專利名稱：向混凝土中供應(yīng)纖維的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種向水泥質(zhì)材料以及其它建筑材料中供應(yīng)纖維的系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明涉及其中將常規(guī)生產(chǎn)的高密度纖維素紙漿板轉(zhuǎn)換成易于供應(yīng)并分散到新拌混凝土中的成形體的方法和裝置，并涉及用于方便且經(jīng)濟(jì)地將該改進(jìn)的成形體供應(yīng)到預(yù)拌混凝土中的設(shè)備。
背景技術(shù)：
多年來人們都希望在混凝土或其它水泥質(zhì)建筑材料中采用纖維加強(qiáng)材料。在許多情況下，纖維加強(qiáng)材料的使用在保持改進(jìn)的抗縮裂性的同時降低或者省去了對加強(qiáng)筋的需要。相比于帶有鋼筋或者鋼絲網(wǎng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的類似材料，纖維加強(qiáng)材料常常能以低成本制得。當(dāng)在暴露施工例如道路施工中使用混凝土?xí)r，暴露于道路的表面中的纖維也能提供改進(jìn)的耐磨性能。
已經(jīng)影響到纖維加強(qiáng)材料的使用的一個困難是如果建筑混合料沒有完全將纖維浸濕，則纖維在被供應(yīng)到建筑混合料后易于相互粘連或者形成球狀。形成球狀會使纖維接合基體變差，并相應(yīng)地使成品建筑材料的強(qiáng)度降低。此外，如果這些球狀物的尺寸很大，則會在材料中形成局部空隙，從而在成品材料中形成瑕疵或者缺陷。
纖維素和礦物纖維常常被用來改進(jìn)流體系統(tǒng)的流變性能，所述流體系統(tǒng)包括以水泥和水為基礎(chǔ)的流體系統(tǒng)以及以瀝青為基礎(chǔ)的流體系統(tǒng)。纖維對這樣的系統(tǒng)具有膠凝和加濃的作用，這些系統(tǒng)可包括例如水泥基瓦片粘合劑、混凝土或者瀝青道路的表面混合料。石棉纖維的終結(jié)部分地增加了纖維素和礦物纖維的使用。
纖維素纖維經(jīng)常以干燥的壓縮包的形式供應(yīng)，這些壓縮包的重量可在1kg到400kg之間、密度在約0.4g/cc至約0.9g/cc之間。要成為有效的加強(qiáng)材料，必須將所述纖維加入并分散到混合料中。纖維素纖維還以卷的形式供應(yīng)?，F(xiàn)有技術(shù)中的一個問題是在將纖維加入到建筑混合料中后使纖維均勻分散所需要的時間的長短。
向水泥質(zhì)混合料或其它建筑混合料中添加纖維的方法主要有三種。一種方法是將纖維包直接加入攪拌機(jī)中。這樣，向熱的瀝青混合料中加入帶有聚乙烯包裝物的整包后，塑料迅速溶解在熱的液態(tài)瀝青中。作為一種替代方案，特別是在進(jìn)行干粉混合時，將纖維從包裝直接倒進(jìn)攪拌機(jī)?；蛘撸赡茉诜Q重以獲得一批生產(chǎn)所需的確切量后，通過送料斗和螺桿裝置供應(yīng)纖維。這些現(xiàn)有技術(shù)的方法勞動強(qiáng)度大并且經(jīng)常要求操作者非?？拷鼣嚢铏C(jī)械進(jìn)行工作。那些要求復(fù)雜工序和大量攪拌時間的方法還存在(產(chǎn)生)灰塵、煙氣、噪音等環(huán)境問題。
美國專利No.1048913、No.1349901、No.1571048、No.1633219、No.1913707、No.2377484和No.2677955涉及包括纖維的各種材料在混凝土中的應(yīng)用。早期的努力主要針對提高抗裂性能和提高混凝土塊的能量吸收性。美國專利No.4188454、No.4287365、No.4287020、No.4310478、No.4369201、No.4400217、No.4483727、No.4524101、No.4861812、No.4985119、No.4968561、No.5000824、No.5196061、No.5362562、No.5385978、No.5399195和No.5453310、No.5643359、No.5897701涉及各種提供改進(jìn)的加強(qiáng)材料的成果，這些專利的全部內(nèi)容都作為參考并入本文。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了多種系統(tǒng)以用于解決現(xiàn)有技術(shù)中加強(qiáng)纖維在建筑混合料中分散不足和攪拌不充分的問題。一方面，本發(fā)明提供了一種利用切塊機(jī)或破碎機(jī)將高密度的干漿板轉(zhuǎn)化成可迅速分散的成形體的系統(tǒng)。纖維分散并完全攪拌入/混入水泥質(zhì)混合料中所需要的時間大大縮短。
一方面，本發(fā)明提供了一種由成片的纖維性材料制成的絞合方塊成形體(twisted dice form)，其中該絞合方塊的總體形狀為矩形，該絞合方塊松開扭結(jié)后的長度為約10mm至約100mm，該絞合方塊的寬度為約2mm至約15mm、厚度為約1mm至約6mm、密度為約0.1g/cc至0.5g/cc，該方塊沿長度方向具有一個或更多45度或更大的絞結(jié)。與本發(fā)明的這個方面相關(guān)地，(提供了)一種生產(chǎn)由成片的纖維性材料制成的絞合方塊成形體的方法，包括使成片的纖維性材料通過橫向破碎機(jī)以生產(chǎn)絞合方塊，該絞合方塊的總體形狀為矩形，該絞合方塊松開扭結(jié)后的長度為約10mm至約100mm，該絞合方塊的寬度為約2mm至約15mm、厚度為約1mm至約6mm、密度為約0.1g/cc至0.5g/cc，該絞合方塊沿長度方向具有一個或更多45度或更大的絞結(jié)。與這個方面相關(guān)地，(提供了)一種含有分散在其中的絞合方塊的建筑材料，該建筑材料包括含有絞合方塊的水泥質(zhì)混合料。
在一個替換實施例中，本發(fā)明提供了一種由成片的纖維性材料制成的矩形方塊成形體，其中該矩形方塊的總體形狀為矩形，該方塊的長度為約4mm至約10mm、寬度為約3mm至約8mm、厚度為約1mm至約2mm、密度為約0.4g/cc至0.6g/cc。與本發(fā)明的這個實施例相關(guān)的，(提供了)一種生產(chǎn)由成片的纖維性材料制成的矩形方塊成形體的方法，其中使成片的纖維性材料通過切塊機(jī)或破碎機(jī)以生產(chǎn)矩形方塊，該方塊的長度為約4mm至約10mm、寬度為約3mm至約8mm、厚度為約1mm至約2mm、密度為約0.4g/cc至0.6g/cc。與這個方面相關(guān)地，(提供了)一種含有分散于其中的矩形方塊的建筑材料，該建筑材料包括含有矩形方塊的水泥質(zhì)混合料。
另一方面，本發(fā)明提供了一種由成片的纖維性材料制成的成形體，該成形體的重量為約0.01g至約0.5g、纖維成形體分散系數(shù)(FFDC)為約0.50或更高。理想的是，所述由成片的纖維性材料制成的成形體易于分散到建筑材料中，其中，當(dāng)將由成片的纖維性材料制成的成形體添加到混凝土攪拌機(jī)中時有約99％或更多(的材料)在約五分鐘或更短的攪拌時間內(nèi)分散成單絲纖維。
在另一個實施例中，本發(fā)明提供了一種水泥質(zhì)材料，包括(A)水泥；(B)纖維素小球(顆粒)；以及(C)任選地，沙、集料(aggregate)、或者沙和集料。
另一方面，本發(fā)明提供了一種將纖維分散到水泥質(zhì)材料中的方法提供水泥質(zhì)材料；添加絞合的或矩形的方塊成形體；攪拌水泥質(zhì)材料，直到方塊成形體全部以單絲纖維(的形式)均勻分散在水泥質(zhì)材料中。


圖1示出一個樣本方塊的方向軸Z向垂直于用于制造纖維素或者其它纖維網(wǎng)或片的造紙機(jī)或無塵紙機(jī)的成形絲網(wǎng)表面；X和Y方向在絲網(wǎng)的水平面上，對應(yīng)于造紙機(jī)上生產(chǎn)的材料的加工方向和橫向交叉方向。
