CN105637354A - 墙板的耐火性能预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于在标准测试中预测墙板耐火性能的系统和方法，其包括获取用于测试的墙板样品，以及将样品安装到夹具内，使得样品的一侧暴露于热源。在样品与夹具之间形成空腔，使得样品布置在热源与空腔之间。在空腔内的预定位置处随着时间进行温度测量，监控温度并且利用计算机可读介质将温度记录为一系列温度读数。分析上述系列以确定温度达到预定温度阈值的分度时间。利用计算机可读介质使分度时间与标准测试耐火性能相关联，基于相关性，预测在标准测试过程中墙板的耐火性能。

Description

墙板的耐火性能预测方法

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2013年10月15日提交的的美国非临时专利申请No.14/054,649的受益权，其通过参引方式结合。

背景技术

石膏墙板的耐火极限和/或耐火性一般是可被执行用于各种不同的墙壁结构类型的标准化测试方法。进行一般的测试以确定包括组装到立柱上的石膏板的被动墙壁结构在暴露于标准火灾时损坏所需要的时间。系统的耐火极限可以取决于各种因素，例如用于系统的石膏板的类型和厚度、墙壁结构和/或厚度、用于建造墙壁的立柱的类型、立柱间距、石膏板大小和取向、墙壁空腔中的隔热体的使用、承载墙壁以及其他因素。为了客观地评估墙壁结构的耐火极限，标准测试已被开发用于一些通常所使用的墙壁结构。

最普通的组合是由作为第三方测试和认证机构的保险商实验室公司规定的三测试设计。被标定为U305、U419和U423的这些普通测试测试墙壁组件，该墙壁组件采用木制或金属立柱，用于具有组装在立柱的两侧上的墙板以及具有各种壁厚的墙壁，在此墙壁可以是承重式或可以是非承重式。对于赋予特定板的防火极限，必须在出现破坏之前通过墙板展现最小破坏时间。在本上下文中，破坏涉及由于火灾或过度温度升高引起的墙壁完整性的丧失。当墙板的未暴露表面的平均温度升高至环境温度以上超过121.1℃(250°F)或者测试组件中的任何单独的热电偶升高至环境温度以上超过162.8℃(325°F)时确定为过度温度升高破坏。

石膏由于其优良的耐火极限而被广泛用于住宅和商业房屋建筑。石膏的化学成分是二水硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)。石膏晶体中的两个水分子是化学键合并且其通常被称为″结晶水″。是这两个水分子给予了石膏高耐热性。当达到大约101.7℃(大约215°F)时，由于转变成半水化合物(CaSO₄·1/2H₂O)而使得一个半水分子从一个石膏分子中被馏出。当温度达到121.1℃(250°F)时，由于石膏转变成无水石膏(已知为砂浆)而使得剩余的半个水分子失去。两个反应均是吸热的，这使得通过石膏实现热吸收，因为石膏从二水石膏转变成了无水石膏。综合的热能要求总计为9.828e+004卡路里(390BTU)/1b或906kJ/kg。由于两个反应在样本被加热的同时连续地发生，因此这两个反应中的每一个均在其相应的温度时发生，使得温度迹线具有两个拐点，一个接近121.1℃(250°F)，另一个接近100℃(212°F)。在第二拐点处，曲线的斜率也将由于对于自由水分蒸发的潜热而部分地改变。

结晶水损失处理普通称为煅烧。在完成煅烧之后，通过石膏板的热传递通过传导、对流和辐射变成基本传热过程。在墙板测试组件中，热量首先通过对流、传导和辐射的组合方式从熔炉传递至暴露板的表面。随着暴露墙板的表面温度的升高，整个板的温度梯度增大。如果墙板在火灾期间保持其结构完整性，则其有效地阻止了火焰和热空气的通过。在这种条件期间，主要传热方式是通过板的传导。通过板的传导传热取决于墙板的导热率。在形成于立柱墙壁组件中的两个墙板之间的空腔的内部，热量主要通过对流和传导传递。对流起因于墙壁组件中的两个板之间的空腔内的空气环流。在测试期间还存在墙壁空腔内的热传导。在空腔内的那些未暴露的墙板表面处，即暴露在立柱之间的墙板部分，由于在墙壁的空腔与外部部分之间存在较低的温度梯度，因此热量以较低的速度从空腔侧传递至外部环境侧。

一般通过在ASTM标准的认证耐火测试实验室中执行全尺寸(至少100平方英尺的墙壁面积)耐火测试来获得耐火等级。该测试是费时和耗资的。此外，在新产品开发、生产线末端质量控制测试或类似过程期间，标准测试的规模并非非常适合墙板样本的实验室测试。标准测试方法和系统的这些及其他缺点可以如在本文中提供的那样被克服。

