КАРБОНИЗАЦИЯ ФИБРОЦЕМЕНТНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2022 года по МПК C04B28/02 C04B28/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к фиброцементным изделиям и их получению и, в частности, к карбонизации фиброцементных изделий для уменьшения или полного исключения образования высолов на фиброцементе.

Предпосылки изобретения

Фиброцементные изделия, в частности листы или панели, хорошо известны из уровня техники. Они, как правило, содержат цемент, наполнители, волокна, такие как обработанные волокна в случае применения способа Гатчека, например, целлюлозные волокна, армирующие волокна, например волокна на основе поливинилового спирта (PVA), целлюлозные волокна, полипропиленовые (PP) волокна и т.п., и добавки. В случае отверждения фиброцементных изделий на воздухе также можно использовать такие наполнители, как известняк. Если фиброцементное изделие отверждают в автоклаве, то добавляют источник силиката, например песок.

Полученные в результате изделия хорошо известны как временные или долговременные строительные материалы, например, для покрытия или обеспечения стен или крыши, например, в виде кровельной плитки или фасадной плиты и т.п.

Фиброцементные изделия хорошо известны и широко используются в качестве наружных строительных материалов, например, в качестве кровельных и/или сайдинговых материалов.

Фиброцементные изделия, подвергающиеся воздействию внешней среды, часто подвержены тому, что обычно называют «высолами». Высолы являются природным явлением при использовании изделий на основе цемента, подверженных воздействию внешней или влажной среды, и в целом определяются как образование солевых отложений, обычно белого цвета, возникающих на поверхности или вблизи поверхности пористого материала, такого как фиброцемент. При соответствующих условиях окружающей среды, таких как влажность, соли, обычно содержащиеся в отвержденном фиброцементном материале, могут перемещаться к поверхности фиброцементного изделия, где белое пятно становится видимым.

Любой тип цемента подвержен высолам, однако основным источником высолов является прореагировавший портландцемент.

Это явление не снижает и не влияет на механические свойства фиброцементного изделия, но рассматривается как визуальный дефект. Может пройти долгий период, например месяцы, прежде чем данное явление высолов станет видимым.

Ранние высолы можно удалить кистью и водой. Их также можно удалить вручную с помощью мягкого моющего средства и щетки с жесткой щетиной. Однако в случае сильных отложений можно применять разбавленную хлористоводородную кислоту или вместо разбавленной хлористоводородной кислоты в качестве альтернативы применять сульфат цинка, серную кислоту, уксусную кислоту, лимонную кислоту, гликолевую кислоту, муравьиную кислоту или пищевую соду.

Обычно для очистки высолов люди также используют пескоструйную обработку. Однако, к сожалению, в данном способе из-за абразивного воздействия поверхность разрушается и пористость поверхности увеличивается. Если поверхность не будет должным образом герметизирована гидроизоляционным материалом, то пористый цемент будет впитывать воду (влагу) и, таким образом, высолы появятся снова.

Чтобы снизить риск образования высолов фиброцементное изделие может быть снабжено гидрофобным герметиком, обеспечивающим более гидрофобную поверхность изделия. Соответственно, проникновение воды, которое, по-видимому, необходимо для перемещения солей к поверхности, может быть уменьшено.

Проблема высолов может быть никогда не устранена. Тем не менее, их можно контролировать и сдерживать, и можно принимать меры, чтобы существенно снизить вероятность их возникновения.

Следовательно, желательно найти альтернативный способ, чтобы существенно снизить вероятность появления высолов.

Суть изобретения

Целью настоящего изобретения является обеспечение более эффективного способа ограничения или предотвращения распространения высолов на фиброцементных изделиях, подвергнутых воздействию внешней или влажной среды, без вредного воздействия на другие свойства указанных изделий, в частности механические свойства и внешний вид изделия.

В связи с этим авторы настоящего изобретения разработали новый способ получения и/или обработки фиброцементных изделий. Полученные фиброцементные изделия демонстрируют значительно меньшее количество высолов. С помощью способа по настоящему изобретению можно исключить все известные способы уменьшения или предотвращения высолов: применение гидрофобизирующих добавок в фиброцементном растворе, применение гидрофобизирующего покрытия или средства на поверхности отвержденного фиброцемента или обеспечение полупрозрачного или прозрачного покрытия.

В первом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ получения фиброцементного изделия, при этом способ включает стадии:

(a) получения неотвержденного фиброцементного изделия,

(b) отверждения неотвержденного фиброцементного изделия стандартным способом, таким как путем отверждения на воздухе или гидротермического отверждения (также называемого «автоклавированием»),

(c) необязательно абразивно-струйной обработки по меньшей мере части поверхности отвержденного фиброцементного изделия,

(d) обработки отвержденного фиброцементного изделия с помощью CO₂ (так называемая «карбонизация») с концентрацией от 0,01 до 100% при температуре от 5 до 90°C, относительной влажности от 30 до 99% в течение периода от 1 минуты до 48 часов.

Путем подвергания отвержденного фиброцементного изделия карбонизации при вышеуказанных условиях образование высолов на полученных фиброцементных изделиях ограничивается или даже исключается.

В отличие от процессов карбонизации из уровня техники стадия карбонизации в способе по настоящему изобретению осуществляется в отношении отвержденных фиброцементных изделий, тогда как в способах из уровня техники процесс карбонизации осуществляется до отверждения и/или способствует отверждению указанных изделий.

BR 102015000055-3 относится к ускоренной гидратации фиброцемента в присутствии избытка CO₂ при атмосферном давлении для улучшения механической устойчивости, устойчивости к погодным условиям, стабильности размеров, износоустойчивости, пористости и поглощения воды. Нет никаких упоминаний о возможном влиянии на высолы. Карбонизация используется для обеспечения полного отверждения изделий из волокна и применяется сразу после формования или в течение первых часов отверждения.

Во втором аспекте настоящее изобретение обеспечивает фиброцементные изделия, полученные с помощью указанного способа.

В третьем аспекте настоящее изобретение обеспечивает применение вышеуказанной обработки с помощью CO₂ для ограничения или предотвращения появления высолов на внешней поверхности фиброцементных изделий, подвергнутых воздействию влажной среды.

В четвертом аспекте настоящее изобретение обеспечивает применение полученных фиброцементных изделий в качестве покрытия строительной конструкции, например, для обеспечения стен или крыши.

В независимых и зависимых пунктах формулы изобретения изложены конкретные и предпочтительные признаки настоящего изобретения. Признаки в зависимых пунктах формулы изобретения могут быть объединены с признаками в независимых пунктах или в других зависимых пунктах формулы изобретения и/или с признаками, изложенными в описании выше и/или ниже, в соответствующих случаях.

Вышеуказанные и другие характеристики, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из следующего подробного описания, рассматриваемого в сочетании с прилагаемыми графическими материалами, в которых принципы настоящего изобретения показаны в качестве примера. Это описание представлено только в качестве примера, без ограничения объема настоящего изобретения.

В независимых и зависимых пунктах формулы изобретения изложены конкретные и предпочтительные признаки настоящего изобретения. Признаки в зависимых пунктах формулы изобретения могут быть объединены с признаками в независимых пунктах или в других зависимых пунктах формулы изобретения и/или с признаками, изложенными в описании выше и/или ниже, в соответствующих случаях.

