CN102712531B - 具有类似木材的特性和超高强度的挤压成型的纤维增强水泥制品以及制造该制品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造水泥复合材料的方法，所述方法包括：（1）通过以下步骤混合可挤压成型的水泥合成物：首先形成含纤维的混合物，所述混合物包括纤维、水以及流变改性剂，而随后添加水硬性水泥；（2）将可挤压成型的水泥合成物挤压成未干的挤压制品，其中未干的挤压制品的特征在于形状稳定并基本上保持预先确定的横截面形状；（3）通过蒸发除去一部分水以减少密度并增加孔隙率；以及（4）在从大于65℃至小于99℃的温度下加热未干的挤压制品。这种方法生产出适于用作木材替代品的水泥复合材料。特别地，通过采用较高的固化温度以制备水泥建筑制品，该水泥建筑制品相较于常规制品具有更低的堆密度和更高的抗弯强度。类似木材的建筑制品可像普通木材那样被锯切、钉以及旋拧。

Description

具有类似木材的特性和超高强度的挤压成型的纤维增强水泥制品以及制造该制品的方法

相关申请的交叉引用

本申请是于2006年11月1日提交的美国专利申请序列11/555,646的部分接续申请案，所述美国专利申请11/555,646要求美国临时申请60/872,406的优先权，所述美国临时申请60/872,406从2005年11月1日提交的美国专利申请序列11/264,104转变而来。每一这些申请的全部文本通过引用整体结合入本文。

技术领域

本发明总体上涉及纤维增强的可挤压成型水泥合成物，所述合成物形成了具有高抗弯强度和低堆密度的水泥建筑制品。可挤压成型的水泥合成物能够用于制造具有木材般特性的水泥建筑制品。

背景技术

木料和其它从树木获得的建筑制品在历史上已成为用于建筑结构的主要原料。由于其可被切割和成型为各种形状和尺寸的能力、其作为建筑材料的总体性能、以及其可构成许多不同建筑建构的能力，木材是许多不同建筑材料的来源。树木不仅可被切割成2×4（two-by-four）的料、1×10（one-by-ten）的料、胶合板、装饰板、等等，而且不同的木料件可轻松地经由胶、钉子、螺钉、螺栓、以及其它连接装置附接在一起。木材料可轻松地成型并与其它制品组合以形成所需结构。

尽管树木是可再生的来源，但树木生长成可用的大小需要许多年。就这一点而言，树木消失得比它们能生长的速度快，至少在世界许多地方都是这样。此外，沙漠或其它没有丰富的树木的地区不得不或者进口木料、或者放弃建设需要木材的结构。由于对森林采伐和其它与树木砍伐有关的环境问题的关心，一直在尝试由其它材料（例如塑料和混凝土）制造“木料替代品”。尽管塑料具有一些有利的特性（如可塑性和高的抗拉强度），但它们在抗压强度方面较薄弱，通常得自于不可再生的来源，且通常被认为比天然制品较不环保。

另一方面，混凝土是本质上不会耗尽的建筑材料，因为其成分是常见的粘土、沙子、岩石、以及水。混凝土通常包括水硬性水泥、水、以及至少一种骨料，其中水与水泥反应以形成水泥浆，所述水泥浆将骨料粘合在一起。当水硬性水泥和水固化（即水合）以使水泥与水和骨料与其它固体成分粘合时，由此形成的混凝土可具有极高的抗压强度和弯曲模量，但它是相较于其抗压强度具有相对较低抗拉强度的易碎材料，具有较小的韧性或挠度特性。尽管如此，通过添加诸如钢筋的加强件或建造整块结构，混凝土可用于建设车道、建造基础、以及通常大的整块结构。

早先用混凝土创造木料替代品的尝试并未提供具有让人满意的特征的制品。这部分是由于制造混凝土的传统方法需要混合物在模具中固化，且并未提供具有适当的韧性或抗弯强度的制品以替代木料。一种由混凝土制造一般的建筑元件（例如屋瓦、外墙元件、管道、等等）的尝试涉及到“哈氏过程（圆网抄取法）”，所述哈氏过程是用于制造纸张的过程的变型。

在哈氏过程中，建筑制品是由含有高达99%水的高度含水料浆、水硬性水泥、骨料和纤维制成的。含水料浆具有极高的水比水泥（“w/c”）比率并被脱水以生产出能够固化的合成物以形成固体建筑制品。含水料浆以相继的层涂敷至多孔的滚子筒并在随后的层之间脱水。添加纤维以防止固体水泥颗粒排干水分并赋予一定程度的韧性。当还处于潮湿、未硬化状态时，经脱水的材料从滚子筒移走，切割成薄板或可选地压制成型，并允许固化。由此形成的制品是分层的。尽管在保持干燥时是充分强固的，但它们随着时间推移当接触到过多水分时趋向于分离或脱层。由于制品是分层的，因此组分（特别是纤维）并未均匀地散布。

此外，水泥建筑制品在强度方面并未达到它们的全部潜力，直至建设完成数月甚至数年之后。特别地，如本领域所熟知的那样，混凝土随着其固化而持续硬化，并由此强化，直至合成物内部的水分完全耗尽。典型地，采用28天强度作为建筑基准。早先通过提高温度而更快地固化的尝试，例如用蒸汽养护和蒸压养护，导致了二次钙矾石的形成，在所述蒸汽养护和蒸压养护中温度达到65℃以上，两者都会导致最终制品的不利的开裂和破损。

尽管本发明人早先发明了利用水泥和纤维制造柔性的纸张般薄片的方法，这种薄片是像纸张一样柔性的并可非常像纸那样被弯曲、折叠或卷成多种不同的食物或饮料容器。但这种薄片并不适于用作建筑材料。首先，这种薄片是通过在被加热的滚子上在数秒或数分钟的形成时间内快速烘干可模塑的合成物而制成的，这导致了水硬性水泥颗粒变成仅仅是填料，而流变改性剂提供了即便不是全部也是大部分的粘合力。由于水泥颗粒仅仅充当填料，它们最终由更便宜的碳酸钙填料颗粒替代。

因此这样做会是有利的：提供水泥合成物和方法，所述合成物和方法用于制备类似木材的水泥复合材料建筑制品，所述建筑制品可用作木料制品的替代品并可轻松而快速地制造。若建筑制品相较于常规制品可具有增加的抗弯强度则会是更有利的。此外，提供可被用作木材替代品的建筑制品会是有益的，所述木材包括各种各样的木材建筑制品，例如通常由木材制成的结构性和装饰性制品。

发明内容

本发明涉及可充当木料替代品的水泥建筑材料。相应地，本发明涉及对可挤压成型的水泥合成物的使用，所述可挤压成型的水泥合成物可被挤压成型或以其它方式成型为类似木材的建筑制品，所述类似木材的建筑制品可被用作许多已知的木料制品的替代品。含纤维的水泥建筑制品可具有类似于木材建筑制品的特性。在某些实施例中，含纤维的水泥建筑制品可被锯切、切割、钻孔、捶打、以及附接在一起，就如通常对木材建筑制品所做的那样，并在下文中更详细地描述。

普通的混凝土通常比木材致密和坚硬得多，并因此更难锯切、钉入或拧入。材料的弯曲模量（指的是弹性模量或杨氏模量）尽管不是硬度的严格衡量标准，但已被发现与硬度相关联，因为它与水泥建筑制品被锯切、钉、旋拧的能力有关。典型地，普通的混凝土具有约4,000,000psi至约6,000,000psi的量级的弯曲模量，而木材的弯曲模量在从约500,000psi一直到约5,000,000psi的范围（约3.5至35GPa）。此外，典型地，混凝土比木材坚硬约5至100倍。以弯曲模量估计时，软木（例如松木）比混凝土更软高达100倍，所述软木比硬木更容易被锯切、钉和旋拧。

一般而言，水泥建筑制品被利用普通木锯锯切、利用锤子钉、或利用常用驱动器旋拧的能力是硬度的函数，所述硬度近似正比于密度（即作为一般规则，密度越低，硬度越低）。在希望利用工件对水泥建筑制品锯切、钉和/或旋拧的情况下（所述工件是在使用木材制品时在建筑行业内常见的工件），水泥建筑制品大致具有的硬度近似为木材的硬度（也就是说，从而比常规的混凝土更软）。纤维和流变改性剂的包含有助于形成比常规混凝土更软的制品。此外，大量适当散布的微孔的包含有助于减少密度，这有助于减少硬度。

此外，本发明的水泥建筑制品具有比抗压强度更高的抗弯强度。较高的抗弯强度将允许在最大挠度处破坏之前承受较重的负载。典型的梁的挠度是利用以下等式确定的：

梁中心处的挠度=负载×长度³/48/弹性模量/转动惯量

相应地，弹性模量越高，挠度越低。

在一个实施例中，本发明包括供用作木料替代品的水泥复合材料制品。这种制品可包括固化的水泥复合材料，所述复合材料包括水硬性水泥、流变改性剂、以及纤维。固化的水泥复合材料的特征在于以下的一点或数点：能够由手用木锯来锯切；弯曲模量在约200,000psi至约5,000,000psi的范围内；抗弯强度至少约1500psi；优选的密度少于约1.3g/cm³，更优选少于约1.15g/cm³，更加优选少于约1.1g/cm³，而最优选少于约1.05g/cm³，并且纤维优选以大于约10%的浓度（以干体积衡量）基本上均匀地分布在固化的水泥合成物中。根据本发明制造的建筑制品比含水泥的纸张似的制品坚硬得多。由于纤维基本上均匀地散布（即不像在哈氏过程中那样分层），建筑制品当接触到水分时并不分离或脱层。

固化的水泥合成物通常是通过混合可挤压成型的水泥合成物而制备的，所述可挤压成型的水泥合成物包括从约0.1%至约10%的浓度（以湿体积衡量）的流变改性剂、以及大于约5%（以湿体积衡量）、而更优选大于约7%（以湿体积衡量）、而更加优选大于约8%（以湿体积衡量）的浓度的纤维。所挤压成型的合成物的特征在于具有粘土般的稠度、具有高的屈服应力、宾汉（Binghamian）塑性和即刻的形状稳定性。在混合之后，可挤压成型的水泥合成物可被挤压成型成具有预先确定的横截面区域的未干的挤压成型制品。有利地，未干的挤压成型制品在挤压成型时是形状稳定的以便能够保持其横截面区域和形状，从而不会在挤压成型之后塌落且从而允许操作而不会破损。在一个实施例中，在挤压成型之后，在未干的挤压成型制品中的水硬性水泥可通过在从大于65℃至小于99℃的温度下加热而固化，从而形成固化的水泥复合材料。在另一实施例中，利用具有约150℃的温度并处于15巴的压热器使未干的挤压成型制品中的水硬性水泥固化约24小时。

根据一个实施例，最初用于形成可挤压成型成物的水量通过蒸发而减少，所述蒸发是在水泥粘合剂的水合之前、期间或之后。这可通过这样实现：在炉内典型地在低于水的沸点的温度下干燥以进行受控的干燥同时不干扰水泥的水合。从这种干燥可得到至少两点益处：（1）可降低有效的水比水泥的比率，这增加了水泥浆的强度；以及（2）除去水后留下受控的均匀的密度。

可挤压成型合成物的标定或表面的水/水泥比率起初可在约0.8至约1.2的范围内。但是，典型地，有效的水/水泥比率要低得多，所述有效的水/水泥比率是基于实际可用于水泥水合的水。例如，在通过蒸发除去一部分水之后，由此导致的水/水泥比率典型地在约0.1至约0.5的范围内，例如优选约0.2至0.4，更优选约0.25至约0.35，而最优选约0.3。已发现并非所有的添加的水可如前文所述地通过在炉内加热而通过蒸发除去，这表示部分的水即使在加热的时候也能够与水泥反应和水合，使其成为化学结合水而不是可被蒸发掉的自由水。该过程不同于利用蒸汽养护的过程，在所述蒸汽养护过程中在保持制品潮湿的同时使制品的温度增加。

用在根据本发明的水泥复合材料中的纤维可以是以下的一种或几种：大麻纤维、棉纤维、植物的叶或茎纤维、硬木纤维、软木纤维、玻璃纤维、石墨纤维、硅纤维、陶瓷纤维、金属纤维、聚合物纤维、聚丙烯纤维、以及碳纤维。基本上均匀地分布在固化的水泥合成物中的纤维的量优选大于约10%（以干体积衡量），更优选大于约15%（以干体积衡量），更优选大于约20%（以干体积衡量）。某些纤维（例如木材或植物纤维）具有高亲水性并能够吸收大量的水。这意味着添加至水泥合成物以使其可挤压成型的水的一部分可与纤维紧密结合，由此减少有效的水/水泥比率，因为与纤维紧密结合的水不容易用于使水泥粘合剂水合。

用在根据本发明的水泥复合材料中的水硬性水泥粘合剂可以是以下的一种或几种：波特兰水泥、MDF（无宏观缺陷）水泥、DSP（均匀排列高致密超细颗粒）水泥、Densit型水泥、Pyrament型水泥、铝酸钙水泥、石膏、硅酸盐水泥、石膏水泥、磷酸盐水泥、高氧化铝水泥、超细水泥、矿渣水泥、镁氧氯水泥、以及它们的组合。水泥粘合剂促成了建筑制品的整体粘合强度的至少约50%（例如加上由流变改性剂赋予的粘合强度）。优选地，水硬性水泥将促成至少约70%的整体粘合强度，更优选至少约80%，而最优选至少约90%的粘合强度。由于水硬性水泥粘合剂大大促成了建筑材料的整体强度，因此材料相较于纸张似的制品强固得多且具有高得多的抗弯刚度，所述纸张似的制品将水硬性水泥主要用作填料（即借助加热至150℃及以上以通过蒸发快速除去所有或基本上所有的水）。