发明内容

在一个方面中，本公开说明了一种用于在标准测试中预测墙板耐火性能的方法。该方法包括将待测试墙板的样品安装到夹具内，使得样品的一侧暴露于热源。在样品与夹具之间形成空腔，使得样品布置在热源与空腔之间。随着时间在空腔内的预定位置处测量和检测温度。利用计算机可读介质记录一系列温度读数并且至少部分地通过随着时间产生一系列温度读数的温度迹线分析一系列温度读数。确定温度在空腔内的预定位置处达到预定温度阈值的分度时间。利用计算机可读介质使分度时间与标准测试耐火性能相关联，基于相关性，预测在标准测试过程中的墙板的耐火性能。

在另一方面中，本公开说明了一种用于测试墙板样品的耐火极限和/或耐火性能的方法。该方法包括跨过具有温度控制的马弗炉的炉腔的开口安装墙板样品，其中，墙板样品的一侧暴露于烘箱温度。在墙板样品与构造成包封炉腔的烘箱门之间形成空腔。随着时间在空腔内的预定位置处测量样品温度。利用计算机可读存储介质关于时间监控和记录样品温度。至少部分地通过产生温度迹线以及通过确定样品温度达到预定温度阈值的分度时间来分析样品温度信息。利用计算机可读介质使分度时间与标准测试耐火性能相关联，基于相关性，预测在标准测试过程中的墙板的耐火性能。

在又一个方面中，本公开说明一种用于生产墙板的方法。该方法包括在生产设施中利用特定批次的石膏浆料建造复合墙板结构，以形成复合墙板结构的芯部部分。提取复合墙板结构的样品。在小规模测试中测试样品，使得能够推断全规模测试中的复合墙板结构的耐火性能。在一个实施例中，通过将样品安装到夹具内使得样品的一侧暴露于热源、在样品与夹具之间形成空腔以及随着时间测量空腔内的预定位置处的温度来执行小规模测试，其中，样品布置在热源与空腔之间。随着时间监控温度，以及利用计算机可读介质记录一系列温度读数。至少部分地通过产生一系列温度读数随着时间的温度迹线以及通过确定温度在空腔内的预定位置处达到预定温度阈值的分度时间来分析一系列温度读数。利用计算机可读介质使分度时间与全规模测试相关联，基于相关性，在全规模测试中预测复合墙板结构的耐火性能。当复合墙板结构的耐火性能被预测在可接受参数范围内时将复合墙板结构发布用于销售给消费者。

附图说明

图1示出根据本公开的墙板的截面图。

图2示出根据本公开的板形成系统的侧视图。

图3示出根据本公开的板形成系统的俯视图。

图4是根据本公开的用于测试样本的典型温度迹线。

图5是示出根据本公开的测试方法之间的相关性的图表。

图6是对于根据本公开测试的已处理和未处理样本的温度迹线。

图7是对于在标准测试中测试的已处理和未处理样本的温度迹线。

图8是对于根据本公开的测试方法的流程图。

具体实施方式

本公开适用于板耐火极限的小规模测试，此如用于实验室调试或用于板制造过程中的质量控制。本公开说明了一种用于预测墙板的全规模标准耐火极限和/或耐火测试的小规模耐火测试的系统和方法。可以执行小规模测试以预测对于研究和质量控制目的的各种板类型的性能。例如，本文中说明的测试系统和/或测试方法可以由制造商使用来测试不同的产品批次，以确保稳定的产品质量以及遵守设计要求，这对于已知测试方法而言是一项不可能或费时耗资的任务。

在一个公开的实施例中，小规模耐火测试装置或测试夹具包括带有温度控制的马弗炉。如本文中所使用的，马弗炉指的是待加热的样品在其中与例如为可燃燃料的热源以及比如为燃烧气体和灰烬的全部其他燃烧产物隔离的熔炉。在本文中所说明的设备中，墙板样品设置在马弗炉内用于测试，使得墙板的一侧暴露于热量。马弗炉包括在墙板样品与隔热表面之间形成空腔的隔热门。热电偶被放置在墙板的与热暴露侧相反的一侧上，计算机可读介质，或换句话说数字数据采集装置，随着时间的过去记录墙板表面温度。

在用于测试墙板的方法中，从在马弗炉中经受测试的墙板样品获得的数据被用于产生温度-时间曲线，对温度-时间曲线进行分析以计算表示全规模耐火测试中的墙板样品的预测耐火极限和/或耐火性的指标。现在将在墙板测试的上下文中更详细地说明这些系统和方法，但应当理解的是所说明的系统和方法适用于预测除本文中说明的墙板之外的其他材料的耐火极限。

