[发明专利]基于水泥的铠装面板系统

说明书

相关文件的交叉引用

本申请要求于2008年3月3日提交的美国临时申请号61/033,258的权益，名称为基于水泥的铠装面板系统，通过引用将其结合在此，并且本申请涉及：

2008年3月3日提交的美国临时专利申请号61/033,240，名称为制造基于水泥的铠装面板的方法；

2008年3月3日提交的美国临时专利申请号61/033,212，名称为硬化时具有超高抗压强度的自流平水泥组合物以及由其制备的物品；以及

2008年3月3日提交的美国临时专利申请号61/033,264，名称为基于水泥的叠层铠装面板；

2008年3月3日提交的美国临时专利申请号61/033,061，名称为用于物理保护的部件的可运输的模块式系统；以及

2008年3月3日提交的美国临时专利申请号61/033,059，名称为用于物理保护的保持面板的可运输的模块式框架。

联邦资助的研究的声明

在此所描述的研究工作是在美国陆军工程兵工程研发中心土木工程实验室(Geotechnical and Structures Laboratory，Engineer Research & Development Center，U.S.Army Corps of Engineers)和美国石膏公司(United States Gypsum Company)之间的合作研发协议号CRADA-05-GSL-04下支持的。

所有这些都通过引用以其全文结合在此。

技术领域

本发明总体上涉及一种改进的高性能的基于水泥的铠装面板系统，该系统包括具有受控的强度发展的一种独特的纤维增强水泥内芯组合物以及附接到该水泥内芯面板的至少一个表面上的一种高性能的皮层增强物，该水泥内芯面板与框架的结构或具有填充物支持的框架结构相结合以提供安全以及防爆性能，以便在暴露于由高能量压力波(冲击波)产生的荷载、来自高速度炸药装填物、以及来自榴霰弹以及子弹的穿刺和钻孔时经受施加至其上的多种力的组合。这种水泥内芯不包括硅石粉，但是包括火山灰材料，例如硅灰。

该水泥内芯是由以下各项制成的：无机水泥粘合剂，典型地是水硬水泥，例如波特兰水泥；一种无机矿物填充剂，优选具有150-450微米的中值粒径并且与该水泥粘合剂0.80-1.50∶1的重量比的硅砂；一种火山灰微小填充剂，优选具有约0.1微米的平均颗粒大小的硅灰；一种基于有机物的自流平化学试剂，基于聚羧基化的化学物质，优选聚羧基化的聚醚，以总产物重量的干基重量的0.75-2.5％的三乙醇胺以及酒石酸添加剂，以延长最终固化的凝固时间，增强纤维，例如玻璃纤维以及水。

这种水泥内芯组合物被用于和所使用的一种纤维增强的皮层材料相结合以便叠层在该面板的水泥内芯的至少一个表面上。多种皮层可以用来叠层在该水泥铠装面板的内芯上。然而，纤维增强的聚合物(FRP)叠层材料作为皮层是优选的。玻璃纤维增强的树脂是尤其优选的FRP。将皮层(S)置于内芯(C)上作为一种SC或SCS或SCSCS结构设计的叠层材料。

用改进的水泥组合物制得的面板具有足够的强度来抵抗爆炸以及冲击作用，其中有或没有钢纤维或钢增强物。

背景技术

包含水硬水泥、无机矿物纤维以及火山灰连同化学添加剂(如增塑剂以及水分散剂)的纤维增强的水泥组合物已经在建筑行业中使用以形成住宅和/或商用结构的内壁和外壁。然而，此类常规面板的一个缺点在于它们没有足够的抗压强度来提供对冲击以及爆炸荷载的高程度的耐受性。

用于生产超高强度水泥组合物的当前的惯例依赖于有效的颗粒填充和极其低的水用量来实现超高的材料强度。作为在这些组合物中为了实现致密的颗粒填充和极低的用水量而使用的这些原料的结果，这些水泥混合物具有极其坚硬的流变学行为，而在新混合状态下具有类似面团的一致性。这种坚硬的一致性使得这些混合物是高度不可加工的并且极其难以在常规的用于生产基于稀薄水泥产物以及复合材料的制造过程中进行处理。

授予Belousofsky的美国专利号4158082 A披露了一种具有玻璃纤维皮层的、叠层的、基于水泥的结构，它是抗冲击的并且可以使用基于波特兰的水泥。

授予Miller的美国专利号4793892 A披露了使用波特兰水泥生产具有水泥内芯以及玻璃纤维饰面的混凝土面板的一种装置。

授予Arfaei的美国专利号4948429 A披露了包含波特兰水泥、砂、气相二氧化硅以及聚醚的一种水泥组合物。