Система, содержащая негорючие усиленные легкие панели из цементирующих материалов и металлическую раму, предназначенная для противопожарной стены и других огнестойких сборочных узлов

Изобретения относятся к противопожарной стене или другим огнестойким сборочным системам, содержащим металлический каркас и легкие конструктивные панели из цементирующих материалов, предназначенным для использования в жилой и промышленной конструкции. Технический результат: обеспечение стойкости к воздействию воды, плесени и гнили, к термитам, а также обеспечение сопротивления сдвигающим нагрузкам, равным сдвигающим нагрузкам, к которым стойки фанера или обшивочные панели с ориентированными прядями, или превышающим такие нагрузки. Система для негорючей стены, предназначенная для конструкции, находящейся в составе здания в качестве огнестойкого строительного сборочного узла, содержащая: разделительную перегородку, опирающуюся на легкий нормированный металлический каркас, образованный в холодном состоянии, при этом разделительная перегородка содержит армированную легкую, устойчивую в отношении размеров панель из цементирующих материалов, а каркас содержит металлические элементы. Панель имеет плотность от 65 до 90 фунтов на кубический фут и может противостоять сдвигающим нагрузкам, когда она прикреплена к раме, при этом она содержит непрерывную фазу, полученную в результате застывания водной смеси, содержащей по весу, если исходить из сухой основы, 35-70% реакционного порошка, 20-50% легкого наполнителя и 5-20% стекловолокон, так что непрерывную фазу усиливают стекловолокнами и она содержит частицы легкого наполнителя, при этом частицы легкого наполнителя имеют удельную массу, составляющую от 0,02 до 1,00, а средний размер частиц примерно составляет от 10 до 500 микрон (микрометров). Также описаны сплошная стена для разделения площадей, стена с полостью, шахтная стена, стена перекрытия гаража, смежная с жилыми квартирами, содержащие вышеописанную систему, а также способ изготовления стены для разделения площадей, в котором осуществляют сборку вышеописанной системы. 6 н. 37 з.п. ф-лы, 29 ил., 47 табл.

 

Настоящее изобретение, в общем, относится к противопожарной стене или другим огнестойким сборочным системам, содержащим металлический каркас и легкие конструктивные панели из цементирующих материалов, называемые здесь SCP панелями, предназначенным для использования в жилой и промышленной конструкции. Противопожарные стены или другие огнестойкие сборочные узлы могут быть горизонтальными (например, потолки) или вертикальными (например, вертикальные стены). Точнее, изобретение относится к негорючей противопожарной стене или другой огнестойкой сборочной системе, имеющей панели, механически или посредством приклеивания прикрепленные к огнестойкой стене на стальной раме или к другим огнестойким сборочным системам. Если желательно, панели создают перегородку, противостоящую сдвигу. Система обеспечивает следующие преимущественные характеристики при использовании со стальной рамой: негорючесть, стойкость к воздействию воды, стойкость к воздействию плесени, высокую удельную прочность и жесткость, экономичность строительной конструкции, что приводит к высокой скорости сборки, уменьшенный основной размер вследствие уменьшенного веса сооружений, а также повышенные коэффициенты использования объема сооружения для заданного участка поверхности под строительство.

Противопожарная стена представляет собой определенный класс конструкционной стены здания. В разделе 705 Международных строительных норм и правил от 2003 года, включенных сюда во всей их полноте посредством ссылки на них, в общем, указано, что каждую часть здания, отделенную посредством одной или более противопожарных стен, которые согласуются с положениями раздела 705, следует считать отдельным зданием. Протяженность и место расположения таких противопожарных стен должны обеспечить полное отделение. Когда противопожарная стена также разделяет отдельные группы, которые должны быть отделены посредством стен, создающих барьер для огня, должно быть применено большинство ограничительных требований, касающихся каждого разделения. Противопожарные стены, расположенные на большом количестве границ земельного участка, также должны соответствовать разделу 503.2 Международных строительных норм и правил от 2003 года. Такие противопожарные стены (общие стены двух сооружений) должны быть выполнены без проемов. Противопожарные стены должны обладать достаточной конструктивной устойчивостью в условиях воздействия огня для возможности обрушения конструкции с каждой стороны без обрушения стены на протяжении времени, определенного требуемой нормой стойкости к действию огня. Типичные нормы огнестойкости предполагают продолжительность порядка 2 часов, 3 часов или 4 часов.

Еще один класс стены здания называют «противопожарными барьерами». В разделе 706 Международных строительных норм и правил от 2003, включенных сюда во всей их полноте посредством ссылки на них, в общем, указано, что противопожарные барьеры для отделения шахт (также известные как шахтные стены), выходов, выходных проходов, горизонтальных выходов или зон эпизодического использования, для отделения различных занимаемых помещений, для разделения одного занимаемого помещения на различные противопожарные зоны, либо для разделения других зон, когда противопожарный барьер требуется в ином месте согласно Международным строительным нормам и правилам или Международным противопожарным нормам и правилам, должны соответствовать разделу 706 Международных строительных норм и правил от 2003 года. Типичные нормы огнестойкости для противопожарных барьеров составляют 1 час, 2 часа, 3 часа и 4 часа.

Применение местных строительных норм и правил, а также национальных стандартов требует принятия в промышленной и жилой конструкции мер для замедления распространения огня через фронтоны, полупроходные технические подполья и другие внутренние места. Таким образом, когда противопожарная стена (также известная как стена для разделения площадей или общая стена двух помещений) предназначена для промышленной или жилой конструкции, используют материалы и конструкции, которые отвечают этим техническим характеристикам. Противопожарные стены или другие огнестойкие сборочные узлы могут быть вертикальными или горизонтальными. Например, потолки и боковые стены гаража, смежные с жилой частью жилого дома, обычно представляют собой противопожарные стены или противопожарные барьеры.

Противопожарные стены для жилых помещений или другие огнестойкие сборочные системы отвечают трем конструктивным факторам. Во-первых, они формируют две отдельных перегородки, так что при пожаре одна сторона может обрушиться без создания опасности в отношении всего барьера для огня. Во-вторых, стены обычно имеют детали, которые гарантируют, что если при пожаре происходит обрушение смежной конструкции, противопожарная стена не будет обрушена. В-третьих, стены конструируют для восприятия равномерной боковой нагрузки порядка 5 фунтов на квадратный фут, чтобы обеспечить боковую устойчивость.

Противопожарные стены жилых помещений обеспечивают важную и специфичную конструкцию для защиты жильцов от огня в многоквартирных городских домах и в других присоединенных к ним жилых помещениях. Эти сборочные узлы не только должны обеспечивать нормированную защиту при воздействии огня, обычно составляющую 2 часа, но также должны быть в достаточной степени конструктивно устойчивыми для того, чтобы противостоять обрушению смежной конструкции без потери их целостности в качестве стены.

Каменную кладку в течение длительного времени считают приемлемым материалом для создания противопожарных стен жилых помещений вследствие ее жесткости и получаемой прочности. Альтернативой являются огнестойкие сборочные узлы в виде гипсовых стен сухой кладки.

Помимо приведенных выше Международных строительных норм и правил, двумя основными нормативными документами, касающимися противопожарных стен разделительного типа/общих стен двух смежных помещений, являются BOCA - Международная Организация Строительных служащих и Руководителей (см. Национальные строительные нормы и правила BOCA/1990, раздел 907.0.) и SBCCI - Конгресс южных штатов США по строительным нормам (см. Стандартные строительные нормы и правила SBCCI/1988, параграф 403.5). Эти нормативные документы определяют такие сборочные узлы по своим нормам и правилам, как «противопожарная стена», «общая стена двух смежных помещений» или «разделительная стена городского здания», либо «подпорная разделительная стена». К каждой из них предъявляют одно и то же конструктивное требование:

«Такая стена должна быть непрерывной от основания до нижней стороны настила крыши...[или должна проникать через крышу в качестве парапета].» (см. Национальные строительные нормы и правила ВОСА/1990, раздел 907.0) и «Стена должна обладать достаточной конструктивной устойчивостью в условиях воздействия огня, допуская обрушение конструкции с любой стороны без обрушения стены...» (см. Стандартные строительные нормы и правила SBCCI 1998, параграф 403.5).

Дополнительным руководящим материалом является получивший широкое распространение базовый документ Национальной Ассоциации по каменным работам из мелкобетонных блоков(NCMA), TEK 95, «Конструктивные детали для противопожарных стен из бетонной кладки».

Этот документ рекомендует двойную стену или одинарную стену, для обеспечения устойчивости поддерживаемую в поперечном направлении, если она не выполнена в виде самоопирающейся консоли. В документе также указано, что стена должна быть сконструирована так, чтобы противостоять проектной боковой нагрузке порядка 5 фунтов/квадратный фут (см. NCMA-TEK 95, «Конструктивные детали для противопожарных стен из бетонной кладки»). Двойную стену, содержащую две отдельных огнестойких стены, наиболее часто используют в случаях удерживания нагрузки, поскольку часть двойной стены со стороны действия огня может обрушиться совместно со смежной конструкцией, но при этом противоположная огнестойкая стена будет оставаться на своем месте.

Однако обычная конфигурация противопожарной стены из каменной кладки, разделяющей деревянную рамную конструкцию жилого здания, представляет собой одинарную стену, не несущую нагрузку, в качестве разделителя между деревянной рамной конструкцией с каждой стороны. Может быть расположена боковая опора для устойчивости стены у промежуточных полов и кровель, но боковое крепление к конструкции проектируют таким образом, чтобы обрушение конструкции со стороны воздействия огня не вызывало разрушение стены.

Противопожарная стена не является непроницаемой опорой, как многие ожидают, при проектной боковой нагрузке порядка 5 фунтов/квадратный фут (принятая рекомендация NCMA - см. NCMA-TEK 95, «Конструктивные детали для противопожарных стен из каменной кладки») и не отличается от обычной внутренней стены. Также заслуживает внимания то, что нормы и правила не требуют стойкости к обрушению конструкции, смежной с противопожарной стеной, а требуют того, чтобы противопожарная стена оставалась стоять после обрушения.

Обычная практика, касающаяся монтажных конструкций, заключается в использовании кладки из неармированных полых бетонных блоков. Такие противопожарные стены часто выступают в виде консоли от основания без какой-либо боковой опоры у промежуточных полов или кровли. В результате они могут не отвечать требованиям выдерживания проектной боковой нагрузки порядка 5 фунтов/квадратный фут, когда их возводят для получения необходимой высоты здания. Например, при проектной нагрузке порядка 5 фунтов/квадратный фут возможность в отношении высоты стены, выполненной посредством кладки из неармированных полых 8-дюймовых бетонных блоков, приблизительно составляет 10,3 фута [расчетные конструктивные допущения: консольная; допустимое изгибное напряжение растяжения порядка 23 фунтов/квадратный дюйм, увеличенное на одну треть с учетом ветровой нагрузки; полый блок в 100 фунтов/кубический фут с моментом сопротивления сечения S=81 (8-дюймовый блок) и 160 (12-дюймовый блок) по NCMA-TEK 2A, «Размеры и формы бетонных стеновых блоков»] при свободной установке в виде консоли, и 18 футов (см. NCMA-TEK 63, «Частично армированные стены из бетонных блоков») при простом удерживании у крыши или у промежуточного пола. Если используют 12-дюймовые бетонные стеновые блоки, то высота увеличивается только до 14,7 фута [расчетные конструктивные допущения: консольная, допустимое изгибное напряжение растяжения порядка 23 фунтов/квадратный дюйм, увеличенное на одну треть с учетом ветровой нагрузки; полый блок в 100 фунтов/кубический фут с моментом сопротивления сечения S=81 (8-дюймовый блок) и 160 (12-дюймовый блок) по NCMA-TEK 2A, «Размеры и формы бетонных стеновых блоков»], и соответственно до 25,4 фута (см. NCMA-TEK 95, «Конструктивные детали для противопожарных стен из бетонных блоков»). См. работу Maurice J. Marchello, «Эффективность гипсовой противопожарной стены, обеспечивающая ее предельные рабочие характеристики», «Form and Function», выпуск 3 (1990) (также можно воспользоваться http://www.usg.сom/Design_Solutions/2_2_8_separationwall.asp).

Полая противопожарная стена из бетонных блоков описана в Technical Notes 21, Brick Masonry Cavity Walls, Technical Notes on Brick Construction, Brick Industry Association, Reston, Виржиния (август 1998). На фиг.1 представлен вариант осуществления конструкции такой стены 1 с полостью. Выполненные с полостью стены из кладки имеют две части кладки, отделенные воздушным пространством и соединенные посредством металлических связей, стойких к коррозии. Наружная часть 4 кладки может быть выполнена из сплошного или полого кирпича, в то время как внутренняя часть 2 кладки (показанная в виде шлакоблоков) может быть выполнена из сплошного кирпича, полого кирпича, конструктивной керамической плитки либо полых или сплошных бетонных блоков. Выбор каждой части зависит от требуемых свойств и отличительных признаков стены. Полость в виде промежутка SS порядка 2-4,5 дюйма (50-114 мм) между двумя частями 2, 4 может быть изолирована (показана жесткая изоляция 3 в виде панели) либо может быть оставлена в виде воздушного пространства. Между жесткой изоляцией 3 в виде панели и наружной частью 4 выполняют зазор, минимальная величина которого S составляет порядка 1 дюйма (2,5 см). Внутренняя поверхность стены 1 с полостью может быть оставлена открытой, либо ее обычными способами подвергают отделке. Наружная часть 4 может быть выполнена с выпускными отверстиями 6. Также может быть выполнен слив 7.

В некоторых районах страны используют термин «стены с усиленными полостями» для обозначения стен с большим количеством частей из кладки и находящимся между этими частями строительным раствором. Фактически это следует рассматривать как стену из большого количества частей кладки с заполнением пустот цементным раствором. Поскольку определение стены с полостью предполагает включение воздушного пространства, этот тип стены фактически не представляет собой стену с полостью.

Нормы стойкости к воздействию огня стен из кирпичной кладки с полостью, находящиеся в диапазоне от 2 до 4 часов, зависят от толщины стен и других факторов. Благодаря своим повышенным свойствам в отношении огнестойкости кирпичные стены пригодны для использования в качестве противопожарных стен или разделительных стен для разделения зданий. Посредством разделения противопожарными стенами распространение огня может быть остановлено. В таких документах, как «Технические замечания 16», «Огнестойкие стены с полостью», «Технические замечания, касающиеся кирпичной конструкции», «Ассоциация кирпичной индустрии», Reston, Виржиния (апрель 2002), описаны нормы огнестойкости и используемые конструктивные условия.

Некоторыми важными стандартами ASTM (Американское общество специалистов по испытаниям и материалам), которые следует иметь в виду, являются стандарты АSTM Е-119 и С-36. ASТM E-119, «Способы противопожарных испытаний конструкций и материалов здания», представляет собой стандарт испытаний, который обеспечивает нормативы стойкости в часах для стен, полов, крыш, балок и колонн, основанные на связи воздействия огня с кривой зависимости температуры от времени. В ASTM Е-119 приведен способ испытания на воздействие огня, при котором сборочный узел должен противостоять описанному воздействию огня за желаемое устанавливаемое время без прохождения пламени или газов, достаточно горячих для воспламенения ветоши с той стороны, где огонь отсутствует. Способ также предполагает определенное повышение температуры в течение испытания и наличие второго разделительного образца, который должен противостоять воздействиям потока из шланга, после того как пройдет половина времени первого испытания на воздействие огня. Согласно Е-119 стена и перегородки с нормой огнестойкости порядка одного часа или более также должны быть подвергнуты испытанию на воздействие потока из шланга. Испытание на воздействие потока из шланга никак не касается практики или стратегии борьбы с загоранием. Это фактически обычный способ измерения способности сборочного узла противостоять боковому удару от падающих обломков в течение периода стойкости к огню и перед тем, как начинают предпринимать активные шаги по подавлению огня.

АSTM C-36 определяет стандарты для гипсовой панели (скорее относится к изделию, чем к системе, содержащей гипсовую панель). Стандарт С-36 предполагает различные стандарты, которым должно отвечать испытуемое изделие, включая композицию различных типов гипсовой панели, прочность на изгиб, отклонение вследствие увлажнения, твердость, стойкость к вытягиванию гвоздей и размеры. Несмотря на то что обычная внутренняя гипсовая панель согласно ASTM С-36 должна иметь только те характеристики, которые относятся к воздействию огня, чтобы представлять собой негорючую внутреннюю часть, с максимальной классификацией распространения огня порядка 25, панель типа «Х», упоминаемая как «специальная огнестойкая», должна отвечать определенным стандартам огнестойкости.

Чтобы отвечать стандарту ASTM C-36 в случае использования панели типа «Х» толщиной 1/2 дюйма, сборочный узел, в котором используют панель типа «Х» толщиной 1/2 дюйма с обеих сторон несущей нагрузку стены с деревянными стойками, должен выдерживать способ испытания на воздействие огня согласно ASTM Е-119 в течение 45 минут. Чтобы отвечать стандарту в случае панели типа «Х» толщиной 5/8 дюйма, подобный сборочный узел с панелью типа «Х» толщиной 5/8 дюйма должен выдерживать подобное испытание на воздействие огня в течение 1 часа.

Противопожарные стены могут быть несущими нагрузку и не несущими нагрузку. Если не указано иначе, то стены, несущие нагрузку, испытывают при постоянной воздействующей нагрузке, прилагаемой к образцу на протяжении противопожарного испытания, чтобы смоделировать 78% или более максимальной допустимой проектной нагрузки согласно «Руководству по созданию огнестойких конструкций - Гипсовые системы», 17-е издание, стр.8, Ассоциация гипсовых материалов (2003).

Альтернативный способ определения огнестойкости стены в сборе, содержащей полость, заключается в использовании расчетного способа. Этот подход одобрен правилами моделирования зданий для определения противопожарных норм для стен, которые физически не подвергают испытаниям согласно «Способам противопожарных испытаний конструкции и материалов здания» по ASTM Е-119. Противопожарные нормы для стен с полостями могут быть рассчитаны посредством использования «Технических замечаний 16В», «Расчетной огнестойкости», «Технических замечаний, касающихся кирпичной конструкции», Ассоциация кирпичной индустрии, Reston, Виржиния [июнь 1991] (переиздано в августе 1991).

Стены из кладки, хотя и обладают удовлетворительной огнестойкостью, являются тяжелыми. Альтернативой по отношению к конструкции в виде кладки является сооружение противопожарных стен посредством крепления плоских модульных блоков из деревянных или металлических раскосов или стен на стойках.

В патенте США №6226946 на имя Stough и др. раскрыты модульные блоки, обычно огнестойкие гипсовые панели, примыкающие друг к другу, которые создают преграду для пламени и воды, используемой для тушения огня. Обычно зазоры или швы между отдельными модулями закрывают для уменьшения степени проникновения пламени или воды через противопожарную стену.

Две разных системы разделения площадей, в которых используют гипсовую панель, представляют собой USG (Гипсовая Компания США) стены с полостью для разделения площадей и USG стены сплошного типа для разделения площадей.

Стены с полостью, служащие для разделения площадей, обычно используют как разделительные общие стены двух помещений и преграды для огня с каркасом, не несущим нагрузку. Они состоят из USG стальных стоек типа С-Н и гипсовых линейных панелей типа SHEETROCK® толщиной 1 дюйм, установленных в USG стальных С-образных направляющих и покрытых с обеих сторон гипсовыми панелям толщиной 1/2 дюйма типа SHEETROCK®, с внутренней частью согласно FIRECODE C.

Сплошную систему составляют из двух облицовочных гипсовых панелей типа SHEETROCK® толщиной 1 дюйм, установленных по вертикали между стальными 2-дюймовыми Н-образными стойками и С-образными направляющими. Для ослабления звука и дополнительной защиты от огня к обеим системам со стенами для разделения площадей может быть добавлена изоляция THERMAFIBER SAFB.

Обе системы функционируют одним и тем же способом. Огнестойкие гипсовые панели обеспечивают эксплуатационную характеристику в отношении огнестойкости порядка 2 часов (также могут быть использованы USG стены для разделения площадей с нормой огнестойкости 3 часа). Стальные стойки, удерживающие гипсовые панели, крепят к деревянному каркасу блока, используя алюминиевые угловые зажимы. При воздействии огня эти «отделяющиеся» зажимы плавятся и будут разрушены со стороны, подвергаемой воздействию, обеспечивая возможность отпадания горящего деревянного каркаса. Барьер для огня остается незатронутым для защиты смежных блоков.

Отделяющиеся крепежные детали, например отделяющиеся зажимы, представляют собой средства крепления, которые крепят противопожарные стены (или противопожарные барьеры) к смежным конструкциям, так что в случае пожара в смежных конструкциях эти смежные конструкции могут отпадать от противопожарной стены, в то время как противопожарная стена сохраняет свою конструктивную целостность на протяжении всего пожара.

Подобным же образом противопожарные стены применяют в промышленных конструкциях. Например, базовая система содержит глубокие USG стальные стойки типа С-Н 25 типоразмера в 2,5 дюйма, гипсовые облицовочные панели типа SHEETROCK толщиной 1 дюйм (которые входят в зацепление с фланцами стоек типа С-Н) и два слоя из гипсовых панелей типа SHEETROCK толщиной 1/2 дюйма, с внутренней частью согласно FIRECODE C. Вместо панелей типа SHEETROCK могут быть использованы гипсовые панели IMPERIAL FIRECODE C, если желательна фанерованная пластиковая отделка. Сборка системы с фланцами стоек, входящими в зацепление с облицовочными панелями шахтной стены, является последовательной и обеспечивает возможность выполнения всего узла, монтируемого со стороны пола шахты. Эту базовую систему классифицируют как UL (UL конструкции U438, U459, U467, U469). Шахтные USG стены с полостями охвачены всеми тремя нормами и правилами моделирования зданий (BOCA, ICBO и SBCCI) согласно Национальному оценочному отчету NER-258. Систему проектируют и испытывают посредством использования принятой инженерной практики с критерием отклонения порядка L/120, L/240 и L/360 для полных высот перегородок. Кроме того, ограничения по высоте сводят в таблицу для расчета системы в отношении сил изгиба и сдвига. Изменения системы испытывают на воздействие огня до 4 часов, включая четыре перечисленные UL конструкции до 2 часов. Система развивается на протяжении ряда лет. В первоначальной шахтной стеновой системе применяли твердые гипсовые стены, используя стальные стойки типа Н. Последующее поколение имело полость, создаваемую посредством использования Т-образной стойки со стальной коробкой. В системах последующего поколения использованы стальные стойки типа С-Н, которые меньше по весу и обеспечивают меньшую передачу тепла и звука, чем стойки предшествующего типа.

В патенте США 6694695 на имя Collins и др. раскрыто, что хотя деревянные стойки выполняют из сплошной древесины, обычно имеющей номинальные размеры поперечного сечения два дюйма на четыре дюйма, значительно большая конструктивная прочность металла, например гальванизированной стали двадцатого типоразмера, обеспечивает возможность применения строительных стоек, которые выполняют не сплошными, а полыми и которые имеют канал или С-образное поперечное сечение. Для соответствия архитектурным планам и строительным материалам, развивающимся за последние годы на основе использования деревянных стоек, имеющих определенные размеры поперечного сечения, приемлемые с коммерческой точки зрения металлические стойки конструируют с теми же самыми наружными размерами, с которыми деревянные стойки изготавливают на протяжении многих лет. Точнее, металлические стойки обычно формируют из листового металла, изгибаемого для охвата площади поперечного сечения в два дюйма на четыре дюйма.

Для легкости изготовления металлические стойки формируют из листового металла, изгибаемого с приданием ему, в общем, U-образного поперечного сечения, при этом относительно широкая центральная стенка обрамлена парой более узких сторон, которые изогнуты под прямым углом к стенке или к основанию. Стенка обычно имеет равномерную номинальную ширину порядка четырех или трех с половиной дюймов, при этом боковые стороны U-образной стойки обычно проходят номинальное расстояние, составляющее порядка двух дюймов от стенки. Для повышения жесткости конструкции края сторон металлической стойки обычно изгибают в плоскости, параллельной плоскости стенки и отстоящей от нее. Эти повернутые края боковых стенок образуют граничные кромки, которые обычно составляют по ширине от четверти до половины дюйма. Поэтому готовая стойка обычно имеет, в общем, С-образное поперечное сечение.

Верхние балки, которые проходят вдоль верхней части стоек во внутренней конструкции строительной стенки, имеют U-образную конфигурацию. Каждая из них образована с горизонтально расположенной стенкой, от которой по вертикали отходит пара боковых стенок, расположенных по противоположным сторонам стенки. Боковые стенки охватывают боковые стороны вертикальных стоек таким образом, что верхние окончания стоек проходят перпендикулярно к вогнутому, обращенному вниз каналу, образованному верхней балкой. Промежуток между стойками по длине балки обычно составляет шестнадцать либо двадцать четыре дюйма.