图1中示出板节段100的截面图。板节段100可以通过将通常为浆料形式的胶结层104沉积在第一纸层106与第二纸层108之间而制造的板的节段。在图1的示图中，第一纸层106可以是所谓的背面纸层，第二纸层108可以是所谓的正面纸层，但这些层可以相反。当板节段100在使用时，正面纸层108可以布置成向内面向房间内部空间，背面106可以相对于房间向外面向。因此，在正面纸层108可以包括整饰化合物、涂料以及在其上的其他处理时，背面层106一般可以保持裸露。如能够看到的，板节段100是复合结构，但应该理解的是对于例如为吊顶板材的一般不是组合结构的其他板类型来说，可以仅使用背面纸层或可以不使用纸层。

除如前所述的用于板加热和耐火性或耐火极限的全规模标准测试之外，小规模测试可被用于推断板性能。用于确定煅烧时间，即从石膏墙板中驱除自由结晶水所需要的时间的现有小规模测试不适用于大规模测试中预测板耐火性能。这是因为大规模测试包括影响板并且由通过熟石膏墙板的热传导和芯部中的有机物的燃烧引起的传热特性。不适用于预测墙板的大规模测试耐火性能的一个这种已知的小规模测试是所谓的″热隔热″(TI)测试。TI测试最初被开发用于确定通过石膏墙板的热传递速率，并且通过在具有100mm(3.937英寸)直径的两个圆盘板样品之间嵌入热电偶来执行。组装的样品在熔炉中暴露于500℃(932华氏温度)温度下，随着时间监控热电偶读数。通过该信息，通过计算使样品芯部温度从40℃升高至200℃(从104华氏温度升高至392华氏温度)的时间来确定TI指标。

尽管热隔热测试在测量砂浆的纯净度和水化程度中是有用的，但是其不适于在所有情况下预测墙板的耐火极限。在一个实验中，例如，发泡涂层可被以10.89千克-36.74千克(24磅-81磅)/MSF的速度应用到板样品上。热隔热测试表示TI指标随着施用速度的增大而显著地提高，但是当涂有18.14千克(40磅)/MSF的板样品在全尺寸耐火测试中根据用于耐火极限的E119进行测试时，结果显著地低于对照的结果。为了例示，具有发泡涂层的样品在全规模测试中达到阈值温度花费47分钟-48分钟，对于对照样品则花费53分钟-54分钟。

TI测试的缺点在于施加至测试样品的温度。通过计算将样品从40℃(104°F)加热至200℃(392°F)所需的时间来确定热隔热指标。这种测试可以测量煅烧时间，煅烧时间是从石膏墙板驱除自由结晶水所需的时间。在全规模测试中，以及在对照测试中，用于暴露墙壁的完全煅烧的时间在测试的最初25分钟内完成，这意味着在煅烧之后进行通过暴露墙壁的大部分热传递。

热隔热测试的另一个缺点是由于测试的结果可能通过烧毁板的纸层而偏离，由此热隔热测试不能在高温下进行。在一个实验中，例如，即使熔炉被设定在500℃(932°F)，在热隔热测试期间的温度曲线的峰值位于大约871.1℃(大约1600°F)。在熔炉操作或控制系统中没有故障的情况下，确定上升的温度读数由与用于测试的热电偶接触的墙板纸层的燃烧所引起。

本公开的一个值得注意的方面在于基本上热隔热测试不模拟全尺寸耐火测试中的传热过程的实现，这得出热隔热测试不适用于在许多情况下正确地预测墙板的耐火极限的结论。因此，可替代测试系统和方法被设计用于在耐火条件下更好地预测墙板的性能以及用于产品质量控制。

在图2中以截面图示出根据本公开的测试系统200的示意图。测试系统200包括具有外壳204的马弗炉202，外壳204形成炉腔206。炉腔206能够通过门208关闭并且包括位于其中的热源210。热源210可以是任何已知类型的热源，此如燃料点火燃烧器或电阻加热器，热源操作以在炉腔206内产生大致均匀分布的温度分布线。

在图2的视图中，板样品212示出为在测试期间布置在炉腔206内。样品212垂直地安装在炉腔206内，在所示实施例中与门口具有一定偏距，使得在样品212的背面215与门208的面向烘箱的一侧之间形成间隙214。间隔件216在样品212与门208之间彼此以一定距离布置，以模拟在完成的墙壁组件中与墙板间隔开的立柱。尽管间隙214示出为空的，但在可替代的实施例中，间隙214可以填充墙壁隔热材料。此外，金属或木制立柱可以替代间隔件216使用。间隔件可以连接至样品212，并且在某些实施例中，可以与样品212一起承受压力载荷以模拟承重墙。

