JP2007509021A - 小さい孔径を有する強固な高密度発泡ガラスタイル - Google Patents

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Abstract

外部及び内部両方の建物壁のファサードとして使用可能な、小さい孔径を有する強固な高密度発泡ガラスタイル。本発明の発泡ガラスタイルは、十分に強固であるので建物の構造部材としても使用され得る。発泡ガラスタイルは、非常に強固であり、且つ６，０００ｐｓｉ（ポンド／平方インチ）（４２１．７６ｋｇ／ｃｍ２）以上、より詳細には８，０００ポンド／平方インチ（５６２．３４ｋｇ／ｃｍ２）以上、更により詳細には１０，０００ポンド／平方インチ（７０２．９３ｋｇ／ｃｍ２）以上、更により詳細には１２，０００ポンド／平方インチ（８４３．５１ｋｇ／ｃｍ２）以上、更により詳細には１４，０００ポンド／平方インチ（９８４．１０ｋｇ／ｃｍ２）以上の圧縮強度を有する。これらの発泡ガラスタイルは、爆発からのより多くのエネルギーを吸収し、より大きな熱負荷及び風圧、並びに他の機械的な力に耐えるであろう。本発明のタイルは、１．０ｍｍ以下、好ましくは０．７ｍｍ以下、より好ましくは０．６ｍｍ以下、更により好ましくは０．５ｍｍ以下、更により好ましくは０．４ｍｍ以下、更により好ましくは０．３ｍｍ以下の平均孔径を有することができる。本発明の発泡ガラスタイルの密度は、商業的に推奨される密度である９．５ポンド／立方フィート（１５２．１８ｋｇ／ｍ３）から、３０〜１００ポンド／立方フィート（４８０．５５〜１６０１．８５ｋｇ／ｍ３）のより高い密度まで、より詳細には４０ポンド／立方フィート（６４０．７４ｋｇ／ｍ３）より高い、更により詳細には５０ポンド／立方フィート（８００．７６ｋｇ／ｍ３）より高い、更により詳細には６０ポンド／立方フィート（９６１．１１ｋｇ／ｍ３）より高い密度を有するように増大される。本発明の発泡ガラスタイルの重量は、１０ポンド（４．５４ｋｇ）を超え、より詳細には２０ポンド（９．０８ｋｇ）を超え、更により詳細には３０ポンド（１３．６１ｋｇ）を超え、より詳細には３５ポンド（１５．８８ｋｇ）以上、更により詳細には４０ポンド（１８．１４ｋｇ）以上、更により詳細には５０ポンド（２２．６８ｋｇ）以上、更により詳細には６５ポンド（２９．４８ｋｇ）以上、更により詳細には１００ポンド（４５．３６ｋｇ）以上である。また、本発明のタイルは密閉気孔構造を有することができる。

Description

［発明の分野］
本発明は、一般に、建築構造物において使用される建築材料に関する。より詳細には、本発明は、建物の内部及び外部両方のファサード(facade)に使用される、小さい孔径を有する強固な高密度発泡ガラスタイルに関する。更により詳細には、本発明は、建物の内部及び外部ファサードに使用され、かかる建物が爆発に対してより耐性となるようにし得る、小さい孔径を有する高密度発泡ガラスタイルに関する。
［発明の背景］
過去数十年の間、米国内外の両方で、米国及び他の国々が所有する政府の建物に対して多数のテロリスト攻撃が行われている。例えば、１９９３年に、テロリストはニューヨーク市にある世界貿易センターのガレージ内で自動車爆弾を爆発させ、人命が失われると共に、かなりの物的損害が生じた。その後、１９９５年には、オクラホマ州オクラホマ市にある連邦ビルの外側で他の過激派がトラックを爆発させ、この場合も、多大な人命が失われると共に、物的損害が生じた。１９９８年には、ナイロビ及びダルエスサラームの米国大使館も自動車爆弾によるテロリスト攻撃を受け、それぞれ、多大な人命が失われると共に、物的損害が生じた。ごく最近では、ニューヨーク市の世界貿易センター及びバージニア州のペンタゴンでの悲劇的な事件によって、自動車爆弾の爆発及び他の同様のテロリスト攻撃からの衝撃波に耐え得る建築材料の開発及び製造に対する長い間の切実な必要性が更に重視されるようになった。
伝統的に、建物、工業及び住居地域、政府及び民間部門等の内部及び外部のタイル張りは、天然及び人工の建設材料から一般にできており、最もよく用いられる材料は、セメント、大理石及び御影石、並びに各種のセラミックタイルである。使用される建設材料は、装飾性を有することに加えて、機能的でなければならず、次の特性：長期耐久性、耐候性効果、耐腐食性、化学薬品に対する不活性挙動、断熱性、耐磨耗性を示し、且つ同時に、製造コスト及び設置コストの両方においても経済的でなければならない。
建設材料として発泡ガラスを使用する概念は、当該従来技術においてよく知られている。一般に、このような発泡ガラスは高温断熱材として使用されており、したがって、その密度及び重量を最小限にする努力が成されており、予期しない爆発による衝撃波から十分なエネルギーを吸収するのに、又は地震並びに／若しくは風圧及び熱負荷に耐えるのには適さない。この長年にわたる問題に関するこのような従来の発泡ガラスの欠点について、ここで説明する。
例えば、ペンシルベニア州ピッツバーグのピッツバーグコーニングコーポレイション（Pittsburgh Corning Corporation 「ＰＣＣ」）)は、ＦｏａｍＧｌａｓ（登録商標）絶縁系として知られる製品を開発及び市販している。これは、米国特許第３，９５９，５４１号、同第４，１１９，４２２号、同第４，１９８，２２４号、同第４，５７１，３２１号及び同第４，６２３，５８５号に記載されている。これらの開発の焦点は、発泡絶縁材の製造に向けられているので、ＰＣＣにより市販されるＦｏａｍＧｌａｓ（登録商標）絶縁系タイルは、比較的軽く、９．５ポンド／立方フィート（１５２．１８ｋｇ／ｍ３）の重さである。更に、このタイルの目的は、断熱材として使用されることなので、表面強度が不足しており、非常に簡単に窪ませられ得る。ＦｏａｍＧｌａｓ（登録商標）絶縁系タイルは、比較的低密度、例えば、９．５ポンド／立方フィート（１５２．１８ｋｇ／ｍ３）であるので、このようなタイルは、建物又は他の構造物の外壁に典型的に行使される力が加えられると、容易に破損されるであろう。したがって、このようなタイルは、外壁のタイル張りとして使用するのに適さない。同様に、この発泡体は、爆発による衝撃波に曝されると、内破する際に衝撃波のエネルギーをほとんど吸収しない。衝撃波は、爆発に伴う尺度であり、爆発の結果として生じる圧力波(pressure front)であることが、当業者によって容易に理解される。
また、建物の外側表皮面として発泡ガラスタイルを使用することは、他にも試みられている。例えば、米国特許第５，０６９，９６０号は、硬い表皮を作製するために外側表面で被覆して、建物の外側を保護する断熱発泡ガラスタイルを開示している。開示されたタイルは、極めて小さいサイズ、すなわち１８ｃｍ×１８ｃｍ×６ｃｍで製造され、材料の大部分を構成する内部発泡材料は、典型的に低密度である。意味深いことに、開示された材料の強度が爆発からの十分なエネルギーを吸収できるという指摘はなく、実際、開示されたタイルの大きさは、かかるエネルギーを吸収するには理論上適さないであろう。更に、小さい径の孔を使用しているという記述もない。
本発明者等及び他の研究者等によるこれまでの研究は、米国特許第４，４３０，１０８号に記載されるように、建築材料のために使用し得る広範囲の様々な密度の発泡ガラスタイルの製造方法を開発してきた。開示された技術及び方法は、４．２５インチ×４．２５インチ×０．２５インチ（０．１０８０ｍ×０．１０８０ｍ×０．００６４ｍ）の、その当時の標準サイズのタイルを製造するには有用であったが、この開示は、大きいサイズ、例えば、２フィート×２フィート×３インチ（０．６０９６ｍ×０．６０９６ｍ×０．０７６２ｍ）のタイルを製造する方法を教示していない。同様に、これらの方法で製造されたタイルは、比較的軽く、例えば、１０ポンド（４．５４ｋｇ）未満であり、爆発の影響に耐えるように製造されなかった。反対に、これらの方法では、材料の断熱性を最適化することが探求され、したがって、より小型、より軽量、且つより脆弱なタイルが製造された。
幾分大型の多孔質成形体を製造する試みにおいて、更にその他の研究も行われているが、これらは、本発明よりも限界寸法が小さく、密度も低く、爆発又は地震に関連して本体に衝突するかなりの量の衝撃波を吸収するのに適さない。例えば、米国特許第５，１５１，２２８号は、大型の気泡セラミック(cellular ceramic)構造要素、例えば、低重量の高層の高壁要素（multi-story high wall element）を製造するために、膨潤によって密度が低い大型多孔質成形体を製造する方法を記載する。この例では、密度２６ポンド／立方フィート（４１６．４８ｋｇ／ｍ３）及び質量６０ポンド（２７．２２ｋｇ）を有する８．２フィート×１．６４フィート×２インチ（２．４９９４ｍ×０．４９９９ｍ×０．０５０８ｍ）のタイルを開示している。また、断熱性を最適化するために、低密度を得ることを教示している。したがって、この発泡体は、爆発若しくは地震による衝撃波、熱負荷若しくは風圧、又はあらゆる種類の圧力に曝されても、内破する際に衝撃波のエネルギーをほとんど吸収しないであろう。
