复合建筑构件的制作方法

专利名称：复合建筑构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及主要(但非排他地)用于建筑物(诸如房屋)建造的复合建筑构件，本发明特别涉及通常被称为结构隔绝镶板或者SIP的复合建筑构件。
SIP通常包含被夹在两个较薄的、高强度、矩形护面之间并与所述护面粘接在一起的较平的、矩形塑料泡沫芯以形成一种叠层夹芯结构。SIP已经使用了许多年，特别是在美国，SIP作为传统的砖/砌块空心墙和木构架建筑物的构架镶板的内面层和外面层砖/砌块空心墙的一种替代产品已经在建筑工业得到了广泛的应用。
SIP的泡沫芯提供了优于常规的砖或木建筑房屋的隔热和隔音性能，并且能够防潮、防震、防冲击和防火，并且无需设置水蒸汽阻挡层(房屋外包覆层)。另外，SIP重量轻并且易于操控，一个SIP可以代替多个圬工块或者建筑用砖，因此能够减少建造时间和降低材料成本。在将SIP安装就位之前，还允许在工厂中对完全成形的泡沫芯进行切割以形成用于供给管线(诸如电线)的通道或者导管，从而进一步减少了建造时间。
无需在第二段中单独提供，因此对于制造作为建筑物一部分(或单独的模块结构)的包含隔绝材料的墙、地板或者屋顶是有利的。
被称为SIP的模块或者镶板在美国已经使用了50年以上。这些SIP的厚度在50毫米至300毫米之间并且与国际通用建筑构件尺寸相符，典型的墙或者屋顶SIP可为2.4米×1.2米并且厚度可取决于特定的应用、承重性质和隔热要求。
在美国，最常用的SIP包括膨化聚苯乙烯(EPS)芯，并且两个厚度为9毫米至15毫米的由OSB(线束定向板)或者胶合板或者(在一些情况下)具有水泥性质的板构成的面层分别面对所述EPS芯的内表面和外表面。在美国，这些SIP建筑构件在房屋(通常为单层)建造中已经成功地使用了50年以上。SIP通常由被固定在适合的地基上的基线长度的木块支撑并且利用木键或者所谓的饼使它们相互接合在一起以形成建筑物的墙。当需要较大的屋顶和墙载荷时，通过将2×4英寸的木加强杆结合在SIP内来加强SIP模块或者在一些情况下使用这些木制元件将单独的SIP相互连接在一起。这种方法能够形成利用木构架元件加强的SIP墙。
由于木构架元件周围的新鲜空气的循环不良，因此可能会使木构架元件干枯。木构件的使用也可能产生能够降低热效率的“冷点”。因此，在SIP与木构架元件结合使用的情况下，需要在木构架元件周围保持适合的空气循环。
已经确定，SIP泡沫芯具有几个重要的功能。该芯必须具有足以使面层之间的距离保持恒定的硬度并且还必须在垂直方向上具有足够的刚性以使面层之间不能产生滑动以及防止弯折。如果该芯在垂直方向上的强度较低，那么就不能保证面层间的相互配合并且SIP夹层结构将失去其硬度。同样已经确定，泡沫芯必须满足更复杂的要求，即，在不同方向上的强度和低密度(从经济的角度出发)的要求，而且还具有关于弯折、隔绝、吸潮、老化、阻抗等特定的要求。例如，要求面层将压缩荷载向下传递到地基上以及用于将面层粘接到芯上的粘结剂必须足够大的强度以防止在芯与面层脱开以及抵抗它们之间的传递载荷。
最初采用的用于制造一种具有所需载荷支承强度和隔绝性质的SIP的最实际和经济的解决方案是一种采用高密度(HD)挤压聚苯乙烯(XPS)芯的SIP镶板。对XPS的测试证明，该材料具有所需的性质以及构成一种能够承受在常规的三层房屋结构中出现的压缩载荷的SIP镶板所需的协同性。在the Building Research Establishment(BRE)进行测试并且已经证明，这些具有XPS芯和胶合板面层的SIP能够承受巨大的载荷。
但是，进一步的研究表明，由于XPS在制造和资本费用两方面比较高而使XPS在用于SIP复合建筑构件方面是不经济的，因此掩盖了XPS的最初优点。
因此，需要对在美国制造和使用的SIP产品的材料进行其他的考虑，特别是因为使用切割的EPS芯的SIP已经获得了在USA的批准(ASTM)并且对其用作建筑中的载荷支承镶板是普遍接受的。对于SIP，在美国使用的EPS芯的材料所能够达到的承载值是公知的。在美国，SIP所用的SIP芯最小厚度通常为150毫米，而在欧洲，最小厚度为50毫米的SIP所用的SIP芯也是常用的。
通常，切割EPS的价格至少比XPS和模制的聚亚安酯泡沫的价格低三倍，其中所述的模制的聚亚安酯泡沫也已经在UK市场上用作SIP系统中的芯的材料。氨基甲酸乙酯芯由于在燃烧使会产生有毒的烟气而具有危险性，因此不会被考虑。另外，由于用在建筑物，特别是房屋中的氨基甲酸乙酯不再被考虑作为一种在环境方面是可靠的材料，因此准备在全球范围内实施禁止在复合建筑构件中使用氨基甲酸乙酯的计划。
使用切割EPS作为SIP的芯材料的优点在于，EPS不仅制造便宜，而且普遍被认为是一种在环境方面是可靠的建筑材料。这是因为EPS不包含有害的纤维，在其制造、使用和废弃的过程中具有自然资源的有效使用的性能，能够节省能量和保存资源。EPS不含有或者释放可能危害臭氧层的化合物(诸如CFC或者HCFC)并且其制造和使用不会对健康带来危险。特别是，EPS隔绝具有的无法估价的作用是，有助于达到大大减少能量的使用以及减少导致温室效应的能量发散。EPS可被重复利用以及正在重复利用，EPS工业还指明了一种关于发展废物管理范围以确保最大限度地重复利用废物的解决方案的途经。另外，利用公知的包括预膨胀、时效处理以及最后的块料模制成型的三段方法制造的EPS已经得到证实并且能够经济地生产高达20米长、6米宽和4米厚的大EPS块，接着根据应用目的(诸如用作SIP的芯)利用热线技术将大EPS块切割成较小的尺寸。
