基於石膏的預製建築構件、特別是具有改進耐火性能的石膏板的製作方法
2023-10-05 08:14:44 3
專利名稱：基於石膏的預製建築構件、特別是具有改進耐火性能的石膏板的製作方法
技術領域：
本發明涉及含有硬化和乾燥的石膏基基底的耐火預製建築構件。本發明更具體地涉及平均厚度比較薄比如在優選的方向或尺度上有具有1至幾釐米並且具有有限表面質量如十幾kg/m2的預製建築構件。作為優選但非限定性例子，涉及到的構件可以是在其兩面均覆蓋有增強板比如紙板或無機纖維(如玻璃纖維)襯墊石膏板型，也可以是其中石膏整體上含有均勻分散的纖維(比如纖維素纖維)通常用英文詞GFB(石膏纖維板)表示的纖維板型。
「耐火」一詞指的是預製建築構件的阻燃能力，此能力可被理解為如下性能之一—在預先確定的溫度範圍內，在曝露在升溫下以後，所述構件的尺寸穩定性；—所述構件的在升溫下的機械穩定性；—所述的構件在升溫下的絕熱性；根據國家不同，對耐火性能制訂出具體的標準。比如在聯邦德國，對於所謂的GKF板(即其基於石膏的基底的兩個表面各覆蓋含有混雜的纖維素纖維的增強片，比如紙板)，要參照與包括這種板的隔牆或襯裡的體系有關的標準DIN18180(1989年9月版)和標準DIN4102(第IV部分)(1994年3月版)這兩個標準特別要求板的試樣在大約850℃的溫度下經受拉伸大約30分鐘或1小時。本申請人在更苛刻條件下，即在970～1020℃下進行此測試大約1小時，在這樣的條件下確定試樣的內聚力和收縮。當涉及機械穩定性時，應該持續1/2小時以上；而涉及到尺寸穩定性時，收縮應該儘可能地小，比如在冷卻狀態下測定大約為4％。
如今，本申請人進一步認識到，尚未製造出具有耐火性能的GFB板，即所謂的GKF板。
按照文獻US-C-3,616,173，敘述並提出了一種前面定義的(厚度小並且具備有限表面質量)預製建築構件，在這種情況下，石膏板在其硬化石膏基底的兩面上各覆蓋一片紙板。此基底能夠例如通過含有至少以下各成分的乾物質加水拌和進行水合而得到—主要是大約71.5～99％可水合硫酸鈣(CaSO4·1/2H2O)；—大約0.1～1％玻璃纖維；—含有粘土質、膠體矽石、氧化鋁或這些化合物中至少兩種的混合物的無機添加劑；這些無機添加劑含量為大約0.5～20％。
這些板具有有限的耐熱機械穩定性。
按照屬於本申請人的文獻EP 0,409,914，敘述並提出了一種硬化石膏板，它不僅能夠耐火，而且具有不傳播火災的能力。按照此文獻，硬化石膏基底在其兩面上均覆蓋有玻璃襯墊。而且，硬化石膏基底還含有基於結晶矽石、滑石粉和雲母的無機添加劑。
另外還知道，作為無機填料的各種結晶矽石對暴露於火焰的各種硬化石膏基底具有有益的影響。特別是，結晶矽石如石英在約600℃時具有一個膨脹平臺區，能夠以某種方式補償嚴格意義上的石膏的收縮。
這樣，對粉末狀的結晶矽石(SiO2)特別是可能含有小尺寸顆粒如小於5μm的顆粒在各種工業生產條件和環境下進行處理顯然是困難和棘手的操作過程。
本發明的目的是通過限制石膏基底中矽石的含量改善如前面所定義的建築構件，特別是所謂GFB纖維板或貼有紙板的石膏板的耐火性能，以使其在火焰中的性能達到如今已知的最高水平，即按照前面所規定的標準DIN18180和4102(第IV部分)的GKF板。
按照本發明，當使用含有粘土質的無機添加劑以增強耐火性能時，我們發現，所述添加劑的無機矽石的重量含量能夠降低到15％，而不會影響建築構件的耐火性能，其中所述添加劑是在被補充與粘土質相容並可分散在硬化石膏基底中的惰性無機材料的條件下被加入和分布的。