更に、他にも、例えば、セントラル硝子株式会社（Central Glass Co. Ltd., (Ube Japan)）は、米国特許第４，７９８，７５８号に開示されるような、０．３〜０．６ｇ／ｃｍ３（すなわち、１８．７〜３７．４ポンド／立方フィート）の範囲の密度を用いる発泡ガラスを製造することを試みている。’７５８特許は、より強固な発泡ガラスを製造するために、０．８〜１．７ｇ／ｃｍ３の範囲の密度及び１．５〜２０ｍｍの厚みを有する外層を加えることを示唆している。示された例において、３０ポンド（１３．６１ｋｇ）の重量を超える試料は全て、切削性(cutability)及び耐衝撃性の観点から許容し難く、その表面はかなり破損し、且つ亀裂が生じる場合があるという他の原因もあることがわかった。従って、かかる試料は、密閉気孔表面を提供しない。更に、米国特許第４，８３３，０１５号、セントラル硝子株式会社による、より最近の特許は、’７５８特許に記載されたタイルの表面に垂直な引張強度が非常に小さい、すなわち１５０ポンド／平方インチ（１０．５４ｋｇ／ｃｍ２）未満であることを示唆しており、よってそのタイルは本発明の目的に適さない。’０１５特許に記載されるように、第３の層を設けて製品の強度を改良した後でさえ、得られる最大の引張強度は、２００ポンド／平方インチ（１４．０６ｋｇ／ｃｍ２）未満であり、かかる製品は本発明の目的に適さない。
セントラル硝子株式会社による他の試みとしては、米国特許第４，９９２，３２１号等で、より高密度のガラスタイルを製造しようとするものがある。しかしながら、これらのタイルは密閉気孔構造であるとは考えられず、且つこれらの強度に関する記述はない。実際に、充填材料は、報告データは無いが、強度を高める試みで使用される。更にまた、開示されたタイルは非常に薄く、３３ｍｍ（すなわち１．３インチ）であった。
更に他にも、より小さい孔径を有する発泡ガラスタイルを製造することが試みられている。例えば、米国特許第５，５１６，３５１号において、孔径と熱抵抗率との関係が示されており、最良の孔径は常に１．０ｍｍより大きい。同様に、密度は常に１２ポンド／立方フィート（１９２．１８ｋｇ／ｍ３）未満である。小さい孔径及びより大きな密度を利用する他の試み、例えば、米国特許第３，９５１，６３２号及び同第４，７５８，５３８号は、同程度の強度を達成することができず、本発明により開示されるような密閉気孔の外側表皮の達成を開示していない。
上記で議論した従来技術とは異なり、本発明のタイルは、かかるタイルが大きな爆発に伴う衝撃波に耐えるための理想的な特性を有するように、又は耐震性のある建物若しくは他の構造物を製造するように、種々の材料で設計及び構成される。
したがって、従来技術は興味深いが、従来技術の既知の方法及び装置は、本発明が克服しようとする幾つかの制限を与える。特に、本発明の目的は、建築材料として使用可能な、小さい平均孔径を有する強固な高密度発泡ガラスタイルを提供することである。
本発明のもう１つの目的は、商業的に推奨される密度である９．５ポンド／立方フィート（１５２．１８ｋｇ／ｍ３）から、３０〜１００ポンド／立方フィート（４８０．５５〜１６０１．８５ｋｇ／ｍ３）、より詳細には４０ポンド／立方フィート（６４０．７４ｋｇ／ｍ３）より高い、更により詳細には６０ポンド／立方フィート（９６１．１１ｋｇ／ｍ３）より高い密度を有するように増大させることである。
本発明の別の目的は、１０ｍｍ以下、より好ましくは０．６ｍｍ以下、更により好ましくは０．４ｍｍ以下、更により好ましくは０．３ｍｍ以下の平均孔径を有する発泡ガラスタイルを製造することである。
本発明の更なる目的は、３０ポンド（１３．６１ｋｇ）を超える、より詳細には６５ポンド（２９．４８ｋｇ）を超える、更により詳細には１００ポンド（４５．３６ｋｇ）を超えるように発泡ガラスタイルの重量を増大させることである。
本発明の更なる目的は、セメント、鋼鉄又は他の建築材料と組み合わせて、テロリスト攻撃の危険性の高い建物の重要表面において使用し得る強固な高密度発泡ガラスタイルを提供することである。
また、本発明の目的は、典型的な建物の表面に使用することができ、且つ爆破エネルギーを有する衝撃波に曝されたときに、タイルがその爆破エネルギーのかなりの部分を吸収し得る剛構造を有するという利点のあるガラス発泡タイルを提供することである。また、かかるタイルは、地震、並びに／又は風圧及び熱負荷に対してより耐性であるという利点も有する。
これらの目的及びその他の目的は、上記の説明から明らかになるであろう。
［発明の概要］
本発明の上記及び関連の目的は、外部及び内部両方の建物壁のファサードとして使用可能な、小さい孔径を有する強固な高密度発泡ガラスタイルの形態で得られることが、今や見出された。本発明の発泡ガラスタイルは十分に強固であるので、建物の構造部材としても使用され得る。また、本発明のタイルは、密閉気孔構造を有することが可能である。また、発泡ガラスタイルは、他の材料と共に使用してパネル又は複合体を形成し得る。本発明は、セメント、鋼鉄又は他の建築材料と組み合わせて、テロリスト攻撃の危険性が高い建物の重要表面に使用されてもよい。また、本発明は、単独又は他の材料と組み合わせて典型的な建物の表面に使用されてもよい。本発明は、爆発により生じる衝撃波のかなりの部分を吸収するという利点を有する。また、本発明は、地震、並びに／又は風圧及び熱負荷に対してより耐性であるという利点も有する。ガラス発泡体、発泡ガラス、セラミック発泡体及び発泡セラミックという用語は、本発明において互いに交換可能であることに留意しなければならない。
本発明の１つの実施の形態は、少なくとも１つの面に密閉気孔の外側表皮を含み、小さい平均孔径、大きな密度及び高い圧縮強度を有する発泡ガラスタイルである。発泡ガラスタイルは、非常に強固であり、且つ６，０００ｐｓｉ（ポンド／平方インチ）（４２１．７６ｋｇ／ｃｍ２）以上、より詳細には８，０００ポンド／平方インチ（５６２．３４ｋｇ／ｃｍ２）以上、更により詳細には１０，０００ポンド／平方インチ（７０２．９３ｋｇ／ｃｍ２）以上、更により詳細には１２，０００ポンド／平方インチ（８４３．５１ｋｇ／ｃｍ２）以上、更により詳細には１４，０００ポンド／平方インチ（９８４．１０ｋｇ／ｃｍ２）以上の圧縮強度を有する。これらの発泡ガラスタイルは、爆発からのより多くのエネルギーを吸収し、より大きな熱負荷及び風圧、並びに他の機械的な力に耐えるであろう。密閉気孔の外側表皮は、自然に又は１つ以上の第２のガラス表面を結合することによるかのいずれかにより形成されてもよい。密閉気孔の外側表皮は、様々な色及び質感のバリエーションを有することができ、建物又は他の構造物の外部又は内部ファサードとしての使用にタイルを適合させることを可能にするであろう。本発明のタイルは、１．０ｍｍ以下、好ましくは０．７ｍｍ以下、より好ましくは０．６ｍｍ以下、更により好ましくは０．５ｍｍ以下、更により好ましくは０．４ｍｍ以下、更により好ましくは０．３ｍｍ以下の平均孔径を有してもよい。本発明の発泡ガラスタイルの密度は、商業的に推奨される密度である９．５ポンド／立方フィート（１５２．１８ｋｇ／ｍ３）から、３０〜１００ポンド／立方フィート（４８０．５５〜１６０１．８５ｋｇ／ｍ３）の間のより高い密度まで、より詳細には４０ポンド／立方フィート（６４０．７４ｋｇ／ｍ３）より高い、更により詳細には５０ポンド／立方フィート（８００．７６ｋｇ／ｍ３）より高い、更により詳細には６０ポンド／立方フィート（９６１．１１ｋｇ／ｍ３）より高い密度まで増大される。本発明の発泡ガラスタイルの重量は、３０ポンド（１３．６１ｋｇ）を超え、より詳細には３５ポンド（１５．８８ｋｇ）以上、更により詳細には４０ポンド（１８．１４ｋｇ）以上、更により詳細には５０ポンド（２２．６８ｋｇ）以上、更により詳細には６５ポンド（２９．４８ｋｇ）以上、更により詳細には１００ポンド（４５．３６ｋｇ）以上である。
本発明の強固な高密度発泡ガラスタイルは、内部及び外部の建築の表面用の建築材料として使用でき、より小さいタイルよりも少ない(less)継ぎ目を有し、１フィート×１フィート（０．３０４８ｍ×０．３０４８ｍ）以上の表面積、より詳細には２フィート×２フィート（０．６０９６ｍ×０．６０９６ｍ）以上の表面積、更により詳細には４フィート×４フィート（１．２１９２ｍ×１．２１９２ｍ）以上の表面積を有する。より詳細には、かかるタイルは、少なくとも２インチ（０．０５０８ｍ）、より詳細には少なくとも３インチ（０．０７６２ｍ）、更により詳細には少なくとも４インチ（０．１０１６ｍ）の厚みを有することができる。
