(57)【要約】  強化された軽量の寸法的に安定したＳＣＰパネルを支持する水平または傾斜金属枠組部材、例えばＣ字根太、Ｕ字根太、オープンウェブ根太、または他の金属枠システムを含む屋根システム。屋根システムは不燃性、水耐久性、カビ抵抗性または防腐性、シロアリ抵抗性であり、合板または指向性ストランドボードパネルによって提供される剪断荷重以上の剪断荷重に抵抗することができる。パネルは、無機質粘結剤、例えば硫酸カルシウムアルファ型半水化物、水硬性セメント、活性ポゾランおよび石灰の水性混合物の硬化の結果である連続相の１つまたは複数の層を使用する。連続相は、ガラス繊維で強化され、軽量充填剤粒子、例えばセラミック微小球を含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構築物用の屋根システムであって、
軽量冷間圧延金属枠組上に支持された傾斜または平坦剪断隔壁であり、強化され、軽量で、寸法的に安定したセメント質パネルを備え、前記枠組が金属製屋根要素を備える前記剪断隔壁を具備し、
前記パネルが、１立方フィート当たり６５〜９０ポンドの密度を有し、枠組に締結された場合に剪断荷重に抵抗することができ、乾燥ベースで３５〜７０重量％の反応性粉末、２０〜５０重量％の軽量充填剤、および５〜２０重量％のガラス繊維を備える水性混合物を硬化した結果としての連続相を備え、前記連続相が、ガラス繊維で強化され、軽量充填剤粒子を含み、前記軽量充填剤粒子が、０．０２〜１．００の粒子比重、および約１０〜５００ミクロン（マイクロメートル）の平均粒子サイズを有する屋根システム。
【請求項２】
前記連続相が、乾燥ベースで３５〜７５重量％の硫酸カルシウムアルファ型半水化物、２０〜５５重量％の水硬性セメント、０．２〜３．５重量％の石灰、および５〜２５重量％の活性ポゾランを備える反応性粉末の水性混合物を硬化した結果であり、前記連続相が、耐アルカリ性ガラス繊維で均一に強化され、均一に分布したセラミック微小球を備える、均一に分布した軽量充填剤粒子を含む、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項３】
前記セラミック微小球が、５０〜２５０ミクロンの平均粒子サイズを有し、および／または１０〜５００ミクロンの粒子サイズ範囲に入る、請求項２に記載の屋根システム。
【請求項４】
前記パネルが、それぞれ乾燥ベースで３５〜５８重量％の反応性粉末、６〜１７重量％のガラス繊維、および３４〜４９重量％のセラミック微小球、ガラス微小球、フライアッシュセノスフィアまたはパーライトからなる群から選択された少なくとも１つの前記軽量充填剤から形成されている、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項５】
前記パネルが、それぞれ乾燥ベースで４９〜５６重量％の反応性粉末、７〜１２重量％のガラス繊維、および３５〜４２重量％のセラミック微小球から形成されており、前記セラミック微小球が０．５０〜０．８０ｇ／ｍＬの粒子密度を有する、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項６】
前記充填剤が、均一に分布し、約１０〜３５０ミクロン（マイクロメートル）の平均直径を有するガラス微小球および／またはフライアッシュセノスフィアを備える、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項７】
前記パネルが、それぞれ乾燥ベースで４２〜６８重量％の反応性粉末、５〜１５重量％のガラス繊維、２３〜４３重量％のセラミック球、および最大１．０重量％のガラス微小球から形成される、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項８】
前記パネルが、乾燥ベースで３５〜７５重量％の硫酸カルシウムアルファ型半水化物、２０〜５５重量％の水硬性セメント、０．２〜３．５重量％の石灰、および５〜２５重量％の活性ポゾランを備える反応性粉末の水性混合物を硬化した結果である連続相を備える芯を具備し、前記連続相が、耐アルカリ性ガラス繊維で均一に強化され、均一に分布したセラミック微小球を備える前記軽量充填剤を含み、
さらに、少なくとも１つの外層を具備し、各前記外層が、乾燥ベースで３５〜７５重量％の硫酸カルシウムアルファ型半水化物、２０〜５５重量％の水硬性セメント、０．２〜３．５重量％の石灰、および５〜２５重量％の活性ポゾランを備える反応性粉末の水性混合物を硬化した結果である連続相を備え、前記連続相が、耐アルカリ性ガラス繊維で均一に強化され、軽量充填剤粒子が、０．０２〜１．００の粒子比重および約１０〜５００ミクロン（マイクロメートル）の平均粒子サイズを有し、少なくとも１つの外層が前記芯より低い相密度を有する、請求項２に記載の屋根システム。
【請求項９】
前記外層が、それぞれ乾燥ベースで４２〜６８重量％の反応性粉末、５〜１５重量％のガラス繊維、約１０〜３５０ミクロン（マイクロメートル）の平均直径を有する最大１．０重量％のガラス微小球、およびセラミック球を備える２３〜４３重量％の軽量充填剤粒子から形成されている、請求項８に記載の屋根システム。
【請求項１０】
前記パネルが約１／４〜１−１／２インチ（６．３〜３８．１１ｍｍ）の厚さを有する、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項１１】
前記外層が約１／３２〜４／３２インチ（０．８〜３．２ｍｍ）の厚さを有する、請求項８に記載の屋根システム。
【請求項１２】
厚さ３／４インチ（１９ｍｍ）のパネルが、中心で１６インチ（４０６．４ｍｍ）のスパンにわたってＡＳＴＭ  ６６１およびＡＰＡ  Ｓ−１試験方法に従って試験した場合に、静止荷重では５５０ｌｂ（２５０ｋｇ）より大きい極限負荷容量を、衝撃荷重では４００ｌｂ（１８２ｋｇ）より大きい極限負荷容量を、および２００ｌｂ（９０．９ｋｇ）の荷重の静止および衝撃荷重の両方では０．０７８インチ（１．９８ｍｍ）より小さい撓みを有する、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項１３】
前記ガラス繊維が、約５〜２５ミクロン（マイクロメートル）の直径、および約０．２５〜３インチ（６．３〜７６ｍｍ）の長さを有するモノフィラメントである、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項１４】
４８時間にわたって水に浸漬した後に６５ｌｂ／ｆｔ３〜９５ｌｂ／ｆｔ３の乾燥密度を有するパネルの曲げ強度が、ＡＳＴＭ  Ｃ９４７試験によって測定した状態で少なくとも１０００ｐｓｉである、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項１５】
４８時間にわたって水に浸漬した後に６５ｌｂ／ｆｔ３〜９５ｌｂ／ｆｔ３の乾燥密度を有するパネルの曲げ強度が、ＡＳＴＭ  Ｃ９４７試験によって測定した状態で少なくとも１６５０ｐｓｉである、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項１６】
前記水硬性セメントがポルトランドセメントである、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項１７】
前記反応性粉末が４５〜６５重量％の硫酸カルシウム半水化物、２５〜４０重量％の水硬性セメント、０．７５〜１．２５重量％の石灰、および１０〜１５重量％の活性ポゾランを備える、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項１８】
前記金属屋根要素が、金属から製作したほぼＣ字形の横断面を有する細長い部材を備える、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項１９】
請求項１に記載の屋根システムであって、当該屋根システムの前記水平剪断隔壁の負荷容量が、１０フィート×２０フィートの金属枠に締結した厚さ３／４インチのＳＣＰパネル上で２インチの水頭を２４時間の期間にわたって維持する試験で水に曝露した場合、２５％より多くは低下しない屋根システム。
【請求項２０】
請求項１に記載の屋根システムであって、当該屋根システムの前記水平剪断隔壁の負荷容量が、１０フィート×２０フィートの金属枠に締結した厚さ３／４インチのＳＣＰパネル上で２インチの水頭を２４時間の期間にわたって維持する試験で水に曝露した場合、２０％より多くは低下しない屋根システム。
【請求項２１】
１０フィート×２０フィートの金属枠に締結した厚さ３／４インチのＳＣＰパネル上で２インチの水頭を２４時間の期間にわたって維持する試験で水に曝露した場合、１平方フィート当たり０．７ポンドより多くの水を吸収しない、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項２２】
１０フィート×２０フィートの前記金属枠に取り付けた幅１０フィート、長さ２０フィート、厚さ３／４インチの前記ＳＣＰパネルの隔壁が、前記金属枠に締結したＳＣＰパネル上で２４時間の期間にわたって維持した２インチの水頭に曝露した場合、５％より大きくは膨張しない、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項２３】
請求項１に記載の屋根システムであって、あらゆる構成要素が、当該屋根システムが約１を達成するＡＳＴＭ  Ｇ−２１に適合し、当該屋根システムが約１０を達成するＡＳＴＭ  Ｄ−３２７３に適合する屋根システム。
【請求項２４】
清浄な場合にほぼゼロの細菌成長を支持する、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項２５】
シロアリに対して食用不適である、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項２６】
前記パネルが、
前記連続相を備える芯層と、
内層の対向する各側に、乾燥ベースで３５〜７０重量％の反応性粉末、２５〜５０重量％の軽量充填剤、および５〜２０重量％のガラス繊維を備える水性混合物の硬化の結果である個々に別の連続相の少なくとも１つの外層とを具備し、前記連続相がガラス繊維で強化され、前記軽量充填剤粒子を含み、前記軽量充填剤粒子が、０．０２〜１．００の粒子比重、および約１０〜５００ミクロン（マイクロメートル）の平均粒子サイズを有し、前記少なくとも１つの外層が、前記内層より高いパーセンテージのガラス繊維を有する、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項２７】
請求項１に記載の屋根システムであって、強度または荷重負担特性を失わずに、当該屋根システムのパネルを、その長い寸法が枠の金属根太に平行または直角な状態で配置できるという点で、非指向性であり、当該屋根システムが破損せずに死荷重および活荷重を支持する能力が、前記金属枠組上の前記ＳＣＰパネルの方向に関係なく同じである屋根システム。
【請求項２８】
前記ＳＣＰパネルおよび金属枠組を備える傾斜屋根を備える、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項２９】
波形金属シートに取り付けられた前記ＳＣＰパネルを備える傾斜屋根を備え、前記金属シートが前記金属枠組に取り付けられる、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項３０】
波形金属シートに取り付けられた前記ＳＣＰパネルを備える平屋根を備え、前記金属シートが前記金属枠組に取り付けられる、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項３１】
前記金属枠組に取り付けられた前記ＳＣＰパネルを備える平屋根を備える、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項３２】
１直線フィート当たり３００〜１０００ポンドの前記屋根隔壁の水平設計剪断容量を有する、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項３３】
１直線フィート当たり４００〜８００ポンドの前記屋根隔壁の水平設計剪断容量を有する、請求項１に記載の屋根システム。
【請求項３４】
前記パネルを前記金属屋根要素上に配置するステップを含む、請求項１に記載の不燃性の屋根システムの作成方法。
【請求項３５】
周囲温度が３２°Ｆ（０℃）未満の場合に、前記金属屋根要素上に前記パネルを配置するステップを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
周囲温度が２０°Ｆ（−７．５℃）より低い場合に、前記パネルを前記金属屋根要素上に配置するステップを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
配置する前記ステップが、前記パネルの少なくとも一方端が少なくとも２フィート落下するように、前記金属屋根要素上に前記パネルを落下させることを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
配置する前記ステップが、周囲温度が３２°Ｆ（０℃）より低い場合に、前記パネルの少なくとも一方端が少なくとも２フィート落下するように、前記パネルを前記金属枠組要素上に落下させることによって、前記パネルを前記金属枠組要素上にあるように配置することを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
配置する前記ステップが、周囲温度が３２°Ｆ（０℃）より低い場合に、前記パネルの少なくとも一方端が３フィートから４フィート落下するように、前記パネルを前記金属枠組要素上に落下させることによって、前記パネルを前記金属枠組要素上にあるように配置することを含む、請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は一般に、金属枠、および本明細書ではＳＣＰパネルと呼ばれる軽量の構造用セメント質パネルからなる、住居および商用構築物の屋根システムに関する。特に、本発明は金属枠の屋根システムに機械的に、または接着剤で締結されたパネルを有する不燃性屋根システムに関する。パネルは剪断抵抗性隔壁および軸方向荷重負担屋根要素を提供する。システムは通常、鋼枠とともに使用すると、以下の有利な性能属性を提供する。つまり耐火性、水耐久性、モールド抵抗、組み立ての速度をもたらす建築設計の経済性である。
【背景技術】
【０００２】
商用、住居、および産業用建築物の屋根構成は、非常に明確な性能要素を規定する国家および地域の建築法規を採用することを通して、主に国家および地域のレベルで法律によって生成された性能基準に適合しなければならない。概して、これらの性能基準は２つの広義の分野に分けられる。つまり（１）水平から概ね３０°以上の傾斜屋根、および（２）水平から０°ないし３０°の平屋根である。
【０００３】
平屋根構造の性能基準は、地域によってわずかに異なるが、概ね以下に適合する。
【０００４】
１．鉛直荷重強度：屋根は死荷重と活荷重とで構成された全荷重を担うことができ、屋根アセンブリに使用されている材料の法制化された設計または性能値を満足しなければならない。
実施例：５０，０００〜６０，０００ｐｓｉの鋼から製造された従来の鋼製屋根は、２０，０００ｐｓｉの曲げ引っ張り応力を超える作業条件で応力を受けてはならない。
【０００５】
２．活荷重撓み：屋根は、設計死荷重（鋼、組み立て屋根および絶縁材の重量）を支持しながら、地域の建築法規または他の考慮事項によって指定されるように、活荷重を加えても、支持部材間の距離の１／２４０より大きく撓んではならない。
【０００６】
実施例：部材の中心間６’０”で支持された屋根は、活荷重を加えた場合、６’０”×１２インチ／フィート×１／２４０＝０．３０”より大きく撓んではならない。活荷重は、異なる気候の区域で、天候状態に応じて１平方フィート当たり２０ポンドから６０ｌｂ／平方フィートまで変動する。
【０００７】
３．風揚圧力抵抗：通常、屋根は自身に加えられた負圧および正圧に抵抗し、構造的に使用可能な状態を維持しなければならない。この基準の性能値は、地理的地域に応じて変動するが、概して３０ｐｓｆ揚圧力抵抗（１００ｍｐｈの風と同等）から９０ｐｓｆの揚圧力抵抗（１８８ｍｐｈの風と同等）の範囲である。
【０００８】
典型的な鋼屋根アセンブリは、通常「タイプＡ」、「タイプＢ」、「タイプＡＢ」などと呼ばれるパターンの軟鋼から形成されたセクションを使用している。セクションの共通の特徴は、セクションに剛性および強度を提供する補剛リブの間に形成された広く平坦な表面の要素である。母屋によって支持された鋼セクションはこれまで、建築法規によって規定された強度要件に適合するように設計されている。平坦な表面を使用して、絶縁する働きをする１枚の板を備える１つまたは複数の層の板材料に支持表面を提供し、防水被覆を取り付けた表面を提供する。
【０００９】
