水泥制品的制作方法

专利名称：水泥制品的制作方法
技术领域：
本发明涉及水泥制品，和制造这种制品的工艺以及该制品的用途。
根据其性质，水泥制品在许多应用中得到了使用。对于轻质水泥制品，两个重要的性质包括强度和密度。对于承载用途，希望其具有相对高的抗压强度和相对低的密度。常规水泥基材料例如用于建筑行业的混凝土的抗压强度的典型范围是15-50MPa(尽管具有15-25MPa范围的抗压强度的制品通常可提供有效的承载能力)。“常规重量混凝土”的密度的典型范围是2300-2600kg/m3。那些被称为“轻质”的水泥制品可以具有300-1800kg/m3范围的密度并且前者主要用作绝热材料。在这一点上，希望提供具有降低的密度并且不会过度损失抗压强度的水泥制品。
可以实现这个目的的一种方法是将相当大体积的材料用相对较低比重的组分来代替。其中使用轻质粗骨料替代正常重量的骨料，该制品被称为轻质骨料混凝土(LWAC)。这种方法可典型生产松密度为1400-2000kg/m3的混凝土，并通过所用的轻质骨料的类型和体积即通过改变混凝土配料设计来控制密度变化。希望提供一种可控制单一水泥配方的密度的方法。据了解一些轻质骨料具有化学活性而且在LWAC的生产中也需要更高程度的质量控制。
降低水泥制品密度的其它尝试包括向水泥混合物中引入低密度的孔隙或气泡，并通常将所得制品称为“泡沫(cellular)”混凝土。这些混凝土典型具有500-1000kg/m3范围的密度但是它们的抗压强度一般不超过5MPa。因此，它们通常不适合于承载用途。事实上，这种制品的一个主要用途是用于绝热。希望提供具有相似的密度但具有提高的抗压强度的水泥制品。此外，为了促进增强硬化，典型使用高压釜来制备一些泡沫混凝土。涉及的设备费用非常高，因而希望提供可使用相对简单且更廉价的技术制备适当低密度的水泥制品的备选方法。
本发明提供了制造水泥制品的方法，该制品满足上述的要求并且可以克服所述与现有技术相关的缺点。
因此，本发明提供了制造多孔水泥制品的方法，该方法包括形成水泥预混料；将该预混料浇注成需要的形态；在该预混料中产生气泡；和使预混料固化，其中使气泡在该预混料内的特定位置上产生和/或破裂(collapse)，以便沿该制品横截面产生孔隙分布，因此该制品包含相对低密度的核心区和较高密度的外部区。
依照本发明，可通过改变最终制品中的气泡的体积和分布来改变给定预混料的密度。这使得可以由一种预混料组成制造具有不同强度/密度比的制品。
本发明的水泥制品是由传统水泥组分的预混物形成的。这些组分包括硅酸盐水泥，粉煤灰，硅灰，其它矿物添加剂，填料和化学混合材。可以使用适当的有机和/或无机粘结剂和填料配置该预混料，包括本领域内已知的有机和无机聚合物以便满足性能要求。描述的所有这些组分均可从市场上购得。通过将各种组分与水混合的常规技术制备该预混料。然后将该预混料浇注到反映最终制品的预定形态的模板(模具)中。
预混料中气泡的产生可导致该预混料体积的增加。为了获得要求的孔隙分布，进行一个或多个步骤以引起气泡在预混料内特定位置上产生和/或破裂。
在一个实施方案中，可以通过向预混料中加入热激活气体发生试剂产生气泡。可以在混合阶段将这种试剂加入到预混料中。优选地，该气体发生试剂是铝粉或包含铝粉的气体发生试剂。铝与水泥浆料中的碱反应可产生氢气。该反应是热激活反应，最理想的激活温度是35至45℃。适合于加入预混料的气体发生试剂可以从市场上购得。可以通过改变预混料中包含的气体发生试剂的量来控制气体产生的程度。使用这种技术可引起气体在整个预混料中的产生，从而利用气泡的迁移和破裂来获得要求的孔隙分布。下面对其进行更详细的论述。
当使用热激活气体发生试剂时，该方法通常包括将预混料的温度快速提高到发生气体产生所需的温度范围。可以以多种方式加热该预混料，并且可以在将该预混料的组分与水混合时(典型为向预混料组分中加入水5-20分钟内)和/或当将预混料浇注到模板中时进行加热。可以使用预加热的材料和/或利用来自混合，例如高剪切混合的能量来实现预混料温度的提高。
还可以使用高剪切混合来控制该预混料的温度和/或流变能力以便该预混料进行气体产生时需要的体积变化。