本発明の別の実施の形態は、少なくとも１つの面に密閉気孔の外側表皮を含む発泡ガラスタイルであり、このタイルは、１．０ｍｍ以下の平均孔径、１０ポンド（４．５４ｋｇ）以上の重量及び６，０００ポンド／平方インチ（４２１．７６ｋｇ／ｃｍ２）以上の圧縮強度を有する。発泡ガラスタイルは、非常に強固であり、且つ６，０００ｐｓｉ（ポンド／平方インチ）（４２１．７６ｋｇ／ｃｍ２）以上、より詳細には８，０００ポンド／平方インチ（５６２．３４ｋｇ／ｃｍ２）以上、更により詳細には１０，０００ポンド／平方インチ（７０２．９３ｋｇ／ｃｍ２）以上、更により詳細には１２，０００ポンド／平方インチ（８４３．５１ｋｇ／ｃｍ２）以上、更により詳細には１４，０００ポンド／平方インチ（９８４．１０ｋｇ／ｃｍ２）以上の圧縮強度を有する。これらの発泡ガラスタイルは、爆発からのより多くのエネルギーを吸収し、より大きな風圧及び他の機械的な力に耐えるであろう。密閉気孔の外側表皮は、自然に又は１つ以上の第２のガラス表面を結合することのいずれかによって形成されてよい。密閉気孔の外側表皮は、様々な色及び質感のバリエーションを有することができ、建物又は他の構造物の外部又は内部ファサードとしての使用にタイルを適合させるのを可能にするであろう。本発明のタイルは、１．０ｍｍ以下、好ましくは０．７ｍｍ以下、より好ましくは０．６ｍｍ以下、更により好ましくは０．５ｍｍ以下、更により好ましくは０．４ｍｍ以下、更により好ましくは０．３ｍｍ以下の平均孔径を有することができる。本発明の発泡ガラスタイルの密度は、商業的に推奨される密度である９．５ポンド／立方フィート（１５２．１８ｋｇ／ｍ３）から、３０〜１００ポンド／立方フィート（４８０．５５〜１６０１．８５ｋｇ／ｍ３）の間のより高い密度、より詳細には４０ポンド／立方フィート（６４０．７４ｋｇ／ｍ３）より高い、更により詳細には５０ポンド／立方フィート（８００．７６ｋｇ／ｍ３）より高い、更により詳細には６０ポンド／立方フィート（９６１．１１ｋｇ／ｍ３）より高い密度までを有するように増大される。本発明の発泡ガラスタイルの密度は、好ましくは１００ポンド／立方フィート（１６０１．８５ｋｇ／ｍ３）未満であるが、本発明の別の実施の形態において、発泡ガラスタイルの密度は、１００ポンド／立方フィート（１６０１．８５ｋｇ／ｍ３）を超えてもよい。本発明の発泡ガラスタイルの重量は、１０ポンド（４．５４ｋｇ）より大きく、より詳細には３０ポンド（１３．６１ｋｇ）より大きく、更により詳細には３５ポンド（１５．８８ｋｇ）以上、更により詳細には４０ポンド（１８．１４ｋｇ）以上、更により詳細には５０ポンド（２２．６８ｋｇ）以上、更により詳細には６５ポンド（２９．４８ｋｇ）以上、更により詳細には１００ポンド（４５．３６ｋｇ）以上である。
本発明の別の実施の形態は、０．５ｍｍ以下の平均孔径、３０ポンド／立方フィート（４８０．５５ｋｇ／ｍ３）以上の密度及び１２，５００ポンド／平方インチ（８７８．６６ｋｇ／ｃｍ２）以上の圧縮強度を有する発泡ガラスタイルである。発泡ガラスタイルは、非常に強固であり、且つ１２，５００ポンド／平方インチ（８７８．６６ｋｇ／ｃｍ２）以上、更により詳細には１４，０００ポンド／平方インチ（９８４．１０ｋｇ／ｃｍ２）以上の圧縮強度を有する。これらの発泡ガラスタイルは、爆発からのより多くのエネルギーを吸収し、より大きな風圧及び他の機械的な力に耐えるであろう。発泡ガラスタイルは、好ましくは密閉気孔構造をとるが、そうである必要はない。本発明のタイルは、０．５ｍｍ以下、更により好ましくは０．４ｍｍ以下、更により好ましくは０．３ｍｍ以下の平均孔径を有してもよい。本発明の発泡ガラスタイルの密度は、商業的に推奨される密度である９．５ポンド／立方フィート（１５２．１８ｋｇ／ｍ３）から、３０〜１００ポンド／立方フィート（４８０．５５〜１６０１．８５ｋｇ／ｍ３）の間のより高い密度、より詳細には４０ポンド／立方フィート（６４０．７４ｋｇ／ｍ３）より高い、更により詳細には５０ポンド／立方フィート（８００．７６ｋｇ／ｍ３）より高い、更により詳細には６０ポンド／立方フィート（９６１．１１ｋｇ／ｍ３）より高い密度までを有するように増大される。本発明の発泡ガラスタイルの密度は、好ましくは１００ポンド／立方フィート（１６０１．８５ｋｇ／ｍ３）未満であるが、本発明の別の実施の形態において、発泡ガラスタイルの密度は、１００ポンド／立方フィート（１６０１．８５ｋｇ／ｍ３）を超えてもよい。本発明の発泡ガラスタイルの重量は、３０ポンド（１３．６１ｋｇ）より大きく、より詳細には３５ポンド（１５．８８ｋｇ）以上、更により詳細には４０ポンド（１８．１４ｋｇ）以上、更により詳細には５０ポンド（２２．６８ｋｇ）以上、更により詳細には６５ポンド（２９．４８ｋｇ）以上、更により詳細には１００ポンド（４５．３６ｋｇ）以上である。
本発明のより更なる実施の形態は、軽量の建物ファサードに組み込まれ得る１つ以上の強固な高密度発泡ガラスタイルからなる発泡ガラスパネルである。特に、密閉気孔構造は、建築的魅力のための質感を与え(textured)、タイルは内側部分を有し、タイルの外側表皮は、その表面をタイルの内側部分とは異なる色に見えるようにするための添加剤を包含する。更に詳細には、かかるパネルを使用して、従来のコンクリートパネルから製造した建物よりも、震害、風圧及び熱負荷、並びに他の環境要因に対してより耐性のある建物を製造することが可能である。
［発明の詳細な説明］
本発明は、建築材料として使用可能な、小さい孔径を有する強固な高密度発泡ガラスタイルに関する。本発明は、セメント、鋼鉄又は他の建築材料と組み合わせて、テロリスト攻撃の危険性の高い建物の重要表面で使用されてもよい。また、本発明は、典型的な建物の表面に使用されてもよい。本発明は、地震並びに／又は風圧及び熱負荷に対してより耐性であるという利点を有する。また、本発明は、建物の構造的な支持部材として使用されてもよい。
本発明の１つの実施形態において、小さい孔径を有する強固な高密度発泡ガラスタイルは、現代のセメント建築材料よりも爆発からのより多くのエネルギーを吸収できると共に、より大きな風圧及び熱負荷、並びにその他の機械的酷使に耐えることができる。このような強固な高密度発泡ガラスタイルは、種々の形状（平坦及び／又は曲線形状が挙げられるが、これに限定されない）で製造され得る。更に、本発明の強固な高密度発泡ガラスタイルは、シリカ質材料と、ガス発生発泡剤（炭素有機物（例えば、砂糖及びデンプン）、カーボンブラック、炭化ケイ素、炭酸塩及び硫酸塩が挙げられるが、これらに限定されない）とから製造される。様々な密度、大きさ及び表面仕上げを有するセラミック発泡パネルを製造するための可能性のある方法が多数ある。米国特許第４，４３０，１０８号は、フライアッシュ及び他の添加剤から製造された、様々な密度及び表面仕上げを有する様々な発泡ガラス製品を記載しており、その開示は、参照によって本明細書中に援用される。また、同様に、２００２年２月１５日付けで同一出願人により出願された同時係属中の出願番号第１０／０７６，９７１号は、本発明を製造するのに有用な付加的プロセスを開示しており、その開示は、参照によって本明細書中に援用される。種々の密度を有する発泡ガラスは、気泡形成剤（cellulating agent）の組成、種類及び濃度を変化させることにより製造し得る。ガラスの粘度は、発泡プロセス中の支配的なパラメータである。更に、気孔構造及びその均一性は、気泡形成剤の分布及び粒径に依存する。
本発明の別の実施形態において、発泡ガラスタイルは、従来の発泡ガラスタイルよりも、より高い密度及びより小さい孔径を有する。特に、本実施形態の発泡ガラスタイルは、商業的に推奨される密度である９．５ポンド／立方フィート（１５２．１８ｋｇ／ｍ３）から、３０〜１００ポンド／立方フィート（４８０．５５〜１６０１．８５ｋｇ／ｍ３）の間のより高い密度まで、より詳細には４０ポンド／立方フィート（６４０．７４ｋｇ／ｍ３）より高い、更により詳細には５０ポンド／立方フィート（８００．７６ｋｇ／ｍ３）より高い、更により詳細には６０ポンド／立方フィート（９６１．１１ｋｇ／ｍ３）より高い密度まで増大した密度を有する。本発明の本実施形態の発泡ガラスタイルの密度は、好ましくは１００ポンド／立方フィート（１６０１．８５ｋｇ／ｍ３）未満であるが、本発明の別の実施形態において、発泡ガラスタイルの密度は、１００ポンド／立方フィート（１６０１．８５ｋｇ／ｍ３）を超えてもよい。さらに、実施例３〜９に示されるように、好ましい発泡ガラスタイルは、１．０ｍｍ以下、好ましくは０．７ｍｍ以下、より好ましくは０．６ｍｍ以下、更により好ましくは０．５ｍｍ以下、更により好ましくは０．４ｍｍ以下、更により好ましくは０．３ｍｍ以下の平均孔径を有する。
この高密度及び小さい孔径のために、非常に強固な発泡ガラスタイルが製造される。発泡ガラスタイルは、非常に強固であり、且つ約４，０００ポンド／平方インチ（２８１．１７ｋｇ／ｃｍ２）の圧縮強度を有する典型的なセメントよりも優れた圧縮強度を有する。特に、実施例３〜９に示されるように、本発明の発泡ガラスタイルは、６，０００ポンド／平方インチ（４２１．７６ｋｇ／ｃｍ２）以上、より詳細には８，０００ポンド／平方インチ（５６２．３４ｋｇ／ｃｍ２）以上、更により詳細には１０，０００ポンド／平方インチ（７０２．９３ｋｇ／ｃｍ２）以上、更により詳細には１２，０００ポンド／平方インチ（８４３．５１ｋｇ／ｃｍ２）以上、更により詳細には１４，０００ポンド／平方インチ（９８４．１０ｋｇ／ｃｍ２）以上の圧縮強度を有する。これらの発泡ガラスタイルは、爆発からのより多くのエネルギーを吸収し、より大きな風圧及び熱負荷、並びに他の機械的な力に耐えるであろう。
