形面の結晶を生ずることによって特徴づけられ、一方β型半水化物は水和して典型的には大きな縦横比を備えた石膏の針形状の結晶を生産することによって特徴づけられる。本発明において、α型もしくはβ型のいずれかまたは両方は所望される機械的性能に応じて使用することができる。β型半水化物はあまり稠密でない微細構造を形成し、低密度生産物に好ましい。α型半水化物は、β型半水化物によって形成されたものよりも高い強度および密度を有するより稠密な微細構造を形成する。したがって、α型半水化物でβ型半水化物を置換して強度および密度を増加させることができるか、またはそれらを組み合わせて特性を調節することができる。
ASTMは、「水硬性セメント」を、水との化学的相互作用によって凝結および固化し、水下でそうなることが可能なセメントと定義する。構築および建築の産業において使用される複数のタイプの水硬性セメントがある。水硬性セメントの例は、ポルトランドセメント、スラグセメント(高炉スラグセメントおよび超高硫酸塩セメント等)およびスルホアルミン酸カルシウムセメント、高アルミナセメント、膨張セメント、白色セメントならびに迅速に凝結および固化するセメントを含む。硫酸カルシウム半水化物は水との化学的相互作用によって凝結し固化するが、それは本発明の文脈では水硬性セメントの広義の定義内に含まれない。前述の水硬性セメントはすべて本発明のパネルの作製に使用することができる。
ガラス繊維は絶縁材料として一般に使用されるが、それらは様々なマトリックスと共に強化材料としても使用されてきた。繊維自体が、それなしでは脆性破損し得る材料に引っ張り強度を提供する。荷重をかけられた時繊維は破壊し得るが、ガラス繊維を含む複合物の通常の破損モードは、繊維と連続相材料との間の結合の破壊および破損から起こる。したがって、強化繊維が複合物の延性および強度を経時的に増加させる能力を保持するものであるならば、かかる結合は重要である。典型的には、耐アルカリ性ガラス繊維(ARガラス繊維)、例えばNippon Electric Glass(NEG)350Yが使用される。かかる繊維は、マトリックスに優れた結合力を提供ことが見出されており、したがって本発明のパネルのために好ましい。
上述したように、大部分のポルトランドセメントおよび他の水硬性セメントは水和(硬化)の間に石灰を生産する。石灰を反応させてガラス繊維に対する攻撃を減少させることが所望される。硫酸カルシウム半水化物が存在する場合、それがセメント中のアルミン酸三カルシウムと反応してエトリンガイトを形成し、これは硬化した生産物の所望されないクラッキングをもたらし得ることも公知である。これは、当該技術分野において「硫酸塩攻撃」と称される場合が多い。かかる反応は「ポゾラン」材料を添加することによって防止することができ、この材料は、「・・・それ自体では殆どまたは全くセメントとしての価値はないが、微細に分割された形態で、および水分の存在下で常温で水酸化カルシウムと化学的に反応することによってセメント的特性を有する化合物を形成するケイ酸質、またはケイ酸質およびアルミナ質材料」としてASTM C618−97で定義されている。1つのしばしば使用されるポゾラン材料は、シリカフューム、即ち、金属シリコンおよびフェロシリコン合金製造の生産物である微細に分割された非晶質シリカである。特徴的としては、これはシリカ含有量が高くおよびアルミナ含有量は低い。軽石、パーライト、珪藻土、凝灰岩、トラス、メタカオリン、マイクロシリカ、高炉スラグ微粉末およびフライアッシュを含む、様々な天然材料および人工材料が、ポゾラン特性を有すると言われている。シリカフュームは本発明のパネルで使用するのに特に好都合なポゾランであるが、他のポゾラン材料が使用され得る。シリカフュームとは対照的に、メタカオリン、高炉スラグ微粉末および粉砕フライアッシュは、シリカ含有量がはるかに低く、多量のアルミナを有するが、効果的なポゾラン材料になり得る。シリカフュームを使用する場合、それは、反応性の粉末(すなわち水硬性セメント、硫酸カルシウムα型半水化物、シリカフュームおよび石灰)のうちの、約5〜30重量%、好ましくは10〜15重量%を構成するだろう。他のポゾランで置換されていれば、使用量は、シリカフュームに類似する化学的性能を提供するように選択される。