Один из типов противопожарной стены для промышленных конструкций известен как система с противопожарной стеной для разделения площадей/с общей стеной двух помещений. USG противопожарные стены для разделения площадей/общие стены для двух помещений используют для сооружения обычных стен с огнестойкой защитой, касающейся смежных свойств. Такие легкие не несущие нагрузку гипсовые сборочные узлы в виде сухой стены конструируют как вертикальные противопожарные барьеры для противопожарных стен и стен, разделяющих помещения в квартирах и домах с деревянным каркасом. Гипсовые панели большого размера, используемые совместно со стальными стойками и направляющими, становятся тонкими, экономящими пространство стенами, превосходно обеспечивающими уединенность.

Имеются две базовые системы, обеспечивающие огнестойкие стены от уровня земли до крыши.

Одной из них является система сплошного типа с независимо обрамленными поверхностями из внутренних гипсовых панелей по обеим сторонам противопожарной стены или общей стены двух помещений. Другой является система полого типа с поверхностями из единой внутренней гипсовой панели обычно для общих разделительных стен между помещениями. Стена сплошного типа имеет две гипсовых облицовочных панели типа SHEETROCK толщиной 1 дюйм, установленных по вертикали между USG С-образными стальными направляющими в 2 дюйма. Края панели вставляют в USG Н-образные стальные стойки в 2 дюйма, отстоящие друг от друга на 24 дюйма по их центрам, а С-образные направляющие устанавливают у верхней и нижней части стены и обратными сторонами между вертикальными панелями на обычной высоте над каждым промежуточным полом. Н-образные стойки крепят с обеих сторон к смежному деревянному каркасу у промежуточных полов, нижних хорд ферм фронтона и у линии крыши посредством USG алюминиевых угловых зажимов в 0,063 дюйма, выполненных таким образом, чтобы они отпадали при воздействии огня, обеспечивая таким образом падение поврежденной огнем конструкции, в то время как противопожарный барьер остается незатронутым. Эти USG алюминиевые отпадающие зажимы крепят винтами к стойкам и каркасу.

В случае крепления алюминиевых угловых зажимов с обеих сторон Н-образных стоек 25 типоразмера сборочные узлы будут пригодны для протяженности (между угловыми опорами с зажимами) до 10 дюймов при боковой нагрузке порядка 5 фунтов на квадратный фут без превышения допустимого отклонения L/240 (для стен с внешним воздействием, см. раздел 3.4 технических условий).

В случае ослабляющих звук противопожарных покрытий THERMAFIBER толщиной 2 дюйма, прикрепленных скобами с каждой стороны облицовочных панелей, получают сборочный узел с номинальной огнестойкостью порядка 3 часов, обеспечивающий возможность специального выбора и конструирования стен для помещений. Стена такого типа, которая имеет полость, состоит из стальных стоек типа С-Н и гипсовых облицовочных панелей типа SHEETROCK, установленных в стальных направляющих и покрытых с обеих сторон гипсовыми панелями типа SHEETROCK, с водостойкой внутренней частью согласно FIRECODE C. Облицовочные панели толщиной 1 дюйм собирают по вертикали, при этом их концы устанавливают в USG C-образные направляющие размером 2,5 дюйма, а края вставляют в специально образованные USG стальные стойки типа С-Н размером 2,5 дюйма. С-образные направляющие устанавливают поодиночке у верхней и нижней части стены и обратными сторонами между вертикальными облицовочными панелями по линии над каждым промежуточным полом, по нижним хордам фронтальных ферм и у линии крыши. Алюминиевые зажимы, которые крепят стойки типа С-Н по обеим сторонам к смежному деревянному каркасу, отпадают таким же образом, что и в случае стен сплошного типа. Для повышения потерь звукопередачи в полость стоек вставляют THERMAFIBER SAFB, при этом могут быть использованы упругие каналы RC-1 или что-то эквивалентное для изоляции лицевого слоя со стороны полости.

В случае алюминиевых угловых зажимов, прикрепленных по обеим сторонам стальных стоек 212СН25, сборочные узлы пригодны для протяженности вплоть до 10 футов при боковой нагрузке 5 фунтов на квадратный фут без превышения допустимого отклонения L/240 (для стен с внешним воздействием, см. раздел 3.4 технических условий).

Компоненты, используемые в этих системах, сконструированы так, чтобы обеспечить возможность временного воздействия ненастной погоды в течение строительства. Эти системы могут быть использованы при строительстве по высоте вплоть до четырех этажей (44 фута) со всеми обычными высотами от потолка до пола, имеющимися в многоквартирном доме.

Современные USG (Гипсовая Компания США) системы со стенами для разделения площадей описаны в USG публикации SA92509250 «Системы со стенами для разделения площадей в виде противопожарной стены/общей стены для двух помещений», копия которой представляет собой ДОПОЛНЕНИЕ I предварительной заявки на патент в США № 60/646996, которая введена сюда во всей ее полноте в качестве ссылки.

Другой важный тип огнестойкой конструкции представляет собой стена шахты. Стены шахты представляют собой стены, которые охватывают шахты лифтов или другие вертикальные шахты в здании. Если происходит возгорание, пожарные контролируют использование лифтов, в то время как лестничные шахты обеспечивают единственное средство для выхода или спасения внутри здания. Эти стены должны обладать прочностью, чтобы выдерживать боковые нагрузки и обеспечивать защиту от огня. Современной системой с шахтной стеной является система с имеющей полость шахтной стеной типа SHEETROCK. Она обеспечивает огнестойкость вплоть до 4 часов и номинальный звук до 52 согласно STC (классу конструкции по показателю звукопередачи). Она обладает стойкостью к периодическим боковым нагрузкам и выносливостью при циклической боковой нагрузке, которая вызвана перемещением лифтов в шахте. Сборочные узлы конструируют из гипсовых облицовочных панелей типа SHEETROCK, посредством трения установленных в стойках С-Н типа USG SHEETROCK последовательным способом, при этом гипсовые панели типа SHEETROCK налагают на поверхность. Типичные шахтные стены в здании включают в себя шахты лифтов, лестничные колодцы, шахты для инженерных сетей (для вентиляции и кондиционирования воздуха, водопроводно-канализационной сети, электрической сети и т.д.), горизонтальные перегородки или металлические ограждения каналов и шахты для рециркуляции воздуха (необлицованные).

Дополнительная информация, касающаяся современных USG систем с шахтными стенами, приведена в USG публикации SA92609250, копия которой представляет собой ДОПОЛНЕНИЕ II предварительной заявки на патент №60/646996, которая включена сюда во всей ее полноте в качестве ссылки.

В патенте США №6620487 на имя Tonyan и др., включенном сюда во всей его полноте в качестве ссылки, раскрыта упрочненная, легкая, устойчивая в отношении размеров конструкционная цементная панель (SCP), которая способна противостоять сдвигающим нагрузкам при креплении к каркасу, равным сдвигающим нагрузкам, которые выдерживают фанера или плиты с ориентированными волокнами, либо превышающим такие нагрузки. В этих панелях используют внутреннюю часть из непрерывной фазы, получаемой при застывании водной смеси альфа полугидрата сульфата кальция, гидравлического цемента, активного пуццолана и извести, при этом непрерывную фазу усиливают стойкими к воздействию щелочи стекловолокнами и она содержит керамические микросферы или смесь керамических и полимерных микросфер, либо ее формируют из водной смеси, имеющей весовое соотношение воды и реакционного порошка от 0,6/1 до 0,7/1, или ее формируют с сочетанием указанных компонентов. По меньшей мере, одна наружная поверхность панелей может включать в себя отверженную непрерывную фазу, усиленную стекловолокнами, и содержать достаточное количество полимерных сфер для повышения гвоздимости, или она может быть создана с таким отношением воды к реакционным порошкам, чтобы обеспечить эффект, подобный полимерным сферам, либо может быть создана с сочетанием того, что указано. Однако патент США 6620487 не содержит идей, касающихся применения этих разделительных панелей в системах с противопожарными стенами.

В патенте США № 6241815 на имя Bonen, введенном сюда во всей его полноте в качестве ссылки, также раскрыты составляющие, используемые для изготовления SCP панелей.

В заявке на патент США с серийным номером 10/666294, введенной сюда в качестве ссылки, раскрыт многослойный способ создания конструкционных панелей из цементирующих материалов (SCP панелей), а также раскрыты SCP панели, создаваемые посредством такого способа. После чего-то одного из начального осаждения свободно распределенных измельченных волокон или слоя суспензии на движущееся полотно происходит осаждение волокон на слой суспензии. Заделывающее устройство примешивает только что осажденные волокна в суспензии, после чего добавляют дополнительные слои суспензии, а затем измельченные волокна, что сопровождается дальнейшей заделкой. Если желательно, способ повторяют для каждого слоя панели.

Задачей изобретения является создание усовершенствованной экономичной, легкой в отношении сборки, надежной и негорючей системы в целом, содержащей противопожарную стену.

Настоящее изобретение относится к противопожарной стене или к другой огнестойкой сборочной системе (барьерам для огня), предназначенной для жилой и легкой промышленной конструкции, которая включает в себя металлическую раму и легкую конструкционную панель из цементирующих материалов (SCP). Такую легкую SCP панель изготавливают из смеси неорганического связующего и легких наполнителей. Авторы настоящего изобретения установили, что замена типичной огнестойкой гипсовой панели выбранной SCP панелью приводит к получению противопожарных стен с повышенной прочностью и стойкостью к сдвигу. В результате этого противопожарная стена, например, способна в большей степени противостоять силам, оказываемым на нее водой из противопожарного шланга. Системы с противопожарной стеной согласно настоящему изобретению также пригодны для создания противопожарных стен, несущих нагрузку. Типичные номинальные значения огнестойкости для противопожарных стен составляют 2 часа, 3 часа и 4 часа. Типичные номинальные значения огнестойкости для противопожарных барьеров составляют 1 час, 2 часа, 3 часа и 4 часа.

В частности, настоящее изобретение относится к SCP панелям, механически и/или посредством приклеивания прикрепленным к противопожарной стене или к другой огнестойкой легкой образованной в холодном состоянии металлической рамной системе, которая действует в качестве стойкой к сдвигу перегородки. Выбор сочетания металлической рамы с SCP панелями позволяет обеспечить эффективное функционирование полностью негорючей противопожарной стены, обладающей сопротивлением сдвигу и стойкостью к воздействию воды. Под полностью негорючей, стойкой к сдвигу перегородкой на легкой, полученной посредством холодной прокатки (сформированной в холодном состоянии) металлической раме следует понимать систему, в которой все элементы удовлетворяют требованиям ASTM E-136. Например, система с противопожарной стеной может включать в себя панели SCP, применяемые с металлической рамной системой, в которой используют любые стандартные имеющие малый вес стальные С-образные каналы, U-образные каналы, I-образные балки, квадратные трубы и имеющие малый вес, предварительно изготавливаемые строительные секции.

Поскольку толщина панели влияет на ее физические и механические свойства, например на вес, способность выдерживания нагрузки, прочность закрепления и тому подобное, желаемые свойства изменяются в соответствии с толщиной панели. При этом желаемые свойства, которым должна соответствовать стойкая к сдвигу панель с номинальной толщиной порядка 0,5 дюйма (12,7 мм), должны включать в себя нижеследующее.

SCP панель при испытаниях в соответствии с ASTM 661 и способом испытаний S-1 Американской ассоциации изготовителей фанеры (APA) с пролетом порядка 16 дюймов (406,4 мм) по центрам должна обладать предельной несущей способностью, составляющей более 550 фунтов (250 кг) под действием статической нагрузки, предельной несущей способностью, составляющей более 400 фунтов (182 кг) при ударной нагрузке и иметь отклонение менее 0,078 дюйма (1,98 мм) при воздействии как статической, так и ударной нагрузки порядка 200 фунтов (90,9 кг).

Для использования в противопожарной стене или другой конструкции с огнестойкой сборочной системой, которые также обеспечивают стены, стойкие к сдвигу, SCP панели должны отвечать стандартам согласно строительным нормам и правилам в отношении сопротивления сдвигу, несущей способности, расширения, вызываемого водой, и стойкости к возгоранию при измерении посредством общепризнанных испытаний, например согласно ASTM E72, ASTM 661 и ASTM C 1185, либо чему-то эквивалентному, которые применяют к конструкционным фанерным листам. SCP панели также подвергают испытаниям согласно ASTM E-136 на негорючесть; фанера не отвечает этим испытаниям.

Номинальная прочность закрепления на сдвиг панели толщиной 0,5 дюйма (12,7 мм), измеряемая согласно ASTM E72 при использовании определенного размера гвоздей и описанных выше промежутках должна составлять, по меньшей мере, 200 фунтов/фут (примерно 300 кг/м), а обычно, по меньшей мере, 720 фунтов/фут (1072 кг/м).

Панель 4 × 8 футов толщиной 1/2 дюйма (1,22 м × 2,4 м, толщиной 12,7 мм) должна весить не более 104 фунтов (47 кг), а предпочтительно не более примерно 96 или 85 фунтов (примерно 44 или 39 кг).

Панель должна обеспечивать возможность ее резания циркулярной пилой, которую используют для распиловки древесины.

Панель должна обеспечивать возможность ее крепления к раме посредством гвоздей или винтов.

Панель должна обеспечивать возможность ее механической обработки, так чтобы в ней можно было выполнить края в виде гребня и канавки.

Панель должна обеспечивать устойчивость размеров при воздействии воды, то есть она должна расширяться как можно меньше, предпочтительно менее чем на 0,1% при измерении и согласно ASTM C 1185.

Панель не должна разлагаться под действием микроорганизмов, либо подвергаться атакам насекомых или гниению.

Панель должна представлять собой способную к соединению основу для внешних отделочных систем.

Панель не должна быть горючей по определению согласно ASTM E136.

После отверждения в течение 28 дней прочность на изгиб SCP панели толщиной 0,75 дюйма (19 мм), имеющей плотность в сухом состоянии примерно от 65 фунтов/фут3 (1041 кг/м3) до 90 фунтов/фут3 (1442 кг/м3) или от 65 фунтов/фут3 (1041 кг/м3) до 95 фунтов/фут3 (1522 кг/м3), после намокания в воде в течение 48 часов должна составлять, по меньшей мере, 1000 фунтов/дюйм2 (7 МПа), например, по меньшей мере, 1300 фунтов/дюйм2 (9 МПа), предпочтительно, по меньшей мере, 1650 фунтов/дюйм2 (11,4 МПа), а более предпочтительно, по меньшей мере, 1700 фунтов/дюйм2 (11,7 МПа) при измерении согласно ASTM С 947. Панель должна сохранять, по меньшей мере, 75% ее прочности в сухом состоянии.

В случае применения в качестве стены номинальная прочность закрепления на сдвиг для панели толщиной 0,5 дюйма (12,7 мм), измеряемая согласно ASTM E72 при использовании соответствующих металлических стоек, крепежной детали, промежутка между стойками и промежутка между крепежными деталями, обычно составляет, по меньшей мере, 720 фунтов на линейный фут (1072 кг на линейный метр).

Предлагаемая вертикальная стеновая перегородка с SCP панелями может иметь более высокую удельную прочность на сдвиг и жесткость закрепления, чем у системы с разделительной стеной из несущей нагрузку кладки. Удельную прочность закрепления на сдвиг определяют как удельную массу системы с разделительной стеной в фунтах на квадратный фут, удовлетворяющую конкретным требованиям закрепления, касающимся сдвига (в фунтах/линейный фут).

Для заданной характеристики номинальной прочности на сдвиг закрепления стены в диапазоне между 200-1200 фунтов на линейный фут при заданной толщине стены удельная номинальная прочность закрепления на сдвиг разделительной стены с обшивкой SCP панелями будет больше, чем разделительной стены из кладки при той же самой номинальной толщине, которая отвечает тем же самым требованиям в отношении сдвига закрепления. Например, в случае разделительной стены с номинальной толщиной порядка 4 дюймов разделительная стена с SCP/стальной рамой будет весить приблизительно 4 фунта на квадратный фут. Стена из кладки толщиной 4 дюйма (при использовании легких бетонных стеновых блоков) будет весить приблизительно 30 фунтов на квадратный фут. В результате для стены толщиной 4 дюйма с требуемой номинальной прочностью закрепления на сдвиг порядка 700 фунтов на линейный фут удельная прочность закрепления стены с SCR панелями составляет 175 фунтов на линейный фут/фунтов на квадратный фут, а удельная прочность закрепления стены из бетонных стеновых блоков составляет 23,3 фунта на линейный фут/фунта на квадратный фут. Предпочтительная удельная прочность закрепления стены из SCP по сравнению со стеной из бетонных блоков фактически имеет место на всем диапазоне рассматриваемых прочностей закрепления (номинальных значений 200-1200 фунтов на линейный фут) и для толщин стен от 4 дюймов до 12 дюймов.

Представленная система, имеющая вертикальную разделительную перегородку на легкой металлической раме, полученной посредством холодной прокатки, обычно также обладает стойкостью к воздействию воды. Предпочтительно, чтобы способность выдерживания нагрузки вертикальной разделительной перегородкой в системе согласно настоящему изобретению не снижалась более чем на 25% (предпочтительнее, чтобы она не снижалась более чем на 20%), когда ее подвергают воздействию воды при проведении испытания, при котором воздействие воды под напором 2 дюйма по отношению к горизонтально ориентированной перегородке с SCP

панелями толщиной 3/4 дюйма, закрепленной на металлической раме размером 10 футов на 20 футов, сохраняют за период порядка 24 часов. При проведении этого испытания напор порядка 2 дюймов сохраняют с проведением контроля и возобновлением потока воды через интервалы, составляющие 15 минут. После этого ориентацию системы изменяют на вертикальную и измеряют способность выдерживания нагрузки системы с вертикальной разделительной перегородкой.

Предпочтительно, чтобы система согласно настоящему изобретению не поглощала воду в количестве более 0,7 фунта на квадратный фут, когда ее подвергают испытанию на воздействие воды, при которых в течение 24 часов сохраняют воздействие воды с напором 2 дюйма по отношению к SCP панелям толщиной 3/4 дюйма, закрепленным на металлической раме размером 10 футов на 20 футов. При проведении этого испытания напор порядка 2 дюймов сохраняют с проведением контроля и возобновлением потока воды через интервалы, составляющие 15 минут.

Кроме того, сочетание негорючих SCP панелей с металлической рамой приводит к тому, что вся система будет стойкой к набуханию при воздействии влаги. Предпочтительно, чтобы в системе согласно настоящему изобретению перегородка из SCP панелей, имеющая ширину 10 футов, длину 20 футов и толщину 3/4 дюйма, прикрепленная к металлической раме размером 10 футов на 20 футов, не набухала более чем на 5%, когда ее подвергают воздействию воды с напором 2 дюйма, сохраняемому по отношению к SCP панелям, закрепленным на металлической раме, за период порядка 24 часов. При этом испытании напор в 2 дюйма сохраняют с проведением контроля и возобновлением потока воды через интервалы, составляющие 15 минут.

Кроме того, предлагаемая противопожарная стена или другая стойкая к воздействию огня сборочная система с перегородкой из SCP панели на металлической раме приводит к получению стойкой к воздействию грибков и плесени противопожарной стены или другой огнестойкой сборочной системы. Предпочтительно, чтобы каждый компонент системы согласно настоящему изобретению отвечал требованиям ASTM G-21 и при этом система приблизительно достигала номинального значения порядка 1, а также отвечал требованиям ASTM D-3273 и при этом система приблизительно достигала номинального значения порядка 10. Предпочтительно, чтобы система согласно настоящему изобретению фактически обеспечивала нулевой рост бактерий при нахождении в чистом состоянии.

Другая предпочтительная характеристика предлагаемой противопожарной стены или другой огнестойкой сборочной системы с перегородкой из SCP панели на металлической раме заключается в том, что она предпочтительно является несъедобной для термитов.

Потенциальное преимущество предлагаемой системы заключается в том, что вследствие ее малого веса и прочности рассматриваемая противопожарная стена или другая огнестойкая сборочная система с вертикальной перегородкой из SCP панели толщиной 3/4 дюйма (или SCP панели толщиной 1/2 дюйма) на металлической раме позволяет уменьшить основной размер благодаря пониженному весу сооружения. Присущий этой системе малый вес обычно позволяет избежать статической нагрузки, свойственной системам из каменной кладки. Меньшая статическая нагрузка также обеспечивает возможность сооружения сопоставимых по размерам конструкций на менее устойчивых почвах, обладающих относительно низкой несущей способностью.

Строительные нормы и правила, а также проектно-конструкторские стандарты содержат требования обеспечения минимальной толщины разделительных стен из каменной кладки. Минимальная номинальная толщина разделительных стен из каменной кладки (из бетонных стеновых блоков) в одноэтажном здании составляет 6 дюймов. Минимальная толщина разделительных стен из каменной кладки (из бетонных стеновых блоков) для зданий, имеющих более 1 этажа, составляет 8 дюймов. К разделительным стенам из SCP панели со стальной рамой подобные требования обеспечения минимальной толщины можно не предъявлять, поскольку они могут быть спроектированы на основе принятых инженерных принципов с толщиной менее 8 дюймов для многоэтажных зданий и толщиной менее 6 дюймов для одноэтажных зданий. Использование разделительной стены из SCP панели толщиной 6 дюймов/стальной рамы для замены разделительной стены из каменной кладки толщиной 8 дюймов может привести к существенному увеличению полезного объема здания.

Типичные композиции для вариантов осуществления панелей согласно настоящему изобретению, которые обеспечивают сочетание низкой плотности, повышенной прочности на изгиб, а также гвоздимости и возможности распиловки, содержат неорганическое связующее (примерами являются гипс-цемент, портландцемент и другие гидравлические цементы), имеющее распределенные по всей толщине панели выбранные стекловолокна, легкие наполнители (например однородные полые стеклянные микросферы, полые керамические микросферы и/или перлит) и суперпластификатор/добавки широкого диапазона для уменьшения количества воды (примерами являются сульфонаты полинафталина, полиакрилаты и т.д.).

В системе согласно настоящему изобретению могут быть применены однослойные или многослойные SCP панели. В случае многослойной SCP панели слои могут быть одними и теми же либо разными. Например, SCP панель может иметь внутренний слой из непрерывной фазы и, по меньшей мере, один наружный слой из непрерывной фазы с каждой противоположной стороны внутреннего слоя, при этом, по меньшей мере, один наружный слой с каждой противоположной стороны внутреннего слоя имеет более высокое процентное содержание стекловолокон, чем внутренний слой. Это обеспечивает возможность ужесточения, усиления и упрочнения панели.

Типичную панель изготавливают из смеси воды и неорганического связующего с выбранными стекловолокнами, легкими керамическими микросферами и суперпластификатором, распределенными по всей смеси.

Для соответствия требованиям предполагаемого способа изготовления к смеси, как вариант, могут быть добавлены иные добавки, например ускоряющие и замедляющие добавки, и присадки для регулирования вязкости.

Однослойная или многослойная панель, если желательно, также может быть снабжена листом в виде сетки, например сеткой из стекловолокна.

В вариантах осуществления конструкции, имеющих большое количество слоев (два или более), композиция слоев может быть одной и той же либо разной. Например, многослойная конструкция панели может быть создана таким образом, чтобы она содержала, по меньшей мере, один наружный слой, имеющий улучшенную гвоздимость и возможность выполнения распиловки. Это обеспечивают посредством использования повышенного соотношения между водой и реакционным порошком (определено ниже) при изготовлении наружного слоя (слоев) по отношению к внутренней части панели. Небольшая толщина наружного слоя, связанная с небольшой дозой полимерного содержимого, может повысить гвоздимость без неизбежной неудачи при испытании на негорючесть. Безусловно, большие дозы полимерного содержимого могут привести к провалу испытания на негорючесть.

В случае другой многослойной конфигурации SCP панели могут иметь внутренний слой в виде непрерывной фазы и, по меньшей мере, один наружный слой в виде непрерывной фазы с каждой из противоположных сторон внутреннего слоя, при этом, по меньшей мере, один наружный слой на каждой противоположной стороне внутреннего слоя имеет более высокое процентное содержание стекловолокна, чем внутренний слой. Это обеспечивает возможность ужесточения, усиления и упрочнения панели.

Стекловолокна могут быть использованы сами по себе или в сочетании с другими типами негорючих волокон, например со стальными волокнами.

SCP панели могут быть соединены со стойками рамы механически или посредством приклеивания. Соединение SCP панелей со стойками может обеспечить комбинированное действие, так что стойки и панели будут действовать совместно для выдерживания повышенных нагрузок.