流变改性剂可以是以下的一种或多种：多糖、蛋白质、纤维素、淀粉（例如支链淀粉、直链淀粉、海凝胶（seagel）、淀粉醋酸酯、淀粉羟基醚、离子淀粉、长链烷基淀粉、糊精、胺淀粉、磷酸酯淀粉、双醛淀粉）、纤维素醚（例如甲基羟乙基纤维素、羟甲基乙基纤维素、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素）、以及粘土。优选地，所包括的流变改性剂量在约0.25%至约5%的范围内（以水泥合成物的湿重衡量），更优选在约0.5%至约4%的范围内（以湿重衡量），而最优选在约1%至约3%的范围内（以湿重衡量）。与纤维类似，流变改性剂可与水粘合，由此相较于标定比率降低有效的水/水泥比率，所述标定比率是基于实际添加的水而不是可用于水合的水。尽管流变改性剂可充当粘合剂，但典型地，它将促成整体粘合力的少于约50%。

可选地，可包括从约0.01%至约15%的浓度（以干重衡量）的促凝剂，其中促凝剂可以是以下的一种或几种：KCO₃、KOH、NaOH、CaCl₂、CO₂、氯化镁、三乙醇胺、铝酸盐、HCl的无机盐、HNO₃的无机盐、H₂SO₄的无机盐、水化硅酸钙（C-S-H）、以及它们的组合。促凝剂在这样的情况下会是特别有用的：需要快速强度以便操作和/或在最初水合期间一部分的水通过蒸发而被除去。

可选地，也可包括从约0.5%至约2.0%的浓度（以干重衡量）的缓凝剂。适宜地，缓凝剂可以是一种或多种市售的阻滞剂，如来自Masterbuilders公司的缓凝剂在这样的情况下会是特别有用的：在操作和挤压成型期间需要建筑材料恒定的流变能力。

还可包括骨料材料，所述骨料材料是以下的一种或几种：沙子、白云石、沙砾、岩石、玄武岩、花岗岩、石灰石、砾岩、玻璃珠、气凝胶、珍珠岩、蛭石、页状剥落岩。干凝胶、云母、粘土、合成粘土、氧化铝、硅石、粉煤灰、硅粉（silica fume）、板状氧化铝、高岭土、玻璃微球、陶瓷球、石膏二水合物、碳酸钙、铝酸钙、橡胶、发泡聚苯乙烯、软木、锯末、以及它们的组合。

在一个实施例中，固化的水泥复合材料可通过用手锤锤入来接纳10d规格的钉子。固化的水泥复合材料对于10d规格的钉子可具有至少约25磅力/英寸的抗拔力，优选对于10d规格的钉子至少约50磅力/英寸。此外，固化的水泥复合材料对于螺钉可具有至少约300磅力/英寸的抗拔力，优选对于螺钉至少约500磅力/英寸。抗拔力通常涉及到水泥复合材料中的纤维的量（即在所有条件相等的情况下，随着纤维含量增加而增加）。纤维产生更大的局部断裂能和韧性，所述局部断裂能和韧性抵抗在由钉子或螺钉形成的孔洞之中和周围形成裂纹。其结果是一种回弹效应，其中基质通过摩擦力保持住钉子，或通过摩擦力和机械力两者保持住螺钉。

在一个实施例中，制造水泥复合材料的方法可包括围绕至少一个增强元件挤压可挤压成型的水泥合成物，从而至少部分地将增强元件封装在未干的挤压成型制品中，所述增强元件选自包括钢筋、金属线、网、连续的纤维、以及织物的集合。

在一个实施例中，制造水泥复合材料制品的方法可包括以下步骤：挤压成型未干的挤压成型制品，所述挤压成型制品具有至少一个连续孔并是形状稳定的；在水泥复合材料处于形状稳定的未干状态或至少部分地固化时将钢筋和粘合剂插入连续孔中；并用粘合剂将钢筋粘合至连续孔的表面。可选地，在插入钢筋之前将粘合剂涂敷至钢筋上。

在一个实施例中，制造水泥复合材料制品的方法可包括将水泥复合材料构造成建筑制品从而作为木料建筑制品的替代品。就这一点而言，建筑制品可制成的形状选自包括以下形状的集合：杆、棒、管道、圆柱、板、工字梁、公用设施柱、装饰板、2×4的料、1×8（one-by-eight）的料、面板、平薄板、屋瓦、以及具有中空内部的板。典型地，建筑制品是利用包括挤压成型的过程制造的，但所述过程也可包括一个或多个中间或修整程序。中间程序典型地发生在合成物处于未干、未固化的状态时，而修整程序典型地发生在材料已固化或硬化之后。

木材无法被明显软化，除非通过破坏或削弱木材结构，与木材不同，混凝土在固化之前是塑性的和可模塑的。由此制成的建筑制品在处于未干状态时可再成型（即弯曲或弯折）以形成利用真实的木材通常难以或不可能达到的形状。可利用防水剂（例如硅烷、硅氧烷、乳胶、环氧树脂、丙烯酸树脂、以及混凝土行业中已知的其它防水剂）来处理建筑制品的表面或水泥基质从而防水，这是对木材的另一优势。这种材料可混入和/或涂敷至水泥建筑制品的表面。

建筑制品可以是实心的或可以是空心的。通过围绕固体芯轴挤压而提供连续孔以产生的不连续性产生了轻质的建筑制品。一个或多个这种孔洞可由钢筋增强件（例如与环氧树脂或其它粘合剂粘合）填充，它们可为电线提供管道，或它们可很像预钻孔似地用于拧入建筑制品。建筑制品可包括复杂的挤压成型结构。它们可具有几乎任何尺寸或横截面形状。它们可制成大的薄板（例如通过滚子挤压成型）或块料（例如通过大的母模逃孔）并随后磨铣成类似木材的较小尺寸。

在一个实施例中，制造水泥复合材料制品的方法可包括通过至少一种过程加工形状稳定的未干挤压成型制品和/或固化的水泥复合材料，所述至少一种过程选自包括以下过程的集合：弯曲、冲压、冲击成型、切割、锯切、砂纸打磨、磨铣、纹理化、整平、抛光、磨光、预钻孔、上漆、以及着色。

在一个实施例中，制造水泥复合材料制品的方法可包括将一部分废弃的未干挤压成型制品或（例如通过冲压）从建筑制品的主体切走的材料回收利用，其中回收利用包括将废弃的未干挤压成型制品与可挤压成型的水泥合成物混合。

在一个实施例中，用于使水硬性水泥固化的过程可包括热养护或蒸压养护。已经发现，通过提高固化温度，水硬性水泥可更快地固化以在较短的时间段内产生具有更大的强度百分比的水泥复合材料。进一步认为，流变改性剂起到阻滞剂的作用并且除非温度超过65℃，否则阻滞效应不会被抵消，这减慢了水泥的强度发展。但是高于65℃时，流变改性剂从溶液中析出，而水合作用可更快地进行，这导致了更高的强度发展。优选地，挤压成型制品被加热至从大于65℃至小于99℃、更优选大于70℃、更优选大于80℃、而更加优选大于90℃的温度以允许其中的水硬性水泥固化。

在一个实施例中，可通过母模逃孔来进行挤压成型。可选地，可借助滚子挤压来挤压成型。

本发明的这些和其它实施例以及特征将从下文的描述和所附权利要求书中变得更加充分地显而易见，或可通过如在下文中阐述的那样对本发明的实践而了解。

附图说明

为进一步阐明本发明的上述和其它的优势以及特征，将参考本发明的特定实施例进行对本发明的更详细描述，所述特定实施例示于附图中。应理解，这些附图仅示出本发明的典型实施例并因而不应被认为是对其范围的限制。通过利用附图，描述和解释了本发明的另外的特征和细节，在所述附图中：

图1A的示意图示出了用于制造水泥建筑制品的挤压成型过程的实施例；

图1B的示意图示出了用于制造水泥建筑制品的挤压模头的实施例，其具有延伸通过它的连续孔；

图1C的立体图示出了挤压成型的水泥建筑制品的横截面区域的实施例；

图2的示意图示出了用于制备水泥建筑制品的滚子挤压过程的实施例；

图3A至图3D的立体图示出了共挤压带有结构性增强元件的水泥建筑制品的实施例；

图4的示意图示出了用于结构性增强水泥建筑制品的过程的实施例；

图5A的立体图示出了现有技术的混凝土和插入其中的钉子；

图5B的立体图示出了水泥建筑制品的实施例和插入其中的钉子；

图6A是图4的纵向剖视图；

图6B是图6A的中位横截面视图；

图7A是图5的纵向剖视图；

图7B是图7A的中位横截面视图；

图8是木材、水泥建筑制品的一个实施例、以及钢筋增强的水泥建筑制品的一个实施例的抗弯强度的曲线图；

图9是水泥建筑制品的一个实施例的抗拉强度的曲线图；以及

图10是由压缩力造成的木材和水泥建筑制品的一个实施例的位移的曲线图。

具体实施方式

总体上，本发明涉及水泥合成物和用于制备这种合成物和制造水泥建筑制品的方法，所述水泥建筑制品具有类似于木材建筑制品的特性。特别地，相较于常规制品，方法包括采用更高的固化温度以便制备水泥建筑制品，这允许制品具有更高的堆密度，并因而具有更高的抗弯强度，同时保持可被轻松钉、旋拧、钻孔、等等的能力。使用本文所采用的术语是仅出于描述特定实施例的目的，而不是意在限制。

一般定义

术语“多组分”指代纤维增强的水泥合成物以及由此制备的挤压成型的复合材料，所述复合材料典型地包括三种或多种化学或物理上截然不同的材料或相。例如，这些可挤压成型的合成物和因而形成的建筑制品可包括诸如流变改性剂、水硬性水泥、其它水硬性可凝材料、促凝剂、缓凝剂、纤维、无机骨料材料、有机骨料材料、分散剂、水、以及其它液体的组分。这些大类的材料的每一类将一种或多种独特的特性赋予由此制备的挤压成型混合物以及最终的物品。在这些大类中可进一步包括不同的组分（例如两种或多种无机骨料或纤维），所述不同的组分可将不同的、但是互补的特性赋予挤压成型的物品。

术语“水硬性可凝合成物”和“水泥合成物”意在指代含有水硬性可凝粘合剂和水两者以及其它组分的合成物和材料的大类，而不考虑已发生的水合或固化的程度。就这一点而言，水泥材料包括处于未干状态（即未硬化的、软的、或可模塑的）的水硬浆或水硬性可凝合成物、以及已硬化或凝固的水泥建筑制品。

术语“均匀”意在指代合成物被平均地混合从而使合成物的至少两个随机样品粗略地或基本上具有相同的组分的量、浓度、以及分布。

术语“水硬性水泥”、“水硬性可凝粘合剂”、“水硬性粘合剂”、或“水泥”意在指代在水泥或水硬性可凝合成物中的组分或组分的组合，所述组分是在接触到水之后硬化和固化的无机粘合剂，例如波特兰水泥、粉煤灰、以及石膏。这些水硬性水泥通过与水化学反应而发展增加的机械特性，例如硬度、抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、以及组分表面结合力（例如骨料向水泥的粘合）。

术语“水硬浆”或“水泥浆”意在指代在未干状态的水硬性水泥和水的混合物以及由该水硬性粘合剂的水合作用而形成的硬化的浆。就这一点而言，在水硬性可凝合成物之中，水泥浆将单独的固体材料（例如纤维、水泥颗粒、骨料、等等）粘合在一起。

术语“纤维”包括天然的和合成的纤维两者。典型地具有至少约10:1的纵横比的纤维被添加至可挤压成型的水泥合成物以增加因而形成的挤压成型的复合材料或完成的建筑制品的延伸率、偏转率、韧性、和断裂能，以及抗弯和抗拉强度。纤维减少了由其制成的未干挤压成型制品、挤压成型物品、以及硬化或固化的物品在操作、加工、以及固化期间当向其施加力时破裂或破损的可能性。并且，纤维可为水泥建筑制品提供木材般的特性，例如钉子保持力、螺钉保持力、抗拔力、以及被机械或手锯锯切的能力、和/或用木钻头钻孔；换句话说，纤维为基质提供了韧性和柔性，这提供了基质对螺钉或钉子的回弹力。纤维可吸收水并减少有效的水/水泥比率。

术语“纤维增强”意在指代纤维增强的水泥合成物，所述合成物包括纤维从而提供某些结构性增强以增加与由其制成的未干挤压成型制品、挤压成型的物品、和硬化或固化的复合材料以及建筑制品相关联的机械特性。此外，关键术语为“增强”，该术语清晰地将本发明的可挤压成型的水泥合成物、未干挤压成型制品、以及固化的建筑制品区别于常规的可凝合成物和水泥物品。纤维主要充当增强组分以特别增加建筑制品的抗拉强度、柔性、以及韧性，也增强在其上切割或形成的任何表面。由于它们是充分均匀地散布的，因此建筑制品当接触到水分时并不像利用哈氏过程制造的制品那样分离或脱层。