Вышеуказанные и другие характеристики, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из следующего подробного описания, рассматриваемого в сочетании с прилагаемыми графическими материалами, в которых принципы настоящего изобретения показаны в качестве примера. Это описание представлено только в качестве примера, без ограничения объема настоящего изобретения. Описанные ниже фигуры, на которые делается ссылка, относятся к прилагаемым графическим материалам.

Краткое описание графических материалов

На фигуре 1 показан график ударной вязкости по Шарпи (в относительных процентах по сравнению с образцом 1) фиброцементных образцов 1-8, полученных из композиций, представленных в таблице 1. Ударную вязкость по Шарпи измеряли через 29 дней после изготовления и отверждения на воздухе (образцы 1-6 и 8) или отверждения в автоклаве (образец 7).

На фигуре 2 представлена прочность на изгиб (модуль разрыва; в относительных процентах по сравнению с образцом 1) фиброцементных образцов 1-8, полученных из композиций, представленных в таблице 1. Модуль разрыва измеряли через 29 дней после изготовления и отверждения на воздухе (образцы 1-6 и 8) или отверждения в автоклаве (образец 7) с помощью устройства UTS/INSTRON (тип 3345; усилие = 5000 Н).

На фигуре 3 представлена прочность на изгиб (модуль разрыва; в относительных процентах по сравнению с образцом 9) фиброцементных образцов 9-11, полученных из композиций, представленных в таблице 4. Модуль разрыва измеряли через 29 дней после изготовления и отверждения на воздухе с помощью устройства UTS/INSTRON (тип 3345; усилие = 5000 Н).

На фигурах 4, 5 и 11 показаны фиброцементные изделия для настила согласно настоящему изобретению, которые изготовили путем добавления одного или более пигментов на сито листоформовочной машины Гатчека в ходе получения одной или более верхних фиброцементных пленок. Как можно понять из изображений на фигурах 4, 5 и 11, это обеспечивает узор неоднородного, подобного мраморному цвета.

На фигурах 6-10 показаны фиброцементные изделия для настила с тисненым декоративным узором на поверхности согласно настоящему изобретению.

На фигуре 12 показаны фиброцементные изделия для настила с декоративным узором на поверхности, полученным абразивно-струйной обработкой, согласно настоящему изобретению.

На фигуре 13 показаны фиброцементные изделия для настила с гравированным декоративным узором на поверхности согласно настоящему изобретению.

На фигуре 14 показано предварительно карбонизированное фиброцементное изделие (слева) в соответствии с процедурой, описанной в примере 5, и фиброцементное изделие, предварительно не карбонизированное (справа; эталон), не подвергнутое процедуре, описанной в примере 5.

На фигуре 15 показаны те же предварительно карбонизированное фиброцементное изделие и фиброцементное изделие, предварительно не карбонизированное, которые показаны на фигуре 14, после выдерживания в течение 3000 ч. в приборе Weather-Ometer, что соответствует приблизительно 10 годам природного внешнего воздействия.

Одни и те же ссылочные позиции относятся к одним и тем же, подобным или аналогичным элементам на разных фигурах.

Описание иллюстративных вариантов осуществления

Настоящее изобретение будет описано в отношении конкретных вариантов осуществления.

Необходимо отметить, что термин «содержащий», используемый в формуле изобретения, не следует интерпретировать как ограничиваемый средствами, перечисленными далее; он не исключает других элементов или этапов. Таким образом, его необходимо интерпретировать как определяющий наличие указанных признаков, этапов или компонентов, на которые делается ссылка, и в то же время не исключающий наличие или добавление одного или более других признаков, этапов или компонентов или их групп. Таким образом, объем выражения «устройство, содержащее средства A и B» не следует ограничивать устройствами, состоящими исключительно из компонентов A и B. Оно означает, что согласно настоящему изобретению единственными значимыми компонентами устройства являются A и B.

По всему данному описанию делается ссылка на «один вариант осуществления» или «вариант осуществления». Такие ссылки показывают, что конкретный признак, описанный в отношении варианта осуществления, включен в по меньшей мере один вариант осуществления настоящего изобретения. Таким образом, появление в различных местах по всему данному описанию фраз «в одном варианте осуществления» или «в варианте осуществления» не обязательно означает один и тот же вариант осуществления, однако может это означать. Кроме того, конкретные признаки или характеристики могут быть объединены любым подходящим образом в одном или более вариантах осуществления, как будет очевидно специалисту в данной области техники.

Следующие термины используются исключительно для того, чтобы способствовать пониманию настоящего изобретения.

В контексте данного документа формы единственного числа означают как единственное число, так и множественное число, если только из контекста явно не следует иное.

Слова «содержащий», «содержит» и «состоящий из», используемые в данном документе, являются синонимами словам «включающий», «включает» или «вмещающий», «вмещает» и являются охватывающими или ничем не ограниченными, а также не исключают дополнительных, неуказанных частей, элементов или этапов способа.

Указание диапазонов числовых значений с использованием предельных значений означает все числа и дробные числа, входящие в соответствующие диапазоны, в том числе указанные предельные значения.

Подразумевается, что термин «приблизительно», используемый в данном документе, в случае ссылки на измеряемые значения, такие как параметр, количество, продолжительность во времени и т.д., охватывает отклонения +/-10% или менее, предпочтительно +/-5% или менее, более предпочтительно +/-1% или меньше и еще более предпочтительно +/-0,1% или меньше некоторой заданной величины и до нее в таком объеме, что такие отклонения являются целесообразными для осуществления в раскрытом изобретении. Следует понимать, что само по себе значение, к которому относится наречие «приблизительно», также специально и по возможности раскрывается.

Термины «раствор (фибро)цемента» или «(фибро)цементный раствор», упоминаемые в данном документе, как правило, относятся к растворам, содержащим по меньшей мере воду, волокна и цемент. Фиброцементный раствор в контексте настоящего изобретения также может дополнительно содержать другие компоненты, такие как, но без ограничения, известняк, мел, негашеная известь, гашеная или гидратированная известь, измельченный песок, порошкообразный кварцевый песок, кварцевая мука, аморфный диоксид кремния, уплотненный тонкодисперсный кремнеземный порошок, микрокремнезем, метакаолин, волластонит, слюда, перлит, вермикулит, гидроксид алюминия, пигменты, противовспенивающие средства, флокулянты и другие добавки.

«Волокно(волокна)», присутствующее(присутствующие) в фиброцементном растворе, описанном в данном документе, может(могут) относиться, например, к обработанным волокнам и/или армирующим волокнам, при этом как те, так и другие могут быть органическими волокнами (как правило, целлюлозными волокнами) или синтетическими волокнами (на основе поливинилового спирта, полиакрилонитрила, полипропилена, полиамида, сложного полиэфира, поликарбоната и т.д.).

«Цемент», присутствующий в фиброцементном растворе, описанном в данном документе, может представлять собой, например, но без ограничения, портландцемент, цемент с высоким содержанием оксида алюминия, железистый портландцемент, пуццолановый цемент, шлаковый цемент, штукатурный цемент, силикаты кальция, образованные обработкой в автоклаве, и комбинации отдельных связующих веществ. В более конкретных вариантах осуществления цементом в изделиях согласно настоящему изобретению является портландцемент.