制造EPS的原材料为采用自由流动、重量轻和多孔珠的形式，该多孔珠利用乙烯和苯所得到的苯乙烯单体，乙烯和苯是从原油中得到的。所述珠包含一种膨胀剂(通常为戊烷)，并且具有粒状糖的外观。利用600或者1000千克的“八角箱(octabins)”或者一种用于输送到储料仓的散装载体将具有各种等级并且通常可被描述为规则的和防火类型的原材料以这种形式被输送到制造工厂，后者更经济。
在预膨胀的第一段，利用蒸汽作为热载体在一种被称为预膨胀装置的密闭容器中通过将聚苯乙烯珠加热到大约摄氏100度的温度下使其预膨胀到初始体积的20-40倍。利用预膨胀使聚苯乙烯珠的体积增大，因此也使它们的容积密度被改变，例如，如果泡沫材料的模制密度需要为20千克/立方米，聚苯乙烯珠的体积密度从620千克/立方米变为20千克/立方米。
在经过预膨胀后，在所述珠被储放以对其进行时效处理之前，对珠进行冷却和干燥。在预膨胀后，所述珠具有部分真空并且通过使空气吹过这些珠来进行补偿。在大约24小时的时间内对这些珠进行时效处理。因此，利用这些珠生产的泡沫块料模制成型的密度实际上是相同的，这是由于在最后的成型中，块料模型完全被珠充填。
需要进行时效处理的第二段，这是因为在冷却后，预膨胀的珠开始仍然对压力敏感，并且必须使它们经过一段时间以达到适合的强度。可通过将空气吹入到泡沫腔中直至由于冷却而产生的负压和膨胀剂的凝聚得到补偿。因此，预膨胀的珠通常会从膨胀装置中直落到一个流化床干燥器中，温度在25℃至35℃之间的暖空气被吹入到流化床干燥器中并通过干燥器的底部。流化床干燥器连续地工作但必须被设计成具有足以保证适合干燥的长度的形式。膨胀的珠在流化床干燥器中的驻留时间根据它们的含湿量应该在1至5分钟。干燥后，刚经过预膨胀的珠被输送到一个时效处理储料仓。在时效处理时，一些膨胀剂(戊烷)被排出并且这将削减在模制中所需的泡沫压力降低时间。
在第三和最后的块料模制成型/二次膨胀段中，利用蒸汽使经过预膨胀和时效处理的珠在模型中进一步膨胀直至它们熔合在一起以形成模制的块料。尽管也可利用其他热源(诸如沸水、热空气或者其他气体)使聚苯乙烯膨胀，但是蒸汽具有决定性的优势，这是因为-它是一种高效传热介质；其在大气压下的温度接近聚苯乙烯的软化点；它易于得到；以及它有助于实际膨胀过程。聚苯乙烯相对于蒸汽(水蒸汽)具有高渗透性并且在膨胀剂开始使珠膨胀后蒸汽会立刻渗透到新形成的腔中。这样，在腔内的蒸汽压力能够补偿在珠周围的蒸汽压力，这样它们实际上能够在没有阻力情况下膨胀。这能够使珠的膨胀达到低密度。
生产用于生产SIP芯的块状聚苯乙烯泡沫的模型通常包括两个部分，这两个部分限定了一个模制腔，所述模制腔能够形成最终模制产品的形状，并且每一个模型部分被螺栓固定在一个蒸汽室上。蒸汽通过多个特定的芯排气口或者喷口被引入到模制腔中，所述特定的芯排气口或者喷口通常是由铝合金制成的。芯排气口的间隔和数量以及总的排气面积对于保证适合的充填(没有反压)、通入蒸汽、冷却以及由此而导致的模制产品的质量是重要的。芯排气口易于清洁和维护是有效工作的一个重要特征。
通常利用液压来关闭所述模型部分并且利用空气注射器将预膨胀的珠吹入关闭的模型中，而空气则通过蒸汽喷口或者特定的排气口排出。对于采用简单的设计形式的用于生产大EPS块的大块模型，蒸汽经蒸汽室通过在模型壁中的多个蒸汽喷口或者排气口被供给。块料模型被经过时效处理的预膨胀珠(实际上为封闭的聚苯乙烯室)完全充填接着被通入蒸汽。在被重新加热到在110℃和120℃之间的温度后，所述珠进一步膨胀但被限制到充满模制腔的自由体积的程度，从而使珠被压缩在一起，这是由于它们受到模型的限制而不能自由地膨胀，从而在模制腔内产生内部压力。这些珠沿着它们的界面熔合在一起以形成一个模制的块料。在经过一个冷却(压力减小)期后，通常利用真空来去除任何的水分，被模制的块料在尺寸上得到稳定并且可与模型分离。在模制过程中，任何残留的膨胀剂(戊烷气体)被耗尽，因此模制后的块料中不包含任何残留的膨胀剂。
在使用EPS作为芯材料的SIP所适用的美国生产方法和质量控制工艺中进行研究后，发现严重地缺乏材料的相容性并且与目前通用的英国和欧洲质量控制保证计划(BS5750、ESO9000和9002)不符。
对使用EPS并带有OSB、胶合板以及水泥性质的板的面层的SIP的叠层结构进行详细的测试。但是发现，在制造过程中，SIP镶板间断性地具有易于陷缩的倾向，特别是当将镶板置于用于粘结剂硬化的真空压力机中时。对EPS芯材料的详细检测表明，在根据BS3837/BS4370以及BS4735制造该材料时，尽管一个2.4×1.2×20cm的镶板的总密度说明该材料是适合的，但是如果将该镶板切割成段，可以看出在穿过该镶板的密度存在很大的偏差。