Что касается способа, то настоящее изобретение содержит способ создания негорючей противопожарной стены или другой огнестойкой сборочной системы согласно настоящему изобретению, при этом способ содержит расположение SCP панели на элементах металлического каркаса в месте нахождения противопожарной стены.

Настоящее изобретение также обладает неожиданно полученным преимуществом, касающимся эксплуатационных характеристик при холодной погоде. Обычные панели из цементирующих материалов при холодной погоде могут становиться хрупкими. Следовательно, монтаж таких панелей в холодную погоду потребовал бы от рабочих тщательного обращения с ними в течение выполнения монтажа. Однако в предлагаемой системе SCP панели, будучи установленными на металлические рамные элементы, предпочтительно могут выдерживать такие условия, когда окружающая температура составляет ниже 32°F (0°C), либо даже ниже 20°F (минус 7,5°C). Это весьма важное преимущество, поскольку оно облегчает ведение строительства при суровом климате в зимнее время, повышая при этом производительность строителей. Предлагаемые SCP панели предпочтительно могут быть стойкими, когда их подвергают обычной грубой обработке в течение монтажа при таких низких температурах. Например, при таких низких температурах расположение SCP панели может включать в себя стадию падения панели, так что, по меньшей мере, один конец панели падает путем свободного падения, по меньшей мере, на 2 фута, предпочтительно, по меньшей мере, на 3 фута, например от 3 до 6 футов или от 3 до 4 футов без растрескивания.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:

На фиг.1 представлена стена из каменной кладки с полостью, используемая в качестве противопожарной стены.

На фиг.2 представлен вид в перспективе стены с металлическими стойками, в которой применены распорный элемент и стойки типичного каркаса, пригодные для использования совместно с конструкционными панелями из цементирующих материалов (SCP) в негорючей противопожарной стене или в другой огнестойкой системе согласно настоящему изобретению.

На фиг.3 представлен схематический боковой вид однослойной SCP панели для использования с металлическим каркасом в негорючей противопожарной стене или в другой огнестойкой сборочной системе согласно настоящему изобретению.

На фиг.4 представлен вид в перспективе противопожарной стены или другой огнестойкой сборочной системы согласно изобретению, содержащей SCP панели с одной стороны металлической рамы со стойками.

На фиг.5 представлен вид в перспективе противопожарной стены или другой огнестойкой сборочной системы согласно изобретению, имеющей SCP панели, прикрепленные с противоположных сторон.

На фиг.6 представлен схематический боковой вид многослойной SCP панели для использования совместно с металлическим каркасом в системе с негорючей противопожарной стеной согласно настоящему изобретению.

На фиг.6А-6С представлена типичная конструкция с размерами гребня и канавки, используемых в SCP панели толщиной 3/4 дюйма (19,1 мм) (размеры указаны в дюймах).

На фиг.7 представлен боковой вид по высоте системы с негорючей сплошной противопожарной стеной согласно настоящему изобретению, имеющей SCP панели согласно фиг.3, опираемые на одну сторону металлического каркаса согласно фиг.5.

На фиг.7А представлен боковой вид по высоте негорючей стены с полостью согласно настоящему изобретению, имеющей SCP панели согласно фиг.3, опираемые на металлические каркасы согласно фиг.5.

На фиг.7В представлена верхняя проекция еще одного варианта осуществления конструкции негорючей сплошной стены согласно настоящему изобретению, имеющей SCP панели, опираемые на металлический каркас.

На фиг.7С представлена верхняя проекция еще одного варианта осуществления конструкции негорючей стены с полостью согласно настоящему изобретению, имеющей SCP панели, опираемые на металлический каркас.

На фиг.7D представлена стена для шахты лифта, в которой используют SCP панели, прикрепленные к элементам металлической рамы.

На фиг.7Е представлена стена лестничного колодца, в которой применены SCP панели, прикрепленные к элементам металлической рамы.

На фиг.7F представлена стена шахты для инженерных сетей, в которой использованы SCP панели, прикрепленные к элементам металлической рамы.

На фиг.7G представлена стена рециркуляционной шахты, в которой применены SCP панели, прикрепленные к элементам металлической рамы.

На фиг.7Н представлен вид сверху SCP панели, удерживаемой в стойке типа С-Н, которая может быть применена для стен согласно фиг.7С-G.

На фиг.7I представлен вариант конструкции согласно фиг.7, модифицированный для дополнительного содержания гипсовых панелей.

На фиг.7J представлен вариант конструкции согласно фиг.7А, модифицированный для дополнительного содержания гипсовых панелей.

На фиг.7К представлен подробный вид противопожарной стены.

На фиг.8 представлена металлическая, например стальная, рама пола, предназначенная для использования в примере согласно данному описанию.

На фиг.9 представлено крепление С-образных металлических балочных элементов каркаса к балке-перемычке.

На фиг.10 представлен увеличенный вид части рамы согласно фиг.8.

На фиг.11 представлена конфигурация системы для испытаний пола с SCP панелями, прикрепленными к металлической раме согласно фиг.8.

На фиг.12, 13, 14 и 15 представлены увеличенные виды соответствующих частей пола согласно фиг.11.

На фиг.16 представлена рама согласно фиг.8 с прикрепленным полом согласно фиг.9, смонтированная на устройстве для испытания перекрытия пола.

На фиг.17 представлен увеличенный вид части устройства согласно фиг.16.

На фиг.18 представлены экспериментальные данные зависимости отклонения от нагрузки в случае примера применения устройства согласно фиг.16 для испытания перекрытия пола.

На фиг.19 представлена фотография пола с SCP панелью и металлической рамой, смонтированного на испытательном устройстве согласно фиг.16, при проектной нагрузке.

На фиг.20 представлена фотография пола с SCP панелью и металлической рамой, смонтированного на испытательном устройстве согласно фиг.16, при разрушении.

На фиг.21 представлен схематический вид по высоте устройства, пригодного для выполнения предлагаемого способа с целью изготовления SCP панели для использования в системе согласно настоящему изобретению.

На фиг.22 представлен вид в перспективе поста подачи суспензии, такого типа, который используют для выполнения способа согласно фиг.21.

На фиг.23 представлен фрагментарный вид сверху в плане заделывающего устройства, пригодного для использования совместно с предлагаемым способом.

На фиг.24 представлен каркас пола, используемый при испытании согласно AISI TS-7.

На фиг.25 представлен один из полов с SCP панелями, используемый при испытаниях согласно AISI (Американский Институт чугуна и стали) TS-7.

На фиг.26 представлено испытательное устройство, используемое при испытаниях согласно AISI TS-7.

На фиг.27 представлены данные испытания консольного перекрытия пола согласно AISI TS-7 с использованием SCP панели толщиной 3/4 дюйма и выполняемым креплением с шагом 4-12 дюймов.

На фиг.28 представлены данные испытаний консольного перекрытия пола согласно AISI TS-7 с использованием SCP панели толщиной 3/4 дюйма при сравнении с фанерой толщиной 3/4 дюйма и выполняемым креплением с шагом 6-12 дюймов.

На фиг.29 представлены данные испытания консольного перекрытия пола согласно AISI TS-7 с использованием SCP панели толщиной 3/4 дюйма в случае приклеивания.

Настоящее изобретение относится к системам с противопожарной стеной, имеющей SCP панели, используемые на металлических рамах. Рамы могут быть выполнены из какого-либо металла, например из стали или гальванизированной стали, при этом рамные системы пригодны для удерживания противопожарных стен или других огнестойких сборочных узлов.

На фиг.2 показан «скелет» 10 стены из металлических стоек, изготовленный согласно документу США 6694695 на имя Collins и др., пригодный для комбинации с SCP панелью для получения системы с противопожарной стеной согласно настоящему изобретению. Эта металлическая рамная система приведена только в иллюстративных целях, поскольку также могут быть применены и другие рамы. В этом варианте осуществления конструкции скелет 10 стены с металлическими стойками включает в себя нижнюю направляющую 12, большое количество металлических стоек 20 и, по меньшей мере, один распорный элемент 40. Стеновые панели, например древесноволокнистая плита, могут быть прикреплены хорошо известным способом к одной или обеим сторонам металлических стоек 20, чтобы закрыть стену и сформировать внешнюю поверхность или поверхности стены. Однако в настоящем изобретении вместо древесноволокнистой плиты преимущественно выбирают SCP панели.

В этом варианте осуществления конструкции стойкам 20, в общем, придана С-образная форма. Точнее, стойки 20 имеют стенку 22 и пару L-образных фланцев 24, перпендикулярных стенке 22. В стенке 22 также имеются одно или более отверстия 26. Квалифицированным специалистам в этой области будет понятно, что отверстия 26 заранее выполняют в металлических стойках для возможности прохождения электрического кабеля и водопроводно-канализационной сети внутри стены со стойками. Поскольку отверстия 26 обычно расположены в одном и том же месте отдельных стоек, формирующих стену, эти отверстия 26 совпадают по горизонтали друг с другом, как показано на фиг.2.

В сборочном узле в виде стены 10 с металлическими стойками металлические стойки 20 одним концом 21 крепят к нижней направляющей 12 посредством обычных средств крепления 23, например винтов, заклепок и т.д. Нижняя направляющая 12 также имеет С-образную форму с центральной стеночной частью 14 и двумя выступающими от нее боковыми частями 16. В обычных случаях ведения строительства стенку 14 нижней направляющей 12 обычно крепят к полу посредством обычных крепежных деталей, например винтов, болтов, заклепок и т.д.

Промежуточный элемент 40 стоек вставляют через сцентрированные отверстия 26, проходящие через стенки 22 соответствующих стоек 20, при этом прорези 42 в распорном элементе 40 стоек будут выровнены со стенками 22 соответствующих стоек 20 либо наоборот. Ниже более подробно будет обсуждено, что распорный элемент 40 также функционирует таким образом, чтобы удерживать металлические стойки 20 с заданным промежутком между ними в течение крепления стеновых панелей к стойкам 20, исключая при этом необходимость крепления верхней части или другого конца 25 каждой стойки 20 к верхнему каналу или к балке-перемычке (не показана). На разных высотах могут быть расположены дополнительные распорные элементы 40 для повышения прочности скелета 10 стены с металлическими стойками.

Обычные металлические стойки, пригодные для использования с рамами стен согласно настоящему изобретению, изготавливают из полосы шириной 230 мм и толщиной 0,9 мм, выполненной из мягкой низкоуглеродистой стали на 300 МПа.

На фиг.3 представлен схематический боковой вид однослойной SCP панели 20 для использования совместно с металлическим каркасом в системе согласно настоящему изобретению. Основными исходными материалами, используемыми для изготовления SCP панелей, являются неорганический связующий материал, например альфа полугидрат сульфата кальция (полуводный гипс), гидравлический цемент и пуццолановые материалы, легкие наполнители, например что-то одно или более из перлитов, керамических микросфер, либо стеклянных микросфер, а также суперпластификатор, например сульфонат полинафталана и/или полиакрилаты, вода и используемые по выбору присадки.

На фиг.4 представлен вид в перспективе противопожарной стены или иной огнестойкой сборочной системы согласно изобретению, содержащей SCP панели 4 с одной стороны металлической рамы 5.

На фиг.5 представлен вид в перспективе противопожарной стены или иной огнестойкой сборочной системы согласно изобретению, содержащей соответствующие SCP панели 4, прикрепленные к противоположным сторонам металлической рамы 5.

Полугидрат сульфата кальция

Полугидрат сульфата кальция, который может быть использован в панелях согласно изобретению, изготавливают из гипсового сырья, естественным образом существующего минерала (дигидрата сульфата кальция CaSO4·2Н2О). Если не указано иначе, то термин «гипс» относится к дигидратной форме сульфата кальция. После добычи сырьевой гипс подвергают термической обработке для формирования отверждаемого сульфата кальция, который может быть безводным, а обычно представляет собой полугидрат, СaSO4·1/2Н2О. Для обычного конечного использования отверждаемый сульфат кальция реагирует с водой для затвердевания с формированием дигидрата (гипса). Полугидрат имеет две признанных структуры, называемые альфа полугидратом и бета полугидратом. Их выбирают для различных случаев применения на основе присущих им физических свойств и стоимости. Обе формы реагируют с водой для формирования дигидрата сульфата кальция. При гидратации альфа полугидрат отличается созданием кристаллов гипса с прямоугольными сторонами, в то время как бета полугидрат отличается гидратацией с созданием иглообразных кристаллов гипса, обычно с большим соотношением геометрических размеров. В случае настоящего изобретения могут быть использованы как альфа, так и бета формы либо обе из них, что зависит от желаемых механических характеристик. Бета полугидрат формирует менее плотные микроструктуры и предпочтителен для изделий, имеющих низкую плотность. Альфа полугидрат формирует более плотные микроструктуры, имеющие более высокую прочность и плотность, чем структуры, образуемые посредством бета полугидрата. Таким образом, альфа полугидрат может заменить бета полугидрат для повышения прочности и плотности, либо для регулирования свойств они могут быть объединены.

Типичный вариант неорганического связующего материала, используемого для изготовления панелей согласно настоящему изобретению, содержит гидравлический цемент, например портландцемент, высокоглиноземистый цемент, пуццолан с примешанным портландцементом либо их смеси.

Другой типичный вариант неорганического связующего материала, используемого для изготовления панелей согласно настоящему изобретению, содержит смесь, содержащую альфа полугидрат сульфата кальция, гидравлический цемент, пуццолан и известь.

Гидравлический цемент

ASTM определяет «гидравлический цемент» следующим образом: цемент, который застывает и становится твердым посредством химического взаимодействия с водой и способен обеспечивать это при наличии воды. Существует несколько типов гидравлических цементов, которые используют в строительной индустрии. Примеры гидравлического цемента включают в себя портландцемент, шлаковый цемент, например шлакощелочной цемент и сульфатно-шлаковые цементы, цемент из сульфоалюмината кальция, высокоглиноземистый цемент, расширяющийся цемент, белый цемент, а также быстросхватывающийся и быстро затвердевающий цемент. Хотя схватывание и затвердевание полуводного сульфата кальция происходит посредством химического взаимодействия с водой, он в контексте этого изобретения не включен в широкое определение гидравлических цементов. Все из вышеупомянутых гидравлических цементов могут быть использованы для изготовления панелей согласно изобретению.

Наиболее популярное и широко используемое семейство тесно связанных гидравлических цементов известно как портландцемент. ASTM определяет «портландцемент» как гидравлический цемент, создаваемый посредством распыления клинкера, по существу состоящего из гидравлических силикатов кальция, обычно содержащих одну или более формы сульфата кальция в качестве добавок, вводимых при дроблении. Для изготовления портландцемента плотную смесь из известняка, глинистой породы и глины обжигают в печи для получения клинкера, который затем подвергают дополнительной обработке. В результате создают следующие четыре основных фазы портландцемента: трехкальциевый силикат (3СаО·SiO2, также называемый С3S), двухкальциевый силикат (2СаО·SiO2, называемый С2S), трехкальциевый алюминат (3СаО·Al2O3 или С3А) и четырехкальциевый алюмоферрит (4СаО·Al2O3·Fe2O3 или С4AF). Другие соединения, присутствующие в портландцементе в минимальных количествах, включают в себя сульфат кальция и другие двойные соли щелочных сульфатов, окись кальция и окись магния. Из различных признанных классов портландцемента портландцемент Типа III (по классификации ASTM) предпочтителен для изготовления панелей согласно изобретению, поскольку, как установлено, он вследствие того, что состоит из мелких частиц, обеспечивает повышенную прочность. Другие обычные классы гидравлических цементов включают шлаковые цементы, например шлакощелочной цемент и сульфатно-шлаковые цементы, цементы из сульфоалюмината кальция, высокоглиноземистый цемент, расширяющийся цемент, белый цемент, быстросхватывающиеся и быстро твердеющие цементы, например цемент с регулируемым застыванием и VHE цемент, а также другие типы портландцемента, которые также могут быть успешно использованы для изготовления панелей согласно настоящему изобретению. Шлаковые цементы и цементы из сульфоалюмината кальция имеют низкую щелочность и также пригодны для изготовления панелей согласно настоящему изобретению.

Волокна

В качестве изоляционного материала обычно используют стекловолокна, но их также используют в качестве упрочняющих материалов совместно с различными матрицами. Волокна сами по себе обеспечивают прочность на разрыв тех материалов, которые в ином случае были бы подвергнуты хрупкому разрушению. При нагрузке может происходить разрушение волокон, однако обычное разрушение композитов, содержащих стекловолокна, происходит из-за ослабления и разрушения связи между волокнами и материалом в виде непрерывной фазы. Следовательно, такие связи важны, если упрочняющие волокна предназначены для сохранения способности обеспечения повышенной упругости и прочности композита с течением времени. Установлено, что цементы с упрочняющими волокнами со временем теряют прочность, что приписывают воздействию на стекло извести, которая будет создана при схватывании цемента. Один из возможных способов устранения такого воздействия заключается в покрытии стекловолокон защитным слоем, например полимерным слоем. В общем, такие защитные слои могут быть стойкими к воздействию извести, но установлено, что прочность панелей согласно изобретению будет понижена, поэтому защитные слои не являются предпочтительными. Более дорогостоящий способ ограничения воздействия извести заключается в использовании специальных стойких к воздействию щелочи стекловолокон (AR стекловолокон), таких как Nippon Electric Glass (NEG) 350Y. Такие волокна, как установлено, обеспечивают превосходную прочность связи с матрицей и, следовательно, предпочтительны для панелей согласно изобретению. Стекловолокна представляют собой моноволокна, диаметр которых составляет примерно от 5 до 25 микрон (микрометров), а обычно примерно от 10 до 15 микрон. Нити обычно объединяют в пряди по 100 нитей, которые собирают в ровницы, содержащие примерно по 50 прядей. Пряди или ровницы, как правило, будут измельчены в виде приемлемых нитей и пучков длиной примерно от 0,25 до 3 дюймов (6,3-76 мм), а обычно от 1 до 2 дюймов (от 25 до 50 мм).

В панели согласно изобретению также могут быть включены другие негорючие волокна, например, стальные волокна тоже могут представлять собой потенциальные добавки.

Пуццолановые материалы

Как было упомянуто, большинство портландцементов, а также других гидравлических цементов в течение гидратации (застывания) образуют известь. Желательно, чтобы при реакции извести было уменьшено воздействие на стекловолокна. Также известно, что когда имеется полугидрат сульфата кальция (полуводный гипс), он реагирует с трехкальциевым алюминатом в цементе с формированием эттрингита, который может привести к нежелательному растрескиванию застывшего изделия. В данной области это часто называют «сульфатной атакой». Такие реакции могут быть предотвращены посредством добавления «пуццолановых» материалов, которые определены в ASTM C618-97 как «кремнеземные или кремнеземные и глиноземные материалы, которые сами по себе обладают незначительными цементирующими свойствами или вообще не обладают ими, но в тонко измельченной форме и при наличии влаги химически реагируют с гидроксидом кальция при обычных температурах для формирования соединений, обладающих цементирующими свойствами». Одним из часто используемых пуццолановых материалов является белая сажа, тонко измельченный аморфный кремнезем, который представляет собой продукт производства силиконометаллических и ферросиликоновых сплавов. Характерно то, что он имеет высокое содержание кремнезема и низкое содержание глинозема. Можно упомянуть различные естественные и искусственные материалы как обладающие свойствами пуццоланов, включая пемзу, перлит, диатомовую землю, туф, трасс, метакаолин, микрокремнезем, измельченный гранулированный доменный шлак и летучую золу. Хотя белая сажа представляет собой особенно удобный пуццолан для применения в панелях согласно изобретению, могут быть использованы и другие пуццолановые материалы. В противоположность белой саже метакаолин, измельченный гранулированный доменный шлак и распыляемая летучая зола имеют значительно меньшее содержание кремнезема и большое количество глинозема, но могут представлять собой эффективные пуццолановые материалы. Когда используют белую сажу, она будет составлять по весу примерно от 5 до 20%, а предпочтительно от 10 до 15% реакционных порошков (то есть гидравлического цемента, альфа полугидрата сульфата кальция (полуводного гипса), белой сажи и извести). Если происходит замена на другие пуццоланы, то используемые количества должны быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить химические характеристики, подобные белой саже.

Легкие наполнители/микросферы

Легкие панели, применяемые в системах согласно настоящему изобретению, обычно имеют плотность от 65 до 90, предпочтительно от 65 до 85, а наиболее предпочтительно от 72 до 80 фунтов на кубический фут. Напротив, типичные панели на основе портландцемента без древесных волокон имеют плотность в диапазоне от 95 до 110 фунтов/кубический фут, в то время как панели на основе портландцемента с древесными волокнами будут примерно такими же, как и SCP панели (примерно от 65 до 85 фунтов/кубический фут).

Для получения таких низких плотностей панели выполняют с легкими частицами наполнителя. Такие частицы обычно имеют средний диаметр (средний размер частиц) примерно от 10 до 500 микрон (микрометров). В более типичном случае их средний диаметр (средний размер частиц) составляет от 50 до 250 микрон и/или попадает в пределы диапазона диаметров (размера) частиц от 10 до 500 микрон. Они также имеют плотность (удельный вес) в диапазоне от 0,02 до 1,00. Микросферы или другие легкие частицы наполнителя выполняют важное предназначение в панелях согласно изобретению, которые в ином случае были бы тяжелее, чем это желательно для строительных панелей. При использовании в качестве легких наполнителей микросферы способствуют снижению средней плотности изделия.

Когда микросферы являются полыми, их иногда называют микробаллонами.

Микросферы либо являются негорючими сами по себе, либо, если они являются горючими, их добавляют в достаточно небольших количествах, чтобы это не делало горючими SCP панели. Типичные обладающие малым весом наполнители для введения в смеси, применяемые для изготовления панелей согласно настоящему изобретению, выбирают из группы, содержащей керамические микросферы, полимерные микросферы, перлит, стеклянные микросферы и/или ценосферы из летучей золы.

Керамические микросферы могут быть изготовлены из разнообразных материалов с использованием разных производственных процессов. Хотя в панелях согласно изобретению в качестве наполнительного компонента может быть использовано разнообразие керамических микросфер, предпочтительные керамические микросферы согласно изобретению создают в виде побочного продукта сгорания угля, при этом они представляют собой компонент летучей золы, имеющийся на предприятиях, где сжигают уголь, например керамические микросферы EXTENDOSPHERESSG, изготавливаемые Kish Company Inc., Ментор, Огайо, либо керамические микросферы марки FILLITE®, изготавливаемые Trelleborg Fillite Inc., Норкросс, Джорджия, США. Химический состав предпочтительных микросфер согласно изобретению преимущественно содержит кремнезем (SiO2) в диапазоне примерно от 50 до 75% весового состава и глинозем (Al2O3) в диапазоне примерно от 15 до 40% весового состава, при этом другие материалы по весу составляют до 35%. Предпочтительные керамические микросферы согласно изобретению представляют собой полые сферические частицы, диаметр которых находится в диапазоне от 10 до 500 микрон (микрометров), а толщина оболочки приблизительно составляет 10% диаметра сферы, при этом плотность частиц примерно составляет от 0,50 до 0,80 г/мл. Предел прочности на одностороннее сжатие предпочтительных керамических микросфер согласно изобретению составляет более 1500 фунтов/квадратный дюйм (10,3 МПа), а предпочтительно более 2500 фунтов/квадратный дюйм (17,2 МПа).

Преимущество керамических микросфер в панелях согласно настоящему изобретению вытекает из того, что они примерно в три-десять раз прочнее, чем большинство синтетических стеклянных микросфер. Кроме того, предпочтительные керамические микросферы согласно изобретению термически устойчивы и обеспечивают повышенную устойчивость размеров панели согласно изобретению. Керамические микросферы находят применение и в ряде других случаев в качестве связующих материалов, уплотнителей, заполнителей пустот и трещин, составов для кровли, настилов пола из поливинилхлорида, красочных покрытий, промышленных покрытий и компонентов пластика, стойких к высоким температурам. Хотя предпочтительно, чтобы микросферы были полыми и сферическими, следует иметь в виду, что это несущественно, поскольку панель согласно изобретению может иметь малый вес и обладать важными физическими свойствами за счет плотности частиц и прочности на сжатие. Как вариант, может быть выполнена замена на пористые неоднообразные частицы при условии, что полученные панели отвечают желаемым эксплуатационным качествам.

Полимерные микросферы, если они имеются, обычно представляют собой полые сферы с оболочкой, выполненной из полимерных материалов, таких как полиакрилонитрил, полиметакрилонитрил, поливинилхлорид или поливинилиденхлорид, либо из их смесей. Оболочка может заключать в себе газ, используемый для расширения полимерной оболочки при изготовлении. Наружная поверхность полимерных микросфер может содержать некоторый тип инертного покрытия, например, из карбоната кальция, окислов титана, слюды, кремнезема и талька. Полимерные микросферы имеют плотность частиц, предпочтительно составляющую от 0,02 до 0,15 г/мл, а их диаметр находится в диапазоне от 10 до 350 микрон (микрометров). Наличие полимерных микросфер может содействовать одновременному обеспечению низкой плотности панели, а также повышенной возможности ее распиловки и повышенной гвоздимости.

