KR20140018215A - 강화 시멘트질 경량 구조 시멘트 판넬용 고내수성 및 열안정성의 고성능 불연성 석고-시멘트 조성물 - Google Patents

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Abstract

전단벽, 마루 및 지붕시스템에서 골조에 고정되어 사용될 때 합판 또는 배향성 스트랜드 보드의 횡단 전단 하중과 같은 횡단 전단 하중에 견딜 수 있는 구조 시멘트 판넬. 본 판넬은 다른 구조 시멘트 판넬과 비교하여 열전달이 감소된다. 본 판넬은 황산칼슘 알파 반수화물, 수경시멘트, 코팅된 팽창 퍼라이트 입자들 충전제, 선택적으로 추가 충전제, 활성 포졸란 및 석회의 수성혼합물 경화로 생성되는 연속상의 하나 이상의 층들이 적용된다. 코팅된 팽창 퍼라이트의 입자 크기는 1-500 미크론, 중앙 직경은 20-150 미크론, 유효입자 밀도 (비중)는 0.50 g/cc 미만이다. 본 판넬은 섬유들, 예를들면 내-알칼리성 유리섬유들로 강화된다. 바람직한 판넬은 의도적으로 투입된 연행공기를 포함하지 않는다. 또한 건물의 내화성 개선방법이 개시된다.

Description

강화 시멘트질 경량 구조 시멘트 판넬용 고내수성 및 열안정성의 고성능 불연성 석고-시멘트 조성물{HIGH PERFORMANCE NON-COMBUSTIBLE GYPSUM-CEMENT COMPOSITIONS WITH ENHANCED WATER DURABILITY AND THERMAL STABILITY FOR REINFORCED CEMENTITIOUS LIGHTWEIGHT STRUCTURAL CEMENT PANELS}
본 발명은 포괄적으로 본원에서 SCP 판넬로 칭하는 경량 구조 시멘트 판넬 (structural cement panel) 제조용 고성능 불연성 석고-시멘트 조성물에 관한 것이다. 본 판넬은 전형적으로 주거 및 상업용 전단벽, 마루 및 지붕 구조체에 사용된다. 본 판넬은 내수성이고 내열성이며 전단 및 축 하중지지능력을 가지는 불연성, 내화성 내전단성 격막을 제공한다. 골조 (framing), 특히 철 골조에 장착될 때, 본 시스템은 불연성, 내수성, 내화성, 열안정성, 내곰팡이성, 및 높은 비강도 및 비강성을 보인다.
본 발명은 일반적으로 주거용 및 기타 유형의 경량 건축물 골조에 적용되는 판넬에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 건축기준법규에 의해 특성이 필수적인 지역에서 센 풍력 및 지진력에 의한 횡력에 견딜 수 있는 판넬에 관한 것이다. 통상 전단벽 또는 격막이라고 알려져 있는 이러한 판넬은 ASTM E72-05 (2005 발효)와 같은 인증된 시험들에서 제시된 전단 저항이 있음을 입증하여야 한다.
막이 판넬은 미-파손 상태의 변위 (deflection)를 측정하여 하중을 결정한다. 일반적으로 전단 등급은 3개의 동일 8 X 8 ft (2.44 x 2.44 m) 조립체, 즉, 골조에 고정된 판넬들에 대한 시험에 기초한다. 일 모서리가 고정되고 하중을 견디지 못하고 파손될 때까지 횡력이 조립체 자유단에 인가된다. 전단 측정강도는 판넬 두께 및 조립체에 사용된 못 크기 및 간격에 따라 달라진다. 예를들면, 전형적인 조립체, 예를들면, 명목상 1/2 인치 (12.7 mm) 두께의 합판이 8d 못들 (하기 못 설명을 참고)로 (중심) 간격이 16 인치 (406.4 mm) 이격되는 명목상 2 x 4 인치 (50.8 x 101.6 mm)의 목재 스터드들에 고정되고, 이때 못들은 둘레에 6 인치 (152.4 mm) 떨어져 박히고 둘레 사이에는 12 인치 (304.8 mm) 떨어져 박혀있을 때, 파손 전에 전단강도는 720 lbs/ft (1072 kg/m)로 예상된다. (측정 강도는 ASTM E72 시험법에서 밝히는 바와 같이 못 크기 및 간격이 변하면 변경된다는 것에 유의하라) 판넬 전단강도 설계에서 이러한 종국강도는 안전율만큼, 예를들면, 3배 감소된다.
본원에 전체가 참조로 포함되는 Tonyan 등의 미국특허번호 6,620,487에서, 골조에 고정될 때 합판 또는 배향성 스트랜드 보드 판넬의 전단 하중과 같거나 초과하는 전단 하중에 견딜 수 있는 강화, 경량, 치수 안정한 구조 시멘트 판넬 (SCP)이 개시된다. 본 판넬은 황산칼슘 알파 반수화물, 수경시멘트, 활성 포졸란 및 석회의 수성혼합물 경화에 의해 생성되는 연속상의 코어를 이용하고, 상기 연속상은 내-알칼리성 유리섬유로 강화되고 세라믹 미소구체, 또는 세라믹 및 중합체 미소구체의 블렌드를 함유하거나, 물-대-반응성 분말의 중량비가 0.6/1 내지 0.7/1인 수성혼합물 또는 이들의 조합물로부터 형성된다. 최소한 하나의 판넬 외면은, 유리섬유로 강화되고 못 박음성이 개선되기에 충분한 중합체 구체들을 함유하거나 중합체 구체들과 유사한 효과를 제공하는 물-대-반응성 분말의 비율로 제조되거나, 이들의 조합물의 경화된 연속상을 포함한다.
본원에 전체가 참조로 포함되는 Bonen의 미국특허번호 6,241,815 역시 SCP 판넬용 조성물을 개시한다.
본원에 참조로 포함되는 Dubey의 미국특허 7,445,738에는, 구조 시멘트 판넬 (SCP 또는 SCP 판넬)를 제조하기 위한 다층 공정, 및 이러한 공정에 의해 제조된 SCP가 제시된다. 이동 웹상에 느슨하게 퍼진 절단 섬유들 또는 슬러리 층의 초기 적층 후, 슬러리층에 섬유들을 적층한다. 매립장치 (embedment device)로 나중에 적층된 섬유들을 슬러리와 혼합시키고, 이후 추가 슬러리층들, 및 이후 절단 섬유들을 첨가하고 더욱 매립시킨다. 필요하다면 본 공정을 보드의 각 층에 대하여 반복한다.
참조로 본원에 포함되는 Dubey의 미국특허공개번호 2009/0011207A1에는, 시멘트 판넬 또는 보드 제조용 신속 경화성 경량 시멘트질 조성물이 개시된다. 본 시멘트질 조성물은 시멘트질 반응성 분말 (포틀랜드 시멘트-기반 결합제라고도 칭함) 35-60 wt. %, 팽창되고 화학적으로 코팅된 퍼라이트 충전제 2-10 wt. %, 물20-40 wt. %, 연행공기 (entrained air), 예를들면, 습량기준으로, 연행공기10-50 vol. %, 및 선택적 첨가제 예를들면 감수제, 화학적 경화-촉진제, 및 화학적 경화-지연제를 포함한다. 또한 본 경량 시멘트질 조성물은 선택적으로 제2 충전제 0-25 wt. %, 예를들면 제2 충전제10-25 wt. %를 포함한다. 전형적인 충전제는 하나 이상의 팽창 점토, 셰일 골재, 및 부석을 포함한다. 사용될 수 있는 시멘트질 반응성 분말은 전형적으로 순수 포틀랜드 시멘트 또는 포틀랜드 시멘트 및 적합한 포졸란 재료 예를들면 비산회 또는 고로 슬랙의 혼합물로 이루어진다. 또한 시멘트질 반응성 분말은 선택적으로 하나 이상의 석고 (분말석고) 및 고알루미나 시멘트 (HAC)를 포함하고 소량 첨가되어 결합제의 경화 및 수화 특성에 영향을 미친다.
Billings의 미국특허번호 4,304,704는 실리콘 처리된 퍼라이트 및 석고와 시멘트 혼합물을 함유한 단열재를 개시한다.
Symons의 미국특허번호 5,601,919에는, 열가소성 수지 및 수지 경화 촉매를 포함한 액상 조성물로 함침된 하나 이상의 천연섬유 시트들로 형성되는 코어 및 15-65 중량부의 포틀랜드 시멘트 또는 황산칼슘 반수화물에서 선택되는 수경 결합제 및 물 및 팽창 질석 또는 퍼라이트인 충전제를 함유하고 코어를 밀봉하는 밀봉층으로 구성되는 건축 요소가 개시된다. 팽창 퍼라이트의 입자 크기는0.05 mm 내지 3 mm이고 실리콘 처리되어 소수성이다.
소정 지역에서 요구되는 전단 등급을 충족하고 현재 사용되는 목재-기반 판넬 뿐 아니라 현재 석고-시멘트 기반의 구조 시멘트 판넬 성능보다 뛰어난 개선 판넬 즉 동일한 전단강도를 가지고 더욱 경량이며 내수성 및 내열성이 개선된 불연성 판넬에 대한 필요성은 여전하다.
본 발명의 판넬은 포괄적으로 선행기술의 중공 세라믹 또는 중합체 미소구체 대신 코팅된 팽창 퍼라이트 입자들을 첨가하여 유리섬유 강화된 석고-시멘트 조성물로 제조되는 것으로 설명된다. 또한, 본 발명의 판넬은 수경시멘트 판넬과 대비하여 경량이다. 본 판넬은 상기 성능 요건들을 만족시키고, 유사한 성분들을 가지지만, 본 구조 시멘트 판넬의 바람직한 모든 성능특성을 만족시킬 수 없는 기타 선행기술의 조성물과 차별된다.
본 발명은 경량 SCP 판넬을 포함한 주거용 및 상업용 경량 건축물을 위한 시스템에 관한 것이다. 본 판넬은 모든 요소들이 ASTM E-136을 통과하여 시스템에 적용될 수 있는 무기결합제 및 경량 충전제의 혼합물로 제조된다.
본 발명의 SCP 슬러리 조성물은 특히 황산칼슘 반-수화물 (석고), 수경시멘트 예를들면 포틀랜드 시멘트, 실리카 퓸, 석회, 소수성이 되도록 코팅되는 팽창 퍼라이트 미입자들, 고성능감수제 및 타르타르산을 포함한다. 본 조성물에서, 팽창 퍼라이트 미립자는 선행 SCP 조성물에 사용된 중공 세라믹 미소구체 충전제를 일부 또는 전부 대체하여 경량성, 저흡습성, 내습성 및 열안정성을 개선시키지만, 기계적 성능특성 예를들면 장기 내구성, 내동해성 및 치수안정성은 선행의 구조 시멘트 판넬과 동일한 수준을 유지한다.
본 발명의 팽창 퍼라이트의 입자크기범위는 1 내지 150 미크론 (마이크로미터)이고 퍼라이트를 소수성으로 개질하는 코팅재로 처리된다. 일부 대체 수준에서, 본 퍼라이트는 미소구체 부피 절반까지 대체하고, 전부 대체 수준에서는, 본 퍼라이트는 전체 미소구체를 대신한다.
또한 골조 전형적으로는 경량 (light gauge) 금속골조에 수평전단격막을 가지는 본 시스템은 전형적으로 내수성이다. 바람직하게는 본 발명의 시스템에서 수평전단격막 하중지지능력은10 피트 X 20 피트 (3.048 내지 6.096 미터) 금속골조에 고정된3/4 인치 (19 mm) 두께의 SCP 판넬에2 인치 (51 mm) 수두가 24 시간 동안 유지되는 시험에서 물에 노출될 때 25% 이상 감소되지 않을 것이다 (더욱 바람직하게는 20% 이상 감소되지 않을 것이다). 본 시험에서, 2 인치 (51 mm) 수두는 15분 간격으로 물을 확인하고 다시 채워 유지된다.
바람직하게는 본 발명의 시스템은 10 피트 X 20 피트 (3.048 내지 6.096 미터) 금속골조에 고정된 3/4 인치 (19 mm) 두께의 SCP 판넬에 2 인치 (51 mm) 수두가 24 시간 동안 유지되는 시험에서 물에 노출될 때 평방 피트 당 0.7 파운드 이상 물을 흡수하지 않을 것이다 (평방 미터 당 .0034 그램). 본 시험에서, 2 인치 (51 mm) 수두는 15분 간격으로 물을 확인하고 다시 채워 유지된다.
또한, 금속골조와 불연성 SCP 판넬과의 조합으로 전체 시스템은 습기로 인한 평윤성에 저항한다. 바람직하게는 본 발명의 시스템에서 10 피트 X 20 피트 (3.048 내지6.096 미터) 금속골조에 부착되는 10 피트 폭 X 20 피트 길이를 가지는 3/4 인치 두께의 SCP 판넬 격막은 금속골조에 고정된 SCP 판넬에 24 시간 동안 유지되는 2 인치 (51 mm) 수두에 노출될 때 5% 이상 팽윤되지 않을 것이다. 본 시험에서, 2 인치 (51 mm) 수두는 15분 간격으로 물을 확인하고 다시 채워 유지된다.
본 발명의 시스템은 단일층 또는 다중층 SCP 판넬을 적용할 수 있다. 다중층 SCP 판넬에서 층들은 동일하거나 상이할 수 있다. 예를들면, SCP 판넬은 연속상의 내층 및 내층 대향측 각각에 최소한 하나의 연속상 외층을 가질 수 있고, 내층 대향측 각각에 있는 최소한 하나의 외층은 내층보다 유리섬유 백분율이 더 높다. 이에 따라 판넬을 강성화, 강도화 및 인성화할 수 있다.
본 시스템은 현재의 구조 시멘트 판넬보다 더욱 경량이지만 동일한 전단강도를 유지한다. 따라서, 금속골조에 고정된 3/4 인치 (19 mm) 두께의 SCP 판넬 수평 격막을 가지는 본 시스템은 소정의 건폐율에 대하여 효율적으로 건축용적을 활용할 수 있어 주어진 건폐율에 대한 건축용적을 최대화할 수 있다. 따라서, 본 시스템은 마루에서 천정까지 높이를 더 높게하거나 건축높이 제한구역에서 더 많은 수의 층들을 구현할 수 있다.
본 시스템의 경량 특성으로 전형적으로 금속팬 (metal pan) 데크/콘크리트 투하 구조와 관련된 정하중을 피할 수 있다. 정하중이 낮으면 상대적으로 낮은 지지력을 가진 덜 안정한 토양에서 대등한 크기의 구조체를 건축할 수 있다.
또한, 타입 X 석고 벽판재료, 또는 기타 감음재료와 같은 내화성 석고 건식벽체를 추가하면 SCP 마루 또는 지붕의 방음을 개선할 수 있다. 이는 특히 IIC (충격소음)을 줄일 수 있다. 추가될 수 있는 전형적인 재료로는, (바닥부터 불연성인 마루 제작을 위한) 마루 바닥 판넬, (US Gypsum Corporation, Chicago, Illinois에서 입수되고 불연성 마루 제작을 위한) FIBEROCK® 브랜드 내장 판넬, (US Gypsum Corporation, Chicago, Illinois에서 입수되고 불연성 마루 제작을 위한) LEVELROCK® 브랜드 마루 바닥, 또는 (불연성 마루 제작을 위한) 흡음 플라스터를 포함한다. ASTM C 36에 따라"타입 X" 지정을 받으려면, ASTM E 119, 건축물 및 건축자재 화재 시험법에 따라 시험할 때 석고 벽판재 제품은 하중-지지 목재 골조 부재 각 측면에 못으로 박은 단일층의5/8" (16 mm) 보드에 대하여는 1시간 이내 내화성 등급 또는1/2" (12.7 mm) 보드에 대하여는 3/4 시간 이내 내화성 등급을 달성하여야 한다. 또한 마루-장선 (joist) 하부면에 방음천정이 적용될 수 있다. 천정판넬은 소음채널 (resilient channel) 또는 현수 그리드에 부착될 수 있다.
보드 두께는 물성 및 기계적 특성, 예를들면, 중량, 하중지지능력, 변형 (racking) 강도 및 기타 등에 영향을 미치므로, 보드 두께에 따라 원하는 특성이 달라진다. 대략, 본 발명의 판넬 두께 범위는 약 0.125 내지 4.0 인치이고, 더욱 바람직한 두께 범위는 0.25 내지 2.0 인치이고, 가장 바람직한 두께 범위는 약 0.40 내지 1.0 인치이다. 따라서, 예를들면, 명목상 두께가 0.75 인치 (19.1 mm)인 전단 등급의 판넬이 충족시켜야 할 바람직한 특정은 다음을 포함한다.
ICC-ES 허용기준 AC-318에 의거한 바닥 덮개 분야에서 거친마루로 사용될 때, 본 발명의 전형적인 판넬은 중심 상부 16, 20 또는 24 인치 (406, 508 또는 610 mm) 간격에서 ASTM E 661에 따라 시험할 때 최대하중능력은 충격 전에는 400 lbs (182 kg) 이상이고, 충격 후에는 400 lbs (182 kg) 이상이다. 200 lb (90.9 kg) 하중으로 충격 전후 최대변위는 0.125 인치 (3.2 mm) 이하이다.
ICC-ES AC 318에 의거한 바닥 덮개 분야에서 단일 마루로 사용될 때, 본 발명의 전형적인 판넬은, 중심 상부16, 20 또는 24 인치 (406, 508 또는 610 mm) 간격에서 ASTM E 661에 따라 시험할 때 최대하중능력은 충격 전에는 550 lbs. (250 kg.) 이상이고, 충격 후에는 400 lbs. (182 Kg.) 이상이다. 200-lb (90.9 Kg.) 하중으로 충격 전후 최대변위는 16, 20 및24 인치 간격에서 각각 0.078 인치 (1.98 mm), 0.094 인치 (2.39 mm) 및 0.108 인치 (2.74 mm) 이하이다.
ICC-ES AC 318에 의거한 지붕덮개 분야에서 사용될 때, 본 발명의 전형적인 판넬은, 중심 상부 16, 20 또는 24 인치 (406, 508 또는 610 mm) 간격에서 ASTM E 661에 따라 시험할 때 최대하중능력은 충격 전에는 400 lbs. (182 Kg.) 이상이고, 충격 후에는 300 lbs. (136 Kg.) 이상이다. 200-lb (90.9 Kg.) 하중으로 충격 전후 최대변위는 16, 20, 24 및 32인치 간격에서 각각 0.438 인치 (11.1 mm.) 0.469 인치 (11.9 mm.), 0.500 인치 (12.7 mm.) 및 0,500 인치 (12.7 mm.) 이하이다.
ICC-ES AC 318에 의거한 바닥덮개 분야에서 사용될 때, 본 발명의 전형적인 판넬은, ASTM E 330에 따라 시험할 때, 최대하중능력은 330 psf (평방 피트 당 파운드)이고 허용 하중 100 psf에서 변위는 (간격/360) 이하이다. 이들 요건은 건식 시험조건 및 흡식 시험조건 양자에 적용된다 (7일간 연속 습식화 이후 습식 상태에서 시험).