优选地，本发明包括使用可提供足够有效期的配料配方，以便气体发生的开始只出现在将预混料注入模板之后。因此，为了在最终制品中获得要求的孔隙分布，预混料的粘度也是一个重要因素。理想地，当注入模板中时，该预混料具有均衡的粘度因此气泡容易产生并透过预混料迁移(上升)同时不会从预混料主体中完全损失。气泡迁移对产生要求的孔隙分布较为重要并且可以通过控制粘度来控制气泡的迁移。高粘度的预混料可阻止气泡的形成和上升，然而过于稀薄的预混料会导致预混料基体中气泡的损失。在实践中，可以通过下列方式控制粘度改变混合温度，向预混料中混入微细材料以获得理想的颗粒级配从而优化流动特性和/或向预混料中加入适当的添加剂，例如矿物或化学添加剂或混合材。例如，超塑性混合材可以为预混料提供足够的流动性以便其自整平(self-leveling)，同时维持必要的粘度以便容许气泡的迁移和滞留。使用超塑性混合材调节粘度以便获得优化的气体产生和体积改变，此外还可以提供另外的益处能够使用相对低的水含量制造该预混料。使用具有相对低水含量的预混料的优点是主要固化(primary curing)完成后残余游离水分含量相对较低。相对低的残余游离水分含量的一个关键影响是由渐进干燥引起的收缩量的减小。
与具有高残余游离水分含量的制品(例如许多高压釜制品的情形)相比，该制品另一个潜在优点是，可以相对较快的达到与周围环境平衡的湿度条件。这种相对较快的湿度条件平衡允许使用例如瓷砖或其它覆层更快速地对表面进行油漆，涂覆或修饰，而不必考虑长期的水分排出。
使用模板将预混料成型为需要的形态。由于发泡会导致预混料体积的增加，使模板不充满，通常使模板30至50％的体积未充满。在上文所述的实施方案中，将发泡的预混料限制在模板中以便促成要求的孔隙分布。本质上，限制涉及使用有盖的模板以便抑制预混料的上升并使膨胀混合物在与盖子接触时破裂。或者，可以通过例如刮平，镘抹，和/或辊压(rolling)的技术实现对膨胀混合物的破裂。依靠使用的设备，可以利用振动进行刮平和/或镘抹。在这种情形中，可能需要重复利用这种技术来获得期望的效果。应理解的是这些技术自身是“限制”的形式，因为它们可促进气泡的(在预混料表面的)破裂。模板的壁面也可以引起膨胀混合物在与它们的表面接触时的破裂。膨胀混合物的破裂在产品的外表面产生相对密实的表层。模板的底面也可以引起一些气泡破裂，虽然总是由底面移出的气泡迁移可能会导致在那里形成较少孔隙的外部区。使用合适的振动技术也可以帮助气泡向上迁移，从而使与模板接触的底部层区域致密化。
为了恰当的限制，和预混料接触的盖子和模板表面必须具有足够的刚度和热稳定性以便抵抗浮升压力和在预混料产生气体期间放出的任何热量。优选以这样的方式制造模板的盖子，使得当气泡在预混料/盖界面破裂时允许气体的释放。例如，可以将盖子衬上织物或网格的半多孔膜以便促进气体的释放。模板与预混料接触的各个表面(包括盖子)可以包含表面浮凸，以便在制品上产生带有图案的表面。
在本发明的一个实施方案中，可以使用适当的频率(例如垂直振动情形中50Hz和水平振动情形中1至5Hz)和振幅对整个模板进行垂直和/或水平的振动，以便在模板内实现浆料的均匀分布，控制横截面气泡的分布和/或提高制品表面光洁度的品质。振动可以帮助气泡在预混料内的向上迁移，从而在较低的预混料下部区域产生提高的密度。振动还可以通过气泡迁移和由限制引起的破裂在预混料的上部区域导致提高的密度。应注意，可以通过使用盖子，或刮平，镘抹，和/或辊压来实现对预混料上表面的限制。