本発明のシステムにおいて典型的に用いられる軽量パネルは、50〜100ポンド/フィート3、好ましくは65〜85ポンド/フィート3、より好ましくは70〜80ポンド/フィート3の密度を有する。これとは対照的に、木材繊維のない典型的なポルトランドセメントのベースのパネルは95〜110pcf範囲中の密度を有し、その一方で木材繊維を含むポルトランドセメントベースのパネルはSCPとおよそ同じ(約65〜85pcf)であろう。
1.粒子の吸水の減少:粒子はそのハニカム構築物に起因して内部で小セクションへと細分されるので、粒子内の1つのセクションから他のセクションへの水の移動は、内部壁によって阻止される。結果として、パーライト粒子の絶対吸水は非常に有意に減少される。より低い吸水性を備えたパーライト粒子は、セメント質スラリーの水要求性を減少させ完成製品の機械性能および耐久性能を促進することを支援するので、本発明において有益である。
2.粒子の剛性および強度の増加:粒子内のハニカム壁は粒子の剛性および強度をかなり増加させることを支援する。結果として、パーライト粒子は、ライフサイクルの様々なステージでの製造の輸送および運搬の間の損傷を受けにくい。さらに、比較的高い粒子の剛性および強度は、粒子が大規模な剪断および粉砕の作用にかけられるセメント質スラリーを調製するための様々な混合操作においても非常に有益である。高い粒子剛性および強度は、侵略的な混合条件下での粒子保全性の維持を支援する。
軽量フィラーとして使用されて、微小球は生産物のより低い平均密度を支援する。微小球が中空の場合、それらは時にマイクロバルーンと称される。
減水剤(超可塑剤等)、収縮制御剤、スラリー粘度修飾剤(増粘剤)、着色剤および内部硬化剤を含む他の添加剤は、本発明のセメント質組成物の加工可能性および用途に応じて所望されれば含まれ得る。
開示されたセメント質反応性粉末ブレンドは本発明のセメント質組成物の迅速凝結成分を定義するが、その意図された使用および用途に応じて、組成物中に他の材料が含まれ得ることは当業者によって理解されるだろう。
本発明の耐剪断性パネルの作製に使用される成分は、水硬性セメント、硫酸カルシウムα型半水化物、活性ポゾラン(シリカフューム等)、石灰、任意の中空のセラミック微小球またはガラス微小球の有無におけるコートされた膨張疎水性パーライト粒子、耐アルカリ性ガラス繊維、超可塑剤(例えばポリナフタレンスルホン酸塩のナトリウム塩)および水を含む。典型的には、水硬性セメントおよび硫酸カルシウムα型半水化物の両方が存在する。硫酸カルシウムα型半水化物がシリカフュームと共に存在しないならば、複合物の長期間耐久性が損なわれる。ポルトランドセメントが存在しない場合、水/湿気耐久性が損なわれる。少量の促進剤および/または緩結剤を組成物に加えて未熟な(すなわち硬化してない)材料の凝結特徴を制御する。典型的な非限定的添加剤は、塩化カルシウム等の水硬性セメントのための促進剤、石膏等の硫酸カルシウムα型半水化物のための促進剤、DTPA(ジエチレントリアミン五酢酸)等の緩結剤、酒石酸または酒石酸のアルカリ塩(例えば酒石酸カリウム)、エチレングリコール等の収縮還元剤を含む。本発明のSCPパネルは追加の起泡剤を含まず、エントレインドエアを含まない。
反応性粉末(例えば水硬性セメント、硫酸カルシウムα型半水化物、ポゾランおよび石灰のブレンド)および軽量フィラー(例えばコートされた膨張パーライト粒子)を、好適な製作ミキサー中で乾燥状態でブレンドする。
df は繊維ストランドの直径であり、Nl は繊維層の全数であり、ts,l は使用されている別個のスラリー層の厚みである。
本発明のSCPパネル金属フレームシステムは、表2A〜2Fでリストされた特性の1つまたは複数を好ましくは有する。特性は表中で示される用途向けの1/2インチ(12.7mm)を超える厚みを備えたパネルのためのものである。
本実施例は、フィラーとしてセラミック微小球(MS)を用いるオリジナルの混合物中に異なる量のパーライトを含む混合物のスラリー特性を示す。対象となる典型的なスラリー特性は異なる時期(7、14および28日)でのスランプ、スラリー密度および凝結時間および圧縮強度である。すべての混合物成分を、混合の前に少なくとも24時間75〜80°Fで密封したビニール袋中で実験室条件に前条件付け、続いて中間スピードでHobartミキサーを使用してそれらを混合して一様な分散物を達成した。セメント結合剤およびフィラーを含む乾燥粉末は、実施例の項目下で、上で示された量の割合にした。超可塑剤を、セメント結合剤の重量で、MSの混合物については0.41%、部分的パーライト混合物については0.47%、および全パーライト混合物については0.53〜0.56%の用量で添加した。酒石酸は特定の実験に応じて変動用量で添加した。