Другие легкие наполнители, например стеклянные микросферы, перлит, либо полые алюмосиликатные ценосферы или микросферы, получаемые из летучей золы, также пригодны для введения в смеси в сочетании с керамическими микросферами или вместо них для изготовления панелей согласно настоящему изобретению.

Стеклянные микросферы обычно изготавливают из стеклянных материалов, стойких к воздействию щелочи, и могут быть полыми. Типичные стеклянные микросферы получают от GYPTEK INC., Suite 135, 16 Midlake Blvd SE, Калгари, АВ, Т2Х 2Х7, Канада.

В первом варианте осуществления изобретения по всей толщине панели используют только керамические микросферы. Панель обычно содержит по весу примерно 35-42% керамических микросфер, равномерно распределенных по толщине панели.

Во втором варианте осуществления изобретения по всей толщине панели используют смесь легких керамических и стеклянных микросфер. Объемная доля стеклянных микросфер в панели второго варианта осуществления изобретения обычно будет находиться в диапазоне от 0 до 15% общего объема сухих ингредиентов, при этом сухие ингредиенты композиции представляют собой реакционные порошки (примерами реакционных порошков являются: только гидравлический цемент, смесь гидравлического цемента и пуццолана, альфа полугидрат сульфата кальция, пуццолан и известь), керамические микросферы, полимерные микросферы и стекловолокна, стойкие к воздействию щелочи. Типичная водная смесь имеет соотношение воды с реакционными порошками, составляющее от более 0,3/1 до 0,7/1.

Если желательно, панель может иметь один слой, как показано на фиг.3. Однако панель обычно изготавливают посредством способа, при котором наносят большое количество слоев, которые в зависимости от того, как наносят и отверждают слои, а также от того, имеют ли слои одни и те же или разные композиции, могут либо не могут составлять отличающиеся друг от друга слои в готовом изделии в виде панели.

На фиг.6 представлена многослойная структура панели 21, имеющая слои 23, 25, 27 и 29. В многослойной структуре композиция слоев может быть одной и той же либо разной. Типичная толщина слоя (слоев) находится в диапазоне между примерно 1/32 и 1,0 дюймом (примерно между 0,75 и 25,4 мм). Если используют только один наружный слой, он обычно составляет менее 3/8 общей толщины панели.

На фиг.6А-6С представлены типичная конструкция и размеры гребня и канавки, используемых в SCP панели 4 толщиной 3/4 дюйма (19,1 мм).

Типичные конструкции противопожарных стен и других огнестойких сборочных узлов

Как разъяснено выше, на фиг.4 представлен вид в перспективе противопожарной стены или другой огнестойкой сборочной системы согласно изобретению, имеющей SCP панели 4 с одной стороны металлической рамы 5, а на фиг.5 представлен вид в перспективе противопожарной стены или другой огнестойкой сборочной системы согласно изобретению, имеющей SCP панели 4, соответственно прикрепленные к противоположным сторонам металлической рамы 5.

На фиг.7 представлен боковой вид по высоте однослойных SCP панелей 4 согласно фиг.3, удерживаемых на металлическом каркасе 5 согласно фиг.5 в системе согласно настоящему изобретению.

Одним из типов огнестойкого сборочного узла, для которого пригодно настоящее изобретение, является стена для разделения площадей. На фиг.7 показана сплошная стена для разделения площадей согласно настоящему изобретению, обычно имеющая перегородку из SCP панелей 4 по обеим сторонам металлической рамы 5. Стены для разделения площадей, особенно сплошные стены, могут иметь одну сторону, которая отпадает для сохранения остающейся рамы и других перегородок в незатронутом и стоящем состоянии. SCP панели могут быть прикреплены посредством обычных отделяющихся алюминиевых зажимов, если желательно создать стену, в которой одна сторона может отпасть, оставляя раму и/или другие стены незатронутыми. На фиг.7 схематически показаны крепежные детали 31, которые могут представлять собой отпадающие зажимы или другие крепежные детали. В настоящем изобретении применение отпадающих зажимов необязательно, поскольку SCP панель не ухудшает своих характеристик под воздействием погодных условий, имея при этом большую прочность и долговечность, чем обычная гипсовая плита. Следовательно, на практике панели 4 могут быть прикреплены механически или посредством приклеивания. Настоящее изобретение предпочтительно позволяет получить стойкую к воздействию воды противопожарную стену, которая также может представлять собой разделительную стену без необходимости обеспечения системы связей для рамы.

На фиг.7А представлена имеющая полость стена согласно изобретению, которая содержит две параллельных стены, разделенных полостью 9. Типичная полость 9 обеспечивает промежуток в 2 дюйма. Каждая стена имеет перегородки из SCP панелей 4 с противоположных сторон металлической рамы 5.

В огнестойких сборочных узлах согласно настоящему изобретению могут быть использованы многие конфигурации каркаса с SCP панелями. Например, на фиг.7В представлен вид сверху сплошной стены для разделения площадей, имеющей SCP панели 4 толщиной 3/4 дюйма, установленные между Н-образными USG (Гипсовая Компания США) стойками 1, промежуток между центрами которых составляет 24 дюйма. Стена расположена таким образом, чтобы обеспечивать по обеим сторонам воздушный зазор минимум в 3/4 дюйма, отделяющий облицовочные панели от смежного каркаса (не показан).

На фиг.7С представлен вид сверху имеющей полость стены для разделения площадей, выполненной согласно настоящему изобретению, в которой использованы SCP панели 4 толщиной 1/2 или 3/4 дюйма, расположенные в USG стойках 3 25 типоразмера в виде С-Н, промежуток между центрами которых составляет 24 дюйма. Эта система имеет один слой из SCP панелей 4 с каждой стороны, установленных по вертикали и прикрепленных винтами. Панели 4А могут представлять собой гипсовые панели, например гипсовые панели марки SHEETROCK, либо SCP панели. Соединения панелей 4А располагают с противоположных сторон каркаса и периметр заделывают.

Другое специальное использование системы согласно настоящему изобретению заключается в ее применении в качестве стеновой системы для шахты. При этом стена шахты должна иметь металлическую раму, к которой крепят SCP панели.

На фиг.7D представлен вариант осуществления противопожарной стены, используемой в качестве стены шахты лифта, имеющей SCP панели 4, прикрепленные к элементам 5 металлической рамы. Стены шахты с пределом прочности закрепления на сдвиг в диапазоне от 200 до 2000 фунтов на линейный фут (предельная номинальная прочность закрепления) могут быть выполнены посредством использования стального каркаса в сочетании с SCP панелями. Предназначенные для шахты стены этого типа могут быть собраны нижеуказанным способом.

Стальную раму стены выполняют так, чтобы получить подходящий размер для прилегания к проему, предназначенному для стены шахты. Раму обычно собирают в горизонтальном положении и затем «поворачивают вверх» к месту проема для стены шахты.

Устанавливают какую-либо требуемую периметрическую направляющую и крепежные детали проема для стены шахты, чтобы обеспечить захождение стены.

К металлической раме крепят первый слой из SCP панели, при этом рама находится в горизонтальном положении. Этот слой из SCP панели представляет собой слой, который обращен к проему для стены шахты.

Раму стены шахты с 1 слоем из SCP панели «поворачивают вверх» и устанавливают в надлежащем положении, закрывая проем для стены шахты.

Раму стены шахты с 1 слоем из SCP панели крепят к периметрической направляющей проема шахты и/или к основной конструкции вокруг проема.

Затем на стальную раму стены шахты наносят внутренний слой, используя механические крепления. Эта внутренняя панель стены может представлять собой SCP панель (или более чем 1 SCP панель), гипсовую панель (или более чем 1 гипсовую панель) либо сочетание панельных слоев.

На фиг.7Е представлена стена лестничного колодца с применением SCP панелей 4, прикрепленных к элементам 5 металлической рамы.

На фиг.7F представлена стена шахты для инженерных сетей с использованием SCP панелей 4, прикрепленных к элементам 5 металлической рамы.

На фиг.7G представлена стена шахты для рециркуляции воздуха с использованием SCP панелей 4, прикрепленных к элементам 5 металлической рамы.

На фиг.7Н представлен вид сверху выполненной с полостью стены для разделения площадей согласно настоящему изобретению, которая может быть применена в вариантах конструкции согласно фиг.7D-7G. Здесь применены SCP панели 4 толщиной 1/2 или 3/4 дюйма, расположенные в USG (Гипсовая Компания США) стойках 3 25-го типоразмера в виде С-Н, промежуток между центрами которых составляет от 16 до 24 дюймов. Эта система имеет один слой из SCP панелей 4 с каждой стороны стойки 3, налагаемых по вертикали и прикрепленных винтами. Панели 4А могут представлять собой гипсовые панели марки SHEETROCK либо SCP панели.

На фиг.7I представлен вариант согласно фиг.7, измененный для дополнительного содержания гипсовых панелей или SCP панелей 4А. В варианте согласно фиг.7I SCP панели 4 обычно крепят к металлическому каркасу 5 посредством крепежных деталей, например винтов (не показаны), которые не являются отпадающими. SCP панели 4 крепят посредством винтов (не показаны) к отпадающим угловым зажимам 146, которые, в свою очередь, крепят посредством винтов или гвоздей (не показаны) к стойкам 144. Панели 4А крепят посредством винтов или гвоздей (не показаны) к стойкам 144 и/или к другим стойкам (не показаны), находящимся в полости 140А для стоек. Отпадающие угловые зажимы 146 могут быть заменены другими отпадающими крепежными деталями, которые отпадают при разрушении или плавлении.

На фиг.7J представлен вариант согласно фиг.7А, имеющий полость 9 между противоположными SCP панелями 4, измененный так, чтобы дополнительно содержать гипсовые панели или SCP панели 4А. В варианте конструкции согласно фиг.7J SCP панели 4 обычно крепят к металлическому каркасу 5 посредством крепежных деталей, например винтов (не показаны), которые не отпадают. SCP панели 4 крепят посредством винтов (не показаны) к отпадающим угловым зажимам 146, которые, в свою очередь, крепят посредством винтов или гвоздей (не показаны) к стойкам 144. Панели 4А крепят посредством винтов или гвоздей (не показаны) к стойкам 144 и/или другим стойкам (не показаны), находящимся в полости 140А для стоек. Отпадающие угловые зажимы 146 могут быть заменены другими отпадающими крепежными деталями, которые отпадают при разрушении или плавлении.

На фиг.7К представлен подробный вид варианта конструкции противопожарной стены 130. Стена 130 проходит от настила 136 крыши к фундаменту (не показан). Противопожарная стена 130 имеет SCP панели 134 по противоположным сторонам металлической рамы 132. Между полостью 140А для стоек и соответствующей SCP панелью 134 находится промежуток 140.

Настил 136 крыши поддерживают стропила 133 (показано одно из них) и фермы 143 (показана одна из них). Противопожарную заглушку 148 размещают между верхними пластинчатыми каркасными частями 144В и стропилами 133 крыши на противоположных наружных стенах из SCP панелей 134.

Пол 147 поддерживают балки 131, которые опираются на деревянные каркасные части 144 размером 2 × 4 дюйма. Противопожарную заглушку 148 размещают между нижними пластинчатыми каркасными частями 144А и балками 131 пола на противоположных наружных стенах из SCP панелей 134. Также обеспечены горизонтальные гипсовые потолочные панели 138 и вертикальные гипсовые стеновые панели 145. У нижнего конца вертикальных гипсовых стеновых панелей позади профильных деталей 139А обеспечен уплотнитель 139.

Также могут быть обеспечены противопожарные заглушки 135 и 137, например, ослабляющие звук, выполненные из волокон покрытия THERMAFIBER SAFB. Примечательный отличительный признак этого варианта заключается в том, что алюминиевые угловые зажимы 146 крепят посредством винтов к SCP панелям 134 и к деталям каркаса, например к нижним пластинчатым деталям каркаса 144А и к верхним пластинчатым деталям каркаса 144В. Алюминиевые зажимы 146 в случае пожара могут отпадать или плавиться, так что при пожаре конструкция может отпадать от SCP панелей 134 противопожарной стены.

Другой огнестойкий сборочный узел согласно настоящему изобретению представляет собой гараж, прилегающий к жилым помещениям дома, имеющий стены и потолок, выполненные из SCP панелей и металлического каркаса.

Состав SCP панелей

Компоненты, используемые для изготовления стойких к сдвигу панелей согласно изобретению, представляют собой гидравлический цемент, альфа полугидрат сульфата кальция (полуводный гипс), активный пуццолан, например белую сажу, известь, керамические микросферы, стойкое к воздействию щелочи стекловолокно, суперпластификатор (например, натриевую соль сульфоната полинафталина) и воду. Обычно присутствуют как гидравлический цемент, так и альфа полугидрат сульфата кальция. Долговечность композита будет снижена, если альфа полугидрат сульфата кальция не находится совместно с белой сажей. Стойкость к воздействию воды/влаги будет ухудшена, если отсутствует портландцемент. Для регулирования характеристик, касающихся отверждения сырого (то есть неотвержденного) материала, могут быть добавлены небольшие количества ускорителей и/или замедлителей. Типичные не налагающие каких-либо ограничений добавки включают в себя ускорители для гидравлического цемента, например хлорид кальция, ускорители для альфа полугидрата сульфата кальция, например гипс, замедлители, например DTPA (диэтилентриаминпентауксусная кислота), винная кислота или щелочная соль винной кислоты (например, тартрат калия), агенты, снижающие усадочную деформацию, например гликоли, и захватываемый воздух.

Панели согласно изобретению будут включать в себя непрерывную фазу, в которой равномерно распределены стойкие к воздействию щелочи стекловолокна и легкий наполнитель, например микросферы. Непрерывную фазу получают посредством отверждения водной смеси реакционных порошков (то есть смеси гидравлического цемента, альфа полугидрата сульфата кальция, пуццолана и извести), предпочтительно включающей в себя суперпластификатор и/или другие добавки.

Типичные весовые пропорции вариантов реакционных порошков (неорганического связующего) в изобретении, например гидравлического цемента, альфа полугидрата сульфата кальция, пуццолана и извести на основе сухого веса реакционных порошков приведены в Таблице 1. В Таблице 1А перечислены типичные диапазоны реакционных порошков, легких наполнителей и стекловолокна в композициях согласно настоящему изобретению.

Таблица 1
Реакционный порошок Весовая пропорция (%)
Широкая Типичная
Гидравлический цемент 20-55 25-40
Альфа полугидрат сульфата кальция 35-75 45-65
Пуццолан 5-25 10-15
Известь до 3,5 или от 0,2 до 3,5 0,75-1,25
Таблица 1А
Композиция SCP (на сухой основе) Типичная весовая пропорция (%) Типичная весовая пропорция (%)
Реакционный порошок 35-70 35-68
Легкий наполнитель 20-50 23-49
Стекловолокна 5-20 5-17

Во всех составах согласно изобретению известь не требуется, однако установлено, что добавление извести обеспечивает превосходную панель, при этом известь обычно добавляют в количествах, составляющих по весу более 0,2%. При этом в большинстве случаев количество извести в реакционных порошках будет составлять по весу примерно 0,2-3,5%.

В первом варианте осуществления изобретения сухие ингредиенты композиции будут представлять собой реакционные порошки (то есть смесь гидравлического цемента, альфа полугидрата сульфата кальция, пуццолана и извести), керамические микросферы и стойкие к воздействию щелочи стекловолокна, при этом увлажняющими ингредиентами композиции будут вода и суперпластификатор. Сухие ингредиенты и увлажняющие ингредиенты объединяют для создания панели согласно изобретению. Керамические микросферы равномерно распределены в матрице по всей толщине панели. Если исходить из общего веса сухих ингредиентов, то панель согласно изобретению формируют по весовому составу примерно из 49-56% реакционных порошков, 35-42% керамических микросфер и 7-12% стекловолокон, стойких к воздействию щелочи. В широком диапазоне, если исходить из общего количества сухих ингредиентов, то панель согласно изобретению по весовому составу формируют из 35-58% реакционных порошков, 34-49% наполнителя с малым весом, например керамических микросфер, и 6-17% стекловолокон, стойких к воздействию щелочи. Количество воды и суперпластификатора, добавляемое к сухим ингредиентам, будет достаточным для обеспечения желаемой текучести суспензии, необходимой для учета требований, касающихся выполняемой обработки при каком-либо конкретном производственном процессе. Типичные нормы добавления воды находятся в диапазоне 35-60% от веса реакционных порошков, а нормы добавления суперпластификатора находятся в диапазоне 1-8% от веса реакционных порошков.

Стекловолокна представляют собой моноволокна, диаметр которых составляет примерно 5-25 микрон (микрометров), а предпочтительно примерно 10-15 микрон. Моноволокна обычно объединяют в пряди по 100 нитей, которые могут быть связаны в ровницы примерно по 50 прядей. Длина стекловолокон, как правило, составляет примерно от 0,25 до 1 или 2 дюймов (от 6,3 до 25 или 50 мм), либо примерно от 1 до 2 дюймов (от 25 до 50 мм), а в широком диапазоне примерно от 0,25 до 3 дюймов (от 6,3 до 76 мм). Волокна имеют беспорядочную ориентацию, обеспечивая изотропное механическое поведение в плоскости панели.

Второй вариант осуществления изобретения содержит смесь керамических и стеклянных микросфер, равномерно распределенных по всей толщине панели. Соответственно во втором варианте осуществления изобретения сухие ингредиенты композиции будут представлять собой реакционные порошки (гидравлический цемент, альфа полугидрат сульфата кальция, пуццолан и известь), керамические микросферы, стеклянные микросферы и стойкие к воздействию щелочи стеклянные волокна, при этом увлажняющие ингредиенты композиции будут представлять собой воду и суперпластификатор. Сухие ингредиенты и увлажняющие ингредиенты будут объединены для создания панели согласно изобретению. Объемная доля стеклянных микросфер панели обычно будет находиться в диапазоне от 7 до 15% общего объема ингредиентов. Если исходить из общего веса сухих ингредиентов, то панель согласно изобретению будет образована из составляющих по весу примерно 54-65% реакционных порошков, 25-35% керамических микросфер, 0,5-0,8% стеклянных микросфер и 6-10% стеклянных волокон, стойких к воздействию щелочи. Если исходить из широкого диапазона на основе полного состава сухих ингредиентов, то панель согласно изобретению будет образована из составляющих по весу 42-68% реакционных порошков, 23-43% легких наполнителей, например керамических микросфер, 0,2-1,0% стеклянных микросфер и 5-15% стеклянных волокон, стойких к воздействию щелочи. Количество воды и суперпластификатора, добавляемое к сухим ингредиентам, будет отрегулировано для обеспечения желаемой текучести суспензии, необходимой для учета требований, касающихся выполняемой обработки при каком-либо конкретном производственном процессе. Типичные нормы добавляемой воды по весу находятся в диапазоне между 35-70% от веса реакционных порошков, но могут составлять более 60%, достигая 70% (весовое отношение воды к реакционному порошку от 0,6/1 до 0,7/1), а предпочтительно составляют от 65% до 75%, когда желательно использовать отношение воды к реакционному порошку для уменьшения плотности панели и повышения возможности ее распиловки. Количество суперпластификатора будет находиться в диапазоне между 1 и 8% весового состава реакционных порошков. Стекловолокна представляют собой моноволокна, диаметр которых составляет примерно от 5 до 25 микрон (микрометров), а предпочтительно примерно от 10 до 15 микрон. Они обычно связаны в пряди и ровницы, как обсуждено выше. Длина стеклянных волокон обычно составляет примерно от 1 до 2 дюймов (25-50 мм), а в более широком варианте примерно от 0,25 до 3 дюймов (6,3-76 мм). Волокна будут иметь беспорядочную ориентацию, обеспечивая изотропное механическое поведение в плоскости панели.

В третьем варианте осуществления изобретения многослойную структуру в панели создают тогда, когда наружный слой (слои) должен обеспечить повышенную гвоздимость (возможность закрепления)/возможность распиловки. Это достигают посредством повышения отношения воды к цементу в наружном слое (слоях) и/или изменения количества наполнителя, и/или добавления достаточно небольшого количества полимерных микросфер, так чтобы панель оставалась негорючей. Внутренняя часть панели обычно будет содержать керамические микросферы, равномерно распределенные по всей толщине слоя или, как вариант, смесь чего-то одного или более из керамических микросфер, стеклянных микросфер и ценосфер из летучей золы.

Сухие ингредиенты внутреннего слоя этого варианта осуществления настоящего изобретения будут представлять собой реакционные порошки (обычно гидравлический цемент, альфа полугидрат сульфата кальция, пуццолан и известь), частицы легкого наполнителя (обычно микросферы, например одни керамические микросферы, либо что-то одно или более из керамических микросфер, стеклянных микросфер и ценосфер из летучей золы) и стойкие к воздействию щелочи стекловолокна, при этом увлажняющие ингредиенты внутреннего слоя представляют собой воду и суперпластификатор. Сухие ингредиенты и увлажняющие ингредиенты будут объединены для создания внутреннего слоя панели согласно изобретению. Если исходить из общего веса сухих ингредиентов, то внутренняя часть панели согласно изобретению будет образована примерно из 49-56% реакционных порошков, 35-42% полых керамических микросфер и 7-12% стеклянных волокон, стойких к воздействию щелочи, либо, как вариант, примерно из 54-65% реакционных порошков, 25-35% керамических микросфер, 0,5-0,8% стеклянных микросфер или ценосфер из летучей золы и 6-10% стеклянных волокон, стойких к воздействию щелочи. В широком диапазоне внутренний слой панели этого варианта осуществления настоящего изобретения исходя из общего весового количества сухих ингредиентов обычно будет образован примерно из 35-58% реакционных порошков, 34-49% легких наполнителей, например керамических микросфер, и 6-17% стеклянных волокон, стойких к воздействию щелочи, либо, как вариант, из 42-68% реакционных порошков, 23-43% керамических микросфер, до 1,0%, а предпочтительно от 0,2 до 1,0% другого легкого наполнителя, например стеклянных микросфер или ценосфер из летучей золы, и 5-15% стеклянных волокон, стойких к воздействию щелочи. Количество воды и суперпластификатора, добавляемое к сухим ингредиентам, будет отрегулировано для обеспечения желаемой текучести суспензии, необходимой для учета требований, касающихся выполняемой обработки при каком-либо конкретном производственном процессе. Типичные нормы добавления воды будут находиться в диапазоне между 35 и 70% веса реакционных порошков, но будут составлять более 60%, доходя до 70%, когда желательно использовать отношение воды к реакционным порошкам для уменьшения плотности панели и повысить гвоздимость, а нормы добавления суперпластификатора будут находиться в диапазоне между 1 и 8% веса реакционных порошков. При регулировании отношения воды к реакционным порошкам будет отрегулирована композиция суспензии для получения панели согласно изобретению, обладающей желаемыми свойствами.

Обычно отсутствуют полимерные микросферы, а также отсутствуют полимерные волокна, например волокна из поливинилового спирта, которые привели бы к горючести SCP панели.

Сухие ингредиенты наружного слоя (слоев) в этом варианте осуществления настоящего изобретения будут представлять собой реакционные порошки (обычно гидравлический цемент, альфа полугидрат сульфата кальция, пуццолан и известь), легкие частицы наполнителя (обычно микросферы, например одни керамические микросферы, либо что-то одно или более из керамических микросфер, стеклянных микросфер и ценосфер из летучей золы) и стойкие к воздействию щелочи стекловолокна, при этом увлажняющие ингредиенты наружного слоя (слоев) будут представлять собой воду и суперпластификатор. Сухие ингредиенты и увлажняющие ингредиенты будут объединены для создания наружных слоев панели согласно изобретению. В наружном слое (слоях) панели этого варианта осуществления настоящего изобретения количество воды выбирают таким образом, чтобы придать панели удовлетворительную способность к закреплению и резанию. Если исходить из общего веса сухих ингредиентов, то наружный слой (слои) панели согласно изобретению предпочтительно будет образован примерно из 54-65% реакционных порошков, 25-35% керамических микросфер, 0-0,8% стеклянных микросфер и 6-10% стеклянных волокон, стойких к воздействию щелочи. В широком диапазоне, если исходить из общего веса сухих ингредиентов, наружные слои панели согласно изобретению формируют примерно из 42-68% реакционных порошков, 23-43% керамических микросфер, до 1,0% стеклянных микросфер (и/или ценосфер из летучей золы) и 5-15% стеклянных волокон, стойких к воздействию щелочи. Количество воды и суперпластификатора, добавляемое к сухим ингредиентам, будет отрегулировано для обеспечения желаемой текучести суспензии, необходимой для учета требований, касающихся выполняемой обработки при каком-либо конкретном производственном процессе. Типичные нормы добавления воды будут находиться по весу в диапазоне между 35 и 70% веса реакционных порошков, а конкретно будут составлять более 60%, доходя до 70%, когда отношение воды к реакционным порошкам регулируют для уменьшения плотности панели и повышения гвоздимости, при этом типичные нормы добавления суперпластификатора будут находиться в диапазоне между 1 и 8% веса реакционных порошков. Предпочтительная толщина наружного слоя/слоев находится в диапазоне между 1/32-4/32 дюйма (0,8-3,2 мм), причем толщина наружного слоя, когда используют только один такой слой, будет составлять менее 3/8 общей толщины панели.

