CN101189396A

CN101189396A - 用于屋顶的不可燃强化水泥轻质板及金属框架系统

Info

Publication number: CN101189396A
Application number: CNA2006800033507A
Authority: CN
Inventors: 蒂莫西·托恩扬; 詹姆斯·M·乌列特; 詹姆斯·E·赖克茨
Original assignee: United States Gypsum Co
Current assignee: United States Gypsum Co
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2006-01-13
Publication date: 2008-05-28
Also published as: AR053999A1

Abstract

本发明揭示一种屋顶系统，其包括水平或倾斜的金属框架构件，例如C形托梁、U形托梁、开口腹杆托梁、或其他支撑加强型、轻质且尺寸稳定的SCP板的金属框架系统。所述屋顶系统不可燃、耐水、防霉菌和腐烂、及防白蚁，并能够耐受等于或超过由胶合板或定向股线板材板所提供抗剪切载荷的抗剪切载荷。所述板使用一个或多个呈连续相的层，所述连续相是由无机粘结剂的水性混合物固化而产生，例如，所述无机粘结剂为α半水硫酸钙、水凝水泥、活性火山灰及石灰。所述连续相经玻璃纤维加强并包含轻质填料微粒，例如，陶瓷微球体。

Description

用于屋顶的不可燃强化水泥轻质板及金属框架系统

技术领域

本发明大体而言涉及在民用及商用建筑中一种包含金属框架及轻质结构水泥板(在本文中称作SCP板)的屋顶系统。更具体而言，本发明涉及一种具有以机械方式或胶粘方式紧固至钢制框架屋顶系统的不可燃屋顶系统。所述板提供一抗剪切隔板及轴向承载屋顶元件。所述系统在与钢制框架一起使用时通常提供如下有利的性能性质：不可燃性，耐水性，抗霉菌性，及能达成快速组装的建筑设计经济性。

背景技术

商用、民用及工业用建筑物的屋顶构造必须通过采用述及非常具体的性能因素的国家及当地建筑规程来满足主要由国家级及地方级立法所形成的性能标准。一般而言，这些性能标准划分成两大区域：(1)斜屋顶，通常相对于水平面呈30度或以上，及(2)平屋顶，相对于水平面呈0度至30度。

平屋顶构造的性能标准在各地区之间变化很小但一般遵照如下性能标准：

1.垂直载荷强度：屋顶必需能够承载由静载荷加活载荷组成的总载荷并满足在屋顶总成中所用材料的法定设计或性能值。实例：由50,000至60,000psi钢制成的传统钢制屋顶在工作条件下不得承受超过20,000psi的弯曲拉应力。

2.活载荷偏斜：在支撑设计静载荷(钢、组合屋顶及隔热层的重量)时，在施加活载荷时，屋顶的偏斜不得大于各支撑构件之间距离的1/240或者由当地建筑规程或其他考虑因素所决定的更小偏斜值。

实例：由中心距为6′0″的构件支撑的屋顶在施加活载荷时的偏斜不得大于6′0″×12英寸/英尺×1/240＝0.30″。在不同的气候区域中，视天气条件而定，活载荷将自20磅/平方英尺至60磅/平方英尺不等。

3.风上举力：通常，屋顶必须能耐受施加于其上面的负压及正压并保持在结构上耐用。该标准的性能值视地理区域而异，但一般而言，介于30psf上举阻力(等价于100mph的风)至90psf上举阻力(等价于188mph的风)范围内。

通常的钢制屋顶总成是利用通常称作“A型”、“B型”、“AB型”及类似型式的由低碳钢形成的型材。所述型材的共同特征是在使型材具有刚性及强度的加强肋之间形成有宽的平整表面元件。迄今为止，由檩樤支撑的钢型材是设计成满足由建筑规程所规定的强度要求。所述平整表面是用于为包括用于隔热的单个板在内的一层或多层薄板材料提供一支撑表面并提供一用于固定防水覆盖层的表面。

例如，典型的“A”型型材在相间六英寸的11/2英寸深的加强肋之间提供一大约51/2英寸宽的平整部分。“B型、AB型”及其他型材在外形上类似于A型，只是各加强肋之间平整部分的宽度顺次减小，以在各加强肋之间形成一更紧密的空间，从而增大在既定跨度情况下的负载能力。然而，例如，B型型材在薄板顶面上的肋开口的宽度大于A型型材。

自强度观点来看，最有效的轻型钢型材是每单位宽度具有最大数量加强肋的型材；最终是对称肋型式的型材，所述型材在一位于一穿过薄板中心并平行于薄板上下表面设置的平面中的中性轴上方及下方具有相同的钢分布。

出于经济性原因，在某些情形中可能强制要求、或者在其他情形中可能希望将屋顶总成用作一结构隔板来加强建筑物，以抵抗因地震震动(地震)、爆炸力或风而形成的横向载荷。在此种应用中，将屋顶总成视为定位于水平平面中的一梁的腹板，其中建筑物的周边构件用作梁的抗压及抗拉桁架弦杆。

既定屋顶总成的隔板(腹板)强度是按其传递对角拉应力的能力来评价，此包括考虑所述总成的抗剪力、及面内偏斜(称作“隔板偏斜”)-其在很大程度上取决于所用钢板型材的“隔板刚性”。隔板刚性涉及钢板型材在承受载荷时抗变形的能力。

由于钢板型材的抗弯强度在很大程度上随型材的深度而变化，因而自然反对减小有助于隔板强度的深度(接近为一薄钢板)。自隔板强度的观点而言，最有效的屋顶总成是可利用隔板应力平面中具有最大有效钢度的钢型材来提供足够的抗弯强度的屋顶总成。隔板刚性随所用钢的屈服强度的增大而成正比地增大，因而，由高强度钢制成的钢型材比由低碳钢制成的钢型材更为有效。

在制造A型及类似的平直外形型材时，一般使用大规格低碳钢(例如，极限应力为20,000磅/平方英寸的规格22、20及18)。此缘于如下事实：为满足主导轻型钢型材设计的最小钢厚度对元件宽度比，需要使用较大的规格。另一方面，对称肋型式的型材具有更小单位宽度元件并因而可利用更轻型的更有效高强度钢，从而提供每磅钢的更大工作强度。

沥青组合屋顶覆盖物通常由数层经沥青饱和的毛毡组成，其中在各层毛毡之间具有连续的一层热涂擦沥青。此种屋顶覆盖物的顶层可仅由热涂擦的沥青或煤焦油沥青组成、或者由其中嵌有矿渣或砾石的顶浇热沥青组成、或者由嵌于热涂擦沥青中的表面覆有矿物质的覆盖片组成。

组合屋顶一般不能直接应用至钢制屋顶型材，因此通常是在已将钢制屋顶型材紧固就位之后安装一由衬底材料形成的衬垫层。已有某些实施例使用单片衬垫材料-通常称作“刚性屋顶隔热板”。然而，刚性板隔热的隔热效率通常与其构成材料的密度直接相关：对于一既定厚度而言，材料的密度越轻，所提供的隔热效果成正比地越好。这些板的强度特性则与密度的减小成反比地相关。因此，所述板的密度越轻，强度即越低。由于迄今为止是使用“刚性隔热板”代替钢来提供一适合于屋顶材料及隔热的衬底，因而须以将达成最低强度要求与隔热值的折衷的密度制成此种板。作为典型的折衷情形，所述“刚性隔热板”一直制作得可满足要求，但在所述情况下可能在这两种功能(即提供隔热及强度)的性能方面均不完全有效。

颁予Lehr等人的第4,736,561号美国专利、颁予Nunley等人的第4,783,942号美国专利、颁予Nunley等人的第4,601,151号美国专利及颁予Nunley等人的第4,707,961号美国专利揭示了水平布置的多层式平建筑物屋顶。

对于平屋顶及斜屋顶二者而言，均可像传统框架一样使用钢框架来建造檩樤及桁架。由钢框架制成的屋顶桁架类似于具有橼及由C型双头螺栓形成的顶蓬托梁的木框架。一由轨道段内的C形双头螺栓构成的脊构件连接所述橼。在一具有尖顶屋顶段的木制或钢制框架房屋中，所述橼垂直于并置放于承载墙上。平行于所述橼的端墙及内墙通常为非承载墙。

人们已提出若干种方法来利用钢制屋顶桁架。在颁予H.S.Shannon的第2,541,784号美国专利中，对建筑桁架的底部弦杆构件以及顶部弦杆构件使用“C”形或“U”形段。

颁予Jeanne A.Davenport等人的第4,435,940号美国专利及颁予GustafM.Stromback的第4,982,545号美国专利说明了其中屋顶桁架的水平、底部弦杆段是由一段U形薄钢板制成的桁架结构。在Stromback专利中，将所述U形段的支腿的端部紧紧地回折以形成一两倍厚的边缘。Davenport及Stromback两个专利中的顶部弦杆均由倒U形段形成，所述倒U形段具有自每一支腿的端部向外凸伸的凸缘，以提供更大的刚性。

颁予Early等人的第5,463,873号美国专利揭示一种金属屋顶桁架，其中底部水平弦杆件及顶部弦杆件呈大致均匀的形状及截面。底部弦杆构件及顶部弦杆构件二者均在支腿端部包括一辐射状或卷制边缘。进一步，在所述弦杆构件的侧壁中形成有一个或多个加强肋。

所述桁架通常彼此平行布置，其各自的中心距为8″、16″或24″，此视屋顶必须提供的载荷特性而定。然后使用钉子、螺钉或其他机械紧固件将例如胶合板或OSB等盖板材料紧固至桁架的上部弦杆上，以形成屋顶表面。为防止桁架扭转或横向移动，通常在相邻桁架之间钉入小片的木材或金属-称作檩樤。有时在所述桁架之间安装隔热材料，并随后在托梁底部应用盖板、干墙、石膏板等，以为位于屋顶桁架系统的下的空间形成一顶蓬。

所述金属框架构件及双头螺栓的外部尺寸以及构件或双头螺栓的重量或规格可有所变化。通常，所述构件制作成大致4英寸宽×2英寸深，从而对应于木制框架及双头螺栓构件的宽度及深度-在此种情形中，唇缘可自双头螺栓的侧面延伸出1/4至1/2英寸。对于小型民用建筑及商用墙壁建筑，可使用规格为十八至20的金属。在某些民用及商用框架及尤其是在多层式商用建筑中，则使用更大的金属规格范围。

人们已将金属屋顶框架构件修改成包含锯槽或冲压槽、凸片及托架，以旨在利于这些双头螺栓及框架构件与邻接的双头螺栓及框架构件及/或与十字杆及其他用于加强双头螺栓及框架构件的非框架构件实施互连。目前用于将金属双头螺栓束连于一起或互连的习知连接器，包括托架、板及束连连接器通常是在现场实施钻孔及螺钉连接。对未紧固的连接器实施钻孔及螺钉连接会对工人带来安全危险，因为所述连接器往往较小且较轻，因而很容易被手钻咬住并飞转。

人们已知可将胶合板或OSB隔板放置于冷成形的小型钢制屋顶桁架上。然而，胶合板及OSB是可燃的。

颁予Tonyan等人的第6,620,487号美国专利(其全文以引用方式并入本文中)揭示一种加强型、轻质且尺寸稳定的结构水泥板(SCP)，其在紧固至框架上时所能承受的抗剪切载荷等于或大于由胶合板或定向股线板材板所提供的抗剪切载荷。所述板使用一呈连续相的芯部，所述连续相是因一由α半水硫酸钙、水凝水泥、活性火山灰及石灰形成的水性混合物固化而得到，所述连续相经耐碱性玻璃纤维加强并含有陶瓷微球体、或陶瓷微球体与聚合物微球体的掺合物，或者由水对反应性粉末的重量比为0.6/1至0.7/1的水性混合物形成，或其一组合。所述板的至少一个外表面可包含一经玻璃纤维加强的已固化连续相并包含足量的聚合物微球体，以改善可钉性或者以一会提供类似于聚合物微球体的效果的水对反应性粉末比率来制成、或者其一组合。

颁予Bonen的第6,241,815号美国专利(其全文以引用方式并入本文中)也揭示一种适用于SCP板的配方。

第10/666/294号美国专利申请案(以引用方式并入本文中)揭示一种用于制造结构水泥板(SCP或SCP板)的多层式工艺、及由此一工艺制造的SCP。在一移动的网片上初始沉积松散分布且经斩切的纤维或一层灰浆之一后，在所述灰浆层上沉积纤维。一埋置器件将新近所沉积的纤维混合入灰浆中，此后添加额外的灰浆层、然后添加经斩切的纤维，并随后再次进行埋置。根据需要对所述板的每一层重复所述过程。

需要提供一种经济、易于组装、耐用且不可燃的总框架及屋顶系统。

发明内容

本发明涉及一种用于民用及轻型商用建筑的包含一金属框架及轻质SCP板屋顶盖板的系统。该屋顶盖板是由无机粘结剂与轻质填充物的混合物制成。具体而言，本发明涉及一种以机械方式及/或胶合方式固紧至一屋顶框架系统上的结构水泥板(SCP)，所述屋顶框架系统用作一抗剪隔板及轴向承载元件。通过选择一金属框架与SCP板的组合来实现一完全不可燃屋顶系统的协同作用。ASTM E119订立了执行测试来确定建筑材料阻燃性的标准方法。然而，位于轻型冷轧(或冷成形)金属框架上的完全不可燃水平抗剪隔板意味着系统中的所有元件均满足ASTM E-136的要求。例如，所述屋顶系统可包括与一使用任何标准轻型C形槽钢、U形槽钢、I形梁、方管、及轻型预制建筑型材(例如屋顶桁架或空腹轻钢托架、或者波纹状金属薄板)的金属屋顶框架系统一起使用的SCP板。

具有一位于轻型冷轧(或冷成形)金属框架上的水平抗剪隔板的本系统也通常具有耐水性。较佳地，当在一其中在固紧于10英尺×20英尺金属框架上的3/4英寸厚SCP板上保持2英寸水头达24小时的时间段的测试中暴露于水中时，本发明系统的水平抗剪隔板的承载能力的减小量将不大于25％(更佳地，减小量将不大于20％)。在该测试中，通过以15分钟的间隔检查及补充水来保持所述2英寸的水头。

