耐用建築製品以及製作該製品的方法

2023-06-07 06:27:56 1

專利名稱：：耐用建築製品以及製作該製品的方法
技術領域：
：在一個實施方案中，本發明涉及纖維增強水泥製品，更具體地，涉及一種輕質、耐用且可受釘的纖維增強水泥製品，該纖維增強水泥製品可以被方便安裝為屋面瓦。相關技術描述天然的屋面材料例如石板瓦和木板瓦是兩種目前世界範圍使用較為普遍的屋麵製品(roofingarticle)。然而，這兩種製品存在缺點。石板瓦屋面材料在開採、成形和安裝上很昂貴。木板瓦，典型地由防蛀杉木製成，由於它們的美觀和安裝方便而受到歡迎，但是高品質杉木的少量供應及新的建築法規限制正在推動具有木板瓦外觀的替代材料的需求。因此，混凝土屋麵製品，例如纖維增強水泥屋面瓦，已經被發展成為木板瓦和石板瓦的替代品。然而，傳統的纖維增強水泥板屋面材料所具有的高密度使得它們非常難於打釘。因此，它們典型地被製造為帶有預鑽孔的釘孔。然而，預鑽孔釘孔的缺點在於，如果預鑽釘孔沒有與屋面蓋板上的錨固點排成行，則屋面安裝人員幾乎沒有靈活性，尤其是所謂的"跳躍式覆蓋物(skip-sheathing)"，其中覆蓋板材被隔開的方式使得它們將不會和預鑽孔對齊。為解決這個缺點，屋面安裝人員通常用額外的覆蓋板，填充跳躍式覆蓋屋面的間隔，這進一步增加了屋頂重量而且延長了安裝時間。當壓力和拉力作用到瓦上時，目前現有的水泥複合材料和混凝土屋面瓦也容易破裂和破損。這些混凝土和水泥屋面材料，尤其是輕質瓦，天生易碎，而且當行走在上面時易於裂開和破損。一些水泥複合屋面材料在安裝過程中可以具有足夠的初始韌性以抵抗破4裂，但是隨著使用年限總是會變脆，並變得不能行走。為了解決這個難題，許多製造商目前推薦使用步行襯墊(walkingpad),步行板材，或在屋面材料下面應用聚氨酯泡沫，幫助分配那些由於維修目的需要穿過屋頂的人員的重量。然而，這些額外的保護不方便而且實施起來成本昂貴。此外，傳統的混凝土或水泥複合材料屋面瓦使得在戧脊(hip)或屋脊(ridge)區域上的覆蓋物的安裝尤其困難。屋頂一般是按照當地的建築實踐以不同的斜度(pitch)製成。為了覆蓋戧脊或屋脊區域，硬質混凝土瓦必須要被形成為幾種不同的角形，而且為了配合多種屋頂風格，製造商必須要備有多種角形。其它的水泥複合材料屋面瓦需要認真而且耗時的定位和打釘，目的是保證戧脊和屋脊區域被合適地覆蓋。屋面覆蓋層，尤其是石板瓦、木板瓦或瓦片，典型地從屋頂線的底邊向最高處或屋脊以搭接的方式進行安裝。如果屋頂覆蓋物的底排沒有搭接任何物體，它將以不同於其上搭接件角度的角度平放在屋頂板上。這不僅在美觀上不能令人接受，而且是拙劣的建築實踐，因為搭接件不被第一排的物件支撐，並且易於破裂。為克服這一缺陷，對屋面安裝者而言，傳統的實踐是取一塊石板瓦、木板瓦或瓦片，從中間切開，形成墊瓦條或屋簷鋪底層。墊瓦條被放在每個底排瓦的下面，使得底排與屋面板取向一個角度，該角度近似等於搭接件的角度。儘管該操作從美觀和性能觀點上是合理的，但是它浪費材料而且耗時。根據上面所述，因此期望提供一種輕質的、中密度到低密度纖維增強水泥材料，該材料可以釘上釘子而不開裂，曝露使用之後保持其初始韌性和可步行性，凍/融曝露之後保持其彎曲或拉伸強度，並且在風揚試驗中(wind-uplifttest)表現良好。此外，也期望提供一種輕質的、耐用的、可釘釘子的屋麵製品，該屋麵製品類似天然的木板瓦、石板瓦或其它傳統的屋面材料。而且期望提供可用作戧脊或屋脊覆蓋物或墊瓦條的纖維增強水泥屋麵製品。克服或改進現有技術的至少一種缺點，或提供有用的替代物是本發明的目的。發明概述—方面，本發明優選的實施方案提供了生產水泥複合材料屋麵製品的配方。該配方包括水硬性膠凝材料，集料，低密度添加劑，纖維(fibers),疏水物，其中這些組分被選來製備水泥複合材料屋麵製品，該製品的斷裂模量(MoR)與彈性模量(MoE)之比為約1.2MPa/Gpa或更大，其密度為大約1.6g/cm3或更小，而且該屋麵製品可釘，並基本上抵抗應力誘導破裂。在一個實施方案中，該配方進一步包括粘度增強劑。在另一個實施方案中，該配方進一步包括填料和顏料。優選地，纖維選自纖維素纖維、聚丙烯纖維、聚酯纖維、聚烯烴纖維、尼龍纖維和它們的組合。優選地，疏水物選自硬脂酸鹽、矽氧垸、石蠟、瀝青及它們的組合。