(57)【要約】  標準試験での壁板耐火性能を予測するシステム及び方法は、該壁板のサンプルを取得すること、及び該サンプルの１つの側面が熱源に曝されるように、該サンプルを取り付け具に取り付けることを含む。該サンプルを、該熱源及び該空隙の間に配置するように、空隙を該サンプルと該取り付け具間に作る。温度測定を、継時的に該空隙内の所定の位置で行い、コンピュータ可読媒体を用いて、該温度をモニターし、一連の温度読み値として記録する。該一連のものを解析し、該温度が所定の温度閾値に達する指標時間を決定する。該視標時間を、該コンピュータ可読媒体を用いて、標準試験耐火性能に対して指標時間を相関して、該相関関係に基づいて、標準試験方法の壁板の耐火性能を予測する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験される壁板（２１２）のサンプルを、前記サンプルの１つの側面が熱源（２１０）に曝されるように取り付け具（２００）中に取り付けること；
前記サンプルと前記取り付け具の間に空隙（２１４）を作り、前記サンプルを前記熱源と前記空隙の間に配置すること；
継時的に前記空隙（２１８）内の所定の位置で温度を測定すること；
継時的に前記温度をモニターし、コンピュータ可読媒体（２２０）を用いて、一連の温度読み値を記録すること；
少なくとも部分的に、継時的に前記一連の温度読み値の温度軌跡を作成、及び前記温度が前記空隙内の所定の位置において所定温度閾値に達する指標時間を決定することによって、前記一連の温度読み値を解析すること；
前記コンピュータ可読媒体を用いて、標準試験の耐火性能に対して指標時間を相関させること；及び
前記相関関係に基づいて、前記標準試験での前記壁板の前記耐火性能を予測すること
を含む前記標準試験での前記壁板耐火性能の予測方法。
【請求項２】
前記標準試験が、壁板の２層をスタッドに接続することにより組み立てられたサンプル壁アセンブリを曝すこと、前記壁アセンブリの１つの側面を熱源に曝すこと、及び前記壁アセンブリの反対側面をモニターすることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記方法を、壁板サンプルの耐火性及び／または耐火性能を試験するため実施し、前記方法が、前記相対関係に基づいて、前記壁板の耐火性を測定することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記取り付け具が、加熱させる内部チャンバー（２０６）及び前記内部チャンバーを取り囲む扉（２０８）を有するマッフルオーブンを含み、前記サンプルを、前記内部チャンバーの開口を横切り、且つ、扉の開口からフセット距離に伸びるように取り付け、及び前記空隙を、前記扉がオフセット距離に沿って閉鎖された位置にある際に、前記サンプル及び前記扉の間に画成する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記サンプルを熱源に曝すことが、所定スケジュールに従って、前記熱源強度、それ故、前記熱源温度を上昇させることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記所定スケジュールが、前記熱源温度が、所定期間、徐々に上昇する第一相を含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記空隙内の所定位置が、前記サンプル表面に隣接しているが、接触していない、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記壁板が、石膏から成る芯材及び紙から成る面を含む複合構造であり、前記所定温度閾値が、前記壁板の有機材料が焼け尽きることを保証するのに十分高い、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記所定閾値温度が、約２５０℃〜約８００℃（約４８２°Ｆ〜約１４７２°Ｆ）である、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記サンプルが、異なる壁板の製造バッチ間で変わり得る物理的及び化学的特性を有し、前記サンプルが、特定のバッチのかかる特性を代表しており、標準試験における特定の耐火性能が、望ましい壁板の設計パラメーターであり、及び前記試験方法が、特定の壁板製造バッチのための最終ラインの品質試験の一部である、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、２０１３年１０月１５日に出願された米国特許仮出願第１４／０５４，６４９号の優先権を主張し、参照することにより組み入れられるものとする。
【背景技術】
【０００２】
石膏壁板の耐火性及び／または耐炎性は一般的に、様々な異なる壁建設様式に実施できる標準化した試験手順である。典型的な試験を、スタッド上に組み立てられた石膏ボードを含むパッシブ壁構造が、標準的火災にさらされたときに崩れるまでに要する時間を測定するために実施できる。システムの耐火性は、例えば、システムに用いられている石膏ボードのタイプと厚さ、壁構造及び／または厚さ、壁を建設するために用いられたスタッドのタイプ、スタッドの間隔、石膏ボードの大きさと方向、壁空隙の断熱利用、壁への負荷、などの、多様な要因に依存している。客観的に壁構造の耐火性を評価するため、広く用いられている壁構造用に、標準化試験が開発された。
【０００３】
