CN111033891B - 建造面板、垫层和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了建造面板和其它材料、用于其制造的方法以及用这种面板监测环境状况的系统和方法。该面板包括：具有第一表面和相对的第二表面的芯；以及环境传感器组件，该环境传感器组件与该面板相关联并且被配置为检测面板的环境状况并且将关于环境状况的数据无线地传送至读取器。

Description

建造面板、垫层和系统

技术领域

本公开总体上涉及用于建筑物建造的面板和其他材料的领域，更具体地讲，涉及具有环境传感器的面板和其他建造材料、制造此类面板的方法以及它们的使用系统。

背景技术

室内墙板面板、外部建筑物覆板面板、地板面板、屋顶面板和其他建造面板在建造期间和之后可能暴露于极端环境状况，包括潮湿、风和极端温度。另外，此类系统可能被不适当地安装，使得面板之间的接缝未完全密封。此外，安装在建筑物中的窗户、排水口、护墙和其他开口和区域周围的覆板面板和屋顶面板可能特别容易受害于环境损害。

当由于这些条件而发生水分侵入和/或面板劣化或破坏时，其一般在一段时间内不被注意到，通常直到在视觉上观察到。此外，可能永远不会检测到通过典型检查方法可能不可见的渗漏和/或劣化。因此，由于缺乏针对这些问题的早期检测系统，此类损害条件以及由水渗透引起的霉菌和发霉可能会加剧至易于避免的程度。

例如，在暴露于冷冻温度的环境中，渗漏到屋顶面板或覆板面板中的水可能经历多次冻-融化循环，从而导致面板芯和玻璃纤维垫饰面以及相关联的膜(例如，建筑物包裹物)(如果存在的话)的分离。一旦已发生垫饰面的分离，向上提升的风就会导致垫饰面的进一步分离，有时导致垫饰面鼓起。

因此，期望的是提供具有用于检测面板/结构中或其上的环境状况的传感器的建造面板和其他建造材料，以监测和防止对此类材料的损坏。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供了一种建造面板，包括：面板，所述面板包括面板芯并且具有第一表面和相对的第二表面；和环境传感器组件，所述环境传感器组件完全布署在所述面板芯内或在所述面板芯与所述面板的饰面材料之间，并且被配置为检测所述面板的环境状况并且将关于所述环境状况的数据无线地传送至读取器，其中所述环境传感器组件是自支撑的、无源的，并且包括天线、处理模块和无线通信模块，其中所述面板的环境状况包括水分。

根据本公开的第二方面，提供了一种地板垫层，包括：石膏和/或混凝土地板垫层材料；和环境传感器组件，所述环境传感器组件完全布署在所述垫层材料的表面内或所述垫层材料的表面上，并且被配置为检测所述垫层的环境状况并且将关于所述环境状况的数据无线地传送至读取器，其中所述环境传感器组件是自支撑的、无源的，并且包括天线、处理模块和无线通信模块，其中所述垫层的环境状况包括水分。

附图说明

现参见附图，这些附图意在是示例性的而非限制性的，并且其中类似的元件被类似地编号。结合示出本公开的示例的附图来阐述具体的描述，其中使用相同的附图标号指示类似或相同的条目。本公开的某些实施方案可以包括附图中所示的那些以外的元件、部件和/或构型，并且在某些实施方案中，附图中所示的元件、部件和/或构型中的一些可能不存在。

图1为示出用于生产适用于制造用于被制备用于根据本公开的用途的石膏面板的石膏板的制造线的部分的图解局部侧视图；

图2为从图1的左侧所示截取的、用于制造石膏板的下面的纤维玻璃垫的放大局部截面图；

图3为如图2中的线3--3所示截取的局部平面图；

图4为如图1的右边所示截取的放大截面图且示出了用于制造板的具有居间石膏组合物的下面的纤维玻璃垫和上覆纤维玻璃垫；

图5为如图4中的线5--5所示截取的局部平面图；

图6为如图4的线6--6所示截取且示出了板的下面的垫的底表面的局部底视图；

图7为已完成的板的边缘部分的横截面图，该视图如图4的线7--7所示截取；

图8为如图4的顶部所示截取的进一步放大的局部截面图；

图9为如图4的底部所示截取的进一步放大的局部截面图；

图10为根据本公开的结合了面板的示例性屋顶平台系统的局部剖开且呈截面的透视图；

图11为沿图10的线11--11截取的放大的截面图；

图12为图11的圆圈区域的放大的截面图，其示出了根据本公开的第一沥青层渗透到面板的纤维上表面中；

图13为结合了根据本公开的面板作为主支撑层的另一类型的屋顶系统的透视图；

图14为沿着图13的线14--14截取的截面图；

图15为使用根据本公开的面板的复合墙壁结构的局部剖开且呈截面的透视图；

图16为图15的圆圈部分的放大视图，其示出了石膏层渗透到面板的纤维表面中；

图17为建造面板的截面图；

图18为建造面板的截面图；

图19为具有防水和空气阻挡性能的建筑物覆板系统的透视图；

图20为环境传感器组件的平面图；

图21为屋顶平台组件的透视图；

图22为屋顶平台组件的局部透视图；

图23为建造面板或材料的截面图；并且

图24为地板垫层的截面图。

具体实施方式

本文公开了建筑物建造面板和材料，以及制造此类面板和材料的方法，以及它们的使用系统。本文所述的面板和材料可以为用于内部或外部建造应用的面板，诸如用于墙板、外部覆板、屋顶板和地板、消音和防雨垫，以及其它建造应用。例如，本文所述的面板可以是外部石膏覆板面板，诸如标题为“石膏面板、系统和方法”的美国专利申请号15/014,793和15/014,922中所述的那些，这些专利全文以引用方式并入本文。例如，本文所述的面板可以是包含纤维素纤维材料的纤维增强石膏面板，诸如美国专利号6,893,752、 8,070,895、6,342,284、6,632,550、7,244,304、7,425,236、7,758,980、7,964,034、8,142,914和8,500,904中所述的那些，这些专利全文以引用方式并入本文。例如，本文所述的面板可为屋顶平台面板，诸如美国专利号5,319,900中所述的那些，该专利全文以引用方式并入本文。例如，本文所述的面板可以是异氰脲酸酯或类似的绝缘类型面板，诸如美国专利号7,612,120中所述的那些，该专利全文以引用方式并入本文。例如，本文所述的面板可以是胶合板、定向刨花板(OSB)、或建造行业中已知的其它木基面板。例如，本文所述的建造材料可以是聚合物雨幕或消音垫，诸如美国专利号9,157,231和 7,861,488中所述的那些，这些专利全文以引用方式并入本文。例如，本文所述的面板或建造材料可以是石膏和/或混凝土地板垫层，诸如美国专利号 7,651,564中所述的那些，该专利全文以引用方式并入本文。总体上，本公开涉及用于商业和/或住宅应用的用于内部和/或外部建造应用的各种建造面板和材料，其中建造面板和/或材料包含环境传感器，该环境传感器被配置用于检测与其相关联的面板、材料或周围结构的一种或多种环境状况。