在本发明的一个可选实施例中，可以通过使用鼓泡设备在选定位置向已浇注的预混料中引入气泡。这基本上包括使用一个或多个鼓泡喷枪向预混料中注入气体(典型为空气)。该喷枪是具有一系列孔的细长中空元件(通常是管状元件)，气体可以从孔中注入到预混料中。在注入气体期间可以将喷枪在预混料中移动，以便提供适当的气泡分布从而获得要求的孔隙分布。这可以通过多种方法来实现。例如，可以使用穿孔喷枪，或一系列喷枪沿模板的长度移动进行鼓泡。喷枪起初位于模板的底部然后将其穿过浇注的预混料垂直抽出。该抽出过程中，可以对鼓泡的速率进行控制以实现气体在预混料内的分布。通过改变鼓泡喷枪的抽出速率以实现在预混料特定区域中气体产生的增加，可以达到相同的效果。另一种技术中，可以将沿浇注预混料深度延伸的鼓泡喷枪沿模板的长度移动穿过预混料(从模板的一侧到另一侧，而不是从预混料的底部到顶部)。在这种情形中，该喷枪可以具有的穿孔分布使得沿其长度引入的气体量可根据期望引入的气泡分布而变化。在这两种情形中，预混料的粘度都是一个重要的因素。预混料应足够粘以实现气泡的滞留但是不能非常粘以致从而抑制气泡的形成。预混料的粘度还会影响注入气体的压力。喷枪移过预混料的速率应避免预混料中的过度湍流，因为这会对引入的气泡的分布造成影响。在鼓泡期间或之后，可以对预混料进行上述的限制。
可以通过提供具有要求孔隙率的单个层(或层)，来制造具有逐步不同孔隙率分布的制品。例如，可以通过所述技术中的一种在模板底部形成具有相对低孔隙率(高密度)的层。然后引入另外的预混料并进行(如这里所述的)处理，以便产生较高孔隙率的层/区域。可以重复该步骤以便提供具有设定孔隙率分布的不连续层。可能需要“各个”层的部分固化以防止各个层的混合。所得的制品在不同孔隙率的区域之间具有相对明显的边界，但是该制品是一整体而且不会受到这些区域之间的不相容问题的影响。
预混料的气体产生会导致与气体产生引起的密度降低成比例的强度降低。因此，依照本发明，对于给定具体比强度的预混料，可以依照本发明通过改变气体产生的程度制造具有一定范围的强度/密度比的制品。还可以通过改变预混料中产生的气泡的破裂程度来控制依照本发明形成的制品的密度(和强度)。这可以通过改变对膨胀预混料的限制程度来实现。对于膨胀开始之前固定体积的模板中给定初始体积的预混料，可以通过受限模板中可发生的额外体积变化量来控制最终可实现的限制程度。与允许较小膨胀的预混料相比，允许较大膨胀的预混料可表现出较低的密度。改变对膨胀预混料的限制因此可提供方便且相对简单的影响制品性质的方法。优选地，本发明因此允许对水泥制品的性质，特别是强度/密度比进行调整而无需改变配料设计因此，在另一个实施方案中，本发明提供了制造至少两种水泥制品的方法，这两种水泥制品是由一种(即相同)预混料形成且具有不同的强度/密度比。在这个实施方案中，依照这里所述的方法形成该至少两种水泥制品，并且当基体内产生气泡导致其膨胀时，通过改变对预混料的限制程度来控制每种水泥制品的强度/密度比。使用受限浇注方法制造的制品可产生比按常规方法制造的制品高最多30％的抗弯强度，高最多15％的抗压强度和低最多50％的吸水性。
还可以基于选择预混料的强度来获得依照本发明形成的水泥制品的强度/密度比。因此，对于制品形成期间气体产生程度相同且密度相似的预混料，相对高强度的预混料可产生比相对低强度的预混料具有更高的强度/密度比的制品。这允许在制品生产中具有更大的灵活性，因为仅改变单一预混料的密度(通过产生气体)也许不能产生具有要求的强度/密度比的制品。
实现要求的孔隙分布之后，该方法包括对预混料进行热固化达到所需的强度以便处理，运输和使用性能。热固化典型在大气压力下进行。典型地，该制品在蒸汽固化后1天的强度在8-10MPa的范围内但是根据配料设计可超过15MPa。
固化之前，可以通过常规技术例如切割，刮平，镘抹，和/或辊压对制品的上表面进行修整。如上文所述，刮平和镘抹可涉及所用刮板和镘刀的振动。这个修整可帮助产生适于表面处理例如油漆的光滑表面。这意味着，如果该制品已经具有了合适的表面性质可以不需要进行这个修整。