较佳地，当在一其中在固紧于10英尺×20英尺金属框架上的3/4英寸厚SCP板上保持2英寸水头达24小时的时间段的测试中暴露于水中时，本发明系统的吸水量将不大于0.7磅/平方英尺。在该测试中，通过以15分钟的间隔检查及补充水来保持所述2英寸的水头。

此外，将不可燃SCP板与金属框架相组合会使整个系统不会因受潮而膨胀。较佳地，在本发明的系统中，固定至10英尺×20英尺金属框架上的SCP板的一10英尺宽×20英尺长×3/4英寸厚的隔板当暴露至一在紧固于金属框架上的SCP板上所保持的2英寸水头达24小时的时间段时，其膨胀量将不大于5％。在该测试中，通过以15分钟的间隔检查及补充水来保持所述2英寸的水头。

此外，由位于金属框架上的SCP板隔板形成的本发明屋顶系统会得到一防霉菌及霉病的屋顶系统。较佳地，本发明系统的每一组件均满足ASTM G-21(其中所述系统获得近似为1的品级)并满足ASTM D-3273(其中所述系统获得近似为10的品级)。较佳地，本发明的系统在清洁时基本不支持细菌生长。

由位于金属框架上的SCP板隔板形成的本发明屋顶系统的另一较佳性质在于：较佳地，其不可为白蚁所食。

本发明系统可使用单层或多层SCP板。在多层式SCP板中，各个层既可相同也可不同。例如，SCP板可具有一连续相内层及位于所述内层的每一对置侧上的至少一个连续相外层，其中所述内层每一对置侧上的至少一个外层的玻璃纤维比例均高于所述内层。此能够使所述板变硬、强度变大及变坚韧。

与胶合板相比，本系统具有潜在地呈非方向性的优点。换句话说，本系统的板可放置成使其长尺寸平行于或垂直于框架的金属桁架而不会损失强度或承载特性。因而，无论SCP板在金属框架上的取向如何，所述系统支撑静载荷及活载荷而不会折断的能力均相同。

此外，通过添加消声材料或石膏干墙可改善SCP屋顶所提供的隔声性。此尤其可降低IIC(碰撞噪声)。典型的添加材料包括屋顶垫(使屋顶不自底部可燃)、FIBEROCKAQUATOUGH牌的板(可自位于Chicago，Illinois的US Gypsum公司购得)(使屋顶不可燃)、或者吸声灰膏(使屋顶不可燃)。

由于板的厚度会影响其物理及机械特性，例如重量、承载能力、剥离强度及类似特性，因而所需特性因板的厚度而异。因而，例如，标称厚度为0.75英寸(19.1mm)或0.50英寸(12.5mm)的剪切额定板所应满足的所需特性包括下述特性。

当用于屋顶时，典型的板在根据ASTM 661及美国胶合板协会(American PlywoodAssociation，APA)测试方法S-1以16英寸(406.4mm)中心距跨度进行测试时，通常在静态载荷下具有大于550lbs(250kg)的极限承载能力、在冲击载荷下具有大于400lbs(182kg)的极限承载能力且在以200lb(90.9kg)载荷实施静态及冲击加载二者时的偏移量小于0.078英寸(1.98mm)。

一4×8英尺3/4英寸厚的板(1.22×2.44m，19.1mm厚)的重量通常不大于156lbs(71kg)且较佳不大于144lbs(65.5kg)。

会达成低密度、提高的抗弯强度及可钉性/可切割性的组合的本发明板实施例的典型成分包括使所选玻璃纤维、轻质填料(实例-均匀的中空玻璃微球体、中空陶瓷微球体及/或珍珠岩)分布于板的整个厚度中的无机粘结剂(实例-石膏-水泥、硅酸盐水泥或其他水凝水泥)、及强塑剂/高效减水混合物(实例-聚萘磺酸盐、聚丙烯酸酯等)。

所述板可为单层式板或多层式板。典型的板是自水与无机粘结剂的混合物及分布于整个混合物中的所选玻璃纤维、轻质陶瓷微球体及强塑剂制成。也可视需要向所述混合物中添加例如加速及阻滞混合物、粘度控制添加剂等其他添加剂，以满足所涉及制造工艺的需求。

也可为单层式或多层式板提供一片网，例如玻璃纤维网(若需要)。

在具有多个(两个或更多个)层的实施例中，各层的成分既可相同也可不同。例如，一多层式板结构可形成为包含至少一个具有改善的可钉性及可切割性的外层。这是通过在制造所述外层时使用一比板的芯部更高的水对反应性粉末(在下文中加以定义)比率来实现。与小剂量的聚合物含量相耦合的小厚度的表皮层可提高可钉性而不会必然通不过不可燃性测试。当然，高剂量的聚合物含量将导致产品通不过不可燃性测试。

可单独使用玻璃纤维或者将其与例如钢纤维等其他类型的不可燃性纤维组合使用。

将SCP板直接或间接连接至金属框架可能会获得一复合作用，以使金属框架与板一同作用来承载更大的载荷。

在其方法方面，本发明包括一种制作本发明不可燃屋顶系统的方法，其包括将SCP板放置于金属屋顶元件上。

本发明在寒冷天气性能方面具有一意外优点。传统的水泥板在寒冷天气中可能较脆。因此，在寒冷天气中安装此种板将需要建筑工人在安装过程中小心搬运。然而，在本发明系统中，所述SCP板可较佳地在环境温度低于32°F(0℃)、或甚至低于20°F(-7.5℃)时经受住被安装于金属屋顶元件上而不会开裂。这是一非常重要的优点，因为其有利于冬季在寒冷气候中进行施工，从而提高建筑工人的生产率。本发明SCP板可较佳地耐受在这些寒冷温度下在安装过程中受到正常的粗野处理。例如，在这些寒冷温度下，放置所述SCP板可包括一如下步骤：将所述板落放于金属屋顶元件(例如桁架)上，其落放方式使所述板的至少一端以自由落体方式落放至少2英尺、通常为至少3英尺(例如，3至4英尺)而不开裂。例如，当将板的一端放置于一个或多个金属屋顶元件上并随后释放相对置的另一端以按自由落体方式落放于一个或多个金属屋顶元件上时，即可能会出现此种情形。

为用于屋顶建筑中，CSP板应满足通过认可的测试来衡量的关于抗剪切性、承载能力、水致膨胀及阻燃性的建筑规程标准，例如适用于结构性胶合板的ASTM E72、ASTM 661、及ASTM C1185或等效建筑规程标准。SCP板也按ASTM E-136进行不可燃性测试-胶合板则不满足该测试。

通常，通过使用适合的金属双头螺栓、紧固件、双头螺栓间距及紧固件间距以ASTM E72所测量的0.5英寸(12.7mm)厚的板的标称抗剥离剪切强度通常为每直线英尺至少720lbs(每直线米1072kg)。

所述SCP板应能够使用用于切割木材的圆锯来切割。

所述SCP板在暴露于水时应在尺寸上保持稳定，即其膨胀应尽可能地小，较佳在按ASTM C 1185测量时小于0.1％。

所述SCP板应为屋顶材料提供一可粘结的衬底。

所述SCP板在按ASTM E136确定时应为不可燃。

在固化28天后，一干密度为65lb/ft³(1041kg/m³)至90lb/ft³(1442kg/m³)或在浸泡于水中后为65lb/ft³(1041kg/m³)至95lb/ft³(1522kg/m³)的0.75英寸(19.mm)厚SCP板的抗弯强度在按ASTM C 947测量时应至少为1000psi(7Mpa)，例如至少为1300psi(9Mpa)，较佳为至少1650psi(11.4Mpa)，更佳为至少1700psi(11.7Mpa)。所述板应保持其干态强度的至少75％。

可在所述SCP屋顶盖板材料上应用一不可燃屋顶瓷砖(例如混凝土瓦、复合石板瓷砖等)、或其他不可燃屋顶覆盖物，以获得一完全不可燃的屋顶总成。

当将各SCP板并排放置于一屋顶桁架上时，会在各邻接的SCP板之间形成接缝。当所述接缝平行于屋顶桁架且位于屋顶桁架之间时，可使用H形夹来辅助支撑接缝处的板。此种H形夹通常用于胶合板屋顶板之间的接缝中。然而，由于SCP板相对于胶合板的刚性更高，因而本发明的一优点是对SCP板所使用的H形夹少于对相当尺寸的胶合板所使用的H形夹，或者在某些情形中不使用H形夹。

水测试表明，使用SCP板的系统显示水不会穿过所述板。此使所述板适用于永久性或临时性屋顶。本发明容许扁平或倾斜的水泥屋顶。相比之下，用水泥及硬土构造则无法制成倾斜的水泥屋顶。

附图说明

本说明书包含如下图式，在所述图式中编号相同的元件既可相同也可不相同。

图1显示一用于在本发明不可燃屋顶系统的第一实施例中与一结构水泥板(SCP)板一起使用的典型屋顶桁架的侧视图；

图2显示一用于在本发明不可燃屋顶系统的第二实施例中与一结构水泥板(SCP)板一起使用的第二种形式的屋顶桁架的侧视图；

图3A为一用于与本发明不可燃屋顶系统中的金属框架一起使用的单层SCP板的示意性侧视图；

图3B-3D显示在一3/4英寸(19.1mm)厚SCP板中所使用榫及槽的典型设计及尺寸(尺寸单位为英寸)；

图4为在本发明不可燃屋顶系统中图3A所示SCP板支撑于图1所示金属框架上的侧视立面图；

图5显示在本发明不可燃屋顶系统中图3A所示SCP板支撑于图2所示金属框架上的等角透视图；

图6A为包括一屋顶总成的本发明不可燃屋顶系统的第三种形式的透视图，其中一结构水泥板(SCP)板以机械方式连接至一波纹薄板；

图6B为包括一屋顶总成的本发明不可燃屋顶系统的第四种形式的剖视图，其中隔热材料紧固于所述结构水泥板(SCP)板上；

图6C为包括一屋顶总成的本发明不可燃屋顶系统的第五种形式的剖视图，其中在本发明不可燃屋顶系统中，所述结构水泥板(SCP)板紧固于隔热材料上；

图6D显示附固至波纹薄板的平整部分上的图6A所示SCP板的透视图；

图6E为图6D所示SCP板在使用之前的侧视图，其显示在使用之前，胶粘条带覆盖有可移除的保护条带；

图7显示一用于在本发明不可燃屋顶系统中与金属框架一起使用的多层式SCP板的示意性侧视图；

图8显示组装后的金属(例如钢)屋顶框架；

图9显示将C形托梁金属框架构件附固至顶梁；

图10显示图8所示框架的一部分的放大图；

图11显示一附固至图8所示金属框架的测试SCP板屋顶系统构造；

图12，13，14及15显示图11所示屋顶的各个部分的放大图；

图16显示图8所示框架，其将图9中所附连屋顶安装于一平屋顶隔板测试装置上；

图17显示图16所示装置的一部分的放大图；

图18显示根据一使用图16所示楼板隔板测试系统的实例得出的实验载荷-偏移数据关系曲线；

图19显示在设计载荷下安装于图16所示测试装置上的SCP板及金属框架楼板的照片；

图20显示在失效情况下安装于图16所示测试装置上的SCP板及金属框架楼板的照片；

图21为一种装置的示意性立面图，所述装置适用于执行一本过程以制作供用于本发明系统中的SCP板；

图22为一在图21所示过程中所用类型的灰浆馈送站的透视图；

图23为一适合与本过程一起使用的埋置装置的片断式俯视平面图；

图24显示在一干测试中使用一3/4英寸厚SCP板进行的楼板隔板测试；

图25显示在一湿测试中使用一3/4英寸厚SCP板进行的楼板隔板测试；

图26显示在AISI TS-7测试中所用的楼板框架；

图27显示在AISI TS-7测试中所用的其中一SCP楼板；

图28显示在AISI TS-7测试中所用的测试装置；

图29显示根据以一4英寸-12英寸紧固目录使用3/4英寸SCP板进行的AISI TS-7悬臂楼板隔板测试得出的数据；

图30显示根据以一6英寸-12英寸紧固目录使用3/4英寸SCP板进行的AISI TS-7悬臂楼板隔板测试与3/4英寸胶合板相比较得出的数据；

图31显示根据使用3/4英寸SCP板及胶粘剂进行的AISI TS-7悬臂楼板隔板测试得出的数据。

具体实施方式

本发明涉及具有用于金属框架上的SCP板的系统。所述框架可为任何适用于支撑屋顶的金属(例如钢或镀锌钢)框架系统。

图1及2以侧视立面图形式显示可与根据本发明第一及第二实施例的SCP板一起使用的两种形式的传统金属屋顶桁架。目前与屋顶桁架一起使用的传统金属梁是自230mm宽、0.9mm厚的300Mpa低碳钢带制成。用于例如图1及2所示屋顶桁架的传统梁具有一上部弦杆10，上部弦杆10是由一由腹杆构件12自一下部弦杆11上支撑的梁构成。当安装于一建筑物上时，下部弦杆11跨越墙壁框架(未图示)并固定于墙壁框架上，以在上部弦杆10(既定作为屋顶的屋顶板条固定部分)受到腹杆构件12啮合时使上部弦杆10所承载的载荷承受轴向压缩力以及弯矩。图1中的部分A是腹杆12的上端位于桁架的上部弦杆10内之处。图1中的部分B是腹杆12的下端位于桁架的下部弦杆11内之处。图1中的部分C显示将下部桁架弦杆11紧固至上部弦杆10及一墙壁结构的顶板(未图示)。上部弦杆10、下部弦杆11及腹杆12通常是自金属薄板卷制而成。弦杆10、11及腹杆12可通过螺栓(未图示)紧固。