建造面板和材料

一般来讲，面板和其他建造材料可以包括本领域已知的任何合适的建造或构型。例如，面板可以是(例如，按重量计以最多90％或更多的量)包含石膏作为面板芯的显著组分的面板，或者可以是(例如，以小于90％的量)包含石膏与其他组分组合作为面板芯的组分的面板。可以存在于面板芯中的其它组分的示例包括纤维素或其他纤维。此外，虽然本公开一般涉及包括石膏芯或层的建造面板，但其他面板可以适当地取代石膏面板，诸如木基、基于泡沫的面板和适用于本文所述的建筑物建造目的的其它基于材料的面板。也就是说，虽然结合石膏面板描述或示出了本公开的各种实施方案，但应当理解，石膏芯和其他面板特征可被这些其它面板或建造材料类型的合适组分所替代。特别地，以引用方式并入本文的文献中描述了此类面板和其他材料。例如，这些面板和垫可以包括任何合适的面板芯(例如，形成面板的结构芯的一个或多个层)以及任何合适的饰面材料或其它外部涂层材料，如本文将描述的那样。

在某些实施方案中，如图23所示，建造面板2300包括：具有第一表面 2307和相对的第二表面2309的面板(例如，由面板芯材料2308的一个或多个层形成的、具有或不具有饰面材料的面板芯2301)；以及环境传感器组件2320、环境传感器组件2322、环境传感器组件2324，该环境传感器组件与面板2300相关联并且被配置为检测面板2300的环境状况并且将有关环境状况的数据无线地传送至读取器，其中该环境传感器组件为自支撑的并且包括天线、处理模块和无线通信模块。例如，如上所讨论的那样，面板可以选自石膏面板、纤维增强石膏面板、异氰脲酸酯面板、木基面板或其他已知的建造面板。例如，也可以提供这样的建造材料，诸如各种建造垫或其它结构，包括但不限于具有与其相关联的环境传感器组件的聚合物雨幕、聚合物消音垫和聚合物屋顶排水垫。例如，此类垫可以为被切割成所需尺寸的轧制材料。如图23所示，环境传感器组件(被示出为2320、2322、2324的所示的各种组件)可以被定位在面板或材料中或面板或材料的任何合适的表面(内部或外部)上。例如，环境传感器组件可以设置在面板的外表面或边缘上，或设置在面板内或其表面上。例如，在具有饰面材料、面板涂层或形成面板芯的多个层的面板中，环境传感器组件可以设置在内部，即，面板的两个层之间。

例如，在石膏面板，诸如纤维增强石膏面板中，环境传感器组件可以设置在面板的外表面或边缘上，或设置在面板内或其表面上。例如，在具有饰面材料、面板涂层或形成面板芯的多个层的石膏面板中，环境传感器组件可以设置在内部，即，面板的两个层之间。例如，在异氰脲酸酯面板中，环境传感器组件可以设置在面板的外表面或边缘上，或设置在面板内，诸如面板的各层之间，或面板的表面上。例如，在木基面板中，环境传感器组件可以设置在面板的外表面或边缘上，或设置在面板内，诸如面板的各层之间，或面板的表面上。例如，在诸如消音垫、屋顶排水垫或雨幕的聚合物垫中，环境传感器组件可以设置在垫的外表面上或其各层之间。

在某些实施方案中，如图24所示，提供了地板垫层2400，并且该地板垫层包括：石膏和/或混凝土垫层材料2401(例如，在地板基底2430上的垫层材料2408的一个或多个层形成的现场灌注或其它合适的垫层材料构型)；以及环境传感器组件2420、环境传感器组件2422、环境传感器组件2424，该环境传感器组件与垫层材料相关联并且被配置为检测垫层的环境状况并且将有关环境状况的数据无线地传送至读取器，其中环境传感器组件为自支撑的并且包括天线、处理模块和无线通信模块。例如，垫层可以具有第一表面2407和相对的第二表面2409。例如，环境传感器组件2420、环境传感器组件2422、环境传感器组件2424可以设置在石膏和/或混凝土垫层材料内或其表面上。

在某些实施方案中，如图17所示，面板1000包括具有第一表面和第二相对表面的面板芯101，以及与面板芯101的第一表面相关联的第一饰面材料104。例如，饰面材料可以是本领域已知的任何合适的饰面材料，包括纸张饰面材料和纤维饰面材料。在某些实施方案中，如图17所示，饰面材料 104为纤维材料，诸如玻璃纤维。因此，虽然结合玻璃纤维垫来描述本文的某些实施方案，但应当理解，任何合适的纸张饰面或其它纤维垫材料可以被取代并落入本公开的范围内。

在某些实施方案中，如图17所示，石膏面板1000包括具有第一表面和第二相对表面的石膏芯101，以及与石膏芯101的第一表面相关联的第一饰面材料104。例如，饰面材料可以是本领域已知的任何合适的饰面材料，包括纸张饰面材料和纤维饰面材料。在某些实施方案中，如图17所示，饰面材料104为纤维材料，诸如玻璃纤维。因此，虽然结合玻璃纤维垫来描述本文的某些实施方案，但应当理解，任何合适的纸张饰面或其它纤维垫材料可以被取代并落入本公开的范围内。

在某些实施方案中，饰面材料为由纤维材料形成的非织造纤维垫，该纤维材料能够通过纤维垫的间隙与芯材料的部分之间的仿机械互锁而与建造面板芯的材料形成强结合。用于非织造垫中的纤维材料的示例包括矿物型材料，诸如玻璃纤维、合成树脂纤维以及它们的混合物或共混物。可以使用短切股线和连续股线两者。