圖2示出用于纖維成形體(CF-16矩形方塊，CF-16絞合方塊和CF-16薄片)的FFDC或CFDC和攪拌時間之間的直接關(guān)系的分散測試的結(jié)果；具體地，以30秒的攪拌間隔的對每份15磅的纖維樣本進(jìn)行測量。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了在一種用于生產(chǎn)由成片的纖維素材料制成的絞合方塊的系統(tǒng)和裝置，這種方塊適于供應(yīng)到包括水泥質(zhì)材料例如混凝土的建筑材料中。絞合方塊是利用橫向破碎機(jī)生產(chǎn)的。此處所用的術(shù)語“方塊(dice)”可以是單數(shù)或者復(fù)數(shù)，并指由成片的纖維性材料制成的小塊。
橫向破碎機(jī)是一種其上已經(jīng)增加有附加加工裝置的常規(guī)破碎機(jī)。在圍繞每個切割盤的圓周的預(yù)定點(diǎn)處設(shè)置有切割槽口。當(dāng)送入破碎機(jī)的材料被切割成長條帶時，所述長條帶與這些橫向于/交叉于長條的槽口相接觸而被橫向切割，從而使材料縮小成多種長度的矩形塊，所述矩形塊的單個長度由橫向切割槽口的數(shù)量和排布決定。(這種破碎機(jī)的)移動部件以及包括馬達(dá)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)的機(jī)械部分很少能被容易地安裝在操作臺上。
Allegheny Paper Shredders Corporation(Delmont，PA)出產(chǎn)一種橫向破碎機(jī)，該破碎機(jī)目前非常著名的應(yīng)用是在消費(fèi)品再生操作中粉碎塑料容器和鋁罐。
可通過現(xiàn)有技術(shù)中已知的各種切塊機(jī)生產(chǎn)矩形方塊，例如ShepherdSpecialty Papers，Inc.(Watertown，TN)出產(chǎn)的切塊機(jī)，該切塊機(jī)可將纖維素碎片切割成長條帶，然后進(jìn)行橫向切割以生產(chǎn)矩形方塊。通常，通過用以生產(chǎn)沿機(jī)加工方向行進(jìn)的條帶的雙輥切割部分生產(chǎn)多個窄條帶。然后，將條帶供應(yīng)到切割刀，該切割刀沿橫向方向切割條帶以生產(chǎn)矩形方塊。
在本發(fā)明的一個替換實施例中，將形式為小球的纖維素結(jié)合進(jìn)水泥質(zhì)混合料中。纖維素小球的生產(chǎn)方法是現(xiàn)有技術(shù)中公知的，例如，如作為參考全部并入本文的美國專利No.6,270,883中所教導(dǎo)的那樣。
美國專利6,562,743涉及一種吸收結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括由含陽離子的多價化合物和可電離的酸圍裹的經(jīng)化學(xué)處理的纖維，而美國專利No.6,770,576涉及該纖維本身。2003年8月8日提交的系列號為10/638,274的專利申請涉及這些纖維在水泥質(zhì)材料中的使用，該申請要求了2002年8月23日提交的美國臨時申請60/405,784的優(yōu)先權(quán)。這些專利和專利申請的全部內(nèi)容都全文結(jié)合在此以作參考。經(jīng)過化學(xué)處理的纖維可從Buckeye TechnologiesInc.(Memphis，TN)獲得，它的分支機(jī)構(gòu)生產(chǎn)如CARESSA的吸收劑產(chǎn)品。其中公開的用于水泥質(zhì)材料的經(jīng)化學(xué)處理的纖維在此稱作CF-16，并且該纖維可從BUCKEYE ULTRAFIBER 500TM獲得。
全球造紙工業(yè)已生產(chǎn)出各種類型和等級的包裝好的片狀和卷狀的纖維性材料。這些材料來自各種天然的和合成的原料，其中纖維素主要取自木漿和棉絨。薄片的厚度在約0.5mm到約2.0mm之間，其中較常用的工業(yè)品的厚度在約0.8mm到約1.5mm之間。所有這些成片的纖維性材料都可用于實施本發(fā)明。
通過下面以非限定性方式示出本發(fā)明的示例，可以更好地理解本發(fā)明。
示例示例1絞合方塊將尺寸為17.8cm(7英寸)×76.2cm(30英寸)、基重為709g/m2并且片密度為0.59g/cm3(g/cc)的CF-16片一個接一個地送入RX-8型Allegheny破碎機(jī)，該破碎機(jī)具有2HP的馬達(dá)和20.3cm(8英寸)的入口狹縫。將CF-16薄片轉(zhuǎn)換為小而且碎的方塊片材絞合件。根據(jù)表1(見下面)中公布的50個Allegheny CF-16方塊樣本的平均測量值，方塊的形狀通常為大約寬6.3mm(0.25英寸)、長(松開扭結(jié)后的長度)3.0cm(1.2英寸)并且厚2.6mm(0.1英寸)。方塊明顯地絞扭和扭結(jié)，因此稱為“絞合方塊”。扭結(jié)后的長度為大約2.5cm(1.0英寸)，從而實際長度除以表觀扭結(jié)長度得到的比率即延長率因數(shù)為1.2。這些絞合方塊的測量密度平均約為0.22g/cm3。這相當(dāng)于薄片的密度減小了約62％。
這些CF-16絞合方塊產(chǎn)生相當(dāng)大且明顯的變形，也就是說，它們被絞扭、撕扯，而不是僅僅被切割。它們具有鋸齒狀的端部和邊緣并且常常包含90度以內(nèi)的“絞結(jié)(twist)”。CF-16薄片具有源于生產(chǎn)過程的某些層壓特性。在經(jīng)過橫向破碎機(jī)之后，薄片顯示出明顯且清晰的局部分層現(xiàn)象，這反映在絞合方塊件的密度測量中該密度小于原始CF-16薄片(的密度)。
當(dāng)絞合方塊離開Allegheny破碎機(jī)時，可以通過許多現(xiàn)有的運(yùn)送方法將該絞合方塊運(yùn)送到使用位置。一種理想的系統(tǒng)采用了氣動導(dǎo)管和吹風(fēng)機(jī)。這種可包括空氣抽吸和推壓特性的吹風(fēng)機(jī)/導(dǎo)管的組合是眾所周知且容易獲得的。Tash Engineering(Sumas，WA)出產(chǎn)一種這樣的用于向混凝土中傳送纖維的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用一種可根據(jù)需要貫穿車間設(shè)備從破碎機(jī)出口到卸放點(diǎn)設(shè)置的小于四十英尺的管道?？砂惭b卸放槽或襯底以將方塊引導(dǎo)至準(zhǔn)確的卸放位置。例如，如果要將材料直接放進(jìn)混凝土攪拌車的送料斗，這(即安裝卸放槽)將是必要的。這種送料斗比較小，并且經(jīng)常在裝載纖維的同時還裝載有諸如水泥、集料、水和化學(xué)添加劑的其它材料?；蛘撸艿揽稍诨炷翑嚢柢囎陨淼纳嫌卧谌魏芜m合的或理想的位置卸放材料。
這要求任何對纖維的使用都要知道每批使用的纖維數(shù)量。該系統(tǒng)采用簡單的時間度量。也就是說，制成薄片狀的材料具有統(tǒng)一的基重。通過測量材料被破碎的時間，就可容易地確定總重。十噸混凝土的載貨量通常要使用十五磅纖維。上述由Allegheny制造的具有八英寸寬的入口并且所破碎材料的寬度為七英寸的破碎機(jī)具有充足的能力以適應(yīng)每三分鐘(裝載)一個攪拌車的循環(huán)速度。
這種系統(tǒng)的一個重要優(yōu)點(diǎn)是對操作者透明。通過使用預(yù)拌混凝土分批配料設(shè)備計算機(jī)控制系統(tǒng)-例如由Alco制造的控制系統(tǒng)，可向設(shè)備操作員提供打印有諸如日期、時間、批號、所添加纖維的磅數(shù)等信息以及任何和生產(chǎn)者和/或消費(fèi)者相關(guān)的其它信息的標(biāo)簽。這些信息類似于現(xiàn)在的為添加化學(xué)混合物而獲得的信息，并且對于統(tǒng)計分析、成本分析、顧客需求、質(zhì)量控制等都是有用的。
另一個重要優(yōu)點(diǎn)是安全。因為目前生產(chǎn)商關(guān)注安全、希望保護(hù)他們的工人并且對用以提高安全性和工作效率的自動化的纖維進(jìn)料器很感興趣。許多種纖維都是首先打包，然后由操作者在裝料平臺或者混凝土攪拌車的頂部直接放入攪拌車。這種自動化系統(tǒng)消除了具有移動機(jī)械、滑落和墜落危險等的危險環(huán)境。