Как во внутреннем, так и в наружном слое/слоях этого варианта осуществления настоящего изобретения стеклянные волокна представляют собой моноволокна с диаметром примерно от 5 до 25 микрон (микрометров), при этом предпочтительный диаметр составляет 10-15 микрон. Моноволокна обычно связывают в пучки и ровницы, как указано выше. Длина обычно составляет примерно от 1 до 2 дюймов (25-50 мм), а в широком диапазоне примерно от 0,25 до 3 дюймов (6,3-76 мм). Ориентация волокон будет беспорядочной, обеспечивая изотропное механическое поведение в плоскости панели.

Изобретение также включает в себя четвертый вариант осуществления многослойной панели с плотностью от 65 до 90 фунтов на кубический фут, способный противостоять сдвигающим нагрузкам при креплении к раме и содержащий внутренний слой из непрерывной фазы, получаемой при отверждении водной смеси, при этом непрерывная фаза, получаемая при отверждении водной смеси, содержит по весу, если исходить из сухой основы, 35-70% реакционного порошка, 20-50% легкого наполнителя и 5-20% стекловолокон, так что непрерывную фазу усиливают стекловолокнами и она содержит частицы легкого наполнителя, при этом частицы легкого наполнителя имеют удельную массу, составляющую от 0,02 до 1,00, и средний размер частиц примерно от 10 до 500 микрон (микрометров), и, по меньшей мере, один наружный слой, находящийся с каждой противоположной стороны внутреннего слоя, соответственно из другой непрерывной фазы, получаемой при отверждении водной смеси, содержащий по весу, если исходить из сухой основы, 35-70% реакционного порошка, 20-50% легкого наполнителя и 5-20% стекловолокон, так что непрерывную фазу усиливают стекловолокнами и она содержит частицы легкого наполнителя, причем частицы легкого наполнителя имеют удельную массу, составляющую от 0,02 до 1,00, и средний размер частиц примерно от 10 до 500 микрон (микрометров), при этом, по меньшей мере, один наружный слой имеет более высокое процентное содержание стеклянных волокон, чем внутренний слой.

Изготовление панели согласно изобретению

Реакционные порошки (например, смесь гидравлического цемента, альфа полугидрата сульфата кальция, пуццолана и извести) и легкий наполнитель, например микросферы, смешивают в сухом состоянии в пригодном для этого смесителе.

Затем воду, суперпластификатор (например, натриевую соль сульфоната полинафталина) и пуццолан (например, белую сажу или метакаолин) смешивают в другом смесителе за 1-5 минут. Если желательно, то на этой стадии добавляют замедлитель (например, тартрат калия) для регулирования характеристик отверждения суспензии. Сухие ингредиенты добавляют в смеситель, содержащий увлажняющие ингредиенты, и выполняют перемешивание от 2 до 10 минут для формирования однородной суспензии.

Затем суспензию любым из нескольких способов объединяют со стеклянными волокнами для получения равномерной смеси в виде суспензии. После этого формуют панель из цементирующих материалов посредством розлива суспензии, содержащей волокна, в соответствующую форму, имеющую желаемые конфигурацию и размеры. При необходимости создают вибрацию формы для обеспечения удовлетворительного уплотнения материала в форме. Требуемые характеристики отделки поверхности панели получают посредством использования рейки для разравнивания смеси или мастерка.

Один из ряда способов изготовления многослойных SCP панелей выполняют так, как указано далее. Реакционные порошки (например, смесь гидравлического цемента, альфа полугидрата сульфата кальция, пуццолана и извести) и легкий наполнитель, например микросферы, смешивают в сухом состоянии в пригодном для этого смесителе. Затем воду, суперпластификатор (например, натриевую соль сульфоната полинафталина) и пуццолан (например, белую сажу или метакаолин) перемешивают в другом смесителе в течение 1-5 минут. Если желательно, то на этой стадии добавляют замедлитель (например, тартрат калия) для регулирования характеристик отверждения суспензии. Сухие ингредиенты добавляют в смеситель, содержащий увлажняющие ингредиенты, и выполняют перемешивание от 2 до 10 минут для формирования однородной суспензии.

Суспензия может быть объединена со стеклянными волокнами несколькими способами с целью получения однородной смеси. Стеклянные волокна обычно будут находиться в форме ровниц, которые измельчают в виде коротких отрезков. В предпочтительном варианте суспензию и измельченные стеклянные волокна одновременно распыляют в форму для панели. Предпочтительно, чтобы распыление выполняли несколькими фазами для получения тонких слоев толщиной предпочтительно примерно до 0,25 дюйма (6,3 мм), которые наращивают в виде однородной панели без какого-то определенного рисунка, толщина которой составляет от 1/4 до 1 дюйма (от 6,3 до 25,4 мм). Например, в одном случае панель размером 3 × 5 футов (0,91 × 1,52 м) была изготовлена посредством шести проходов распыления в направлениях длины и ширины. Когда осажден каждый слой, может быть использован валик для гарантии того, что суспензия и стеклянные волокна войдут в плотный контакт друг с другом. После стадии прокатки слои могут быть выровнены посредством выравнивающей рейки или иных пригодных для этого средств. Для распыления суспензии обычно будет использован сжатый воздух. При выходе из распылительного сопла суспензия будет смешана со стеклянными волокнами, которые отрезают от ровницы посредством измельчающего механизма, установленного на пистолете-распылителе. Равномерная смесь из суспензии и стеклянных волокон будет осаждена в форму для панели так, как указано выше.

Если желательно, то наружные поверхностные слои панели могут содержать полимерные сферы либо могут быть образованы иначе, так чтобы можно было легко вводить крепежные средства, применяемые для крепления панели к каркасу. Предпочтительная толщина таких слоев будет составлять примерно от 1/32 до 4/32 дюйма (0,8-3,2 мм). Тот же самый процесс, который описан выше и посредством которого выполняют внутреннюю часть панели, может быть использован для нанесения наружных слоев панели.

Специалисты, занимающиеся изготовлением панелей, могут иметь в виду и другие способы осаждения смеси из суспензии и стеклянных волокон. Например, вместо использования периодического процесса изготовления каждой панели подобным же образом может быть получен непрерывный лист, который после достаточного отверждения материала может быть разрезан на панели желаемого размера. Процентная доля волокон по отношению к объему суспензии обычно находится в диапазоне от 0,5% до 3%, например, составляя 1,5%. Типичные панели имеют толщину примерно 1/4 -1,5 дюйма (6,3-38,1 мм).

Еще один способ изготовления панелей согласно настоящему изобретению заключается в использовании технологических операций, раскрытых в заявке на патент США с серийным номером 10/666294, введенной сюда в качестве ссылки. В заявке на патент №10/666294 раскрыто, что после чего-то одного из начального осаждения свободно распределенных, измельченных волокон или слоя суспензии на подвижное полотно волокна будут осаждены на слой суспензии. Заделывающее устройство вдавливает только что осажденные волокна в суспензию, после чего будут добавлены дополнительные слои суспензии, а затем измельченные волокна, что сопровождается дальнейшей заделкой. Если желательно, процесс повторяют для каждого слоя панели. После завершения панель имеет более равномерно распределенный компонент в виде волокон, а это приводит к получению относительно прочных панелей без необходимости использования толстых матов или армирующих волокон, что имеет место в случае известных способов изготовления панелей из цементирующих материалов.

Точнее, в заявке на патент США № 10/666294 раскрыт многослойный способ изготовления конструкционных панелей из цементирующих материалов, включающий в себя: (а) обеспечение движущегося полотна; (b) что-то одно из осаждения первого слоя свободных волокон и (с) осаждения слоя отверждаемой суспензии на полотно; (d) осаждение второго слоя свободных волокон на суспензию; (е) заделывание второго слоя волокон в суспензию; (f) повторение стадии (с) осаждения суспензии и стадии (d), пока в панели не будет получено желаемое количество слоев отверждаемой усиленной волокнами суспензии.

На фиг.21 представлен схематический вид по высоте устройства, которое пригодно для выполнения способа согласно заявке на патент США №10/666294. На фиг.21 схематически показана производственная линия для изготовления конструкционных панелей, которая обозначена позицией 310. Линия 310 включает в себя опорную раму или формующий стол 312, имеющий большое количество ножек 313 или других опор. На опорной раме 312 установлено подвижное несущее устройство 314, например бесконечная резинообразная транспортерная лента с ровной водонепроницаемой поверхностью, однако можно ожидать и использования пористых поверхностей. Как хорошо известно в этой области, опорная рама 312 может быть изготовлена, по меньшей мере, в виде одного участка, подобного столу, которые может включать в себя указанные ножки 313. Опорная рама 312 также включает в себя основной приводной ролик 316 у дальнего конца 318 рамы и холостой ролик 320 у ближнего конца 322 рамы. Кроме того, для сохранения желаемого натяжения и расположения несущего устройства 314 на роликах 316, 320 предпочтительно устанавливают, по меньшей мере, одно устройство для обеспечения прохождения ленты и/или натяжное устройство 324.

Далее, в предпочтительном варианте полотно 326 из крафт-бумаги, прокладочной бумаги и/или другие полотна из опорного материала, предназначенные для удерживания суспензии перед отверждением, что хорошо известно в этой области, могут быть обеспечены и уложены на несущее устройство 314 для его защиты и/или сохранения в чистом состоянии. Однако также можно предположить, что панели, изготавливаемые посредством данной производственной линии 310, формируют непосредственно на несущем устройстве 314. В последнем случае обеспечивают, по меньшей мере, один узел 328 для промывки ленты. Несущее устройство 314 перемещается вдоль опорной рамы 312 посредством сочетания двигателей, шкивов, ремней или цепей, которые приводят в действие основной приводной ролик 316, что хорошо известно в этой области. Очевидно, что скорость несущего устройства 314 может быть изменена для приспосабливания к определенному случаю применения производственной линии.

В случае устройства согласно фиг.21 изготовление конструкционной панели из цементирующих материалов начинают посредством осаждения чего-то одного из слоя свободных измельченных волокон 330 или слоя суспензии на полотно 326. Преимущество осаждения волокон 330 перед первым осаждением суспензии заключается в том, что волокна будут заделаны вблизи наружной поверхности получаемой панели. Можно предположить использование на предложенной линии 310 различных устройств для осаждения и измельчения волокон, однако в предпочтительной системе используют, по меньшей мере, одну рейку 331, удерживающую несколько катушек 332 со жгутами из стекловолокна, от каждой из которых жгут 334 из волокна подают к посту или устройству для измельчения, которое также называют измельчителем 336.

Измельчитель 336 включает в себя вращающийся ролик 338, из которого в радиальном направлении выступают ножи 340, проходящие в поперечном направлении по ширине несущего устройства 314, при этом ролик расположен вблизи от опорного ролика 342, контактируя с ним и находясь во вращательном взаимодействии. В предпочтительном варианте ролик 338 с ножами и опорный ролик 342 расположены относительно близко друг от друга, так что вращение ролика 338 с ножами приводит к вращению опорного ролика 342, однако также можно предположить и обратную ситуацию. Кроме того, опорный ролик 342 предпочтительно покрыт упругим опорным материалом, относительно которого ножи 340 измельчают жгуты 334 на части. Промежуток между ножами 340 на ролике 338 определяет длину измельченных волокон. Как показано на фиг.21, измельчитель 336 расположен над несущим устройством 314 рядом с ближним концом 322, чтобы довести до максимума продуктивность использования длины производственной линии 310. Когда происходит измельчение жгутов 334 из волокон, волокна 330 свободно падают на полотно 326 несущего устройства.

Далее, пост подачи суспензии или устройство 344 для подачи суспензии получает запас суспензии 346 от находящегося на удалении места 347 выполнения перемешивания, например бункера, резервуара или чего-то подобного. Также можно предположить, что процесс может быть начат с первоначального осаждения на несущее устройство 314 суспензии. Суспензия для изготовления SCP панелей предпочтительно состоит из различных количеств портландцемента, гипса, заполнителя, ускорителей, пластификаторов, вспенивающих агентов, наполнителей и/или других ингредиентов и описана выше, а также в перечисленных выше патентах, которые включены сюда посредством ссылки на них. Относительные количества этих ингредиентов, предполагая исключение некоторых из вышеуказанных добавок, либо добавление других, могут изменяться для соответствия предполагаемому использованию.

Хотя можно предположить различные конфигурации устройств 344 для подачи суспензии, которые равномерно осаждают тонкий слой суспензии 346 на подвижное несущее устройство 314, предпочтительное устройство 344 для подачи суспензии включает в себя основной дозирующий ролик 348, расположенный поперечно к направлению перемещения несущего устройства 314. Вблизи от дозирующего ролика 348, параллельно ему и с взаимодействием с ним при вращении расположен сопутствующий или поддерживающий ролик 350 для образования между ними зазора 352. Пара боковых стенок 354 предпочтительно из материала, препятствующего прилипанию, например из материала марки Teflon®, предотвращает утечки суспензии 346, выливаемой в зазор 352, по боковым сторонам подающего устройства 344.

Подающее устройство 344 осаждает равномерный, относительно тонкий слой суспензии 346 на подвижное несущее устройство 314 или на полотно 326 несущего устройства. Приемлемая толщина слоя находится в диапазоне примерно от 0,05 до 0,2 дюйма. Однако в случае четырех слоев, предпочтительных в предпочтительной конструкционной панели, создаваемой посредством предлагаемого способа, и при толщине приемлемой панели, приблизительно составляющей 0,5 дюйма, особенно предпочтительная толщина слоя суспензии приблизительно составляет 0,125 дюйма.

Как показано на фиг.21 и 22, для получения толщины слоя суспензии, которая указана выше, в отношении устройства 344 для подачи суспензии обеспечены некоторые отличительные признаки. Во-первых, для гарантии равномерного осаждения суспензии 346 по всему полотну 326 суспензию подают к подающему устройству 344 через рукав 356, расположенный в совершающем поперечное возвратно-поступательное движение, приводимом в действие посредством кабеля устройстве 358 с электрическим приводом для подачи текучей среды, такого типа, которое хорошо известно в этой области. Суспензия, текущая из рукава 356, будет вылита в питающее устройство 344 при поперечном возвратно-поступательном движении для заполнения резервуара 359, определяемого роликами 348, 350 и боковыми стенками 354. При этом вращение дозирующего ролика 348 будет приводить к вытягиванию слоя суспензии 346 из резервуара.

Далее, несколько выше и/или несколько ниже вертикальной оси основного дозирующего ролика 348 расположен ролик 360 контроля толщины или управления толщиной для регулирования толщины суспензии 346, вытягиваемой из подающего резервуара 357 на наружную поверхность 362 основного дозирующего ролика 348. Кроме того, ролик 360 контроля толщины обеспечивает возможность манипулирования суспензией с различными и постоянно изменяющимися вязкостями. Основной дозирующий ролик 348 приводят в том же самом направлении перемещения «Т», что и направление перемещения несущего устройства 314 и несущего полотна 326, при этом основной дозирующий ролик 348, поддерживающий ролик 350 и ролик 360 контроля толщины могут быть приведены во вращение в одном и том же направлении, что позволяет довести до минимума возможности преждевременного отверждения суспензии на соответствующих перемещающихся наружных поверхностях. Когда суспензия 346 на наружной поверхности 362 перемещается к несущему полотну 326, поперечная очистная проволока 364, расположенная между основным дозирующим роликом 348 и несущим полотном 326, гарантирует, что суспензия 346 будет полностью осаждена на несущее полотно и не будет подниматься назад к зазору 352 и питающему резервуару 359. Очистная проволока 364 также способствует удерживанию основного дозирующего ролика 348 свободным от постоянно отверждаемой суспензии и сохраняет относительно равномерную завесу из суспензии.

Второй пост измельчения, или устройство 366, предпочтительно идентичное измельчителю 336, расположено далее по ходу от подающего устройства 344 для осаждения второго слоя волокон 368 на суспензию 346. В предпочтительном варианте измельчающее устройство 366 питают жгутами 334 с той же самой рейки 331, с которой питают измельчитель 336. Однако можно предположить, что в зависимости от применения для каждого отдельного измельчителя могут быть обеспечены отдельные рейки 331.

Далее, если обратиться к фиг.21 и 23, то согласно им заделывающее устройство, в общем обозначенное позицией 370, расположено в операционном взаимодействии с суспензией 346 и с подвижным несущим устройством 314 производственной линии 310 для заделывания волокон 368 в суспензию 346. Хотя можно предполагать использование разнообразных заделывающих устройств, включая, но не ограничиваясь этим, вибраторы, ролики по типу овечьих ножек и что-либо подобное, в предпочтительном варианте заделывающее устройство 370 включает в себя, по меньшей мере, пару в общем параллельных валов 372, установленных поперечно направлению перемещения «Т» несущего полотна 326 на раме 312. Каждый вал 372 снабжен большим количеством дисков 374 относительно большого диаметра, отделенных друг от друга в осевом направлении на валу посредством дисков 376 малого диаметра.

В течение изготовления SCP панелей валы 372 и диски 374, 376 совместно вращаются вокруг продольной оси вала. Как хорошо известно в этой области, один или оба из валов 372 могут быть силовыми, или если силовым является только один вал, то другой может быть приведен в движение посредством ремней, цепей, шестеренных приводов или других известных технологий использования силовых трансмиссий для придания соответствующих направления и скорости приводному ролику. Соответствующие диски 374, 376 смежных, предпочтительно параллельных валов 372 входят в зацепление друг с другом для создания «замешивающего», или «массирующего», действия в суспензии, что приводит к заделке волокон 368, которые ранее были осаждены на нее. Кроме того, тесное взаимодействие дисков 372, 374 с их зацеплением и вращением препятствует нарастанию суспензии 346 на дисках и фактически создает действие «самоочищения», которое существенно снижает простой производственной линии вследствие преждевременного отверждения комков суспензии.

Взаимодействие дисков 374, 376 на валу 372 посредством их зацепления включает в себя близкое смежное расположение противоположных периферий промежуточных дисков 376 с небольшим диаметром и основных дисков 374 с относительно большим диаметром, что также облегчает самоочистное действие. Когда диски 374, 376 вращаются относительно друг друга в непосредственной близости (но предпочтительно в одном и том же направлении), захват частиц суспензии в устройстве и их преждевременное отверждение затруднительны. Посредством создания двух групп дисков 374, которые смещены относительно друг друга в боковом направлении, суспензия 346 многократно будет подвержена действиям разрушения с обеспечением при этом «замешивающего» действия, которое заделывает волокна 368 в суспензию 346.

Как только волокна 368 заделаны или, другими словами, когда движущееся несущее полотно 326 проходит заделывающее устройство 370, первый слой 377 SCP панели будет завершен. В предпочтительном варианте высота или толщина первого слоя 377 приблизительно находится в диапазоне 0,05-0,2 дюйма. Как установлено, этот диапазон обеспечивает желаемые прочность и жесткость при объединении этого слоя с подобными слоями в SCP панели. Однако в зависимости от конкретного применения можно предполагать и другие толщины.

Для построения конструкционной панели желаемой толщины из цементирующих материалов необходимы дополнительные слои. Для операционного взаимодействия с подвижным несущим устройством 314 установлено второе устройство 378 для подачи суспензии, которое по существу идентично подающему устройству 344, при этом оно расположено таким образом, чтобы осаждать дополнительный слой 380 суспензии 346 на имеющийся слой 377.

Далее, установлен дополнительный измельчитель 382, фактически идентичный измельчителям 336 и 366, который находится в операционном взаимодействии с рамой 312 для осаждения третьего слоя волокон 384, обеспечиваемых посредством рейки (не показана), выполненной и расположенной относительно рамы 312 подобно рейке 331. Волокна 384 осаждают на слой 380 суспензии и заделывают посредством использования второго заделывающего устройства 386. Второе заделывающее устройство 386, подобное по конструкции и компоновке заделывающему устройству 370, устанавливают немного выше относительно подвижного несущего полотна 314, так что первый слой 377 не будет разрушен. Таким образом, создают второй слой 380 из суспензии и заделанных волокон.

Согласно фиг.21 для каждого последовательного слоя из отверждаемой суспензии и волокон на производственной линии 310 расположен дополнительный пост 344, 378, 402 подачи суспензии, за которым следуют измельчитель волокон 336, 366, 382, 404 и заделывающее устройство 370, 386, 406. В предпочтительном варианте для формирования SCP панели в итоге создают четыре слоя (см., например, панель 101 на фиг.29). При осаждении четырех слоев отверждаемой суспензии с заделанными волокнами, как описано выше, на раме 312 предпочтительно устанавливают формирующее устройство 394, чтобы придать форму верхней поверхности 396 панели. Такие формирующие устройства 394 известны в области создания осаждаемой суспензии/панели и обычно представляют собой нагружаемые пружиной или вибрационные плиты, которые согласуются с высотой и формой многослойной панели для соответствия желаемым характеристикам в отношении размеров.

Изготовленная панель имеет большое количество слоев (см., например, слои 23, 25, 27, 29 панели 21 на фиг.6), которые при отверждении формируют единую массу, усиленную волокнами. При условии, что наличие и расположение волокон в каждом слое контролируют и сохраняют в пределах определенных желаемых параметров, как раскрыто и описано ниже, расслаивание панели фактически невозможно.

На этой стадии слои суспензии начинают затвердевать и соответствующие панели отделяют друг от друга с помощью режущего устройства 398, которое в предпочтительном варианте представляет собой резак, действующий посредством струи воды. Для выполнения этой операции могут быть пригодны и другие режущие устройства при условии, что они могут создавать приемлемо острые кромки в композиции данной панели. Режущее устройство 398 расположено относительно производственной линии 310 и рамы 312 таким образом, что создаваемые панели будут иметь желаемую длину, которая может отличаться от того, что показано на фиг.21. Поскольку скорость полотна 314 несущего устройства относительно мала, режущее устройство 398 может быть установлено так, чтобы осуществлять резание перпендикулярно направлению перемещения полотна 314. В случае более высоких производственных скоростей такие режущие устройства, как известно, должны быть установлены на производственной линии 310 под углом к направлению движения полотна. После резания отделенные панели 321 укладывают в штабель для выполнения дальнейших манипуляций, упаковывания, хранения и/или транспортирования, что хорошо известно в этой области.

Было проведено исследование для выражения в количественном отношении влияния количества слоев из волокон и суспензии, объемной доли волокон в панели и толщины каждого слоя суспензии, а также диаметра прядей волокон на эффективность заделки волокон. При анализе были использованы следующие обозначения параметров:

νT - полный объем композита;

νs - полный объем суспензии в панели;

νf - полный объем волокон в панели;

νf,ℓ - полный объем волокна/слой;

νT,ℓ - полный объем композита/слой;

νs,ℓ - полный объем суспензии/слой;

N - общее количество слоев суспензии; общее количество слоев волокна;

Vf - общая объемная доля волокон панели;

df - эквивалентный диаметр отдельной пряди волокон;

lf - длина отдельной пряди волокон;

t - толщина панели;

t - общая толщина отдельного слоя, включающего в себя суспензию и волокна;

ts,ℓ - толщина отдельного слоя суспензии;

nf,|, nf1,|, nf2,| - общее количество волокон в слое с волокнами;

sPf,ℓ, sPf1,ℓ, sPf2,ℓ - общая проектная площадь поверхности волокон, находящихся в слое с волокнами;

SPf,ℓ, SPf1,ℓ, SPf2,ℓ - доля проектной площади поверхности волокон для слоя с волокнами.

Доля проектной площади поверхности волокон, S Pf,ℓ

Предположим, что панель состоит из равного количества слоев суспензии и волокон. Будем считать, что количество этих слоев равно N, а объемная доля волокон в панели равна Vf.

В итоге, доля проектной площади поверхности волокон, SPf,ℓ слоя с сетью волокон, осажденных поверх отдельного слоя из суспензии, будет определена следующей математической зависимостью:

где: Vf - общая объемная доля волокон панели, t - общая толщина панели, df - диаметр пряди волокна, N - общее количество слоев с волокнами и ts,ℓ толщина отдельного используемого слоя суспензии.