热电偶218或其他温度传感装置在测试期间紧密地连接至样品的背面215。热电偶218在距离样品212的表面小距离处具有感测末端。在可替代实施例中，发送末端可以接触样品212或位于样品212内。热电偶218被构造成在测试期间感测表面温度或靠近样品212的背面的表面的温度。热电偶218连接至数据获取单元220，数据获取单元220操作为向热电偶218提供电力、接收来自热电偶218的表示样品212的表面温度的信息、记录温度信息以及可选择地或借助于计算机(未示出)绘制随着时间的温度信息或者数字地分析信息。

当进行测试时，马弗炉炉腔206的温度通过适当地控制热源210的强度而随着时间逐渐地升高。在一个实施例中，熔炉温度传感器222布置成测量炉腔206的温度、向加热器控制器224提供表示炉腔温度的信息以及可选择地还向数据获取单元220提供信息。加热器控制器224可以基于由传感器222提供的信息以闭环方式操作，以通过适当地和自动地调节热源210的强度来提供用于炉腔206的预定加热分布图。炉腔206的温度升高还可以可选择地通过数据获取单元220记录，用于建立测试完整性。

在图3的时间曲线图中示出炉腔的样品加热分布图。如能够从曲线图中看到的，在此所需的炉腔温度(°F)沿着纵向轴线绘制，时间(min)沿着水平轴线绘制，炉腔206以对数趋势被逐渐地加热持续测试的大约最初43分钟，从大约204.4℃(大约400°F)的温度加热至大约772.8℃(大约1,423°F)的温度，并且在测试的剩余部分内保持该温度，在所示出的图形中持续大约1小时。因此，在最初的加热周期226上进行测试，然后在标记于图3的图表上的稳定周期228上继续进行。

已确定在测试期间通过样品212的热传递，如由样品的背面215上测量的表面温度确定的热传递，与在全规模耐火测试中通过墙板的预期热传递并存并且表示该预期热传递。实质上，本文中说明的测试确定通过样品的热传递速率。在一个实施例中，板的两侧上获取的温度读数可被用于实时地估算通过板的热传递速度。通过比较不同产品的热传递曲线以及使曲线与其实际耐火测试结果相关联，能够有利地实现对不同产品的耐火极限性能的判断和预测。在图2所示的测试装置中，样品尺寸被选择成具有6.125″x6.625″的尺寸和0.625″的厚度的矩形样品。空腔214的深度为7/8″，热电偶218位于门208的几何中心，在此热电偶218的传感探头从门208的内表面沿样品212的方向凸出大约11/16″。这样，热电偶的末端距离样品的表面3/16″。玻璃棉框架靠着样品放置以用作间隔件216并且将样品保持就位，同时还密封门框以防热漏失。对于半英寸厚的样品而言，0.125″厚的金属框架可以放置在样品的后面，以保持热电偶与样品之间的间隙以及保留剩余的测试设置。马弗炉的控制器224设定为从200℃(392华氏温度)运行至773℃(1423华氏温度)。马弗炉在前端处的实际温度曲线在图3中示出。

因此，在一个实施例中，用于在标准测试中预测墙板耐火性能的方法包括：(a)将待测试墙板的样品安装到夹具内，使得样品的一侧暴露于热源；(b)在样品与夹具之间形成空腔，其中，样品布置在热源与空腔之间；(c)在空腔内的预定位置处随着时间测量温度；(d)随着时间监控温度，并且利用计算机可读介质记录一系列温度读数；(e)至少部分地通过产生随着时间的一系列温度读数的温度迹线以及通过确定温度在空腔内的预定位置处达到预定温度阈值的分度时间来分析一系列温度读数；(f)利用计算机可读介质使分度时间与标准测试的耐火性能相关联；以及(g)基于相关性，预测标准测试中的墙板的耐火性能。

在另一个实施例中，标准测试包括暴露通过利用立柱连接两层墙板构造的样品墙壁组件、将墙壁组件的一侧暴露至热源以及监控墙壁组件的相对侧。

在又一个实施例中，样品具有预定尺寸。

在再一个实施例中，夹具包括具有承受加热的内腔的马弗烘箱以及包封内腔的门，其中，样品安装成使其延伸跨过内腔的开口并且与门开口具有一定偏距，以及其中，当门处于关闭位置中时，空腔沿着偏距限定在样品与门之间。