SCPパネルの製造における重要な1つの材料特性はスラリーのスランプロスである。通常、比較的高いスラリー流動性は、スラリーが混合および形成される形成ラインの初期ステージにおいて所望され、その一方で硬く非常に低い流動性(好ましくは既に凝結)の材料が、SCPパネルが切断されカートに移される形成ラインの後半ステージにおいて所望される。それゆえ、スランプロスのより高い率を備えた混合物がより所望される。
この実施例において、ガラス繊維強化セメントパネルは、パネル屈曲性能の評価のために、部分的パーライト配合および全パーライト配合を使用して作製された。セメント結合剤およびフィラーからなる乾燥粉末(CM、部分的パーライトまたは全パーライト)を、「記述」下で記載された比率に従って1回分にした。チョップされたARガラス繊維を、パネル中にもたらされる繊維含有量が体積で2.5%になるように、混合物に添加した。パネルは、スラリースプレーノズルに付加されたカッターを通してチョップされたガラス繊維も分注しながら、スプレーノズルを通してスラリーを送達するXY機器を使用して作製された。スラリーのフローおよび繊維のチョップ率は、生産物中でもたらされる繊維含有量が体積で2.5%であるようにキャリブレーションされた。3×6フィート(3’×’6)(0.91m×1.8m)パネルを生産し、6’’×12’’(15.2cm×30.5cm)の試料をこれらのパネルから鋸で切断した。パネルからの切断に続いて、試料は、14日または28日のいずれかのASTM C 1185に従う試験まで、湿潤硬化させた。各々の試験セットは6つの重複した試料からなっていた。合計2ラウンドのパネルを再現のために作製した。
実施例3において記載されていたパネルから、試料が湿潤耐久性試験のためにも得られた。この試験は、6’’×12’’の試料を室温の水中で48時間浸漬すること、続いて28日間硬化させること、次いでASTM C 1185によって屈曲性を試験することを含む。次いで、湿潤から乾燥の屈曲強度の比率は湿潤耐久性として計算され、典型的な床シージングパネル規格は最小で70%の強度保持を要求する。図13は、2つの試験ラウンドにおける様々な混合物についての湿潤MORを示す。特に、図13は、セラミック微小球、部分的パーライトおよび全パーライト(MS=微小球、部分的=部分的パーライト、全=全パーライト)を使用して作製されたパネルの48時間の浸漬後のMORを示す。
第1の生産ラウンドの間作製されたパネルから、試料がASTM C 1185による凍結融解試験のためにも得られた。この試験は、最初に試料(6’’×12’’)(15.2×30.5cm)を室温の水中に48時間浸漬すること、それらをシールすること、試験方法において規定された温度−時間レジームに従う凍結融解の50回の交互のサイクルにそれらをかけること、次いで水中で再び48時間浸漬すること、および屈曲性の試験をすることを含む。次いで、50回の凍結融解サイクルの完了後の強度を、室温水中で48時間の浸漬にのみ曝露された対照試料の強度(実施例4)と比較する。強度および剛性の保持値を計算し、表5−1中で示した。保持値は約100%以上で一般的に優れており、性能の損失がないことを示す。強度保持について、典型的な商業的規格値は75%であり、すべての混合物ははるかにそれを越える。
試料は、第1の生産ラウンドからパネルからASTM C 1185による長期間耐久性試験のために調達された。この試験は、試料(6’’×12’’)(15.2×30.5cm)を140°F水中で56日間浸漬すること、続いてそれらの屈曲性を試験することを含む。次いで、湯への浸漬完了後の強度を、室温水中で48時間の浸漬にのみ曝露された対照試料の強度(実施例4)と比較する。問題のパネルについて、強度および剛性の保持値を計算し、表6−1中で示した。保持値は90%を超える値で一般的に優れていた。強度保持について、典型的な規格値は75%であり、パーライト配合を含むすべての混合物ははるかにそれを越える。