镶板试样是多个UK EPS块制造商购买的并且试样重量测试表明，镶板与镶板之间的密度存在很大的偏差，另外区段测试表明，单个镶板内的密度也存在很大的偏差。已经认识到，利用这样的密度存在偏差并且质量控制差的方法所制造的以及供应UK市场的EPS总体上不适用于制造用于房屋中的SIP。因此，人们需要设计一些新形式的用于SIP芯的制造方法，这样的方法应该能够使最终的产品的密度得到控制以使它们被保持在严格的标准内。
从EPS块切割的芯的另一个缺点是，在EPS块的热线切割过程中出现的抖动将导致在切割的EPS芯的表面中的隆起和凹陷部分变形。为了提供关于被粘接到面层的芯表面所需的精确的表面公差，需要使切割的芯通过一个平面刨削机。该过程产生了废的EPS，带来了另一个缺点。
人们已知，当自行车安全帽被模制成为一个单独的物品时，能够将密度和质量控制在规定的限度内并且实施严格的质量控制，从而使该用于头部保护的重要部件符合必需的英国标准测试。
本发明利用模制的方法将SIP的膨化聚合物芯制造成单独质量控制的物品。已经发现，提供质量控制工艺以生产一种与SIP的隔绝芯材料的严格标准相符的模制的膨化聚合物产品是可行的。特别是，已经发现，能够在一种质量控制的环境下对聚合物进行模制以标准密度偏差不超过允许的量。
在一个方面，本发明提供一种结构隔绝镶板，所述结构隔绝镶板一个由膨化聚苯乙烯模制而成的芯，所述芯被夹在两个面层之间并与两个面层接合在一起，所述面层与通过模制所形成的芯的表面接合在一起。
最好通过使聚苯乙烯室在模型中膨胀来制成所述芯，这样能够使密度的偏差达到最小和/或使所述芯具有足够均匀的密度，从而无需利用附加的结构支撑部件即可使镶板能够支承载荷。
已经被制成的膨化聚苯乙烯模制芯所表现出的密度偏差与从大块上切割的芯的大密度偏差相比低至±2.0％。
经过计算可以看出，本发明所涉及的模制芯的强度比目前能够生产的芯高40％并且改进的u值。
在另一个方面，本发明提供一种用作在结构隔绝镶板中的芯的膨化聚合物的单独模制件，在所述结构隔绝镶板中，所述芯被夹在两个面层之间并与两个面层接合在一起。
本发明还提供用于制造上述任何一种结构隔绝镶板的方法。
下面将膨胀的聚合物被称为XPS。
本发明具有很多优点。首先，避免了附加的木制结构件等(特别是在底层上方)的使用并且使由这样的叠层的复合建筑构件制成的建筑物内的热桥减至最小，从而提高了热效率。建筑隔绝复合建筑构件取决于不使用木材的构件的压缩强度(芯强度)。
可生产这样一种建筑物，特别是房屋，其中不仅常规的空心墙和砖建筑被替换，而且托梁和地板底板和木桁架屋顶系统被替换。这只是这些常规系统的费用的一部分。因此，与其他竞争产品(特别是氨基甲酸乙酯芯复合建筑构件建筑物、木构架以及一些混凝土或者钢架建筑物)相比，具有很多技术优势。
利用本发明的一个优选实施例能够降低建造成本和便于建造，在该实施例中的基本模制芯的结构隔绝镶板，宽1.2米(1200毫米)，厚0.2米(200毫米)以及高/长2.4米(2400毫米)，面积为2.88平方米。经过计算可以看出，需要利用334块砖建造面积相同的普通空心墙建筑物(一块砖厚以及半块砖厚的两个表层)。这对于现场的生产能力显然是一种跃进。
为了提高建造的灵活性，也可以设计宽0.6米和0.3米、高2.75米和3米(层高为3米)以及50毫米、75毫米、150毫米、250毫米和300毫米厚的块。
强化面层必须坚硬，因此，优选水泥性质的板、胶合板、石膏/织物复合板或者OSB(线束定向板)的面层。
为了保证使蒸汽传送到模型的所有部分以及确保最小的密度偏差，模型的所有表面设有多个(例如数千个)小蒸汽喷射点。
由于模型的所有表面设有多个小蒸汽喷射点，因此能够提高本发明所涉及的模制芯结构隔绝镶板的强度并且没有有害的气体，从而能够适应其用作一种在环境方面是可靠的并且成本低的建筑构件。
最好，在一个全尺寸的模型中单独模制每一个模制芯，从而使所提供的模制芯的强度高于从块料上切割下来的芯。这是由于芯具有一种熔合得很好、室密度高的整体包围表层。
在有助于模制和获得全厚度尺寸(至少200毫米厚)的模制件以及具有其他优点的一个优选实施例中，所述芯被制成两个镜像半芯的形式所述镜像半芯在一种被称为雌雄同体的模型中被模制，从而使从同一个模型中获得的两个半模制芯可被接合在一起以形成一个两件式芯。
每一个镜像半芯设有雄/雌定位装置，雄/雌定位装置最好采用互补的凸起和凹槽的形式，每一个镜像半芯设有两个互补的凸起和凹槽，通过使一个半芯转过180度并且使一个半芯的凸起和凹槽与另一个半芯的互补的凹槽和凸起接合，从而使镜像半芯之间的接合变得简单。
这样，可利用密度低于从块料上切割下来的芯的单独模制芯获得规定的强度。对于25千克/立方米或者更高的密度，估计可以节省10％。因此，单独模制芯表现出低于大的切割块料的密度梯度，特别是在穿过厚度上总表现出很大的密度梯度的较高密度的切割块料。
大模制块的中心的密度远低于整体密度。因此，为了保证块料的中心能够达到所需的密度，必须以高于实际所需密度的密度模制块料。这样的问题对于模制芯来说是不会出现的并且该因素能够进一步节省8％至10％。由于不存在密度梯度，因此模制芯的重量以及相应的产品质量会更一致。