在某些实施方案中，饰面材料为非织造玻璃纤维垫。例如，玻璃纤维可以具有约1微米至约17微米的平均直径和约1/16英寸至约1英寸的平均长度。例如，玻璃纤维可以具有13微米(即K纤维)的平均直径和3/4英寸的平均长度。在某些实施方案中，非织造玻璃纤维垫具有约1.5磅至约4.0磅 /100平方英尺的垫的基重。垫可以各自具有约10密耳至约50密耳的厚度。纤维可以通过合适的粘合剂结合在一起以形成一体的垫结构。例如，粘合剂可以是脲甲醛树脂粘合剂，其任选地用热塑性延伸剂或交联剂(诸如丙烯酸交联剂)或丙烯酸酯粘合剂树脂改性。

在某些实施方案中，如图2和图3所示，饰面材料垫6和16包含以无规图案取向并以树脂粘结剂(未示出)结合在一起的玻璃纤维细丝30。玻璃纤维垫面对的石膏板40的一个实施方案示出于图4和图7中，其中芯42 的凝固石膏在其大量面积部分上基本上穿透垫6的厚度，并且其中芯42的凝固石膏部分地穿透垫16，因此表面基本上不含凝固石膏。如图8中所示，垫16的不含石膏的表面是高度纹理化的，并且提供用于向其上粘附上覆组分的优异基底，因为其包含许多间隙，粘合剂组合物可以流入其中并结合到这些间隙中。

在某些实施方案中，面板具有约1/4英寸至约1英寸的厚度。例如，面板可以具有约1/2英寸至约5/8英寸的厚度。

在一些实施方案中，如图17所示，石膏芯101的石膏晶体穿透第一玻璃纤维垫104的剩余部分，使得第一玻璃纤维垫104中的空隙基本上被消除并且面板1000的耐水性进一步增强。例如，在一个实施方案中，第一玻璃纤维垫104在与石膏芯101相对的表面上具有连续阻挡涂层106，连续阻挡涂层106穿透第一玻璃纤维垫104的一部分，以限定第一玻璃纤维垫104的剩余部分。也就是说，石膏芯101的石膏晶体穿透第一玻璃纤维垫104的剩余纤维部分，使得第一玻璃纤维垫104中的空隙基本上被消除。如本文所用，短语“使得玻璃纤维垫中的空隙基本上被消除”和类似短语是指填充未被涂层材料填充的玻璃纤维垫的全部或几乎全部间隙体积的石膏浆液(例如，石板涂料)。

如本文所用，术语“连续阻挡涂层”是指在纤维垫的表面上基本上不间断的涂层材料。在饰面的外表面上的连续阻挡涂层可以是本领域已知的任何合适的涂层。例如，涂层可以包括粘结剂材料和任选地填料。例如，涂层可以包括聚合物或树脂基粘结剂材料以及一种或多种无机填料。

在某些实施方案中，如图17所示，石膏芯101包括两个或更多个石膏层102、108，而在其他实施方案中，石膏芯包括单个石膏层。例如，石膏芯可以包括具有不同组合物的各种石膏层。在一些实施方案中，与玻璃纤维垫104接触的第一石膏层102(即，形成具有涂层材料界面并且至少部分地穿透第一纤维垫的剩余纤维部分的层)为石板涂料层。在一些实施方案中，第一石膏层102按重量计以石膏芯101的约2重量％至约20重量％的量存在。为了便于说明，各种石膏层在附图中显示为分离的层；然而，应当理解的是，这些材料的重叠可以发生在它们的界面处。

石膏芯的层可以类似于在其它石膏产品中使用的石膏芯，诸如石膏墙板、干墙、石膏板、石膏板条和石膏覆板。例如，石膏芯可以通过将水与粉末状无水硫酸钙或半水硫酸钙(也称为煅烧石膏)混合以形成含水石膏浆，并且然后允许浆液混合物水合或凝固为二水合硫酸钙(相对硬的材料)而形成。在某些实施方案中，石膏芯包含约80重量％或以上的凝固石膏(即，完全水合的硫酸钙)。例如，石膏芯可包括约85重量％的凝固石膏。在一些实施方案中，石膏芯包含约95重量％的凝固石膏。石膏芯也可以包括多种添加剂，诸如促进剂、缓凝剂、发泡剂和分散剂。

在某些实施方案中，如图18所示，石膏面板200包括与石膏芯201相关联的两个饰面204、212。与第一饰面材料一样，第二饰面材料可以是任何合适的饰面材料，例如纸张或纤维材料。在某些实施方案中，两个饰面 204、212为玻璃纤维垫。第二玻璃纤维垫212存在于与第一玻璃纤维垫204 相对的石膏芯201的面上。在一些实施方案中，仅第一玻璃纤维垫204在其表面上具有连续阻挡涂层206。在其他实施方案中，两个玻璃纤维垫204、 212在其与石膏芯201相对的表面上具有涂层206、214。在一些实施方案中，石膏芯201包括三个石膏层202、208、210。与玻璃纤维垫204、212接触的石膏层202、210中的一者或两者可以为石板涂料层。

如图17中所示，根据本公开的石膏面板可以具有由第一饰面材料104 形成的面板1000的第一表面107和/或其上的连续阻挡涂层106。石膏面板 1000还具有与第一表面107相对的面板的第二表面109。

在某些实施方案中，如图10-图14和图21-图22所示，面板可以是屋顶平台面板。例如，在建筑物的建造中安装屋顶平台系统一般涉及建造框架以支撑建筑物的屋顶；附连到框架波纹片材以提供用于支撑屋顶平台系统的其它部件的表面；将平面支撑构件附连到波纹片材；以及将具有良好风化特性的外部装饰材料附连到平面支撑构件。包括夹在上述波纹片材和平面支撑构件之间的绝缘面板的屋顶平台系统也被广泛使用。此类系统被设计成具有绝缘性和耐候性。此类屋顶平台系统可以用于利用节约用于加热的能量并节约用于空调的能量。更具体地讲，此类屋顶平台系统通常包括波纹金属片材，其通常通过螺钉或螺栓机械地附连到建筑物的适当结构构件诸如钢梁上。波纹金属片材支撑上覆其的部件的重量，包括绝缘材料(当使用时)、平面支撑构件和装饰材料。轻质低密度绝缘面板诸如膨胀聚苯乙烯、聚异氰脲酸酯等被广泛用于此类系统中，尤其是在较冷的气候中。平面支撑构件通常包括石膏板，并且通过机械紧固件诸如螺钉固定在适当位置，以形成下面的波纹金属片材。当使用绝缘面板时，它们被夹在下面的波纹金属片材和石膏板的上覆面板之间。外部装饰材料诸如聚合物或橡胶膜或沥青和屋顶油毡的交替层上覆石膏板的面板。