术语“机械特性”意在包括某一特性、变量、或参数，所述特性、变量、或参数被用于确定或表征物质、合成物、或制造的物品的机械强度。相应地，机械特性可包括在断裂或破坏之前延伸、偏转、或压缩的量、在破裂之前的应力和/或应变、抗拉强度、抗压强度、杨氏模量、刚度、硬度、变形、阻抗、抗拔力、等等。

术语“挤压成型制品”、“挤压成型制品形状”、或“挤压成型的物品”意在包括利用本发明的可挤压成型合成物和方法挤压成型的物品的任何已知的或将来设计的形状。例如，挤压成型的复合材料可制备成杆、棒、管道、圆柱、板、工字梁、公用设施柱（如电线柱、电话线柱、天线柱、电缆柱、等等）、2×4的料、1×4的料、面板、平薄板、其它传统的木材制品、屋瓦、具有电导管的板、以及钢筋增强的物品。此外，挤压成型的建筑制品可首先被挤压成型成“粗略形状”并随后经成型、磨铣、或以其它方式精制成加工制品，所述加工制品拟包括在本术语的使用中。例如，厚板或大的块（例如16×16的料）可被切割或磨铣成多个2×4的料。

术语“挤压成型”可包括一种过程，在所述过程中通过开口或通过具有某一尺寸的区域加工或压制材料，从而使材料成型为与开口或区域一致。就这一点而言，通过母模逃孔压制材料的挤压机可以是挤压成型的一种形式。可选地，滚子挤压成型可以是挤压成型的另一形式，所述滚子挤压成型包括在一组滚子之间压制合成物。在下文图2中更详细地描述了滚子挤压成型。在任何情况下，挤压成型指代一种过程，所述过程被用于使可模塑的合成物成型而无需切割、磨铣、锯切等等，且通常包括压制材料或使材料穿过具有预先确定的横截面区域的开口。

术语“水合”或“固化”意在指代水化反应的一种水平，所述水平足以产生已硬化的水泥建筑制品，所述水泥建筑制品已获得了其潜在或最大强度的大部分。尽管如此，水泥合成物或挤压成型的建筑制品可在它们已获得了显著的硬度和其最大强度的大部分很久之后继续水合或固化。

术语“未干”、“未干材料”、“未干的挤压成型制品”、或“未干状态”意在指代水泥合成物的状态，所述状态还未达到其最终强度的大部分；但是，“未干状态”意在认定水泥合成物具有足够的内聚性以在水合或固化之前保持所挤压的形状。就这一点而言，刚被挤压成型的包括水硬性水泥和水的挤压成型制品应在发生大部分的硬化或固化之前被认为是“未干”的。未干状态并不一定是对已发生的固化或硬化的量的鲜明的分界线，而是应被理解为合成物在基本上固化之前的状态。因此，水泥合成物在挤压成型之后和基本上固化之前处于未干状态。

术语“形状稳定”意在指代紧接挤压之后未干的挤压成型制品的状况，所述状况的特征在于挤压成型制品具有稳定的结构，所述结构并不因其自身的重量而变形。就这一点而言，形状稳定的未干挤压成型制品可在操作和进一步加工期间保持其形状。

术语“复合材料”意在指代形状稳定的合成物，所述合成物由截然不同的组分（例如纤维、流变改性剂、水泥、骨料、促凝剂、缓凝剂、等等）组成。就这一点而言，复合材料随着未干的挤压成型制品的硬度或形状稳定性增加而形成，并可制备成建筑制品。

术语“干体积”意在指代这样的合成物：其特征在于不存在水或其它等效溶剂或水合反应物。例如，当相对浓度是以干体积的百分比表达时，则如同没有水那样地计算相对浓度。因此，干体积不将水计算在内。

术语“湿体积”意在指代这样的合成物：其特征在于由于水的存在而导致的水分含量。例如，组分对于湿体积的相对浓度是由包括水和所有其它合成组分的总体积来衡量的。

术语“钉子接纳度”意在指代将钉子锤入水泥建筑制品的容易度。钉子接纳度是由数值范围描述的，所述数值范围定义如下：（1）参照某一建筑制品，钉子可轻松地锤入所述建筑制品而不会弯折；（2）参照具有更大硬度的建筑制品，使得钉子可被锤入而不会弯折，但需要更高的技能和相当大的向下压力以防止弯折；（3）参照具有高的硬度水平的建筑制品，使得采用正常的捶打动作会使钉子典型地被弯折或变形（但若采用具有高的力的常规钉枪，所述建筑制品可接纳直的钉子）。

当用在本文中时，术语“抗拔力“意在指代从基质（例如木材、混凝土、以及本发明的水泥建筑制品）拔出连接杆（例如钉子或螺钉）所需的力或压力的量。同样，可通过将埋入固化的水泥复合材料1英寸的10d规格（例如10便士的钉子）的钉子取出所需的力来计算抗拔力。在所有条件相等时，抗拔力正比于纤维含量。

当用在本文中时，术语“连接杆”意在指代钉子、螺钉、螺栓等等，所述钉子等等构造成在插入基质内的同时在基质内部形成孔洞。这种插入可通过捶打、旋拧、发射、等等而完成。此外，通过在连接杆被插入每一元件内部时连接杆形成孔洞，连接杆可用于将一个元件连接至另一元件。

典型地，可利用普通的木钻头钻和/或利用普通的木锯锯切本发明的建筑制品，不像常规的需要砖石钻头和锯片的混凝土制品。

鉴于上述的定义，以下的论述阐明了本发明的实施例的独创性特征。

制造挤压成型的建筑制品所用的合成物

制造根据本发明的挤压成型建筑制品所用的可挤压成型水泥合成物包括水、水硬性水泥、纤维、流变改性剂、以及可选的促凝剂、缓凝剂、和/或骨料。水泥建筑制品配制成使得相较于普通混凝土具有较少的硬度和抗压强度，并具有较大的柔性、软度、延伸率、韧性、抗弯强度、以及挠度以更好地模仿真实木材的特性。一般而言，本发明的水泥复合材料的抗弯强度比抗压强度的比率将比常规混凝土高得多。

此外，可挤压成型的水泥合成物和由此制备的挤压成型建筑制品可具有某些组分，所述某些组分与在别处论述的其它多组分合成物中的基本相同。相应地，在美国专利号5,508,072、5,549,859、5,580,409、5,631,097、以及5,626,954中、以及美国专利申请号60/627,563中可获得这种多组分合成物和混合物的个别组分的补充信息以及用于制造挤压成型物品和由此压延的物品的方法的某些方面，这些专利通过引用结合入本文。

但是应理解，本发明的建筑制品相较于纸张似的薄片制品大为强固并具有更大的抗弯刚度，所述纸张似的薄片制品是利用水硬性水泥制造的，但其中这种薄片是利用滚子以数秒或数分钟的方式完全干燥的，所述滚子被加热到显著高于水的沸点（例如150至300℃）。水的迅速蒸发停止了水硬性水泥的水合作用，由此将它转变成颗粒状填料而不是粘合剂。水在若干天的时段内（至少约2天）在低于水的沸点的温度下（例如100至175℉，或约40至80℃）的受控蒸发除去了多余的水同时仍允许水硬性水泥粘合剂的水合作用。此外，在本发明中，水泥在干燥之前固化，由此允许水泥在干燥之前发展其28天强度，在所述干燥时水合作用停止。

在一个实施例中，在所结合的参考文献中描述的压延设备和过程可用于本文所述的合成物。但是，可调整压延机之间的压印距离以制造板或其它制品，所述板或其它制品具有待用作水泥建筑制品的尺寸（即至少约1/8英寸、优选至少1/4英寸、更优选至少1/2英寸、而最优选至少1英寸）（至少约2mm、优选至少约5mm、更优选至少约1.25cm、而优选至少约2.5cm）。例如，可改进在美国专利第5,626,954号中描述的过程以压延更大的材料从而制造木材似的板，例如2×4的料、1×10的料、等等。同样，可利用压延过程的益处来制备任何长度的木材似的板，例如本质上不可能从真实木材获得的长度。这可允许将本发明的木材似的板制造成具有定制的横截面区域和长度，例如8英尺8英寸、40英尺、60英尺、以及80英尺的长度。

A.水硬性水泥

可挤压成型的水泥合成物和水泥建筑制品包括一种或多种类型的水硬性水泥。如下文所论述的，在流变改性剂为可挤压成型的合成物以及未干的挤压成型制品提供大部分的强度的同时，水硬性水泥可在固化或水合作用开始之后为水泥复合材料或建筑制品提供大部分的强度。在所结合的参考文献中可找到水硬性水泥的范例、以及在整个制造过程期间和最终的纤维增强建筑制品中的相关特性和反应。例如，水硬性水泥可以是白水泥、灰水泥、铝酸盐水泥、I至V型水泥、等等。

可挤压成型的合成物可包括各种量的水硬性水泥。通常，水硬性水泥在可挤压成型的合成物中的量被描述为湿百分比（例如湿重%或湿体积%）从而将存在的水计算在内。就这一点而言，水硬性水泥可从约25%至约69.75%（以湿重衡量）、更优选从约35%至约65%（以湿重衡量）、而最优选从约40%至约60%（以可挤压成型的合成物的湿重衡量）地存在。

简短地说，在挤压成型制品内部，水硬性水泥通过与水反应而形成水泥浆或凝胶，其中反应的速度受固化温度影响。在某些实施例中，可通过促凝剂的使用而进一步增加反应的速度，而水泥建筑制品的强度和物理特性由高浓度的纤维调整。通常，水硬性水泥在固化的水泥复合材料中的量被描述为干百分比（例如干重%或干体积%）。水硬性水泥的量可在从约40%至约90%（以干重衡量）的范围内变化，更优选约50%至约80%（以干重衡量），而最优选约60%至约75%（以干重衡量）。应认识到，某些制品可根据需要并取决于其它成分而采用更多或更少的水硬性水泥。

典型地，水硬性水泥、更特别地水泥或通过与水反应或水合而形成的水硬浆，会提供本发明的建筑制品的整体粘合强度的至少约50%，优选为整体粘合强度的至少约70%，更优选至少约80%，而最优选至少约90%。这是维持相对较低的有效水比水泥比率（例如通过一种或多种受控的早期加热以通过蒸发和/或由纤维和/或流变改性剂吸收而缓慢除去一部分水）的直接结果。

B.水

在一个实施例中，在可挤压成型合成物中可采用相对较高的量的水以增加混合速率，可挤压性、固化速率、和/或最终的挤压成型制品的孔隙率。尽管添加较多的水具有降低抗压强度的效果，但这可能是理想的副作用，从而生产出可像木材一样或作为木材替代品地被锯切、砂纸打磨、钉、旋拧、以及以其它方式利用的制品。此外，可通过蒸发或加热来降低在可挤压合成物或挤压成型制品中的高浓度的水。当水从未干的挤压成型制品蒸发时，可同时增加形状稳定性和孔隙率。这与典型的混凝土合成物及方法相反，在所述典型的混凝土合成物及方法中增加的孔隙率减少了未干强度，而反之亦然。

相应地，在本文所述的各种混合物内部的水的量可在很大范围内大幅变化。例如，在可挤压成型的合成物和未干的挤压成型制品中的水量可在从约25%（以湿重衡量）至约69.75%（以湿重衡量）的范围，更优选从约35%至约65%，而最优选从约40%至约60%（以湿重衡量）。另一方面，固化的复合材料或硬化的建筑制品可具有少于10%（以湿重衡量）的自由水，更优选少于约5%（以湿重衡量），而最优选少于约2%的水（以重量衡量）；但是，额外的水可与流变改性剂、纤维、或骨料结合。

在快速反应期期间水在挤压成型制品中的量应足以固化或水合从而提供本文所述的最终特性。尽管如此，维持相对较低的水比水泥比率（即w/c）增加了最终的水泥建筑制品的强度。相应地，实际的或标定的水比水泥比率典型地最初在从约0.75至约1.2的范围。在某些情况下实际的或标定的水比水泥比率可大于1.5或1.75以生产出具有非常高的孔隙率和/或较少硬度以及增加的可锯切性、可钉性和/或可拧性的建筑制品。

水比水泥比率影响水硬性水泥粘合剂的最终强度。通过蒸发而受控地除去水（例如经过一段日子，如至少约两天）不仅增加了短期内的未干强度，还可通过减少水比水泥比率来增加水泥粘合剂的长期强度。此外，通过在形成过程期间存在而随后在形成之后除去一部分的水，水可用于为最终的制品提供孔隙率。形成之后除去水导致在最终制品中均匀分布的孔隙率。同样，这可减少水量，增加粘合剂的强度，并提供水比粘合剂的正确的强度比率。在通过加热而受控蒸发之后的水比水泥比率将优选少于约0.5（即在约0.1至约0.5的范围内，优选约0.2至0.4，更优选约0.25至约0.35，而最优选约0.3）。

同样选择水的量以生产出具有理想密度的建筑制品。由于锯切、钉或拧入根据本发明的水泥建筑制品的能力与密度有关（即密度越低，越易用普通木材加工工具锯切、钉和/或拧入复合材料），可选择水的量以生产出具有理想水平的孔隙率的制品。一般而言，增加在固化之前、期间或之后通过蒸发被除去的水的量减少了最终固化的建筑制品的密度。

在希望建筑制品具有类似于木材的特性的情况下，密度优选低于约1.2g/cm³，更优选少于约1.15g/cm³，更加优选少于约1.1g/cm³，而最优选少于约1.05g/cm³。

