专利名称：：具有各种木材性能的轻质结构混凝土的制作方法
技术领域：
：本发明涉及具有按照ASTM标准所规定的结构强度和密度的轻质混凝土。
背景技术：
：美国材料与测试协会(ASTM)标准将结构轻质混凝土定义为在固化28天后当依照ATSMC330测试时具有超过17.2MPa(2，500psi)的抗压强度，且当通过ASTMC567测定时具有不超过l，842kg/m3(1151b/ft3)的气干密度。标准混凝土混合料是由粗集料(石头)、细集料(砂)和水泥粘合剂制成的。与标准混凝土混合料相类似，许多当前的结构轻质混凝土混合物除了混合料中的集料被较低密度的集料所替代之外，具有相同的混合料组成。较低密度的替代集料可以是人造集料或天然集料，且具有大于2，500psi结构强度的压力。例如，最常见的人造(合成)轻集料包括膨胀页岩或粘土、炉渣和膨胀矿渣。最常见的天然轻集料包括浮岩、熔渣、凝灰岩和硅藻土。目前，结构轻质混凝土的用途已经局限于需要其较低密度的大型铸造结构，例如桥梁和高层建筑。像大多数常规的混凝土材料一样，由于结构轻质混凝土的不弯曲性、材料成本以及在处理材料过程中相关的劳动力成本，它在居住建筑物中的应用受到了限制。因此，具有结构强度和像木材一样的(wood-like)性能的经济型轻质混凝土将是非常有价值的，因为它能够克服目前用于建筑应用的传统的混凝土和轻质结构混凝土的局限性。然而，在可以获得更好的设计及改进之前，了解在确定其性能的情况下常规混凝土和轻质混凝土两者的混凝土基体的一般类型以及它们的机制是必要的。大多数轻质混凝土(结构轻质混凝土或其它形式)分为三(3)类。第一类轻质混凝土涉及利用诸如膨胀页岩或膨胀粘土的较轻集料作为常规的石头替代物的标准结构混凝土。结构轻集料的尺寸在粗糙到精细之间变化。由于结构集料直接用于承担负载，标准结构混凝土基体的机制以与常规混凝土相同的方式运作。第二类轻质混凝土涉及不含有具有结构强度的粗集料的混凝土类型。通常，此混凝土被提供诸如圬工砂和气室的精细结构填料、膨胀珍珠岩、蛭石、或小木块作为较大的非结构(non-structural)填料以占据基体中的空间。第二类中的混凝土基体(无论它是多孔混凝土还是珍珠岩混凝土)只依赖包封气室或膨胀珍珠岩以承担负载的固体粘结性结构(水泥粘合剂和诸如砂的精细结构集料)。第三类轻质混凝土涉及含有比圬工砂大的结构集料和非结构集料两者的混凝土类型；混凝土基体将含有第一类和第二类两类的成分。在第二类轻质混凝土中，大多数是多孔混凝土、珍珠岩混凝土、蛭石混凝土或其类似物。这些类型的轻质混凝土通常被提供非结构强度且在施工应用方面受限制。这样的多孔混凝土的实例在以下专利中公开题目为“Cellularconcrete(多孔混凝土)”的美国专利第4，900，359号；题目为“Cellularconcrete(多孔混凝土)，，的美国专利第5，183，505号；以及题目为"Compositionofmaterialsforuseincellularlightweightconcreteandmethodsthereof(用于多孔轻质混凝土的材料的组合物及其方法)，，的美国专利第6，488，762号。这样的珍珠岩混凝土实例包括题目为“Compositematerialandmethod(复合材料及方法)”的美国专利第5，080，022号和题目为"Machinablelightweightsisal-basedconcretestructuralbuildingmaterial(可机械力口工的轻质剑麻基混凝土结构建筑材料)”的美国专利第6，881，257号。一些非结构轻质混凝土能够显示某种非常低水平的拧能力(screw-ability)和钉能力(nail-ability)，但一点也不接近木材的性能。因此，与木材相比，螺钉的握持强度(holdingstrength)和钉子的握力是非常差的。