结合如上所述的纤维垫面对的石膏板的典型屋顶平台系统示于图10至图12中。在该构造中，在建筑物支撑构件(未示出)之间延伸的间隔的平行桁架50支撑被焊接或以其他方式紧固到桁架上的波纹金属平台52。绝缘片材材料的层54和层56(其可例如为聚异氰脲酸酯)设置在波纹金属平台上。通过穿过其中并穿过下面的绝缘层54和绝缘层56进入平台52中的紧固件60，将上述类型的纤维垫面对的石膏板面板的层58固定到波纹平台52。通过施加胶带62来密封面板层58的接头，如图10相对于面板接头中的一个所示。上覆石膏层58的是防水屋顶膜，其包括沥青64和屋顶油毡66的交替层，在本示例中示出了各自的三个层。将沥青68的最终涂层用压碎的砾石顶层70覆盖。

在图12的放大视图中，示出了第一沥青层64穿透到石膏板面板层58 的面向上的纤维垫面的方式。这种穿透确保防水膜牢固地粘附到屋顶系统的结构层。

在一些实施方案中，如图21所示，结合了具有环境传感器组件的石膏面板的屋顶平台系统150包括石膏屋顶板/面板，作为覆盖层158、垫层154 或两者，以及安装件156、安装在钢、木材或其他屋顶平台152(显示为钢) 上的屋顶覆盖物或膜160。在一些实施方案中，如图22所示，结合了具有环境传感器组件的石膏板的屋顶平台系统162为单层膜系统。例如，系统可以包括至少一个石膏屋顶面板166、170、绝缘体168和单层膜172(例如， EPDM或热塑性膜)。利用石膏屋顶面板的此类屋顶系统的各种实施方案是本领域已知的，并且本公开旨在涵盖结合了本文所公开的石膏面板的任何此类合适的系统构型或设计。例如，除其他以外，屋顶系统可以包含合适的沥青、EPDM、Turbo Seal、CSPE、改性沥青、PVC、冷液膜、FTPO、TPO、煤焦油沥青堆积，或其它堆积屋顶构造等。

参见图13和图14，示出了现场灌注屋顶平台系统，其包括支撑间隔开的次级檩条(呈平行间隔关系的灯泡T形件74)的檩条72。上述类型的纤维垫面对的石膏板76被支撑在次级檩条74的水平凸缘74a上。将加固网筛 78铺设在次级檩条和石膏板面板76上，并且将一层可凝固石膏浆液80倒入加固网筛上的适当位置。允许浆液80硬化以形成平滑的连续平台表面82。浆液对石膏板面板76的粘附性通过将浆液渗透到面板的面朝上的纤维垫表面上而得到保证。将包括沥青84和屋顶油毡86的交替层(在所示的示例中为各自的三层)的屋顶膜施涂到表面82上。用压碎的岩石或砾石90的涂层覆盖最终的沥青层88。

就用于建筑物的内部装饰系统而言，此类系统的安装一般涉及建造框架以支撑建筑物的内壁；以及附连到框架平面支撑构件，该支撑构件提供平滑的连续表面以支撑具有美学和耐久性特性的内部装饰材料。此类系统被设计为坚固耐用的，并且耐受建筑物占用期间的滥用。图15和图16示出了本发明的纤维垫面对的面板的内部使用的示例。在这些视图中，内壁系统包括间隔开的竖直螺柱92、纤维垫面对的石膏板面板94通过间隔的紧固件96(诸如螺钉或钉子)附接到竖直螺柱。将熟石膏的薄层98施涂到面板94的纤维垫表面100上，并且将其抹平以形成光滑的装饰表面，然后可用常规方式用油漆、纸张等来装饰该表面。如图16的放大视图所示，熟石膏98渗透到面板94的纤维垫表面中，以实现熟石膏层与面板的牢固机械结合。虽然在图 15的壁的上下文中示出，但面板94可以同样适当地用作天花板，并且可以与木头或金属螺柱支撑系统一起使用。对于一些应用，可以发现需要对芯的耐水性进行调节，以获得令人满意的熟石膏装饰。

在外部系统中，可以将覆板面板以任何合适的方式附连到下面的支撑构件，例如通过使用钉子或螺钉。在此类系统中，下面的支撑构件可包括例如刚性塑料或金属片材的面板(例如呈波纹形式的面板)、檩条和次檩条。绝缘材料的面板可以附连到此类支撑构件并且上覆附连到其上的所述面板中的面板。支撑构件通常附连到建筑物的框架。

在某些实施方案中，如图17和图18所示，石膏面板包括与石膏面板相关联的至少一个环境传感器组件120、环境传感器组件122、环境传感器组件124。尽管图17和图18中示出了三个环境传感器组件，但是应当理解的是，传感器组件另选地设置在这些位置中的一个、两个或每一个处，以及石膏面板中和其上的其他位置处。

在一个实施方案中，环境传感器组件120设置在面板的第一表面上。在一个实施方案中，环境传感器组件122设置在面板的第二表面上。例如，面板的第一表面可以是安装时面板的面向外的表面，而面板的第二表面可以是安装时面板的面向内的表面。在其他实施方案中，环境传感器组件设置在面板的外部边缘处。在其他实施方案中，环境传感器组件124设置在面板芯内或其表面处。例如，环境传感器组件可以被定位在饰面材料上或饰面材料附近，或者被定位在面板芯的芯材料的另一部分中，诸如在石板涂料或石膏面板中的石膏层中的另一层中。在其他实施方案中，环境传感器组件可以设置在接收连续阻挡涂层的饰面材料的表面上。因此，根据环境状况检测的所期望的位置和类型以及面板的特定应用，环境传感器组件可以设置在面板上或面板中的任何合适的位置处。

