(57)【要約】  建造物において使用される、強固なプレストレスト発泡ガラスタイル。本発明の強固なプレストレスト発泡ガラスタイルは、その比較的大きな圧縮強度の結果として、比較的大きなプレストレスに耐えることができる。これらのプレストレスト発泡ガラスタイルは、伝統的な発泡ガラスタイルよりも、爆発からより多くのエネルギーを吸収し及び／又はそれに耐え、より大きな熱負荷及び風圧、並びに他の機械的な力に耐えるであろう。本発明の発泡ガラスタイルは、１，０００ｐｓｉ（ポンド／立方インチ）（７０．３１ｋｇ／ｃｍ２を超えて、より好ましくは２，０００ｐｓｉ（１４０．６１ｋｇ／ｃｍ２）、３，０００ｐｓｉ（２１０．９２ｋｇ／ｃｍ２）、４，０００ｐｓｉ（２８１．２３ｋｇ／ｃｍ２）を超えて、及び更により好ましくは５，０００ｐｓｉ（３５１．５４ｋｇ／ｍ２）を超えてプレストレスされ得るくらい十分に強固である。本発明の強固なプレストレスト発泡ガラスタイルは、プレストレスト組立品の一部として包含されてもよい。かかるプレストレスト組立品は、２つの金属部材と、１つ以上のプレストレスト発泡ガラスタイルと、引張ボルト及び／又はワイヤ等の引張部材とから成る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１，０００ポンド／平方インチ（７０．３１ｋｇ／ｃｍ２）以上のプレストレス圧縮力を有する、プレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項２】
前記プレストレス圧縮力が、２，０００ポンド／平方インチ（１４０．６１ｋｇ／ｃｍ２）以上である、請求項１に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項３】
前記プレストレス圧縮力が、３，０００ポンド／平方インチ（２１０．９２ｋｇ／ｃｍ２）以上である、請求項１に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項４】
前記プレストレス圧縮力が、４，０００ポンド／平方インチ（２８１．２３ｋｇ／ｃｍ２）以上である、請求項１に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項５】
前記プレストレス圧縮力が、５，０００ポンド／平方インチ（３５１．５４ｋｇ／ｍ２）以上である、請求項１に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項６】
前記プレストレスト発泡ガラスタイルの内側で、引張部材が引張力を受けて前記プレストレス圧縮力を与える、請求項１に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項７】
前記引張部材は引張ボルトから構成される、請求項６に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項８】
前記引張部材はワイヤから構成される、請求項６に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項９】
前記引張部材は炭素繊維から構成される、請求項６に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項１０】
前記引張部材は、ワイヤが７本の標準的なプレストレスストランドから構成される、請求項６に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項１１】
前記引張部材は、ワイヤが７本の小型のプレストレスストランドから構成される、請求項６に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項１２】
前記引張部材はロッドである、請求項６に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項１３】
前記プレストレスト発泡ガラスタイルの外側で、引張部材が引張力を受けて前記プレストレス圧縮力を与える、請求項１に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項１４】
前記引張部材は引張ボルトから構成される、請求項１３に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項１５】
前記引張部材はワイヤから構成される、請求項１３に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項１６】
前記引張部材は炭素繊維から構成される、請求項１３に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項１７】
前記引張部材は、ワイヤが７本の標準的なプレストレスストランドから構成される、請求項１３に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項１８】
前記引張部材は、ワイヤが７本の小型のプレストレスストランドから構成される、請求項１３に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項１９】
前記引張部材はロッドである、請求項１３に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項２０】
前記引張部は角鉄である、請求項１３に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項２１】
前記引張部材はプレートである、請求項１３に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項２２】
前記引張部材はバーである、請求項１３に記載のプレストレスト発泡ガラスタイル。
【請求項２３】
建物又は他の構造物において使用するプレストレスト組立品であって、
１，０００ポンド／平方インチ（７０．３１ｋｇ／ｃｍ２）以上のプレストレス圧縮力を有する、少なくとも１つのプレストレスト発泡ガラスタイルと、
少なくとも２つの金属梁と、
１つ以上の引張部材と
を含み、前記少なくとも１つの発泡ガラスタイルは、前記少なくとも２つの金属梁の間に設置され、且つ少なくとも１，０００ポンド／平方インチ（７０．３１ｋｇ／ｃｍ２）の圧縮力で前記１つ以上の引張部材により保持される、プレストレスト組立品。
【請求項２４】
前記少なくとも１つのプレストレスト発泡ガラスタイルの前記プレストレス圧縮力が、２，０００ポンド／平方インチ（１４０．６１ｋｇ／ｃｍ２）以上である、請求項２３に記載のプレストレスト組立品。
【請求項２５】
前記少なくとも１つのプレストレスト発泡ガラスタイルの前記プレストレス圧縮力が、３，０００ポンド／平方インチ（２１０．９２ｋｇ／ｃｍ２）以上である、請求項２３に記載のプレストレスト組立品。
【請求項２６】
前記少なくとも１つのプレストレスト発泡ガラスタイルの前記プレストレス圧縮力が、４，０００ポンド／平方インチ（２８１．２３ｋｇ／ｃｍ２）以上である、請求項２３に記載のプレストレスト組立品。
【請求項２７】
前記少なくとも１つのプレストレスト発泡ガラスタイルの前記プレストレス圧縮力が、５，０００ポンド／平方インチ（３５１．５４ｋｇ／ｍ２）以上である、請求項２３に記載のプレストレスト組立品。