最も通常の組み合わせは、第三者試験認定機関であるＵｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，  Ｉｎｃ．  （ＵＬ（登録商標））が規定した３つの試験設計である。Ｕ３０５、Ｕ４１９、及びＵ４２３として示されているこれらの通常の試験は、壁に負荷があってもなくてもよく、両側に種々の壁厚さで組み立てられた壁板を有する壁用の木製または金属製のスタッドを用いた壁アセンブリを試験する。特定のボードに耐火等級を指定するためには、崩れが起こる以前で、壁板が崩れるまでの最少時間を示さなければならない。これに関して、崩れとは火によって壁の一体性の喪失、あるいは過剰な温度上昇を含んでいる。壁板の非曝露表面の平均温度が周辺より１２１．１℃（２５０°Ｆ）高いあるいは試験組み合わせの各々いずれの熱電対も周辺より１６２．８℃（３２５°Ｆ）高く上昇した時に過剰な温度上昇崩壊と測定される。
【０００４】
石膏は、その優れた耐火性により、住居や商用建物の建築に広く用いられている。石膏の化学組成は硫酸カルシウム二水和物である（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）。石膏結晶の２つの水分子は化学的に結合しており、しばしば「結晶水」と呼ばれる。石膏に高耐熱性を与えるのは、それらの２つの水分子である。約１０１．７℃（約２１５°Ｆ）に達すると、１１／２個の水分子が石膏１分子から追い出され、半水石膏へと転化する（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）。温度が１２１．１℃（２５０°Ｆ）に達すると、残りの１／２個の水分子が失われ、石膏は無水石膏（化粧しっくいとして知られている）に転化する。両反応は吸熱反応であり、石膏が二水和物から無水物へ転化する際に熱を吸収することを可能にする。合わせた熱エネルギー必要量は９．８２８ｅ＋００４カロリー（３９０ＢＴＵ）／ｌｂまたは９０６ｋＪ／ｋｇに達する。サンプルを加熱する間に連続的に起こるこれらの二つの反応の各々は、温度追跡が二つの変曲点、一つは１２１．１℃（２５０°Ｆ）に近く、もう一つは１００℃（２１２°Ｆ）に近くを示すように、そのそれぞれの温度において起こる。第二の変曲点で、曲線の傾きは、遊離水蒸発の潜熱によっても、部分的に変化するだろう。
【０００５】
結晶水消失工程は、通常か焼と呼ばれる。か焼が完了したのち、石膏ボードを通した熱伝達は、伝導、対流、及び放射による基本的な熱伝達になる。壁板試験アセンブリにおいて、熱は最初に、対流、伝導、及び放射の組み合わせにより、炉から曝されたボード表面へと伝達される。曝された壁板の表面温度が上昇するにつれ、ボードを横切る温度勾配が増加する。もし、火災中、構造的完全性を保っているならば、それは、火炎貫通及び熱風を効果的にブロックする。この状態中、熱伝達の一次モードは、ボードを通じての熱伝導である。ボードを通しての伝導による熱伝達は、壁板の熱伝導性に依存する。スタッド壁アセンブリの２つ壁板の間に形成された空隙内で熱は、一次的に対流と伝導により伝達される。対流は、壁アセンブリの二つの壁板の間の空隙内における空気循環に起因する。壁空隙内での熱伝導も試験の間起こっている。空隙内で曝されていない壁材表面、すなわちスタッド間に曝されている壁材部分において、空隙と壁の外側間の温度勾配がより低いので、熱は空隙側から外側、周辺側へ、より低速度で伝達される。
【０００６】
耐火等級は、典型的にはＡＳＴＭ標準による公認火災試験機関において実物大（少なくとも１００ｆｔ２の壁面積）耐火試験を行うことにより得られる。この試験は時間と費用がかかる。さらに、標準試験規模は、新製品開発、最終ライン品質管理試験などの壁板サンプルの室内試験には適さない。標準試験方法及びシステムのこれらのまたはその他の欠点は、本明細書中に提供される。
【発明の概要】
【０００７】
１つの態様では、本開示は、標準試験における壁板の耐火性能の予測方法を記載する。該方法は、試験される壁板のサンプルを、該サンプルの１つの側面が熱源に曝されるように取り付け具に取り付けることを含む。サンプルと取り付け具の間には空隙が形成されており、それにより、サンプルは熱源と空隙の間に配置される。空隙内で所定の位置の温度測定とモニタリングが経時的になされる。少なくとも部分的に、該一連の経時温度読み値の温度軌跡を作成して、一連の温度読み値がコンピュータ可読媒体を用いて記録され解析される。空隙内の所定の位置において温度が所定の温度閾値に到達する指標時間を決定する。該指標時間は、コンピュータ可読媒体を用いた標準試験耐火性能と相関し、その相関関係に基づいて、標準試験手順に従って壁板の耐火性能を予測する。
【０００８】
別の様態では、本開示は、壁板サンプルの耐火性及び／または耐火性能を試験する方法を記載する。該方法は、壁板サンプルの１つの側面をオーブン温度に曝されるように壁板サンプルを、温度管理できるマッフル炉チャンバー内の開口を横切って取り付けることを含む。ボードサンプルとチャンバー内を囲い込むように構成されたオーブン扉の間には空隙が形成される。該壁板サンプル及び該チャンバーを囲い込むように構成されたオーブン扉の間に、空隙を作る。サンプル温度を、経時的に、該空隙内の所定に位置で測定する。サンプル温度を、コンピュータ可読記録媒体を用いて、経時的にモニターし記録する。温度軌跡を作成し、温度が所定の温度閾値に到達する指標時間を決定することにより、サンプル温度情報を、少なくとも部分的に分析する。指標時間は、コンピュータ可読媒体を用いて、標準試験耐火性能と相関され、該相関に基づいて、標準試験手順に従って壁板の耐火性能を予測する。
【０００９】