为了便于在使用模制芯结构隔绝镶板的建筑物中提供服务，最好在模型中设有能够在最终的模制芯中形成隐藏的通道或者导管的插入件，这些隐藏的通道或者导管适于接收任何形式的供给管线但特别是电线和电缆。除了供电以外，导管也可用于供气、通信、供水、通风或者具有其他用途。这样可形成一个通道阵列以满足所有必需的服务要求，所述通道阵列以并排和一个在另一个上方的形式排列在相邻的镶板之间。另外，通道阵列相对于芯的尺寸的位置可以这样设置，即，例如当一个镶板翻到其中一个宽度较小的侧面上以形成在窗子下方的墙壁时仍然能够与在相邻面板中的通道保持对准。
尽管一个切割芯会因去除用于形成通道的材料而降低一些强度，例如0.1％，但是对于两部分的模制芯不会出现这样的问题，这是因为通道沿着与熔合室的周围表层成为一体的熔合室的表层排列。
已经发现，一种有机非溶剂、水分受到控制的渗透性粘结剂或者胶(例如MCPU)是最有效的，不仅能够将面层粘结在一起，而且当分两个部分对芯进行模制时还能够将芯的两个部分粘结在一起。这样一种粘结剂的强度高于其建筑构件，这是因为它渗透到封闭的室中。对于两部分的芯来说，粘结剂以这种方式渗透能够形成在每一个模制芯部分的室之间延伸的粘结剂层，从而防止在两个模制芯部分之间形成一个分离平面并且形成与泡沫芯一样长的粘结部分。
已经确定，模制的泡沫芯和胶粘在一起的强化面层相当于工字梁但强度高于钢。泡沫芯相当于工字梁的腹板，而面层相对于工字梁的凸缘。
尽管镶板的强度对于正常建筑结构是绰绰有余的，但是由于其复合性质，因此能够通过在一个或者两个面层的内表面上例如增加一个织物或者纤维织物层来进一步增加强度。增加这样一个或者多个层可根据材料性能具有除了增大强度以外的效果或者附加增大强度的效果。作为一个示例，可以提高防火性能。在另一个示例中，为了安全可在织物层中埋入陶瓷材料或者可将薄的导电金属丝缠在其中以能够使热量流过并且因此无需在进行地板下供热。在另一个示例中，可使用一种金属编织网或者防风栅栏，不仅能够提高强度而且还可用作一种能够在被切割的情况下提供一种指示的安全阻挡层。
在所述芯是由两个部分构成的情况下，可在半芯之间和/或在芯和一个或者两个面层之间提供一个附加的层。
本发明所涉及的模制的膨化聚苯乙烯芯在压缩方面的强度是非常高的，以致于结构隔绝镶板无需设置另外的结构件。在没有木梁、钢架等的初步测试表明，在没有其他结构件的情况下，本发明所涉及的结构隔绝镶板能够建造六层甚至十层高，因此在商用建筑中开辟了一个潜在的市场。
在房屋的建造中会使用许多其他的构件。这些构件包括；由相同的原料制成的圈梁，所述圈梁能够增加水平稳定性并且用作一种在门和窗上的过梁；通过增加在长度方向上的刚性来延伸镶板的跨度的箱形梁、角部分以及也由相同的原料制成的防震接合部分。
中间层、屋顶等可都在工厂环境中由这些基本构件制成，大的部件可在现场简单地组装。在组装后，接着可将整体包覆在当地材料(砖瓦、石、木、抹灰等)中。
模制芯的表面外观比利用热线切割的芯的外观好，这是由于热线切割的抖动而使芯的外观受损，并且可利用在模制芯的表面上模制商品名称或者商标来提供一种品质标识。
具有良好的表面外观的另一个优点是，通常可使用低戊烷等级的材料，该材料包含比块料模制等同物小的珠。
由于利用模型尺寸来确定芯的尺寸，因此可以获得精确的尺寸。因此，所获得的这种精度高于在块料切割中所达到的精度。可以说，模制芯的一个设计缺陷是，必须限制所提供的尺寸范围，这是由于模型成本高并且与热线切割设备的重新设定相比，模型更换时间长。但是，可提供在模型表面之间设置垫片很容易地进行厚度调节。
为了能够进行有效的隔绝和结构连接，结构隔绝镶板必须设有一个能够消除由于收缩或者热收缩而导致的在隔绝材料中形成间隙的系统。对于从块料切割下来的芯，这需要一种通过磨削、刨平或者打磨来实施的附加的、因此是高费用的操作。但是，模制芯镶板可设有特定的特征，从而消除了目前进行的参照的附加操作。例如，可利用在模型中的插入件沿着芯的相对表面的边缘在芯中模制凹槽以便在相邻的芯组装时使相应的凹槽对准，从而形成一种建筑物的墙壁，例如可以带的形式接收相应的细长构件(被称为”饼”(biscuit))，从而无需使用热桥将相邻的芯接合在一起。
为了使面层和芯相互配合，面层和芯之间的接合处必须能够转移面层和芯之间的剪切力。接合处必须能够承受剪切和拉伸应力。难以规定对接合处的要求。简单的规则是接合处应该能够承受与芯相同的剪切应力。饼/凹槽的接合能够防止这样的问题出现。
尽管切割凹槽可能会因去除材料而使芯的强度有所降低，但是，采用两个单独的模制芯部分的模制方法能够使凹槽如同服务管线通道那样沿着与熔合室的周围表层成为一体的熔合室的表层排列以防止出现任何的强度损失。
在一个芯模制机中以24千克/厘米的密度和400kn/m2的挠曲强度可根据所需尺寸生产宽度为200毫米的两部分模制芯。如果希望使用从块料切割下来的芯来达到所需的挠曲强度，那么必须使用以35千克/厘米的最小密度膨胀的块料。如上所述，在穿过块料方向上的密度会出现很大的变化，因此不能实施精确的质量控制工艺。热线切割的精度不能提供所需的尺寸公差，并且废品的百分率将大大上升。
本发明还提供利用前面所限定的任何一种结构隔绝镶板建造建筑物的方法以及利用这样的镶板建造的建筑物和/或根据该方法建造的建筑物。
本发明所涉及的模制芯结构隔绝镶板具有很多优点，特别是对于优选的EPS实施例，这些优点如下
成本效率—与其他任何一种常规的建筑系统相比机械强度—对这种建筑材料的测试表明，其所有的性能标准远远优于相同尺寸的砖、木或者混凝土结构。最终的建筑物(例如房屋)也是防震和防飓风的。
