釉面水泥產品及其製造方法
2023-05-20 09:38:16
專利名稱:釉面水泥產品及其製造方法
本發明涉及釉面水泥產品及其製造方法，通過在水泥模製體表面上上釉、焙燒釉體以及水化經焙燒的釉體使其硬化，即可獲得釉面水泥產品，例如，採用預應力鋼筋能夠增加水泥模製體的強度。
迄今，為了增加釉面水泥產品的強度，採用一種在其中敷設鋼筋的方法通過以下步驟可以得到該產品。
首先，將包含水泥、骨料、水等攪拌過的混合物澆灌到預先敷設了鋼筋的模板內。其次，在空氣中進行規定時間的養護，以硬化製成的水泥模製體。然後，在水泥模製體表面上上釉、在規定溫度焙燒並在空氣中冷卻水泥模製體。最後，水化硬結水泥模製體以製造釉面水泥產品。
然而，製造上述常規產品，當進行焙燒和冷卻時，在鋼筋和粘結料部分之間，由於它們的熱膨脹係數不同而產生熱應力，從而，在粘結料部分內產生裂紋。例如，鋼筋的熱膨脹係數約為17.3×10-6/℃，而水泥模製體的熱膨脹係數約為7～10×10-6/℃，它們是隨所使用骨料的類型或者水泥、骨料和水的混合比而變化的。鋼筋的膨脹大約兩倍於水泥模製體的膨脹。結果，常規產品存在的問題，是強度因之降低與使用鋼筋增加強度的希望正好相反。
因此，本發明的目的是改進或者消除上述常規產品的缺點，提供一種控制裂紋產生的釉面水泥產品及其製造方法。
按照本發明，提供一種製造釉面水泥產品的方法，該方法按順序包括如下步驟
(a)製備攪拌過的水泥混合物，
(b)將經攪拌製成的混合物澆灌到敷設了鋼筋的模板內或底盤上，
(c)使水泥模製體成型，
(d)養護水泥模製體，
(e)在養護過的水泥模製體表面上上釉，
(f)焙燒上過釉的水泥模製體，
(h)水化硬結冷卻了的水泥模製體，
其特徵在於，當進行焙燒和冷卻時，在鋼筋和粘結料部分之間由於它們熱膨脹係數不同而產生裂紋的作用力被鋼筋周圍的壓力-吸收部分所吸收，並通過水化作用達到硬結來促進未反應水泥組分的反應以補償機械強度;這樣按照該方法即可製造出釉面水泥產品。
本發明的釉面水泥產品能夠通過鋼筋和焙燒後的水化硬結增強它的機械強度。也就是說，本發明的釉面水泥產品能夠實現以前不可能做到的兩種技術的結合，藉此獲得極好的機械強度。
參照與附圖有關的說明可以了解到本發明上述和其它的目的。
圖1是本發明釉面水泥產品實施例的透視圖;
圖2是用於製造圖1所示釉面水泥產品的模板(包括鋼筋)的透視圖;
圖3是圖2模板的垂直剖面圖，模板內澆灌了攪拌過的水泥混合物;
圖4是本發明中水泥模製體的透視圖;
圖5和圖6是表明本發明水泥模製體吸收焙燒時產生熱應力原理的垂直剖面示意圖;
圖7是表明水泥模製體彎曲試驗狀態的透視圖;
圖8是用於測量傳播速度的試件的透視圖;
圖9是表明焙燒和冷卻時產生的裂紋、以及超聲波傳播速度各測點的實例1～3的側視圖;
圖10到14分別表明焙燒和冷卻時產生的裂紋的對比實例1～5的側視圖;
圖15和16是分別表示焙燒和冷卻時產生裂紋的實例4和對比實例6的側視圖。
圖1是本發明釉面水泥產品1的實施例的透視圖。圖1中的數字2是鋼筋，數字3是在其上上過釉的釉面部分，而數字4是為了減輕產品1重量和容納要鑲嵌金屬工件的空腔。在製造這種類型的水泥產品中，首先製備攪拌過的水泥混合物。使用澆灌機械可以進行水泥混合物的攪拌。
根據水泥產品的形狀、用途等等適當選擇攪拌過的水泥混合物的混合比和各類混合料。
其次，將按上述方式攪拌過的水泥混合物澆灌到模板5內，以便在空氣中進行規定時間的養護。預先在模板5內敷設鋼筋2和用以形成空腔4的芯體6。芯體6是用鋼、合成樹脂等製造的。
作為製造水泥模製體7的方法，除了澆灌方法以外，直接脫模施工法是可用的。這種直接脫模施工法包括將攪拌過的水泥混合物連續澆灌到底盤上、養護製成的模製體和按規定尺寸切割養護過的模製體等步驟。