除了具有允许利用常规的木材加工工具来锯切、钉和旋拧的木材般特性之外，可利用槽刨机和刨床来精修根据本发明的建筑材料。

C.纤维

可挤压成型的合成物和挤压成型的建筑制品相较于常规混凝土合成物包括相对较高浓度的纤维。此外，典型地，纤维基本上均匀地散布在水泥合成物中以使由纤维赋予的有益特性最大化。存在纤维是为了给可挤压成型的合成物、未干的挤压成型制品、以及水泥建筑制品提供结构性增强。纤维还通过提供回弹效应、赋予微观层面的韧性、防止在由钉子或螺钉形成的孔洞周围在微观层面形成裂纹或严重失效而提供了钉子和螺钉保持力。可吸收大量的水的纤维（例如木材、植物或其它基于纤维素的纤维）可用于减少有效的水/水泥比率（即基于实际可用于水泥水合的水）。

可采用各种类型的纤维以获得特定的特征。例如，水泥合成物可包括提取自大麻、棉、植物的叶或茎、硬木、软木、等等的天然存在的有机纤维、由有机聚合物制成的纤维（其范例包括聚酯尼龙（即锦纶）、聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯、以及聚丙烯）、和/或无机纤维（其范例包括玻璃、石墨、硅石、硅酸盐、微玻璃制成的耐碱用硼砂、陶瓷、碳纤维、碳化物、金属材料、等等）。优选的纤维例如包括玻璃纤维、硅灰石、麻蕉、甘蔗渣、木纤维（例如软松、南方松、杉木、桉木、回收的报纸、以及其它类型的纤维）、棉、氮化硅、碳化硅、碳化钨、以及Kevlar纤维；但是，可采用其它类型的纤维。

在制造水泥合成物中所用的纤维可具有高的长宽比（或“纵横比”），因为典型地，较长、较窄的纤维每单位重量赋予更多强度给最终的水泥建筑制品。纤维可具有至少约10:1的平均纵横比，优选至少约50:1，更优选至少约100:1，而最优选大于约200:1。

在一个实施例中，可采用各种长度的纤维，例如从约0.1cm至约2.5cm，更优选从约0.2cm至约2cm，而最优选约0.3cm至约1.5cm。在一个实施例中，可采用少于约5mm的长度的纤维，更优选少于约1.5mm，而最优选少于约1mm。

在一个实施例中，非常长或连续的纤维可掺混入水泥合成物中。当用在本文中时，“长纤维”意在指代长度大于约2.5cm的细长的合成纤维。就这一点而言，可存在长纤维，所述长纤维具有从约2.5cm至约10cm的范围的长度，更优选约3cm至约8cm，而最优选从约4cm至约5cm。

纤维在可挤压成型的水泥合成物中的浓度可大范围变化，从而为挤压成型的合成物和最终的制品提供各种特性。通常，纤维可以大于约5%的浓度（以湿体积衡量）存在于可挤压成型合成物中，更优选大于约7%（以湿体积衡量），而更加优选大于约8%（以湿体积衡量）。例如，在一个实施例中，纤维以在某一范围内的浓度存在于可挤压成型合成物中，所述范围从约5%至约40%、而更加优选从约8%至约30%，而最优选约10%至约25%（以湿体积衡量）。

在固化的水泥复合材料内部的纤维的浓度可在大于约10%的范围内（以干体积衡量），而更优选大于约15%（以干体积衡量），而更加优选大于约20%（以干体积衡量）。例如，在某些实施例中，纤维存在于固化的水泥合成物中的范围为从约10%至约65%（以干体积衡量），更优选从约15%至约50%，而更加优选从约20%至约40%（以干体积衡量）。

此外，特定类型的纤维在合成物中的量可变化。相应地，PVA可高达约5%（以干体积衡量）地存在于固化的水泥合成物中，更优选从约1%至约4%，而最优选从约2%至约3.25%。软纤维和/或木材可以上文关于普通纤维所描述的量存在于固化的水泥合成物中，或高达约10%（以干体积衡量）、更优选高达约5%（以干体积衡量）、而最优选高达约3.5%（以干体积衡量）地存在。报纸纤维可以上文关于普通纤维所描述的量存在于固化的水泥合成物中，或高达约35%（以干体积衡量）、更优选从约10%至约30%（以干体积衡量）、而最优选从约15%至约25%（以干体积衡量）地存在。

在一个实施例中，可基于最终制品（所述最终制品包括水泥建筑制品）的所需结构性特征来选择纤维的类型，其中优选是相较于轻型天然纤维具有致密的合成纤维，或反之亦然。典型地，天然或木材纤维的比重在从约0.4（对于樱木纤维来说）至约0.7（对桦木或红木来说）的范围内。另一方面，合成纤维可具有从约1（对于聚氨酯纤维来说）、约1.3（对于聚乙烯醇纤维来说）、约1.5（对于Kevlar纤维来说）、约2（对于石墨和石英玻璃来说）、约3.2（对于碳化硅和氮化硅来说）、约7至约9（对于大部分金属来说，且对于不锈钢纤维来说约8）、约5.7（对于氧化锆纤维来说），至约15（对于碳化钨纤维来说）的范围的比重。就这一点而言，天然纤维趋向于具有少于1的密度，而合成纤维趋向于具有从约1至约15的密度。

在一个实施例中，不同密度的各种纤维可一起用在水泥合成物中。例如，将樱木纤维与碳化硅纤维的特性组合会是有益的。相应地，可以某一比率使用组合的天然/合成纤维系统，所述比率在从约10至约0.1、更优选约6至约0.2、更加优选约5至约0.25、而最优选约4至约0.5的范围内。

在一个实施例中，常规的或长的纤维的混合物（例如松木、杉木、或其它天然纤维）可与微纤维（例如硅灰石或微玻璃纤维）组合以提供独特的特性，包括增加的韧性、柔性、以及抗弯强度，且较大和较小的纤维作用于水泥合成物内部的不同层面。

鉴于上述情况，以相对较高的量添加纤维以产生具有增加的抗弯强度、延伸率、挠度、变形能力、以及柔性的水泥建筑制品。例如，大量的纤维产生的水泥建筑制品可具有插入其中的连接杆，且具有阻止拔出的抗拔力。纤维促成了水泥建筑制品像木材那样被锯切、旋拧、砂纸打磨和抛光的能力，或可通过磨光来露出纤维的拉绒以产生麂皮似的或织物似的表面。

此外，可挤压成型的水泥合成物和固化的水泥复合材料可包括锯末。尽管锯末可被认为是含纤维的，但它通常包括许多纤维，所述许多纤维与木质素或其它天然的聚结材料保持在一起。纤维可为可挤压成型的水泥合成物或固化的水泥复合材料提供的特征与由真正的纤维提供的特征有所不同。在某些情况下，锯末可起到填料的作用。锯末可作为副产品得自于木料厂和其它切割或磨铣木料或木材制品的工厂。可挤压成型的水泥合成物可包括高达10%（以湿重衡量）的锯末，优选高达15%（以湿重衡量），更优选高达20%（以湿重衡量），而最优选从约10%至约20%（以湿重衡量）。相应地，固化的水泥复合材料可包括高达12%（以干重衡量）、优选高达18%（以干重衡量）、更优选高达25%（以干重衡量）、而最优选从约12%至约20%（以干重衡量）的锯末。

D.流变改性剂

在本发明的优选实施例中，可挤压成型的水泥合成物和水泥建筑制品包括流变改性剂。流变改性剂可与水和纤维混合以有助于基本上均一地（或均匀地）使纤维分布在水泥合成物中。此外，流变改性剂可给挤压成型制品赋予形状稳定性。这部分是因为当合成物处于未干状态时流变改性剂充当了粘合剂以增加早期未干强度，从而使合成物可被操作或者加工而无需使用模具或其它的形状保持装置。

如前文所述，目前还发现当在本发明的合成物中采用流变改性剂时，特别是当未干的挤压成型制品被加热至大于65℃的温度时，在典型的合成物中的常规流变改性剂的阻滞效应被抵消，由此增加了水泥的强度发展。特别地，在65℃以上时，流变改性剂从溶液析出而水合作用可进行得更快，这导致更高的强度发展。

此外，流变改性剂有助于控制孔隙率（即当通过蒸发而除去水时产生均匀散布的微孔）。此外，流变改性剂可给固化的复合材料制品赋予增加的韧性和柔性，这可导致增强的挠度特性。由此，流变改性剂与其它合成物组分配合以获得更具变形能力、柔性、可弯曲、可压紧、坚韧、和/或有弹性的水泥建筑制品。

例如，流变改性剂的类型、分子量、支化度、量、以及分布的变化可影响可挤压成型合成物、未干挤压成型制品、以及水泥建筑制品的特性。就这一点而言，流变改性剂的类型可以是任何能够表现为或提供本文所述的流变特性的多糖、蛋白质材料、和/或合成有机材料。某些合适的多糖、特别是纤维素醚的范例包括甲基羟乙基纤维素、羟甲乙基纤维素、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、以及羟乙丙基纤维素、淀粉（例如支链淀粉、直链淀粉、淀粉醋酸酯、淀粉羟乙基醚、离子淀粉、长链烷基淀粉、糊精、淀粉胺、磷酸淀粉、以及双醛淀粉）、多糖胶（例如海凝胶、褐藻酸、藻胶、琼脂、阿拉伯胶、瓜尔豆胶、刺槐豆胶、刺梧桐胶、黄耆胶）、等等。某些蛋白质材料的范例包括胶原蛋白、酪蛋白、生物聚合物、生物聚酯、等等。可赋予流变改性特性的合成有机材料的范例包括基于石油的聚合物（例如聚乙烯、聚丙烯）、乳胶（例如苯乙烯-丁二烯）、以及可生物降解的聚合物（例如脂肪族聚酯、聚羟基烷酸、聚乳酸、聚己酸内酯）、聚氯乙烯、聚乙烯醇、以及聚乙酸乙烯酯。粘土也可充当流变改性剂以有助于散布纤维和/或赋予性状稳定性给未干的挤压成型合成物。

在可挤压成型的合成物和水泥建筑制品内部的流变改性剂的量可根据类型、支化、分子量、和/或与其它合成物组分的相互作用而从低到高浓度地变化。例如，存在于可挤压成型的水泥合成物中的流变改性剂的量可在从约0.1%至约10%的范围内（以湿体积衡量），优选从约0.25%至约5%（以湿体积衡量），更加优选约0.5%至约5%，而最优选从约1%至约3%（以湿体积衡量）。存在于固化的水泥合成物中的流变改性剂的量可在从约0.1%至约20%的范围内（以干体积衡量），更优选从月0.3%至约10%（以干体积衡量），更加优选约0.75%至约8%，而最优选约1.5%至约5%（以干体积衡量）。

此外，合成有机材料的范例（所述合成有机材料为通常与流变改性剂一起使用的增塑剂）包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯甲醚、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯丙烯酸、聚乙烯丙烯酸盐、聚丙烯酰胺、环氧乙烷聚合物、聚乳酸、合成粘土、苯乙烯-丁二烯共聚物、乳胶、它们的共聚物、它们的混合物、等等。例如，增塑剂在合成物中的量可在从没有增塑剂至约40%的增塑剂的范围内（以干重衡量），更优选约1%至约35%的增塑剂（以干重衡量），更加优选从约2%至约30%，而最优选从约5%至约25%（以干重衡量）。

典型地，流变改性剂会赋予少于50%的本发明建筑制品的整体粘合强度。但是，它们可通过减少有效的水/水泥比率来间接增加水泥浆的强度。由流变改性剂结合的水通常并不易用于水硬性水泥粘合物的水合，由此降低了可用于水泥水合的水的总量。

E.填料

在一个实施例中，可挤压成型的合成物、未干的挤压成型制品、以及固化的水泥复合材料可包括填料。可选地，有明确不包括填料材料的情况。如果确实使用了填料，则通常包括较小的量并主要用于降低挤压成型制品的成本。由于希望获得形式为木材般建筑材料、具有木材特性的挤压成型制品，填料应选择成不会产生过于坚硬且难以操作的制品。填料的范例包括如前文所述的锯末、以及膨胀粘土、珍珠岩、蛭石、高岭土、钙硅石、硅藻土、塑料球、玻璃球、粒状橡胶、粒状塑料、页状蛭石、滑石，而云母是更优选的，因为它们减少了水泥建筑制品的重量和密度。某些填料（例如蛭石、橡胶、以及塑料球）具有弹性，并可提供弹性回弹力以对连接杆提供较好的抓握强度。其它填料（例如珍珠岩和玻璃球）是易碎的，这导致或允许在敲进连接杆时它们被压碎，由此增加或提供了摩擦力以阻止拔出。在所结合的参考文献中可获得关于可用在水泥合成物中的填料的类型和量的补充信息。填料（例如页状蛭石、滑石和云母）可以是小片形状的，并可在未干的挤压成型制品内部由挤压机纵向对齐。

在一个实施例中，可挤压成型的水泥合成物可包括大范围变化的量的填料。特别地，当采用填料时，每一种填料可独立地少于约10%地存在（以湿重衡量），优选少于约7%（以湿重衡量），更优选少于约3%（以湿重衡量），而最优选在约2%至约12%之间（以湿重衡量）。

在一个实施例中，固化的水泥合成物可包括大范围变化的量的填料。特别地，当采用填料时，每一种填料可独立地少于约15%地存在（以干重衡量），优选少于约10%（以干重衡量），更优选少于约5%（以干重衡量），而最优选在约3%至约15%之间（以干重衡量）。在某些情况下，诸如石灰石的填料可高达约70%地存在（以干重衡量）。例如，当包括在固化的水泥合成物中时，蛭石可从约2%（以干重衡量）至约20%（以干重衡量）地存在，而优选从约3%（以干重衡量）至约16%（以干重衡量）。