另一個方面，本發明優選的實施方案包括一種水泥複合材料屋麵製品，其斷裂模量(MoR)與彈性模量(MoE)之比為大約1.2MPa/Gpa或更大，密度為大約1.6g/cm3或更小，並且可以釘釘子而不引發應力誘導破裂。在一個實施方案中，屋麵製品為屋面瓦。在另一個實施方案中，屋麵製品被構造成類似木板瓦或石板瓦。在另一個實施方案中，屋面瓦具有大約5/16到5/8英寸之間的厚度，和大約35:1的長寬比。在另一個實施方案中，屋麵製品進一步包括至少一個加固層(reinforcementlayer),其被放置在承受應力的屋麵製品上區域中，例如適合接收緊固件的區域。優選地，加固層選自纖維網(fibermesh)、織物(fabric)、薄膜及它們的組合。加固層被嵌入屋麵製品中，或連接到屋麵製品的較低表面。在另一方面，本發明優選的實施方案包括水泥複合材料屋麵製品，其被設計用於覆蓋屋頂的戧脊或屋脊區域。該屋麵製品包括第一部分，該第一部分包括可釘且基本抗裂的膠結材料；第二部分，該第二部分包括可釘且基本抗裂的膠結材料。優選地，第一和第二部分通過連接部件被鉸接地相互聯接起來，使得至少一部分可以圍繞由連接件所限定的中心軸旋轉。在一個實施方案中，連接部件包括柔韌的加固材料，例如纖維網。優選地，連接部件被連接到這兩個部分中每一個的底面。在一個實施方案中，屋麵製品的兩部分之間的角度可以在大約30到180度之間進行調整。附圖簡述圖1A和1B是本發明的水泥複合材料屋麵製品的不同實施方案的示意圖。圖2提供了製造本發明優選實施方案的水泥複合材料屋麵製品的方法的流程圖。圖3圖解了依照幾種不同配方製造的水泥複合材料屋麵製品的吸水率比較，包括本發明優選實施方案的配方。圖4圖解了優選實施方案的水泥複合材料屋麵製品的凍/融性能與傳統的高密度石板和木板屋面瓦的凍/融性能之比較。圖5是本發明優選實施方案的水泥複合材料屋麵製品的底面示意圖。圖6圖解了被裝配用於覆蓋屋頂戧脊或屋脊區域的優選實施方案的水泥複合材料屋麵製品的剖視圖(鉸接的戧脊或屋脊節間的剖視圖)。優選實施方案詳述參考附圖，在此同樣的數字始終代表同樣的部分。本發明一些優選的實施方案提供了新型配方，該新型配方用於形成具有改進的撓曲或拉伸強度的水泥複合材料建築製品。在一個實施方案中，該配方通常包括水硬性膠凝材料，集料，低密度添加劑，纖維(fibers)，水和優選可以被熱激活的疏水添加劑。在另一個實施方案中，配方進一步包括粘度增強劑，顏料和礦物填料。在一些實施方案中，按照優選的配方所形成的水泥混合物被製成可成形的水泥漿體，被成形成建築製品，然後在高溫和高溼度下進行固化。優選地，按照其中的水泥被部分水合和硬化，密度小於大約1.6g/cm3，優選小於大約l.2g/cm3的方式來固化製品。同樣優選地，硬化材料應當具有斷裂模量(MoR)與彈性模量(MoE)之比至少為大約1.2(MPa/Gpa)。這一比例也是應變和韌性的量度。發明者驚奇地發現所形成的具有MoR/MoE比例至少為大約1.2MPa/Gpa的中密度到低密度纖維增強水泥製品在被用作屋7面瓦時，能夠獲得期望的可釘和可行走性性能。此外，當產品老化時，這些材料在使用時能夠保持可行走性。用於形成優選實施方案的水泥複合材料屋麵製品的配方的各種不同的組分在下面被更詳細地予以描述。水硬性膠凝材料水硬性膠凝材料包括Portland水泥(矽酸鹽水泥)、高鋁水泥、石灰、粒化高爐礦渣粉、水泥和石膏灰泥或它們的混合物。在一個實施方案中，水泥複合材料製品的配方包括按幹基重量計算的大約15%到50%,更優選大約25%到45%的Portland水泥(1，II或III型)。發明者從與傳統思維方式相反著手，將較低含量的水硬性膠凝材料加入到配方中，因為屋麵製品的纖維增強水泥配方典型地具有高水泥含量，最典型地，按重量計算在大約50%-80%之間。有利的是，發明者已經發現水硬性膠凝材料含量的優選範圍協同地結合該配方的其它組分，從而產生更為堅硬的複合材料，其更容易受釘，因此在屋面應用上更為有用。集料集料包括矽質材料，例如硅藻土、矽石粉、稻殼灰、高爐礦渣和菸灰。在一個實施方案中，集料具有高表面積，並被選來與水凝性膠凝材料反應，例如Portland水泥，生成適合複合材料製品期望應用的耐用基料(matrix)。對一些屋麵製品應用而言，按幹基計算，配方包括大約15%-50%，優選大約25%-45°/。的矽石粉，優選200目。