ICC-ES AC 318에 의거한 지붕덮개 분야에서 사용될 때, 본 발명의 판넬은, ASTM E 330에 따라 시험할 때, 최대하중능력은 150 psf이고 허용 하중 35 psf에서 변위는 (간격/240) 이하이다. 이들 요건은 건식 시험조건 및 흡식 시험조건 양자에 적용된다 (7일간 연속 습식화 이후 습식 상태에서 시험).
본 발명의 판넬은, PS2-04, 7.4절에 따라 시험할 때, 최소 파스너 횡하중은 건식 상태에서 210 lbs. (95.5 Kg.) 및 7일간 연속 습식화 이후 습식 상태에서 160 lbs. (72.2 Kg.)을 보여야 한다.
본 발명의 판넬은, ASTM D 1037, 47-53절에 따라 시험할 때, 최소 파스너 유지력은 건식 상태에서 20 lbs. (9.1 Kg.) 및7일간 연속 습식화 이후 습식 상태에서 15 lbs. (6.8 Kg.)을 보여야 한다.
본 발명의 판넬은, ASTM D 1037, 54-60절에 따라 시험할 때, 최소 파스너 인발하중은 건식 상태에서 200 lbs. (90.9 Kg.) 및 7일간 연속 습식화 이후 습식 상태에서 150 lbs. (68.2 Kg.)을 보여야 한다.
4 x 8 ft, 3/4 인치 두께의 판넬 (1.22 x 2.44 m, 19.1 mm 두께)은 전형적으로 중량이 156 lbs (71 kg) 이하 및 바람직하게는 144 lbs (65.5 kg) 이하이다.
저밀도, 휨강도, 및 못 박음성/절단성이 개선된 본 발명의 판넬 실시예들을 위한 전형적인 조성물은 무기결합제 (예시들 - 석고-시멘트, 포틀랜드 시멘트 또는 기타 수경시멘트)를 포함하고, 판넬 전 두께에 걸쳐 분포되는, 선택적 유리섬유, 코팅된 팽창 퍼라이트의 경량충전제 및 고성능감수제/고강도감수제 혼합물 (예시들 - 폴리나프탈렌 술폰산염, 폴리아크릴레이트, 기타 등)을 가진다. 코팅된 팽창 퍼라이트 입자들이 적용되는 것이 바람직하지만 중공 유리 또는 세라믹 미소구체는 코팅된 팽창 퍼라이트와 선택적으로 사용될 수 있다.
판넬은 단일층 판넬 또는 다중층 판넬일 수 있다. 전형적인 판넬은 선택적 유리섬유, 경량 세라믹 미소구체 및 고성능감수제가 분포된 물 및 무기결합제 혼합물에서 제작된다. 해당 제작공정의 요건에 맞도록 기타 첨가제들 예를들면 촉진제 및 지연제 혼합물, 점도조절첨가제가 혼합물에 선택적으로 첨가된다.
또한 단일층 또는 다중층 판넬에는 필요하다면 메시 시트, 예를들면 유리섬유 메시가 제공될 수 있다.
다중 (2 이상의) 층을 가지는 실시예들에서, 층들의 조성물은 동일하거나 상이할 수 있다. 예를들면, 다중층 판넬은 못 박음성 및 절단성 또는 스코어 (score) 및 스냅 성능이 개선된 최소한 하나의 외층을 가질 수 있다. 이는 판넬 코어에 비하여 외층(들) 제조시 더 높은 물-대-반응성 분말 (하기됨) 비율을 적용하여 제공된다. 불연성 시험을 통과하는 정도의 소량의 중합체가 결합된 박층의 표피 (skin)는 못 박음성을 개선할 수 있다. 물론, 고함량의 중합체가 첨가되면 제품이 불연성 시험을 통과하지 못할 수 있다.
유리섬유는 단독 또는 기타 유형의 불연성 섬유 예를들면 강섬유와 조합하여 적용될 수 있다.
전기된 바와 같이, 합판 OSB 판넬 또는 현재의 구조 시멘트 판넬로 막이되는 목재 또는 금속골조를 대체할 경량의 불연성 전단벽, 마루 및 지붕구조에 대한 필요성이 존재한다.
또 다른 이점은 더욱 경량인 본 발명의 구조 판넬이 금속골조 일측에 SCP 판넬, 예를들면 3/4 인치 또는 1 인치 SCP 판넬을 타측에 타입 X 석고 벽판재를 적용한 ASTM E-119에 의한 2 시간 내화성 등급을 달성하는 것이고, 현재의 SCP 판넬과 비교하여 우수한 내열성을 달성할 수 있다는 것이다.
본 발명은 판넬 전체 두께에 걸쳐 균일하게 분포된 코팅된 팽창 퍼라이트 입자들을 사용함으로서 양호한 유동특성으로 판넬 작업성 (handling) 및 못 박음성에 필요한 저밀도 및 연성의 조합 특성, 내수성 및 개선된 열특성이 달성된다. 이로 인하여 더욱 낮은 물-대-반응성 분말 (하기됨) 비율의 판넬을 제공하여 중공 세라믹 미소구체 또는 세라믹 미소구체 및 중합체 구체들의 블렌드로 제작된 판넬과 비교하여 중량이 상당히 감소되고 강도가 개선된 판넬이 제공된다. 또한 코팅된 팽창 퍼라이트를 사용하여 세라믹 미소구체 또는 중합체 구체들와 같은 경량 충전제로부터 유래되는 판넬에서의 미연의 탄소 또는 유기물 원천을 실질적으로 제거함으로써 불연성 시험을 충족시키는 판넬이 제작된다.
건축재로 사용되기 위하여, 개선된 SCP 판넬은 예를들면 구조 합판 시트에 적용되는 바와 같이 ASTM E72, ASTM E 661, ASTM C 1704 및 ASTM C 1185 또는 동등한 인증 시험들에 의해 측정되는 전단저항, 하중능력, 물-유발 팽창성, 내수성, 내동해성, 장기 내구성 및 내연성에 대한 건축기준법규표준을 충족시켜야 한다. 또한 SCP 판넬은 - 합판에 대하여는 본 시험이 적용되지 않지만 불연성에 대한 ASTM E-136 시험을 받는다.
개선된 SCP 판넬은 목재 절단에 사용되는 원형톱으로 절단될 수 있어야 한다.
개선된 SCP 판넬은 물에 노출될 때 치수 안정성이 있어야 한다. 판넬은 ASTM C 1185에 따라 측정될 때 세로방향 또는 폭방향에서 0.1% 이하로 팽창되어야 하고, 두께 팽창은ASTM D 1037, 방법 B로 측정될 때3% 이하이어야 한다.
본 발명의 판넬 흡수성은 ASTM C 1704에 따라 제작 후 28일에 시험될 때 15중량%를 초과하지 않아야 한다.
ASTM C 1704 방법에 따라 시험될 때, 습식 조건에서 본 발명의 판넬 시편들은 건식 조건의 판넬 시편들 대비하여 최대 하중능력 및 최대변위의 최소 70%를 유지하여야 한다. 시편들의 습식 조건은 70 ± 5℉ (21± 3℃) 의 물에 48 ± 2 시간 동안 시편들을 담그고 시험 바로 직전에 시편 표면에 눈에 보이는 물기가 없을 때까지 시편들을 흡입 건조하여 달성된다.
ASTM C 1185의 판넬 동해 시험에 적합한 절을 이용하여 측정될 때 본 발명의 개선된 SCP 판넬은 50회 동해 사이클 후 대조 (control) 강도 수치의 최소75% 를 유지하여야 한다.
본 발명의 판넬은 제작 후 28일에 적용되는 조건에서 장기 내구성에 적용될 수 있는 절의 ASTM C 1185에 의거 시험될 때 최대 하중능력 및 최대변위의 최소 75%를 유지하여야 한다.
개선된 SCP 판넬은 외장 마무리 구조용 결합가능한 기재를 제공하여야 한다.
개선된 SCP 판넬은, ASTM E136에 따라 시험할 때, 선행기술의 미소구체 충전제의 가연성 성분들이 영향을 미치지 않을 불연성이어야 한다.
본 발명의 개선된 SCP 판넬은, ASTM E 84 방법에 따라 결정될 때, 화염전파 0 및 최대 연기 발생율 5를 달성하여야 한다.
바닥덮개 분야에서 사용될 때 중심 상부16, 20 또는 24 인치 (406, 508 또는 610 mm.) 간격에서, SCP 판넬의 저항모멘트 (moment capacity)는, ASTM C 1704 방법에 따라 측정될 때, 건식 조건에서 세로방향 및 폭방향 양자에서 최소한 1,450 lbf-in/ft 폭이고, 습식 조건에서 세로방향 및 폭방향 양자에서 최소한 1,015 lbf-in/ft 폭이다. 이들 저항모멘트 수치는 ICC-ES 허용기준 AC-318 및 ASTM C-1705 표준에서 확립된 요건들에 충족된다. 판넬의 습식 조건은 문단 [0044]에 기재된다. 건식 시편들의 휨강성은 ASTM C 1704 방법에 따라 측정될 때 세로방향 및 폭방향 양자에서 223,000 lbf-in2/ft 폭이어야 한다.
지붕덮개 분야에서 사용될 때, 중심 상부 16, 20 또는 24 인치 (406, 508 또는 610 mm.) 간격에서, SCP 판넬의 저항모멘트는, ASTM C 1704 방법에 따라 측정될 때, 건식 조건에서 세로방향 및 폭방향 양자에서 최소한 1,007 lbf-in/ft 폭이고, 습식 조건에서 세로방향 및 폭방향 양자에서 최소한 705 lbf-in/ft 폭이다. 이들 수치는 ICC-ES 허용기준 AC-318에서 확립된 최소 저항모멘트 수치들에 해당된다. 판넬의 습식 조건은 문단 [0044]에 기재된다. 건식 시편들의 휨강성은 ASTM C 1704 방법에 따라 측정될 때 세로방향 및 폭방향 양자에서 129,051 lbf-in2/ft 폭이어야 한다.
지붕덮개 분야에서, 본 발명의 판넬은 제작 후 최소 28일에 ASTM C 1185, 15 절에 의거 25회 사이클 동안 시험되어야 한다. 1회 시험 방열부 완료 후, 판넬은 대조 판넬 시편들과 비교하여 굽힘시험에 의해 확립된 최대하중 및 최대변위의 최소 75%를 유지하여야 한다.
또한 본 발명의 판넬은 ASTM D 3273에 따라 시험될 때 내곰팡이성 수치 10을 보여야 하고 ASTM G 21에 의거하여 시험될 때에는 내곰팡이성 수치가 1 이하여야 한다.
도 1은 본 발명인 단일층 SCP 판넬 사시도이다.
도 2는 본 발명인 다중층 SCP 판넬 시스템의 부분단면도이다.
도 3은 본 발명인 SCP 판넬 제작공정에 적합한 장치의 개략적 정면도이다.
도 4는 본 발명인 SCP 판넬 제작공정에 적용되는 타입의 슬러리 공급 스테이션의 사시도이다.
도 5 본 발명인 SCP 판넬 제작공정에 사용되기에 적합한 매립장치의 부분 오버헤드 평면도이다.
도 6은 세라믹 미소구체를 이용하여 제조된 조성물 (formulation) 및 미소구체 일부 및 전부를 팽창 퍼라이트로 대체하여 제조된 본 발명 조성물의 슬럼프 (slump) 막대그래프이다.
도 7은 세라믹 미소구체를 이용한, 및 미소구체 일부 및 전부를 팽창 퍼라이트로 대체하여 제조된 본 발명 조성물의 슬러리 밀도 막대그래프이다.
도 8은 세라믹 미소구체를 이용한, 및 미소구체 일부 및 전부를 팽창 퍼라이트로 대체하여 제조된 본 발명 조성물의 초기 경화 막대그래프이다.
도 9는 세라믹 미소구체를 이용한, 및 미소구체 일부 및 전부를 팽창 퍼라이트로 대체하여 제조된 본 발명 조성물의 28-일 압축강도 막대그래프이다.
도 10은 미소구체를 함유하는 조성물 및 미소구체를 전부 팽창 퍼라이트로 대체한 타르타르산 투여량에 따른 본 발명의 조성물에 대한 슬럼프 대 시간 및 초기 슬럼프의 백분율로서의 슬럼프 대 시간 막대그래프 세트이다.
도 11은 세라믹 미소구체를 이용한, 및 미소구체 일부 및 전부를 팽창 퍼라이트로 대체하여 제조된 판넬의 14일 휨성능 막대그래프 세트이다.
도 12는 세라믹 미소구체를 이용한, 및 미소구체 일부 및 전부를 팽창 퍼라이트로 대체하여 제조된 판넬의 28일 휨성능 막대그래프 세트이다.
도 13은 세라믹 미소구체를 이용한, 및 미소구체 일부 및 전부를 팽창 퍼라이트로 대체하여 제조된 판넬의 48-시간 담근 후 MOR 막대그래프이다.
도 14는 세라믹 미소구체를 이용한, 및 미소구체 일부 및 전부를 팽창 퍼라이트로 대체하여 제조된 판넬의 48-시간 담근 후 AMOR 막대그래프이다.
도 15는 세라믹 미소구체를 이용한, 및 미소구체 일부 및 전부를 팽창 퍼라이트로 대체하여 제조된 판넬 시편들에 대한 건식 파스너 횡저항 막대그래프이다.
도 16은 세라믹 미소구체를 이용한, 및 미소구체 일부 및 전부를 팽창 퍼라이트로 대체하여 제조된 판넬 시편들에 대한 습식 파스너 횡저항 막대그래프이다.
도 17은 세라믹 미소구체를 이용한, 및 미소구체 일부 및 전부를 팽창 퍼라이트로 대체하여 제조된 판넬 시편들에 대한 지지력 막대그래프이다.
도 18은 세라믹 미소구체를 이용한, 및 미소구체 일부 및 전부를 팽창 퍼라이트로 대체하여 제조된 판넬에 대한 영구 변형 막대그래프이다.
도 19는 세라믹 미소구체를 이용한, 및 미소구체 일부 및 전부를 팽창 퍼라이트로 대체하여 제조된 판넬 시편들에 대한 흡수율 막대그래프이다.
도 20은 세라믹 미소구체를 이용한, 및 미소구체 일부 및 전부를 팽창 퍼라이트로 대체하여 제조된 판넬에 대한 선팽창율 막대그래프이다.
도 21은 500℃에 노출될 때, 세라믹 미소구체를 이용한, 및 미소구체 일부 및 전부를 팽창 퍼라이트로 대체하여 제조된 판넬 시편들에 대한 온도-시간 곡선 막대그래프이다.
도 22는 소규모 수평로에서 시험될 때, 세라믹 미소구체를 이용한, 및 미소구체 일부 및 전부를 팽창 퍼라이트로 대체하여 제조된 판넬에 대한 온도-시간 곡선 막대그래프이다.
도 23은 코팅된 퍼라이트를 함유하는 본 발명의 시멘트질 조성물 및 미코팅된 퍼라이트를 함유하는 동일 조성물에 대한 인치 단위의 슬럼프 대 시간 그래프이다.
도 24는 코팅된 퍼라이트를 함유하는 본 발명의 시멘트질 조성물 및 미코팅된 퍼라이트를 함유하는 동일 조성물에 대한 밀도 대 시간 그래프이다.
도 25는 유사한 함량의 고성능감수제와 함께 세라믹 미소구체 및 비교되는 코팅된 퍼라이트를 함유한 조성물에 대한 인치 단위의 슬럼프 대 시간 그래프이다.
도 26은 본 발명의 판넬에 사용되는 코팅된 경량 팽창 퍼라이트 사진이다.
도 27은 본 발명의 퍼라이트의 허니콤 미세구조체를 보이는 분쇄된 퍼라이트 입자의 사진이다.
도 1은 본 발명인 단일층 SCP 판넬 (20)의 개략사시도이다. 이러한 SCP 판넬 제조에 사용되는 중요한 출발재료들은 무기결합제, 예를들면, 황산칼슘 알파 반수화물, 수경시멘트, 및 포졸란 재료, 경량 충전제인 코팅된 팽창 퍼라이트 및 선택적으로 추가될 수 있는, 세라믹 미소구체 또는 유리 미소구체, 및 고성능감수제, 예를들면, 폴리나프탈렌 술폰산염 및/또는 폴리아크릴레이트, 물, 및 선택적 첨가제이다.
필요하다면 판넬은 도 1에 도시된 바와 같이 단일층을 가진다. 그러나, 전형적으로 판넬은 층들이 적층 및 경화되는 방법뿐 아니라 층들이 동일 또는 상이한 조성물을 가지는지에 따라, 최종 판넬 제품에 구분 층들이 존재하거나 그렇지 않은 다중층들을 적층하는 공정에 의해 제조된다. 층들 (22, 24, 26, 28)을 가지는 판넬 (21)의 다중층 구조는 도 2에 도시된다. 다중층 구조에서 층들의 조성은 동일하거나 다를 수 있다. 전형적인 층(들) 두께는 약 1/32 내지 1.0 인치 (약 0.75 내지 25.4 mm) 범위이다. 단 하나의 외층이 적용되는 경우, 전형적으로 외층은 판넬 전체 두께의3/8 이하일 것이다.
황산칼슘 반수화물
본 발명의 판넬에서 사용될 수 있는 황화칼슘 반수화물은 석고 광석, 천연 광물 (황화칼슘 반수화물 CaSO4·2H2O)로부터 제조된다. 달리 언급되지 않는 한, "석고"는 황화칼슘의 이수화물 형태를 말한다. 채광된 후, 원료 석고는 열적으로 가공되어 경화성 황화칼슘을 형성하는데, 황화칼슘은 무수물일 수 있지만, 더욱 전형적으로는 반수화물인 CaSO4·1/2H2O이다. 익숙한 최종 용도용으로, 경화성 황화칼슘은 물과 반응하여 이수화물(석고)을 형성함으로써 고화된다. 반수화물은 알파 반수화물 및 베타 반수화물로 명명된 두 개의 확인된 형태를 갖는다. 이들은 물성 및 비용에 기초하여 다양한 용도로 선택된다. 두 형태 모두 물과 반응하여 황화칼슘의 이수화물을 형성한다. 수화에 의해, 알파 반수화물은 직사각형-측면 결정의 석고를 발생시킴을 특징으로 함에 반해, 베타 반수화물은 수화에 의해 전형적으로 큰 종횡비를 갖는, 침상 결정의 석고를 생성함을 특징으로 한다. 본 발명에서, 알파 또는 베타 형태 모두 소망하는 역학적 성능에 따라 사용될 수 있다. 베타 반수화물은 덜 조밀한 미세구조를 형성하여, 저밀도 생성물에 대해 바람직하다. 알파 반수화물은 베타 반수화물에 의해 형성된 것보다 더 높은 강도 및 밀도를 갖는 더욱 조밀한 미세구조를 형성한다. 따라서, 알파 반수화물은 강도 및 밀도를 증가시키기 위해 베타 반수화물을 대체하여 사용될 수 있고 특성을 조절하기 위해 조합될 수 있다.
본 발명의 판넬을 제조하는데 사용되는 무기결합제에 대한 전형적인 구체예는 포틀랜드 시멘트, 고알루미나 시멘트, 포졸란-혼합된 포틀랜드 시멘트, 또는 이들의 혼합물과 같은 수경시멘트를 포함한다.
본 발명의 판넬을 제조하는데 사용되는 무기결합제에 대한 또 다른 전형적인 구체예는 황화칼슘 알파 반수화물, 수경시멘트, 포졸란 및 석회를 함유하는 블렌드를 포함한다.