因此，按照本發明，該無機添加劑主要含有粘土質，其中結晶矽石的量最多等於所述無機添加劑重量的大約15％，還含有與粘土質相容並可分散在硬化石膏基底中的惰性無機補充材料。
由於本發明，在涉及到比如所謂GFB纖維板或貼紙板的石膏板時，無機添加劑的重量含量是這樣的，即使該無機添加劑賦予建築構件以與德國標準DIN18180和4102(第IV部分)所定義的所謂GKF板相同的耐火性能，特別是收縮率不超過4％。
此外，本發明的解決方案在本質上不對至今已知的各種用於製造這些建築構件的方法加以改變，其中a)通過在兩片紙板或兩層玻璃纖維襯墊之間澆注基於石膏的膏狀物，得到石膏板；b)按照造紙類型的工藝過程過濾基於纖維素纖維和石膏的漿液以便得到所述GFB板；c)通過半溼或半乾的途徑傾倒和壓制纖維素纖維和水組成的混合物以便得到所述GFB板。
而且，本發明的解決方案還能夠保持此預製建築構件的使用質量如其可使用螺釘的性能，即能夠承受固定螺釘的安裝而不會破壞基底的內聚力的能力。
本發明還包括如下次要特徵—惰性無機補充材料優選是白雲石；—粘土質包括伊利石和/或高嶺土；—與可水合硫酸鈣相容的無機纖維比如玻璃纖維分散在硬化石膏基底內，其乾物質的重量含量低於1％；—分散在石膏基基底中的無機添加劑的粒度分布是這樣的，其中尺寸小於或等於63μm的顆粒佔所述無機添加劑重量的至少85％；—該無機添加劑以基本上相等的重量含量包括了含矽石在內的粘土質和惰性補充無機物；—該無機添加劑佔加入的乾物質的重量含量至少等於5％，優選至少等於10％；—該建築構件能夠按照造紙類GFB纖維板的製造方法、各種半溼或半乾壓制類的方法、以及通過在兩片紙板(或無機纖維襯墊，比如玻璃襯墊)之間澆注石膏的膏狀物製造石膏板的各種方法製造。
在下文中，「硬化石膏」一詞是指二水合硫酸鈣CaSO4·2H2O。
「可水合硫酸鈣」一詞指的是一種含有無水硫酸鈣(硬石膏II或III)、α-或β-晶形半水合硫酸鈣(CaSO4·1/2H2O)或由其組成的無機化合物或組合物。這樣的化合物一般通過烘烤天然生石膏或重構石膏比如硫石膏而得到。
「纖維素纖維」一詞指的是一類基於天然纖維素、再生纖維素、回收纖維素或改性纖維素的離散成分如纖維、長絲和碎屑；所考慮的纖維素纖維優選是一般進入到紙張和紙板組成中的纖維。
「無機纖維」一詞指的是無機纖維如玻璃纖維。還可以使用矽鋁酸鹽無機陶瓷纖維如用於烘箱絕緣的纖維。
按照表1分別敘述了符合本發明無機添加劑的分別被稱作X和Y的組合物。添加劑X為按照下面的實施例1.1和1.2被使用的物質。
表1
按照本發明，該無機添加劑的特徵還在於具備如下化學組成—矽石的重量含量為30～50％，優選35～45％；—CaO的重量含量為20～35％，優選20～30％；
—MgO的重量含量為10～25％，優選10～20％。
實施例1/1藉助造紙方法通過壓濾由開始時加入的大量水製造GFB纖維板(水與可水合硫酸鈣的重量比為300～800％)。
通過如下相繼的步驟製造板材■通過將8升水(自來水或板材過濾液回收的水)與273g新聞紙或再生纖維素纖維混合，然後用型號為Turbotest207370的Rayneri混合器以速度6打漿20分鐘，然後以速度10打漿25分鐘來製備紙漿；■在型號為N-50G的Hobart設備的缽中稱量一定量紙漿；■在紙漿中加入一定量VétrotexE51822型玻璃纖維；■在另一個容器中稱量一定量由煙道氣脫硫後得到的生石膏經烘烤而得到的可水合硫酸鈣(CaSO4·1/2H2O)；■在所述的另一個容器中加入稱量過的可水合硫酸鈣，並藉助於適當的機械混合一定量通式(X)的無機添加劑。