其它合適的集料可包括，但不限於，無定形二氧化矽、粒化礦渣、鋼爐渣、礦物氧化物、沙、煤燃燒副產品、石灰石、粘土、菱鎂礦(magnasite)或白雲石、金屬氧化物和氫氧化物或它們的混合物。可以基於集料與配方中的其它組分的相容性和/或根據它們對總體複合材料強度、韌性和密度的影響來選擇集料。低密度添加劑低密度添加劑(lowdensityadditives)(LDA)在一些實施方案中可以包括空心陶瓷或玻璃微粒、硅藻土、合成矽酸鈣水合物和煤燃燒殘渣，例如底灰，或它們的混合物。在一個優選的實施方案中，配方包括按幹基重量計算大約1%-50%的LDA，優選小於20%，8更優選為大約2.5%-10%。在一個實施方案中，LDA包括具有粒徑小於大約l/8英寸(3mm)的底灰，更優選小於大約1/16英寸(1.5mm)。在另一個實施方案中，LDA包括具有顆粒密度小於大約2.3g/cm3的輕質煤灰，其平均顆粒大小為大約100微米。在另一個實施方案中，在LDA加入混合物之前，用水硬性材料處理LDA，水硬性材料例如矽烷、蠟、硬脂酸鹽或其它疏水物。LDA的目的之一是減輕複合材料的總重並改進其可受釘性。LDA可以被單獨或與其它組分一起加入。在一個實施方案中，LDA因為其與水硬性膠凝材料和/或集料的相容性而被選擇，並且使成本最優化，同時降低了其對總複合材料強度和吸水率的負面影響。纖維類纖維可以包括短纖維類和長纖維類的混合物。發明人已發現這兩種類型纖維的混合物賦予所形成的複合材料獨特的特徵結合，這在現有技術所製成的材料中一般沒有被發現。這種特徵結合包括可釘性、抗裂性和韌性。麟麟在一個實施方案中，短纖維類具有小於大約3mm的長度。由於其重量降低特性和對可釘性和韌性的影響而優選選擇短纖維類。在一些應用上，優選空心低密度纖維類，例如聚合纖維或纖維素纖維。在一個優選的實施方案中，短纖維類包括漂白或未漂白的Kmft纖維，其具有大約2到3mm長度和小於大約40微米的直徑。為進一步降低纖維對吸水和耐用性的影響，也可以用疏水材料對纖維進行處理，該疏水材料例如矽烷醇，蠟硬脂酸鹽或其它疏水材料。任選地，可以用生物殺傷劑物質處理纖維素纖維，該生物殺傷劑物質與水泥材料相容，並且在用其所製造的任何水泥製品的使用壽命期間將保持預定時間的生物滅殺活性。應當選擇能有效地阻止位於纖維或鄰近水泥基材上面或附近的真菌、細菌、藻類或地衣生長的生物殺傷劑。這樣的生物殺傷劑實例在PCT出版物WO0232830A1中被予以描述，其全部內容在此被引入，作為參考。長,麟在一個實施方案中，長纖維類是相對較細且有柔韌性、長度大於大約9mm的纖維。長纖維優選被選擇用來增強複合材料的韌性。對增加韌性有幫助的纖維類包括，但不限於，聚合纖維或玻璃纖維，優選那些與可應用膠凝材料和/或集料體系以及固化方法相容的纖維。這樣的纖維可以包括，但不限於，聚烯烴、聚醯胺、聚酯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚丙烯腈、聚丙烯醯胺、粘膠、尼龍、PVC、PVA、人造纖維、碳、玻璃或它們的任何混合物。聚合纖維或玻璃纖維也可以是空心的。在一個實施方案中，長纖維優選在長度上小於大約10-20mm之間，更優選長度在大約9-15mm之間。在一些屋面應用上，長纖維包括長度為大約20mm，大約為5旦尼爾(5旦尼爾表示大約900米的纖維重大約5克)的聚丙烯纖維。替代地，纖維可以與完成的製品具有基本相同的長度或寬度，並與製品一起被拉擠(pultruded)。在一些實施方案中，可以在纖維上應用親水表面處理，以改善處理和溼潤。也可以用抗氧化劑和耐UV增強材料處理纖維。適合使用的玻璃纖維包括耐鹼玻璃纖維、E-玻璃纖維、具有聚合物塗層的玻璃纖維和具有與鹼性水泥材料相容的偶聯劑的玻璃纖維。上述聚合或玻璃纖維也可以引入生物殺傷劑物質，該生物殺傷劑物質或者作為對纖維的表面處理，或者作為纖維的組成部分，更有效地阻止位於纖維或鄰近水泥基材上或附近的真菌、細菌、藻類或地衣的生長。加固層在一些實施方案中，包括纖維網、織物或聚合物金屬薄膜的增強層也可以被引入水泥複合材料製品中，或被放置在水泥複合材料製品上，方式類似於在己出版的美國申請20030054123中公開的方式，其全部內容在此被引入，作為參考。加固層可以包括任何加固材料，例如，但不限於纖維、聚丙烯、尼龍、玻璃、尼龍或金屬。在一個實施方案中，加固層是網(mesh)或織物，其為紡織的或非紡織的，但是優選具有規則的多邊形或圓形的孔。