图3为一用于与本发明不可燃屋顶系统中的金属框架一起使用的单层式SCP板20的示意性侧视图。

图4为一在本发明系统中支撑于图1所示金属框架(具体而言为上部弦杆10)上的单层式SCP板20的侧视立面图。为便于例示，示意性地显示紧固件30将SCP板20附固至上部弦杆10上。在实际中，可将屋顶以机械方式或胶粘方式附固至上部弦杆10。

图5显示在本发明不可燃屋顶系统中图3所示SCP板20支撑于并附固至图2所示金属框架上的等角透视图。所述金属框架具有带上部弦杆10的屋顶桁架，上部弦杆10是由一由腹杆构件12自下部弦杆11上支撑的梁构成。其还具有附固至屋顶桁架的檩樤13。图5显示SCP板20平行于檩樤13。在一未图示的实施例中，可将图5中的SCP板20应用成其相对于檩樤13旋转90度。

图6A显示本发明的一第三实施例，其中编号101总体上表示一包含波纹薄板102的复合屋顶总成，所述波纹薄板102由一檩樤P(参见图6B)自下方支撑并由机械紧固件104自上方紧固至SCP板材料106。

波纹薄板102通常具有长度大致相等的平整部分108与110，所述平整部分108与110通过连接器部分112相接合，从而提供直、平行、规则且同等弯曲的脊及中空部分。该构造在一中性轴线114(在图6B中可见)上方与下方具有一大致相等的波纹薄板表面区域分布。

图6A显示由本发明的SCP板116制成的单个薄板106。

视需要，板116具有形成于其对置边缘上的榫118及槽120，以实现屋顶衬底板的连续联锁从而形成一防止沥青泄漏的障蔽物、使在移动载荷及集中载荷作用下的接头运动最小化、并抵抗风上举力。

形成一组合屋顶通常涉及到对衬底涂覆沥青或其他适合的胶粘材料以形成一防水覆盖层，可对所述防水覆盖层涂覆一由天然砾石或适当的天然集料形成的保护层。

在图6A所示的本发明特定实施例中，SCP板116的强度足以在宽的肋开口122之间形成一结构性桥。如在图6A中所示，具有螺钉头142、142a及142b的相间螺钉104、104a及104b经定向以在相间檩樤P之间跨度的整个长度及宽度上形成一系列大体三角形的水平布置的桁架(例如，在螺钉104a与104b之间显示为一水平线的桁架T_h)及一系列垂直布置的桁架T_v，以增大对屋顶SCP板116的水平及垂直平面偏移的抵抗性，如下文更详细说明。

图6B中所示器件的形式类似于图6A中所示器件，只是在SCP板116上布置一隔热材料层或薄板130并对其涂覆适当的屋顶覆盖物。隔热材料薄板130通常包含不可燃隔热材料，例如，矿物纤维或玻璃纤维及类似物。

某些更常用的屋顶覆盖物包括石板、复合瓦或木瓦、复合屋顶纸、屋顶微粒及瓷砖。所选屋顶材料的类型在很大程度上取决于为确保特定建筑物的所需性能而可值得的花费。图中所示特定屋顶覆盖物132包括一层涂覆至衬底106表面上的沥青134，在该层沥青134上放置有一适当屋顶薄膜136。在薄膜136上涂覆第二层138热沥青或其他适当胶粘材料且对第二层138热沥青或其他适当胶粘材料涂覆一层140砾石或其他适当表面材料。

在图6C所示本发明的形式中，衬底106包括一位于一隔热材料薄板130上的SCP板116。在图6B或图6C所示本发明的形式中，所述衬底通过具有扩张头142的带螺纹螺钉104紧固至波纹薄板102的上部脊部分上。

如果需要，可在SCP板的一侧上现场涂覆或预涂覆胶粘剂并将胶粘剂覆盖以可移除的条带，以代替螺钉或作为螺钉的附加而将SCP板附固至波纹薄板的平整部分108(图6C)上，或用于将SCP板附固至其他金属框架构件(例如托梁)上。

图6D显示一SCP板143的俯视图，SCP板143具有预涂覆的胶粘条带145以用于代替螺钉或作为螺钉的附加而将SCP板附固至波纹薄板的平整部分108(图7B)上。图11显示一包含SCP板116的本发明屋顶的透视图，所述SCP板116放置于具有上部平整部分108的波纹金属薄板102上并以机械方式(螺钉等)或通过现场涂覆或在现场外预涂覆的胶粘剂紧固。图6E显示一可用于图6D所示屋顶系统中的SCP板116的实施例，其中在SCP板116上用于啮合至少若干上部平整部分108的位置处预涂覆有胶粘条带147。在使用之前，胶粘条带145由可移除式带146覆盖。

墙壁SCP板116可具有一槽榫构造，此可通过在浇铸过程中对所述板的边缘进行成形或者在使用之前以一铣刨机切削出榫及槽而制成。例如，板116的榫及槽可渐缩，如在图3B、3C及3D中所示(尺寸单位为英寸)，此种渐缩使得易于安装本发明的板。所述板通常为0.5至1英寸厚。所述板的任一对对置边缘均可设置有相配合的槽榫结构。

图6E为一设置有经覆盖胶粘条带的SCP板116的端视图。图6E显示在使用之前，胶粘条带145覆盖有可移除式保护条带147。胶粘条带145也可用于阻尼噪声传递。

如上文所述，图3为一在本发明的系统中与金属框架一起使用的单层式SCP板20的示意性侧视图。用于制造此等SCP板的主要起始材料是无机粘结剂，例如α半水硫酸钙、水凝水泥、及火山灰材料、轻质填料(例如一种或多种珍珠岩、陶瓷微球体或玻璃微球体)、以及强塑剂(例如聚萘磺酸盐及/或聚丙烯酸酯)、水、及可选的添加剂。

半水硫酸钙

可用于本发明的板中的半水硫酸钙是由石膏矿石-一种天然形成的矿物(二水硫酸钙CaSO₄·2H₂O)制成。除非另外指明，否则“石膏”将指硫酸钙的二水形式。在开采出之后，对原始石膏实施热处理以形成可固化的硫酸钙-其可为无水的，但更通常为半水的(CaSO₄·1/2H₂O)。出于熟悉的最终用途，可固化的硫酸钙与水反应以通过形成二水合物(石膏)而凝固。半水合物具有两种认可的形态-称作α半水合物及β半水合物。这些形态为根据其物理特性及成本而针对各种应用来选择。这两种形式均与水反应形成二水硫酸钙。在水合之后，α半水合物是由得到矩形边的石膏晶体来表征，而β半水合物则是由水合形成通常具有大的形体比的针状石膏晶体来表征。在本发明中，可视所期望的机械性能而使用α或β形式中的一或二者。β半水合物形成密度较小的微结构且对于低密度产物而言较佳。α半水合物则形成较β半水合物所形成的微结构具有更大强度及密度的更密微结构。因而，可用α半水合物取代β半水合物来提高强度及密度或者可使其二者相组合来对特性加以调节。

用于制作本发明的板的无机粘结剂的一典型实施例是由水凝水泥构成，例如由硅酸盐水泥、高铝水泥、经火山灰混合的硅酸盐水泥、或其混合物构成。

用于制作本发明的板的无机粘结剂的另一典型实施例包含一含α半水硫酸钙、水凝水泥、火山灰及石灰的掺合物。

水凝水泥

ASTM将“水凝水泥”定义如下：一种通过与水发生化学反应而固化及硬化并能够在水下固化及硬化的水泥。有数种类型的水凝水泥用于建筑及建造行业中。水凝水泥的实例包括硅酸盐水泥、诸如高炉熔渣水泥及高硫酸盐水泥等熔渣水泥、硫铝酸钙水泥、高铝水泥、膨胀水泥、白水泥、及快速固化及硬化水泥。尽管半水硫酸钙确实通过与水发生化学反应而固化及硬化，然而在本发明的上下文中，其不包含于水凝水泥的广义定义内。所有上述水凝水泥均可用于制作本发明的板。

最普通且广泛使用的密切相关的一族水凝水泥称作硅酸盐水泥。ASTM将“硅酸盐水泥”定义为一种通过将基本上由水凝硅酸钙组成的渣块粉化而制成的水凝水泥，其通常含有一种或多种硫酸钙形式作为破碎杂料。为制成硅酸盐水泥，使石灰石、泥质(argallicious)岩及粘土的亲密混合物在窑中燃烧以制成渣块，然后再对渣块进一步处理。结果，会制成以下四种主要相态的硅酸盐水泥：硅酸三钙(3CaO·SiO₂，也称作C₃S)、硅酸二钙(2CaO·SiO₂，也称作C₂S)、铝酸三钙(3CaO·Al₂O₃或C₃A)、及铁铝酸四钙(4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃或C₄AF)。存在于硅酸盐水泥中的其他微量化合物包括硫酸钙以及碱金属硫酸盐、氧化钙及氧化镁的其他双盐。在硅酸盐水泥的各种公认的种类中，III型硅酸盐水泥(ASTM类别)对于制作本发明的板而言较佳，因为已发现其细度会提供更高的强度。也可成功地使用其他公认种类的水凝水泥来制作本发明的板，包括诸如高炉熔渣水泥及高硫酸盐水泥等熔渣水泥、硫铝酸钙水泥、高铝水泥、膨胀水泥、白水泥、诸如控凝水泥及VHE水泥等快速固化及硬化水泥、及其他硅酸盐水泥类型。熔渣水泥及硫铝酸钙水泥具有低的碱度并也适合制作本发明的板。

纤维

通常使用玻璃纤维作为隔热材料，但玻璃纤维也已作为加强材料与各种基质一起使用。纤维自身会为原本可能易于破裂失效的材料提供抗张强度。纤维在承受载荷时可能会折断，但包含玻璃纤维的复合物的通常失效模式是因纤维与连续相态材料之间的结合劣化及失效而产生。因而，如果要使加强纤维随着时间的流逝仍保持其提高延伸性及加强复合物的能力，此等结合颇为重要。人们已发现，经玻璃纤维加强的水泥确实会随着时间的流逝而丧失强度，这起因于在水泥固化时所形成的石灰对玻璃的侵蚀。一种克服此种侵蚀的可能方法是将玻璃纤维覆盖以一保护层，例如聚合物层。一般而言，此等保护层可阻止石灰的侵蚀，但人们已发现，本发明的板的强度会有所降低，因而较佳不使用保护层。一种用于限制侵蚀的更昂贵的方法是使用专门的耐碱性玻璃纤维(AR玻璃纤维)，例如Nippon Electric Glass(NEG)350Y。人们已发现此等纤维会提供与基质的优异结合强度且因而对于本发明的板而言较佳。所述玻璃纤维是直径自约5至25微米且通常约10至15微米的单丝。通常将所述丝组合成100个丝的股线，所述股线可束扎成包含约50股的粗纱。通常将所述股或粗纱斩切成适合的丝及丝束，例如，约0.25至3英寸(6.3至76mm)长、通常是1至2英寸(25至50mm)长。

也可在本发明的板中包含其他不可燃纤维，例如，钢纤维也是可能的添加物。

火山灰材料

如上文所述，大多数硅酸盐水泥及其他水凝水泥在水合(固化)过程中会生成石灰。期望使石灰发生反应以减轻对玻璃纤维的侵蚀。人们还知，当存在半水硫酸钙时，其会与水泥中的铝酸三钙发应而形成钙矾石，此可导致经固化产物出现人们所不期望的开裂。在所属领域中通常将此称作“硫酸盐侵蚀”。可通过添加“火山灰”材料来防止出现此等反应，在ASTM C618-97中将“火山灰”材料定义为“其自身几乎不具有或根本不具有水泥质值、但在呈磨碎形式且存在水份时在正常温度下会与氢氧化钙发生化学反应而形成具有水泥质性质的化合物的硅酸或硅酸及矾土材料”。一种经常使用的火山灰材料是硅石灰-一种磨碎的非晶态硅石，其是硅金属及铁-硅合金制造的产物。在特性方面，其具有高的硅石含量及低的矾土含量。已提到各种天然及人工制成的材料具有火山灰特性，包括浮石、珍珠岩、硅藻土、凝灰岩、火山土、偏高岭土、硅微粉、磨成粒状的高炉熔渣、及飞灰。尽管硅石灰是一种供用于本发明的板中的特别方便的火山灰，然而也可使用其他火山灰材料。与硅石灰相比，偏高岭土、磨成粒状的高炉熔渣、及粉化的飞灰具有低得多的硅石含量及大量的矾土，但也可作为有效的火山灰材料。当使用硅石灰时，其将构成反应性粉末(即水凝水泥，α半水硫酸钙，硅石灰及石灰)的约5至20重量％，较佳为10至15重量％。若使用其他火山灰替代，则所用量将经选择以提供类似于硅石灰的化学性能。

轻质填料/微球体

在本发明系统中所用的轻质板的密度通常为65至90磅/立方英尺、较佳为65至85磅/立方英尺、更佳为72至80磅/立方英尺。相比之下，不具有木纤维的基于硅酸盐水泥的典型板的密度将介于95至110pcf范围内，而具有木纤维的基于硅酸盐水泥的板将大约与SCP相同(约65至85pcf)。

为有助于获得所述低的密度，所述板设置有轻质填料微粒。此等微粒通常具有约10至500微米的平均直径(平均粒径)。其更通常是具有自50至250微米的平均微粒直径(平均粒径)及/或属于10至500微米微粒直径(粒径)范围内。其还通常具有介于自0.02至1.00范围内的微粒密度(比重)。微球体及其他轻质填料微粒在本发明的板中起重要作用，否则本发明的板将重于建筑板所期望的重量。用作轻质填料的微球体有助于降低产品的平均密度。当微球体为空心时，其有时称作微气球。

当微球体为空心时，其有时称作微气球。

所述微球体或者自身不可燃，或者如果可燃则以足够小的量添加以不使SCP板可燃。供包含于用于制作本发明的板的混合物中的典型轻质填料是选自由陶瓷微球体、聚合物微球体、珍珠岩、玻璃微球体、及/或飞灰煤胞组成的群组。