在某些实施方案中，环境传感器组件被配置为检测与其相关联的面板或材料的环境状况并将关于环境状况的数据传送至读取器。例如，环境传感器组件被配置为检测一种或多种环境状况，诸如水分、温度和/或压力。

在某些实施方案中，环境传感器组件是自支撑的，并且包括其上设置有天线、处理模块和无线通信模块的基底。如本文所用，术语“自支撑”是指传感器组件可操作以作为独立组件感测目标环境状况，而不需要传感器组件外部的有线连接。因此，本文所公开的环境传感器组件可以有利地在制造期间或在建筑工地处在整个面板的各种位置处结合到面板或其他材料中，而无需附加的人工或材料来对传感器进行布线或编程。在某些实施方案中，环境传感器组件是无源系统。如本文所用，术语“无源系统”是指不具有电池的传感器组件，其使用由读取器传输的无线电能量来为组件供电。有利的是，无源系统可以用于其中面板、材料和/或传感器组件基本不可进入的应用中，使得不可能在不损坏建筑物或建筑物围层的情况下更换组件或与其相关联的电池。此外，由于无源系统不具有电源并且通常不具有移动零件，因此这些组件可以具有极长的寿命，该寿命至少等于面板或其他建造材料的典型寿命。在其他实施方案中，环境传感器组件是包括集成电源(诸如电池)的有源系统，例如可再充电电池，诸如由太阳能供电的电池。

在某些实施方案中，环境传感器组件是无源超高频单芯片传感器嵌入系统。在某些实施方案中，天线是可操作以将环境状况转换成阻抗变化的电阻器/电感器/电容器(RLC)调谐电路，并且处理模块被耦合到天线并且可操作以通过匹配天线阻抗与管芯阻抗来将阻抗变化转换为传感器代码。因此，尽管传统传感器利用电阻方面的变化来测量环境变量，这导致由于电阻中耗散的功率而减小的标签读取范围，但是本发明的传感器组件使用电感或电容的能力有利地避免了读取范围的问题。

例如，天线可以具有可操作以基于环境状况而变化的天线阻抗。处理模块可以耦合到天线并且包括调谐模块，该调谐模块可操作以(i)改变反应性分量阻抗以改变包括天线阻抗和反应性分量阻抗的系统阻抗，以及(ii)产生代表反应性分量阻抗的阻抗值。无线通信模块可以耦合到处理模块并且可操作以将代表反应性分量阻抗的阻抗值传送至读取器，该阻抗值表示关于环境状况的数据。在一些实施方案中，环境传感器组件还包括存储器模块，该存储器模块可操作以存储代表反应性分量阻抗的阻抗值。

例如，传感器组件可以是无源射频识别(RFID)传感器，诸如描述于PCT 专利申请公开号WO2015/184460中的传感器，该文献全文以引用方式并入本文。如图20中所示，该无源RFID传感器包括天线、处理模块和无线通信模块。天线具有天线阻抗，该天线阻抗可以随天线被放置在其中的环境而变化。处理模块耦合到天线并且具有调谐模块，该调谐模块可以改变耦合到天线的反应性分量阻抗，以便改变包括天线阻抗和反应性分量阻抗两者的系统阻抗。调谐模块然后产生代表反应性分量阻抗的阻抗值。存储器模块可以存储阻抗值，该阻抗值随后可经由无线通信模块被传送至RFID读取器。 RFID读取器然后可以与RFID读取器交换表示阻抗的反应性分量的阻抗值，使得RFID读取器或另一外部处理单元可处理阻抗值以便确定天线处的环境状况。

图20为RFID水分或湿度感测标签3300的一个实施方案的视图。水分或湿度感测标签3300是具有基底2101的无源RFID标签，其上设置有集成电路(IC)2100。IC 2100包括存储器模块2012、无线通信引擎2104和包括天线的传感器引擎2106。IC 2100能够经由与天线相关联的阻抗变化来感测邻近IC 2100的环境周边的变化。存储器模块2102与无线通信引擎2104和传感器引擎2106两者耦合。存储器模块2102能够存储由传感器引擎2106 采集并且经由无线通信引擎2104传送的信息和数据。此外，无线通信引擎2104和传感器引擎2106可以通过无线方法完全编程。

传感器阻抗随交叉电容器3304的耦合响应于环境变化而变化。在一个实施方案中，交叉电容器3304位于邻近施涂在交叉电容器3304上方的膜 3306。膜3306可以为对水(即，水分或湿度)或其它流体，诸如CO、CO₂、砷、H₂S或其它感兴趣的毒素或气体具有亲和力的材料。当膜3306吸收诸如先前所述的那些流体的流体时，靠近交叉电容器3304的介电常数发生变化，从而导致阻抗变化。由耦合到传感器的处理模块感测的交叉电容器3304 的阻抗然后产生输出，即传感器代码，该输出代表被吸收在膜3306内的材料。该数据可以被存储在IC 2100的存储器电路内或由IC 2100的无线通信模块传输至外部读取器。

因此，在某些实施方案中，当被配置为湿度传感器时，传感器组件测量当周围环境变湿时水的存在。交叉电容器从干燥变为润湿时，其在电容方面经历显著的变化；偶极天线根据电容器上的水的量来记录阻抗变化；并且传感器IC将该阻抗变化转换为指示存在的水的量的代码。

有利的是，本文所述的传感器组件可以具有小尺寸，诸如大约4英寸乘 1英寸，并且非常薄，以便在外部应用于面板或建造材料时提供标称附加厚度。

方法

还提供了制造本文所述的建造面板和材料的方法。例如，石膏面板、纤维增强石膏面板、异氰脲酸酯面板、聚合物雨幕、聚合物消音垫、聚合物屋顶排水垫、木基面板、地板垫层或其他建造材料可以通过这些行业中已知的任何合适的方法制造。例如，如上所述，环境传感器组件可以在制造过程期间或之后与面板、材料或垫层相关联。例如，环境传感器组件可以嵌入在形成面板的材料或其他材料内，或者可以设置在面板或材料的各种层(例如，形成面板芯、饰面和/或涂层的层)之间。