在另一个实施例中，将样品暴露于热源包括根据预定计划提高热源的强度，以及因此提高热源的温度。

在另一个实施例中，预定计划包括第一阶段，在第一阶段中，热源的温度逐渐地提高预定周期。

在另一个实施例中，空腔内的预定位置与样品的表面邻近而不接触。

在另一个实施例中，墙板是包括由石膏制成的芯部和用纸制成的表面的复合结构，以及其中，预定温度阈值足够高以确保墙板中的有机材料烧尽。

在另一个实施例中，预定阈值温度从大约250℃至大约800℃(大约482°F至大约1472°F)。

在另一个实施例中，样品具有可以在不同墙板产品批次之间变化的物理和化学特性，其中，样品代表特定批次的这些特征，其中，标准测试中的特定耐火性能是所需的墙板设计参数，以及其中，用于测试的方法是用于特定墙板产品批次的生产线终端质量测试的一部分。

在另一个实施例中，一种用于测试墙板样品的耐火极限和/或耐火性能的方法，包括：(a)跨过具有温度控制的马弗炉的炉腔的开口安装墙板样品，其中，墙板样品的一侧暴露于烘箱温度；(b)在墙板样品与构造成包封炉腔的烘箱门之间形成空腔；(c)在空腔内的预定位置处随着时间测量样品温度；(d)利用计算机可读存储介质关于时间监控和记录样品温度；(e)至少部分地通过产生温度迹线以及通过确定样品温度达到预定温度阈值的分度时间来分析样品温度信息；(f)利用计算机可读介质使分度时间与标准测试的耐火性能相关联；以及(g)基于相关性，预测标准测试中的墙板的耐火性能。

在另一个实施例中，标准测试包括暴露通过利用立柱连接两层墙板构造的样品墙壁组件、将墙壁组件的一侧暴露至焰源以及监控墙壁组件的相对侧。

在另一个实施例中，空腔内的预定位置对应于样品的几何中心。

在另一个实施例中，根据预定计划提高烘箱温度。

在另一个实施例中，预定计划包括第一阶段，在第一阶段中，烘箱温度逐渐地提高预定周期。

在另一个实施例中，空腔内的预定位置与样品的至少部分地限定空腔的表面邻近。

在另一个实施例中，墙板样品是包括由石膏制成的芯部和用纸制成的表面的复合结构，以及其中，预定温度阈值足够高以确保墙板中的有机材料烧尽。

在另一个实施例中，预定阈值温度从大约250℃至大约800℃(大约482°F至大约1472°F)。

在另一个实施例中，样品具有可以在不同墙板产品批次之间变化的物理和化学特性，其中，样品代表特定批次的这些特征，其中，标准测试中的特定耐火性能是所需的墙板设计参数，以及其中，用于测试的方法是用于特定墙板产品批次的生产线终端质量测试的一部分。

在另一个实施例中，一种用于生产墙板的方法，包括：(a)在生产设施中利用特定批次的石膏浆料建造复合墙板结构，以形成复合墙板结构的芯部部分；(b)提取复合材墙板结构的样品；(c)在小规模测试中测试样品，以便能够推断全规模测试中的复合墙板结构的耐火性能，所述测试通过以下步骤执行：(i)将样品安装到夹具内，使得样品的一侧暴露于热源；在样品与夹具之间形成空腔，其中，样品布置在热源与空腔之间；(ii)在空腔内的预定位置处随着时间测量温度；(iii)随着时间监控温度，并且利用计算机可读介质记录一系列温度读数；(iv)至少部分地通过产生一系列温度读数随着时间的温度迹线以及通过确定温度在空腔内的预定位置处达到预定温度阈值的分度时间来分析一系列温度读数；(v)利用计算机可读介质使分度时间与全规模测试相关联；(vi)基于相关性，预测全规模测试中的复合墙板结构的耐火性能；以及(vii)当复合墙板结构的耐火性能被预测在可接受参数范围内时将复合墙板结构发布用于销售给消费者。

应该注意到，上述仅是实施例的例子。从本文中说明书的整体明显地看出其他示例性实施例。本领域技术人员还将理解的是这些实施例中的每一个均可与本文中提供的其他实施例用于各种组合中。

以下例子进一步说明本发明，但是当然不应被理解为以任何方式限制其范围。将论述三个示例性测试结果，以说明测试系统200在预测全规模测试中的墙板样品的耐火性能时的有效性。

示例1

在该第一示例中，设法确定测试结果的可重复性。如已知的，良好的可重复性是新的测试方法对于用于科学研究或质量控制可被接受的前提。对于该工程来说，需要优良的可重复性来检测由组成和结构引起的小的温度变化。在改进新的小规模耐火测试的可重复性的处理中，发现热电偶例如热电偶218(图2)的位置对于降低测试结果中的温度分布线变化率是重要的。参照图2中所示的测试布置，确定从门208至样品212的表面215的显著的温度梯度在10℃-26.67℃(50°F-80°F)的范围内存在于空腔214内。如果热电偶218的位置不固定，则将由于该温度梯度导致测量值的易变性。