在操作中，將纖維卷裝載到卷支架或臂上。操作者將卷的端部定位并送入破碎機(jī)。此時，停止人工干預(yù)，直至卷的(另一)端部到達(dá)(破碎機(jī))。如果攪拌設(shè)計需要纖維，則控制所有其它混凝土材料的添加的計算機(jī)控制系統(tǒng)將同時啟動破碎機(jī)和運(yùn)送系統(tǒng)。產(chǎn)品將自牽拉通過破碎機(jī)、被破碎、并在出來后被送入運(yùn)轉(zhuǎn)著的運(yùn)送系統(tǒng)。在一種實施方式中，這可為由氣動導(dǎo)管驅(qū)動的吹風(fēng)機(jī)。材料將通過管子被運(yùn)送到預(yù)期的目的地。計算機(jī)將通過破碎機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時間量來測量送入的纖維量，并可根據(jù)需要打印標(biāo)有運(yùn)送量的標(biāo)簽。通過進(jìn)一步的控制來確定卷的(另)一端，并向操作者發(fā)出信號應(yīng)該裝載新的卷以繼續(xù)工作。
示例2測定CF-16絞合方塊和CF-16矩形方塊的物理性質(zhì)的實驗室程序本示例教導(dǎo)怎樣得到纖維成形體分散系數(shù)(Fiber Form DispersionCoefficient，F(xiàn)FDC)。如圖1所示，Z向表面積因數(shù)計算如下
Z向表面積因數(shù)＝Z向表面積/總表面積。
Z向是與在其上形成纖維素或其它纖維性網(wǎng)或薄片的造紙機(jī)或無塵紙機(jī)的成形絲網(wǎng)表面相垂直的方向。在測量方塊時，Z向是最短的測量尺寸并對應(yīng)于厚度。就在造紙機(jī)上沿造紙網(wǎng)的水平面生產(chǎn)的材料而言，X向和Y向?qū)?yīng)于機(jī)器加工和橫向/交叉方向。在這些示例中，寬度X限定為X和Y中較短的尺寸。長度Y限定為較長的測量尺寸。
表面積的計算如下Z向表面積(mm2)＝2[厚度(mm)×寬度(mm)]+2[厚度(mm)×長度(mm)]總的表面積(mm2)＝Z向表面積+2[寬度(mm)×長度(mm)]Z向表面積因數(shù)(ZSAF)＝Z向表面積(mm2)/總的表面積(mm2)纖維性薄片沿Z向的分層或者變小(debulk)使其加速分散成為單絲纖維。ZSAF值越高，方塊就越可能接觸水而膨脹，并最終分散。如果使特殊形態(tài)的纖維素和其它纖維性材料在很短的時間段內(nèi)-例如三分鐘或更短-分散在混凝土中，則ZSAF是很好的指示器。然而，該計算沒有考慮每個方塊的重量。
必須將密度與ZSAF-同考慮。纖維素成形體的分散隨著ZSAF和密度兩者而變化。兩塊尺寸完全相同的方塊具有完全一樣的ZSAF，但是如果其中一個的重量大于另一個，則較重的方塊將需要更多的時間和能量以分散在建筑材料基質(zhì)中。
成片的纖維性材料的較低密度一般表示沿著方塊或者纖維素體的邊緣更開放的結(jié)構(gòu)。它可能表示一定程度的分層。在將纖維性材料方塊供應(yīng)到建筑混合料中時，對該纖維性材料的邊緣的浸濕在分散的過程非常重要。更開放的結(jié)構(gòu)以及因此而來的較低的密度對于該邊緣的浸濕和隨后的膨脹是有利的。另一方面，較高的密度表示緊湊的、更封閉的結(jié)構(gòu)，可以想象這種結(jié)構(gòu)會使纖維的浸濕以及分散更困難。
纖維成形體分散系數(shù)按照如下方式計算纖維成形體分散系數(shù)(FFDC)＝ZSAF/密度(g/cc)
由成片的纖維性材料制成的理想成形體將會分離成單絲纖維并易于在較短的時間內(nèi)分散入建筑基質(zhì)。纖維成形體分散系數(shù)FFDC是良好的分散潛力指示器。FFDC值越大，具體成形體中的纖維性材料越容易在給定的時間內(nèi)散布并分散成單絲纖維。下述示例示出了這種關(guān)系。大的纖維性材料片具有非常小的FFDC值則表明這樣的事實當(dāng)供應(yīng)到建筑混合料中時，材料片不會不成功地分散。
對于由正常生產(chǎn)的厚度約2.0mm或更小-理想的是介于約0.5mm到約2.0mm之間-的成片纖維性材料制得的材料，例如絞合方塊和/或矩形方塊，要在新澆建筑混合料例如混凝土中實現(xiàn)約4分鐘或更短的實際分散時間，理想的是該纖維材料成形體的FFDC值為約0.30或者更高，更理想的是約0.40或者更高，進(jìn)一步理想的是0.50或者更高，還要理想的是0.60或者更高，進(jìn)一步理想的是0.70或者更高，優(yōu)選為0.80或者更高，更優(yōu)選為0.90或者更高。對于由纖維素制成的纖維性成片材料，可將FFDC稱作CFDC，即纖維素成形體分散系數(shù)。
示例3絞合方塊用可稱量1/10,000克的Mettler Toledo Model AB204-S型數(shù)字分析天平來稱量50個個體絞合方塊的重量。當(dāng)用克來記錄給定的個體絞合方塊的重量時，采用型號為2028的10倍的Peak放大鏡裝置來測量扭結(jié)長度或折疊長度。將方塊放置到平面上并測量其從一端到另一端的長度，以厘米為單位。該方塊長度定義為最長的縱向距離-此處指Y向。然后使給定的絞合方塊伸長，從而使該方塊平鋪并測量其松開扭結(jié)后或展開后的長度，精確到十分之一厘米。將一個伸長率值分配給所測量的五十個方塊中的每一個。用松開扭結(jié)后的長度除以扭結(jié)長度從而計算出伸長率值。
此外，計算并記錄每個方塊的在此處通稱為“絞結(jié)”的折疊、絞合以及扭結(jié)的數(shù)量。絞結(jié)是指當(dāng)將絞合方塊縱長地放置在水平面上并使其一端保持平貼在該表面上時該絞合方塊相對于水平方向的45度或更大的偏離。然后將給定的絞合方塊移動到帶有直徑為1.9cm的量腳的BG2110-0-04型的Ames千分尺上。
通過將絞合方塊的寬度中心定位在千分尺的量腳下來測量厚度-此處即Z向。沿絞合方塊的長度方向在至少兩個位置測量并記錄該厚度，以毫米為單位并精確到百分位。計算并記錄平均厚度。利用10倍的Peak放大鏡測量每個個體絞合方塊的寬度，以毫米為單位。該寬度是指絞合方塊的最短的水平長度-即X向。以毫米為單位并精確到十分位來登記并記錄該寬度。
用松開扭結(jié)后的以厘米為單位的長度乘以以厘米為單位的寬度得到給定方塊的以(平方)厘米為單位的面積，用該面積去除以克為單位的重量從而得到密度。接著，用給定絞合方塊的以厘米為單位的平均厚度去除單位面積的重量值以確定以g/cm3為單位的密度。將50個個體絞合方塊的平均密度稱為成形體表觀密度(Form Apparent Density)并以g/cm3表示。計算每個給定的絞合方塊的總表面積。計算每個給定方塊的Z向表面積。然后計算出每個絞合方塊的Z向表面積因數(shù)。得到50個個體絞合方塊的數(shù)據(jù)，對結(jié)果取平均，計算并記錄標(biāo)準(zhǔn)偏離、最大(高)值、最小(低)值、眾值(mode)以及方差系數(shù)。參見表1，該表示出50個絞合方塊的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)。
表1-絞合方塊成形體的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)



示例4矩形方塊利用Shepherd Products(Watertown，TN)工具將Buckeye Florida(Perry，F(xiàn)lorida)出產(chǎn)的批號為270044的標(biāo)準(zhǔn)Foley卷成形體CF-16制成目標(biāo)尺寸為5mm×6mm、平均密度為0.52g/cm3的標(biāo)準(zhǔn)矩形方塊。