例如，在石膏面板中，环境传感器组件可以在凝固石膏芯之前或之后与面板相关联。在某些实施方案中，环境传感器组件在凝固之前被定位在石膏浆液中，例如在饰面材料处、附近或远处。在其他实施方案中，环境传感器组件附接或附连到石膏面板的外表面或边缘。在其他实施方案中，环境传感器组件附接或附连到与石膏芯相对的饰面材料的表面上，并且被涂层材料覆盖、被嵌入其中或被其围绕。在其他实施方案中，环境传感器组件附接或附连在饰面材料和石膏芯之间。

另选地，如上文结合图13和图14所讨论的那样，现场灌注石膏或混凝土面板系统可以用于屋顶垫层或地板垫层应用，其中环境传感器组件在现场灌注过程期间应用。

在一些实施方案中，与面板制造过程一致地应用环境传感器组件。在其他实施方案中，在面板制造后，诸如在建造工地或中间存储装置或其他制造 /处理设施处，应用环境传感器组件。

本发明还提供了制造具有防水特性的石膏面板的方法。

在某些实施方案中，在制造期间，石膏浆液可以被沉积在饰面材料的未涂覆表面上并被凝固以形成面板的石膏芯。在饰面材料为纤维垫的情况下，石膏浆液可以穿透垫的厚度的一些剩余纤维部分(即，未被涂层穿透的垫的一些部分)并且为面板提供机械结合。石膏浆液可以设置在一个或多个层中，该一个或多个层具有相同或不同的组合物，包括一个或多个石板涂料层。如本文所用，术语“石板涂料”是指具有比形成石膏芯的石膏浆液的剩余部分更高的湿密度的石膏浆液。这些方法可以用于生产具有本文所述的任何特征或特征组合的石膏面板。石膏在纤维垫中的增强渗透可以通过石膏浆液的化学改性、通过在由石膏浆液接触的纤维垫的表面上施加渗透增强涂层、和/或通过机械方法来实现。

在某些实施方案中，纤维垫的外表面涂覆有连续阻挡涂层，该连续阻挡涂层渗透第一玻璃纤维垫的一部分，以限定石膏芯的石膏晶体穿透的第一玻璃纤维垫的剩余部分，使得基本上消除第一玻璃纤维垫中的空隙。

在某些实施方案中，石膏芯包括依次施涂到玻璃纤维垫上并允许其依次或同时凝固的多个层。在其他实施方案中，石膏芯包括单层。在一些实施方案中，可以将第二玻璃纤维垫沉积到最终石膏浆液层(或唯一石膏浆液层) 的表面上，以形成双面垫面对的石膏面板。例如，第一和/或第二玻璃纤维垫可以在其表面上包括穿透垫的一部分的阻挡涂层。石膏浆液或其多个层可以通过任何合适的方法诸如辊涂沉积在玻璃纤维垫上。

在一些实施方案中，石膏芯包括至少三个石膏层，具有石膏芯的最外石膏层(即，与玻璃纤维垫形成界面的层)。在某些实施方案中，两个最外层在化学方面被改变以便增强渗透。

在某些实施方案中，第一纤维垫和/或第二纤维垫在接触石膏(或其它面板芯)浆液时已经被涂覆。在一些实施方案中，该方法包括在与面板芯浆液接触之前或之后，将连续涂层施涂到第一纤维垫和/或第二纤维垫。在某些实施方案中，施涂阻挡涂层包括喷涂、带状涂布、帘式涂布、刮涂或直接辊涂。在一些实施方案中，阻挡涂层以从约1磅至约9磅/100ft²的量施涂到第一纤维垫和/或第二纤维垫中的每一个。例如，阻挡涂层可以以从约2磅至约8磅/100ft²的量施涂到第一纤维垫和/或第二纤维垫。在其它实施方案中，涂覆的纤维垫可以预加工的形式获得。

在一些实施方案中，该方法还包括至少机械振动具有沉积在其上的第一石膏浆液的第一玻璃纤维垫以实现石膏浆液渗透到第一玻璃纤维垫的剩余纤维部分中。

在某些实施方案中，面板芯浆料(或其层)可以沉积在预涂覆的纤维垫的水平取向的移动网的未涂覆侧上。可以将涂覆或未涂覆的纤维垫沉积到与第一涂覆的纤维垫相对的面板芯浆料的表面上，例如，第二涂覆的纤维垫的未涂覆的表面接触面板芯浆料。在一些实施方案中，可以将预涂覆或未涂覆的非织造纤维垫的移动网放置于含水面板芯浆液的上自由表面上。因此，面板芯材料可以被夹在两个纤维垫之间，一个或两个纤维垫具有阻挡涂层。在某些实施方案中，允许面板芯材料和/或连续阻挡涂层凝固包括固化、干燥 (诸如在烘箱中或通过另一合适的干燥机构)，或允许(多种)材料在室温凝固(即，自硬化)。

在某些实施方案中，如图1至图9所示，将由其形成石膏芯的干燥成分 (未示出)预混，然后将其进给到通常被称为多叶搅拌器2的类型的搅拌器中。将用于制备芯的水和其它液体组分(未示出)计量加入到多叶搅拌器2 中，在该多叶搅拌器中它们与干燥成分混合以形成含水石膏浆液。浆液4通过搅拌器2的底部处的一个或多个出口分散到纤维垫6的移动片材上。纤维垫6的片材在长度方面是无限的，并且从垫的辊(未示出)进给。在某些实施方案中，纤维垫6的两个相对边缘部分从垫6的平均平面逐渐向上挠曲，并且然后在边际处将其向内翻转以便为所得板40的边缘提供覆盖物。在图 1中，仅针对垫的一个侧边缘示出了垫6的边缘的这种渐进挠曲和成形，并且为了清楚起见，附图中省略了通常用于该目的的常规引导装置。图7示出了由垫6的重叠边缘部分6A覆盖的凝固石膏芯42的边缘。图7还示出了垫 6的分数标记10和分数标记10A，该分数标记允许形成良好的边缘和平坦表面。分数标记10和分数标记10A由常规划线轮12制成。使用玻璃纤维垫的优点是它能够像常规的纸面那样被计分和形成边缘。

将另一纤维垫片材16从辊(未示出)进给到浆液4的顶部上，从而将浆液夹在形成浆液的两个移动纤维垫之间。具有夹在其间的浆液4的垫6和垫16进入上部和下部形成或成型辊18和20之间的辊隙，并且随后被接纳在输送带22上。