为了最好地测量样品的特性以及减小通过空腔214的热传递的影响，热电偶218的感测末端被放置成靠近样品的表面215但不进入其内。试验样品的测量值表示小规模耐火测试具有优良的可重复性。

从图2所示的测试装置获得的用于四个不同样品的一组数据在图4的图形中以图表形式示出。在该图形中，时间沿着水平轴线以小时：分钟：第二格式绘制，用度F表示的温度沿着纵向轴线绘制。对于每个样品，通过热电偶218(图2)获得温度，烘箱202在相同的条件下运转。如能够在图形中看到的，四个温度迹线中的每一个均基本重叠或者相对于所获得的更高的温度读数在彼此±2％的范围内。四个测试样品包括取自不同产品批次的墙板件。每个样品的特性和尺寸被测量并且与对于如图4所示的样品的相应的温度迹线的识别一起提供于以下表1中。

表1

四个样品的测试表示小规模耐火测试系统200(图2)具有优良的可重复性。

示例2

对于第二示例，定量地表征测试样品的在本文中被称为耐火极限指标(FEI)的预期或预测的耐火性能的与时间相关的参数通过考虑温度迹线来确定。FEI被用于在根据ASTME119的全规模耐火测试情况下预测每个相应的测试样品的耐火极限。FEI被定义为在小规模耐火测试中在测试样品的后侧处达到315.6℃(600°F)所需的时间。315.6℃(600°F)的温度是任意的并且对于不同的目的可以变化。例如，预定阈值温度可以从大约250℃至大约800℃(大约482°F至大约1472°F)。在当前公开的实施例中，选择315.6℃(600°F)的阈值温度是因为其足够高温以确保存在于墙板的芯部中的大多数可燃物质将充分地燃尽，使得通过板传递最大量的热。还在该温度时，跨过全规模耐火测试组件的墙壁组件内的墙壁空腔的任何温度梯度将被最大化。至少从这些方面看，选择使测试样品212(图2)的后表面达到大约315.6℃(600°F)所需的时间作为样品的耐火性能的典型指标。

在图5中示出用于四个不同样品的FEI与根据U419标准测试进行的全规模耐火测试之间的相关性，通过利用根据本公开的小规模耐火测试确定用于四个不同样品的FEI。在该附图中，标记为A、B、C和D的四个点相对于两个轴线绘制。以分钟表示的FEI沿着水平轴线绘制，用于每个样品的U419耐火极限沿着纵向轴线绘制。因此，每个点表示四个样品中的每一个的FEI和U419耐火极限两者。直线E在四个点之间拟合。线E具有拟合特性R²＝0.9565，这表示良好的拟合，以及因此，对于每个样品确定的FEI与相应的U419耐火极限之间的良好的相关性。以相同的方式，可以对其他类型的标准测试确定相关性，此如对于U305和U423测试。

示例3

在该第三实验中，板上的耐火处理的作用以及基于利用本文中说明的小规模测试确定的FEI的全规模测试结果的可预测性被确定和证实。因此，在具有0.617英寸的厚度、762.5千克(1681磅)/1000英尺²的基本重量和14.84千克(32.72磅)/英尺³的密度的生产线上生产对照样品。从对照样品的4英尺x10英尺的板上切割测量为6.625英寸x6.125英寸的两个样品件。两个样品件之一经受耐火处理以降低其传热速度，并且被调节至少24小时。然后在系统200(图2)中测试已处理和未处理的样品件，以利用在本文中说明的小规模耐火测试确定其相应的FEI。图6中示出用于两个样品中的每一个的温度迹线，在此沿着水平轴线绘制时间，沿着纵向轴线绘制每个样品的背面的温度。在图6的图表中，实线302表示用于未处理样品的温度迹线，虚线304表示用于已处理样品的温度迹线，″FEI″线从315.6℃(600°F)的温度水平地延伸以表示用于两个样品的FEI指标。

如能够从图6的图形中计算出的，对于未处理样品件，即，对照样品，FEI是48.0分钟，对于已处理样品件FEI是52.0分钟。基于小规模测试，由于施加的处理，预测耐火极限具有4分钟的改进。利用试验板的全规模U419测试也被执行以证实4分钟改进的预测。对于全规模测试，试验墙板在与先前制造对照样品相同的生产设备并利用与用于小规模耐火测试的相同板配方制造。用于全规模测试的样品板被测量并确定具有0.620英寸的板厚度、781.5千克(1723磅)/1000英尺²的基本重量和15.13千克(33.35磅)/英尺³的密度。一些样品板经受耐火处理并且以与用于小规模测试的样品相同的方式调节24小时。已处理和未处理板两者然后均通过设计用于U419测试的适当的组件经受标准全尺寸耐火测试。在图7中示出利用已处理和未处理板样品的全规模U419耐火测试的耐火极限结果，在此测试时间相对于水平轴线绘制，样品的未暴露表面的温度沿着纵向轴线绘制。