養護方法不必局限於上述那些方法。要求硬化程度達到這樣的程度，即水泥模製體5(在圖4中示出)足以保持它的形狀，並且在鋼筋和粘結料之間難於發生滑動。
在進行養護以後，脫下模板5，並將水泥模製體在50到300℃溫度加熱乾燥3到72小時。加熱溫度和時間隨產品的厚度、季節等等變化。
在被乾燥以後，在水泥模製體7表面上上釉，以便在例如輥式爐底窯內進行焙燒。
可以單獨進行乾燥，也可以連續以這種方式不間斷地進行乾燥，即採用以下步驟在窯內預加熱區進行乾燥，然後在焙燒區進行焙燒。
如上所述，當進行焙燒步驟時，在鋼筋2和粘結料部分9之間，由於它們熱膨脹係數不同使它們之間產生熱應力。熱應力勢必會在鋼筋2和粘結料部分9之間產生裂紋。然而，這種類型的熱應力被應力-吸收部分，即泡沫輕骨料10和/或應力-吸收層8所吸收。
也就是說，包含在攪拌過的水泥混合物內的泡沫輕骨料10，被上述熱應力破壞或壓縮，於是在粘結料部分9和應力-吸收層8之間引起滑動，藉此分散熱應力以防止裂紋。結果，在應力-吸收層8和粘結料9內不產生裂紋。
應力-吸收層8象泡沫輕骨料10一樣起作用，也就是說，在吸收鋼筋2和粘結料部分9之間由於熱膨脹係數不同而引起的滑動中，起了一部分作用。
可以單獨地使用上述兩種方法(即泡沫輕骨料和應力-吸收層)，但它們結合使用可以對防止產生裂紋更有效。
作為應力-吸收層所使用的各種樣品是諸如珠光體灰漿和蛭石灰漿、玻璃、塑料等等一類的灰漿層。
作為泡沫輕骨料所使用的樣品是諸如火山碎石、浮石和熔巖一類的天然輕骨料、諸如珠光體粉一類的人造輕骨料、以及諸如煤灰和爐渣一類的工業副產品。
在被焙燒以後，在空氣中冷卻水泥模製體7。在冷卻期間，鋼筋2和粘結料部分9之間也產生熱應力。然而，這種熱應力以上述方式被應力-吸收部分(即應力-吸收層和泡沫輕骨料)所吸收。
在被冷卻以後，將水泥模製體7浸入水中約10～60分鐘，以便吸取水分。浸入時間不局限於這個範圍，隨產品的厚度、季節等等而變化。也可以使用使產品進一步溼透的方法，因為這個步驟的主要目的是向產品提供焙燒時失去的水分。然而，浸入水中的步驟雖是為了快速吸取水分而進行的，但也可以省略。
最後，水化硬結水泥模製品7。在進行水化使之硬結時，可採用諸如蒸汽養護、浸水和噴水養護一類恰當的方法。各種養護條件諸如溼度和時間須考慮初始費用、養護費用和產品性能等等來確定。
養護按上述方式獲得的釉面水泥產品1的水化作用由於焙燒水化物層中的脫水作用而使產品1的強度有所降低，當進行焙燒時水通過破裂的產品表皮進入水化物，從而促進未反應水泥組分的反應，這樣就能夠將水泥產品1的強度發揮出來。由於養護的水化作用形成的水化物充滿了焙燒時產生的裂縫，進一步補償了水泥產品的強度。因此，本發明水泥產品1的強度幾乎等於通過水化硬結未焙燒過的模製體而得到的普通水泥產品的強度。這種水化硬結技術列在日本審查過的專利公報NO 48464/1984的說明書中，已為人們所知，本發明則是由我們提出的。
在本發明中，當攪拌過的混合物被澆灌到模板內或底盤上時，可對鋼筋施加預拉力，以便有效地防止進行焙燒時在鋼筋和粘結料部分之間產生裂紋。在這種情況中，最好使用諸如預應力混凝土鋼絲、預應力混凝土芯棒一類的預應力鋼筋。對預應力鋼筋施加的預拉力隨水泥模製體的強度而變化。預拉力太小時則不能完全防止產生裂紋。另一方面，當預拉力太大時，則由於水泥模製體的強度隨焙燒溫度的上升而降低，水泥產品會被破壞。
由於對預應力鋼筋施加預拉力，鋼筋被強制拉伸。因此，當進行焙燒時，如預應力鋼筋的膨脹量在預拉力引起的伸長量之內，則預應力鋼筋的膨脹量勢必會由預拉力引起的伸長量所吸收。也就是說，對預應力鋼筋施加預拉力鋼筋的伸長10mm則加熱引起的膨脹量不超過10mm時，就會為預應力鋼筋的伸長量所抵銷。因此，預應力鋼筋的視長是不變的，從而避免了預應力鋼筋和粘結料部分9之間產生裂紋的作用力。