常规的边缘引导装置(诸如在24处所指示的)成型和保持复合材料的边缘，直到石膏已足够地凝固以保持其形状。在适当情况下，通过暴露于热来切割并进一步加工板的顺序长度，这通过增加石膏浆液中过量水的蒸发速率来加速板的干燥。

参考图7，已观察到，芯42的凝固石膏在与垫以及在下面的垫16的边缘部分和下面的垫6的重叠边缘部分6A之间形成令人满意的结合时是有效的，因此使得不需要在浆料或边缘糊剂中使用结合改进剂来形成前述结合。

在某些实施方案中，制造面板的方法包括将自支撑环境传感器组件与面板相关联。例如，环境传感器组件可以是本文所述的任何合适的组件，诸如包括天线、处理模块和无线通信模块的那些组件，并且被配置为检测面板的环境状况并将关于环境状况的数据无线地传送至读取器。

应用

本文还提供了用于检测面板或其他建造材料处的环境状况的系统和方法。在某些实施方案中，系统包括本文所述的建造面板、材料或地板垫层中的至少一者以及用于接收从环境传感器组件无线地传送的数据的至少一个读取器。在某些实施方案中，系统包括至少一个面板，该至少一个面板包含诸如本文所述的环境传感器组件和用于接收从环境传感器组件无线地传送的数据的至少一个读取器。在某些实施方案中，监测面板的环境状况的方法包括：提供具有与其相关联的环境传感器组件的至少一个面板；经由环境传感器组件检测面板的环境状况；以及将关于环境状况的数据从环境传感器组件无线地传送至读取器。

读取器可以是本领域已知的任何合适的无线传感器读取器。例如，读取器可以是手持式手动读取器。在其他实施方案中，读取器为固定电动读取器，该固定电动读取器安装在包含至少一个面板、材料或垫层的建筑物处。例如，在包含具有安装为屋顶平台、内部/外部覆板面板、垫或其他结构面板的一个或多个面板的建筑物中，可以在建筑物上和/或周围的一个或多个位点处安装电动读取器以连续地或间歇地监测环境传感器组件的状态。在某些实施方案中，提供了建筑物控制系统以从读取器接收信息。在一些实施方案中，读取器可以安装在无人机上，该无人机被配置为接近至少一个面板以接收从环境传感器组件无线地传送的数据。在某些实施方案中，使用标准UHF 2 代协议READ命令将感测数据数字化并且无线地传送至现成的读取器以用于进一步处理。

在某些实施方案中，该系统还包括处理单元，并且读取器被配置为将关于环境状况的数据传送至处理单元，并且处理单元可操作以根据数据确定环境传感器组件处的至少一种状况状态。例如，读取器可以被配置为将代表反应性分量阻抗的阻抗值传送至处理单元，使得处理单元可操作以根据代表反应性分量阻抗的阻抗值确定环境传感器组件处的至少一种状况状态。

在某些实施方案中，该系统包括集成服务，该集成服务允许对传感器编程，而不需要复杂的IT基础结构和中间件。例如，集成服务可以提供由授权的web服务和应用安全地访问的所有与传感器标签相关的数据(例如，传感器范围和校准数据)的存放、与传感器标记面板相关的测量数据的存放，以及决策流程引擎，例如使得如果传感器标签的面板超过预设水平(例如，预设湿度水平)，则通过SMS/电子邮件向服务技术人员发送通知。

在某些实施方案中，经由读取器从这些传感器收集原始数据，以由数据处理单元执行处理，其中进行计算以确定湿度或温度测量。此外，参考图 20，无线通信引擎2104和传感器引擎2106可以通过无线方法完全编程。图 20的无源RFID传感器可以被部署为智能传感器阵列(例如，安装在单个位置处的一个或多个面板上的多个传感器组件)以收集可以被发送回中央处理单元的数据。另一实施方案提供了一种用于RF系统的环境感测方法，该方法包括以下步骤：通过生成指示不存在可检测量的物质的第一校准值和指示存在可检测量的物质的第二校准值而对RF传感器进行校准；在结构中安装传感器；将结构暴露于该物质；询问传感器以检索所感测的值；以及作为相对于第一校准值和第二校准值的所感测的值的函数检测结构中的物质的存在。

如图19所示，建筑物可以包括覆板系统，该覆板系统包括至少两个面板300和被构造成在面板300中的至少两个之间的界面处提供接缝的接缝部件320。环境传感器组件350、352可以设置在如本文所述的一个或多个内部墙板、外部覆板或屋顶面板上或其中。特别地，具有环境传感器组件的此类面板可用于其中期望改善的耐水性的覆板或屋顶系统中，使得可以快速有效地检测到水渗透。

在某些实施方案中，此类系统中的接缝部件包括胶带或结合材料。例如，接缝部件可以是包括溶剂丙烯酸粘合剂的胶带、具有带有丁基橡胶粘合剂的聚乙烯顶层的胶带、具有带有丁基橡胶粘合剂的铝箔顶层的胶带、具有带有橡胶沥青粘合剂的聚乙烯顶层的胶带或具有带有橡胶沥青粘合剂的铝箔顶层的胶带。例如，接缝部件可以是结合材料，诸如合成的石灰石、水泥膏剂、合成丙烯酸类、砂填充的丙烯酸类树脂、溶剂基丙烯酸类树脂、溶剂基丁烯、聚硫化物、聚氨酯、硅氧烷、甲硅烷基改性的聚合物、水基胶乳、EVA胶乳或丙烯酸胶乳。因此，上述面板可以被安装有胶带、液体聚合物或其他合适的材料，以有效地处理潜在的水和空气侵入区域，诸如接缝、门/窗开口、渗透、屋顶/墙壁界面以及墙壁/地基界面。因此，当与合适的接缝部件结合使用时，建筑物覆板面板可以产生有效的防水和/或空气阻挡围层。

因此，在某些实施方案中，本文所述的建筑物建造面板、材料和垫层被构造成检测屋顶上、其他外部建筑部件上、覆盖有其它覆盖物的膜的外部建筑部件上、屋顶或墙壁内以及建筑物围层内的水分、温度或压力。系统被配置为检测可能导致屋顶系统或其他建筑物部件的劣化的环境状况。因此，本文所述的系统可以有利地在损坏建筑物系统的屋顶、地板、墙壁或其他区域之前提供水分侵入的早期检测。

