專利名稱：基于石膏的預(yù)制建筑構(gòu)件、特別是具有改進(jìn)耐火性能的石膏板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含有硬化和干燥的石膏基基底的耐火預(yù)制建筑構(gòu)件。本發(fā)明更具體地涉及平均厚度比較薄比如在優(yōu)選的方向或尺度上有具有1至幾厘米并且具有有限表面質(zhì)量如十幾kg/m2的預(yù)制建筑構(gòu)件。作為優(yōu)選但非限定性例子，涉及到的構(gòu)件可以是在其兩面均覆蓋有增強(qiáng)板比如紙板或無機(jī)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(yù)制建筑構(gòu)件的阻燃能力，此能力可被理解為如下性能之一—在預(yù)先確定的溫度范圍內(nèi)，在曝露在升溫下以后，所述構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性；—所述構(gòu)件的在升溫下的機(jī)械穩(wěn)定性；—所述的構(gòu)件在升溫下的絕熱性；根據(jù)國家不同，對耐火性能制訂出具體的標(biāo)準(zhǔn)。比如在聯(lián)邦德國，對于所謂的GKF板(即其基于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(qiáng)片，比如紙板)，要參照與包括這種板的隔墻或襯里的體系有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)DIN18180(1989年9月版)和標(biāo)準(zhǔn)DIN4102(第IV部分)(1994年3月版)這兩個標(biāo)準(zhǔn)特別要求板的試樣在大約850℃的溫度下經(jīng)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(jìn)行此測試大約1小時，在這樣的條件下確定試樣的內(nèi)聚力和收縮。當(dāng)涉及機(jī)械穩(wěn)定性時，應(yīng)該持續(xù)1/2小時以上；而涉及到尺寸穩(wěn)定性時，收縮應(yīng)該盡可能地小，比如在冷卻狀態(tài)下測定大約為4％。
如今，本申請人進(jìn)一步認(rèn)識到，尚未制造出具有耐火性能的GFB板，即所謂的GKF板。
按照文獻(xiàn)US-C-3,616,173，敘述并提出了一種前面定義的(厚度小并且具備有限表面質(zhì)量)預(yù)制建筑構(gòu)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干物質(zhì)加水拌和進(jìn)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(zhì)、膠體硅石、氧化鋁或這些化合物中至少兩種的混合物的無機(jī)添加劑；這些無機(jī)添加劑含量為大約0.5～20％。
這些板具有有限的耐熱機(jī)械穩(wěn)定性。
按照屬于本申請人的文獻(xiàn)EP 0,409,914，敘述并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(zāi)的能力。按照此文獻(xiàn)，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于結(jié)晶硅石、滑石粉和云母的無機(jī)添加劑。
另外還知道，作為無機(jī)填料的各種結(jié)晶硅石對暴露于火焰的各種硬化石膏基底具有有益的影響。特別是，結(jié)晶硅石如石英在約600℃時具有一個膨脹平臺區(qū)，能夠以某種方式補(bǔ)償嚴(yán)格意義上的石膏的收縮。
這樣，對粉末狀的結(jié)晶硅石(SiO2)特別是可能含有小尺寸顆粒如小于5μm的顆粒在各種工業(yè)生產(chǎn)條件和環(huán)境下進(jìn)行處理顯然是困難和棘手的操作過程。
本發(fā)明的目的是通過限制石膏基底中硅石的含量改善如前面所定義的建筑構(gòu)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(dá)到如今已知的最高水平，即按照前面所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)DIN18180和4102(第IV部分)的GKF板。