また、この高密度及び小さい孔径の発泡ガラスタイルは、強力な引張強度を有する。同様に、実施例３〜９に示されるように、発泡ガラスタイルは、５００ポンド／平方インチ（３５．１５ｋｇ／ｃｍ２）より大きい、更により詳細には９００ポンド／平方インチ（６３．２６ｋｇ／ｃｍ２）より大きい、更により詳細には１，２００ポンド／平方インチ（８４．３５ｋｇ／ｃｍ２）より大きい、更により詳細には１，４００ポンド／平方インチ（９８．４１ｋｇ／ｃｍ２）より大きい、更により詳細には２，５００ポンド／平方インチ（１７５．７３ｋｇ／ｃｍ２）より大きい引張強度を有する。
本発明の別の実施形態において、好ましい発泡ガラスタイルは、少なくとも１フィート×１フィート（０．３０４８ｍ×０．３０４８ｍ）、より詳細には少なくとも２フィート×２フィート（０．６０９６ｍ×０．６０９６ｍ）、更により詳細には少なくとも４フィート×４フィート（１．２１９２ｍ×１．２１９２ｍ）の寸法の表面積、及び少なくとも２インチ（０．０５０８ｍ）、より好ましくは少なくとも３インチ（０．０７６２ｍ）、更により好ましくは少なくとも４インチ（０．１０１６ｍ）の厚みを有する。このような大型タイルは、従来のより小さいタイルよりも有利である。これは、より大きなサイズによって、タイル複合体が、従来使用されるより小さいタイルの複合体よりも少ない継ぎ目を有することとなるからである。タイル表面の継ぎ目が、熱膨張及び熱収縮により脆弱化し、それゆえ亀裂が生じる傾向にあるので、このような継ぎ目は、構造的完全性には不利となる可能性がある。また、これらの継ぎ目は、水がタイルの裏側に浸透し得る手段であり、その結果として、かび、昆虫及び凍結融解サイクル等の各種過程による損害が生じる。凍結融解サイクルにおいて、水がタイル内に浸透して凍結すると、タイルは膨張する。水が融解すると、タイルは収縮して材料に亀裂が生じる。爆発により生じる衝撃波を受けると、不適切に封じられた継ぎ目は、波がタイルの裏側へ伝わる(penetrate)ことを可能にし、所望のエネルギーを吸収することなく外側へ爆発を生じさせる。このため、継ぎ目の数を減らすことによって、不適切に封じられた継ぎ目の危険性が減少することとなる。また、タイル表面がより大きいほど、組み込まれる部品が減ることにより、労働現場における労力を低減し、そして労働コストも同様に低減するという更なる利点を有する。
本発明の別の実施形態において、発泡ガラスタイルは、密閉気孔の外側表皮を好ましくは有し、これは、したがって、強度が増大されたタイルを提供すると共に、水及び凍結、融解サイクルに対してタイルを保護する。密閉気孔の外側表皮は、米国特許第４，４３０，１０８号で教示されるように自然に形成されてもよいし、または米国特許第５，０６９，９６０号に教示されるように第２のガラス表面を結合することにより機械的に形成されてもよく、その内容は参照によって本明細書中に援用される。あるいは、密閉気孔の外側表皮は、米国特許第４，８３３，０１５号の教示に従って形成されてもよく、その内容は参照によって本明細書中に援用される。自然形成は、付加的労力及び品質管理を要求せず、したがって、コストがより効果的であり、且つ負担が少ないので有利である。また、第２のガラス表面を用いることは、かかる技法によって密閉気孔の外側表皮が様々な色及び質感のバリエーションを有することができ、建物又は他の構造物の外部又は内部ファサードとして使用するためにタイルを建築的に魅力のあるものにするので有利である。異なる色の表面を製造する１つの方法は、当業者には一般によく知られているように、異なる色添加剤の使用によるものである。
本発明の高密度発泡ガラスタイルの別の利点は、爆破衝撃波に曝されたときに、衝撃波のかなりの部分を吸収できることである。これらのタイルは、爆破衝撃波のかなりの部分を吸収できるので、政府の建物、大使館及び注目度の高い／有名な建物のような、爆発に曝される危険のある建物の内部及び外部表面用の建築構造材料として特に有利である。
また、本発明の発泡ガラスタイルは、従来の発泡ガラスタイルよりも厚い。特に、本発明の発泡ガラスタイルは、少なくとも２インチ（０．０５０８ｍ）厚、好ましくは少なくとも３インチ（０．０７６２ｍ）厚、更により好ましくは少なくとも４インチ（０．１０１６ｍ）厚である。タイルの厚さの増大により、体積が増大し、したがってタイル重量が増大する。増大した厚さは、増大した剛性をタイルに与え、これにより、製造、輸送又は建築のいずれにせよ、取扱い中の不用意な破砕を低減する。また、増大した厚さは、タイルが、爆発、地震、熱負荷及び風圧、並びに／又は他の衝撃波からのより多くのエネルギーを吸収することを可能にする。
特定の大きさ、厚さ及び密度の選択は、タイルの製造が意図された用途に依存する。例えば、タイルは、耐震性のための使用が意図される場合、タイルは風圧に耐えられ得る最低重量であるように最適化されなければならない。対照的に、タイルは、爆発に伴う衝撃波から建物又は構造物を保護することが意図される場合、タイルは、このような衝撃波を吸収するのに十分強力であるように、その密度を増大させ、且つその孔径を減少することを最適化しなければならない。所望の厚さは、爆発が起こり得る場所と、曝されるタイルとの近さに依存し得る。例えば、建物の外側では、厚さは、爆発物を積んだ自動車又はトラックが駐車される可能性のある最も近い場所とタイルとの距離を考慮しなければならない。一方、支持柱等の建物の内部では、おそらく予想される爆発物の搭載量が実質的に少ないだろうが、予想される近さはかかる柱の直ぐ隣であり得る。
爆発に伴う衝撃波に耐性であるという目的のために、本発明のタイルは、剛性裏打ち材（backing）と組み合わされて、複合パネルを形成し得る。
構造物を耐震性にするために使用されるタイルの場合、剛性構造物と共に、わずかに軽いタイルを使用し得る。これらのタイルが耐えなければならない風圧により生じる負荷は、支持柱間の面積に関連する。したがって、支持柱間の面積が大きいほど、剛性構造物との複合タイルから、より大きな耐性及びより大きな強度が必要とされるであろう。使用されるタイルの厚さ／密度は、これらのパラメータにより適宜決定される。したがって、これらの特性の選択は、建設産業において典型的に行われているように、適切な安全性因子を組み込んで耐性であることが求められ、予想される最大風圧に耐えることができる最軽量のシステムを提供するように最適化されるべきである。タイルは、金属フレームで支持されなければならず、これは次に、建物又は他の構造物の構造的な金属支持体によって支持される。
美的な目的のために、公の視線を受けるあらゆる表面において、仕上げ層を有するタイルを使用し得る。したがって、一方の表面だけが公の視線に曝される場合には、その表面だけが、仕上げ層のあるタイルを有する必要がある。一方、本発明で保護しようとする壁の両面が公の視線を受ける場合、建物の内部のような第２の露出面に、適切な仕上げ層を有する第２のタイルを使用し得る。あるいは、他の内部表面も使用し得る。
本発明のタイルの別の利点は、このようなタイルが耐火性のみならず断熱性でもあることである。したがって、これらのタイルは、モロトフカクテル（Moltov cocktail）等のテロリストの火災攻撃又は他の火災原因から支持柱を保護するために使用することができるという追加の利点を有する。したがって、本発明のタイルの使用は、このような支持柱の破壊を防止及び／又は遅延し、これにより攻撃された建物の居住者が避難するのに十分な時間を有する可能性を増大する。
本発明のタイルの別の実施形態は、現存する建物又は他の構造物を改造するために使用され得る。特に、タイルは、潜在的に露出された壁に取り付けることができる。このような壁が既に十分に剛性である場合、タイルは、その上に直接取り付けることができる。そうでない場合、適切な剛構造体又は裏打ち保護層上にタイルを取り付けてパネルを形成し、次にこれを露出壁に取りつけることができる。適切な裏打ち保護層は、繊維複合体（ここで、繊維は、グラファイト、ケブラー及び／又は繊維ガラス等の高引張強度の材料から製造される）でもよいし、又はポルトランドセメント、強化ポルトランドセメント、石灰、アルミナセメント、石膏、高分子材料、鉄筋コンクリートを含有し得るセメント質材料でもよい。このような裏打ち層は、金属、ケブラー又は他の支持材料によって補強されてもよい。エルマー(Elmer)社のプロボンドコンクリートボンダー接着促進剤等の結合促進剤又は接着剤が、少なくとも１つの発泡ガラス層と裏打ち層との間に適用されてもよい。また、複合体は、吊り金具が内部に設けられてもよいし、耐力フレームに取り付けられてもよく、したがって、かなりの量の衝撃波及び振動エネルギーを吸収し得る。
