尽管早凝固水泥、高强度水泥的生产有进步，但有着更高压缩强 度和更快强度发展速率的卜特兰水泥的发展对水泥和建筑业界而言将 是高度有利的。例如，生产压缩强度等级在4000～5000psi的预制、预 应力混凝土产品通常需要至少三个小时或更多的时间。
此外，公路、桥梁和高速公路高架桥的兴建和修复需要数天甚至 数个星期的固化才能使这些结构物达到足够的压缩强度来支撑其预期 载重以便它们能够如设计的那样所使用。这样的延误是建筑成本的重 要因素，而等待混凝土的硬化而关闭重要的运输通道时，增加的运输 成本和运送的延误将增加建筑成本。
再者，在混凝土建筑的建造过程中，其中将水泥基质浇铸到模板 内，需要数天的固化以使水泥在移除模板前达到足够的强度。如此的 延迟将造成财产所有者收入的损失，也对工业承租人造成不便和储存 成本的问题。再者，卜特兰水泥的凝固速率会受温度所影响。一种有 着较低水合热的早凝固、超高强度水泥将能够在低环境温度下用于建 造大型、复杂的上层结构且将对建筑工业有更多的贡献。
许多以水泥为主的产品也在高生产量的工厂环境中大量生产。其 中水泥固化或凝固所需时间完全增加了生产的成本与难度。具体来 说，这样通过例如海契克(Hatschek)方法、马撒(Mazza)方法的方法或 通过压出生产纤维水泥产品。当纤维水泥产品在其“未硬化”阶段形 成时，典型地在进行额外加工或处理之前必须凝固8到12小时(“预 固化”)。由于未硬化产品凝固时聚集，预固化要求如同仓库般的空 间，这将造成生产过程成本的增加。因此，便有一种强烈的商业动机 想要降低水泥，特别是纤维水泥材料的固化时间。再者，在实质上比 常规快速凝固水泥配制剂如高铝水泥较低的成本下降低固化时间的方 法是令人非常满意的。
众所周知且最常被使用的水泥凝固促进剂为氯化钙。然而，在本 领域中公知的是，氯化钙与钢筋水泥是不兼容的，因为其在水与氧气 的存在下易于随时间过去腐蚀钢筋。氯化钙有时也在纤维水泥生产过 程中用作促进剂以快速获得未硬化强度；然而，氯离子的产生也会对 下游的生产过程如热压处理产生腐蚀问题。因此，需要一种用于凝固 混凝土和水泥复合物而不会产生腐蚀现象的促进剂。
除了氯化钙之外，其它如碱基(氢氧化钠、氢氧化钾、氨、碳酸钠 或碳酸钾和硅酸钠或硅酸钾)、碱或碱土金属硝酸盐类、亚硝酸盐类或 羧酸盐类都是无氯成分，且与氯化钙相比具有降低的腐蚀性。然而， 这些材料必须分别加入混凝土或水泥复合物配制剂，因此需要有它们 自己的储存容器、计量器具和手工或自动的搅拌/混合方法，以将它们 混入复合物中。另一方面，众所周知用于混凝土的低密度改性剂如珍 珠岩或陶质微球体无法促进水泥的水合过程。一种在混凝土或水泥复 合物中提供促进固化效果和某些其它所需功能如降低密度的单一材 料，将节省大量时间和设备成本。
有数种众所周知的有机材料用于水泥复合物和混凝土应用中。这 些所谓的混合物包括有用来改善流变性的纤维素醚、用作减水剂和超 塑剂的木素磺化盐或萘磺酸盐，用于改善吸水性能或增进弹性的聚合 胶乳或乳液，以及本领域中公知的其它有机混合物。这些混合物的一 种典型影响就是延缓水泥的凝固时间。通常，使用促进剂来抵销此种 延缓效应。本领域中已知的促进剂相对于普通卜特兰水泥来说是有腐 蚀性的和/或昂贵的，并能够明显增加混凝土或水泥复合物配制剂的成 本。
LeTure等人在美国专利5,709,743中公开了基于水合硅酸钙的促 进剂，它不会造成腐蚀而且如同氯化钙一样有效。此种材料是由水合 卜特兰水泥形成水合硅酸钙(CSH)材料而制备的。此水合硅酸钙材料 接着被研磨成极细的“结晶晶种”，当将其水悬浮液加入水泥时，其 能促进水泥颗粒的固化。磨碎或研磨硅酸钙颗粒成为特定的颗粒大小 (由沉淀体积来决定)是在5,709,743中描述的发明的重点。磨碎或研磨 这样的颗粒将固有地增加它们的包装密度，因此根据LeTure等人的 公开内容制造的水合硅酸钙颗粒不适于用作低密度添加物。
另一个使用LeTure等人的水合硅酸钙促进剂的缺点是其必须以 含水淤浆的形式加入。如此做对于水泥复合物混合物，例如其中水含 量已经仔细的控制以确保一致的产品质量的可压出水泥混合物来说是 一个缺点。
一种可以使混凝土快速达到未硬化强度的方法是使用“高早强 度”水泥，该种水泥被磨碎成精细的颗粒尺寸且其表面积(450到 600m2/kg，Blaine法)比标准卜特兰水泥(300到400m2/kg)要大。这些 细颗粒水泥并不适用于典型地用于制造纤维水泥复合物的海契克方 法，这是因为这种细颗粒水泥在淤浆去水的过程中无法停留于该复合 物中。
在纤维水泥的制造过程中，低密度添加物常会降低纤维水泥的强 度-重量比。由于建筑材料必须满足具体的强度标准，这种效应将限制 低密度材料在纤维水泥复合物中的使用量。
当将一未硬化纤维浆在压力下穿过铸模压出时，此未硬化未固化 的纤维水泥砂浆会在离开压出铸模后有“回弹”的趋势。此回弹的程 度是水泥砂浆流变性、加工过程、纤维含量和种类、空气夹带和其它 本领域公知因素的函数。一种降低回弹的方法是增加铸模的长度，以 便于让未硬化纤维水泥砂浆在其受压状态中有更多的时间“松弛”。 然而，较长的铸模相对于较短铸模更贵，而且较长的铸模趋向于增加 压出纤维水泥砂浆所需的压力。高压压出可能会将使用于该砂浆中易 碎的低密度聚集体给破坏，因此低成本的添加剂材料将是较佳的解决 方案。