陶瓷微球体可使用不同的制造工艺由各种各样的材料制成。尽管可利用各种各样的陶瓷微球体作为本发明的板中的填料组分，然而本发明的较佳陶瓷微球体是作为煤燃烧的副产物而生成且是在燃煤场所中所见到的飞灰的组分，例如，由位于Mentor，Ohio的Kish Company Inc.公司制造的EXTENDOSPHERES-SG或者由位于美国Norcross，Georgia的Trelleborg Fillite Inc.公司制造的

牌陶瓷微球体。本发明的较佳陶瓷微球体的化学成分主要是介于约50至75重量％范围内的硅石(SiO₂)及介于约15至40重量％范围内的矾土(Al₂O₃)、及最多35重量％的其他材料。本发明的较佳陶瓷微球体是中空球形微粒，其直径介于10至500微米范围内、壳体厚度通常约为球体直径的约10％、且微粒密度较佳约为0.50至0.80g/mL。本发明较佳陶瓷微球体的抗碎强度大于1500psi(10.3Mpa)且较佳大于2500psi(17.2Mpa)。

在本发明的板中对陶瓷微球体的偏爱主要源于如下事实：其强度较大多数合成玻璃微球体高约三倍至十倍。此外，本发明的较佳陶瓷微球体是热稳定的且为本发明的板提供增强的尺寸稳定性。陶瓷微球体可用于一系列其他应用中，例如用于胶粘剂、密封剂、敛缝剂、屋顶化合物、PVC屋顶覆盖物、油漆、工业涂料、及耐高温的塑料复合物。尽管其较佳，然而应了解，所述微球体并非必需为中空及球形，因为使本发明的板具有低重量及重要物理特性的是微粒密度及抗压强度。另一选择为，可使用多孔的不规则微粒来替代，其限制条件是所形成的板满足所需性能。

聚合物微球体(如果存在)通常是中空的球体，其具有一由例如聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚氯乙烯或聚二氯亚乙烯、或其混合物等聚合物材料制成的壳体。所述壳体可封闭一用于在制造过程中使聚合物壳体膨胀的气体。所述聚合物微球体的外表面可具有某种类型的惰性涂层，例如碳酸钙、氧化钛、云母、硅石及滑石粉。所述聚合物微球体具有较佳为约0.02至0.15g/mL的微粒密度并具有介于10至350微米范围内的直径。存在聚合物微球体可利于同时获得低的板密度及增强的可切割线及可钉性。

其他轻质填料，例如玻璃微球体、珍珠岩或中空的铝硅酸盐煤胞或自飞灰得到的微球体，也适于与用于制作本发明的板的陶瓷微球体相组合地包含于混合物中或取代陶瓷微球体包含于混合物中。

玻璃微球体通常是由耐碱性玻璃材料制成并可中空。典型的玻璃微球体可自位于Suite 135，16Midlake Blvd SE，Calgary，AB，T2X 2X7，CANADA的GYPTEK公司购得。

在所述SCP板的第一实施例中，在板的整个厚度中仅使用陶瓷微球体。所述板通常包含均匀分布于板的整个厚度中的约35至42重量％的陶瓷微球体。

在所述SCP板的第二实施例中，在板的整个厚度中使用轻质陶瓷与玻璃微球体的掺合物。所述SCP板第二实施例的板中玻璃微球体的体积比将通常介于干燥成分总体积的0至15％范围内，其中所述复合物的干燥成分是反应性粉末(反应性粉末的实例：仅水凝水泥；水凝水泥与火山灰的掺合物；或水凝水泥、α半水硫酸钙、火山灰、及石灰的掺合物)、陶瓷微球体、聚合物微球体、及耐碱性玻璃纤维。典型的水性混合物的水对反应性粉末的比率是自大于0.3/1至0.7/1。

如果需要，所述板可如图3所示具有单个层。然而，所述板通常是通过一应用多个层的工艺来制成，视如何应用及固化所述层以及所述层是具有相同还是不同的成分而定，所述工艺可以或者不可以在最终板产品中保留相异的层。图6显示一具有层23、25、27及29的板21的多层式结构。在所述多层式结构中，所述层的成分既可相同也可不同。所述层的典型厚度介于约1/32至1.0英寸(约0.75至25.4mm)之间。如果仅使用一个外层，则其通常将小于总板厚度的3/8。

SCP板的配方

用于制作本发明抗剪切板的组分是水凝水泥、α半水硫酸钙、活性火山灰(例如硅石灰)、石灰、陶瓷微球体、耐碱性玻璃纤维、强塑剂(例如聚萘磺酸钠盐)及水。通常，存在水凝水泥与α半水硫酸钙二者。如果α半水硫酸钙不与硅石灰一起存在，则会损及所述复合物的长期耐用性。当不存在硅酸盐水泥时，会损及耐水/潮气性。可向所述复合物添加少量加速剂及/或阻滞剂来控制原始(即未固化)材料的凝固特性。通常的非限定性添加剂包括例如氯化钙等用于水凝水泥的加速剂、例如石膏等用于α半水硫酸钙的加速剂、例如DTPA(二伸乙基三胺五乙酸)等阻滞剂、酒石酸或酒石酸的碱金属盐(例如酒石酸钾)、例如乙二醇等减收缩剂、及残留空气。

本发明的板将包含一其中耐碱性玻璃纤维及轻质填料(例如微球体)均匀分布的连续相态。所述连续相态是因较佳包括强塑剂及/或其他添加剂在内的反应性粉末的水性混合物(即水凝水泥、α半水硫酸钙、火山灰及石灰的掺合物)的固化而形成。

本发明中所述反应性粉末(无机粘结剂，例如水凝水泥、α半水硫酸钙、火山灰及石灰)的实施例的基于所述反应性粉末干态重量的典型重量比例显示于表1中。表1列示在本发明复合物中反应性粉末、轻质填料及玻璃纤维的通常范围。

在本发明的所有配方中，石灰均并非是必需的，但人们已发现，添加石灰会得到优异的板且其通常的添加量将大于约0.2重量％。因而，在大多数情形中，反应性粉末中石灰的量将约为0.2至3.5重量％。

在SCP板的第一实施例中，所述复合物的干成分将是反应性粉末(即水凝水泥、α半水硫酸钙、火山灰、及石灰的掺合物)、陶瓷微球体及耐碱性玻璃纤维，且所述复合物的湿成分将是水及强塑剂。所述干成分与湿成分相组合而形成本发明的板。陶瓷微球体在板的整个厚度中均匀地分布于基质中。以干成分的总重量计，本发明的板是自约49至56重量％的反应性粉末、35至42重量％的陶瓷微球体及7至12重量％的耐碱性玻璃纤维形成。在一广义范围中，本发明的板是自占总干成分的35至58重量％的反应性粉末、34至49重量％的轻质填料(例如陶瓷微球体)及6至17重量％的耐碱性玻璃纤维形成。添加至干成分中的水及强塑剂的量将足以提供为满足任意特定制造工艺的过程考虑因素而需要的所期望灰浆流动性。水的典型添加率介于反应性粉末重量的35至60％之间且强塑剂的典型添加率介于反应性粉末重量的1至8％之间。

玻璃纤维是直径为约5至25微米且较佳为约10至15微米的单丝。通常将所述单丝组合成100个丝的股线，所述股线可束扎成由约50个股形成的粗纱。玻璃纤维的长度将通常为约0.25至1或2英寸(6.3至25或50mm)或约1至2英寸(25至50mm)且在广义上为约0.25至3英寸(6.3至76mm)。所述纤维具有随机的取向，从而在本发明的板中提供各向同性的机械性能。

SCP板的第二实施例包含均匀分布于板的整个厚度中的陶瓷微球体与玻璃微球体的掺合物。相应地，在SCP板的第二实施例中，所述复合物的干成分将是反应性粉末(即水凝水泥、α半水硫酸钙、火山灰及石灰)、陶瓷微球体、玻璃微球体及耐碱性玻璃纤维，且所述复合物的湿成分将是水及强塑剂。所述干成分与湿成分相组合而形成本发明的板。玻璃微球体在所述板中的体积比将通常介于干成分总体积的7至15％。以干成分的总重量计，本发明的板是自约54至65重量％的反应性粉末、25至35重量％的陶瓷微球体、0.5至0.8重量％的玻璃微球体、及6至10重量％的耐碱性玻璃纤维形成。在广义范围中，本发明的板是自以总干成分计42至68重量％的反应性粉末、23至43重量％的轻质填料(例如陶瓷微球体)、0.2至1.0重量％的玻璃微球体、及5至15％的耐碱性玻璃纤维形成。添加至干成分中的水及强塑剂的量将调节至能提供为满足任意特定制造工艺的过程考虑因素而需要的所期望灰浆流动性。水的典型添加率介于反应性粉末重量的35至70％之间，但当期望使用水对反应性粉末的比率来降低板密度及改善可切割性时，可大于60％最高至70％(水对反应性粉末的重量比率为0.6/1至0.7/1)、较佳为65％至75％。强塑剂的量将介于反应性粉末重量的1至8％之间。玻璃纤维是直径为约5至25微米且较佳为约10至15微米的单丝。通常如上文所述将所述单丝束扎成股线及粗纱。玻璃纤维的长度通常为约1至2英寸(25至50mm)且在广义上为约0.25至3英寸(6.3至76mm)。所述纤维具有随机的取向，从而在本发明的板中提供各向同性的机械性能。

在SCP板的第三实施例中，在所述板中形成一多层式结构，其中所述外层具有改善的可钉性(紧固能力)/可切割性。此是通过增大所述外层中水对水泥的比例、及/或改变填料的量、及/或添加足够少的聚合物微球体的量以使所述板保持不可燃而实现。所述板的芯部将通常含有均匀分布于整个层厚度中的陶瓷微球体或者另一选择为，陶瓷微球体、玻璃微球体及飞灰煤胞的掺合物。

在本发明中所用SCP板的该实施例的芯层的干成分将是反应性粉末(通常是水凝水泥、α半水硫酸钙、火山灰及石灰)、轻质填料微粒(通常是微球体，例如仅陶瓷微球体或者陶瓷微球体、玻璃微球体及飞灰煤胞中的一种或多种)、及耐碱性玻璃纤维，且所述芯层的湿成分将是水及强塑剂。所述干成分与湿成分相组合而形成本发明的板的芯层。以干成分的总重量计，本发明的板的芯部较佳是自约49至56重量％的反应性粉末、35至42重量％的中空陶瓷微球体及7至12重量％的耐碱性玻璃纤维形成，或者另一选择为，自约54至65重量％的反应性粉末、25至35重量％的陶瓷微球体、0.5至0.8重量％的玻璃微球体或飞灰煤胞、及6至10重量％的耐碱性玻璃纤维形成。在广义范围中，所述SCP板实施例的板的芯层通常由以总干成分计约35至58重量％的反应性粉末、34至49重量％的轻质填料(例如陶瓷微球体)、及6至17重量％的耐碱性玻璃纤维形成，或者另一选择为，由约42至68重量％的反应性粉末、23至43重量％的陶瓷微球体、最高达1.0重量％且较佳为0.2至1.0重量％的其他轻质填料(例如玻璃微球体或飞灰煤胞)、及5至15重量％的耐碱性玻璃纤维形成。添加至干成分中的水及强塑剂的量将调节至能提供为满足任意特定制造工艺的过程考虑因素而需要的所期望灰浆流动性。水的典型添加率介于反应性粉末重量的35至70％之间，但当期望使用水对反应性粉末的比率来降低板密度及改善可钉性时，将大于60％最高至70％，且强塑剂的典型添加率将介于反应性粉末重量的1至8％之间。当调节水对反应性粉末的比率时，将调节灰浆复合物以提供具有所期望特性的本发明的板。

一般不存在聚合物微球体且不存在聚合物纤维，否则聚合物微球体及聚合物纤维将使SCP板变得可燃。

SCP板的该实施例的所述外层的干成分将是反应性粉末(通常是水凝水泥、α半水硫酸钙、火山灰及石灰)、轻质填料微粒(通常是微球体，例如仅陶瓷微球体或者陶瓷微球体、玻璃微球体及飞灰煤胞中的一种或多种)、及耐碱性玻璃纤维，且所述外层的湿成分将是水及强塑剂。所述干成分与湿成分相组合而形成本发明的板的外层。在所述SCP板的该实施例的板的所述外层中，对水的量加以选择以为所述板提供较佳的紧固及切割能力。以干成分的总重量计，本发明的板的所述外层较佳是自约54至65重量％的反应性粉末、25至35重量％的陶瓷微球体、0至0.8重量％的玻璃微球体、及6至10重量％的耐碱性玻璃纤维形成。在广义范围中，本发明的板的外层是由以总干成分计约42至68重量％的反应性粉末、23至43重量％的陶瓷微球体、最高达1.0重量％的玻璃微球体(及/或飞灰煤胞)、及5至15重量％的耐碱性玻璃纤维形成。添加至干成分中的水及强塑剂的量将调节至能提供为满足任意特定制造工艺的过程考虑因素而需要的所期望灰浆流动性。水的典型添加率介于反应性粉末重量的35至70％之间，且当期望调节水对反应性粉末的比率来降低板密度及改善可钉性时，尤其大于60％最高至70％，且强塑剂的典型添加率将介于反应性粉末重量的1至8％之间。所述外层的较佳厚度介于1/32至4/32英寸(0.8至3.2mm)之间且当仅使用一个外层时所述外层的厚度将小于板总厚度的3/8。

在所述SCP板的该实施例的芯部及外层二者中，玻璃纤维均是直径为约5至25微米且较佳为10至15微米的单丝。通常如上文所述将所述单丝束扎成股线及粗纱。其长度通常为约1至2英寸(25至50mm)且在广义上为约0.25至3英寸(6.3至76mm)。纤维取向将是随机的，从而在本发明的板中提供各向同性的机械性能。