加工性能—适于使用标准的工具来适应特定客户的要求。
多技能的建筑工人—在得到认证后，使用熟练程度较低(或者多技能的)劳动力能够容易地建造建筑物/房屋。
隐藏公用设施—在模制过程中，可以通过最初将电源电缆、通信电缆、水管等直接加工在模制芯中而容易地使它们被完全隐藏，从而解决了导管问题。这能够取消所有关于在建造墙壁后增加公用设施的费用，并且对于前面所述的美国SIP是重大改进，在美国SIP中，需要在已经成型的芯中切割用于服务供给管线的导管，这很耗时并且会产生废弃的聚苯乙烯，而且会降低芯的强度。
天气强度—新的、旧的和受损的构件将符合抵抗风、雨、雪、日照和雾的最高标准。
防火-EPS模制芯结构隔绝镶板具有两个要素，一个是不易燃性并且具有两小时的防火等级，另一个是自熄灭性。在火灾中不会提供任何的有毒烟气。这样，可以建造外部没有任何可燃材料的房屋。
防潮-EPS模制芯结构隔绝镶板不易因来自于砌块水槽、受损的防潮层、泄漏管道、暴露在雨水中等的水而受损。
噪声衰减—使用由EPS模制芯结构隔绝镶板构件制成的墙壁的高密度芯材料和厚度将提供突出的噪声衰减性能。实际上通过镶板的振动是不可能的。
长寿命—砖和灰浆制房屋的寿命约为100年。超过这个限度，需要大量费用使其处于良好的状态。EPS模制芯复合构件房屋的设计寿命定为200年。根据美国的信息估计，它们的依赖于附加的由木制件构成的结构支撑的SIP建筑物具有300年的寿命。
热性能—认为，EPS模制芯结构隔绝镶板是世界上热性能最好的建筑材料。模制芯镶板的代表材料的抗热性能的u值在构件的整个使用寿命中保持恒定。
易于得到的材料-EPS模制芯结构隔绝镶板的所有主要构件可作为商品得到或者自己制造。
对生物的抵抗性能-EPS模制芯结构隔绝镶板都不易受到昆虫、啮齿动物、真菌或者腐烂等的攻击。如果在世界的某一地区出现特殊的问题，那么该产品易于接受杀真菌剂、杀昆虫剂等以解决这些问题。
毒性—制造EPS模制芯结构隔绝镶板的材料不包含毒素、致癌物或者气味。EPS本身实际上可用于某些商品应用中。
维护性—无需进行维护。EPS模制芯结构隔绝镶板是弹性的并且能够抵抗较小的冲击损害，例如来自于缓慢行驶的机动车的冲击损害。对于严重的冲击损害，通过更换镶板容易地对建筑物进行维修。
增加—随着家庭的成长，该建筑形式本身能够为增加房间、卧室、车库等进行很好的扩展。这非常适合许多家庭人口开始少并且随着积蓄和需求的支配而增多的文明社会。
技术上的提高—比模制芯复合建筑构件薄的SIP在美国被广泛接收。由BRE进行的测试表明，EPS模制芯结构隔绝镶板超过了在BS5268part 6Section 6.1中提供规定的关于硬度和强度的剥离强度要求以防风和抵抗在居住房屋中的垂直传递载荷。
环境保护—制造EPS模制芯结构隔绝镶板的材料是环保的。它们提供大量的能源节省；80％以上的构件(体积百分比)可被重新利用；以及每一个构件的100％可作为燃料用于发电厂，从而利用在其生产中所耗费的能量因此它具有能量效率。
为了更充分地理解本发明，现将参照附图结合示例对本发明的一些实施例进行描述，在附图中

图1和图2是分别用于制造利用图3和图4中所示方法制造的结构隔绝镶板中的ESP模制芯的聚苯乙烯原材料和预膨胀的聚苯乙烯珠的照片；图3和图4是表示本发明的一个实施例所涉及的一种用于制造结构隔绝镶板(SIP)的方法的示意图，所述结构隔绝镶板具有一个常规的/单独的EPS模制的两部分芯和加强面层；图5是用于制造利用图3和图4中所示方法制造的结构隔绝镶板中的ESP模制芯的两部分雌雄同体模型的一个透视图，两个这样的芯形成一个两部分芯；图6是图5中的雌雄同体模型的下部的一个透视图；图7、图8和图9是分别表示利用图5和图6中的模型制造的一个EPS模制芯部分的侧视图、底部平面图和顶部平面图；图10是沿着表示利用图5和图6中的模型制造的两个EPS模制芯部分的图8中的A-A线得到的横截面图，所述两个EPS模制芯部分是以一个在另一个上方的形式垂直排列的；图11示出了图10中所示的两个EPS模制芯部分胶接在一起所形成的一个两部分EPS模制芯；图12是对图11中所示的两部分EPS模制芯的一个部分进行放大的细节图13一个结构隔绝镶板的透视图，所示结构隔绝镶板包括图11和图12中所示的两部分EPS模制芯，所示两部分EPS模制芯被夹在两个面层之间并且通过与两个面层胶接而层叠在一起；图14一个建筑隔绝角部镶板的一部分的透视图，所示结构隔绝镶板包括图11和图12中所示的两部分EPS模制芯，所示两部分EPS模制芯被夹在四个面层之间并且通过与四个面层胶接而层叠在一起；图15和图16是两个相邻的结构隔绝镶板的放大的细节图，其中示出了将两个镶板接合在一起例如以便在这些镶板刚接合之前和接合之前和之后形成一个建筑物的墙壁部分的一种方法；图17是包括以图15和图16中所示的方式接合在一起的三个相邻的结构隔绝镶板的墙壁部分并且带有切除部分的透视图；图18是多个两部分EPS模制芯结构隔绝镶板的分解透视图，其中示出了镶板如何接合在一起以形成一个建筑物的墙壁；图18a是利用图18的接合在一起的镶板制成的建筑物的墙壁的简图；图19是多个具有窗孔和门孔的两部分EPS模制芯结构隔绝镶板的分解透视图，其中示出了镶板如何接合在一起以形成一个建筑物的墙壁；图20是从一个建筑物的前面看过去并且前部已被去除的透视图，其中示出了建筑物的内部，并且其墙壁、底层和屋顶是由本发明所涉及的两部分EPS模制芯结构隔绝镶板制成的；图21和图22分别是将本发明所涉及的两部分EPS模制芯结构隔绝镶板接合在一起以形成一个建筑物的底层和墙壁的防震接合部分的横截面图和前视图，所述防震接合部分可用于将图20中的建筑物的第一层与墙壁相互接合在一起；