網可以包括空心纖維。網被優選具有不超過20%的斷裂伸長率。網也應當具有高抗鹼性，高耐UV性，長期耐用性，耐火，並且具有預定的拉伸強度。增強層也應當具有高抗鹼性，高耐UV性，長期耐用性，耐火，並且具有預定的拉伸強度。有許多聚合物，金屬，玻璃網或其它可利用的材料可以被選擇來滿足這些標準。僅舉例而言，具有大約4mm到大約6mm孔徑，基量(basisweight)為大約50到180g/m2，拉伸強度在每12束大約350到2000N的玻璃或聚合物網己經被成功地使用。通過將層嵌入製品，或利用適當的粘合劑將其黏著到表面，可以把加固層，例如網，以其初始狀態施用於屋麵製品，例如可以使用聚氨酯粘合劑，熱熔聚氨酯粘合劑，GorrillaGlu^或相似物。加固層也可以與水泥漿體一起被拉擠，形成所述製品。替代地，加固層也可以被嵌入與整體屋麵製品一起被共擠壓的水泥層中。加固層也可以用適合的粘合劑被施用於硬化屋麵製品的表面。—些適合用作加固層的網材料實例如表1所示。網製造商/產品網材料網尺寸網重/面積lbs/1000ft2網拉伸強度(牛頓/12束)AJiebangFiberglassCoLtdAR4x4-100LAR玻璃4x4mm1801820BJiangsuJiudingCAG806-5塗層的E玻璃4x4mm80650CConwedPlasticsR07822擠壓聚丙烯6.35x6.35mm58355D尼龍6.35x6.35mm正如下面將要予以更為詳細的描述，在本發明的一些實施方案中，加固層可以被用來沿著鄰接邊鉸接連接兩個屋麵製品，方式是，製品可以沿著屋頂的屋脊線或屋頂的戧脊區域被靈活地放置。疏水物疏水物可以通過很多不同的方法，降低複合材料的吸水率，例如通過限制液態水的吸收和/或參與控制水泥膠凝材料的水合作用速率。在一個實施方案中，基於疏水劑的效率，對膠凝材料水合作用的影響，以及其分散性來選擇疏水劑。可以使用的疏水劑包括，但li不限於，脂肪酸鹽，優選硬脂酸鹽，更優選硬脂酸鋅。其它可以被使用的疏水物質的實例包括，但不限於有機矽例如矽烷、矽氧烷和矽酯(siliconates)，石蠟，石蠟乳狀液，柏油或類似物。在一些屋面應用中，加入疏水劑可以將複合材料的吸水率降低至低於按重量計算大約10%,即使在水中淹沒大約24小時之後。上述疏水物質可以與水泥基材整體結合。也可以將疏水物質施用於被加入到水泥基材中的親水纖維，例如纖維素纖維。也可以將乳狀液、懸浮液或粉形式的疏水物質施用於使用在此所述本發明配方所形成的製品的一個或多個表面上。粘度增強劑粘度增強劑(viscosityenhancingagent)(VEA)在此被定義為影響未固化水泥組合物的可使用性和可模壓性的物質，該物質通過與未固化組合物中自由水可逆結合，影響其自由水的可用性並阻止水泥水合作用而發揮所述影響。VEA的實例包括纖維素醚，粘土和其它合成有機水溶性高分子。在一個實施方案中，通常優選纖維素醚，單獨或混合使用任何下列類型的纖維素醚甲基羥乙基纖維素，羥甲基乙基纖維素，羥乙基丙基纖維素，羥丙基甲基纖維素和羥乙基纖維素。此外，具有相同或相似性能的其它類型的纖維素醚也將運作良好。在一些屋面應用上，VEA優選包括羥乙基甲基纖維素。合適的VEAs可以包括由DowChemical,ShinEtsuChemical和WolffWalsorode製造的所有製造級(manufacturegrade)的纖維素醚。實際上，當產品接觸到部件時，在產品固化期間以及產品的使用期限內，可以通過利用VEA與疏水物之間獨特的協同作用，達到期望的防水程度和預定的水合速率。填料可以將礦物填料加入配方中，以提供特定的期望效果，例如微粒填塞，可受釘性，改善的韌性，或降低的成本。碳酸鹽、硼酸鹽或金屬氧化物可以製作合適的填料。在一些屋面應用中，優選公稱微粒大小為大約20微米或更小的碳酸鈣。顏料在一些應用中，可以使用顏料，著色水泥複合材料製品。優選選擇具有長時間顏色穩定性而且與所選膠凝材料相容的顏料。在一些屋面應用中，選擇鹼穩定的無機顏料與Portland水泥基膠凝材料聯合使用。優選地，一些顏料也被選來幫助緩凝水泥及控制水泥水合作用。在一些實施方案中，優選的顏料包括過渡金屬氧化物，例如氧化鐵，氧化鉻等。也可以使用粉狀碳，如碳黑。在一些實施方案中，可以以幹的或者以水懸液形式加入顏料。