本发明还包含一多层式板第四实施例，所述多层式板的密度为65至90磅/立方英尺并能够在紧固至框架上时抗剪切载荷，且包含：一芯层，其呈自一水性混合物固化而得到的连续相态，所述水性混合物包含(干基)35至70重量％的反应性粉末、20至50重量％的轻质填料及5至20重量％的玻璃纤维，所述连续相态是通过玻璃纤维来加强并包含轻质填料微粒，所述轻质填料微粒具有自0.02至1.00的微粒比重及约10至500微米的平均粒径；及位于所述内层的每一对置侧上的至少一个外层，其分别呈自一水性混合物固化而得到的另一连续相态，所述水性混合物包含(干基)35至70重量％的反应性粉末、20至50重量％的轻质填料及5至20重量％的玻璃纤维，所述连续相态是通过玻璃纤维来加强并包含轻质填料微粒，所述轻质填料微粒具有自0.02至1.00的微粒比重及约10至500微米的平均粒径，其中所述至少一个外层的玻璃纤维百分比高于所述内层。

制作本发明的板

在一合适的混合器中在干态下掺合反应性粉末(例如水凝水泥、α半水硫酸钙、火山灰、及石灰的掺合物)与轻质填料(例如微球体)。

然后，在另一混合器中将水、强塑剂(例如聚萘磺酸钠盐)及火山灰(例如硅石灰或偏高岭土)混合1至5分钟。如果需要，可在该阶段添加一阻滞剂(例如酒石酸钾)来控制灰浆的凝固特性。向含有湿成分的混合器中添加干成分并混合2至10分钟以形成匀和的均相灰浆。

然后以数种方式中的任一种方式将灰浆与玻璃纤维相组合，其目的是获得均匀的灰浆混合物。然后，通过将含有纤维的灰浆倾倒至一具有所需形状及大小的适当模具内来形成水泥板。如果需要，可对模具进行振动以在模具中实现对材料的较佳压实。使用一适当的刮板或镘刀使板具有所需的表面光洁特性。

用于制作多层式SCP板的若干种方法中的一种是如下所述。在一合适的混合器中在干态下掺合反应性粉末(例如水凝水泥、α半水硫酸钙、火山灰、及石灰的掺合物)与轻质填料(例如微球体)。然后，在另一混合器中将水、强塑剂(例如聚萘磺酸钠盐)及火山灰(例如硅石灰或偏高岭土)混合1至5分钟。如果需要，可在所述阶段添加一阻滞剂(例如酒石酸钾)来控制灰浆的凝固特性。向含有湿成分的混合器中添加干成分并混合2至10分钟以形成匀和的均相灰浆。

可按数种方式将灰浆与玻璃纤维相组合，其目的是获得均匀的混合物。玻璃纤维通常呈斩切成短长度的粗纱形式。在一较佳实施例中，将灰浆与经斩切的玻璃纤维同时喷至一板模具内。较佳地，喷若干遍来形成若干较佳最厚为约0.25英寸(6.3mm)的薄层，所述薄层组合成一不具有任何特定图案且厚度为1/4至1英寸(6.3至25.4mm)的均匀板。例如，在一种应用中，通过沿长度及宽度方向喷六遍而制成一3×5ft(0.91×1.52m)的板。当沉积每一层时，可使用一辊压机来确保灰浆与玻璃纤维实现紧密接触。在所述滚压步骤之后，可使用一刮板或其他合适的构件将所述层抹平。通常，将使用压缩空气将灰浆喷成雾状。当灰浆从喷嘴中喷出时，灰浆会与已由一安装于喷枪上的斩切机构自粗纱切出的玻璃纤维相混合。如上文所述将灰浆与玻璃纤维的均匀混合物沉积于板模具中。

如果需要，所述板的外表面层可包含聚合物球体或者以其他方式来构成，以便可容易地驱动用于将板附固至框架上的紧固件。此等层的较佳厚度将为约1/32英寸至4/32英寸(0.8至3.2mm)。可使用上文所述的用于制成板的芯部的相同程序来涂覆板的外层。

熟悉板制作技术的人士将会想到用于沉积灰浆与玻璃纤维混合物的其他方法。例如，并非使用一成批处理来制作每一个板，而是可按类似方式制备一连续的薄板，在材料已完全凝固后，可将所述连续的薄板切割成具有所需大小的板。纤维相对于灰浆体积的比例通常近似构成0.5％至3％的范围(例如1.5％)。典型板的厚度为约1/4至1-1/2英寸(6.3至38.1mm)。

另一种制作本发明的板的方法是使用在第10/666,294号美国专利申请案中所揭示的工艺步骤，所述美国专利申请案以引用方式并入本文中。以引用方式并入本文中的第10/666,294号美国专利申请案揭示：在首先在一移动的网片上沉积松散分布的经斩切纤维或一层灰浆中的一者之后，在所述灰浆层上沉积纤维。一埋置器件将新近所沉积的纤维压至灰浆内，此后添加额外灰浆层及随后添加经斩切的纤维，并随后再进行埋置。根据需要对板的每一层重复所述过程。在制成之后，所述板会具有分布更为均匀的纤维组分，此会使板相对坚固而不会如在先前技术水泥板制造技术中所教示的一般需要厚的加强纤维衬垫。

更具体而言，第10/666,294号美国专利申请案揭示一种用于制造结构水泥板的多层式方法，其包括：(a.)提供一移动网片；(b.)在所述网片上沉积一第一层松散纤维及(c.)沉积一层可凝固的灰浆中的一者；(d.)在所述灰浆上沉积一第二层松散纤维；(e.)将所述第二层纤维埋置于所述灰浆内；及(f.)重复灰浆沉积步骤(c.)至步骤(d.)，直至获得所述板中所需数量的可凝固经纤维加强灰浆层为止。

图21是一适于执行第10/666,294号美国专利申请案所揭示方法的装置的示意性立面图。现在参见图21，图中示意性地显示一结构板生产线，其总体上标记为310。生产线310包括一具有复数个腿313或其他支撑件的支撑框架或成形平台313。在支撑框架312上包含有一移动载体314，例如一具有平滑、不透水表面的循环式橡胶类输送带，然而也可涵盖多孔表面。在所属领域中众所周知，支撑框架312可由至少一个平台状段制成，所述至少一个平台状段可包含所标记的腿313。支撑框架312也包含一位于框架的远端318处的主驱动辊轮316及一位于框架的近端322处的惰辊轮320。此外，较佳提供至少一个带跟踪及/或张紧器件324，以保持载体314在辊轮316、320上的所需张紧度及定位。

此外，在所述较佳实施例中，可在载体314上提供及放置一由Kraft纸(离型纸)制成的网片326及/或由设计用于在凝固之前支撑灰浆的在所属领域中众所周知的支撑材料制成的网片，以对其加以保护及/或使其保持清洁。然而，本发明也涵盖将由本生产线310所生产的板直接形成于载体314上。在后一种情形中，提供至少一个带清洗单元328。由在所属领域中所习知的用于驱动主驱动辊轮316的电动机、滑轮、带或链的组合使载体314沿支撑框架312移动。本发明涵盖，可改变载体314的速度来适合于应用。

在图21所示装置中，是通过在网片326上沉积一层松散的经斩切纤维330或一层灰浆中的一者而开始结构水泥板生产。在首先沉积灰浆之前沉积纤维330的优点在于纤维将埋置于所形成板的外表面附近。本生产线310涵盖各种各样的纤维沉积及斩切器件，然而较佳的系统是使用至少一个固定数个玻璃纤维粗线线轴332的架331，自每一玻璃纤维粗线线轴332上将一纤维粗线334馈送至一斩切站或装置-也称作一斩切机336。

斩切机336包括一旋转的带刀片辊轮338，沿径向延伸的刀片340自所述旋转的带刀片辊轮338凸伸出，所述刀片340沿横向跨越载体314的宽度且与一支撑辊轮342成靠近、接触、旋转的关系布置。在所述较佳实施例中，带刀片辊轮338及支撑辊轮342以相对靠近的关系布置，以使带刀片辊轮338的旋转也会使支撑辊轮342旋转，然而也涵盖相反的情形。此外，支撑辊轮342较佳覆盖有一弹性支撑材料，刀片340抵靠所述弹性支撑材料将粗线334斩切成若干段。各刀片340在辊轮338上的间距决定所斩切纤维的长度。如在图21中所示，斩切机336靠近近端322布置于载体314上方，以使生产线310的长度的生产用途最大化。当斩切纤维粗线334时，纤维330会松散的落于载体网片326上。

接下来，一灰浆馈给站或灰浆馈给机344自一远方混合位置347(例如一送料斗、料箱或类似物)接收灰浆346的供给。本发明也涵盖可通过首先在载体314上沉积灰浆来开始所述过程。灰浆较佳由不同数量的硅酸盐水泥、石膏、集料、水、加速剂、增塑剂、发泡剂、填料及/或其他成分构成，并针对生产SCP板而阐述于上文中及上文所列出的以引用方式并入本文的专利中。可改变这些成分(包括取消上面的某些成分或者添加其他成分)的相对量来适合于应用。

尽管涵盖各种能在移动载体314上均匀地沉积一薄层灰浆346的灰浆馈给机344的构造，然而较佳的灰浆馈给机344包括一垂直于载体314行进方向布置的主计量辊轮348。一伴随或支撑辊轮350与计量辊轮348成接近平行、旋转的关系布置以在其间形成一辊隙352。一对较佳由非粘性材料(例如

牌材料或类似材料)制成的侧壁354会防止倾倒入辊隙352内的灰浆346逸出馈给机344的各侧以外。

馈给机344在移动载体314或载体网片326上沉积均匀的、相对薄的一层灰浆346。适合的层厚度介于约0.05英寸至0.20英寸范围内。然而，由于在通过本工艺所制成的较佳结构板中较佳为四个层且一合适的建筑板近似为0.5英寸，因而尤其较佳的灰浆层厚度近似为0.125英寸。

现在参见图21及22，为获得如上所述的灰浆层厚度，使灰浆馈给机344具备数种特征。首先，为确保灰浆346均匀地置于整个网片326上，使灰浆经由一软管356供至馈给机344，软管356位于一横向往复运动、电缆驱动、流体供以动力的所属领域中众所习知类型的分配器358中。因而自软管356流出的灰浆以横向往复运动形式倾倒入馈给机344中，以填充一由辊轮348、350及侧壁354界定的储料室359。因而计量辊轮348的旋转会自所述储料室中吸出一层灰浆346。

接下来，一厚度监控或厚度控制辊轮360设置于主计量辊轮348的垂直中心线的略微上方处及/或略微下游处，以调节在主计量辊轮348外表面362上自馈给机储料室357吸出的灰浆346的厚度。此外，厚度控制辊轮360也能够处理具有不同及一直变化的粘度的灰浆。主计量辊轮348是沿与载体314及载体网片326的移动方向相同的行进方向“T”受到驱动，且主计量辊轮348、支撑辊轮350及厚度监控辊轮360全部沿相同的方向受到旋转驱动，此会使灰浆在各个移动的外表面上提前凝固的机会最小化。当外表面362上的灰浆346朝载体网片326移动时，一位于主计量辊轮348与载体网片326之间的横向起模丝364会确保灰浆346完全沉积于载体网片上而不会朝辊隙352及馈给机储料室359回退。起模丝364也有助于使主计量辊轮348不带有提前凝固的灰浆并维持一相对均匀的灰浆幕层。

一较佳与斩切机336相同的第二斩切站或装置366设置于馈给机344下游，以在灰浆346上沉积第二层纤维368。在所述较佳实施例中，是自为斩切机336实施馈给的同一个架331为斩切装置366馈给粗线334。然而，本发明涵盖可为每一个单独的斩切机提供独立的架331，此视应用而定。

现在参见图21及23，接下来，一总体上标记为370的埋置器件布置成与灰浆及生产线310的移动载体314成操作关系，以将纤维368埋置于灰浆346内。尽管涵盖各种各样的埋置器件，包括(但不限于)振动器、羊脚辊轮及类似器件，然而在所述较佳实施例中，埋置器件370包括至少一对垂直于载体网片326在框架312上的行进方向“T”的大体平行的轴372。每一个轴372均设置有复数个具有相对大直径的圆盘374，由小直径圆盘376使所述复数个具有相对大直径的圆盘374沿轴向彼此隔开。

在SCP板生产过程中，轴372及圆盘374、376一同围绕轴的纵向轴线旋转。在所属领域中众所周知，轴372的一或二者均可为电动，且如果仅一个为电动，则另一个可由带、链、齿轮传动装置或其他已知动力传动技术驱动，以维持一对应于传动辊轮的方向及速度。所述相邻且较佳平行的轴372各自的圆盘374、376彼此相互啮合以在灰浆中形成一“揉捏”或“按摩”作用，此会埋置先前沉积于其上的纤维368。此外，所述圆盘372、374的靠近、相互啮合且旋转的关系会防止灰浆346积聚于所述圆盘上，并实际上形成一“自清理”作用，此种“自清理”作用会明显减少因灰浆团提前凝固而造成的生产线停机维修时间。

轴372上圆盘374、376的相互啮合关系包括小直径间隔圆盘376与相对大直径主圆盘374的对置周边的紧邻布置，此也有利于自清理作用。当圆盘374、376紧邻地彼此相对旋转(但较佳沿相同的方向)时，灰浆微粒难以陷获于所述装置中及提前凝固。通过提供两组彼此横向偏离的圆盘374，灰浆346会受到多次破坏作用，从而形成“揉捏”作用，此会进一步将纤维368埋置于灰浆346中。

在纤维368已得到埋置后，或者换句话说，当移动的载体网片326穿过埋置器件370时，SCP板的第一层377即告完成。在所述较佳实施例中，第一层377的高度或厚度处于0.05-0.20英寸的近似范围内。人们已发现，当与一SCP板中的类似层相结合时，所述范围会提供所需的强度及刚度。然而，也涵盖其他厚度，此视应用而定。

为建造一具有所需厚度的结构水泥板，需要额外的层。为此，与移动载体314成操作关系地提供一与馈给机344大致相同的第二灰浆馈给机378，其经设置以在现有层377上沉积另一层380灰浆346。

接下来，与框架312成操作关系地提供与斩切机336及366大致相同的另一斩切机382，以沉积由一个架(未图示)提供的第三层纤维384，所述架以类似于架331的方式构造及相对于框架312布置。纤维384沉积于灰浆层380上并借助一第二埋置器件386将其埋置。在构造及布置上类似于埋置器件370，第二埋置器件386略高于移动的载体网片314安装，以使第一层377不受干扰。通过此种方式，形成第二层380灰浆及埋置纤维。