さらに別の態様では、本開示は、壁板を製造する方法を記載する。該方法は、複合壁板構造物の芯材部分を形成するための石膏スラリーの特定バッチを用いて、製造施設内で、複合壁板構造物を構築することを含む。該複合壁板構造物のサンプルを抽出する。該サンプルを、該複合壁板構造物の耐火性能の実物大試験が予測できるように小規模試験で試験する。１つの実施形態では、小規模試験はサンプルを、該サンプルの１つの側面が熱源に曝されるように取り付け具に取り付け、該サンプルと該取り付け具間に空隙を作り、該熱源と該空隙間に該サンプルを配置し、及び継時的に、空隙内の所定位置の温度を測定する。該温度を継時的にモニターし、コンピュータ可読媒体を用いて、一連の温度読み値を記録する。該一連の温度読み値を、少なくとも部分的に、継続的な該一連の温度読み値の温度軌跡を作成、及び温度が、該空隙内の所定位置で所定温度閾値に到達する指標時間を決定することにより分析する。該指標時間は、コンピュータ可読媒体を用いた実物大試験と相関し、該相関に基づいて、実物大試験における複合壁板構造物の耐火性能を予測する。複合壁板構造物の耐火性能が許容パラメーター内であると予測された場合、該複合壁板構造物は、消費者に販売される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本開示に従った壁板の断面を示している。
【図２】図２は、本開示に従ったボード形成システムの側面図を示している。
【図３】図３は、本開示に従ったボード形成システムの側面図を示している。
【図４】図４は、本開示に従った試験サンプルの代表的な温度軌跡である。
【図５】図５は、本開示に従った試験方法間の相関関係を示すチャートである。
【図６】図６は、本開示に従った処理済み及び未処理のサンプルの温度軌跡である。
【図７】図７は、標準試験における処理済み及び未処理のサンプルの温度軌跡である。
【図８】図８は、本開示に従った試験方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示は、実験室設定やボード製造工程における品質管理などのボード耐火性の小規模試験に適用できる。本開示は、壁板の実物大の標準耐火性及び／または耐炎性を予測するのに有用な小規模試験のシステムと方法を記載する。小規模試験は、調査及び品質管理の両方を目的とし、様々なボードタイプの性能を予測するために実施される。例えば、本明細書に記載の試験システム及び／または試験方法を、製造者が、公知の試験方法では不可能または時間がかかり高価であった作業、異なる製造バッチを試験して一貫した製品品質と設計仕様に一致していることを保証するために使用できる。
【００１２】
１つの開示された実施形態では、該小規模火災試験装置あるいは試験取り付け具は、温度管理を有するマッフル炉を含む。本明細書で使用されるとき、マッフル炉は、加熱されるサンプルが、該熱源、例えば、可燃性燃料ならびに、燃焼ガス及び灰などの他の全ての燃焼製品から単離される炉を表す。本明細書に記載の装置にでは、壁板サンプルを、該壁板の１つの側面が熱に曝されるように、試験用マッフル炉に配置する。該マッフル炉は、該壁板サンプル及び断熱表面の間に空隙を形成する断熱扉を含む。熱電対を、熱に曝される側の反対側にある壁板の側に入れ、コンピュータ可読媒体、すなわち、デジタルデータ収集装置が、継時的に、壁板表面温度を記録する。
【００１３】
壁板の試験方法では、マッフル炉内で試験している壁板サンプルから得られたデータを、温度−時間曲線を作成するために使用し、実物大火災試験の壁板サンプルの耐火性及び／または耐炎性の予測を示す指標を算出するために解析する。これらのシステム及び方法を、ここに、壁板試験との関連で、より詳細に記載するが、記載されるシステム及び方法は、本明細書に記載の壁板に加えて、他の材料の耐火性の予測に応用できると理解するべきである。
【００１４】
ボード部分１００の断片を、図１に示す。ボード部分１００は、第一及び第二の紙層１０６及び１０８間のセメント系層１０４の堆積により製造、典型的にはスラリー体で塗布されたボードの部分であり得る。図１の図解では、第一の紙層１０６は、いわゆる裏面紙層でもよく、第二の紙層１０８は、いわゆる表面紙層でもよいが、これらの層は逆であってもよい。ボード部分１００を用いるとき、該表面紙層１０８は、部屋の内部空間方向、内向きに配置してもよく、該裏面１０６は、部屋に対して、外に向いていてよい。このように、表面紙層１０８は、その上の仕上げ化合物、塗料、及びその他の処理を含んでいてもよく、裏面層１０６は典型的にはそのまま剥き出しであってもよい。以上のように、該ボード部分１００は、複合構造物であるが、例えば、天井タイルなどの他のボード型用に、これらは典型的には複合構造物ではないが、裏面紙層のみ用いてもよいこと、あるいは紙層なしで用いてもよいと理解するべきである。
【００１５】
前述のボードの耐熱性及び耐炎性または耐火性の実物大標準試験とは別に、小規模試験を、ボードの性能を予測するために使用できる。か焼時間、すなわち石膏パネルから、遊離水及び結晶水を追い出すのに要する時間を測定するのに有用である既存の小規模試験は、大規模試験のボードの耐火性能の予測に使用するのに適切でない。これは、大規模試験が、該ボードに影響及び焼きせっこうパネルを通しての熱伝導から引き起こされる熱伝達特性及び芯材の有機物の燃焼を含むからである。該壁板の実物大試験耐火性能を予測するために適切でない１つのかかる公知の小規模試験は、いわゆる「断熱（ＴＩ）」試験である。該ＴＩ試験は、もともと石膏パネルを通して、熱伝達速度を測定するために開発され、１００ｍｍ（３．９３７インチ）半径を有するボードサンプルの２つのディスク間に、熱電対を埋め込むことにより実施する。アセンブルしたサンプルを、炉内で５００℃（華氏９３２度）に曝し、該熱電対の読み値を、継時的にモニターする。この情報から、検体芯材温度が、４０〜２００℃（華氏１０４〜３９２度）に上昇するまでの時間を算出することにより、ＴＩ指数を決定する。
【００１６】