按照本發(fā)明，當(dāng)使用含有粘土質(zhì)的無機(jī)添加劑以增強(qiáng)耐火性能時，我們發(fā)現(xiàn)，所述添加劑的無機(jī)硅石的重量含量能夠降低到15％，而不會影響建筑構(gòu)件的耐火性能，其中所述添加劑是在被補(bǔ)充與粘土質(zhì)相容并可分散在硬化石膏基底中的惰性無機(jī)材料的條件下被加入和分布的。
因此，按照本發(fā)明，該無機(jī)添加劑主要含有粘土質(zhì)，其中結(jié)晶硅石的量最多等于所述無機(jī)添加劑重量的大約15％，還含有與粘土質(zhì)相容并可分散在硬化石膏基底中的惰性無機(jī)補(bǔ)充材料。
由于本發(fā)明，在涉及到比如所謂GFB纖維板或貼紙板的石膏板時，無機(jī)添加劑的重量含量是這樣的，即使該無機(jī)添加劑賦予建筑構(gòu)件以與德國標(biāo)準(zhǔn)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(fā)明的解決方案在本質(zhì)上不對至今已知的各種用于制造這些建筑構(gòu)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于石膏的膏狀物，得到石膏板；b)按照造紙類型的工藝過程過濾基于纖維素纖維和石膏的漿液以便得到所述GFB板；c)通過半濕或半干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(fā)明的解決方案還能夠保持此預(yù)制建筑構(gòu)件的使用質(zhì)量如其可使用螺釘?shù)男阅?，即能夠承受固定螺釘?shù)陌惭b而不會破壞基底的內(nèi)聚力的能力。
本發(fā)明還包括如下次要特征—惰性無機(jī)補(bǔ)充材料優(yōu)選是白云石；—粘土質(zhì)包括伊利石和/或高嶺土；—與可水合硫酸鈣相容的無機(jī)纖維比如玻璃纖維分散在硬化石膏基底內(nèi)，其干物質(zhì)的重量含量低于1％；—分散在石膏基基底中的無機(jī)添加劑的粒度分布是這樣的，其中尺寸小于或等于63μm的顆粒占所述無機(jī)添加劑重量的至少85％；—該無機(jī)添加劑以基本上相等的重量含量包括了含硅石在內(nèi)的粘土質(zhì)和惰性補(bǔ)充無機(jī)物；—該無機(jī)添加劑占加入的干物質(zhì)的重量含量至少等于5％，優(yōu)選至少等于10％；—該建筑構(gòu)件能夠按照造紙類GFB纖維板的制造方法、各種半濕或半干壓制類的方法、以及通過在兩片紙板(或無機(jī)纖維襯墊，比如玻璃襯墊)之間澆注石膏的膏狀物制造石膏板的各種方法制造。
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(jī)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(gòu)石膏比如硫石膏而得到。
“纖維素纖維”一詞指的是一類基于天然纖維素、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(yōu)選是一般進(jìn)入到紙張和紙板組成中的纖維。
“無機(jī)纖維”一詞指的是無機(jī)纖維如玻璃纖維。還可以使用硅鋁酸鹽無機(jī)陶瓷纖維如用于烘箱絕緣的纖維。
按照表1分別敘述了符合本發(fā)明無機(jī)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(shí)施例1.1和1.2被使用的物質(zhì)。
表1
按照本發(fā)明，該無機(jī)添加劑的特征還在于具備如下化學(xué)組成—硅石的重量含量為30～50％，優(yōu)選35～45％；—CaO的重量含量為20～35％，優(yōu)選20～30％；
—MgO的重量含量為10～25％，優(yōu)選10～20％。
實(shí)施例1/1借助造紙方法通過壓濾由開始時加入的大量水制造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制造板材■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，然后用型號為Turbotest207370的Rayneri混合器以速度6打漿20分鐘，然后以速度10打漿25分鐘來制備紙漿；■在型號為N-50G的Hobart設(shè)備的缽中稱量一定量紙漿；■在紙漿中加入一定量VétrotexE51822型玻璃纖維；■在另一個容器中稱量一定量由煙道氣脫硫后得到的生石膏經(jīng)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，并借助于適當(dāng)?shù)臋C(jī)械混合一定量通式(X)的無機(jī)添加劑。