有利地，本发明的方法可产生具有特征孔隙分布的水泥制品，并且这可以为该制品提供有益的性能。因此，该制品在其核心区具有相对较少的基体材料(由于那里较高的孔隙率)而在其外部区域具有较多的基体材料(由于那里减少的孔隙率)。与具有相同的宏观形状但却具有均匀的孔隙率和密度的单块(块状)水泥制品相比，该结构可提供有利的承载性能。在依照本发明形成的制品中，基体材料的分布会使该制品的作用类似于I-截面的构件并且作为结果这会导致提高的抗弯折和扭曲性能。本发明的制品具有致密的外部区域并且该结构还可以提供制品性能方面的优点。优选以固结致密表层存在的致密外部区域可提供抗冲击性，耐磨性和抗吸水性。平滑表层(可以通过预固化修整制备)的存在还可能意味着该制品更便于进行例如油漆的表面处理，而无需改变该表面。一些泡沫混凝土制品倾向于通过单块块体的切割来制造，因此在该制品的表面上会露出孔隙和孔洞穴。本发明的制品更好，因为该制品存在致密且优选固结的外部区域。浇注期间还可以通过在浇注之前在模板底部放置适当的样板或内含物或者在制品硬化前将其实施到上表面，来形成大量的装饰性建筑表面涂饰，图案或纹理。
本发明还提供了具有这里所述的孔隙分布的多孔水泥制品。可以通过本发明的方法制备该制品。
应理解，依照本发明形成的制品的孔隙分布可以根据穿过该制品且沿其测定孔隙分布的横截面而变化。在其上观测孔隙分布的横截面的方位与制备该制品的方式有关，这一点可以从本发明方法的较早描述中了解到。在某些横截面上，本发明的制品可表现出没有显著变化的孔隙率。例如，与观察到要求的孔隙分布的横截面垂直的横截面上，孔隙率的变化可能非常小。
本发明的多孔水泥制品中，该制品外表面上的孔隙率相对较低并由外表面开始沿相关的横截面增加。这意味着，在该横截面上，该制品具有相对低密度(较多孔隙)的核心区和较高密度(较少孔隙)的外部区。典型地，平均孔尺寸还会沿相关的横截面逐渐变化。这意味着，沿该横截面，孔隙率从该制品的外表面开始增加，在该制品主体内的某点达到最大值并向着另一外表面逐渐减小。可以用相对平滑的曲线(沿横截面的距离相对于孔隙率)来表示这样的分布。理想地，该分布可以是平滑且对称的，例如通过标准钟形分布曲线表示的分布，虽然实际上该分布曲线可能是非对称的。因此最大的孔隙率可能实际上不出现在相关横截面的中点上。然而重要的是该制品包含相对致密的外部区域和密度相对较为不致密的内部(或核心)区域。
在一个实施方案中，孔隙率沿相关横截面逐步的变化，每一步都代表了沿横截面具有特定平均孔尺寸的区域之间的清晰界线。在其最简单的描述中，该制品可以包含孔隙率相对低的外部区域，和孔隙率较高的内部区域，和另一个孔隙率相对低的外部区域(其可以与首先提到的外部区域相同或者可以不同)。
可以通过本领域中所熟知的图像分析技术来测定给定制品的孔隙分布。在实践中，将该制品沿选定的横截面切开，并对横截面进行成像并将其数字化的分段为多层。然后统计(表现为孔洞或气泡的)孔隙，并将孔隙的面积表示为相对于测定段总面积的百分比。所得值是该段孔隙率的估算值。可以通过描绘相对于沿横截面的位置(这里通常使用该试样沿横截面离开表面的深度)的百分孔隙率，来表现对于特定横截面的孔隙分布。如上文所述，孔隙率从制品的外表面开始沿相关的横截面增加。
典型地，依照本发明的制品的最大孔隙率为25至60％，优选为25至45％。通常沿对应于选定横截面厚度20至80％，优选40至60％的区域上观察到该最大值。依照本发明的制品的最小孔隙率通常小于20％，优选小于10％。通常在该制品的外部区域观察到该最小值，例如沿选定横截面厚度距离该制品外表面20％或更小，优选40％或更小的区域。应理解，这意味着该制品将包含相对多孔，低密度的核心区和相对非多孔，高密度的外部区。小于10％的孔隙率对应于相对致密的结构，并且可以在制品外表面上观察到这种结构沿相关横截面向内延伸。当其存在时，该致密层(或表层)的厚度典型为沿横截面的该制品厚度的约10％。
在一个优选实施方案中，所用的预混料是抗压强度为60至120MPa的高强度预混料(非加气(non-gassed)形式)。这种预混料能够制造具有相对高的强度/密度比的制品。因此，这种制品典型具有相对低的密度，即1000至1500kg/m3范围的干密度，和相对高的抗压强度，例如10至25MPa。这种制品可以在显著减少的重量下具有足够用于承载行为的抗压强度。事实上，本发明能够生产强度/密度比几乎为建筑行业中所用的现有轻质水泥制品的强度/密度比两倍的制品。