在焙燒以後，對預應力鋼筋施加的預拉力消失了。因此，當進行冷卻時，產生的熱應力被粘結料部分的強度下降產生的應力-吸收層所吸收。也就是說，在對預應力鋼筋施加預拉力的情況下，焙燒時產生的熱應力為預應力鋼筋所受的強制拉伸所吸收，而冷卻時產生的熱應力則為應力-吸收層所吸收。
如上所述，從目的、作用和影響的觀點來看，本發明的預拉力不同於用於增強制品的常規預拉力。
按照以下方法製造本發明的一種釉面水泥產品，例如
首先，使用珠光體骨料作為泡沫輕骨料製備攪拌過的水泥混合物。攪拌過的水泥混合物的混合比如下
普通波特蘭水泥35.8%(按重量)
珠光體骨料45.8%(按重量)
珠光體粉18.2%(按重量)
減水劑0.2%(按重量)
水(水-水泥比)0.51
利用澆灌機械進行水泥混合物的攪拌。
其次，將以上述方式攪拌的水泥混合物澆灌到如圖2和圖3所示的模板內，以便在空氣中將其養護4小時。預先在模板內敷設直徑為2.9mm的預應力鋼筋並預拉伸。對鋼筋施加的預拉力為0.5噸。
在進行養護以後，將模板脫模，製成的水泥模製體在200℃溫度加熱乾燥2小時。乾燥後，在水泥模製體表面上上釉。以便在輥式爐底窯內進行焙燒，例如，在850℃溫度焙燒1小時。用於該實體的輥式爐底窯內部寬80cm，距輥筒高20cm，長30m。
在被焙燒以後，將水泥模製體浸入水中10分鐘，以便吸取水分。
最後，將水泥模製體放置在養護室內，為了水化硬結水泥模製體，在60℃溫度和95%溼度條件下，將水泥模製體在蒸汽中養護3天。
實例1
在表1所示條件下生產一種釉面水泥產品。使用的水泥類型為普通波特蘭水泥，使用的減水劑為水泥重量的5%，水泥-骨料體積比為1到4，而水-水泥比為45%(按重量)。使用直徑為2.9mm的兩根預應力鋼絲編成的多股鋼絲作為鋼筋。
上述五個條件在實例2到4和對比實例1到6中一樣。
首先在表1所示和上述條件下製備攪拌過的水泥混合物。
使用澆灌機械進行水泥混合物的攪拌。
其次，將攪拌過的水泥混合物澆灌到模板內，以便在空氣中對其養護24小時。預先在模板內敷設多股鋼絲。對多股鋼絲不施加預拉力。
表1
骨料 混凝土比重 壓強(kg/cm2)
實例1 泡沫鋼玻璃 1.2 120
實例2 泡沫泥板巖 1.4 240
實例3 瓷耐火粘土 1.9 470
實例4 瓷耐火粘土 1.9 470
對比實例1 泡沫泥板巖 1.4 240
對比實例2 泡沫泥板巖 1.4 240
對比實例3 泡沫泥板巖 1.4 240
對比實例4 瓷耐火粘土 1.9 470
對比實例5 瓷耐火粘土 1.9 470
對比實例6 瓷耐火粘土 1.9 470
在進行養護以後，將模板脫模，製成的水泥模製體在300℃溫度加熱乾燥4小時，被乾燥後，在880℃溫度的輥式爐底窯內，將水泥模製體焙燒2小時。
在被焙燒以後，將水泥模製體浸入水中10分鐘，以便吸取水分。
最後，將水泥模製體放置在養護室內，為了水化硬結水泥模製體，在60℃溫度和100%相對溼度的條件下，在蒸汽中將水泥模製體養護一天。
在圖7中示出所得到的水泥產品。在圖7中，W、W1、L、L1和H的尺寸如下
W1200mm
W1900mm
L270mm
L1100mm
H66mm
關於所得到的水泥產品，根據JISA1408測定水泥模製體的強度，以便證實對多股鋼絲施加預拉力的效果。在圖7中所示的T線上加荷載。結果列於表2中。
用金剛石切割器切割圖7中所示的水泥產品獲得各個試件(實例1)。
圖8示出所得到的試件，其中W′、L、L1和H的尺寸如下
W′100mm
L270mm
L1100mm
H66mm
實例2