通常，当使用者拧或钉时，这些类型的轻质混凝土易于开裂。一些结构轻质混凝土，例如在美国专利第5，080,022号和美国专利第6，488，762号中公开的那些，可能具有所期望的结构强度但是它们缺乏木材的拧能力和钉能力。此外，这些类型的轻质混凝土在大的生产规模上不是非常经济的，因为混合物需要大量昂贵的水泥粘合剂，或具有非常有限的组分供应如在磨光的回收玻璃(groundrecycledglass)的情况下。诸如膨胀蛭石或珍珠岩混凝土的多孔且非结构集料，已经只限于不要求结构强度反而利用绝缘特性的一些应用。以往对于使此类型的混凝土转变为结构级的尝试以及使其更为经济的尝试已归于失败。这些以往的失败通常可归因于在微观结构层次上对混凝土的基体及其复杂机理缺乏了解。众所周知，由粉煤灰、硅酸盐水泥和砂制备的固体普通混凝土可以具有8，000-9，OOOpsi的抗压强度。此强度远高于大多数应用的结构要求。因此，通过在混凝土中引入有效孔隙来使混凝土变轻是有意义的。然而，在过去的几十年中在混凝土基体中产生孔隙胞室(voidcell)并不容易。此外，已知任何混凝土混合料所需的具有有限供应的特殊材料或某些复杂的制造工艺将总是使混凝土变得昂贵，以最少量的材料成本和劳动力成本在多孔混凝土或非结构集料混凝土中获得所希望的性能还可以成为一门科学。因此，为了具有成本效益，混凝土必须使用供应充足的普通材料制造；而且混凝土的制造工艺也必须是简单的。目前，第二类的多孔或非结构集料混凝土只具有一种有效孔隙尺寸分布。申请人已发现此类型的混凝土基体能够通过具有两种孔隙尺寸分布而不是一种孔隙尺寸分布来改进。给定相同的总有效孔隙体积，具有两种孔隙尺寸分布的混凝土将总是比具有一种孔隙尺寸分布的混凝土更稳定且具有更高的强度。有效孔隙胞室间的较宽间距可以容纳更多的强化纤维。申请人还发现当在临浇注前混合吸水性(干的)膨胀集料时，通过使用吸水性膨胀集料和无吸收性膨胀集料的组合可降低混凝土混合料的水对水泥比率。可以调整吸水性集料与无吸收性集料的比率以在凝固前从混凝土混合料中吸收出所期望的水量。
发明内容本发明的若干方面和示例性实施方案提供了一种具有结构性能以及类似的拧能力和钉能力的性能的独特的轻质混凝土。依照本发明的一个示例性实施方案，提供了一种能够使用传统的接合工具来拧和钉的高强度轻质混凝土，其包括非结构轻集料，例如膨胀珍珠岩或膨胀聚苯乙烯珠、或膨胀珍珠岩与膨胀聚苯乙烯珠的组合，所述非结构轻集料平均粒度在Imm到2.5mm之间且最大颗粒与最小颗粒间具有最窄可能尺寸差异，占8%到25%之间的总混凝土体积；另一种较小的非结构集料，如前者或由混合物产生的夹带的气室或这两者的组合，其平均胞室(或有效孔隙)粒度不大于非结构填料的平均粒度的70%且具有最小胞室粒度变化，占5%到20%之间的总混凝土体积；和稠密的粘结性组合物，包括水泥粘合剂、火山灰、任选的如PVA的短原纤化纤维和精细结构填料，占剩余的55%到87%的总混凝土体积。精细结构填料可以是符合ASTMC144或ASTMC33规范的至少75%含砂量的细圬工砂或细混凝土用砂。目的是在混凝土基体中产生两种有效孔隙尺寸分布，每种分布具有总混凝土体积中的特定体积。使用膨胀珍珠岩(一种吸水性材料)与膨胀聚苯乙烯珠(一种非吸水性材料)的组合物的目的是提供控制混凝土凝固前的混合料中水对水泥比率的能力。当在临浇注前混合该组合物时，可根据希望在凝固前从混合料中缓慢吸收出多少水来调整膨胀珍珠岩对膨胀聚苯乙烯珠的比率。因此，现在可以获得非常低的有效水对水泥(w/c)比率。