수경시멘트
ASTM은 "수경시멘트"를 다음과 같이 정의한다: 물과의 화학적 상호작용에 의해 경화되고 고화하고, 물 존재 하에서 그렇게 행할 수 있는 시멘트. 건축 및 건설 산업에서 사용되는 몇가지 유형의 수경시멘트가 있다. 수경시멘트의 예시는 포틀랜드 시멘트, 고로 슬래그 시멘트 및 고황산염 시멘트와 같은 슬래그 시멘트, 칼슘 술포포알루미네이트 시멘트, 고-알루미나 시멘트, 팽창성 시멘트, 백색 시멘트 및 급속 경화 및 고화 시멘트를 포함한다. 황화칼슘 반수화물은 물과의 화학 상호작용에 의해 경화 및 고화되지만, 본 발명의 의미에서 수경시멘트의 넓은 범위 내에 포함되지 않는다. 상기 언급한 모든 수경시멘트는 본 발명의 판넬을 제조하는데 사용될 수 있다.
밀접하게 관련된 수경시멘트의 가장 대중적이고 널리 사용되는 부류는 포틀랜드 시멘트이다. ASTM C150은 "포틀랜드 시멘트"를, 실질적으로 수경성 규산칼슘으로 이루어진 클링커를 분쇄하여 제조되고 공동 첨가물로서 통상 하나 이상의 황산칼슘 형태를 함유하는 수경 시멘트로 정의한다. 포틀랜드 시멘트를 제조하기 위해, 석회석, 점토질암(argillaceous rocks) 및 점토의 치밀한 혼합물을 가마(kiln) 내에서 소성시켜 클링커를 생성하고, 이를 더욱 가공한다. 결과로서, 다음의 네가지 주요상의 포틀랜드 시멘트가 생성된다: 규산삼칼슘 (3CaO·SiO2, 또는 C3S로 칭함), 규산이칼슘 (2CaO·SiO2, C2S로 칭함), 알루민산삼칼슘 (3CaO·Al2O3 또는 C3A), 및 철알민산사석회 (4CaO·Al2O3·Fe2O3 또는 C4AF). 포틀랜드 시멘트내에 소량으로 존재하는 다른 화합물들은 황화칼슘 및 알칼리성 황산염의 복염, 산화칼슘, 및 산화마그네슘이 포함된다. 포틀랜드 시멘트의 다양한 확인된 부류 중, 본 발명의 판넬의 제조를 위해 타입 III 포틀랜드시멘트(ASTM 분류)가 바람직한데, 미세함으로 인해 더 큰 강도를 제공하는 것으로 확인되었기 때문이다. 포틀랜드 시멘트, 고로 슬래그 시멘트 및 고황산염 시멘트와 같은 슬래그 시멘트, 칼슘 설포알루미네이트 시멘트, 고-알루미나 시멘트, 팽창성 시멘트, 백색 시멘트, 조절된 경화 시멘트 및 VHE 시멘트와 같은 급속 경화 및 고화 시멘트, 및 기타 포틀랜드 시멘트 타입을 포함하는 다른 확인된 부류의 수경시멘트가 또한 본 발명의 판넬을 제조하는데 성공적으로 사용될 수 있다. 슬래그 시멘트 및 칼슘 설포알루미네이트 시멘트는 낮은 알칼리성을 갖고 또한 본 발명의 판넬 제조에 적합하다.
본원에 사용되는, "수경시멘트"란, 전형적으로 약간의 석고가 포틀랜드 시멘트에 포함되지만, 수중에서 강도 발현이 되지 않는 석고를 포함하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
시멘트 보드를 제조할 때, 포틀랜드 시멘트는 전형적으로 입자 표면적이 블레인 (Blaine) 표면적 측정법 (ASTM C 204)으로 측정할 때 4,000 cm2/그램 이상 및 전형적으로 5,000 내지 6,000 cm2/그램인 극미립자들 형태이다. 여러 포틀랜드 시멘트 인정 등급들 중, ASTM 타입 III 포틀랜드 시멘트가 본 발명의 시멘트질 조성물의 시멘트질 반응성 분말에 가장 바람직하다. 이는 상대적으로 신속한 반응성 및 고도의 조기 강도 발현 때문이다.
본 발명에서, 타입 III 포틀랜드 시멘트 사용을 최소화하고 타입 III 포틀랜드 시멘트 대신 기타 시멘트를 사용하면 상대적으로 신속한 조기 강도 발현이 달성될 수 있다. 본 발명의 조성물에서 타입 III 포틀랜드 시멘트를 대체 또는 보충할 수 있는 기타 인정되는 타입의 시멘트는 타입 I 포틀랜드 시멘트, 또는 기타 수경 시멘트, 예를들면 백색 시멘트, 슬래크 시멘트 예를들면 고로 슬래그 시멘트, 포졸란 블렌드화 시멘트, 팽창성 시멘트, 설포-알루미네이트 시멘트, 및 유정 시멘트를 포함한다.
섬유
유리섬유는 절연 재료로서 통상 사용되지만, 다양한 경화체 (matrix)와 함께 강화 재료로서도 사용되어 왔다. 섬유 자체는 부러지기 쉬운 재료에 인장력을 제공한다. 섬유는 부하시 부러질 수 있지만, 유리 섬유를 함유하는 복합물이 실패하는 통상의 모드는 섬유와 연속상 재료 사이 결합의 분해 및 절단으로 인해 발생한다. 그러므로, 이러한 결합은 강화 섬유가 만약 오랜 시간에 걸쳐 복합물의 연성을 증가시키고 강화시키는 능력을 유지하려면 중요하다. 통상 Nippon Electric Glass(NEG) 350Y와 같은 내알칼리성 유리섬유(AR 유리섬유)가 사용된다. 이러한 섬유는 경화체에 우수한 결합 능력을 제공하는 것으로 확인되었고, 따라서 본 발명의 판넬에 바람직하다.
유리 섬유는 약 5 내지 25 미크론(마이크로미터) 및 더욱 대표적으로는 약 10 내지15 미크론(마이크로미터)의 직경을 갖는 모노필라멘트이다. 이 필라멘트는 일반적으로 100 필라멘트 스트랜드로 결합되고, 이것은 약 50 스트랜드를 함유하는 조방사로 집합된다. 이 스트랜드 또는 조방사는 적합한 필라멘트 및 필라멘트의 번들, 예를들면 약 0.25 내지 3 인치 (6.3 내지 76 mm) 길이, 대표적으로 1 내지 2인치(25 내지 50 mm) 길이로 보통 잘려진다. 섬유들은 무작위 배향을 가지고 판넬면에서 등방성 역학적 거동을 제공한다.
본 발명의 판넬 내에, 다른 불연성 섬유를 포함하는 것도 또한 가능한데, 예를들면, 강섬유도 또한 잠재적 첨가제이다.
불연성 촉진을 위하여 고분자성 섬유가 부재할 수 있다.
포졸란 재료
상기한 바와 같이 대부분의 포틀랜드 및 기타 수경시멘트는 수화 (경화) 도중 석회를 생성한다. 유리섬유에 대한 공격을 감소시키기 위해 석회와 반응하는 것이 요망된다. 황화칼슘 반수화물이 존재할 때, 이는 시멘트 내 알루민산삼칼슘과 반응하여 에트링가이트를 형성하고, 이는 경화 제품에 바람직하지못한 크랙을 유도할 수 있는 것이 공지되어 있다. 이는 당업계에서 "황산염 공격"이라고 종종 언급된다. 이러한 반응은 "포졸란" 재료를 첨가함으로써 방지될 수 있는데, "포졸란" 재료는 "...자체로는 시멘트적 가치가 없거나 거의 없지만, 미세하게 분말 형태로, 수분 존재에서, 상온에서 수산화칼슘과 화학적으로 반응하여 시멘트성 특성을 갖는 화합물을 형성하는 규산질 또는 규산질 및 알루민산질 재료"로서 ASTM C618-97에 정의되어 있다. 흔히 사용되는 포졸란 재료는 실리콘 금속 및 페로-실리콘 합금 제조의 생성물인 실리카 퓸이며, 미세 분할된 미결정성 실리카이다. 특징적으로, 이 재료는 고실리카 함량 및 저알루미나 함량을 갖는다. 부석, 퍼라이트, 규조토, 응회암, 화산회, 메타카올린, 마이크로실리카, 분쇄 과립화 고로 슬래그, 및 비산회를 포함하는 다양한 천연 및 인조 재료가 포졸란 특성을 갖는다고 언급되어 왔다. 실리카 퓸이 본 발명의 판넬에 사용되기에 특히 편리한 포졸란이지만, 다른 포졸란 재료도 사용될 수 있다. 실리카 퓸과는 대조적으로, 메타카올린, 분쇄 과립화 고로 슬래그, 및 비산회 (fly ash)는 훨씬 낮은 실리카 함량 및 다량의 알루미나를 가졌지만, 효율적인 포졸란 재료일 수 있다. 실리카 퓸이 사용될 때, 약 5 내지 20 중량%, 바람직하게는 10 내지 15 중량%의 반응성 분말 (즉, 수경시멘트, 황화칼슘 알파 반수화물, 실리카 퓸 및 석회)로 구성된다. 만약 다른 포졸란이 대체된다면, 사용되는 양은 실리카 퓸과 유사한 화학적 성능을 제공하도록 선택된다.
시멘트질 조성물의시멘트질 반응성 분말 블렌드는 고농도의 광물첨가제, 예를들면 포졸란 재료 및/또는 비-포졸란 골재, 예를들면, 탄산칼슘, 운모, 활석, 기타 등을 포함할 수 있다.
ASTM C618-97에 의하면 포졸란 재료는 "자체는 거의 또는 전혀 시멘트질 가치를 가지지 않지만, 미세 분말 형태로 수분이 존재하면 상온에서 수산화칼슘과 화학적으로 반응하여 시멘트질 특성을 가지는 화합물을 형성하는 규산질 또는 규산질 및 알루민산질 재료"로 정의된다. 다양한 천연 및 인조 재료들이 포졸란 특성을 가지는포졸란 재료로 언급된다. 포졸란 재료의 일부 예시로는 부석, 규조토, 실리카퓸, 응회암, 화산회, 왕겨, 메타카올린, 분쇄 과립화 고로 슬래그, 및 비산회를 포함한다. 이들 모든 포졸란 재료는 본 발명의 시멘트질 반응성 분말의 일부로 단독 또는 조합적으로 사용될 수 있다.
포졸란 재료로 사용되는 부석은 비-수화 형태이고 포졸란 재료에 대한 ASTM C618-97 정의인 "자체는 거의 또는 전혀 시멘트질 가치를 가지지 않지만, 미세 분말 형태로 수분이 존재하면 상온에서 수산화칼슘과 화학적으로 반응하여 시멘트질 특성을 가지는 화합물을 형성하는 규산질 또는 규산질 및 알루민산질 재료"에 속한다.
비산회가 본 발명의 시멘트질 반응성 분말 블렌드에서 바람직한 포졸란이다. 고 함량의 산화칼슘 및 알루민산칼슘을 함유한 비산회 (예를들면 ASTM C618 표준에 의하면 등급 C 비산회)가 하기 설명과 같이 바람직하다. 기타 광물질 첨가제 예를들면 탄산칼슘, 점토, 및 분쇄 운모 역시 광물질 첨가제로 포함될 수 있다.
비산회는 석탄 연소의 미분 부산물이다. 분쇄 석탄을 연소시키는 발전소에서 대부분 상업적 입수 가능한 비산회를 생산한다. 이들 비산회는 주로 유리질의 구형 입자뿐 아니라 적철석 및 자철석 잔류물, 숯, 및 냉각 과정에서 생성되는 일부 결정 형태들로 이루어진다. 비산회 입자들의 구조, 조성 및 특성은 석탄 구조 및 조성 및 비산회 형성 연소 공정에 따라 다르다. ASTM C618 표준은 콘크리트에 사용될 수 있는 크게 두 등급의 비산회를 언급한다 - 등급 C 및 등급 F. 이들 두 등급의 비산회들은 지질연대기 동안 석탄 형성 과정의 차이로 인한 다른 종류의 석탄들에서 유래한다. 등급 F 비산회는 통상 무연탄 또는 역청탄 연소에 의해 생성되고, 등급 C 비산회는 통상적으로 갈탄 또는 아역청탄으로부터 생성된다.
ASTM C618 표준은 주로 포졸란 특성에 따라 등급 F 및 등급 C 비산회들을 구분한 것이다. 따라서, ASTM C618 표준에서, 등급 F 비산회 및 등급 C 비산회의 주요 사양 차이는 조성물에서의 SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 의 최소 한계이다. 등급 F 비산회에서 SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 최소 한계는 70%이고 등급 C 비산회의 경우는 50%. 따라서, 등급 F 비산회가 등급 C 비산회보다 더욱 포졸란 특성을 가진다. ASTM C618 표준에서 명시적으로 인정된 것은 아니지만, 등급 C 비산회는 전형적으로 고함량의 산화칼슘을 함유한다. 고함량의 산화칼슘 존재로 인하여 등급 C 비산회는 물과 혼화될 때 규산칼슘 및 알루민산칼슘 수화물 형성에 이르는 시멘트질 특성을 가지게 된다. 하기 실시예들에서 보이는 바와 같이, 등급 C 비산회가 특히 고알루미나 시멘트 및 석고가 사용되지 않는 바람직한 조성에서 더욱 우수한 결과를 보였다.
화학적으로 코팅된 팽창 퍼라이트
본 발명의 시스템에 적용되는 경량 판넬은 전형적으로 밀도가 입방피트당 50 내지 100 파운드, 바람직하게는 입방피트당 65 내지 85 파운드, 더욱 바람직하게는 입방피트당 70 내지 80 파운드이다. 반대로, 목섬유가 없는 전형적인 포틀랜드 시멘트 기반의 판넬의 밀도는 95 내지 110 pcf 범위이지만, 목섬유가 있는포틀랜드 시멘트 기반의 판넬의 밀도는 거의 SCP와 같다 (약 65 내지 85 pcf).
이렇게 낮은 밀도를 달성하기 위하여 경량 코팅된 팽창 퍼라이트 충전제 입자들이 판넬에 제공된다. 팽창 퍼라이트 충전제는 시멘트질 조성 슬러리의 (습량기준으로) 약 2-10 중량 %, 약 7.5-40 부피 %이다. 팽창 퍼라이트 충전제 입자들의 중앙입자직경은 전형적으로 20-500 미크론 또는 20 내지 250 미크론, 바람직하게는 20-150 미크론, 더욱 바람직하게는 20-90 미크론, 및 가장 바람직하게는 20-60 미크론이다. 또한, 팽창 퍼라이트 충전제 입자들의 유효입자밀도 (비중)는 바람직하게는 0.50 g/cc 이하, 더욱 바람직하게는 0.40 g/cc 이하 및 가장 바람직하게는 0.30 g/cc이하이다.
팽창 퍼라이트 입자들은 본 발명의 판넬에서 중요한 기능을 수행하며, 그렇지 않다면 건축 판넬에서 원하는 것보다 더욱 무거울 것이다.
팽창 퍼라이트 입자들은 소수성으로 코팅된다. 전형적으로, 팽창 퍼라이트 입자들은 하나 이상의 실란, 실록산, 또는 실리콘 코팅제 또는이들의 혼합물로 화학적 처리된다.
본 발명의 코팅된 팽창 퍼라이트 입자들에 대한 주사전자현미경사진이 도 26에 보여진다. 본 발명의 퍼라이트 입자들 완전한 중공은 아니지만 도 27의 주사전자현미경사진에서 보여지는 바와 같이 허니콤 내부 미세구조를 가진다. 허니콤 미세구조는 퍼라이트 입자의 중공 공간 내부에 무작위로 형성되는 얇은 벽들에 의해 실질적으로 형성된다. 퍼라이트 입자에 존재하는 다수의 벽들이 상호 무작위로 작용하므로 전체 입자 공간은 작은 구간들로 구획된다. 이러한 허니콤 미세구조는 퍼라이트 입자 및 본 발명인 시멘트질 조성물에 여러 이점들을 제공한다. 허니콤 미세구조에 의해 부여되는 중요한 이점들은 다음을 포함한다:
1. 입자 흡수성 감소: 허니콤 구조로 인하여 입자 내부가 작은 구간들로 구획되므로, 입자 내부 한 구역에서 다른 구역으로의 수분 이동은 내부 벽들에 의해 방해된다. 그 결과, 퍼라이트 입자의 절대 흡수성은 크게 감소한다. 더 낮은 흡수성을 가지는 퍼라이트 입자들은 시멘트질 슬러리의 물에 대한 수요를 줄이고 최종제품의 기계적 특성 및 내구 특성을 높이므로 본 발명에서 유익하다.
2. 입자 강성 및 강도 증가: 입자 내부 허니콤 벽들은 입자의 강성 및 강도를 실질적으로 증가시키는데 조력한다. 그 결과, 퍼라이트 입자들은 제품 수명 여러 단계에서의 수송 및 이송 과정에서 덜 손상된다. 또한, 상대적으로 높은 입자 강성 및 강도는 시멘트질 슬러리 제조에 있어서 입자들이 상당한 전단 및 분쇄 작용을 받는 다양한 혼합공정들에서 극히 유익하다. 높은 입자 강성 및 강도로 인하여 가혹한 혼합 조건에서도 입자 무결성을 유지할 수 있다.
그 결과, 퍼라이트 입자들이 시멘트 판넬 제품 제조에 사용될 때 경량 특성 및 낮은 흡수성이 유지된다. 퍼라이트 입자들이 부서지고 파괴되면, 입자밀도는 상당히 증가하고 이에 따라 경량성 및 저흡수성은 감소될 것이라는 것을 이해하여야 한다.
퍼라이트는 실리콘, 실란 또는 실록산 코팅제 예를들면 디메틸 실리콘, 디메틸디클로로실란 또는 폴리디메틸실록산으로 처리될 수 있다. 필요하다면, 티탄산염 또는 지르콘산염의 코팅제가 적용될 수 있다. 전형적으로 코팅제는 미코팅 퍼라이트 입자 중량의 0.01 내지 3%, 더욱 전형적으로 0.01 내지 2중량% 함량으로 제공된다. 퍼라이트 상의 코팅제는 전형적으로 가교결합된 소수성 막 형성 화합물들이다. 전형적인 실리콘들은 일반식 R-SiX3 를 가지는 유기-기능성 실란들이고, 여기에서 R 은 알콕시 및 아세톡시 예를들면 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 글리시독시, 에폭시 프로폭시, 에폭시 시클로헥실 및 비닐로 이루어진 군에서 선택되고 X는 할로겐, 알콕시 및 아세톡시로 이루어진 군에서 선택된다.
또한, 코팅된 팽창 퍼라이트 충전제 입자 크기로 인하여 화학적 코팅제를 적용시켜 유효-수밀형 밀폐 입자 구조를 형성시킬 수 있다. 코팅된 팽창 퍼라이트 충전제를 선택하여 사용하면 적은 물을 사용하면서 작업성 및 가공성의 시멘트질 슬러리를 제조할 수 있다. 조성물에서 수분 함량이 낮으면 우수한 기계적 특성 및 물성을 가지는 제품을 얻을 수 있다. 퍼라이트 입자들을 수밀성 및 발수성으로 개질하기 위한 가장 바람직한 화학적 코팅 화합물은 알킬 알콕시 실란이다. 옥틸트리에톡시 실란은 본 발명의 시멘트질 조성물에 사용되는 퍼라이트를 코팅하기 위한 가장 바람직한 알킬 알콕시 실란이다.