好ましい実施形態では、本発明のタイルは、原料（原料としては、シリカ；フライアッシュ；火山灰；珪藻土；シリカ質鉱物；アルカリ炭酸塩；ドロマイト及びギプス等のカルシウム及びマグネシウム鉱物；ケイ酸ナトリウム；ホウ砂；ガラス粉末（カレット等）；並びに発泡剤が挙げられる（しかし、これらに必ずしも限定されない））を用いて製造し得る。発泡剤は、砂糖及びデンプン等の炭素有機物、カーボンブラック、炭化ケイ素、炭酸塩、硫酸塩、並びに他の同様の材料から選択し得る。
本発明の代替的な実施形態において、発泡ガラスタイルは、米国特許第４，７９８，７５８号、同第４，８３３，０１５号、同第４，９８７，０２８号及び同第４，９９２，３２１号に記載されるように、金網、金属線又は代替的な支持構造体を用いて強化されてもよく、その内容は参照によって本明細書中に援用される。一方では、これらの追加の材料は、得られた発泡ガラスタイルを強化する助けとなり得るが、他方では、より切断し難くもし得る。
本発明のタイルを製造するために、様々な方法を使用し得る。１つの実施形態では、タイルを製造するための出発原料を、水と混合して均質なスラリーを形成する。好ましい混合方法は湿式であるが、それでも発泡ガラスの調合で使用される原料の種類によっては、乾式混合が選択されてもよいことに注意しなければならない。例えば、ガラス粉末（ソーダ石灰ガラスカレット）が主原料として使用される場合、ボールミル等の従来の混合器中で、ガス化剤（gasifier）が乾式混合され得る。湿式混合が使用される場合、スラリーの固体含量は、好ましくは３０重量％〜８０重量％、更に好ましくは５０重量％〜７０重量％である。
次に、スラリーは、スプレードライヤ等の従来の乾燥器内で乾燥され、乾燥粉末が生成される。静的な乾燥器が使用される場合、乾燥された凝集体が粉砕され、乾燥粉末が形成される。次に、得られた粉末状生成物は、得られた発泡ガラスの粘度が好ましくは１０７〜１０２ポアズ、更に好ましくは１０５〜１０３ポアズとなるような温度にか焼される。有機ガス化剤を微細な炭素含有化合物に、有効に熱分解するために、還元性環境において、か焼は行われ得る。発泡剤として炭化ケイ素を使用する場合、中性の空気雰囲気中において、か焼は行われ得る。発泡ガラスの調合において、ガラス粉末が主成分として使用される場合、か焼工程は、発泡工程と同じである。か焼は、回転窯、窯内の固定モールド又は高温ガスにより主に加熱される流動床反応器において行われ得る。
か焼が、例えば、固定モールド内で行われる場合、か焼生成物は微粉化を必要とし得る。流動化（fludization）によるか焼は、粒子が流動床で凝集しなければ、微粉化を必要としない。か焼粉末は、好ましくは１００メッシュのふるい、更に好ましくは２００メッシュのふるいによって選別され、粗い粒子が除去される。
次に、粉末は、金属モールドで所望の形状に成型される。好ましい金属は、鋼鉄及びＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）Ｉｎｃｏ合金等のクロム含有合金である。Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）型合金は、鋼鉄よりも熱サイクル及び酸化に、良好に耐え得るので好ましい。離型プロセスを容易にするため、また完成した発泡ガラス製品に望ましくない亀裂を引き起こし得る、金属への発泡ガラスの接着を最小限にするために、離型剤が好ましくは使用される。離型剤は、ピーク焼成温度に耐えなければならず、結果として、珪藻土、シリカ及び種々のクレーのような高シリカ鉱物、高アルミナ鉱物粉末等の安価な耐熱性酸化物が使用され得る。成形された発泡ガラス粉末前駆体上に第２の酸化物艶出し（glazing）又は表面コーティングが適用され、完成発泡製品に付加的表面効果を生じさせ得る。
次に、モールドは、モールド寸法全体にわたって温度の均一性が５０℃よりも良好、更に好ましくは２０℃よりも良好になるような状態で、モールドを収容し得る電気又はガス燃焼窯内に移動される。加熱速度は、発泡ガラスの厚さ及び窯内部の生成物の荷重（loading）を基準にして選択される。通常、加熱速度は、２〜１０℃／分、好ましくは３〜５℃／分の範囲でよい。ピーク発泡温度では、発泡ガラスの粘度は、１０５〜１０３ポアズの間である。ピーク焼成温度でのソーク(soak)時間は、発泡ガラスの寸法に依存する。また、ソーク時間は、表面艶出し(glazing)の厚さに影響する。ソーク時間が長いほど、より厚い表面艶出し又は表皮の調合物が得られる。発泡体全体にわたって温度の平衡を保証するために、大きい発泡体ほど、より長いソーク時間を必要とし得る。
室温への冷却サイクルの間、残留熱応力がない強力な生成物を保証するために、発泡ガラスにかかる熱応力は最小限にする必要がある。結果として、１０１２〜１０１６のおおよその粘度範囲に相当するアニーリング及び歪み点温度付近での冷却速度は、比較的遅く、１〜５℃／分、好ましくは１〜３℃／分である。この温度範囲の上及び下では、発泡体の寸法に応じて、平均冷却速度は、２〜１０℃／分、好ましくは３〜５℃／分である。
アニーリングされた発泡ガラスは離型され、必要であればその側面がトリミングされる。トリミングは、研削及び切断等の様々な手段により行われ得る。カーバイドブレード等の耐摩耗性ブレードによる切断は、研削よりも粉塵をあまり生じないので好ましい。発泡ガラスの粉塵は、非結晶性シリカから主になり、これはコンクリート粉塵等の結晶性シリカの粉塵よりもはるかに有害性が低いことに留意しなければならない。
製造された発泡ガラスボードは、単独のタイルとして使用することもできるし、発泡ガラス複合パネルの製造において使用することもできる。最終工程の間に収集された全てのトリミング及び粉塵は粉砕されて、出発原料に加えることができる。更に、破損タイル又はパネル等の不合格品（product reject）は粉砕されて、出発原料に再生利用できる。
本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明のタイルを製造する上記方法が変更され得ること、又は他の製造方法を使用できることは、当業者により理解されるであろう。
上記で議論したように、本発明の一態様は、発泡ガラスタイルへの裏打ち材の包含である。以下の実施例１及び２は、裏打ち材としてポルトランドセメントの適用を説明する。これらの実施例は、発泡ガラスタイルとセメント含有裏打ち層との界面に、ポゾラン結合が自然に生じることを実証する。
あるいは、発泡ガラスタイル上にその他の無機セメント質の裏打ち材を所望の厚さに適用することができ、これは、最初はペーストで、硬化して固体の裏打ちになるのが好ましい。裏打ちは、多層構造に製造することができ、この場合、ポゾラン結合を作製するために、石灰又はポルトランドセメントを発泡体に隣接する層とした後、他のセメント質オーバー層を形成する。セメント裏打ち材は、ガラス、グラファイト、セラミックス、セルロース等のポリマー、金属、ケブラー等の繊維の添加によって補強され得る。
また、結合化合物によって、発泡ガラスタイルを他の固体層と結合することも可能である。例えば、金属シートと発泡ガラスとの間に、適切な接触接着剤を適用し得る。アルミニウムシートと共に使用可能な１つのこのような接着剤は、シリコーンベースの接着剤である。他の例は、発泡ガラスと別の裏打ち材との間に高分子発泡体を適用して、高分子発泡体を保護する。ポリウレタン発泡体及びセメントボードは、この種の多層裏打ちの例である。ポリウレタン発泡体の利点は、予め配置された発泡ガラスボードとシージング(sheathing)裏打ち層との間の間隙内へ適切に適用し得ることである。高分子の裏打ちは、発泡ガラス等の脆弱層の破砕を低減するために特に有用であり、セメント質層ではなおさらそうである。裏打ち層は、セメント、高分子発泡体又は他の接触接着剤と結合された発泡ガラスの多層を含有してもよい。
発泡ガラスの裏打ちは、衝撃波エネルギーの最大吸収のための主要発泡ガラスパネルとは異なる密度を有するように選択し得る。発泡ガラス層の正面は、通常、前に議論したように艶出し加工される。しかしながら、複合発泡ガラス構造物に付加的な保護及び美的外観を付与するために、本発明に従って表面仕上げが適用されてもよい。表面仕上げは、裏打ち層が設置される前又は設置された後に適用され得る。仕上げは、質感のあるセメント質及び／又は高分子被覆層（overlayer）でよく、例えば、化粧張り煉瓦（brick facing）又は大理石型の外観を示す。これらの仕上げは、発泡体層上に適切に成型されてもよいし、接触接着剤又はポゾラン活性を有するセメント層により別個のシージングとして発泡体へ接着されることもできる。これらの仕上げは、発泡ガラス複合体構造物に付加的な建築的魅力を付与するであろう。更に、表面仕上げに着色剤を使用して、構造物に所望の色を付与し得る。表面仕上げに繊維材料を添加して、付加的な補強を与え、衝撃波を受けたときの破砕を低減し得る。望まれるなら、表面仕上げに種々のＵＶ保護化合物を添加し得る。