В контексте данного документа под термином «(фиброцементный) лист», также называемым панелью или плитой, следует понимать плоский, обычно прямоугольный элемент, при этом фиброцементная панель или фиброцементный лист изготовлены из фиброцементного материала. Панель или лист имеют две главные стороны, или поверхности, являющиеся поверхностями с самой большой площадью поверхности. Лист, например в виде фасадной плиты, сайдинга и т.д., может быть использован для обеспечения внешней поверхности стен, как внутренних, так и наружных, зданий или конструкций.

Ниже настоящее изобретение будет подробно объяснено со ссылкой на различные варианты осуществления. Следует понимать, что каждый вариант осуществления представлен в виде примера и никоим образом не ограничивает объем изобретения. В этом отношении специалисту в данной области техники будет понятно, что без отклонения от объема или сути изобретения в настоящее изобретение могут быть внесены различные модификации и изменения. Например, признаки, показанные или описанные как часть одного варианта осуществления, могут быть использованы в другом варианте осуществления с получением еще одного варианта осуществления. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение охватывает такие модификации и изменения, которые входят в объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.

В контексте настоящего изобретения под фиброцементными изделиями следует понимать цементные изделия, содержащие цемент и синтетические (и необязательно натуральные) волокна. Фиброцементные изделия изготавливают из фиброцементного раствора, из которого формируют так называемое «сырое» фиброцементное изделие, которое затем отверждают.

Отчасти в зависимости от используемого способа отверждения фиброцементный раствор, как правило, содержит воду, обработанные или армирующие волокна, которые представляют собой синтетические органические волокна (и необязательно также натуральные органические волокна, например целлюлозные), цемент (например, портландцемент), известняк, мел, негашеную известь, гашеную или гидратированную известь, измельченный песок, порошкообразный кварцевый песок, кварцевую муку, аморфный диоксид кремния, уплотненный тонкодисперсный кремнеземный порошок, микрокремнезем, каолин, метакаолин, волластонит, слюду, перлит, вермикулит, гидроксид алюминия (ATH), пигменты, противовспенивающие средства, флокулянты и/или другие добавки. В некоторых случаях добавляют окрашивающие добавочные вещества (например, пигменты) для получения фиброцементного продукта, который представляет собой так называемую окрашенную массу.

В конкретных вариантах осуществления фиброцементные изделия согласно изобретению характеризуются толщиной в диапазоне от приблизительно 4 мм до приблизительно 200 мм, в частности от приблизительно 6 мм до приблизительно 200 мм, более конкретно от приблизительно 8 мм до приблизительно 200 мм, наиболее конкретно от приблизительно 10 мм до приблизительно 200 мм.

Фиброцементные изделия, упоминаемые в данном документе, включают изделия для кровельного или стенного покрытия, изготовленные из фиброцемента, например фиброцементный сайдинг, фиброцементные плиты, плоские фиброцементные листы, гофрированные фиброцементные листы и т.п. Согласно конкретным вариантам осуществления фиброцементные изделия согласно настоящему изобретению могут быть элементами для крыши или фасада, плоскими листами или гофрированными листами.

Фиброцементные изделия согласно настоящему изобретению, как правило, содержат от приблизительно 0,1 до приблизительно 8 вес. % волокон, например конкретнее от приблизительно 0,5 до приблизительно 4 вес. % волокон, например более конкретно от приблизительно 1 до 3 вес. % волокон в пересчете на общий вес фиброцементного изделия.

Согласно конкретным вариантам осуществления фиброцементные изделия согласно изобретению характеризуются тем, что они содержат волокна, выбранные из группы, состоящей из целлюлозных волокон или других неорганических или органических армирующих волокон, в количестве от приблизительно 0,1 до приблизительно 5 вес. %. В конкретных вариантах осуществления органические волокна выбраны из группы, состоящей из полипропиленовых волокон, волокон на основе поливинилового спирта и полиакрилонитрила, полиэтиленовых, целлюлозных волокон (например, из древесной или крафт-целлюлозы из однолетних растений), полиамидных волокон, полиэфирных волокон, арамидных волокон и углеродных волокон. В конкретных дополнительных вариантах осуществления неорганические волокна выбраны из группы, состоящей из стекловолокон, волокон из базальтовой ваты, волокон шлаковой ваты, волокон из волластонита, керамических волокон и т.п. В дополнительных конкретных вариантах осуществления фиброцементные изделия согласно настоящему изобретению могут содержать волокнистые связующие для элементарных волокон, такие как, например, но без ограничения, полиолефиновые волокнистые связующие для элементарных волокон с вес. % от приблизительно 0,1 до 3, например, «синтетическую древесную массу».

Согласно некоторым конкретным вариантам осуществления фиброцементные изделия согласно настоящему изобретению содержат 20-95 вес. % цемента в качестве гидравлического связующего вещества.

Цемент в изделиях согласно настоящему изобретению выбран из группы, состоящей из портландцемента, цемента с высоким содержанием оксида алюминия, железистого портландцемента, пуццоланового цемента, шлакового цемента, штукатурного цемента, силикатов кальция, полученных путем обработки в автоклаве, и комбинаций отдельных связующих веществ. В более конкретных вариантах осуществления цементом в изделиях согласно настоящему изобретению является портландцемент.

Согласно конкретным вариантам осуществления фиброцементные изделия согласно настоящему изобретению необязательно содержат дополнительные компоненты. Данные дополнительные компоненты в фиброцементных изделиях согласно настоящему изобретению могут быть выбраны из группы, состоящей из воды, песка, порошкообразного кварцевого песка, концентрированного тонкого кремнеземного порошка, микрокремнезема, зольной пыли, аморфного диоксида кремния, кварцевой муки, измельченной породы, видов глины, пигментов, каолина, метакаолина, доменного шлака, карбонатов, пуццолан, гидроксида алюминия, волластонита, слюды, перлита, карбоната кальция и других добавок (например, окрашивающих добавок) и т.д. Следует понимать, что каждый из этих компонентов присутствует в соответствующем количестве, которое зависит от вида конкретного фиброцементного изделия и может быть определено специалистом в данной области техники. В конкретных вариантах осуществления общее количество таких дополнительных компонентов составляет предпочтительно менее 70 вес. % в пересчете на общий первоначальный сухой вес композиции.

Другие добавки, которые могут присутствовать в фиброцементных изделиях согласно настоящему изобретению, могут быть выбраны из группы, состоящей из диспергирующих средств, пластификаторов, противовспенивающих средств и флокулянтов. Общее количество добавок предпочтительно составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 1 вес. % в пересчете на первоначальный общий сухой вес композиции.

В первом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ получения фиброцементного изделия, при этом способ включает стадии:

(a) получения неотвержденного фиброцементного изделия,

(b) отверждения неотвержденного фиброцементного изделия,

(c) необязательно абразивно-струйной обработки по меньшей мере части поверхности отвержденного фиброцементного изделия,

(d) обработки отвержденного фиброцементного изделия с помощью CO₂ с концентрацией от 0,01 до 100% при температуре от 5 до 90°C, относительной влажности от 30 до 99% в течение периода от 1 минуты до 48 часов.

Первая стадия в способе по настоящему изобретению заключается в получении неотвержденного фиброцементного изделия, которое может быть выполнено в соответствии с любым способом, известным из уровня техники для получения строительных изделий.