在水中施筑混凝土，不管是既有结构的修复或是新结构的建造， 经常会导致细粒子“冲蚀”新搅拌的混凝土和/或导致混凝土混合物的 分离。因此，大部分使用于水中浇置的混凝土混合物含有一种高粘度 的纤维素醚材料来用作抗冲蚀混合物。然而，在大量混凝土需浇置于 险恶的水流和/或水压区域(如水坝的修复和隧道衬砌后环状空穴的回 填)的地方，基于纤维素的抗冲蚀混合物会在完全防止冲蚀和分离方面 无效，这主要由于其在水泥水合方面的长期延缓。
                    发明概述
本发明的第一个实施方案提供一种使用于混凝土和水泥复合物(包 括纤维水泥)的低密度水合硅酸钙促进剂和强度提升剂。第二个实施方 案提供了将低密度水合硅酸钙促进剂用于海契克(Hatschek)纤维水泥 配制剂和产品的方法。第三个实施方案提供了将低密度水合硅酸钙促 进剂用于压出纤维水泥的方法。第四个实施方案提供了一种含有低密 度水合硅酸钙促进剂的纤维水泥配制剂。第五个实施方案提供了一种 含有低密度水合硅酸钙促进剂的混凝土配制剂。第六个实施方案提供 了一种使用低密度水合硅酸钙制备混凝土混合物的方法。第七个实施 方案提供一种使用低密度水合硅酸钙来加速混凝土和水泥复合物(包含 纤维水泥)的固化的方法。
如在此所使用的，“CSH”指的是“水合硅酸钙”。“LD-CSH”是 指“低密度水合硅酸钙”，也可指“低密度CSH”。“OPC”指的是 “普通卜特兰水泥”。“FC”是指“纤维水泥”而“FRC”是指“纤维 强化水泥”，且此二者可交换使用。术语“卜特兰水泥”包含但不限 于普通卜特兰水泥、灰白卜特兰水泥和混合水泥。纤维素纤维可以是 硬木、软木或非木材的纤维素纤维。除非有特别注明，所有百分比皆 为重量百分比。
在此公开的优选实施方案使用低密度水合硅酸钙促进剂，用于同 时降低密度和固化时间，而强化了混凝土和含水泥复合物，特别是纤 维水泥的强度-重量比。
在此公开的低密度水合硅酸钙材料可根据美国专利6,346,146给 出的方法来制造。一般市面上可获得的合成低密度水合硅酸钙材料如 Celite Micro-celA或E(World Minerals，Lompoc，CA；用作助滤剂、 吸附剂和农用化学品载体)也可用作如在此公开的混凝土和水泥复合物 的低密度促进剂。
低密度CSH促进剂的堆积密度大约介于0.015g/cm3与1.5g/cm3 (15kg/m3与1500kg/m3)之间。当以干燥粉末或淤浆形式加入混凝土或 水泥(包含纤维水泥)复合物中时同样有效。当以大约0.5重量％到50 重量％，优选为大约5重量％到15重量％将低密度CSH加入纤维水 泥或混凝土中时，它会有促进效应。优选地，与未添加低密度水合硅 酸钙的相同产品或配制剂相比较，固化时间可加速约10％或更高。更 优选加速为20％或更高。事实上，30％，40％，50％，60％，70％甚至80％ 或更高的固化加速都可由添加适当剂量的低密度CSH来实现。
当低密度CSH使用于可压出的纤维水泥砂浆时，通过加速纤维 水泥砂浆的凝固时间来克服有机混合物的延迟影响。当以介于2％与 20％之间，更优选介于5％与15％之间的水平添加于可压出纤维水泥 砂浆中时，低密度CSH克服了有机混合物的延迟影响。
当低密度CSH使用于可压出纤维水泥砂浆时，通过加速纤维水 泥砂浆的凝固时间也可以抵销压出材料的脱模后膨胀(post-die swelling)。当以介于大约2％与20％之间，更优选介于大约5％与15％ 之间的水平添加于可压出纤维水泥砂浆中时，低密度CSH能有效降 低脱模后膨胀所。
当使用于调配纤维水泥复合物时，低密度CSH可生产比传统纤 维水泥产品具有更低密度(约0.6g/cm3到1.2g/cm3)的材料，并且比未 使用低密度CSH的纤维水泥具有改善的强度-重量比。此影响在低密 度CSH以大约3％到20％，优选大约3％到15％之间的范围添加至纤 维水泥混合物中时可被观察到。
这些优选实施方案的低密度水合硅酸钙未含有明显的氯离子数 量。因此，它将不会有氯化钙的腐蚀性。这些优选实施方案的低密度 CSH在水中可形成粗糙附聚物而使得它易于保留在湿法纤维水泥操作 如海契克过程中。
                    附图简单说明
图1说明一种制造用于海契克方法含有LD-CSH的纤维水泥混合 物的方法。
图2说明一种制造用于建筑应用含有LD-CSH的混凝土混合物的 方法。
图3说明一种制造用于压出FRC应用含有LD-CSH的水泥混合 物的方法。
图4说明含有低密度水合硅酸钙(LD-CSH)的纤维水泥配制剂的固 化行为。
                优选实施方案的详细描述
在此公开的是含有低密度水合硅酸钙的水泥配制剂，由这些配制 剂制造的产品以及制造这样的配制剂和产品的方法。这些配制剂和方 法可有利地用于如海契克生产方法并用于建筑应用如建筑物、道路与 桥梁的修缮与兴建。这样的配制剂也可用于水中应用，这里它们也显 示出降低的冲蚀。因为此公开的配制剂显示出降低的凝固时间和减少 的干裂，这些配制剂的水泥产品通常有较低的成本和较短的上市时 间。
含有介于大约0.5重量％与15重量％之间低密度水合硅酸钙(LD- CSH)固化促进剂的纤维水泥混合物可有利地用于海契克生产方法。优 选地，此混合物含有大约25％至50％的水泥，大约25％到50％研磨至 大约200目的硅石，大约0％至15％的聚集体，大约5％至15％的纤维 素纤维，大约0％到5％的添加剂，大约0.5％至15％的低密度水合硅 酸钙和水。其中水的总含量要视海契克方法所需要的稠度而定。由此 混合物所生产出来的纤维水泥产品具有较低的成本、较短的固化时 间、固化时较少的裂缝和较快的上市时间。使用于海契克方法含有低 密度水合硅酸钙的优选纤维水泥配制剂列于表1中。