依照本发明的另一个经济的实施方案，提供了一种高强度轻质混凝土混合料，其包括(a)1.05到1.75体积份的硅酸盐水泥或诸如K型、M型或S型的改性硅酸盐水泥；(b)0.40到1.25体积份的F级或C级粉煤灰；(c)1.15到1.85体积份的圬工砂或尺寸不大于圬工砂的精细结构填料；(d)0.75到1.85体积份的膨胀珍珠岩或膨胀聚苯乙烯珠或膨胀珍珠岩与膨胀聚苯乙烯珠的组合，其平均尺寸分布(distributionmeansize)在Imm到2.5mm之间且颗粒的至少75%的量落入从该平均尺寸的中心起+/-0.6mm范围内；(e)0.65到1.20体积份的水或水对水泥(W/C)比率在0.4到0.67的范围内；(f)预定量的高效减水剂(high-rangesuper-plasticizer)以达到期望的塌落度、可加工性或自密实水平；以及(g)预定量的空气夹带混合物以产生5%到20%的夹带的空气，所述夹带的空气的胞室尺寸分布平均值不大于混凝土中膨胀珍珠岩的尺寸分布平均值的70%。依照本发明的一个方面，还提供了短原纤化PVA纤维或其它具有类似性能的微纤维以强化混凝土，以便在不使用钢丝网的应用中减少裂缝扩展并提供结构强化。优选的纤维长度是6mm到15mm。纤维量可以在总混凝土体积的0.2%到3%的范围内。除了如上所述的示例性实施方案和方面外，通过参考附图和研究下面的描述，更多的方面和实施方案将是明显的。附图简述当结合附图阅读时，根据下面的示例性实施方案的详细描述和权利要求，对本发明的更好的理解将变得明显，所有这些形成本发明公开的一部分。虽然以下所写的和所说明的公开内容集中于公开本发明的示例性实施方案，但应清楚地理解所述公开内容仅作为例证和实例且本发明不限于此。本发明的精神和范围只受所附权利要求的条款的限制。以下表示附图简述，其中图1说明了目前可获得的轻质混凝土混合料；图2说明了标准混凝土的基体及其机制；图3说明了多孔混凝土的基体及其机制；图4说明了通常的多孔混凝土的基体；图5说明了申请人的高强度轻质混凝土的一个示例性基体，其具有与图4中所示的多孔混凝土中相同的密度和总孔隙体积；图6说明了中心处有球形孔隙的一块混凝土；图7A说明了组装成一排的多个X尺度的混凝土立方块，但此处孔隙具有两种尺寸且具有相同的总孔隙体积；图7B说明了组装成一排的多个混凝土立方块30以及孔隙胞室间的间距；图8A说明了由多排混凝土块40制成的申请人的理论混凝土基体80；图8B说明了由多排混凝土块41制成的通常的多孔混凝土基体81；图9A说明了图8A中所示的混凝土基体，其没有混凝土立方块的线以便类似真实的基体；图9B说明了图8B中所示的混凝土基体，其没有混凝土立方块的线以便类似真实的基体；以及图10说明了一种可以用申请人的混凝土铸造的示例性住宅墙板。实行本发明的最佳模式本发明涉及具有类似于木材的结构性能、拧能力和钉能力的性能的独特的轻质混凝土。为了讨论的目的，结构性能与大于2，500psi的抗压强度相关联。轻质意指密度小于1151b/ft3。各种木材性能与轻质混凝土的容易地用锯切割、用普通木螺钉拧和用某些硬化钉钉而没有开裂的能力相关联。这些性能的组合使其在许多房屋建设应用中是独特的和有价值的。现将详细参考轻质混凝土的类型、混凝土基体的类型及其机制、以及为申请人的混凝土基体提供独特性能的事实。始终参考本发明的实施方案，附图中所说明的实例。下面描述了实施方案，以便通过参考附图来解释本发明。图1说明了从非结构强度到结构强度变化的各种可获得的轻集料混凝土混合料，同时结构混合料包含诸如膨胀页岩、膨胀矿渣、炉渣或膨胀粘土的结构轻集料。如前所述，如图1中所示的常规的结构轻质混凝土混合料不具有类似于木材的拧能力和钉能力的性能。图2说明了标准混凝土的通常基体及其机制10。此图的目的是显示混凝土如何工作以承担其负载，以便更好地理解混凝土的这一方面。如图2中所示，标准混凝土含有粗石集料12、细砂集料13、和水泥粘合剂与粉煤灰的组合11。此基体的机制是简单明了的。来自起始于板30的上方的负载的力矢量40以垂直向下的路径传递，穿过结构集料12并穿过其路径中的所有材料。这是因为此基体中的所有集料都具有结构强度且能够支撑负载。