상업적으로 입수 가능한 바람직한 화학적으로 코팅된 팽창 퍼라이트 충전제 중 하나는 Silbrico Corporation에서 입수되는 SIL-CELL 35-23이다. SIL-CELL 35-23 퍼라이트 입자들은 알킬 알콕시 실란 화합물로 화학적 코팅된 것이다. 또 다른 바람직한 화학적으로 코팅된 팽창 퍼라이트 충전제는 Silbrico Corporation에서 입수되는 SIL-CELL 35-34이다. SIL-CELL 35-34 퍼라이트 입자들 역시 본 발명의 시멘트질 조성물에 유용하고 실리콘 화합물로 코팅된 것이다. DICAPERL 2010 및 DICAPERL 2020는 Grefco Minerals Inc에서 생산되는 또 다른 상업적인 코팅된 팽창 퍼라이트 충전제 제품이고. 본 발명에서도 바람직하다. 알킬 알콕시 실란 화합물로 코팅된 DICAPERL 2010 퍼라이트는 본 발명의 시멘트질 조성물에서 특히 바람직하다. 실리콘 화합물으로 코팅된 DICAPERL 2020 퍼라이트 역시 본 발명의 조성물에서 유용하다.
본 발명의 퍼라이트 충전제들의 또 다른 매우 유용한 특성은 이들의 작은 입자 크기 및 실리카-기반의 화학적 성질로 인하여 포졸란 특성을 보인다는 것이다. 포졸란 거동으로 인하여, 본 발명의 선택된 퍼라이트 충전제는 시멘트질 복합물의 내화학성 및 내수성을 개선시키고 시멘트질 결합제 및 기타 혼합물 중의 성분들과의 계면성 및 결합성을 향상시킨다.
또 다른 극히 중요한 이점은 본 발명의 퍼라이트 충전제 입자의 작은 크기로 인한 것이다. 본 발명의 선택된 퍼라이트 충전제는 조성물 중에 극히 미입자들 (75 미크론 이하)의 전체 함량을 증가시킨다. 조성물 중 고함량의 미입자들 고함량은 시멘트질 슬러리 및 강화섬유 간의 결합을 개선시키는데 조력하므로 섬유강화 구조 시멘트 판넬의 신속 공정에 극히 유용하다. 시멘트질 슬러리 및 강화섬유 간 결합이 개선되면 더욱 신속한 판넬 공정 속도, 및 제품 회수율이 개선된다.
추가적인 경량 충전제/미소구체
경량 충전제로 사용되는 미소구체들은 제품 평균 밀도를 낮추는데 도움이 된다. 미소구체들이 중공이면, 때로는 미소풍선 (microballoon)이라고도 부른다.
미소구체는 자체로서 불연성이거나, 또는 연소성인 경우, SCP 판넬을 연소성으로 만들지 않기 위해 충분히 소량으로 첨가된다. 본 발명의 판넬을 제조하는데 사용되는 혼합물 내에 포함히기 위한 대표적인 경량 충전제는 세라믹 미소구체, 중합체 미소구체, 퍼라이트, 유리 미소구체, 및/또는 비산회 세노스피어로 이루어진 군에서 선택된다.
세라믹 미소구체는 다양한 재료로부터 서로 다른 제조 공정을 사용하여 제조될 수 있다. 비록 다양한 세라믹 미소구체가 본 발명의 판넬에서 충전제 성분으로서 사용될 수 있지만, 본 발명의 바람직한 세라믹 미소구체는 석탄 연소 부산물로서 생성되고 석탄 발화 설비에서 얻는 비산회의 성분, 예를들면 Kish Company Inc, Mentor, Ohio에 의해 제조된 EXTENDOSPHERES-SG 또는 Tolsa., Suwanee, Georgia USA에 의해 제조된 FILLITE® 브랜드 세라믹 미소구체다. 본 발명의 바람직한 세라믹 미소구체의 화학성분들은 주로 약 50 내지 75 중량%의 범위 내 실리카(SiO2) 및 약 15 내지 40 중량% 범위 내 알루미나(Al2O3), 및 35 중량%까지의 다른 물질이다. 본 발명의 바람직한 세라믹 미소구체는 10 내지 500미크론(마이크로미터) 범위 내 직경, 및 대표적으로 구체 직경의 약 10%인 셀 두께, 및 바람직하게는0.50 내지 0.80 g/mL의 입자 밀도를 갖는 중공 구형 입자이다. 본 발명의 바람직한 세라믹 미소구체의 파단력은 1500 psi(10.3 MPa) 이상, 바람직하게는 2500 psi(17.2 MPa) 이상이다.
본 발명의 판넬에서 세라믹 미소구체가 바람직한 것은 이들이 대부분의 합성 유리 미소구체보다 약 3 내지 10배 강하다는 사실로부터 주로 비롯된다. 또한, 본 발명의 바람직한 세라믹 미소구체는 열적으로 안정하고 본 발명의 판넬에 향상된 치수 안정성을 제공한다. 세라믹 미소구체는 접착제, 밀봉제, 쵸크, 지붕용 화합물, PVC 바닥, 페인트, 산업적 코팅제, 및 고온-내성 플라스틱 복합재와 같은 다른 여러 용도에서도 사용된다. 비록 세라믹 미소구체가 바람직하긴 하지만, 미소구체가 반드시 중공 및 구형이어야 하는 것은 아닌데, 본 발명의 판넬에 낮은 중량 및 중요한 물성을 제공하는 것은 입자 밀도 및 압축력이기 때문이다. 택일적으로, 얻어진 판넬이 소정의 성능을 만족한다면 다공성 불규칙 입자로 대체될 수 있다.
중합체 미소구체는, 존재한다면, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메타크릴로니트릴, 염화 폴리비닐 또는 염화폴리비닐리딘, 또는 이들의 혼합물과 같은 고분자 재료로부터 제조된 셀을 갖는 대표적으로 중공 구형이다. 셀은 제조 도중 고분자 셀을 확장하는데 사용되는 가스를 내포할 수 있다. 중합체 미소구체의 외부표면은 탄산칼슘, 산화티탄, 운모, 실리카, 및 활석과 같은 불활성 코팅제의 일부 타입을 가질 수 있다. 중합체 미소구체는 바람직하게는 약 0.02 내지 0.15 g/ml의 입자 밀도를 갖고 10 내지 350 미크론(마이크로미터) 범위 내 직경을 갖는다. 중합체 미소구체의 존재는 낮은 판넬 밀도 및 향상된 절단성 및 못박음성을 동시에 달성하는 것을 용이하게 할 수 있다.
다른 경량성 충전제, 예를들면 유리 미소구체, 또는 중공 알루미노-규산염 세노스피어 또는 비산회로부터 유래한 미소구체도 또한 본 발명의 판넬의 제조하기 위해 사용되는 세라믹 미소구체와 조합하여 또는 그 대신에 혼합물 내에 포함되기에 적합하다.
유리 미소구체는 대표적으로 내알칼리성 유리 재료로 제조되고 중공이다. 전형적인 유리 미소구체는 GYPTEK INC., Suite 135, 16 Midlake Blvd SE, Calgary, AB, T2X 2X7, CANADA로부터 입수 가능하다.
기타 화학 첨가제 및 성분들
기타 첨가제 예를들면 감수제 예를들면 고성능감수제, 수축조절제, 슬러리 점도조절제 (증점제), 착색제 및 내부경화제가 본 발명의 시멘트질 조성물의 가공성 및 용도에 따라 필요한 경우에 포함될 수 있다.
화학 첨가제 예를들면 감수제 (고성능감수제)는 본 발명의 조성물에 포함될 수 있고, 건조 형태 또는 용액 형태로 첨가될 수 있다. 고성능감수제는 혼합물의 수분 요구를 감소시키는데 조력한다. 고성능감수제 예시로는 폴리나프탈렌 술폰산염, 폴리아크릴레이트, 폴리카르복실레이트, 리그노술포네이트, 멜라민 술포네이트, 및 기타 등을 포함한다.
사용되는 고성능감수제 유형에 따라, 반응성 시멘트질 분말에 대한 고성능감수제 중량비는 (건조 분말 기준으로) 전형적으로 약 2 wt. % 이하, 바람직하게는 약 0.1 내지 1.0 wt. %, 더욱 바람직하게는 약 0.0 내지 0.50 wt. % 및 가장 바람직하게는 약 0.0 내지 0.20 wt. % 이다. 따라서, 예를들면, 혼합물에서 시멘트질 반응성 분말 100 파운드마다 0.1 내지 1.0 중량% 범위로 고성능감수제가 존재할 때, 고성능감수제는 약 0.1 내지 1 파운드 존재한다.
기타 화학 혼합물 예를들면 수축조절제, 착색제, 점도조절제 (증점제) 및 내부경화제 역시 필요하다면 본 발명인 조성물에 첨가될 수 있다.
골재 및 충전제
개시된 시멘트질 반응성 분말 블렌드는 본 발명의 시멘트질 조성물의 신속 경화성분들로 구성되지만, 본 분야의 기술자들은 사용 목적 및 용도에 따라 조성물에 기타 재료들이 포함될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
코팅된 팽창 퍼라이트 사용 함량 및 추가적인 경량 충전제 선택에 따라, 반응성 분말 블렌드에 대한 경량 충전제의 중량비는 전형적으로 2-90 %, 바람직하게는 4-50% 및 더욱 바람직하게는 8-40%이다.
골재 함습량은 시멘트질 혼합물의 경화 시간에 역으로 작용하다. 따라서, 낮은 함수량의 골재 및 충전제가 본 발명에서 바람직하다.
SCP 판넬 조성
본 발명의 내전단성 판넬을 제조하는데 사용되는 성분은 수경시멘트, 황화칼슘 알파 반수화물, 실리카 퓸과 같은 활성 포졸란, 석회, 선택적인 중공 세라믹 또는 유리 미소구체 유무의 코팅된 팽창 소수성 퍼라이트 입자들, 내알칼리성 유리섬유, 고성능감수제 (예를 들면, 폴리나프탈렌술폰산나트륨) 및 물을 포함한다. 대표적으로, 수경시멘트 및 황화칼슘 알파 반수화물이 모두 존재한다. 만약 황화칼슘 알파 반수화물이 실리카 퓸과 함께 존재하지 않는다면 복합재의 장기 내구성은 절충된다. 포틀랜드 시멘트가 존재하지 않으면 내수성/내습성은 절충된다. 녹색(즉 비경화된) 재료의 경화 특성을 제어하기 위해 소량의 촉진제 및/또는 지연제가 조성물에 추가될 수 있다. 대표적인 비-제한적 첨가제는 염화칼슘과 같은 수경시멘트에 대한 촉진제, 석고와 같은 황화칼슘 알파 반수화물에 대한 촉진제, DTPA(디에틸렌 트리아민 펜트아세트산), 타르타르산 또는 타르타르산의 알칼리 염(예를들면, 타르타르산 칼륨) 과 같은 지연제, 글리콜과 같은 수축 감소제를 포함한다. 본 발명의 SCP 판넬은 첨가 발포제를 함유하지 않고 연행공기를 함유하지 않는다.
본 발명의 판넬은 내알칼리성 유리섬유 및 경량 충전제, 예를들면 미소구체가 균일하게 분포된 연속상을 포함한다. 연속상은 반응성 분말의 수성혼합물, 즉, 바람직하게는 고성능감소제 및/또는 기타 첨가제를 포함하는 수경시멘트, 황화칼슘 알파 반수화물, 포졸란 및 석회의 블렌드를 경화시켜 생성된다.
표 1은 본 발명의 반응성 분말들 (무기결합제)의 성분 중량비, 예를들면, 반응성 분말 100부에 대하여 건조 중량 기준으로 수경시멘트, 황산칼슘 알파 반수화물, 포졸란 및 석회의 중량비를 보인다.
표 1A는 본 발명의 판넬 생성 슬러리를 형성하기 위하여 물과 혼합되는 시멘트질 조성물에서의 성분 중량비, 예를들면, 조성물 100부에 대하여 건조 중량 기준으로 반응성 분말, 코팅된 팽창 퍼라이트 충전제, 및 유리섬유의 중량비를 나열한다.
표 1B는 본 발명의 판넬 생성 슬러리를 형성하기 위하여 물과 혼합되는 시멘트질 조성물에서의 성분 중량비, 예를들면, 조성물 100부에 대하여 건조 중량 기준으로, 충전제로 세라믹 미소구체도 사용되는 경우, 반응성 분말, 코팅된 팽창 퍼라이트 충전제, 및 유리섬유의 중량비를 나열한다.
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석회는 본 발명의 모든 조성물에서 요구되지는 않지만, 석회를 부가하면 더 우수한 판넬을 제공하고, 통상 약0.2중량% 이상의 양으로 부가된다. 따라서, 대부분의 경우, 반응성 분말 내 석회의 양은 약 0.2 내지 3.5 중량%이다.
본 발명의 실시예들에 의하면, SCP 판넬을 가연시킬 수 있는 미연 (unburned) 탄소를 실질적으로 함유하지 않고 미연 탄소를 함유한 중공 세라믹 미소구체가 거의 없거나 존재하지 않는 불연성의 코팅된 팽창 퍼라이트가 충분히 존재한다.
본 발명의 실시예들에서, 본 발명의 슬러리 조성물은 발포제를 포함하지 않고 슬러리는 판넬 밀도를 감소시키는 어떠한 연행공기를 사용할 필요가 없다.
판넬은 단일층 또는 다중층으로 제작될 수 있다. 물-대-반응성 분말 비율이 판넬 밀도를 줄이고 못 박음성을 향상시키기 위하여 조절될 때 전형적인 물 첨가율은 반응성 분말 중량의 35 내지 70% 및 특히 60% 이상 70%까지이고, 전형적인 고성능감수제 첨가율은 반응성 분말 중량의 1 내지 8%이다. 바람직한 외층(들) 두께 범위는 1/32 내지 4/32 인치 (0.8 내지 3.2 mm)이고, 하나의 외층만이 적용되는 경우 외층 두께는 판넬 전체 두께의 3/8 이하이다.
하나 이상의 코어층들 및 대향 외층들을 가지는 다중층 실시예들에서, 본 발명 본 실시예의 코어 및 외층(들) 모두는 독립적으로 상기된 조성물, 예를들면, 표 1, 1A, 및 1B에 기재된 조성물을 가질 수 있다.
필요하다면 최소한 하나의 외층은 내층보다 더 높은 비율의 유리섬유를 가진다. 필요하다면 최소한 하나의 외층은, 내층(들)에 비하여 외층(들)에서 물-대-시멘트 비율을 높여서, 및/또는 충전제 함량을 변경시켜, 및/또는 내층(들)에 비하여 외층(들)에서 중합체 미소구체 함량을 추가하여 못 박음성이 개선될 수 있다. 중합체 미소구체 함량은 불연성이 유지될 정도로 판넬에 대하여 소량이다.
본 발명의 판넬 제작
반응성 분말들, 예를들면, 수경시멘트, 황산칼슘 알파 반수화물, 포졸란, 및 석회의 블렌드, 및 경량 충전제, 예를들면, 코팅된 팽창 퍼라이트 입자들을 적절한 혼합기 내에서 건조 상태로 혼합한다.
이후, 물, 고성능감수제 (예를들면 폴리카르복실화 에테르), 및 포졸란(예를들면, 실리카 퓸 또는 메타카올린)을 또다른 혼합기 내에서 1 내지 5분간 혼합시킨다. 필요하면, 지연제 (예를들면 타르타르산 나트륨)을 이 단계에서 부가하여 슬러리의 경화 특성을 제어한다. 건조 성분들을, 습윤 성분을 포함하는 혼합기에 투입하고, 2 내지 10분간 혼합하여 부드러운 균질 슬러리를 형성한다.
슬러리는 이후 균질한 슬러리 혼합물을 얻기 위한 목적으로 여러 방법 중 하나의 방법으로 유리섬유와 조합된다. 섬유를 함유하는 상기 슬러리를 소망하는 형태 및 크기의 적절한 몰드 내로 부음으로써 시멘트질의 판넬을 형성한다. 필요하면, 몰드 내의 재료의 우수한 압축을 얻기 위해 몰드에 진동을 제공한다. 적절한 자막대기 또는 흙손을 사용하여 판넬에 필요한 표면 마감 특성이 부여된다.
다층 SCP 판넬을 제조하기 위한 방법 중 하나는 다음과 같다. 반응성 분말들, 예를들면, 수경시멘트, 황화칼슘 알파 반수화물, 포졸란 및 석회의 블렌드, 및 코팅된 팽창 퍼라이트 입자들로 이루어진 경량 충전제를 적절한 혼합기내에서 건조 상태로 혼합한다. 이후, 물, 고성능감수제 (예를들면 폴리카르복실화 에테르), 및 포졸란 (예를들면, 실리카 퓸 또는 메타카올린)을 또다른 혼합기 내에서 1 내지 5분간 혼합시킨다. 필요하면, 지연제 (예를 들면 타르타르산 나트륨)를 이 단계에서 부가하여 슬러리의 경화 특성을 제어한다. 건조 성분들을, 습식 성분을 포함하는 혼합기에 투여하고, 10분 이내로 혼합하여 부드러운 균질 슬러리를 형성한다.
슬러리는 이후 균질한 슬러리 혼합물을 얻기 위한 목적으로 여러 방법으로 유리섬유와 조합된다. 유리섬유는 대표적으로 짧은 길이로 절단된 조방사의 형태이다. 바람직한 구체예에서, 슬러리 및 절단된 유리섬유는 동시에 판넬 몰드 내로 분무된다. 바람직하게는 수많은 통로 내에서 분무가 행해져 바람직하게는 약 0.25 인치(6.3 mm) 두께까지의 박층을 생성하고, 이것을 어떠한 특정 패턴을 갖지 않고 두께가 1/4 내지 1인치(6.3 내지 25.4 mm)인 균질 판넬로 강화시킨다. 예를들면, 한 응용 용도에서, 3x5 피트(0.91x1.52m) 판넬을 길이 및 폭 방향에서 6개의 통로의 분무로 제조하였다. 각 층을 적층함에 따라, 슬러리 및 유리섬유가 밀접한 접촉을 이루도록 롤러가 사용될 수 있다. 상기 층들을 롤링 단계 이후 자막대기 또는 기타 적절한 수단으로 고를 수 있다. 대표적으로, 슬러리를 분해하는데 압축 공기가 사용된다. 분무 노즐로부터 나옴에 따라, 슬러리는 분무 건(gun) 상에 장착된 절단기 메카니즘에 의해 조방사로부터 절단된 유리섬유와 혼합된다. 슬러리 및 유리섬유의 균일한 혼합물을 상기한 바와 같이 판넬 몰드 내에 적층시킨다.