使用相对高强度的预混料制造的加气(gassed)制品可能具有相对低的含水量，例如12-15％(固化之后的高压釜制品倾向于具有25-35％的含水量)。可以通过使用超塑化剂(superplasticiser)来实现这种低的残留水。得到的制品可有利地表现出相对高的早期强度，特比是在加速热固化，以及使用高早期强度的水泥或其它合适的加速剂或混合材的帮助下。相对高速率的早期强度增进可提供如下好处最大程度上减少模板剥离期间的损坏，和最大程度上减少运输和建筑活动例如吊起和安装期间操作损坏，碎裂和破损的风险。在许多相对低强度/密度比的轻质制品中经常可观察到这种类型的损坏。因此即使当功能或性能要求不需要这种特性(即该应用可能不是承载用途)，形成相对高强度的水泥制品也可能是有益的。
在本发明中，使用相对高强度的预混料能够制造1天的强度与28天的制品强度相差不远的制品。例如，使用相对高强度的预混料可产生1天强度为其28天后强度75-90％的制品。典型地，使用相对高强度的预混料可产生加气产品的1天的抗弯强度和抗压强度分别为至少3MPa和至少15MPa的制品。通常在热加速固化条件下获得这些特性。可以通过在大气压下热固化生产该制品。该1天强度值超过了预制混凝土制造中通常用于指导模板移除的“生坯强度”要求。例如，当其抗压强度在12-15MPa附近时可以将普通密度的混凝土板从模板上剥离。
对于机械性能，本发明的制品通常可表现出3-4MPa范围的抗弯强度和15-20MPa例如15-18MPa的抗压强度，1300-1500kg/m3的制品密度。对于抗弯强度，该结果显著高于相似抗压强度的常规密度混凝土中通常可达到的抗弯强度，并且可归因于该制品存在相对致密的表层。
依照本发明，可以制备热导率为0.3-0.6W/m.k，制品干密度为900-1300kg/m3的制品，例如0.3-0.5W/m.k的热导率和900-1200kg/m3的干态密度。这比相同强度的常规重量混凝土低3-6倍。许多现有材料的目的在于，通过复合作用将不同密度的材料叠层实现强度，重量和热性能的均衡，例如具有聚苯乙烯混凝土/薄板填充物的纤维水泥薄板。由于材料的不相容性，复合层之间潜在的不良粘合，混合材料成分造成再生性降低和变化的老化速率，和该复合材料内不同材料层的有差异的收缩，这些复合材料具有明显的缺点。本发明的水泥制品可避免所有这些问题。
总之且不以特别的顺序，相对于常规技术，与本发明相关的主要优点包括如下1.通过对非常高强度的水泥基体进行加气，可以利用本发明来制造具有高的强度/密度比的制品。
2.基于受限/受约束的加气，制造该制品的工艺具有大的灵活性，可产生不同品质/等级的制品，且具有一个单一的装置和配料设计。
3.可以通过使用大范围的超塑化剂调节混合物的流变性，来实现对浇注和加气效率的控制。这允许生产具有相对低的含水量的制品，并且因此具有早期强度和减少的残余游离水分含量方面的优点。
4.可以利用本发明制造整体的制品，该制品具有相对坚固的外表层并且不会产生叠层复合材料具有的问题，该复合材料使用不同密度材料的不连续层。这样的复合材料通常在材料界面上会显示不相容/分层。
5.与使用(蒸汽)高压釜制造这种制品的方法相比，本发明的制造工艺是相对低能量的工艺。高压釜倾向于非常昂贵并且会向形成的制品中引入过量的水分。当制品干燥后，这会对使用中的制品的体积稳定性产生有害影响。此外，用于水分平衡的时间可能会与制品的收缩以及表面的质量相关。
根据它们的预定用途，本发明的制品可以具有多种形式。例如，可以以平板，墙板，屋瓦，切块系统和铺路材料的形式提供该制品。该制品特别适用于建筑行业作为建筑材料并且特别适用于承载用途。这里本发明可以提供许多优点，其中包括(a)减少的材料用量；(b)减少的恒载(dead load)，该恒载会对地基和结构部件的大小产生影响；(c)潜在提高的热性能；(d)提高的动载荷性能，动载荷例如地震；(e)通过减少起重载荷和起重机需求，导致提高的建筑效率；(f)降低的运输能量；和(g)提高的防火等级。
本发明的水泥制品可以包含常规的加固部件，例如某些应用中可能需要的钢筋或钢丝网。在这种情形中，在如这里所述制造水泥制品期间，将加固部件适当放置在预混料中。通常，可将加固部件保持在预混料中的预定位置直至发生合适的固化。可以使该加固部件附着于引入预混料的模板或由其支撑。应理解，这里所述的用于实现要求的孔隙分布的方法可以根据预混料中所用加固部件的类型和/或方位而变化。例如，如果所用的加固部件会妨碍喷枪穿过预混料的移动，可能无法使用鼓泡喷枪在预混料中形成气泡分布。