用可測量1/10,000克的Mettler Toledo Model AB204-S型數(shù)字分析天平稱量7個個體矩形方塊。以克為單位記錄給定的個體矩形方塊的重量后，測量該矩形方塊的長度。該長度定義為較長的縱向長度-即Y向。使用型號為2028的10倍Peak放大鏡裝置來測量長度。測量并記錄該長度，并精確到十分之一毫米。寬度定義為較短的水平長度-即X向。利用10倍的Peak放大鏡裝置測量給定矩形方塊的寬度，并精確到十分之一毫米。以毫米為單位記錄寬度的測量結(jié)果。采用帶有直徑為1.9厘米的量腳的BG2110-0-04型Ames千分尺來測量每個矩形方塊的厚度。通過將矩形方塊的中心定位在千分尺的直徑為1.9厘米的量腳下方來測量該厚度-即Z向。以毫米為單位記錄厚度并精確到百分位。用以克為單位的重量除以給定矩形方塊的面積以計算每個給定矩形方塊的密度。將給定矩形方塊的以厘米為單位的平均厚度除以單位面積的重量以計算以g/cm3為單位的密度。將七個矩形方塊的平均密度稱為成形體表觀密度，并且也以g/cm3為單位表示。計算每個給定矩形方塊的總面積。
計算每個給定矩形方塊的Z向表面積并以平方毫米為單位記錄。通過用總表面積除以Z向表面積來計算每個單體矩形方塊的Z向表面積因數(shù)(ZSAF)。對所述七個矩形方塊各自的ZSAF值求平均。將平均ZSAF值指定給矩形方塊成形體。參見表2，該表示出n＝7個矩形方塊的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)。
表2-矩形方塊成形體物理性質(zhì)數(shù)據(jù)

本發(fā)明在實際中優(yōu)選用于生產(chǎn)建筑用的纖維加強(qiáng)混凝土。建筑業(yè)中使用有各種攪拌裝置，其尺寸從諸如在下述實驗室示例中采用的四立方英寸攪拌機(jī)的小設(shè)備到各種廣泛使用的預(yù)混車設(shè)備，再到其它設(shè)備。此處討論的涉及供應(yīng)到混凝土中的纖維性材料成形體的攪拌和分散的參數(shù)可以應(yīng)用于任何在典型環(huán)境中工作的現(xiàn)有機(jī)動化混凝土攪拌機(jī)器。
理想的是，本發(fā)明的成片的纖維性材料成形體在加入混凝土攪拌機(jī)器后約有99％或者更多在大約5分鐘或者更短的攪拌時間內(nèi)-更理想的是大約4分鐘或者更短的時間，優(yōu)選大約3分鐘或者更短的時間，更優(yōu)選大約2分鐘或者更短的時間內(nèi)-分散為單絲纖維。攪拌時間從一批諸如方塊的纖維性材料成形體開始在轉(zhuǎn)動的攪拌機(jī)器中與混凝土批料中的一種或多種-通常是大部分或者所有的-其它成分相接觸的時間點(diǎn)開始計算。通過混凝土的表觀檢查確定(是否出現(xiàn))99％或更多的分散，以確認(rèn)纖維已經(jīng)分別散開，例如如下述示例5中采用的一系列篩子或濾網(wǎng)所實現(xiàn)的那樣。
下面的示例5-8示出三種不同的CF-16成形體的實驗室分散測試。示例55mm×6mm的CF-16矩形方塊成形體在混凝土中的分散本試驗中采用了溫度控制在22.2～27.2℃(72～81)的范圍內(nèi)、濕度控制在41％～54％的范圍內(nèi)的混凝土實驗室。切開一包94磅(42.64kg)的Portland水泥(Lone Star Industries Inc.，Memphis，TN)，鏟出30.8磅(13.97kg)放入鏟斗(bucket)中并覆蓋。然后，稱出118.0磅(53.52kg)的57號洗過的粗集料(Vulcan Materials Co.，Memphis，TN)加入鏟斗中。鏟出83磅(37.65kg)的混凝土沙細(xì)集料(Metro Materials Inc.，Memphis，TN)放入鏟斗中。然后，稱出19.6磅(8.89kg)的水加入鏟斗中。該混凝土批料的總重量為251.4磅(114.04kg)?；旌狭系膯挝恢亓款A(yù)定為每立方英尺155.2磅(2.49kg/dm3)。根據(jù)混凝土混合料的單位重量，利用數(shù)字天平(Mettler Toledo，型號PB3002-S)稱出40.8g或者每立方碼1.5磅(0.89kg/m3)等效用量的干透的CF-16矩形方塊纖維并放入燒杯中。
將所述53.32kg的57號集料添加到四立方英尺(113.3立方分米)的混凝土攪拌機(jī)(Stone Electric Concrete Mixer；型號45CM)中，其中在水平位置下的一個槽口處設(shè)置攪拌滾筒的角度以使攪拌機(jī)開口沿水平線向上傾斜15度。將所述8.89kg的水的三分之一添加到含有57號集料的攪拌機(jī)中。然后啟動攪拌機(jī)。在攪拌機(jī)轉(zhuǎn)動的同時添加所述37.65kg的混凝土沙。將所述13.97kg的Portland水泥添加到含有57號集料和混凝土沙的攪拌機(jī)中。然后將剩余的三分之二的水加入攪拌機(jī)。使攪拌機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)動三分鐘，并利用秒表計時-在加入水之后開始計時。攪拌三分鐘后，關(guān)掉攪拌機(jī)，并將一個濕巾在攪拌機(jī)的開口上放置三分鐘。
三分鐘過去后，取走濕巾，開啟攪拌機(jī)，使其攪拌兩分鐘。然后馬上將所述40.8克干透的5mm×6mm的CF-16矩形纖維素方塊全部加入攪拌機(jī)，并確保沒有方塊碰到攪拌槳或葉片。開始計時，每隔30秒關(guān)閉攪拌機(jī)并從攪拌機(jī)中鏟出15磅(6.80kg)的樣本放入單個鏟斗中。收集樣本之后立即重新啟動攪拌機(jī)。每隔30秒取出一份重量為15磅(6.80kg)的樣本，直至在4分鐘的時間內(nèi)收集到八鏟斗樣本。根據(jù)樣本收集的時間將各鏟斗貼上標(biāo)簽。
將各樣本倒在40.0cm×65.2cm的篩盤上。在用于初次容納混凝土樣本的上部篩盤的整個底部每隔3.3mm穿有一個內(nèi)徑為6.3mm的孔。上部篩盤的下方是尺寸為40.0cm×65.2cm的下部篩盤，整個篩盤上每隔2.3mm穿有3.0mm的孔。在下部篩盤下方放置有收集盤。用手將樣本平鋪在上部篩盤上。設(shè)置帶噴槍附件的軟管以輕輕地沖淋洗過的水泥漿、沙和小石塊，使其通過所述兩個篩盤進(jìn)入收集盤。用手將未分散的矩形方塊和未完全分散的纖維片從所述兩個篩盤上取下，并放在帶有0.150mm的孔的標(biāo)準(zhǔn)濾網(wǎng)上。在0.150mm孔的標(biāo)準(zhǔn)濾網(wǎng)上，用水對收集到的纖維進(jìn)行清洗。對纖維進(jìn)行持續(xù)沖洗，直到纖維上不再有水泥漿。(纖維的)顏色從灰變白表明水泥漿已經(jīng)完全清洗掉了。將清洗過的濕纖維擠壓到下部濾網(wǎng)上以擠出盡可能多的水。(處理完)每份樣本后都要對篩子和濾網(wǎng)進(jìn)行清洗。針對每份樣本重復(fù)進(jìn)行收集纖維的篩選和過濾過程。將樣本貼上標(biāo)簽并放入溫度設(shè)定在105℃的烘箱中烘干一整夜。
第二天將收集到的纖維從烘箱中取出。然后用解剖針/分割針將干燥的纖維分開，以使纖維分離并釋放出夾雜在纖維之間的沙。在帶有1.7mm的孔的標(biāo)準(zhǔn)濾網(wǎng)上進(jìn)行解剖針分離以使沙子能通過所述孔下落。將剩余的不帶沙子的纖維放入單個容器中。針對每份纖維樣本重復(fù)進(jìn)行該過程。將從每份樣本中回收的5mm×6mm的矩形方塊纖維CF-16的總重量記錄并示出在表3(見下面)中。所有5mm×6mm的矩形方塊CF-16都在2.5到3分鐘的攪拌時間內(nèi)全部分散。5mm×6mm的矩形方塊CF-16的CFDC是0.64。
示例6CF-16絞合方塊成形體在混凝土中的分散用絞合方塊替代矩形方塊，重復(fù)示例5中的過程。CF-16絞合方塊在2到2.5分鐘的攪拌時間內(nèi)全部分散。CF-16絞合方塊的CFDC是0.93。
示例73英寸(7.62cm)×4英寸(10.26cm)的CF-16薄片成形體在兩分鐘的攪拌時間內(nèi)在混凝土中的分散采用堆疊在一起的總高度為9.16mm的七個個體纖維薄片來重復(fù)示例5中的過程。各個體薄片的基重是746g/m2、密度是0.57g/cm3。在將成片的纖維加入混凝土中攪拌2分鐘后，將這一整批倒出并過濾。所回收的纖維重40.567g。計算出規(guī)格化的值-即每鏟中纖維的重量-為2.420g。該薄片成形體的CFDC是0.05。
示例83英寸(7.62cm)×4英寸(10.26cm)的CF-16薄片成形體在四分鐘的攪拌時間內(nèi)在混凝土中的分散采用堆疊在一起的總高度為9.16mm的七個個體纖維薄片來重復(fù)示例5中的過程。各個體薄片的基重是746g/m2、密度是0.57g/cm3。在將成片的纖維加入混凝土中攪拌4分鐘后，將這一整批倒出并過濾。所回收的纖維重2.146g。計算出規(guī)格化的值-即每鏟中纖維的重量-為0.128g。該薄片成形體的CFDC是0.05。
表3

圖2示出了示例5-8的結(jié)果。這些纖維素成形體的FFDC或CFDC與攪拌時間存在直接關(guān)系。
示例9低稠度泥漿進(jìn)行傾倒以鋪設(shè)住宅車道。使用I.M.I.，Inc.of Tennessee公司出產(chǎn)的具有下列配料設(shè)計的混凝土-290.7kg/m3(490lb/yd3，磅/立方碼)的水泥質(zhì)材料(62.1kg飛灰、160.1kg水泥)；-1112.4kg/m3(1875lb/yd3)的57號碎石灰石塊；-783.1kg/m3(1320lb/yd3)的沙；以及-988升(261加侖)用于12.7cm(5.0英寸)的目標(biāo)坍落度的水。
通過向約215.8升(57加侖)的水中加入8.2公斤(18磅)干透的成片的CF-16(基重為709g/m2、薄片密度是0.59g/cm3)來制備稠度為3.5％的CF16泥漿。攪動混合料直至CF-16已經(jīng)破碎成個體化的纖維。用含有CF-16泥漿的18.9L(5加侖)鏟斗將所有混合料加入攪拌車入口槽。這等于針對所采用的6.9m3(9yd3)的攪拌車，向混凝土中添加1.19kg/m3(2.0lb/yd3)用量的纖維。向攪拌車中加入泥漿之后，使攪拌車前行到混凝土批料站以接收全部混凝土混合料(水泥、沙、石塊和水)。調(diào)整混凝土配料設(shè)計以便保留215.8升(57加侖)的水，從而適應(yīng)來自纖維泥漿的水。在裝入所有混凝土材料的過程中，攪拌車以很高的攪拌速度轉(zhuǎn)動。然后，攪拌車在驅(qū)動轉(zhuǎn)速(低速)下前進(jìn)10-20分鐘以到達(dá)傾倒位置。
測得含有泥漿的混凝土的坍落度是18.4厘米(7.25英寸)。攪拌車操作員已經(jīng)將目標(biāo)坍落度設(shè)定為12.7cm(5.0英寸)，但未考慮到沙或集料中的水而且(試驗的)前一天晚上下了大雨，因此測量值高于預(yù)期坍落度。通過視覺觀察確認(rèn)，纖維已經(jīng)很好地分散在全部的混凝土批料中。在傾倒過程中收集一份混凝土樣本，然后在14號濾網(wǎng)上利用來自橡膠軟管的水對其進(jìn)行沖洗，并將沙和纖維收集到100號濾網(wǎng)上并進(jìn)行清洗。出現(xiàn)單絲纖維并且不再能看到團(tuán)塊。此外，收集三個柱體樣本，以用于在經(jīng)過7天和28天的時效后測試耐壓強(qiáng)度。修整過程正常。
示例10用絞合方塊制備的混凝土在住宅區(qū)進(jìn)行傾倒以鋪設(shè)車道。使用I.M.I.，Inc.of Tennessee公司出產(chǎn)的具有下列配料設(shè)計的混凝土-290.7kg/m3(490lb/yd3)的水泥質(zhì)材料(62.1kg飛灰、160.1kg水泥)；-1112.4kg/m3(1875lb/yd3)的57號碎石灰石塊；-783.1kg/m3(1320lb/yd3)的沙；以及-988L(261加侖)用于12.7cm(5.0英寸)的目標(biāo)坍落度的水。
I.M.I.公司出產(chǎn)有根據(jù)上述配料方案的攪拌車。當(dāng)攪拌車到達(dá)傾倒地點(diǎn)時測量坍落度，其結(jié)果為8.9cm(3.50英寸)。同樣收集用于耐壓強(qiáng)度測試的柱體。通過用以加入6.1kg(13.5磅)纖維的入口槽，將九個均含有0.68kg(1.5磅)干透的CF-16方塊的可降解纖維素包一個接一個地快速加入到攪拌車中。這相當(dāng)于0.89kg/m3(1.5lb/yd3)的纖維用量。傾倒開始之前，攪拌車以最大攪拌速度轉(zhuǎn)動5分鐘。收集樣本以進(jìn)行坍落度測量和纖維分散測試。加入纖維后測得的坍落度為5.7cm(2.25英寸)(坍落度減小約2.5cm(1.0英寸))。收集柱體以用于耐壓強(qiáng)度測試。在這些收集到的樣本中，可以很容易地看見纖維。收集樣本后，攪拌車操作員加入水以提高坍落度，所以將很容易修整。開始傾倒之后，在傾倒和修整的過程中未再見到團(tuán)塊或者“未分散”的方塊片。在整個傾倒中取出多個大的混凝土樣本，并在兩個濾網(wǎng)上對所述樣本進(jìn)行清洗以收集CF-16纖維。總之，這些測試確認(rèn)已經(jīng)實現(xiàn)了徹底的混合和纖維的單絲分離。
在上述傾倒之后立即重復(fù)進(jìn)行同樣的CF-16方塊混合。在同樣的攪拌條件下以同樣的方式添加同樣的量。添加CF-16之前測得的坍落度是5.1cm(2.00英寸)；添加CF-16之后測得的坍落度是3.2cm(1.25英寸)。收集樣本以用于耐壓強(qiáng)度測試，可以看見含有CF-16的樣本中存在纖維。攪拌車司機(jī)再次加入水進(jìn)行攪拌，以使混凝土的工作性能更好。在傾倒過程中沒有看見團(tuán)塊或者未分散的纖維，采用濾網(wǎng)清洗后再次觀察單絲纖維。
同樣，修整人員未發(fā)現(xiàn)與修整含有CF-16的混凝土有關(guān)的問題和意外。
示例11用5mm×6mm的CF-16矩形方塊制備的混凝土將CF-16制成尺寸為5mm×6mm、平均密度為0.52g/cm3的標(biāo)準(zhǔn)矩形方塊。利用Shepherd Products(Watertown，TN)工具對批號為270044的標(biāo)準(zhǔn)Foley卷成形體CF-16進(jìn)行這種轉(zhuǎn)變。(所采用的)方塊由DurafiberInc.出產(chǎn)的可降解包裝袋包裝，并且每袋含有0.68kg(1.5磅)成塊的CF-16。
Hoover Concrete，Inc.(Nashville，TN)進(jìn)行了傾倒測試。挖掘一大約3.66m(12′)×7.32m(24′)、深度在15.2-25.4cm(6-10英寸)之間的矩形坑以容納傾倒物?；炷僚鲜?.9m3(9yd3)的標(biāo)準(zhǔn)20.7MPa(3000psig)的攪拌混凝土。首先將所有的混凝土材料裝入攪拌車并完成攪拌。收集樣本以進(jìn)行坍落度測試，以及進(jìn)行14天和28天的柱體耐壓強(qiáng)度測試。測得的坍落度為17.8cm(7.0英寸)。
接著，通過十一個均含有0.68kg(1.5磅)方塊的可降解包以矩形方塊成形體(5mm×6mm)的形式添加CF-16纖維，每包均用于7.5kg(16.5磅)或1.07kg/m3(1.8lb/yd3)的用量。將這些包一個接一個地快速加入，并給定4.5分鐘的全轉(zhuǎn)速攪拌時間。然后將混凝土傾倒入坑中，大約30后收集樣本。經(jīng)測量，含有CF-16纖維的樣本的坍落度為17.8cm(7.0英寸)。同樣，收集柱體以在14天和28天進(jìn)行耐壓強(qiáng)度測試。傾倒期間任何時候都不再加水。
還對混凝土進(jìn)行分散測試，以找出未分散的方塊或者纖維束。將大約11.3kg(25磅)的混凝土放在1.9cm(0.75英寸)圓篩子上。將樣本鋪開并用水輕輕沖洗到0.3cm(0.125英寸)的圓形篩子上。利用盤件收集通過兩個篩子的所有物質(zhì)，測試顯示第一樣本中僅包含分散的單絲纖維(無方塊或纖維束)。利用12號網(wǎng)篩和100號網(wǎng)篩對對收集在底盤中的濾過物進(jìn)一步篩選。將100號篩子收集到的沙混合料倒出并在陽光下干燥。干燥后，攪動沙混合料，露出分散在通過三個篩子的全部濾出物中的CF-16單絲纖維。再一次確認(rèn)了分散。
傾倒將要結(jié)束時收集第二樣本。測得其坍落度為21.0cm(8.25英寸)。坍落度的增加一般是由于水的沉降。再次對大約11.3kg(25磅)的混凝土進(jìn)行纖維分散測試，僅露出了一個方塊單片。應(yīng)該注意的是，向攪拌車中加入的方塊單片共有近340,200個。平均每個個體方塊的重量為約0.022g。相信這個唯一的方塊是堆在了入口槽，而在卸放時候落了下來，因而基本沒有時間被攪拌。通過觀察在陽光下干燥后的100號篩子中的物質(zhì)，再次成功確認(rèn)了纖維的分散。
修整者記錄到，混凝土正常地沒有任何問題地起作用和被修整，在修整過程中沒有發(fā)現(xiàn)未分散的纖維。
對比示例11A然后在供應(yīng)片狀成形體纖維的情況下進(jìn)行的對比測試。HooverConcrete，Inc.(Nashville，TN)進(jìn)行了一次不同的傾倒?；炷僚鲜?.9m3(9yd3)的標(biāo)準(zhǔn)20.7MPa(3000psig)的攪拌混凝土。使用了三種不同尺寸的CF-16薄片重量為4.54kg(10磅)的5.1cm(2″)×29.2cm(11.5″)的薄片；重量為4.54kg(10磅)的7.6cm(3.0″)×29.2cm(11.5″)的薄片；以及重量為2.27kg(5磅)的10.2cm(4″)×29.2cm(11.5″)(在機(jī)加工方向的尺寸為11.5″)的薄片。各片的平均基重是709g/m2、平均密度是0.59g/cm3。
首先將所有混凝土材料裝入攪拌車并完成攪拌。然后將成捆的纖維薄片加入混凝土攪拌車的入口槽，并全速轉(zhuǎn)動攪拌4分鐘。
傾倒地點(diǎn)Hoover的已經(jīng)挖坑以容納混凝土的場地。在傾倒進(jìn)行時，用耙狀物在混凝土中查找未混合的纖維薄片。確定未混合的纖維薄片的量。下面的表4總體示出未混合的數(shù)量。
表4

盡管上表示出了利用耙狀物等在混凝土中找出的未混合物，但很可能沒有表示所有的纖維薄片的未混合部分。在一個典型的預(yù)混批料站所要求的必要攪拌條件下，這種纖維的添加方式對于成片的CF-16是不成功的。
CF-16纖維鑒定程序包括以下步驟1.向1升的容器中添加一半的含有纖維的混凝土；2.通過帶噴射嘴的水源用水填充容器剩下的一半，并利用搗桿對混凝土進(jìn)行10次搗固；3.將含有纖維的液體或者頂層液體倒出至100號濾網(wǎng)上；防止將集料和沙倒在濾網(wǎng)上；4.通過濾網(wǎng)輕輕沖洗水泥漿，直到所收集的纖維從灰色變成白色；5.通過將纖維卷成球狀并擠出水，可將纖維的確認(rèn)物收集在樣本袋中。
對于示例12-14，混凝土配料是27.6MPa(4000磅/平方英寸(PSI))的以細(xì)礫(pea gravel)作為粗集料的混合料。用在這些示例中的混凝土在Lonestar Industries Incorporated(Memphis，TN)預(yù)混站制得?；炷羶H為水泥，這意味著其中沒有礦渣或者飛灰。在示例12-14中，均對攪拌速度的持續(xù)時間進(jìn)行檢查以用于纖維的分散。
示例12利用添加到已批拌混凝土攪拌車中的5mm×6mm的CF-16矩形方塊制備的混凝土在傾倒地點(diǎn)或者在批拌處理的末端位置，向6.9m3(9立方碼)的混凝土攪拌車中添加CF-16方塊。方塊包裝在可降解的纖維素袋中?；炷潦琴徸訪onestar Industries Incorporated(Memphis，TN)的27.6MPa(4000psi)的混合料?；旌狭现械拇旨鲜羌?xì)礫。混凝土中CF-16的用量是0.89kg/m3(1.5lb/yd3)。加入CF-16方塊后，攪拌車以攪拌速度攪拌3分鐘。分散測試顯示方塊沒有分散成單絲纖維?；炷翝L筒再以攪拌速度攪拌2分鐘。在該2分鐘的攪拌之后，CF-16沒有分散?；炷翝L筒接著再攪拌2分鐘，在第二個2分鐘攪拌之后，CF-16沒有分散?；炷翝L筒接著再以攪拌速度攪拌4分鐘。分散試驗顯示，方塊沒有分散而是僅僅已經(jīng)開始膨脹。當(dāng)向已批拌混凝土攪拌車中加方塊或者在批量拌合的最后，在共計11分鐘的攪拌后，方塊沒有分散。測得的坍落度是12.7cm(5英寸)?；炷恋缆返纳媳砻骘@露出細(xì)礫和很多未分散成單絲纖維的CF-16方塊。
示例13利用在批處理期間先加入混凝土攪拌車的5mm×6mm的松散CF-16矩形方塊制得的混凝土在預(yù)混站，將松散的CF-16方塊放到用于向混凝土攪拌車中裝載材料的輸送帶上。在所有其它材料(粗集料、細(xì)集料、水泥和水)之前將方塊送入攪拌車滾筒中。本示例中采用的粗集料是細(xì)礫。混凝土中CF-16的用量是0.89kg/m3(1.5lb/yd3)。向混凝土攪拌車中添加用以形成混凝土的材料的批處理時間測得是3分鐘。之后，攪拌車滾筒以攪拌速度攪拌3分鐘。分散測試顯示，3分鐘的攪拌后，方塊全部分散成了單絲纖維。測得的坍落度是8.9cm(3.5英寸)。去除上表面以顯露出集料后，沒有可見的方塊。
示例14利用在批處理期間先加入混凝土攪拌車的5mm×6mm的打包CF-16矩形方塊制得的混凝土在預(yù)混站，將打包的CF-16方塊放到用于向混凝土攪拌車中裝載材料的輸送帶上。在所有其它材料(粗集料、細(xì)集料、水泥和水)之間將方塊送入攪拌車滾筒中。本示例中采用的粗集料是細(xì)礫?；炷林蠧F-16的用量是0.89kg/m3(1.5lb/yd3)。添加用以形成混凝土的材料的批處理時間測得是3分鐘。之后，攪拌車滾筒以攪拌速度攪拌3分鐘。分散測試顯示，3分鐘的攪拌后，方塊全部分散成了單絲纖維。測得的坍落度是10.2cm(4.0英寸)。去除上表面以顯露出集料后，沒有可見的方塊。
對于示例15-16，混凝土是27.6MPa(4000PSI)的包含用作粗集料的細(xì)礫的混合料。對于每個示例，每個攪拌車制備6.9m3(9yd3)。這兩個示例都不向混凝土混合料添加飛灰或者礦渣。示例15和16涉及IrvingMaterials Incorporated(Manchester，TN)預(yù)混站。
示例15利用在混凝土混合料的第一組分之后添加的5mm×6mm的CF-16矩形方塊制得的混凝土將5mm×6mm的CF-16矩形方塊添加到推運(yùn)螺旋傳送系統(tǒng)(SACS)的儲存箱中，下面述及的推運(yùn)螺旋傳送系統(tǒng)已經(jīng)安裝在Irving MaterialsIncorporated(Manchester，TN)的預(yù)混站中。安裝SACS以將CF-16方塊運(yùn)送或分送到集料稱量斗中。測量SACS的流動速率或者分送速率。將測得的流動速率用于計算SACS的運(yùn)轉(zhuǎn)時間，以測量纖維的標(biāo)定量。要裝載到混凝土攪拌車中的混凝土的目標(biāo)批量體積是6.9m3(9yd3)。輸入計算出的運(yùn)轉(zhuǎn)時間，從而將6.1kg(13.5磅)的CF-16方塊以給定的已知流動速率傳送到SACS的卸放端。
所使用的粗集料是細(xì)礫。使細(xì)礫首先落入稱量斗。將CF-16方塊分送到細(xì)礫的上面，或者在細(xì)礫加入稱量斗之后加入稱量斗。稱量斗包括位于稱量斗底部的集料出口。在集料出口的正下方設(shè)有傳送帶。在混凝土批拌過程中，啟動輸送帶并首先將細(xì)礫送入混凝土攪拌車的滾筒。在細(xì)礫送入攪拌車滾筒之后，接著將CF-16方塊作為混凝土混合料的第二種成分加入。在加入CF-16之后，立即加入沙。一部分沙和CF-16方塊同時加入混凝土攪拌車滾筒中。最后加入水泥和水。
在攪拌車滾筒已經(jīng)裝載后，滾筒以攪拌速度轉(zhuǎn)動3分鐘。分散測試顯示CF-16方塊沒有分散。使?jié)L筒再以攪拌速度轉(zhuǎn)動2分鐘。分散試驗顯示，方塊膨脹但未分散。使攪拌車滾筒以攪拌速度再攪拌1分鐘。分散測試顯示CF-16方塊在共計6分鐘后完全分散。露出混凝土路面的頂面將顯露出細(xì)礫。在暴露的表面上，沒有可見的方塊或者未分散的纖維等跡象，這支持了分散測試結(jié)果。
示例16利用和混凝土混合料的第一組分同時添加的5mm×6mm的CF-16矩形方塊制得的混凝土將5mm×6mm的CF-16矩形方塊添加到推運(yùn)螺旋傳送系統(tǒng)(SACS)的儲存箱中，下面述及的推運(yùn)螺旋傳送系統(tǒng)已經(jīng)安裝在Irving MaterialsIncorporated(Manchester，TN)的預(yù)混站中。安裝SACS以將CF-16方塊運(yùn)送或分送到集料稱量斗中。測量SACS的流動速率或者分送速率。將測得的流動速率用于計算SACS的運(yùn)轉(zhuǎn)時間，以測量纖維的標(biāo)定量。要裝載到混凝土攪拌車中的混凝土的目標(biāo)批量體積是6.9m3(9yd3)。輸入計算出的運(yùn)轉(zhuǎn)時間，從而將6.1kg(13.5磅)的CF-16方塊以給定的已知流動速率傳送到SACS的卸放端。
所使用的粗集料是細(xì)礫。將CF-16方塊首先分送進(jìn)稱量斗。將細(xì)礫加入稱量斗中CF-16方塊的頂部。稱量斗包括位于稱量斗底部的集料出口。在集料出口的正下方設(shè)有傳送帶。在混凝土批拌過程中，啟動輸送帶，將CF-16方塊和細(xì)礫同時送入混凝土攪拌車的滾筒中。在CF-16和細(xì)礫進(jìn)入攪拌車滾筒之后，接著向混凝土混合料中加入沙。最后加入水泥和水。
在攪拌車滾筒已經(jīng)裝載后，滾筒以攪拌速度轉(zhuǎn)動三分鐘。分散測試顯示除了類似個體方塊片的最初形狀的一捆纖維沒有分散之外，CF-16切塊已經(jīng)完全分散。使?jié)L筒再以攪拌速度轉(zhuǎn)動一分鐘。分散試驗顯示，方塊膨脹完全分散。分散測試確認(rèn)了CF-16方塊在共計四分鐘后完全分散。露出混凝土路面的頂面將顯露出細(xì)礫。在暴露的表面上，沒有可見的方塊或者未分散的纖維等跡象，這支持了分散測試結(jié)果。
示例17推運(yùn)螺旋傳送系統(tǒng)(SACS)對于SACS，5mm×6mm的CF-16矩形方塊是優(yōu)選形式。CF-16方塊的尺寸和FFDC使它非常合適。和FFDC相關(guān)聯(lián)的尺寸使得5mm×6mm的矩形是易于流動的形狀，也是易于分散在混凝土中的形狀。SACS是向?qū)嶋H的混凝土制備生產(chǎn)例如預(yù)混站中供應(yīng)纖維的機(jī)器的示例。SACS包括3個主要功能構(gòu)件。這些構(gòu)件是儲存箱、螺旋加料器/螺旋推進(jìn)器系統(tǒng)和卸放部件。SACS和VAL-CO PAX，INC.(Coldwater，Ohio)所生產(chǎn)的系統(tǒng)相似。因為尺寸和密度非常均勻所以優(yōu)選CF-16方塊?？煽繖C(jī)器和均勻的纖維成形體使得從SACS分送的流率能夠很穩(wěn)定。穩(wěn)定的流率使得將要采取和應(yīng)用在將來的纖維裝載中的測量成為可能。通過改變螺旋加料器的工作時間，可以將帶有適當(dāng)電子元件的SACS用于可靠地測量纖維的標(biāo)定量。
存儲箱是通過將由鋼/鐵或其它類型的材料制成的部件用繩索填隙(rope caulking)然后拴接在一起以形成防風(fēng)雨容器而構(gòu)成的，其具有設(shè)置在頂部以裝載存儲箱的開口以及設(shè)置在底部以作為螺旋加料器進(jìn)料入口的開口。存儲箱的底部是錐形的，使得CF-16方塊可以利用重力送入存儲箱正下方的螺旋加料器進(jìn)料口(auger inlet boot)。CF-16方塊的易流動性(幾何形狀和密度)使得當(dāng)螺旋加料器入口將方塊從存儲箱的中心送出時，方塊自己塌落。在容納于存儲箱內(nèi)的方塊的中部暫時出現(xiàn)了一個洞。這個洞很快被從洞的側(cè)壁上坍塌下來的方塊充滿。和存儲箱的底部相連的是螺旋加料器進(jìn)料口。
螺旋加料器系統(tǒng)是柔性的螺旋件或螺線形螺旋加料器，其具有6.88cm(2.71英寸)的外徑(對本示例而言)。從螺旋加料器進(jìn)料口到SACS的卸放端延伸有管道。柔性的螺旋件插入在管道。螺旋加料器的每端都是截止的。螺旋加料器的一端固定在存儲箱下方的螺旋加料器進(jìn)料口中的自由轉(zhuǎn)動端，另一端固定在SACS卸放側(cè)的驅(qū)動端上。當(dāng)螺旋加料器被馬達(dá)驅(qū)動時，就將CF-16方塊從存儲箱通過管道向上送到卸放頭。
卸放頭安裝在CF-16方塊將被分送到預(yù)混批拌過程或者任何其它過程中的位置。CF-16方塊受重力的驅(qū)動到達(dá)卸放頭。安裝有卸放管以使得方塊可以被引導(dǎo)至目標(biāo)點(diǎn)。驅(qū)動馬達(dá)靠近卸放頭。
示例18纖維素小球?qū)⒏鶕?jù)美國專利No.6,270,883 B1的說明而制備的成球狀的南方軟木牛皮紙纖維(southern softwood kraft fiber)與Lonestar Portland I型水泥、沙和細(xì)礫的以1∶1∶2的混合成混合料。水和水泥的比率是0.51。將這些成分在12夸脫的A-120型Hobart攪拌機(jī)中攪拌。用15cm的實驗室用小型坍落度錐(Tech-Lab Industries，Inc.(Arlington，TX))測量混合料的坍落度，其結(jié)果是7.0cm。將帶有纖維的混凝土混合料和無纖維的檢驗件傾倒進(jìn)如ASTM臨時程序“Standard Test Method for Evaluating PlasticCracking of Restrained Concrete(Using a Steel Form Insert；Subcommittee C 9.42 Fiber Reinforced Concrete Ballot)”所述的重壓直立模(stress riser mold)中，然后修整。將樣本放在氣流量為19.1km/hr的風(fēng)扇前。24小時后，測量開裂面積，發(fā)現(xiàn)含有樣本的纖維開裂面積比檢驗件少。
本發(fā)明不限于此處所述的具體實施方式
所限定的范圍。事實上，根據(jù)前述的說明書和附圖，這里所描述的內(nèi)容之外的本發(fā)明的各種變型對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將是顯而易見的。這些變型也應(yīng)落入后附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
本申請引用的全部專利、專利申請、出版物、產(chǎn)品說明書以及規(guī)程中所披露的全部內(nèi)容是作為參考而引入的。
權(quán)利要求
1.一種由成片的纖維質(zhì)材料制成的絞合方塊成形體，其中該絞合方塊的總體形狀為矩形，該絞合方塊松開扭結(jié)后的長度為約10mm至約100mm，該絞合方塊的寬度為約2mm到約15mm、厚度為約1mm到約6mm、密度為約0.1g/cc到約0.5g/cc，該方塊沿長度方向具有一個或者更多45度或以上的絞結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的絞合方塊，其特征在于，所述松開扭結(jié)后的長度為約15mm到約75mm。
3.如權(quán)利要求2所述的絞合方塊，其特征在于，所述松開扭結(jié)后的長度為約20mm到約55mm。
4.如上述權(quán)利要求之一所述的絞合方塊，其特征在于，所述寬度為約3mm到約10mm。
5.如權(quán)利要求4所述的絞合方塊，其特征在于，所述寬度為約4mm到約9mm。
6.如上述權(quán)利要求之一所述的絞合方塊，其特征在于，所述厚度為約1.5mm到約5mm。
7.如權(quán)利要求6所述的絞合方塊，其特征在于，所述厚度為約1.9mm到約4.5mm。
8.如上述權(quán)利要求之一所述的絞合方塊，其特征在于，所述方塊沿長度方向具有兩個或更多45度或以上的絞結(jié)。
9.如上述權(quán)利要求之一所述的絞合方塊，其特征在于，所述密度為從約0.14g/cc到約0.47g/cc。
10.如上述權(quán)利要求之一所述的絞合方塊，其特征在于，扭結(jié)后的長度為從約0.8mm到約6mm。
11.如權(quán)利要求10所述的絞合方塊，其特征在于，扭結(jié)后的長度為從約1mm到約5mm。