                  表1
原料a            范围              实施例
水                25-50％           42％
硅石              25-50％           33％
聚集体            0-15％            0％
纤维素纤维        5-15％            11％
添加剂            0-5％             3％
低密度CSH         0.5-15％          11％
a为重量百分比
以下的原料作为一个优选实施方案。水泥是目前传统海契克工厂 所使用的普通卜特兰水泥。硅石是200目的研磨硅石。优选地，聚集 体是硅质聚集体，例如煤胞、珍珠岩、飞灰、炉底灰等，颗粒大小在 大约50到250微米之间。纤维素纤维是例如以敲打加工的牛皮纸 浆。在环境条件下的纸浆含水量(约9％)在定量水时应加以考虑。添加 剂包含任何能达到混合物所需性质的化合物，例如铝。低密度CSH 为Micro-cel E(World Minerals，Lompoc，CA)或根据下述实施例1或2 所制备的LD-CSH。所需的总水量将视配制剂所需的稠度而定。对于 海契克方法来说，典型地大约5％到10％固体含量的淤浆能提供良好 的加工能力。
我们将可了解到除了卜特兰水泥外的水泥粘结剂，也可以是但不 限于高铝水泥、石灰、高磷酸盐水泥和研磨过的细颗粒高炉石水泥或 其混合物。而聚集体可以是但不限于研磨过的硅砂、无定型硅石、微 球硅石、硅藻土、煤灰和炉底灰、稻壳灰、高炉石、细颗粒炉石、炼 铁炉渣、矿物的氧化物、矿物的氢氧化物、粘土、菱镁矿或白灰岩、 金属氧化物和氢氧化物和聚合颗粒、上述的混合物和其它在上下文所 提到的聚集体。添加剂可包括但不限于稠度改良剂、阻燃剂、防水 剂、硅石烟、地热硅石、增稠剂、颜料、着色剂、增塑剂、分散剂、 定型剂、絮凝剂、排水助剂、干湿强度助剂、硅氧烷材料、铝粉、粘 土、高岭土、氢氧化铝、云母、变高岭土、碳酸钙、硅灰石、聚合树 脂胶及其混合物或其它材料。
纤维素纤维是从各种不同来源得到的未精制/未形成纤维或已精制 /已纤维化的纤维素纸浆，包括但不限于已漂白、未漂白、部分漂白的 纤维素纸浆。此纤维素纸浆可以由软木、硬木、农业原料、回收纸或 任何其它木质纤维素材料制成。纤维素纤维可以各种制浆方法制成。 在制浆过程中木头或其它木质纤维素原料如洋麻、稻草和竹子等，通 过破坏木质纤维素材料结构中的结合力而降解成纤维状物质。这个工 作可通过化学方式、机械方式、加热方式、生物方式或以上方式的组 合来完成。在一个实施方案中用来加强水泥复合材料的纤维素纤维是 由纤维细胞壁局部或完全去除木质素成分得到的大部分独立的纤维。
含有约0.5重量％到15重量％低密度CSH的纤维水泥混合物是由 包括以下的方法所制成的：制备精制纸浆；湿法研磨硅石以形成硅石 淤浆；制作低密度CSH淤浆；将上述淤浆混合形成淤浆混合物；加 入其它干燥原料如水泥、聚集体和添加剂；通过加入所需的水量并搅 拌以调整最终的稠度。
图1说明制造用于海契克方法含有低密度水合硅酸钙的纤维水泥 混合物的优选方法。在步骤100(“精制纸浆”)中，纤维素纤维纸浆 的重叠型式已使用纸浆精制机水合并精制过，并形成稠度为大约5％ 至7％的精制纸浆的淤浆。此纸浆在步骤130被定量。在步骤110 (“湿法研磨硅石”)中硅砂使用球磨机以湿法磨碎而产生接近50％稠 度的精细硅石淤浆。此淤浆在步骤130被定量。步骤120(“制造LD- CSH淤浆”)提供了一低密度CSH淤浆。低密度CSH可在现场制备 或从市场上购买到干燥粉末。当低密度CSH在现场制造时，典型地 由生产部分供应淤浆，并在步骤130加以定量。当低密度CSH是干 燥的，例如市面上购得的CSH时，此干燥CSH典型地在步骤140加 以定量并混合。在步骤130(“形成淤浆混合物”)中，来自步骤100 的纤维淤浆、来自步骤110的硅石淤浆和来自步骤120的LD-CSH淤 浆依据表1所列的数量加以定量并放入搅拌槽中。测量此混合物的含 水量，而在步骤150中所添加的水量需加以调整并补偿其不足。在步 骤140(“将所剩余的干燥原料加入并加以搅拌”)中，所剩余的固体 原料，如水泥、聚集体、添加剂、和低密度CSH(“若使用干燥CSH 时”)依据表1的量秤重并加入搅拌槽内。在步骤150(“调整最终稠 度”)中，测量从步骤140而来的淤浆的固体含量。也许需加入额外 的水来达到所需的稠度。接着将形成的淤浆充分搅拌以得到适合板材 形成的淤浆。在步骤160(“倾泄混合物”)中，将淤浆混合物倾泄并 泵入板材形成部分例如泵入槽中。
含有大约0.5重量％到20重量％低密度水合硅酸钙的水泥混合物 在建筑的应用上十分有用，例如房屋建造、道路和桥梁修缮，以及用 于水中应用。优选地，水泥混合物含有大约15％至50％的水泥；大约 0％至70％的硅石，其中硅石为颗粒大小在大约100到400微米的石 英砂；大约0％至40％的聚集体；大约0％至15％的纤维；大约0％至 2％的添加剂；大约0％至0.2％的均化剂；大约0％至2％的减水剂； 大约0％至1％的充气剂；大约0.5％至20％的低密度水合硅酸钙；和 水。总水量通常是根据具体应用的水灰比(W/C)来决定，优选介于大 约0.35到1的范围。由此水泥混合物所制造的水泥产品具有较低成 本、减少的固化时间、减少当固化时由于过度的干缩及过高的水合热 所造成的裂缝、缩短上市时间、并减少在水中成型应用时的冲蚀。针 对建造应用含有低密度CSH的水泥混合物的优选配制剂提供于表2 中。