生産の第2ラウンドの間作製されたパネルから、4’’×12’’(10.2cm×30.5cm)の試料を側面締結抵抗性の試験のために調達し、この試験は、側面締結の牽引に起因する剪断に対するパネル縁部の抵抗性を測定する。この特性は床パネルの剪断隔壁挙動のための重要な特性である。この評価のためにここで採用された具体的な手順は、試料の4’’(10.2cm)縁部から1/2’’(1.3cm)の距離で試料において1/4’’(0.64cm)の穴を空けることからなっていた。次いで、1/4’’(0.64cm)のシャンクを備えた鋼板を、試料の孔の中へ挿入されたシャンクにより試料にマウントした。次いで、鋼板および試料のアッセンブリを牽引して離し、1/2’’(1.3cm)のカバーにわたって試料を破損させる。破壊プロセスの間に記録された最大荷重を側面締結抵抗性として記録した。この試験は乾燥条件および湿潤条件(48時間の浸漬)の試料に対して行なった。この試験からの結果は、乾燥試料について図15および湿潤試料について図16中で示される。各々の試験セットは10の重複した試料からなっていた。図15は、セラミック微小球、部分的パーライトおよび全パーライトを使用して作製されたパネルからの試料についての乾燥側面締結抵抗性を示す。図16は、セラミック微小球、部分的パーライトおよび全パーライトを使用して作製されたパネルからの試料についての湿潤側面締結抵抗性を示す。
2.Sil−Cel 35−23パーライト:約40ミクロンの中央粒子サイズをシランコートした。
3.硫酸アルミニウム−0.10重量%;トリエタノールアミン−0.40重量%;ナフタレン硫酸塩ベースの可塑剤−0.30重量%およびクエン酸ナトリウム−0.20重量%の水溶液の液体の合計であり、ここで重量パーセントはすべてポルトランドセメントベースの結合剤の重量に基づく。
4.複合物中のエントレインドエアは、全重量に基づいて0.0069重量%の用量率でのアルファオレフィンスルホン酸ナトリウム界面活性剤の追加によって提供される。
以下の実施例14においさらにて記載されるように、繊維強化パネルを、MS、部分的パーライトおよび全パーライトの配合を使用して小規模火災試験のために作製した。これらの同じパネルから、6’’×6’’(15.2×15.2cm)の試料を支持強度評価のために抜き取った。この試験において、平らな端部を備えた2’’×2’’の正方形(5.1×5.1cm)鋼ブロックを、6’’×6’’(15.2×15.2cm)の試料の中心に配置した。普遍的な試験フレームを使用して、鋼ブロックおよび試料に約5ポンドの前荷重をかけた。次いで、たわみが測定されている間、鋼ブロックを0.012インチ/分(0.3mm/分間)の率で試料へと圧迫した。試料たわみが圧縮において0.10’’(25.4cm)になった場合に試験は完了した。試験の完了に際して、試料を除去し、圧縮した厚みおよび圧縮していない厚みを記録して「永久歪み」を決定する。
第2ラウンドの生産の間に作製されたパネルを、混合物の湿潤挙動について試験した。吸水は、パネルから鋸により切断された4’’×4’’(10.2×10.2cm)の試料を評価した。これらの試料(1セットあたり6)を室温の水中に浸漬し、それらの重量を21日の浸漬期間にわたってモニタリングした。初期重量からの重量におけるパーセント増加を吸水として記録した。評価された3つの混合物について、この特性は、セラミック微小球、部分的パーライトおよび全パーライトを使用して作製されたパネルからの試料についての吸水を示す図19中で示される。図19は、試験の期間にわたってパーライト混合物が微小球混合物(MS混合物)よりもかなり少ない水を吸収したことを示す。最初の1時間の吸収(それは接触と同時の水の吸引傾向を表す)は、5.0%(MS)、3.1%(部分的)および2.5%(全)であった。48時間の吸収値は、8.0%(MS)、5.6%(部分的)および4.7%(全)であった。したがって、水との接触後の最初のの2日間で、全パーライトは、MS混合物によって吸収された水の50〜60%を吸収した。48時間の吸収についての典型的な規格値は、ICC−ES Acceptance Criteria AC−318およびASTM C 1705規格において確立されるような最小限の規格によれば、最大15%である。
6’’×12’’(15.2×30.5cm)のパネル試料を生産の間に作製されたパネルから調製し、修飾したASTM C 1185試験手順を使用して線膨張試験を実行する。各々の試料にペアのセットの真鍮スタッドを試料表面の上部および底部の各々に10’’離れてマウントして、長さ変化測定についての参照点として供する。試料表面の上部および底部から測定された平均長変化は、その特定の試料の長さ変化として記録された。試料を、安定した長さが達成されるまで130°F(54℃)でオーブン中で最初に平衡化し(収縮後)、次いで再び安定した長さまで室温で水中に浸水した(膨張後)。次いで、初期試料の標点距離(10’’)(25.4cm)のパーセントとして表現された収縮状態と膨張状態との間の長さの差異として、線膨張を計算した。この実施例において、各々の試験セットは5〜6の重複した試料からなっていた。