现在参见图21，对于每一相继的可凝固灰浆及纤维层，均在生产线310上提供一额外的灰浆馈给站344、378、402后跟一纤维斩切机336、366、382、404及一埋置器件370、386、406。在所述较佳实施例中，提供总共四个层(参见例如图29中的板101)来形成SCP板。在如上文所述设置所述四个经纤维埋置的可凝固灰浆层之后，较佳将一成形器件394设置至框架312上，以使板的上表面396成形。此种成形器件394在可凝固灰浆/板生产技术中为人们所习知，且通常是符合多层式板的高度及形状的弹簧加载板或振动板以适合于所需尺寸特性。

所制成的板具有多个层(参见例如图7中的层23、25、27、29)，所述层在凝固后会形成一整体的经纤维加强的块。只要如下文所揭示及所述通过某些所需参数来控制每一层中纤维的存在及放置并使其处于所述所需参数以内，即实际上不可能使所述板层离。

此时，各层灰浆已开始凝固，且通过一切割器件398使各个板彼此分离，在所述较佳实施例中，所述切割器件398是一水刀切割机。其他切割器件，包括转动叶片，也认为适合于该作业，其限制条件是其可在本发明的板复合物中形成适当尖锐的刃。切割器件398相对于线310及框架312布置的方式使得形成具有所需长度的板，所述所需长度可不同于在图21中所示的表示形式。由于载体网片314的速度相对低，因而可将切割器件398安装成垂直于网片314的行进方向切割。对于更快的生产速度，人们知道是将此等切割器件相对于网片行进方向成一夹角安装至生产线310上。在切割后，将分离后的板321叠置以供进一步搬运、包装、储存及/或运输，此在所属领域中众所周知。

已以定量形式调研了纤维及灰浆层的数量、板中纤维的体积比、及每一灰浆层的厚度、以及纤维股线直径对纤维埋置效率的影响。在分析中，标识如下参数：

v_T＝总的复合物体积

v_s＝总的板灰浆体积

v_f＝总的板纤维体积

v_f，l＝总的纤维体积/层

v_T，l＝总的复合物体积/层

v_s，l＝总的灰浆体积/层

N_l＝总的灰浆层数量；总的纤维层数量

V_f＝总的板纤维体积比例

d_f＝单个纤维股线的等效直径

l_f＝单个纤维股线的长度

t＝板厚度

t_l＝包含灰浆及纤维的单个层的总厚度

t_s，l＝单个灰浆层的厚度

n_f，l，n_f1，l，n_f2，l＝一纤维层中纤维的总数量

凸出纤维表面积比例，S_f，l ^P

假定一板由相等数量的灰浆层及纤维层构成。设这些层的数量等于N_l，且板中的纤维体积比例等于V_f。

概括的说，一层沉积于一不同灰浆层上的纤维网的凸出纤维表面积比例S_f，l ^P由如下数学关系式来表示：

S_{f, l}^{P} = \frac{4 V_{f} t}{π N_{l} d_{f}} = \frac{{4 V}_{f} * t_{s, l}}{π d_{f} (1 - V_{f})}

其中V_f是总的板纤维体积比例，t是总的板厚度，d_f是纤维股线的直径，N_l是总的纤维层数量，且t_s，l是所用的所述不同灰浆层的厚度。

相应地，为获得较佳的纤维埋置效率，目标函数变为使纤维表面积比例保持低于某一临界值。值得注意的是，通过改变在方程式8及10中出现的一个或多个变量，可修改凸出纤维表面积比例来获得较佳的纤维埋置效率。

已标识了会影响凸出纤维表面积比例值的不同变量并已提出修改“凸出纤维表面积比例”值以获得较佳纤维埋置效率的方法。这些方法涉及到改变一个或多个以下变量以使凸出纤维表面积比例保持低于一临界阈值：不同纤维层及灰浆层的数量，不同灰浆层的厚度及纤维股线的直径。

根据该基础工作，已发现凸出纤维表面积比例S_f，l ^P的较佳值如下：

较佳的凸出纤维表面积比例，

S_{f, l}^{P} < 0.65

最佳的凸出纤维表面积比例，

S_{f, l}^{P} < 0.45

对于一设计板纤维体积比例V_f，通过修改一个或多个如下变量便可能获得凸出纤维表面积比例的上述较佳值：不同纤维层的总数量，不同灰浆层的厚度及纤维股线直径。具体而言，会得到较佳凸出纤维表面积比例值的这些变量的合意范围如下：

多层式SCP板中不同灰浆层的厚度，t_s，l

不同灰浆层的较佳厚度，t_s，l≤0.20英寸

不同灰浆层的更佳厚度，t_s，l≤0.12英寸

不同灰浆层的最佳厚度，t_s，l≤0.08英寸

多层式SCP板中不同纤维层的数量，N_l

不同纤维层的较佳数量，N_l ≥4

不同纤维层的最佳数量，N_l ≥6

纤维股线直径，d_f

较佳纤维股线直径，d_f ≥30tex

最佳纤维股线直径，d_f ≥70tex

在使用所述板作为结构化子屋顶衬垫物或屋顶衬垫物时，其较佳制作有一槽榫结构，所述槽榫结构可通过在浇铸过程中对所述板的边缘进行成形或者在使用之前以一铣刨机切削出榫及槽而制成。较佳地，榫及槽将渐缩，如在图3及4A-C中所示，此种渐缩会易于安装本发明的板。

特性

本发明的SCP板框架系统较佳具有一种或多种列示于表2A-2D中的特性。

表2D中的水平设计抗剪切能力提供一安全系数3。

当根据ASTM 661及APA S-1测试方法在一16英寸(406.4mm)中心距跨度上实施测试时，一典型的3/4英寸(19mm)厚的板在静态载荷作用下的极限负载能力大于550lb(250kg)、在冲击载荷作用下的极限负载能力大于400lb(182kg)、且在以一200lb(90.9kg)的载荷施加静态及冲击载荷二者时的偏移量小于0.078英寸(1.98mm)。

通常，一干密度为65lb/ft³(1041kg/m³)至90lb/ft³(1442kg/m³)或在浸泡于水中48小时后为65lb/ft³(1041kg/m³)至95lb/ft³(1522kg/m³)的板的抗弯强度在按ASTM C 947测试来测量时是至少为1000psi(7Mpa)，例如1300psi(9Mpa)，较佳为至少1650psi(11.4Mpa)，更佳为至少1700psi(11.7Mpa)。

通常，当在一其中在一固紧于一10英尺×20英尺金属框架上的3/4英寸厚SCP板上保持2英寸水头达24小时的时间段的测试中暴露于水中时，本发明系统的水平抗剪切隔板的承载能力的减小量将不大于25％，较佳地，减小量将不大于20％。

通常，当在一其中在一固紧于一10英尺×20英尺金属框架上的3/4英寸厚SCP板上保持2英寸水头达24小时的时间段的测试中暴露于水中时，本发明系统的吸水量将不大于0.7磅/平方英尺。

通常，使一10英尺宽×20英尺长×3/4英寸厚的SCP板隔板固定至一10英尺×20英尺金属框架上的本发明系统的一实施例当暴露至一在紧固于金属框架上的SCP板上所保持的2英寸水头达24小时的时间段时，其膨胀量将不大于5％。

通常，本发明系统的每一组件均满足ASTM G-21(其中所述系统达到近似为1)并满足ASTM D-3273(其中所述系统达到近似为10)。此外，通常本发明的系统在清洁时基本不支持细菌生长。此外，本发明的系统不可为白蚁所食。

本发明的系统可为非方向性，因为本系统的板可放置成使其长尺寸平行于或垂直于框架的金属托梁而不会损失强度或承载特性，其中无论SCP板在金属框架上的取向如何，所述系统支撑静载荷及活载荷而不会折断的能力均相同。

本发明在寒冷天气性能方面具有一意外优点。传统的水泥板在寒冷天气中可能较脆。因此，在寒冷天气中安装此种板将需要建筑工人在安装过程中小心搬运。然而，在本发明系统中，所述SCP板可较佳地在环境温度低于32°F(0℃)、或甚至低于20°F(-7.5℃)时经受住被安装于金属屋顶元件上而不会开裂。此是一非常重要的优点，因为其有利于冬季在寒冷气候中进行施工，从而提高建筑工人的生产率。本发明SCP板可较佳地耐受在这些寒冷温度下在安装过程中受到正常的粗野处理。例如，在这些寒冷温度下，放置所述SCP板可包括一如下步骤：将所述板落放于金属屋顶元件(例如桁架)上，其落放方式使所述板的至少一端以自由落体方式落放至少2英尺、通常为至少3英尺(例如，3至4英尺)而不开裂。例如，当将板的一端放置于一个或多个金属屋顶元件上并随后释放相对置的另一端以按自由落体方式落放于一个或多个金属屋顶元件上时，即可能会出现此种情形。

实例

曾在小型卧式炉(SSHF)中对对照性结构盖板实施了耐火实验。对如下五个样本均作为4英尺×4英尺总成的一部分实施了测试：由本发明复合物形成的1/2英寸(13mm)结构水泥板(SCP)，3/4英寸(19mm)VIROC板，1/2英寸(13mm)NOVATECH板(本发明SCP板的另一实施例)，15/32英寸(12mm)胶合板(A-C级)及31/64英寸(12mm)定向股线板(OSB)。

每一总成均由金属框架、规格为20的358CR承辊及中心距为24英寸的ST双头螺栓构成。在所述五个测试中的每一测试中，均对外露表面应用测试材料并对未外露表面应用一层USG的SHEETROCK 5/8英寸(16mm)FIRECODE型SCX石膏墙板。外露表面材料是垂直于双头螺栓应用，其中在总成的中间跨度处具有一接头。在外露板底侧及未外露表面上面的两个空腔中均放置热电偶以供对所述总成进行温度比较。根据ASTM E119时间/温度曲线来控制炉温。在测试的进行过程中对光洁面额定值及未外露表面实施温度测量。在测试过程中对外露表面的估计状态实施观察。热电偶读数的标准ASTM E119温度限值是平均高于环境温度250°F(136℃)，且对于个别热电偶是使用高于环境温度325°F(183℃)作为控制限值。

所述测试的目的是提供产品材料在耐火测试中的性能的相对比较。所述程序并不提供系统的耐火额定值。

在小型卧式炉测试(实例1及实例3)中所用SCP板的配方如下面在表2E中所示：

从对所述五个样本所实施测试得出的结果可见表3。在每一测试过程中当超出温度标准限值时平均(A)读数及单独(I)读数二者均以分钟为单位。所述SCP板具有本发明板的复合物。

实例1

样本构造

尺寸：48英寸(122cm)×48-5/8英寸(124cm)

双头螺栓：358ST，规格为20 间距：中心距为24英寸(61cm)

承辊：358CR，规格为20；空腔：空

面朝：(火侧)一层1/2英寸(13mm)的USG结构水泥板(SCP)

(未外露侧)一层5/8英寸(16mm)的

(X型)板

表4列示在本实例中用作测试材料的板。所述板如在表5中所示经受加热。从该加热得出的观察结果显示于表6中。

耐火测试持续时间：70分钟0秒。

测试结束：没有板落下

实例2

样本构造

尺寸：48英寸(122cm)×48-5/8英寸(124cm)

双头螺栓：358ST，规格为20间距：中心距为24英寸(61cm)

承辊：358CR，规格为20；空腔：空

面朝：(火侧)一层3/4英寸的VIROC板

(未外露侧)一层5/8英寸(16mm)的

(X型)板(可自USG购得)

表7列示在本实例中用作测试材料的板。所述板如在表8中所示经受加热。从该加热得出的观察结果显示于表9中。

耐火测试持续时间：60分钟0秒。

测试结束：没有板落下

实例3

样本构造

尺寸：48英寸(122cm)×48-5/8英寸(124cm)

双头螺栓：358ST，规格为20间距：中心距为24英寸(61cm)

承辊：358CR，规格为20；空腔：空

面朝：(火侧)一层1/2英寸的NovaTech板

(未外露侧)一层5/8英寸(16mm)的

(X型)板

表10列示在本实例中用作测试材料的板。所述板如在表11中所示经受加热。从该加热得出的观察结果显示于表12中。

耐火测试持续时间：70分钟0秒。

测试结束：板层离，没有板落下

实例4

样本构造

尺寸：48英寸(122cm)×48-5/8英寸(124cm)

双头螺栓：358 ST，规格为20 间距：中心距为24英寸(61cm)

承辊：358 CR，规格为20；空腔：空

面朝：(火侧)一层15/32英寸(12mm)的Plywood(A/C)板

(未外露侧)一层5/8英寸(16mm)的(X型)板

表13列示在本实例中用作测试材料的板。所述板如在表14中所示经受加热。从该加热得出的观察结果显示于表15中

耐火测试持续时间：32分钟0秒。

测试结束：板落下

实例5

样本构造

尺寸：48英寸(122cm)×48-5/8英寸(124cm)

双头螺栓：358ST，规格为20 间距：中心距为24英寸(61cm)

承辊：358CR，规格为20；空腔：空

面朝：(火侧)一层31/64英寸的定向股线板(OSB)

(未外露侧)一层5/8英寸(16mm)的

(X型)板

表16列示在本实例中用作测试材料的板。所述板如在表17中所示经受加热。从该加热得出的观察结果显示于表18中。

耐火测试持续时间：32分钟0秒。

测试结束：板落下

实例6

以下测试是对楼板隔板而非屋顶隔板的测试。认为所述数据适用于显示在一使SCP板水平定向于一金属框架上的系统中对SCP板如何在金属框架上起作用的比较。

该实例按照ASTM E 455-98“对建筑物的框架楼板或屋顶隔板构造的静载荷测试(Static Load Testing of Framed Floor or Roof Diaphragm Construction for Buildings)”单梁方法来确定一如下文所述构造而成的单个楼板隔板的水平隔板强度。