                 表2
原料a              范围              实施例
水                  15-50％           37.66％
硅石                0-70％            46.04％
聚集体              0-40％            10％
纤维                0-15％            0％
添加剂              0-2％             1％
均化剂              0-0.2％           0％
减水剂              0-2％             0.3％
充气剂              0-1％             0％
低密度CSH           0.5-20％          5％
a为重量百分比
以下的原料可作为一个优选实施方案。水泥为目前使用于如道路 铺面和桥梁建造的传统建筑应用上的普通卜特兰水泥。硅石是例如颗 粒大小在大约100到400微米之间的石英砂。优选地，聚集体是任何 硅质聚集体，如砾石、石灰石、炉底灰等，颗粒大小至多大约 20mm。纤维补强材料视混凝土所需的性质来使用于某些建造应用 上。例如，钢丝或钢棒、聚合纤维和碳纤维都经常被使用来建造基 础、桥梁和水底结构物。添加剂包括任何能达到混合物所需性质的化 合物，例如粘性加强剂(VEAs)可适度的产生保水能力和变形能力。 VEAs的例子为甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素和羟 丙基甲基纤维素。均化剂用于自身平整的应用，例如使用于楼板。实 例为Clariant TYlose MH和H。减水剂是如磺化三聚氰胺甲醛(SMF)缩 合物、磺化萘甲醛(SNF)缩合物或丙烯酸聚合物(AP)族的任何超塑 剂。充气剂也称为空气夹带剂(AEAs)，如AE4。低密度CSH为 Micro-cel E(World Minerals，Lompoc，CA)或根据下述实施例1或2所 制备的LD-CSH。
调节总水量以提供具有所需性质例如流变性或可加工性的混合 物。对典型应用而言，水灰比(W/C)优选介于0.35与1之间，更优选 为0.45。
使用于建造应用含有大约0.5重量％到20重量％低密度水合硅酸 钙的水泥混合物是由以下方法所制备而成：混合水泥、硅石、聚集 体、添加剂和减水剂；干法混合这些原料；加水；搅拌；接着加入低 密度水合硅酸钙。在一个优选实施方案中，此方法进一步包括添加纤 维、均化剂或充气剂，可单加一样或将其组合加入。
图2说明制造用于建造应用含有低密度水合硅酸钙的水泥混合物 的示例方法。在步骤200(“加入固体原料，LD-CSH除外”)中，水 泥、硅石、聚集体、纤维、添加剂、均化剂、减水剂和充气剂均依据 表2秤重并加入如Hobart搅拌器的搅拌机器中。在步骤210(“干法 混合这些原料”)中，这些干燥原料在搅拌机中干法混合预定时间， 优选是大约1到5分钟。在步骤220(“加水”)中，将水加入混合物 中。水的添加量视具体应用所需的稠度来决定。给予所需性质如流变 性和可加工性所需的总水量通常通过水灰比W/C来决定，优选介于 大约0.35与1之间，更优选为0.45。当定量的水计算出来后，必须确 定在固体原料中已经在的水量，如步骤200中，并将之扣除。混合物 的温度优选低于大约45℃，更优选大约25℃。具体温度取决于包括 混合物中LD-CSH的量和其它添加剂如纤维素醚的类型与数量的因 素。在步骤230(“搅拌”)中，在搅拌机中的配制剂搅拌一预定时 间，优选约1到5分钟。混合物的温度优选低于大约45℃，更优选大 约25℃。具体温度取决于包括混合物中LD-CSH的量和其它添加剂如 纤维素醚的类型与数量的因素。接近预期的使用时间时，在步骤240 (“加入LD-CSH”)中，依据表2将低密度CSH称重并将之加入搅拌 机中。配制剂在搅拌机中搅拌一预定时间，优选大约1到5分钟。介 于将低密度CSH加入混合物中(包括搅拌时间)与预期的使用时间之间 的时间长度必须少于此混合物的凝固时间。因此，为了避免混合物在 卡车中凝固，可以在工地现场将CSH加入并使用可携式的搅拌机搅 拌。混合物的温度优选低于大约45℃，更优选介于大约25℃到30℃ 之间。具体温度取决于包括混合物中LD-CSH的量和其它添加剂如纤 维素醚的类型与数量的因素。在高温环境中，如酷热气候中，混合物 的温度可使用如冰块来取代部分水量而加以控制。在步骤250(“倾泄 混合物”)中，将混合物倾泄入如建筑模板中。