例えば典型的な「タイプＡ」セクションは、幅が約５−１／２インチ、奥行きが１インチと１／２インチの間で、６インチ隔置された補剛リブの平坦部分を提供する。「タイプＢ、ＡＢ」および他のセクションは、輪郭がタイプＡセクションと同様であるが、補剛リブ間の平坦部分の幅が除々に減少して、補剛リブの間隔が狭くなり、任意のスパンの荷重容量が増加する。しかし、例えばタイプＢセクションの板の上面にあるリブ開口の幅は、タイプＡセクションのそれより大きい。
【００１０】
強度の観点から、最も効率的な薄肉鋼セクションは、単位幅当たりの補剛リブの数が最大のものであり、究極的には板の中心を通る面にある中性軸の上下で鋼が等しく分布し、板の上下面に平行に配置された対称のリブパターンセクションである。
【００１１】
経済的な理由から、地震の衝撃（地震性）、爆発力または風によって生成される横方向の荷重に対して建築物を強化する構造用隔壁として屋根アセンブリを使用することが、強制である場合もあり、望ましい場合もある。このような用途では、屋根アセンブリは、水平面に配向された桁の板ウェブと見なされ、建築物の周囲部材が、桁の圧縮および張力弦として働く。
【００１２】
任意の屋根アセンブリの隔壁（板ウェブ）強度は、アセンブリの剪断抵抗の考慮事項を含む対角線上の引っ張り応力伝達能力、および使用される鋼パネルセクションの「隔壁剛性」によって大部分決定される面内撓み（「隔壁撓み」と呼ばれる）で評価される。隔壁剛性は、鋼パネルセクションが荷重がかかった状態で歪みに抵抗する能力に関する。
【００１３】
鋼パネルセクションの曲げ強度は、相当にセクションの深さの関数であるので、隔壁強度に寄与する深さの減少（薄い鋼板に近づく）に対立するのは当然である。隔壁強度の観点から、最も効率的な屋根アセンブリは、隔壁応力面に最大程度の有効鋼がある鋼セクションを使用して、十分な曲げ強度を提供することができるものである。隔壁剛性は、使用される鋼の降伏強さの増加に比例して増加し、したがって高張力鋼で作成した鋼セクションは、軟鋼で作成したものより効果的である。
【００１４】
通常は、厚肉軟鋼（例えば２２ゲージ、２０ゲージおよび１８ゲージで、１平方インチ当たり２０，０００ｌｂの応力限界）が、タイプＡおよび類似した平坦な断面のセクションの製造に使用されている。これは、薄肉鋼セクションの設計を決定する最小の鋼厚さと要素幅との比率を満足するために、より厚肉が必要であるからである。他方で、対称形のリブパターンセクションは、より小さい単位幅の要素を有し、したがってより薄肉で、より効果的な高い引っ張り強度の鋼を使用することができ、鋼１ポンド当たりの使用強さが高くなる。
【００１５】
アスファルトの組み立て屋根被覆は通常、数層のアスファルト含浸フェルトで構成され、フェルトの層の間に高温モッピングアスファルトの連続相がある。このような屋根被覆の最上層は、アスファルトまたはコールタールピッチのみを高温でモッピングする、スラグまたは砂利を埋め込んだ高温のアスファルトを上注ぎする、またはアスファルトの高温モッピングで鉱物表面のキャップシートを埋め込むことで構成することができる。
【００１６】
組み立て屋根は概して、鋼屋根セクションに直接適用することができず、その結果、鋼屋根セクションを所定の位置に固定した後、通常は基質材料の下敷を設置している。通常は「剛性屋根絶縁ボード」と呼ばれる１枚シートの下敷材料を使用している実施形態もある。しかし、剛性ボード絶縁の絶縁効率は通常、これを構築する材料の密度に直接関連し、材料の密度が低くなると、任意の厚さで絶縁が比例して向上する。これらのボードの強度特性は、密度の低下に逆比例する。したがって、これらのボードの密度が低いほど、強度が低くなる。「剛性絶縁ボード」はこれまで、絶縁ばかりでなく、屋根の適切なベースを提供するためにも鋼上で使用されているので、ボードは、絶縁に対する強度の値の最低要件に折り合いをつけるような密度で製造しなければならない。折り合いをつけた典型的な状況では、「剛性絶縁ボード」は適切であるように作成されているが、現状ではいずれの機能、つまり断熱および強度の提供という性能でも十分に効率的になり得ない。
【００１７】
Lehrその他に帰される米国特許第４７３６５６１号、Nunleyその他に帰される米国特許第４７８３９４２号、Nunleyその他に帰される米国特許第４６０１１５１号、およびNunleyその他に帰される米国特許第４７０７９６１号は、水平に配置された建築用多層平屋根を開示している。
【００１８】
鋼枠を使用して、平屋根と傾斜屋根の両方で従来の枠組のように母屋およびトラスを構築することができる。鋼の枠組で作成した屋根トラスは、たるきおよびＣ字形間柱で形成した天井野縁がある木枠組に類似している。トラックセクションの内側のＣ字形間柱で構成された剛性部材が、たるきを接続する。棟がある屋根セクションを有する従来の木枠または鋼枠家屋では、たるきは耐力壁に直角で、それに載る。たるきに平行な端壁および内壁は通常、耐力性でない。
【００１９】
鋼製の屋根トラスを使用するために、幾つかのアプローチが提案されている。H.S. Shannonに対して発行された米国特許第２５４１７８４号では、「Ｃ」または「Ｕ」字形セクションを建築物トラスの上弦部材ばかりでなく下弦部材にも使用する。
【００２０】
JeanneA. Davenportその他に対して発行された米国特許第４４３５９４０号、およびGustaf M. Strombackに対する米国特許第４９８２５４５号は、屋根トラスの水平下弦セクションを薄鋼板のＵ字形セクションから形成するトラス構成について述べている。Strombackの特許では、Ｕ字形の脚部の端は、きつく折り返され、２倍の厚さの縁部を形成する。DavenportとStromback双方の特許の上弦は、各脚部の端から外側に突出して剛性を向上させたフランジを有する逆Ｕ字形セクションで形成される。
【００２１】
Earlyその他に帰される米国特許第５４６３８７３号は、水平下弦部片および上弦部片が実質的に均一な形状および断面である金属屋根トラスを開示している。上下弦部材は両方とも、脚部の端に丸みを与えるか巻いた縁を含む。さらに、弦部材の側壁に１つまたは複数の補剛リブが形成される。
【００２２】
トラスは通常、相互に平行に配置され、屋根が対応しなければならない荷重特性に応じて、中心間は８”、１６”または２４”になる。次に、合板またはＯＳＢなどの外皮材料を、釘、ねじまたは他の機械的締結具を使用してトラスの上弦に締結し、屋根表面を形成する。トラスの捩れまたは横方向の動作を防止するために、通常は隣接するトラスの間に母屋として知られる小さい木片または金属片を釘で固定する。トラスと外皮の間に断熱材を設置することがあり、これでドライ壁、石膏ボードなどを根太の底部に適用して、屋根トラスシステムの下に位置する空間に天井を形成することができる。
【００２３】
金属枠組部材および間柱の外寸法、および部材または間柱の重量またはゲージは変動する。通常、部材は幅が約４インチ、奥行きが約２インチになるように作製され、それによって木枠および間柱部材の幅および奥行きに対応し、その場合、リップが間柱の側部から１／４〜１／２インチ延在してよい。住宅用薄肉構造および商用壁構造には、１８ゲージから２０ゲージの金属を使用してよい。一部の住宅および商用枠組、特に高層商用構築物には、より重い範囲の金属ゲージを使用する。
【００２４】
屋根の金属枠組部材は、これらの間柱および枠組部材と、それに隣接する間柱および枠組部材および／または間柱および枠組部材を補強する働きをする横木および他の枠組以外の部材との相互接続を容易にするために意図された鋸またはパンチスロット、タブおよびブラケットを含むように改造されている。金属間柱を結束し、相互接続するために現在使用されているブラケット、板およびタイコネクタなどの既知のコネクタは通常、現場でドリルで穴を空け、ねじで留められる。固定されていないコネクタにドリルおよびねじを使用すると、作業者に安全性の危険が生じる。というのは、コネクタは小さく軽量である傾向があり、したがってハンドドリルで容易に把持され、回転するからである。
【００２５】
冷間成形した薄肉鋼屋根トラスには合板またはＯＳＢの外皮を配置することが知られている。しかし、合板およびＯＳＢは可燃性である。
【００２６】
Tonyanその他に帰され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６６２０４８７号は、枠組に締結された場合に、合板または指向性ストランドのボードパネルによって与えられる剪断荷重以上の剪断荷重に抵抗できる軽量で寸法的に安定した強化構造セメントパネル（ＳＣＰ）を開示している。パネルは、燐酸カルシウムアルファ型半水化物、水硬性セメント、活性ポゾランおよび石灰の水性混合物が硬化した結果である連続相の芯を使用し、連続相は、耐アルカリ性ガラス繊維で強化され、セラミック微小球、またはセラミックおよびポリマ微小球の混合物を含むか、水と反応性粉末との重量比が０．６／１〜０．７／１である水性混合物またはその組合せから形成される。パネルの少なくとも１つの外面は、ガラス繊維で強化され、釘打ち性を改善するのに十分なポリマ球を含む硬化連続相を含むか、ポリマ球と同様の効果を提供する水と反応性粉末との比率で作製するか、その組合せでよい。
【００２７】
Bonenに帰され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６２４１８１５号も、ＳＣＰパネルに有用な配合を開示している。
【００２８】
参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１０／６６６２９４号は、構造用セメント質パネル（ＳＣＰまたはＳＣＰパネル）を生産する多層プロセス、およびこのようなプロセスで生産したＳＣＰを開示している。緩やかに分布した細断繊維またはスラリの層を移動するウェブ上に最初に１回付着させた後、繊維をスラリ層に付着させる。植え込み装置が、付着したばかりの繊維をスラリ内に沈殿させ、その後にスラリの追加層、次に細断した繊維を追加し、その後にさらに埋め込む。このプロセスを、所望に応じてボードの層毎に繰り返す。
【００２９】
経済的で、組み立てが容易で、耐久性があり、不燃性の全体的な枠および屋根システムに対する要求がある。
【発明の概要】
【００３０】
本発明は、金属枠および軽量ＳＣＰパネルの屋根板を含む住居および軽商用構築物のシステムに関する。この屋根板は無機質粘結剤と軽量充填剤との混合物から作成される。特に、屋根枠組システムに機械的におよび／または接着剤で締結され、剪断抵抗隔壁および軸方向荷重容量要素として作用する構造用セメント質パネル（ＳＣＰ）に関する。金属枠とＳＣＰパネルとの組合せを選択すると、完全に不燃性の屋根システムの相乗効果が達成される。ＡＳＴＭ  Ｅ１１９は、建築物材料の火に対する抵抗を求める試験を実行する標準的方法を確立している。しかし、薄肉冷間圧延（または冷間成形）金属枠上に完全に不燃性の水平剪断隔壁があることにより、全要素がＡＳＴＭ  Ｅ１３６に合格するシステムになる。例えば、屋根システムは、任意の標準的な薄肉鋼Ｃ字形溝形材、Ｕ字形溝形材、Ｉ形鋼、角管、および薄肉プレハブ建築物セクション、例えば屋根トラスまたはオープンウェブバー根太、または波形金属シートを使用する金属屋根枠組システムとともに使用するＳＣＰパネルを含んでよい。
【００３１】
薄肉冷間圧延（または冷間成形）金属枠上に水平の剪断隔壁を有する本発明のシステムも、通常は水耐久性である。本発明のシステムの水平剪断隔壁の荷重容量は、１０フィート×２０フィートの金属枠に２４時間の期間にわたって締結した３／４インチ厚さのＳＣＰパネル上で２インチの水頭を維持する試験で水に曝露した場合、２５％以上減少しないことが好ましい（２０％以上減少しないことが、さらに好ましい）。この試験では、１５分間隔で水をチェックし、補充することによって、２インチの水頭を維持する。
【００３２】
本発明のシステムは、１０フィート×２０フィートの金属枠に２４時間の期間にわたって締結した３／４インチ厚さのＳＣＰパネル上で２インチの水頭を維持する試験で水に曝露した場合、１平方フィート当たり０．７ポンドを超える水を吸収しないことが好ましい。この試験では、１５分間隔で水をチェックし、補充することによって、２インチの水頭を維持する。
【００３３】
また、不燃性ＳＣＰパネルを金属枠と組み合わせると、システム全体に水分による膨張がなくなる。本発明のシステムでは、１０フィート×２０フィートの金属枠に取り付けたＳＣＰパネルの幅１０フィート、長さ２０フィート、厚さ３／４インチの隔壁が、金属枠に２４時間の期間にわたって締結したＳＣＰパネル上で維持した２インチの水頭に曝露した場合、膨張が５％以内であることが好ましい。この試験では、１５分間隔で水をチェックし、補充することによって、２インチの水頭を維持する。
【００３４】
また、金属枠上にＳＣＰパネルの隔壁がある本発明の屋根システムは、モールド抵抗および耐黴性がある屋根システムになる。本発明のシステムのあらゆる構成要素は、システムがほぼ１の等級を達成するＡＳＴＭ  Ｇ−２１に適合し、システムがほぼ１０の等級を達成するＡＳＴＭ  Ｄ−３２７３に適合することが好ましい。本発明のシステムは、清浄な場合にほぼゼロの細菌を支持することが好ましい。
【００３５】
金属枠上にＳＣＰパネルの隔壁がある本発明の屋根システムの別の好ましい属性は、好ましくはシロアリに食べられないことである。
【００３６】
本発明のシステムは、単層または多層ＳＣＰパネルを使用することができる。多層ＳＣＰパネルでは、層は同じまたは異なってよい。例えば、ＳＣＰパネルは、連続相の内層、および内層の対向する各側に連続相の少なくとも１つの外層を有してよく、内層の対向する各側にある少なくとも１つの外層は、内層より高いガラス繊維のパーセンテージを有する。これは、パネルの剛性、強度および靱性を上げる能力を有する。
【００３７】
合板とは対照的に、本発明のシステムは潜在的に無指向性であるという利点を有する。つまり、本発明のパネルは、強度または荷重容量特性を失わずに、長い寸法を枠の金属トラスに平行または直角の状態で配置することができる。したがって、システムが破損せずに死荷重および活荷重を支持する能力は、金属枠組上のＳＣＰパネルの方向に関係なく同じである。
【００３８】
さらに、音響減衰材料または石膏ドライ壁を追加すると、ＳＣＰ屋根によって提供される防音性を改善することができる。これは特にＩＩＣ（衝撃ノイズ）を減少させる。典型的な追加材料は、屋根マット（底部から不燃性である屋根を作成する）、FIBEROCK AQUATOUGHブランドのパネル（イリノイ州シカゴのUS Gypsum Corporationから入手可能）（不燃性屋根を作成する）、または吸音石膏（不燃性屋根を作成する）を含む。
【００３９】
ボードの厚さはその物理的および機械的特性、例えば重量、負荷容量、ラッキング強度などに影響するので、所望の特性はボードの厚さに従って変化する。したがって、例えば呼び厚さが０．７５インチ（１９．１ｍｍ）または０．５０インチ（１２．５ｍｍ）の剪断等級パネルが適合すべき所望の特性は、以下を含む。
【００４０】
屋根に使用する場合、典型的パネルは、中心にて１６インチ（４０６．４ｍｍ）のスパンで、ＡＳＴＭ  ６６１およびアメリカ合板協会（ＡＰＡ）試験方法Ｓ−１に従って試験した場合、静荷重では５５０ｌｂ（２５０ｋｇ）を上回る極限負荷容量を、衝撃荷重では４００ｌｂ（１８２ｋｇ）を上回る極限負荷容量を、２００ｌｂ（９０．９ｋｇ）荷重での静荷重および衝撃荷重では０．０７８インチ（１．９８ｍｍ）未満の撓みを有していなければならない。
【００４１】
４×８ｆｔ、厚さ３／４インチのパネル（１．２２×２．４４ｍ、厚さ１９．１ｍｍ）は通常、１５６ｌｂ（７１ｋｇ）以下の重量であり、１４４ｌｂ（６５．５ｋｇ）以下であることが好ましい。
【００４２】
低密度と曲げ強度の改善と釘打ち性／切断性の組合せを達成する本発明のパネルの実施形態の典型的組成は、パネルの全厚さにわたって分布した選択ガラス繊維、軽量充填剤（例えば均一な中空ガラス微小球、中空セラミック微小球および／またはパーライト）、および流動化剤／高範囲減水剤（例えばポリナフタレンスルホネート、ポリアクリレートなど）を有する無機質粘結剤（例えば石膏セメント、ポルトランドセメントまたは他の水硬性セメント）を備える。
【００４３】
パネルは、単層パネルまたは多層パネルでよい。典型的なパネルは、水および無機質粘結剤と、混合物全体にわたる選択されたガラス繊維、軽量セラミック微小球および流動化剤との混合物から作成される。硬化促進剤および凝結遅延剤、粘度制御添加剤などの他の添加剤を、任意選択で混合物に追加して、関連する製造プロセスの要求に適合することができる。
【００４４】
単層または多層パネルには、所望に応じてガラス繊維網などの網のシートを設けてもよい。
【００４５】
多層（２つ以上の層）を有する実施形態では、層の組成は同じまたは異なってよい。例えば、多層パネル構造は、釘打ち性および切断性が改善された少なくとも１つの外層を含むように生成することができる。これは、外層を作成する際に、パネルの芯に対して、より高い水と反応性粉末（以下で定義）との比率を使用することによって提供される。外皮の薄さがポリマ含有率の低さと組み合わされて、必ずしも不燃性試験に不合格になることなく、釘打ち性を改善することができる。言うまでもなく、ポリマ含有率が高いと、不燃性試験で製品が不合格になることになる。