この実施例において、提唱された配合の非可燃性性能が示される。実施例の項目下のパラグラフにおいて上記されたMS、部分的パーライトおよび全パーライト配合からのスラリー試料は、ASTM E 136に対する試験のために調製された。これらの試料にサーモカップル(内部および外部)をマウントし、750℃の炉中で置き、熱の獲得を可能にする。内部温度および表面温度の最大上昇に加えて重量変化および試料での燃焼の継続期間が記録された。これらの試験からの結果を表11−1中で要約する。部分的パーライト混合物について、以下の2つのバリアントを試験した。この混合物の他のすべての評価において使用される一般的な量の超可塑剤によるもの、およびより高い量の超可塑剤による他のもの。非可燃性についてのASTM E 136要求事項は以下のとおりである。a)記録された温度のどちらの1つも750℃の安定化した温度より30℃を超えて上昇しないものとする、b)重量損失は50%以下であるものとする、およびc)最初の30秒後に試料からの燃焼はないものとする。すべての試験された配合は非可燃性要求事項を合格した。しかしながら、微小球(MS)をのみ含む混合物と比較して、パーライト混合物については温度上昇はより低かった。例えば、各々のセットにおける3つの試料についての内部温度における平均上昇は次のとおりだった。19.7°F(−6.83℃)(MS)、17.3°F(−9.17℃)(部分的パーライト、低量の超可塑剤)および15.0°F(−9.44℃)(全パーライト)。MS混合物を超えるパーライト混合物の改善された非可燃性性能は、MS(LOIとして記録された)中に微量で通常は存在する有機材料の非存在に関連するだろう。それゆえ、パーライト配合(特に全パーライト)にはこの非可燃性特性に関して追加の長所がある。
第1の生産ラウンドの間に作製されたパネルから、試料が高温収縮試験のためにも調達された。この試験において、4’’(10.2cm)の直径の試料をパネルから鋸で切断し、初期は室温でマッフル炉中に置いた。次いでオーブンを850℃まで熱し、それは通常約35〜40分間を必要とした。および次いでさらに約30分間この温度で維持し、合計の試験時間では60〜70分間であった。試験の前後に2つの垂直方向に沿って試料直径を測定し、平均直径におけるパーセント変化を「高温収縮」として報告した。参照として、5%の最大収縮がFIRECODE(登録商標)ブランドのタイプX石膏パネルについて明示される。試験はペアで行ない、各々のペアはパーライト(部分的または全)混合物試料と共にMS混合物試料を含む。試験は再現性分析のためのPSLおよびCSLと標識された2台の個別のオーブン中でも行なわれた。収縮結果および重量損失を表12−1中に示す。パーライト混合物はMSの混合物と比較してより高い収縮および重量損失を示し、パーライト含有量が増加するにつれて収縮および重量損失が増加することが、一般的に観察された。パーライト混合物についての全体的な収縮値は石膏パネルに許容可能な商業用範囲内で適切であり、さらに重要なこととして、試料は試験の完了時に無傷で固体のままだった。
第2生産ラウンドの間に作製されたパネルから、試料が熱伝達試験のためにも調達された。この試験において、サーモカップルを、対象の生産物の2つの4’’(10.2cm)の円板の間に「サンドイッチ」した。次いで、このアッセンブリを500℃に予熱したマッフル炉中に120分間置いた。次いで、サーモカップルによって測定した温度−時間記録を、生産物の挙動および性能のために評価した。これらの試験からの温度−時間曲線を図21中に示し、2つの重複した曲線を各々の混合物について示す。すべての混合物は、温度上昇はいったん遅くなって温度が約125℃に到達するという同じパターンを描いたことが観察される。このプラトーに続いて、温度はバックグラウンドの炉温度と最終的に平衡化するまで再び上昇した。パーライト混合物により作製されたパネルサンプルは、プラトーの期間を延長し、したがってサンプルにおける温度上昇を効果的に遅延させた。この遅延の程度は、配合中のコートされた膨張パーライトの量の増加により促進された。この遅延を特徴づけるために、250℃に到達するのに必要とされる時間が比較された。様々な混合物について、250℃に到達するのに必要とされる時間は、各々をを含む混合物について、35分(MS)、39分(部分的パーライト)および50分(全パーライト)であった。パーライト配合(特に全パーライト配合)は、試料を通した伝熱の遅延において有意により効果的であり、それは高温に曝露される床および壁のアッセンブリにとって非常に重要だろう。