图3说明制造用于FRC压出应用且含有低密度CSH的水泥混合 物的实施例方法。在步骤300(“加入包括LD-CSH(若为干燥原料)的 固体原料”)中，水泥、硅石、聚集体、纤维、添加剂、减水剂和其 它添加物依据表3的数量分别秤重并加入如Eirich搅拌机的搅拌机器 中。在步骤310(“干法混合这些原料”)中，这些干燥原料在搅拌机 中干法混合预定时间，优选是大约1到5分钟。在步骤320(“加入包 括硅石及LD-CSH(若为淤浆状态)的水”)中，将水加入混合物中。水 的添加量取决于具体应用所需的稠度。水量应根据硅石和LD-CSH淤 浆(若为淤浆状态)的水量来加以调整。给出所需特性如流变性和可加 工性所需要的总水量通常由水-固体比(W/S)来决定，优选介于大约 0.4与1.2之间，更优选介于大约0.48至0.8。当定量的水计算出来 后，必须确定在固体原料中如步骤300中已经存在的含水量，并将之 扣除。混合物的温度优选低于大约45℃，更优选大约25℃。具体温 度取决于包括混合物中LD-CSH的量和其它添加剂如纤维素醚的类型 与数量的因素。在步骤330(“湿法混合这些原料”)中，将搅拌机中 的配制剂搅拌一预定时间，优选大约1至5分钟。在步骤340(“将材 料倒入揉捏机中揉捏成砂浆”)中，将混合物倒入揉捏机中并将之揉 捏一段时间以形成类似面团的砂浆。在步骤350(“将砂浆倒出并转移 至除气部分”)中，将砂浆倒出并送到压出机的除气部分以真空方式 除气。在步骤360(“将已除气砂浆穿过铸模压出”)中，将砂浆填入 压出机并穿过铸模压出以形成未硬化的产品。在步骤370(“将此未硬 化产品在受控环境中预固化”)中，将此未硬化产品在受控环境中预 固化一段固定时间，优选大约50℃且相对湿度约80％。在步骤380 (“在饱和蒸气环境中热压处理此未硬化产品”)中，将产品放入压力 锅中并在大约180℃的温度下蒸气固化约8个小时。在步骤390(“整 理压出的FRC)中，此成品依据所需在表面进行磨光或上漆进行整 理。
                    表3
原料a                    范围           实施例
水                        15-60％        44.5％
硅石                      0-60％         29.7％
聚集体                    0-40％         10％
纤维(包括人造纤维)        0-15％         9％
添加剂                    0-2％          0％
粘性加强剂                0.2-3％        1.5％
减水剂                    0-2％          0.3％
充气剂                    0-1％          0％
低密度CSH                 2-20％         5％
a为重量百分比
以下的原料可作为一个优选实施方案。水泥为目前使用于传统压 出方法上的普通卜特兰水泥。硅石是200目的研磨硅石。优选地，聚 集体是任何硅质聚集体，如煤胞、珍珠石、飞灰和炉底灰等，其颗粒 大小在大约50到250微米之间。纤维可以是纤维素纤维或人造聚合 物纤维。纤维素纤维是例如以敲打加工的牛皮纸浆。当定量水时环境 条件下纸浆的含水量(约9％)应加以考虑。添加剂包括任何能达到混合 物所需特性的化合物，如氧化铝。低密度CSH为Micro-cel E(World Minerals，Lompoc，CA)或根据下述实施例1或2所制备的LD-CSH。 所需的用水量取决于配制剂需要的稠度。
实施例1.制备低密度CSH
工艺石灰水在一批料中以每千克石灰(CaO)加6升水的比例加至 间歇反应槽中。须注意的是本实施例方法同时适用于都市用水或工业 用水的使用。将水注入搅拌槽中并蒸气加热至约65℃。蒸气将会增加 额外的水量。1300千克批料的生料需要大约628千克的石灰(其在大 约3767升石灰水中熟化)和在淤浆中固体含量为大约40％的大约672 千克干重的研磨石英砂(其添加至搅拌槽的熟石灰中)。
研磨的石英砂以下述方法制备。石英砂在垂直搅拌球磨机中研磨 成一定颗粒尺寸，使得90％体积的硅石的直径小于大约11.6微米，用 Malvern“Mastersizer”激光衍射粒子尺寸分析仪加以测量。
此淤浆搅拌约15分钟后便将之泵入搅拌的压力容器中。加入水 以调整此淤浆的粘性。以蒸气加热此淤浆达到约700±50kPa的压力。 通过蒸气导入容器中在此压力下持续进行反应。通过间歇性蒸气的喷 射将材料维持在此压力下约3个小时。在饱和压力下3个小时后，容 器中的压力在30分钟内放出至约270kPa。接着将材料通过漩流器倒 入槽内以使淤浆中的蒸气释放出来。接着以石灰水稀释淤浆形成约 10-12重量％的低密度CSH产品的干固体并将之泵入一个搅拌储槽 中。
实施例2.利用研磨硅石制备低密度CSH
以下的实施例描述石灰与研磨石英砂转变为主要呈雪硅钙石相态 的低密度CSH，其反应时间仅为约2小时且未反应的硅石不超过大约 10％。
平均颗粒大小在0.3到0.5mm的硅砂在垂直搅拌球磨机中研磨成 颗粒大小为约D[90]＝8.84μm。D[90]表示有90重量％的硅石小于该值 的颗粒直径，用Malvern“Mastersizer”粒子尺寸分析仪加以测量。
接着将石灰与磨碎的硅石在搅拌的压力容器中混合搅拌成含水淤 浆。石灰与硅石的摩尔比为约1∶1。将水加入让干固体浓度成为 4％±1％。反应在40分钟内从环境温度加热到170±5℃且蒸气压力为 750±50kPa。此搅拌的压力容器在这些条件下维持约2小时。
如同实施例1和实施例2中所合成的水合硅酸钙以及市面上可获 得的CSH的性质提供如下。表4提供各种低密度CSH材料的物理性 质。表5提供低密度CSH材料的典型化学分析。
                                表4