在一些優選的屋面應用中，顏料包括大約0.35%的紅氧化鐵和大約1%的碳黑或黑氧化鐵的混合物。在一些實施方案中，混合物的配方中提供合適密度和初始性質所需的水在大約26%到32%的範圍內，一個實施例為大約30%。水的百分含量可以被計算為[水的質量/(水的質量+幹組分的質量)]x100。當計算計量水時，需要測量並然後減去存在於任何固態組分中的水。表1提供了本發明一些優選實施方案的水泥複合材料製品的配方範圍。tableseeoriginaldocumentpage13表1:本發明一些優選實施方案的水泥複合材料製品的配方範圍圖1A是按照本發明一個優選實施方案的配方所形成的水泥複合材料屋麵製品100的示意圖。如圖1A所示，屋麵製品100具有傳統木板瓦的外觀，優選具有大約22英寸的長度，大約12，7或5英寸的寬度，5/16到5/8英寸範圍的厚度。在一個實施方案中，屋麵製品100優選具有大約35比1的長比寬的縱橫比。圖2B為按照本發明的另一個優選實施方案的配方所形成的另一種水泥複合材料屋麵製品150的示意圖。如圖1B所示，屋麵製品150具有傳統石板瓦的外觀，優選具有大約22英寸的長度，大約IO英寸的寬度，及大約5/16英寸的厚度。優選地，屋麵製品150具有大約70比1的長寬縱橫比。也要意識到優選實施方案的纖維增強水泥屋麵製品可以為各式各樣的尺寸，例如具有小於大約160的平均長寬比，在一個實施方案中，小於大約50。按照上述配方所形成的屋麵製品100和150是輕質的，可釘的，抗裂的，而且具有高極限應變和低吸水性。當屋麵製品受到周期性凍/融和/或周期性溼/幹/炭化作用循環時，屋麵製品優選顯示基本上相同或改進的抗彎強度和z-向拉伸強度。圖2是製造本發明優選實施方案的纖維增強水泥配方所形成的屋麵製品的方法200的示意圖。所述方法包括下列步驟。步驟210:形成勻質漿體在步驟210中，在表1所述任何實施方案的濃度水平下，將原料稱量放入攪拌機，摻合機，或混合機(compmmder)或類似的機器中，例如Eirich⑧攪拌機或Hobart⑧攪拌機。這些材料與水混合，以使水與固體的比例為大約35%到45%，更優選為大約40%到43%。這些組分被攪拌成基本均勻的漿體。步驟220:形成製品在步驟220中，基本勻質漿體被擠壓、模製或模壓進模具、模子或任何形式的模製設備中，或被輥壓(rollpress),形成具有期望輪廓的屋麵製品。如果使用擠壓或輥壓，可以形成具有最終屋麵製品橫截面輪廓的條板，而且該條板隨後可以被切成小塊。替代地，當漿體處於未固化的"初始"狀態時，該條板可以被切成多塊中間長度的條板，當製品按照此處所述的方法被固化之後，隨後將條板切成最終尺寸。當條板或中間長度的條板部件保持非自支撐的"初始"狀態時，在它們進行此處所述的壓紋(emboss)，固化和塗布步驟時，優選14用硬板或網或底部模具(bottommold)支撐它們。步驟230:製品的壓紋/網的加入在步驟230中，通過例如壓紋輥壓機(embossdingroll),壓紋板或本領域已知的任何其它起紋裝置，將至少一種裝飾圖案任選賦予該製品的一面或兩面。在一個優選的實施方案中，當製品被壓花時，織物(fabric)或網(mesh)被施用於所述製品的底面，使得該織物或網被嵌入製品的底面。步驟240:製品的固化在步驟240中，通過把製品在預定的溫度和溼度環境下固化預選的一段時間，使所述製品達到一種固化且自支撐的狀態。這種類型的固化結果是，水泥膠凝材料僅僅部分發生水合作用。可以通過任何方式進行固化，例如電加熱室或爐，蒸汽加熱室或爐，鼓風加熱室或爐。優選地，所述加熱爐或室包括增溼手段例如蒸汽注入，噴霧，超聲霧化(ultrasonicmisters)或類似的手段。可以分批或將材料連續通過加熱室或爐，完成固化或硬化。上述加熱室或爐也可以被細分為區，每個區具有預定的溫度和溼度，優選35'C-9(TC的溫度範圍，以及10~60%的相對溼度。可以在適合實現預定的製品固化程度、密度和抗彎強度的幾乎任何範圍溫度和溼度條件下完成製品的固化。優選地，製品按照具有至少大約1.2(MPa/GPa)的MOR/MOE比的方式被固化。可以單獨或結合使用蒸汽櫃(steamchest)、溼固化箱、強度、增溼箱或爐，以獲得實現該MOR/MOE比所需的溫度和溼度條件。對於實施例1中所述的配方，利用人工氣候實驗箱(climatechamber),將製品在大約140。F和大約40。/。