該断熱性試験は、焼せっこうの純度及び水和の程度を測るのに有益ではあり得るが、全ての環境下での壁板の耐火性を予測するのに適切でない。例えば、１つの実施形態では、発泡型塗料を、ボードサンプルに１０．８９〜３６．７４ｋｇ（２４〜８１ポンド）／ＭＳＦの割合で塗布した。該断熱性試験は、塗布率の増加とともにＴＩ指数の劇的に改善を示したが、１８．１４ｋｇ（４０ポンド）／ＭＳＦの割合で塗布されたボードサンプルを、耐火性Ｅ１１９に従って、実物大耐火試験を行ったとき、結果は、対照のものより有意に低かった。例証のため、発泡性防炎塗料を有するサンプルが、実物大試験で閾値温度に達するのに４７〜４８分かかる場合、対照サンプルは、５３〜５４分かかった。
【００１７】
該ＴＩ試験の欠点は、試験検体に適用する温度にある。断熱性指数は、サンプルを４０℃（１０４°Ｆ）から２００℃（３９２°Ｆ）に加熱するまでに要する時間を算出することによって測定する。かかる試験は、石膏パネルから、遊離水及び結晶水を追い出すのに要する時間であるか焼時間を測定する。実物大試験及び対照試験において、曝露した壁の完全なか焼に要する時間は、該試験の最初の２５分以内で完了し、このことは、曝露した壁を通して、熱伝達の大部分が、か焼後に実行されることを意味する。
【００１８】
別の該断熱性試験の欠点は、ボードの紙層の燃焼によって試験結果が、歪められ得るので、より高い温度では実施できないことである。例えば、ある実験において、炉が５００℃（９３２°Ｆ）に設定されていたにもかかわらず、断熱性試験の間に、温度曲線は、約８７１．１℃（約１６００°Ｆ）にまで達した。炉操作あるいは制御システムにおける欠陥がない状態で温度読み値の上昇は、熱電対と接する壁板の紙層の燃焼によって引き起こされたと分かった。
【００１９】
本開示の注目すべき態様は、基本的に、断熱性試験が実物大火災試験における熱伝達工程を模擬するものではないと認識することであり、このことが断熱性試験が多くの状況下で壁板の耐火性を正しく予測するためにはふさわしくないという結論を導く。それ故、火災状態下で壁板の性能をよりよく予測し、また製品品質管理のために、代替試験システム及び方法が考え出された。
【００２０】
本開示に従った試験システム２００の模式ダイアグラムを、断面図として、図２に示す。試験システム２００は、炉チャンバー２０６を形成する囲み２０４を有するマッフル炉２０２を含む。該チャンバー２０６は、扉２０８で閉じることができ、そこに熱源２１０含む。熱源２１０は、燃料燃焼型燃焼器あるいは電気抵抗型ヒータなど公知のいずれかの熱源タイプでよく、それによってチャンバー２０６内で概して均一に温度分布を作り出す。
【００２１】
図２の図解において、ボードサンプル２１２は、試験中、炉チャンバー２０６内に配置されていることが示されている。サンプル２１２は、図示された実施形態において、該チャンバー２０６内でサンプル２１２の裏面２１５と扉２０８のオーブンに面した側の間に間隙２１４が形成されるように扉開口からのオフセット距離で縦に設置されている。スペーサ２１６が、サンプル２１２と扉２０８の間に互いに距離を保って配置され完成した壁アセンブリ中の壁板から間を空けるスタッドをシュミレートする。間隙２１４は空として示されているが、別の実施形態では、空隙２１４は、壁を絶縁する材料で充填されていてもよい。さらに、スペーサ２１６の代わりに金属あるいは木のスタッドを用いてもよい。スペーサは、サンプルに接続されていてもよく、特定の実施形態では、負荷を負った壁をシュミレートするため、サンプル２１２とともに圧縮負荷がかけられていてもよい。
【００２２】
試験中、熱電対２１８または他の温度検知装置が、サンプルの裏面２１５の近くに接続されている。熱電対２１８は、サンプル２１２の表面に近い距離に検出チップを有する。別の実施形態では、検出チップは、サンプル２１２に接触またはその中にあってもよい。該熱電対２１８を、試験中、該サンプル２１２の裏面の表面温度または表面近くの温度を検出するように構成する。熱電対２１８を、該熱電対２１８に電力を供給するために作働し、該サンプル２１２の表面温度を示す情報をそれから受信し、温度情報を記録し、及び、随意にまたはコンピュータ（図示されず）の補助を用いて、継時的に該温度情報をプロット、さもなければ、該情報を数的に解析するデータ収集装置２２０と接続する。
【００２３】
試験を実行するとき、マッフル炉チャンバー２０６の温度は、熱源２１０の強度を適切に制御することにより継時的に徐々に上昇する。１つの実施形態では、炉温センサー２２２を、炉チャンバー２０６の温度を測定し、ヒータコントローラー２２４及び任意にデータ収集装置２２０にも炉チャンバー温度を示す情報を提供するために配置する。ヒータコントローラー２２４は、熱源２１０の強度を適当かつ自動的に調整することにより、チャンバー２０６に所定の加熱分布を与えるためセンサー２２２による情報に基づいて無限ループ式に作働し得る。該チャンバー２０６の温度上昇も、試験の完全性を確立するためデータ収集装置２２０により、随意に記録してもよい。
【００２４】
該炉チャンバーのサンプル加熱プロファイルを、図３の時間プロットに示す。該プロットから分かるように、所望のチャンバー温度（°Ｆ）を縦軸にプロットし、時間（分）を横軸にプロットし、該チャンバー２０６を、約２０４．４°Ｃ（約４００°Ｆ）の温度〜約７７２．８℃（約１４２３°Ｆ）の温度の該試験の最初の約４３分間の対数の傾き後に徐々に加熱して、図示したグラフ中、約１時間続く該試験の残りの温度を維持する。従って、該試験を、初めの加熱時間２２６にわたって実行し、それから、図３のチャートにマークしたように、安定期２２８にわたって続く。
【００２５】