测试样品材料

A.楼板隔板材料：

原型3/4″SCP-经玻璃纤维股线加强的本发明结构水泥板。沿4′×8′薄板的8′尺寸设置有一“V”形槽及榫。该楼板隔板测试中在SCP板实例中所用的配方列示于表18A中。

紧固件-#8-18×1-5/8″长的Bugle头Grabber Super Drive ^TM螺钉，沿周边的中心距为6″，且在板的区域中的中心距为12″。所有紧固件均距板边缘向里至少3/4″布置且距梁向里1/2″布置。在板拐角处，紧固件嵌入2″。

胶粘剂-对所有对接接头及槽榫接头涂覆由Flexible Products Company ofCanada公司制造的EnerFoam SF聚胺基甲酸酯泡沫胶粘剂。在将槽设定就位之前在槽底部涂覆一(1)个3/8″的胶粘剂珠。在对接接头处留出一3/8″之间隙，以容许在使所述接头一同滑动之前在所述间隙中涂覆一(1)个3/8″的胶粘剂珠。

B.楼板框架：

图8显示组装后的金属(例如钢)框架。此包括如下部件：

A.横向托梁150-由Dietrich Industries公司制造的规格16×10英寸深×10英尺长的Trade Ready^TM的托梁。所述托梁印有Dietrich TDW5W 10IN×L 10FT 2832401316GAUGE G60 50KSI。

B.纵向周缘轨道152-由Dietrich Industries公司制造，规格16×10-3/16″深×16′长，具有中心距为24″的预弯托梁固定位置。所述轨道印有Dietrich TD16W 91/4IN×L 16FT 28323858 16 GAUGE 3RD FI。

C.0.125″厚×2″×2″角钢154(图10)布置于每一横向端部托梁156上，其自支承座侧开始相间并自载荷侧角钢跨越最多3英寸并通过中心距为6″的#10-1″DRIVALL螺钉固定至各个端部横向托架。

D.紧固件

#10-16×3/4″长的六角头Drivall螺钉，用于紧固框架。

#10-16×3/4″长的圆头自攻螺钉，用于紧固至框架，围绕最外边缘及在对接接头两侧上的中心距为6″。

测试样品构造

构造一(1)个总体尺寸为10′-0″×20′-0″的测试样本。图8显示金属框架的透视图。

图9显示图8所示框架的一部分的放大图。

图10显示图8所示框架的AA部分的放大图。

图11显示SCP板120(带有板尺寸)的俯视图，但所述SCP板120类似于图4a所示板而制造成具有固定至金属框架的槽榫边缘(未图示)。

图12、13、14及15显示图11中楼板的各个部分BB、CC、DD及EE的放大图。

A.在每一端上使用三(3)个经由预弯凸片旋入托梁侧面的六角头#10-16×3/4″长Drivall螺钉及一(1)个经由周缘轨道顶部旋入托梁内的#10-16×3/4″长的圆头自攻螺钉将托架固定至周缘托架。也使用3/4英寸长的DRIVALL螺钉及一个3/4英寸长的DRIVALL螺钉将5″长的0.078″厚×11/2″×4″的角钢151紧固(以1″的中心距)至各个托梁的周缘轨道上。

B.将在每一端上具有一2英寸长×13/4英寸凸片的11/2英寸×25/8英寸×213/4英寸KATZ块158跨越楼板中心线紧固至托梁底部。块158是穿过每一Katz块构件158的端部使用(1)个#10-16×3/4″长Drivall螺钉固定。具体而言，Katz块158通过交错地定位于中点的两侧上而布置于横向接头50之间并通过每个凸片使用一个#10-16×3/4英寸长的Drivall螺钉固定。

C.在载荷侧上对周缘轨道152在两个位置上增加额外的水平块，以出于点载荷目的而加强周缘轨道152。亦即，在若干横向托梁150之间沿纵向周缘轨道设置24英寸的块157来进行载荷支撑。20英寸长的块159大体沿框架的纵向轴线在每一端上以四个#10-16×3/4″英寸长DRIVALL螺钉固定于每一个横向端部托梁与相应倒数第二个横向端部托梁之间。

D.将框架整成方形并然后如图11所示将原型SCP板紧固至框架。原型SCP是以#8-18×1-5/8英寸长的Bugle头Grabber Super Drive^TM螺钉(带翼的自攻螺钉162)围绕周边以6″中心距(自拐角处嵌入2″)、且在板区域中以12英寸中心距紧固。应小心谨慎以确保使紧固件保持齐平于或略低于原型SCP板的表面且也不会在钢制框架中脱出。在对接接头及槽榫位置处，在接头处涂覆3/8英寸的ENERFOAM SF聚胺基甲酸酯泡沫胶粘剂(由Flexible Products Company of Canada公司制造)珠。

E.然后将1/8″×2″×2″的角钢齐平于托梁底部紧固至端部托梁，以使支承座处托梁的压皱最小化并提供顶板构件。将一额外的6英寸长角钢齐平于托架顶部紧固于端部托架的支承座侧以使压皱最小化。

F.将测试样本放置至少36小时，以使胶粘剂固化。

G.图16显示图8所示测试样本框架160，其使图11所示的所固定楼板120由围绕样本周边的中心距(o.c.)为2英尺0英寸的装置辊轮支撑于一混凝土楼板98上(图17)。图17显示图16中FF部分的放大图。在测试样本两端上均布置有一支承座支撑件。在测试样本的对置侧上布置有三(3)个加载气缸80。自所述气缸经由钢梁向六(6)个18″支承座座施加载荷，以将载荷均匀施加至楼板。沿测试样本的支承座侧布置五(5)个刻度盘指示器来测量偏移量。图17显示设置有间隔件90的压紧装置92。一约1/8英寸的间隙96及一18英寸的载荷块94。所述压紧装置安装于水泥98中。

测试设各

A.三(3)台ENERPAC P-39型液压手泵。

B.三(3)台ENERPAC RC-1010型液压气缸。

C.五个刻度盘指示器：2英寸移动量-0.001英寸增量。

D.三(3)个Omega数位计。

E.三(3)个Omega压力变送器。

F.三(3)个6英尺的I形梁。

G.五(5)个以螺栓连接至楼板上的刚性支承座。

程序

A.使用三(3)个1-1/2英寸直径×10英寸冲程的液压气缸(在每一载荷点上一个)产生载荷。通过三(3)个数位计及压力变送器来测量所施加的力。在随附数据表上对所施加的力作一永久性记录。

B.通过施加液压力以形成机械力来产生载荷，直至在数位计上指示所需载荷为止。

C.以700lbs的增量对整个楼板总成施加载荷。使每一载荷保持1分钟后再读取偏移量读数。在读取到14,000lbs偏移量读数之后，然后以一大致2800磅/分钟的速率对所述总成施加载荷，直至出现断裂为止。

图19显示在设计载荷情况下安装于图16所示测试装置上的SCP板及金属框架楼板的照片；

图19显示在断裂情况下安装于图16所示测试装置上的SCP板及金属框架楼板的照片。

测试结果

表19显示一对上述整个楼板总成施加载荷的楼板隔板测试的结果。所述楼板具有120英寸的宽度。

使用一安全系数3.0获得了如下值。

极限载荷＝14,618.5磅./10.0英尺＝1,461.8PLF(磅/直线英尺)

设计抗剪切强度＝1461.8/3.0安全系数＝487.2PLF

设计抗剪切强度是通过将极限载荷除以安全系数3来计算。

表20显示因对楼板施加载荷而产生的结果偏移量。图18为表20中数据的曲线图。表21显示因在支承座点处对测试样本楼板施加载荷而产生的平均支承座偏移量。

根据自该单个测试样本获得的数据，可自按如下方式构造的上述单个楼板隔板样本获得487.2PLF(磅/直线英尺)的设计抗剪切强度。

实例7

该实例按照ASTM E 455-98“对建筑物的框架楼板或屋顶隔板构造的静载荷测试(Static Load Testing of Framed Floor or Roof Diaphragm Construction for Buildings)”单梁方法来确定一使用3/4″英寸厚SCP板的总成暴露于水中时对水平隔板强度的影响。

测试样品材料

A.楼板隔板材料：

经玻璃纤维股线加强的3/4英寸SCP板。沿4英尺×8英尺薄板的8′尺寸设置有一“V”形槽及榫。

所用紧固件包括#8-18×1-5/8″长的Bugle头GRABBER SUPER DRIVE螺钉(可自GRABBER Construction Products公司购得)，所述螺钉沿周边以6英寸的中心距相间，且在板的区域中的中心距为12英寸。所有紧固件均距板边缘向里至少3/4英寸布置且距梁1/2″布置。在板拐角处，紧固件嵌入2英寸。关于紧固件位置，参见图11。

B.楼板框架

托梁，包括由Dietrich Industries公司制造的CSJ规格16×8英寸深×10英尺的周缘轨道。

测试样品构造

构造四(4)个总体尺寸为10′-0″×20′-0″的测试样本(如上文在实例6中所述的测试样本一样)。图8显示金属框架的透视图。

然而，将框架整成方形并然后如图11所示将原型SCP板紧固至框架。原型SCP是以#8-18×1-5/8″长的Bugle头Grabber SuperDrive螺钉(带翼的自攻螺钉162)围绕周边以6″中心距并自拐角处嵌入2″、在板区域中以12″中心距紧固。应小心谨慎以确保使紧固件保持齐平于或略低于原型SCP板的表面且还不会在钢制框架中脱出。与实例6中的测试样本不同，在对接接头及槽榫位置处，不在接头处涂覆3/8英寸的ENERFOAM SF聚胺基甲酸酯泡沫胶粘剂(由Flexible Products Company of Canada公司制造)珠。

测试设备

A.四(4)台ENERPAC P-39型液压手泵。

B.四(4)台ENERPAC RC-1010型液压气缸。

C.五(5)个刻度盘指示器：2″移动量-0.001增量。

D.四(4)个Omega数位计。

E.四(4)个Omega压力变送器。

F.四(4)个6英尺的I形梁。

G.六(6)个以螺栓连接至楼板上的刚性支承座。

程序

A.所述测试总成中的两个是在一“已接收”或者干燥状态下进行测试，且两个样本是在存在一1″的水头至少24小时后进行测试。

B.使用四(4)个1-1/2″直径的液压气缸(在每一载荷点上一个)产生载荷。通过四(4)个经校准的数位计及压力变送器来测量所施加的力。在随附数据表上对所施加的力作一永久性记录。

C.通过施加液压力以形成机械力来产生载荷，直至在数位计上指示所需载荷为止。

D.以700lbs的增量对整个楼板总成施加载荷。使每一载荷保持1分钟后再读取偏移量读数。在读取到14,000lbs偏移量读数之后，然后以一大致2800磅/分钟的速率对所述总成施加载荷，直至出现断裂为止。

测试结果

表22-38及图24及25显示对上述整个楼板总成施加载荷的楼板隔板测试的结果。所述楼板具有120英寸的宽度。图24显示干态测试1及干态测试2的数据。图25显示自湿态测试1及湿态测试2得到的数据。

使用一安全系数3.0获得了如下值。

干态样本的平均极限载荷＝15,908.2磅/10英尺＝1,590.8PLF

干态样本的设计抗剪切强度＝1,590.8PLF/3.0安全系数＝530.2PLF

湿态样本的平均极限载荷＝14,544.5磅/10英尺＝1,454.4PLF

湿态样本的设计抗剪切强度＝1,454.4PLF/3.0安全系数＝484.8PLF

这些结果表明，在连续暴露于水中一24小时的时间段后，仍保持91％的隔板强度。

实例8

为确定一使用钢制框架及SCP盖板的楼板隔板总成的抗剪切强度及抗剪切刚性，根据AISI TS-7-02“冷成形隔板的悬臂测试方法(Cantilever Test Method forCold-Formed Steel Diaphragms)”对十(10)个样品实施测试。

图26显示一用于AISI TS-7测试中的楼板框架400。

楼板隔板材料

原型3/4″SCP-经玻璃纤维股线加强的结构水泥板。沿4′×8′薄板的8′尺寸设置有一“V”形槽及榫。

3/4″胶合板-23/32″GP Plus，槽榫(快速装配)。APA Rated Sturd-I-Floor^TM，Exposure1，PS1-95屋面衬垫，磨光面，PRP-108并由Georgia Pacific公司制造。

紧固件-#8-18×1-5/8″长带翼自攻式Bugle头Grabber Super Drive TM(Lox驱动)螺钉，物项号为CHS8158JBW，沿周边以4″、6″及12″的中心距相间，且在板的区域中以12″中心距相间。所有紧固件均距板边缘向里至少3/4″且距梁向里1/2″布置。在板拐角处，紧固件嵌入2″。

胶粘剂-由OSI Sealants公司制造的PL聚胺基甲酸酯优质建筑用胶粘剂(PLPolyurethane Premium Construction Adhesive)。对所有框架构件均涂覆一1/4″的珠且在板对接接头处涂覆两个珠。在施加任何载荷之前提供至少24小时的固化时间。

楼板框架

托梁-由Dietrich Industries公司制造的规格16×10″深×10′长的Trade Ready^TM托梁。所述托梁印有TDJ5W 9-1/4IN×L 11 FT 10-1/2IN 14453223 16 GAUGE G6050KSI。平均测试屈服强度为51.0ksi。

周缘轨道-规格16×10-3/16″深×16′长，具有中心距为24″的预弯托梁固定位置。所述轨道印有Dietrich D16 W 9-1/4IN×L 16FT 14453203 16 GAUGE G60。平均测试屈服强度为62.7ksi。紧固件-#10-16×3/4″长的六角头Drivall螺钉。