除了對多股鋼絲施加1.5噸的預拉力和使用泡沫泥板巖(而不是泡沫鋼玻璃)作骨料以外，重複實例1的步驟。
實例3
除了對多股鋼絲施加1.8噸的預拉力和使用瓷耐火土(而不是泡沫鋼玻璃)作骨料以外，重複實例1的步驟。
對比實例1～3
除了對多股鋼絲(對比實例1)不施加預拉力、對多股鋼絲(對比實例2)施加1.0噸的預拉力以及對多股鋼絲(對比實例3)施加1.8噸的預拉力以外，重複實例2的步驟。
對比實例4和5
除了對多股鋼絲(對比實例4)不施加預拉力和對多股鋼絲(對比實例5)施加2.7噸的預拉力以外，重複實例3的步驟。
實例4
除了使用直徑6mm的無預拉力的鋼筋(而不是多股鋼絲)和預先將鋼筋浸入攪拌過的珠光體灰漿(水泥-骨料體積比為1～4)內，在鋼筋周圍塗覆厚度為3到5mm的灰漿層以外，重複實例3的步驟。
對比實例6
除了不將灰漿層塗覆在鋼筋周圍以外，重複實例4的步驟。
關於上述實例1～4和對比實例1～6，通過肉眼觀察到裂紋的產生。在圖9～16中示出了裂紋產生的狀況。分別地，圖9相應於實例1～3，圖10相應於對比實例1，圖11相應於對比實例2，圖12相應於對比實例3，圖13相應於對比實例4，圖14相應於對比實例5，圖15相應於實例4而圖16相應於對比實例6。
進一步，利用超聲波測定傳播速度。就兩種試件進行測量並按平均取值。在圖9中示出各個測點，它們與圖10～16中相同。在圖9中，LA為40mm，而LB為135mm。結果列於表2中。
表2
在測點A處 在測點B處＊在發生裂紋處未焙燒的
的傳播速度 的傳播速度 水泥模製體的載荷PCr
(km/sec) (km/sec) (kg/cm2)
實例1 2.55 2.56
實例2 2.72 2.71 300
實例3 2.93 2.91 230
實例4 2.92 2.92
對比實例1 2.10 2.73 130
對比實例2 2.10 2.74 250
對比實例3 2.70 2.05 320
對比實例4 2.35 2.92 182
對比實例5 2.33 2.29 300
對比實例6 2.32 2.90
＊為了證實多股鋼絲施加預拉力的效果所進行的測量
從圖9和13發現，使用泡沫輕骨料在防止焙燒和冷卻時由於熱應力產生的裂紋是有效的。然而，從圖9和10也發現，該類型的泡沫輕骨料僅限於使用泡沫輕骨料而不使用灰漿層(應力-吸收層)或是對多股鋼絲施加預拉力的情況。
從圖9～12，以及圖9、13和14發現，為了吸收熱應力，對多股鋼絲施加預應力是有效的。而且發現，預拉力的最佳範圍是相應於水泥模製體的強度的。也就是說，在圖12和14中，在兩根多股鋼絲之間從試件上表面到其下表面產生了裂紋。這種裂紋是因為預拉力過分而發生的，因此當焙燒溫度上升時隨著水泥模製體強度的下降而造成試件的破壞。
從圖15和16發現，使用灰漿層防止裂紋產生是有效的。在圖15中觀察到的裂紋事實上僅僅在灰漿層中發生。為了易於理解裂紋的產生，在超出其真實情況的更大範圍來說明裂紋。
可以從表2根據數字證實上述說明。由於裂紋的存在而降低了傳播速度。
按照本發明，在鋼筋和粘結料部分之間產生的裂紋，可以有效地用應力-吸收部分和/或對鋼筋施加預拉力來吸收。
權利要求
1、一種用於製造釉面水泥產品的方法，按順序包括以下步驟
(a)製備攪拌過的水泥混合物，
(b)將攪拌過的水泥混合物澆灌到敷設了鋼筋的模板內或底盤上，
(c)使水泥模製體成型，
(d)養護水泥模製體，
(e)在養護過的水泥模製體表面上上釉，
(f)焙燒釉面水泥模製體，
(g)冷卻焙燒過的水泥模製體，
(h)水化硬結冷卻了的水泥模製體，
其特徵在於，當焙燒和冷卻時，在上述鋼筋和粘結料部分之間由於熱膨脹係數不同而產生裂紋的作用力，被鋼筋周圍的應力-吸收部分所吸收，為了補償機械強度，通過水化硬結來促進未反應水泥組分的反應。