F.其它材料

在一个实施例中，可挤压成型的合成物、未干的挤压成型制品、以及水泥建筑制品中可包括促凝剂。如在本文中及所结合的参考文献中所述，可包括促凝剂以减少诱导期的持续时间或加快快速反应期的发动。相应地，可采用传统的促凝剂（例如MgCl₂、NaCO₃、KCO₃、CaCl₂等等），但会导致水泥建筑制品的抗压强度降低；但是，这可能是理想的副作用从而产生可像木材那样被锯切、砂纸打磨、钉、以及旋拧的制品。例如，传统的促凝剂可从约0.001%至约5%（以总干重衡量）地存在于未干的挤压成型制品中，更优选从约0.05%至约2.5（以干重衡量），而最优选从约0.11%至约1%（以干重衡量）。

如前文所述，可选地，延缓剂（又被称作缓凝物、延迟凝固或水合控制外加剂）也可用于延缓、延迟、或减慢水泥水合的速率。它们可被添加至可挤压成型合成物、未干挤压成型制品、以及水泥建筑制品。延缓剂的范例包括木质素磺酸盐和其盐类、羟基羧基酸、硼砂、葡萄糖酸、酒石酸、粘液酸、以及其它有机酸和其相应的盐类、膦酸酯、单糖、二糖、三糖、多糖、某些其它糖类（例如食糖和糖酸）、淀粉和其衍生物、纤维素和其衍生物、硼酸的水溶性盐类、水溶性硅酮化合物、糖酸、以及它们的混合物。示范性的延缓剂是以为商标市售的、来自于Masterbuilders（化学品公司BASF的分公司，克利夫兰市，俄亥俄州）。

在一个实施例中，水泥合成物可包括添加剂材料。可选地，有明确不包括添加剂材料的情况。如果确实使用了添加剂，则通常包括较小的量并主要用于降低挤压成型制品的成本。在某些情况下，添加剂可用于改变固化制品的强度。添加剂的某些范例可以是火山灰质材料，所述材料与水反应、具有高pH值、并且是略为水泥的。火山灰质材料的范例包括火山灰、熔渣、粉煤灰、硅粉、矿渣、等等。

此外，水泥合成物可包括染料或色素以改变颜色或提供定制颜色的水泥复合材料制品。常规用在水泥合成物中的染料或色素可应用至本发明中。

其它可存在于水泥合成物中的特定材料可包括瓜尔豆胶、darauair、TiO₂、glenium 30/30、LatexAc 100、pozzilith NC534、以及其它类似的材料。例如，TiO₂可从约0.5%至约1.5%（以干重衡量）地存在，优选从约0.7%至约1.3%（以干重衡量）；delvo可从约0.05%至约0.5%（以干重衡量）地存在，优选从约0.06%至约0.37%（以干重衡量）；glenium30/30可从约0.25%至约0.5%（以干重衡量）地存在，优选从约0.3%至约0.4%（以干重衡量）；LatexAc 100可从约0.75%至约3%（以干重衡量）地存在，优选从约0.95%（以干重衡量）至约2.80%（以干重衡量）；而pozzilith NC534可从约1.25%至约4%（以干重衡量）地存在，优选从约1.4%至约1.5%（以干重衡量）；

在一个实施例中，水泥合成物可包括额外可选的材料，例如分散剂、聚合物粘合剂、成核剂、挥发性溶剂、盐类、缓冲剂、酸性剂、着色剂、等等。特别地，这些额外可选的材料（在所结合的参考文献中论述了部分的所述额外可选的材料）在使用时每一种都可少于约10%（以干重衡量）地独立存在，更优选少于约5%（以干重衡量），而最优选少于约1%（以干重衡量）。

在一个实施例中，由纤维增强的基本上固化的水泥挤压成型制品可涂以保护性或密封性材料，例如涂料、色漆、清漆、纹理涂层、等等。就这一点而言，涂层可在水泥建筑制品基本上固化之后涂敷至建筑制品。例如，可将水泥建筑制品着色从而使出现在表面上的纤维与制品的其余部分为不同的色度，和/或被纹理化从而与木材制品相像。

在混凝土行业中已知的密封剂可涂敷至表面和/或混合至水泥基质中以提供防水特性。密封剂包括硅烷和硅氧烷。

制造建筑制品

图1A的示意图示出了可用在可挤压成型合成物、未干的挤压成型制品、水泥复合材料、和/或建筑制品的形成期间的制造系统和设备的实施例。应认识到，这仅是出于描述一般的加工系统和设备的目的而示出的一个范例，其中可对其进行各种补充和修改以制备水泥合成物和建筑制品。同样，示意图不应被理解为对与其相关地描述的任何特征件的存在、布置、形状、方位、或尺寸的任何限制。在申明此点后，现在进行对系统和设备的更详细的描述，所述系统和设备可制备根据本发明的水泥合成物以及水泥建筑制品。

如图1A所示，它示出了根据本发明的挤压成型系统10的实施例，这种挤压成型系统10包括第一混合器16、可选的第二混合器18、以及挤压机24。第一混合器16构造成通过至少第一给料流12接纳材料的至少一股给料以便混合至第一混合物20中（例如，在一个实施例中第一混合物20为前文所描述的含纤维混合物）。适当混合之后（所述混合可在高切力下进行），在将温度维持在低于加速水合的温度的同时，第一混合物20作为材料流从第一混合器16离开以备进一步加工。

通过将第一混合物20脱离任何额外组分地混合，分别混合的组分可均匀地分布在合成物中。例如，使纤维与至少流变改性剂及水在它们与额外组分组合之前混合会是有利的。就这一点而言，流变改性剂、纤维、和/或水在高切力下混合以增加纤维在其中的均匀分布。流变改性剂和水形成了具有高屈服应力和粘度的塑性合成物，所述塑性合成物能够将剪力从混合器下移至纤维高度。这样，可利用比在哈氏（Hatschek）和传统的纸张制造程序中所需的少得多的水使纤维均匀地散布在混合物中，所述哈氏和传统的纸张制造程序典型地需要高达99%的水来散布纤维。

可选的第二混合器18具有第二给料流14，所述第二给料流将待混合的材料供应至第二混合物22中，在所述第二混合物中可通过包含加热元件而增强这种混合。例如，第二混合器18可在将额外的组分（例如额外的水、促凝剂、水硬性水泥、增塑剂、骨料、成核剂、分散剂、聚合物粘接剂、挥发性溶剂、盐、缓冲剂、酸性剂、着色剂、填料、等等）与其它组分组合以形成可挤压成型合成物之前接纳并混合该额外的组分。第二混合器18是可选的，因为额外组分可与含纤维混合物在第一混合器16中混合。

如在所示的示意图中那样，挤压机24包括挤压机螺旋件26、可选的加热元件（未示出）、以及带有母模逃孔30的模头28。可选地，挤压机可以是单螺旋件、双螺旋件、和/或活塞型挤压机。

在第一混合物20和第二混合物22进入挤压机之后，它们可被组合和混合成可挤压成型的合成物。

通过将组分混合，在不同的组分（例如流变改性剂和纤维）之间形成了交界面，这允许单个的纤维互相拉开。通过用流变改性剂增加粘度和屈服推力，更多纤维可充分均匀地分布在混合物和最终固化的制品中。同样，可增加不同组分之间的内聚力以增加颗粒间的力和毛细力以便增强混合和挤压成型之后的形状稳定性。例如，不同组分之间的内聚力可以比喻成粘土，从而使未干的挤压成型制品可被放置在陶轮上并类似于被制成陶器的普通粘土那样被操作。

在一个实施例中，额外的给料流（未示出）可位于沿挤压机24长度的任何位置处。额外的给料流的可利用性可使得制造过程能够在任何位置处添加某些组分，从而在混合和挤压成型期间改良可挤压成型的合成物的特性以及在挤压成型之后未干挤压成型制品的特性。例如，在一个实施例中，在挤压成型之前约60分钟之内至约1秒之内将促凝剂供应至合成物中会是有利的，尤其当促凝剂是C-S-H时。更优选地，在挤压成型之前约45分钟至约5秒之内将促凝剂混合至合成物中，更加优选约30分钟至约8秒之内，而最优选在挤压成型之前约20分钟至约10秒之内。这可使得未干的挤压成型制品能够构造成具有增加的形状稳定性以及在快速反应期发动之前的缩短的诱导期。

相应地，挤压成型后的诱导期可大为缩短从而促使快速反应期的发动开始于挤压成型之后约30秒至约30分钟之内，更优选在挤压成型之后少于约20分钟，更加优选少于约10分钟，而最优选少于约5分钟。

在另一实施例中，可将促凝剂独立于其它组分地供应至挤压机中从而使诱导期具有少于约2小时的持续时间，更优选少于1小时，更加优选少于约40分钟，而最优选少于30分钟。

继续参考图1A，随着水泥合成物移动至挤压机24的末端，它在母模逃孔30处被挤压成型之前穿过模头28。模头28和母模逃孔30可构造成任何形状或布置，只要能制出挤压成型制品，所述挤压成型制品能够被进一步加工或修整成建筑制品。在所示的实施例中，这样做是有利的：母模逃孔30具有圆直径从而使挤压成型制品32具有棒状的形状。其它示范性横截面形状示于图1C中，包括六边形42、矩形44、方形46、或工字梁48。挤压成型的制品可表征为在处于未干状态的时候就是即刻形状稳定的。也就是说，挤压成型制品可被即刻加工而不会变形，其中加工可包括切割、锯切、成型、磨铣、修型、钻孔、等等。就这一点而言，处于未干状态的挤压成型制品无需在制备成最终的水泥建筑制品的尺寸、形状、或形式之前固化。例如，未干状态的加工可包括以下加工：（a）通过磨铣、锯切、切割、等等形成板，所述板具有特定的尺寸，例如宽度、厚度、长度、半径、直径、等等；（b）将挤压成型制品弯曲以形成弧形的水泥制品，所述制品可以是任何尺寸和形状的，例如弧形的椅子腿、弧形的拱、以及其它装饰性和/或结构性元件；（c）形成这样的板：其具有的长度超过或不同于标准木板长度，所述长度可包括6英尺9英寸、8英尺8英寸、9英尺1英寸、27英尺、40英尺、41英尺、60英尺、61英尺、80英尺、81英尺、等等较短或较长的板长；（d）用滚子纹理化，所述纹理化可为水泥建筑制品赋予木纹般的表面；（e）使表面涂漆、涂防水、或以其它方式涂上涂层，所述涂上涂层可涂敷包括硅烷、硅氧烷、乳胶、C-S-H、等等的涂层；以及（f）运送、装船、或以其它方式移动和/或操作。同样，从未干状态的加工产生的副产品可放置在给料合成物中并再加工。由此，未干水泥副产品可被回收利用，这可显著减少制造成本。

图1B是模头29的示意图，所述模头29可用于图1A的挤压成型过程。就这一点而言，模头29包括母模逃孔30，所述母模逃孔30具有孔洞形成元件31。孔洞形成元件31可以是如图所示的圆形的，或具有任何横截面形状。就这一点而言，孔洞形成元件31可在挤压成型制品中形成孔洞，所述孔洞示于图1C中。由于挤压成型制品可以是在挤压成型时即刻形状稳定的，因此孔洞可保持孔洞形成元件31的尺寸和形状。此外，在粘土行业中已熟知各种具有孔洞形成元件的、可产生环形挤压成型制品的模头，所述各种模头可被改型或改良（如果需要的话）从而可用在根据本发明的挤压成型过程中。

现在参考图1C，它示出了挤压成型制品40的其它实施例。相应地，图1A或图1B的模头和母模逃孔可被改良或更改以提供具有各种横截面区域的挤压成型制品40，其中挤压成型制品40的横截面区域可基本上与母模逃孔的横截面区域相同。例如，横截面区域可以是六边形42、矩形44（例如2×4、1×10，等等）、方形46、工字梁形48、或圆柱形50，可选地，所述横截面区域可具有连续孔49。同样，可经由挤压成型制备另外的横截面形状。更特别地，图1B的模头和母模逃孔可用于使得六边形42、矩形44（例如2×4、1×10，等等）、方形46、工字梁形48、或圆柱形50可以可选地包括连续的圆形孔51、矩形孔53、方形孔57、等等。同样，可采用复杂的模头和开口以便制备具有连续孔49和多个较小的孔51的圆柱形50。此外，任何一般的横截面形状可被进一步加工成特定形状，例如从4×4的方形变成2×4。可选地，模孔可产生超大尺寸的制品，所述超大尺寸的制品随后被修整成所需的规格以确保较大的一致性。

相应地，前述的过程可用于挤压成型具有一个或多个连续孔的建筑制品。例如，2×4的或其它的板可挤压成型成具有一个或多个孔洞，在未干状态时或在固化之后钢筋可插入所述孔洞中。在固化的板的情况下，可利用环氧树脂或其它粘合剂以在钢筋和板之间提供强劲的粘接从而将钢筋保持在孔洞内部的适当位置。例如，图1C的圆柱形50，以及其它形状，可制成大的建筑结构，例如公用设施、电话、或电线柱。可选地，这些结构可包括大的内部开口49以降低质量和成本，以及在壁中包括较小的孔洞51以允许加强钢筋的插入，如图所示。在一个实施例中，电线杆具有约十四英寸的外径、约三英寸的壁厚、以及约八英寸的内孔径。多个间隔开的半英寸孔可设置在三英寸壁之中以容纳钢筋的布置。