【請求項２８】
前記引張部材は、少なくとも部分的に前記タイルの内側にある、請求項２３に記載のプレストレスト組立品。
【請求項２９】
前記組立品は、建物における柱である、請求項２３に記載のプレストレスト組立品。
【請求項３０】
前記金属梁は鋼から構成される、請求項２３に記載のプレストレスト組立品。
【請求項３１】
前記引張部材は引張ボルトから構成される、請求項２３に記載のプレストレスト組立品。
【請求項３２】
前記引張部材はワイヤから構成される、請求項２３に記載のプレストレスト組立品。
【請求項３３】
前記引張部材は炭素繊維から構成される、請求項２３に記載のプレストレスト組立品。
【請求項３４】
前記引張部材は、ワイヤが７本の標準的なプレストレスストランドから構成される、請求項２３に記載のプレストレスト組立品。
【請求項３５】
前記引張部材は、ワイヤが７本の小型のプレストレスストランドから構成される、請求項２３に記載のプレストレスト組立品。
【請求項３６】
前記引張部材は、１つ以上のロッドから構成される、請求項２３に記載のプレストレスト組立品。
【請求項３７】
前記引張部材は、前記少なくとも１つのプレストレスト発泡ガラスタイルの内部にない、請求項２３に記載のプレストレスト組立品。
【請求項３８】
前記金属梁は組立品より先に上反りし、組立品に加えられる応力の原因となる、請求項２３に記載のプレストレスト組立品。
【請求項３９】
前記組立品は斜縁部を有する２つの金属部品を更に含み、前記金属部品は前記少なくとも１つの発泡ガラスタイルとそれぞれの前記金属梁との間に設置される、請求項２３に記載のプレストレスト組立品。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの発泡ガラスタイルは、二組の発泡ガラスタイルから構成され、且つ前記引張部材が、前記二組の発泡ガラスタイルの間に設置される、請求項２３に記載のプレストレスト組立品。
【請求項４１】
重量のある建物において使用するプレストレスト組立品であって、１，０００ポンド／平方インチ（７０．３１ｋｇ／ｃｍ２）以上のプレストレス圧縮力を有する、少なくとも１つのプレストレスト発泡ガラスタイルを含み、前記タイルは建物の重量の一部から生じる圧縮力を受ける、プレストレスト組立品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、一般に、建築構造物において使用される建築材料に関する。より詳細には、本発明は、建築構造物及び他の目的物において使用される、強固なプレストレスト発泡ガラスタイル、並びにそれから製造される組立品(assembly)に関する。
【背景技術】
【０００２】
［発明の背景］
過去数十年の間、米国内外の両方で、米国及び他の国々が所有する政府の建物に対して多数のテロリスト攻撃が行われている。例えば、１９９３年に、テロリストはニューヨーク市にある世界貿易センターのガレージ内で自動車爆弾を爆発させ、人命が失われると共に、かなりの物的損害が生じた。その後、１９９５年には、オクラホマ州オクラホマ市にある連邦ビルの外側で他の過激派がトラックを爆発させ、この場合も、多大な人命が失われると共に、物的損害が生じた。１９９８年には、ナイロビ及びダルエスサラームの米国大使館も自動車爆弾によるテロリスト攻撃を受け、それぞれ、多大な人命が失われると共に、物的損害が生じた。ごく最近では、ニューヨーク市の世界貿易センター及びバージニア州のペンタゴンでの悲劇的な事件によって、自動車爆弾の爆発及び他の同様のテロリスト攻撃からの衝撃波に耐え得る建築材料の開発及び製造に対する長い間の切実な必要性が更に重視されるようになった。
【０００３】
伝統的に、多くの建物用の支持構造体は、強化コンクリートで作られている。いくつかの例において、より強固な材料が望まれる場合、プレストレストコンクリートが用いられている。例えば、プレストレストコンクリートは、建物、地下構造物、ＴＶ塔、浮遊貯蔵構造物及び海洋構造物、発電所、原子炉格納容器（nuclear reactor vessels)、並びに多数の種類の橋システム（例えば、セグメント橋及び斜張橋）において使用されている。同じスパン（支点間の間隔）及び荷重条件に対してより浅い奥行きが望まれる場合、プレストレストコンクリートは、強化コンクリートよりも有益であると考えられてきた。また、より軽量の材料が望まれる場合、プレストレストコンクリートは強化コンクリートよりも有益であると考えられてきた。また、プレストレストコンクリートは、コンクリートをあまり要求しないと共に、それに付与される強度のために強化をあまり必要としない。残念ながら、プレストレス作業そのものにより、追加的なコストが発生する。これは、プレストレスト部分の幾何学的形状が、薄い網目(web)を有するフランジ部分から通常構成されるので、型枠工事がより複雑となるからである。したがって、プレストレストコンクリートの付加的な強度を与えるが、あまり重くないために、支持構造体をあまり必要としない建築材料を得ることが望まれるであろう。より軽量な支持構造体は、同じ土地占有面積内での利用可能な空間を増大させ、且つ／又は支持され得る階数を増加させ、且つ／又は地震によって発生するような、より大きな衝撃力に耐える性能を有する。典型的に、プレストレストコンクリートは、製造プロセスの結果として、又はコンクリートの外側からの水の移動により、水を含有するであろう。このような水の存在によって、鋼又は他の腐食性金属から通常作られる、コンクリートをプレストレスする引張部材は錆びて、構造を弱めることがある。さらに、このような水の存在によって、プレストレストコンクリートは、典型的な熱／融解サイクルに曝されると、亀裂が生じる可能性がある。また、このような水の存在によって、火災の際に、プレストレストコンクリートは、蒸気発生の結果として、破損を受ける。プレストレストコンクリートを使用する別の欠点は、様々な美的外観が制限されることである。
【０００４】
建設材料として発泡ガラスを使用する概念は、当該従来技術においてよく知られているが、一般に、このような発泡ガラスは高温断熱材として使用されており、したがって、その密度及び重量を最小限にする努力が成されており、予期しない爆発による衝撃波から十分なエネルギーを吸収するのに、又は地震並びに／若しくは風圧及び熱負荷に耐えるのには適さない。この長年にわたる問題に関するこのような従来の発泡ガラスの欠点について、ここで説明する。
【０００５】
例えば、ペンシルベニア州ピッツバーグのピッツバーグコーニングコーポレイション（Pittsburgh Corning Corporation 「ＰＣＣ」）)は、ＦｏａｍＧｌａｓ（登録商標）絶縁系として知られる製品を開発及び市販している。これは、米国特許第３，９５９，５４１号、同第４，１１９，４２２号、同第４，１９８，２２４号、同第４，５７１，３２１号及び同第４，６２３，５８５号に記載されている。これらの開発の焦点は、発泡絶縁材料の製造に向けられているので、ＰＣＣにより市販されるＦｏａｍＧｌａｓ（登録商標）絶縁系タイルは、比較的軽く、９．５ポンド／立方フィート（１５２．１８ｋｇ／ｍ３）の重さである。更に、このタイルの目的は、断熱材として使用されることなので、表面強度が不足しており、非常に簡単に窪ませられ得る。ＦｏａｍＧｌａｓ（登録商標）絶縁系タイルは、比較的低密度、例えば、９．５ポンド／立方フィート（１５２．１８ｋｇ／ｍ３）であるので、このようなタイルは、建物又は他の構造物の外壁に典型的に行使される力が加えられると、容易に破損するであろう。したがって、このようなタイルは、外壁のタイル張りとして使用するのに適さない。同様に、この発泡体は、爆発による衝撃波に曝されても、内破する際に衝撃波のエネルギーをほとんど吸収しないであろう。衝撃波は、爆発に伴う尺度であり、爆発の結果生じる圧力波(pressure front)であることが、当業者によって容易に理解される。