图23至图25是使用本发明所涉及的两部分EPS模制芯结构隔绝镶板的箱式梁的构件的部分横截面图；图26是利用图23至图25的构件组装的箱式梁的一个部分横截面图；图27是用于制造本发明另一个实施例所涉及的结构隔绝镶板的单件式单独EPS模制芯的部分透视图；图28和图29是使用图27中所示的芯的两个相邻的结构隔绝镶板的放大的细节图，其中示出了将两个镶板接合在一起例如以便在这些镶板刚接合之前和接合之前和之后形成一个建筑物的墙壁部分的一种方法；图30是用于制造本发明另一个实施例所涉及的结构隔绝镶板的由膨胀的聚苯乙烯制成的单件式单独EPS模制芯的部分透视图；图31和图32是图表。
在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。
参见图1至图6，由比制造常规的EPS芯的块料模制等同物小的自由流动珠1构成的低戊烷等级的聚苯乙烯原材料被存储在图4中所示的存储容器3中，所述原材料从那里开始将经受包括预膨胀、冷却和时效处理以及模制/二次膨胀的三段处理。
原始的聚苯乙烯珠1被供给到预膨胀的第一段5，其中以前面所述的方式利用蒸汽作为热载体通过将珠1加热到大约摄氏100度的温度下使其预膨胀到初始体积的20-40倍。在图2中用附图标记6表示的预膨胀珠在被储放在储料仓8中以进行时效处理之前在一个流化床干燥器7(图4)中被冷却和干燥，再次如前面所述的，预膨胀珠实际上是封闭的室。
第三和最后的模制/二次膨胀段9(图3)包括一个雌雄同体模型10，从图5和图6中可以看出，所述模型10具有两个模型部分10a和10b。模型部分10a和10b的壁限定了多个喷口或者排气口12和空气注射器(未示出)，其目的已经被描述。
模型部分10a限定了一个模制腔，所述模制腔形成有周向凹槽(看不见)，所述周向凹槽在模制过程中适于接收具有相应形状的伸入到模制腔中的模型插入件(未示出)。模型部分10b形成有纵向互连的栅格14(见图6)和横向延伸的通道16和18，通道16和18分别与模型部分10a的壁中的相应的凹槽16a和18a对准，当以液压或者气压的方式关闭模型以开始进行模制操作时，所述凹槽和通道容纳相应形状的栅格模制插入件。
另外，模型部分10b设有互补的雄/雌定位装置，所述互补的雄/雌定位装置包括朝向模型部分10b的一端(如图6中所示，右手端)的三个凸起20以及朝向模型部分10b的另一端(如图6中所示，左手端)的位置相同的三个互补凹槽22。
利用空气注射器(未示出)将经过预膨胀和时效处理的珠6从储料仓8吹入到关闭的模型10的模型部分10a中的模制腔中，而空气则通过喷口或者排气口12排出。每一个模型部分10a、10b设有被螺栓固定其自身上蒸汽室(未示出)，所述蒸汽室与喷口或者排气口12相通，蒸汽通过喷口或者排气口12被引入到关闭的模型10的模型部分10a中的充填有经过预膨胀和时效处理的珠6的模制腔中。
在关闭的模型10中，利用蒸汽使所述珠6被加热到在110℃和120℃之间的温度后并且进一步膨胀但被限制到充满模制腔的自由体积的程度，从而使珠被压缩在一起，这是由于它们受到模型的限制而不能自由地膨胀。这样，在模制腔内产生内部压力，利用由于加热而在各个室的周边形成的剩余厚度使这些珠沿着它们的界面熔合在一起以形成一个单独(特制)EPS模制成型的芯部分。在经过一个冷却(压力减小)期后，通常利用真空来去除任何的水分，被模制的块料在尺寸上得到稳定并且可与模型10分离。模制芯部分利用附图标记24表示并且示出在图7和图9中。在模制过程中，任何残留的膨胀剂(戊烷气体)被耗尽，因此模制芯部分24中不包含任何残留的膨胀剂。如图12中所示，单独(特制)EPS模制成型的芯部分24具有周围表层26和模制的栅格、被表层覆盖的通道。图12中仅能够看到通道18b。
喷口/排气口12的间隔和数量以及总的喷口/排气口面积保证蒸汽能够到达模制腔中的所有部分，这样提供了密度基本上均匀的模制芯部分24，密度的上下偏差为±2.0％。
特别参见图7至图9，作为单独模制芯部分24的如图7和图9中所示的上表面的表面28中具有一个周向凹槽30，即，始终围绕其周边延伸的凹槽。该周向凹槽30是由在模型部分10a的凹槽中的模型插入件制成的，所示模型插入件在模制过程中伸入到模制腔中。在模制过程中，利用占据通道16和18的栅格14以及凹槽16a和16b的模型插入栅格在表面32中分别形成纵向栅格14a以及横向延伸的通道16b和18b。另外，从图7和图8中可以看出，模型部分10b的三个凸起20和三个位置相同的互补凹槽22形成了在模制芯部分24的所示下表面32中的三个凹槽20a和互补凸起22a。