裏打ち層及び表面仕上げの両方の厚さは、設計仕様、必要とされるエネルギー吸収及び強度によって変更し得る。燃焼時の発泡ガラスパネルの自然な艶出し加工が美的に十分であり得るので、表面仕上げの適用は不要かもしれない。
［実施例１］
以下の表１に示される原料を混合することによって発泡ガラスタイルを製造した。
Figure 2007509021
得られたスラリーを乾燥し、粉末混合物を９５０℃で約４５分間か焼して原料を反応させ、砂糖を微細に分解し、炭素質相を均一に分散させた。か焼生成物を微細粉末に粉砕し、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）モールド内に配置し、約８５０℃に加熱し、その温度で約３０分間ソーキングすることによって発泡させた。得られた発泡ガラスを室温にアニーリングし、離型した。得られた発泡ガラスは、約２５ポンド／立方フィート（約４００．３８ｋｇ／ｍ３）の密度、深緑がかった色、及び完全に艶出し加工された表面を有していた。気孔構造は均一で、平均孔径は約２ｍｍであった。縁をトリミングした後、タイルの寸法は、約１６インチ×１２インチ×３インチ（４０．６４ｃｍ×３０．４８ｃｍ×７．６２ｃｍ）であった。
本発明による発泡ガラス−コンクリート複合タイルを以下の方法で製造した。発泡体の側面のまわりをトリミングし、艶出し加工表面を下に向け、セメントを受け入れるために、タイルの上に約１インチ（約２．５４ｃｍ）の間隙を残して、その周囲に合板片でフレームをつけた。ポルトランドセメントサンドミックス（Ｑｕｉｃｋｒｅｔｅサンドミックス）を製造業者の説明書に従って調製した。燃焼中にモールドと接触し、複合タイルの製造の前に気泡構造(cell structure)を露出させるためにトリミングされなかった発泡体の露出面上に、得られたペーストを置いた。型から取り出す前に、コンクリートを約２８時間硬化させた。発泡体とコンクリート層との間の界面は完全に密封され、強力なセメント質のポゾラン結合の形成が示された。
［実施例２］
以下の表２に示される原料を混合することによって発泡ガラスタイルを製造した。
Figure 2007509021
得られたスラリーを乾燥し、粉末混合物を９００℃で約３０分間か焼して原料を反応させ、砂糖を微細に分解し、炭素質相を均一に分散させた。か焼生成物を微細粉末に粉砕し、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）モールド内に配置し、約３．５℃／分の平均加熱速度で約８６０℃に加熱することによって発泡させた。得られた発泡体を室温にアニーリングし、離型した。発泡ガラスは、約５２ポンド／立方フィート（約８３２．７９ｋｇ／ｍ３）の密度、緑がかった色、及び完全に艶出し加工された表面を有していた。気孔構造は均一で、平均孔径は約１〜２ｍｍであった。縁をトリミングした後、タイルの寸法は、約１７インチ×１２インチ×１．４インチ（４０．６４ｃｍ×３０．４８ｃｍ×３．５６ｃｍ）であった。
本発明による発泡ガラス−コンクリート複合タイルを以下の方法で製造した。発泡体の側面のまわりをトリミングし、艶出し加工表面を下に向け、セメントを受け入れるために、タイルの上に約１インチ（約２．５４ｃｍ）の間隙を残して、その周囲に合板片でフレームをつけた。エルマー社のプロボンドコンクリートボンダー接着促進剤の薄層を発泡体に適用した。ポルトランドセメントモルタルミックス（Ｓａｋｒｅｔｅモルタルミックス）を製造業者の説明書に従って調製した。フレーム化（flamed）発泡ガラスタイルの露出面上に、得られたペーストを置き、平らにした。これは焼成モールドと接触した表面であり、複合タイルの製造の前に気泡構造を露出させるためにトリミングされなかった。型から取り出す前に、コンクリートを約２８時間硬化させた。発泡体とコンクリート層との間の界面は完全に密封され、強力なセメント質のポゾラン結合の形成が示された。
［実施例３〜９］
実施例３〜９の発泡ガラスタイルを、以下の表３の組成に示される原料を混合することによって製造した。
Figure 2007509021
有用な比較を行うために、フライアッシュを加えたシリカの総量が１００となるように想定し、組成物の重量を標準化した。その後、適量の材料が使用されるのを確実にするため、標準化された組成物の重量に、表３に示されるような適切なバッチサイズ係数(batch size factor)を乗じて、使用されるモールドの大きさとした。例えば、５０×のバッチサイズ係数は、８インチ×１４インチ×４インチ（２０．３２ｃｍ×３５．５６ｃｍ×１０．１６ｃｍ）のモールドに使用される。
得られたスラリーを乾燥し、粉末混合物を、表３のプロセスの欄に示されるように９００℃〜１，１００℃の温度で、表３のプロセスの欄に示されるように５〜６０分で、か焼して原料を反応させ、砂糖を微細に分解し炭素質相を均一に分散させた。か焼生成物を微細粉末に粉砕し、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）モールド内に配置し、表３のプロセスの欄に示されるように７５０℃〜９００℃の温度で加熱し、その温度で表３のプロセスの欄に示されるように１０〜６０分間ソーキングした。得られた発泡ガラスを室温にアニーリングし、離型した。
実施例３〜９において得られた発泡ガラスの特性は、表３の特性の欄に示される。得られた発泡ガラスは、表３の特性の欄に示されるように約３０〜７０ポンド／立方フィート（約４８０．４６〜１１２１．０６ｋｇ／ｍ３）の密度、及び完全に艶出し加工された表面を有していた。気孔構造は均一で、表３の特性の欄に示されるような平均孔径を有していた。表３が示すように、より小さい孔径、高密度及び得られた均一構造を有するタイルは、最大の引張強度及び圧縮強度を有する。調製されたガラス発泡体試料の強度を測定するために、ＡＳＴＭ規格の試験手順をコンクリートに対して実施してみた。しかしながら、試料はコンクリートよりも実質的に強固であることが分かったので、用いられる装置が実際に試料を破壊するために、その手順を試料のサイズを縮小することにより改良しなければならない。このため、発泡ガラスブロックは、艶出し加工された表面を有さない１．０〜１．５インチ（２．５４〜３．８１ｃｍ）の直径及び５インチ（１２．７ｃｍ）未満の高さの円柱に切断され、圧縮測定を行った。表３の特性の欄に示されるように、実施例７〜９の圧縮強度は、１０，０００ポンド／平方インチ（７０２．９３ｋｇ／ｃｍ２）を超え、コンクリートの圧縮強度（４，０００ポンド／平方インチ（２８１．１７ｋｇ／ｃｍ２））の２．５倍を超える要素であった。同様に、表３の特性の欄に示されるように、実施例７〜９の引張強度は、１，２５０ポンド／平方インチ（８７．８７ｋｇ／ｃｍ２）を超え、コンクリートの引張強度（５００ポンド／平方インチ（３５．１５ｋｇ／ｃｍ２））の２．５倍を超える要素であった。実施例９は、２，５００ポンド／平方インチ（１７５．７３ｋｇ／ｃｍ２）の引張強度を有し、コンクリートの引張強度の５倍の要素であった。
本発明の好ましい実施形態が示され、詳細に説明されたので、それに対する種々の変更及び改良は、当業者に容易に明らかになるであろう。したがって、本発明の精神及び範囲は広く解釈されるべきであり、添付の特許請求の範囲によってのみ制限され、上述の明細書によって制限されてはならない。

Claims (89)

  1. 少なくとも１つの面に密閉気孔の外側表皮を含み、１．０ｍｍ以下の平均孔径、３０ポンド／立方フィート（４８０．５５ｋｇ／ｍ３）〜１００ポンド／立方フィート（１６０１．８５ｋｇ／ｍ３）の密度及び６，０００ポンド／平方インチ（４２１．７６ｋｇ／ｃｍ２）以上の圧縮強度を有する、発泡ガラスタイル。