パーライトなしの微小球ベース(MS)、2分の1パーライトおよび2分の1パーライト(部分的)、および微小球なしのパーライト配合(全)の繊維強化パネルを、小規模水平炉試験のために作製した。この試験において、小規模(4’×5’)(1.2×1.5m)床アッセンブリを、フレーム部材として16ゲージ、91/4’’(23.5cm)の深さの鋼スタッドを使用して構築した。スタッドの上部は対象のパネルの1つの層により覆われ、一方スタッドの底部は5/8’’(1.6cm)の石膏パネルの1つの層により覆われた。パネルは、8’’(20.3cm)の間隔で1−5/8’’×8(4.1×20.3cm)Bugleヘッドセルフドリリング蝶ネジを使用して、スタッドに留められた。パネルを通した熱伝達を記録するために、3つのサーモカップルが試験パネルの上部表面にマウントされた。次いで、床アッセンブリ全体を炉に置き、アッセンブリを下側からASTM E 119温度−時間条件にさらし。温度上昇をサーモカップルから測定した。
新鮮な状態におけるスラリーの様々な特性の中で、SCPパネルの製造のための1つの決定的性質はスランプである。実施例1において記載される技法を使用して測定された場合、スランプは、特定の範囲内(好ましくは5〜9’’)で維持されなくてはならないスラリー流動性の指標である。この範囲のスランプを備えたスラリーは、生産ライン上でポンプでくみ出して置くための容易性、形成ベルトにわたる適切な展延性、ガラス繊維の適切な湿潤、ならびに厚みおよびプロファイルの制御のための適切なスクリーディングが最適である。実験を行なって、シランコートされたパーライトおよびコートされていないパーライトにより作製されたスラリーの間の挙動の差異を特徴づけた。この実施例において、唯一の差異はパーライトのタイプであるように、2つの混合物を同一の比率により調製した。結合剤に対するパーライトの重量比は0.115〜1.00であり、一方水対結合剤の重量比が0.45:1.00であった。ポリカルボン酸塩エーテル超可塑剤もセメント結合剤の重量で0.41%の用量で使用した。両方の混合物は、セメント結合剤に対する酒石酸の重量比が0.061で作製され、両方の混合物は約45〜50分間で最終的な凝結に到達した。
フィラーとしてセラミック微小球またはコートされたパーライトを使用して作製されたSCP配合は、互いに根本的に異なる。2つのフィラー間の粒子密度における差異は、同じ生産物密度およびスラリー特性を維持するために、他の原材料の異なる体積を要求することになる。これは、粒子と全体的な流動学的挙動との間の相互作用に影響を与えるパーライト中の撥水性コーティングによってさらに影響を受ける。本発明からの予想外であるが重要な1つの結果はパーライト混合物の水要求性である。実施例1は、微小球対結合剤が重量で0.44:1.00の比率、水対セメント結合剤が0.57:1.00の比率、および超可塑剤用量がセメント結合剤の重量で0.41%で調製されたセラミック微小球フィラーを含むSCP配合を記載した(MS混合物)。パーライトフィラーを含む別の配合は、結合剤に対するパーライトが重量で0.092、0.105および0.115の比率、水対セメント結合剤が0.45:1.00の比率、および超可塑剤用量がセメント結合剤の重量で0.39%で調製された。この考察の焦点は、図25中のスランプによって示されるこれらの混合物の流動性である。セメント結合剤に対して近似的に同じ用量の超可塑剤で、微小球配合と比較して、すべての示されたパーライト含有量について、パーライト配合により実質的に多くのより流動性のある混合物は達成可能であった。パーライト粒子上の撥水性コーティングは、セメント結合剤に対する水のより低い比率でスラリー中の粒子分散を促進して、それがより高い流動性の達成を支援するようである。この結果は、コートされたパーライトおよびコートされていないパーライトにより作製された混合物間のフロー特徴を対比させた従来の実施例において解明された。セラミック微小球と比較して、これはパーライトによる配合が、結合剤に対する水のかなり低い比率を使用して作製できること、そしてそれはセメントマトリックスの強度および長期間耐久性に有利であることを意味する。