■在Hobart設(shè)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(jù)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淀如此得到的膏狀物；■在壓機(jī)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(shè)備相同的過濾粗布排出水；■脫模；■在環(huán)境溫度下保存，直至完成硫酸鈣的水合過程為止；■按照適當(dāng)?shù)臏囟惹€進(jìn)行干燥，對硬化石膏不進(jìn)行燒結(jié)。
對于7次試驗(yàn)，下面的表2匯總了厚度大約是12.5mm、在尺寸為25.5×25.5cm2的模具中采用此操作程序制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(biāo)準(zhǔn)DIN18180和DIN4102的條件下測定的。
對于以％表示的試樣的收縮率是在冷卻狀態(tài)下同樣地進(jìn)行上述測定。
表2
除非另有規(guī)定，所有的百分比都是相對于加入的干物質(zhì)總重量的重量百分比最后一個試驗(yàn)7是對照組試驗(yàn)在沒有無機(jī)添加劑和玻璃纖維的條件下制造該板。在沒有本發(fā)明的無機(jī)添加劑時，試樣的收縮率是很大的。
第5個試驗(yàn)相當(dāng)于在沒有無機(jī)添加劑但有玻璃纖維存在的條件下制造的板，這些玻璃纖維不能夠降低試樣的收縮率。
使用無機(jī)添加劑進(jìn)行的其它試驗(yàn)顯示即使在沒有加入玻璃纖維時(參見第6個試驗(yàn))收縮率仍然明顯地降低。
1/2按照半濕或半干的方法通過壓制制造GFB型纖維板如下制造板材■通過采用帶有2mm篩子的PMKS460/8型號Pallman設(shè)備粉碎新聞紙制備紙屑；■稱量一定量紙屑并且將其放入型號為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(chǎn)生的二水合物經(jīng)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(jī)添加劑，并借助適當(dāng)?shù)臋C(jī)械進(jìn)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VétrotexE51822；■在M2OG·RE型Lodige混合器中加入含有纖維(屑)的上述混合物并混合30分鐘；■根據(jù)板的所需尺寸，在尺寸為25.5×25.5cm2或60×40cm2的模具中沉淀最終混合物，并澆撒大約相同量的水(水/固體比等于大約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，排出通過位于過濾器下面的與工業(yè)設(shè)備中所用的相同的排水布排除過剩的水和空氣；■脫模；■在環(huán)境溫度下保存直至完成硫酸鈣的水合過程為止；
■按照適當(dāng)?shù)臏囟惹€進(jìn)行干燥以分離水分，對硬化石膏不進(jìn)行燒結(jié)。
對于兩個試驗(yàn)，下面的表3匯總了厚度約為12.5mm板的特征，該板是用此操作程序在尺寸為25.5×25.5cm2的模具中在與標(biāo)準(zhǔn)DIN18180和DIN4102中所述相同的測試條件下制造。
表3
上面的表3顯示出，當(dāng)不用本發(fā)明的無機(jī)添加劑制備試樣時，試樣在30分鐘后斷裂，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(jìn)行在試驗(yàn)室和工業(yè)生產(chǎn)線得到的試樣的對比試驗(yàn)表4定義了不同的試驗(yàn)，在傳統(tǒng)的無機(jī)填料和本發(fā)明的無機(jī)添加劑之間進(jìn)行對比。在此表中—“石英C400”表示Sifraco公司銷售的細(xì)結(jié)晶硅石；—“高嶺土K13”表示SIKA公司銷售的精制高嶺上硅酸鹽；—L’hoist公司的粒度大于200μm的白云石。
“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，具有如下特征—紙板厚度大約0.3mm；—板的表面質(zhì)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(yàn)1和2是對照組試驗(yàn)。
我們看到，與本發(fā)明無機(jī)添加劑不同的無機(jī)物的各種加入量均能夠改善火焰收縮率。但用本發(fā)明的無機(jī)添加劑得到了更好的結(jié)果，而且能夠得到所謂GKF板的耐火性能。