В случае фиброцементной подложки фиброцементный раствор сначала может быть получен из одного или более источников по меньшей мере цемента, воды и волокон. В некоторых конкретных вариантах осуществления такие один или более источников по меньшей мере цемента, воды и волокон функционально соединены со смешивающим устройством непрерывного действия, выполненным с возможностью получения цементирующего фиброцементного раствора. В конкретных вариантах осуществления, в случае применения целлюлозных волокон или эквивалента волокон из макулатуры, применяют по меньшей мере приблизительно 3%, например приблизительно 4%, от общей массы раствора этих целлюлозных волокон. В других конкретных вариантах осуществления, в случае применения исключительно целлюлозных волокон, применяют от приблизительно 4% до приблизительно 12%, например, более конкретно от приблизительно 7% до приблизительно 10%, от общей массы раствора этих целлюлозных волокон. Если целлюлозные волокна заменены короткими минеральными волокнами, такими как минеральная шерсть, предпочтительнее заменить их в соотношении от 1,5 до 3 раз по весу для того, чтобы сохранить приблизительно то же содержание на единицу объема. В длинных и отрезанных волокнах, таких как пучки стекловолокна или синтетические высокомодульные волокна, такие как полипропиленовые, поливинилацетатные, поликарбонатные или акрилонитриловые волокна, соотношение может быть ниже, чем соотношение заменяемых целлюлозных волокон. Степень помола волокон (измеряемая в градусах Шоппер-Риглера) является в принципе не критичной для способов по настоящему изобретению. В других конкретных вариантах осуществления было обнаружено, что диапазон от приблизительно 15 градусов Шоппер-Риглера до приблизительно 45 градусов Шоппер-Риглера может быть особенно предпочтительным для способов согласно изобретению.

После получения фиброцементного раствора можно осуществлять изготовление цементных изделий, армированных волокнами, согласно любой известной процедуре. Способ, применяемый наиболее широко для изготовления фиброцементных изделий, представляет собой способ Гатчека, который выполняют с использованием модифицированной круглосеточной бумагоделательной машины. Другие способы изготовления включают способ Маньяни, впрыскивание, экструзию, атмосферную сушку (технология Flow-on) и другие. В конкретных вариантах осуществления фиброцементные изделия согласно настоящему изобретению получают с применением способа Гатчека. «Сырое», или неотвержденное, фиброцементное изделие необязательно затем сжимают, обычно под давлением в диапазоне от приблизительно 22 до приблизительно 30 МПа, с получением необходимой плотности.

Полученные фиброцементные изделия последовательно отверждают в соответствии со стандартными способами, известными из уровня техники. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения фиброцементные изделия отверждают до такой степени, чтобы обеспечить фиброцементному изделию требуемые физико-механические свойства.

Можно обеспечить отверждение фиброцементных изделий в течение некоторого времени в среде, в которой они образованы, или в качестве альтернативы их можно подвергать тепловому отверждению (при атмосферном давлении или путем автоклавирования).

В дополнительных конкретных вариантах осуществления «сырое» фиброцементное изделие отверждают, как правило, путем отверждения на воздухе при атмосферном давлении (отвержденные на воздухе фиброцементные изделия) или под давлением в присутствии пара и при повышенной температуре (отвержденные в автоклаве). Для отвержденных в автоклаве изделий, как правило, добавляют кварцевый песок в исходный фиброцементный раствор. Автоклавное отверждение в основном обуславливает наличие, среди прочего, тоберморита со значением 11,3 Å (ангстрем) в фиброцементном изделии.

В еще одних конкретных вариантах осуществления «сырое» фиброцементное изделие можно сначала предварительно отверждать на воздухе, после чего предварительно отвержденное изделие дополнительно отверждают на воздухе, пока оно не приобретет свою окончательную прочность, или отверждают в автоклаве с использованием давления и пара, чтобы придать изделию его конечные свойства.

В случае, если фиброцементные изделия по настоящему изобретению полностью отверждаются на воздухе, как правило, стадия (b) включает обеспечение отверждения изделий на воздухе в течение периода времени, составляющего по меньшей мере 7 дней, предпочтительно по меньшей мере 14 дней, наиболее предпочтительно по меньшей мере один месяц.

В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения способ может дополнительно включать после стадии отверждения стадию (по меньшей мере частичного) высушивания полученных фиброцементных изделий. После отверждения фиброцементное изделие, представляющее собой панель, лист или плиту, может по-прежнему содержать значительное количество воды, присутствующей в виде влаги. Оно может составлять до 10 или даже до 15 вес. % в пересчете на вес сухого изделия. Вес сухого изделия определяют как вес изделия, когда изделие подвергается высушиванию при температуре 105°C в печи с вентиляцией, пока не получают постоянный вес.

Такое высушивание осуществляют предпочтительно путем высушивания на воздухе и прекращают, когда весовой процент влаги фиброцементного изделия становится меньшим или равным 8 вес. %, даже меньшим или равным 6 вес. % в пересчете на вес сухого изделия и наиболее предпочтительно находится в диапазоне от 4 вес. % до 6 вес. % включительно.

На следующей стадии по меньшей мере часть поверхности отвержденного фиброцементного изделия необязательно подвергают абразивно-струйной обработке. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления фиброцементные изделия по настоящему изобретению подвергают абразивно-струйной обработке перед обработкой изделия с помощью CO₂.

Абразивно-струйная обработка в контексте настоящего изобретения заключается в истирании поверхности за счет целенаправленного столкновения перемещаемого под высоким давлением потока абразивного материала или потока абразивных частиц с обрабатываемой поверхностью. Такие абразивные частицы могут быть минеральными частицами (например, но без ограничения, песком, гранатом, сульфатом магния, кизеритом и т.п.), натуральными или органическими частицами (например, но без ограничения, дробленой ореховой скорлупой, плодовыми косточками и т.п.), синтетическими частицами (например, но без ограничения, кукурузным крахмалом или пшеничным крахмалом и т.п., бикарбонатом натрия, сухим льдом и т.п., медным шлаком, никелевым шлаком или угольным шлаком, оксидом алюминия, или корундом, карбидом кремния, или карборундом, стеклянными гранулами, керамической дробью/крошкой, пластиковым абразивом, стеклянной крошкой и т.п.), металлической крошкой (например, но без ограничения, стальной дробью, стальной крошкой, дробью из нержавеющей стали, крошкой из нержавеющей стали, дробью из корунда, крошкой из корунда, рубленой проволокой, медной дробью, алюминиевой дробью, цинковой дробью) и любой комбинацией этого.

В других конкретных вариантах осуществления согласно настоящему изобретению абразивно-струйная обработка является абразивной дробеструйной обработкой, выполняемой с использованием, например, турбины с дробеметными колесами, которая обеспечивает столкновение потока высокоскоростных частиц, таких как металлические частицы, с обрабатываемой поверхностью за счет центробежной силы.

В некоторых конкретных вариантах осуществления согласно настоящему изобретению абразивно-струйная обработка является пескоструйной обработкой, выполняемой с использованием пескоструйного устройства, которое с использованием газа под давлением обеспечивает столкновение потока высокоскоростных отсортированных частиц песка с обрабатываемой поверхностью.

После струйной очистки поверхность обычно промывают для удаления пыли.

Стадия (d) способа по настоящему изобретению включает обработку отвержденного фиброцементного изделия с помощью CO₂ (так называемую «карбонизацию») с концентрацией от 0,01 до 100% по объему при температуре от 5 до 90°C, относительной влажности от 30 до 99% в течение периода от 1 минуты до 48 часов при атмосферном давлении или более высоком давлении (таком как, например, до 5 бар).