該サンプルの裏面２１５上の測定表面温度によって決定したように、試験中、該サンプル２１２を通しての熱伝達は、実物大火災試験で、壁板を通しての予想される熱伝達に付随及び示すと決められた。本質において、本明細書に記載の試験は、該サンプルを通過した熱伝達速度を測定する。１つの実施形態では、該ボードの両側で得られた温度読み値を、リアルタイムに、ボードを通過した熱伝達速度を推定するために使用できる。異なる製品の熱伝達曲線の比較及びそれらの実際の耐火試験結果に対する該曲線の相関により、異なる製品の耐火性の性能の判断と予測を、有利に可能とする。図２に示す試験設定では、サンプル寸法を、６．１２５”  ×  ６．６２５”の寸法及び０．６２５”の厚さを有する四角形サンプルであるように選択した。空隙２１４の深さは、７／８”であり、該熱電対２１８を、扉２０８の幾何学的中心に置き、該熱電対２１８の検出プローブは、該サンプル２１２の方向に扉２０８の内側表面からおよそ１１／１６”だけ押し出されていた。このように、該熱電対の先端は、該サンプルの表面から３／１６”だけ離れていた。  グラスウールフレームを、サンプルに対してスペーサ２１６として作用して該サンプルをあるべき場所に保持するため、一方、熱漏れに対して扉フレームも封止した。半インチ厚さのサンプルのため、０．１２５”厚さの金属フレームを、サンプルの後ろに配置し、該熱電対と該サンプルの間の間隙を維持し、残りの試験設定を保存し得る。該マッフル炉のコントローラー２２４を、２００℃（華氏３９２度）から７７３℃（華氏１４２３度）まで作働するようにセットした。前端のマッフル炉の実際の温度曲線を、図３に示す。
【００２６】
従って、ある実施形態において、標準試験での壁板耐火性能の予測方法は：（ａ）サンプルの１つの側面が熱源に曝されるように試験される壁板の該サンプルを取り付け具に取り付けること；（ｂ）該サンプル及び取り付け具の間に空隙を作り、該サンプルを熱源と該空隙の間に配置すること；（ｃ）継時的に、該空隙内の所定位置の温度を測定すること；（ｄ）継時的に、該温度をモニターし、コンピュータ可読媒体を用いて、一連の温度読み値を記録すること；（ｅ）継時的に、該一連の温度読み値の温度軌跡の作成及び該空隙内の所定位置での所定温度閾値に該温度が達した時の指標時間の測定により、少なくとも部分的に、該一連の温度読み値を解析すること；（ｆ）該コンピュータ可読媒体を用いて、該標準試験の該耐火性能に指標時間を相関すること；及び（ｇ）該相関に基づいて、該標準試験での該壁板の該耐火性能を予測することを含む。
【００２７】
他の実施形態では、該標準試験は、２層の壁板をスタッドと接合することにより構築されたサンプル壁アセンブリの曝露、壁アセンブリの１つの側面を熱源に曝露、及び壁アセンブリの反対側をモニターすることを含む。
【００２８】
別の実施形態では、該サンプルは、所定寸法を有する。
【００２９】
別の実施形態では、該取り付け具は、加熱される内部チャンバーを有するマッフルオーブン及び該内部チャンバーを囲む扉を含み、該サンプルを、該内部チャンバーの開口を横切って、扉開口からオフセット距離に伸びるように取り付け、該空隙を、該オフセット距離に沿って、該扉が閉鎖位置にあるとき、該サンプルと該扉の間に画成する。
【００３０】
別の実施形態では、熱源に該サンプルを曝すことは、所定スケジュールに従って、該熱源の強度を増強、従って、熱源の温度の上昇を含む。
【００３１】
別の実施形態では、所定スケジュールは、該熱源温度が、所定期間、徐々に上昇する第一相を含む。
【００３２】
別の実施形態では、該空隙内の所定位置は、該サンプル表面に隣接するが、接触しない。
【００３３】
別の実施形態では、該壁板は、石膏から成る芯材及び紙から成る面とを含む複合構造物であり、該所定温度閾値は、該壁板の有機材料が燃え尽きることを保証するのに十分高い。
【００３４】
別の実施形態では、該所定閾値温度は、約２５０℃〜約８００℃（約４８２°Ｆ〜約１４７２°Ｆ）である。
【００３５】
別の実施形態では、該サンプルは、異なる壁板の製造バッチ間で変わり得る物理的及び化学的特性を有しており、該サンプルは、特定のバッチのかかる特性を代表しており、標準試験での特定の耐火性能は、望ましい壁板の設計パラメーターであり、該試験方法は、特定の壁板製造バッチのための最終ライン品質試験の一部である。
【００３６】
別の実施形態では、耐火性及び／または耐火性能を試験する方法は：（ａ）該壁板サンプルを、該壁板の１つの側面がオーブン温度に曝露される、温度管理を有するマッフル炉チャンバーの開口を横切って設置すること；（ｂ）該壁板サンプル及び該チャンバーを囲むように構成されたオーブン扉の間に空隙を作ること；（ｃ）継時的に、該空隙内の所定位置のサンプル温度を測定すること；（ｄ）コンピュータ可読記録媒体を用いて、継時的に、該サンプル温度をモニター及び記録すること；（ｅ）温度軌跡の作成及び所定温度閾値に該サンプル温度が達する指標時間の測定により、少なくとも部分的に、サンプル温度情報を分析すること、（ｆ）コンピュータ可読媒体を用いて、標準試験の耐火性能に対して、該指標時間を相関すること；及び（ｇ）該相関に基づいて、該標準試験での該壁板の耐火性能を予測することを含む。
【００３７】
別の実施形態では、該標準試験は、２層の壁板をスタッドと接合することにより構築されたサンプル壁アセンブリの曝露、壁アセンブリの１つの側面の火炎源への曝露、及び該壁アセンブリの反対側のモニターを含む。
【００３８】
別の実施形態では、該空隙内の所定位置は、該サンプルの幾何学的中心に対応する。
【００３９】
別の実施形態では、該オーブン温度を、所定スケジュールに従って上昇する。
【００４０】
別の実施形態では、該所定スケジュールは、オーブン温度を所定期間、徐々に上昇する第一相を含む。
【００４１】
別の実施形態では、該空隙内の該所定位置は、少なくとも部分的に、空隙を画成する該サンプル表面に隣接する。
【００４２】
別の実施形態では、該壁板サンプルは壁板は、石膏から成る芯材及び紙から成る面とを含む複合構造物であり、該所定温度閾値は、該壁板中の有機材料を焼き尽くすことを保証するのに十分に高い。
【００４３】
別の実施形態では、該所定閾値温度は、約２５０℃〜約８００℃（約４８２°Ｆ〜約１４７２°Ｆ）である。
【００４４】