当使用钢材或类似的加固时，该制品致密的表层还可能通过提供防水性有助于产品的耐用性，因此最大程度地减小或防止了该加固部件的腐蚀。
下列非限制性实施方案对本发明进行举例说明。
实施例1合适的预混料具有如下组成·全部粘结剂的75-100wt％的硅酸盐水泥·粉煤灰-全部粘结剂的0-15wt％·硅灰-全部粘结剂的0-10wt％·硅粉-占全部细骨料填充物0-10wt％·砂-粒级分明的相对细颗粒石英砂，或等同物，最大尺寸不超过600微米，砂子与粘结剂的重量比范围为1∶1至2∶1，且当制造强度/密度比相对较高的混合物时使用较低的砂含量。可以调整砂子的分级以便包含少量(最高30％)尺寸范围为1.2-2.4mm的相对较粗材料，进而提高密实性并减少可能产生的收缩。
·水含量的范围是每立方米生灰浆混合物270-330升水·超塑化剂-在高端的磺化木质素超塑化剂情形中，其范围是10-20升每立方米新鲜混合物，或者在聚羧酸酯的情形中，其范围是5-10升每立方米新鲜混合物。使用的剂量与控制混合物的粘度有关，以便使两种情形都能具有自整平特性从而有利于浇注，但是仍具有足够的粘度以便夹带所产生的气泡。
·铝基加气/产气化合物为硅酸盐水泥含量的0.1-0.2wt％。
根据所述的相对混合物比例生产的无泡灰浆在7-28天之间的时期典型可达到60-120MPa范围的抗压强度，这取决于固化方法。有了气泡的引入，具有60-120MPa范围抗压强度的灰浆混合物可产生抗压强度为10-25MPa且风干密度为1000-1500kg/m3的轻质产品。在无泡灰浆中使用相对高强度的基体还可以在膨胀制品中获得相对高的早期强度，从而减小从模板中移开制品时破裂的风险。典型地，热固化之后该泡沫制品的1天强度大约是其28天强度的75-90％。
实施例2-由适当的预混料形成制成品在这个实施例中，制造了大约宽0.6m长1.8m并具有75-100mm厚度的板。
总得说来，该方法包括使用适当的混合方法混合湿物质与干物质，将该预混料注入带有限制的模板，按需提供振动压实，按需对表面进行修整，和对制品进行固化并在固化期之后移去模板。所用的整个生产周期长约22小时，下表显示了所包括的内容。
由于使用了较多的超塑化剂，包含极细火山灰水泥例如硅灰的粘结剂在修整之前可能需要较长的凝固时期。然而，通过提高模具中新鲜混合物的温度可以缩短该延长的凝固时期，在标准的实验室条件下该温度典型为35-40℃。
该混合步骤包括一系列独立步骤，如下表所示。
将该新鲜预混料浇注到模板中，以要求的水平不完全充满(典型为最终制品厚度的大约70％)。在垂直(例如50Hz)和/或水平(例如1至5Hz)方向提供适当的振动以便促进自整平，在气体产生期间维持混合物的粘稠度和流变性以便实现需要的体积改变。将顶板组合件放置到模板上并夹紧以提供限制。浇注后30-60分钟时将顶板移去，这时不会发生残留的体积改变并且形成的混合物足够牢固以除去顶板。该时段可能根据周围温度条件而变化，在较冷的条件下需要稍长的时段。
当使用顶部限制板时，形成的上表面是平坦的并且只需最少的修坯以便除去侧边上多余的灰浆。可以使用多种方法对该表面进行修整。然而，优选使用光滑的钢辊进行辊压，这有助于在上表面上形成致密的外壳。
配料设计，凝固过程中的环境温度条件和制品温度可能会显著影响进行修整之前需要的时间。典型地，可以在浇注两小时之内对板进行修整。另外，修整所用的时间还会随修整表面所用的方法而变化，例如可以使用刮平，镘抹和辊压提供限制效果。这些材料和加工参数对修整前时间的影响可以根据实际使用的混合设计和加工条件通过实验验证。对于没有限制的板，可以将模板以上多余的材料切掉或刮去，并按照与受限板相同的方式对制品进行修整。