【００４６】
ガラス繊維は単独で、または鋼繊維などの他のタイプの不燃性繊維と組み合わせて使用することができる。
【００４７】
ＳＣＰパネルを金属枠組に直接的または間接的に接続すると、より大きい負荷を担うために金属枠組とパネルが一緒に働くように、複合作用を達成することができる。
【００４８】
方法に関して、本発明は本発明の不燃性屋根システムを作成する方法を含み、ＳＣＰパネルを金属屋根要素上に配置することを含む。
【００４９】
本発明は、寒冷気候性能に予想外の利点も有する。従来のセメント質パネルは、寒冷気候では脆弱なことがある。したがって、このようなパネルを寒冷気候で設置するには、設置中に建設作業員による慎重な取り扱いを必要とする。しかし、本発明のシステムでは、ＳＣＰパネルは周囲温度が３２°Ｆ（０℃）より低い、または２０°Ｆ（−７．５℃）より低くても、ひび割れずに金属屋根要素への設置に耐えられることが好ましい。これは、冬の悪天候での建築を容易にし、したがって建設業者の生産性を上げるので、非常に重大な利点である。本発明のＳＣＰパネルは、このような低温で、設置中に通常の手粗い扱いに耐えられることが好ましい。例えば、このような低温では、ＳＣＰパネルの配置は、パネルの少なくとも一方端が、ひび割れずに少なくとも２フィート、通常は少なくとも３フィート、例えば３フィートから４フィート自由落下するように、金属屋根要素、例えばトラス上にパネルを落下させるステップを含むことがある。例えば、これはパネルの一方端を１つまたは複数の金属屋根要素上に配置し、次に対向する他方端を解放して、１つまたは複数の金属屋根要素上に自由落下で落下する場合に生じる。
【００５０】
屋根構造に使用する場合、ＳＣＰパネルは構造用合板シートに適用されるようなＡＳＴＭ  Ｅ７２、ＡＳＴＭ  ６６１およびＡＳＴＭ  Ｃ１１８５または同等物などの認められた試験で測定した状態で、剪断抵抗、負荷容量、水で誘発された膨張および燃焼抵抗の建築法規基準に適合しなければならない。ＳＣＰパネルは、不燃性についてＡＳＴＭ  Ｅ−１３６でも試験する。合板はこの試験に適合しない。
【００５１】
通常、適切な金属間柱、締結具、間柱間隔および締結具間隔を使用してＡＳＴＭ  Ｅ７２によって測定した厚さ０．５インチ（１２．７ｍｍ）のパネルの呼びラッキング剪断強度は、少なくとも７２０ｌｂ／直線ｆｔ（１０７２ｋｇ／直線ｍ）でなければならない。
【００５２】
ＳＣＰパネルは、木材の切断に使用する丸のこで切断可能でなければならない。
【００５３】
ＳＣＰパネルは、水に曝露した場合に寸法的に安定していなければならない。つまり、ＡＳＴＭ  Ｃ１１８５で測定して、膨張が可能な限り小さくなければならず、０．１％未満であることが好ましい。
【００５４】
ＳＣＰパネルは、屋根材料に結合可能な基材を提供しなければならない。
【００５５】
ＳＣＰパネルは、ＡＳＴＭ  Ｅ１３６で求めた状態で、不燃性でなければならない。
【００５６】
２８日間硬化させた後、４８時間水に浸した後に６５ｌｂ／ｆｔ３（１０４１ｋｇ／ｍ３）から９０ｌｂ／ｆｔ３（１４４２ｋｇ／ｍ３）または６５ｌｂ／ｆｔ３（１０４１ｋｇ／ｍ３）から９５ｌｂ／ｆｔ３（１５２２ｋｇ／ｍ３）の乾燥密度を有する厚さ０．７５インチ（１９．ｍｍ）のＳＣＰパネルの曲げ強度は、ＡＳＴＭ  Ｃ９４７で測定して少なくとも１０００ｐｓｉ（７ＭＰａ）、例えば少なくとも１３００ｐｓｉ（９ＭＰａ）、好ましくは少なくとも１６５０ｐｓｉ（１１．４ＭＰａ）、さらに好ましくは少なくとも１７００ｐｓｉ（１１．７ＭＰａ）でなければならない。このパネルは少なくとも７５％の乾燥強度を有していなければならない。
【００５７】
不燃性屋根タイル、例えばコンクリートこけら板、複合スレートタイルなど、または他の不燃性屋根材を、ＳＣＰ屋根板材料に適用して、完全に不燃性の屋根アセンブリを達成することができる。
【００５８】
ＳＣＰパネルを並べて屋根トラス上に配置すると、突き合ったＳＣＰパネル間に継ぎ目が形成される。継ぎ目が屋根トラスに平行であり、屋根トラス間にある場合、Ｈ字形クリップを使用して、継ぎ目にてパネルを支持するのを助けることができる。このようなＨ字形クリップは通常、合板屋根パネルの間の継ぎ目に使用されている。しかし、合板パネルよりＳＣＰパネルの方が剛性が高いので、本発明の利点は、同等サイズの合板パネルで使用する場合より、ＳＣＰパネルで使用するＨ字形クリップの方が少なくなるか、場合によってはＨ字形クリップが省略されることである。
【００５９】
浸水法は、ＳＣＰパネルを使用するシステムでは、水がパネルを通らないことを示す。これによって、パネルは永久的または一時的屋根にとって有用になる。本発明によって、セメントの平屋根または傾斜屋根が可能になる。対照的に、セメントおよびパンの構造でセメントの傾斜屋根を作成することは不可能である。
【００６０】
本明細書は、図面を含み、ここで同一番号は同一又は相当要素を示すものとする。
【本発明の詳細な説明】
【００６１】
本発明は、金属枠に使用されるＳＣＰパネルを有するシステムに関する。枠は屋根を支持するのに適切な任意の金属、例えば鋼、または亜鉛メッキ鋼の枠システムでよい。
【００６２】
図１および図２は、本発明の第１および第２の実施形態により、ＳＣＰパネルとともに使用できる従来の金属屋根トラスの２つの形態を側面図で示す。屋根トラスとともに現在使用されている従来の金属ビームは、幅２３０ｍｍおよび厚さ０．９ｍｍの３００ＭＰａ軟鋼細片材料から構築される。図１および図２に示すような屋根トラスの従来のビームは、下弦１１からウェブ部材１２によって支持されたビームで構成された上弦１０を有する。建築物上で直立すると、下弦１１は壁枠（図示せず）に広がり、壁枠に固定されて、したがって屋根の押縁固定部分として意図される上弦１０が担う荷重は、軸方向の圧縮力、さらにウェブ部材１２による係合位置での曲げモーメントを受ける。図１の部分Ａは、ウェブ１２の上端がトラスの上弦１０内にある位置である。図１の部分Ｂは、ウェブ１２の下端がトラスの下弦１１内にある位置である。図１の部分Ｃは、下弦１１を上弦１０および壁構造の上板（図示せず）に固定することを示す。上弦１０、下弦１１およびウェブ１２は通常、薄板金から圧延形成される。弦１０、１１およびウェブ１２はボルト（図示せず）で固定してよい。
【００６３】
図３は、本発明の不燃性屋根システムで金属枠組とともに使用する単層ＳＣＰパネル２０の略側面図である。
【００６４】
図４は、本発明のシステムで図１の金属枠組、特に上弦１０上に支持された図３の単層ＳＣＰパネル２０の側面図である。例示的目的で、ＳＣＰパネル２０を上弦１０に取り付ける締結具３０が概略的に図示されている。実際には、屋根は機械的に、または接着剤で上弦１０に取り付けてよい。
【００６５】
図５は、本発明の不燃性屋根システムで図２の金属枠組上で支持され、それに取り付けられた図３のＳＣＰパネルの等角図を示す。金属枠組は、下弦１１からウェブ部材１２によって支持されたビームで構成された上弦１０を有する屋根トラスを有する。これは、屋根トラスに取り付けられた母屋１３を有する。図５は、母屋１３に平行なＳＣＰパネル２０を示す。図示されていない実施形態では、図５のＳＣＰパネル２０を、母屋１３に対して９０°回転するように適用することができる。
【００６６】
図６Ａは本発明の第３の実施形態を示し、ここで数字１０１は全体的に、下から母屋Ｐによって支持され（図６Ｂ参照）、上から機械的締結具１０４によってＳＣＰパネル材料１０６に固定された波形シート１０２を備える複合屋根アセンブリを示す。
【００６７】
波形シート１０２は通常、コネクタ部分１１２によって接合されたほぼ等しい長さの平坦部分１０８および１１０を有し、直線、平行、規則的、および等しい湾曲の隆起および中空部を提供する。この構成は、波形シートの表面区域を（図６Ｂで見られるように）中性軸１１４の上下にほぼ等しく分布させる。
【００６８】
図６Ａは、本発明のＳＣＰパネル１１６で作成した１枚のシート１０６を示す。
【００６９】
任意選択で、パネル１１６はその対向する縁部に形成された舌１１８および溝１２０を有して、屋根基材パネルの連続的連結を提供し、ピッチの漏れに対するバリアを生成し、移動する集中した荷重を受けた場合に接合部の動作を最小限に抑え、かつ風揚圧力に対する抵抗を提供する。
【００７０】
組み立て屋根の形成は通常、アスファルトまたは他の適切な接着材料を、防水カバーを形成する基材に塗布し、それに自然の砂利または適切な自然の団粒の保護層を適用することができることを含む。
【００７１】
図６Ａに示す本発明の特定の実施形態では、ＳＣＰパネル１１６は広いリブ開口１２２上に構造用ブリッジを生成するのに十分な強度を有する。図６Ａに示すように、隔置され、ねじ頭１４２、１４２ａおよび１４２ｂを有するねじ１０４、１０４ａおよび１０４ｂは、隔置された母屋Ｐの間の長さおよび幅にわたって一連の概ね三角形の水平に配置されたトラス（例えばねじ１０４ａと１０４ｂの間の水平線として図示されたトラスＴｈ）、および一連の垂直に配置されたトラスＴｖを形成し、屋根の水平および垂直の平面撓みに対する抵抗を増加するように配向される。ＳＣＰパネル１１６については、以下でさらに詳細に説明する。
【００７２】
図６Ｂに示す器具の形態は、図６Ａに示すものと同様であるが、断熱材料の層またはシート１３０がＳＣＰパネル１１６上に配置され、それに適切な屋根材料が加えられる。断熱材料のシート１３０は通常、不燃性断熱材料、例えば鉱物繊維またはガラス線などを備える。
【００７３】
より一般的な屋根材の幾つかは、スレート、複合材または木製こけら板、複合ルーフィング紙、屋根用グラニュールおよびタイルを含む。選択される屋根材料のタイプは、大部分が特定の建築物で必要とされる性能を保証するために正当化できる費用によって決定される。図で図示された特定の屋根材１３２は、基材１０６の表面に適用されたアスファルト１３４の層を備え、その上に適切な屋根葺き膜１３６が置かれる。高温アスファルトまたは他の適切な接着材料の第２層１３８を膜１３６に塗布し、砂利または他の適切な表面材の層１４０をそれに提供する。
【００７４】
図６Ｃに示す本発明の形態では、基材１０６は、断熱材料１３０のシート上に配置されたＳＣＰパネル１１６を備える。図６Ｂまたは図６Ｃの本発明の形態では、基材は、拡大した頭部１４２を有するねじ１０４によって波形シート１０２の上部隆起部分に固定される。
【００７５】
所望に応じて、接着剤を現場で、または事前に塗布し、取り外し可能な細片で覆ってＳＣＰパネルの側部に適用し、ねじの代わりに、またはねじに加えてＳＣＰパネルを波形シートの平坦部分１０８に取り付ける（図６Ｂ）か、ＳＣＰパネルを他の金属枠組部材、例えば根太に取り付ける。
【００７６】
図６Ｄは、ねじの代わりに、またはねじに加えてＳＣＰパネルを波形シートの平坦部分１０８に取り付ける（図７Ｂ）ために、事前に塗布した接着剤細片１４５を有するＳＣＰパネル１４３の上面図を示す。図１１は、波形金属シート１０２上に配置されたＳＣＰパネル１１６を備え、上部平坦部分１０８を有し、機械的に（ねじなど）または現場または事前に現場以外で塗布された接着剤で締結された本発明の屋根の斜視図を示す。図６Ｅは、図６Ｄの屋根システムで使用することができ、少なくとも幾つかの上部平坦部分１０８を係合する位置でＳＣＰパネル１１６に事前に塗布された接着剤細片１４７を有するＳＣＰパネル１１６の実施形態を示す。使用前に、接着剤細片１４５は取り外し可能なテープ１４６で覆われている。
【００７７】
壁ＳＣＰパネル１１６は、舌および溝構造を有することができ、これは鋳造中にパネルの縁を成型することによって、または使用前に舌および溝をくり抜き機で切削することによって作成することができる。例えば、パネル１１６の舌および溝は、図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄで示すように（寸法はインチ単位）、テーパ状にしてよく、テーパは本発明のパネルの容易な設置を提供する。パネルは通常、０．５インチから１インチの厚さである。パネルの任意の対向する対の縁に、対合する舌および溝構造を設けてよい。
【００７８】
図６Ｅは、覆われた接着剤細片を設けたＳＣＰパネル１１６の端面図である。図６Ｅは、使用前に接着剤細片１４５が取り外し可能な保護細片１４７で覆われていることを示す。接着剤細片１４５は、騒音伝達を減衰する働きもすることができる。
【００７９】
上述したように、図３は、本発明のシステムで金属枠組とともに使用する単層ＳＣＰパネル２０の略側面図である。このようなＳＣＰパネルの作成に使用される主な開始材料は無機質粘結剤、例えば硫酸カルシウムアルファ型半水化物、水硬性セメント、およびポゾラン材料、軽量充填剤、例えばパーライトかセラミック微小球かガラス微小球のうち１つまたは複数、さらに流動化剤、例えばポリナフタレンスルホネートおよび／またはポリアクリレート、水、および任意選択の添加剤である。
【００８０】
硫酸カルシウム半水化物
本発明のパネルに使用可能な硫酸カルシウム半水化物は、天然に発生する鉱物である石膏鉱石（硫酸カルシウム二水和物ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）から作成される。他で指示していない限り、「石膏」とは硫酸カルシウムの二水和物形態を指す。採掘された後、自然のままの石膏を熱処理して硬化可能な硫酸カルシウムを形成し、これは無水物でよいが、より一般には半水化物ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏである。よく知られている最終用途では、硬化性硫酸カルシウムは水と反応して、二水和物（石膏）を形成することによって固化する。半水化物は２つの容認された形態を有し、これはアルファ半水化物およびベータ半水化物と呼ばれる。これらは、その物理的特性および費用に基づき、様々な用途に合わせて選択される。両方の形態とも水と反応して、硫酸カルシウムの二水和物を形成する。水和後、アルファ型半水化物は、長方形面の結晶の石膏を生じさせることを特徴とし、ベータ型半水化物は、水和して針形結晶の石膏を生成し、通常は縦横比が大きいことを特徴とする。本発明では、所望の機械的性能に応じて、アルファ型またはベータ型のいずれか、または両方を使用してよい。ベータ型半水化物の方が密集していない微小構造を形成し、低密度製品に好ましい。アルファ型半水化物の方が、ベータ型半水化物によって形成されたものより高い強度および密度を有する、より密集した微小構造を形成する。したがって、アルファ型半水化物はベータ型半水化物を置換して、強度および密度を上げることができる、またはこれらを組み合わせて特性を調節することができる。
【００８１】
本発明のパネルの作成に使用される無機質粘結剤の典型的な実施形態は、ポルトランドセメント、高アルミナセメント、ポゾラン混合のポルトランドセメント、またはその組合せなどの水硬性セメントからなる。
【００８２】
本発明のパネルの作成に使用される無機質粘結剤の別の典型的な実施形態は、硫酸カルシウムアルファ型半水化物、水硬性セメント、ポラゾンおよび石灰を含む混合物を備える。
【００８３】
水硬性セメント
ＡＳＴＭは「水硬性セメント」を以下のように定義している。つまり、水との化学的相互作用によって硬化し、固まり、水中でそうなることが可能なセメントである。建設および建築産業で使用される水硬性セメントには幾つかのタイプがある。水硬性セメントの実施例は、ポルトランドセメント、高炉スラグセメントおよび超高硫酸塩セメントなどのスラグセメント、硫酸アルミン酸カルシウムセメント、高アルミナセメント、膨張セメント、白色セメント、および急結および硬化セメントを含む。硫酸カルシウム半水化物は、水との化学的相互作用によって硬化し、固まるが、これは本発明の文脈では水硬性セメントの広義の定義に含まれない。上述した水硬性セメントは全て、本発明のパネルの作成に使用することができる。
【００８４】
密接に関連する水硬性セメントのうち最もよく知られ、広く使用されている系統はポルトランドセメントとして知られている。ＡＳＴＭは「ポルトランドセメント」を、通常は１つまたは複数の形態の硫酸カルシウムを相互に粉砕した添加物として含む水硬性珪酸カルシウムで基本的に構成されたクリンカを粉砕することによって生成された水硬性セメントと定義している。ポルトランドセメントを製造するには、石灰石とargallicious岩と粘土との均質混合物に炉内で点火して、クリンカを生成し、次にこれをさらに処理する。その結果、以下のようなポルトランドセメントの４つの主要相が生成される。つまり、珪酸三カルシウム（３ＣａＯ・ＳｉＯ２で、Ｃ３Ｓとも呼ばれる）、珪酸二カルシウム（２ＣａＯ・ＳｉＯ２、ＣｓＳと呼ばれる）、アルミン酸三カルシウム（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３またはＣ３Ａ）およびアルミン酸四カルシウム（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３またはＣ４ＡＦ）である。ポルトランドセメント中に少量存在する他の化合物は、硫酸カルシウムおよびアルカリ性硫酸塩の他の複塩、酸化カルシウム、および酸化マグネシウムを含む。ポルトランドセメントの様々な容認されたクラスのうち、タイプＩＩＩポルトランドセメント（ＡＳＴＭ分類）が、本発明のパネルの作成には好ましい。というのは、その細かさのせいで、より高い強度を提供することが判明しているからである。高炉スラグセメントおよび超高硫酸塩セメントなどのスラグセメント、硫酸アルミン酸カルシウムセメント、高アルミナセメント、膨張セメント、白色セメント、調整硬化セメントおよびＶＨＥセメントなどの急結および硬化セメント、および他のポルトランドセメントのタイプを含む他の容認されたクラスの水硬性セメントも成功裏に使用して、本発明のパネルを作成することができる。スラグセメントおよび硫酸アルミン酸カルシウムセメントは、低いアルカリ性を有し、これも本発明のパネルの作成に適している。