的RH(相對溼度)下曝露大約3.5小時，然後在大約113。F和大約20。/。RH下曝露大約6.5小時，固化該製品。對於實施例2中所述的配方，通過將樣品經過具有多個區域的煤氣採暖爐，硬化所述樣品，直到獲得MoR/MoE比〉1.2為止，其中每區內具有選擇的溫度、溼度和停留時間。發明人發現，結合VEA和疏水物的特定選擇的水合作用處理效果，所形成製品的部分固化賦予建築製品一些有利的特性。通過仔細控制這些因素，發明人驚奇地發現，由本發明優選的實施方案的配方以及根據本發明優選實施方案的方法所形成的製品儘管具有低密度及降低的厚度，但可以獲得可受釘性、適於步行性、韌性和強度。如此所形成的製品也被發現在加速老化試驗中可保持或者甚至改善了它們的關鍵性能。步驟250:製品的塗層在步驟250中，固化板被射水切割成各種尺寸的單個製品。如果需要塗層，製品所有的面上則被丙烯酸乳膠密封材料噴塗密封。使用連續紅外線(IR)乾燥爐產生足以乾燥並固化密封材料的板表面溫度，可以固化密封材料。所選擇的板表面溫度取決於具體的密封材料配方，然而200到375。C之間的板表面溫度是典型的。塗布可以被選擇來增加製品的外觀，例如通過提供特定的顏色或光澤。塗布也可以被選擇來降低或抑制風化。步驟260:製品的包裝在步驟260中，製品被堆放，然後被包裝運輸。在一個實施方案中，板優選在交替的層中被面對面堆放，和背靠背堆放，並用包裝帶綑紮，每捆重大約30磅。實施例1在該實施例中，利用上述方法200，由按照如下所示配方混合而成的槳體製成屋麵製品。大約30.9%膠凝材料(II型Portland水泥)參大約30.9%集料(200目矽沙)大約0.4%長纖維(5旦尼爾X15mm聚丙烯纖維)攀大約5%短纖維(漂白紙漿)大約25%低密度添加劑(底灰，過篩到〈3mm)參大約0.75%疏水物(硬脂酸鋅)參大約0.8%VEA(Walocel⑧羥乙基甲基纖維素)參大約0.35%紅色顏料(紅色氧化鐵)參大約1%黑色顏料(碳黑)參大約5%填料(碳酸鈣-20微米)利用有標準商業供應的、電控人工氣候實驗箱，將製品在大約140。F和大約40%RH下曝露大約3.5小時，然後在大約113°F和大約20%RH下曝露大約6.5小時，固化所述製品。實施例2在該實施例中，利用上述方法200，由按照如下所示配方混合而成的漿體製成屋麵製品大約40.35%膠凝材料(II型Portland水泥)大約40.35%集料(200目矽沙)大約0.4%長纖維(5旦尼爾X15mm聚烯纖維)大約5%短纖維(漂白紙漿)大約5%低密度添加劑(輕質揮發性灰粉)大約0.75%疏水物(硬脂酸鋅)大約0.8%VEA(羥乙基甲基纖維素)大約0.35%紅色顏料(紅色氧化鐵)大約1%黑色顏料(碳黑)大約5%填料(碳酸鈣-20微米)表2:機械性能性能(單位)實施例l實施例2斷裂模量MoR(MPa)3.84.2彈性模量MoE-(GPa)2.51.8MoR/MoE比1.522,33爐乾燥密度1.1751.15Z向抗拉強度ZDT(MPa)0.750.7580次凍融循環後的ZDT(MPa)1.481.48%ZDT保持率197%197表2總結了實施例1所示配方所形成的屋麵製品的一個實施方案的機械性能。.根據ASTMD6272，利用四點彎曲試驗(fourpointbendtest),測定乾燥爐乾燥樣品的斷裂模量和彈性模量。所使用的凍/融循環試驗方法包括將樣品(44mmx44mm)放置在淺塑料容器的邊上，以使底部大約22mm被浸沒。然後將樣品放在環境模擬箱(environmentalchamber)中，並根據如下程序循環(注意下列溫度代表樣品溫度，而非模擬箱的溫度)在大約2(TC下保持1分鐘；從大約+2(TC下降到-20。C土rC，時間不小於大約1小時且不大於大約2小時；在大約-2(TC士rC下，保持大約1小時；從大約-2(TC上升到+20。C士rC，時間不小於大約1小時且不大於大約2小時；在大約+20。C土rC下，保持大約59分鐘在80次循環之後，取出樣品並稱重，然後在大約105°C的鼓風乾燥爐中乾燥大約24小時，稱重並放在乾燥器中冷卻。通過將拉伸試驗夾具(tensiletestjig)粘結到樣品的每一面上，測量樣品的Z-向抗拉強度。試驗之前，在大約23。C的溫度和50。/。的相對溼度下將樣品平衡大約18小時，然後放入合適的機械性能測試設備中(例如Instron試驗夾具)，並沿著Z軸軸向負重，直到斷裂為止。