Как правило, указанная обработка проводится в камере искусственного климата при температуре, относительной влажности и значениях концентрации CO₂, указанных выше.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения отвержденное фиброцементное изделие обрабатывают с помощью CO₂ с концентрацией от 1 до 30%, предпочтительно от 5 до 20%.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения обработка с помощью CO₂ проводится при температуре от 30 до 70°C, предпочтительно от 20 до 60°C.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения обработка с помощью CO₂ проводится при относительной влажности от 70 до 95%, предпочтительно от 40 до 95%.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения обработка с помощью CO₂ проводится в течение периода, составляющего по меньшей мере 2 минуты, или даже по меньшей мере 5 минут, или даже по меньшей мере 10 минут, или даже по меньшей мере 15 минут. Указанная обработка с карбонизацией предпочтительно длится менее 24 часов, или менее 16 часов, или менее 8 часов, или менее 4 часов, или менее 2 часов, или менее 1 часа.

В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения карбонизация проводится в течение времени от 1 часа до 8 часов при концентрации CO₂ приблизительно 30%, температуре приблизительно 60°C и относительной влажности приблизительно 95%.

Во втором аспекте настоящее изобретение обеспечивает фиброцементные изделия, полученные с помощью указанного способа.

В третьем аспекте настоящее изобретение обеспечивает применение вышеуказанной обработки с помощью CO₂ для ограничения или предотвращения появления высолов на внешней поверхности фиброцементных изделий, подвергнутых воздействию влажной среды.

В четвертом аспекте настоящее изобретение обеспечивает применение полученных фиброцементных изделий в качестве покрытий строительной конструкции.

ПРИМЕРЫ

Следует понимать, что следующие примеры, предоставленные для иллюстративных целей, не должны рассматриваться как ограничивающие объем настоящего изобретения. Несмотря на то, что выше было подробно описано лишь несколько иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения, специалисты в данной области техники легко поймут, что без существенного отступления от новых идей и преимуществ настоящего изобретения в отношении представленных в качестве примеров вариантов осуществления может быть предложено много модификаций. Соответственно, предполагается, что все такие модификации включены в объем настоящего изобретения, который определяется следующей формулой изобретения и всеми ее эквивалентами. Кроме того, следует иметь в виду, что может быть разработано много вариантов осуществления, которые не обеспечивают всех преимуществ некоторых вариантов осуществления, при этом отсутствие определенных преимуществ не должно быть истолковано как обязательно указывающее на то, что тот или иной вариант осуществления не входит в объем настоящего изобретения.

Из результатов экспериментов, описанных ниже, будет понятно, что фиброцементные изделия по настоящему изобретению характеризуются тем, что нежелательные дефекты в виде высолов (которые обусловлены воздействием влажности или погодных условий во время внешнего воздействия) полностью или практически отсутствуют (т.е. не возникают), если эти изделия подвергаются заявленному способу согласно настоящему изобретению до воздействия известных обстоятельств или условий, вызывающих образование высолов (т.е. влажность, погодные условия). Кроме того, изделия согласно настоящему изобретению демонстрировали высокий модуль изгиба (как показано на фигурах 1-3).

Как также станет понятно из результатов, описанных ниже, данные положительные свойства обусловлены особой фиброцементной композицией фиброцементных изделий по настоящему изобретению, подробно описанной ниже.

Кроме того, фиброцементные изделия, описанные в примерах, характеризуются привлекательным эстетическим внешним видом благодаря тому, что они окрашены в массе, и благодаря их оригинальному декоративному узору на поверхности (как показано на фигурах 4-13).

Пример 1. Эффект композиции в виде волокон на механические свойства фиброцементных изделий согласно настоящему изобретению

Фиброцементные изделия получали с помощью способов согласно настоящему изобретению, описанных в данном документе, в соответствии со следующими конкретными вариантами осуществления.

1.1. Материалы и способы

1.1.1. Получение образцов фиброцементного раствора

Различные составы водного фиброцементного раствора получали так, как показано в таблице 1. В данные составы могли добавлять другие добавки, которые существенно не влияют на полученные результаты относительно настоящего изобретения.

1.1.2. Изготовление фиброцементного изделия с помощью небольшой листоформовочной машины Гатчека

Цементные изделия изготавливали с применением технологии Гатчека в опытном способе, в котором воспроизводили основные характеристики изделий, получаемых с помощью промышленного способа.

Сырые листы в виде образцов 1-6 и 8 прессовали при 230 кг/см² и отверждали на воздухе путем подвергания их отверждению при 60°C в течение 8 часов с последующим отверждением в условиях окружающей среды. Образец 7 отверждали не на воздухе, а в автоклаве в течение в целом 9 часов при давлении от 100 до 150 фунтов на квадратный дюйм и при температуре 148-177 градусов Цельсия.

Спустя две недели полученные фиброцементные изделия анализировали в отношении их физико-механических характеристик, то есть ударной вязкости по Шарпи и прочности на изгиб.

1.1.3. Измерение ударной вязкости по Шарпи

Ударную вязкость по Шарпи измеряли согласно стандарту ASTM D-256-81 с применением устройства Zwick DIN 5102.100/00 на высушенных на воздухе, полученных с помощью небольшой листоформовочной машины Гатчека образцах 15 мм*120 мм с расстоянием между опорами 100 мм.

Каждый из образцов, полученных с помощью небольшой листоформовочной машины Гатчека, измеряли в двух направлениях (машинном направлении и перпендикулярном ему направлении) спустя две недели после получения.

Ударную вязкость тех же образцов снова измеряли после старения в печи 600L при 60°C и 90% относительной влажности с впрыскиванием 1,5 л CO₂/мин. в течение 24 часов. Таким образом, концентрация CO₂ изменяется в диапазоне от 7% в начале кондиционирования до 12% в конце кондиционирования.

1.1.4. Измерение прочности на изгиб

Модуль разрыва (MOR; обычно выражается в Па= кг/м с²) каждого из образцов, полученных с помощью небольшой листоформовочной машины Гатчека, измеряли посредством устройства UTS/INSTRON (тип 3345; усилие = 5000 Н).

1.2. Результаты

1.2.1. Ударная вязкость по Шарпи фиброцементных изделий по настоящему изобретению

В таблице 2 и на фигуре 1 показаны результаты, которые получали в отношении ударной вязкости по Шарпи фиброцементных изделий, полученных с использованием фиброцементных композиций образцов 1-8, представленных в таблице 1, способами согласно настоящему изобретению. Результаты в таблице 2 получали на основании средних значений из нескольких испытаний образцов. Было отмечено, что ударная вязкость по Шарпи полученных фиброцементных изделий значительно улучшилась у отвержденных на воздухе образцов, содержащих синтетические волокна (то есть у всех образцов по сравнению с образцом 7, который представлял собой отвержденный в автоклаве образец, содержащий исключительно натуральные целлюлозные волокна). Образцы 4, 5 и 6, содержащие комбинацию различных типов синтетических волокон, а именно комбинацию из полипропиленовых волокон, скомбинированных с волокнами на основе поливинилового спирта, демонстрировали особенно хорошие результаты (см. фигуру 1).