粗石集料12在提供混凝土强度中起重要作用。图3说明了多孔或非结构填料混凝土的基体20及其机制。此类型的混凝土基体的工作原理与标准混凝土不同。如图3中所示，多孔或非结构填料混凝土20被提供非结构填料或孔隙21以及固体或粘结性结构22。然而，此基体的机制更为复杂。来自负载的力矢量40在粘结性结构22内在不同方向上分布和分散且绕过非结构填料或孔隙21传递。矢量40相互作用以支撑负载。在此基体中，粘结性结构组合物22完成所有工作且通常由诸如硅酸盐水泥的水泥粘合剂、诸如粉煤灰的火山灰、以及诸如砂的精细结构填料制备。如申请人所发现的，在提供此类型的经济型混凝土的抗压强度、拧能力和钉能力方面，设计这种包封非结构填料或孔隙的固体结构22是非常重要的。图4和图5显示了申请人的混凝土基体与普通的多孔混凝土基体之间的差别。图4说明了具有30%总孔隙体积的通常的多孔混凝土基体50。如图4中所示，多孔混凝土50也提供了夹带的气室或孔隙70以及固体或粘结性结构51。然而，混凝土50中的气室或有效孔隙70具有单一尺寸分布。粘结性组合物51包括硅酸盐水泥和粉煤灰。在此通常的多孔基体中，胞室或孔隙70之间的间隔是非常窄的。现在转向图5，说明了依照本发明的一个示例性实施方案的理想混凝土基体60，其具有等价于图4中所示的多孔基体的相同的30%有效总孔隙体积。根据本发明的一个示例性实施方案的此基体的独特方面是其具有两种不同的有效孔隙尺寸分布由非结构填料产生的较大的有效孔隙分布62可以是膨胀珍珠岩或聚苯乙烯珠或膨胀珍珠岩与膨胀聚苯乙烯珠的组合，而较小的有效孔隙分布可以由夹带的气室70或另一种非结构填料产生。较大的有效孔隙62和较小的有效孔隙70的每一种都具有其自身的尺寸分布和在整个基体60中分散的量。包封有效孔隙70和62两者的结构及粘结性组合物61包括水泥粘合剂、火山灰以及尺寸不大于圬工砂的精细结构填料。在此基体与等密度的通常的多孔基体之间要注意的最重要的一点是申请人的基体在混凝土基体60中的孔隙间产生较宽的粘结性结构以及很少的力矢量。混凝土内部的力矢量的方向也将随着两种孔隙尺寸分布而不同且怀疑该力矢量的方向更加平行于由外部负载所施加的力矢量。存在两种孔隙尺寸分布而不是一种孔隙尺寸分布时的间隔效应是申请人的混凝土基体的一个重要方面。结合图6至图9可以解释此间隔效应。具体地，图6说明了中心处有球形孔隙的一块混凝土。图7A说明了组装成一排的多个X尺度的混凝土立方块，但此处孔隙具有两种尺寸且具有相同的总孔隙体积。类似地，图7B说明了组装成一排的多个混凝土立方块30以及孔隙胞室之间的间距。图8A说明了由多排混凝土块40制成的申请人的理论混凝土基体80，而图8B说明了由多排混凝土块41制成的通常的多孔混凝土基体81。图9A说明了图8A中所示的混凝土基体，其没有混凝土立方块的线以便类似真实的基体，而图9B说明了图8B中所示的混凝土基体，其没有混凝土立方块的线以便类似真实的基体；并且图10说明了一种可以用申请人的混凝土基体铸造的示例性住宅墙板。让我们从图6中所示的微小的混凝土立方块30开始，并假定这个混凝土立方块具有(X)尺度且在此立方块中心处具有占总混凝土体积的1/3的空气圆球31。虽然该混凝土轻了1/3，但是立方块的截面积32将减少58%。截面积损失比1/3的体积损失要高得多且不成比例。截面积32对于混凝土的强度是极其重要的，因为力矢量穿过截面积32传递且细集料必须装入(fitin)截面积32。当将相同的混凝土立方块组装成一排时，它将看起来像图7B中所示的块41。此外，如果本领域技术人员要组装具有相等总体积的较大和较小的孔隙圆球的其它相同⑴尺寸的立方块，它将看起来像图7A中的块40。孔隙圆球31占总立方块体积的1/3；孔隙圆球43占总立方块体积的0.075；并且孔隙圆球44占总立方块体积的0.85。所有圆球43和44的总体积等于所有孔隙圆球31的总体积。