性质              实施例1的CSH   实施例2的CSH    Celite Micro-cel E
未反应的硅石         7.5％           4.1％           0.1％
捣实干燥堆积密度     217kg/m3       84kg/m3       18kg/m3
                                      表5
材料             SiO2   CaO    Al2O3 Fe2O3 MgO   Na2O+K2O LOIa
实施例1的CSH      49      29      3       0.7      0.7   2.2       15
Micro-cel E       47      32      2.5     0.7      2.2   1.3       15
重量百分比。a在燃烧中损失。
将低密度水合硅酸钙作为促进剂的应用在下面实施例中进行说 明。
实施例3.未硬化纤维水泥砂浆的加速固化
三种相同干燥密度(约0.85g/cm3)的纤维水泥砂浆由普通卜特兰水 泥(OPC I型，TXI)，200目的研磨硅石，精制的纤维素纤维(漂白过的 牛皮纸浆，Weyerhaeuser)，水和低密度添加剂进行制备。此低密度添 加剂—空心陶微球体和/或干燥的低密度CSH(Micro-cel E，World Minerals，Lompoc，CA)-被加入以达到目标的密度值。为了制备此 种砂浆，将300克依照表6配比的干燥成分在Eirich R-02高剪切搅拌 机中一起搅拌约3分钟。将水加入此混合物中以形成砂浆，并将此混 合物继续搅拌2分钟。将此砂浆转移至Hobart型搅拌机中并揉捏2到 3分钟以进一步使砂浆均匀。将每种砂浆取样置入200ml的塑料瓶中 并将一RTD热电偶插入此混合物中。将此容器密封并放入位于22℃ 的培养室中的热量计(Calorimetre de Langvant)内。
                             表6
       卜特兰  200目的研磨  纤维素    空心陶    低密度
配制剂                                                   水a
        水泥    硅石        纤维      微球体     CSH
A        39      39          11        0         11      71
B        39      39          11        6         5       64
C        39      39          11        11        0       56
干燥成分占总干重的重量百分比。a维持一致的砂浆可加工性所添加的 基于干燥成分总重量的水的百分比。
当固化每一个样本时收集其温度和时间数据并将其绘成图4。对 每一个样本而言，最高温度的时间(Tmax)和最大温升率的时间(Tmaxrate) 将被纪录下来。如表7所示，CSH增加时Tmax便下降，显示了低密度 CSH在纤维水泥配制剂中的加速影响。配制剂A(11％的LD-CSH)到 达Tmax比配制剂C(无LD-CSH)快了约70％。配制剂B(5％的LD- CSH+陶微球体)到达Tmax比配制剂A快了约60％。对于Tmaxrate而言， 配制剂A快了约80％，而配制剂B快了约75％。
                  表7
配制剂          Tmax(小时)a   Tmaxrate(小时)b
A                 9.5             3.6
B                 11.2            4.9
C                 30.1            19.9
a最高温度的时间。b最大温升率的时间。
实施例4.使用低密度CSH混凝土配制剂的加速固化
无添加纤维的混凝土砂浆是依据表8所制备的。卜特兰水泥(Blue Circle Southem)、天然原石(0.24mm到4mm)和高范围的减水剂 (HRWR，MelmetF-15，SKW Chemical)与氯化钙粉末(AR级，Aldrich Chemical)或干燥低密度CSH(Micro-cel E，World Minerals，Lompoc， CA)混合。将这些干燥成分在Eirich R-02搅拌机中混合约1分钟，接 着将其转移到Hobart搅拌机中并与水混合以达到相似的砂浆可加工 性。
                                  表8
配制剂  卜特兰水泥   天然原石，0.24-4mm   HRWRa  CaCl2 LD-CSH   水b
D          200            800               3       0      55     205
E          200            800               3       2      0      100
F          200            800               3       0      0      100
单位为克。a高范围减水剂。b调整以维持一致的砂浆可加工性的水。
