[发明专利]墙板的耐火性能预测方法

说明书

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。

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