Таблица 1. Фиброцементные составы в % по массе образцов 1-8 (PVA - поливиниловый спирт; PP - полипропилен; черный оксид железа в качестве пигмента - Omnixon M21320; коричневый оксид железа в качестве пигмента - Omnixon EB 31683; ATH - тригидроксид алюминия). % по массе относится к массе компонента относительно общей массы всех компонентов, кроме свободной воды, т.e. в пересчете на сухое вещество.

^*Прочность на разрыв низкопрочных PVA-волокон 2 децитекс = 11-13 сН/децитекс

**Прочность на разрыв высокопрочных PVA-волокон 2 децитекс = 13-15 сН/децитекс

Таблица 2. Относительные процентные значения для ударной вязкости по Шарпи фиброцементных изделий, полученных способами согласно настоящему изобретению

1.2.2. Прочность на изгиб

В таблице 3 и на фигуре 2 показаны результаты, которые получили в отношении механической прочности фиброцементных изделий, полученных с помощью фиброцементных композиций образцов 1-8, представленных в таблице 1, способами согласно настоящему изобретению. Результаты в таблице 3 получали на основании средних значений из нескольких испытаний образцов. Было отмечено, что модуль разрыва полученных фиброцементных изделий значительно улучшился у отвержденных на воздухе образцов, содержащих синтетические волокна (то есть у всех образцов по сравнению с образцом 7, который был отвержденным в автоклаве образцом, содержащим исключительно натуральные целлюлозные волокна). Образцы 4, 5 и 6, содержащие комбинацию различных типов синтетических волокон, а именно комбинацию из полипропиленовых волокон, скомбинированных с волокнами на основе поливинилового спирта, демонстрировали особенно хорошие результаты (см. фигуру 2).

Таблица 3. Относительные процентные значения для модуля разрыва фиброцементных изделий, полученных способами согласно настоящему изобретению

1.3. Вывод

Таким образом, является понятным то, что фиброцементные изделия, изготовленные согласно настоящему изобретению, демонстрируют улучшенные механические свойства. В частности, отвержденные на воздухе фиброцементные изделия, содержащие синтетические волокна, демонстрируют очень хорошую ударную вязкость и высокую прочность на изгиб при сравнении с отвержденными в автоклаве изделиями, не содержащими каких-либо синтетических волокон.

Пример 2. Эффект аморфного диоксида кремния на механические свойства фиброцементных изделий согласно настоящему изобретению

Фиброцементные изделия получали с помощью способов согласно настоящему изобретению, описанных в данном документе, в соответствии со следующими конкретными вариантами осуществления.

2.1. Материалы и способы

2.1.1. Получение образцов фиброцементного раствора

Различные составы водного фиброцементного раствора получали так, как показано в таблице 4. В данные составы могли добавлять другие добавки, которые существенно не влияют на полученные результаты относительно настоящего изобретения.

Таблица 4. Фиброцементные составы в % по массе образцов 9-11 (PVA - поливиниловый спирт; черный оксид железа в качестве пигмента - Omnixon M21320; коричневый оксид железа в качестве пигмента - Omnixon EB 31683). % по массе относится к массе компонента относительно общей массы всех компонентов, кроме свободной воды, т.e. в пересчете на сухое вещество.

^*Прочность на разрыв низкопрочных PVA-волокон 2 децитекс = 11-13 сН/децитекс

2.1.2. Изготовление фиброцементного изделия с помощью небольшой листоформовочной машины Гатчека

Цементные изделия изготавливали с применением технологии Гатчека в опытном способе, в котором воспроизводили основные характеристики изделий, получаемых с помощью промышленного способа.

Сырые листы в виде образцов 9-11 прессовали при 230 кг/см² и отверждали на воздухе путем подвергания их отверждению при 60°C в течение 8 часов с последующим отверждением в условиях окружающей среды. Спустя две недели полученные фиброцементные изделия анализировали в отношении их физико-механических характеристик.

2.1.4. Измерение прочности на изгиб

Модуль разрыва (MOR; обычно выражается в Па= кг/м с²) каждого из образцов, полученных с помощью небольшой листоформовочной машины Гатчека, измеряли посредством устройства UTS/INSTRON (тип 3345; усилие = 5000 Н).

2.2. Результаты

2.2.1. Прочность на изгиб

В таблице 5 и на фигуре 3 показаны результаты, которые получали в отношении механической прочности фиброцементных изделий, полученных с помощью фиброцементных композиций образцов 9-11, представленных в таблице 4, способами согласно настоящему изобретению. Результаты в таблице 5 представляют средние значения из нескольких испытаний образцов. Было отмечено, что модуль разрыва полученных фиброцементных изделий значительно улучшился у отвержденных на воздухе образцов, содержащих аморфный диоксид кремния, в частности в количествах от приблизительно 4 вес. % до приблизительно 7 вес. % (вес. % в пересчете на общий сухой вес фиброцементной композиции).

Таблица 5. Модуль разрыва (в относительных процентах по сравнению с образцом 9) фиброцементных изделий, полученных в соответствии со способами согласно настоящему изобретению

2.3. Вывод

Представленные выше результаты показали, что фиброцементные изделия, изготовленные согласно настоящему изобретению, демонстрируют улучшенные механические свойства. В частности, отвержденные на воздухе фиброцементные изделия, содержащие аморфный диоксид кремния, демонстрируют более высокую прочность на изгиб при сравнении с изделиями, не содержащими аморфного диоксида кремния. В частности, изделия, содержащие аморфный диоксид кремния в количествах от приблизительно 4 вес. % до приблизительно 7 вес. %, демонстрируют очень хорошие результаты.

Пример 3. Эффект аморфного диоксида кремния на стабильность при многократном замораживании фиброцементных изделий согласно настоящему изобретению

Фиброцементные изделия получали с помощью способов согласно настоящему изобретению, описанных в данном документе, в соответствии со следующими конкретными вариантами осуществления.

3.1. Материалы и способы

3.1.1. Получение образцов фиброцементного раствора

Различные составы водного фиброцементного раствора получали так, как показано в таблице 6. В данные составы могли добавлять другие добавки, которые однако существенно не влияют на полученные результаты относительно настоящего изобретения.

3.1.2. Изготовление фиброцементного изделия с помощью небольшой листоформовочной машины Гатчека

Цементные изделия изготавливали с применением технологии Гатчека в опытном способе, в котором воспроизводили основные характеристики изделий, получаемых с помощью промышленного способа.

Сырые листы в виде образцов 12-15 прессовали при 230 кг/см² и отверждали на воздухе путем подвергания их отверждению при 60°C в течение 8 часов с последующим отверждением в условиях окружающей среды. Образец 16 отверждали не на воздухе, а в автоклаве в течение в целом 9 часов при давлении от 100 до 150 фунтов на квадратный дюйм и при температуре 148-177 градусов Цельсия.

Спустя две недели полученные фиброцементные изделия анализировали в отношении стабильности их размеров, то есть путем проведения испытаний на замерзание и оттаивание, как описано ниже.