【０００６】
また、建物の外側表皮面として発泡ガラスタイルを使用することは、他にも試みられている。例えば、米国特許第５，０６９，９６０号は、硬い表皮を作製するために外側表面で被覆して、建物の外側を保護する断熱発泡ガラスタイルを開示している。開示されたタイルは、極めて小さいサイズ、すなわち１８ｃｍ×１８ｃｍ×６ｃｍで製造され、材料の大部分を構成する内部発泡材料は、典型的に低密度である。意味深いことに、開示された材料の強度が爆発からの十分なエネルギーを吸収できるという指摘はなく、実際、開示されたタイルの大きさは、このようなエネルギーを吸収するには理論上適さないであろう。更に、小さい径の孔を利用しているという記述はない。
【０００７】
本発明者等及び他の研究者等によるこれまでの研究は、米国特許第４，４３０，１０８号に記載されるように、建築材料のために使用し得る広範囲の様々な密度の発泡ガラスタイルの製造方法を開発してきた。開示された技術及び方法は、４．２５インチ×４．２５インチ×０．２５インチ（０．１０８０ｍ×０．１０８０ｍ×０．００６４ｍ）の、その当時の標準サイズのタイルを製造するには有用であったが、この開示は、大きいサイズ、例えば、２フィート×２フィート×３インチ（０．６０９６ｍ×０．６０９６ｍ×０．０７６２ｍ）のタイルを製造する方法を教示していない。同様に、これらの方法で製造されたタイルは比較的軽く、例えば、１０ポンド（４．５４ｋｇ）未満であり、爆発の影響に耐えるように製造されなかった。反対に、これらの方法では、材料の断熱性を最適化することが探求され、したがって、より小型、より軽量、且つより脆弱なタイルが製造された。
【０００８】
幾分大型の多孔質成形体を製造する試みにおいて、更にその他の研究も行われているが、これらは、本発明よりも限界寸法が小さく、密度も低く、爆発又は地震に関連して本体に衝突するかなりの量の衝撃波を吸収するのには適さない。例えば、米国特許第５，１５１，２２８号は、大型の気泡セラミック(cellular ceramic)構造要素、例えば、低重量の高層の高壁要素（multi-story high wall element）を製造するために、膨潤によって密度が低い大型多孔質成形体を製造する方法を記載する。この例では、密度２６ポンド／立方フィート（４１６．４８ｋｇ／ｍ３）及び質量６０ポンド（２７．２２ｋｇ）を有する８．２フィート×１．６４フィート×２インチ（２．４９９４ｍ×０．４９９９ｍ×０．０５０８ｍ）のタイルを開示している。また、断熱性を最適化するために、低密度を得ることを教示している。したがって、この発泡体は、爆発若しくは地震による衝撃波、熱負荷若しくは風圧、又はあらゆる種類の圧力に曝されても、内破する際に衝撃波のエネルギーをほとんど吸収しないであろう。
【０００９】
更に、他にも、例えば、セントラル硝子株式会社（Central Glass Co. Ltd., (Ube Japan)）は、米国特許第４，７９８，７５８号に開示されるような、０．３〜０．６ｇ／ｃｍ３（すなわち、１８．７〜３７．４ポンド／立方フィート）の範囲の密度を用いる発泡ガラスを製造することを試みている。この’７５８特許は、より強固な発泡ガラスを製造するために、０．８〜１．７ｇ／ｃｍ３の範囲の密度及び１．５〜２０ｍｍの厚みを有する外層を加えることを示唆している。示された例において、３０ポンド（１３．６１ｋｇ）の重量を超える試料は全て、切削性(cutability)及び耐衝撃性の点から許容し難く、その表面はかなり破損し、且つ亀裂が生じる場合があるという他の原因もあることがわかった。したがって、かかる試料は、密閉気孔表面を提供しない。更に、米国特許第４，８３３，０１５号、セントラル硝子株式会社による、より最近の特許は、’７５８特許に記載されたタイルの表面に垂直な引張強度が非常に小さい、すなわち１５０ポンド／平方インチ（１０．５４ｋｇ／ｃｍ２）未満であることを示唆しており、よってそのタイルは本発明の目的に適さない。’０１５特許に記載されるように、第３の層を設けて製品の強度を改良した後でさえ、得られる最大の引張強度は、２００ポンド／平方インチ（１４．０６ｋｇ／ｃｍ２）未満であり、かかる製品は本発明の目的に適さない。
【００１０】
セントラル硝子株式会社による他の試みとしては、米国特許第４，９９２，３２１号等で、より高密度のガラスタイルを製造しようとするものがある。しかしながら、これらのタイルは密閉気孔構造であるとは考えられず、且つこれらの強度に関する記述はない。実際に、充填材料は、報告データは無いが、強度を高める試みで使用されている。更にまた、開示されたタイルは非常に薄く、３３ｍｍ（すなわち１．３インチ）であった。
【００１１】
更に他にも、より小さい孔径を有する発泡ガラスタイルを製造することが試みられている。例えば、米国特許第５，５１６，３５１号において、孔径と熱抵抗率との関係が示されており、最良の孔径は常に１．０ｍｍより大きい。同様に、密度は常に１２ポンド／立方フィート（１９２．１８ｋｇ／ｍ３）未満である。小さい孔径及びより大きな密度を利用する他の試み、例えば、米国特許第３，９５１，６３２号及び同第４，７５８，５３８号は、同程度の強度を達成することができず、本発明により開示されるような密閉気孔の外側表皮の達成を開示していない。
【００１２】
従来、風よけに用いられるような強化ガラスがいくつか製造されてきたが、本発明のようなプレストレスト発泡ガラスタイルを製造することには成功していない。同様に、プレストレスト発泡ガラススラブに関して米国特許第４，０２４，３０９号において提案されているけれども、かかるプレストレスを達成するために開示された方法は実行不可能である。具体的には、’３０９特許は、外側の金属シートを、その間に発泡ガラスを形成しながら、延伸による引張力下で設置する方法を開示している。残念なことに、このような発泡ガラスが形成される温度は、発泡ガラスと接触している外側の金属シートを延伸させ、意図した引張力をゆるめてしまう。このため、開示されたプロセスは実行不可能である。更に、’３０９特許に開示された方法は、発泡ガラスの水冷を利用する。これにより、外縁が内部よりも先にガラス転移し、したがって固体外部と比べて液中心部のより大きな熱膨張係数のために内部が収縮する。この収縮は、最終製品を、中心部において所望の圧縮状態ではなく引張状態とする。したがって、得られる製品がこのような引張力により破損しない場合であっても、所望のプレストレスは望ましいものとは逆のものであり、最終製品をどうあれ非常に脆弱にするであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記で議論した従来技術とは違って、本発明のタイルは、このようなタイルが大きな爆発に伴う衝撃波に耐えるための理想的な特性を有するように、又は地震若しくは他の衝撃波に耐性のある建物若しくは他の構造物を製造するように、種々の材料で設計及び構成される。