【００８５】
繊維
ガラス繊維は、絶縁材料に一般的に使用されているが、様々な基質とともに強化材料としても使用されてきた。繊維自体が、それなしでは脆性破壊し得る材料に引っ張り強さを与えている。繊維は荷重が加えられると破壊することがあるが、ガラス繊維を含む複合材の通常の破壊モードは、繊維と連続相材料との結合の劣化および破損から生じる。したがって、強化繊維がある期間にわたって複合材の延性および強度を高める能力を保持するためのものである場合、このような結合は重要である。ガラス繊維強化セメントは、時間が経過すると実際に強度を失い、これは、セメントの硬化時に生成される石灰がガラスを攻撃することに帰されることが判明している。このような攻撃を克服するために可能な１つの方法は、ガラス繊維をポリマ層などの保護層で覆うことである。概して、このような保護層は、石灰による攻撃に抵抗できるが、本発明のパネルでは強度が低下し、したがって保護層は好ましくないことが判明している。石灰の攻撃を制限する、これより高価な方法は、Nippon Electric Glass (NEG) 350Yなどの特殊な耐アルカリ性ガラス繊維（ＡＲガラス繊維）を使用することである。このような繊維は、基質に対する優れた結合強度を提供することが判明しており、したがって本発明のパネルには好ましい。ガラス繊維は、約５〜２５ミクロン（マイクロメートル）、通常は約１０〜１５ミクロン（マイクロメートル）の直径を有するモノフィラメントである。フィラメントは通常、組み合わせて１００本フィラメントのストランドにし、これを束ねて約５０本のストランドを含む粗糸にすることができる。ストランドまたは粗糸は通常、細断して例えば長さ約０．２５〜３インチ（６．３〜７６ｍｍ）、通常は１〜２インチ（２５〜５０ｍｍ）の適切なフィラメントおよびフィラメントの束にする。
【００８６】
本発明のパネルには、他の不燃性繊維を含むことも可能であり、例えば鋼繊維も潜在的な添加物である。
【００８７】
ポゾラン材料
上述したように、大部分のポルトランドおよび他の水硬性セメントは、水和（硬化）中に石灰を生成する。石灰を反応させて、ガラス繊維への攻撃を低下させることが望ましい。硫酸カルシウム半水化物が存在する場合、これはセメント中のアルミン酸三カルシウムと反応してエトリンジャイトを形成し、これも硬化した生成物への望ましくないひび割れにつながり得ることも知られている。これは当技術では、「硫酸化攻撃」と呼ばれることが多い。このような反応は、ＡＳＴＭ  Ｃ６１８−９７で「・・・それ自体はセメント的価値をほとんど、または全く有していないが、細かく分割した形態および水分の存在で、常温の水酸化カルシウムと化学反応し、セメント質特性を有する化合物を形成する珪質または珪質およびアルミナ材料」と定義される「ポゾラン」材料を添加することによって防止することができる。往々にして使用される１つのポラゾン材料はシリカフューム、つまりシリコン金属および珪素鉄合金製造の生成物である細かく分割された非晶質シリカである。特徴的に、これはシリカ含有率が高く、アルミナ含有率が低い。軽石、パーライト、珪藻土、凝灰岩、トラス、メタカオリン、マイクロシリカ、高炉スラグ微粉末、およびフライアッシュなど、様々な天然および人造材料がポゾラン特性を有するとされている。シリカフュームは、本発明のパネルで使用するために特に都合がよいポゾランであるが、他のポゾラン材料を使用してもよい。シリカフュームとは対照的に、メタカオリン、高炉スラグ微粉末、および粉砕したフライアッシュは、シリカ含有率がはるかに低く、大量のアルミナがあるが、効果的なポゾラン材料であり得る。シリカフュームを使用する場合、これは約５〜２０重量％、好ましくは１０〜１５重量％の反応性粉末（つまり、水硬セメント、硫酸カルシウムアルファ型半水化物、シリカフューム、および石灰）で構成される。他のポゾランを置換する場合、使用量は、シリカフュームと同様の化学的性能を提供するように選択される。
【００８８】
軽量充填剤／微小球
本発明のシステムに使用される軽量パネルは通常、１立方フィート当たり６５ポンドから９０ポンド、好ましくは１立方フィート当たり６５ポンドから８５ポンド、さらに好ましくは１立方フィート当たり７２ポンドから８０ポンドの密度を有する。対照的に、木繊維がない典型的なポルトランドセメントをベースにしたパネルは、９５〜１１０ｐｃｆの範囲の密度を有し、木繊維があるポルトランドセメントをベースにしたパネルは、ＳＣＰとほぼ同じである（約６５〜８５ｐｃｆ）。
【００８９】
これらの低密度の達成を補助するために、パネルには軽量充填剤粒子を設ける。このような粒子は通常、約１０〜５００ミクロン（マイクロメートル）の平均直径（平均粒子サイズ）を有する。より典型的には、これらは５０〜２５０ミクロン（マイクロメートル）の平均粒子直径（平均粒子サイズ）を有し、および／または１０〜５００ミクロンの粒子直径（サイズ）範囲に入る。これは通常、０．０２〜１．００の範囲の粒子密度（比重）も有する。微小球または他の軽量充填剤粒子は、本発明のパネルにおいて重要な目的に役立ち、そうしないと、建築物のパネルにとって望ましい値より重くなってしまう。軽量充填剤として使用される微小球は、生成物の平均密度を低下させるのに役立つ。微小球が中空である場合、これをマイクロバルーンと呼ぶことがある。
【００９０】
微小球が中空である場合、これをマイクロバルーンと呼ぶことがある。
【００９１】
微小球はそれ自体が不燃性であるか、可燃性である場合は、ＳＣＰパネルを可燃性にしないほど十分少量を添加する。本発明のパネルの作成に使用される混合物に含める典型的な軽量充填剤は、セラミック微小球、ポリマ微小球、パーライト、ガラス微小球および／またはフライアッシュセノスフィアからなる群から選択される。
【００９２】
セラミック微小球は、様々な材料から、様々な製造プロセスを使用して製造することができる。様々なセラミック微小球を本発明のパネルの充填剤化合物として使用することができるが、本発明の好ましいセラミック微小球は、石炭燃焼の副産物として生成され、石炭燃焼用途で見られるフライアッシュの成分である。例えば米国オハイオ州メンターのKish Company Inc.製造のEXTENDOSPHERES-SG、または米国ジョージア州ノークロスのTrelleborg Fillite Inc.製造のFILLITE（登録商標）ブランドのセラミック微小球である。本発明の好ましいセラミック微小球の化学的性質は、主に約５０〜７０重量％の範囲のシリカ（ＳｉＯ２）および約１５〜４０重量％の範囲のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で、他の材料は最大３５重量％である。本発明の好ましいセラミック微小球は、直径が１０〜５００ミクロン（マイクロメートル）の範囲で、外皮厚さが通常は球直径の約１０％、粒子密度が好ましくは約０．５０〜０．８０ｇ／ｍＬの中空球形粒子である。本発明の好ましいセラミック微小球の破砕強度は、１５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）より大きく、好ましくは２５００ｐｓｉ（１７．２ＭＰａ）より大きい。
【００９３】
本発明のパネルのセラミック微小球に好ましいものは、主に大部分の人造ガラス微小球より約３倍から１０倍強力であるという事実に由来する。また、本発明の好ましいセラミック微小球は熱的に安定し、本発明のパネルに向上した寸法的安定性を提供する。セラミック微小球は、接着剤、密閉剤、コーキング材、屋根葺き化合物、ＰＶＣ床材、塗料、産業用被覆剤、および耐熱性プラスチック複合材料などの一連の他の用途で使用される。これらは好ましいが、微小球は中空で球形であることが必要不可欠ではないことを理解されたい。というのは、本発明のパネルに軽い重量および重要な物理的特性を提供するのは、粒子の密度および圧縮強度だからである。あるいは、結果となるパネルが所望の性能に適合する限り、多孔性の不規則な粒子で置換してよい。
【００９４】
ポリマ微小球が存在する場合、これは通常、中空球であり、外皮はポリアクリロニトリル、ポリメタクリロニトリル、ポリ塩化ビニルまたはポリ塩化ビニリデンなどのポリマ材料、またはその混合物で作成される。外皮は、製造中にポリマ外皮を膨張させるために使用されるガスを封入することができる。ポリマ微小球の外面は、炭酸カルシウム、酸化チタン、雲母、シリカおよび滑石などの何らかのタイプの不活性被覆を有してよい。ポリマ微小球は、好ましくは約０．０２〜０．１５ｇ／ｍＬの粒子密度を有し、１０〜３５０ミクロン（マイクロメートル）の範囲の直径を有する。ポリマ微小球が存在すると、低いパネル密度と向上した切断性および釘打ち性とを同時に達成することが容易になり得る。
【００９５】
他の軽量充填剤、例えばガラス微小球、パーライトまたは中空アルミノ珪酸塩セノスフィアまたはフライアッシュから誘導された微小球も、本発明のパネルの作成に使用されるセラミック微小球との組合せで、またはその代わりに混合物に含めるのに適切である。
【００９６】
ガラス微小球は通常、耐アルカリ性ガラス材料で作成され、中空でよい。典型的なガラス微小球は、GYPTEK INC.(Suite 135, 16 Midlake Blvd SE, Calgary, AB, T2X 2X7,CANADA)から入手可能である。
【００９７】
ＳＣＰパネルの第１の実施形態では、パネルの厚さ全体にわたってセラミック微小球のみを使用する。パネルは通常、パネルの厚さ全体に均一に分布する約３５〜４２重量％のセラミック微小球を含む。
【００９８】
ＳＣＰパネルの第２の実施形態では、軽量セラミックとガラス微小球との混合物を、パネルの厚さ全体にわたって使用する。ＳＣＰパネルの第２実施形態のパネルにおけるガラス微小球の体積分率は通常、乾燥成分の総体積の０〜１５％の範囲であり、組成の乾燥成分は反応性粉末（反応性粉末の例：水硬性セメントのみ、水硬性セメントとポゾランとの混合物、または水硬性セメントと硫酸カルシウムアルファ型半水化物とポゾランと石灰との混合物）、セラミック微小球、ポリマ微小球、および耐アルカリ性ガラス繊維である。典型的な水性混合物は、水と反応性粉末との比率が０．３／１〜０．７／１より大きい。
【００９９】
所望に応じて、パネルは図３に示すような単一の層を有してよい。しかし、パネルは通常、どのように層を加えて、硬化させるか、さらに層が同じ組成を有するか、または異なる組成を有するかに応じて、複数の層を加えるプロセスによって作成され、最終パネル製品にて別個の層を保持しても、していなくてもよい。図６は、層２３、２５、２７および２９を有するパネル２１の多層構造を示す。多層構造では、層の組成が同じ、または異なってよい。層の典型的厚さは約１／３２〜１．０インチ（約０．７５〜２５．４ｍｍ）の範囲である。１つの外層のみを使用する場合、これは通常、パネルの厚さ全体の３／８未満になる。
【０１００】
ＳＣＰパネルの配合
本発明の剪断抵抗性パネルの作成に使用される成分は水硬性セメント、硫酸カルシウムアルファ型半水化物、シリカフュームなどの活性ポゾラン、石灰、セラミック微小球、耐アルカリ性ガラス繊維、流動化剤（例えばポリナフタレンスルホン酸のナトリウム塩）、および水である。通常、水硬性セメントと硫酸カルシウムアルファ型半水化物との両方が存在する。複合材の長期耐久性は、硫酸カルシウムアルファ型半水化物がシリカフュームとともに存在していない場合、低下する。水／湿分耐久性は、ポルトランドセメントが存在しない場合、低下する。少量の促進剤および／または凝結遅延剤を組成に添加して、生の（つまり硬化していない）材料の硬化特徴を制御することができる。典型的な非制限的添加剤は、塩化カルシウムなどの水硬性セメントの促進剤、石膏などの硫酸カルシウムアルファ型半水化物の促進剤、ＤＴＰＡ（ジエチレントリアミンペンタ酢酸）、酒石酸または酒石酸のアルカリ塩（例えば酒石酸カリウム）などの凝結遅延剤、グリコールなどの収縮減少剤、および混入空気を含む。
【０１０１】
本発明のパネルは、耐アルカリ性ガラス繊維と軽量充填剤、例えば微小球とが均一に分布した連続相を含む。連続相は、反応性粉末の水性混合物、つまり水硬性セメント、硫酸カルシウムアルファ型半水化物、ポゾラン、および石灰の混合物で、好ましくは流動化剤および／または他の添加剤を含むものが硬化した結果である。
【０１０２】
本発明の例えば水硬性セメント、硫酸カルシウムアルファ型半水化物、ポゾランおよび石灰などの反応性粉末（無機質粘結剤）の実施形態の典型的な重量比が、反応性粉末の乾燥重量に基づいて表１に図示されている。表１Ａは、本発明の組成の反応性粉末、軽量充填剤、およびガラス繊維の典型的な範囲を列挙している。
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【０１０３】
石灰は、本発明の全配合に必要なわけではないが、石灰を添加すると非常に優れたパネルになることが判明しており、通常は約０．２重量％より多く添加される。したがって大抵の場合、反応性粉末中の石灰の量は約０．２〜３．５重量％になる。
【０１０４】
ＳＣＰパネルの第１の実施形態では、組成の乾燥成分は反応性粉末（つまり水硬性セメント、硫酸カルシウムアルファ型半水化物、ポゾラン、および石灰の混合物）、セラミック微小球および耐アルカリ性ガラス繊維であり、組成の湿性成分は水および流動化剤である。乾燥成分と湿性成分とを組み合わせて、本発明のパネルを生成する。セラミック微小球は、パネルの全厚さを通して基質内に均一に分布する。乾燥成分の全重量のうち、本発明のパネルは、約４９〜５６重量％の反応性粉末、３５〜４２重量％のセラミック微小球、および７〜１２重量％の耐アルカリ性ガラス繊維から形成される。広い範囲では、本発明のパネルは、乾燥成分全体の３５〜５８重量％の反応性粉末、３４〜４９重量％の軽量充填剤、例えばセラミック微小球、および６〜１７重量％の耐アルカリ性ガラス繊維から形成される。乾燥成分に添加される水および流動化剤の量は、任意の特定の製造プロセスに関する処理の考慮事項を満足するのに必要な所望のスラリ流動性を提供するのに十分な量である。水の典型的な添加率は、反応性粉末の重量の３５％と６０％の間であり、流動化剤のそれは、反応性粉末の重量の１％と８％の間である。
【０１０５】
ガラス繊維は、約５〜２５ミクロン（マイクロメートル）、好ましくは約１０〜１５ミクロン（マイクロメートル）の直径を有するモノフィラメントである。モノフィラメントは通常、組み合わせて１００本フィラメントのストランドにし、これを束ねてストランド約５０本の粗糸にすることができる。ガラス繊維の長さは通常、約０．２５〜１または２インチ（６．３〜２５または５０ｍｍ）であり、または約１〜２インチ（２５〜５０ｍｍ）であり、広義には約０．２５〜３インチ（６．３〜７６ｍｍ）である。繊維はランダムな方向を有し、パネルの面で等方性の機械的挙動を提供する。
【０１０６】
ＳＣＰパネルの第２の実施形態は、パネルの全厚さにわたって均一に分布するセラミックとガラスの微小球との混合物を含む。したがってＳＣＰパネルの第２の実施形態では、組成の乾燥成分は反応性粉末（水硬性セメント、硫酸カルシウムアルファ型半水化物、ポゾラン、および石灰）、セラミック微小球、ガラス微小球、および耐アルカリ性ガラス繊維であり、組成の湿性成分は水および流動化剤である。乾燥成分と湿性成分とを組み合わせて、本発明のパネルを生成する。パネル中のガラス微小球の体積分率は通常、乾燥成分の全体積の７〜１５％の範囲になる。乾燥成分の全重量のうち、本発明のパネルは、約５４〜６５重量％の反応性粉末、２５〜３５重量％のセラミック微小球、０．５〜０．８重量％のガラス微小球、および６〜１０重量％の耐アルカリ性ガラス繊維から形成される。広い範囲では、本発明のパネルは、乾燥成分全体の４２〜６８重量％の反応性粉末、２３〜４３重量％の軽量充填剤、例えばセラミック微小球、０．２〜１．０重量％のガラス微小球、および５〜１５重量％の耐アルカリ性ガラス繊維から形成される。乾燥成分に添加される水および流動化剤の量は、任意の特定の製造プロセスに関する処理の考慮事項を満足するのに必要な所望のスラリ流動性を提供するように調節される。水の典型的な添加率は、反応性粉末の重量の３５％と７０％の間であるが、パネルの密度を低下させ、切断性を改善するために水と反応性粉末との比率を使用することが望ましい場合には、６０％より多く最大７０％（水と反応性粉末との重量比は０．６／１〜０．７／１）、好ましくは６５％から７５％になることもある。流動化剤の量は、反応性粉末の重量の１％と８％の間である。ガラス繊維は、約５〜２５ミクロン（マイクロメートル）、好ましくは約１０〜１５ミクロン（マイクロメートル）の直径を有するモノフィラメントである。これは通常、上記で検討したように束ねてストランドおよび粗糸にする。ガラス繊維の長さは通常、約１〜２インチ（２５〜５０ｍｍ）、広義には約０．２５〜３インチ（６．３〜７６ｍｍ）である。繊維はランダムな方向を有し、パネルの面で等方性の機械的挙動を提供する。