別の実施形態では、該サンプルは、異なる壁板製造バッチ間で変わり得る物理的及び化学的特性を有し、該サンプルは、特定のバッチのかかる特性を代表しており、標準試験での特定の耐火性能は望ましい壁板設計パラメーターであり、該試験方法は、特定の壁板製造バッチのため、最終ライン品質試験の一部である。
【００４５】
別の実施形態では、ボード製造方法は：（ａ）複合壁板構造物の芯部分を形成するための特定の石膏スラリーバッチを用いて、製造施設で複合壁板構造物を建設すること、（ｂ）該複合壁板構造物のサンプルを抽出すること、（ｃ）該複合壁板構造物の耐火性能を、実物大試験で推定できるように、該サンプルを小規模試験で試験することを含み、前記試験は：（ｉ）該サンプルを一方の側が熱源に曝されるように取り付け具に取り付け、熱源とその空隙の間にサンプルが配置されるようにサンプルと取り付け具の間に空隙を形成すること；（ｉｉ）該空隙内の所定位置での温度を継時的に測定すること；（ｉｉｉ）該温度を継時的にモニターし、コンピュータ可読媒体を用いて一連の温度読み値を記録すること；（ｉｖ）該一連の温度読み値を、その一連の温度読み値の温度軌跡を継時的に作成し、また温度が空隙内の所定の位置で所定の温度閾値に到達する指標時間を決定することによって、少なくとも部分的に分析すること；（ｖ）コンピュータ可読媒体を用いて、指標時間を実物大試験と相関させること；（ｖｉ）該相関に基づいて、実物大試験での複合壁板構造物の耐火性能を予測すること；及び（ｖｉｉ）該複合壁板構造物の耐火性能が許容限界内であると予測された場合、消費者へ販売することを含む。
【００４６】
なお、前述は、実施形態の単なる例に過ぎないことに留意されたい。他の実例となる実施形態は、本明細書の説明全体から明白である。また、これらの実施形態の各々が、本明細書で提供された他の実施形態と様々な組合せで使用され得ることは、当業者により理解されるだろう。
【００４７】
次の実施例は、本発明をさらに例証するが、もちろん、本発明の範囲をいづれにも限定するものではないと解釈されるべきである。実物大試験の壁板サンプルの耐火性能を予測する試験システム２００の有効性を説明するため、３つの実例となる試験結果を検討する。
【実施例】
【００４８】
実施例１
この第一実施例では、試験結果の再現性を努力して、測定した。知られているように、良好な再現性は、新たな試験方法が科学研究あるいは品質管理として受け入れられるための前提条件である。本企画のため、優れた再現性が、処方と構造が原因の小さな温度変化を検知する必要である。新規の小規模火災試験の再現性を改善する過程では、熱電対、例えば熱電対２１８（図２）の位置が、試験結果において温度分布の変わりやすさを減ずるために重要であることが分かった。図２に示されている試験配置に関して、扉２０８からサンプル２１２の表面２１５までにかなりの温度勾配が、１０〜２６．６７℃（５０〜８０°Ｆ）の範囲で、空隙内２１４にあることが測定された。もし熱電対２１８が固定されていなければ、該測定におけるばらつきが、この温度勾配によって生じるであろう。
【００４９】
該サンプル特性を最良に測定し、空隙２１４による熱伝達の影響を減らすため、熱電対２１８の検出チップは、サンプルの表面近く、しかしその中に挿入されるのではなく、配置された。該小規模耐熱試験が優れた再現性を有することが試験サンプルの測定によって示された。
【００５０】
図２に示されている試験設定で、異なる四つのサンプルから得られた一組のデータを図４にグラフの形式で示す。グラフは、横軸に時間が、時、分、秒の方式で表示され、縦軸に華氏で温度を示す。各サンプルに対して、温度が熱電対２１８（図２）によって得られ、オーブン２０２が同じ条件で操作される。グラフから分かるように、得られたより高い温度読み値に関し、各４つの温度軌跡は実質的に重なり合うかあるいは±２％以内にある。試験された４つのサンプルは、異なる製造バッチから取り出された壁板片から成る。各サンプルの特性及び寸法を測定し、図４に示す各サンプルに対応する温度軌跡の同定とともに、表１に示す。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
４つのサンプルの試験は、小規模試験システム２００（図２）が優れた再現性を有することを示した。
【００５３】
実施例２
第二の実施例のため、本明細書中、耐火性能指数（ＦＥＩ）と呼ぶ、試験したサンプルの予想または予測された耐火性能を定量的に特徴づける時間関係パラメーターを温度軌跡を考慮することによって測定した。該ＦＥＩを、ＡＳＴＭ  Ｅ１１９に従って実物大耐火試験下で試験された各対応するサンプルの耐火性能を予測するのに使用する。ＦＥＩは、小規模火災試験で試験片の裏面が３１５．６℃（６００°Ｆ）に達するまでに要した時間として定義される。３１５．６℃（６００°Ｆ）の温度は任意であり、異なる目的で変わり得る。例えば、該所定閾値温度は、約２５０℃〜約８００℃（約４８２°Ｆ〜約１４７２°Ｆ）であり得る。本開示の実施形態では、３１５．６℃（６００°Ｆ）の閾値温度が、該ボードを通じて最大量の熱が伝達するように、該壁板の芯材に存在するほとんどの可燃物質が十分に燃え尽きることを保証するのに十分高い温度であるので選択された。また、この温度で、実物大耐火試験アセンブリの壁アセンブリ内の壁空隙を横切るいかなる温度勾配も、最大化するであろう。少なくともこれらの見地から、該試験サンプル２１２（図２）の裏面が、約３１５．６℃（６００°Ｆ）に達するまでに要する時間を、該サンプルの耐火性能の代表的な指数として選択した。
【００５４】