一经搅拌后，将每一混凝土砂浆取样置入200ml的塑料瓶中并将 一RTD热电偶插入混合物中并将此瓶放入位于22℃的固化室中的热 量计(Calorimetre de Langvant)内。将时间和温度数据如实施例3所述 加以收集。表9指出有关加速混凝土固化方面低密度CSH与CaCl2可 相比。配制剂D(5.1％的LD-CSH)到达Tmax比配制剂F(无LD-CSH)快 了约65％，而到达Tmaxrate快了约80％。
              表9
配制剂    Tmax(小时)a  Tmaxrate(小时)b
D           10.5              5
E           19.5              15
F           31.3              25.4
a最高温度的时间。b最大温升率的时间。
实施例5.低密度CSH对含有机混合物的压出纤维
水泥的固化行为的影响
可压出纤维水泥砂浆是根据表10所制备。水泥、硅石、纤维和 氯化钙从前述的实施例所列的来源而得。在这些试验中，将有机混合 物VEA(一种甲基羟乙基纤维素的专用等级，Shin-Etsu Chemical)与 DA(Melmet F-15，SKW Chemical)加入以改善砂浆的流变性和可加工 性。将固体成分在高速Eirich R-02搅拌机中混合并接着在Hobart搅 拌机中与水混合。所制造出来的砂浆接着被压出成直角边缘的板材， 50mm宽10mm厚，使用带有75-mm筒状物的Handlё实验室压出 机。
                                        表10
             卜特兰   200目的研   纤维素                 空心陶 低密度
配制剂                                    VEA      DA                   水b
              水泥    磨硅石      纤维                   微球体  CSHa
G             41.7     27.8        9      1.5      0       20     0     56
H             41.5     27.7        9      1.5      0.3     20     0     56
I             39.7     26.5        9      1.5      0.3     20     3     56
J             39.9     26.6        9      1.5      0       20     3     56
G+1wt％
              41.7     27.8        9      1.5      0       20     0     56
CaCl2
干燥成分占总干重的重量百分比。aMicro-celE。b维持一致的砂浆可 加工性所添加的基于干燥成分总重量的水的百分比。
使用插入接近200毫升的压出砂浆中的RTD热电偶如实施例3 和4记录砂浆凝固时间和温度。如表11所示，3％的低密度CSH与相 当高剂量的有机混合物可有效的加速可压出纤维水泥砂浆的凝固时 间。加速的大小可与氯化钙的影响相比较。比较配制剂H(无LD-CSH) 与I(3％的LD-CSH)，达到Tmax快了约65％而Tmaxrate快了约70％。对 配制剂G(无LD-CSH)与J(3％的LD-CSH)而言，含LD-CSH的配制剂 到达Tmax快了约55％而Tmaxrate快了约60％。    
                    表11
配制剂         Tmax(小时)a  Tmaxrate(小时)b
G                 60              46
H                 82              69.5
I                 28              19
J                 26              17
G+1wt％
                  26.6            22
CaCl2
a最高温度的时间。b最大温升率的时间。
实施例6.实施例1低密度CSH对Micro-cel E
      的加速影响的比较
可压出纤维水泥砂浆样品是根据表12的比例使用实施例5所叙 述的方法所制备的。含有相同用量在实施例1中制备的低密度CSH 与Micro-cel E的配制剂与无添加低密度CSH的配制剂进行比较。每 一个配制剂所压出成形89mm宽25mm厚的板置入维持在50℃及 80％相对湿度的固化室中。当厚板可承受75kg的载重而不变形时便可 视为“凝固”。如表13所示，两种类型的低密度CSH加速凝固时间 约80％。
                                    表12
       卜特兰     200目的研   纤维素                空心陶  低密度
配制剂                                VEA     DA                    水a
        水泥      磨硅石      纤维                  微球体   CSH