3.1.3. Измерение стабильности размеров посредством испытания на замерзание и оттаивание

Стабильность размеров образцов 12-16 определяли с помощью следующей процедуры. Перед проведением испытаний на замерзание и оттаивание осуществляли предварительное кондиционирование образцов. Для этого образцы 100 мм × 280 мм (с распиленными краями) погружали в воду в течение 3 дней. Затем толщину образцов измеряли и сопоставляли со значением после 0 циклов (исходная толщина). После этого образцы подвергали максимум 300 циклам замерзания и оттаивания. Во время циклов замерзания и оттаивания образцы выдерживали попеременно при -20°C ± 3°C (температура замерзания в морозильном устройстве, температура в котором составляет приблизительно -20°C) и при +20°C ± 3°C (температура оттаивания в лотке с водой, в которую образцы погружали) каждый раз с периодичностью в по меньшей мере 1 час. Во время осуществления циклов температуру в морозильном устройстве и в медных лотках записывали. После каждых 10-30 циклов толщину образцов измеряли и проверяли их на возможные дефекты.

Таблица 6. Фиброцементные составы в % по массе образцов 12-16 (PVA - поливиниловый спирт; PP - полипропилен; черный оксид железа в качестве пигмента - Omnixon M21320; коричневый оксид железа в качестве пигмента - Omnixon EB 31683; ATH - тригидроксид алюминия). % по массе относится к массе компонента относительно общей массы всех компонентов, кроме свободной воды, т.e. в пересчете на сухое вещество.

^*Прочность на разрыв низкопрочных PVA-волокон 2 децитекс = 11-13 сН/децитекс

**Прочность на разрыв высокопрочных PVA-волокон 2 децитекс = 13-15 сН/децитекс

3.2. Результаты

3.2.1. Стабильность размеров фиброцементных изделий согласно настоящему изобретению

В таблице 7 показаны результаты, которые получили в отношении стабильности размеров фиброцементных изделий, полученных с помощью фиброцементных композиций образцов 12-16, представленных в таблице 6, с применением способов согласно настоящему изобретению. Результаты в таблице 7 получали на основании средних значений из нескольких испытаний образцов. Было отмечено, что стабильность размеров полученных фиброцементных изделий значительно улучшалась у отвержденных на воздухе образцов, содержащих аморфный диоксид кремния. Действительно, из таблицы 7 ясно, что образцы 13 и 14 (содержащие 7% аморфного диоксида кремния) демонстрируют лишь очень небольшое увеличение толщины после 192 циклов замерзания и оттаивания при сравнении с другими образцами, не содержащими какого-либо аморфного диоксида кремния. Следует отметить то, что отвержденные в автоклаве образцы полностью распались после 138 циклов замерзания и оттаивания, и, таким образом, было не возможно провести дальнейшие измерения.

Таблица 7. Изменения размеров фиброцементных образцов 12-16, выраженные в увеличении толщины в процентных значениях

3.3. Вывод

Таким образом, фиброцементные изделия, изготовленные согласно настоящему изобретению, демонстрируют улучшенные механические свойства. В частности, отвержденные на воздухе фиброцементные изделия, содержащие приблизительно 7% аморфного диоксида кремния, демонстрируют очень хорошую стабильность размеров при сравнении с образцами, не содержащими аморфного диоксида кремния.

Пример 4. Эффект композиции в виде волокон на ударную вязкость по Шарпи фиброцементных изделий согласно настоящему изобретению

Фиброцементные изделия получали с помощью способов согласно настоящему изобретению, описанных в данном документе, в соответствии со следующими конкретными вариантами осуществления.

4.1. Материалы и способы

4.1.1. Получение образцов фиброцементного раствора

Различные составы водного фиброцементного раствора получали так, как показано в таблицах 8 и 9. В данные составы могли добавлять другие добавки, которые однако существенно не влияют на полученные результаты относительно настоящего изобретения.

Таблица 8. Фиброцементные составы в % по массе образцов 17-23 (PVA - поливиниловый спирт; PP - полипропилен; черный оксид железа в качестве пигмента - Omnixon M21320; коричневый оксид железа в качестве пигмента - Omnixon EB 31683; ATH - тригидроксид алюминия). % по массе относится к массе компонента относительно общей массы всех компонентов, кроме свободной воды, т.e. в пересчете на сухое вещество.

^*Прочность на разрыв низкопрочных PVA-волокон 2 децитекс = 11-13 сН/децитекс

^**Прочность на разрыв высокопрочных PVA-волокон 2 децитекс = 13-15 сН/децитекс

4.1.2. Изготовление фиброцементного изделия с помощью небольшой листоформовочной машины Гатчека

Цементные изделия изготавливали с применением технологии Гатчека в опытном способе, в котором воспроизводили основные характеристики изделий, получаемых с помощью промышленного способа.

Сырые листы в виде образцов 17-23 прессовали при 230 кг/см² и отверждали на воздухе путем подвергания их отверждению при 60°C в течение 8 часов с последующим отверждением в условиях окружающей среды. Образец 20 отверждали не на воздухе, а в автоклаве в течение в целом 9 часов при давлении от 100 до 150 фунтов на квадратный дюйм и при температуре 148-177 градусов Цельсия (см. таблицу 8).

Спустя две недели полученные фиброцементные изделия анализировали в отношении их ударной вязкости по Шарпи.

4.1.3. Изготовление фиброцементного изделия с помощью промышленной листоформовочной машины Гатчека

Цементные изделия изготавливали промышленным способом Гатчека. Сырые листы в виде образцов 24 и 25 прессовали при 230 кг/см² и отверждали на воздухе путем подвергания их отверждению при 60°C в течение 8 часов с последующим отверждением в условиях окружающей среды (см. таблицу 9). Спустя две недели полученные фиброцементные изделия анализировали в отношении их ударной вязкости по Шарпи.

Таблица 9. Фиброцементные составы в % по массе образцов 24 и 25 (PVA - поливиниловый спирт; PP - полипропилен; черный оксид железа в качестве пигмента - Omnixon M21320; коричневый оксид железа в качестве пигмента - Omnixon EB 31683; ATH - тригидроксид алюминия). % по массе относится к массе компонента относительно общей массы всех компонентов, кроме свободной воды, т.e. в пересчете на сухое вещество.

*Прочность на разрыв низкопрочных PVA-волокон 2 децитекс = 11-13 сН/децитекс

^**Прочность на разрыв высокопрочных PVA-волокон 2 децитекс = 13-15 сН/децитекс

4.2. Результаты

4.2.1. Измерение ударной вязкости по Шарпи

Ударную вязкость по Шарпи измеряли согласно стандарту ASTM D-256-81 с применением устройства Zwick DIN 5102.100/00 на высушенных на воздухе, полученных с помощью небольшой листоформовочной машины Гатчека образцах 15 мм*120 мм с расстоянием между опорами 100 мм.

Каждый из образцов 17-25 измеряли в двух направлениях (машинном направлении и перпендикулярном ему направлении) спустя две недели после изготовления.

Ударную вязкость тех же образцов снова измеряли после старения в печи 600L при 60°C и 90% относительной влажности с впрыскиванием 1,5 л CO₂/мин. в течение 24 часов. Таким образом, концентрация CO₂ изменяется в диапазоне от 7% в начале кондиционирования до 12% в конце кондиционирования.