  2. 前記平均孔径が、０．７ｍｍ以下である、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  3. 前記平均孔径が、０．６ｍｍ以下である、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  4. 前記平均孔径が、０．５ｍｍ以下である、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  5. 前記平均孔径が、０．４ｍｍ以下である、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  6. 前記平均孔径が、０．３ｍｍ以下である、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  7. 前記圧縮強度が、８，０００ポンド／平方インチ（５６２．３４ｋｇ／ｃｍ２）以上である、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  8. 前記圧縮強度が、１０，０００ポンド／平方インチ（７０２．９３ｋｇ／ｃｍ２）以上である、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  9. 前記圧縮強度が、１２，０００ポンド／平方インチ（８４３．５１ｋｇ／ｃｍ２）以上である、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  10. 前記圧縮強度が、１４，０００ポンド／平方インチ（９８４．１０ｋｇ／ｃｍ２）以上である、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  11. 前記タイルが、少なくとも１フィート×１フィート（０．３０４８ｍ×０．３０４８ｍ）のタイル表面積を有する、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  12. 前記タイルが、少なくとも２フィート×２フィート（０．６０９６ｍ×０．６０９６ｍ）のタイル表面積を有する、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  13. 前記タイルが、少なくとも４フィート×４フィート（１．２１９２ｍ×１．２１９２ｍ）のタイル表面積を有する、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  14. 前記密度が、４０ポンド／立方フィート（６４０．７４ｋｇ／ｍ３）以上である、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  15. 前記密度が、５０ポンド／立方フィート（８００．７６ｋｇ／ｍ３）以上である、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  16. 前記密度が、６０ポンド／立方フィート（９６１．１１ｋｇ／ｍ３）以上である、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  17. 前記タイルが、少なくとも２インチ（０．０５０８ｍ）の厚みを有する、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  18. 前記タイルが、少なくとも３インチ（０．０７６２ｍ）の厚みを有する、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  19. 前記タイルが、少なくとも４インチ（０．１０１６ｍ）の厚みを有する、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  20. 前記タイルが、少なくとも３０ポンド（１３．６１ｋｇ）の重量を有する、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  21. 前記タイルが、少なくとも３５ポンド（１５．８８ｋｇ）の重量を有する、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  22. 前記タイルが、少なくとも４０ポンド（１８．１４ｋｇ）の重量を有する、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  23. 前記タイルが、少なくとも５０ポンド（２２．６８ｋｇ）の重量を有する、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  24. 前記タイルが、少なくとも６５ポンド（２９．４８ｋｇ）の重量を有する、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  25. 前記タイルが、少なくとも１００ポンド（４５．３６ｋｇ）の重量を有する、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  26. 前記タイルが、同様の構造を有する少なくとも１つの他のタイルと共に組み立てられてパネルを形成し、前記パネルが、軽量の建築ファサードとして使用される、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  27. 前記建築ファサードが、建物の少なくとも一部に組付けられ、前記建物の前記一部が、震害に対して実質的に耐性となる、請求項２６に記載の発泡ガラスタイル。
  28. 前記外側表皮は、前記発泡ガラスタイルが艶出し加工された外側表面である、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  29. 前記密閉気孔構造は、建築的魅力のための質感が与えられる、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  30. 前記タイルが、内側部分を更に含み、前記タイルの外側表皮が、その表面を前記タイルの前記内側部分とは異なる色に見えるようにするための添加剤を含む、請求項１に記載の発泡ガラスタイル。
  31. 少なくとも１つの面に密閉気孔の外側表皮を含み、１．０ｍｍ以下の平均孔径、１０ポンド（４．５４ｋｇ）以上の重量及び６，０００ポンド／平方インチ（４２１．７６ｋｇ／ｃｍ２）以上の圧縮強度を有する、発泡ガラスタイル。
  32. 前記平均孔径が、０．７ｍｍ以下である、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  33. 前記平均孔径が、０．６ｍｍ以下である、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  34. 前記平均孔径が、０．５ｍｍ以下である、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  35. 前記平均孔径が、０．４ｍｍ以下である、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  36. 前記平均孔径が、０．３ｍｍ以下である、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  37. 前記圧縮強度が、８，０００ポンド／平方インチ（５６２．３４ｋｇ／ｃｍ２）以上である、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  38. 前記圧縮強度が、１０，０００ポンド／平方インチ（７０２．９３ｋｇ／ｃｍ２）以上である、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  39. 前記圧縮強度が、１２，０００ポンド／平方インチ（８４３．５１ｋｇ／ｃｍ２）以上である、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  40. 前記圧縮強度が、１４，０００ポンド／平方インチ（９８４．１０ｋｇ／ｃｍ２）以上である、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  41. 前記タイルが、少なくとも１フィート×１フィート（０．３０４８ｍ×０．３０４８ｍ）のタイル表面積を有する、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  42. 前記タイルが、少なくとも２フィート×２フィート（０．６０９６ｍ×０．６０９６ｍ）のタイル表面積を有する、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  43. 前記タイルが、少なくとも４フィート×４フィート（１．２１９２ｍ×１．２１９２ｍ）のタイル表面積を有する、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  44. 前記タイルが、４０ポンド／立方フィート（６４０．７４ｋｇ／ｍ３）以上の密度を有する、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  45. 前記タイルが、５０ポンド／立方フィート（８００．７６ｋｇ／ｍ３）以上の密度を有する、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  46. 前記タイルが、６０ポンド／立方フィート（９６１．１１ｋｇ／ｍ３）以上の密度を有する、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  47. 前記タイルが、少なくとも２インチ（０．０５０８ｍ）の厚みを有する、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  48. 前記タイルが、少なくとも３インチ（０．０７６２ｍ）の厚みを有する、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  49. 