【０１０７】
ＳＣＰパネルの第３の実施形態では、パネルの多層構造が生成され、外層は釘打ち性（締結能力）／切断性が改善されている。これは、外層の水とセメントとの比率を増加させる、および／または充填剤の量を変化させる、および／またはパネルが不燃性なままであるように、ある量の十分に小さいポリマ微小球を添加することによって達成される。パネルの芯は通常、層の厚さにわたって均一に分布するセラミック微小球を含むか、あるいはセラミック微小球、ガラス微小球およびフライアッシュセノスフィアのうち１つまたは複数の混合物を含む。
【０１０８】
本発明で使用されるＳＣＰパネルの、この実施形態の芯層の乾燥成分は、反応性粉末（通常は水硬性セメント、硫酸カルシウムアルファ型半水化物、ポゾラン、および石灰）、軽量充填剤粒子（通常はセラミック微小球のみ、またはセラミック微小球、ガラス微小球およびフライアッシュセノスフィアのうち１つまたは複数などの微小球）、および耐アルカリ性ガラス繊維であり、芯層の湿性成分は水および流動化剤である。乾燥成分と湿性成分とを組み合わせて、本発明のパネルの芯層を生成する。乾燥成分の全重量のうち、本発明のパネルの芯は、約４９〜５６重量％の反応性粉末、３５〜４２重量％の中空セラミック微小球および７〜１２重量％の耐アルカリ性ガラス繊維から、あるいは約５４〜６５重量％の反応性粉末、２５〜３５重量％のセラミック微小球、０．５〜０．８重量％のガラス微小球またはフライアッシュセノスフィア、および６〜１０重量％の耐アルカリ性ガラス繊維から形成されることが好ましい。広い範囲では、ＳＣＰパネルのこの実施形態のパネルの芯層は通常、全乾燥成分に基づいて約３５〜５８重量％の反応性粉末、３４〜４９重量％の軽量充填剤、例えばセラミック微小球、および６〜１７重量％の耐アルカリ性ガラス繊維から、あるいは約４２〜６８重量％の反応性粉末、２３〜４３重量％のセラミック微小球、最大１．０重量％、好ましくは０．２〜１．０重量％の他の軽量充填剤、例えばガラス微小球またはフライアッシュセノスフィア、および５〜１５重量％の耐アルカリ性ガラス繊維によって形成される。乾燥成分に添加される水および流動化剤の量は、任意の特定の製造プロセスに関する処理の考慮事項を満足するのに必要な所望のスラリ流動性を提供するように調節される。水の典型的な添加率は、反応性粉末の重量の３５％と７０％の間であるが、パネルの密度を低下させ、切断性を改善するために水と反応性粉末との比率を使用することが望ましい場合には、６０％より多く最大７０％になり、流動化剤のそれは、反応性粉末の重量の１％と８％の間である。水と反応性粉末との比率を調節する場合は、所望の特性の本発明のパネルを提供するように、スラリの組成を調節する。
【０１０９】
通常は、ＳＣＰパネルを燃焼性にするポリマ微小球およびポリマ繊維が存在しない。
【０１１０】
ＳＣＰパネルのこの実施形態の外層の乾燥成分は、反応性粉末（通常は水硬性セメント、硫酸カルシウムアルファ型半水化物、ポゾラン、および石灰）、軽量充填剤粒子（通常はセラミック微小球のみ、またはセラミック微小球、ガラス微小球およびフライアッシュセノスフィアのうち１つまたは複数などの微小球）、および耐アルカリ性ガラス繊維であり、外層の湿性成分は水および流動化剤である。乾燥成分と湿性成分とを組み合わせて、本発明のパネルの外層を生成する。ＳＣＰパネルのこの実施形態のパネルの外層では、パネルに良好な締結および切断能力を与えるように、水の量を選択する。乾燥成分の全重量のうち、本発明のパネルの外層は、約５４〜６５重量％の反応性粉末、２５〜３５重量％のセラミック微小球、０〜０．８重量％のガラス微小球、および６〜１０重量％の耐アルカリ性ガラス繊維から形成されることが好ましい。広い範囲では、本発明のパネルの外層は、乾燥成分全体に基づいて約４２〜６８重量％の反応性粉末、２３〜４３重量％のセラミック微小球、最大１．０重量％のガラス微小球（および／またはフライアッシュセノスフィア）、および５〜１５重量％の耐アルカリ性ガラス繊維から形成される。乾燥成分に添加される水および流動化剤の量は、任意の特定の製造プロセスに関する処理の考慮事項を満足するのに必要な所望のスラリ流動性を提供するように調節される。水の典型的な添加率は、反応性粉末の重量の３５％と７０％の間であり、パネルの密度を低下させ、釘打ち性を改善するために水と反応性粉末との比率を調節する場合には、特に６０％より多く最大７０％になり、流動化剤の典型的な添加率は、反応性粉末の重量の１％と８％の間である。外層の好ましい厚さは１／３２〜４／３２インチ（０．８〜３．２ｍｍ）の範囲であり、外層を１つのみ使用する場合、その厚さはパネルの全厚さの３／８より小さい。
【０１１１】
ＳＣＰパネルのこの実施形態の芯および外層の両方で、ガラス繊維は、約５〜２５ミクロン（マイクロメートル）、好ましくは１０〜１５ミクロン（マイクロメートル）の直径を有するモノフィラメントである。モノフィラメントは通常、上記で検討したように束ねてストランドおよび粗糸にする。長さは通常、約１〜２インチ（２５〜５０ｍｍ）、広義には約０．２５〜３インチ（６．３〜７６ｍｍ）である。繊維の方向はランダムであり、パネルの面で等方性の機械的挙動を提供する。
【０１１２】
本発明は、多層パネルの第４の実施形態も含み、これは１立方フィート当たり６５〜９０ポンドの密度を有し、枠に締結された場合に剪断荷重に抵抗することができ、水性混合物の硬化の結果である連続相の芯層を備え、連続相は、乾燥ベースで３５〜７０重量％の反応性粉末、２０〜５０重量パーセントの軽量充填剤、および５〜２０重量％のガラス繊維を備える水性混合物の硬化の結果であり、連続相は、ガラス繊維で強化されて、軽量充填剤粒子を含み、軽量充填剤粒子は、０．０２〜１．００の粒子比重、および約１０〜５００ミクロン（マイクロメートル）の平均粒子サイズを有し、個々の別の連続相の少なくとも１つの外層は、乾燥ベースで３５〜７０重量％の反応性粉末、２０〜５０重量パーセントの軽量充填剤、および５〜２０重量％のガラス繊維を備える水性混合物の硬化の結果であり、連続相はガラス繊維で強化され、軽量充填剤粒子を含み、軽量充填剤粒子は、０．０２〜１．００の粒子比重、および約１０〜５００ミクロン（マイクロメートル）の平均粒子サイズを有し、内層の対向する各側にあり、少なくとも１つの外層は内層よりガラス繊維のパーセンテージが高い。
【０１１３】
本発明のパネルの作成
例えば水硬性セメント、硫酸カルシウムアルファ型半水化物、ポゾラン、および石灰の混合物である反応性粉末、および例えば微小球などの軽量充填剤を、適切な混合機内で乾燥状態で混合する。
【０１１４】
次に、水、流動化剤（例えばポリナフタレンスルホン酸のナトリウム塩）、およびポゾラン（例えばシリカフュームまたはメタカオリン）を、別の混合機内で１分から５分間混合する。所望に応じて、凝結遅延剤（例えば酒石酸カリウム）をこの段階で添加して、スラリの硬化特性を制御する。湿性成分を含む混合機に乾燥成分を添加して、２分から１０分間混合し、滑らかな均質スラリを形成する。
【０１１５】
次に、均一なスラリ混合物を獲得する目的で、幾つかの方法のいずれかでスラリをガラス繊維と組み合わせる。これで、繊維を含むスラリを所望の形状およびサイズの適切な型に注入することにより、セメント質パネルが形成される。必要に応じて、型に振動を与えて、型内で材料を良好に圧縮する。パネルには、適切なスクリードバーまたはこてを使用して、必要な表面仕上げ特徴が与えられる。
【０１１６】
多層ＳＣＰパネルを作成する幾つかの方法のうちの１つは、以下の通りである。例えば水硬性セメント、硫酸カルシウムアルファ型半水化物、ポゾラン、および石灰の混合物である反応性粉末、および例えば微小球などの軽量充填剤を、適切な混合機内で乾燥状態で混合する。次に、水、流動化剤（例えばポリナフタレンスルホン酸のナトリウム塩）、およびポゾラン（例えばシリカフュームまたはメタカオリン）を、別の混合機内で１分から５分間混合する。所望に応じて、凝結遅延剤（例えば酒石酸カリウム）をこの段階で添加して、スラリの硬化特性を制御する。湿性成分を含む混合機に乾燥成分を添加して、２分から１０分間混合し、滑らかな均質スラリを形成する。
【０１１７】
次に、均一な混合物を獲得する目的で、幾つかの方法でスラリをガラス繊維と組み合わせる。ガラス繊維は通常、粗糸の形態であり、短い長さに細断される。好ましい実施形態では、スラリおよび細断したガラス繊維を同時にパネル型内に噴霧する。噴霧は、数工程で実行して、好ましくは最大約０．２５インチ（６．３ｍｍ）の厚さの薄い層を生成し、これは特定のパターンがなく、１／４〜１インチ（６．３〜２５．４ｍｍ）の厚さの均一なパネルへと蓄積することが好ましい。例えば、１つの用途では、３×５ｆｔ（０．９１×１．５２ｍ）のパネルを、長さおよび幅の方向に６回噴霧して作成した。各層を付着させるにつれ、圧延機を使用して、スラリとガラス繊維とが密接に接触することを保証することができる。層は、圧延ステップ後にスクリードバーまたは他の適切な手段で平らにすることができる。通常、圧縮空気を使用して、スラリを霧状にすることができる。スラリは、噴霧ノズルから出る時に、噴霧ガンに装着された細断機構によって粗糸から切断されているガラス繊維と混合する。スラリとガラス繊維との均一な混合物を、上述したようにパネル型内に付着させる。
【０１１８】
所望に応じて、パネルの外面層は、パネルを枠に取り付けるために使用する締結具を容易に打ち込めるために、ポリマ球を含むか、他の方法で構成することができる。このような層の好ましい厚さは、約１／３２インチから４／３２インチ（０．８〜３．２ｍｍ）である。上述したパネルの芯を作成する同じ手順を使用して、パネルの外層を適用することができる。
【０１１９】
スラリとガラス繊維との混合物を付着させる他の方法が、パネル作成技術の当業者には思い浮かぶ。例えば、バッチプロセスを使用して各パネルを作成するのではなく、同様の方法で連続シートを準備することができ、これは材料が十分に硬化した後、所望のサイズのパネルに切断することができる。スラリの体積に対する繊維のパーセンテージは通常、ほぼ０．５％から３％の範囲、例えば１．５％を構成する。典型的なパネルは、約１／４〜１−１／２インチ（６．３〜３８．１ｍｍ）の厚さを有する。
【０１２０】
本発明のパネルを作成する別の方法は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１０／６６６２９４号にて開示されたプロセスステップを使用することである。参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１０／６６６２９４号は、緩やかに分布した細断繊維またはスラリの層を移動するウェブ上に最初に１回付着させた後、繊維をスラリ層に付着させることを開示している。植え込み装置が、付着したばかりの繊維を圧縮してスラリにし、その後にスラリの追加層、次に細断した繊維を追加し、その後にさらに埋め込む。このプロセスを、所望に応じてボードの層毎に繰り返す。終了後、ボードは、より均一に分布した繊維成分を有し、その結果、セメント質パネルの先行技術の生産技術で教示されるような強化繊維の厚いマットを必要とせずに、比較的強力なパネルになる。
【０１２１】
より具体的には、米国特許出願第１０／６６６２９４号は、構造用セメント質パネルを生産する多層プロセスを開示し、これは（ａ）移動ウェブを設けることと、（ｂ）ばらばらの繊維の第１層を１回付着させることと、（ｃ）硬化可能なスラリの層をウェブ上に付着させることと、（ｄ）ばらばらの繊維の第２層をスラリ上に付着させることと、（ｅ）繊維の第２層をスラリに埋め込むことと、（ｆ）パネル内で硬化性繊維強化スラリの所望の数の層が獲得されるまで、ステップ（ｃ）からステップ（ｄ）のスラリ付着を繰り返すこととを含む。
【０１２２】
図２１は、米国特許出願第１０／６６６２９４号のプロセスを実行するのに適切な装置の略立面図である。次に図２１を参照すると、構造的パネルの生産ラインが概略的に図示され、全体的に３１０とされている。生産ライン３１０は、複数の脚部３１３または他の支持体を有する支持枠または形成テーブル３１２を含む。支持枠３１２上には、平滑な不透水性表面を有するゴム状の継ぎ目なしコンベヤベルトなどの移動キャリア３１４が含まれるが、多孔性表面も想定される。当技術分野でよく知られているように、支持枠３１２は、少なくとも１つのテーブル状区画で作成してよく、これは指定された脚部３１３を含んでよい。支持枠３１２は、枠の遠位端３１８に主駆動ロール３１６を、枠の近位端３２２にはアイドラロール３２０も含む。また、ロール３１６、３２０上でキャリア３１４の所望の張力および配置を維持するために、少なくとも１つのベルトトラッキングおよび／または張り装置３２４を設けることが好ましい。
【０１２３】
また好ましい実施形態では、クラフト紙、剥離紙のウェブ３２６および／または当技術分野でよく知られているように、硬化前にスラリを支持するよう設計された支持材料の他のウェブを設けて、キャリア３１４上に配置し、それを保護し、および／またはそれを清浄に維持することができる。しかし、このライン３１０によって生産されたパネルは、キャリア３１４上に直に形成されることも想定される。後者の状況では、少なくとも１つのベルト洗浄ユニット３２８を設ける。キャリア３１４は、当技術分野で知られているように主駆動ロール３１６を駆動するモータ、プーリ、ベルトまたは鎖の組合せによって、支持枠３１２に沿って移動する。キャリア３１４の速度は、用途に合うように変化してよいことが想定される。
【０１２４】
図２１の装置では、構造用セメント質パネルの生産は、ばらばらの細断繊維３３０の層またはスラリの層をウェブ３２６上に１回付着させることによって開始する。スラリを最初に付着させる前に繊維３３０を付着させることの利点は、繊維が生成されるパネルの外面付近に埋め込まれることである。様々な繊維付着および細断装置がこのライン３１０から想定されるが、好ましいシステムはガラス繊維コードの幾つかのスプール３３２を保持する少なくとも１つのラック３３１を使用し、それぞれから繊維のコード３３４が細断機３３６とも呼ばれる細断ステーションまたは装置に供給される。
【０１２５】
細断機３３６は回転する刃付きロール３３８を含み、そこから半径方向に延在し、キャリア３１４の幅にわたって横方向に延在する刃３４０が突出し、それはアンビルロール３４２に近く、それと接触し、それとともに回転する関係で配置される。好ましい実施形態では、刃付きロール３３８およびアンビルロール３４２は、比較的近い関係で配置され、したがって刃付きロール３３８が回転するとアンビルロール３４２も回転するが、逆も想定される。また、アンビルロール３４２は弾性支持材料で覆うことが好ましく、刃３４０がこれに当たってコード３３４を区画へと細断する。ロール３３８上の刃３４０の間隔が、細断される繊維の長さを決定する。図２１に見られるように、細断機３３６は、近位端３２２付近でキャリア３１４上に配置されて、生産ライン３１０の長さの生産的な使用量を最大限にする。繊維コード３３４が細断されると、繊維３３０はキャリアウェブ３２６上にばらばらに落下する。
【０１２６】
次に、スラリ供給ステーション、つまりスラリフィーダ３４４がホッパ、ビンなどの遠隔の混合位置３４７からスラリ３４６の補給を受ける。プロセスは、キャリア３１４上にスラリを最初に付着させることにより開始することも想定される。スラリは、様々な量のポルトランドセメント、石膏、骨材、水、促進剤、可塑剤、発泡剤、充填剤および／またはＳＣＰパネルを生産するために以上で、および参照により組み込まれた上記の特許に記載された他の成分で構成することが好ましい。これらの成分の相対的な量は、以上の幾つかを除去するか、他の成分を追加することを含め、使用に合わせて変更することができる。
【０１２７】
移動するキャリア３１４上にスラリ３４６の薄い層を均等に付着させるスラリフィーダ３４４の様々な構成が想定されるが、好ましいスラリフィーダ３４４は、キャリア３１４の進行方向に対して横方向に配置された主計量ロール３４８を含む。コンパニオンまたはバックアップロール３５０を、計量ロール３４８に対して近く、平行で回転する関係で配置し、その間にニップ３５２を形成する。好ましくはテフロン（登録商標）ブランドの材料などのこびりつかない材料である１対の側壁３５４が、ニップ３５２へと注入されるスラリ３４６がフィーダ３４４の側部から逃げるのを防止する。