在一个实施例中，在挤压成型之前将可挤压成型的合成物充气。某些过程可采用主动充气过程以增加可挤压成型合成物中的空气量并由此形成气孔或多孔隙的构造。示范性的过程可包括添加活性材料，所述活性材料在升高的温度下分解并形成气体，例如碳酸氢钠（NaHCO₃）、碳酸铵（（NH₄）₂CO₃）、碳酸氢铵（NH₄HCO₃）、氨基甲酸铵（NH₂COONH₄）、以及铝粉。主动或被动充气可提供具有小到大的气孔或孔隙构造的挤压成型制品和/或水泥建筑制品。例如，经充气的水泥复合材料可具有从约40%至约75%的孔隙率，更优选从约45%至约65%，而最优选约50%至约60%。由此，将可挤压成型合成物充气或脱气可提供增加或减少水泥建筑制品的密度的能力。

水泥建筑制品的孔隙率可适应特定的和定制的需求。这可容许调整制造过程以提供与水泥建筑制品的预期用途相关联的孔隙率。例如，木材般的板可构造成具有较高的孔隙率，这使得钉、旋拧、切割、钻孔、磨铣、锯切、等等能够改善。就这一点而言，增加的孔隙率可用于提高水泥材料的木材般的特性。因此，可改变孔隙率以及纤维含量从而与预期用途相关联。

在一个实施例中，挤压成型制品可在烘干机或压热器中被进一步加工。烘干机可用于烘干挤压成型制品从而除去多余的水，这可增加孔隙率和/或形状稳定性。另一方面，可通过压热器加工挤压成型制品以增加固化速率。

图2是示出了可选的挤压成型过程的示意图，所述挤压成型过程可用于制备根据本发明的水泥建筑制品。就这一点而言，挤压成型过程可考虑使用滚子挤压成型系统200，所述滚子挤压成型系统200利用滚子将湿的水泥材料挤压成型成未干的中间状态挤压成型制品。这种滚子挤压成型系统200包括混合器216，所述混合器216构造成通过给料流212接收材料的至少一股给料以便混合至混合物220中。在适当混合之后（可如本文所述地那样执行所述混合），混合物220作为材料流从混合器216离开以备进一步加工。

混合物220随后被涂敷至运输件222或其它类似的输送件从而从涂敷场所移动材料。这允许混合物形成为可被加工的水泥流224。就这一点而言，水泥流224可在第一滚子226之下经过，所述第一滚子226设置在距运输件222预先设定的距离处并相对于其具有预先设定的横截面区域，且可将水泥流224压制或成型为未干的中间状态的挤压成型制品228。可选地，运输件222可随后运送未干的挤压成型制品228通过第一压延机230，所述第一压延机230包括上滚子230a和下滚子230b。压延机230可构造成具有预先设定的横截面区域，从而使未干的中间状态的挤压成型制品228进一步成型和/或压缩成成型的未干中间状态挤压成型制品242。同样，包括第一滚子240a和第二滚子240b的可选的第二压延机240可用于代替第一压延机230或除第一压延机230之外额外使用。压延机230、240的组合可有利于提供基本上如所希望的那样成型的未干挤压成型制品。可选地，可不包括第一滚子226，而可通过任何数量的压延机230、240加工水泥流224。

此外，成型的未干挤压成型制品242、或本文所述的其它挤压成型制品（例如来自图1A所示的过程的挤压成型制品）可由加工装置244进一步加工。加工装置244可以是用来加工本文所述的未干挤压成型制品材料的任何类型的设备或系统。就这一点而言，加工装置244可锯切、磨铣、切割、弯曲、涂敷、烘干、或以其它方式将成型的未干挤压成型制品242成型或进一步加工成经加工的挤压成型制品246。同样，从加工装置244获得的副产品260可被回收利用至给料合成物212中，或随同混合物220涂敷至运输件222。当加工装置244是烘干机时，成型的未干挤压成型制品242可被加热至迅速除去水的温度从而在被加工的挤压成型制品246中形成空隙，这增加了孔隙率。

在一个实施例中，组合的固化/烘干过程可用于固化和烘干水硬性水泥以形成挤压成型的水泥复合材料。例如，可在从约75至95℃的温度下执行组合的固化/烘干过程48小时以获得最终强度的约80%。但是，在任何固化和/或烘干过程中较大的块会需要更多的时间。

在另一实施例中，组合的蒸汽养护和蒸压养护过程用于固化水硬性水泥。典型地，水泥首先由蒸汽养护以将水硬性水泥的温度带到从约65到99℃的温度，并随后在压热器中在约190℃或更高的温度、12巴下加热约12小时。通过蒸压养护，所形成的水泥制品获得了大于约150%、在某些实施例中200%的最终28天强度。

根据图3A至图3D，可改变图1A所示的挤压成型系统从而能够将挤压成型制品围绕附加的支承元件或增强元件（例如钢筋（金属或玻璃纤维）、金属线、金属线网、织物、等等）挤压成型。通过共挤压水泥合成物与增强金属线、织物、或钢筋，所形成的水泥建筑制品可在破坏之前具有更大的挠度和弯曲强度。可选地，滚子挤压成型系统200可构造成如下文所述地制备增强的未干体和水泥建筑制品。

现在参考图3A，它示出了共挤压系统300的一个实施例。共挤压系统300包括至少两个或多个模头302a和302b。模头302a和302b定向成使得各自的母模逃孔303a和303b形成的挤压成型制品合在一起成为统一的挤压成型制品308。相应地，共挤压系统300包括这样的装置：所述装置用于将附加的支承元件（例如钢筋304）布置在统一的挤压成型制品308中，其中该装置可包括运输件、滑轮、驱动装置、可移动模头、钢筋推动机构、钢筋牵拉机构、等等。

如图所示，钢筋304在第一母模逃孔303a和第二母模逃孔303b之间穿过。这允许钢筋304至少部分地或完全地封装在统一的挤压成型制品308之中，其中被封装的钢筋306示为虚线。如图所示，钢筋304可具有第一末端310，所述第一末端310定位成在任何挤压成型制品敷设至钢筋304之前穿过母模逃孔303a和303b，从而使第一末端310不被封装。裸露的钢筋可使得钢筋能够被牵拉穿过母模逃孔303a和303b，并便于在挤压成型之后的轻松处理和操作。

现在参考图3B，它示出了共挤压系统320的另一实施例。共挤压系统320包括模头322和用于供应金属线或织物网324至挤压成型制品326中的装置，其中装置可包括运输件、滑轮、驱动机构、可移动模头、推网机构、拉网机构、等等。就这一点而言，装置可持续供应织物网324至母模逃孔321从而使挤压成型制品326围绕并封装织物网324并被挤压成型。被封装的网328由挤压成型制品326之中的直线代表。此外，可用基本上相等于挤压成型速率的速率来供应网324从而均匀地形成增强的挤压成型制品。

现在参考图3C，它示出了共挤压系统340的另一实施例。共挤压系统340包括带母模逃孔348的模头342。模头342和母模逃孔348构造成使得附加的支承元件344（即至少一个钢筋）可经由通道346穿过模头342。通道346允许钢筋344经由通道开口350穿过母模逃孔348。当钢筋344穿过通道开口350时，它被挤压成型制品352封装从而形成被封装的钢筋354。

现在参考图3D，它示出了共挤压系统360的另一实施例。共挤压系统360包括带母模逃孔363的模头362以及敞口模具364。敞口模具364构造成包括由模具本体368限定的敞口空腔366。在使用时，敞口模具364将附加的支承元件370（例如金属线或织物的网、多个钢筋或金属线）接纳在敞口空腔366中。这允许挤压成型制品374被挤压成型至网状物370上并围绕网状物370从而形成被封装的网376，如挤压成型制品374之中的虚线所示。

尽管敞口模具364可用于限定挤压成型制品374的横截面形状，但它并非必须如此。这是因为共挤压系统360可构造成使得敞口模具365仅支承网状物376，并使网状物370穿过母模逃孔363。由此，挤压成型制品374可以是自支承的并将网状物370封装在敞口模具364内部或某些其它特征件上（例如运输系统、滑轮、驱动机构、可移动模头、钢筋推动机构、钢筋牵拉机构、等等（未示出））。

图4的示意图示出了用钢筋状结构来结构性增强水泥建筑制品的另一实施例。就这一点而言，增强过程400可采用钢筋402，所述钢筋402由任何增强材料（例如金属、玻璃、陶瓷、塑料、等等）制备。钢筋402可随后通过加工装置404加工，所述加工装置404将环氧树脂406的涂层涂敷至钢筋402。可获得水泥建筑制品408以便接纳有环氧树脂406涂层的钢筋402，所述水泥建筑制品408具有在其中形成的连续孔410，所述连续孔410例如由关于图1B描述的过程形成。有环氧树脂406涂层的钢筋402随后被插入孔401。这可包括驱使、压迫、或以其它方式有力地将有环氧树脂406涂层的钢筋402推入孔中。因此，具有钢筋402的水泥建筑制品408可被显著加强并在结构上增强。可选地，可在钢筋402被插入水泥建筑制品408的孔410中之前将环氧树脂插入孔410中。

在一个实施例中，带有或不带有附加的支承元件的未干挤压成型制品可通过这样被进一步加工：致使或允许未干的挤压成型制品内部的水硬性水泥如前文所述地水合或以其它方式固化从而形成凝固的水泥建筑制品。就这一点而言，可制备水泥建筑制品以在被挤压成型之后即刻形状稳定从而允许对其操作而不会破损。更优选地，水泥合成物、或未干的挤压成型制品可在被挤压成型之后的数分钟内、更优选在10分钟之内、更加优选在5分钟之内、而最优选在1分钟之内形状稳定。最优化的和最优选的合成物和加工可带来在挤压成型时形状稳定的未干挤压成型制品。流变改性剂的使用可用于生产出即使没有水硬性水泥粘合剂的水合作用时也即刻形状稳定的挤压成型制品。

为了获得形状稳定性，制造系统可包括烘干机、加热器或压热器以使得未干的挤压成型制品如前文所述地水合、凝固或以其它方式固化。烘干机或加热器可构造成如前文所述地产生足够热量以从挤压成型制品驱走或蒸发水从而增加其刚度和孔隙率或促使快速反应期的发动。另一方面，压热器可提供加压蒸汽以促使快速反应期的开始。

在一个实施例中，除了在水泥合成物中包括促凝剂之外，还可促使未干的挤压成型制品如本文所述地开始快速反应期。就这一点而言，可通过改变挤压成型制品的温度或改变压力和/或相对湿度而促使未干的挤压成型制品开始快速反应期。同样，可通过将促凝剂构造成在挤压成型之后的预定时间段内开始反应而引发快速反应期。

在一个实施例中，水泥复合材料或建筑制品的制备可包括在缩短的时段内、或以较快的反应速率（相较于常规混凝土或其它水硬性可凝材料）使未干的挤压成型制品基本上水合或以其它方式固化成水泥建筑制品。结果是，水泥建筑制品可在约48小时之内、更优选在约24小时之内、更加优选在12小时之内、而最优选在6小时之内基本上固化或硬化，取决于所用的粘合剂的类型。由此，制造系统和过程可构造成用于获得快的固化速率从而使水泥建筑制品可被进一步加工或修整。

此外，当具有如上文所述的较高固化温度时，可实现较快的固化过程。特别地，如上文所述，可在大于65℃且小于99℃、更优选大于70℃、而更加优选大于80℃的温度下进行水合、凝固、或以其它方式固化。当具有这些较高温度时，水泥复合材料（即水泥建筑制品）可在48小时、更优选40小时、更加优选32小时、而更加优选24小时之内形成并具有其强度的至少约100%。

常规来说，不可能在上述温度下水合和/或固化，因为已知较高的温度可能延缓钙矾石的形成。该现象随着时间推移在水泥建筑制品内部导致应力，使制品膨胀直至发生开裂。因此，早先的水泥建筑制品是采用较低的固化温度制造的。

但是在本发明中，如前文所述，特定的合成物容许较高的孔隙率，所述较高孔隙率限制了钙矾石形成的开裂效应。

此外，已知当存在水时会出现二次钙矾石。本发明的方法的另一优势是，所制备的制品具有较少的水分，进一步防止了钙矾石随着时间推移的形成。特别地，在本发明的方法中采用的固化温度允许制品具有少于约10%的水。

采用较高的固化温度的另一优势是，已发现常用的缓凝剂（例如甲基纤维素等等）以及如上文所述的流变改性剂在高于约70℃的温度下从溶液析出，允许挤压成型制品之中的水硬性水泥的较快的水合、凝固、以及固化速率。这在较短的时间段内提供了具有其大部分强度的水泥复合材料。

此外，已发现较高的固化温度如下文所述地产生具有较低堆密度和较高抗弯强度的建筑制品。特别地，抗弯强度可增加至少约50%，这提供了更强固、更耐久的制品。

在一个实施例中，正在固化或已固化的水泥合成物可被进一步加工或修整。这种过程可包括将水泥合成物锯切、砂纸打磨、切割、钻孔、和/或成型为所需的形状，其中合成物适宜于这样的成型。相应地，当锯切水泥建筑制品时，纤维和流变改性剂可促成可形成的直的切割线而不会使材料的切割面或内部面开裂或碎裂。这使得水泥建筑制品能够成为木材替代品，因为消费者可购买2×4形状的制品并用标准设备切割成所需形状和长度。