前記タイルが、少なくとも４インチ（０．１０１６ｍ）の厚みを有する、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  50. 前記重量が、少なくとも２０ポンド（９．０８ｋｇ）である、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  51. 前記重量が、少なくとも３０ポンド（１３．６１ｋｇ）である、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  52. 前記重量が、少なくとも３５ポンド（１５．８８ｋｇ）である、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  53. 前記重量が、少なくとも４０ポンド（１８．１４ｋｇ）である、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  54. 前記重量が、少なくとも５０ポンド（２２．６８ｋｇ）である、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  55. 前記重量が、少なくとも６５ポンド（２９．４８ｋｇ）である、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  56. 前記重量が、少なくとも１００ポンド（４５．３６ｋｇ）である、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  57. 前記タイルが、同様の構造を有する少なくとも１つの他のタイルと共に組み立てられてパネルを形成し、前記パネルが、軽量の建築ファサードとして使用される、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  58. 前記建築ファサードが、建物の少なくとも一部に組付けられ、前記建物の前記一部が、震害に対して実質的に耐性となる、請求項５７に記載の発泡ガラスタイル。
  59. 前記タイルが、同様の構造を有する少なくとも１つの他のタイルと共に組み立てられて、予め組み立てられた構造体を形成し、前記予め組み立てられた構造体が、建築構造物における柱、パネル又は床である、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  60. 前記外側表皮は、前記発泡ガラスタイルが艶出し加工された外側表面である、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  61. 前記密閉気孔構造は、建築的魅力のための質感が与えられる、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  62. 前記タイルが、内側部分を更に含み、前記タイルの外側表皮が、その表面を前記タイルの前記内側部分とは異なる色に見えるようにするための添加剤を含む、請求項３１に記載の発泡ガラスタイル。
  63. ０．５ｍｍ以下の平均孔径、３０ポンド／立方フィート（４８０．５５ｋｇ／ｍ３）以上の密度及び１２，５００ポンド／平方インチ（８７８．６６ｋｇ／ｃｍ２）以上の圧縮強度を有する、発泡ガラスタイル。
  64. 前記平均孔径が、０．４ｍｍ以下である、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  65. 前記平均孔径が、０．３ｍｍ以下である、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  66. 前記圧縮強度が、１４，０００ポンド／平方インチ（９８４．１０ｋｇ／ｃｍ２）以上である、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  67. 前記タイルが、少なくとも１フィート×１フィート（０．３０４８ｍ×０．３０４８ｍ）のタイル表面積を有する、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  68. 前記タイルが、少なくとも２フィート×２フィート（０．６０９６ｍ×０．６０９６ｍ）のタイル表面積を有する、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  69. 前記タイルが、少なくとも４フィート×４フィート（１．２１９２ｍ×１．２１９２ｍ）のタイル表面積を有する、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  70. 前記密度が、４０ポンド／立方フィート（６４０．７４ｋｇ／ｍ３）以上である、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  71. 前記密度が、５０ポンド／立方フィート（８００．７６ｋｇ／ｍ３）以上である、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  72. 前記密度が、６０ポンド／立方フィート（９６１．１１ｋｇ／ｍ３）以上である、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  73. 前記タイルが、少なくとも２インチ（０．０５０８ｍ）の厚みを有する、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  74. 前記タイルが、少なくとも３インチ（０．０７６２ｍ）の厚みを有する、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  75. 前記タイルが、少なくとも４インチ（０．１０１６ｍ）の厚みを有する、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  76. 前記タイルが、少なくとも２０ポンド（９．０８ｋｇ）の重量を有する、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  77. 前記タイルが、少なくとも３０ポンド（１３．６１ｋｇ）の重量を有する、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  78. 前記タイルが、少なくとも３５ポンド（１５．８８ｋｇ）の重量を有する、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  79. 前記タイルが、少なくとも４０ポンド（１８．１４ｋｇ）の重量を有する、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  80. 前記タイルが、少なくとも５０ポンド（２２．６８ｋｇ）の重量を有する、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  81. 前記タイルが、少なくとも６５ポンド（２９．４８ｋｇ）の重量を有する、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  82. 前記タイルが、少なくとも１００ポンド（４５．３６ｋｇ）の重量を有する、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  83. 前記タイルが、同様の構造を有する少なくとも１つの他のタイルと共に組み立てられてパネルを形成し、前記パネルが、軽量の建築ファサードとして使用される、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  84. 前記建築ファサードが、建物の少なくとも一部に組付けられ、前記建物の前記一部が、震害に対して実質的に耐性である、請求項８３に記載の発泡ガラスタイル。
  85. 前記タイルが、同様の構造を有する少なくとも１つの他のタイルと共に組み立てられて、予め組み立てられた構造体を形成し、前記組み立てられた構造体が、建築構造物における柱、パネル又は床である、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  86. 前記タイルが、密閉気孔構造を有する、請求項６３に記載の発泡ガラスタイル。
  87. 前記外側表皮は、前記発泡ガラスタイルが艶出し加工された外側表面である、請求項８６に記載の発泡ガラスタイル。
  88. 前記密閉気孔構造は、建築的魅力のための質感が与えられる、請求項８６に記載の発泡ガラスタイル。
  89. 前記タイルが、内側部分を更に含み、前記タイルの外側表皮が、その表面を前記タイルの前記内側部分とは異なる色に見えるようにするための添加剤を含む、請求項８６に記載の発泡ガラスタイル。
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