K       38.5      25.7         9      1.5    0.3      25     0      54
L       35.5      23.7         9      1.5    0.3      25     5b    54
M       35.5      23.7         9      1.5    0.3      25     5c    54
干燥成分占总干重的重量百分比。a维持一致的砂浆可加工性所添加的基于 干燥成分总重量的水的百分比。b实施例1的低密度CSH。cMicro-celE 低密度CSH。
         表13
配制剂    凝固时间(小时)
K             35
L             6
M             6
实施例7.低密度纤维水泥对纤维水泥砂浆
     脱模后尺寸稳定度的影响
可压出纤维水泥砂浆使用实施例5相同的成分和方法加以制备。 低密度CSH是用来代替水泥和研磨的硅石，并将水泥和硅石维持在 6∶4的比例。89mm宽25mm厚的板用带有75-mm筒状物的Handlё实 验室压出机压出并且在50℃及80％相对湿度的环境中凝固12小时。 接着将厚板在180℃的饱和蒸气中热压处理8小时。最后将厚板切成 数块并测量每一块的断面积。测量在热压处理后的每一个断面积增加 百分率。结果作为低密度CSH含量的函数列于表13中。
                表14
低密度CSH(wt％)      断面积增加量(％)
0                      ～15-20
1                      8.4
2                      6.5
3                      5
4                      6.5
5                      6
10                     ～2
这些结果显示加速未硬化纤维水泥砂浆的凝固时间对于脱模后的 膨胀有较佳的影响。
实施例8.低密度CSH对于可压出纤维水泥的
        强度-重量比的影响
纤维水泥砂浆使用依据表15，如实施例5的材料(LD-CSH除 外)与方法进行制备。
                               表15
            卜特兰    200目的研 纤维素               低密度
配制剂                                  VEA    DA            水b
            水泥      磨硅石    纤维                  CSHa
N           49.3      32.9      11      1.5    0.3    0      41.8
O           45.6      30.4      11      1.67   0.3    11     62.6
P           42.9      28.6      11      2.2    0.3    15     68.9
Q           39.9      26.85     11      2.25   0.3    20     83.5
R           33.1      22.1      11      3.5    0.3    30     116
S           27.5      18.3      11      3.92   0.3    50     144
干燥成分占总干重的重量百分比。a实施例1的低密度CSH。b制备相等 稠度和可加工性的砂浆所添加的基于干燥成分总重量的水的百分比。
一旦混合且均匀后，将每一种配制剂使用带有75-mm筒状物的 Handlё实验室压出机经过方形铸模压出成10mm厚50mm宽的板。将 每一种配制剂制成的厚板在其离开铸模时与可压出材料切开，凝固12 小时，并在压力锅中以180℃的蒸气固化12小时。固化过后将厚板切 割成试验样本，测量并秤重来计算其干燥密度(D)并接着将其放入 MTS机械试验机中来测试其极限抗拉强度。通过将极限抗拉强度除以 配制剂密度确定强度-重量比。如表15所示，使用低密度CSH的配制 剂可获得比未含低密度CSH的较致密材料更高的强度-重量比。低密 度CSH的含量可加以调整以使特定纤维水泥配制剂达到最大的强度- 重量比：
                     表15
配制剂     密度(g/cm3)   极限应力(MPa)/密度
N             1.28               5.65
O             1.08               7.32 
P             1.00               6.27
Q             0.87               7.01
R             0.66               5.28
S             0.57               2.63
提供上述所说明和描述的实施方案作为本发明某些优选实施方案 的实施例。本领域的普通技术人员可对在此提供的实施方案做各种变 化和修改而不会背离本发明的精神和范围，本发明的范围仅由所附权 利要求所限制。