필요하면, 판넬의 외부 표면층은, 최종 판넬이 가연성이 될 정도로 미연 탄소를 함유하지 않는 한 중합체 구체를 함유할 수 있고, 그렇지 않으면, 판넬을 골조에 부착시키는데 사용되는 패스너를 쉽게 박을 수 있도록 구성될 수 있다. 그러한 층의 바람직한 두께는 약 1/32 인치 내지 4/32 인치(0.8 내지 3.2 mm)이다. 판넬의 외층을 적용시키기 위해, 판넬의 코어가 제조되는 상기한 절차와 동일한 절차를 사용할 수 있다.
본 발명의 판넬을 제조하는 또다른 방법은 참조로서 본원에 포함된 미국특허 제7,445,738호에 개시된 공정 단계를 이용하는 것이다. 미국특허 제7,445,738호는 이동 웹상에 느슨하게 분포된, 잘려진 섬유 또는 슬러리 층의 초기 적층 이후, 섬유들이 슬러리층 상에 적층된다. 매립 장치는 최근 적증된 섬유를 슬러리 내로 누르고, 이후, 부가적인 슬러리 층, 및 이후 잘려진 섬유가 부가되고 이후 더욱 매립된다. 이 공정은 필요하면 보드의 각 층에 대해 반복된다. 완료되면, 보드는 더욱 균일하게 분포된 섬유성분들을 가지고, 시멘트질 판넬 선행 제조 기술에서 교시하는 강화 섬유의 두꺼운 매트들이 없어도, 상대적으로 강한 판넬이 된다.
더욱 상세하게는, 미국특허 제7,445,738호는 구조 시멘트 판넬을 제조하기 위한 다층 공정을 개시하는데, 이 방법은: (a) 이동 웹을 제공하는 것; (b) 느슨한 섬유의 제 1 층을 적층하는 것 및 (c) 웹 상에 경화가능한 슬러리 층을 퇴적하는 것; (d) 슬러리 상에 느슨한 섬유의 제 2 층을 적층하는 것; (e) 슬러리 내로 섬유의 제 2 층을 매립하는 것; 및 (f) 판넬 내 소정 개수의 경화가능 섬유-보강 슬러리 층이 얻어질 때까지 단계 (c)부터 단계 (d)의 슬러리 적층을 반복하는 것을 포함한다.
도 3은 미국특허 제7,445,738호의 공정을 수행하기에 적합한 장치의 개략적 정면도이다. 도 3을 참조하여, 구조 판넬 생산 라인은 개략적으로 나타내어지고, 총체적으로 도면부호 310으로 지칭된다. 생산 라인(310)은 다수의 레그(313) 또는 기타 지지체를 갖는 지지 프레임 또는 성형 테이블(312)을 포함한다. 지지프레임(312) 상에는, 평평한 물-불침투성 표면을 갖는 무한 고무-형 컨베이어 벨트가 포함되지만, 다공성인 표면이 상정된다. 당업계에서 널리 알려진 바와 같이, 지지 프레임(312)은 지정된 레그(313)를 포함할 수 있는 최소한 하나의 테이블-형 부분으로 제조될 수 있다. 지지 프레임(312)은 또한 프레임의 원위 말단(318)에서 주요 구동 롤(316), 및 프레임의 근위 말단(322)에서 아이들러 롤(320)을 또한 포함한다. 또한, 최소한 하나의 벨트 트래킹 및/또는 장력 장치(324)가 소정의 장력을 유지하고 롤(316, 320) 상에서 캐리어(314)의 배치를 위해 바람직하게는 제공된다.
또한, 바람직한 실시예에서, 크라프트 종이, 박리지의 웹(326), 및/또는 당업계에서 공지된, 경화 이전에 슬러리를 지지하기 위해 설계된 지지 물질의 기타 웹이 제공되어 캐리어(314) 상에서 캐리어(314)를 보호하고 및/또는 캐리어(314)를 청결하게 유지한다. 그렇지만, 본 라인(310)에 의해 제조된 판넬은 캐리어(314) 상에 직접 형성되는 것도 또한 상정된다. 이 경우, 최소한 하나의 벨트 세척 유닛(328)이 제공된다. 캐리어(314)는 당업계에서 공지된 바와 같이 주요 구동 롤(316)을 구동시키는 모터, 풀리, 벨트 또는 체인의 조합에 의해 지지프레임(312)을 따라 이동된다. 캐리어(314)는 용도에 맞게 변경될 수 있다.
도 3의 장치에서, 구조 시멘트 판넬 생산은 웹(326) 상의 느슨한, 잘려진 섬유(330)의 층 또는 슬러리 층의 적층에 의해 개시된다. 슬러리의 제 1 적층 이전의 섬유(330)의 적층의 장점은 얻어진 판넬의 외면 근처에 섬유가 매립된다는 것이다. 다양한 섬유 적층 및 절단 장치가 본 라인(310)에 의해 상정되지만, 바람직한 시스템은 유리섬유 코드(cord)의 여러 스풀(332)을 유지하는 최소한 하나의 랙(331)을 사용하고, 각 스풀로부터 섬유의 코드(334)는 절단기(336)로도 지칭된 절단 스테이션 또는 장치 내로 공급된다.
절단기(336)는 회전 블레이드 롤(338)을 포함하는데, 이 롤로부터 캐리어(314)의 폭을 가로질러 확장하는 방사확장 블레이드(340)가 돌출하고, 이 롤은 엔빌(anvil) 롤(342)과 근접한 접촉, 회전 관계로 배치된다. 바람직한 구체예에서, 블레이드 롤(338) 및 엔빌 롤(342)은 블레이드 롤(338)의 회전이 엔빌 롤(342)을 또한 회전시키지만 그 반대도 상정되도록, 서로 근접한 관계로 배치된다. 또한 엔빌 롤(342)은 바람직하게는 블레이드(340)가 코드(334)를 부분으로 자르는 탄성 지지 재료로 덮인다. 롤(338) 상의 블레이드(340)의 공간은 잘려진 섬유의 길이를 결정한다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 절단기(336)는 근위 말단(322) 근처의 캐리어(314) 위로 배치되어 생산 라인(310)의 길이의 생산적 사용을 최대화한다. 섬유 코드(334)가 잘려짐에 따라, 섬유(330)는 캐리어 웹(326) 상에 느슨하게 떨어진다.
다음, 슬러리 공급 스테이션, 또는 슬러리 공급기(344)는 호퍼, 빈(bin) 등과 같은 원격 혼합 위치(347)로부터 슬러리(346)의 공급을 수용한다. 본 공정은 캐리어(314) 상의 슬러리의 초기 적층으로부터 시작할 수 있다. 슬러리는 바람직하게는 다양한 함량의 포틀랜드 시멘트, 석고, 골재, 물, 촉진제, 가소제, 발포제, 충전제 및/또는 상기 및 SCP 판넬의 제조를 위해 참조로서 포함된 상기에서 열거된 특허들에서 기술된 기타 성분으로 구성된다. 이들 성분의 상대적인 함량은 상기 성분의 제거 또는 다른 성분의 추가를 포함하여 용도에 따라 변경할 수 있다.
이동 캐리어(314) 상에 슬러리(346)의 박층을 균일하게 적층시키는 다양한 구성의 슬러리 공급기(344)가 상정될 수 있지만, 바람직한 슬러리 공급기(344)는 캐리어(314)의 이동 방향에 대해 가로지르도록 배치된 주요 계측 롤(348)을 포함한다. 동반 또는 백업 롤(350)은 계측 롤(348)에 대해서, 그 사이에 닙(nip)(352)을 형성하기 위해, 근접한 평행, 회전 관계로 배치된다. 바람직하게는 Teflon® 브랜드 재료 등과 같은 비-점착성 재료의 한 쌍의 측벽(354)은 닙(352) 내로 부어진 슬러리(346)를 공급기(344)의 측면으로부터 벗어나는 것을 방지한다.
공급기(344)는 이동 캐리어(314) 또는 캐리어 웹(326) 상에 슬러리(346)의 균일한, 비교적 얇은 층을 적층한다. 적절한 층 두께는 약 0.05 인치부터 0.20 인치의 범위이다. 그렇지만, 본 공정에 의해 제조된 바람직한 구조 판넬에서 바람직한 4층 및 대략 0.5 인치인 적절한 건축 판넬에서, 특히 바람직한 슬러리층 두께는 대략 0.125인치이다.
상기한 두께의 슬러리층을 달성하기 위해, 도 3 및 4를 참조하여 슬러리 공급기(344)에 몇가지 특징이 부여된다. 첫째, 전체 웹(326)을 통해 슬러리(346)의 균일한 배치를 보장하기 위해, 슬러리는 당업계에서 널리 공지된 타입의 측면으로 왕복하고, 케이블 구동되고, 유체 동력 디스펜서(358) 내에 위치하는 호스(356)를 통해 공급기(344) 내로 운반된다. 호스(356)로부터 흘러나오는 슬러리는 그리하여 측면 왕복 운동으로 공급기(344) 내로 부어져서 롤(348, 350) 및 측벽(354)에 의해 정의된 저장소(359)를 채운다. 계측 롤(348)의 회전은 저장소로부터 슬러리(346)의 층을 인출한다.
다음, 두께 모니터링 또는 두께 제어 롤(360)은 주요 계측 롤(348)의 수직 중심선의 약간 위 및/또는 약간 아래로 배치되어 주요 계측 롤(348)의 외부 표면(362) 상에 공급기 저장소(357)로부터 인출된 슬러리(346)의 두께를 제어한다. 또한, 두께 제어 롤(360)은 서로 다른 일정하게 변하는 점도로 슬러리의 취급을 가능하게 한다. 주요 계측 롤(348)은 캐리어(314) 및 캐리어 웹(326)의 운동 방향과 같은 이동 방향 "T"로 구동되고, 주요 계측 롤(348), 백업 롤(350) 및 두께 모니터링 롤(36)은 모두 동일 방향으로 회전가능하게 구동되어, 각 이동 외부 표면 상의 슬러리의 조숙한 경화의 가능성을 최소로 한다. 외부 표면(362) 상의 슬러리(346)가 캐리어 웹(326)을 향해 이동함에 따라, 주요 계측 롤(348) 및 웹 사이에 위치하는 횡단 스트리핑 와이어(364)는 슬러리(346)가 캐리어 웹 상에 완전히 적층되고 닙(352) 및 공급기 저장소(359)를 향해 다시 진행하지 않는 것을 보장한다. 스트리핑 와이어(364)는 주요 계측 롤(348)이 미성숙하게 경화된 슬러리가 없도록 유지하는 것을 돕고 상대적으로 균일한 커튼의 슬러리를 유지한다.
바람직하게는 절단기(336)과 동일한 제 2 절단기 스테이션 또는 장치(366)는 공급기(344)의 하류에 배치되어 슬러리(346) 상에 섬유(368)의 제 2 층을 적층시킨다. 바람직한 구체예에서, 절단기 장치(366)는 절단기(336)를 공급하는 동일한 랙(331)으로부터 코드(334)로 공급된다. 그렇지만, 응용 용도에 다라, 각 개별 절단기에 별도의 랙(331)이 공급될 수 있다.
다음, 도 3 및 5를 참조하여, 도면부호 370으로 총칭된 매립 장치는 슬러리(346) 및 생산 라인(310)의 이동 캐리어(314)에 대해 작동적 관계로 배치되어 섬유(368)를 슬러리(346) 내로 매립시킨다. 진동기, 시프 풋 롤러(sheep's foot roller) 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 매립 장치가 상정되지만, 바람직한 구체예에서, 매립 장치(370)는 프레임(312) 상의 캐리어 웹(326)의 이동 방향 "T"를 횡단하여 장착된 최소한 한 쌍의 일반적으로 평행한 샤프트(372)를 포함한다. 각 샤프트(372)는 소 직경 디스크(376)에 의해 샤프트 상에서 서로 축방향으로 분리된, 다수의 상대적으로 큰 직경 디스크(374)를 구비한다.
SCP 판넬의 생산 도중, 샤프트(372) 및 디스크(374, 376)는 샤프트의 세로 축에 대해 서로 회전한다. 당업계에서 널리 알려진 바와 같이, 샤프트(372)의 하나 또는 둘 다 동력될 수 있지만, 만약 단지 하나만이 동력된다면, 다른 하나는 벨트, 체인, 기어 드라이브 또는 기타 공지된 동력 전달 기술에 의해 구동되어 구동 롤에 대한 상응하는 방향 및 속도를 유지한다. 인접한, 바람직하게는 평행한 샤프트(372)의 각 디스크(374, 376)는 슬러리내 "반죽" 또는 "마사지" 작용을 발생시키기 위해 서로 맞물리고, 이전에 그 상에 적층된 섬유를 매립한다. 또한, 디스크(372, 374)의 근접한, 맞물려서 회전하는 관계는 디스크 상에 슬러리(346)의 증강을 방지하고, 슬러리 덩어리의 미숙한 경화로 인한 생산 라인 휴지시간을 상당히 감소시키는 "자정" 작용을 유효하게 발생시킨다.
샤프트(372) 상의 디스크(374, 376)의 맞물린 관계는 소 직경 스페이서 디스크(376) 및 상대적으로 큰 직경 주요 디스크(374)의 마주보는 주변의 밀접하게 인접한 배치를 포함하고, 이는 또는 자정 작용을 촉진한다. 서로에 대해 상대적으로 인접한 근접성으로 디스크(374, 376)가 회전하기 때문에, 슬러리의 입자가 장치 및 미숙 경화 내에 잡히기 어렵다. 서로 상대적으로 측면 상쇄되는 두 세트의 디스크(374)를 제공함으로써, 슬러리(346)는 다수의 붕괴 작용으로 처리되어, 슬러리(346) 내에 섬유(368)를 더욱 매립시키는 "반죽" 작용을 발생시킨다.
일단 섬유(368)가 매립되면, 즉, 이동 캐리어 웹(326)이 매립 장치(370)를 통과함에 따라, SCP 판넬의 제 1 층(377)이 완결된다. 바람직한 구체예에서, 제 1층(377)의 높이 또는 두께는 대략 0.05-0.20 인치의 범위내이다. 이 범위는 SCP 판넬 내 유사 층과 조합될 때 원하는 강도 및 강성을 제공하는 것으로 확인되었다. 그렇지만, 응용 용도에 따라 다른 두께도 상정된다.
소정 두께의 구조 시멘트성 판넬을 제조하기 위해, 추가적인 층이 필요하다. 이를 위해, 공급기(344)와 실질적으로 동일한 제 2 슬러리 공급기(378)가 이동 캐리어(314)에 대해 작동적 관계로 제공되고, 기존 층(377) 상의 슬러리(346)의 부가층(380)의 적층용으로 배치된다.
다음, 절단기(336 및 366)와 실질적으로 동일한 부가적 절단기(382)가 프레임(312)에 대해 작동적 관계로 제공되어, 랙(331)과 유사한 방식으로 프레임(312)에 대해 건축 및 배치된 랙(도시되지 않음)으로부터 제공된 섬유(384)의 제 3 층을 적층시킨다. 섬유(384)는 슬러리층(380) 상에 적층되어 제 2 매립 장치(386)를 사용하여 매립된다. 매립 장치(370)에 대한 구조 및 배치와 유사하게, 제 2 매립 장치(386)는 이동 캐리어 웹(314)에 대해 약간 높게 장착되어 제 1 층(377)은 교란되지 않는다. 이런 식으로, 슬러리 및 매립된 섬유의 제 2 층(380)이 생성된다.
도 3을 참조하여, 경화가능한 슬러리 및 섬유의 각 연속적 층을 사용하여, 생산 라인(310) 상에, 부가적인 슬러리 공급기 스테이션(378, 402), 연이어 섬유 절단기(382, 404) 및 매립 장치(386,406)이 제공된다. 바람직한 구체예에서, 총 4 개의 층 (예를들면, 도 2의 판넬(21) 참조)이 제공되어 SCP 판넬을 형성한다. 상기한 바와 같이 섬유-매립된 경화가능한 슬러리의 4층의 적층에 의해, 성형 장치(394)는 바람직하게는 프레임(312)에 제공되어 판넬의 상부 표면(396)을 형성한다. 그러한 성형 장치(394)는 경화가능한 슬러리/보드 생산 기술에서 공지되어 있고, 대표적으로 다층 판넬의 높이 및 형상에 따르는 스프링-부하 또는 진동판이어서 소정의 치수 특성을 맞춘다.
생성된 판넬은 다층(예를들면 도 2의 판넬(21)의 층(22, 24, 26, 28) 참조)을 갖고, 경화에 의해 일체형, 섬유-강화 덩어리를 형성한다. 각 층 내 섬유의 존재 및 배치가 상기 및 하기 기술된 바와 같이 특정의 소정 파라미터 내에서 제어되고 유지된다면, 판넬을 탈-적층하는 것은 사실상 불가능하다.
이 지점에서, 슬러리의 층은 경화하기 시작하고, 각 판넬은 절단 장치(398)에 의해 서로 절단되는데, 절단 장치(398)는 바람직한 구체예에서 물 제트 커터이다. 이동 블레이드를 포함하는 다른 절단기도, 본 판넬 조성물에서 적절히 날카로운 모서리를 생성할 수 있다면, 이 동작에 적합한 것으로 생각된다. 절단 장치(398)는 라인(310) 및 프레임(312)에 상대적으로 배치되어 소정의 길이를 갖는 판넬이 제조되고, 도 3에 나타낸 도면과 다를 수 있다. 캐리어 웹(314)의 속도가 상대적으로 느리기 때문에, 절단 장치(398)는 웹(314)의 이동방향에 대해 수직으로 절단하도록 장착될 수 있다. 생산 속도가 빨라지면, 그러한 절단 장치는 생산 라인(310)에 웹 이동 방향의 각도로 장착된다고 공지되어 있다. 커팅에 의해, 분리된 판넬(321)은 당업계에서 널리 알려진 바와 같이 추가의 취급, 포장, 저장 및/또는 배송을 위해 쌓여진다.
판넬 내 섬유 및 슬러리층 개수의 영향, 섬유의 부피 비율, 및 각 슬러리층의 두께, 및 섬유 스트랜드 직경은 섬유 매립 효율에 영향을 미친다. 다음 파라미터가 확인되었다:
Figure pct00004
판넬이 동일한 수의 슬러리 및 섬유층으로 구성된다고 가정한다. 별도 슬러리 층 위에 적층된 섬유 네트워크의 층의 돌출 섬유 표면적 비율
Figure pct00005
,은 다음 수학적 관계에 의해 주어진다:
Figure pct00006
식 중 Vf는 총 판넬 섬유 부피비율이고, t는 총 판넬 두께, df는 섬유 스트랜드의 직경, Nl은 섬유층의 총 개수,
Figure pct00007
은 사용된 별도 슬러리 층의 두께이다.
따라서, 우수한 섬유 매립 효율을 달성하기 위해, 목적인 기능은 섬유 표면적 비율을 특정 임계값 이하로 유지하는 것이 된다. 식에서 나타나는 하나 또는 그 이상의 변수를 변경시킴으로써, 돌출 섬유 표면적 비율은 우수한 섬유 매립 효율을 달성하기 위해 조정될 수 있다.
돌출 섬유 표면적 비율의 크기에 영향을 주는 서로 다른 변수가 확인되고, 우수한 섬유 매립 효율을 달성하기 위해 "돌출 섬유 표면적 비율"의 크기를 조정하는 접근법이 제안되었다. 이러한 접근법은 돌출 섬유 표면적 비율을 임계적 역치값 이하로 유지하기 위해 하나 이상의 다음 변수를 가변화시키는 것을 수반한다: 별도 섬유 및 슬러리층의 개수, 별도 슬러리층의 두께 및 섬유 스트랜드의 직경.