Claims (9)
- 横軸および剪断の隔壁荷重への耐性のための、改善された水耐久性および熱伝達に対するより高い耐性を有する、不燃性で耐火性の軽量の強化セメント質パネルであり、
70〜85重量%の反応性粉末と、
連続相中の軽量フィラーとして一様に分布し、1〜500ミクロン(マイクロメートル)の範囲中の直径、20〜150ミクロン(マイクロメートル)の中央直径および0.50g/cc未満の有効粒子密度を有する、2〜6重量%のコートされた疎水性膨張パーライト粒子と、
0〜25重量%の中空セラミック微小球と、
一様に連続相を強化するための3〜8重量%の耐アルカリ性ガラス繊維と、
を乾燥ベースで含むセメント質組成物の水性混合物の硬化からもたらされる前記連続相を含むパネルであり;
前記コートされた疎水性膨張パーライト粒子が、シリコーン、シランおよびシロキサンからなる群から選択されるコーティングによりコートされ、
前記反応性粉末が、
45〜65重量%の硫酸カルシウムα型半水化物と、
10〜22重量%のポルトランドセメント含有水硬性セメントと、
0〜3.5重量%の石灰と、
10〜30重量%の活性ポゾランとを含み、
前記パネルは、前記水性混合物のモールディングによって形成され、
前記パネルは、0.8〜1.6g/cm3(50〜100ポンド/フィート3)の密度を有することを特徴とするパネル。 - 横軸および剪断の隔壁荷重への耐性のための、改善された水耐久性および熱伝達に対するより高い耐性を有する、不燃性で耐火性の軽量の強化セメント質パネルであり、
70〜85重量%の反応性粉末と、
連続相中の軽量フィラーとして一様に分布し、1〜500ミクロン(マイクロメートル)の範囲中の直径、20〜150ミクロン(マイクロメートル)の中央直径および0.50g/cc未満の有効粒子密度を有する、2〜6重量%のコートされた疎水性膨張パーライト粒子と、10〜20重量%の中空セラミック微小球と、
一様に連続相を強化するための3〜8重量%の耐アルカリ性ガラス繊維と
を乾燥ベースで含む部分的パーライト配合セメント質組成物、及び前記部分的パーライト配合セメント質組成物の組成の内で前記中空セラミック微小球を含まない全パーライト配合セメント質組成物、及び前記部分的パーライト配合セメント質組成物の組成の内で前記コートされた疎水性膨張パーライトを含まないセラミック微小球配合セメント質組成物の、
各水性混合物の硬化からもたらされる前記連続相を含む部分的パーライト配合セメント質層と全パーライト配合セメント質層とセラミック微小球配合セメント質層とを含んでなる多層構造を有するパネルであり;
前記反応性粉末が、
65重量%の硫酸カルシウムα型半水化物と、
22重量%のポルトランドセメント含有水硬性セメントと、
0〜3.5重量%の石灰と、
10〜13重量%の活性ポゾランと、を含むパネルであり;
パネルの密度が0.8〜1.6g/cm3(50〜100ポンド/フィート3)であることを特徴とする請求項1に記載のパネル。 - さらに超可塑剤を含んでなり、
前記反応性粉末が、45〜65重量%の硫酸カルシウム半水化物、10〜22重量%のポルトランドセメント、0〜3.5重量%の石灰、10〜30重量%の活性ポゾランを含み、前記活性ポゾランが、シリカフューム、メタカオリン、高炉スラグ微粉末および粉砕フライアッシュからなる群の少なくとも1つのメンバーであり、前記パネルが、2〜6重量%のコートされた膨張パーライト粒子および10〜20重量%の中空セラミック微小球を含むことを特徴とする請求項1に記載のパネル。 - 前記セメント質組成物中の軽量フィラーが、7〜15重量%のコートされた疎水性膨張パーライト粒子からなり、
前記パネルは、0重量%の中空セラミック微小球と、前記反応性粉末の重量の0.01〜0.03の範囲の重量の酒石酸又は酒石酸アルカリ金属塩を含むことを特徴とする請求項1に記載のパネル。 - 前記パネルは、0重量%の中空セラミック微小球を含むことを特徴とする請求項1に記載のパネル。
- 前記パネルが、各々乾燥ベースで、70〜85重量%の前記反応性粉末、5〜8重量%の前記ガラス繊維、および7〜15重量%のコートされた疎水性膨張パーライト粒子、ならびに任意の超可塑剤を含む前記軽量フィラーから形成されることを特徴とする請求項1に記載のパネル。
- 前記パネルが1つまたは複数の多層構造でなる外層を有し、少なくとも一つの前記外層が、全パーライト配合セメント質層である請求項1に記載のパネル。