在图7中，虚线曲线306表示未处理样品的温度迹线，实线曲线308表示已处理样品的温度迹线。如前所述，用于U419测试的耐火极限是对于板的未暴露表面达到环境温度以上121.1℃(250°F)的时间。基于测试条件，确定对照板(曲线306)具有49分53秒的耐火极限，同时已处理板(曲线308)具有53分16秒的耐火极限。换句话说，该处理看上去将板的耐久性增加了大约3分23秒。这例子中的耐火测试结果确认小规模耐火测试在绝对值以及已处理与未处理样品之间的差值两方面更有效。

一般地，本公开适用于以小规模测试比如为墙板的建筑材料的耐火极限和/或耐火性。在全规模测试中，利用两个表层和建筑材料的支承层组装预定尺寸的墙壁组件。这些墙壁组件暴露于火源以确定建筑材料的耐火性和/或耐火极限。这些标准测试过程的时间和费用使其不适合用于由建筑材料制造商进行常规使用，此如墙板制造商用于质量控制和在制造环境中的定期测试。此外，现有小规模测试不能产生支持与标准测试结果的相关性的结果。

本公开涉及一种小规模耐火测试系统和产生可再现结果的方法，可再现结果有利地与由标准测试技术产生的结果具有强相关性，但为那些标准测试所需成本和时间的小部分。这样，小规模测试可被用于快速和成本有效地执行用于研究目的的测试，例如当开发新的建筑材料耐火技术时，小规模测试还可被用于执行制成品的定期测试，以确保稳定的特性和性能，这在以前是不可能的。

图8中示出对于根据本公开的测试方法的流程图。将在墙板测试的上下文中论述所说明的作为示例性实施例的测试方法，但应当理解的是该方法适用于此如为水泥板、吊顶板材和其他建筑产品的其他产品的测试。根据该方法，在402获得具有预定尺寸的待测试样品。在404，样品以与包封烘箱腔室的烘箱门间隔关系的方式安装到烘箱腔室内，使得在样品的背面与烘箱门之间限定空腔。在一个实施例中，间隔件布置在样品与门之间以围绕样品密封烘箱腔室。在406，烘箱操作以加热样品的前面。在加热样品的前面期间，热将通过样品传导以提高样品的背面的温度。在一个实施例中，根据预定加热分布图加热烘箱腔室，预定加热分布图对于第一阶段逐渐升高，然后在第二阶段大致保持恒定。

在408，尽管样品与烘箱门之间的空腔中的任何温度梯度，在空腔内的预定位置处感测温度。在410，将感测温度提供至数据获取单元，在此相对于时间记录感测温度。在412分析温度信息以确定感测温度达到预定阈值所需的时间。在一个实施例中，预定温度是315.6℃(600°F)。在测试过程中，在414做出是否已达到预定阈值温度的判定。在温度处于阈值温度以下时，加热过程继续，温度信息被连续地收集和分析。当已经达到或超过预定温度时，记录直到达到预定温度时的时间，例如作为所谓的耐火极限指标(FEI)，随着完成而使测试终止。

对于典型成分和厚度的墙板样品，如建筑业所使用的，对于样品达到预定温度的一般时间可以在从45分钟至60分钟或更长的任何范围内，这意味着本文中说明的包括样品和过度制备的小规模测试可以在少于四小时内完成。这意味着单个技术人员可以在单个班次中执行大约两个至三个完整的测试，这使得该测试适用于作为用于墙板生产工厂的生产线末端质量控制测试的制造环境。具体地，所预期的是本文中说明的小规模测试可以在墙板生产工厂中定期使用来测试所生产的每个批次的墙板，以关于耐火极限和/或耐火性确保稳定的特性。

如已知的，墙板制造过程包括多个步骤。大多数市场上可买到的石膏板(顶棚镶板或墙板)是由石膏芯和位于板的每一侧上的护板制成的组合结构。芯部通常包括石膏和浆粉粘和剂。护板可以是纤维素纸或纤维玻璃毡片。当板被建造成墙壁时侧面可见的板的正面侧上的纸具有适用于涂装或其他精整的光滑纹理。板的背侧上的纸，即板的连接至立柱或其他建筑结构的侧面，可以具有更粗糙的纹理。板的正面侧上的纸与板的背侧上的纸的不同可以在于其在其表面上具有白色衬里。