使用球体积公式(V=4/3πr3)可以确定所有圆球的直径。现在，如果要测量圆球之间的间距，块40中的间距将宽得多，约为0.27(X)。类似地，块41中的间距为约0.17⑴。由图7A和图7B可看出，孔隙间距的增加约为0.IOX0在此效应中，V=4/3πr3中的r与V之间的指数关系起到非常重要的作用。接着，多个块40和块41可以组装成如图8A和图8B中所示的面80和81，以类似申请人:的混凝土基体和多孔混凝土基体。图9A和图9B显示相同的组装但没有立方块的尺度线(dimensionalline)。如果要将多个面80和81堆积成立方块，孔隙圆球之间的间距在三维空间上仍将保持不变。即使多孔基体50(如图4中所示)和申请人的混凝土基体60(如图5中所示)两者具有相同的在其基体中的总有效孔隙体积和相同的密度，申请人已发现他的具有不同尺寸的两种特定的有效孔隙分布的基体60(如图5中所示)更稳定、更坚固、更不透水，并且比具有一种尺寸的单一孔隙分布的常规多孔基体50(如图4中所示)能够容纳更多微纤维。其原因是由于所有大孔隙和小孔隙之间的更宽的和更少的粘结性结构。如果考察力矢量40和在多孔基体20中力矢量40传递所穿过的粘结性结构(如图3中所示)，这可以容易地理解。粘结性结构越宽、存在的力矢量越小，则基体结构越稳定。所有有效孔隙之间的较宽的面积还允许更多的普通精细结构填料如圬工砂颗粒作为填料装入而不影响粘结性结构的完整性，并且需要较少的水泥。更多量的短原纤化微纤维也可以更容易地装入较宽的粘结性结构中以增加其抗拉强度而不影响混凝土塌落度。分隔有效孔隙的粘结性结构越宽和越密集，混凝土越不透水。如申请人所发现的，他的与多孔基体密度相同的混凝土基体将引起所有有效孔隙之间的这种增宽效应，所述混凝土基体具有由基体60中的非结构集料62产生的一定量的较大的有效孔隙和由另一种非结构填料或夹带空气的胞室70产生的一定量的较小的有效孔隙(如图5中所示)，。申请人还发现在木螺钉或钉子穿入时，基体60中所存在的一定量的较大的有效孔隙(如图5中所示)将大大减少裂缝扩展。在紧固件穿入点周围的较大的有效孔隙可以作为用于已移位的粉碎材料(displacedcrushedmaterial)的存储空间且可以减少扩展压力。通过大量试验，申请人的混凝土表现得像木材一样，例如，如果要使用具有范围为每英寸8到11个螺纹的螺纹以及0.10"到0.137"的直径的常规的喇叭头木螺钉和使用13GT型钉的情况。申请人:的理想混凝土基体，如图5中所示，具有两种不同尺寸的两种非结构集料分布。较大的集料是诸如膨胀珍珠岩、膨胀聚苯乙烯珠或这两者的组合的非结构填料；较小的非结构集料是夹带的气室或另一种非结构填料或这两者的组合。优选膨胀珍珠岩(一种吸收性材料)和膨胀聚苯乙烯珠(一种无吸收性材料)的组合，因为水对水泥比率(w/c)可以是非常低的。由于膨胀珍珠岩集料是吸收性材料，任何人可以调整它相对于聚苯乙烯珠的比率以在混凝土凝固前从混合料中吸收出适量的水。两种尺寸分布的这两种尺寸的集料的目的是产生贯穿混凝土基体均勻分布的两种不同尺寸的有效孔隙，如图5中所示，以使混凝土基体变轻、增强混凝土基体的强度/重量比并使混凝土基体能拧和能钉。较大的非结构填料必须具有1到2.5mm范围内的平均粒度，具有可能的最小变化。较小的夹带的气室或有效孔隙必须具有不大于非结构填料平均分布尺寸(meandistributionsize)的70%的平均分布尺寸。在一个理想方案中，非结构集料和气室的尺寸分布应具有零变化(zerovariance)。然而，在膨胀珍珠岩或任何膨胀填料的实际生产中经常出现尺寸变化。因此，在混凝土中至少75%的膨胀珍珠岩量应在从平均尺寸的中心起+/-0.6mm的范围内。如果非结构填料的尺寸变化太大，则混凝土基体不像在整个混凝土内部的所有区域中所定义的那样一致或正确。