■在Hobart設備中加入如此添加了助劑的可水合硫酸鈣，以速度1混合15秒鐘，用N5B NSF槳葉攪拌15秒鐘再在速度1混合90秒鐘；■根據所需板的尺寸不同，在尺寸為25.5×25.5cm2或60×40cm2的裝有可滲透過濾粗布的模具中沉澱如此得到的膏狀物；■在壓機上加壓，直至得到厚度約為12.5mm的濾餅；■加壓至少20秒鐘，通過與工藝設備相同的過濾粗布排出水；■脫模；■在環境溫度下保存，直至完成硫酸鈣的水合過程為止；■按照適當的溫度曲線進行乾燥，對硬化石膏不進行燒結。
對於7次試驗，下面的表2匯總了厚度大約是12.5mm、在尺寸為25.5×25.5cm2的模具中採用此操作程序製造的如此得到的板的特性。
以分鐘表示的試樣的耐火性能時間和以％表示的試樣的收縮率都是在標準DIN18180和DIN4102的條件下測定的。
對於以％表示的試樣的收縮率是在冷卻狀態下同樣地進行上述測定。
表2
除非另有規定，所有的百分比都是相對於加入的乾物質總重量的重量百分比最後一個試驗7是對照組試驗在沒有無機添加劑和玻璃纖維的條件下製造該板。在沒有本發明的無機添加劑時，試樣的收縮率是很大的。
第5個試驗相當於在沒有無機添加劑但有玻璃纖維存在的條件下製造的板，這些玻璃纖維不能夠降低試樣的收縮率。
使用無機添加劑進行的其它試驗顯示即使在沒有加入玻璃纖維時(參見第6個試驗)收縮率仍然明顯地降低。
1/2按照半溼或半乾的方法通過壓制製造GFB型纖維板如下製造板材■通過採用帶有2mm篩子的PMKS460/8型號Pallman設備粉碎新聞紙製備紙屑；■稱量一定量紙屑並且將其放入型號為M20G·RE的Lodige混合器中；■在另一個容器中稱量一定量的由煙道氣脫硫產生的二水合物經烘烤而得到的可水合硫酸鈣(CaSO4·1/2H2O)；■在此可水合硫酸鈣中加入一定量通式(X)的無機添加劑，並藉助適當的機械進行混合；■在如此添加了添加劑而得到的可水合硫酸鈣中加入一定量玻璃纖維VétrotexE51822；■在M2OG·RE型Lodige混合器中加入含有纖維(屑)的上述混合物並混合30分鐘；■根據板的所需尺寸，在尺寸為25.5×25.5cm2或60×40cm2的模具中沉澱最終混合物，並澆撒大約相同量的水(水/固體比等於大約0.5)；■加壓直至得到厚度為12.5mm的濾餅為止；■加壓至少20秒鐘，排出通過位於過濾器下面的與工業設備中所用的相同的排水布排除過剩的水和空氣；■脫模；■在環境溫度下保存直至完成硫酸鈣的水合過程為止；
■按照適當的溫度曲線進行乾燥以分離水分，對硬化石膏不進行燒結。
對於兩個試驗，下面的表3匯總了厚度約為12.5mm板的特徵，該板是用此操作程序在尺寸為25.5×25.5cm2的模具中在與標準DIN18180和DIN4102中所述相同的測試條件下製造。
表3
上面的表3顯示出，當不用本發明的無機添加劑製備試樣時，試樣在30分鐘後斷裂，在此瞬間測量的收縮率為9％。
2/1對通過在兩片紙板之間澆注石膏膏狀物得到的帶紙板的石膏板進行在試驗室和工業生產線得到的試樣的對比試驗表4定義了不同的試驗，在傳統的無機填料和本發明的無機添加劑之間進行對比。在此表中—「石英C400」表示Sifraco公司銷售的細結晶矽石；—「高嶺土K13」表示SIKA公司銷售的精製高嶺上矽酸鹽；—L』hoist公司的粒度大於200μm的白雲石。
「石膏板」一詞指的是如下的一種板，其硬化石膏基底的厚度為12.5mm，兩面均被覆蓋有與石膏相連的紙板，具有如下特徵—紙板厚度大約0.3mm；—板的表面質量大約10.5kg/mm2。
使用的石膏通過烘烤硫石膏而得到。
表4石膏板在火焰中的收縮率
試驗1和2是對照組試驗。