当两个(镜像的)模制芯部分或者半芯24在模型10中被生产出来并且接着被脱模时，它们被输送到一个粘结剂涂覆段34(图3)，在粘结剂涂覆段34，它们的表面32被涂覆MCPU粘结剂。然后，两个涂覆有粘结剂的芯部分24被输送到一个加压和硬化段36(图3)，在加压和硬化段36中，一个芯部分24相对于另一个芯部分24转过180度以占据图10中所示的位置。在该位置中，可以容易地看出设置互补的凸起22a和凹槽20a的目的。这是由于，在所示的左手端处，上芯部分24的凹槽20a与下芯部分24的凸起22a对准，在所示的右手端处，上芯部分24的凸起22a与下芯部分24的凹槽20a对准。上芯部分和下芯部分24的横向通道18b以及纵向通道(看不见)也是对准的。
这样，当上芯部分和下芯部分24在加压和硬化段36被压在一起以如图1中所示的使它们相互粘接在一起。对准的互补凸起22a和凹槽20a精确地相互接合以使两个芯部分24相互定位并且对准的通道16b、18b形成了一个用于服务管线的通道阵列38。在粘结剂硬化后，生产出一个两部分特制模制芯40，两部分特制模制芯40被输送到如图3中所示的一个质量检验和保证段42。粘结剂渗透到在两个模制芯部分24的封闭的室之间的空隙中以形成一个在两个模制芯部分24之间延伸的层(图12中未示出)，从而使两个模制芯部分之间没有分离平面。实际上，由粘结剂层形成的接合部分的强度高于模制芯部分24的EPS材料的强度。
在图3中用附图标记46表示的下一个段包括将MCPU粘结剂涂覆到两个镶板面层(例如，由OSB、胶合板或者具有水泥性质的板构成的)中的每一个的一个表面上。接着，面层的涂覆有粘结剂的表面被输送到一个段48(图3)，在那里，它们被谨慎地涂覆在模制芯40的相对表面28上。为了确保在承载条件下长时间粘结，带有其涂覆面层的两部分模制芯40被输送到其中使用一种机械或者气动操作压力机的加压和凝结/硬化段49(图3和图4)。图13中示出的一种完成的结构隔绝镶板(SIP)50具有被夹在并且被粘结在两个面层52之间的芯40。
图14示出了角部SIP50，由于芯40实际上形成该角部，因此角部SIP50与通过使分离的SIP邻接所形成的常规SIP角部相比实际上难以使潮气渗入。在凹槽30设置在利用芯40限定的面层内的所有情况下，可以看到参照图15至17描述的凹槽30a。
参照图15，凹槽30a接收被称为饼的带54，带54可被粘接到芯40和面层中限定凹槽30a的那些部分上以如图16和图17中所示与相邻的SIP50接合在一起。另外，如图16中所示，可通过在相邻的SIP50的邻接面中形成粘结剂接收通道56将这些邻接面粘结在一起，因此在图16中示出了占据通道56的纵向延伸的粘结剂珠56a。在图17中可以看到用于供给管线的纵向和横向延伸的通道38。
图18示出了如何以图15至图17中所示的方式利用饼54以及使面层52向上延伸到芯40的上方提供用于细长元件58的顶部通道60来组装SIP50以形成一个建筑物的墙壁，图18a中示出了完成的墙壁并且用附图标记57表示。可以看出，上部的SIP50的形状适于安装一个未示出的斜屋顶。
在图19中，在形成墙壁64的SIP50中切割用于门窗的孔62并且孔62设有各自的框66，框66安装在通过使面层52延伸到芯40上方所形成的通道60中。利用被接合在各个SIP50中的通道60中的细长基板元件58将SIP50支撑在地基68上。
图20中所示的建筑物70是一种两层(楼层)建筑物，该建筑物具有地基(第一层)72、墙壁74、第二层76、屋顶78和用作工字梁的屋顶支承梁80，其中SIP50的芯40相当于工字梁腹板，SIP50的面层相当于工字梁的凸缘。可利用目前正参照的图21和图22中所示的接合件90使第二层与墙壁SIP50接合。接合件90包括用于将第二层壁支撑在第二层76上的通道构件91，所述通道构件91具有穿过通道构件91并且进入到第二层和第一层壁的SIP50的芯40中的榫钉构件92。接合件90具有安装在第二层76的突出部分94上的压盖。
参照图23至图25，其中示出了具有芯40、面层52和饼54的SIP的各个元件，这些元件粘接在一起形成一种箱式梁，图26中示出了组装的箱式梁并且用附图标记100表示。箱式梁100用于通过增加长度刚性来延伸SIP跨度。可根据载荷要求利用箱式梁100代替诸如在前面的段落中述及的工字梁。
图27中所示的芯40a的实施例与在前面附图中的两部分芯40的不同之处在于，芯40a是一种最大厚度为100毫米的单件式特制的单独模制的EPS块料类型的芯。从图28和图29中可以看出，利用与参照图15至图18针对具有两部分芯40的SIP50所描述的类似的方式将两个相邻的SIP50接合在一起，不同之处在于，没有用于接收粘结剂珠56a的通道56。在以与模型10相同的方式操作的模型中制造芯40a，并且上模型部分将具有用于接收一个互补的模型插入件的凹槽以产生凹槽30。
除了用于模型插入件的凹槽，可在这样一个模型中制造图30的单件的单独模制EPS块芯40b。
芯40a和40b被夹在和粘接在未示出的面层52之间以生产一种SIP50。
在图31中具有两个图表，其中示出了分别在剪切方面强和弱的芯之间的比较。在上面的图表中，迹线表明，所测试的芯在剪切方面强，即，密度基本上均匀的两部分模制芯40，并且用于被放置在长时间压缩载荷中的SIP中时(诸如当用于在建筑物的墙壁中时)的偏差是可接收的。