类似地，夹带的气室尺寸分布必须具有在微观(microscopic)到0.6mm的范围内的平均值，具有可能的最小变化。混凝土中由诸如膨胀珍珠岩或聚苯乙烯珠或这两者的组合的非结构填料的量所产生的较大的有效孔隙的总体积必须在8%到25%的总混凝土体积的范围内。由夹带的气室或另一种非结构填料所产生的较小的有效孔隙的总体积必须在5%到20%的总混凝土体积的范围内。包封非结构集料和气室两者的固体的支承结构包括任何粘结剂(cementitiousbinder)、火山灰、任选的微纤维以及具有ASTMC144中所规定的不大于圬工砂粒度的粒级的精细结构填料。作为申请人的基体的一个示例性应用(如图5中所示)，申请人还使用容易获得的常见成分配制了此基体的理想混合料以使其经济。根据本发明的一个示例性实施方案，混凝土混合物包括(1)1.05到1.75体积份的硅酸盐水泥I或III或诸如K型、M型或S型的改性硅酸盐水泥；(2)0.40到1.25体积份的F级或C级粉煤灰；(3)1.15到1.85体积份的圬工砂或其它类似粒度大小的细集料；(4)0.75到1.85体积份的膨胀集料如膨胀珍珠岩或膨胀聚苯乙烯珠或膨胀珍珠岩与膨胀聚苯乙烯珠的组合，其平均尺寸分布在Imm到2.5mm之间，颗粒的至少75%的量落入从平均尺寸的中心起+/-0.6mm的范围内；(5)0.65到1.20体积份的水或维持(水/水泥)重量比在0.37到0.6的范围内；(6)任选的短原纤化PVA纤维或其它的微纤维，用于强化其基体，所述强化其基体是在不使用钢丝网的应用中进行裂缝控制和结构强化所要求的，短原纤化PVA纤维或其它的微纤维的量占混凝土体积的0.25%到3%；(7)在混凝土中产生5%到20%的夹带的空气的量的空气夹带混合物，其平均胞室尺寸小于平均膨胀集料尺寸的70%；(8)获得所期望的塌落度的量的高效减水剂混合物；以及(9)任选的防水混合物，例如EuclidChemicalCompany的BlockTite禾口PenetronInternational的PenetronAdmix，以进一步增加混凝土的不透水性。制备并成功地测试了基于此理想混凝土混合料的样品。用于所有样品的混凝土混合料包含1.40体积份的K型硅酸盐水泥；1.00体积份的F级粉煤灰；1.60体积份的圬工砂；1.00到1.34体积份的50%的膨胀珍珠岩与50%的膨胀聚苯乙烯珠，75%的颗粒落在1.2mm和1.8mm之间；0.91体积份的水；0.0135体积份的Sikament6100(—种高效减水剂混合物)；0.00342到0.00548体积份的SikaAir(一种空气夹带混合物)，取决于在混凝土中获得一定的密度所需的总气体体积；以及1.2%混凝土体积的由KurarayAmerica生产的尺寸为8mm和12mm的原纤化PVA。用于此混凝土的混合工艺与工业上用于珍珠岩混凝土的运送拌合程序相同。在此混合程序中，在粘结性的混合料变成浆料后缓慢加入干的膨胀珍珠岩。由于干的膨胀珍珠岩将从浆料(slur)中缓慢吸收出水，混合料在其凝固前通常将损失其塌落度。在凝固时间，混合料的有效水/水泥比率会较低。样品的强度和密度结果在下表#1中显示。表#1密度估计的总珍估计的总空总有效孔隙28天时的抗压30天时的抗压(lbs/ft3)珠岩体积气体积体积_强度(psi)强度(MPa)8822.0%15.0%37.0%3,00020.6849418.0%15.0%33.0%3,80026.20010115.0%13%28%5,00034.473109_15.0%_^0%_23.0%_6,000_41.368测试密度为941bs/ft3的样品，用#6喇叭头木螺钉测试拧能力，并用13GT型钉测试钉能力。在螺钉的测试中，拧入混凝土可以像拧入木材那样容易而无需导向孔。在拧或钉的过程中没有出现裂缝。事实上，螺钉和钉子的握持强度都大于木材的握持强度。