本開示に従った小規模火災試験、及びＵＬ（登録商標）Ｕ４１９標準試験に従って実施された実物大耐火試験の使用により測定された４つの異なるサンプルについてＦＥＩの相関を図５に示す。この図において、Ａ、Ｂ、ＣとＤで表あらわされた４点を、２軸に対してプロットする。該ＦＥＩは、分単位で表されているが、横軸に沿って表示され、各サンプルのＵＬ（登録商標）Ｕ４１９耐火性は、縦軸に沿って表示される。各点は、それ故、４つのサンプル各々のＦＥＩとＵＬ（登録商標）Ｕ４１９耐火性の両方を表す。直線Ｅが４点間に沿っている。該線Ｅは、Ｒ２＝０．９５６５のはめ合い等級を有し、これは良好な適合性を示し、このように各サンプルで測定されたＦＥＩと対応するＵＬ（登録商標）Ｕ４１９耐火性の間の良い相関性をしめしている。同様に、ＵＬ（登録商標）Ｕ３０５やＵＬ（登録商標）Ｕ４２３試験などの他のタイプの標準試験でも相関性を測定できる。
【００５５】
実施例３
この第３の実験では、該ボード上の耐火処理の効果も、本明細書に記載の小規模試験を使用して測定されたＦＥＩに基づいた実物大耐火試験の結果の予測可能性も測定し確かめた。従って、厚さ０．６１７インチ、基本重量７６２．５ｋｇ（１６８１ポンド）／１０００ｆｔ２、と１４．８４ｋｇ（３２．７２ポンド）／ｆｔ３の密度を有する対照サンプルを、製造ラインで製造した。該対照サンプルの４ｆｔ×１０ｆｔのボードから大きさが６．６２５インチ×６．１２５インチの二つのサンプル片が切り出された。２つのサンプル片の一つを、熱伝達率を減少させるため、耐火処理を施し、少なくとも２４時間コンディショニングした。その後、処理されたサンプル片と未処理サンプル片を、本明細書に記載の小規模火災試験を使用してそれぞれのＦＥＩを測定するためシステム２００（図２）で試験した。二つのサンプル各々の温度軌跡を、図６に示すが、ここで時間は横軸に沿って表示され各サンプルの裏面の温度が縦軸に沿って表示されている。図６のチャートでは、実線３０２は、未処理のサンプルの温度軌跡を表し、破線３０４は、処理されたサンプルの温度軌跡を表し、ＦＥＩ線は、３１５．６℃（６００°Ｆ）の温度から水平に伸び、両サンプルのＦＥＩ指数を表している。
【００５６】
図６のグラフから算出できるように、未処理のサンプル片、すなわち対照サンプルについて、ＦＥＩは、４８．０分であり、処理されたサンプルでは、ＦＥＩは５２．０分である。該小規模試験に基づいて、耐火性の４分間の改善が処理の結果として予測された。４分間の改善を確認するため、試験用ボードを用いて、実物大ＵＬ（登録商標）Ｕ４１９試験も実行された。該実物大試験用に、試験用壁板を、小規模試験用と同じボード処方を使用して、該対照サンプルが事前に製造されたのと同じ製造施設内で製造した。実物大試験用のサンプル  ボードは、ボード厚さ０．６２０インチ、基本重量７８１．５ｋｇ（１７２３ポンド）／１０００ｆｔ２、及び１５．１３ｋｇ（３３．３５ポンド）／ｆｔ３を有するように測定され決定された。特定のサンプルボードを、耐炎性処理を施し、該小規模試験で使用したサンプルと同じ方法で、２４時間、コンディショニングした。それから、処理されたボードと未処理のボード両方は、ＵＬ（登録商標）Ｕ４１９試験用に適切なアセンブリ設計の標準実物大試験を行った。処理されたボードと未処理のボードを用いたＵＬ（登録商標）Ｕ４１９試験の耐火試験の結果は、図７に示しており、試験時間は、横軸に表示され、サンプルの非暴露表面温度は、縦軸に表示されている。
【００５７】
図７において、破線曲線３０６は、未処理サンプルの温度軌跡を表し、実線曲線３０８は、処理サンプルの温度軌跡を表す。上述の通り、ＵＬ（登録商標）Ｕ４１９試験による耐火性は、ボードの未暴露表面が周囲温度より１２１．１℃（２５０°Ｆ）高くなるまでの時間である。該試験の条件に基づいて、該対照ボード（曲線３０６）は、４９分５３秒の耐火性を有し、一方、処理サンプル（曲線３０８）は、５３分１６秒の耐火性を有することが測定された。言い換えるならば、処理が、ボードの耐性を約３分２３秒増加させることが明らかとなった。本実施例における耐火試験の結果が、両絶対値とまた処理されたサンプルと未処理のサンプル間の違いに関して、小規模火災試験の有効性を立証している。
【００５８】
一般に、本開示は、壁材などの建築材の耐火性及び／または耐炎性を、小規模で試験するのに適用できる。実物大試験において、所定寸法の壁アセンブリは、２つの表層及び建築材の支持層を用いて組み立てられる。これらの壁アセンブリを、燃焼源に曝し、該建築材の耐炎性及び／または耐火性を測定する。かかる標準試験方法の時間及び費用により、壁板製造者などの建築材製造者が、製造環境で通常行う品質管理と試験に適切ではない。さらに、既存の小規模試験では、標準試験の結果と相関する結果を得ることができない。
【００５９】
本開示は、標準試験技術により得られる結果と強い相関性を有利に有するが、それらの標準試験に要する費用及び時間の割合において、再現性のある結果を得る小規模火災試験システム及び方法を含む。このように、該小規模試験は、新規の建築材の耐火技術を開発する際など研究目的で迅速かつ費用効果的に実験を実施するのに使用でき、さらに、これまでに不可能であったが、一貫した品質と性能を確実にするため製造品の定期試験をするのに使用できる。
【００６０】
本開示に従った試験方法のフローチャートを、図８に示す。記載された試験方法を、実例の実施形態として壁板の試験に関して考察するが、該方法が、セメントボード、天井タイル、及び他の建築製品などの他製品の試験に応用できることを理解するべきである。該方法に従って、所定寸法を有する試験されるサンプルを、４０２で得る。該サンプルを、工程４０４で、該サンプルの裏面及びオーブン扉間に空隙を画成するように、該オーブンチャンバーを囲むオーブン扉から距離を保ってオーブンチャンバー内に取り付ける。１つの実施形態では、該サンプルを取り囲んで該オーブンチャンバーをシールするため、該サンプル及び該扉間にスペーサを配置する。工程４０６で、オーブンが稼働されサンプルの前面が加熱される。サンプルの前面の加熱の間、熱はサンプルを通して伝達されサンプルの裏面の温度を上昇させる。１つの実施形態では、該オーブンチャンバーは、第一期間、徐々に上昇し、それから、第二期間、概して一定に保たれる所定の加熱分布に従って加熱される。