在一个实施例中，可通过修改制品外表面的系统来加工形状稳定的未干挤压成型制品。这种修改的一个范例是使未干的挤压成型制品穿过压延机或一系列滚子，所述压延机或滚子可赋予类似木材的外观。就这一点而言，水泥建筑制品可作为具有木材的美学外观和纹理的木材替代品。同样，某些着色剂、染料、和/或色素可涂敷至水泥建筑制品的表面或散布在水泥建筑制品之中，从而获得各种类型的木材的颜色。

未干的挤压成型的建筑制品还可在处于未干状态时重塑以生产出例如弯曲的板或其它具有所需半径的建筑制品。这是相对于传统木材制品的显著优势，所述传统木材制品难以弯曲和/或所述传统木材制品必需经磨铣以具有弯曲的轮廓。在一个实施例中，可用使纤维暴露在表面处的方式打磨和/或磨光水泥建筑制品。由于纤维在制品中的高百分比，大量的纤维可暴露在表面处。这可提供有趣的和创造性的纹理，所述纹理可增加制品的美学质量。例如，水泥建筑制品可被打磨和磨光从而使它具有绒面革或织物般的外表和纹理。

建筑制品

本发明提供了制造水泥建筑制品的能力，所述水泥建筑制品具有几乎任何所需尺寸和形状，无论是挤压成型成所需形状或稍后被切割、磨铣或以其它方式形成为所需尺寸和形状。范例包括装饰板、2×4的料、其它尺寸的木料、镶板、仿胶合板、仿纤维板、门、木瓦、模制品、台面、桌腿、窗框、门外壳、屋瓦、墙板、踢脚板、梁、工字梁、地板搁栅、等等。相应地，水泥建筑制品可承载（例如2×4的料）或不承载（例如装饰板）。因此，对于几乎任何建筑应用，水泥建筑制品可用作木材替代品。

固化的水泥复合材料制品可构造成具有各种特性以充当木料替代品。可充当木料替代品的固化的水泥复合材料的范例可具有以下特性的任一种：能够通过锤子和/或弹道接纳钉子；能够保留或保持住钉子，尤其当连接至另一物体时；能够通过螺丝起子或机械旋拧装置接纳螺钉；能够保留或保持住螺钉，尤其当连接至另一物体时；在重量上类似于木料制品，但可略微更重；足够强固以在掉落时不断裂；足够强固以在中部处被承托或支承时在末端处不显著偏转或断裂；和/或能够用手工锯或其它构造成用于切割木材的锯来锯切或切割。

在一个实施例中，未干的挤压成型制品或水泥复合材料可制备成如前文所述的建筑制品。就这一点而言，包含微孔或孔隙构造的固化的复合材料的比重可大于约0.4或在从约0.4至约0.85的范围，更优选从约0.5至约0.75，而最优选约0.6至约0.75。

固化的复合材料的一个实施例的特征在于具有大于约1500psi、更优选大于约1750psi、更优选大于约2,000psi、更加优选大于约3,000psi、而更加优选大于约4,000psi的抗弯强度。例如，在一个实施例中，固化的复合材料可具有从约1500psi至约5000psi的抗弯强度。

如前文所述，较高温度的固化过程可容许具有较高抗弯刚度的固化水泥复合材料。例如，在一个实施例中，固化的复合材料可具有从约160,000psi至约850,000psi、优选从约200,000psi至约800,000psi、更优选从约3,000psi至约700,000psi、而最优选从约400,000psi至约600,000psi的抗弯刚度。

此外，在一个实施例中，固化的复合材料可具有从约200,000psi至约5,000,000psi、更优选从约300,000psi至约3,000,000psi、而最优选从约500,000psi至约2,000,000psi的弯曲模量。

在一个实施例中，固化的复合材料可具有从约5磅力-英寸至约50磅力-英寸、优选从约10磅力-英寸至约30磅力-英寸、更优选从约12磅力-英寸至约25磅力-英寸、而最优选从约15磅力-英寸至约20磅力-英寸的弹性能量吸收。

此外，水泥建筑制品可不同于早先的混凝土建筑制品。图5A示出了问题的一个例子，该问题出自于将连接杆64（例如钉子或螺钉）插入（例如锤打、驱动、或弹道力）这种现有的混凝土建筑制品60的表面62时，其中连接杆64在插入期间形成了孔66。类似于用在从车道到地基范围内的多种应用中的普通混凝土，当混凝土60具有插入其中的连接杆64时，表面62的结构被破坏。如图所示，混凝土60和/或62倾向于因在孔66周围碎裂而形成裂纹68和凹坑70。

由于混凝土60在孔66周围被破坏，孔66的表面会呈现出具有不规则和断裂的形状，所述形状由大量的裂纹、凹坑、和/或缺口形成。此外，用锤子将钉连接杆64插入混凝土所需的力（所述力来自反复击打钉子64的头）经常破坏或弯折钉子64从而使其基本上不可用。此外，当连接杆64是螺钉时，旋拧动作可在表面中钻出孔66，所述表面布满裂纹和缺口。因此，现有的混凝土建筑制品60在能够接纳连接杆64方面并未成为合适的木材替代品，并且因在这种插入期间开裂和碎裂而外观相似和表现类似于普通的混凝土。

现在参考图5B，它示出了根据本发明的用作木材替代品的水泥建筑制品80的例子。相应地，将连接杆84（例如钉子或螺钉）插入水泥建筑制品80的表面82的结果相较于图5A的普通混凝土较为有利。更特别地，当连接杆84插入表面82时，因而由连接杆84形成的孔86在形状上可以是基本上圆形的。尽管如同在如此插入木材期间经常发生的那样可能有微小的碎裂或开裂，但相较于普通混凝土的结果，孔86要圆得多且较少被破坏。由于水泥建筑制品80构造成木材替代品，可通过反复击打钉子头而将钉连接杆84锤入其中而不会损坏或弯折钉子84。

在任何情况下，本文所述的水泥建筑制品可用作木材替代品，甚至可具有插入其中的连接杆。就这一点而言，本发明的水泥建筑制品可用于连接多个拼凑在一起的组件或用于其它对于钉子或螺钉典型的应用中。

此外，图6A和图6B示出了当连接杆94（例如钉子或螺钉）插入现有或普通的混凝土建筑制品92时发生的常见结果的另一例子90。当连接杆94插入混凝土92的表面96时，因插入而形成的孔95如图6A和图6B所示地破裂和有凹口。相应地，在图6A中，例子90示出了因而形成的对普通混凝土92的破坏的纵向剖视图，而在图6B中例子90示出了因而被破坏的孔95的中位横截面图。

如图所示，连接杆94不仅导致表面96开裂或形成凹坑98，而且孔95的整个长度上的内表面100也类似地被破坏了。更特别地，插入连接杆94导致内表面100布满裂纹102，压垮了混凝土104，并使混凝土106碎裂。即使可将连接杆94插入混凝土，它通常需要某种冲击或爆炸力来代替捶打或旋拧，因为普通的捶打经常导致弯折钉连接杆94而旋拧显著破坏了内表面100。

此外，已插入普通混凝土92的连接杆94可容易地从那里拔出，通常无需采用如前文所述的工具或装置。简要地说，这是因为对内表面100的破坏减少了将连接杆保持在位所需的施加在连接杆94上的压缩力。就这一点而言，普通混凝土92具有小的或低的抗拔力，而钉子或螺钉94可容易地从那里拔出。这不允许普通混凝土92被用作木材替代品，而两个这样的混凝土件无法适当地被钉在一起而不容易被拉开。

此外，图7A和图7B示出了连接杆112被插入根据本发明的纤维增强的水泥建筑制品114中的常见结果的例子110。与图6A和图6B中的例子相反，当连接杆112被插入本发明的建筑制品114的表面115时，因插入而形成的孔116并未被破坏或实质性地破裂，这也在图5B中示出。相应地，图7A示出了因而形成的孔116的纵向剖视图，而图7B示出了因而形成的孔116的中位横截面图。

如图所示，连接杆112并不导致对表面115、或孔116的整个长度上的内表面118任何实质性破坏。更特别地，插入连接杆112可导致在内表面118处的纤维120变得暴露出来并因连接杆112而变形或被推开。如所述的，这些纤维120变形或被推开以允许连接杆112经过，但随后在插入之后对连接杆112施加抓握力。此外，流变改性剂可容许在钉子插入时建筑制品因钉子而变形，并随后在被插入之后对钉子施加抓握力。

此外，由钉连接杆112形成的孔116未被破坏，并可提供对钉子足够的压缩力以阻止从那里拔出。这是因为在插入期间钉子112并不因纤维和其它材料在孔116的形成期间变形而破坏孔116的壁。此外，当连接杆112是螺钉时，孔116的壁可具有与螺钉上的齿和槽互锁的脊突和凹槽。此外，在螺钉112的凹槽之中的大量复合材料可附贴至壁以辅助提供增加的抗拔力。由此，孔116的壁被充分压缩从而需要杠杆、螺丝起子、或其它抽拔装置的帮助来除去钉子或螺钉。

水泥建筑制品可在多个建筑制品被钉子、螺钉、或螺栓连在一起的应用中用作木材替代品。已认为（但并不限制为如此）：如上文所述的高重量百分比和/或体积百分比的纤维的结合提供了与钉子、螺钉、和/或螺栓的有利的相互作用。这是因为大量的纤维模拟了木材的特性。更特别地，每一单个纤维可在首先被钉子或螺钉作用时变形，而随后压迫钉子或螺钉以对其提供抓握力。这允许钉子或螺钉被插入水泥建筑制品中而不会导致实质性的碎裂或开裂。

此外，高浓度的流变改性剂的使用也可有助于提供该功能。当与纤维在一起时，流变改性剂为水泥建筑制品提供了至少部分地允许变形而不会实质性开裂或碎裂的特征。在某种程度上，流变改性剂可赋予塑料般的特性，所述特性在被压迫的场所周围（例如在钉子或螺钉被插入的位置）将材料保持在一起。就这一点而言，钉子或螺钉能够被插入水泥建筑制品，而流变改性剂允许必要的变形而不会实质性的碎裂或开裂。

例如，高浓度的纤维、或其它填料材料可向水泥建筑制品赋予显著的抗拔力。在水泥复合材料中埋入一英寸的10d规格的钉子（例如特征为9个标准尺寸（gauge）或0.128英寸直径和3英寸长的钉子）的抗拔力可在从约30磅力/英寸至约105磅力/英寸、更优选约40磅力/英寸至约95磅力/英寸、而最优选约50磅力/英寸至约85磅力/英寸的范围。更多孔的水泥复合材料的抗拔力可在从约25磅力/英寸至约90磅力/英寸、更优选约30磅力/英寸至约70磅力/英寸、而最优选约40磅力/英寸至约60磅力/英寸的范围。较硬的水泥复合材料的抗拔力可在从约15磅力/英寸至约60磅力/英寸、更优选从约18磅力/英寸至约50磅力/英寸、而最优选约20磅力/英寸至约50磅力/英寸的范围。但是，应理解可通过改变纤维的量、孔隙率、填料、钉子的类型、等等而改变在给定密度下的制品的抗拔力。

类似地，在水泥复合材料中埋入一英寸的螺钉的抗拔力可在从约200磅力/英寸至约1,000磅力/英寸、更优选约300磅力/英寸至约950磅力/英寸、而最优选约400磅力/英寸至约900磅力/英寸的范围。但是，应理解可通过改变纤维的量、孔隙率、填料、钉子的类型、等等而改变在给定密度下的制品的抗拔力。

此外，水泥复合材料主要包括无机材料，当保存在潮湿的环境中时，它们相较于木材不易腐烂。即使有机纤维在某些条件下可能有降解的倾向，水硬性水泥通常的高碱度也会在大多数情况下抑制腐坏和腐烂。

本发明的实施例的范例

范例1

根据本发明制备了具有不同组分浓度的各种可挤压成型的合成物。按照在前文中和在本文所结合的参考文献中所述的正常混合程序混合了合成物的组分。如表1所示地配制了可挤压成型合成物。

表1

组分	合成物1	合成物2	合成物3
				材料（湿）（kg）	44.80	45.16	48.30
水（kg）	20.00	20.00	23.50
				水泥（kg）	16.00	16.00	16.00
PVA纤维（8mm）	0.60	0.60	0.60
				硬木纤维	7.00	7.00	0.00
报纸	0.00	0.00	7.00
				甲基纤维素（240HPMC）	1.20	1.20	1.20
Expancel（微孔发泡剂）	0.00	0.36	0.00

混合之后，通过模头挤压成型合成物，所述模头具有约1英寸乘约4英寸的矩形开口。三种合成物的每一种的三个样品被用于制备1×4形状的复合建筑制品。样品制品在塑料中在室温条件下固化了约7天。随后除去塑料而样品被放置在蒸汽室中8天。随后样品被放置在干燥箱中7天直至它们达到重量平衡。通过测量密度并测试抗弯强度、弯曲模量，以及由样品被钉钉子和保持螺钉的能力来最终归纳样品的特征。可利用用于操作类似尺寸的木材制品的常规工具来将钉子和螺钉引入样品。结果（每一种合成物的样品的平均值）示于表2。

表2

	合成物1	合成物2	合成物3
				测试时的密度（g/cc）	0.89	0.46	0.86
抗弯强度（psi）	2,501.81	469.57	2,421.21
				弯曲模量（psi）	576,842.00	94,862.50	521,910.00
钉子保持力（磅力/英寸）	315.42	35.42	243.61
				螺钉保持力（磅力/英寸）	348.42	86.12	376.57