本發明一個實施方案中的樣品被配製為在z-向的抗拉強度顯示無顯著損失，並且發明人驚奇地發現該樣品在經過80次凍/融循環後，在強度上具有基本的增加，增加了大約197%。圖4顯示該材料與現有技術已知的高密度纖維增強水泥板，以及一種利用聚合物乳膠作防水劑的商業供應的中密度纖維增強水泥板的性能比較。吸水率圖5圖解了將各種纖維增強水泥複合材料樣品浸沒在水中之後，隨時間的質量增加。配方A是依照本發明的一個實施方案被製備的。注意，儘管用聚合物乳膠處理的水泥複合材料提供短時間的防水性，然而經過10小時後，其重量增加與完全沒採用疏水物處理的纖維增強水泥複合材料相似。風揚試驗採用ICBOAC07.的風揚試驗，特殊屋頂體系之接受準則18(AcceptanceCriteriaforSpcialRoofingSystems)—第4.3節，評價依照本發明優選配方和方法所製備的製品。示例性如下表3所示。如表3所示，用埋入式網製作的製品能夠承受最高施加壓力(以英寸水計算)，為優選，儘管粘附網狀物比那些不具有網或織物加固的製品也顯示出改進。網網材料網的放置風揚性能(英寸水)AAR玻璃埋入式22B塗層的E玻璃埋入式15C擠壓聚丙烯埋入式9D尼龍附著於表面8.25對照無無7表3圖5圖解了屋面覆蓋層製品500的背部表面501，例如圖1A和圖IB所描述的屋面覆蓋層製品。如圖5所示，當屋麵製品還處於初始漿體狀的狀態時，通過優選將加固層埋入製品中，將加固層引入屋麵製品500的背部表面501。可選地，優選當屋麵製品500的背面處於初始狀態，或者處於硬化的、自支撐狀態時，使用合適的膠粘劑或緊固手段，加固層502也可以被附著到屋麵製品500的背部表面。加固層502可以包括很多不同的材料，包括，但不限於，網，織物或薄膜。在一些實施方案中，優選將加固層放置在屋麵製品500上緊固器件如釘子被打入穿過該製品的區域中。如圖5所示，加固層502包括被放置在屋麵製品500的兩個緊固位置503A和503B之上的網狀物。該網狀物在緊固件被打入穿過製品的位置有利地加固屋麵製品500，如果由應力導致的超載引起破裂出現，這將有助於保持製品完好。該網狀物也增強制品承受來自風、腳踏、冰雹和類似因素的應力。在一個優選的實施方案中，屋麵製品500為大約22英寸長，並且加固層502沿屋麵製品500的背面延伸，其延伸距離在緊固位置503A和503B的上面大約2英寸處，及緊固位置503A和503B下19面大約8到10英寸處。在另一個優選的實施方案中，屋麵製品500大約為22英寸長，並且加固層502沿屋麵製品500的背面延伸，其延伸距離在緊固位置503A和503B之上大約2英寸處，並延伸至位於緊固位置503A和503B之下的屋麵製品500的邊緣處。按照這種方式，屋麵製品500可抵抗固定到屋面板時的裂縫傳播(propogation)，並抵抗施加在屋麵製品氣候暴露區域的腳踏、冰雹等引起的破裂。該實施方案的屋麵製品也得以良好地加固，而且抵抗風揚試驗中的破裂。儘管圖5展示了一種長方形的屋麵製品501，但應當理解，優選實施方案的屋麵製品可以為任何形狀或輪廓，而且應當理解，不止一層加固層可以被用在屋麵製品500的多個位置上，並且所述加固層可以彼此搭接，或者可以彼此不搭接。加固層也可以被放在屋麵製品的表面上或者不同的表面上。圖6圖解了另一個實施方案的屋麵製品組件600的剖視圖，該屋麵製品組件600被構造用於覆蓋屋頂的戧脊或屋脊區域。如圖6所示，屋麵製品組件600通常包括至少兩種單件屋麵製品601A和601B，該單件屋麵製品601A和601B由屋面木板瓦、石板瓦或類似製品構成。所述兩種屋麵製品601A、601B通過接合602被鉸接連接在一起。接合602優選包括加固層，例如網(mesh)、織物(fabric)或膜。優選地，加固網按照如上所述的方式被黏著或埋入屋麵製品的背面。接合可以沿著屋面木板瓦或石板瓦的邊緣連續地或不連續地伸展。在一個實施方案中，可以用防UV和/或防水塗層或層，例如有機矽樹脂、丙烯酸矽烷(silaneacrylic)或聚氨酯基塗層處理或浸漬加固層區域。本發明一些優選的實施方案提供膠結配方(cementitiousformulation),該膠結配方包括膠凝材料，集料，低密度添加劑，長纖維，短纖維，疏水物和粘度增強劑。在一個實施方案中，疏水物和粘度增強劑被選來控制膠凝材料的水合作用速率。