- 建築構造中の構造用セメントパネルの熱伝達に対する耐性の改善によって、建築物における剪断隔壁のために改善された火災耐性を提供する方法であり、横軸および剪断の隔壁荷重への耐性のための改善された水耐久性および熱伝達に対するより高い耐性を有する、不燃性で耐火性の軽量の強化セメント質の第1のパネルを、前記建築物において剪断を支持する壁システム、床張りシステムおよび/または屋根ふきシステム中の剪断隔壁として使用される金属フレーミングエレメントに適用することを含む方法であり、
第1のパネルが、
70〜85重量%の反応性粉末と、
連続相中の軽量フィラーとして一様に分布し、1〜500ミクロン(マイクロメートル)の範囲中の直径、20〜150ミクロン(マイクロメートル)の中央直径および0.50g/cc未満の有効粒子密度を有する、2〜6重量%のコートされた疎水性膨張パーライト粒子と、
0〜25重量%の中空セラミック微小球と、
一様に連続相を強化するための3〜8重量%の耐アルカリ性ガラス繊維と、
を乾燥ベースで含むセメント質組成物の
水性混合物の硬化からもたらされる前記連続相を含む方法であり;
前記コートされた疎水性膨張パーライト粒子が、シリコーン、シランおよびシロキサンからなる群から選択されるコーティングによりコートされ、
前記反応性粉末が、
45〜65重量%の硫酸カルシウムα型半水化物と、
10〜22重量%のポルトランドセメント含有水硬性セメントと、
0〜3.5重量%の石灰と、
10〜30重量%の活性ポゾランとを含み;
前記パネルは前記水性混合物のモールディング硬化によって形成され、硬化されたパネルが切断及びフィニッシングされ、
硬化前の前記水性混合物における水の重量に対する前記反応性粉末の重量比が0.35〜0.65の範囲であり、
前記パネルは、0.8〜1.6g/cm3(50〜100ポンド/フィート3)の密度を有し、
膨張パーライト粒子を含有する第1の複数の第1のパネルにおける熱伝達の時間が、コートされた疎水性膨張パーライト粒子と部分的な置換または全置換されたセラミック微小球を含むこと以外は第1のパネルとして同じ組成物を有する第2の複数の第2のパネルにおける熱伝達の時間と比較して、10%〜40%遅延され、
前記パネルは、0重量%の中空セラミック微小球と、前記反応性粉末の重量の0.01〜0.03の範囲の重量の酒石酸又は酒石酸アルカリ金属塩を含むことを特徴とする方法。 - 建築構造中の構造用セメントパネルの熱伝達に対する耐性の改善によって、建築物における剪断隔壁のために改善された火災耐性を提供する方法であり、横軸および剪断の隔壁荷重への耐性のための改善された水耐久性および熱伝達に対するより高い耐性を有する、不燃性で耐火性の軽量の強化セメント質のパネルを、前記建築物において剪断を支持する
壁システム、床張りシステムおよび/または屋根ふきシステム中の剪断隔壁として使用される金属フレーミングエレメントに適用することを含む方法であり、
70〜85重量%の反応性粉末と、
連続相中の軽量フィラーとして一様に分布し、1〜500ミクロン(マイクロメートル)の範囲中の直径、20〜150ミクロン(マイクロメートル)の中央直径および0.50g/cc未満の有効粒子密度を有する、2〜6重量%のコートされた疎水性膨張パーライト粒子と、10〜20重量%の中空セラミック微小球と、
一様に連続相を強化するための3〜8重量%の耐アルカリ性ガラス繊維と、
を乾燥ベースで含む部分的パーライト配合セメント質組成物、及び前記部分的パーライト配合セメント質組成物の組成の内で前記中空セラミック微小球を含まない全パーライト配合セメント質組成物、及び前記部分的パーライト配合セメント質組成物の組成の内で前記コートされた疎水性膨張パーライトを含まないセラミック微小球配合セメント質組成物の、
各水性混合物の硬化からもたらされる前記連続相を含む部分的パーライト配合セメント質層と全パーライト配合セメント質層とセラミック微小球配合セメント質層とを含んでなる多層構造を有するパネルとする方法であり;
前記反応性粉末が、
65重量%の硫酸カルシウムα型半水化物と、
22重量%のポルトランドセメント含有水硬性セメントと、
0〜3.5重量%の石灰と、
10〜13重量%の活性ポゾランとを含む方法であり;
パネルの密度が0.8〜1.6g/cm3(50〜100ポンド/フィート3)であることを特徴とする方法。
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