【０１２８】
フィーダ３４４は、移動するキャリア３１４またはキャリアウェブ３２６上にスラリ３４６の均一で比較的薄い層を付着させる。適切な層の厚さは約０．０５インチから０．２０インチである。しかし、このプロセスで生産される好ましい構造的パネルでは４つの層が好ましく、適切な建築パネルは約０．５インチであるので、特に好ましいスラリ層の厚さは約０．１２５インチである。
【０１２９】
次に図２１および図２２を参照すると、上述したようなスラリ層の厚さを達成するために、幾つかの形体をスラリフィーダ３４４に設ける。第１に、ウェブ３２６全体にわたってスラリ３４６の均一な付着を保証するために、当技術分野でよく知られているタイプの横方向に往復し、ケーブルで駆動された流体動力式ディスペンサ３５８内に配置されたホース３５６を通して、スラリをフィーダ３４４に送出する。したがって、ホース３５６から流れるスラリは、横方向に往復する運動でフィーダ３４４に注入されて、ロール３４８、３５０および側壁３５４によって画定されたリザーバ３５９を充填する。したがって、計量ロール３４８が回転すると、リザーバからスラリ３４６の層が引き出される。
【０１３０】
次に、厚さ監視または厚さ制御ロール３６０を、主計量ロール３４８の垂直中心線のわずかに上および／またはわずかに下流に配置して、主計量ロール３４８の外面３６２上にフィーダリザーバ３５７から引き出されるスラリ３４６の厚さを調整する。また、厚さ制御ロール３６０によって、様々で一定に変化する粘度を有するスラリを扱うことができる。主計量ロール３４８は、キャリア３１４およびキャリアウェブ３２６の運動方向と同じ進行方向「Ｔ」に駆動され、主計量ロール３４８、バックアップロール３５０および厚さ監視ロール３６０は全て、同じ方向で回転自在に駆動され、これは移動する個々の外面上でスラリが時期尚早に硬化する可能性を最小限に抑える。外面３６２上のスラリ３４６がキャリアウェブ３２６に向かって移動すると、主計量ロール３４８とキャリアウェブ３２６との間に配置された横方向の剥ぎ取りワイヤ３２６によって、スラリ３４６がキャリアウェブ上に完全に付着し、ニップ３５２およびフィーダリザーバ３５９に向かって後退しないことが保証される。剥ぎ取りワイヤ３６４は、主計量ロール３４８に時期尚早に硬化したスラリが付かないことも補助し、比較的均一なスラリのカーテンを維持する。
【０１３１】
第２細断機ステーションまたは装置３６６は、細断機３３６と同一であることが好ましく、フィーダ３４４の下流に配置されて、繊維３６８の第２層をスラリ３４６に付着させる。好ましい実施形態では、細断機装置３６６は、細断機３３６に供給するのと同じラック３３１からコード３３４が供給される。しかし、用途に応じて別個のラック３３１が個々の各細断機に供給できることが想定される。
【０１３２】
次に図２１および図２３を参照すると、次に全体的に３７０で指定された埋め込み器具が、スラリ３４６および生産ライン３１０の移動キャリア３１４に対して動作する関係で配置されて、繊維３６８をスラリ３４６に埋め込む。振動機、羊足ローラなどを含むが、それに制限されない様々な埋め込み器具が想定されるが、好ましい実施形態では、埋め込み器具３７０は枠３１２のキャリアウェブ３２６の進行方向「Ｔ」に対して横方向に装着された少なくとも１対の概ね平行の軸３７２を含む。各軸３７２には複数の比較的大きい直径の円板３７４が設けられ、これは軸上で相互から小さい直径の円板３７６によって軸方向に分離される。
【０１３３】
ＳＣＰパネルの生産中、軸３７２および円板３７４、３７６は、軸の縦軸の周囲で一緒に回転する。当技術分野でよく知られているように、軸３７２の一方または両方に動力を与えることができ、一方のみに動力を与える場合は、他方をベルト、鎖、歯車駆動装置または他の知られている動力伝達技術によって駆動して、駆動ロールに対応する方向および速度を維持することができる。隣接し、好ましくは平行である軸３７２の個々の円板３７４、３７６は、スラリに「混練」作用または「マッサージ」作用を生成するために相互に噛み合い、これは以前に自身上に配置された繊維３６８を埋め込む。また、円板３７２、３７４の近接し、噛み合って回転する関係は、円板上にスラリ３４６が蓄積するのを防止し、実際にスラリの凝集固まりの時期尚早の硬化による生産ラインの停止時間を大幅に減少させる「自浄化」作用を生成する。
【０１３４】
軸３７２上の円板３７４、３７６の噛み合い関係は、小径スペーサ円板３７６と相対的に大径の主円板３７４との対向する周辺が密接に隣接して配置されることを含み、これも自浄化作用を容易にする。円板３７４、３７６が非常に近接して（しかし好ましくは同じ方向に）相互に対して回転するので、スラリの粒子が装置に捕捉され、時期尚早に硬化することは困難である。相互に対して横方向にずれる２セットの円板３７４を設けることにより、スラリ３４６は複数の分断作用を受けて、「混練」作用を生成し、これが繊維３６８をスラリ３４６にさらに埋め込む。
【０１３５】
繊維３６８が埋め込まれる、つまり移動するキャリアウェブ３２６が埋め込み器具３７０を通過すると、ＳＣＰパネルの第１層３７７が完成する。好ましい実施形態では、第１層３７７の高さまたは厚さは、約０．０５〜０．２０インチの範囲である。この範囲は、ＳＣＰパネルの同様の層と組み合わせられると、所望の強度および剛性を提供することが判明している。しかし、用途に応じて他の厚さも想定される。
【０１３６】
所望の厚さの構造用セメント質パネルを構築するには、追加の層が必要である。そのために、フィーダ３４４と実質的に同一である第２スラリフィーダ３７８を、動作する関係で移動キャリア３１４に設けて、既存の層３７７上にスラリ３４６の追加層３８０を付着させるよう配置する。
【０１３７】
次に、実質的に細断機３３６および３６６と同一である追加細断機３８２を、動作する関係で枠３１２に設けて、ラック３３１と同様の状態で枠３１２に対して構築され、配置されたラック（図示せず）から提供された繊維３８４の第３層を付着させる。繊維３８４は、第２埋め込み器具３８６を使用してスラリ層３８０上に付着させ、埋め込む。第１層３７７が分断されないように、構成および埋め込み器具３７０に対する配置構成が同様である第２埋め込み器具３８６を、移動キャリアウェブ３１４よりわずかに高く装着する。この方法で、スラリの第２層３８０および埋め込まれた繊維が生成される。
【０１３８】
次に図２１を参照すると、硬化性スラリおよび繊維の連続する各層とともに、追加のスラリフィーダステーション３４４、３７８、４０２およびそれに続く繊維細断機３３６、３６６、３８２、４０４および埋め込み器具３７０、３８６、４０６を生産ライン３１０に設ける。好ましい実施形態では、合計４つの層（例えば図２９のパネル１０１参照）を設けて、ＳＣＰパネルを形成する。上述したように４層の繊維を埋め込んだ硬化性スラリを付着させた後、形成器具３９４を枠３１２に設けて、パネルの上面３９６を成形することが好ましい。このような形成器具３９４は、硬化性スラリ／ボード生産の技術分野で知られ、通常は多層パネルの高さおよび形状に従って所望の寸法特徴に合わせるばね式または振動する板である。
【０１３９】
作成されるパネルは複数の層を有し（例えば図７のパネル２１の層２３、２５、２７、２９参照）、これは硬化すると、一体の繊維強化塊を形成する。各層内の繊維の存在および配置が、以下で開示し、説明するような特定の所望のパラメータによって制御され、それに維持されると、パネルの層状剥離はほぼ不可能である。
【０１４０】
この時点で、スラリの層は硬化を開始し、個々のパネルは、好ましい実施形態では水ジェット切断機である切断器具３９８によって相互から分離される。本発明のパネル構成に適切な鋭角縁部を生成できるなら、移動する刃を含む他の切断器具が、この操作には適切であると考えられる。切断器具３９８は、図２１に図示した表示とは異なってよい所望の長さを有するパネルを生成するように、線３１０および枠３１２に対して配置される。キャリアウェブ３１４の速度は比較的遅いので、切断器具３９８は、ウェブ３１４の進行方向に対して直角に切断するように装着することができる。生産速度が上がると、このような切断器具は、ウェブの進行方向に対してある角度で生産ライン３１０に装着されることが知られている。切断されると、分離されたパネル３２１は、当技術分野でよく知られているように、さらなる取り扱い、包装、保存および／または出荷のために積み重ねられる。
【０１４１】
量的な意味では、繊維およびスラリ層の数、パネル内の繊維の体積分率、および各スラリ層の厚さ、および繊維ストランド直径が繊維埋め込み効率に及ぼす影響が調査されている。分析において、以下のパラメータが識別された。
ｖＴ＝複合材の全体積
ｖｓ＝パネルスラリの全体積
ｖｆ＝パネル繊維の全体積
ｖｆ，ｌ＝全繊維体積／層
ｖＴ，ｌ＝全複合材体積／層
ｖｓ，ｌ＝全スラリ体積／層
Ｎｌ＝スラリ層の総数；繊維層の総数
Ｖｆ＝全パネル繊維体積分率
ｄｆ＝個々の繊維ストランドの相当直径
ｌｆ＝個々の繊維ストランドの長さ
ｔ＝パネル厚さ
ｔｌ＝スラリおよび繊維を含む個々の層の全厚さ
ｔｓ，ｌ＝個々のスラリ層の厚さ
ｎｆ，ｌ、ｎｆ１，ｌ、ｎｆ２，ｌ＝繊維層内の繊維の総数
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【０１４２】
2008528838.tif 000007
同数のスラリと繊維層とで構成されたパネルを想定する。これら層の数がＮｌに等しく、パネルの繊維体積分率がＶｆに等しいものとする。
【０１４３】
要するに、別個のスラリ層上に付着している繊維ネットワークの層の繊維投影表面積分率
2008528838.tif 000008
は、以下の数学的関係式によって与えられる。
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ここで、Ｖｆはパネル繊維の全体積分率であり、ｔはパネルの全厚さであり、ｄｆは繊維ストランドの直径であり、Ｎｌは繊維層の総数であり、ｔｓ，ｌは使用している別個のスラリ層の厚さである。
【０１４４】
したがって、良好な繊維埋め込み効率を達成するために、目的となる機能は、繊維表面積分率を特定の臨界値より低く維持することになる。式８および式１０に現れる１つまたは複数の変数を変動させることにより、繊維の投影表面積分率を調整して、良好な繊維埋め込み効率を達成できることは注目に値する。
【０１４５】
繊維の投影表面積分率の大きさに影響を及ぼす様々な変数が識別され、良好な繊維埋め込み効率を達成するために「繊維投影表面積分率」の大きさを調整するアプローチが示唆されている。このようなアプローチは、繊維投影表面積分率を臨界閾値より低く維持するために、以下の変数のうち１つまたは複数の変更することを含む。つまり、別個の繊維およびスラリ層の数、別個のスラリ層の厚さ、および繊維ストランドの直径である。
【０１４６】
この基本的研究に基づいて、繊維投影表面積分率
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の好ましい大きさは、以下であることが判明した。
好ましい繊維投影表面積分率
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最も好ましい繊維投影表面積分率
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【０１４７】
設計パネル繊維体積分率Ｖｆについて、繊維投影表面積分率の上述した好ましい大きさの達成は、以下の変数のうち１つまたは複数の調整することによって可能になる。つまり、別個の繊維層の総数、別個のスラリ層の厚さおよび繊維ストランドの直径である。特に、繊維投影表面積分率の好ましい大きさにつながるこれらの変数の望ましい範囲は、以下の通りである。
【０１４８】
多層ＳＣＰパネル内の別個のスラリ層の厚さｔｓ，ｌ
別個のスラリ層の好ましい厚さｔｓ，ｌ≦０．２０インチ
別個のスラリ層のさらに好ましい厚さｔｓ，ｌ≦０．１２インチ
別個のスラリ層の最も好ましい厚さｔｓ，ｌ≦０．０８インチ
多層ＳＣＰパネル内の別個の繊維層の数Ｎｌ
別個の繊維層の好ましい数Ｎｌ≧４
別個の繊維層の最も好ましい数Ｎｌ≧６
繊維ストランドの直径ｄｆ
好ましい繊維ストランド直径ｄｆ≧３０ｔｅｘ
最も好ましい繊維ストランド直径ｄｆ≧７０ｔｅｘ
【０１４９】
パネルを構造用サブルーフィングまたはルーフィング下敷として使用する際に、これには舌および溝構造を作成することが好ましく、これは鋳造中にパネルの縁を成型することによって、または使用前に舌および溝をくり抜き機で切削することによって作成することができる。舌および溝は、図３、および図４Ａから図４Ｃで示すように、テーパ状にし、テーパは本発明のパネルの容易な設置を提供することが好ましい。
【０１５０】
特性
本発明のＳＣＰパネルの枠システムは、表２Ａから表２Ｄに列挙した特性のうち１つまたは複数を有することが好ましい。
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【０１５１】
表２Ｄの水平設計剪断容量は３の安全率を提供する。
【０１５２】
典型的な厚さ３／４インチ（１９ｍｍ）のパネルは、ＡＳＴＭ  ６６１およびＡＰＡ  Ｓ−１試験方法に従って中心で１６インチ（４０６．４ｍｍ）のスパンにわたって試験した場合、静止荷重では５５０ｌｂ（２５０ｋｇ）より大きい極限負荷容量、衝撃荷重では４００ｌｂ（１８２ｋｇ）より大きい極限負荷容量、２００ｌｂ（９０．９ｋｇ）の荷重での静止および衝撃荷重の両方で、０．０７８インチ（１．９８ｍｍ）より小さい撓みを有する。
【０１５３】
通常、水に４８時間浸した後に６５ｌｂ／ｆｔ３（１０４１ｋｇ／ｍ３）から９０ｌｂ／ｆｔ３（１４４２ｋｇ／ｍ３）または６５ｌｂ／ｆｔ３（１０４１ｋｇ／ｍ３）から９５ｌｂ／ｆｔ３（１５２２ｋｇ／ｍ３）の乾燥密度を有するパネルの曲げ強度は、ＡＳＴＭ  Ｃ９４７試験で測定すると、少なくとも１０００ｐｓｉ（７ＭＰａ）、例えば１３００ｐｓｉ（９ＭＰａ）、好ましくは１６５０ｐｓｉ（１１．４ＭＰａ）、さらに好ましくは少なくとも１７００ｐｓｉ（１１．７ＭＰａ）である。
【０１５４】
通常、システムの水平剪断隔壁の負荷容量は、１０フィート×２０フィートの金属枠に締結した厚さ３／４インチのＳＣＰパネル上で２インチの水頭を２４時間の期間にわたって維持した試験で水に曝露した場合、２５％より多くは低下せず、好ましくは２０％より多くは低下しない。
【０１５５】
通常、システムは、１０フィート×２０フィートの金属枠に締結した厚さ３／４インチのＳＣＰパネル上で２インチの水頭を２４時間の期間にわたって維持する試験で水に曝露した場合、１平方フィート当たり０．７ポンドより多くの水を吸収しない。
【０１５６】
通常、１０フィート×２０フィートの金属枠に取り付けた幅１０フィート、長さ２０フィート、厚さ３／４インチのＳＣＰパネルの隔壁を有する本発明のシステムの実施形態は、金属枠に締結したＳＣＰパネル上で２４時間の期間にわたって維持した２インチの水頭に曝露した場合、５％より大きくは膨張しない。
【０１５７】
通常、本発明のシステムのあらゆる構成要素は、システムが約１を達成するＡＳＴＭ  Ｇ−２１に適合し、システムが約１０を達成するＡＳＴＭ  Ｄ−３２７３に適合する。また通常、本発明のシステムは、清浄な場合にほぼゼロの細菌成長を支持する。また通常、本発明のシステムはシロアリに対して食用不適である。
【０１５８】
システムは、強度または荷重負担特性を失わずに、システムのパネルを、その長い寸法が枠の金属根太に平行または直角な状態で配置できるという点で、非指向性でよく、システムが破損せずに死荷重および活荷重を支持する能力は、金属枠組上のＳＣＰパネルの方向に関係なく同じである。
【０１５９】
本発明は、寒冷気候性能に予想外の利点を有する。従来のセメント質パネルは、寒冷気候では脆弱なことがある。したがって、このようなパネルを寒冷気候で設置するには、設置中に建設作業員による慎重な取り扱いを必要とする。しかし、本発明のシステムでは、ＳＣＰパネルは周囲温度が３２°Ｆ（０℃）より低い、または２０°Ｆ（−７．５℃）より低くても、ひび割れずに金属屋根要素への設置に耐えられることが好ましい。これは、冬の悪天候での建築を容易にし、したがって建設業者の生産性を上げるので、非常に重大な利点である。本発明のＳＣＰパネルは、このような低温で、設置中に通常の手粗い扱いに耐えられることが好ましい。例えば、このような低温では、ＳＣＰパネルの配置は、パネルの少なくとも一方端が、ひび割れずに少なくとも２フィート（６１．０ｃｍ）、通常は少なくとも３フィート（９１．４ｃｍ）、例えば３フィート（９１．４ｃｍ）から４フィート（１２１．９ｃｍ）自由落下するように、金属屋根要素、例えばトラス上にパネルを落下させるステップを含むことがある。例えば、これはパネルの一方端を１つまたは複数の金属屋根要素上に配置し、次に対向する他方端を解放して、１つまたは複数の金属屋根要素上に自由落下で落下する場合に生じる。
【実施例】
【０１６０】