優選的膠結組合物可以被用來生產輕質、耐用及可釘的屋麵製品，例如屋面瓦。在另一個優選的實施方案中，膠結組合物被擠壓成預定長度和楔形橫截面的屋麵製品，用作屋簷鋪底層或墊瓦條，其被安裝在位於屋頂上的屋麵製品的底排下面。在一個實施方案中，屋麵製品包括輕質膠結組合物，其密度小於大約1.2g/cc。在一個實施方案中，屋麵製品的組合物被設20計為在80次凍/融循環之後保持或增加其Z-向拉伸強度。在一個實施方案中，屋麵製品具有大於大約1.2MPa/Gpa的MOR/MOE比。在另一個實施方案中，屋麵製品在其背面，圍繞緊固件穿過製品進入到承重構架中的區域上引入加固網或織物。本發明優選的實施方案提供很多益處。優選實施方案提供纖維增強水泥複合材料配方，所述纖維增強水泥複合材料配方可以形成可釘、耐用及輕質的建築材料，該建築材料通過結合疏水物質和粘度增強劑而具有特別的凍/融穩定性。此外，優選的實施方案提供密度小於大約1.6gm/cc的纖維增強水泥屋麵製品，該纖維增強水泥屋麵製品可以被打釘而不破裂，而且，甚至在80次凍/融循環之後，其z-向抗拉強度基本不減少。優選實施方案也提供形成所述可釘且耐用屋面瓦的方法。此外，所形成的複合材料在外觀、處理以及安裝上類似木質材料。可以在不使用成本昂貴的添加劑，如促凝劑、聚合物乳膠或矽灰(silicafUme)的情況下，製作所形成的複合材料，以提高水泥複合材料的性能。當一些優選的實施方案被引入屋頂的戧脊或屋脊覆蓋物時，所述覆蓋物是耐用的、適合行走的、可釘的，而且也可以被放置在任何坡度(pitch)或設計的屋面上。儘管本發明優選的實施方案己經展示、描述以及指出應用於這些實施方案的本發明的基本新特徵，但應當理解，以所示例的具體配方形式、製品和方法的各種各樣的省略、取代和變化可以被本領域普通技術人員在不背離本發明範圍的情況下得以實施。因此，本發明的範圍不應當被局限於上述描述。權利要求1.一種水泥複合材料屋麵製品，其具有1.2MPa/GPa或更大的斷裂模量與彈性模量之比，和1.6g/cm3或更小的密度，而且可釘而不發生應力誘導破裂，其中所述水泥複合材料屋麵製品包括部分水合的膠凝材料。2.權利要求l所述的屋麵製品，其中所述屋麵製品為屋面瓦。3.權利要求1所述的屋麵製品，其中所述屋麵製品被構型為類似木板瓦。4.權利要求1所述的屋麵製品，其中所述屋麵製品被構型為類似石板瓦。5.權利要求2所述的屋麵製品，其中所述屋面瓦具有範圍在5/16到5/8英寸之間的厚度，和35比1的長寬比。6.權利要求1所述的屋麵製品，進一步包括至少一層加固層，所述加固層被放在屋麵製品上暴露給應力的區域中。7.權利要求6所述的屋麵製品，其中所述加固層選自纖維網，織物，薄膜，及它們的組合。8.權利要求6所述的屋麵製品，其中所述加固層被放置在屋麵製品上適合接收緊固件的區域。9.權利要求6所述的屋麵製品，其中所述加固層被埋入所述製品。10.權利要求6所述的屋麵製品，其中所述加固層附著在所述製品的底面上。11.一種形成水泥複合材料屋麵製品的方法，包括混合水硬性膠凝材料、集料、低密度添加劑及疏水物，形成膠結混合物；形成初始製品；通過部分水合所述膠凝材料，固化所述初始製品，以便形成水泥複合材料屋麵製品，所述製品可釘且基本抗裂，所述製品具有1.2MPa/GPa或更大的斷裂模量與彈性模量之比，和具有1.6g/cn^或更小的密度。12.權利要求11所述的方法，之前，用設計圖樣壓紋所述製品。13.權利要求11所述的方法，述膠結混合物。14.權利要求11所述的方法，加固層。進一步包括在固化所述初始製品其中形成所述初始製品包括擠壓所進一步包括在所述屋麵製品中形成全文摘要提供一種耐用的、可受釘的、輕質的且防火的纖維增強水泥製品，該製品可作為傳統建築材料的成本有效替代品。該纖維增強水泥製品可被描繪為類似屋頂製品，例如木板瓦或石板瓦。該纖維增強水泥製品引入疏水物和增粘劑，每種都被選用於控制膠凝材料的水合作用速率。該纖維增強水泥製品耐用，適於步行，以及可受釘，在安裝期間不破裂，並且在曝露使用後保持可步行性。文檔編號E04D1/04GK101481234SQ200810181348公開日2009年7月15日申請日期2004年6月21日優先權日2003年6月20日發明者B·斯隆,C·江,G·布倫頓,H·王,I·欣察克,M·庫曾格,P·帕格尼斯申請人:詹姆斯哈迪國際財金公司