替代传统的手动检查屋顶和/或其它面板，使用本文所述的读取器将减少或消除与检查相关的劳动。读取器可以为手持式的或可以附接到将读取器从标签传送到标签(即，传感器组件至传感器组件)的无人机。另选地，读取器是安装在屋顶或其他位置的电动读取器(诸如高速公路和DOT应用中使用的那些)，该读取器读取标签并将信息通过互联网或类似系统中继到智能建筑物控制系统。除了外部覆板和屋顶应用之外，面板和传感器还可用于建筑物的内部，以识别建筑物内任何地方的水分侵入，包括在淋浴和瓷砖地板后面和/或外部覆板上或后面的防发霉和霉菌地基应用。

此外，本发明的面板消除了对有线传感器和包含微控制器的传感器的需求，其中参与编程和安装的劳动量非常高。在这些有线实施方案中，具有微控制器/PLC编程知识的技术人员将必须对系统进行编程以进行操作。本系统实际上将是即插即用的，并且可以在面板安装之前以GUI(图形用户界面) 的形式进行任何编程，该GUI将与现有设施管理软件集成。在具有固定读取器的系统(诸如商业建筑物)中，读取器有利地可以连接到建筑物网络并由建筑工程师与其他设施系统(例如HVAC、消防、照明、占用控制)保持在一起。

虽然已经结合多个实施方案描述了本公开，但本领域的技术人员应当理解，本公开不限于此类所公开的实施方案。相反，所公开的实施方案可以被修改以结合本文未描述但与本公开的实质和范围相称的任何数量的变型、更改、替代或等效布置方式。此外，虽然已经描述了本发明的各种实施方案，但应当理解，本发明的各方面可以仅包括所述实施方案中的一些。因此，不应将本发明视为受前述说明的限制，而只受所附权利要求书的范围的限制。

Claims (15)

1.一种建造面板，包括：

面板，所述面板包括面板芯并且具有第一表面和相对的第二表面；和

环境传感器组件，所述环境传感器组件完全布署在所述面板芯内或在所述面板芯与所述面板的饰面材料之间，并且被配置为检测所述面板的环境状况并且将关于所述环境状况的数据无线地传送至读取器，

其中所述环境传感器组件是自支撑的、无源的，并且包括天线、处理模块和无线通信模块，

其中所述面板的环境状况包括水分，

其中：

所述天线具有可操作以基于所述环境状况而变化的天线阻抗，

所述处理模块耦合到所述天线并且包括调谐模块，所述调谐模块可操作以(i)改变反应性分量阻抗以改变包括所述天线阻抗和所述反应性分量阻抗的系统阻抗，以及(ii)产生代表所述反应性分量阻抗的阻抗值，

所述无线通信模块耦合到所述处理模块并且可操作以将代表所述反应性分量阻抗的所述阻抗值传送至所述读取器，并且

关于所述环境状况的数据包括代表所述反应性分量阻抗的所述阻抗值。

2.根据权利要求1所述的面板，其中所述环境传感器组件包括无源射频识别传感器。

3.根据权利要求1所述的面板，其中：

所述天线包括RLC调谐电路，所述RLC调谐电路可操作以将所述环境状况转换成阻抗变化，并且

所述处理模块耦合到所述天线并且可操作以通过将天线阻抗匹配到管芯阻抗来将所述阻抗变化转换为传感器代码。

4.根据权利要求1所述的面板，其中所述环境传感器组件进一步包括存储器模块，所述存储器模块可操作以存储代表所述反应性分量阻抗的所述阻抗值。

5.根据权利要求1所述的面板，其中所述面板选自石膏面板、纤维增强石膏面板、异氰脲酸酯面板和木基面板。

6.根据权利要求1所述的面板，其中所述面板进一步包括：饰面材料。

7.一种用于检测面板处的环境状况的系统，包括：

根据权利要求1所述的建造面板中的至少一个；和

至少一个读取器，所述至少一个读取器用于接收从所述环境传感器组件无线地传送的所述数据。

8.根据权利要求7所述的系统，进一步包括处理单元，其中所述读取器被配置为将关于所述环境状况的所述数据传送至所述处理单元，并且所述处理单元可操作以根据所述数据确定所述环境传感器组件处的至少一个状况状态。

9.根据权利要求7所述的系统，其中所述至少一个读取器包括电动读取器，所述电动读取器安装在包含至少一个建造面板的建筑物处。

10.根据权利要求9所述的系统，进一步包括建筑物控制系统，所述建筑物控制系统被配置为从所述电动读取器接收信息。

11.根据权利要求7所述的系统，其中所述至少一个读取器包括手持式手动读取器。

12.一种地板垫层，包括：

石膏和/或混凝土地板垫层材料；和

环境传感器组件，所述环境传感器组件完全布署在所述垫层材料的表面内或所述垫层材料的表面上，并且被配置为检测所述垫层的环境状况并且将关于所述环境状况的数据无线地传送至读取器，

其中所述环境传感器组件是自支撑的、无源的，并且包括天线、处理模块和无线通信模块，

其中所述垫层的环境状况包括水分，

其中：

所述天线具有可操作以基于所述环境状况而变化的天线阻抗，

所述处理模块耦合到所述天线并且包括调谐模块，所述调谐模块可操作以(i)改变反应性分量阻抗以改变包括所述天线阻抗和所述反应性分量阻抗的系统阻抗，以及(ii)产生代表所述反应性分量阻抗的阻抗值，

所述无线通信模块耦合到所述处理模块并且可操作以将代表所述反应性分量阻抗的所述阻抗值传送至所述读取器，并且

关于所述环境状况的数据包括代表所述反应性分量阻抗的所述阻抗值。

13.根据权利要求12所述的垫层，其中所述环境传感器组件包括无源射频识别传感器。

14.根据权利要求12所述的垫层，其中：

所述天线包括RLC调谐电路，所述RLC调谐电路可操作以将所述环境状况转换成阻抗变化，并且

所述处理模块耦合到所述天线并且可操作以通过将天线阻抗匹配到管芯阻抗来将所述阻抗变化转换为传感器代码。

15.根据权利要求12所述的垫层，其中所述环境传感器组件进一步包括存储器模块，所述存储器模块可操作以存储代表所述反应性分量阻抗的所述阻抗值。

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