我們看到，與本發明無機添加劑不同的無機物的各種加入量均能夠改善火焰收縮率。但用本發明的無機添加劑得到了更好的結果，而且能夠得到所謂GKF板的耐火性能。
白雲石自身，特別是參見6號試驗並未對收縮率產生非常有利的影響。
2/2按照所謂GKF板的標準，對在工業生產線上製造的和含有本發明無機添加劑和玻璃纖維的帶紙板石膏板試樣的耐火對比試驗表5
(1)在970℃和0.16kg/cm2的拉力下經過灼燒度試驗60分鐘後的縱向收縮率；(2)在970℃和0.16kg/cm2的拉力下經過灼燒度試驗30分鐘後的橫向收縮率；(3)在1020℃和0.16kg/cm2的拉力下經過灼燒度試驗60分鐘後的縱向收縮率；(4)在1020℃和0.16kg/cm2的拉力下經過灼燒度試驗30分鐘後的橫向收縮率。
我們看到，用本發明無機添加劑製備的試樣的收縮率很小，即低於4％。
權利要求
1.一種平均厚度比較薄、包括基於硬化石膏的基底的耐火預製建築構件，所述基底能夠通過比如加水拌和主要含有至少一種可水合硫酸鈣和包括粘土質的分散型無機添加劑的乾物質水合而得到，其特徵在於，該無機添加劑主要包括其中結晶矽石含量最多等於所述無機添加劑重量的大約15％的粘土質和與粘土質相容並能夠分散在硬化石膏基底中的惰性補充無機物。
2.權利要求1的構件，其特徵在於所述無機添加劑的重量含量使其賦予所述建築構件以和德國標準DIN18180和DIN4102(第IV部分)所確定的所謂GKF板一樣的耐火性能，特別是收縮率不超過4％。
3.權利要求1的構件，其特徵在於所述惰性補充無機物是白雲石。
4.權利要求1的構件，其特徵在於所述粘土質包括伊利石和/或高嶺土。
5.權利要求1的構件，其特徵在於所述硬化石膏板的兩個表面中的每一個都被覆蓋無機纖維如玻璃纖維襯墊。
6.權利要求1的構件，其特徵在於與可水合硫酸鈣相容的無機纖維如玻璃纖維分散在硬化石膏基底中，其乾物質的重量含量低於1％。
7.權利要求1的構件，其特徵在於所述硬化石膏基底的兩個表面的每一個都被覆蓋一片與基底相連的紙板。
8.權利要求1的構件，其特徵在於所述無機添加劑分散在基於硬化石膏的基底中，其粒度分布是尺寸小於或等於63μm的顆粒佔所述無機添加劑重量的至少85％。
9.權利要求1的構件，其特徵在於所述無機添加劑含有重量含量基本上相等的包括矽石的粘土質和惰性補充無機物。
10.權利要求1的構件，其特徵在於所述無機添加劑中被加入的乾物質的重量含量為至少5％，優選至少10％。
11.權利要求1～10中任一項的建築構件，其特徵在於它能夠按照選自各種造紙類GFB纖維板的製造方法、各種半溼或半乾壓制類的方法和各種通過在兩片紙板或無機纖維襯墊之間澆注石膏膏狀物製造石膏板方法的方法獲得。
12.含有粘土質的分散型無機添加劑，其特徵在於該粉末狀無機添加劑主要含有其中結晶矽石含量最多等於所述無機添加劑重量的大約15％的粘土質和例如基於白雲石的可與粘土質相容並可分散在硬化石膏的整個基底中的惰性補充無機物。
13.權利要求12的添加劑在製造含有基於石膏的基底的建築構件方面的應用。
全文摘要
一種平均厚度比較薄、包括基於硬化石膏基底的耐火預製建築構件,所述基底能夠通過比如加水拌和主要含有至少一種可水合硫酸鈣和包括粘土質的分散型無機添加劑的乾物質水合而得到,其特徵在於,該無機添加劑主要包括其中結晶矽石含量最多等於所述無機添加劑重量的大約15%的粘土質和與粘土質相容並能夠分散在硬化石膏基底中的惰性補充無機物。
文檔編號E04B1/94GK1340037SQ0080365
公開日2002年3月13日 申請日期2000年2月3日 優先權日1999年2月12日
發明者C·勒克萊克 申請人:拉法格石膏公司