在形成石膏板期间，通过以预定比率混合水与砂浆(熟石膏)、浆粉、促凝剂和/或其他添加剂制备浆料。连续纸幅或玻璃纤维毡设置在输送器上，作为第一护板。浆料沉积在纸幅上并且以预定厚度扩展纸幅的整个宽度，以形成板的芯部。第二护板设置在湿浆料的顶部上，以形成所谓的″封壳″。随着板沿着输送器行进，砂浆逐渐地水合，并且″封壳″中的浆料硬化。至少部分地硬化的浆料与纸面饰一起被切割成具有所需尺寸的板，并且被承载至用于干燥的干燥炉内。

在干燥炉中，湿板被干燥至所需的自由含水量水平。所产生的板还可以被处理成不同的尺寸。石膏板的一般厚度是1.27厘米(1/2英寸)和1.587厘米(5/8英寸)，但可以在从0.635厘米(1/4英寸)到2.54厘米(1英寸)的范围内。可以预期的是在干燥炉干燥以及可选择地间歇周期之后，板样品可被切割并且利用本文中说明的作为控制所制造板的耐火极限和/或耐火性的特性的一部分的小规模测试进行测试。

将能理解的是上述说明书提供了所公开的系统和技术的示例。然而，可以预期的是本公开的其他实施方式可以在细节上与上述示例不同。对本公开及其示例的全部引用旨在对在该点上对所讨论的具体示例进行参照，并非暗示对本公开的范围进行更一般地任何限制。关于某些特征的全部不同的和不相称的语言旨在表示没有优选这些特征，而非从本公开的范围内完全排除这些特征，除非另有说明。

本文中对值的范围的列举仅旨在作为对落在范围内的每个单独值的独立引用的简写方法，除非文中另有说明，每个单独值被结合在说明书中如同其在本文中被单独地记载。本文中说明的全部方法以任何适当的顺序执行，除非本文中另有说明或者上下文中明确地相反。

术语″一个″、″一种″、″该″、″至少一个″以及说明本发明的上下文中的类似参照(特别是在下述权利要求的上下文中)的使用被解释为覆盖单数和复数，除非本文中另作说明或者通过上下文清楚地反对。其后有一列一个或更多个项目(例如，″A和B中的至少一个″)的术语″至少一个″的使用被解释为指代从所列项目(A或B)中选择的一个项目或者两个或更多个所列项目(A和B)的任何组合，除非本文中另有说明或上下文中清楚地反对。

因此，本公开包括由使用法律允许的随附权利要求书中记载的主题的全部变型和等同方案。此外，本公开包括上述要素的所有可能的变型的任何组合，除非本文中另有说明或者上下文清楚地反对。

Claims (10)

1.一种用于在标准测试中预测墙板耐火性能的方法，包括：

将待测试的墙板(212)的样品安装到夹具(200)内，使得所述样品的一侧暴露于热源(210)；

在所述样品与所述夹具之间形成空腔(214)，其中，所述样品布置在所述热源与所述空腔之间；

随着时间测量在所述空腔(218)内的预定位置处的温度；

随着时间监控温度，并且利用计算机可读介质(220)记录一系列温度读数；

至少部分地通过随着时间产生一系列温度读数的温度迹线以及通过确定温度在空腔内的预定位置处达到预定温度阈值的分度时间来分析一系列温度读数；

利用所述计算机可读介质使分度时间与标准测试的耐火性能相关联；以及

基于相关性，预测标准测试中的墙板的耐火性能。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述标准测试包括暴露通过利用立柱连接两层墙板构造的样品墙壁组件、将所述墙壁组件的一侧暴露至热源以及监控所述墙壁组件的相对侧。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法被执行用于测试墙板样品的耐火极限和/或耐火性能，所述方法还包括基于所述相关性确定所述墙板的耐火极限。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述夹具包括具有承受加热的内腔(206)的马弗烘箱以及包封所述内腔的门(208)，其中，所述样品安装成使其延伸跨过所述内腔的开口并且与门开口具有一定偏距，以及其中，当所述门处于关闭位置中时，所述空腔沿着所述偏距限定在所述样品与所述门之间。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述样品暴露于热源包括根据预定计划提高所述热源的强度，以及因此提高所述热源的温度。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述预定计划包括第一阶段，在第一阶段中，所述热源的温度逐渐地提高预定时间。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述空腔内的预定位置与所述样品的表面邻近而不接触。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述墙板是包括由石膏制成的芯部和用纸制成的表面的复合结构，以及其中，所述预定温度阈值足够高以确保所述墙板中的有机材料烧尽。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定阈值温度从大约250℃至大约800℃(大约482°F至大约1472°F)。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述样品具有在不同墙板产品批次之间变化的物理和化学特性，其中，所述样品代表特定批次的一些特征，其中，标准测试中的特定耐火性能是所需的墙板设计参数，以及其中，用于测试的方法是用于特定墙板产品批次的生产线终端质量测试的一部分。