【００１４】
したがって、従来技術は興味深いが、従来技術の既知の方法及び装置には、本発明が克服する幾つかの制限が存在する。特に、本発明の目的は、建築材料又はその他のものとして使用可能な、強固なプレストレスト発泡ガラスタイルを提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、プレストレストコンクリートよりも軽量な、強固なプレストレスト発泡ガラスタイルを提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、プレストレストコンクリートよりも強い、強固なプレストレスト発泡ガラスタイルを提供することである。
【００１７】
本発明の更なる目的は、プレストレストコンクリートよりも高温に耐え得る、強固なプレストレスト発泡ガラスタイルを提供することである。
【００１８】
本発明の更なる目的は、支持部材を保護し、且つ凍結／融解サイクルによる亀裂を防ぎ、火災の際にコンクリートの内部での蒸気爆発を防ぐために、プレストレストコンクリートよりも透水が実質的に少ない、強固なプレストレスト発泡ガラスタイルを提供することである。
【００１９】
本発明の更なる目的は、セメント、鋼又は他の建築材料と組み合わせて、テロリスト攻撃の危険性の高い建物の重要表面で使用可能な、強固なプレストレスト発泡ガラスタイルを提供することである。
【００２０】
本発明の更なる目的は、様々な美的外観をとり得る、強固なプレストレスト発泡ガラスタイルを提供することである。
【００２１】
これらの目的及びその他の目的は、上記の説明から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
［発明の概要］
本発明の上記及び関連の目的は、建造物において使用される、強固なプレストレスト発泡ガラスタイルの形態で得られることが、いまや見出された。本発明の強固なプレストレスト発泡ガラスタイルは、その比較的大きな圧縮強度の結果として、比較的大きなプレストレスに耐えることができる。これらのプレストレスト発泡ガラスタイルは、他の発泡ガラスタイルよりも、爆発からより多くのエネルギーを吸収し、及び／又はそれに耐え、より大きな熱負荷及び風圧、並びに他の機械的な力に耐えるであろう。本発明の発泡ガラスタイルは、１，０００ｐｓｉ（ポンド／平方インチ）（７０．３１ｋｇ／ｃｍ２）を超えて、より好ましくは２，０００ｐｓｉ（１４０．６１ｋｇ／ｃｍ２）、３，０００ｐｓｉ（２１０．９２ｋｇ／ｃｍ２）、４，０００ｐｓｉ（２８１．２３ｋｇ／ｃｍ２）を超えて、更により好ましくは５，０００ｐｓｉ（３５１．５４ｋｇ／ｍ２）を超えてプレストレスされ得るくらい十分に強固である。
【００２３】
本発明の別の実施の形態において、本発明の強固なプレストレスト発泡ガラスタイルは、建物又は他の構造物において使用されるプレストレスト組立品(assembly)の一部として包含されてもよい。上記プレストレスト組立品は、１，０００ｐｓｉ（７０．３１ｋｇ／ｃｍ２）以上のプレストレス圧縮力(prestress compression)を有する、少なくとも１つのプレストレスト発泡ガラスタイルと、少なくとも２つの金属梁と、１つ以上の引張部材とから構成され得る。ここで、上記少なくとも１つの発泡ガラスタイルは、上記少なくとも２つの金属梁の間に設置され、且つ少なくとも１，０００ｐｓｉ（７０．３１ｋｇ／ｃｍ２）の圧縮力で上記１つ以上の引張部材により保持される。あるいは、上記少なくとも１つのプレストレスト発泡ガラスタイルのプレストレス圧縮力は、２，０００ｐｓｉ（１４０．６１ｋｇ／ｃｍ２）以上であり、好ましくは３，０００ｐｓｉ（２１０．９２ｋｇ／ｃｍ２）以上であり、より好ましくは４，０００ｐｓｉ（２８１．２３ｋｇ／ｃｍ２）以上であり、更により好ましくは５，０００ｐｓｉ（３５１．５４ｋｇ／ｍ２）以上である。あるいは、この金属部材は、上記タイルの内側、部分的に上記タイルの内側、及び／又は上記タイルの外側にあってもよい。本発明のプレストレスト発泡ガラスタイルは、建物の重量の一部による圧縮力を受けてもよい。プレストレスト組立品は、建物における柱であってよい。金属梁は、鋼又は任意の他の好適な金属から成ってよい。引張部材は、引張ボルト、ワイヤ、炭素繊維、ワイヤが７本の標準的な及び／若しくは小型のプレストレスストランド、ロッド、角鉄、プレート、バー並びに／又はプレストレストコンクリートの圧縮を引き起こすのに当該技術分野で既知である他の機構から成ってよい。金属梁は、組立品より先に上反りし、組立品に加えられる応力の原因となってよい。あるいは、上記組立品は、斜縁部を有する２つの金属部品を更に含んでよく、該金属部品は上記少なくとも１つの発泡ガラスタイルとそれぞれの金属梁との間に設置される。上記少なくとも１つの発泡ガラスタイルは、１つ以上の縦列(column)の、プレストレスト発泡ガラスタイル及び／又は１つ以上の横列(row)の、プレストレスト発泡ガラスタイルから成ってもよい。さらに、上記少なくとも１つの発泡ガラスタイルは、二組の発泡ガラスタイルから成ってもよく、且つ上記引張部材は、該二組の発泡ガラスタイルの間に設置される。
【００２４】
本発明の上記及び関連の目的、特徴及び利点は、添付の図面と併せて考慮される場合、本発明の例示的ではあるが好ましい実施形態の以下の詳細な説明を参照することにより完全に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
［発明の詳細な説明］
本発明は、建築材料及び他のものとして使用され得る、強固なプレストレスト発泡ガラスタイルに関する。本発明は、セメント、鋼又は他の建築材料と組み合わせて、テロリスト攻撃の危険性が高い建物の重要表面で使用されてよい。また、本発明は、典型的な建物の表面に、及び／又はかかる建物の構造的な支持部材として使用されてよい。本発明は、強化コンクリート及び／又はプレストレストコンクリートの代わりに、あらゆる用途（建物、地下構造物、ＴＶ塔、浮遊貯蔵構造物及び海洋構造物、発電所、原子炉格納容器、並びに多数の種類の橋システム（例えば、セグメント橋及び斜張橋）が挙げられるが、これらに限定されない）において使用されてよい。本発明は、地震並びに／又は風圧及び熱負荷に対してより耐性であるという利点を有する。
【００２６】
本願と同日付けで出願された同一出願人により所有される同時係属中の米国特許出願（その開示は、参照によって本明細書中に援用される）において、小さい孔径を有する強固な高密度発泡ガラスタイルが開示され、このタイルは、７７５〜２，５００ポンド／平方インチ（５４．４９〜１７５．７７ｋｇ／ｃｍ２）の範囲の引張強度及び２，０００〜１４，６００ポンド／平方インチ（１４０．６１〜１０２６．４８ｋｇ／ｃｍ２）の範囲の圧縮強度を有する。この従来の発泡ガラスタイルにおける達成できない強度は、プレストレストコンクリートに関連する技術を発泡ガラスタイルに適用することを今回可能にする。本発明は、この新しく、且つこれまで不可能であった適用に関する。このようなタイルの製造方法に関する詳細は、その適用において開示される。
【００２７】