4.2.2. Ударная вязкость по Шарпи фиброцементных изделий по настоящему изобретению

В таблице 10 показаны результаты, которые получали в отношении ударной вязкости по Шарпи фиброцементных изделий, полученных с помощью фиброцементных композиций образцов 17-25, представленных в таблицах 8 и 9, способами согласно настоящему изобретению. Результаты в таблице 10 получали на основании средних значений из нескольких испытаний образцов. Было отмечено, что ударная вязкость по Шарпи полученных фиброцементных изделий значительно улучшилась у отвержденных на воздухе образцов, содержащих синтетические волокна (то есть у всех образцов по сравнению с образцом 20, который представлял собой отвержденный в автоклаве образец, который содержал исключительно натуральные целлюлозные волокна). Образцы 18, 19, 21, 22 и 23, каждый из которых содержал комбинацию различных типов синтетических волокон, демонстрировали особенно хорошие результаты при сравнении, например, с образцом 17, содержащим только один тип синтетических волокон. Наконец, особая комбинация из одного или более типов волокон на основе поливинилового спирта (PVA-волокон) и полипропиленовых волокон (PP-волокон) обеспечивала получение фиброцементных изделий с особенно высокой ударной вязкостью. Это является понятным из испытаний с применением небольшой листоформовочной машины Гатчека при сравнении образца 19 и образцов 21-23 (содержащих PVA- и PP-волокна), например, с образцом 17 (содержащим только PVA-волокна). Это также справедливо для образцов, полученных из промышленных испытаний, где образец 25 (содержащий комбинацию из PVA- и PP-волокон) явно характеризуется значительно улучшенной ударной вязкостью по сравнению с образцом 24 (содержащим только PVA-волокна).

Таблица 10. Значения ударной вязкости по Шарпи (в кДж/м²) фиброцементных изделий, полученных в соответствии со способами согласно настоящему изобретению

4.3. Вывод

Таким образом, является понятным то, что фиброцементные изделия, изготовленные согласно настоящему изобретению, демонстрируют значительно улучшенные механические свойства по сравнению с известными фиброцементными изделиями. В частности, отвержденные на воздухе фиброцементные изделия, содержащие синтетические волокна, демонстрируют очень хорошую ударную вязкость. Кроме того, отвержденные на воздухе фиброцементные изделия, содержащие комбинацию различных типов синтетических волокон, в частности комбинацию из волокон на основе поливинилового спирта и полипропиленовых волокон, демонстрируют наилучшие результаты.

Пример 5. Процесс предварительной карбонизации для избежания появления высолов на поверхности фиброцементных изделий

Отвержденные на воздухе фиброцементные образцы 26-38 (полученные таким же способом, как описано выше в примерах 1-4) подвергали различным процедурам предварительной карбонизации в условиях, указанных в таблице 11.

После подвергания различным видам обработки с предварительной карбонизацией образцы помещали в атмосферную камеру на 3000 ч., что соответствует природному внешнему воздействию продолжительностью приблизительно 10 лет.

Таблица 11. Условия испытаний, используемые для предварительной карбонизации отвержденных на воздухе фиброцементных образцов 26-38 по сравнению с эталонным образцом, предварительно не карбонизированным (эталон)

Из вышеприведенной таблицы 11 очевидно, что лучшие результаты (т.е. отсутствие видимых высолов) получали с применением процесса предварительной карбонизации c сочетанием следующих условий:

1) относительная влажность, равная 80% или выше, предпочтительно 90% или выше, предпочтительно 95% или выше;

2) температура, равная 40°C или выше, предпочтительно от 40°C до 60°C, более предпочтительно приблизительно 60°C;

3) концентрация CO₂, равная приблизительно 30% или ниже (по объему), предпочтительно от 15% (по объему) до 30% (по объему), более предпочтительно приблизительно 20% (по объему);

4) воздействие вышеуказанных условий 1), 2) и 3) в течение от 1 до 12 ч.

На фигуре 14 показаны предварительно карбонизированное фиброцементное изделие, соответствующее образцу 32 в таблице 11 (образец слева на фигуре 14), и фиброцементное изделие, предварительно не карбонизированное, соответствующее эталонному образцу в таблице 11 (образец справа на фигуре 14).

На фигуре 15 показаны те же предварительно карбонизированное фиброцементное изделие и предварительно не карбонизированное фиброцементное изделие, которые показаны на фигуре 14, после выдерживания в течение 3000 ч. в приборе Weather-Ometer, что соответствует приблизительно 10 годам природного внешнего воздействия.

Группа изобретений относится к фиброцементным изделиям и их получению и, в частности, к карбонизации фиброцементных изделий для уменьшения или полного исключения образования высолов на фиброцементе. Способ получения фиброцементного изделия включает стадии (a) получения неотвержденного фиброцементного изделия, (b) отверждения неотвержденного фиброцементного изделия, (c) обработки отвержденного фиброцементного изделия с помощью CO₂ (так называемая «карбонизация») с концентрацией от 15 до 30% по объему при температуре выше 40°C, относительной влажности, равной или выше 80%, в течение периода от 1  до 12 часов. Также рассматриваются фиброцементные изделия, получаемые с помощью способа, применение фиброцементных изделий и способ обработки отвержденного фиброцементного изделия с помощью CO₂. Полученные фиброцементные изделия демонстрируют меньшее количество высолов. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 15 ил., 11 табл., 5 пр.

1. Способ получения фиброцементного изделия, при этом способ включает стадии:

(a) получения неотвержденного фиброцементного изделия,

(b) отверждения неотвержденного фиброцементного изделия, которая включает обеспечение отверждения изделия на воздухе в течение периода времени, составляющего по меньшей мере 7 дней,

(c) обработки отвержденного фиброцементного изделия с помощью CO₂ с концентрацией от 15 до 30% по объему при температуре выше 40°C, относительной влажности, равной или выше 80%, в течение периода от 1 до 12 часов.

2. Способ по п. 1, где стадию (c) осуществляют при температуре выше 40 до 90°C и при относительной влажности от 80 до 99%.

3. Способ по любому из предыдущих пунктов, где стадию (c) осуществляют при температуре выше 40 до 60°C.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, где стадию (c) осуществляют в течение периода от 1 до 8 часов.

5. Способ по п. 1, где неотвержденное фиброцементное изделие содержит:

- от 20 до 95 вес. % цемента в качестве гидравлического связующего вещества;

- волокна, выбранные из группы, состоящей из целлюлозных волокон или других неорганических или органических армирующих волокон, в количестве от 0,1 до 5 вес. %.

6. Способ по п. 5, где стадия (a) содержит:

- получение фиброцементного раствора, содержащего указанный цемент, указанные волокна и воду;

- изготовление фиброцементного изделия способом Гатчека.

7. Способ по п. 6, где неотвержденное фиброцементное изделие затем сжимают под давлением в диапазоне от 22 до 30 МПа.

8. Фиброцементные изделия, получаемые с помощью способа по любому из предыдущих пунктов.

9. Применение фиброцементных изделий по п. 8 для покрытия строительной конструкции.

10. Способ обработки отвержденного фиброцементного изделия с помощью CO₂ с концентрацией от 15 до 30% по объему при температуре выше 40°C, относительной влажности, равной или выше 80%, в течение периода от 1 до 12 часов для ограничения или предотвращения появления высолов на внешней поверхности фиброцементных изделий, подвергнутых воздействию влажной среды.

11. Способ по п. 10, где обработку осуществляют при температуре выше 40 до 90°C и относительной влажности от 80 до 99% в течение периода от 1 до 12 часов.

12. Способ по п. 10 или 11, где по меньшей мере часть поверхности отвержденного фиброцементного изделия подвергают абразивно-струйной обработке перед обработкой с помощью CO₂.