螺钉和钉子两者在5/8"穿入深度处测试。最大握持强度使用应用于紧固件的牵引装置来测量。测试并比较了1"厚的混凝土样品和松木。这些牵引试验的结果在下表#2中显示。表#2<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在用50/50膨胀珍珠岩与膨胀聚苯乙烯珠的组合作为非结构集料而制备的样品中，混合料具有更好的流动性和自密实性，需要较少的水。由于珍珠岩是吸水性的而聚苯乙烯珠不是，所以集料的比率可取决于在混凝土固化时要从混合物中吸收出多少水而改变。这是一种更好地控制混合料的有效水/水泥比率的有价值的技术。如前所述，申请人的混凝土设计方面的新方法并不是用诸如膨胀页岩或其类似物的低密度结构集料常规地替代正常密度的结构集料。相反地，新的混凝土设计依赖于申请人对新型混凝土基体的发现和理解具有两种不同但相关的有效孔隙尺寸分布和减少混合料中水对水泥比率的能力的基体。这两种尺寸分布的关系对于其性质极其重要。较大的非结构集料是诸如膨胀珍珠岩或聚苯乙烯珠或膨胀珍珠岩与膨胀聚苯乙烯珠的组合的非结构填料；较小的非结构集料是夹带的气室或另一种非结构填料或这两者的组合。具有两种不同但相关的尺寸分布的这两种尺寸的集料的目的是在混凝土基体中产生贯穿混凝土基体均勻分布的两种不同尺寸的有效孔隙，以使其变轻，增强其强度/重量比率，以及使其能拧和能钉。较大的非结构填料应具有在1到2.5mm范围内的平均尺寸，具有可能的最小粒度变化。较小的非结构集料应具有不大于较大的非结构填料平均尺寸的70%的平均尺寸，具有类似的小的粒度变化。因此，本发明有利地提供了一种独特的轻质混凝土，其具有类似于木材的结构性能以及拧能力和钉能力的性能。本发明的这一混凝土结构建筑材料可被制成用于建筑目的的各种形状和结构，包括但不限于实心砌块、预先成形的空心砌块、内墙及外墙系统、用于梁的预制模板、楣、窗台、柱、预制板、共用设施箱(utilityboxes)、管、艺术及建筑形式、吊顶板(dropceilingpanel)、隔音板、屋面瓦、板、框和其它合适的内部及外部建筑部件。此外，本发明的材料还可以用于海洋应用、航空应用和汽车应用的管路。为了论证其新型轻质结构混凝土的价值，申请人提出了一个使用其轻质混凝土的实际的原型(prototype)住宅墙板的图样的实例。如图10中所示，此墙板是承重墙且可以在其类别中含有最少量的材料(混凝土和钢材)。应注意板90只在其肋条和顶梁中含有钢筋92来用于结构强化。饰面91只有5/8"厚且没有任何钢丝网强化和与之相关的劳动。由于板的饰面91是5/8"厚且具有较低密度，根据工业标准该板是非常轻的，而且该板使用了比其它现有的混凝土墙板少得多的混凝土。在墙壁应用中使用较少的水泥和钢材不仅经济而且还更为环境友好。我们知道，使用较少的水泥和钢材将减少所需的能量和二氧化碳排放。只是由于申请人的混凝土的新性质才使这种板成为可能。虽然已经说明和描述了被视为本发明的示例性实施方案的内容，本领域技术人员应理解并随着技术发展应理解，在没有背离本发明的真实范围情况下，可以进行各种改变和修改，且等价物可以替代本发明的要素。可以进行许多修改、变更、增加和子组合以使本发明的教导适应特定情形而没有背离本发明的范围。相应地，因此希望本发明并不限于所公开的各种示例性实施方案，而是本发明包括落入所附权利要求的范围内的所有实施方案。权利要求一种能够使用传统的接合工具来拧和钉的高强度轻质混凝土混合料，其包括大尺寸的非结构轻集料，所述大尺寸的非结构轻集料平均粒度在1mm到2.5mm之间且最大颗粒与最小颗粒间具有最窄可能尺寸差异，占8％到25％之间的总混凝土体积；小尺寸的非结构轻集料，所述小尺寸的非结构轻集料平均粒度不大于较大的非结构填料的平均粒度的70％，且具有最小可能粒度变化，占5％到20％之间的所述总混凝土体积；和稠密的粘结性组合物，包括水泥粘合剂、火山灰、任选的短原纤化纤维以及精细结构填料，占剩余的55％到87％的总混凝土体积。