【００６１】
サンプルとオーブン扉間の空隙中、いかなる温度勾配であろうと、工程４０８で、該空隙内の所定位置で、温度が検知される。検知された温度は、工程４１０で、データ収集装置に送られ、時間に対して記録される。工程４１２で、検知された温度が、所定閾値に達するまでに要した時間を測定するため、温度情報が解析される。１つの実施形態では、所定温度は、３１５．６℃（６００°Ｆ）である。試験工程において、工程４１４で、所定閾値温度に達したかどうか決定する。温度が閾温度以下の間、加熱工程が続き温度情報が継続的に収集され解析される。所定温度に達するあるいは超えると、所定の温度に達するまでの期間が、例えば耐火性指標（ＦＥＩ）として記録され、完了したとして試験を終了する。
【００６２】
建築産業で使用されるとき、典型的な組成物と厚さの壁板  サンプルのため、該サンプルが所定温度に達するまでの典型的な時間は、４５分〜６０分の範囲あたり、またはそれ以上であり、サンプル及び準備を含む本明細書に記載の小規模試験が、４時間未満で完了できることを意味する。これは、一人の技術者が単シフト内で、およそ２つ〜３つの試験を完了させ得ることを意味し、これによって、この試験を壁板製造施設で最終ライン品質管理試験として、製造環境内での応用を好適たらしめている。特に、耐火性及び／または耐炎性に関する品質の一貫性を保証にするため、壁板製造施設において、各バッチの製造された壁板を試験するのに、本明細書に記載の小規模試験が規則的に使用されることを企図している。
【００６３】
知られているように、壁板製造工程は、様々な工程を有していた。市販の石膏ボード（天井板あるいは壁板）のほとんどは、石膏芯材及び各ボードの側面のカバーシートから成る複合構造物である。芯材は、通常、石膏及びデンプン結合剤を含む。カバーシートは、セルロース紙あるいはガラス繊維マットのいずれかである。壁に組み込まれた場合、可視側であるボードの表面上の紙は、塗装あるいは他の仕上げに適するようななめらかな材質を有する。ボードの裏面、すなわちスタッドまたは他の建築構造に接続された側、上の紙は荒い材質であってもよい。ボードの表面上の紙は、その表面に白いライナーを有しているという点で、ボードの裏面の紙と異なっていてもよい。
【００６４】
石膏ボードの作成の際、焼せっこう（か焼石膏）、デンプン、促進剤、及び／または他の添加剤を、水と所定の割合で混合することによって準備する。連続する紙ウェブまたはガラスマットが、第一のカバーシートとしてコンベアの上に置かれる。スラリーが、ウェブ上に堆積され、ウェブの幅にわたって所定の厚さで塗られ、ボードの芯材を形成する。第二シートが、ウェブスラリの上面に置かれ、いわゆる「エンベロップ」を形成する。コンベアに沿ってボードが運ばれるにつれ、該焼せっこうが、徐々に水和し「エンベロップ」中のスラリーが硬化する。少なくとも部分的に硬化したスラリーは、紙の表面材とともに、望みの寸法のボードに断裁され、表面の乾燥へと運ばれる。
【００６５】
窯炉内で、湿ったボードを、望まれる湿度レベルにまで乾燥する。得られたボードを、さらに異なる寸法へと加工する。石膏ボードの典型的な厚さは、１．２７ｃｍ（１／２インチ）と１．５８７ｃｍ（５／８インチ）であるが、０．６３５ｃｍ（１／４インチ）〜２．５４ｃｍ（１インチ）の範囲であってもよい。窯炉乾燥及び任意であるが静止期間の後、ボードサンプルを切断して、耐火性及び／または耐炎性のため製造したボードの品質管理の一部として、本明細書に記載の小規模試験で試験されることを企図している。
【００６６】
前述の明細書が、本開示のシステム及び技術の実施例を提供することを理解するであろう。しかしながら、本開示の他の実行が、細かな点で前述の実施例と異なり得ると理解される。本開示または実施例のすべての参照は、その時点で議論されている特定の実施例を参照することを意図しており、より一般的に開示の範囲に関するいずれの制限も示唆するものではない。特定の特徴に関する区別や軽視の言葉はすべて、それらの特徴に対する好選がないことを示す意図するが、特に断りのない限り、全体的に、本開示の範囲から除外することは意図しない。
【００６７】
ここに示された値の範囲の詳述は、特にここに示されていない限り、各個別の値がその範囲内に入ることに言及する簡略法として用いることを意図しており、各個別の値は、ここに個別に繰り返されているかのように本明細書に組み込まれる。ここで述べられているすべての方法は、特にここに示されていない限りまたは文脈に明らかに矛盾しない限り、任意の適した順序で実施することが可能である。
【００６８】
発明を開示する文脈において（特に、次の特許請求範囲の文脈において）、「ある」、「該」、「少なくともひとつ」や同様の指示物などの用語の用法は、特にここに示されていない限りまたは文脈に明らかに矛盾しない限り、単数及び複数両方を含んでいると理解されるべきである。一つ以上の項目のリストに続く「すくなくともひとつ」（例えば、「ＡとＢの少なくとも一つ」）は、特にここに示されていない限りまたは文脈に明らかに矛盾しない限り、そのリストの項目（ＡまたはＢ）から選ばれる一つの項目または二つ以上のそのリストの項目（ＡとＢ）の組わせを意図していると理解されるべきである。
【００６９】
従って、本開示は、適用法によって許容されるように、添付の特許請求範囲に記載の主題のすべての修正及び均等物を含む。さらに、特にここに示されていない限りまたは文脈に明らかに矛盾しない限り、その開示のすべての可能な変形において、上記要素の任意の組み合わせが本開示に包含される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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