小規模水平炉（ＳＳＨＦ）内で同等の構造的外皮について火災耐久性試験の実験を実施した。サンプル５個、１／２インチ（１３ｍｍ）。本発明の組成の構造用セメントパネル（ＳＣＰ）、３／４インチ（１９ｍｍ）VIROCパネル、１／２インチ（１３ｍｍ）NOVATECHパネル（本発明のＳＣＰパネルの別の実施形態）、１５／３２インチ（１２ｍｍ）合板（等級Ａ〜Ｃ）および３１／６４インチ（１２ｍｍ）方向性ストランドボード（ＯＳＢ）を、４ｆｔ×４ｆｔアセンブリの一部として試験した。
【０１６１】
各アセンブリは、金属枠３５８、２０ゲージのＣＲランナ、および中心が２４インチ間隔のＳＴ間柱で構築した。試験材料を、露出した表面に塗布し、ＵＳＧのSHEETROCKの５／８インチ（１６ｍｍ）FIRECODEタイプＳＣＸ石膏壁板の１層を、５つの試験片各々の露出していない表面に適用した。露出した表面材料を、継手がアセンブリのスパンの中央にある状態で、間柱に直角に適用する。アセンブリの温度を比較するために、露出したパネルの下側の空隙、および露出していない表面の両方に、熱電対を配置した。炉の温度を、ＡＳＴＭ  Ｅ１１９の時間／温度曲線に合わせて制御した。試験の継続時間にわたって仕上げ等級および露出していない表面で温度を測定した。試験中に露出した表面に推定される状態に関して、観察した。熱電対読み取り値の規格ＡＳＴＭ  Ｅ１１９の温度限界は、平均で周囲より２５０°Ｆ（１３６℃）高く、管理限界として使用した個体の場合は、周囲より３２５°Ｆ（１８３℃）高かった。
【０１６２】
試験の目的は、火災試験で製品材料の性能を相対的に比較することであった。手順は、システムの火災耐久性等級を提供しない。
【０１６３】
小規模水平炉試験（実施例１および実施例３）に使用するＳＣＰパネルの配合は、以下の表２Ｅの通りである。
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【０１６４】
サンプル５個の試験結果が表３に見られる。平均（Ａ）と個体（Ｉ）との両方の読み取り値は、各試験中に温度の基準限界を超えた場合、分単位である。ＳＣＰボードは、本発明のパネルの組成を有する。
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【０１６５】
実施例１
サンプルの構成
サイズ：４８インチ（１２２ｃｍ）×４８−５／８インチ（１２４ｃｍ）
間柱：３５８ＳＴ、２０ゲージ、間隔：中心で２４インチ（６１ｃｍ）
ランナ：３５８ＣＲ、２０ゲージ；空隙：ボイド
表面材：（火災側）１層１／２インチ（１３ｍｍ）ＵＳＧ構造用セメントパネル（ＳＣＰ）
（露出していない側）１層５／８インチ（１６ｍｍ）SHEETROCK（登録商標）FIRECODE（登録商標）（タイプＸ）パネル
【０１６６】
表４は、試験材料としてこの実施例で使用されるボードを列挙している。ボードは、表５に示すように加熱した。この加熱の観察結果を表６に示す。
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【０１６７】
火災試験の継続時間：７０分０秒
試験終了時：ボードの剥離なし
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【０１６８】
実施例２
サンプルの構成
サイズ：４８インチ（１２２ｃｍ）×４８−５／８インチ（１２４ｃｍ）
間柱：３５８ＳＴ、２０ゲージ、間隔：中心で２４インチ（６１ｃｍ）
ランナ：３５８ＣＲ、２０ゲージ；空隙：ボイド
表面材：（火災側）１層３／４インチVIROCボード
（露出していない側）１層５／８インチ（１６ｍｍ）SHEETROCK（登録商標）FIRECODE（登録商標）（タイプＸ）パネル、ＵＳＧから入手可能
【０１６９】
表７は、試験材料としてこの実施例で使用されるボードを列挙している。ボードは、表８に示すように加熱した。この加熱の観察結果を表９に示す。
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【０１７０】
火災試験の継続時間：６０分０秒
試験終了時：ボードの剥離なし
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【０１７１】
実施例３
サンプルの構成
サイズ：４８インチ（１２２ｃｍ）×４８−５／８インチ（１２４ｃｍ）
間柱：３５８ＳＴ、２０ゲージ、間隔：中心で２４インチ（６１ｃｍ）
ランナ：３５８ＣＲ、２０ゲージ；空隙：ボイド
表面材：（火災側）１層１／２インチNova Tech Board
（露出していない側）１層５／８インチ（１６ｍｍ）SHEETROCK（登録商標）FIRECODE（登録商標）（タイプＸ）パネル
【０１７２】
表１０は、試験材料としてこの実施例で使用されるボードを列挙している。ボードは、表１１に示すように加熱した。この加熱の観察結果を表１２に示す。
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【０１７３】
火災試験の継続時間：７０分０秒
試験終了時：ボードの離層、ボードの剥離なし
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【０１７４】
実施例４  サンプルの構成
サイズ：４８インチ（１２２ｃｍ）×４８−５／８インチ（１２４ｃｍ）
間柱：３５８ＳＴ、２０ゲージ、間隔：中心で２４インチ（６１ｃｍ）
ランナ：３５８ＣＲ、２０ゲージ；空隙：ボイド
表面材：（火災側）１層１５／３２インチ（１２ｍｍ）合板（Ａ／Ｃ）ボード
（露出していない側）１層５／８インチ（１６ｍｍ）SHEETROCK（登録商標）FIRECODE（登録商標）（タイプＸ）パネル
【０１７５】
表１３は、試験材料としてこの実施例で使用されるボードを列挙している。ボードは、表１４に示すように加熱した。この加熱の観察結果を表１５に示す。
2008528838.tif 000028
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【０１７６】
火災試験の継続時間：３２分０秒
試験終了時：ボードが剥離
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【０１７７】
実施例５
サンプルの構成
サイズ：４８インチ（１２２ｃｍ）×４８−５／８インチ（１２４ｃｍ）
間柱：３５８ＳＴ、２０ゲージ、間隔：中心で２４インチ（６１ｃｍ）
ランナ：３５８ＣＲ、２０ゲージ；空隙：ボイド
表面材：（火災側）１層３１／６４インチ方向性ストランドボード（ＯＳＢ）
（露出していない側）１層５／８インチ（１６ｍｍ）SHEETROCK（登録商標）FIRECODE（登録商標）（タイプＸ）パネル
【０１７８】
表１６は、試験材料としてこの実施例で使用されるボードを列挙している。ボードは、表１７に示すように加熱した。この加熱の観察結果を表１８に示す。
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【０１７９】
火災試験の継続時間：３２分０秒
試験終了時：ボードが剥離
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【０１８０】
実施例６
以下の試験は屋根隔壁ではなく床隔壁のものである。データは、ＳＣＰパネルが金属枠上に水平に向いているシステムで、ＳＣＰパネルが金属枠組上でいかに機能するかの比較を示すのに有用であることが提示される。
【０１８１】
この実施例は、プロトタイプの厚さ３／４インチのＳＣＰパネルを使用して、以下で説明したように構築した床隔壁１枚の水平隔壁強度を、ＡＳＴＭ  Ｅ４５５−９８建築物の枠付き床または屋根隔壁構造の静止荷重試験、シングルビーム方法で求める。
【０１８２】
試験試料の材料
Ａ．床隔壁の材料
プロトタイプの３／４”ＳＣＰ−ガラス繊維ストランドで強化した本発明の構造用セメントパネル。「Ｖ」字溝および舌を４’×８’シートの８’寸法に沿って配置する。この床隔壁試験のＳＣＰパネルの実施例に使用する配合が表１８Ａに列挙されている。
2008528838.tif 000034
【０１８３】
締結具−＃８−１８×１−５／８”長さのBUGLE HEAD GRABBER SUPER DRIVE（商標）ねじ、間隔は周辺に沿って中心で６”、およびパネルのフィールドで中心で１２”。全ての締結具は、パネルの縁部から内側に最小で３／４”、継ぎ目から１／２”に配置した。パネルの隅部では、締結具を２”挿入した。
【０１８４】
接着剤−Flexible Products Company of Canada, Inc.によって製造されたENERFOAM SFポリウレタン発泡接着剤を全ての突き合わせ継手、および舌と溝の継手とに塗布した。所定の位置に設定する前に、１つの３／８”のビードを溝の底部に適用した。継手を一緒に滑動させる前に、接着剤の１つの３／８”ビードをギャップに適用できるように、突き合わせ継手には３／８”のギャップを残した。
【０１８５】
Ｂ．床の枠組：
図８は、組み立てた金属、例えば鋼の床枠組を示す。これは以下の部品を含む。
【０１８６】
Ａ．横根太１５０−Dietrich Industriesによって製造された１６ゲージ×深さ１０インチ×長さ１０フィート（３ｍ）のTrade Ready（商標）根太。根太には、Dietrich TDW5 W 10IN×L 10 FT 28324013 16 GAUGE G60 50KSIの刻印があった。
【０１８７】
Ｂ．縦リムトラック１５２−Dietrich Industriesによって製造された１６ゲージ×深さ１０−３／１６”×長さ１６’で、予め曲げた根太の取り付け位置は中心で２４”（６０９．６ｍｍ）間隔。トラックにはDietrich TD16 W 9 1/4IN×L 16FT 28323858 16 GAUGE 3RD FIの刻印があった。
【０１８８】
Ｃ．厚さ０．１２５”×２”×２”（５０．８ｍｍ）の鋼アングル１５４（図１０）を、横方向端根太１５６のそれぞれに配置し、支承側で開始して隔置され、荷重側アングルから最大３インチ広がり、＃１０−１”DRIVALLねじで中心で６”にて個々の横方向端根太に固定した。
【０１８９】
Ｄ．締結具
枠組を取り付ける＃１０−１６×３／４”長さの六角頭のDRIVALLねじ。
【０１９０】
最外縁の周囲かつ突き合わせ継手の両側で枠組に中心で６”にて取り付ける＃１０−１６×３／４”長さのウェハ頭のドリリングタッピンねじ。
【０１９１】
試験試料の構成
１つの試験サンプルを、１０’−０”×２０’−０”の全体的寸法に構築した。図８は、金属枠の斜視図を示す。
【０１９２】
図９は、図８の枠の一部の拡大図を示す。
【０１９３】
図１０は、図８の枠の部分ＡＡの拡大図を示す。
【０１９４】
図１１は、ＳＣＰパネル１２０の上面図（パネルの寸法あり）を示すが、図４ａと同様の舌および溝縁（図示せず）を有するように製造され、金属枠に取り付けられている。
【０１９５】
図１２、図１３、図１４および図１５は、図１１の床の個々の部分ＢＢ、ＣＣ、ＤＤおよびＥＥの拡大図を示す。
【０１９６】
Ａ．３本の六角頭の＃１０−１６×３／４”長さのDrivallねじを予め曲げたタブに通して根太の側部に、１本の＃１０−１６×３／４”長さのウェハ頭のドリリングタッピンねじをリムトラックの頂部に通して根太に、それぞれ端部にて入れて使用し、根太をリムトラックに取り付けた。厚さ０．０７８”×１−１／２”×４”で長さが５”の鋼アングル１５１も、３／４インチ長さのDRIVALLねじで中心で１”にて個々の根太に、および１本の３／４インチ長さのDRIVALLねじでリムトラックに締結した。
【０１９７】
Ｂ．各端に２インチ長さ×１−３／４インチのタブがある１−１／２インチ×２−５／８インチ×２１−３／４インチのKATZブロッキング１５８を、床の中心線にわたって根太の底部に締結した。ブロッキング１５８は、１本の＃１０−１６×３／４”長さのDrivallねじを使用し、これを各Katzブロッキング部材１５８の端部に通して取り付けた。特に、Katzブロッキング１５８は、中間点の各側に互い違いに配置し、タブ毎に１本の＃１０−１６×３／４インチ長さのDRIVALLねじで取り付けることによって、横継手５０の間に配置されている。
【０１９８】
Ｃ．追加の水平ブロッキングを荷重側でリムトラック１５２の２カ所に追加して、点荷重の目的でリムトラック１５２を強化する。つまり、荷重を支持する２４インチブロック１５７を、幾つかの横根太１５０の間で縦リムトラックに沿って設ける。長さ２０インチのブロッキング１５９は、各端に４本の＃１０−１６×３／４インチ長さのDRIVALLねじがある状態で、全体的に枠の縦軸に沿って各横端根太と個々の終わりから２番目の横端根太との間に固定される。
【０１９９】
Ｄ．枠を正方形にし、次にプロトタイプＳＣＰパネルを図１１に示すようにこれに締結した。プロトタイプＳＣＰは、＃８−１８×１−５／８インチ長さのBugle頭部のGRABBER SUPER DRIVE（商標）ねじ（翼付きドリリングタッピンねじ１６２）で、周囲では中心間６”で締結し、隅部から２”、フィールドでは中心間１２インチに挿入した。締結具はプロトタイプＳＣＰの表面と面一であるか、それよりわずかに低くなる状態を維持し、鋼枠組内で剥がれないように注意した。突き合わせ継手および舌および溝の位置で、Flexible Products Company of Canada, Inc.によって製造されたENERFOAM SFポリウレタン発泡接着剤の３／８インチビードを、継手に塗布した。
【０２００】
Ｅ．次に１／８”×２”×２”のアングル鉄を、根太の底部に面一で端根太に締結し、支承部での根太のしわを最小限に抑え、頂部板部材を表した。追加の長さ６インチのアングルを、根太の頂部に面一で端根太の支承側に締結し、これもしわを最小限に抑えた。
【０２０１】
Ｆ．試験サンプルを、最短で３６時間設定し、接着剤を硬化させた。
【０２０２】
Ｇ．図１６は、図１１の取り付けた床１２０を有し、コンクリート床９８（図１７）上でサンプルの周囲で中心で２フィート０インチにて器具ローラによって支持された試験サンプル、図８の枠１６０を示す。図１７は図１６の部分ＦＦの拡大図を示す。支承支持体を試験サンプルの両端に配置した。３つの荷重シリンダ８０を試験サンプルの反対側に配置した。シリンダから鋼材を通して６つの１８”支承ブロックに荷重を加えて、荷重を床に均一に加えた。５つのダイヤルインジケータを試験サンプルの支承側に沿って配置し、撓みを測定した。図１７は、スペーサ９０、約１／８インチのギャップ９６および１８インチの荷重ブロック９４によって提供された押さえ９２を示す。押さえはセメント９８に装着される。
【０２０３】
試験機器
Ａ．３つのENERPACモデルＰ−３９油圧手押しポンプ。
Ｂ．３つのENERPACモデルＲＣ−１０１０油圧シリンダ。
Ｃ．５つのダイヤルインジケータ：２インチの運動−０．００１インチインクリメント。
Ｄ．３つのオメガディジタルメータ。
Ｅ．３つのオメガ圧力変換器
Ｆ．３つの６フィートのＩ形鋼。
Ｇ．床にボルト締めされた５つの剛性支承部。
【０２０４】
手順
Ａ．３つの直径１−１／２インチ×１０インチストロークの油圧シリンダを、荷重ポイント毎に１つずつ使用して、荷重を発生させた。加えた力を、３つのディジタルメータおよび圧力変換器で測定した。加えた力を添付のデータシートに永久的に記録した。
【０２０５】
Ｂ．油圧を加えて荷重を発生させ、ディジタルメータに必要な荷重が表示されるまで、機械的力を生成した。
【０２０６】
Ｃ．床アセンブリ全体に７００ｌｂのインクリメントで荷重を加えた。各荷重を１分間保持してから、撓みを読み取った。１４，０００ｌｂの撓みを読み取った後に、破損が生じるまで、アセンブリを毎分約２８００ポンドの率で荷重を加えた。
【０２０７】
図１９は、設計荷重での図１６の試験装置に装着されたＳＣＰパネルおよび金属枠床の写真を示す。
【０２０８】
図２０は、破損時の図１６の試験装置に装着されたＳＣＰパネルおよび金属枠床の写真を示す。
【０２０９】
試験結果
表１９は、上述した床アセンブリ全体に荷重を加える床隔壁試験の結果を示す。床は１２０インチの幅を有する。
【０２１０】
３．０の安全率を使用して、以下の値を取得した。
極限荷重＝１４，６１８．５ｌｂ／１０．０ｆｔ．＝１，４６１．８ＰＬＦ（ポンド／直線フィート）
設計剪断＝１４６１．８／３．０安全率＝４８７．２ＰＬＦ
【０２１１】
設計剪断は、極限荷重を３の安全率で割って計算する。
【０２１２】
表２０は、床に荷重を加えたせいで発生する合成撓みを示す。図１８は、表２０のデータをグラフにする。表２１は、支承ポイントで試験サンプル床に荷重を加えたことによる平均支承撓みを示す。
【０２１３】
この単一の試験サンプルから取得したデータに基づき、以下のように構築された上述の単一の床隔壁サンプルから、４８７．２ＰＬＦ（ポンド／直線フィート）という設計剪断を達成することができる。
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【０２１４】
実施例７
この実施例は、厚さ３／４インチのＳＣＰパネルを使用して、ＡＳＴＭ  Ｅ４５５−９８建築物の枠付き床または屋根隔壁構造の静止荷重試験、シングルビーム方法によって水への曝露がアセンブリの水平隔壁強度に及ぼす効果を求める。