様々な密度、大きさ及び表面仕上げを有するセラミック発泡パネルを製造することが可能な方法が多数ある。米国特許第４，４３０，１０８号は、フライアッシュ及び他の添加剤から製造される、様々な密度及び表面仕上げを有する様々な発泡ガラス製品を記載しており、その開示は、参照によって本明細書中に援用される。また同様に、２００２年２月１５日付けで同一出願人により出願された同時係属中の出願番号第１０／０７６，９７１号は、本発明を製造するのに有用な付加的なプロセスを開示しており、その開示は、参照によって本明細書中に援用される。種々の密度を有する発泡ガラスは、気泡形成剤（cellulating agent）の組成、種類及び濃度を変化させることにより製造することができる。ガラスの粘度は、発泡プロセス中の支配的なパラメータである。更に、気孔構造及びその均一性は、気泡形成剤の分布及び粒径に依存する。
【００２８】
本発明の別の実施形態において、発泡ガラスタイルは、密閉気孔の外側表皮を好ましくは有し、これは、したがって、強度が増大したタイルを提供すると共に、水、及び凍結、融解サイクルに対してタイルを保護する。密閉気孔の外側表皮は、米国特許第４，４３０，１０８号で教示されるように自然に形成されてもよいし、又は米国特許第５，０６９，９６０号に教示されるように第２のガラス表面を結合することにより機械的に形成されてもよく、それらの内容は参照によって本明細書中に援用される。あるいは、密閉気孔の外側表皮は、米国特許第４，８３３，０１５号の教示に従って形成されてもよく、その内容は参照によって本明細書中に援用される。自然形成は、付加的な労力及び品質管理を要求せず、したがって、コストがより効果的であり、且つ負担が少ないので有利である。また、第２のガラス表面を用いることは、このような技法によって密閉気孔の外側表皮が様々な色及び質感のバリエーションを有することができ、建物又は他の構造物の外部又は内部ファサードとして使用するためにタイルを建築的に魅力のあるものにするので有利である。異なる色の表面を製造する１つの方法は、当業者には一般によく知られているように、異なる色添加剤の使用によるものである。
【００２９】
本発明の高密度発泡ガラスタイルの別の利点は、爆破衝撃波に曝されたときに、衝撃波のかなりの部分を吸収できることである。これらのタイルは、爆破衝撃波のかなりの部分を吸収できるので、政府の建物、大使館及び注目度の高い／有名な建物のような、爆発に曝される危険のある建物の内部及び外部表面用の建築構造材料として特に有利である。
【００３０】
発泡ガラスタイルの特定の大きさ、厚さ及び密度の選択は、タイルの製造が意図された用途に依存する。例えば、タイルは、耐震性のための使用が意図される場合、タイルは風圧に耐えられ得る最低重量であるように最適化されなければならない。対照的に、タイルは、爆発に伴う衝撃波から建物又は構造物を保護することが意図される場合、タイルは、このような衝撃波に耐えるか、又は反対にこのような衝撃波を吸収するのに十分強力であるために、その密度を増大させ、且つその孔径を減少させるように最適化されなければならない。所望の厚さは、爆発が起こり得る場所と、曝されるタイルとの近さに依存し得る。例えば、建物の外側では、厚さは、爆発物を積んだ自動車又はトラックが駐車される可能性のある最も近い場所とタイルとの距離を考慮しなければならないであろう。一方、支持柱等の建物の内部では、おそらく予想される爆発物の搭載量は実質的に少ないだろうが、予想される近さはこのような柱の直ぐ隣であり得る。
【００３１】
美的な目的のために、公の視線を受けるあらゆる表面において、仕上げ層を有するタイルを使用し得る。したがって、一方の表面だけが公の視線に曝される場合には、その表面だけが、仕上げ層のあるタイルを有する必要がある。一方、本発明で保護しようとする壁の両面が公の視線を受ける場合、建物の内部のような第２の露出面に、適切な仕上げ層を有する第２のタイルを使用し得る。あるいは、他の内部表面を使用することもできる。
【００３２】
また、本発明のタイルの別の利点は、このようなタイルが耐火性のみならず断熱性でもあることである。したがって、これらのタイルは、モロトフカクテル（Moltov cocktail）等のテロリストの火災攻撃又は他の火災原因から支持柱を保護するために使用することができるという追加の利点を有する。したがって、本発明のタイルの使用は、このような支持柱の破壊を防止及び／又は遅延し、それにより攻撃された建物の居住者が避難するのに十分な時間を有する可能性を増大する。
【００３３】
好ましい実施形態では、本発明のタイルは、原料（原料としては、シリカ；フライアッシュ；火山灰；珪藻土；シリカ質鉱物；アルカリ炭酸塩；ドロマイト及びギプスの等のカルシウム及びマグネシウム鉱物；ケイ酸ナトリウム；ホウ砂；ガラス粉末（カレット等）；並びに発泡剤が挙げられる（しかし、これらに必ずしも限定されない））を用いて製造し得る。発泡剤は、砂糖及びデンプン等の炭素有機物、カーボンブラック、炭化ケイ素、炭酸塩、硫酸塩、並びに他の同様の材料から選択され得る。
【００３４】
本発明の代替的な実施形態において、発泡ガラスタイルは、米国特許第４，７９８，７５８号、同第４，８３３，０１５号、同第４，９８７，０２８号及び同第４，９９２，３２１号に記載されるように、金網、金属線又は代替的な支持構造体を用いて強化されてもよく、その内容は参照によって本明細書中に援用される。一方では、これらの追加の材料は、得られた発泡ガラスタイルを強化する助けとなり得るが、他方では、より切断し難くもし得る。
【００３５】
図１に示される本発明の１つの実施形態に、プレストレスト組立品１０を示す。プレストレスト組立品１０は、強固なプレストレスト発泡ガラスタイル１２と、２つの鋼梁２６と、２つの鋼部品２８と、ナット２２及び座金２０を伴う２つの引張ボルト１８とから成る。強固なプレストレスト発泡ガラスタイル１２は、本願と同日付けで出願された上記の同一出願人によって所有される同時係属中の米国特許出願の教示に従って形成される。歪みゲージ１４は、発泡ガラスタイル１２の４つの各側面に取り付けられ、且つワイヤ１６は、歪みゲージ１４から伸び、歪み計測器（図示せず）に接続される。この実施形態において、歪みゲージ１４は、タイル１２の４つの側壁のほぼ中心に設置されるべきである。タイル１２の上面及び下面３２は、滑らかで平行となるように研削され、応力がタイル１２に不均一に加えられることを回避する。２つの鋼部品２８は、タイル１２の上面及び下面３２に隣接して設置される。次に、２つの鋼梁２６は、鋼部品２８の外側表面に設置される。また、鋼梁は、適宜に強くて硬い他の建築材料に取り替えられてもよい。２つの鋼梁２６は、ボルトヘッド２４を有し且つナット２２及び座金２０を伴う２つの引張ボルト１８によって一緒に締められる。鋼部品２８及び発泡ガラスタイル１２は、その２つの鋼梁２６の間にある。あるいは、ナットを用いる代わりに、当業者に既知の方法で、引張ボルトを溶接、そうでなければ固定することが望ましいと考えられ得る。それぞれの鋼部品２８は、タイル１２から離れ且つ鋼梁２６に隣接する側面に斜縁部３０を包含する。ナット２２及びボルト２４が締め付けられて、圧力が鋼梁２６に加えられると、梁２６は曲がるであろう。不均等な応力を発泡ガラスタイル１２に伝えることを回避するため、ナット２２が締め付けられる際に鋼梁２６が屈曲され得るように、及び鋼梁２６の湾曲をタイル１２に伝えないように、鋼部品２８には斜縁部３０が設けられる。あるいは、鋼梁２６は、鋼部品２８上の斜縁部３０、場合によっては鋼部品２８全体を設ける必要性を回避するように、適切なキャンバーで造られてもよい。ボルトヘッド２４及びナット２２を有するネジ１８は、選択される発泡ガラスタイル１２に必要とされるプレストレスを与えるのに十分な強度を有するように選択されなければならない。
【００３６】
歪みが均一に加えられるのを保証するために、歪みゲージ１４で測定された歪みをモニターする。特に、引張ボルト１８に隣接するタイル１２の側壁上の歪みゲージ１４をモニターし、応力が均等に加えられるのを保証しなければならない。例えば、応力ゲージ１４を必ずしも正確に同一でなくてもよいが、ほぼ均一に維持するような方法で固定して、ボルトヘッド２４を保持した状態で、ナット２２を締め付けられなければならない。注目に値すべきことに、適切な締め付け手順が特定の構成に関して開発されるまで、均一な締め付けを確実にするために、それぞれの引張ボルト近傍に設置された歪みゲージを有することが有用である。
【００３７】
図２に、本発明の別の実施形態を示す。ここで、プレストレスト組立品１０Ａは、複数の強固なプレストレスト発泡ガラスタイル１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃが鋼梁２６／鋼部品２８同士の間にある以外は、図１に示されるプレストレスト組立品１０と同様の要素から成る。３つのタイルが図２に示されるが、タイルの数は、タイルの大きさ及び階(floor)の高さに応じて変更可能である。例えば、２フィート（０．６０９６ｍ）×２フィート（０．６０９６ｍ）×或る厚さのタイルが使用され、階同士の間の距離が、多くの建物の場合と同様に１０フィート（３．０４８ｍ）である場合、図２に示される３つのタイルの代わりに、５つのタイルが使用されるであろう。同様に、階同士の間の距離が１２フィート（３．６５８ｍ）である場合には、同一寸法の６つのタイルが使用されるであろう。しかしながら、たとえ階同士の間の距離がタイルの高さの偶数倍数と合わなくても、本発明のタイルは、上面及び下面が平らのままであれば、図１に対して議論されるように研削及び／若しくは研磨すること、上記又はいくつかの代替的な、平らにする同等の方法によって、切断されて適切な大きさにすることができる。更に、発泡ガラスタイル同士の間において、その表面は滑らか又は平らであるようにしなければならない。
【００３８】
また、結合化合物によって、発泡ガラスタイルを他の固体層と結合することが可能である。例えば、金属シートと発泡ガラスとの間に適切な接触接着剤を適用し得る。アルミニウムシートと共に使用可能なこのような接着剤の１つは、シリコーンベースの接着剤である。他の例は、発泡ガラスと別の裏打ち材との間に高分子発泡体を適用して、高分子発泡体を保護する。ポリウレタン発泡体及びセメントボードは、この種の多層裏打ちの例である。ポリウレタン発泡体の利点は、予め配置された発泡ガラスボードとシージング(sheathing)裏打ち層との間の間隙内へ適切に適用し得ることである。高分子の裏打ちは、発泡ガラス等の脆弱層の破砕を低減するのに特に有用であり、セメント質層ではなおさらそうである。裏打ち層は、セメント、高分子発泡体又は他の接触接着剤と結合された発泡ガラスの多層を含有してもよい。また、タイルは、炭素繊維、ポリマー、にかわ、セメント又は当該技術分野で既知である他の接着剤を用いて結合されてもよい。
【００３９】
図３Ａ及び図３Ｂに、本発明に従って作製される、プレストレスト組立品５０の別の実施形態を示す。図３Ａ及び図３Ｂの、プレストレスト組立品５０は、２つの強固なプレストレスト発泡ガラスタイル５２Ａ及び５２Ｂと、２つの鋼梁５６と、引張ボルト５４とから成る。図３Ａは、プレストレスト組立品５０の側面図を示し、図３Ｂは、タイル５２Ａの中央部で切られた、プレストレスト組立品５０の断面図を示す。２つの強固なプレストレスト発泡ガラスタイル５２Ａ及び５２Ｂは、図３Ａ及び図３Ｂに示されるが、より多いか又はより少ないタイルを、図２に対して議論されたように、適用に応じて使用してもよい。先行の実施形態のように、タイル５２Ａ及び５２Ｂそれぞれの上面及び下面が、平らで且つ滑らかであることはこの場合も重要である。２つの鋼梁５６は、タイルの上下に設置される。また、鋼梁は、適宜に強くて硬い他の建築材料に取り替えられてもよい。これらの梁は、引張力が加えられる際に曲がることが予期される。このように、均一な圧縮力分布がタイルの表面に加えられるのを確実にするために、上記で議論されるような斜縁部を有する１つ以上の鋼部品が使用され得る。あるいは、想定される曲げに基づいて、適量のキャンバーを鋼梁に造ることが可能である。また、当該技術分野で既知である他の技法を使用して、均一な圧縮力分布がタイルの表面に加えられることを確実にすることができる。
【００４０】
２つの鋼梁５６は、図１での議論と一致する方法で２つの引張ボルト５４によって一緒に締め付けられる。しかしながら、この実施形態では、タイルは引張ボルトがタイルを貫通し得るほど十分厚みがある。図１及び図２よりもこの実施形態のほうが有利な点の１つは、引張ボルトが流体を透過しないタイルの内部にあるため、上記のボルトが錆びる可能性がほとんどないことである。図３Ａ及び図３Ｂは、タイル５２Ａ及び５２Ｂを貫通する２つの引張ボルトを示す。引張ボルトの数は決定的なものではないが、タイルの表面で圧縮歪みを均一に加えるように引張ボルトが割り当てられるのが好ましい。あるいは、引張ボルトを用いるよりもむしろ、引張部材として、ワイヤ及び当該技術分野でよく知られている他のこのような機構（例えば、Edward G. Nawy, Prestressed Concrete: A Fundamental Approach (Prentice Hall 1989)の４８頁に記載される、ワイヤが７本の標準的及び小型のプレストレスストランド）を使用することも可能である。また、他の代替的な引張部材（例えば、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）等の炭素繊維又は適宜に強固な他の金属）が当該技術分野で既知であり、使用されてよい。
【００４１】
図４Ａ及び図４Ｂに、本発明に従って作製される、プレストレスト組立品６０の別の実施形態を示す。図４Ａ及び図４Ｂの、プレストレスト組立品６０は、二組の強固なプレストレスト発泡ガラスタイル６２Ａ／６２Ｂ及び６２Ｃ／６２Ｄと、２つの鋼梁６６と、２つの引張ボルト６４Ａ及び６４Ｂとから成る。図４Ａはプレストレスト組立品６０の側面図を示し、図４Ｂはタイル６２Ａ及び６２Ｃの中央部で切られた、プレストレスト組立品６０の断面図を示す。二組の強固なプレストレスト発泡ガラスタイル６２Ａ／６２Ｂ及び６２Ｃ／６２Ｄは、図４Ａ及び図４Ｂに示されるが、より多いか又はより少ないタイルを、図２に対して議論されたように、適用に応じて使用してもよい。先行の実施形態のように、タイル６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ及び６２Ｄそれぞれの上面及び下面が平らで且つ滑らかであることは重要である。２つの鋼梁６６は、タイルの上下に設置される。また、鋼梁は、適宜に強くて硬い他の建築材料に取り替えられてもよい。これらの梁は、引張力が加えられる際に曲がることが予期される。このように、均一な圧縮力分布がタイルの表面に加えられるのを保証するために、上記で議論されるような斜縁部を有する１つ以上の鋼部品が使用され得る。あるいは、想定される曲げに基づいて、適量のキャンバーを鋼梁に造ることが可能である。また、当該技術分野で既知である他の技法を使用して、均一な圧縮力分布がタイルの表面に加えられることを保証することができる。
【００４２】
２つの鋼梁６６は、図１での議論と一致する方法で２つの引張ボルト６４Ａ及び６４Ｂによって一緒に締め付けられる。しかしながら、この実施形態では、二組のタイル（一組は内壁を形成するタイル６２Ｃ／６２Ｄを含み、もう一組は外壁を形成するタイル６２Ａ／６２Ｂを含む）があるため、引張ボルト６４Ａ及び６４Ｂは二組のタイルの間を通る。引張ボルトの数は決定的なものではないが、タイルの表面で圧縮歪みを均一に加えるように引張ボルトが割り当てられるのが好ましい。また、引張ボルトに対する他の代替物が上記のように当該技術分野で既知であり、代わりに使用されてもよい。
【００４３】
この種類の組立品６０の実施形態を使用する利点の１つは、前壁及び後壁が異なる種類の表面を有することができる点である。特に、本発明のプレストレスト発泡ガラスタイルは、本願と同日付けで出願された上記の同一出願人により所有される同時係属中の出願に記載されるような、多数の異なる種類の美的仕上げが可能なので、本実施形態に基づく壁は、内側表面と異なる外側表面を有することができ、上記のように選択され得る多種多様な表面がある。この種類の組立品６０の実施形態を使用する別の利点は、先行の実施形態のように、引張ボルト６４Ａ及び６４Ｂが環境から保護される点である。更に、それらは２つの壁の間の空間に造られるので、配線、配管及び他の実用品をそこに造ったり、又はそこへ持ち込むことができる。本実施形態によると、鋼梁６６は、配線、配管及びその他の実用品を通すよう意図される適切なホールを有し得る。また、本発明の発泡ガラスタイルは、その強度に著しい悪影響を与えることなしに、切断されてアクセスホールを設けることができる。あるいは、かかる何もない空間は、高分子発泡体又は他の適切な充填剤で充填されて、更なる絶縁状態、並びに引張ボルト及び配線、配管及び他の実用品の環境暴露に対する保護をもたらし得る。
【００４４】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の別の実施形態を示す。ここで、図４Ａ及び図４Ｂに示される組立品は、２つの引張ボルトを組立品７０の中心部に一方向（例えば、水平）に通し、且つ１つの引張ボルトを組立品７０の中心部に直角方向（例えば、鉛直）に通すことにより更に変更される。使用される引張ボルトの数及び位置は、もちろん変更され得る。理想的には、引張ボルトは、均一な歪みを材料に反対方向で与えるように、一応は設置されなければならない。鉛直方向の歪みが水平方向と同じである必要性はないが、水平方向の反対端からの歪みが大体等しくなるべきであるように、鉛直方向の反対端からの歪みは大体等しくなければならない。引張ボルトの各組は、対応する鋼梁の一対、及び本発明の他の実施形態に対して上記されるような関連する機構を有するであろう。
【００４５】
したがって、組立品７０は、二組の発泡ガラスタイル７２Ａ／７２Ｂ／７２Ｅ等と、７２Ｃ／７２Ｄ／７２Ｆ等とから成る。第一組の発泡ガラスタイルは、タイル７２Ａ及び７２Ｂから成る縦列で表わされるような、１つより多いタイルの縦列から成り得る。第一組の発泡ガラスタイルは、タイル７２Ａ及び７２Ｅで表わされるような、１つより多いタイルの横列から成り得る。同様に、第二組の発泡ガラスタイルは、１つより多いタイルの縦列及び１つより多いタイルの横列から成り得る。この組立品７０は、先行の組立品１０、１０Ａ、５０及び６０の説明に従って更に変更されてもよい。
【００４６】
図５Ａ及び図５Ｂの組立品７０で表わされる本発明の実施形態の更なる利点は、異なる量の歪みが水平方向及び鉛直方向に加えられ得る点である。この配置のために、各タイルは二軸圧縮を受け、これにより、衝撃波を吸収するか又はそれに耐える性能をより多角的にする。本実施形態の別の更なる利点は、より大きなパネルを作製できる点である。
【００４７】
図６に示される本発明の別の実施形態において、組立品８０は、建物の２つの床８６Ａ及び８６Ｂと鋼梁９０とを用いて、プレストレスを達成する。上側の床８６Ａの重量は、圧縮力を加えるのに用いられ得るので、引張ボルト８４により付与される初期引張力は減少する。図６に、４つの横列（段）であるタイル８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃ及び８２Ｄを示す。しかしながら、タイルの数及び大きさは上記のように変更され得る。更に、本実施形態は、実施形態１０、１０Ａ、５０、６０及び７０に対する上記の教示及び原理に従って更に変更され得る。
【００４８】
本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明のタイル及び組立品を製造する上記方法が変更され得ること、又は他の製造方法を使用できることが、当業者により理解されるであろう。
【実施例】
【００４９】
［実施例１〜７］
本願と同日付けで出願された上記の同一出願人により所有される同時係属中の米国特許出願に記載されるように、実施例１〜７における発泡ガラスタイルは、以下の表１における組成について記載される原料を配合して作製された。
【００５０】
【表１】
2007509020.tif 000003
【００５１】
有用な比較を行うために、フライアッシュを加えたシリカの総量が１００となるように想定し、組成物の重量を標準化した。その後、適量の材料が使用されるのを確実にするため、標準化された組成物の重量に、表１に示されるような適切なバッチサイズ係数(batch size factor)を乗じて、使用されるモールドの大きさとする。例えば、５０×のバッチサイズ係数は、８インチ×１４インチ×４インチ（２０．３２ｃｍ×３５．５６ｃｍ×１０．１６ｃｍ）のモールドに使用される。
【００５２】
得られたスラリーを乾燥し、粉末混合物を、表１のプロセスの欄に示されるように９００℃〜１，１００℃で、表１のプロセスの欄に示されるように５〜６０分で、か焼して原料を反応させ、砂糖を微細に分解し炭素質相を均一に分散させた。か焼生成物を微細粉末に粉砕し、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）モールド内に配置し、表１のプロセスの欄に示されるように７５０℃〜９００℃で加熱し、その温度で表１のプロセスの欄に示されるように１０〜６０分間ソーキングした。得られた発泡ガラスを室温にアニーリングし、離型した。
【００５３】
実施例１〜７において得られた発泡ガラスの特性は、表１の特性の欄に示される。得られた発泡ガラスは、表１の特性の欄に示されるように約３０〜７０ポンド／立方フィート（約４８０．４６〜１１２１．０６ｋｇ／ｍ３）の密度、及び完全に艶出し加工された表面を有していた。気孔構造は均一で、表１の特性の欄に示されるような平均孔径を有していた。表１が示すように、より小さい孔径、高密度及び得られた均一構造を有するタイルは、最大の引張強度及び圧縮強度を有する。調製された発泡ガラス試料の強度を測定するために、ＡＳＴＭ規格の試験手順をコンクリートに対して実施してみた。しかしながら、試料は実質的にコンクリートよりも強固であることが分かったので、用いられる装置が試料を実際に破壊するために、その手順を試料のサイズを縮小することにより改良しなければならない。このため、発泡ガラスブロックは、艶出し加工された表面を有さない１．０〜１．５インチ（２．５４〜３．８１ｃｍ）の直径及び５インチ（１２．７ｃｍ）未満の高さの円柱に切断され、圧縮測定を行った。表１の特性の欄に示されるように、実施例５〜７の圧縮強度は、１０，０００ポンド／平方インチ（７０２．９３ｋｇ／ｃｍ２）を超え、コンクリートの圧縮強度（４，０００ポンド／平方インチ（２８１．１７ｋｇ／ｃｍ２））の２．５倍を超える要素であった。同様に、表１の特性の欄に示されるように、実施例７〜９の引張強度は、１，２５０ポンド／平方インチ（８７．８７ｋｇ／ｃｍ２）を超え、コンクリートの引張強度（５００ポンド／平方インチ（３５．１５ｋｇ／ｃｍ２））の２．５倍を超える要素であった。実施例７は、２，５００ポンド／平方インチ（１７５．７３ｋｇ／ｃｍ２）の引張強度を有し、コンクリートの引張強度の５倍の要素であった。
【００５４】
次に、図１に示される複合組立品１０を、実施例７を用いて造った。実施例７で形成されたガラスタイルは、ガラス切りのこ(glass cutting saw)を用いて切断され、炭化ケイ素研削機を用いて研削されて、４．５２ｃｍ×４．５２ｃｍの正方形である上面３２、及び上面３２と下面３２との間に５．５インチ（１３．９７ｃｍ）の長さを有するブロックとした。切断及び研削プロセスの結果、各側面は、滑らかでタイル１２の反対側面に対して平行となった。次に試料を洗浄して、微粉末を取り除いた。乾燥した後、ワイヤ１６が接続された歪みゲージ１４を、タイル１２の各側面に適用した。ワイヤ１６を歪み計測器に接続して、プレストレス中におけるタイルの各側面の変形をモニターした。３／８インチ（０．９５ｃｍ）の直径を有する引張ボルト１８を、鋼梁２６内のホールに通した。ここで、ボルトヘッド２４及び座金２０は、図１に示される下方の鋼梁２６の一面にあり、座金２０及びナット２２は、もう一方の鋼梁２６の反対側面に接続されている。ナット及びボルトは、組立品の残りの構成要素がそれらの間にはまるのに十分な空間を与えるために、締付けられたままではなかった。次に、斜縁部が鋼梁２６の内側表面に面している鋼部品２８は、鋼梁の中央部に適切に配置された。次に、実施例７から作製されたタイル１２は、表面３２が隣接する鋼部品２８の間に滑り入れられた。この配列が歪みの不均一な適用を回避するのを確認し、確実にした。ナット２２がゲージ内の大体均一な歪みを保証するように代替的に締め付けられた状態でボルトヘッド２４が固定されて保持された。この歪みは、図１に図示されていない計測器によってモニターされた。最終的にモニターされた歪みは、２，５００μεであった。
【００５５】
引張ゲージ１４の１つは、引張ボルトにより処理（covered）されていないタイル１２の側面から取り除かれた。次に、組立品は、タイル１２の反対側面上に２つのナイフエッジ（例えば、円柱(rounded cylinders)）を配置することで、その引張強度を試験した。第３のナイフエッジは、引張ゲージ１４が取り除かれた側面の上中央部に設置された。引張ボルトは、タイル１２の他の２つの側面上に残された。次に、変位の定率が、上部のナイフエッジに加えられ、得られた力が測定された。また、同じ種類の分析が、１．５８ｃｍ×４．７６ｃｍ表面である実施例７の別の部品で行われ、結果が比較された。図７は、プレストレスが与えられていない(unstressed)実施例７を用いる組立品９２と、プレストレスを与えた実施例７を用いる本発明の組立品９４とを比較した、三点曲げ試験の変位関数としての力のグラフを示す。試料の様々な寸法は、下記の式（１）：
（１）    Ｆ２，再基準化＝Ｆ２（ｗ１／ｗ２）（ｈ１／ｈ２）２
を用いて説明された。ここで、Ｆ２，再基準化は再基準化された力であり、Ｆ２は実測の力であり、ｗ１は試料１の幅であり、ｗ２は試料２の幅であり、ｈ１は試料１の高さであり、ｈ２は試料２の高さである。
【００５６】
意義深いことには、図７から分かるように、プレストレスを与えた試料に関する曲線９４の領域は、プレストレスを与えていない試料に関する曲線９２の領域よりも３５倍大きかった。これは、爆発、地震又は他の激しい衝撃波のいずれかに関するタイプの衝撃波に対しての非常に大きな耐性を実証する。同様に、１０ｋＮ未満の力を吸収する、プレストレスを与えていない試料と比較して、プレストレスを与えた試料が耐えた力の量は３５ｋＮであった。破損前に加えられたこのかなり大きな力の結果として、より大きな力に耐えるために、より軽量でより小型の材料を用いることができる。これは、非常に強固な材料であることを実証する。所望の歪みパターンを設計して、当業者によって用いられる方法と一致するような特定の用途に適応させることができる。
【００５７】
本発明の好ましい実施形態が示され、詳細に説明されたので、それに対する種々の変更及び改良が、当業者に容易に明らかになるであろう。したがって、本発明の精神及び範囲は広く解釈されるべきであり、添付の特許請求の範囲によってのみ制限され、上述の明細書によって制限されてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】１つのプレストレスト発泡ガラスタイルが圧縮下にあり、かかるタイルの外側に引張ボルトがある本発明の実施形態の側面図である。
【図２】３つのプレストレスト発泡ガラスタイルが圧縮下にあり、かかるタイルの外側に引張ボルトがある本発明の実施形態の側面図である。
【図３Ａ】２つのプレストレスト発泡ガラスタイルが圧縮下にあり、かかるタイルの内側に引張ボルトがある本発明の実施形態の側面図である。
【図３Ｂ】タイル５２Ａの中央に沿った図３Ａの断面図である。
【図４Ａ】二組の発泡ガラスタイルが圧縮下にあり、かかるタイルの間に引張ボルトがある本発明の別の実施形態の断面図である。
【図４Ｂ】タイル６２Ａ及び６２Ｃの中央に沿った図４Ａの断面図である。
【図５Ａ】二組の発泡ガラスタイルが２方向における圧縮下にあり、かかるタイルの間に引張ボルトがある本発明の別の実施形態の断面図である。
【図５Ｂ】タイル７２Ａ及び７２Ｃの中央に沿った図５Ａの断面図である。
【図６】複数の発泡ガラスタイルが、建物における２つの床の間で圧縮下にある本発明の別の実施形態の側面図である。
【図７】プレストレスを与えていない実施例７を用いる組立品とプレストレスを与えた実施例７を用いる本発明の組立品とを比較する、三点曲げ試験の変位関数である力のグラフである。
【図１】
2007509020.tif 000004
【図２】
2007509020.tif 000005
【図３Ａ】
2007509020.tif 000006
【図３Ｂ】
2007509020.tif 000007
【図４Ａ】
2007509020.tif 000008
【図４Ｂ】
2007509020.tif 000009
【図５Ａ】
2007509020.tif 000010
【図５Ｂ】
2007509020.tif 000011
【図６】
2007509020.tif 000012
【図７】
2007509020.tif 000013
【国際調査報告】
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