白云石自身，特別是參見6號試驗(yàn)并未對收縮率產(chǎn)生非常有利的影響。
2/2按照所謂GKF板的標(biāo)準(zhǔn)，對在工業(yè)生產(chǎn)線上制造的和含有本發(fā)明無機(jī)添加劑和玻璃纖維的帶紙板石膏板試樣的耐火對比試驗(yàn)表5
(1)在970℃和0.16kg/cm2的拉力下經(jīng)過灼燒度試驗(yàn)60分鐘后的縱向收縮率；(2)在970℃和0.16kg/cm2的拉力下經(jīng)過灼燒度試驗(yàn)30分鐘后的橫向收縮率；(3)在1020℃和0.16kg/cm2的拉力下經(jīng)過灼燒度試驗(yàn)60分鐘后的縱向收縮率；(4)在1020℃和0.16kg/cm2的拉力下經(jīng)過灼燒度試驗(yàn)30分鐘后的橫向收縮率。
我們看到，用本發(fā)明無機(jī)添加劑制備的試樣的收縮率很小，即低于4％。
權(quán)利要求
1.一種平均厚度比較薄、包括基于硬化石膏的基底的耐火預(yù)制建筑構(gòu)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(zhì)的分散型無機(jī)添加劑的干物質(zhì)水合而得到，其特征在于，該無機(jī)添加劑主要包括其中結(jié)晶硅石含量最多等于所述無機(jī)添加劑重量的大約15％的粘土質(zhì)和與粘土質(zhì)相容并能夠分散在硬化石膏基底中的惰性補(bǔ)充無機(jī)物。
2.權(quán)利要求1的構(gòu)件，其特征在于所述無機(jī)添加劑的重量含量使其賦予所述建筑構(gòu)件以和德國標(biāo)準(zhǔn)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(quán)利要求1的構(gòu)件，其特征在于所述惰性補(bǔ)充無機(jī)物是白云石。
4.權(quán)利要求1的構(gòu)件，其特征在于所述粘土質(zhì)包括伊利石和/或高嶺土。
5.權(quán)利要求1的構(gòu)件，其特征在于所述硬化石膏板的兩個表面中的每一個都被覆蓋無機(jī)纖維如玻璃纖維襯墊。
6.權(quán)利要求1的構(gòu)件，其特征在于與可水合硫酸鈣相容的無機(jī)纖維如玻璃纖維分散在硬化石膏基底中，其干物質(zhì)的重量含量低于1％。
7.權(quán)利要求1的構(gòu)件，其特征在于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(quán)利要求1的構(gòu)件，其特征在于所述無機(jī)添加劑分散在基于硬化石膏的基底中，其粒度分布是尺寸小于或等于63μm的顆粒占所述無機(jī)添加劑重量的至少85％。
9.權(quán)利要求1的構(gòu)件，其特征在于所述無機(jī)添加劑含有重量含量基本上相等的包括硅石的粘土質(zhì)和惰性補(bǔ)充無機(jī)物。
10.權(quán)利要求1的構(gòu)件，其特征在于所述無機(jī)添加劑中被加入的干物質(zhì)的重量含量為至少5％，優(yōu)選至少10％。
11.權(quán)利要求1～10中任一項(xiàng)的建筑構(gòu)件，其特征在于它能夠按照選自各種造紙類GFB纖維板的制造方法、各種半濕或半干壓制類的方法和各種通過在兩片紙板或無機(jī)纖維襯墊之間澆注石膏膏狀物制造石膏板方法的方法獲得。
12.含有粘土質(zhì)的分散型無機(jī)添加劑，其特征在于該粉末狀無機(jī)添加劑主要含有其中結(jié)晶硅石含量最多等于所述無機(jī)添加劑重量的大約15％的粘土質(zhì)和例如基于白云石的可與粘土質(zhì)相容并可分散在硬化石膏的整個基底中的惰性補(bǔ)充無機(jī)物。
13.權(quán)利要求12的添加劑在制造含有基于石膏的基底的建筑構(gòu)件方面的應(yīng)用。
全文摘要
一種平均厚度比較薄、包括基于硬化石膏基底的耐火預(yù)制建筑構(gòu)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(zhì)的分散型無機(jī)添加劑的干物質(zhì)水合而得到,其特征在于,該無機(jī)添加劑主要包括其中結(jié)晶硅石含量最多等于所述無機(jī)添加劑重量的大約15%的粘土質(zhì)和與粘土質(zhì)相容并能夠分散在硬化石膏基底中的惰性補(bǔ)充無機(jī)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(yōu)先權(quán)日1999年2月12日
發(fā)明者C·勒克萊克 申請人:拉法格石膏公司