2、根據權利要求
1的方法，其特徵在於，應力-吸收部分包括泡沫輕骨料。
3、根據權利要求
1的方法，其特徵在於，應力-吸收部分包括應力-吸收層。
4、根據權利要求
1的方法，其特徵在於，應力-吸收部分包括泡沫輕骨料和應力-吸收層。
5、根據權利要求
2的方法，其特徵在於，泡沫輕骨是一種天然輕骨料、人造輕骨料和工業副產品。
6、根據權利要求
3的方法，其特徵在於，應力-吸收層是一種灰漿層。
7、根據權利要求
3的方法，其特徵在於，應力-吸收層是一種由於被焙燒其強度降低了的粘結料。
8、根據權利要求
1的方法，在該方法中，當攪拌過製成的混合物被澆灌到模板內或底盤上前，鋼筋被施加預應力，其特徵在於，在鋼筋和水泥材料部分之間由於熱膨脹係數不同而產生裂紋的作用力，當焙燒時被施加到鋼筋上的預拉力所吸收，而當冷卻時被鋼筋周圍的應力-吸收層所吸收。
9、根據權利要求
8的方法，其特徵在於，應力-吸收部分包括泡沫輕骨料。
10、根據權利要求
8的方法，其特徵在於，應力-吸收部分包括應力-吸收層。
11、根據權利要求
8的方法，其特徵在於，應力-吸收部分包括泡沫輕骨料和應力-吸收層。
12、根據權利要求
9的方法，其特徵在於，泡沫輕骨料是一種天然輕骨料、人造輕骨料和工業副產品。
13、根據權利要求
10的方法，其特徵在於，應力-吸收層是一種灰漿層。
14、根據權利要求
10的方法，其特徵在於，應力-吸收層是一種由於被焙燒其強度降低了的粘結料。
15、一種按照權利要求
1的方法製造的釉面水泥產品。
16、根據權利要求
15的釉面水泥產品，其特徵在於，該產品具有泡沫輕骨料。
17、根據權利要求
15的釉面水泥產品，其特徵在於，該產品具有應力-吸收層。
18、根據權利要求
15的釉面水泥產品，其特徵在於，該產品具有泡沫輕骨料和應力-吸收層。
19、根據權利要求
16的釉面水泥產品，其特徵在於，泡沫輕骨料是一種天然輕骨料、人造輕骨料和工業副產品。
20、根據權利要求
17的釉面水泥產品，其特徵在於，應力-吸收層是一種灰漿層。
21、根據權利要求
17的釉面水泥產品，其特徵在於，應力-吸收層是一種由於被焙燒其強度降低了的粘結料。
22、一種按照權利要求
8的方法製造的釉面水泥產品。
23、根據權利要求
22的釉面水泥產品，其特徵在於，該產品具有泡沫輕骨料。
24、根據權利要求
22的釉面水泥產品，其特徵在於，該產品有應力-吸收層。
25、根據權利要求
22的釉面水泥產品，其特徵在於，該產品具有泡沫輕骨料和應力-吸收層。
26、根據權利要求
23的釉面水泥產品，其特徵在於，泡沫輕骨料是一種天然輕骨料、人造輕骨料和工業副產品。
27、根據權利要求
24的釉面水泥產品，其特徵在於，應力-吸收層是一種灰漿層。
28、根據權利要求
24的釉面水泥產品，其特徵在於，應力-吸收層是一種由於被焙燒其強度降低了的粘結料。
專利摘要
一種釉面水泥產品及其製造方法。其特徵在於，該釉面水泥產品包含一種泡沫輕骨料、施加預拉力的鋼筋或鋼筋周圍的應力－引收層；當進行焙燒和冷卻時，在鋼筋和粘結料部分之間由於熱膨脹係數不同而產生裂紋的作用力被泡沫輕骨料、應力－吸收層或施加到鋼筋上的預拉力所吸收；為了補償機械強度，通過水化硬結來促進未反應水泥組分的反應。
文檔編號C04B41/60GK86100735SQ86100735
公開日1986年9月24日 申請日期1986年1月28日
發明者吉田繁夫, 北川, 原田省三, 小出哲也, 長谷川學 申請人:國民住宅產業株式會社, 株式會社伊納克斯導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan