セメントベースの装甲パネルの製造プロセス

专利摘要:
弾道耐性および耐爆性を有するパネルを製造するのに使用するための超高圧縮強度複合材料まで硬化するパネルなどの繊維強化セメント質製品の製造プロセス。パネルは、シリカ粉が無い状態で、無機セメント結合剤、約１５０〜４５０ミクロンの粒径を有する無機鉱物充填材、ポゾラン鉱物充填材、ポリカルボキシレート系の流動化剤セルフレベリング剤および水の水性混合物を硬化させた結果として得られる連続相を有する。混合物は同様にアルカノールアミンおよび酸または酸性塩を含んでいてもよい。連続相は、パネルを形成するように硬化させる前に連続相内に分布させられた繊維で強化されてよい。パネルは、例えば、弾道耐性および耐爆性セメント装甲パネルを形成するべく例えばエポキシなどの接着剤での積層によって芯材の少なくとも１つの表面に付着された繊維強化外皮で強化されてよい。
公开号:JP2011513186A
申请号:JP2010549762
申请日:2009-02-27
公开日:2011-04-28
发明作者:アシッシュ・デュービー；ウィリアム・エー・フランク
申请人:ユナイテッド・ステイツ・ジプサム・カンパニー；
IPC主号:C04B28-02

专利说明:

[0001] 関連出願の相互参照
本出願は、参照により本明細書に援用されている２００８年３月３日出願の米国仮特許出願第６１／０３３，２４０号明細書の利益を主張し、以下の特許と関連性を有するものである：
２００８年３月３日出願の「Ａ ＳＥＬＦ−ＬＥＶＥＬＩＮＧ ＣＥＭＥＮＴＩＴＩＯＵＳ ＣＯＭＰＯＳＩＴＩＯＮ ＷＩＴＨ ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ ＲＡＴＥ ＯＦ ＳＴＲＥＮＧＴＨ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＡＮＤ ＵＬＴＲＡ−ＨＩＧＨＣＯＭＰＲＥＳＳＩＶＥ ＳＴＲＥＮＧＴＨ ＵＰＯＮＨＡＲＤＥＮＩＮＧ ＡＮＤＡＲＴＩＣＬＥＳ ＭＡＤＥ ＦＲＯＭ ＳＡＭＥ」という題の米国仮特許出願第６１／０３３，２１２号明細書；
２００８年３月３日出願の「ＣＥＭＥＮＴ ＢＡＳＥＤ ＡＲＭＯＲ ＰＡＮＥＬ ＳＹＳＴＥＭ」という題の米国仮特許出願第６１／０３３，２５８号明細書；
２００８年３月３日出願の「ＣＥＭＥＮＴ ＢＡＳＥＤ ＬＡＭＩＮＡＴＥＤ ＡＲＭＯＲ ＰＡＮＥＬＳ」という題の米国仮特許出願第６１／０３３，２６４号明細書；
２００８年３月３日出願の「ＴＲＡＮＳＰＯＲＴＡＢＬＥ ＭＯＤＵＬＡＲ ＳＹＳＴＥＭ ＯＦ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ ＦＯＲ ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ」という題の米国仮特許出願第６１／０３３，０６１号明細書；
および
２００８年３月３日出願の「ＴＡＮＳＰＯＲＴＡＢＬＥ ＭＯＤＵＬＡＲ ＦＲＡＭＥ ＦＯＲ ＨＯＬＤＩＮＧ ＰＡＮＥＬＳ ＦＯＲ ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ」という題の米国仮特許出願第６１／０３３，０５９号明細書。]
[0002] 連邦政府による資金援助を受けた研究の記載
本明細書に記載されている研究作業は、Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ， Ｅｎｇｉｎｅｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＆ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｕ．Ｓ． Ａｒｍｙ Ｃｏｒｐｓ ｏｆ ＥｎｇｉｎｅｒｒｓおよびＵｎｉｔｅｄ ＳｔａｔｅｓＧｙｐｓｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙの間の共同研究開発契約第ＣＲＡＤＡ−０５−ＧＳＬ−０４号の下での支援を受けたものである。]
[0003] 以上全て、その全体が本明細書に参照により援用される。]
[0004] 本発明は、一般に、強度増加が制御された独自の繊維強化セメント質芯材組成物と、セメント質芯材パネルの少なくとも１つの表面に付着された高性能外皮強化材とを有する、弾道および爆風荷重に対する並外れた耐性を備えた、改良型高性能セメントベース装甲パネルを製造するための生産ラインプロセスに関する。]
[0005] セメント質芯材は、無機セメント質結合剤、標準的には水硬性セメント、例えばポートランドセメント；無機鉱物充填材、好ましくは１５０〜４５０ミクロンの中央粒径およびセメント質結合剤に対する０．８０〜１．５０：１の重量比をもつシリカ砂；ポゾラン微細充填材、好ましくは約０．１ミクロンの平均粒径のシリカヒューム；合計組成物の約０．７５〜２．５重量％のポリカルボキシル化学に基づく有機系セルフレベリング化学作用物質、好ましくはポリカルボン酸ポリエーテル（流動化剤）、任意のアルカノールアミンおよび酸または酸性塩流動性添加剤、繊維および水で作られている。]
[0006] セメント質芯材を形成するための混合物は、混合された時点でセルフレベリング性を示し、硬化の後著しい強度を発生させる。セメント質芯材は、使用可能なパネル芯材を従来の生産設備を用いて成形するには稠度が高すぎるセメント質芯材組成物を生成することがわかっているシリカ粉を含んでいない。]
[0007] セメント質芯材組成物は、パネルのセメント質芯材の少なくとも１つの表面を積層するために用いられる繊維強化外皮材料と組み合わせた形で使用される。セメント質装甲パネルの芯材を積層するためにさまざまな外皮を使用することができる。しかしながら、外皮としての繊維強化ポリマー（ＦＲＰ）積層品が好ましい。繊維ガラス強化樹脂が特に好適なＦＲＰである。外皮（Ｓ）が、ＳＣまたはＳＣＳまたはＳＣＳＣＳ構造設計の積層品として芯材（Ｃ）の上に設置される。]
[0008] 改良型セメント組成物を用いて作られたパネルは、鋼繊維または鋼強化材を伴ってまたは伴わずに爆風および弾道衝撃に耐えるのに充分な強度を有する。]
背景技術

[0009] 水硬性セメント、無機鉱物充填材およびポゾランならびに化学添加剤、例えば可塑剤および水分散剤を含む繊維強化セメント質組成物が、住宅および／または商業構造の内部壁および外部壁を形成するために建設業界において使用されてきた。しかしながら、このような従来のパネルがもつ欠点は、それらが弾道および爆風荷重に対する高度の耐性を提供するのに充分な圧縮強度を有していない、という点にある。]
[0010] 超高強度のセメント質組成物を生産するための現行の実践方法は、超高材料強度を達成するための極めて低い水分量と効果的な粒子充填に依存するものである。高密度の粒子充填を達成するために利用される原料およびこれらの組成物における極めて低い水使用量の結果として、セメント質混合物は、混合されたばかりの状態においてパン生地様の稠度を伴って、極めて剛性の高いレオロジー挙動を有する。剛い稠度によりこれらの混合物は、加工が極めて困難であり、従来の製造プロセスにおいてセメントベースの厚みの薄い製品および複合材料を作るための加工が極めて困難である。]
[0011] Ｂｅｌｏｕｓｏｆｓｋｙに付与された米国特許第４１５８０８２Ａ号明細書は、耐衝撃性がありポートランド系のセメントを使用しうる繊維ガラス外皮を伴う積層セメントベースの構造を開示している。]
[0012] Ａｒｆａｅｉに付与された米国特許第４９４８４２９号明細書は、ポートランドセメント、砂、ヒュームドシリカおよびポリエーテルを含むセメント質組成物を開示している。]
[0013] 全体が参照により本明細書に援用されているＭｉｌｌｅｒらに付与された米国特許第４７９３８９２号明細書は、ポートランドセメントを含有する軽量セメント芯材と、セメント芯材の表面に接着剤によりボンディングされる繊維ガラススクリム表面仕上げを伴うコンクリートパネルを製造する装置を開示している。]
[0014] Ｔｅａｒｅに付与された米国特許第４４３４１１９号明細書は、セメントパネルに対する２層のスクリムの適用について開示しており、この場合次に表面をならす前にパネルの上面に薄いスラリー層が適用される。Ｔｅａｒｅは、硬化中隣接するパネルの間のセメントパネルの表面上に紙製外皮層を使用し、この紙層はその後、最終セメントパネル製品向けに除去される。]
[0015] Ａｎｇｅｌｓｋａｒに付与された米国特許第５９９７６３０号明細書はＴＥＡと酒石酸について開示している。]
[0016] Ｍｕｒｐｈｙに付与された米国特許第６１７６９２０号明細書は、平滑化ヘッド、せん断機およびスクリード作業プロセスを用いて多重層のセメント質パネルを構築するための方法について開示している。]
[0017] Ｃｌｅａｒに付与された米国特許第６１１９４２２Ｂ１号明細書は、セメント質複合材料が、繊維ガラスメッシュの内部面および外部面を伴う骨材芯材を有している、繊維ガラス強化メッシュの外部表面仕上げを伴う耐衝撃性の高い構造セメント質建築用パネルについて開示している。]
[0018] Ｇｕｅｒｉｎｅｔらに付与された米国特許第６３０９４５７Ｂ１号明細書は、ポートランドセメント、最大サイズ１０ｍｍまたは０〜５ｍｍのシリカ砂または０〜０．４ｍｍおよび０〜５ｍｍのサイズの配合物；２００ミクロン未満好ましくは１００ミクロン未満の寸法を有するフライアッシュまたはシリカ粉などの鉱物細骨材；少なくとも１つのアミノジ（アルケンホスホン酸）基を含む水溶性または水分散性有機化合物である第１の可塑剤；およびポリカルボン酸タイプのものでありかつポリエーテル鎖を含む第２の水溶性または水分散性可塑剤を含むセルフレベリングセメント組成物について開示している。実施例１は、３２ＭＰａ（約４６００ｐｓｉ）という２８日圧縮強度を示している。]
[0019] Ｉｓｏｍｕｒａらに付与された米国特許第６４３７０２７号明細書は、ポートランドセメント、５ｍｍ未満のサイズのシリカ砂：および０．０１〜２．５重量％のポリカルボキシレートポリエーテルを含むセメント質組成物について開示している。]
[0020] Ｋｅｒｋａｒらに付与された米国特許第６８４９１１８Ｂ２号明細書は、ポートランドセメント、０〜６ｍｍのサイズのシリカ砂；およびポリカルボキシレート（ＡＤＶＡ（登録商標）注型可塑剤）を含むセメント質組成物について開示している。]
[0021] Ａｎｄｅｒｓｏｎらに付与された米国特許第６８５８０７４Ｂ２号明細書は、ポートランドセメント、シリカ砂、ヒュームドシリカ、促進剤、遅延剤およびポリカルボキシレート高範囲減水分散剤を含むセメント質組成物を開示している。]
[0022] その全体が本明細書に参照により援用されているＴｏｎｙａｎらに付与された米国特許第６，６２０，４８７号明細書は、合板または配向性ストランドボードパネルが提供するせん断荷重以上の枠組への固定時のせん断荷重に耐えることのできる軽量で寸法的に安定した強化構造セメントパネル（ＳＣＰまたはＳＣＰパネル）について開示している。これらのパネルは、硫酸カルシウムアルファ半水化物、水硬性セメント、活性ポゾランおよび石灰の水性混合物の硬化の結果として得られる連続相の芯材を使用しており、この連続相は、耐アルカリ性ガラス繊維で強化されセラミック微小球またはセラミック微小球とポリマー微小球の配合物を含むか、または０．６／１〜０．７／１の水対反応性粉末の重量比を有する水性混合物またはそれらの組合せから形成されている。パネルの少なくとも１つの外部表面は、ガラス繊維で強化され、釘打ち性を改善するのに充分なポリマー球を含有するかまたはポリマー球と類似の効果を提供するような水対反応性粉末比を伴って作られているか、またはその組合せである硬化した連続相を含んでいてよい。]
[0023] Ｓｈｅｎｄｙらに付与された米国特許第６８７５８０１Ｂ２号明細書は、ポートランドセメント、砂、ヒュームドシリカおよびポリカルボキシレートを０〜２重量％含むセメント質組成物について開示している。]
[0024] Ｄａｃｚｋｏらに付与された米国特許第６９４２７２７Ｂ２号明細書は、ポートランドセメント；シリカ砂などの細骨材（細骨材は、ほぼ全体が４番篩を通過する材料である）、砂などの粗骨材（粗骨材は大部分が４番篩に留まる材料である）；シリカヒュームポゾラン；セメントの乾燥重量を基準にして０．０２５〜０．７％のポリカルボキシレート分散剤；および構造的合成繊維、を含む初期強度の高いセメント質部材について開示している。セメント質部材は、壁パネルを作るのに使用することができる。セメント質部材は、１０，０００ｐｓｉ超の２４時間圧縮強度を示すことができるが、これらの組成物はポゾランを含まない。]
[0025] Ｈｉｒａｔａらに対する米国特許出願公開第２００２／０００４５５９号明細書は、ポートランドセメント、砂、ヒュームドシリカおよびポリエステルを０．５重量％、例えば２重量％超含むセメント質組成物を開示している。]
[0026] Ｆａｒｒｉｎｇｔｏｎらに対する米国特許出願公開第２００４／０１４９１７４号明細書は、ポートランドセメント、砂、ヒュームドシリカおよびポリカルボキシレートを０．０１〜０．２重量％含むセメント質組成物を開示している。]
[0027] Ｂｕｒｙらに対する米国特許出願公開第２００４／０１９８８７３号明細書は、ポートランドセメント、シリカ砂、ヒュームドシリカおよびポリカルボキシレートを０．０２〜２重量％含むセメント質組成物を開示している。]
[0028] Ｓｐｒｏｕｔらに対する米国特許出願公開第２００４／０２１１３４２号明細書は、ポートランドセメント、シリカ砂、ヒュームドシリカおよびポリカルボキシレートを０．１〜２重量％含むセメント質組成物を開示している。]
[0029] Ｄｕｌｚｅｒらに対する米国特許出願公開第２００４／０２３１５６７号明細書は、ポートランドセメント、砂、ヒュームドシリカおよびポリカルボキシレートを合計乾燥セメント質結合剤の０．１〜１０重量％含むセメント質組成物を開示している。]
[0030] Ｌｅｔｔｋｅｍａｎらに対する米国特許出願公開第２００５／０２３９９２４号明細書は、ポートランドセメント、細砂、ヒュームドシリカおよびポリカルボキシレートを０．０５〜２．５重量％含むセメント質組成物について開示している。]
[0031] Ｂｒｏｗｅｒらに対する米国特許出願公開第２００５／０２７４２９４号明細書は、ポートランドセメント、細砂、ヒュームドシリカおよびポリカルボキシレートを１〜４重量％含むセメント質組成物について開示している。]
[0032] Ｋｅｒｎｓらに対する米国特許公開第２００６／０２８１８３６号明細書は、ポートランドセメント、細砂、ヒュームドシリカおよびポリカルボキシレートを含むセメント質組成物について開示している。]
[0033] 本明細書に参照により援用されているＴｏｎｙａｎらに対する米国特許出願公開第２００６／０１７４５７２号明細書は、せん断壁用の不燃性強化セメント質軽量パネルおよび金属フレームシステムについて開示している。]
[0034] Ｐｉｎｔｏに対する米国特許出願公開第２００７／０１２５２７３号明細書は、ポートランドセメント、細砂、ヒュームドシリカおよびポリカルボキシレートを１〜２重量％含むセメント質組成物を開示している。]
[0035] 全体が参照により本明細書に援用されている、Ｔｏｎｙａｎらに対する米国特許公開第２００７／０１７５１２６号明細書は、耐爆性のために無機充填材として砂を含む本発明のセメント質装甲パネルよりもはるかに軽量である中空球のような軽量充填材を含む芯材で作られた構造セメント質パネルについて開示している。]
[0036] 本明細書に参照により援用されているＤｕｒｓｔらに対する米国特許出願公開第２００７／０２２８６１２Ａ号明細書は、飛来物の貫入を抑えるのにも適した耐爆性コンクリートについて開示している。]
課題を解決するための手段

[0037] 本発明は、改良型セメント質組成物の製造プロセスに関する。セメント質材料の連続相の主成分は、２５〜４５重量％の無機セメント質結合剤（例えばポートランドセメント）、３５〜６５重量％の無機鉱物充填材（例えばシリカ砂）、５〜１５重量％のポゾラン微細充填材（例えばシリカヒューム）、０．７５〜２．５重量％のセルフレベリング化学剤（例えばカルボキシル化ポリエーテル）および６〜１２重量％の水であり、シリカ粉は存在しない。]
[0038] 好ましくは、組成物は、アルカノールアミンおよび酸または酸性塩を含む。例えば本発明のさらなる実施形態は、パネルを製造するためのセメント質スラリーのフレッシュのおよび硬化後の特性を修正することを目的とする、耐爆性セメント質パネルの製造のための上述のセメント質組成物に対する適量のトリエタノールアミン（以下「ＴＥＡ」）および酒石酸の添加に関する。]
[0039] 典型的には、セメント質混合物は、０．８５：０．１５の相対重量比で接合用構成成分としてのポートランドセメントとシリカヒュームを有し、接合用構成成分に対し１．０５：１．００の重量比で充填剤としてのシリカ砂を有する。]
[0040] 水は、接合用構成成分に対して０．２２：１．００の重量比で使用された。トリエタノールアミンおよび酒石酸は、ポートランドセメントの重量を基準にして約０．０４５重量％の典型的用量のＴＥＡおよび合計接合用構成成分を基準にして約０．０４０重量％未満の典型的用量の酒石酸として、混合物の流動性を制御する目的で添加される。さらに、流動化剤（Ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｚｅｒ）を添加することもできる。しかしながら、本発明の１つの利点は、流動化剤の使用量を削減できるという点にある。]
[0041] 本発明は、水と混合された場合に、混合されたばかりの段階でのすぐれた流動特性およびセルフレベリング挙動、そして典型的な完全密度普通強度コンクリートで得られる３０００〜５０００ｐｓｉという典型的範囲に比べて、２８日間の硬化後の制御された強度成長を伴うセメント質組成物の硬化時に少なくとも１０，０００、１５，０００または２０，０００ｐｓｉという超高圧縮強度を導く、特定のサイズ特性をもつ無機および有機材料の独自の組合せを利用した。]
[0042] この方法は、超高強度セメント質材料を作るために使用される現行のセメント質材料がもつ上述の重大な欠点を克服し、その混合されたばかりの状態で自己水平化し、硬化時にきわめて強いセメント質結合剤材料を提供する。]
[0043] 本発明の方法は同様に、除去すべき水を増量させる必要無く容易にパネル成形するためのセメント質組成物のセルフレベリング特性をも可能にする。]
[0044] 混合したばかりのセメント質材料のセルフレベリング挙動というのは、本明細書では、材料が外部の振動またはエネルギーの援助無く流動して水平になろうとする特徴的特性として定義されている。先行技術においてセルフレベリングを達成する試みでは、混合物中に余剰の水を使用することが必要であり、これにより、圧縮強度性能が非常に低い不適格な複合材料が生産された。]
[0045] 繊維強化材は、連続相全体を通して分散されてよい。繊維強化セメント質装甲パネルは、少なくとも約１０，０００ｐｓｉまでの範囲であり得る弾道および爆風荷重に耐えるための超高圧縮強度を有する。これらのセメント質パネルは、それらの高い強度に起因して耐爆性パネルとして以外の用途を有しうる。典型的強化繊維は耐アルカリ性ガラス繊維である。パネルは、例えば地震地帯内の建物において使用するために、より低い強度でより軽量に設計することができる。]
[0046] パネルは、セメント質芯材の片面または両面に積層品外皮表面を有していてよい。典型的には、繊維強化ポリマー（ＦＲＰ）外皮材料がセメント質芯材の片面または両面に積層される。セメント質装甲パネルの芯材を積層するために、さまざまな外皮を使用することができる。しかしながら、外皮として繊維強化ポリマー（ＦＲＰ）が好ましい。織り繊維ガラスで強化されたポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの繊維ガラス強化樹脂が特に好適なＦＲＰである。外皮（Ｓ）は、ＳＣまたはＳＣＳまたはＳＣＳＣＳ構造設計の積層品として芯材（Ｃ）上に置かれる。]
[0047] 外皮は、パネルの１つ以上の面に適用されていても、パネルを完全に被覆していてもよく、例えば、矩型パネルは両面および４つの縁部全てが被覆されると考えられる。さらに、パネルを被覆するための弾性材料は、本明細書に参照により援用されている米国特許出願公開第２００９−０００４４３０Ａ１号明細書、２００７年６月２７日出願の米国特許出願第１１／８１９，３４０号明細書「Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｔａｉｌｏｒｅｄ ｔｏ Ｍｅｅｔ ａ Ｕｓｅｒ’ｓ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ａ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ａ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ Ｔｈｅｒｅｏｆ」中に記載されているものであってよい。パネルに対してエラストマ材料を適用するための方法も同様に、米国特許出願公開第２００９−０００４４３０Ａ１号明細書、米国特許出願第１１／８１９，３４０号明細書において提供されている。その他のＦＲＰも同様に、本発明の構造と共に使用するために適している。]
[0048] セメント質装甲パネルは、金属フレームなどのフレーム構造の少なくとも片面に対し付着させてよい。]
[0049] 前述の通り、低い流動特性、セルフレベリングのために大量の水を必要とすること、そしてセメント質パネルの形に作られた場合に弾道および爆風荷重に抵抗するには不充分な圧縮強度しかもたないこと、比較的低い靭性性能、そして設置中の取扱い易さが劣っていること、といった欠点を有する現在利用可能なセメント質パネルに置き換わることのできる建築用パネルが必要とされている。]
[0050] 百分率および比率は、別段の指示の無いかぎり、重量基準である。]
図面の簡単な説明

[0051] 本発明のセメント質繊維強化パネルの一実施形態の斜視図である。
強化用材料シートがさらに備わり、こうして図１のパネルが強化されたセメント質繊維の芯材を形成し、強化用材料シートがクラッディングを形成するようになっている、図１のパネルの側面図を示す。
本発明のセメント質装甲パネルを生産するための本発明の方法を実施するための適切な装置の概略図である。
本発明のセメント質装甲パネルを生産するプロセスを実施するための適切な装置における使用に適した埋込み装置の上から見た部分的な平面図である。
変動量の酒石酸を含む実施例８に由来する混合物についての温度上昇のグラフである。
変動量の酒石酸を含む実施例８の混合物についての圧縮強度増加のグラフである。
変動量の酒石酸および一定量の流動化剤およびトリエタノールアミンを含有する実施例９の混合物についてのスランプ低下のグラフである。
変動量の酒石酸および一定量の流動化剤およびトリエタノールアミンを含む実施例９の混合物についての温度上昇挙動のグラフである。
変動量の酒石酸および一定量の流動化剤およびトリエタノールアミンを含む実施例９の混合物についての圧縮強度増加のグラフである。
一定量のＴＥＡおよび酒石酸で変動量の流動化剤を含む実施例１０の混合物についてのスランプ低下のグラフである。
一定量のＴＥＡおよび酒石酸で変動量の流動化剤を含む実施例１０の混合物についての温度上昇挙動のグラフである。
一定量のＴＥＡおよび酒石酸で変動量の流動化剤を含む実施例１０の混合物についての圧縮強度増加のグラフである。
変動量の酒石酸および一定量の流動化剤とＴＥＡを含む実施例１１の混合物についてのスランプ低下のグラフである。
変動量の酒石酸および一定量の流動化剤とＴＥＡを含む実施例１１の混合物についての温度上昇挙動のグラフである。
変動量の酒石酸および一定量の流動化剤とＴＥＡを含む実施例１１の混合物についての圧縮強度増加のグラフである。
本発明のセメント質装甲パネルに比較した標準鋼強化セメント質装甲パネルについての弾道速度減衰対セメント質パネルの密度グラフである。
繊維強化プラスチック外皮層表面仕上げ無しのパネルと比較した積層繊維強化プラスチック外皮層を有するパネルの２枚、３枚および４枚のパネルについての弾道速度減衰対セメント質パネル密度のグラフである。
実施例１３の混合物のスランプを示すグラフである。
実施例１３の混合物１についてのスランプ低下を示す。
ギルモア針を用いて実施例１３のこれらの混合物について測定した（初期および最終）凝固時間を示す。
構造セメント質パネルのものに比べた本発明のセメント質装甲パネル（積層品無し）についての弾道速度減衰対面密度のグラフである。] 図１
[0052] Ａ．パネル
本発明は、繊維で強化され寸法的に安定したセメント質ボードパネルに関する。図１は本発明のパネル１の斜視図を示す。] 図１
[0053] 図１Ａは、セメント質パネル１の相対する外部表面上に強化用材料シート２がさらに備わった図１のパネル１の側面図を示す。したがって、図１のパネル１は、繊維強化セメント質芯材を形成し、強化用材料のシート２は、芯材の相対する面上でクラッディングを形成する。典型的な強化シート材料は、２００８年３月３日に出願され全体が本明細書に参照により援用されている「ＣＥＭＥＮＴＢＡＳＥＤ ＬＡＭＩＮＡＴＥＤ ＡＲＭＯＲ ＰＡＮＥＬＳ」という題の米国仮特許出願第６１／０３３，２６４号明細書に記載されている通りの繊維強化ポリマー（ＦＲＰ）またはその他の材料を含んでいる。] 図１ 図１Ａ
[0054] 典型的には、ＦＲＰ外皮層はセメント質芯材の両方の表面に対して接着剤により付着されている。例えば、繊維強化外皮をエポキシ接着剤で芯材の表面に対し積層してよい。]
[0055] 本発明のパネルを作るために用いられる主要な出発材料は、無機セメント質結合剤、例えばポートランドセメントなどの水硬性セメント；好ましいシリカ砂などの無機鉱物充填材、ヒュームドシリカなどのポゾラン微細充填材、ポリカルボキシレート系化合物、詳細にはポリエーテルから選択されるセルフレベリング剤ならびに水および強化用繊維、例えばガラス繊維そしてスラリーがマット状に成形される前にセメント質スラリーに添加される任意のあらゆる添加剤である。]
[0056] パネルは、セメント質組成物および強化用繊維、例えば繊維ガラス繊維の水性混合物が硬化した結果として得られる連続相を含み、２５〜４５重量％の無機セメント結合剤、３５〜６５重量％の１５０〜４５０ミクロンの無機鉱物充填材、５〜１５重量％のポゾラン充填材および０．７５〜２．５重量％のポリカルボキシレート系のセルフレベリング剤および６〜１２％の水を含む。]
[0057] 任意には、水性混合物は、約０．００５〜０．５００重量％のトリエタノールアミンのセメント結合剤、そして任意には約０．１０〜１．８０重量％の酒石酸のセメント構成成分を含む。]
[0058] 本発明のパネルは、典型的には、強化用繊維が実質的に等分布しているセメント質材料の連続相を含む。図１のパネルにおいて連続相は、セメント質材料と強化用繊維との水性混合物の硬化の結果として得られる。] 図１
[0059] Ｂ．調合
本発明のパネルを作るのに使用される構成成分を以下で詳述する。]
[0060] 本発明のセルフレベリング超高圧縮強度セメント質組成物の一実施形態の成分の典型的重量割合を表１に示す。無機セメント質結合剤（水硬性セメント）およびポゾラン微細充填材は一緒に組み合わされて、乾燥反応性粉末として公知である。]
[0061] ]
[0062] 以下乾燥反応性粉末とも呼ぶ無機セメント質結合剤およびポゾラン微細充填材および無機鉱物充填材を含む乾燥組成物成分の割合を表１Ａに示す。]
[0063] ]
[0064] ポゾラン微細充填材
ポゾラン材料は、ＡＳＴＭＣ６１８−９７において、「それ自体ではほとんどまたは全くセメント質としての価値を有していないものの微粉化された形態でかつ水分の存在下で通常の温度で水酸化カルシウムと化学反応し、セメント質特性を有する化合物を形成する「シリカを含むかまたはシリカとアルミニウムを含む材料」と定義づけされている。使用されることの多い１つのポゾラン材料はシリカヒューム、すなわちシリコン金属および鉄−シリコン合金の製造の産物である微粉化された非晶質シリカである。それは高いシリカ含有量と低いアルミナ含有量を有することを特徴的とする。]
[0065] ポゾラン材料は、典型的には、表２に列挙した中央粒径を有する。]
[0066] ]
[0067] 本発明の一実施形態においては、シリコン金属および鉄−シリコン合金製造の反応産物である微粉化された非晶質シリカであるシリカヒュームが、好ましいポゾラン微細充填材である。シリカヒューム粒子の平均粒径は極めて小さく、すなわち約０．１ミクロン、つまりポートランドセメント結晶粒の平均粒径のほぼ１００分の１である。最も広い実施形態においては、ポゾラン材料の平均粒径は約５０ミクロン未満であるべきであり、典型的粒径は１０ミクロン以下であり、より典型的には平均粒径は１．０ミクロン以下である。好ましい実施形態において、ポゾラン材料の平均粒径は０．１ミクロン以下であり、これは最適な粒子充填、ポゾラン反応および圧縮強度成長を提供することがわかっているものである。組成物への無機ポゾラン微細充填材の添加は組成物において２つの重大な機能を果たす。]
[0068] ポゾラン微細充填材の細かい粒径は、混合物中に存在する比較的大きい粒子の間にある可変サイズの空所を満たす上で重大な役割を果たす。これらの充填材粒子が無い場合、これらの空所は、未充填状態で空隙を形成するかまたは、水で満たされた状態となる。空隙は最終的には最終的材料の密度および圧縮強度の両方の低下を導く。これらの空間を満たす微細充填材は、著しく高密度の微細構造を導き、材料の圧縮強度性能を増強させる。]
[0069] シリカヒュームポゾラン充填材は同じく、ポートランドセメントの水和の結果として生成される水酸化カルシウムとも反応する。この反応の結果、カルシウムシリケート水和物が形成され、これは耐久性のある極めて強いボンディング材料で、硬化済みのセメントベースの組成物の強度と耐久性を増強させる。]
[0070] 軽石、真珠岩、珪藻土、凝灰岩、トラス、メタカオリン、マイクロシリカ、高炉スラグ微粉末およびフライアッシュを含めたさまざまな天然および人工の材料が、ポゾラン特性を有するものとして言及されてきた。シリカヒュームが本発明のパネルにおいて使用するために特に便利なポゾランであるものの、その他のポゾラン材料を使用してもよい。シリカヒュームとは対照的に、メタカオリン、高炉スラグ微粉末および微粉砕フライアッシュははるかに低いシリカ含有量および大量のアルミナを有するが、有効なポゾラン材料であり得る。シリカヒュームが使用される場合、それは、反応性粉末の約５〜２０重量％、好ましくは１０〜１５重量％を構成することになる（反応性粉末の例：水硬性セメントのみ；水硬性セメントとポゾランの配合物；または水硬性セメント、硫酸カルシウムアルファ半水化物、ポゾランおよび石灰の配合物）。その他のポゾランが代用される場合、使用量は、シリカヒュームに類似する化学的性能を提供するように選択される。]
[0071] シリカヒュームは、純粋シリカ砂を非常に細かい粉末に粉砕することにより作られる二酸化シリコーンとしてＣＡＳ番号８７３４７−８４−０において定義されるシリカ粉などのその他の細粒子無機鉱物充填材とは全く異なるものである。シリカ粉は、コンクリート組成物およびプラスチックにおいて安価な充填材として一般的に使用されている。]
[0072] ＣＡＳ番号６７２５６−３５−３により定義されているシリカヒュームは、余剰の酸素を有する酸水素炎中で四塩化ケイ素を反応させることによって非常に異なる要領で作られる。結果として得られた固体は、非常に軽く綿毛のような流し込み可能なポゾラン材料であり、圧縮強度、結合強度および耐摩耗性を改善させるためにセメント組成物中に使用されてきた。]
[0073] ポゾラン微細充填材対無機セメント質結合剤の比率は０．０５〜０．３０、例えば５〜３０重量部のポゾラン充填材対９５〜７０重量部のセメント結合剤という範囲内で広く有用であることがわかった。より好ましい比率は、０．１０〜０．２５であることがわかっており、０．１５〜０．２０という最も好ましい比率が、最適なセルフレベリング性能、充填効率、ポゾラン反応および最終的に硬化した組成物中で制御された圧縮強度成長を提供することがわかっている。表２Ｃに、ポゾラン充填材／無機水硬セメント比の範囲を列挙する。]
[0074] ]
[0075] 無機セメント質結合剤（無機水硬性セメント）
好ましい無機セメント質結合材は、さまざまなクラスのポートランドセメントから選択され、より粗い粒径をもつ市販のものがこの組成物においては最も好ましい。本発明のセメント質組成物中で使用されるポートランドセメントのブレーン粉末度は、典型的に２０００〜６０００ｃｍ２／グラムの間の範囲にある。]
[0076] より粗い粒径を有するポートランドセメントに必要な水量が比較的少ないことの結果として、より高い材料密度および増強された材料圧縮強度性能を有する混合物をもたらすことがわかった。]
[0077] 無機鉱物充填材
好ましい無機鉱物充填材は、以下でさらに記述されている通りの特定の粒径分布を有するシリカ砂である。これらの充填材は、本発明の組成物においていくつかの極めて重要な機能を有する。]
[0078] 本発明のセメント質組成物で作られた最終的製品の寸法安定性は、無機鉱物充填材を使用することで著しく増強される。純粋ポートランドセメント組成物は、変動する熱水条件下で寸法的に非常に不安定となる傾向をもつ。シリカ砂などの鉱物充填材は、材料の機械的性能を犠牲にすることなく材料の寸法的安定性を改善するのを助ける。]
[0079] 純粋ポートランドセメント組成物は、硬化中に材料が受ける塑性収縮が制約されていることに起因して、きわめて収縮しやすくかつそれに付随して亀裂が発生しやすい。制約された塑性収縮の効果は、特にシリカヒュームのようなポゾラン材料の存在下で含水量が非常に低い組成物にとってさらに一層深刻なものとなる。シリカ砂は、制約された塑性収縮に起因する亀裂の発生を制御し、そして場合によってはなくす上で重要な役割を果たすことがわかった。]
[0080] 無機鉱物充填材の粒径範囲を適切に選択することは、本発明のセメント質混合物に対してより高密度の粒子充填を提供する上で有益であることがわかった。より高密度の充填は、最終的材料における内在的欠陥を少なくし、このことが最終的に複合材料の機械的性能および圧縮強度を増強させる。]
[0081] 無機鉱物充填材の粒径およびセメント質混合物中で使用される充填材の合計量は、混合物のセルフレベリング特性に有意な形で寄与することがわかった。無機鉱物充填材が非常に細かい平均粒径を有する場合、材料は流動特性が低くセルフレベリング挙動を全く示さないということがわかった。さらに、無機鉱物充填材の量が過度に多い、すなわち或る限界値に達した場合、鉱物は同様に低い流動特性を有し、セルフレベリング挙動を全く示さないということもわかった。]
[0082] セルフレベリング特性および超高圧縮強度性能をもたらすことがわかった無機充填材の粒径分布が表２Ｂに示されている。]
[0083] ]
[0084] 最終的組成物に対してセルフレベリング挙動を提供することがわかっている組成物の無機鉱物充填材含有量は、乾燥基準で０．８０〜１．５０：１．０の範囲内の無機充填材料対セメント質材料の重量比によって表される。]
[0085] 本発明の組成物中の無機鉱物充填材の中央粒径は、１５０〜４５０ミクロンの範囲内、より典型的には、２００〜４００ミクロンの範囲内そして好ましくは２５０〜３５０ミクロンの範囲内にあるべきである。約２５０〜約３５０ミクロンの範囲内の中央粒径が使用される場合、組成物は、最適なセルフレベリング挙動、塑性収縮亀裂発生の制御、効果的な粒子充填そして最適な圧縮強度成長を示すことがわかった。典型的な無機鉱物充填材は、表２Ｃ中に列挙される中央粒径を有する。]
[0086] ]
[0087] 最適な結果を提供することがわかっている別のパラメータは、無機鉱物充填材、例えばシリカ砂対乾燥反応性粉末（無機セメント結合剤とポゾラン微細充填材反応性粉末の合計重量）の比率である。優れた結果は、約０．７５から１．５０対１．０の比率で得られ、より好ましい結果は、０．８０〜１．２０：１．０の比率にあり、最適なセルフレベリング、効果的な充填および圧縮強度成長は、０．９０〜１．１０：１．０、例えば９０〜１１０重量部の無機鉱物充填材、例えばシリカ砂対１００部分のセメント質結合剤とポゾラン充填材の合計比率で達成される。表２Ｄは、無機鉱物充填材／乾燥反応性粉末の比率についての範囲を列挙している。]
[0088] ]
[0089] 水
典型的には、水対無機セメント質結合材およびポゾラン充填材乾燥反応性粉末の重量比は、０．３５以下に維持され、典型的比率は約０．２５〜０．３０：１．０未満であり、最適な粒子充填および圧縮強度は、０．２０：１．０以下の水対反応性粉末比で達成される。表２Ｅは、水／乾燥反応性粉末比についての範囲を列挙している。]
[0090] ]
[0091] セルフレベリング剤−流動化剤
ポリカルボキシレート化学に基づく有機混和物が、本発明の組成物における排他的に有効なセルフレベリング剤であることが発見されており、硬化済みセメント質装甲パネルの長期圧縮強度の成長のための所要の流動性および流動特性を提供する。]
[0092] ポリカルボキシレート系組成物は、乾燥基準でセメント質材料の約０．２５〜５．００重量％、そしてより典型的には０．５０〜３．０重量％の量で使用された場合に有効であることがわかった。約０．２５％未満のレベルの量は、セメント質材料の流動性および流動特性の有意な改善を全く提供しない。ポリカルボキシレート系流動化剤を約５．０重量％超のレベルで使用すると、圧縮強度の長期成長に対する有意な悪影響が引き起こされる。表２Ｆは、流動化剤についての範囲を列挙する。]
[0093] ]
[0094] ポリカルボキシレート流動化剤を本発明のセメント質組成物のその他の構成成分との混和物の形で規定用量で使用した場合、セルフレベリング性のセメント質組成物が得られる。]
[0095] 典型的には、本発明で規定された量の範囲内でアルカノールアミン、例えばＴＥＡおよび酸性添加剤、例えば酒石酸を使用した場合、ポリカルボキシレート流動化剤を乾燥反応性粉末の約０．７５〜１．５０重量％まで、さらには乾燥反応性粉末の約１．０〜１．２５重量％まで削減して、それでもなお所望の期間の流動性および長期圧縮強度成長を得ることができる。]
[0096] 本明細書全体を通して使用されるポリカルボキシレート系のセルフレベリング剤という用語は、側鎖の少なくとも一部分がカルボキシル基またはエーテル基を通して主鎖に結合されている、ペンダント側鎖を伴う炭素主鎖を有するポリマーを意味する。これらのポリカルボキシレート組成物の例は本明細書に参照により援用されている米国特許第６，９４２，７２７Ｂ２号明細書の第４欄１６〜３２行目に見出すことができる。ポリカルボキシレート分散剤は、高い分散効果を有し、水硬性セメント中の含水量を低減する上で非常に効果的である。これらの分散剤または流動化剤は、分散させるべき粒子をとり囲むことによって作用し、このとき各ポリマー鎖の間の反発力が粒子を、隔離したさらに流動的な状態に保つ。]
[0097] セメント質組成物中で使用されるポリカルボキシレート剤は、ＧＬＥＮＩＵＭ３０３０ＮＳ、ＧＬＥＮＩＵＭ３２００ＨＥＳ、ＧＬＥＮＩＵＭ３０００ＮＳ（Ｍａｓｔｅｒ Ｂｕｉｌｄｅｒｓ Ｉｎｃ．， Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ， Ｏｈｉｏ）、ＡＤＶＡ（Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ Ｉｎｃ．， Ｃｏｌｕｍｂｉａ， Ｍｄ）、ＶＩＳＣＯＣＲＥＴＥ（Ｓｉｋａ， Ｓｔｏｃｋｈｏｌｍ， Ｓｗｅｄｅｎ）、およびＳＵＰＥＲＦＬＵＸ（Ａｘｉｍ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．， Ｍｉｄｄｌｅｂｒａｎｃｈ， Ｏｈｉｏ）という商標で販売されている分散剤または減水剤を含んでいてよいが、これらに限定されない。本発明において優れた結果をもたらした市販のポリカルボキシレート化ポリエーテル組成物の２つの例として、Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ， Ｃｏｌｏｍｂｉａ， ＭＤより市販されているＡｄｖａ（登録商標）ＣａｓｔおよびＡｄｖａ（登録商標）Ｃａｓｔ５００がある。]
[0098] アルカノールアミンおよび酸／酸性塩
上述の通り、セメント質組成物の流動性を制御するためにアルカノールアミン、例えばトリエタノールアミン（ＴＥＡ）および酸または酸性塩、例えば酒石酸を添加してよい。セメント質材料の約０．００５重量％〜約０．５００重量％のＴＥＡ、より典型的には乾燥反応性粉末の０．０１０重量％〜約０．２５０重量％、より好ましくは、０．０２０重量％〜０．１００重量％そして最も好ましくは約０．０２５〜０．０７５重量％のＴＥＡの添加により、レベリング剤流動化剤の使用をさらに減少させることが可能になる。例えば、アルカノールアミンおよび酸／酸性塩の添加により、本来用いられる量のわずか約３分の１の量を使用する一方で、パネルの所望の圧縮強度成長速度を得ることができる。]
[0099] その上、アルカノールアミンおよび酸／酸性塩の添加は、硬化期間を遅延させてセメント質装甲パネルの取扱いおよび仕上げを可能にする。これにより、セメント質組成物は、パネルが取扱いに充分なほど硬化した時点と、セメント質組成物がその完全に硬化した最終的パネル形態に達する前に最終仕上げのためにサンディングされる時点の間に、より長いパネル取扱期間を有することもできるようになる。約０．００５％未満の量では、硬化時間は過度に急速であり、パネルの長時間圧縮強度の成長の改善は全く存在しない。]
[0100] ０．５００％超のＴＥＡが使用される場合、硬化が速すぎて取扱期間を改善させることができず、圧縮強度は、効果的な耐爆性および防弾性のための約１０，０００ｐｓｉ超、例えば１５，０００ｐｓｉまたは２０，０００ｐｓｉから２５，０００〜３０，０００ｐｓｉまでの圧縮強度を提供するのに充分な時限にわたり成長しない。]
[0101] 表２Ｇは、アルカノールアミンの範囲を列挙している。本発明の実施形態で使用するための適切なアルカノールアミンの例としては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミンおよびトリエタノールアミンのうちの１つ以上が含まれる。]
[0102] ]
[0103] 上述のアルカノールアミンと組み合わせた形での例えば酒石酸などの酸または酸性塩の使用は、流動性および流動特性のために必要とされる流動化剤の量を低減する上で効果的であることがわかっている。それにより同様にセメント質材料の約０．１０〜約１．８０重量％のレベルで経時的な圧縮強度増加の成長も改善され、典型的には、約０．２０〜１．２０重量％の範囲内で使用され、好ましい範囲は約０．３０重量％〜０．８０重量％であり、より好ましい量は約０．４０重量％〜約０．６０重量％である。酒石酸が約０．１０％未満で使用された場合、圧縮強度成長の改善、あるいはセメント質材料の所要の流動性および流動特性を提供する流動化剤所要量の低減は全く存在しない。約１．８重量％超のレベルで、圧縮強度の長期成長は、効果的なセメント質装甲パネルとしての使用に必要とされる圧縮強度より低いレベルまで劣化する。]
[0104] 流動性を改善するのに適した酸／酸性塩添加剤のその他の例としては、クエン酸、酒石酸カリウム、酒石酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム−カリウムおよびクエン酸ナトリウムが含まれるが、それらに限定されない。]
[0105] 表２Ｈは、本発明の実施形態において利用してよい酸および酸性塩の範囲を列挙する。]
[0106] ]
[0107] 強化用繊維
本発明のセメント質装甲パネルは、典型的に強化用繊維、例えばガラス繊維または鋼繊維を含む。しかしながら、強化用繊維無しの製品も本発明の範囲内に入る。]
[0108] セメント質装甲パネルは、以下で詳述する通り成形ライン上で被着されたセメント質スラリーでパネルが製造される間に、典型的にはセメント質層内に埋込まれるばらばらに細断されたガラス繊維の１つ以上の層で強化される。ガラス繊維は、約０．５ｉｎ（１．３ｃｍ）〜約１．５ｉｎ（３．８ｃｍ）の長さに細断される。ガラス繊維は、直径が約５〜２５ミクロン（マイクロメートル）、典型的には約１０〜１５ミクロン（マイクロメートル）のモノフィラメントである。]
[0109] セメント質装甲パネルは、最終的セメント質装甲パネルに硬化される前に、複合材料組成物全体の約０．５〜約６体積％、より典型的には約３体積％〜約３．５体積％の量のガラス繊維で均一に強化される。合計セメント質組成物というのは合計無機結合剤、無機鉱物充填材、ポゾラン充填材、セルフレベリング剤ならびに遅延剤および促進剤などの添加剤を意味する。したがって１００立方フィートの合計組成物に対して、０．５〜６立方フィートの繊維が存在する。セメント質装甲パネルは同様に、複合製品を製造するのに使用される全湿潤組成物ならびに複合製品自体の０．５〜６体積％でもある。]
[0110] 耐アルカリ性が重要である場合には、日本電気ガラス（ＮＥＧ）３５０Ｙなどの耐アルカリ性ガラス繊維（ＡＲガラス繊維）を使用できる。このような繊維は、マトリクスに対するより優れたボンディング強度を提供し、したがって、本発明のパネルのためには好適である。ガラス繊維は、約５〜２５ミクロン（マイクロメートル）そして典型的には約１０〜１５ミクロン（マイクロメートル）の直径を有するモノフィラメントである。フィラメントは一般に１００本のフィラメントストランドの形に組合わされ、これを、約５０本のストランドを含むロービングの形に束ねてもよい。ストランドまたはロービングは一般に、例えば長さが約０．２５〜３インチ（６．３〜７６ｍｍ）、好ましくは０．５〜１．５インチ（１３〜３８ｍｍ）、より好ましくは１〜１．５インチ（２５〜３８ｍｍ）の適切なフィラメントおよびフィラメント束の形に細断される。]
[0111] 好ましいガラス繊維の一部または全てに代ってその他の繊維を本発明のセメント質装甲パネル内に含み入れることも可能である。このようなその他の繊維は、セルロース系繊維、例えば紙繊維；ポリマー繊維、例えばポリビニルアルコール、ポリプロピレン、ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリイミドおよび／またはアラミド繊維からなる群の１つ以上のメンバーであってよい。セメント質装甲パネルを強化するためには、炭素繊維および鋼繊維などの金属繊維も使用できるが、ガラス繊維が、優れた耐爆性と弾道衝撃特性をもつセメント質装甲パネルを提供した。]
[0112] 付加的な任意の添加剤
空気連行剤、界面活性剤、促進剤、遅延剤および付加的な可塑剤などに使用するための他の公知の添加剤も使用することができる。特に、減水剤、例えばスルホン酸ポリナフタレン、リグノスルホネートおよびメラミンスルホネートを連続相に添加してよく、これはポリカルボキシレート系流動化剤と組み合わせた状態で二次可塑剤として機能する。]
[0113] 高性能外皮強化材
装甲パネルの繊維強化されたセメント質芯材は、セメント質芯材の一方または両方の表面にボンディングした高性能外皮強化材を用いて補強される。外皮強化材は、繊維強化ポリマー積層品（ＦＲＰ）、薄い金属積層品、ＦＲＰ金属複合積層品、目の荒い（ｏｐｅｎ−ｗｅａｖｅ）メッシュ、目の詰まった（ｃｌｏｓｅｄ−ｗｅａｖｅ）メッシュなどのさまざまな高性能強化材料で作られていてよい。外皮強化材は、ボンディング剤を用いてセメント質芯材に付着される。例えば芯材に外皮をボンディングするために接着剤を使用してよい。典型的な適切な接着剤は、ウレタン（ホットメルトおよび室温）、エポキシおよびその他のポリマー接着剤である。外皮は、パネルの１つ以上の面に適用されるかまたはパネルを完全に覆ってよく、例えば、矩形パネルは、両面および４つの縁部全てを被覆することができると思われる。]
[0114] あるいは、外皮強化材をセメント質芯材内に埋込んで、ボンディング剤の必要性を回避してもよい。]
[0115] パネルを被覆するための弾性材料は、本明細書に参照により援用されている米国特許出願公開第２００９−０００４４３０Ａ１号明細書、２００７年６月２７日出願の米国特許出願第１１／８１９，３４０号明細書「Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｔａｉｌｏｒｅｄ ｔｏ Ｍｅｅｔ ａ Ｕｓｅｒ’ｓ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ａ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ａ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ Ｔｈｅｒｅｏｆ」の中で記述されているものであってよい。パネルに対してエラストマ材料を適用するための方法も同様に、米国特許出願公開第２００９−０００４４３０Ａ１号明細書、米国特許出願第１１／８１９，３４０号明細書において提供されている。その他のＦＲＰも同様に、本発明の構造と共に使用するために適している。]
[0116] 繊維ガラス強化ポリエステル樹脂、繊維ガラス強化ポリエチレンおよび繊維ガラス強化ポリプロピレン樹脂などの繊維強化ポリマー積層品が典型的に使用され、Ｃｒａｎｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｉｎｃ．，から入手可能なＫｅｍｌｉｔｅ Ａｒｍｏｒ Ｔｕｆ（登録商標）繊維ガラス強化ポリエステル樹脂の織り積層品が好適である。ＦＲＰ積層品は、連続形態、不連続形態またはその両方の組合せでポリマー樹脂内に埋込まれた強化用繊維を含んでいてよい。]
[0117] ＦＲＰ積層品中の強化材として、ガラス繊維、アラミド繊維、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）繊維および金属繊維、例えば鋼繊維などの好適な繊維を含めてさまざまな繊維を使用してよい。]
[0118] 以下で記述するように、高性能外皮強化材がセメント質芯材の少なくとも１つの表面に付着された状態での繊維強化セメント質パネルの形での最終凝固の後、パネルは、セメント質複合材料の所望の耐爆性および寸法的安定性を示す。]
[0119] 本発明のパネル製造についての簡単な説明。
成形
セメント質パネルは、成形ライン上で、最初にコンベヤベルト上のキャリヤの上にＡＲ−ガラス繊維などの細断された繊維の層を被着させ、それに続いて細断された繊維の層の上にセメント質スラリーの層を被着させ、次に細断された繊維の第２層を被着させ、その後埋込み装置に層を通して、無作為に分布されたガラス繊維をセメント質スラリー層内に埋込むことによって成形される。その後これらのステップを再度反復して、第２の層を蓄積させ、呼び厚さがおよそ０．５０ｉｎのセメント質パネルを生産する。セメントスラリーのみの第３層（スキムコート）をパネルの上面に被着させ、スクリードプレートにより直ちに水平化させて、製品パネルの比較的平滑な上面を提供する。]
[0120] セメント質装甲パネル製造プロセスの成形ステップの態様は、全体が参照により本明細書に援用されているＴｏｎｙａｎらに付与された米国特許第６，６２０，４８７号明細書にある構造セメント質パネルなどのその他のセメント質パネルの製造に使用される生産プロセスとは異なっている。セメント質装甲パネルスラリーは、Ｔｏｎｙａｎらにおける構造セメント質パネル用のプロセスにおいて使用される軽量充填材に比べて、より粘性が高く、およそ２倍の密度を有し、より広く比較的大きい粒径分布をもつ砂を使用する。]
[0121] 構造セメント質パネル生産プロセスから修正する必要のある成形プロセスの主要な要素は、ローラーディスク間により大きな間隔取りを提供するための埋込みローラーの設計にあり、構造セメント質パネル生産から「セメント質装甲パネル」生産へ移行する場合、埋込みロールを適応させる。「セメント質装甲パネル」生産において使用される砂などの鉱物充填材の粒径のほうが大きい（約２１０〜６００ミクロン）ことから、１０〜５００ミクロンの範囲内の粒径を有する軽量充填材を含む構造セメント質パネルの生産において使用される典型的に約０．０６の間隔取りよりも、埋込みロールのディスク間の間隔取りを大きくする（約０．１５’’）必要がある。]
[0122] 凝固と硬化
パネルが硬化する速度を、「社内加工」と呼ばれる典型的加工方法（仕上げ／サンディングおよび切刃切断）を用いて加工時間を延長できるように制御することができる。加工という観点から見た硬化の主要な要素は、加工のためにパネルを物理的に取扱うことのできる最初の時間、そしてパネルが非常に硬くなって社内での加工が不可能となる最後の時間である。凝固調整剤が無い場合、この時間枠は非常に短い。凝固調整剤無しでは、パネルを破壊せずに取扱うことができるようになるまでにパネルの材齢は少なくとも１６時間でなければならなかったが、材齢が２０時間になると、パネルは硬すぎて社内加工できなかった。これは、仕上げ時間枠が約４時間しかないことを意味していた。]
[0123] トリエタノールアミンおよび酒石酸などの凝固調整剤が、この時間枠の劇的な延長を達成するために使用される。凝固調整調合物を用いて製造されたパネルは、成形から１６〜７２時間後まで仕上げ作業でき、これは仕上げ時間枠のおよそ１５倍の延長に相当する。これらの凝固調整用調合物は同様に、製品の物理的形成特性に対する膨大なメリットも生み出し、これは型枠をひとたび除去した後もその形状を保つ端部および縁部に見られる。こうして製品を回収できる確率が著しく増大する。]
[0124] 未仕上げの製品がひとたび完全な硬化に達してしまうと、従来の仕上げ設備は無効になる。製品を適切な厚み（典型的には約０．５３インチすなわち１．３５ｃｍ）に整えるためには、標準的石材加工機械を用いた表面仕上げが必要になる。完全に硬化したパネルを切断またはトリミングするためには、ウォータジェットまたは特殊刃による切断を実施しなければならない。]
[0125] 成形後、パネルは、初期凝固に達するため少なくとも１６時間平らな表面上に保管される。パネルがひとたび初期凝固に到達し、取扱いが可能となった時点で、これらをサンディングし、所定のサイズに切断して、硬化環境内に置くかまたは、未仕上げの状態で硬化環境に直接送ることができる。硬化に先立ち、パネルを加湿し、プラスチックで包んで水分損失を防ぐ。]
[0126] 結果として得たパネルを次に、平坦な表面上に保管し、湿式成形（注型）後８〜７２時間の初期期間中周囲の温度および湿度条件で硬化する。次にパネルを加湿し、水分損失を防ぐためプラスチックで包む。包んだパネルを、７日間約１４０°Ｆ（６０℃）まで暖めることにより硬化させる。]
[0127] 仕上げ（表面仕上げ）
表面仕上げ用機械類を用いてパネルを例えば約０．５３インチの厚みまで整え、パネルの上面および最下面に平滑な表面を提供する。]
[0128] 指示されている通り、製品が凝固調整済み調合物を用いて生産された場合、表面仕上げは標準ドラムサンダーを用いて実施できる。製品が標準凝固材料を用いて作られた場合、典型的には、石材加工業界で標準的である機械を用いたゲージングに製品を送る必要がある。石材加工設備は、典型的には、上面を所望の厚みと仕上がりまで平滑化／研磨するのに用いられるカーバイドのプレートまたはベルトを含む。]
[0129] 切断
パネルは、乾式鋸引きまたはウォータジェット切断などの従来の切断方法を用いて、所望のサイズに切断する。]
[0130] 先に指示した通り、セメント質装甲パネルを切断するために用いられる方法は、パネルの材齢／強度により左右される。凝固調整剤を用いて生産されたパネルは、硬化期間中に標準乾燥ダイアモンド刃技術または鋸歯状カーバイドを用いて切断可能である。完全に凝固しているパネルは、ウォータジェットまたは湿式切断などの技術を用いて切断する必要がある。]
[0131] 積層
積層に先立ち、パネルの全表面を、典型的には自動ローラーブラシ機を用いてブラシ清浄する。]
[0132] 保護用繊維強化外皮は、典型的にはパネルの片面または両面上の繊維ガラス強化樹脂である。外皮の製造方法には、ならしまたは平滑化を受けたセメントのセメント質芯材上に直ちに第３の表面層を形成して平滑な上面を提供することが関与する。こうして後続する接着剤および積層品の適用が容易になるばかりではなく、たとえ接着剤および積層品が無くても役立つ。このようにして、この層には、接着剤および積層品外皮が付加され、ホットメルト接着剤を用いてまたは用いず積層品を付着させるのにプレス加工または熱間圧延を使用することができる。]
[0133] 典型的には、積層品を芯材の上に設置する。接着剤がホットメルトである場合、サンドイッチを典型的に熱間圧延機の間に通す。その他の接着剤のためには、芯材に対し積層品をプレスするのに重力だけで充分であり得るが、所望される場合にはプレス加工または熱間圧延を使用することができると思われる。]
[0134] 積層に先立ち、パネルの全表面を、典型的には自動ローラーブラシ機を用いてブラシ清浄する。パネルは、積層に先立ち乾燥していなくてはならない。乾燥方法は、周囲空気乾燥が最も多いが、所望される場合、乾燥用設備を使用することもできる。]
[0135] １つの典型的な方法においては、積層には、芯材パネルにホットメルトまたはエポキシ接着剤などの適切な接着剤を塗布することおよび積層品フィルムまたは外皮を接着剤の上に設置することが関与する。接着剤は、典型的には、１つのローラーを接着剤中に通したセメント質パネルの一表面に接着剤が塗布される状態でニップローラー対に硬化済み「セメント質装甲パネル」を通すことによって適用可能である。次に積層品を接着表面上に設置し、その後別のニップローラー対にパネルを通して、接着表面に対して強化用外皮を加圧する。接着剤が硬化した後、積層をパネルの反対側の面上で反復することができる。]
[0136] 梱包
接着剤が充分硬化した後、セメント質装甲パネルを典型的に顧客の仕様に合わせて梱包する。]
[0137] 発明の生産ラインプロセスの詳細な説明
ここで図２を参照すると、セメント質装甲パネル生産ラインが概略的に示されており、全体として１０という番号で示されている。生産ライン１０は、複数の脚部１３またはその他の支持体を有する支持フレームまたは成形用テーブル１２を含む。支持フレーム１２上に含まれているのは、移動キャリヤ１４、例えば平滑で不透水性の表面を有するエンドレスのゴム様コンベヤベルトであるが、多孔質表面も企図されている。当該技術分野で周知の通り、支持フレーム１２は、示された脚部１３またはその他の支持構造を含んでいてよい少なくとも１つのテーブル様のセグメントで作られていてよい。支持フレーム１２は同様に、フレームの遠位端部１８に主駆動ロール１６を、そしてフレームの近位端部２２に遊びロール２０を含む。同様に、ロール１６、２０上のキャリヤ１４の所望の張力および位置付けを維持するため少なくとも１つのベルトトラッキングおよび／またはテンショニング装置２４が典型的に備えられている。この実施形態において、パネルは、近位端部２２から遠位端部１８まで方向「Ｔ」に移動キャリヤが進むにつれて連続的に生産される。] 図２
[0138] この実施形態においては、凝固前のスラリーを担持するためのクラフト紙、剥離紙製のウェブ２６またはプラスチック製のキャリヤを備え、キャリヤ１４上に置いてそれを保護しかつ／またはそれを清潔に保ってよい。]
[0139] しかしながら、連続ウェブ２６ではなくむしろ比較的剛性の材料の個別シート（図示せず）、例えばポリマープラスチックシートをキャリヤ１４上に置いてよいということも企図されている。]
[0140] このライン１０により生産されるセメント質装甲パネルがキャリヤ１４上で直接成形されることも企図される。その場合、少なくとも１つのベルト洗浄装置２８が設置される。キャリヤ１４は、当該技術分野において公知であるように、主駆動ロール１６を駆動するモーター、滑車、ベルトまたはチェーンの組合せによって支持フレーム１２に沿って移動させられる。キャリヤ１４の速度は、製造中の製品に適するように変動させてよいということが企図されている。]
[0141] 細断機
本発明のこの実施形態においては、ウェブ２６上のプラスチックキャリヤの上に、長さが約０．５ｉｎ〜約１．５ｉｎ（１．３〜３．８ｃｍ）、直径が約５〜約２５マイクロメートルそして典型的には直径１０〜１５マイクロメートルのばらばらになった細断ガラス繊維３０の層を被着させることにより、セメント質装甲パネルの生産が開始される。このライン１０では、さまざまな繊維被着および細断装置が企図されている。例えば、典型的なシステムでは、繊維ガラスコードのスプール３２を数本保持するラック３１が用いられ、その各々から一定長または一続きの繊維３４が細断機３６と呼ばれる細断ステーションまたは装置に補給される。典型的には、細断機ステーションの各々において、一定数の繊維ガラスストランドが補給される。]
[0142] 細断機３６は、回転刃付きロール３８を含み、このロールからキャリヤ１４の幅を横断して延在する半径方向に延びた刃４０が突出しており、またこのロールは、アンビルロール４２と近接し接触し回転する関係で配置されている。好ましい実施形態においては、刃付きロール３８およびアンビルロール４２は刃付きロール３８の回転がアンビルロール４２をも回転させるような比較的密な関係で配置されるが、逆も同様に企図されている。同様にアンビルロール４２は弾力性ある支持材料で被覆されており、好ましくは刃４０がこの材料に当ってコード３４をセグメント状に細断する。ロール３８上の刃４０の間隔取りが、細断された繊維の長さを決定する。図２を見ればわかるように、細断機３６は、生産ライン１０の長さを最大限生産的に使用するため近接端部２２近くでキャリヤ１４の上に配置される。繊維ストランド３４が細断されるにつれて、繊維は、キャリヤウェブ３６の上にばらばらに落下する。] 図２
[0143] スラリーミキサー
この生産ライン１０は、全体として４４と示されているスラリー補給ステーションまたはスラリーフィーダーまたはスラリーヘッドボックスおよびこの実施形態においては湿式ミキサー４７であるスラリー供給源を含む。スラリーフィーダー４４は、キャリヤウェブ２６上の細断された繊維の上にスラリー４６を被着させるために湿式ミキサー４７からスラリー４６の供給を受ける。]
[0144] スラリー補給装置
ここで図２を参照すると、以上で言及した通り、スラリー補給ステーション、スラリーフィーダーまたはスラリーヘッドボックスとも呼ばれる全体として４４で示されているこのスラリー補給装置は、湿式ミキサー４７からスラリー４６の供給を受ける。] 図２
[0145] 好ましいスラリーフィーダー４４は、キャリヤ１４の走行方向「Ｔ」に対し横断方向に配置された主計量ロール４８を含む。計量ロール４８と近接、平行、回転関係で、コンパニオンロールまたはバックアップロール５０が配置されている。スラリー４６は、２本のロール４８、５０の間のニップ５２の中に配置されている。]
[0146] スラリーフィーダー４４は同様に、ロール４８とゲート１３２との間にニップを形成するように計量ロール４８の表面に隣接して取付けられるべきスラリー補給装置４４の複数の側壁５４に取付けられたゲート１３２も有している。このゲート１３２は、ニップがゲート１３２とロール４８の上部部分の間にくるように計量ロール４８よりも上にある。ロール４８、５０およびゲート１３２は、充分近い関係で配置されており、こうしてロール４８とゲート１３２の間のニップがスラリー４６の供給を保持し、同時にロール４８、５０が相対的に回転するようになっている。ゲート１３２には、振動器（図示せず）が備わっている。計量ロール４８は、ニップ５２から、ロール４８とゲート１３２の間のニップまで回転する。]
[0147] ゲート１３２は、計量ロール４８上で心出しされているかまたは計量ロール４８上の心よりわずかに上流側にあってよい。]
[0148] その他のサイズが企図されているものの、典型的には、計量ロール４８はコンパニオンロール５０よりも大きい直径を有する。]
[0149] 同様に、典型的にはロール４８、５０のうち一方が平滑なステンレス鋼の外側を有し、他方のもの、すなわち好ましくはコンパニオンロール５０は、その外側が弾力性を有する非粘着性の材料で被覆されている。]
[0150] 振動ゲート１３２は、ゲート１３２上にスラリー４６が大量に集積するのを防止するのに役立ち、計量ロール４８上に被着するスラリー４６の厚みを制御する。振動ゲート１３２は、清掃およびメンテナンスのために壁取付け具から容易に取外し可能である。振動ゲートのより詳細な記述は、その全体が本明細書に参照により援用されている２００６年１１月１日出願の同時係属出願第１１／５５５，６５５号明細書中に見出すことができる。]
[0151] 典型的には、スラリーフィーダー４４は、好ましくは、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）材料などの非粘着性材料で作られるかコーティングされた一対の比較的剛性の側壁５４（図示されたもの）を有する。側壁５４は、ニップ５２の中に注ぎ込まれたスラリー４６がスラリーフィーダー４４の側面から流出するのを妨げる。好ましくは支持フレーム１２（図２）にしっかりと固定された側壁５４は、スラリー４６を保持するためにロール４８、５０の端部に近接した関係で配置される。ただし、側壁５４がロールの端部に接近し過ぎて、ロールの回転を妨げることはない。] 図２
[0152] 本発明の主要な特徴は、スラリーフィーダー４４が移動するキャリヤウェブ２６上に相対的に制御された厚みのスラリー４６の均等な層を被着させるという点にある。適切な層厚みは、約０．１６インチまたは０．２５インチからの範囲にある。しかしながら、生産ライン１０によりセメント質装甲パネルで２つの層が生産されるのが好適であり、適切なパネルはおよそ０．５インチであるものとして、特に好適なスラリー層厚みは０．２５インチの範囲内にある。しかしながら、標的パネルの成形厚みは約０．５３インチであることから、標準層厚みは、典型的には２つの成形ステーションの各々において約０．２６５インチにより近いものである。]
[0153] したがって、振動ゲート１３２と主計量ロール４８の間の相対的距離を、被着されるスラリー４６の厚みを変動させるように調整してよい。]
[0154] ウェブ２６全体を横断してスラリー４６を均一に被着させるために、スラリー４６は、スラリーミキサーまたはタンク４７の出口と流体連通する第１の端部を有するホース５６または類似の導管を通してスラリーフィーダー４４まで送出される。ホース５６の第２の端部は、当該技術分野において周知のタイプの横方向に往復運動するケーブル駆動された流体を動力源とするディスペンサに接続されている。こうして、ホース５６から流れるスラリーはロール４８、５０とスラリーフィーダー４４の側壁５４により画定されたタンクを満たすように横方向往復運動でフィーダー４４内に注入される。]
[0155] 計量ロール４８の回転により、ロール４８、５０とスラリーフィーダーの側壁５４によって画定されたタンクからスラリー層４６が引き出される。]
[0156] このフィーダー装置４４の別の特徴は、主計量ロール４８とコンパニオンロール５０が両方共、同じ方向に駆動され、こうしてそれぞれの移動する外部表面上でスラリーが早期凝固する機会が最小限におさえられるという点にある。流体動力、電動またはその他の適切なモーターを含む駆動システム（図示せず）が、図２で見た場合に時計回りである同じ方向に１本または複数のロールを駆動するために、主計量ロール４８またはコンパニオンロール５０に連結されている。当該技術分野において周知であるように、ロール４８、５０のいずれか一方を駆動させてよく、もう一方のロールを滑車、ベルト、チェーンおよびスプロケット、歯車またはその他の公知の動力伝達技術を介して連結して、確動的で共通の回転関係を維持してよい。] 図２
[0157] ロール４８の外部表面上のスラリー４６が移動するキャリヤウェブ２６に向かって移動するにつれて、スラリー全てがウェブ上に被着され、ニップ５２に向かって上向きに逆走しないということが重要である。このような上向き走行はロール４８、５０上のスラリー４６の早期凝固を促進すると思われ、タンク５７からキャリヤウェブ２６までのスラリーの平滑な運動を妨げうる。]
[0158] この上向き走行を妨げるのを補助するため、スラリーフィーダー４４は、主計量ロール４８とキャリヤウェブ２６の間にあるドクターブレード１３４を有する。ドクターブレード１３４により、スラリー４６はキャリヤウェブ２６の上の繊維ガラス繊維層を均一に被覆し、ニップ５２およびフィーダータンク５７に向かって上方へ逆走することはなくなる。ドクターブレード１３４は同様に、早期に凝固するスラリー４６が主計量ロール５０上に無い状態を保つのを助ける。]
[0159] ドクターブレード１３４は、Ｄｕｂｅｙらに付与された米国特許第６，９８６，８１２号明細書のプロセスにおいて使用されるワイヤのように計量ロール４８の表面からスラリーを除去する。ドクターブレード１３４は同様に、均一層またはカーテン状にスラリー４６を収集するためにも役立ち、ウェブ上の繊維ガラス層全体にわたり約１．０〜１．５インチ（２．５４〜３．８１ｃｍ）の点までウェブの運動方向にスラリー４６を下向きに導いて、繊維ガラス層をスラリー４６で均一に被覆する。これは、繊維ガラス層を被覆するのに比較的薄いスラリーが使用される場合、比較的薄いスラリーはワイヤ上に滴下する傾向を有するため、特に重要である。]
[0160] スラリー補給装置の下流側での処理
再び図２を参照して、セメント質装甲パネル生産ラインのその他の運転構成要素について簡単に記述するが、これらについては、以下の文献中でさらに詳細に記述されている。] 図２
[0161] 全体が本明細書に参照により援用されている「ＳＬＵＲＲＹ ＦＥＥＤＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ ＣＥＭＥＮＴＩＴＩＯＵＳ ＰＡＮＥＬＳ ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ」という題の、Ｄｕｂｅｙらに付与された米国特許第６，９８６，８１２号明細書；および
その全体が本明細書に参照により全て援用されている同一出願人による以下の同時係属米国特許出願。
「ＭＵＬＴＩ−ＬＡＹＥＲＰＲＯＣＥＳＳ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ ＨＩＧＨＳＴＲＥＮＧＴＨ ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ ＣＥＭＥＮＴＩＴＩＯＵＳ ＰＡＮＥＬＳ」という題の、米国特許出願番号第１０／６６６，２９４号のＤｕｂｅｙらに対する米国特許出願公開第２００５／００６４１６４Ａ１号明細書；
「ＥＭＢＥＤＭＥＮＴ ＤＥＶＩＣＥ ＦＯＲ ＦＩＢＥＲ−ＥＮＨＡＮＣＥＤ ＳＬＵＲＲＹ」という題の、米国特許出願番号第１０／６６５，５４１号の、Ｐｏｒｔｅｒに対する米国特許出願公開第２００５／００６４０５５Ａ１号明細書；
２００６年１１月１日出願で、「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＷＥＴＭＩＸＩＮＧ ＣＥＭＥＮＴＩＴＩＯＵＳ ＳＬＵＲＲＹ ＦＯＲ ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ ＣＥＭＥＮＴ ＰＡＮＥＬＳ」という題の米国特許出願番号第１１／５５５，６５５号の、米国特許公開第２００８／０１０１１５０号明細書；
２００６年１１月１日出願で、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＷＥＴ ＭＩＸＩＮＧ ＣＥＭＥＮＴＩＴＩＯＵＳ ＳＬＵＲＲＹ ＦＯＲ ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ ＣＥＭＥＮＴ ＰＡＮＥＬＳ」という題の米国特許出願番号第１１／５５５，６５８号の、米国特許公開第２００８／０１０１１５１号明細書；
２００６年１１月１日出願で、「ＰＡＮＥＬＳＭＯＯＴＨＩＮＧ ＰＲＯＣＥＳＳ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＦＯＲＭＩＮＧ Ａ ＳＭＯＯＴＨ ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ ＳＵＲＦＡＣＥ ＯＮ ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ ＣＥＭＥＮＴ ＰＡＮＥＬＳ」という題の米国特許出願番号第１１／５５５，６６１号の、米国特許公開第２００８／００９９１３３号明細書；
２００６年１１月１日出願で、「ＷＥＴ ＳＬＵＲＲＹ ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ ＧＡＵＧＥ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＵＳＥ ＯＦ ＳＡＭＥ」という題の米国特許出願番号第１１／５５５，６６５号の、米国特許公開第２００８／０１１０２７６号明細書；
２００６年１１月１日出願の「ＭＵＬＴＩ−ＬＡＹＥＲ ＰＲＯＣＥＳＳ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ ＨＩＧＨ ＳＴＲＥＮＧＴＨ ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ ＣＥＭＥＮＴＩＴＩＯＵＳ ＰＡＮＥＬＳ ＷＩＴＨ ＥＮＨＡＮＣＥＤ ＦＩＢＥＲ ＣＯＮＴＥＮＴ」という題の米国特許出願番号第１１／５９１，７９３号のＤｕｂｅｙに対する米国特許出願公開第２００７／０１１０９７０Ａ１号明細書；
２００６年１１月１日出願の「ＥＭＢＥＤＭＥＮＴ ＲＯＬＬＤＥＶＩＣＥ」という題の米国特許出願番号第１１／５９１，９５７号のＰｏｒｔｅｒらに対する米国特許出願公開第２００７／０１１０８３８Ａ１号明細書。]
[0162] 埋込み装置
シープフートローラーなどを含めた（ただしこれに限定されない）さまざまな埋込み装置が企図されているが、この実施形態においては、図２Ａに示された埋込み装置７０は、フレーム１２上に、キャリヤウェブ１４の走行方向に対して横断方向に取付けられた少なくとも一対のほぼ平行なシャフト７２を含む。各シャフト７２には、小径ディスク７６によってシャフト上で互いから約０．１〜約０．２５インチ（０．２５〜０．６３ｃｍ）、例えば０．１５インチ（０．３８ｃｍ）の距離「Ｄ」だけ軸方向に離隔されている複数の比較的大きい径のディスク７４が備わり、ここで、より長いディスクとより小さいディスクとは同じ軸上にある。] 図２Ａ
[0163] 「セメント質装甲パネル」の生産中、シャフト７２およびディスク７４は、シャフト７２の長手方向軸を中心にして共に回転する。当該技術分野において周知の通り、シャフト７２のいずれか一方または両方に動力が供給されてよい。一方のシャフト７２のみに動力が供給されている場合、もう一方をベルト、チェーン、歯車駆動機構またはその他の公知の動力伝達技術によって駆動して被動シャフトを対応する方向および速度に維持してよい。隣接する、好ましくは平行なシャフト７６のそれぞれのディスク７４は重複し、スラリー中に「混練」または「マッサージ」作用を作り出すように互いに噛み合わされており、これが先に被着された繊維６８を埋込む。さらに、ディスク７４の近接、噛み合いおよび回転関係により、ディスク上にスラリー４６が集積するのが妨げられ、実際には、スラリー塊が早期凝固することにより引き起こされる生産ラインの休止時間を著しく削減する「自浄」作用が作り出される。ディスク７４は、このプロセスにおいては、より軽量の構造セメント質パネルの製造で使用される埋込みディスクにおける０．０５〜０．１インチ（０．１３〜０．２５ｃｍ）の間隔取りと比較して、比較的重量の重いこのセメント質スラリーとこのセメント質スラリーの各層に添加される大きい体積のガラス繊維との均質な混合を可能にするため、０．１〜０．２５インチ（０．２５〜０．６３ｃｍ）例えば０．１５インチ（０．３８ｃｍ）だけ離隔されている。]
[0164] シャフト７２上のディスク７４の噛み合わせ関係には、小径スペーサーディスク（図示せず）および比較的大きい径の主ディスク７４の相対する周囲の近接する配置が含まれ、これもまた自浄作用を促進する。ディスク７４は相互に近接して（ただし好ましくは同じ方向に）回転することから、スラリー粒子が装置内に捕捉されて早期凝固した状態とはなり難い。互いに対して横方向にオフセットされている２組のディスク７４を提供することにより、スラリー４６は多数の破砕運動に付され、混練作用が作り出され、これによりスラリー４６内に繊維６８がさらに埋込まれる。]
[0165] 生産ライン１０中で使用するのに適した埋込み装置７０の一実施形態は、その全体が本明細書に参照により援用されている、「ＥＭＢＥＤＭＥＮＴＤＥＶＩＣＥ ＦＯＲ ＦＩＢＥＲ−ＥＮＨＡＮＣＥＤ ＳＬＵＲＲＹ」という題の、米国特許出願公開第２００５／００６４０５５号明細書として公開された２００３年９月１８日出願の同時係属米国特許出願第１０／６６５，５４１号明細書の中で、さらに詳細に開示されている。]
[0166] 本発明のセメント質装甲パネルの生産のために用いられる埋込み装置上のディスクは、以上で言及したＰｏｒｔｅｒに対する米国特許出願番号１０／６６５，５４１号の米国特許公開第２００５／００６４０５５Ａ１号明細書中のより軽量の構造セメント質パネルを作るためのプロセスにおいて構造セメント質パネルの各層内により少量の強化用繊維を埋込むために埋込み装置７０内で使用されるディスク７４の約０．０５インチ（０．１３ｃｍ）の間隔取りと比較して、本発明においては使用される強化用繊維の量が比較的多いことそしてセメントスラリーの重量に起因して、約０．１〜約０．２５インチ（０．２５〜０．６３ｃｍ）典型的には０．１５インチ（０．３８ｃｍ）だけ離隔されている。]
[0167] 付加的層の適用
繊維６８が埋込まれたならば、パネル９２の第１層７７は完成したものとなる。好ましい実施形態においては、第１層７７の高さまたは厚みは０．２５〜０．２７インチの近似範囲内にある。この範囲は、セメント質装甲パネル内の類似の層と組み合わせた場合に所望の強度および剛性を提供することがわかっている。]
[0168] 所望の厚みの構造セメント質パネルを構築するためには、典型的には付加的層が追加される。この目的で、フィーダー４４と実質的に同一である第２のスラリーフィーダー７８が、移動キャリヤ１４と動作関係で備えられ、既存の層７７の上にスラリー４６の付加的層８０を被着させるように配置される。]
[0169] 次に、実質的に細断機３６および６６と同一である付加的細断機８２が、ラック３１と類似の形で構築されフレーム１２に対して配置されたラック（図示せず）から提供された第３の繊維層６８を被着させるため、フレーム１２に対し動作関係で備えられる。繊維６８はスラリー層８０の上に被着され、第２の埋込み装置８６を用いて埋込まれる。埋込み装置７０と構造的にも配置的にも類似する第２の埋込み装置８６は、第１層７７を混乱させないような形で移動キャリヤウェブ１４に対してわずかに高く取付けられる。この要領で、スラリーおよび埋込み繊維の第２の層８０が作り出される。]
[0170] ここで図２を参照すると、凝固性スラリーおよび繊維の連続する各層と共に、付加的なスラリーフィーダステーション７８とそれに続く繊維細断機８２および埋込み装置８６が生産ライン１０上に備えられている。好ましい実施形態においては、最終スラリー層が最上部にある合計２層が、セメント質装甲パネルを形成するために提供されている。] 図２
[0171] 最終スラリー層が第３のスラリーフィーダステーション７８内で層８０上に被着されて最終付加的層８８を生成し、これはスラリーの上面を平滑化するためにスクリードバー１４６に置かれて、約０．５インチの公称厚みを有する均一の層９８を生成し、その後でスラリーはカッターブレード９８を用いて所定の長さ（典型的には８フィート長）に切断される。]
[0172] 本発明の重要な特徴は、パネルが、凝固時点で一体形の繊維強化塊を形成する多数の層を有するという点にある。本明細書中に開示され記載されているように各層内の繊維の存在および配列が或る所望のパラメータによって制御されその範囲内に維持されることを条件として、本発明の方法により生産されたパネル９２を層間剥離することは事実上不可能である。]
[0173] 成形および平滑化そして切断
上述のように繊維埋込みされた凝固可能なスラリーの２層を被着した時点で、スクリードバーなどの成形用装置がフレーム１２に備えられて、パネル９２の上面９６を成形する。]
[0174] しかしながら、セメント装甲パネル材料の余剰の厚みを削り取る成形装置は望ましくない。例えば、所望の寸法的特徴に合わせるようにパネルを適合させるべく設計されたバネ式または振動式プレートまたは振動式水平化用スクリードなどの成形用装置は、これらはセメント質装甲パネル材料の余剰な厚みを削り取ることからセメント質装甲パネル材料では使用されない。このような装置は、パネル表面を効果的に削り取ったりまたは平坦化したりしないと思われる。これらは、繊維が巻き上がり始める原因となり、パネルの表面を平坦化および平滑化する代りにそれを傷つけると思われる。]
[0175] 特に、生産ライン１０は、パネル９２の上面９６を穏やかに平滑化するためにフレーム１２にスクリードバー１４６とも呼ばれる平滑化装置１４６を含んでいてよい。スラリー４６に振動を加えることにより、平滑化用スクリードバー１４６は、パネル９２全体を通した繊維３０、６８の分布を促し、より均一な上面９６を提供する。]
[0176] この時点で、スラリー層は凝固を始めており、それぞれのパネル９２は、典型的な実施形態においてウォータージェットカッターである切断装置９８により相互に分離される。このパネル組成物中で適切に鋭いエッジを作り出すことができることを条件として、移動刃を含めたその他の切断装置がこの作業に適するとみなされる。切断装置９８は、典型的には８フィート長である所望の長さを有するパネルを生産するように、ライン１０およびフレーム１２に対して配置される。キャリヤウェブ１４の速度は比較的低いことから、切断装置９８を、８フィート長でウェブ１４の走行方向に対し垂直に切断するように取付けてよい。次に、パネルを、スラリーの湿式注型後すなわちそれがスクリードバーを離れた後８〜７２時間乾燥させる。]
[0177] 生産ライン１０には、少なくとも２層を生産するのに充分な繊維細断装置３６、６６、スラリーフィーダステーション４４、７８および埋込み装置７０、８６が含まれる。生産ライン１０に関連して以上で記述した通り、ステーションを反復することによって付加的層を作り上げてもよい。]
[0178] 両面または側面が平滑なセメント質装甲パネルを得るために、４フィート×８フィートのパネルの上面および下面の両方をサンディングし、その後任意には典型的には約２×２フィートから４×８フィート例えば２．５×４フィートのパネルになるまで所望のサイズに鋸引きする。]
[0179] 次に、切断されたパネルに典型的にはニッププローラー内で接着剤をコーティングし、その後強化用外皮をパネルの上面の上に置き、次に別のニップローラー対の中を通してセメント質芯材に外皮強化層を積層する。その後「セメント質装甲パネル」を裏返し、そのもう一方の面について積層手順を反復する。]
[0180] 一実施形態においては、セメント質パネルをサンディングし、その後、なおも湿ったセメント質芯材に対し接着剤および繊維強化ポリマーを塗布し、次にＦＲＰ外皮を伴うセメント質パネルをスクリードバーまたはローラーの下に通すことが考えられる。]
[0181] 制御された圧縮強度成長
典型的には、制御された圧縮強度成長速度を達成するようにセメント質組成物を硬化する。達成が所望されているのは、好ましくは４０００ｐｓｉ未満、より好ましくは３０００ｐｓｉ未満および最も好ましくは２０００ｐｓｉ未満の５日圧縮強度、および２８日以上の材齢の圧縮強度が２０，０００ｐｓｉを超える超高強度のセメント質複合材料である。]
[0182] 例として制御された圧縮強度成長のいくつかの所望される速度を表２Ｉに列挙する。]
[0183] ]
[0184] 外皮の適用
充分な硬化の後、典型的には、切断されたパネルに典型的にはニッププローラー内で接着剤をコーティングし、その後強化用外皮をパネルの上面上に置き、次に別のニップローラー対の中を通してセメント質芯材に外皮強化層を積層する。その後パネルを裏返し、そのもう一方の面について積層手順を反復する。]
[0185] 一実施形態においては、セメント質パネルをサンディングし、その後、なおも湿ったセメント質芯材に対し接着剤および繊維強化ポリマー外皮層を塗布し、次にＦＲＰ外皮を伴うセメント質パネルをスクリードバーまたはローラーの下に通すことが考えられる。]
[0186] 発明にしたがって作られた製品の用途
本発明の精選された実施形態は、車両ならびに固定構造物のために使用してよい薄いコンクリート装甲パネルなどの安価な構造パネルを製造するのに適している。本発明の実施形態では靭性および強度が改善されていることから、これまで非実用的であった厚みまで構造装甲パネルを成形し押出し加工してよい。例えば、持ち運び可能なサイズおよび厚みでパネルを生産してよい。これらの持ち運び可能なパネルは、小型武器での射撃の貫通に耐え爆風および破片の影響を緩和するべく構造的枠組に付着するように構成されてよい。]
[0187] 軍隊は、覆土から高性能かつ高価な軽量の弾道セラミクスに至る範囲のさまざまな保護用材料を使用する。本発明の一実施形態は、適切に構成された場合、持ち運び可能な製品に加え軍隊保護のための安価な解決方法を提供する。本発明の実施形態のための利用分野としては、軍および政府用途；安価な弾道装甲中に取込まれる非常に高性能のセメント質組成物；軽量構造造形品、例えば板、溝路、パイプ、チューブ、ＩおよびＷＦ形材；コネクタ；保護構造；耐爆性パネル；破片弾からの防護；車両装甲の補強；不法進入抵抗用構造要素などが含まれているが、これらに限定されない。]
[0188] 商業的利用者用：建築用製品、例えば屋根瓦、壁パネル、床タイルなど；軽量構造造形品例えば板、溝路、パイプ、チューブ、ＩおよびＷＦ形材；ハリケーンおよびトルネード耐性構造要素、不法進入抵抗用構造要素など。]
[0189] 本発明のセメント質組成物の流動特性およびセルフレベリング挙動を、スランプ試験を用いて特徴づけした。以下の実験で使用されるスランプ試験は、平滑なプラスチック表面上に垂直に保たれた直径５．０８ｃｍ（２インチ）、長さ１０．１６ｃｍ（４ｉｎ）の中空シリンダを利用する。シリンダの頂部までセメント質混合物を満たし、それに続いて頂面を切り落として余剰のスラリー混合物を除去した。その後シリンダを静かに垂直方向に持ち上げて、スラリーが底面から出てプラスチック表面上に展延して円盤が形成されるようにする。次に、円盤の直径を測定し、材料のスランプとして記録する。優れた流動挙動をもつ組成物は、より大きなスランプ値を生み出す。]
[0190] セメントベースの製品を生産するために従来の高効率方法を使用するには、セメント質スラリーが１２．７ｃｍ（５ｉｎ）未満のスランプ値を有することが望ましいが、これは、１２．７ｃｍ（５．０ｉｎ）超のスランプ値を有するスラリーを従来の製造方法を用いて取扱いかつ加工するのは極めて困難であるからである。]
[0191] 流動特性およびセルフレベリング挙動に対するさまざまな原料変数の影響は、以下で記述する実施例においてスランプ試験を用いて判定される。]
[0192] 実施例１
高さ４インチである（両端部が開放し、平坦で平滑な表面上に端部を設置した）直径２インチのシリンダの中にスラリーを注ぎ込み、スラリーの頂部をならして、スランプを測定した。こうして、全ての試験についてスラリーの凝固体積が得られる。その後、シリンダを直ちに持ち上げ、スラリーをシリンダの開放底面端部から流出させた。この行為によりスラリーの「円盤」が形成された。この円盤の直径をインチ単位で測定し記録した。スラリーの流動性が大きくなると、典型的により大きい直径の円盤がもたらされる結果となる。]
[0193] 表３は、セメント質混合物のスランプに対する無機鉱物充填材としてシリカ砂含有量の影響を示している。さまざまな混合物におけるその他の原料は一定に保った。結果が示す通り、セメント質混合物のスランプは混合物中のシリカ砂の増加に伴って減少する。]
[0194] 表３〜７における混合物のための典型的な調合は、先に論述した表１で示されている。]
[0195] ]
[0196] 実施例２
表４は、セメント質混合物のスランプに対するシリカ砂の粒径の影響を示している。２つのタイプのシリカ砂を使用し、第１のものは約２００ミクロンの中央粒径を有し、第２のタイプは約１０ミクロンの中央粒径を有していた。その他の原料は一定に維持した。表中に示されている通り、セメント質混合物のスランプは組成物中により細かいシリカ砂を使用した場合に著しく減少した。]
[0197] ]
[0198] 実施例３
表５は、その他全ての原料を一定に維持した場合の、セメント質混合物のスランプに対するシリカヒュームポゾラン微細充填材の含有量の影響を示している。セメント質混合物のスランプが混合物中のシリカヒュームの含有量の増加と共に減少するということがわかる。]
[0199] ]
[0200] 実施例４
表６は、セメント質混合物のスランプに対するセルフレベリング剤の影響を示す。その他の材料を一定に維持して、ポリカルボキシレートおよびポリナフタレン−スルホネート化学系の化合物という２つのタイプの化学混和物を使用した。ポリカルボキシレート化学系の混和物を含む混合物のスランプは、ポリナフタレン−スルホネート系の添加剤を含む混合物よりも著しく高いものであった。]
[0201] ]
[0202] 例えば、混合物９については、ポートランドセメントおよびシリカヒュームの合計１００重量部毎に、３．０重量部のセルフレベリング剤が存在する。]
[0203] 実施例５
表７は、その他の点では同じである混合物についてのスランプ値に対するポリカルボキシレートセルフレベリング剤の含有量の影響を示している。混合物中で使用される作用物質の量の増加に伴ってスランプが増加することがわかる。]
[0204] ]
[0205] 実施例６
表８は、本発明のセルフレベリング性セメント質組成物の圧縮強度を示す。これらの混合物が、典型的には２０，０００ｐｓｉを超える超高圧縮強度を生み出すことがわかる。]
[0206] 高さ４ｉｎ×直径２ｉｎの真ちゅうのシリンダに混合物を充填し、シリンダの頂縁部をならして余剰の材料を除去し、５秒以内でシリンダを垂直方向に持ち上げてスラリーが展延できるようにし、かつ形成されたスラリー円盤の直径を測定することによって、スランプを測定した。ＡＳＴＭＣ１０９中の試験方法にしたがって２ｉｎの立方体上で圧縮強度を判定した。それぞれ最高７時間および最高７日間にわたりスランプ低下および圧縮強度増加を測定した。同様にこれらの混合物の圧縮強度を、材齢７日の試料を１４０°Ｆ（６０℃）で水中に沈め続いて１７５°Ｆ（７９．４℃）で換気オーブン内において４日間乾燥させ、その後冷却して試験を行い、加速硬化条件下で評価した。]
[0207] ]
[0208] 実施例７
スプレーアップ法を用いて耐アルカリ性ガラス繊維を伴う本発明のセルフレベリングセメント質組成物を使用し、繊維強化セメントベースパネルを製造した。]
[0209] スプレーアップ法においては、均一な混合物を得ることを目的として、スラリーを複数の方法でガラス繊維と組み合わせてよい。ガラス繊維は、典型的には、短かく細断されたロービングの形をしている。好ましい実施形態においては、スラリーおよび細断ガラス繊維は、パネル金型内に同時に吹付けされる。好ましくは、吹付けは、好ましくは最高０．２５インチの厚みの薄層を生産するように多数回行なわれ、これらの薄層は特定のパターンが全くない１／４〜１インチの厚みを有する均一なパネルへと積上げられる。例えば、１つの利用分野においては、長さおよび幅方向に６回の吹付けパスで、３×５ｆｔのパネルが作られた。各層が被着される度に、ローラーを用いてスラリーおよびガラス繊維を密に接触させてよい。圧延ステップの後でスクリードバーまたはその他の適切な手段を用いて層を水平化してよい。]
[0210] 典型的には、圧縮空気を用いて、スラリーを霧化する。それがスプレーノズルから出現する毎に、スラリーは、スプレーガン上に取付けられた細断機構によりロービングから切断されたガラス繊維と混合する。スラリーとガラス繊維の均一な混合物を、上述の通りパネル全型内に被着させる。]
[0211] 製造されたパネルの公称厚みは１／２インチであり、パネル内のガラス繊維の体積分率は３％であった。表９は、繊維強化したセルフレベリング超高強度セメント質組成物の曲げ性能を示す。表９の調合は、表８の混合物１７である。パネルの弾性係数は、完全密度普通強度コンクリート材料の弾性係数のほぼ２倍である５０００ｋｓｉを超えていた。繊維強化パネルの曲げ強度は３０００ｐｓｉを上回っていた。弾性係数についてはＡＳＴＭＣ１３２５試験方法を使用し、曲げ強度についてはＡＳＴＭ Ｃ９４７試験方法を使用した。]
[0212] ]
[0213] トリエタノールアミン（ＴＥＡ）および酒石酸を用いた実施例
以下の実施例は、適切な用量で好ましいアルカノールアミン、トリエタノールアミンおよび好ましい酸、酒石酸の混和物を用いることのメリットを示すために提供される。全ての混合物は、接合用構成成分としてポートランドセメントおよびシリカヒュームを０．８５対０．１５の相対重量比で、そして充填材としてのシリカ砂を接合用構成成分に対し１．０５対１．００の重量比で含んでいる。水を、接合用構成成分に対して０．２２対１．００の重量比で使用した。混合物の流動性、凝固時間および強度増加を制御するために以下の実施例で列挙されている量で、カルボキシル化ポリエーテル流動化剤、トリエタノールアミン（ＴＥＡ９９ Ｌｏｗ Ｆｒｅｅ Ｇｒａｄｅ（ＬＦＧ）８５％のＴＥＡと１５％の水）および酒石酸の規定の化学混和物を添加した。]
[0214] 均一な分散を達成するためのホバートミキサー内での高速混合に先立ち、密封プラスチック袋内で少なくとも２４時間、７５〜８０°Ｆで全ての成分を予め条件付けした。混合物中の温度上昇を、各混合物３５０ｇの試料内に埋込まれデータ収集システムに接続された熱電対を使用することにより測定した。ＡＳＴＭＣ２６６中の方法にしたがって、ギルモア針を用いて初期および最終凝固時間を決定した。]
[0215] 先の実施例６で記述した試験方法にしたがって、スランプおよび圧縮強度を決定した。]
[0216] 実施例８
混合物の流動性を制御するための接合用構成成分の３重量％の流動化剤ならびに接合用構成成分の０％（対照）、０．１５重量％および０．３０重量％のレベルの酒石酸を用いて、上述の手順にしたがって３種類の混合物を調製した。試料混合物にはＴＥＡを全く添加しなかった。混合物のスランプは、対照については７．５ｉｎ（１９．１ｃｍ）、０．１５％の酒石酸を含む混合物については１０．３ｉｎ（２６．２ｃｍ）、そして０．３０％の酒石酸を含む混合物については１０．８ｉｎ（２７．４ｃｍ）であるものと判定した。]
[0217] 図３は、注型後最初の３０時間の間の混合物の温度上昇挙動を示す。図３は、酒石酸を添加した混合物が、約１０時間で凝固した対照混合物と比べて最初の２４時間の間に凝固を示さなかったことを示している。] 図３
[0218] 図４は、７日間までの圧縮強度増加を示している。図４は、酒石酸を含む混合物が対照に比べて混合後最初の数日間ではより低い圧縮強度増加速度を有していたものの、７日目には０．１５％および０．３０％の酒石酸混合物が対照（１９０６５ｐｓｉ）に比べて高い強度（それぞれ１９３４６ｐｓｉおよび２３７５９ｐｓｉ）を達成することを示している。] 図４
[0219] 実施例９
この実施例では、酒石酸およびＴＥＡの両方の添加の複合効果を評価した。全ての混合物は、実施例８の割合で接合用構成成分、水および流動化剤を含み、全ての混合物に対してポートランドセメントの０．０４５重量％の割合でＴＥＡを添加した。酒石酸は、接合用構成成分の０重量％、０．３０重量％および０．４０重量％の割合であった。混合物のスランプを、対照および０．３０％および０．４０％酒石酸試料についてそれぞれ５．９ｉｎ（１５．０ｃｍ）、９．９ｉｎ（２５．１ｃｍ）、および９．３ｉｎ（２３．６ｃｍ）と測定した。これらの混合物についてのスランプ低下を測定し、これを図５に示す。図５は、ＴＥＡに対して酒石酸を添加した結果として、混合物の流動性がさらに２〜３時間に延長され、その後０．３０％酒石酸混合物については２時間前後、０．４０％酒石酸混合物については３〜３．５時間で流動性が急激に降下し、その後凝固したことを示している。] 図５
[0220] 対照に比べてワーカビリティーが延長されたことによりパネルを成形ライン内で成形し切断するのに充分な時間が残される一方、３〜４時間のスランプ低下直後の凝固により、パネルを成形後にたるみなく輸送および取扱いすることが可能となる。酒石酸を含まない混合物は、混合の後最初の半時間以内に急速なスランプ低下を示し、１０〜１１時間前後で凝固するまで濃厚な塑性状態にとどまった。]
[0221] 図６は、注型後最初の３０時間における３つの混合物の温度上昇挙動を示す。これは、酒石酸を含む混合物の相対的に急速な凝固を示している。] 図６
[0222] 図７は、混合後最初の２〜３時間にわたる試験対象の混合物の圧縮強度増加を示す。酒石酸混合物はより緩慢な強度増加を示し、こうしてパネルの仕上げのためにより長い時間が許容される。７日目には、両方の酒石酸混合物が対照混合物よりも約１０％高い強度に達した。０％、０．３０％および０．４０％の酒石酸混合物についての加速された強度はそれぞれ２２５４９、２２８４７および２０４１８ｐｓｉであった。] 図７
[0223] 実施例１０
実施例８および９のものと類似の割合で、セメント構成成分および水を用いて混合物を調製した。酒石酸を接合用構成成分の０．４０重量％の割合で添加し、ＴＥＡをポートランドセメントの０．０４５重量％の割合で添加した。流動化剤（ＳＰ）の量を、接合用構成成分の１重量％、２重量％および３重量％の割合で変動させた。混合物の結果として得られたスランプは、１％、２％および３％のＳＰ混合物についてそれぞれ８．８ｉｎ（２２．４ｃｍ）、９インチ（２２．９ｃｍ）そして１０．３インチ（２６．２ｃｍ）であった。スラリーが適切なワーカビリティーを有するためには、スランプは５〜７インチ（１２．７〜１７．８ｃｍ）の範囲内にあることが好ましい。したがって、酒石酸が試験用の量で混合物に添加された場合、その他の組成物実施形態におけるその当初の量のわずか３分の１まで、すなわち１％までＳＰのレベルを低減することができる。]