Соответственно для получения удовлетворительной заделки волокон целевая функция будет заключаться в сохранении доли площади поверхности волокон ниже определенной критичной величины. Характерно то, что посредством изменения одной или более переменных, имеющихся в уравнениях 8 и 10, может быть получена проектная доля площади поверхности волокон, позволяющая обеспечить удовлетворительную эффективность заделки волокон.

Указаны различные переменные, которые влияют на величину проектной доли площади поверхности волокон, при этом предложены подходы для получения величины «проектной доли площади поверхности волокон», позволяющей обеспечить удовлетворительную заделку волокон. Эти подходы предполагают изменение одной или более из следующих переменных для сохранения проектной доли площади поверхности волокон ниже критичного порогового значения: количества различных слоев из волокон и суспензии, толщины различных слоев из суспензии и диаметра пряди волокон.

На основе этой фундаментальной работы выявлены нижеуказанные предпочтительные величины проектной доли площади поверхности волокон, SPf,ℓ.

Предпочтительная проектная доля площади поверхности волокон, SPf,ℓ <0,65.

Наиболее предпочтительная проектная доля площади поверхности волокон, SPf,ℓ <0,45.

Для объемной доли Vf волокон конструкционной панели достижение вышеупомянутых предпочтительных величин проектной доли площади поверхности волокон возможно посредством обеспечения одной или более из следующих переменных: общего количества отдельных слоев из волокон, толщины отдельных слоев из суспензии и диаметра прядей волокон. В частности, далее указаны желаемые диапазоны этих переменных, которые приводят к получению предпочтительных величин проектной доли площади поверхности волокон.

Толщина отдельных слоев суспензии в многослойных SCP панелях, ts,ℓ

Предпочтительная толщина отдельных слоев суспензии, ts,ℓ ≤0,20 дюйма.

Более предпочтительная толщина отдельных слоев суспензии, ts,ℓ ≤0,12 дюйма.

Наиболее предпочтительная толщина отдельных слоев суспензии, ts,ℓ ≤0,08 дюйма.

Количество отдельных слоев волокон в многослойных SCP панелях, N

Предпочтительное количество отдельных слоев волокон, N ≥4

Наиболее предпочтительное количество отдельных слоев волокон, N ≥6

Диаметр пряди волокон, df

Предпочтительный диаметр пряди волокон, df ≥30 текс.

Наиболее предпочтительный диаметр пряди волокон, df ≥70 текс.

СВОЙСТВА

Система согласно настоящему изобретению с металлической рамой и SCP панелями предпочтительно обладает одним или более из свойств, перечисленных в Таблицах 2А-2D. Если не указано иначе, эти свойства относятся к SCP панели толщиной 1/2 дюйма (12,7 мм).

Возможность сдвига конструкции по горизонтали согласно Таблице 2D предполагает коэффициент надежности порядка 3.

Система, имеющая SCP панели толщиной 3/8-3/4 дюйма (9-19 мм), например 1/2 дюйма (12,5 мм), механически или посредством приклеивания поперечно связанные с металлическим каркасом, при испытаниях согласно ASTM E-72 обычно имеют номинальную возможность сдвига стены (также известную как номинальное сопротивление закрепления сдвигу) порядка 200-1200, либо 400-1200, либо 800-1200 фунтов на линейный фут.

Типичная панель толщиной 3/4 дюйма (19 мм) при способах испытания согласно ASTM 661 и АРА (Американской ассоциации изготовителей фанеры) S-1 при промежутке между центрами порядка 16 дюймов (406,4 мм) обладает предельной несущей способностью, составляющей более 550 фунтов (250 кг) при статической нагрузке, предельной несущей способностью более 400 фунтов (182 кг) при ударной нагрузке и имеет отклонение менее 0,078 дюйма (1,98 мм) при статической и ударной нагрузке порядка 200 фунтов (90,9 кг).

Обычно прочность на изгиб панели, имеющей плотность в сухом состоянии примерно от 65 фунтов/фут3 (1041 кг/м3) до 90 фунтов/фут3 (1442 кг/м3) или от 65 фунтов/фут3 (1041 кг/м3) до 95 фунтов/фут3 (1522 кг/м3), после вымачивания в воде в течение 48 часов составляет, по меньшей мере, 1000 фунтов/дюйм2 (7 МПа), например 1300 фунтов/дюйм2 (9 МПа), предпочтительно 1650 фунтов/дюйм2 (11,4 МПа), а более предпочтительно, по меньшей мере, 1700 фунтов/дюйм2 (11,7 МПа), если проводить измерения при испытаниях согласно ASTM C 947.

Обычно перегородка из SCP панели, обеспечивающая получение противопожарной стены или другой огнестойкой сборочной системы, имеет более высокую удельную жесткость, чем противопожарная стена или другая огнестойкая сборочная система из металлического каркаса и гипсовой стеновой панели. Кроме того, предлагаемая система обычно обеспечивает более высокую удельную жесткость, чем системы с противопожарной стеной из кладки.

Обычно несущая способность вертикальной разделительной перегородки системы не будет уменьшена более чем на 25%, а предпочтительно не будет уменьшена более чем на 20%, когда ее подвергают воздействию воды при испытаниях, в случае которых сохраняют напор воды порядка 2 дюймов по отношению к горизонтально ориентированным SCP панелям толщиной от 1/2 до 3/4 дюйма, закрепленным на металлической раме размером 10 футов на 20 футов, за период порядка 24 часов, после чего ориентацию панелей изменяют на вертикальную и проводят испытания для определения несущей способности перегородки в вертикальном положении.

Обычно система не будет поглощать более 0,7 фунта воды на квадратный фут, когда ее подвергают воздействию воды при испытаниях, при которых сохраняют напор воды порядка 2 дюймов по отношению к SCP панелям толщиной 3/4 дюйма, закрепленным на металлической раме размером 10 футов на 20 футов, за период порядка 24 часов.

Обычно вариант осуществления предлагаемой системы, содержащий перегородку из SCP панелей, ширина которых составляет 10 футов, длина 20 футов, а толщина 3/4 фута, прикрепленную к металлической раме размером 10 футов на 20 футов, не будет набухать более чем на 5% при воздействии напора воды в 2 дюйма, сохраняемого по отношению к SCP панелям, закрепленным на металлической раме, за период порядка 24 часов.

Обычно каждый компонент предлагаемой системы отвечает требованиям ASTM G-21, при этом система приблизительно достигает 1, и отвечает требованиям ASTM D-3273, при этом система приблизительно достигает 10. Кроме того, предлагаемая система обычно обеспечивает фактически нулевой рост бактерий в чистом состоянии. Помимо этого, предлагаемая система несъедобна для термитов.

Благодаря легкости и прочности такое сочетание в виде предлагаемой противопожарной стены или другой огнестойкой сборочной системы с перегородкой из SCP панелей толщиной 3/4 дюйма (19 мм) или 1/2 дюйма (13 мм) на металлической раме обеспечивает возможность эффективного использования объема при строительстве для заданной строительной площадки, так чтобы на заданной строительной площадке довести объем строительства до максимума. Легкость, свойственная этой системе, позволяет избежать статической нагрузки, присущей системе из каменной кладки. Меньшая статическая нагрузка обеспечивает возможность возведения конструкций с сопоставимыми размерами на менее устойчивой почве.

ПРИМЕРЫ

Был проведен эксперимент с испытаниями на стойкость к воздействию огня сопоставимых конструкционных обшивок в горизонтальной печи небольшого масштаба (SSHF). Были испытаны в виде части сборочных узлов размером 4 фута на 4 фута пять образцов, в том числе конструкционная панель из цементирующих материалов (SCP) с композицией согласно настоящему изобретению толщиной 1/2 дюйма (13 мм), панель VIROС толщиной 3/4 дюйма (19 мм), панель NOVATECH толщиной 1/2 дюйма (13 мм), панель из фанеры (сорта А-С) толщиной 15/32 дюйма (12 мм) и панель с ориентированными прядями (OSB) толщиной 31/64 дюйма (12 мм).

Каждый сборочный узел был выполнен из металлического каркаса с направляющими СR типоразмера 358,20 и стойками ST, отстоящими друг от друга по центру на 24 дюйма. Для каждого из пяти испытаний испытуемый материал был наложен на подвергаемую воздействию поверхность, а на не подвергаемую воздействию поверхность был наложен один слой стеновой панели USG's SHEETROCK толщиной 5/8 дюйма (16 мм) из SCX гипса типа FIRECODE. Материал поверхности, подвергаемой воздействию, был наложен перпендикулярно стойкам с соединением по протяжению узла в средней части. Для температурного сравнения сборочных узлов в обеих полостях с нижней стороны панели, подвергаемой воздействию, и на поверхности, не подвергаемой воздействию, были установлены термопары. Контроль температуры в печи был осуществлен согласно кривой зависимости температуры от времени по ASTM 119. Были проведены температурные измерения для получения окончательной оценки, а также поверхности, не подвергаемой воздействию, на протяжении испытаний. Проводившиеся наблюдения представляли собой оценку состояния поверхности, подверженной воздействию, в течение испытаний. Пределы температур для считывающих термопар согласно ASTM E119, которые были использованы в качестве пределов контроля, составляли 250°F (136°С) выше окружающей среды для усредненных величин и 325°F (183°C) для отдельных величин.

Цель испытаний заключалась в проведении относительного сравнения эксплуатационных свойств материала изделия при испытании на воздействие огня. Процедура не обеспечивает оценку предела огнестойкости системы.

Состав SCP панелей, который был использован при испытании в горизонтальной печи небольшого масштаба (Пример 1 и Пример 3), указан далее в Таблице 2Е.

Таблица 2Е
Смесь реакционных порошков
Ингредиент Весовая пропорция (%)
Портландцемент 29
Альфа полугидрат сульфата кальция (полуводный гипс) 58
Белая сажа 12
Известь 1
Цементирующая композиция SCP панели
Ингредиент Весовая пропорция (%)
Портландцемент 12,3
Альфа полугидрат сульфата кальция (полуводный гипс) 24,7
Белая сажа 5,1
Известь 0,4
Керамические микросферы 26,4
Суперпластификатор 1,9
Вода 21,9
Стекловолокна, стойкие к воздействию щелочи1 7,2
1Весовая пропорция соответствует 3,06% объемной доли в композите стекловолокон, стойких к воздействию щелочи. Длина стекловолокон, используемых при испытании в горизонтальной печи небольшого масштаба, составляет 40 мм.

Результаты испытаний пяти образцов приведены в Таблице 3. Как усредненные (А), так и отдельные (I) показания даны в минутах, когда в течение каждого испытания были превышены пределы температурных критериев. SCP панель имеет композицию панели согласно настоящему изобретению.

Таблица 3
Итоговые данные для примеров 1-5
Горизонтальная печь небольшого масштаба, пример № Определение образца Окончательная оценка
(минуты)
Поверхность, не подверженная воздействию (превышение предела, минуты) Состояние поверхности, подвергавшейся воздействию: конец испытания
1 SCP панель толщиной 1/2 дюйма (13 мм) 09:24 (А)
10:05 (I)
46:05 (A)
46:16 (I)
Не повреждена, низкая усадочная деформация
2 Панель VIROС толщиной 3/4 дюйма (19 мм) 19:16 (А)
21:52 (I)
48:42 (A)
47:49 (I)
Не повреждена, средняя усадочная деформация
3 Панель NOVATECH толщиной 1/2 дюйма (13 мм) 12:52 (A)
13:27 (I)
46:42 (A)
47:13 (I)
Расслаивание панели без отпадения
4 Панель из фанеры (сорт А-С) толщиной 15/32 дюйма (12 мм) 6:40 (A)
7:10 (I)
23:42 (A)
23:31 (I)
Панель отпала
5 Панель OSB (с ориентиро-ванными прядями) толщиной 31/64 дюйма (12 мм) 6:50 (A)
8:12 (I)
24:25 (A)
23:30 (I)
Панель отпала

Пример 1

Конструкция образца.

Размер 48 дюймов (122 см) на дюйма (124 см).

Стойки: 358 ST, 20 типоразмер; промежуток: 24 дюйма (61 см) между центрами.

Направляющие: 358 CR, 20 типоразмер; полость: пустая.

Покрытие: (сторона действия огня) один слой USG конструкционной цементной панели (SCP) толщиной 1/2 дюйма (13 мм); (сторона, не подверженная воздействию) один слой из панели SHEETROCK® FIRECODE® (тип Х) толщиной 5/8 дюйма (16 мм).

В Таблице 4 перечислены панели, примененные в этом примере в качестве испытуемых материалов. Панели были подвергнуты нагреванию так, как представлено в Таблице 5. Результаты наблюдений этого нагревания представлены в Таблице 6.

Таблица 4
Испытуемые материалы примера 1
SCP панель толщиной 1/2 дюйма (13 мм), 1/2 дюйма на 48 дюймов и на 96 дюймов (13 мм × 122 см × 244 см) Стеновая панель марки SHEETROCK®, 5/8 дюйма на 48 дюймов и на 120 дюймов (16 мм × 122 см × 305 см), тип С
Фунты/1000 квадратных футов 2736 2290
Средняя толщина панели, дюймы (мм) 0,528 (13,4) 0,620 (15,7)
Средняя плотность, фунт/кубический фут (г/см3) 62,128 (0,995) 44,332 (0,710)
Средний вес панели, фунты (кг) 22,46 (10,19) 37,13 (16,84)
Таблица 5
Сведения, касающиеся температуры в примере 1
Средняя Отдельная
Поверхность, не подвергаемая воздействию; ограничительный температурный критерий в градусах 79°F (29°C) окружающей среды 324°F (182°C) 399°F (229°C)
Поверхность, не подвергаемая воздействию; достижение температурных пределов 46:05 Термопара 4 при 46:16
Конечный параметр; ограничительный температурный критерий в градусах 79°F (29°C) окружающей среды 323°F (182°C) 398°F (229°C)
Конечный параметр; достижение температурных пределов 9:24 Термопара 8 при 10:05

Продолжительность испытания на воздействие огня: 70 минут 0 секунд.

Испытание завершено: отпадения панели не произошло.

Таблица 6
Наблюдения, касающиеся примера 1
Время
(мин:сек)
Давление печи Наблюдения
4:00 +0,10 Подвергаемая воздействию панель имеет весьма светлый желто-коричневый цвет.
12:00 +0,07 От поверхности, не подверженной воздействию, исходят весьма незначительные дым и пар.
18:00 +0,08 Максимальное раскрытие стыкового соединения приблизительно составляет 1/16 дюйма. Происходит большее выделение дыма и пара от поверхности, не подверженной воздействию.
22:00 +0,08 Происходит весьма сильное выделение дыма и пара от поверхности, не подверженной воздействию. Подверженная воздействию панель выглядит удовлетворительно и находится на своем месте.
30:00 +0,06 Максимальное раскрытие стыкового соединения приблизительно составляет 1/8 дюйма.
33:00 +0,08 Максимальный прогиб панели между стойками приблизительно составляет от 1/8 до 1/4 дюйма.
38:00 +0,07 От поверхности, не подверженной воздействию, исходят незначительные дым и пар.
41:00 +0,10 Максимальный прогиб панели между стойками приблизительно составляет от 1/8 до 1/4 дюйма.
48:00 +0,07 Максимальное раскрытие стыка приблизительно составляет от 3/16 до 1/4.
51:00 +0,08 Максимальный прогиб панели между стойками приблизительно составляет 1/2 дюйма.
53:00 +0,09 Можно слышать звук горения бумаги на поверхности, не подверженной воздействию.
63:00 +0,08 Максимальный прогиб панели между стойками приблизительно составляет от 1/2 до 5/8 дюйма.
70:00 Испытания завершены. Отпадения панели не произошло.

Пример 2

Конструкция образца.

Размер 48 дюймов (122 см) на дюйма (124 см).

Стойки: 358 ST, 20 типоразмер; промежуток: 24 дюйма (61 см) между центрами.

Направляющие: 358 CR, 20 типоразмер; полость: пустая.

Покрытие: (сторона действия огня) один слой из панели VIROС толщиной 3/4 дюйма; (сторона, не подверженная воздействию) один слой из панели SHEETROCK® FIRECODE (тип Х) толщиной 5/8 дюйма (16 мм).

В Таблице 7 перечислены панели, примененные в этом примере в качестве испытуемых материалов. Панели были подвергнуты нагреванию так, как представлено в Таблице 8. Результаты наблюдений этого нагревания представлены в Таблице 9.

Таблица 8
Сведения, касающиеся температуры в примере 2
Средняя Отдельная
Поверхность, не подвергаемая воздействию; ограничительный температурный критерий в градусах 73°F (26°C) окружающей среды 323°F (182°C) 398°F (229°C)
Поверхность, не подвергаемая воздействию; достижение температурных пределов 48:42 Термопара 4 при 47:49
Конечный параметр; ограничительный температурный критерий в градусах 79°F (29°C) окружающей среды 325°F (183°C) 400°F (230°C)
Конечный параметр; достижение температурных пределов 19:16 Термопара 8 при 21:52

Продолжительность испытаний на воздействие огня: 60 минут 0 секунд.

Испытания завершены: отпадения панели не произошло.

Таблица 9
Наблюдения, касающиеся примера 2
Время (мин:сек) Давление печи Наблюдения
2:30 +0,08 Стыковое соединение дымится и имеет темно-коричневый цвет. От поверхности, не подвергаемой воздействию, исходит дым.
6:00 +0,08 Панель, подвергаемая воздействию, обуглилась и имеет черный цвет. Максимальное раскрытие стыкового соединения приблизительно составляет 1/8 дюйма. Растрескивание панели по западному периметру рядом с центральной стойкой.
9:00 +0,08 Панель, подвергаемая воздействию, слегка воспламеняется по всей поверхности. Максимальное раскрытие стыкового соединения приблизительно составляет от 3/16 до 1/4 дюйма. Максимальный прогиб панели приблизительно составляет от 1/4 до 3/8 дюйма.
12:30 +0,08 Максимальный прогиб панели приблизительно составляет от 1/2 до 3/4 дюйма. Максимальное раскрытие стыкового соединения приблизительно составляет 1/2 дюйма с отслаиванием к огню. Поверхность все еще незначительно воспламенена.
18:00 +0,08 Панель все еще воспламенена по всей поверхности. От поверхности, не подвергаемой воздействию, исходят дым и пар.
19:30 +0,08 Максимальное раскрытие стыкового соединения приблизительно составляет 1 дюйм, при этом имеет место расслаивание. Максимальный прогиб панели приблизительно составляет 1,5 дюйма. Панель, подвергаемая воздействию, все еще воспламенена.
24:00 +0,08 Максимальное раскрытие стыкового соединения приблизительно составляет от 1,5 дюйма до 2 дюймов. Западная панель имеет трещину, проходящую по центру рядом со стойкой. Центральные винты панели вытянуты из центральной стойки.
29:00 +0,08 Максимальное раскрытие трещины в центре западной панели приблизительно составляет 1/2 дюйма. Максимальный прогиб панели приблизительно составляет от 2,5 до 3 дюймов; Панель все еще воспламенена. От поверхности, не подвергнутой воздействию, исходят дым и пар.
34:00 +0,07 Максимальный прогиб панели приблизительно составляет 4 дюйма. Восточная панель имеет трещину у центра вблизи стойки.
40:00 +0,08 Западная панель имеет прогиб к огню, максимальная величина которого приблизительно составляет 5/8 дюйма. Максимальное раскрытие трещины восточной панели приблизительно составляет 5/8 дюйма. Панель все еще воспламенена.
43:00 +0,08 Образец панели отслаивается к огню максимально на 5-6 дюймов. Вследствие отслаивания панели видна полость образца.
50:00 +0,0 Максимальный прогиб панели приблизительно составляет от 6 до 7 дюймов, и все еще происходит отслаивание в сторону огня. Максимальное раскрытие стыкового соединения приблизительно составляет 3 дюйма. Максимальные трещины центральной панели с восточной и западной стороны составляют 1,5 дюйма.
60:00 Испытания закончены. Отпадения панели не произошло.

Пример 3

Конструкция образца.

Размер 48 дюймов (122 см) на дюйма (124 см).

Стойки: 358 ST, 20 типоразмер; промежуток: 24 дюйма (61 см) между центрами.

Направляющие: 358 CR, 20 типоразмер; полость: пустая.

Покрытие: (сторона действия огня) один слой из панели Nova Tech толщиной 1/2 дюйма; (сторона, не подверженная воздействию) один слой из панели SHEETROCK® FIRECODE® (тип Х) толщиной 5/8 дюйма (16 мм).

В Таблице 10 перечислены панели, примененные в этом примере в качестве испытуемых материалов. Панели были подвергнуты нагреванию так, как представлено в Таблице 11. Результаты наблюдений этого нагревания представлены в Таблице 12.

Таблица 11
Сведения, касающиеся температуры в примере 3
Средняя Отдельная
Поверхность, не подвергаемая воздействию; ограничительный температурный критерий в градусах 74°F (26°C) окружающей среды 324°F (182°C) 399°F (229°С)
Поверхность, не подвергаемая воздействию; достижение температурных пределов 46:42 Термопара 2 при 47:13
Конечный параметр; ограничительный температурный критерий в градусах 76°F (27°C) окружающей среды 326°F (183°C) 401°F (231°C)
Конечный параметр; достижение температурных пределов 12:52 Термопара 8 при 13:27

Продолжительность испытаний на воздействие огня: 70 минут 0 секунд.

Испытания завершены: расслоение панели; отпадения панели не произошло.

Таблица 12
Наблюдения, касающиеся примера 3
Время (мин:сек) Давление печи Наблюдения
2:30 +0,07 В южной половине восточной панели, подвергаемой воздействию, произошло растрескивание и расслаивание, и она отпала. У холодного сопряжения на своем месте все еще остается приблизительно 1/4 толщины панели. На остающейся панели видны обнаженные стеклянные волокна.
8:00 +0,07 От поверхности, не подверженной воздействию, исходят незначительные дым и пар.
18:00 +0,08 От поверхности, не подверженной воздействию, исходит большее количество дыма и пара. Большее количество трещин панели вблизи от винтов центральной стойки.
24:00 +0,07 От поверхности, не подверженной воздействию, исходят значительные дым и пар. Максимальное раскрытие стыкового соединения приблизительно составляет от 3/16 до 1/4 дюйма. Северная угловая панель отслаивается к печи, при этом максимальная величина отслаивания приблизительно составляет 1/4 дюйма. Отпадение панели по толщине.
32:00 +0,07 От поверхности, не подверженной воздействию, исходит меньшее количество дыма и пара.
35:00 +0,07 Максимальное раскрытие стыкового соединения приблизительно составляет 3/8 дюйма.
37:00 +0,08 У угла северо-восточной панели произошло отпадение части панели толщиной 1/4 дюйма и размером 12 дюймов × 24 дюйма.
45:30 +0,08 От поверхности, не подверженной воздействию, исходит весьма незначительное количество дыма и пара. Максимальный прогиб панели, подверженной воздействию, приблизительно составляет от 1/2 до 5/8 дюйма.
53:00 +0,07 Максимальное раскрытие стыкового соединения приблизительно составляет от 3/8 до 1/2 дюйма.
57:00 +0,08 Не подверженная воздействию стеновая панель начинает приобретать коричневый цвет по месту стыкового соединения. От поверхности, не подверженной воздействию, исходят незначительные дым и пар.
61:00 +0,07 Максимальный прогиб панели приблизительно составляет от 1 до 1,5 дюйма.
63:00 +0,10 На южной части панели начинают образовываться волосовины.
65:00 +0,09 Максимальное раскрытие стыкового соединения составляет 1/2 дюйма.
67:00 +0,10 Происходит большее отслаивание наружной панели в ее северном участке. Полное расслаивание панели максимально составляет 15%.
70:00 Испытания закончены. Имеется некоторое расслаивание панели. Отпадения панели не произошло.

Пример 4

Конструкция образца.

Размер 48 дюймов (122 см) на дюйма (124 см).

Стойки: 358 ST, 20 типоразмер; промежуток: 24 дюйма (61 см) между центрами.

Направляющие: 358 CR, 20 типоразмер; полость: пустая.

Покрытие: (сторона действия огня) один слой панели из фанеры (А/С)толщиной 15/32 дюйма; (сторона, не подверженная воздействию) один слой из панели SHEETROCK® FIRECODE® (тип Х) толщиной 5/8 дюйма (16 мм).

В Таблице 13 перечислены панели, примененные в этом примере в качестве испытуемых материалов. Панели были подвергнуты нагреванию так, как представлено в Таблице 14. Результаты наблюдений этого нагревания представлены в Таблице 15.