12.如上述權(quán)利要求之一所述的絞合方塊，其特征在于，方塊的重量為從約0.03g到約0.3g。
13.如權(quán)利要求12所述的絞合方塊，其特征在于，方塊的重量為從約0.05g到約0.2g。
14.如上述權(quán)利要求之一所述的絞合方塊，其特征在于，方塊具有從約0.12到約0.30的Z向表面積因數(shù)。
15.如上述權(quán)利要求之一所述的絞合方塊，其特征在于，方塊具有約為0.50或者更高的纖維成形體分散系數(shù)FFDC。
16.如權(quán)利要求15所述的絞合方塊，其特征在于，方塊具有約為0.60或者更高的纖維成形體分散系數(shù)FFDC。
17.如權(quán)利要求16所述的絞合方塊，其特征在于，方塊具有約為0.70或者更高的纖維成形體分散系數(shù)FFDC。
18.如權(quán)利要求17所述的絞合方塊，其特征在于，方塊具有約為0.80或者更高的纖維成形體分散系數(shù)FFDC。
19.如權(quán)利要求18所述的絞合方塊，其特征在于，方塊具有約為0.90或者更高的纖維成形體分散系數(shù)FFDC。
20.一種由成片的纖維性材料的形成的矩形方塊，其中矩形方塊的總體形狀為矩形，該矩形方塊的長度為約4mm到約10mm、寬度為約3mm到約8mm、厚度為約1mm到約2mm、密度為約0.4g/cc到約0.6g/cc。
21.如權(quán)利要求20所述的矩形方塊，其特征在于，所述密度為約0.4g/cc到約0.6g/cc。
22.如權(quán)利要求21所述的矩形方塊，其特征在于，所述密度為約0.45g/cc到約0.55g/cc。
23.如權(quán)利要求20-22之一所述的矩形方塊，其特征在于，所述長度為約5mm到約8mm。
24.如權(quán)利要求23所述的矩形方塊，其特征在于，所述長度為約6mm到約7mm。
25.如權(quán)利要求20-24之一所述的矩形方塊，其特征在于，所述寬度為約4mm到約7mm。
26.如權(quán)利要求23所述的矩形方塊，其特征在于，所述寬度為約4.5mm到約6mm。
27.如權(quán)利要求20-26之一所述的矩形方塊，其特征在于，所述厚度為約1.15mm到約1.70mm。
28.如權(quán)利要求23所述的矩形方塊，其特征在于，所述厚度為約1.25mm到約1.50mm。
29.如權(quán)利要求20-28之一所述的矩形方塊，其特征在于，重量為約0.015g到約0.030g。
30.如權(quán)利要求29所述的矩形方塊，其特征在于，重量為約0.020g到約0.024g。
31.如權(quán)利要求20-30之一所述的矩形方塊，其特征在于，方塊具有約為0.30或更高的纖維成形體分散系數(shù)FFDC。
32.如權(quán)利要求31所述的矩形方塊，其特征在于，方塊具有約為0.50或更高的纖維成形體分散系數(shù)FFDC。
33.如權(quán)利要求32所述的矩形方塊，其特征在于，方塊具有約為0.70或更高的纖維成形體分散系數(shù)FFDC。
34.一種生產(chǎn)由成片的纖維性材料形成的絞合方塊的方法，包括使成片的纖維性材料通過橫向破碎機(jī)以生產(chǎn)絞合方塊，該絞合方塊的總體形狀為矩形，該絞合方塊松開扭結(jié)后的長度為約10mm到約100mm，該絞合方塊的寬度為約2mm到約15mm、厚度為約1mm到約6mm、密度為約0.1g/cc到約0.5g/cc，該方塊沿長度方向具有一個或者更多45度或以上的絞結(jié)。
35.一種生產(chǎn)由成片的纖維性材料形成的矩形方塊的方法，包括使成片的纖維性材料通過切塊機(jī)或破碎機(jī)以生產(chǎn)矩形方塊，該矩形方塊總體上為矩形，該矩形方塊的長度為約4mm到約10mm、寬度為約3mm到約8mm、厚度為約1mm到約2mm、密度為約0.4g/cc到約0.6g/cc。
36.建筑材料，該建筑材料含有分散在其中的如權(quán)利要求1-19之一所述的絞合方塊。
37.如權(quán)利要求36所述的建筑材料，其特征在于，該材料是水泥質(zhì)混合料。
38.如權(quán)利要求36所述的建筑材料，其特征在于，該材料是含瀝青的混合料。
39.建筑材料，該建筑材料含有分散在其中的如權(quán)利要求20-33之一所述的矩形方塊。
40.如權(quán)利要求39所述的建筑材料，其特征在于，該材料是水泥質(zhì)混合料。
41.如權(quán)利要求39所述的建筑材料，其特征在于，該材料是含瀝青的混合料。
42.一種成片的纖維性材料成形體，其重量為約0.01g到約0.5g并具有約為0.50或者更高的纖維成形體分散系數(shù)FFDC。
43.如權(quán)利要求42所述的成片的纖維性材料成形體，其特征在于，該成形體的纖維成形體分散系數(shù)FFDC為約0.60或者更高。
44.如權(quán)利要求43所述的成片的纖維性材料成形體，其特征在于，該成形體的纖維成形體分散系數(shù)FFDC為約0.70或者更高。
45.如權(quán)利要求44所述的成片的纖維性材料成形體，其特征在于，該成形體的纖維成形體分散系數(shù)FFDC為約0.80或者更高。
46.如權(quán)利要求45所述的成片的纖維性材料成形體，其特征在于，該成形體的纖維成形體分散系數(shù)FFDC為約0.90或者更高。
47.如上述權(quán)利要求之一所述的成片的纖維性材料成形體，其特征在于，所述成片的纖維性材料成形體在加入混凝土攪拌機(jī)器后有99％或者更多在約5分鐘或者更短的攪拌時間內(nèi)分散成單絲纖維。
48.如權(quán)利要求47所述的成片的纖維性材料成形體，其特征在于，所述成片的纖維性材料成形體在加入混凝土攪拌機(jī)器中后有99％或者更多在約4分鐘或者更短的攪拌時間內(nèi)分散成單絲纖維。
49.如權(quán)利要求48所述的成片的纖維性材料成形體，其特征在于，所述成片的纖維性材料成形體在加入混凝土攪拌機(jī)器中后有99％或者更多在約3分鐘或者更短的攪拌時間內(nèi)分散成單絲纖維。
50.一種水泥質(zhì)材料，包括(A)水泥，(B)纖維素小球，以及(C)任選地，沙、集料、或者沙和集料。
51.一種用于將纖維分散到水泥質(zhì)材料中的方法，其中包括以下步驟(A)提供水泥質(zhì)材料，其中該水泥質(zhì)材料包括水泥和粗集料成分；(B)向水泥質(zhì)材料中添加方塊成形體；以及(C)攪拌水泥質(zhì)材料和方塊成形體，直到方塊成形體完全作為單絲纖維均勻分散到水泥質(zhì)材料中。
52.如權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于，方塊成形體是由成片的纖維性材料制成的絞合方塊成形體，該絞合方塊的總體形狀為矩形，該絞合方塊松開扭結(jié)后的長度為約10mm到約100mm，該絞合方塊的寬度為約2mm到約15mm、厚度為約1mm到約6mm、密度為約0.1g/cc到約0.5g/cc，該方塊沿長度方向具有一個或者更多45度或者以上的絞結(jié)。
53.如權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于，該方塊成形體是由成片的纖維性材料制成的矩形方塊成形體，該矩形方塊的總體形狀為矩形，其長度為約4mm到約10mm、寬度為約3mm到約8mm、厚度為約1mm到約2mm、密度為約0.4g/cc到約0.6g/cc。
全文摘要
本發(fā)明提供了由成片的纖維性材料制成的絞合方塊成形體和矩形方塊成形體，并且提供了制造方塊成形體的方法。具體地，本發(fā)明公開了方塊成形體和片狀材料在建筑材料和水泥質(zhì)材料中的使用。
文檔編號E04C5/07GK1871183SQ200480031180
公開日2006年11月29日 申請日期2004年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月29日
發(fā)明者R·I·貝爾, J·T·庫克, J·菲德勒, G·H·莫頓, H·L·朔格恩, J·D·斯皮克曼, M·L·伍德, C·J·韋德 申請人:Bki控股公司