[0224] 図８は、混合物についてのスランプ低下を示す。１％のＳＰを伴う混合物はその流動性を約２０分間維持し、その後スランプは急速に降下し、最終的に２．５時間前後で凝固した。より多くのＳＰを含む混合物はより長時間流動性を維持したが、そのスランプも同様に急速に降下し、続いて混合物が凝固した。] 図８
[0225] 図９は、注型後最初の３０時間のこれらの混合物の温度挙動を示し、温度の遅延はＳＰレベルの上昇と共に増加している。] 図９
[0226] 図１０は、これらの混合物の圧縮強度増加を示しており、混合物間で測定可能な差異は全く指摘されない。加速された強度は、１％、２％および３％のＳＰ混合物についてそれぞれ２６１４５ｐｓｉ、２５７１４ｐｓｉおよび１９０９６ｐｓｉであった。] 図１０
[0227] 好ましくは４０００ｐｓｉ未満、より好ましくは３０００ｐｓｉ未満そして最も好ましくは２０００ｐｓｉ未満の１日圧縮強度および２０，０００ｐｓｉ〜３０，０００ｐｓｉを超える２８日以降の材齢の圧縮強度を有する超高強度セメント質複合材料が、制御された圧縮強度増加の速度についての要件を満たし、最も好ましい制御された圧縮強度増加の速度は、セメント質複合材料が、４０００ｐｓｉ未満の５日までの圧縮強度および最も好ましくは５日以降２０００ｐｓｉ未満の圧縮強度そして、２８日以降の材齢については、少なくとも１０，０００ｐｓｉ、好ましくは１５，０００ｐｓｉ超、より好ましくは２０，０００ｐｓｉ超、そしてさらに好ましくは２５，０００〜３０，０００ｐｓｉを超える圧縮強度を有する場合である。]
[0228] 実施例１１
実施例８〜１０で記述されたものと類似の割合で接合用構成成分と水を含む混合物を、接合用構成成分の重量を基準にして１．５重量％のＳＰおよびポートランドセメントの０．０４５重量％レベルのＴＥＡを用いて作製した。酒石酸含有量は、接合用構成成分の０．４０重量％、０．８０重量％および２．０重量％で変動させた。混合物のスランプを、それぞれ０．４０％、０．８０％および２．０％の酒石酸混合物について８．８インチ（２２．４ｃｍ）、８．９インチ（２２．６ｃｍ）および７．８インチ（１９．８ｃｍ）として測定した。]
[0229] 図１１は、これらの混合物のスランプ低下挙動を示す。図１２は、温度上昇を示す。図１１および図１２に示されているように、０．８０％超の酒石酸含有量を有する混合物は塑性状態にとどまり、最初の２４時間以内で凝固しなかった。] 図１１ 図１２
[0230] 図１３は、これらの混合物の圧縮強度増加を示しており、ここで０．８０％および２．０％の酒石酸を伴う混合物ははるかに低い強度増加速度を有していた。これは、取扱いおよび仕上げの視点から見て、特に成形後最初の数時間においてかろうじて適切なものである。加速された強度は、それぞれ０．４０％、０．８０％および２．０％の酒石酸を伴う混合物について２６４７８ｐｓｉ、２４５４３ｐｓｉおよび１０５７ｐｓｉであった。２．０％を伴う混合物は、許容できる強度増加を有していない。] 図１３
[0231] 実施例１２
本発明の装甲パネルの好ましい実施形態が、離散的な耐アルカリ性ガラス繊維で強化された高密度、超高強度セメント質芯材および、樹脂の中に埋込まれポリウレタン接着剤などの接着剤を用いてセメント質芯材の両方の表面に接着剤ボンディングされた連続ガラス繊維で構成された薄い積層品を伴って、図１に示されている。] 図１
[0232] 連続プロセスを用いて上述の実施例にしたがって、耐アルカリ性ガラス繊維で強化された厚み０．５インチの超高強度セメント質芯材パネルを製造した。パネル内の繊維の公称体積分率は、３．０％であった。製造したパネルを平滑にサンディングし、ポリウレタン接着剤を用いて両方のセメント質表面に対し、ガラス繊維強化ポリマー（ＦＲＰ）積層品をボンディングした。パネルを２４インチのスパンにわたる３点曲げ試験（Ｔｈｉｒｄ ｐｏｉｎｔ ｌｏａｄｉｎｇ ｔｅｓｔ）の下で、曲げについて試験した。異なる形態の条件付け法に付したパネルの曲げ性能について、パネルを試験した。結果は、表１０に示されている。]
[0233] ]
[0234] 以下の表１０で示した通り、パネルは、全ての場合において８０００ｐｓｉを超える、優れた曲げ強度性能を達成した。]
[0235] 個々のパネルまたは積重ねられた一群のパネルを打撃する発射体の速度減衰について試験するため、表１１にある調合を用いて本発明にしたがってセメント質装甲パネルを調製した。]
[0236] ]
[0237] 図１４は、個々のセメント質装甲パネルまたは積重ねた一群のパネルを打撃する標準サイズの発射体の速度減衰と面密度の関係のグラフを示している。面密度は、試験対象パネルの面積単位あたりの質量である。図１４は、鋼繊維を伴う表面仕上げしていないパネルと比較した（ガラス強化材を用いる）本発明の表面仕上げしていないパネルについての速度減衰を表している。したがって、図１４は、鋼繊維を伴う標準密度のセメント質材料に対する、ガラス繊維を伴う本発明の非常に高密度のセメント質材料の比較を表わす。図１４のグラフに示されているように、本発明の表１１のセメント質装甲芯材パネルは、その表面に強化用のＦＲＰ積層品強化外皮が無い場合でも、鋼繊維で強化されたセメント質装甲パネルよりも優れた速度減衰を提供した。] 図１４
[0238] 図１５は、（ガラス強化材を用いた）本発明の表面仕上げ無しのパネルに比べた、（ガラス強化材を用いた）本発明の表面仕上げされたパネルの速度減衰を表わす。したがって図１５は、本発明のパネルでの表面仕上げの有無の比較を表している。提示されたデータは、速度減衰に関するパネル上の表面仕上げの付加の影響を実証している。図１５のグラフは、繊維強化された表面仕上げ層を持たない同じセメント質芯材構造を有する同じ数の積重ねたセメント質芯材パネルに比べた、セメント質芯材パネルの両方の表面にＫｅｍｌｉｔｅ Ａｒｍｏｒ Ｔｕｆ（登録商標）織りガラス繊維で強化されたポリエステル積層品の繊維強化外皮層を有する表１１の調合の２、３および４枚のセメント質装甲パネルを打撃する発射体の速度減衰を示す。これは、特に多数のパネルが使用された場合の、表面仕上げ層無しのパネルに比べた、表面仕上げされたパネルで達成される速度減衰百分率の有意な改善を実証している。] 図１５
[0239] 実施例１３
この実施例は、調合物に流動性およびセルフレベリング挙動を付与する上でのＳＰおよび酒石酸の間の相対的重要性を明らかにしている。先の実施例のものと類似の割合での接合用構成成分および水を伴い、表１２に示した含有量でＳＰおよび酒石酸を伴う５つの混合物を評価した。]
[0240] ]
[0241] 全ての混合物中で、ポートランドセメントの０．０４５重量％の割合でＴＥＡを使用した。これらの混合物のスランプは、図１６に示されている。ここで、混合物に対する酒石酸の添加により提供された流動性の増強にも関わらず、この添加剤だけでは混合物に適正な流動性およびワーカビリティーを与えるには不充分であることがわかる。ＳＰが無い場合、剛性で流動性のない混合物が生成された。図１７は、先の実施例において記述した混合物と類似の要領で挙動した混合物１についてのスランプ低下を示している。ギルモア針を用いて、これらの混合物について凝固時間（初期および最終）も測定した。これらの結果は、図１８に示されており、この図では、０．８０％の酒石酸含有量を超えると、混合物の凝固が著しく遅くなった（先の実施例においても示されている通り）ということがわかる。] 図１６ 図１７ 図１８
[0242] 実施例１４
図１９は、本発明のセメント質装甲パネル（積層無し）と本明細書に参照により援用されているＴｏｎｙａｎらに対する米国特許出願公開第２００６／０１７４５７２号明細書にしたがって作られ（同じく積層無し）、Ｕｎｉｔｅｄ ＳｔａｇｅｓＧｙｐｓｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な構造セメント質パネルとの比較を示す。図１９は、表面仕上げされていない構造セメント質パネル（ガラス強化材を使用）に比べた本発明の表面仕上げされていないパネル（ガラス強化材を使用）を表している。これは、２０００〜３０００ｐｓｉの範囲内の圧縮強度および７０〜８０ｐｃｆの範囲内の密度を有するより密度の低い芯材と、非常に高強度で高密度の芯材組成物の比較である。図１９は、速度減衰に対する、標準速度の芯材（ガラス強化材を伴う）と比較した高密度高強度芯材（ガラス強化材を伴う）の影響を表している。] 図１９
実施例

[0243] 本発明の特定の実施形態を示し記述してきたが、当業者であれば、本発明のより広い態様においてかつ以下の特許請求の範囲で記されている通りの本発明から逸脱することなく、変更および修正をこれに加えてよいということを認識するものである。]

权利要求:

請求項1
耐爆性パネルの製造方法において、・無機セメント結合剤２５〜４５重量％、・シリカ粉無し、・約１５０〜４５０ミクロンの粒径を有する無機鉱物充填材３５〜６５重量％、・５０ミクロン以下の中央粒径を有するポゾラン充填材５〜１５重量％・ポリカルボキシレート系のセルフレベリング剤０．２５〜５．０重量％、および・水６〜１２重量％、のセメント質水性混合物を調製するステップと；−均一な混合物を繊維強化セメント質パネルへと成形するステップと；−繊維強化セメント質パネルを硬化させて、部分的に硬化したセメント質パネルを生産するステップと；−部分的に硬化したセメント質パネルの表面をサンディングするステップと；−部分的に硬化したセメント質パネルを所望のサイズに切断するステップと；−部分的に硬化したセメント質パネルを最終的に硬化したセメント質パネルに硬化させるステップと、を含む方法。
請求項2
水性混合物の約０．５〜６．０体積％の量で強化用繊維を水性混合物に添加する、請求項１に記載の方法。
請求項3
セメント質パネルが、硬化した時点で約１０，０００ｐｓｉ超の圧縮強度を有する、請求項１に記載の方法。
請求項4
水性混合物の硬化の結果として得られたセメント質パネルが、硬化した時点で約１５，０００ｐｓｉの圧縮強度を有する、請求項１に記載の方法。
請求項5
セメント質パネルが、硬化した時点で約２５，０００ｐｓｉ超の圧縮強度を有する、請求項２に記載の方法。
請求項6
水性混合物が、セメント結合剤の約０．００５重量％〜約０．５００重量％の量でアルカノールアミンを含み、かつセメント結合剤とポゾラン充填材の合計重量の約０．１０重量％〜約１．８０重量％の量で酸または酸性塩を含む、請求項１に記載の方法。
請求項7
強化用繊維が繊維ガラスである、請求項２に記載の方法。
請求項8
無機鉱物充填材がシリカ砂である、請求項１に記載の方法。
請求項9
ポゾラン鉱物充填材がシリカヒュームである、請求項２に記載の方法。
請求項10
ポリカルボキシレートセルフレベリング剤がポリエーテルであり、乾燥基準でセメント質混合物の約０．７５〜約２．５重量％の量で存在する、請求項１に記載の方法。
請求項11
ポゾラン充填材対無機セメント結合剤の重量比が約０．０５〜０．３０：１．０である、請求項１に記載の方法。
請求項12
無機鉱物充填材対無機セメント結合剤とポゾラン充填材との合計重量の重量比が約０．７５：１．０〜約１．５０：１．０である、請求項１に記載の方法。
請求項13
水対無機セメント結合剤とポゾラン充填材乾燥反応性粉末との合計重量の重量比が、約０．３５：１．０以下である、請求項１に記載の方法。
請求項14
ポゾラン充填材対無機セメント結合剤の重量比が約０．１５〜約０．２０：１．０であり；無機鉱物充填材対無機セメント結合剤とポゾラン充填材の合計重量の重量比が約０．９０〜１．１０：１．０であり；連続相中における水対無機セメント結合剤とポゾラン充填材乾燥反応性粉末の合計重量の重量比が約０．２０：１．０以下である、請求項１に記載の方法。
請求項15
無機充填材の粒径が約２５０〜約３５０ミクロンである、請求項１に記載の方法。
請求項16
ポゾラン充填材の中央粒径が約０．１ミクロン未満である、請求項１に記載の方法。
請求項17
−セメント質スラリーおよびガラス繊維の第１層を形成するべく連続するコンベヤ上のキャリヤの上で細断したガラス繊維層上に水性セメント質混合物を被着させ、その後細断したガラス繊維の第２層を、形成されたパネルの上面全体にわたり被着させ、形成されたパネルを埋込みローラーに通して繊維をパネル内に埋込み；−第２のスラリー層をスラリーおよび繊維の第２層全体にわたり被着させ；かつ−パネルをスクリードバーで平滑な表面へと水平化させてから、パネルをセメント質パネルへと硬化させる、請求項１に記載の方法。
請求項18
セメント質材料内への繊維の埋込みを可能にするために約０．１インチ〜約０．２５インチ（０．２５〜０．６３ｃｍ）離隔されたディスクを有する埋込みローラーに繊維およびスラリーの層を通すことによって、強化用繊維の埋込みが実施される、請求項１７に記載の方法。
請求項19
組成物が２日後に約２０００ｐｓｉ〜約４０００ｐｓｉ未満の圧縮強度まで硬化し、２８日間硬化した後２０，０００ｐｓｉを超える圧縮強度を成長させる、請求項１７に記載の方法。
請求項20
耐爆性パネルの製造方法において、・シリカ粉の不在下で、・無機セメント結合剤５〜４５重量％・約２５０〜３５０ミクロンの粒径を有する無機鉱物充填剤３５〜６５重量％、・０．１ミクロン以下の中央粒径を有するポゾラン充填材５〜１５重量％・ポリカルボキシレート系のセルフレベリング剤１．０〜１．２重量％・セメント結合剤の約０．０２５〜約０．０７５重量％の量のトリエタノールアミン、・セメント結合剤とポゾラン充填材の合計重量の約０．４０〜約０．６０重量％の量の酒石酸、および・水６〜１２重量％、の水性混合物の硬化の結果として得られる連続相を含むセメント質芯材を調製するステップと；−約３．０〜３．５体積％の量で混合物に対して繊維ガラス強化用繊維を添加して均一な混合物を形成するステップと；−均一な混合物を繊維強化されたセメント質パネルへと成形するステップと；−繊維強化セメント質パネルを硬化して、部分的に硬化したセメント質パネルを生産するステップと；−部分的に硬化したセメント質パネルの表面をサンディングするステップと；−部分的に硬化したセメント質パネルを所望のサイズに切断するステップと；−部分的に硬化したセメント質パネルを最終的に硬化したセメント質パネルに硬化させるステップと；−セメント質パネルの少なくとも１つの表面に、繊維ガラス強化ポリエステル積層品外皮層を付着させるステップと、を含む、方法。