바람직한 돌출 섬유 표면적 비율 의 전형적 크기는 다음과 같다:
바람직한 돌출 섬유 표면적 비율,
Figure pct00008
<0.65
더욱 바람직한 돌출 섬유 표면적 비율,
Figure pct00009
<0.45
디자인 판넬 섬유 부피비율, Vf에 대해, 돌출 섬유 표면적 비율의 상기한 바람직한 크기의 달성은 하나 이상의다음 변수를 조정함으로써 가능해질 수 있다 - 별도 섬유층의 총 개수, 별도 슬러리층 및 섬유 스트랜드 직경의 두께. 특히, 돌출 섬유 표면적 비율의 전형적 크기를 유도하는 이들 변수에 대한 바람직한 범위는 다음과 같다:
다층 SCP 판넬 내 별도 슬러리층의 두께, t s ,l
별도 슬러리층의 바람직한 두께, t s ,l ≤0.30 인치
별도 슬러리층의 더욱 바람직한 두께, t s ,l ≤0.20 인치
별도 슬러리층의 가장 바람직한 두께, t s ,l ≤0.08 인치
다층 SCP 판넬 내 별도 섬유층의 개수, N l
별도 섬유층의 바람직한 개수, N l ≥4
별도 섬유층의 가장 바람직한 개수, N l ≥6
섬유 스트랜드 직경, d f
바람직한 섬유 스트랜드 직경, d f ≥ 30 tex
가장 바람직한 섬유 스트랜드 직경, d f ≥ 70 tex
특성들
본 발명인 SCP 패널 프레임 시스템은 표 2A-2F에 열거된 하나 이상의 특성을 갖는다. 이들 특성은 두께가 1/2 인치 (12.7 mm) 이상인 판넬에 대한 특성들이다.
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
본 발명의 판넬은 전형적으로 명목상 변형 전단 강도 (전단 강도)가 선형 피트 당 최소한 200 lbs, 바람직하게는 선형 피트 당 720 lbs (선형 미터 당 1072 kg)이다. 금속골조 측방에 기계적 및/또는 접착제로 고정되는3/8-3/4 인치 (9-19 mm), 예를들면 1/2 인치 (12.5 mm) 두께의 SCP 판넬을 가지는 시스템은, ASTM E-72에 따라 시험할 때 전형적으로 명목상 벽 전단내력 (명목상 변형 전단 강도라고도 알려짐)이 선형 피트 당 200 내지 1200, 또는 400 내지 1200, 또는 800 내지 1200 파운드이다. 본 발명의 전단판넬은 전형적으로 명목상 변형 전단 강도 (전단 강도)가 파열 전 720 lbs/ft (1072 kg/m)이다. 예를들면, 벽으로 사용될 때, 적절한 금속 스터드들, 파스너들, 스터드 간격 및 파스너 간격을 적용한 ASTM E72 시험으로 측정되는 0.5 인치 (12.7 mm) 두께 판넬의 명목상 변형 전단강도는 전형적으로 선형 피트 당 최소한 720 lbs (선형 미터 당 1072 kg)이다.
명목상 변형 전단 강도는 파손되지 않고 허용 변위에서 판넬이 견딜 수 있는 하중을 결정하도록 측정된다. 전단 등급은 일반적으로 3개의 동일 8 X 8 ft (2.44 x 2.44 m) 조립체, 즉, 골조에 고정된 판넬에 대한 시험에 기초한다. 일 모서리가 고정되고 하중을 견디지 못하고 파손될 때까지 횡력이 조립체 자유단에 인가된다. 측정된 전단강도는 판넬 두께 및 조립체에 사용된 못 크기 및 간격에 따라 달라진다. 예를들면, 전형적인 조립체, 예를들면, 명목상 1/2 인치 (12.7 mm) 두께의 합판이 8d 못들 (하기 못 설명을 참고)로 (중심) 간격이16 인치 (406.4 mm) 이격되는 명목상 2 x 4 인치 (50.8 x 101.6 mm)의 목재 스터드들에 고정되고, 이때 못들은 둘레에 6 인치 (152.4 mm) 떨어져 박히고 둘레 사이에는 12 인치 (304.8 mm) 떨어져 박혀있을 때, 파손 전에 전단강도는 720 lbs/ft (1072 kg/m)로 예상된다. (측정 강도는 ASTM E72 시험법에서 밝히는 바와 같이 못 크기 및 간격이 변하면 변경된다는 것에 유의하라) 판넬 전단강도 설계에서 이러한 종국강도는 안전율만큼, 예를들면, 3배 감소된다.
실시예들
이하 실시예들은 SCP 판넬용 전형적인 조성물에서 중공 세라믹 미소구체를 일부 또는 전부 대체하여 코팅된 팽창 퍼라이트 미립자들을 이용하는 성능 및 이점들을 설명한다. 모든 혼합물은, 건량기준으로, 황산칼슘 알파 반수화물, 포틀랜드 시멘트, 실리카 퓸 및 석회가 중량비로 각각 65, 22, 12 및 1 %로 이루어지는 반응성 분말들의 시멘트 결합제를 포함한다. 세라믹 미소구체만이 함유되는 선행 SCP 조성물에서, 중공 미소구체 충전제 대 결합제 비율은 중량비로 전형적으로 0.44:1.00이다.
코팅된 팽창 퍼라이트 미립자들 및 선택적으로 세라믹 미소구체를 포함하는 본 발명의 조성물에서, 퍼라이트 대 세라믹 미소구체 대 결합제 비율은 중량비로 0.053:0.20:1.00이다. 코팅된 팽창 퍼라이트 미립자 충전제만을 사용하는 본 발명의 바람직한 조성물에서, 퍼라이트 대 결합제 비율은 중량비로 약 0.07 내지 0.15:1.00이다. 선행 SCP 조성물에서 중공 세라믹 미소구체를 일부 또는 전부 대체하는 팽창 퍼라이트 미립자들을 이용하여 취하는 성능 및 이점들을 설명하기 위하여 실시예들이 제공된다. 퍼라이트는 IL 60525, Hodgkins의 Silbrico Corporation에서 입수되는, 알킬 알콕시 실란 화합물로 코팅된 SIL-CELL 35-23 퍼라이트 입자들이다. 본원에 기재되고 하기 실시예들에서 적용되는 모든 혼합물은 건량기준으로, 황산칼슘 알파 반수화물, 포틀랜드 시멘트, 실리카 퓸 및 석회가 중량비로 각각 65, 22, 12 및 1% 포함되는 반응성 분말들의 시멘트 결합제를 포함한다.
물이 시멘트 결합제에 대하여 중량비로 0.57:1.00 사용되는 선행 SCP 조성물과는 반대로, 본 발명에서 반응성 분말의 시멘트 결합제에 대한 물의 중량비는 퍼라이트 및 세라믹 미소구체의 조성물에서는 0.47:1.00이고 코팅된 퍼라이트 미립자들이 사용되고 세라믹 미소구체 충전제가 부재하는 바람직한 조성물에서는0.44:1.00이다. 화학적 혼합물 예를들면 수분 요구 제어용 고성능감수제 (폴리카르복실레이트 에테르) 및 경화 제어용 타르타르산이 특정 실시예의 목적에 따라 변경될 수 있다.
실시예들은 수 많은 성능 요구에 퍼라이트 조성물이 거동하는 것 및 소정의 특성을 위하여 세라믹 미소구체를 이용하는 본래 조성물과 유사하거나 양호하게 이들이 제조되는 것을 설명한다. 각각의 실시예에 대한 실험절차들이 실시예에 간략하게 설명된다. 용어 "퍼라이트"라고 하면, 입자크기범위가 1 내지 150 um이고 중앙입자크기범위가 약 20 내지 60 um 예를들면 40 um이고 실란 코팅제로 처리된 팽창 퍼라이트를 의미한다. 약어 "MS"는 세라믹 미소구체를 의미한다.
실시예 1
본 실시예는 충전제로서 상이한 함량의 퍼라이트를 포함하는 혼합물 및 비교대상으로 세라믹 미소구체 (MS)를 이용하는 본래의 혼합물의 슬러리 특성을 보인다. 관심있는 전형적인 슬러리 특성은 상이한 시간대 (7, 14 및 28 일)에서의 슬럼프 (slump), 슬러리 밀도, 경화시간 및 압축강도이다. 밀봉 플라스틱 백에 담긴 모든 혼합 성분들은 75-80℉에서 혼합 전 최소한 24 시간 동안 실험실 조건으로 예조건화한 후, 중속으로 Hobart 혼합기를 이용하여 혼합하여 균질 분산물을 얻었다. 시멘트 결합제 및 충전제들을 포함한 건식 분말들의 비율을 표제 실시예들의 상기 함량들로 맞추었다. 고성능감수제를 MS 혼합물에 대하여는 시멘트 결합제의 0.41중량%, 일부 퍼라이트 혼합물에 대하여는0.47중량%, 및 전부 퍼라이트 혼합물에 대하여는 0.53-0.56중량% 첨가하였다. 특정 실시예에 따라 타르타르산을 여러 함량들로 첨가하였다.
높이 4" (10.2 cm) x 직경 2" (5.1 cm)의 황동 실린더에 시험 혼합물을 채우고, 실린더 최상부 모서리를 자막대기로 걸러서 넘치는 재료를 제거하고, 수직방향으로 실린더를 5초 이내로 들어올려 슬러리를 퍼트려서 형성된 슬러리 패티 직경을 측정하여 슬럼프를 측정하였다. 높이 6" (15.2 cm) x 직경 3" (7.6 cm) 플라스틱 실린더에 혼합물을 채우고, 실린더 최상부 모서리를 자막대기로 걸러서 넘치는 재료를 제거하고 실린더 내의 재료 무게를 칭량하여 슬러리 밀도를 측정하였다. 실린더 부피를 알고 있으므로, 슬러리 밀도를 계산하였다. ASTM C 266에 의거 길모아 바늘 (Gillmore needles)을 이용하여초기 및 최종 경화시간을 결정하였고, ASTM C 109에 의거 2" (5.1 cm) 정육면체에서 압축강도를 측정하였다.
본 실시예에 의해 설명된 여러 주조 일들에서의 슬럼프를 도 6에 도시한다. 특히, 도 6은 세라믹 미소구체, 일부 퍼라이트 및 전부 퍼라이트 (MS = 미소구체, Partial = 일부 퍼라이트, Full = 전부 퍼라이트)를 이용하여 제조한 조성물의 슬럼프를 보인다. 시멘트 결합제 중량에 대한 백분율로서 타르타르산 첨가량은 막대 위 수치들로 나타낸다.
처음 두 막대들은 세라믹 미소구체 (MS) 및 일부 퍼라이트 (Part)의 혼합물에 대한 슬럼프를 비교한다.
나머지 막대들은 상이한 주조일에서 세라믹 미소구체 (MS) 및 전부 퍼라이트 (Full)의 혼합물에 대한 슬럼프를 비교한다. 전체적으로, 과도한 함량의 화학적 혼합물 없이도 퍼라이트 조성물은 MS의 조성물과 동일한 정도의 초기 유동성 및 작업성으로 제조할 수 있는 것으로 보인다 (시간 경과에 따른 유동성은 실시예 2에서 다룰 것이다). 본원에 기재된 시멘트 결합제 비율 및 혼합물의 조합으로 작업성 혼합물이 제조될 수 있다.
도 6에서 다룬 슬러리의 밀도는 도 7에 나타낸다. 특히, 도 7은 세라믹 미소구체, 일부 퍼라이트 및 전부 퍼라이트 (MS = 미소구체, Partial = 일부 퍼라이트, Full = 전부 퍼라이트)를 이용하여 제도한 조성물의 슬러리 밀도를 보인다. 시멘트 결합제 중량에 대한 백분율로서 타르타르산 첨가량은 막대 위 수치들로 나타낸다. 본원에 기재된 시멘트 결합제 비율 및 혼합물의 조합으로 MS 충전제의 본래 혼합물과 동일한 범위의 밀도로 혼합물이 조성될 수 있다는 것으로 보인다. SCP 판넬의 상업적 제조에 있어서, 통상 78-83 pcf 범위의 밀도를 가지는 슬러리가 얻어진다.
ASTM C 266에 의거 통상 길모아 바늘을 이용하여 초기 경화 및 최종 경화 측면에서 경화시간을 평가한다. 비교 목적으로, 도 6 및 7에서 다룬 혼합물에 대하여 초기 경화만이 도 8에 도시되고 설명된다. 특히, 도 8은 세라믹 미소구체, 일부 퍼라이트 및 전부 퍼라이트 (MS = 미소구체, Partial = 일부 퍼라이트, Full = 전부 퍼라이트)를 이용하여 제조한 조성물의 초기경화를 도시한다. 시멘트 결합제 중량에 대한 백분율로서 타르타르산 첨가량은 막대 위 수치들로 나타낸다.
일반적으로, 시멘트 결합제의 중량 백분율로서 타르타르산이 고정될 때 퍼라이트 (특히 전부 퍼라이트) 함유 혼합물들이 MS 혼합물보다 더욱 신속하게 경화되는 경향이 있었다. 그러나 실제 경화 거동은 타르타르산 첨가량을 조절하면 변경될 수 있다.
통상 정육면체의 압축강도는 주조 후 여러 일수 (7, 14 및 28일)에서 평가된다. 비교 목적으로, 28-일 압축강도만이 도 6-8에서 다룬 혼합물에 대하여 도 9에 도시되고 설명된다. 특히 도 9는 세라믹 미소구체, 일부 퍼라이트 및 전부 퍼라이트 (MS = 미소구체, Partial = 일부 퍼라이트, Full = 전부 퍼라이트)를 이용하여 제조한 조성물의28-일 압축강도를 보인다. 도 6-9에서 일수는 막대 위 수치들로 나타낸 시멘트 결합제의 중량에 대한 백분율로서의 다음 타르타르산 첨가량을 반영한다.
일부 퍼라이트 혼합물에 있어서, MS 혼합물고 동일 범위였다. 전부 퍼라이트 혼합물에 있어서, 시험 결과에서 더 가변적이었고 및 여러 경우에서 해당 대조 혼합물보다 더 높았다. SCP 제조용 목표 슬러리 압축강도는 28일에 2500 psi이고 이는 모든 평가 혼합물에 있어서 초과한다.
전체적으로, 본 실시예에서 보이는 바와 같이, 종래 사용된 MS 충전제를 일부 또는 전부 대체하는 본 발명인 코팅된 팽창 퍼라이트 충전제를 함유한 조성물에 대하여 일반적으로 측정된 슬러리 특성 (슬럼프, 밀도, 경화시간 및 압축강도)은, SCP 판넬 제조용으로 종래 사용된 조성물과 동일한 특성을 제공하도록 조절될 수 있다. 고성능감수제 및 타르타르산 첨가량을 약간 조절하면 특정 퍼라이트 혼합물을 실제품 조건들로 맞출 수 있다.
실시예 2 - 슬러리 슬럼프 저하 거동
SCP 판넬 제조에 있어서 중요한 재료 특성은 슬러리의 슬럼프 저하이다. 통상, 슬러리가 혼합되고 형성되는 제조라인 초기 단계들에서는 상대적으로 높은 슬러리 유동성이 바람직하지만, SCP 판넬이 절단되고 카트로 이송되는 제조라인 후 단계들에서는 강성인 매우 낮은 유동성 재료 (바람직하게는 이미 경화)가 바람직하다. 따라서, 슬럼프 저하율이 더 높은 혼합물이 더욱 바람직하다.
본 실시예에서, 여러 타르타르산 함량에서 5종의 혼합물들을 평가하였다 (MS가 있는 2종 및 전부 퍼라이트인 3종). 이들 혼합물의 시멘트 결합제의 비율은 상기된 바와 같고 MS 및 전부 퍼라이트 혼합물 각각에 대하여 고성능감수제는 시멘트 결합제의0.45% 및 0.56중량%이 첨가되었다. 타르타르산은 2종의 MS 혼합물에 대하여는 시멘트의0.008 및 0.02중량% 첨가되었고 전부 퍼라이트 혼합물들에 대하여는 시멘트의0.01, 0.02 및 0.03중량% 첨가되었다. 이들 5종의 혼합물에 대하여, 슬럼프 저하 및 초기 경화를 측정하고, 이러한 거동을 도 10a, b에 도시한다. 특히, 도 10(a) 및 10(b)는 여러 타르타르산 함량에서 MS 및 전부 퍼라이트 혼합물의 슬럼프 저하 거동을 보인다 (가로좌표 데이터 점들은 슬러리의 초기 경화가 일어난 시간이 나타낸다).
도 10a는 각각의 혼합물에 대한 슬럼프 대 시간 거동을 보이고, 도 10b는 각각의 혼합물에 대한 초기 값의 백분율로서의 슬럼프 대 시간을 보인다. 가로좌표의 특정 데이터 점들 (즉, 슬럼프 = 0)은 초기 경화 발생 시점을 나타낸다. 여기서 비슷한 타르타르산 첨가량이 적용될 때 전부 퍼라이트 혼합물은 MS 혼합물보다 약간 조기에 경화되는 경향이 있는 것으로 보인다. 더욱 유의한 것은 전부 퍼라이트 혼합물은 MS 혼합물보다 더욱 신속하게 슬럼프가 저하된다는 것이고, 이러한 슬럼프 저하는 첨가되는 타르타르산 함량과는 거의 무관하였다. 이러한 더 높은 슬럼프 저하율은 상기된 바와 같이 형성 및 섬유 매립을 위한 더 높은 초기 유동성을 제공하고 이어 후단 작업을 위한 신속한 재료 강화로 이어지므로 유익하다. 또한, 더 높은 슬럼프 저하율은 신속한 제조속도를 달성할 수 있다는 것을 의미한다.
실시예 3 - 섬유강화 판넬의 휨성능
본 실시예에서, 일부 및 전부 퍼라이트 조성물을 이용하여 유리섬유 강화 시멘트 판넬을 제작하여 판넬 휨성능을 평가하였다. "설명"에 기재된 비율로 시멘트 결합제 및 충전제 (CM, 일부 퍼라이트 또는 전부 퍼라이트)로 이루어진 건식 분말 회분을 제조하였다. 판넬에서 섬유 함량이 부피비로 2.5%가 되도록 절단 AR 유리섬유를 혼합물에 첨가하였다. 분무노즐을 통해 슬러리를 전달하는 한편 슬러리 분무노즐에 부착된 절단기로 절단 유리섬유를 배분하는 XY 장비를 이용하여 판넬을 제작하였다. 제품에서 섬유 함량이 부피비로 2.5%가 되도록 슬러리 유동속도 및 섬유 절단속도를 교정하였다. 3' x 6' (0.91 m x 1.8 m) 판넬을 제작하고 톱으로 절단한 6" x 12" (15.2 cm x 30.5 cm) 시편들을 준비하였다. 판넬에서 연속하여 절단되면서, ASTM C 1185에 의한 14 또는 28일 시험 전까지 시편들은 습윤 양생되었다. 각각의 시험 세트는 6종의 동형 시편들로 이루어졌다. 총 2회 (round)의 판넬들을 이용하여 시편들을 만들었다.