修整操作之后将模板移至固化室。典型在浇注之后2-4小时进行。进行该操作时需要谨慎，因为该灰浆还未足够硬化无法抵抗运送所产生的任何强烈振动或其它冲击载荷。模板底部的加强(stiffening)还有助于消除可能引起板块过早开裂的任何弯曲。侧模保持在模板上并且仅在完整的固化循环之后将其移去。
使用热固化以在24小时的时段内获得实际的生产循环，以致能够以合理的速率重新使用该模板。热固化循环开始时的制品温度典型为35-40℃。在热固化过程期间，通过与基于PC的控制系统相连的嵌入式热电耦来控制制品的温度。

图1显示了在100mm厚的样品内部中点上所测的典型温度曲线。该温度曲线的主要特征是·平均速率为15℃/小时的加热阶段·约70℃的最高温度·脱模之前逐渐冷却到约30-40的阶段在所示的过程中，关闭蒸汽之后使室在一段时间内自冷却。脱模时该制品的累积成熟度约为500℃Hr(以温度和时间的总和来计算累积成熟度，即∑(T-T0)δt，其中T0＝0℃)。该逐渐加热和冷却模拟一种可能的实际固化场景，其中使一堆制品移动穿过热固化隧道，该隧道名义上在入口和出口端较冷但是在中间具有相对较热的区段。
实施例3下面的实施例描述了板制品的形成和性质，该制品典型为0.6m宽×1.8m长且厚度为75-100mm。使用具有如下组成的混合物配方按照实施例2的方法制造该制品。使用一层置于中间厚度中心的钢网加固材料对该板块进行加固。在结构承载部件的情形中，使用F62丝网，然而对于其它情形，使用标称F42的丝网。
每立方米未加气混合物中的量(每立方米加气混合物中的量)GP型水泥(kg)865(502)硅灰(kg)96.2(56)砂(kg) 961.6(557)水(kg) 309.1(180)超塑化剂(Adva 135)(升) 9.6(5.5)铝糊状物(Eckart AC-33)(kg) 0.7-1.1(0.5-0.7)新鲜产物(kg/m3)2245预混料湿密度(kg/m3)1300制成的板的典型性能数据包括·板的干密度(标准实验室条件下)为1300-1500kg/m3，并具有最高20MPa的抗压强度和最高4MPa的抗弯强度
·相对低的56天干燥收缩率(500微应变(microstrain))，预期的最终收缩率低于典型的内部环境30年设计收缩率·相对低的热导率(0.6W/m.K)，这比常规密度混凝土低2-3倍·大于2小时的良好耐火性·良好的耐久性，24小时吸水深度为～10mm，超过了对于暴露等级B2的AS3600要求·良好的抗硬冲击性能，本产品可提供与类似强度的常规密度混凝土相当的抗冲击性能，并且与强度为两倍普通水泥相比抗冲击性能仅低30％·超过3kN的良好拨出强度，足以安装每米200kg重的墙壁附件(例如厨房厨柜)·与普通强度的混凝土或常规密度的混凝土相比，在操作条件下不应表现出使用失效率上的不同·足够的抵抗极限强度和使用极限状态的风载荷的能力
权利要求
1.制造多孔水泥制品的方法，该方法包括形成水泥预混料；将该预混料浇注成需要的形态；在预混料中产生气泡；和使预混料固化，其中使气泡在该预混料内的特定位置上产生和/或破裂，以便沿该制品横截面产生孔隙分布，使得该制品包含相对低密度的核心区和较高密度的外部区。
2.根据权利要求1的方法，其中通过向预混料中加入热激活气体发生试剂产生气泡。
3.根据权利要求1的方法，其中使用模板用于将预混料形成需要的形态。
4.根据权利要求3的方法，其中将预混料限制在该模板中以便促成需要的孔隙分布。
5.根据权利要求4的方法，其中该模板具有盖子以便限制预混料的上升并引起膨胀预混料在与盖子接触时的破裂。
6.根据权利要求5的方法，其中模板盖子的制造使得当气泡在预混料/盖界面破裂时允许气体的释放。
7.根据权利要求1的方法，其中对预混料的上表面进行刮平，镘抹，和/或辊压以便引起膨胀预混料的破裂。
8.根据权利要求3的方法，其中以适当的频率和振幅对模板进行垂直和/或水平的振动，以便实现预混料在模板内的均匀分布，控制横截面气泡的分布和/或提高制品表面光洁度的品质。
9.根据权利要求7的方法，其中使用模板用于对预混料进行成形，并且其中以适当的频率和振幅对模板进行垂直和/或水平的振动，以便实现预混料在模板内的均匀分布，控制横截面气泡的分布和/或提高制品表面光洁度的品质。