如表2所示，通过添加Expancel（微球体填料）至合成物2的可挤压成型合成物，堆密度相较于合成物1和3大为减少，但是，抗弯强度也下降了。此外，如通过比较合成物1和3所示，通过将硬木替换为报纸，堆密度略微降低，但没有其它特性受影响。这允许合成物的制品具有高强度和较低密度，同时对环境更安全。

范例2

根据本发明制备了具有变化的甲基纤维素比水泥比率的各种可挤压成型合成物。按照在前文中和在本文所结合的参考文献中所述的正常混合程序混合了所有的合成物。如表3所示地配制了可挤压成型合成物。

表3

组分	合成物4	合成物5	合成物6	合成物7
					材料（湿）（kg）	48.30	44.80	45.40	56.40
水（kg）	23.50	20.00	21.00	24.00
					水泥（kg）	16.00	16.00	16.00	24.00
PVA纤维（8mm）	0.60	0.60	0.60	0.60
					HW	0.00	7.00	7.00	7.00
报纸	7.00	0.00	0.00	0.00
					甲基纤维素(240HPMC)	1.20	1.20	0.80	0.80

SW=软木，而HW=硬木

混合之后，通过模头挤压成型合成物，所述模头具有约1英寸乘约4英寸的矩形开口。每种合成物的八个样品被用于制备1×4制品形状的复合建筑制品。样品制品在塑料中在室温条件下固化了约7天。随后除去塑料而样品被放置在蒸汽室中8天。随后样品被放置在干燥箱中7天直至它们达到重量平衡。此外，每种合成物的八个样品中，3个样品保持无涂层以供干态抗弯强度和钉子/螺钉保持力测试，1个样品无涂层以供湿态抗弯强度、钉子/螺钉保持力测试和吸水，2个样品涂敷有BHN Plus（刷涂4次）（可得自Evonik Edgussa公司，Parsippany市，新泽西州）以供湿态抗弯强度、钉子/螺钉保持力测试、以及吸水，而2个样品涂敷有Xylexin XL（刷涂2次）（可得自Shield Master公司，Provo市，犹他州）以供湿态抗弯强度、钉子、螺钉保持力测试、以及吸水。

通过测量密度并测试干态和湿态抗弯强度、弯曲模量，以及由样品被钉钉子和保持螺钉的能力来最终归纳样品的特征。通过将样品浸入水中约48小时来测试湿态抗弯强度。可利用用于操作类似尺寸的木材制品的常规工具来将钉子和螺钉引入样品。结果（每一种合成物的样品的平均值）示于表4和5。

表4

	合成物4	合成物5	合成物6	合成物7
					测试时的密度（g/cc）	0.87	0.95	0.91	1.01
干态抗弯强度（psi）	2,754.11	2,538.00	2,063.13	2,303.86
					弯曲模量（psi）	560,308.00	617,844.00	543,103.00	651,748.00
钉子保持力(磅力/英寸)	253.53	295.98	269.03	376.79
					螺钉保持力(磅力/英寸)	415.03	427.51	345.81	463.89

表5

如表4所示，水泥比甲基纤维素的比率并未影响固化的水泥制品的抗弯强度。但是水泥比甲基纤维素的比率确实影响了钉子保持力。特别地，具有最高的水泥比甲基纤维素比率（43:1）的合成物7相较于其它合成物具有显著更高的螺钉保持能力。

此外，如表5所示，无涂层的样品当进入水中时失去了显著量的强度。但是有涂层的样品并不吸收同样多的水并因而较好地保持了其强度，且涂敷有Xylexin XL的样品比涂敷有BHN Plus的样品更好地维持了强度。

范例3

制备了两种水泥合成物并加工成水泥建筑制品，并测试建筑制品以确定物理特性。

简要地说，通过混合和挤压成型如表3中所述的合成物7而制备了两种水泥建筑制品（16英尺长1×4的板）。一个板制造成在挤压成型的合成物之中包括销/棒，而第二个板制成没有销。制品覆盖在塑料中并储存在室温下约28天以凝固。凝固的挤压成型制品随后在塑料中被放置了额外7天，除去塑料并随后将板蒸汽养护约5天。随后固化的板被放置在干燥室中约3天并被刨平和切割以送出去供抗弯强度和螺钉/钉子保持力测试。特别地，从每一个板的末端切割6英寸的节段以供密度和水分含量测试。测试表明每一个板具有约0.99g/cc的堆密度和约2700psi的抗弯强度。平均螺钉拉力为约450磅力/英寸而平均钉子拉力为350磅力/英寸。

随后对剩下的板（约15.5英尺）测试在长度上的挠度直至严重失效。特别地，若10英尺可放置在桌子的边缘上而仍然支承其自身重量，则认为板通过了测试。包括销的板能够伸出桌子13英尺并在其接触地面处具有约54英寸的挠度。不包括销的板当从桌子伸出约12英尺时破坏并具有约34英寸的挠度。

范例4

在该范例中，利用同样的合成物7再次制备范例3的两个板，不同之处在于合成物中不包括PVA纤维。再次测试板的密度和水分含量，以及如范例3中所述的在长度上的挠度直至严重失效。

测试表明纤维确实影响了水泥复合材料制品的抗弯强度以及螺钉和钉子保持力。特别地，两个板（一个包括销而一个不包括）的（平均）结果表明抗弯强度减少到约2100psi而平均螺钉保持力约395磅力/英寸且平均钉子保持力约285磅力/英寸。板还在11英尺处破坏之前在10英尺的外延处具有约21.875英寸的平均挠度。

本发明可实施为其它特定的形式而不会偏离其精神或本质特征。所描述的实施例应在各方面都认为仅是说明性的而不是限制性的。因此本发明的范围由所附权利要求而不是由前述的说明来表明。在权利要求的等价意义和范围之内的所有变更应包含在其范围之内。

Claims (36)

1.一种制造水泥复合材料制品的方法，所述水泥复合材料制品具有适于用作木材替代品的特性，所述方法包括：

将水、纤维、以及流变改性剂混合在一起以形成含纤维的混合物，在含纤维的混合物中纤维基本上均匀地分布，所述流变改性剂选自包括以下物质的集合：多糖、蛋白质、粘土、以及它们的组合；

向含纤维混合物添加水硬性水泥以产生可挤压成型的水泥合成物，所述可挤压成型的水泥合成物具有塑性稠度且所包含的流变改性剂的浓度以湿体积衡量从0.1％至10％，并且所包含的纤维的浓度以湿体积衡量大于5％；

将可挤压成型的水泥合成物挤压成具有预先确定的横截面区域的未干中间状态挤压制品，未干的挤压制品在挤压时是形状稳定的并能够基本上保持横截面区域从而允许操作而不会破损；和

将未干的挤压制品加热至从大于65℃至小于99℃的温度以允许水硬性水泥的固化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中未干的挤压制品被加热至大于70℃且小于99℃的温度以通过蒸发除去一部分的水并减少挤压制品的密度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中未干的挤压制品被加热至大于80℃且小于99℃的温度以通过蒸发除去一部分的水并减少挤压制品的密度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，以可挤压成型的水泥合成物的湿体积衡量，所包括的纤维的量大于7％。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，以可挤压成型的水泥合成物的湿体积衡量，所包括的纤维的量大于8％。

6.根据权利要求2所述的方法，其中可挤压成型的合成物具有在加热之前大于0.75的标定水/水泥比率以及在部分水蒸发之后小于0.5的实际水/水泥比率。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括将可挤压成型的水泥合成物围绕至少一个增强元件挤压成型以至少部分地将增强元件封装在未干的挤压制品内部，所述增强元件选自包括钢筋、金属线、网状物、以及织物的集合。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

挤压未干的挤压制品，所述挤压制品具有至少一个形状稳定的连续孔；在水泥复合材料处于形状稳定的未干状态时或至少部分地固化时将钢筋和粘合剂插入连续孔中；

以及

用粘合剂将钢筋粘合至连续孔的表面。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括将水泥复合材料构造成装饰板。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括将水泥复合材料加工成建筑制品从而作为木料建筑制品的替代品，所述建筑制品的形状选自包括以下形状的集合：棒、管道、圆柱、板、工字梁、公用设施柱、面板和屋瓦。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括通过至少一种工序来加工形状稳定的未干的挤压制品和/或固化的水泥复合材料，所述工序选自包括以下工序的集合：弯曲、切割、砂纸打磨、磨铣、纹理化、整平、抛光、预钻孔、上漆、以及着色。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括回收利用一部分废弃的未干的挤压制品，所述废弃的未干的挤压制品来自对未干的挤压制品的加工，其中回收利用包括将废弃的未干的挤压制品与可挤压成型的水泥合成物混合。

13.根据权利要求1所述的方法，其中水泥合成物是通过母模逃孔和/或借助滚子挤压法来挤压成型的。

14.根据权利要求1所述的方法，还包括将未干的中间状态挤压制品冲压或冲击成型。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多糖选自包括以下物质的集合：海凝胶、纤维素和淀粉。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述纤维素选自包括以下物质的集合：甲基羟乙基纤维素、羟甲基乙基纤维素、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素和羟丙基纤维素。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述淀粉选自包括以下物质的集合：支链淀粉、直链淀粉、淀粉醋酸酯、淀粉羟基醚、离子淀粉、长链烷基淀粉、糊精、磷酸酯淀粉和双醛淀粉。

18.一种用作木料替代品的水泥复合材料制品，所述制品包括：

固化的水泥合成物，所述固化的水泥合成物包括水硬性水泥、流变改性剂、以及纤维，所述流变改性剂选自包括以下物质的集合：多糖、蛋白质、粘土、以及它们的组合，所述纤维基本上均匀地分布在固化的水泥合成物中且水泥合成物中包含的纤维的量以固化的水泥合成物的干体积衡量大于10％，所述固化的水泥合成物的特征在于从1500psi至5000psi(从105.5kgf/cm²至351.5kgf/cm²)的抗弯强度，且通过包括以下步骤的方法来制备：

将水、纤维以及流变改性剂混合在一起以形成含纤维的混合物，在含纤维的混合物中纤维基本上均匀地分布；

向含纤维混合物添加水硬性水泥以产生挤压成型的水泥合成物；

将可挤压成型的水泥合成物挤压成具有预先确定的横截面区域的未干中间状态挤压制品，未干的挤压制品在挤压时是形状稳定的并能够基本上保持横截面区域从而允许操作而不会破损；和

将未干的挤压制品加热至从大于65℃至小于99℃的温度以允许水硬性水泥的固化。

19.根据权利要求18所述的水泥复合材料制品，其中水硬性水泥是通过这样而固化的：将未干挤压制品加热至大于70℃且小于99℃的温度以通过蒸发除去一部分水并减少挤压制品的密度。

20.根据权利要求19所述的水泥复合材料制品，其中可挤压成型的合成物具有在加热之前大于0.75的标定水/水泥比率以及在部分水蒸发之后小于0.5的实际水/水泥比率。

21.根据权利要求18所述的水泥复合材料制品，其中水泥合成物具有小于1.3g/cm³的密度。

22.根据权利要求18所述的水泥复合材料制品，还包括至少一个增强元件，所述增强元件选自包括钢筋、金属线、网状物、以及织物的集合，并且至少部分地被水泥合成物封装。

23.根据权利要求22所述的水泥复合材料制品，其中增强元件由粘合剂粘合至水泥合成物。

24.根据权利要求18所述的水泥复合材料制品，所述水泥复合材料制品是作为木料建筑制品的替代品的建筑制品。

25.根据权利要求18所述的水泥复合材料制品，其中固化的水泥合成物具有至少2000psi的抗弯强度。

26.根据权利要求18所述的水泥复合材料制品，其中固化的水泥合成物具有至少3000psi的抗弯强度。

27.根据权利要求18所述的水泥复合材料制品，其中固化的水泥合成物具有至少4000psi的抗弯强度。

28.根据权利要求18所述的水泥复合材料制品，其中可挤压成型的水泥合成物包括以湿体积衡量大于5％的浓度的纤维。

29.根据权利要求18所述的水泥复合材料制品，其中可挤压成型的水泥合成物包括以湿体积衡量大于7％的浓度的纤维。

30.根据权利要求18所述的水泥复合材料制品，其中可挤压成型的水泥合成物包括以湿体积衡量大于8％的浓度的纤维。

31.根据权利要求18所述的水泥复合材料制品，其中所述水泥复合材料制品在48小时之内具有其强度的至少100％。

32.根据权利要求18所述的水泥复合材料制品，其中所述水泥复合材料制品在40小时之内具有其强度的至少100％。

33.根据权利要求18所述的水泥复合材料制品，其中所述水泥复合材料制品在24小时之内具有其强度的至少100％。

34.根据权利要求18所述的水泥复合材料制品，其中，所述多糖选自包括以下物质的集合：海凝胶、纤维素和淀粉。

35.根据权利要求34所述的水泥复合材料制品，其中，所述纤维素选自包括以下物质的集合：甲基羟乙基纤维素、羟甲基乙基纤维素、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素和羟丙基纤维素。

36.根据权利要求34所述的水泥复合材料制品，其中，所述淀粉选自包括以下物质的集合：支链淀粉、直链淀粉、淀粉醋酸酯、淀粉羟基醚、离子淀粉、长链烷基淀粉、糊精、磷酸酯淀粉和双醛淀粉。