구조 판넬의 휨성능은 2종의 주요 파라미터들: 강도 및 강성으로 특정된다. 생성된 판넬 두께가 다르므로, 이들 파라미터를 시편 치수에 대하여 정규화하고 파단계수 (MOR) 및 겉보기 탄성계수 (AMOE)에 기초하여 다양한 혼합물들을 비교한다. 도 11(a), (b)는 2회 제조된 판넬에 대한 14-일 MOR 및 AMOE를 보인다. 특히, 도 11(a) 및 11(b)는 세라믹 미소구체, 일부 퍼라이트 및 전부 퍼라이트 (MS = 미소구체, Partial = 일부 퍼라이트, Full = 전부 퍼라이트)를 이용하여 제조된 14 일째 판넬의 휨성능을 보인다.
도 12(a), (b)는 2회 제조된 판넬에 대한 28-일 MOR 및 AMOE를 보인다. 특히, 도 12(a) 및 11(b)는 세라믹 미소구체, 일부 퍼라이트 및 전부 퍼라이트 (MS = 미소구체, Partial = 일부 퍼라이트, Full = 전부 퍼라이트)를 이용하여 제조된 28 일째 판넬의 휨성능을 보인다. 막대 상에는 데이터에 대한 95% 신뢰 범위가 제시된다. 혼합물에서 퍼라이트로 MS 일부 또는 전부 대체하면, 판넬에서 비슷한 또는 더 큰 휨강도 (MOR)를 달성할 수 있는 것으로 보인다. 이러한 결과는 충전제로서 퍼라이트가 존재하여도 시멘트 경화체 (matrix) 및 섬유들이 충분한 계면 특성 및 복합체 거동을 발현할 수 있다는 것을 의미한다. 휨강성 (AMOE)에 있어서, 약간 심한 데이터 변동을 보였다. 전체적으로, 퍼라이트 혼합물은 MS 혼합물에서와 동일한 범위의 AMOE를 보였고 이는 모든 시험 혼합물들에 있어서 비슷한 경화체 강성을 의미한다. 이러한 결과는 비슷한 휨성능을 가지는 판넬을 제조하기 위하여 충전제로서 퍼라이트가 MS를 일부 또는 전부 대체한 조성물이 조성될 수 있다는 것을 보이는 것이다. 참고로, 바닥덮개 용도로 최소 사양요건은 MOR에 대하여 1288 psi이고, 이는 ICC-ES 허용기준 AC-318 및 ASTM C 1705 표준에서 확립된 바와 같이 3/4 인치 피크 (pick) 판넬에 대하여 최소 저항모멘트 1450 lbf-in/ft에 해당된다. AMOE에 대한 최소 사양요건은 529 ksi이고, 이는 ICC-ES 허용기준 AC-318 및 ASTM C 1705 표준에서 확립된 바와 같이 3/4 인치 피크 판넬에 대하여 휨강성 223,000 lbf-in2 /ft에 해당된다. 모든 시험 시료들은 이들 사양을 초과하였다.
실시예 4 - 내습성
실시예 3에 기재된 판넬로부터, 내습성 시험을 위한 시편들을 얻었다. 본 시험은 28-일 경화 후 실온수에 48시간 6" x 12" 시편들을 담그고, ASTM C 1185에 따라 굽힘을 시험한다. 습식-대-건식 휨강도 비율을 내습성으로 계산하고 전형적인 바닥덮개 판넬 사양은 최소 70% 강도 유지율을 요한다. 도 13은 2회에 걸친 다양한 혼합물들에 대한 습식 MOR을 보인다. 특히, 도 13은 세라믹 미소구체, 일부 퍼라이트 및 전부 퍼라이트 (MS = 미소구체, Partial = 일부 퍼라이트, Full = 전부 퍼라이트)를 이용하여 제조된 판넬의 48-시간 담금 후 MOR을 보인다.
퍼라이트를 포함한 판넬은 일관되게 대조 판넬보다 더 높은 MOR을 보였다 (거의 10-20% 차이). (Avg. 습식 MOR)/(Avg. 28-일 건식 MOR)x100%로 계산된 이러한 6종의 평가 판넬들에 대한 습식 강도 유지율은 표 3에 나타낸다. 본 표는 조성물에서 코팅된 팽창 퍼라이트를 가지면, 판넬은 더 높은 습식 강도를 유지하는 것을 보이고, 이는 퍼라이트 조성물에서 더 높은 소수성을 의미하는 것이다. 더 큰 강도 유지 특성은 수송 및 현장 설치 과정에서 습식 조건들에 노출되는 판넬의 경우 특히 유익하다.
도 14는 세라믹 미소구체, 일부 퍼라이트 및 전부 퍼라이트 (MS = 미소구체, Partial = 일부 퍼라이트, Full = 전부 퍼라이트)를 이용하여 제조된 판넬의 48-시간 담금 후 AMOE를 보인다. 제품 사양 일부는 아니지만, 도 14의 습식 AMOE 값들에 기초한 강성 유지율을 계산하여 표 4에 나타낸다. 재차 퍼라이트 혼합물은 MS 혼합물과 대비하여 더 높은 강성 유지 값들을 가졌다.
Figure pct00016
표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명인 조성물에 대한 습식 휨강도 유지 값들은 모두 ICC-ES 허용기준 AC-318 및 ASTM C 1705 표준에서 확립된 최소 사양인 70%를 초과한다.
Figure pct00017
실시예 5 - 내동해성
1차 운전에서 제조된 판넬로부터, ASTM C 1185에 의거한 동해 (freeze-thaw) 시험 시편들을 얻었다. 본 시험은 시편들 (6" x 12") (15.2 x 30.5 cm)을 먼저 실온수에 48 시간 담그고, 밀봉한 후, 시험법에 기재된 온도-시간 프로필에 따라 50 회 동결 및 해동을 반복한 후, 다시 물에 48 시간 담그고 굽힘을 시험한다. 50회 동해 완료 후 강도를 실온수에 48-시간 동안 노출되기만 한 대조 시편들 (실시예 4) 강도와 비교한다. 강도 및 강성 유지 값들을 계산하고 표 5-1에 재시한다. 유지 값들은 일반적으로 대략 100% 또는 이상으로 우수하고 이는 성능 저하가 없다는 것을 의미한다. 강도 유지율에 대하여, 전형적인 상업적 사양 값은 모든 혼합물이 훨씬 초과한 75% 이다.
표 5-1에 제시된 바와 같이, 본 발명의 조성물에 대한 습식 휨강도 유지율은 모든 ICC-ES 허용기준 AC-318 및 ASTM C 1705 표준에서 확립된 최소 사양인 75%를 초과한다.
Figure pct00018
실시예 6 - 장기 내구성
1차 제조 판넬로부터 ASTM C 1185에 따른 장기 내구성 시험용 시편들을 얻었다. 본 시험은 시편들 (6" x 12") (15.2 x 30.5 cm)을 140℉ 물에 56 일 담근 후 굽힘을 시험한다. 고온수 담금 후 강도를 실온수에 48-시간 동안 노출되기만 한 대조 시편들 (실시예 4) 강도와 비교한다. 시험 판넬들에서, 강도 및 강성 유지 값들을 계산하여 표 6-1에 나타낸다. 유지율들은 일반적으로 90% 이상으로 우수하였다. 강도 유지율에 대하여, 전형적인 사양 값은 퍼라이트 조성물을 포함한 모든 혼합물이 훨씬 초과한 75% 이다.
Figure pct00019
표 6-1에 제시된 바와 같이, 본 발명의 조성물에 대한 휨강도 유지율은 ICC-ES 허용기준 AC-318 및 ASTM C 1705 표준에서 확립된 최소 사양인 75%를 초과한다.
실시예 7 - 파스너 횡저항
2차 제조 판넬로 부터, 파스너 측방 인발로 인한 전단력에 대한 판넬 모서리 저항력을 측정하는 파스너 횡저항 시험을 위한4" x 12" (10.2 cm X 30.5 cm) 시편들을 얻었다. 이러한 특정은 마루 판넬의 전단 격막 거동에 대한 핵심 특성이다. 이러한 평가를 위하여 도입한 특수 방법은 시편 모서리 4" (10.2 cm)에서 1/2" (1.3 cm) 떨어진 지점에 구멍 1/4" (0.64 cm)을 뚫었다. 1/4" (0.64 cm) 기둥을 가지는 철판을 시편 구멍에 기둥을 삽입하여 시편에 장착하였다. 철판 및 시편 조립체를 서로 분리되도록 잡아당겨 1/2" (1.3 cm)에 걸쳐 시편 파손을 일으켰다. 균열 과정에서 기록되는 최대하중을 파스너 횡저항으로 기록하였다. 건식 및 습식 (48-시간 담금) 상태의 시편들 모두에서 수행하였다. 건식 시편들에 대한 결과를 도 15에 습식 시편들에 대한 결과를 도 16에 나타낸다. 각각의 시험을 10개의 동형 시편들에 대하여 진행하였다. 도 15는 세라믹 미소구체, 일부 퍼라이트 및 전부 퍼라이트를 이용하여 제조된 판넬들에서 얻은 시편들에 대한 건식 파스너 횡저항을 보인다. 도 16은 세라믹 미소구체, 일부 퍼라이트 및 전부 퍼라이트를 이용하여 제조된 판넬들에서 얻은 시편들에 대한 습식 파스너 횡저항을 보인다.
시험 데이터에서 대체로 변동이 도 15 및 16이 관찰되고 이는 측정 하중에 직접 영향을 주는 시편 두께 변동으로 인한 것이다. 그래프에서 평균 시편 두께가 표시된다. 그러나 95% 신뢰 범위에서 모집단은 실질적으로 유사하다. MS 혼합물과 비교하여 약간 얇지만, 평균적으로, 전부 퍼라이트 혼합물이 최고의 파스너 횡저항을 보였다. ICC-ES 허용기준 AC-318 및 ASTM C 1705 표준에 따라 확립된 최소 사양에 의하면 본 특성에 대한 최소 상업적 사양요건은 210 lbs (건식) 및 160 lbs (습식)이다.
표 7-2에 제공된 조성물로 제작된 선행 경량 시멘트-기반 판넬에 대한 해당 데이터와 함께 퍼라이트 혼합물에 대한 결과들을 아래 표 7-1에 나타낸다. 시편들 간 두께 차이를 감안하여, 표에 나타낸 바와 같이 LFR 값들을 0.75" 두께로 정규화하였다. 퍼라이트 SCP 조성물은 경량 시멘트-기반 판넬 조성물보다 본 특성이 4-배 강화되었다. 이러한 차이의 주요 원인으로는 제품에서 유리섬유의 유형 및 분포에 있었다. SCP의 경우, 서로 연결된 섬유 형태 (fibrillated)의 무작위 분산 섬유 강화재는 선행 경량 시멘트-기반 판넬의배항 표면 강화재보다 판넬 두께 전반을 통한 모든 방향에서의 균열성장을 더욱 효과적으로 억제하였다. 또한 두 제품 간 코어 구조 차이 역시 이러한 차이에 중요한 역할을 하고 SCP 조성물은 더욱 고밀도 상태이다. 표 7-1 및 7-2의 경량 시멘트-기반 선행 비교 판넬의 물 대 시멘트질 재료 비율은 0.62이다.
Figure pct00020
실시예 8 - 지지력
하기 실시예 14에서 더욱 설명되는 바와 같이, 소규모 화재 시험용으로 MS, 일부 퍼라이트 및 전부 퍼라이트 조성물을 이용하여 섬유 강화 판넬을 제작하였다. 이들 판넬로부터, 지지력 평가용 6" x 6" (15.2 x 15.2 cm) 시편들을 얻었다. 본 시험에서, 평탄단부를 가지는 2" x 2" (5.1 x 5.1 cm) 스틸 블록을 6" x 6" (15.2 x 15.2 cm) 시편 중앙에 놓았다. 만응 시험기로, 스틸블록 및 시편을 대략 5 lbs로 예하중하였다. 이후 스틸블록을 0.012 in. /분 (0.3 mm/분) 속도로 시편을 누르면서 변위를 측정하였다. 시편 변위가 (25.4 cm) 압축으로 0.10"일 때 시험을 종료하였다. 시험이 끝나고, 시편을 꺼내어 압축 및 압축되지 않은 두께를 기록하여 "영구 변형"을 결정하였다.
여러 변위 수준에서 시험된 다양한 시편들에 대한 지지력 (lbs. 단위)을 도 17에 도시한다. 도 17은 세라믹 미소구체, 일부 퍼라이트 및 전부 퍼라이트를 이용하여 제조된 판넬에서 얻은 시편들의 지지력을 보인다.
도 17에서 보이는 바와 같이, 제조 공장에서 (MS를 사용한) 실제 상업적 생산 판넬 결과는 대조군이다. 각각의 막대는 5 종의 시편들의 평균에 해당한다. 일반적으로, 퍼라이트 혼합물은 MS 혼합물과 비슷하고, 특히 일부 퍼라이트의 경우 그러하다. 전부 퍼라이트의 경우, 시험 결과에 변동이 더 있었고, 더 낮은 변위에서 상대적으로 더 높은 값 및 더 큰 변위에서 상대적으로 더 낮은 값을 보인다. 이들 시편에서 측정된 영구 변형을 도 18에 나타내고 여기에서 모든 시험 판넬 (생산 판넬 제외)은 동일 범위의 영구 변형을 보인다. 따라서, 이러한 결과로부터, 퍼라이트 혼합물 (일부 또는 전부)는 MS 혼합물와 유사한 수준의 지지력을 제공한다는 것이 명백하다.
실시예 9 - 흡수성
2차 제조 판넬에 대하여 혼합물 습윤 거동을 시험하였다. 판넬에서 톱으로 절단한 4" x 4" (10.2 x 10.2 cm) 시편들로부터 흡수성을 평가하였다. 시편들 (세트 당 6개)을 실온수에 담그고 21일 담긴 기간 동안 중량을 감시하였다. 초기 중량으로부터의 중량증가율을 흡수성으로 기록하였다. 3종의 평가 혼합물에 대한 본 특성을 도 19에 도시하고, 이는 세라믹 미소구체, 일부 퍼라이트 및 전부 퍼라이트를 이용하여 제조한 판넬에서 얻은 시편들에 대한 흡수성을 보인다. 도 19에 의하면 퍼라이트 혼합물은 미소구체 혼합물 (MS 혼합물)보다 시험 기간동안 수분을 상당히 덜 흡수하였다. 접촉시 물을 빨아들이는 경향을 표시하는 1-시간 흡수율은 5.0% (MS), 3.1% (일부) 및 2.5% (전부)이었다. 48-시간 흡수율은 8.0% (MS), 5.6% (일부) 및 4.7% (전부)이었다. 따라서, 물과 접촉하고 처음 2일 동안, 전부 퍼라이트는 MS 혼합물이 흡수한 물의50-60%를 흡수하였다. ICC-ES 허용기준 AC-318 및 ASTM C 1705 표준에서 확립된 최소 사양에 의하면 48-시간 흡수율에 대한 전형적인 사양 수치는 15% 최대이다.
실시예 10 - 선팽창
변형 ASTM C 1185 시험 절차를 이용한 선팽창 시험을 위하여 제조 판넬로부터 판넬 시편들 6" x 12" (15.2 x 30.5 cm)을 얻었다. 길이변화 측정을 위한 기준점들로 각각의 최상 및 바닥 시편 표면들 간 10" 이격되도록 한 쌍씩 각각의 시편을 황동 스터드들에 장착하였다. 최상 및 바닥 시편 표면들로부터 측정된 평균 길이변화를 특정 시편의 길이변화로 기록하였다. 먼저 시편들을 (수축 후) 안정 길이에 이를 때까지 130℉ (54℃) 오븐에서 평형을 유지시켰고, 이후 (팽창 후) 다시 안정 길이가 될 때까지 실온수에 담가 놓았다. 수축 및 팽창 상태의 길이 차이로 선팽창을 계산하고, 초기 시편 게이지 길이 (10")(25.4 cm)의 백분율로 표시하였다. 본 실시예에서, 각각의 시험은 5-6종의 동형 시편들에 대한 것이었다.
평가 혼합물에 대한 선팽창율을 도 20에 도시한다. 특히, 도 20은 세라믹 미소구체, 일부 퍼라이트 및 전부 퍼라이트를 이용하여 제조한 판넬에서 얻은 시편들에 대한 선팽창율을 보인다. 도 20에 의하면 일반적으로 퍼라이트 시편들은 MS 시편들보다 약간 더 팽창되는 경향이 있었다. ICC-ES 허용기준 AC-318 및 ASTM C 1705 표준에서 확립된 사양에 의하면 전형적인 사양은 시편들 선팽창율은 최대 0.10% 이다. 본 시험에서, 선팽창율은 평형 조건 73±4℉ 및 30±2% 상대습도에서 평형 조건 73±6℉ 및 90±5% 상대습도로 전이될 때 시편 길이의 백분율 차이로 측정된다.
본 연구에서 시편들 처리 조건들은 ASTM C 1185에서 기술된 조건들보다 훨씬 가혹하므로, 평가 혼합물이ASTM C 1185 조건에서 시험되면 도 20에 제시된 것들보다 낮은 팽창 값들을 보일 것으로 예상된다.
실시예 11 - 불연성
본 실시예에서, 제안된 조성물에 대한 불연성능을 보인다. ASTM E 136 시험용으로 표제 실시예에서 기술된 MS, 일부 퍼라이트 및 전부 퍼라이트 조성물의 슬러리 시편들을 준비하였다. 시편들에 열전대를 장착하고 (내부 및 외부) 750℃ 로에 넣어 열을 가하였다. 내부 및 표면 최대 상승 온도 및 중량 변화 및 시편들 화염발생 지속시간을 기록하였다. 본 시험 결과를 표 11-1에 요약하였다. 일부 퍼라이트 혼합물의 경우, 두 변형체를 시험하였다: 하나는 본 혼합물의 모든 기타 평가에 사용되는 것과 동일 함량의 고성능감수제가 있는 경우이고 다른 하나는 고함량의 고성능감수제가 있는 경우이다. ASTM E 136의 불연성 요건들은: a) 기록 온도 어떤 것도 안정화 온도 750℃ 보다 30℃ 이상 상승하지 말것, b) 중량 저하는 50% 이하일 것, 및 c) 처음 30 초 이후 시편으로부터 화염이 없을 것. 모든 시험 조성물이 불연성 요건들을 통과하였다. 그러나 온도 상승은 미소구체 (MS)만을 함유한 혼합물 대비하여 퍼라이트 혼합물의 경우가 더 낮았다. 예를들면, 각각의 세트에서 3종의 시편들에 대한 내부 온도 평균 상승은: 19.7℉(-6.83℃)(MS), 17.3℉(-9.17 ℃)(일부 퍼라이트, 저함량 고성능감수제), 및 15.0℉(-9.44℃)(전부 퍼라이트)이었다. MS 혼합물보다 개선된 퍼라이트 혼합물의 불연성능은 MS에 통상 미량 존재하는 (LOI로 기록) 유기물의 부재와 관련된다. 따라서, 퍼라이트 조성물, 특히 전부 퍼라이트의 경우는, 이러한 불연특성에 대한 추가적인 장점을 제공한다.
본 발명의 조성물은 ICC-ES 허용기준 AC- 318 및 ASTM C 1705 표준의 성능 요건들에 의한 성능요건들을 충족시켰다.