Таблица 14
Сведения, касающиеся температуры в примере 4
Средняя Отдельная
Поверхность, не подвергаемая воздействию; ограничительный температурный критерий в градусах 73°F (26°C) окружающей среды 323°F (182°C) 398°F (229°C)
Поверхность, не подвергаемая воздействию; достижение температурных пределов 23:42 Термопара 3 при 23:31
Конечный параметр; ограничительный температурный критерий в градусах 76°F (27°C) окружающей среды 325°F (183°C) 400°F (230°C)
Конечный параметр; достижение температурных пределов 6:40 Термопара 7 при 7:10

Продолжительность испытаний на воздействие огня: 32 минуты 0 секунд.

Испытания завершены: отпадение панели.

Таблица 15
Наблюдения, касающиеся примера 4
Время (мин:сек) Давление печи Наблюдения
0:30 +0,06 Подверженные воздействию панели имеют черный цвет и обожженную обуглившуюся поверхность.
2:00 +0,04 От поверхности, не подверженной воздействию, исходит сильный дым.
4:00 +0,08 Подверженные воздействию панели воспламеняются. От поверхности, не подверженной воздействию, исходит весьма сильный дым.
6:00 +0,08 Максимальное раскрытие стыкового соединения приблизительно составляет 1/4 дюйма.
8:00 +0,08 Через смотровые отверстия печи можно видеть весьма сильное воспламенение. Образец не виден.
9:00 +0,07 Подверженная воздействию фанера толщиной 1/2 дюйма упала в печи. Теперь полость обнажена.
14:00 +0,08 От поверхности, не подверженной воздействию, все еще исходят весьма значительные дым и пар.
19:00 +0,08 Со стороны обнажившейся полости подверженной воздействию стеновой панели имеется находящееся в дымке растрескивание в виде волосовин.
28:00 +0,07 От поверхности, не подверженной воздействию, исходит меньшее количество дыма и пара. Стеновая панель со стороны, не подверженной воздействию, теперь имеет коричневый цвет.
32:00 Испытания завершены. Панель отпала.

Пример 5

Конструкция образца.

Размер 48 дюймов (122 см) на дюйма (124 см).

Стойки: 358 ST, 20 типоразмер; промежуток: 24 дюйма (61 см) между центрами.

Направляющие: 358 CR, 20 типоразмер; полость: пустая.

Покрытие: (сторона действия огня) один слой из панели с ориентированными прядями (OSB) толщиной 31/64 дюйма; (сторона, не являющаяся наружной) один слой из панели SHEETROCK® FIRECODE® (тип Х) толщиной 5/8 дюйма (16 мм).

В Таблице 16 перечислены панели, примененные в этом примере в качестве испытуемых материалов. Панели были подвергнуты нагреванию так, как представлено в Таблице 17. Результаты наблюдений этого нагревания представлены в Таблице 18.

Таблица 17
Сведения, касающиеся температуры в примере 5
Средняя Отдельная
Поверхность, не подверженная воздействию; ограничительный температурный критерий в градусах 77°F (28°C) окружающей среды 327°F (184°C) 402°F (231°C)
Поверхность, не подверженная воздействию; достижение температурных пределов 24:25 Термопара 3 при 23:30
Конечный параметр; ограничительный температурный критерий в градусах 80°F (30°C) окружающей среды 330°F (186°C) 405°F (233°C)
Конечный параметр; достижение температурных пределов 6:50 Термопара 8 при 8:12

Продолжительность испытаний на воздействие огня: 32 минуты 0 секунд.

Испытания завершены: отпадение панели.

Таблица 18
Наблюдения, касающиеся примера 5
Время (мин:сек) Давление печи Наблюдения
1:00 +0,02 Подверженная воздействию панель дымится и имеет черный цвет.
1:30 +0,08 Сильный дым, исходящий от поверхности, не подверженной воздействию.
3:00 +0,07 Вся панель воспламенена. Поверхность твердая.
5:00 +0,08 Максимальное раскрытие стыкового соединения приблизительно составляет от 1/8 до 1/4 дюйма.
6:00 +0,08 От поверхности, не подверженной воздействию, исходит весьма сильный дым.
8:00 +0,15 Максимальный прогиб панели приблизительно составляет 1 дюйм. Воспламенение все еще происходит.
9:30 +0,08 Подверженная воздействию панель отпала. Остальные периметрические панели все еще воспламенены. Из обнажившейся полости видна стеновая панель.
15:00 +0,07 От панели, не подверженной воздействию, все еще интенсивно исходят дым и пар.
19:00 +0,08 Вдоль центральной стойки на поверхности, не подверженной воздействию, проходит трещина панели.
23:00 +0,07 У поверхности, не подверженной воздействию, дым и пар начинают уменьшаться.
25:00 +0,08 Максимальная трещина панели, не подверженной воздействию, проходящая по длине стойки, приблизительно составляет 1/8 дюйма.
29:00 +0,07 Если смотреть со стороны обнажившейся полости, то на стеновой панели видны находящиеся в дымке трещины в виде волосовин.
31:00 +0,07 Теперь поверхность стеновой панели, не подверженной воздействию, имеет темно-коричневый цвет. От поверхности, не подверженной воздействию, исходят незначительные дым и пар.
32:00 Испытания закончены. Панель отпала.

Пример 6

Этот пример определяет прочность в горизонтальном направлении одиночной перегородки пола, выполненной так, как разъяснено ниже, используя в качестве прототипа SCP панель толщиной 3/4 дюйма, согласно испытаниям статической нагрузкой конструкции рамной перегородки для пола или крыши зданий по способу одиночной балки в соответствии с ASTM E 455-98.

Материалы испытуемого образца.

А. Материалы перегородки пола.

Прототипом является SCP панель толщиной 3/4 дюйма - конструкционная цементная панель согласно настоящему изобретению, усиленная прядями из стекловолокна. Вдоль размера 8' листов размером 4' × 8' расположены V-образная канавка и гребень. Состав, используемый в примерах с SCP панелью для испытания перегородки пола, перечислен в Таблице 18А.

Таблица 18А
Смесь реакционных порошков
Ингредиент Весовая пропорция (%)
Портландцемент 29
Альфа полугидрат сульфата кальция (полуводный гипс) 58
Белая сажа 12
Известь 1
Композиция цементирующих материалов SCP панели
Ингредиент Весовая пропорция (%)
Портландцемент 12,2
Альфа полугидрат сульфата кальция (полуводный гипс) 24,4
Белая сажа 5,1
Известь 0,4
Керамические микросферы 27,4
Суперпластификатор 1,9
Вода 24,2
Стеклянные волокна, стойкие к воздействию щелочи1 4,4
1Весовая пропорция соответствует 1,8% объемной доли в композиции стеклянных волокон, стойких к воздействию щелочи. Длина стеклянных волокон, используемых при испытаниях перекрытия пола, составляет 36 мм.

Крепежные детали представляют собой винты BUGLE HEAD GRABBER SUPER DRIVEТМ типоразмера 8-18 длиной дюйма, при этом вдоль периметра расстояние между их центрами составляет 6 дюймов, а на поле панели 12 дюймов. Все крепежные детали расположены минимально на 3/4 дюйма от краев панели и на 1/2 дюйма от швов. У углов панели крепежные детали вставлены на расстоянии 2 дюйма.

На все стыковые соединения и на соединения, состоящие из канавки и гребня, было нанесено клейкое вещество - полиуретановая пена ENERFOAM SF, изготавливаемая Flexible Products Company, Канада. Перед установкой на место на донную часть канавки был нанесен один (1) валик размером 3/8 дюйма. У стыкового соединения был оставлен зазор размером 3/8 дюйма для возможности расположения в зазоре одного (1) валика размером 3/8 дюйма из клейкого вещества перед совместным скольжением деталей соединения.

В. Каркас пола.

На фиг.8 представлен собранный металлический, например стальной, каркас пола. Он включает в себя нижеуказанные детали.

Поперечные балки 150 Trade ReadyТМ 16 типоразмера 10 дюймов глубиной и 10 футов длиной, изготавливаемые Dietrich Industries. На балках было проставлено клеймо Dietrich TDW5 W 10IN × L 10 FT 28324013 16 GAUGE G60 50KSI.

Продольную краевую направляющую 152 16 типоразмера глубиной дюйма и длиной 16 футов, изготавливаемую Dietrich Industries, с предварительно изогнутыми местами крепления балок, отстоящими друг от друга по центру на 24 дюйма. На направляющей было проставлено клеймо Dietrich TD 16 W 9 1/4IN × 16FT 28323858 16 GAUGE 3RD FI.

На каждой из поперечных концевых балок 156 расположены стальные уголки 154 (фиг.10) толщиной 0,125 дюйма и размером 2 дюйма × 2 дюйма, отстоящие начиная с несущей стороны и проходящие до 3 дюймов от уголка нагрузочной стороны, при этом их крепят к соответствующим концевым поперечным балкам посредством винтов DRIVAL 10 типоразмера в 1 дюйм на расстоянии 6 дюймов между центрами.

Крепежные детали: винты DRIVALL типоразмера 10-16 длиной 3/4 дюйма с шестиугольной головкой для крепления каркаса и самосверлящие винты типоразмера 10-16 длиной 3/4 дюйма с головкой в виде вафельной пластины для крепления к раме с промежутком по центрам 6 дюймов вокруг наиболее удаленного края и по обеим сторонам стыковых соединений.

Конструкция испытуемого образца

Один (1) испытуемый образец был сконструирован так, чтобы он имел общий размер 10'-0” × 20'-0”. На фиг.8 представлен вид в перспективе металлической рамы.

На фиг.9 представлен увеличенный вид части рамы согласно фиг.8.

На фиг.10 представлен увеличенный вид части АА рамы, показанной на фиг.8.

На фиг.11 представлен вид сверху прикрепленных к металлической раме SCP панелей 120 (с размерами панелей), изготовленных таким образом, чтобы они имели края с гребнем и канавкой (не показано) подобно тому, что показано на фиг.6А.

На фиг. 12, 13, 14, и 15 представлены увеличенные виды соответствующих частей BB, CC, DD и ЕЕ пола согласно фиг.11.

А. Балки были прикреплены к продольной краевой направляющей, используя три (3) винта Drivall типоразмера 10-16 длиной 3/4 дюйма с шестиугольной головкой, с боковой стороны балки через предварительно изогнутое ушко, и один (1) самосверлящий винт типоразмера 10-16 длиной 3/4 дюйма с головкой в виде вафельной пластины, ввинчиваемый в балку через верхнюю часть краевой направляющей с каждого конца. Стальные уголки 151 толщиной 0,078 дюйма и размером дюйма × 4 дюйма, длина которых составляла 5 дюймов, были прикреплены к соответствующей балке с промежутком между центрами в 1 дюйм посредством винтов DRIVALL длиной 3/4 дюйма и посредством одного винта DRIVALL длиной 3/4 дюйма к краевой направляющей.

В. Блокировочный элемент KATZ 158 размером дюйма × дюйма × дюйма с ушком длиной 2 дюйма × дюйма с каждого конца был прикреплен к донной части балок по центральной линии пола. Блокировочный элемент 158 был прикреплен посредством использования (1) винта Drivall типоразмера 10-16 длиной 3/4 дюйма, проходящего через конец каждого блокировочного элемента 158 Katz. В частности, блокировочный элемент 158 Katz был установлен между поперечными соединениями 50 посредством расположения в шахматном порядке с каждой стороны от центра и крепления посредством одного винта DRIVALL типоразмера 10-16 длиной 3/4 дюйма на ушко.

С. В двух местах к краевой направляющей 152 был добавлен дополнительный горизонтальный блокировочный элемент, чтобы упрочнить направляющую 152 для выдерживания сосредоточенной нагрузки. А именно, блокировочный элемент 157 размером 24 дюйма для удерживания нагрузки был установлен вдоль продольной краевой направляющей между рядом поперечных балок 150. Блокировочный элемент 159 длиной 20 дюймов был закреплен между каждой поперечной концевой балкой и соответствующей предпоследней поперечной концевой балкой, в общем, вдоль продольной оси рамы посредством четырех винтов DRIVALL типоразмера 10-16 длиной 3/4 дюйма с каждого конца.

D. После того как была подготовлена прямоугольная рама, к ней так, как показано на фиг.11, был прикреплен опытный образец SCP панели. Опытный образец SCP панели был прикреплен с промежутками между центрами 6 дюймов по периметру, на 2 дюйма от углов и с промежутками между центрами 12 дюймов на поле панели посредством винтов GRABBER SUPER DRIVEТМ типоразмера 8-18 длиной дюйма с головкой Bugle (крыльчатые самосверлящие винты 162). Было обращено внимание на то, чтобы крепежные детали были расположены заподлицо с поверхностью опытного образца SCP панели либо немного ниже нее и не были сорваны в стальной раме. В местах нахождения стыковых соединений и гребней с канавками на соединение был нанесен валик из клейкого вещества ENERFOAM SF в виде полиуретановой пены, изготавливаемого Flexible Product Company, Саnada, Inc.

Е. Затем к концевым балкам заподлицо с донной частью балок был прикреплен стальной уголок размером 1/8 дюйма × 2 дюйма × 2 дюйма, чтобы довести до минимума смятие соединений в местах восприятия нагрузки и представлять собой верхний пластинчатый элемент. Дополнительный уголок длиной 6 дюймов был прикреплен у опорной стороны концевых балок заподлицо с верхней частью балки также для того, чтобы довести до минимума смятие.

F. Испытуемый образец был оставлен минимум на 36 часов для возможности затвердевания клеящего вещества.

G. На фиг.16 представлен испытуемый образец 81, выполненный из рамы 160 согласно фиг.8 с прикрепленным полом 120 согласно фиг.11, удерживаемый посредством роликовых устройств 70 с расстоянием между центрами 2 фута по периметру образца 160 на бетонном полу 98 (фиг.17).

На фиг.17 представлен увеличенный вид части FF, указанной на фиг.16. По обоим концам испытуемого образца 81 была установлена несущая опора 74, 84. С противоположной стороны от испытуемого образца 81 были расположены три (3) нагрузочных цилиндра 80. Нагрузка от цилиндров была приложена через стальные балки к шести (6) опорным блокам размером 18 дюймов, чтобы равномерно прилагать нагрузку к испытуемому образцу 81 пола. Пять (5) индикаторов с круговой шкалой были расположены вдоль опорной стороны испытуемого образца 81 для измерения отклонений. На фиг.17 представлен держатель 92, обеспеченный распорными деталями 90. Зазор 96 составляет примерно 1/8 дюйма, а размер нагрузочного блока составляет 18 дюймов. Держатель 92 закреплен в цементе 98. На другом конце испытуемого образца 81 обеспечен другой держатель 82. Держатель 92 опирается на непустотелые ролики 72.

Испытательное оборудование

А. Три (3) гидравлических ручных насоса ENERPAC, модель P-39.

В. Три (3) гидравлических цилиндра ENERPAC, модель RC-1010.

С. Пять индикаторов с круглой шкалой: перемещение 2 дюйма с приращениями 0,001 дюйма.

D. Три (3) цифровых измерительных прибора Omega.

E. Три (3) преобразователя давления Omega.

F. Три (3) I-образных балки в 6 футов.

G. Пять (5) жестких опор, прикрепленных болтами к полу.

Порядок выполнения

А. Нагрузки были созданы посредством использования трех (3) гидравлических цилиндров диаметром 1,5 дюйма с ходом 10 дюймов, по одному для каждого места приложения нагрузки. Прилагаемые силы были измерены посредством трех (3) цифровых измерительных приборов и преобразователей давления. Была обеспечена постоянная запись прилагаемых сил на прикрепленных формах для записи данных.

В. Посредством приложения гидравлического давления были созданы нагрузки для получения механической силы, пока требуемая нагрузка не была указана на цифровом измерительном приборе.

С. Весь пол в сборе был нагружен с приращениями порядка 700 фунтов. Каждая нагрузка была выдержана в течение 1 минуты, перед тем как были сделаны записи отклонений. После того как было записано отклонение при 14000 фунтах, сборочный узел был нагружен со скоростью приблизительно 2800 фунтов в минуту, пока не произошло разрушение.

На фиг.19 представлена фотография пола из SCP панели и металлической рамы, установленного на испытательное устройство согласно фиг.16, при проектной нагрузке.

На фиг.20 представлена фотография пола из SCP панели и металлической рамы, установленного на испытательное устройство согласно фиг.16, при разрушении.

Результаты испытаний

В Таблице 19 представлены результаты испытаний перекрытия пола при прилагаемых нагрузках для описанного выше всего пола в сборе. Пол имеет ширину порядка 120 дюймов.

При использовании коэффициента надежности порядка 3,0 были получены нижеуказанные величины.

Предельная нагрузка = 14618,5 фунтов/10,0 футов = 1461,8 PLF (фунтов на линейный фут).

Проектное сдвигающее усилие = 1461,8/коэффициент надежности 3,0 = 487,2 фунтов на линейный фут.

Проектное сдвигающее усилие вычисляют посредством деления предельной нагрузки на коэффициент надежности, равный 3.

В Таблице 20 представлены получаемые отклонения, возникающие при приложении к полу нагрузки. На фиг.18 представлено графическое изображение данных согласно Таблице 20. На фиг.18 представлена экспериментальная зависимость полученных данных отклонений от нагрузки при испытаниях перекрытия пола, используя конструкционную цементную панель (SCP) толщиной 3/4 дюйма с применением устройства для испытаний перекрытия пола, которое показано на фиг.16.

В Таблице 21 представлено среднее отклонение смятия в точках восприятия нагрузки при приложении нагрузки к испытуемому образцу пола.

На основе данных, полученных для этого отдельного испытуемого образца, проектное сдвигающее усилие порядка 487,2 PLF (фунтов на линейный фут) может быть достигнуто для описанного выше отдельного образца перекрытия пола, сконструированного так, как указано.

Таблица 19
Испытание перекрытия пола. Ширина пола 120 дюймов. Проектная нагрузка 420 фунтов на линейный фут (расчетная)
Нагрузки при испытании пола
Приращение нагрузки Полная нагрузка перекрытия (фунты) Нагрузка №1 (фунты) Нагрузка №2 (фунты) Нагрузка №3 (фунты)
Нагрузка отсутствует 0 0 0 0
1 700 233 233 233
2 1400 467 467 467
3 2100 700 700 700
4 2800 933 933 933
5 3500 1167 1167 1167
6 4200 1400 1400 1400
7 4900 1633 1633 1633
8 5600 1867 1867 1867
9 6300 2100 2100 2100
10 7000 2333 2333 2333
11 7700 2567 2567 2567
Проектная нагрузка 8400 2800 2800 2800
13 9100 3033 3033 3033
14 9800 3267 3267 3267
15 10500 3500 3500 3500
16 11200 3733 3733 3733
17 11900 3967 3967 3967
18 14000 4667 4667 4667
Предельная нагрузка 29237 9717 9750 9750
Проектная нагрузка 487,3 фунта на линейный фут

Пример 7

Этот пример определяет эффект воздействия воды на прочность горизонтального перекрытия в виде сборки, в которой используют SCP панель толщиной 3/4 дюйма, посредством испытания рамной конструкции перекрытия пола или крыши статической нагрузкой согласно ASTM Е455-98 по способу одиночной балки.

Материалы испытуемого образца

А. Материалы перекрытия пола

SCP панель толщиной 3/4 дюйма, усиленная прядями стекловолокон. По размеру, составляющему 8 футов листов размером 4 фута × 8 футов, расположены V-образная канавка и гребень;

Используемые крепежные детали включают в себя винты GRABBER SUPER DRIVE типоразмера 8-18 длиной дюйма с головкой Bugle, пригодные для GRABBER Construction Products, отстоящие друг от друга по центру вдоль периметра на 6 дюймов и на 12 дюймов по полю панелей. Все крепежные детали были расположены минимально на 3/4 дюйма от краев панели и на 1/2 дюйма от швов. У углов панели крепежные детали были установлены на расстоянии 2 дюйма. В отношении места расположения крепежных деталей см. фиг.11.

В. Каркас пола

Балки, включая краевые направляющие 16 типоразмера 8 дюймов глубиной × 10 футов, изготавливаемые Dietrich Industries.

Конструкция испытуемого образца

Были выполнены четыре (4) образца с общим размером 10 футов 0 дюймов на 20 футов 0 дюймов, которые представляли собой испытуемый образец, описанный выше в примере 6. На фиг.8 представлен вид металлической рамы в перспективе.

После подготовки прямоугольной рамы используемая в качестве опытного образца SCP панель была закреплена так, как показано на фиг.11. Опытный образец SCP панели был закреплен посредством винтов Grabber Super Drive типоразмера 8-18 длиной дюйма (крыльчатые самосверлящие винты 162) с расстоянием между центрами 6 дюймов по периметру, на 2 дюйма от углов и с расстоянием между центрами 12 дюймов по полю панели. Было обращено внимание на то, чтобы крепежные детали были установлены заподлицо с поверхностью SCP панели, взятой в качестве образца, или немного ниже ее поверхности, а также не были сорваны в стальной раме. В противоположность испытуемому образцу согласно примеру 6 у стыковых соединений и у мест расположения канавки и гребня не были нанесены валики клейкого вещества размером 3/4 дюйма из полиуретановой пены ENTERFOAM SF, изготавливаемой Flexible Products Company of Canada Inc.

Испытательное оборудование

А. Четыре (4) гидравлических ручных насоса ENERPAC, модель Р-39.

В. Четыре (4) гидравлических цилиндра ENERPAC, модель RC-1010.

С. Пять (5) циферблатных индикаторов перемещения в 2 дюйма с приращением 0,001.

D. Четыре (4) циферблатных индикаторов OMEGA.

E. Четыре (4) преобразователей давления OMEGA.

F. Четыре I-образных балки в 6 футов.

G. Шесть (6) жестких опор, прикрепленных болтами к полу.

Порядок выполнения

А. Два из испытуемых узлов были испытаны в «полученном» или сухом состоянии, а два образца были после этого испытаны при напоре воды 1 дюйм в течение 24 часов.

В. Нагрузки были созданы посредством использования четырех (4) гидравлических цилиндров диаметром дюйма, по одному в каждой точке приложения нагрузки. Прилагаемые силы были измерены посредством четырех (4) тарированных цифровых измерителей и преобразователей давления. Постоянная запись прилагаемых сил была выполнена на прикрепленных формах для записи данных.

С. Были созданы нагрузки посредством приложения гидравлического давления для получения механической силы, пока на цифровых измерителях не была указана требуемая нагрузка.

D. Весь пол в сборе был нагружен с приращением порядка 700 фунтов. Каждая нагрузка была сохранена в течение 1 минуты перед выполнением считывания отклонения. После того как было считано отклонение при 14000 фунтах, было выполнено нагружение сборочного узла со скоростью приблизительно 2800 фунтов в минуту до тех пор, пока не произошло разрушение.

Результаты испытания

В Таблицах 22-38, а также на фиг.24 и 25 представлены результаты испытаний перекрытия пола при приложении нагрузок к описанному выше всему полу в сборе. Ширина пола составляет 120 дюймов. На фиг.24 представлены данные испытания 1 в сухом состоянии и испытания 2 в сухом состоянии. На фиг.25 представлены данные испытания 1 во влажном состоянии и испытания 2 во влажном состоянии.

При использовании коэффициента надежности порядка 3,0 были получены указанные далее величины.

Средняя предельная нагрузка сухих образцов = 15908,2 фунта/10 футов = 1590,8 PLF (фунтов на линейный фут).

Проектное сдвигающее усилие сухих образцов = 1590,8 фунтов на линейный фут/коэффициент надежности 3,0 = 530,2 фунтов на линейный фут.

Средняя предельная нагрузка влажных образцов = 14544,5 фунта/ 10 футов = 1454,4 фунта на линейный фут.

Проектное сдвигающее усилие влажных образцов = 1454,4 фунта на линейный фут/коэффициент надежности 3,0 = 484,8 фунта на линейный фут.

Представленные результаты указывают на сохранение приблизительно 91% прочности перекрытия после непрерывного воздействия на него воды за период порядка 24 часов.

Пример 8

Для определения сопротивления сдвигу и жесткости при сдвиге перекрытия пола в сборе с использованием стального каркаса и SCP покрытия на десяти (10) образцах были проведены испытания согласно способу испытаний консоли для стальных перекрытий, сформированных в холодном состоянии, по AISI (Американский институт чугуна и стали) TS-7-02. Эти данные могут служить показателем характеристики сдвига, например, разделительной стены.

На фиг.24 представлен каркас 400 для пола, используемый при проведении испытаний согласно AISI TS-7.

Материалы перекрытия пола

Опытный образец представляет собой SCP панель толщиной 3/4 дюйма - конструкционную цементную панель, усиленную прядями стекловолокон. Вдоль размера, составляющего 8 футов листа размером 4 фута на 8 футов, расположены V-образная канавка и гребень.

Фанера толщиной 3/4 дюйма - 23/32 GP Plus c гребнем и канавкой (быстрая установка). Sturd-I-FloorТМ, Exposure 1, опорная поверхность PS1-95, отшлифованная лицевая поверхность, PRP-108, по классификации APA (Американской Ассоциации изготовителей фанеры), при этом ее изготовителем является Georgia Pacific Corporation.

Крепежные детали - крыльчатые винты Grabber Super Drive TM (Lox drive) типоразмера 8-18 длиной дюйма с головкой Bugle, изделие № CHS8158JBW, с расстоянием по центрам 4 дюйма, 6 дюймов и 12 дюймов вдоль периметра и 12 дюймов по центрам в поле панели. Все крепежные детали были расположены минимально на 3/4 дюйма от краев панели и на 1/2 дюйма от швов. По углам панели крепежные детали были установлены на расстоянии 2 дюйма.

Клеящее вещество - PL Polyuretane Premium Construction Adhesive, изготавливаемое OSI Sealant. На все элементы каркаса были нанесены валики клеящего вещества размером 1/4 дюйма, причем у стыковых соединений панели были нанесены двойные валики. Перед приложением какой-либо нагрузки было обеспечено время отверждения порядка 24 часов.

Каркас пола

Балки Trade ReadyТМ Joists 16 типоразмера глубиной 10 дюймов и длиной 10 футов, изготавливаемые Dietrich Industries. На балках было проставлено клеймо Dietrich TDJ5 W 9-1/4IN x L 11 FT 10-1/2IN 14453223 16 GAUGE G60 50KSI. Средний предел текучести, полученный при испытаниях, составил 51,0 к/дюйм2.

Краевая направляющая - 16 типоразмера глубиной дюйма и длиной 16 футов с предварительно изогнутыми крепежными местами балки, отстоящими друг от друга по центру на 24 дюйма. На направляющей было проставлено клеймо Dietrich D16 W9-1/4IN × L 16FT 14453203 16 GAUGE G60. Средний предел текучести, полученный при испытаниях, составил 62,7 к/дюйм2. Крепежные детали - винты Drivall типоразмера 10-16 длиной 3/4 дюйма.

Строение испытуемого образца

Было сооружено десять (10) испытуемых образцов с общим размером 11 футов × 11 дюймов × 12 футов 0 дюймов. Краевая направляющая имела предварительно изогнутые ушки, промежуток между центрами которых составлял 16 дюймов, при этом с промежутком между центрами, составлявшим 24 дюйма, были приварены крепежные уголки.

Балки были прикреплены к направляющей посредством использования трех (3) винтов Drivall типоразмера 10-16 длиной 3/4 дюйма с шестигранной головкой, проходивших в боковую сторону балки через предварительно изогнутое ушко. К стороне растяжения полы была прикреплена связь Simpson Strong-Tie Holdown Part № S/HD15 посредством использования самосверлящих винтов 48-10 длиной 3/4 дюйма с шестигранной головкой. К работающей на сжатие балке была прикреплена стойка дюйма × 16 дюймов длине 12 типоразмера посредством использования 14 самосверлящих винтов 10 типоразмера длиной 3/4 дюйма с шестигранной головкой. Она была добавлена в качестве элемента жесткости, чтобы избежать разрушения концевой балки до разрушения перекрытия. После получения прямоугольной рамы к ней был прикреплен опытный образец SCP панели или фанерной панели. Покрытие пола было прикреплено с расстояниями межу центрами мест крепления 4 дюйма, 6 дюймов или 12 дюймов по периметру, на расстоянии 2 дюйма от углов и с расстоянием между центрами 12 дюймов по полю посредством винтов Grabber Super DriveТМ типоразмера 8-18 длиной дюйма с головкой Bugle. Было обращено внимание на расположение крепежных деталей заподлицо или несколько ниже поверхности покрытия пола и так, чтобы они не были сорваны в раме. См. прилагаемые фиг.6-11 с показанными деталями. Для испытуемых образцов с использованием клеящего вещества было обеспечено застывание минимально в течение 24 часов для осуществления рекомендуемого отверждения клеящего вещества.

На фиг.25 представлен один из полов 420 с SCP панелями, который был использован при проведении испытаний согласно AISI (Американский институт чугуна и стали) TS-7 c размещением клеящего вещества. Панели 422 представляли собой SCP панели толщиной 0,670-0,705 дюйма. Вид ЕЕ показывает смещение панелей у соединения. Вид FF показывает V-образное соединение из гребня и канавки размером 1/2 дюйма. Вид GG показывает угол. Вид НН показывает место, где сходятся три панели. Вид II показывает угол.

Подготовка испытания

На фиг.26 представлено испытательное устройство 450, которое было использовано при испытаниях согласно AISI TS-7. Испытательное устройство 450 содержит две длинных нагрузочных балки 454 размером 8 дюймов на 72 дюйма. Испытуемый образец 452 размещают на роликах 458 размером в 1 дюйм, при этом под роликами 458 устанавливают стальную плиту 460. Кроме того, обеспечены жесткая опора 466 и испытательная оснастка 456, а также оснастка в виде I-образной балки. Гидравлический цилиндр 462 прилагает давление к испытуемому образцу 452.

Испытуемый образец был расположен в испытательной оснастке так, что одна из краевых направляющих была установлена заподлицо с верхней частью С-образного канала в 10 дюймов - 30 фунтов/фут. После этого краевая направляющая была прикреплена к С-образному каналу посредством использования винтов типоразмера 12-24, Т5 с шестиугольной головкой, при этом расстояние между их центрами составляло 12 дюймов. Затем к другой краевой направляющей были прикреплены две (2) длинных I-образных балки размером 8 дюймов на 72 дюйма заподлицо с верхней частью, используя самосверлящие винты 10 типоразмера длиной 3/4 дюйма. Крепежные детали были расположены с расстоянием 6 дюймов между их центрами на поочередных сторонах фланца I-образной балки. Кроме того, I-образные балки были прикреплены друг к другу болтами. Гидравлический цилиндр был расположен на реакционной балке по линии с I-образными балками.

Сквозь связь Simpson Holdown был установлен стержень диаметром 1 дюйм с нарезанной резьбой. К соединительным гайкам на стержне с резьбовой нарезкой не был приложен какой-то определенный момент силы. Краевая направляющая со стороны действия нагрузки была расположена на двойных группах роликов, отстоящих друг от друга на 48 дюймов. Чтобы предотвратить подъем, поверх покрытия со стороны сжатия было помещено удерживающее средство. Два (2) ролика диаметром 1 дюйм были помещены между трубой, служащей удерживающим средством, и стальной плитой на покрытии пола.

Четыре (4) преобразователя давления были расположены на перекрытии пола в сборе в следующих местах:

1 - по линии с балкой, работающей на растяжение;

2 - по линии с неподвижной закрепленной краевой направляющей;

3 - по линии с нагруженной краевой направляющей на крепежном уголке;

4 - по линии с балкой, работающей на сжатие.

Линейные преобразователи и преобразователь гидравлического давления были подсоединены к системе получения данных.

Испытательное оборудование

Один (1) гидравлический ручной насос ENERPAC, модель Р-39.

Три (3) гидравлических цилиндра ENERPAC, модель RC-1010.

Четыре (4) линейных преобразователя.

Пять (5) жестких опор, прикрепленных болтами к полу.

Один (1) жесткий канал С10 × 30, прикрепленный болтами к трем (3) опорам.

Один (1) цифровой измеритель Omega.

Один (1) преобразователь давления Omega.

Две (2) I-образных балки в 6 футов.

Порядок выполнения

Нагрузки в месте их приложения были созданы посредством использования гидравлического цилиндра. Прилагаемые силы были измерены посредством оборудования для получения данных и преобразователя давления. На прикрепленных формах для регистрации данных была обеспечена постоянная запись прилагаемых сил. Нагрузки были созданы посредством приложения гидравлического давления для обеспечения механического усилия, пока на цифровом измерительном приборе не была указана требуемая нагрузка. Весь пол в сборе был нагружен с постоянной интенсивностью до тех пор, пока не был получен эффект от воздействия нагрузки.

Результаты испытаний

В Таблице 37 приведены результаты испытаний.

На фиг.27-29 представлена зависимость смещения от нагрузки в фунтах, которая использована для получения величин, представленных в Таблице 37. В частности, на фиг.27 представлены данные испытания консольного перекрытия пола согласно AISI TS-7 с использованием SCP панели толщиной 3/4 дюйма и порядком крепления через 4-12 дюймов. На фиг.28 представлены данные испытания консольного перекрытия пола согласно AISI TS-7 c использованием SCP панели толщиной 3/4 дюйма в сравнении с фанерой толщиной 3/4 дюйма при порядке крепления через 6-12 дюймов. На фиг.29 представлены данные испытания консольного перекрытия пола согласно AISI TS-7 c использованием SCP панели толщиной 3/4 дюйма и клеящего вещества.

В Таблицах 38-47 в табличной форме представлены данные согласно фиг.24, 25 и 26 для испытания LP 804-3 с приращениями 0,001 дюйма.

Хотя конкретный вариант осуществления основной системы показан и описан с использованием перегородки из конструкционных цементных панелей, усиленных волокнами, на металлической раме, квалифицированным специалистам в этой области будет понятно, что применительно к этому варианту могут быть выполнены изменения и модификации без отклонения от изобретения в его широком толковании, как указано в приведенных далее пунктах формулы изобретения.

1. Система для негорючей стены, предназначенная для конструкции, находящейся в составе здания в качестве огнестойкого строительного сборочного узла, содержащая
разделительную перегородку, опирающуюся на легкий, нормированный металлический каркас, образованный в холодном состоянии, при этом разделительная перегородка содержит армированную, легкую, устойчивую в отношении размеров панель из цементирующих материалов, а каркас содержит металлические элементы; причем панель имеет плотность от 65 до 90 фунтов на кубический фут и может противостоять сдвигающим нагрузкам, когда она прикреплена к раме, при этом она содержит непрерывную фазу, полученную в результате застывания водной смеси, содержащей по весу, если исходить из сухой основы, 35-70% реакционного порошка, 20-50% легкого наполнителя и 5-20% стекловолокон, так что непрерывную фазу усиливают стекловолокнами и она содержит частицы легкого наполнителя, при этом частицы легкого наполнителя имеют удельную массу, составляющую от 0,02 до 1,00, а средний размер частиц примерно составляет от 10 до 500 мкм.

2. Система по п.1, которая представляет собой противопожарную стену, выполненную с возможностью выдерживания сдвигающей нагрузки и осевой нагрузки при воздействии огня.

3. Система по п.1, в которой непрерывная фаза получена при застывании водной смеси реакционных порошков, содержащих по весу, если исходить из сухой основы, 35-75% альфа полугидрата сульфата кальция, 20-55% гидравлического цемента, 0,2-3,5% извести и 5-25% активного пуццолана, при этом непрерывная фаза равномерно усилена стекловолокнами, стойкими к воздействию щелочи, при этом она содержит равномерно распределенные частицы легкого наполнителя, содержащие равномерно распределенные керамические микросферы.

4. Система по п.2, в которой керамические микросферы имеют средний размер частиц от 50 до 250 мкм и/или попадают в размерный диапазон частиц от 10 до 500 мкм.

5. Система по п.1, в которой панель сформирована по весу из 35-58% реакционных порошков, 6-17% стекловолокон и 34-49%, по меньшей мере, одного легкого наполнителя, выбираемого из группы, состоящей из керамических микросфер, стеклянных микросфер, ценосфер летучей золы или перлита, каждые на сухой основе.

6. Система по п.1, в которой панель сформирована по весу из 49-56% реакционных порошков, 7-12% стекловолокон и 35-42% керамических микросфер, каждых на сухой основе, причем керамические микросферы имеют плотность частиц от 0,50 до 0,80 г/мл.

7. Система по п.1, в которой наполнитель содержит равномерно распределенные стеклянные микросферы и/или ценосферы из летучей золы, имеющие средний диаметр примерно от 10 до 350 мкм.

8. Система по п.1, в которой панель сформирована по весу из 42-68% реакционных порошков, 5-15% стекловолокон, 23-43% керамических сфер и до 1,0% стеклянных микросфер, каждые на сухой основе.

9. Система по п.2, в которой панель содержит внутреннюю часть, содержащую непрерывную фазу, полученную при застывании водной смеси реакционных порошков, содержащих по весу, если исходить из сухой основы, 35-75% альфа полугидрата сульфата кальция, 20-55% гидравлического цемента, 0,2-3,5% извести и 5-25% активного пуццолана, при этом непрерывная фаза равномерно упрочнена стойкими к воздействию щелочи стеклянными волокнами и она содержит легкий наполнитель, состоящий из равномерно распределенных керамических микросфер; и
дополнительно содержащая, по меньшей мере, один наружный слой, причем каждый наружный слой содержит непрерывную фазу, полученную при застывании водной смеси реакционных порошков, содержащих по весу, если исходить из сухой основы, 35-75% альфа полугидрата сульфата кальция, 20-55% гидравлического цемента, 0,2-3,5% извести и 5-25% активного пуццолана, при этом непрерывную фазу равномерно усиливают стекловолокнами, стойкими к воздействию щелочи, а легкие частицы наполнителя имеют удельную массу от 0,02 до 1,00 и средний размер примерно от 10 до 500 мкм, причем, по меньшей мере, один наружный слой имеет пониженную плотность фазы относительно внутренней части.

10. Система по п.8, в которой наружный слой/слои выполнен(ны) по весу из 42-68% реакционных порошков, 5-15% стекловолокон, до 1,0% стеклянных микросфер со средним диаметром примерно от 10 до 350 мкм и 23-43% частиц легкого наполнителя, содержащих керамические микросферы, каждые на сухой основе.

11. Система по п.1, в которой толщина панели составляет примерно от 1/4 до дюйма (6,3-38,11 мм).

12. Система по п.8, в которой наружные слои имеют толщину примерно от 1/32 до 4/32 дюйма (0,8-3,2 мм).

13. Система по п.1, в которой разделительная перегородка расположена по горизонтали на верхней поверхности, ориентированной по горизонтали части металлического каркаса для формирования пола, при этом SCP панели представляют собой панели толщиной 3/4 дюйма (19 мм), выполненные так, что при испытании согласно способам испытания по ASTM (Американское общество специалистов по испытаниям и материалам) 661 и АРА (Американская Ассоциация изготовителей фанеры) S-1 с промежутком порядка 16 дюймов (406,4 мм) между центрами они обладали предельной несущей способностью, составляющей более 550 фунтов (250 кг) при статической нагрузке, предельной несущей способностью, составляющей более 400 фунтов (182 кг) при ударной нагрузке, и отклонением, составляющим менее 0,078 дюйма (1,98 мм) как при статической, так и при ударной нагрузках порядка 200 фунтов (90,9 кг).

14. Сплошная стена для разделения площадей, содержащая систему по п.1.

15. Стена для разделения площадей, выполненная с полостью, содержащая систему по п.1.

16. Шахтная стена, содержащая систему по п.1.

17. Стена перекрытия гаража, смежная с жилыми квартирами дома, при этом перекрытие содержит систему по п.1.

18. Система по п.1, в которой стекловолокна представляют собой моноволокна, диаметр которых составляет примерно 5-25 мкм, а длина примерно 0,25-3 дюйма (6,3-76 мм).

19. Система по п.1, в которой прочность на изгиб панели, плотность которой в сухом состоянии составляет от 65 фунтов/фут3 до 95 фунтов/фут3 (1041-1522 кг/м3), после вымачивания в воде в течение 48 ч составляет, по меньшей мере, 1000 фунтов/дюйм2 (7 МПа), если проводить измерения при испытании согласно ASTM С 947.

20. Система по п.1, в которой прочность на изгиб панели, имеющей плотность в сухом состоянии от 65 фунтов/фут3 до 95 фунтов/фут3 (1041-1522 кг/м3), после вымачивания в воде в течение 48 ч составляет, по меньшей мере, 1650 фунтов/дюйм2 (11,4 МПа), если проводить измерения при испытании согласно ASTM С 947.

21. Система по п.1, в которой гидравлический цемент представляет собой портландцемент.

22. Система по п.1, в которой реакционные порошки содержат по весу 45-65% полугидрата сульфата кальция, 25-40% гидравлического цемента, 0,75-1,25% извести и 10-15% активного пуццолана.

23. Система по п.1, в которой балка содержит по существу С-образный элемент, изготовленный из металла.

24. Система по п.1, при этом система формирует ориентированную по вертикали противопожарную стену с более высокой удельной жесткостью, чем система со стеной, имеющей полость, из ориентированной по вертикали кладки.

25. Система по п.1, при этом несущая способность системы с горизонтальной разделительной перегородкой будет уменьшена не более чем на 25% при испытании на воздействие воды, в случае которого сохраняют напор воды в 2 дюйма по отношению к SCP панелям толщиной 3/4 дюйма, закрепленным на металлической раме размером 10 футов на 20 футов, за период порядка 24 ч.

26. Система по п.1, при этом несущая способность системы с горизонтальной разделительной перегородкой не будет уменьшена более чем на 20% при испытании на воздействие воды, в случае которого сохраняют напор воды в 2 дюйма по отношению к SCP панелям толщиной 3/4 дюйма, закрепленным на металлической раме размером 10 футов на 20 футов, за период порядка 24 ч.

27. Система по п.1, которая поглощает воду не более чем 0,7 фунта на квадратный фут при испытании на воздействие воды, в случае которого сохраняют напор воды в 2 дюйма по отношению к SCP панелям толщиной 3/4 дюйма, закрепленным на металлической раме размером 10 футов на 20 футов, за период порядка 24 ч.

28. Система по п.1, в которой перегородка из SCP панелей, имеющая ширину 10 футов, длину 20 футов и толщину 3/4 дюйма, прикрепленная к металлической раме размером 10 футов на 20 футов, набухает не более чем на 5% при испытании на воздействие воды с напором в 2 дюйма по отношению к SCP панелям, закрепленным на металлической раме, за период порядка 24 ч.

29. Система по п.1, в которой каждый компонент отвечает требованиям ASTM G-21, согласно которым система достигает приблизительно 1, и отвечает требованиям ASTM D-3273, согласно которым система достигает приблизительно 10.

30. Система по п.1, в которой панель содержит
внутренний слой, содержащий непрерывную фазу;
по меньшей мере, один наружный слой соответственно из другой непрерывной фазы, полученный при застывании водной смеси, содержащей по весу, если исходить из сухой основы, 35-70% реакционного порошка, 20-50% легкого наполнителя и 5-20% стекловолокон, так что непрерывную фазу усиливают стекловолокнами и она содержит частицы легкого наполнителя, имеющие удельную массу, составляющую от 0,02 до 1,00, и средний размер примерно от 10 до 500 мкм, с каждой противоположной стороны внутреннего слоя, при этом, по меньшей мере, один наружный слой имеет более высокое процентное содержание стекловолокон чем внутренний слой.

31. Система по п.1, при этом система содержит SCP панель толщиной 3/4 дюйма на металлической раме и гипсовые панели на наружных стенах из SCP панелей по отношению к металлической раме, причем гипсовые панели прикреплены к SCP панелям посредством отпадающих крепежных деталей.

32. Система по п.1, которая представляет собой стену, несущую нагрузку.

33. Система по п.1, которая имеет большую прочность при сжатии, чем система с гипсовой панелью и деревянной рамой, имеющая ту же самую площадь поверхности.

34. Система по п.1, которая имеет горизонтальное проектное сопротивление сдвигу перегородки от 300 до 1000 фунтов на линейный фут по ASTM Е-455.

35. Система по п.1, которая имеет горизонтальное проектное сопротивление сдвигу перегородки от 400 до 800 фунтов на линейный фут.

36. Система по п.1, которая имеет горизонтальное проектное сопротивление сдвигу перегородки от 400 до 800 фунтов на линейный фут.

37. Система по п.1, которая содержит SCP панели толщиной 3/8-3/4 дюйма (9- 19 мм), механически и/или посредством приклеивания прикрепленные к связанному в поперечном направлении металлическому каркасу, при испытании согласно ASTM E-72 обладает сопротивлением стены сдвигу порядка 800- 1200 фунтов на линейный фут.

38. Способ изготовления стены для разделения площадей, в котором осуществляют сборку системы по п.1 посредством расположения SCP панели на элементах металлического каркаса.

39. Способ по п.38, в котором панели размещают на элементах металлического каркаса, когда температура окружающей среды составляет менее 32°F (0°C).

40. Способ по п.38, в котором панели размещают на элементах металлического каркаса, когда температура окружающей среды составляет менее 20°F (минус 7,5°С).

41. Способ по п.38, в котором стадия расположения содержит падение панели на элементы металлического каркаса таким образом, что, по меньшей мере, один конец панели падает, по меньшей мере, 2 фута без разрушения.

42. Способ по п.38, при котором панель располагают по вертикали на элементах металлического каркаса.

43. Способ по п.38, при котором панель располагают по горизонтали на элементах металлического каркаса.
Приоритет по пунктам:

27.01.2005 - пп.1-18, 20-30, 32-43;

19.01.2006 - пп.19, 31.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу изготовления элемента для защиты от огня, имеющего слоистую структуру, и к использованию элементов для защиты от огня для зданий или оборудования в любых зданиях.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для противопожарной защиты покрытий строящихся, реконструируемых и эксплуатируемых зданий, сооружений, в которых расположено технологическое оборудование с высокой степенью пожарной опасности при авариях на них.

Изобретение относится к противопожарной технике и предназначено для локализации пожара в открытых технологических проемах, проемах зданий и сооружений, тоннелях, шахтах, на сцене зрительного зала с помощью подвижной противопожарной преграды.

Изобретение относится к строительству, в частности используется для увеличения предела огнестойкости реконструируемого перекрытия с несущими стальными балками и деревянным заполнением, а также для снижения класса его пожароопасности.

Изобретение относится к области защиты конструкций зданий и сооружений от взрыва, а также предохранения их в течение заданного по техническим требованиям промежутка времени от повреждений при воздействии высоких температур.

Изобретение относится к средству противопожарной защиты для рамки для входов кабелей и вводов труб. .
Изобретение относится к области строительства, а именно к строительным тонкостенным, в том числе пространственным, конструкциям с высокой огнестойкостью и можно применять в зданиях первой степени огнестойкости.

Изобретение относится к гипсовой плите со значительно улучшенной огнестойкостью. .

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при сооружении зданий различного назначения для создания конструкций, предназначенных для предотвращения распространения пожара и продуктов горения из помещения или пожарного отсека с очагом пожара в другие помещения.
Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к добавкам, используемым при производстве гипсовых вяжущих, строительных растворов и бетонов на их основе.
Изобретение относится к композиции для отделки и выравнивания поверхностей бетонных изделий. .
Изобретение относится к составам материалов для изготовления настольной скульптуры, мелких фигурок. .
Изобретение относится к невыцветающей цементирующей композиции строительного раствора, свободной от реакционно-способного кремнеземного материала, содержащей, мас.%, в пересчете на сухую массу цементирующей композиции строительного раствора,: а) от 1 до 10 обычного портландцемента, б) от 1 до 30 глиноземистого цемента, в) от 1 до 15 мас.% сульфата кальция и г) от 0,5 до 30 водной полимерной дисперсии или повторно диспергирующегося в воде полимерного порошка из полимеров на основе одного или нескольких мономеров из группы, включающей виниловые сложные эфиры, (мет)акрилаты, винилароматические соединения, олефины, 1,3-диены и винилгалогениды, а также, если необходимо, способные с ними сополимеризоваться другие мономеры, в которой компоненты а), б), в) и г) содержатся в массовом соотношении соответственно, от 1 до 1,5: от 2 до 4: от 1 до 1,5: от 2 до 4.

Изобретение относится к способу замедления схватывания гипса и приготовлений с гипсом, а также к составу для осуществления этого способа. .
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к композициям для устройства теплых полов. .
Изобретение относится к способу получения влагостойкого изделия на основе гипса, включающему смешивание силоксановой эмульсии с водой для затворения, используемой для получения указанного изделия на основе гипса, смешивание небольшого количества намертво обожженного оксида магния с обожженным гипсом, смешивание указанной смеси силоксановая эмульсия/вода для затворения с указанной смесью обожженный гипс/оксид магния для образования водной суспензии и формование указанной суспензии и предоставление возможности отформованной суспензии затвердеть для образования влагостойкого изделия на основе отвердевшего гипса.
Изобретение относится к области строительных материалов и может использоваться при производстве гипсовых вяжущих, строительных растворов, бетонов и изделий на их основе.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к композициям для получения перегородок, стеновых панелей, блоков, плитки и других изделий.
Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к приготовлению сухих смесей, и может быть использовано в строительстве - монолитном домостроении для изготовления легких, прочных и теплоизоляционных стеновых конструкций и изделий из материалов на ее основе, а также в дорожном строительстве

Система, содержащая негорючие усиленные легкие панели из цементирующих материалов и металлическую раму, предназначенная для противопожарной стены и других огнестойких сборочных узлов

Наверх