10.根据权利要求1的方法，其中通过使用鼓泡设备在选定位置向已浇注的预混料中引入气泡。
11.根据权利要求10的方法，其中该鼓泡设备包括含有细长空心部件的鼓泡喷枪，该喷枪具有一系列的孔，可以通过这一系列的孔向预混料中注入气体。
12.根据权利要求11的方法，其中在气体注入期间将喷枪在预混料中移动以便提供合适的气泡分布从而获得要求的孔隙分布。
13.根据权利要求1的方法，其中该预混料的足够粘以致可实现气泡的滞留但是又不非常粘从而抑制气泡的形成。
14.根据权利要求13的方法，其中通过改变预混料温度，向预混料中混入微细材料以获得理想的颗粒级配以优化流动特性和/或向预混料中加入适当的添加剂来控制预混料的粘度。
15.根据权利要求14的方法，其中通过向预混料中加入超塑化剂来控制预混料的粘度。
16.根据权利要求1的方法，其中通过改变对预混料加气的程度来控制水泥制品的强度/密度比。
17.根据权利要求1的方法，其中当基体内产生气泡引起预混料膨胀时，通过改变对预混料的限制程度来控制水泥制品强度/密度比。
18.根据权利要求1的方法，其中通过基于预混料的强度的选择来控制水泥制品的强度/密度比。
19.根据权利要求1的方法，其中在固化之前，通过切削，刮平，镘抹，和/或辊压对水泥制品的上表面进行修整。
20.根据权利要求1的方法，其中该水泥制品具有固结的，致密的外部表层。
21.根据权利要求1的方法，其中该预混料是抗压强度为60至120MPa的高强度预混料(非加气形式)。
22.根据权利要求21的方法，其中使用该预混料制造干密度为1000至1500kg/m3和抗压强度为10至25MPa的水泥制品。
23.根据权利要求21的方法，其中该水泥制品的1天强度是其28天强度的75-90％。
24.根据权利要求23的方法，其中在大气压力下对该制品进行热固化。
25.根据权利要求1的方法，其中该水泥制品表现出3-4MPa的抗弯强度，15-20MPa的抗压强度，1300-1500kg/m3的制品密度。
26.根据权利要求1的方法，其中该水泥制品具有0.3-0.6W/m.k的热导率和900-1300kg/m3的干密度。
27.根据权利要求1的方法，其中使用高剪切混合来改变预混料的温度和/或预混料的流变性，由此控制该预混料的粘度。
28.根据权利要求21的方法，其中该水泥制品具有相对低的残余含水量。
29.根据权利要求1的方法，其中以平板，墙板，屋瓦，砌体系统和铺路材料的形式制造该水泥制品。
30.根据权利要求3的方法，其中该模板包含表面浮凸以便在制品表面上产生图案。
31.制造至少两种水泥制品的方法，这两种水泥制品是由单一的预混料形成并且具有不同的强度/密度比，该方法包括依照权利要求1的方法形成每种水泥制品，且其中当基体内产生气泡引起预混料膨胀时，通过改变对预混料的限制程度来控制每种水泥制品的强度/密度比。
32.通过权利要求1的方法得到的水泥制品。
33.多孔水泥制品，其沿制品的横截面具有孔隙分布，从而该制品包含相对低密度的核心区和较高密度的外部区。
34.通过权利要求1的方法得到的水泥制品在建筑行业中作为建筑材料的用途。
全文摘要
制造多孔水泥制品的方法，该方法包括形成水泥预混料；将该预混料浇注成需要的形态；在该预混料中产生气泡；和使预混料固化，其中使气泡在该预混料内的特定位置上产生和/或破裂以便沿该制品横截面产生孔隙分布，使得该制品包含相对低密度的核心区和较高密度的外部区。制造多孔水泥制品的方法，该方法包括形成水泥预混料；将该预混料浇注成需要的形态；在该预混料中产生气泡；和使预混料固化，其中使气泡在该预混料内的特定位置上产生和/或破裂以便沿该制品横截面产生孔隙分布，使得该制品包含相对低密度的核心区和较高密度的外部区。
文档编号C04B22/04GK1802335SQ200480002272
公开日2006年7月12日 申请日期2004年1月15日 优先权日2003年1月15日
发明者S·L·马, G·莎皮罗, D·J·B·里奇, R·W·班克斯, G·W·奎克 申请人:联邦科学和工业研究组织