본 연구에서 시편들 처리 조건들은 ASTM C 1185에서 기술된 조건들보다 훨씬 가혹하므로, 평가 혼합물이ASTM C 1185 조건에서 시험되면 도 20에 제시된 것들보다 낮은 팽창 값들을 보일 것으로 예상된다.
Figure pct00021
실시예 12 - 고온 수축
1차 제작 판넬에서, 고온 수축 시험용 시편들을 얻었다. 본 시험에서, 판넬에서 톱으로 절단된 4" (10.2 cm) 직경 시편들을 초기 실온에서 머플로에 넣었다. 오븐을 850℃까지 가열하였고 통상 약 35-40 분 정도 걸린다. 이 온도에서 약 30분 더 유지하고, 총 시험 시간은 60-70 분 소요된다. 미리 두 직교 방향들을 따르는 시편 직경을 측정하고 이어 시험한 후 평균 직경 변화 백분율을 "고온 수축"으로 기록하였다. 참고로, FIRECODE® 브랜드 타입 X 석고 판넬은 최대 수축율 5%로 표시된다. MS 혼합물 시편 및 퍼라이트 (일부 또는 전부) 혼합물 시편 한쌍으로 시험하였다. 또한 재현성 분석을 위하여 PSL 및 CSL로 표시된 두 종의 별개 오븐들에서 시험하였다. 수축 결과 및 중량 저하를 표 12-1에 나타낸다. 일반적으로 퍼라이트 혼합물이 MS 혼합물보다 더 큰 수축 및 중량 저하를 보였고, 수축 및 중량 저하는 퍼라이트 함량 증가에 따라 커졌다. 전체적으로 퍼라이트 혼합물에 대한 수축값들은 석고 판넬에 대하여 허용되는 상업적 범위에 들었고 또한 중요한 것은 시험 후 시편들은 이상없이 견고하게 유지되었다.
Figure pct00022
실시예 13 - 열전달
2차 제조 판넬로부터, 열전달 시험용 시편들을 얻었다. 본 시험에서, 열전대를 시험 제품인 2개의 4" (10.2 cm) 원반사이에 "끼웠다". 이후 본 조립체를 120 분 동안 500℃로 예비 가열된 머플로에 넣어두었다. 열전대에 의해 측정된 온도-시간 기록으로 제품 거동 및 성능에 대하여 평가하였다. 이들 시험의 온도-시간 곡선들을 도 21에 나타내고 여기에는 각각의 혼합물에 대한 2개의 동형 곡선들을 나타낸다 모든 혼합물은 동일 패턴을 보이고 이에 의하면 약 125℃에 도달하면 온도 상승은 지연되는 것으로 보인다. 이러한 수평 영역 이후, 배경 노 온도와 종국적으로 평형을 이룰 때까지 온도는 다시 상승하였다. 퍼라이트 혼합물로 제조된 판넬 시료들은 수평 영역을 더욱 연장하고, 따라서 효과적으로 시료의 온도 상승을 지연시켰다. 이러한 지연 정도는 조성물에서 코팅된 팽창 퍼라이트 함량 증가에 따라 더 길어졌다. 이러한 지연을 특정하기 위하여, 250℃ 도달 시간을 측정하였다. 다양한 혼합물에 대하여, 250℃ 도달 시간은 (MS) 함유 혼합물에 대하여는 35분, (일부 퍼라이트) 함유 혼합물에 대하여는 39 분 및 (전부 퍼라이트) 함유 혼합물에 대하여는50 분이었다. 퍼라이트 조성물, 특히 전부 퍼라이트 조성물은, 시편의 열전달 지연에 더욱 효과적이고, 이것은 고온에 노출되는 마루 및 벽 조립체에 있어서 매우 중요할 수 있다.
실시예 14 - 소규모 수평로 시험
소규모 수평로 시험용으로 퍼라이트 부재의 미소구체 (MS), 절반이 퍼라이트 (일부) 및 미소구체 부재의 (전부) 퍼라이트 조성물 기반의 섬유 강화 판넬을 제작하였다. 본 시험에서, 골격 부재로16 게이지, 9¼" (23.5 cm) 깊이의 스틸 스터드들을 이용하여 소규모 (4' x 5')(1.2 x 1.5 m) 마루 조립체를 제작하였다. 스터드들 최상부에 시험용 단층 판넬을 덮고, 스터드들 바닥에 단층 5/8" (1.6 cm) 석고 판넬을 덮었다. 판넬을 1-5/8"x 8 (4.1 x 20.3 cm) 나팔머리 자가-천공식 날개 나사들을 이용하여 8" (20.3 cm) 간격으로 스터드들에 고정시켰다. 3개의 열전대를 시험 판넬 최상면에 장착시켜 판넬을 통한 열전달을 기록하였다. 전체 마루 조립체를 ASTM E 119 온도-시간 조건에 노출되도록 로에 세워놓고, 열전대로 온도 상승을 측정하였다.
시험 결과들을 도 22에 제시하며 판넬 표면들에 있는 열전대의 평균 온도-시간을 보인다. 특히, 도 22는 소규모 수평로에 시험되는 MS, 일부 퍼라이트 및 전부 퍼라이트 판넬에 대한 온도-시간 곡선들을 보인다. 또한 상업적 실제 생산 판넬 (MS만을 사용)에 대한 시험 곡선을 비교예로 보인다. 일반적으로, 퍼라이트 판넬이 판넬을 통한 열전달 지연에 더욱 효과적이고, 퍼라이트 함량 증가에 따라 지연이 두드러진 것으로 보인다. 이러한 지연은 온도 범위 200-250℉ (93.3-121℃)에서 더욱 긴 수평 영역에 의해 명확해진다. 열전대의 온도-시간 반응을 특정하기 위하여, 두 가지 시간 파라미터들을 정의하였다:
모든 열전대 평균이 325℉(163℃)에 도달되는 시간; 및 개별 열전대가 처음 400℉ (204℃)에 도달되는 시간. 퍼라이트 혼합물이 이러한 특정 온도 도달 시간을 연장시킬 수 있었다는 것을 보이는 시간들을 표 14-1에 제시한다. 특히, 판넬에서 모든 세라믹 미소구체를 대체한 전부 퍼라이트 혼합물은, 이러한 시간을 세라믹 미소구체를 함유한 혼합물보다 25-30% 만큼 추가 연장하였다. 이러한 거동은 세라믹 미소구체 전부를 코팅된 팽창 퍼라이트로 대체한 혼합물이 재료상 온도 상승을 지연시킬 수 있는 능력이 더 컸던 열전달 시험 (실시예 13)에서 관찰된 거동과 일치하였다. 본 실시예는 재차 실제 마루 조립체에서 고온 조건에 대한 퍼라이트 조성물의 추가적인 이점들을 입증하는 것이다.
Figure pct00023
실시예 15 - 코팅된 팽창 퍼라이트 및 미코팅된 팽창 퍼라이트로 제조된 슬러리 조성물 비교
신품 슬러리의 다양한 특성들 중, SCP 판넬 제조에 중요한 특성은 슬럼프이다. 슬럼프는 슬러리 유동성 정도이고 실시예 1에 기재된 방법으로 측정될 때 소정 범위, 바람직하게는 5-9" 내로 유지되어야 한다. 이러한 범위의 슬럼프를 가지는 슬러리는 생산라인으로 이송 및 배치의 용이함, 생성 벨트 상에서의 적당한 퍼짐성, 적절한 유리섬유 습윤성 및 두께 조정을 위한 충분한 표면고르기 및 프로필 제어에 있어서 최적이다. 실란 코팅된 팽창 퍼라이트 및 미코팅된 팽창 퍼라이트로 제조된 슬러리 간 거동 차이를 특정하기 위한 실험을 하였다. 본 실시예에서, 동일 조성비를 가지고 단지 퍼라이트 종류만이 차이가 있는두 종의 혼합물을 제조하였다. 퍼라이트 대 결합제 중량비는 0.115 대 1.00이고, 물 대 결합제 중량비는 0.45:1.00이었다. 폴리카르복실레이트 에테르 고성능감수제를 시멘트 결합제의0.41중량%로 사용하였다. 시멘트 결합제에 대한 타르타르산 중량비 0.061로 두 혼합물들을 제조하였고 두 종의 혼합물은 약 45-50분에 최종 경화에 도달하였다.
도 23은 슬럼프를 보이고 도 24는 코팅된 및 미코팅된 팽창 퍼라이트들로 제조된 슬러리의 밀도를 보인다. 초기 슬럼프에서 유동성 차이는 명확하고, 여기에서 코팅된 팽창 퍼라이트 혼합물은 바람직한 범위에서 상위 수준에서 유동성을 보였고, 미코팅된 팽창 퍼라이트 혼합물은 거의 유동성을 보이지 않았다. 시간 경과에 따라, 미코팅된 팽창 퍼라이트를 가지는 슬러리는 점차 두꺼운, 미-유동성 혼합물이 되지만, 코팅된 팽창 퍼라이트를 가지는 슬러니는 양호한 수준으로 유동성을 유지하였다. 또한 시간 경과에 따라, 미코팅된 팽창 퍼라이트를 가지는 슬러리는 더욱 큰 밀도 증가를 보였고 이는 퍼라이트의 흡수성으로 인한 것이었다. 본 실시예는 전체적으로 양호한 제조역량을 위한 SCP 슬러리 특성 개선을 위하여 퍼라이트에서의 발수성 코팅의 유익함을 보였다.
실시예 16 - 퍼라이트 및 세라믹 미소구체로 제조되는 혼합물의 수분 요구
충전제로서 세라믹 미소구체 또는 코팅된 팽창 퍼라이트를 이용하여 제조되는 SCP 조성은 기본적으로 서로 다르다. 두 종의 충전제들 간 입자밀도 차이는 동일한 제품 밀도 및 슬러리 특성을 유지하기 위하여 다른 원재료들의 상이한 부피 요구로 나타난다. 이것은 입자들 간 상호작용 및 전체적으로 유동학적 거동에 영향을 미치는 퍼라이트에서의 발수코팅에 의해 더욱 영향을 받는다. 본 발명에서 예기치 못한 그러나 중요한 발견은 퍼라이트 혼합물의 수분 요구량이다. 실시예 1은 세라믹 미소구체 충전제를 함유한 SCP 조성물을 설명하고, 이는 미소구체 대 결합제 중량비율이 0.44:1.00, 물 대 시멘트 결합제 비율이 0.57:1.00 및 고성능감수제 함량이 시멘트 결합제 (MS 혼합물)의0.41중량%로 제조되었다. 퍼라이트 충전제를 함유하는 개별의 조성물은, 결합제에 대한 퍼라이트 중량비율이 0.092, 0.105 및 0.115, 물 대 시멘트 결합제 비율이 0.45:1.00 및 고성능감수제 함량이 시멘트 결합제의0.39중량%로 제조되었다. 본 논의는 이들 혼합물의 유동성에 요점이 있고 이는 도 25에서 슬럼프로 보여진다. 시멘트 결합제에 대한 대략 동일 고성능감수제 함량에서, 미소구체 조성물에 비하여 모든 퍼라이트 함랑에 대하여 실질적으로 더욱 유동성의 혼합물이 퍼라이트 조성물로 달성되었다. 퍼라이트 입자들의 발수 코팅은 슬러리 내에서 입자 분산에 조력하여 더 낮은 시멘트 결합제에 대한 물 비율에서 더 높은 유동성을 달성하는 것으로 보인다. 이러한 결과는 코팅된 및 미코팅된 팽창 퍼라이트로 제조된 혼합물 간 유동 특성을 대비한 전기 실시예에서 설명되었다. 세라믹 미소구체에 비하여, 이러한 결과는 퍼라이트를 가지는 상당히 더 낮은 결합제에 대한 물 비율로 제조될 수 있고, 이는 다시 시멘트 경화체의 강도 및 장기 내구성에 유익하다는 것을 의미한다.
섬유 강화 구조 시멘트 판넬, 석고 벽판재료, 및 석고-시멘트 섬유보드를 포함한 시멘트 보드 분야의 기술자들은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 많은 치환 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 시멘트질 조성물의 수성혼합물 경화에 의해 생성되는 연속상으로 구성되고: 시멘트질 조성물은, 건량기준으로,
    반응성 분말 50 내지 95 중량%,
    상기 연속상에 경량 충전제로서 균일하게 분산되고, 직경 범위는 약 1 내지 500 미크론 (마이크로미터), 중앙 직경은 20 내지 150 미크론 (마이크로미터) 및 유효입자 밀도 (비중)는 약 0.50 g/cc 미만인 코팅된 소수성 팽창 퍼라이트 입자들 1 내지 20 중량%,
    중공 세라믹 미소구체 0 내지 25 중량%, 및
    연속상을 균일하게 강화하기 위한 내-알칼리성 유리섬유 3 내지 16 중량%로 구성되고;
    상기 반응성 분말은:
    황산칼슘 알파 반수화물 25 내지 75 중량%,
    포틀랜드 시멘트를 포함한 수경시멘트 10 내지 75 중량%,
    석회 0 내지 3.5 중량%, 및
    활성 포졸란 5 내지 30 중량%로 구성되고;
    밀도가 입방피트당 50 내지 100 파운드인, 개선된 내수성 및 더 높은 내열전달성을 가지고 횡단 전단 격막 하중 저항을 제공하는 불연성, 내화성 경량 강화 시멘트 판넬.
  2. 제1항에 있어서, 코팅된 소수성 팽창 퍼라이트 입자들의 직경 범위는 약 1 내지 500 미크론 (마이크로미터), 중앙 직경은 20 내지 90 미크론 (마이크로미터) 및 유효입자 밀도 (비중)는 약 0.30 g/cc 미만이고, 코팅된 소수성 팽창 퍼라이트 입자들은 실리콘, 실란 및 실록산으로 이루어진 군에서 선택된 코팅제로 코팅되고, 경화 전 수성혼합물에서 반응성 분말에 대한 물의 중량비는 약 0.35 내지 0.65이고, 시멘트 판넬은 의도적으로 연행공기를 포함하지 않는, 시멘트 판넬.
  3. 제1항에 있어서, 반응성 분말은 55 내지 75 중량% 황산칼슘 반수화물, 20 내지 35 중량% 포틀랜드 시멘트, 0.75 내지 1.25 중량% 석회, 7.5 내지 20 중량% 활성 포졸란 및 선택적인 고성능감수제를 포함하고, 상기 활성 포졸란은 실리카 퓸, 메타카올린, 분쇄 과립화 고로 슬래그, 및 미분 비산회로 이루어진 군의 최소한 하나의 성분이고, 판넬은 2 내지 6 중량 %의 코팅된 팽창 퍼라이트 입자들 및 10 내지 20 중량 %의 중공 세라믹 미소구체를 함유하는, 시멘트 판넬.
  4. 제1항에 있어서, 시멘트질 조성물에서 경량 충전제는 7 내지 15 중량%의 코팅된 소수성 팽창 퍼라이트 입자들로 이루어진, 시멘트 판넬.
  5. 제1항에 있어서, 0.75 인치 두께 판넬을 중심 상부 16, 20 또는 24 인치 간격에서 ASTM E 661에 따라 시험할 때 최대하중능력은 정하중에서 550 lbs. 이상이고, 충격 후에는 400 lbs. 이상이고, 200-lb (90.9 Kg.) 하중으로 충격 전후 최대변위는 16, 20 및 24 인치 간격에서 각각 0.078 인치, 0.094 인치 및 0.108 인치 (2.74 mm) 이하인, 시멘트 판넬.
  6. 제1항에 있어서, 상기 판넬은, 각각 건량기준으로, 상기 반응성 분말 70 내지 93 중량%, 상기 유리섬유 4 내지 10 중량%, 및 코팅된 소수성 팽창 소수성 퍼라이트 입자들 및 선택적인 고성능감수제로 구성되는 상기 경량 충전제 4 내지 20 중량%로 형성되는, 시멘트 판넬.
  7. 제1항에 있어서, 상기 판넬은 둘레 중심에서 파스너 간격 6 인치 (152 mm) 및 중간 스터드들 중심에서 12 인치로 금속골조를 적용한 ASTM E72 시험법으로 측정될 때 0.5 인치 (12.7 mm) 두께 판넬의 전단강도는 최소한 720 lbs/ft (1072 kg/m)인, 시멘트 판넬.
  8. 제1항에 있어서, 판넬은 하나 이상의 외층들을 가지고, 외층(들)은 각각 건량기준으로 상기 반응성 분말 70 내지 93 중량%, 상기 유리섬유 4 내지 10 중량% 및 코팅된 소수성 팽창 퍼라이트 입자들 4 내지 20 중량%으로 형성되는, 시멘트 판넬.
  9. 제1항에 있어서, 16, 20 또는 24 인치 간격에서, 약 0.72 내지 약 0.78 두께 판넬의 저항모멘트는, ASTM C 1704 방법에 따라 측정될 때, 건식 조건에서 세로방향 및 폭방향 양자에서 최소한 1,007 lbf-in/ft 폭이고, 48 시간 물에 담근 후인 습식 조건에서 세로방향 및 폭방향 양자에서 최소한 705 lbf-in/ft 폭인, 시멘트 판넬.
  10. 건물구조체의 구조 시멘트 판넬의 내열전달성을 개선하여 건물 전단 격막의 내화성을 개선하는 방법에 있어서, 상기 건물의 전단지지벽시스템, 마루시스템 및/또는 지붕시스템에서 전단격막으로 사용되는, 개선된 내수성 및 더 높은 내열전달성을 가지고 횡단 전단 격막 하중 저항을 제공하는 불연성, 내화성 경량 강화 시멘트 제1판넬을 금속골조에 적용하는 단계로 구성되고,
    제1 판넬은:
    시멘트질 조성물의 수성혼합물 경화에 의해 생성되는 연속상으로 구성되고: 시멘트질 조성물은, 건량기준으로,
    반응성 분말 50 내지 95 중량%,
    상기 연속상에 경량 충전제로서 균일하게 분산되고, 직경 범위는 약 1 내지 500 미크론 (마이크로미터), 중앙 직경은 20 내지 150 미크론 (마이크로미터) 및 유효입자 밀도 (비중)는 약 0.50 g/cc 미만인 코팅된 소수성 팽창 퍼라이트 입자들 1 내지 20 중량%,
    중공 세라믹 미소구체 0 내지 25 중량%, 및
    연속상을 균일하게 강화하기 위한 내-알칼리성 유리섬유 3 내지 16 중량%로 구성되고;
    상기 반응성 분말은:
    황산칼슘 알파 반수화물 25 내지 75 중량%,
    포틀랜드 시멘트를 포함한수경시멘트 10 내지 75 중량%,
    석회 0 내지 3.5 중량%, 및
    활성 포졸란 5 내지 30 중량%로 구성되고;
    제1 판넬 밀도는 입방피트당 50 내지 100 파운드이고;
    코팅된 소수성 팽창 퍼라이트 입자들 대신 세라믹 미소구체가 포함되는 것 외에는 제1 판넬과 동일한 조성물을 가지는 제2 판넬과 비교할 때 제1 판넬의 열전달시간은 약 10 % 내지 40 % 지연되는, 건물구조체의 구조 시멘트 판넬의 내열전달성을 개선하여 건물 전단 격막의 내화성을 개선하는 방법.
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