【０２１５】
試験試料の材料
Ａ．床隔壁の材料
ガラス繊維のストランドで強化した３／４インチのＳＣＰパネル。４フィート×８フィートのシートの８’寸法に沿って「Ｖ字」溝および舌を配置する。
【０２１６】
使用した締結具は、GRABBER Construction Productsから入手可能な、含まれる＃８−１８×１−５／８インチ長さのBulge頭部のGRABBER SUPER DRIVEねじを用い、周囲に沿って中心で６インチ、パネルのフィールドでは中心で１２インチ隔置した。全ての締結具は、パネルの縁部から内側に最短で３／４インチ、継ぎ目から１／２インチに配置した。パネルの隅部では、締結具を２インチ挿入した。締結具の位置については、図１１を参照されたい。
【０２１７】
Ｂ．床の枠組
根太は、Dietrich Industriesによって製造されたＣＳＪ  １６ゲージ×深さ８インチ×１０フィートのリムトラックを含む。
【０２１８】
試験試料の構成
４つの試験サンプルを、実施例６にて上述した試験サンプルと同様に、１０’−０”×２０’−０”の全体的寸法に構築した。図８は金属枠の斜視図を示す。
【０２１９】
しかし、図１１に示すように、枠を正方形にし、次にプロトタイプＳＣＰパネルをそれに締結した。プロトタイプＳＣＰは、＃８−１８×１−５／８インチ長さのBugle頭部のGrabber Super Driveねじ（翼付きドリリングタッピンねじ１６２）で、周辺では中心間６”に締結して、隅部から２”、フィールドでは中心間１２インチにて挿入した。締結具はプロトタイプＳＣＰの表面と面一であるか、それよりわずかに低くなる状態を維持し、鋼枠組内で剥がれないように注意した。実施例６の試験サンプルとは対照的に、突き合わせ継手および舌および溝の位置で、Flexible Products Company of Canada, Inc.によって製造されたENERFOAM SFポリウレタン発泡接着剤の３／８インチビードを、継手に塗布しなかった。
【０２２０】
試験機器
Ａ．４つのENERPACモデルＰ−３９油圧手押しポンプ。
Ｂ．４つのENERPACモデルＲＣ−１０１０油圧シリンダ。
Ｃ．５つのダイヤルインジケータ：２”の運動−０．００１インクリメント。
Ｄ．４つのオメガディジタルメータ。
Ｅ．４つのオメガ圧力変換器
Ｆ．４つの６フィートのＩ形鋼。
Ｇ．床にボルト締めされた６つの剛性支承部。
【０２２１】
手順
Ａ．試験アセンブリのうち２つを「受け取ったままの状態」または乾燥状態で試験し、２つのサンプルを、１”の水頭が最低２４時間存在した後に試験した。
【０２２２】
Ｂ．荷重ポイント毎に１つずつ４つの直径１−１／２”の油圧シリンダを使用して、荷重を発生させた。加えた力を、校正した４つのディジタルメータおよび圧力変換器で測定した。加えた力を添付のデータシートに永久的に記録した。
【０２２３】
Ｃ．油圧を加えて荷重を発生させ、ディジタルメータに必要な荷重が表示されるまで、機械的力を生成した。
【０２２４】
Ｄ．床アセンブリ全体に７００ｌｂのインクリメントで荷重を加えた。各荷重を１分間保持してから、撓みを読み取った。１４，０００ｌｂの撓みを読み取った後に、破損が生じるまで、アセンブリを毎分約２８００ポンドの率で荷重を加えた。
【０２２５】
試験結果
表２２〜表３８および図２４と図２５とは、上述した床アセンブリ全体に荷重を加える床隔壁試験の結果を示す。床は１２０インチの幅を有する。図２４は、乾燥試験１および乾燥試験２のデータを示す。図２５は、湿式試験１および湿式試験２のデータを示す。
【０２２６】
３．０の安全率を使用して、以下の値を取得した。
乾燥サンプルの平均極限荷重＝１５，９０８．２ｌｂ／１０ｆｔ．＝１，５９０．８ＰＬＦ
乾燥サンプルの設計剪断＝１，５９０．８ＰＬＦ／３．０安全率＝５３０．２ＰＬＦ
湿性サンプルの平均極限荷重＝１４，５４４．５ｌｂ／１０ｆｔ＝１，４５４．４ＰＬＦ
湿性サンプルの設計剪断＝１，４５４．４ＰＬＦ／３．０安全率＝４８４．８ＰＬＦ
【０２２７】
これらの結果は、２４時間の期間にわたって水に連続的に曝露した後、隔壁強度が約９１％保持されたことを示す。
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【０２２８】
実施例８
鋼枠およびＳＣＰ外皮を使用した床隔壁アセンブリの剪断強度および剪断剛性を求めるために、ＡＩＳＩ  ＴＳ−７−０２冷間成形鋼隔壁の片持ち式試験方法による試験を１０の試料で実施した。
【０２２９】
図２６は、ＡＩＳＩ  ＴＳ−７試験で使用した床枠４００を示す。
【０２３０】
床隔壁の材料
プロトタイプ３／４”ＳＣＰ−ガラス繊維ストランドで強化した構造用セメントパネル。「Ｖ」字溝および舌を４’×８’シートの８’寸法に沿って配置する。
【０２３１】
３／４”合板−２３／３２”GP Plus、舌および溝（Quick Fit）。ＡＰＡ等級のSturd-I-Floor（商標）、曝露１、ＰＳ１−９５下敷、砂で覆った面、ＰＲＰ−１０８、Georgia Pacific Corporationが製造。
【０２３２】
締結具−＃８−１８×１−５／８”長さの翼付き穴あけ機Bugle頭部Grabber Super Drive TM（Lox drive）ねじ、アイテムＮｏ．ＣＨＳ８１５８ＪＢＷ、間隔は周辺に沿って中心で４”、６”および１２”、およびパネルのフィールドで中心で１２”。全ての締結具は、パネルの縁部から内側に最小で３／４インチ、継ぎ目から１／２インチに配置した。パネルの隅部では、締結具を２”挿入した。
【０２３３】
接着剤−OSI Sealantsによって製造されたPL Polyurethane Premium Construction Adhesive。１／４”のビードを全ての枠組部材に塗布し、二重ビードをパネルの突き合わせ継手に塗布した。荷重を加える前に、最低で２４時間硬化時間を設けた。
【０２３４】
床の枠組
根太−Dietrich Industriesによって製造された１６ゲージ×深さ１０”×長さ１０’のTrade Ready（商標）根太。根太には、Dietrich TDJ5 W 9-1/41N×L 11 FT 10-1/2IN 14453223 16 GAUGE G60 50KSIの刻印があった。平均試験降伏強度は５１．０ｋｓｉであった。
【０２３５】
リムトラック−１６ゲージ×深さ１０−３／１６”×長さ１６’で、予め曲げた根太の取り付け位置は中心で２４”間隔。トラックにはDietrich D16 W 9-1/4IN×L 16FT 14453203 16 GAUGE G60の刻印があった。平均試験降伏強度は６２．７ｋｓｉであった。締結具−＃１０−１６×３／４”長さの六角頭Drivallねじ。
【０２３６】
試験試料の構成
１０の試験サンプルを、１１’−１１”×１２’−０”の全体的寸法に構築した。リムトラックは、中心間１６”で予め曲げたタブを有し、したがってクリップアングルは中心間２４”の間隔で溶接した。
【０２３７】
３本の六角頭の＃１０−１６×３／４”長さのDrivallねじを予め曲げたタブに通して根太の側部に通して使用して、根太をトラックに取り付けた。４８−＃１０×３／４”長さの六角頭のドリリングタッピンねじを使用して、Simpson Strong-Tie Holdown Part No. S/HD15を床の張力側に締結した。１４の＃１０×３／４”長さの六角頭ドリリングタッピンねじを使用して、６−１／８”×１６”長さの１２ゲージ間柱を圧縮根太に取り付けた。これは、隔壁の破損の前に端根太が潰れるのを回避するために、補強材として追加した。枠を正方形にし、次にプロトタイプＳＣＰまたは合板をそれに締結した。床外皮は、＃８−１８×１−５／８”長さのBugle頭部のGrabber Super Drive（商標）ねじで、周辺では中心間４”、６”または１２”に締結して、隅部から２”、フィールドでは中心間１２”で挿入した。締結具は床外皮の表面と面一であるか、それよりわずかに低くなる状態を維持し、鋼枠組内で剥がれないように注意した。詳細については添付図面Ｂ６〜Ｂ１１を参照されたい。接着剤を使用する試験サンプルは、最短で２４時間放置し、推奨接着剤を硬化させた。
【０２３８】
図２７は、接着剤を配置した状態で、ＡＩＳＩ  ＴＳ−７試験で使用するＳＣＰ床４２０の１つを示す。ボード４４２は、０．６７０インチから０．７０５インチの厚さを有するＳＣＰパネルであった。図ＥＥは継手にてずれたパネルを示す。図ＦＦは、「Ｖ」字形の１／２インチの舌および溝継手を示す。図ＧＧは隅部を示す。図ＨＨは、３つのＳＣＰパネルが合う箇所を示す。図ＩＩは隅部を示す。
【０２３９】
試験の設定
図２８は、ＡＩＳＩ  ＴＳ−７試験で使用した試験装置４５０を示す。試験装置４５０は２本の８インチ×７２インチ長さの荷重ビーム４５４を有する。試験試料４５２を１インチのローラ４５８に配置し、鋼板４６０をローラ４５８の下に設ける。剛性支承部４６６および試験取付具４５６およびＩ形鋼取付具も設ける。油圧シリンダ４６２が試験試料４５２に圧力を加える。
【０２４０】
試験サンプルを、リムトラックの一方が１０”−３０ｌｂ／ｆｔのＣ溝形材の頂部と面一に設定された状態で、試験取付具に配置した。次に、中心が１２”隔置された＃１２−２４のＴ５六角頭ねじを使用して、リムトラックをＣ溝形材に取り付けた。次に、＃１０×３／４”長さの六角頭ドリリングタッピンねじを使用して、２本の８”×７２”長さのＩ形鋼を他のリムトラックに、頂部に面一の状態で取り付けた。Ｉ形鋼フランジの互い違いの側に、中心間６”で締結具を設定した。Ｉ形鋼も一緒にボルト締めした。油圧シリンダを、Ｉ形鋼と直列で反応ビーム上に配置した。
【０２４１】
直径１”のねじ棒をシンプソン押さえに通して配置し、剛性鋼取付具に接続した。ねじ棒の結合ナットには、特定のトルクを加えなかった。荷重側のリムトラックを、約４８”隔置した２セットのローラ上に配置した。圧縮側で外皮に押さえを配置し、隆起を防止した。２つの直径１”のローラを、床外皮上で押さえ管と鋼板との間に配置した。
【０２４２】
４つの線形変換器を、以下の位置で床隔壁アセンブリに配置した。
＃１−張力根太と直列
＃２−固定したリムトラックと直列
＃３−クリップアングル上で荷重を加えたリムトラックと直列
＃４−圧縮根太と直列
【０２４３】
線形変換器および油圧変換器をデータ取得システムと接続した。
【０２４４】
試験機器：４つの線形変換器を、以下の位置で床隔壁アセンブリに配置した。
１つのENERPACモデルＰ−３９油圧手押しポンプ。
３つのEnerPacモデルＲＣ−１０１０油圧シリンダ。
４つの線形変換器。
床にボルト締めした５つの剛性支承部。
３つの支承部にボルト締めした１つのＣ１０×３０剛性溝形材。
１つのオメガディジタルメータ。
１つのオメガ圧力変換器。
２つの６ｆｔＩ形鋼。
【０２４５】
手順
油圧シリンダを使用し、荷重ポイントで荷重を発生させた。加えた力を、データ取得機器および圧力変換器で測定した。加えた力を添付のデータシートに永久的に記録した。油圧を加えて荷重を発生させ、ディジタルメータに必要な荷重が表示されるまで、機械的力を生成した。荷重のさらなる利得が獲得できなくなるまで、一定の割合で床アセンブリ全体に荷重を加えた。
【０２４６】
試験結果
表３７は試験結果を要約している。
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【０２４７】
図２９〜図３１は表３７の値を生成するために使用した変位データに対する荷重をポンド単位で示す。特に、図２９は、３／４インチＳＣＰパネルを使用した４インチから１２インチの締結スケジュールのＡＩＳＩ  ＴＳ−７片持ち式床隔壁試験からのデータを示す。図３０は、３／４インチＳＣＰパネルを使用して３／４インチ合板と比較し、６インチから１２インチの締結スケジュールのＡＩＳＩ  ＴＳ−７片持ち式床隔壁試験からのデータを示す。図３１は、３／４インチＳＣＰパネルと接着剤を使用するＡＩＳＩ  ＴＳ−７片持ち式床隔壁試験からのデータを示す。
【０２４８】
表３８〜表４７は、０．００１インチのインクリメントで試験ＬＰ８０４−３に関する図２９、図３０および図３１のデータを表形式で示す。
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【０２４９】
金属枠上に繊維強化した構造用セメントパネルの水平または傾斜隔壁を使用するシステムの特定の実施形態を図示し、説明してきたが、より広義の態様で、かつ請求の範囲で述べるような本発明から逸脱することなく、これを変更し、改造できることが当業者には認識される。
【図面の簡単な説明】
【０２５０】
【図１】本発明の不燃性屋根システムの第１の実施形態で、構造用セメント質パネル（ＳＣＰ）パネルとともに使用する典型的屋根トラスの側面図を示す。
【図２】本発明の不燃性屋根システムの第２の実施形態で、構造用セメント質パネル（ＳＣＰ）パネルとともに使用する典型的屋根トラスの第２形態の側面図を示す。
【図３Ａ】本発明の不燃性屋根システムで金属枠組とともに使用する単層ＳＣＰパネルの略側面図である。
【図３Ｂ】厚さ３／４インチ（１９．１ｍｍ）のＳＣＰパネルで使用する舌および溝の典型的な構成を示す。
【図３Ｃ】厚さ３／４インチ（１９．１ｍｍ）のＳＣＰパネルで使用する溝の典型的な設計および寸法を示す。
【図３Ｄ】厚さ３／４インチ（１９．１ｍｍ）のＳＣＰパネルで使用する舌の典型的な設計および寸法を示す。
【図４】本発明の不燃性屋根システムで、図１の金属枠組上に支持された図３ＡのＳＣＰパネルの側面図である。
【図５】本発明の不燃性屋根システムで、図２の金属枠組上に支持された図３ＡのＳＣＰパネルの等角図である。
【図６Ａ】構造用セメント質パネル（ＳＣＰ）パネルを機械的に波形シートに接続した屋根アセンブリを備える、本発明の不燃性屋根システムの第３形態の斜視図である。
【図６Ｂ】絶縁材料を構造用セメント質パネル（ＳＣＰ）パネル上に固定した屋根アセンブリを備える本発明の不燃性屋根システムの第４形態の断面図である。
【図６Ｃ】構造用セメント質パネル（ＳＣＰ）パネルを、本発明の不燃性屋根システムの絶縁材料上に固定した屋根アセンブリを備える本発明の不燃性屋根システムの第５形態の断面図である。
【図６Ｄ】波形シートの平坦部分に取り付けた図６ＡのＳＣＰパネルの斜視図を示す。
【図６Ｅ】使用前の図６ＤのＳＣＰパネルの側面図であり、使用前に接着剤細片が着脱式保護細片で覆われていることを示す。
【図７】本発明の不燃性屋根システムの金属枠口とともに使用する多層ＳＣＰパネルの略側面図を示す。
【図８】組み立てた金属、例えば鋼の屋根枠組を示す。
【図９】Ｃ字形根太金属枠組部材のヘッダへの取り付けを示す。
【図１０】図８の枠の一部の拡大図を示す。
【図１１】図８の金属枠に取り付けた試験ＳＣＰパネル屋根システム構成を示す。
【図１２】図１１の屋根の部分の拡大図を示す。
【図１３】図１１の屋根の部分の拡大図を示す。
【図１４】図１１の屋根の部分の拡大図を示す。
【図１５】図１１の屋根の部分の拡大図を示す。
【図１６】平屋根隔壁の試験装置に装着した図９の屋根を取り付けた図８の枠を示す。
【図１７】図１６の装置の部分の拡大図を示す。
【図１８】図１６の床隔壁試験装置を使用する実施例からの実験負荷と撓みデータとを示す。
【図１９】設計荷重での図１６の試験装置に装着されたＳＣＰパネルおよび金属枠床の写真を示す。
【図２０】破損時の図１６の試験装置に装着されたＳＣＰパネルおよび金属枠床の写真を示す。
【図２１】本発明のシステムに使用するためにＳＣＰパネルを作成する本発明のプロセスを実行するのに適切な装置の略立面図である。
【図２２】図２１のプロセスに使用するタイプのスラリ供給ステーションの斜視図である。
【図２３】本発明のプロセスで使用するのに適切な埋め込み器具の部分オーバヘッド平面図である。
【図２４】乾燥試験で厚さ３／４インチ（１９．１ｍｍ）のＳＣＰパネルを使用する床隔壁試験を示す。
【図２５】湿式試験で厚さ３／４インチ（１９．１ｍｍ）のＳＣＰパネルを使用する床隔壁試験を示す。
【図２６】ＡＩＳＩ  ＴＳ−７試験で使用する床枠組を示す。
【図２７】ＡＩＳＩ  ＴＳ−７試験で使用するＳＣＰ床の１つを示す。
【図２８】ＡＩＳＩ  ＴＳ−７試験で使用する試験装置を示す。
【図２９】４インチ（１０．２ｃｍ）〜１２インチ（３０．５ｃｍ）の締結スケジュールで３／４インチ（１９．１ｍｍ）ＳＣＰパネルを使用したＡＩＳＩ  ＴＳ−７片持ち式床隔壁試験からのデータを示す。
【図３０】６インチ（１５．２ｃｍ）〜１２インチ（３０．５ｃｍ）の締結スケジュールで３／４インチ（１９．１ｍｍ）合板と比較して３／４インチ（１９．１ｍｍ）ＳＣＰパネルを使用したＡＩＳＩ  ＴＳ−７片持ち式床隔壁試験からのデータを示す。
【図３１】３／４インチ（１９．１ｍｍ）ＳＣＰパネルと接着剤を使用したＡＩＳＩ  ＴＳ−７片持ち式床隔壁試験からのデータを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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