测试样品构造

构造十(10)个总体尺寸为11′-11″×12′-0″的测试样本。周缘轨道具有中心距为16″左右的预弯凸片，以24″的中心距焊接扣角钢。

使用三(3)个经由预弯凸片旋入托梁侧面内的六角头#10-16×3/4″长Drivall螺钉将托梁固定至轨道。使用一48-#10×3/4″长六角头自攻螺钉将一部件号为S/HD15的Simpson Strong-Tie Holdown紧固至楼板的拉紧侧。使用(14)-#10×3/4″长六角头自攻螺钉将一6-1/8″×16″长且规格为12的双头螺栓固定至受压托梁。此是增设为一刚性元件以防止在隔板失效之前端部托梁被压垮。将框架整成方形并然后将原型SCP或胶合板紧固至框架。楼板隔板是以#8-18×1-5/8″长的Bugle头Grabber Super Drive^TM螺钉围绕周边自拐角处嵌入2″以4″、6″或12″中心距、在板区域中以12″中心距紧固。应小心谨慎以确保使紧固件保持齐平于或略低于楼板盖板的表面且还不会在钢制框架中脱出。详细情形参见图B6-B11。使使用胶粘剂的测试样本凝固最少24小时，以使推荐的胶粘剂固化。

图27显示在AISI TS-7测试中所用的其中一个填筑有胶粘剂的SCP楼板420。板442是厚度为0.670英寸-0.705英寸的SCP板。视图EE显示一接头处的偏移板。视图FF显示“V”形1/2英寸槽榫接头。视图GG显示一拐角。视图HH显示三个CSP板交汇之处。视图II显示一拐角。

测试布置

图28显示在AISI TS-7测试中所用的测试装置450。测试装置450具有两个8英寸×72英寸长的加载梁454。一测试样品452放置于1英寸辊轮458上，一钢板460设置于辊轮458下面。还提供一刚性支承座466及测试夹具以及I-梁夹具。一液压气缸462对测试样品452施加压力。

测试样品位于测试夹具中，其中一个周缘轨道设置为齐平于一10″-30磅/英尺C形槽钢的顶部。然后使用中心距为12″的#12-24，T5六角头螺钉将所述周缘轨道固定至所述C形槽钢。然后使用#10×3/4″长的六角头自攻螺钉将两(2)个8″×72″长的I-梁齐平于所述顶部固定至另一周缘轨道。所述紧固件在I-梁凸缘的交替侧上设定为6″的中心距。所述I-梁也通过螺栓连接于一起。一液压气缸与所述I-梁成一直线地位于一反作用梁上。

1″直径的螺纹杆经由Simpson Holdown布置并连接至刚性的钢制夹具。未对所述螺纹杆上的耦合螺母施加具体力矩。载荷侧上的周缘轨道位于两组大致相间48″的辊轮上。一压紧件布置于抗压侧上的盖板上方以防止上举。两(2)个1″直径的辊轮放置于压紧管与楼板盖板上的一钢板之间。

在以下位置上在楼板隔板总成上布置四(4)个线性变送器：

#1-与受拉托梁位于一直线上

#2-与固定的周缘轨道位于一直线上

#3-与一扣角钢上的承载周缘轨道位于一直线上

#4-与受压托梁位于一直线上

线性变送器及液压力变送器连接至一数据采集系统。

测试设备：将四(4)个线性变送器放置于楼板隔板总成上的以下位置上：

一(1)台ENERPAC P-39型液压手泵。

三(3)台ENERPAC RC-1010型液压气缸。

四(4)个线性变送器。

五(5)个用螺栓连接至楼板上的刚性支承座。

一(1)个用螺栓连接至三(3)个支承座上的C10×30刚性槽钢。

一(1)个Omega数位计。

一(1)个Omega压力变送器。

两(2)个6英尺的I形梁。

程序

使用一液压气缸在载荷点上产生载荷。通过数据采集设备及一压力变送器来测量所施加的力。在随附数据表上对所施加的力作一永久性记录。通过施加液压力以形成机械力来产生载荷，直至在数位计上指示所需载荷为止。以一恒定速率对整个楼板总成施加载荷，直至载荷不再进一步增加为止。

测试结果

表37归纳了测试结果。

图29-31显示用于产生表37中的值的载荷(单位：磅)-位移数据。具体而言，图29显示根据以4英寸-12英寸紧固方式使用3/4英寸SCP板所实施的AISI TS-7悬臂楼板隔板测试得出的数据。图30显示根据以6英寸-12英寸紧固方式使用3/4英寸SCP板与3/4英寸胶合板相比较所实施的AISI TS-7悬臂楼板隔板测试得出的数据。图31显示根据以胶粘剂使用3/4英寸SCP板所实施的AISI TS-7悬臂楼板隔板测试得出的数据。

表38-47以表格形式显示在测试LP 804-3-0.001英寸增量情况下图29、30及31的数据。

尽管上文是显示及说明其中在一金属框架上使用一水平或倾斜的经纤维加强的结构水泥板隔板的本系统特定实施例，然而所属领域的技术人员应了解，可对本发明做出改动及修改，此并不背离在其更广义方面中且如上文权利要求书所述的本发明。

Claims

1.一种用于建筑的不可燃屋顶系统，其包括：

倾斜或扁平抗剪切隔板，其支撑于轻型冷轧金属框架上，所述抗剪切隔板包括加强型、轻质、尺寸稳定的水泥板，且所述框架包括金属屋顶元件；

所述板具有65至90磅/每立方英尺的密度且在紧固至框架上时能够抗剪切载荷，并包括由水性混合物的固化产生的连续相，所述水性混合物包括：以干基计，35至70重量％的反应性粉末，20至50重量％的轻质填料，及5至20重量％的玻璃纤维，所述连续相经玻璃纤维加强并包含轻质填料微粒，所述轻质填料微粒具有从0.02到1.00的微粒比重及约10至500微米(μm)的平均粒径。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述连续相是由反应性粉末的水性混合物的固化而产生，所述反应性粉末包括：以干基计，35至75重量％的α半水硫酸钙，20至55重量％的水凝水泥，0.2至3.5重量％的石灰，及5至25重量％的活性火山灰，所述连续相经耐碱性玻璃纤维均匀加强并包含均匀分布的轻质填料微粒，所述轻质填料微粒包含均匀分布的陶瓷微球体。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述陶瓷微球体具有从50到250微米的平均粒径且/或归于10至500微米的粒径范围内。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述板已由35至58重量％的所述反应性粉末、6至17重量％的所述玻璃纤维、及34至49重量％的至少一种选自由以下材料组成的群组的所述轻质填料形成：陶瓷微球体，玻璃微球体、飞灰煤胞或珍珠岩，每一者均按干基计。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述板已由49至56重量％的所述反应性粉末、7至12重量％的所述玻璃纤维、及35至42重量％的陶瓷微球体形成，每一者均按干基计，所述陶瓷微球体具有0.50至0.80g/mL的微粒密度。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述填料包含具有约10至350微米(μm)平均直径的均匀分布的玻璃微球体及/或飞灰煤胞。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述板是由42至68重量％的所述反应性粉末、5至15重量％的所述玻璃纤维、23至43重量％的陶瓷球体、及最多1.0重量％的玻璃微球体形成，每一者均按干基计。

8.如权利要求2所述的系统，其中所述板包含一芯部，所述芯部包含由反应性粉末的水性混合物固化而得到的所述连续相，所述反应性粉末包括：以干基计，35至75重量％的α半水硫酸钙，20至55重量％的水凝水泥，0.2至3.5重量％的石灰，及5至25重量％的活性火山灰，所述连续相经所述耐碱性玻璃纤维均匀加强并包含所述轻质填料，所述轻质填料包含均匀分布的陶瓷微球体，及

其进一步包括至少一个外层，每一所述外层均包含由反应性粉末的水性混合物的固化而产生的连续相，所述反应性粉末包括：以干基计，35至75重量％的α半水硫酸钙，20至55重量％的水凝水泥，0.2至3.5重量％的石灰，及5至25重量％的活性火山灰，所述连续相经耐碱性玻璃纤维均匀加强，且轻质填料微粒具有从0.02到1.00的微粒比重及约10至500微米(μm)的平均粒径，至少一个外层具有相对于所述芯部减小的相密度。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述外层已由42至68重量％的所述反应性粉末、5至15重量％的所述玻璃纤维、最多1.0重量％的具有约10至350微米(μm)平均直径的玻璃微球体、及23至43重量％的所述包含陶瓷球体的轻质填料微粒形成，每一者均是以干基计。

10.如权利要求1所述的系统，其中所述板具有约1/4至11/2英寸(6.3至38.11mm)的厚度。

11.如权利要求8所述的系统，其中所述外层具有约1/32至4/32英寸(0.8至3.2mm)的厚度。

12.如权利要求1所述的系统，其中当根据ASTM 661及APA S-1测试方法在16英寸(406.4mm)中心距跨度上实施测试时，3/4英寸(19mm)厚的板在静态载荷作用下具有大于550lb(250kg)的极限负载能力、在冲击载荷作用下具有大于400lb(182kg)的极限负载能力、且在以200lb(90.9kg)载荷施加的静态及冲击载荷二者作用下具有小于0.078英寸(1.98mm)的偏移量。

13.如权利要求1所述的系统，其中所述玻璃纤维是具有约5至25微米(μm)的直径及约0.25至3英寸(6.3至76mm)的长度的单丝。

14.如权利要求1所述的系统，其中具有65lb/ft³至95lb/ft³的干密度的板在浸泡于水中48小时后的抗弯强度根据ASTM C 947测试测量至少是1000psi。

15.如权利要求1所述的系统，其中具有65lb/ft³至95lb/ft³的干密度的板在浸泡于水中48小时后的抗弯强度根据ASTM C 947测试测量至少是1650psi。

16.如权利要求1所述的系统，其中所述水凝水泥是波特兰水泥。

17.如权利要求1所述的系统，其中所述反应性粉末包括45至65重量％的半水硫酸钙、25至40重量％的水凝水泥、0.75至1.25重量％的石灰、及10至15重量％的活性火山灰。

18.如权利要求1所述的系统，其中所述金属屋顶元件包括由金属制成的具有大致C形横截面的细长构件。

19.如权利要求1所述的系统，其中当在其中在紧固于10英尺×20英尺金属框架上的3/4英寸厚SCP板上保持2英寸水头的测试中暴露于水中达24小时时间段时，所述系统的水平抗剪切隔板的承载能力的减小量将不大于25％。

20.如权利要求1所述的系统，其中当在其中在紧固于10英尺×20英尺金属框架上的3/4英寸厚SCP板上保持2英寸水头的测试中暴露于水中达24小时时间段时，所述系统的水平抗剪切隔板的承载能力的减小量将不大于20％。

21.如权利要求1所述的系统，其中当在其中在紧固于10英尺×20英尺金属框架上的3/4英寸厚SCP板上保持2英寸水头的测试中暴露于水中达24小时时间段时，所述系统将不会吸收多于0.7磅/平方英尺的水。

22.如权利要求1所述的系统，其中当固定至10英尺×20英尺所述金属框架上的所述SCP板的10英尺宽×20英尺长×3/4英寸厚隔板暴露至在紧固于所述金属框架上的所述SCP板上所保持的2英寸水头达24小时时间段时将膨胀不超过5％。

23.如权利要求1所述的系统，其中每一组件均满足其中所述系统达到近似1的ASTM G-21，并满足其中所述系统达到近似10的ASTM D-3273。

24.如权利要求1所述的系统，其中在清洁时其基本上不支持细菌生长。

25.如权利要求1所述的系统，其中白蚁不食用所述系统。

26.如权利要求1所述的系统，其中所述板包括：

包含所述连续相的芯层，及

分别为另一连续相的至少一个外层，所述另一连续相是由水性混合物的固化而产生，所述水性混合物包含：以干基计，35至70重量％的反应性粉末、20至50重量百分比的轻质填料、及5至20重量％的玻璃纤维，所述连续相是经玻璃纤维加强并包含所述轻质填料微粒，所述轻质填料微粒在所述内层的每一对置侧上具有从0.02到1.00的微粒比重及约10至500微米(μm)的平均粒径，其中所述至少一个外层具有比所述内层高的玻璃纤维百分比。

27.如权利要求1所述的系统，其中所述系统为非方向性的，因为所述系统的板可放置成其长尺寸平行于或垂直于所述框架的金属托梁而不会损失强度或承载特性，其中无论所述SCP板在所述金属框架上的取向如何，所述系统支撑静载荷及活载荷而不会失效的能力均相同。

28.如权利要求1所述的系统，其中所述系统包括包含所述SCP板及金属框架的倾斜屋顶。

29.如权利要求1所述的系统，其中所述系统包括倾斜屋顶，所述倾斜屋顶包含固定至波纹金属薄板的所述SCP板，所述金属薄板固定至所述金属框架。

30.如权利要求1所述的系统，其中所述系统包括平屋顶，所述平屋顶包含固定至波纹金属薄板的所述SCP板，所述金属薄板固定至所述金属框架。

31.如权利要求1所述的系统，其中所述系统包括平屋顶，所述平屋顶包含固定至所述金属框架的所述SCP板。

32.如权利要求1所述的系统，其中所述系统具有所述屋顶隔板的300至1000磅/直线英尺的水平设计抗剪切能力。

33.如权利要求1所述的系统，其中所述系统具有所述屋顶隔板的400至800磅/直线英尺的水平设计抗剪切能力。

34.一种制造如权利要求1所述的不可燃屋顶系统的方法，其包括将所述板放置于所述金属屋顶元件上。

35.如权利要求34所述的方法，其包括当环境温度低于32°F(0℃)时将所述板放置于所述金属屋顶元件上。

36.如权利要求34所述的方法，其包括当环境温度低于20°F(-7.5℃)时将所述板放置于所述金属屋顶元件上。

37.如权利要求34所述的方法，其中所述放置步骤包括将所述板落放于所述金属屋顶元件上，以使所述板的至少一端下降至少2英尺。

38.如权利要求34所述的方法，其中所述放置步骤包括当环境温度低于32°F(0℃)时通过将所述板落放于所述金属框架元件上以使所述板的至少一端下降至少2英尺而将所述板放置成平放在所述金属框架元件上。

39.如权利要求34所述的方法，其中所述放置步骤包括当环境温度低于32°F(0℃)时通过将所述板落放于所述金属框架元件上以使所述板的至少一端下降3至4英尺而将所述板放置成平放在所述金属框架元件上。