另一方面，在下面的图表中，所测试的芯在剪切方面弱，即，可变的(低)密度的芯(诸如从EPS块料中切割下来的)，这是由于迹线表明，用于被放置在长时间压缩载荷中的SIP中时(诸如当用于在建筑物的墙壁中时)具有不良的偏差，这会导致所不希望的质量。
图32中所示的图表中给出了模制EPS芯的挠曲强度与从EPS块料切割下来的芯的挠曲强度的一些典型数值并且是不言而喻的。芯收缩量约为0.5-0.6％，该数值可在两个月或者三个月后获得。
原型试验表明了根据下列表中的代表性结果，给出这些结果仅作为示例以便于更好地连接本发明。
表
可以在不脱离该说明书的导言部分中所限定的本发明原理的基础上对上述实施例进行各种变型。例如，在粘结面层52之前或者之后，根据EPS模制芯的位置和/或应用(例如见图18)将它们切割成矩形的或者不同形状的较小尺寸。在这样的情况下，如果需要的话，根据载荷要求，一个EPS模制芯的切割表明可设有一个面层(诸如饼)以恢复可能出现的强度损耗。
权利要求
1.一种结构隔绝镶板，所述结构隔绝镶板有一个膨化聚苯乙烯芯，所述芯被夹在两个面层之间并与两个面层接合在一起，所述面层与通过模制所形成的芯的表面接合在一起。
2.如权利要求1所述的镶板，其特征在于，所述芯是一种膨化聚苯乙烯模制件。
3.如权利要求2所述的镶板，其特征在于，通过使聚苯乙烯室在模型中的膨胀形成所述芯以使密度偏差达到最小。
4.如上述任何一项权利要求所述的镶板，其特征在于，所述膨胀的聚苯乙烯是这样生产的，即使聚苯乙烯预膨胀、对预膨胀的聚苯乙烯进行时效处理，接着利用蒸汽使经过预膨胀和时效处理的聚苯乙烯膨胀。
5.如上述任何一项权利要求所述的镶板，其特征在于，所述镶板的尺寸为宽1.2米，厚0.2米以及高/长2.4米。
6.如上述任何一项权利要求所述的镶板，其特征在于，所述面层是由水泥性质的板、胶合板、石膏/织物复合板或者OGB制成的。
7.如上述任何一项权利要求所述的镶板，其特征在于，所述芯包括两个镜像半芯。
8.如权利要求7所述的镶板，其特征在于，所述芯的每一个镜像半芯设有用于使两个半芯接合的雌雄定位装置。
9.如上述任何一项权利要求所述的镶板，其特征在于，所述芯包括至少一个通道。
10.如权利要求9所述的镶板，其特征在于，存在一个通道阵列，所述通道阵列是这样设置的，即，使每一个通道与一个相邻的这样的镶板的通道对准并且能够相连。
11.如上述任何一项权利要求所述的镶板，其特征在于，使用一种有机非溶剂、水分受到控制的渗透性粘结剂或者胶将所述镶板的各个部分粘接在一起。
12.如上述任何一项权利要求所述的镶板，其特征在于，所述镶板包括沿着所述芯的相对表面的边缘的凹槽以接收用于将该镶板与另一个这样的镶板连接在一起的接合件。
13.作为在结构隔绝镶板中的芯的膨化聚合物的单独模制件的使用，在所述结构隔绝镶板中，所述芯被夹在两个面层之间并与两个面层接合在一起。
14.一种制造结构隔绝镶板的方法包括利用模制的方式形成具有至少两个相对表面的膨化聚苯乙烯芯并且将面层与两个模制表面接合。
15.如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，形成一种膨化聚苯乙烯芯的步骤包括通过对聚苯乙烯珠加热并对其提供蒸汽使聚苯乙烯珠预膨胀，对预膨胀的聚苯乙烯珠进行冷却和干燥、对预膨胀的珠进行时效处理、接着在一个模型中利用蒸汽使经过预膨胀和时效处理的珠进一步膨胀。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，用于使经过预膨胀和时效处理的珠进一步膨胀的模型包括两个模型部分，所述两个模型部分限定了一个模制腔，每一个模型部分都与蒸汽源相连，所述模制腔的表面设有多个蒸汽喷射点。
17.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述模型是一种雌雄同体模型。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述模型被成型以能够为每一个半芯提供雌/雄定位装置。
19.如权利要求15至18中任何一项所述的方法，其特征在于，所述模型被成型以能够形成沿着所述芯的相对表面的边缘的凹槽。
20.如权利要求15至19中任何一项所述的方法，其特征在于，所述模型被成型以能够在所述芯中形成至少一个通道。
21.如权利要求14至20中任何一项所述的方法，其特征在于，利用一种有机非溶剂、水分受到控制的渗透性粘结剂或者胶将所述镶板的各个部分粘接在一起。
22.一种建造一种建筑物的方法包括使用如权利要求1至12中任何一项所述的镶板。
全文摘要
本发明涉及一种结构隔绝镶板，所述结构隔绝镶板有一个膨化聚苯乙烯芯(40)，所述芯被夹在两个面层(52)之间并与两个面层接合在一起。所述面层与通过模制所形成的芯的表面接合在一起。所述芯是最好一种膨化聚合物模制件，而优选的聚合物是聚苯乙烯。所述镶板用作一种建筑构件。
文档编号E04C3/29GK1429305SQ01809510
公开日2003年7月9日 申请日期2001年3月22日 优先权日2000年3月22日
发明者托尔·H·赫耶, 彼得·J·斯沃恩, 安东尼·帕尔默 申请人:国际概念技术公司