2.根据权利要求1所述的高强度轻质混凝土混合料，其中所述精细结构填料是符合ASTMC144或ASTMC33规范的至少75%含砂量的圬工砂或混凝土用砂。3.根据权利要求1所述的高强度轻质混凝土混合料，其中大尺寸的非结构膨胀集料是诸如膨胀珍珠岩(一种吸水性材料)、或膨胀聚苯乙烯珠(一种无吸收性材料)、或这两者的组合；并且其中所述小的非结构集料是夹带的气室、或诸如膨胀聚苯乙烯珠的膨胀砾石、或这两者的组合。4.根据权利要求2所述的高强度轻质混凝土混合料，其还包括吸水性非结构集料和无吸收性非结构集料的组合，例如膨胀珍珠岩与膨胀聚苯乙烯珠的组合，其中可调整膨胀珍珠岩与膨胀聚苯乙烯珠的比率以控制在凝固前从所述混凝土混合料中吸收出的水量，由此在所述粘结性组合物中得到低的水/水泥比率。5.根据权利要求1所述的高强度轻质混凝土混合料，其还包括在所述稠密的粘结性组合物中的任选的短原纤化PVA纤维，占0.25%到3%的总混凝土体积。6.一种高强度轻质混凝土混合料，其包括(a)1.05到1.75体积份的硅酸盐水泥或K型、M型或S型改性硅酸盐水泥；(b)0.40到1.25体积份的F级或C级粉煤灰；(C)l.15到1.85体积份的如ASTMC144规范中定义的圬工砂或尺寸不大于圬工砂的精细结构填料；(d)0.75到1.85体积份的非结构集料，如膨胀珍珠岩或膨胀聚苯乙烯珠或膨胀珍珠岩与膨胀聚苯乙烯珠的组合，其平均尺寸分布在Imm到2.5mm之间且颗粒的至少75%的量落入从所述平均尺寸的中心起+/-0.6mm范围内。(e)0.65到1.20体积份的水或水对水泥(W/C)比率在0.4到0.67的范围内；(f)预定量的高效减水剂以达到期望的塌落度、可加工性或自密实水平；以及(g)预定量的空气夹带混合物以产生5%到20%的夹带的空气，所述夹带的空气的胞室尺寸分布平均值不大于所述混凝土中所述非结构集料的尺寸分布平均值的70%。7.根据权利要求6所述的高强度轻质混凝土混合料，其还包括占0.20%到3%的总混凝土体积的量的短原纤化PVA纤维或其它的结构微纤维以强化所述混凝土，以便在不使用钢丝网的应用中防止裂缝扩展并提供结构强化。8.根据权利要求6所述的高强度轻质混凝土混合料，其还包括防水混合物以减少所述混凝土的蒸汽渗透性和透水性。9.根据权利要求6所述的高强度轻质混凝土混合料，其中所述0.75到1.85体积份的非结构集料包括膨胀珍珠岩(一种吸水性材料)与膨胀聚苯乙烯珠(一种无吸收性材料)的组合，其中珍珠岩与聚苯乙烯珠的比率可依赖于在所述混凝土凝固前从所述混凝土混合料中吸收出的所期望的水量而变化。10.根据权利要求6所述的高强度轻质混凝土混合料，其中所述夹带的气室可以部分地用另一种类似粒度大小的非结构集料例如膨胀聚苯乙烯珠来替代，以便气室和膨胀聚苯乙烯珠的平均尺寸低于所述较大的非结构集料的平均尺寸的70%，且气室与膨胀聚苯乙烯珠两者的总体积在5%到20%的总混凝土体积的范围内。全文摘要一种具有类似于木材的拧能力和钉能力的轻质结构混凝土，其包括具有特定尺寸分布及体积量的非结构及超轻集料如膨胀珍珠岩或膨胀珍珠岩与聚苯乙烯珠的组合；具有另一种特定的尺寸分布及体积量的夹带的气室；以及水泥粘合剂、不大于混凝土用砂级的细粒级结构填料、火山灰和任选的微纤维的稠密的粘结性组合物用于强化。优化了此结构混凝土基体以固定13号T型钉和喇叭头木螺钉，所述喇叭头木螺钉具有范围为每英寸8到11个螺纹的螺纹以及0.10″到0.137″的直径。所得的混凝土将具有类似于木材的一致的拧能力和钉能力。文档编号C04B14/18GK101821215SQ200880110794公开日2010年9月1日申请日期2008年9月10日优先权日2007年9月10日发明者萨安·H·布伊申请人:萨安·H·布伊