FI70444C

FI70444C - FREBAER BYGELEL

Info

Publication number: FI70444C
Application number: FI820709A
Authority: FI
Inventors: Lars Ingvar Ingvarsson
Original assignee: Dobel Ab
Priority date: 1981-03-25
Filing date: 1982-02-26
Publication date: 1986-09-19
Also published as: NO156135B; SE436506B; FI820709L; DK152934B; DK132482A; SE8101900L; NO156135C; NO820952L; DK152934C; FI70444B

Description

1 704441 70444

Vapaastikannattava rakennuselementti Teknillinen alueFree-standing building element Technical area

Keksintö koskee rakennuselementtiä, nk. kerroslevyelement-tiä, joka koostuu peitemateriaalina olevista ohuista metallilevyistä sekä niiden välissä olevasta vaahtobetonis-ta. Tarkoituksena on aikaansaada rakennuselementti,joka voi ottaa vastaan suhteellisen suuria taivutus- ja leikkaus-kuormituksia sekä myös pistekuormia, mutta jolla kuitenkin on alhainen tilavuuspaino ja suuri lämmönsiirtovastus. Ensisijaiset käyttökohteet ovat pienten ja keskisuurten talojen katto- ja seinäelementit, mutta tietysti voidaan ajatella myös muita käyttöalueita, joilla yllämainittuja ominaisuuksia arvostetaan.The invention relates to a building element, a so-called plywood element, which consists of thin metal plates as a covering material and foam concrete between them. The aim is to provide a building element which can withstand relatively high bending and shear loads as well as point loads, but which nevertheless has a low bulk density and a high heat transfer resistance. The primary applications are roof and wall elements for small and medium-sized houses, but of course other areas of use where the above-mentioned properties are valued can also be considered.

Teknillinen taustaTechnical background

Pienten ja keskisuurten talojen rakentamisessa on edullista käyttää rakennuselementtejä. Tämä johtuu ensisijaisesti ehkä taloudellisista syistä. Rakennuselementit esivalmistetaan erikoistehtaissa ja sovitetaan sitten rakennuspaikalla rakennukseen. Vaatimus, että näiden rakennuselementtien tulee olla mahdollisimman suuressa määrässä vapaastikannat-tavia, aiheutuu tietysti siitä, että elementtien tukemisesta aiheutuvat kustannukset tulee voida alentaa niin paljon kuin mahdollista.In the construction of small and medium-sized houses, it is advantageous to use building elements. This is primarily due to perhaps economic reasons. The building elements are prefabricated in special factories and then fitted to the building on site. The requirement that these building elements must be as free-standing as possible is, of course, due to the fact that the cost of supporting the elements must be reduced as much as possible.

Rakennuselementit joutuvat toisaalta yhä useammin alttiiksi tuulen ja lumen paineen aiheuttamille voimille ja toisaalta pienemmille aloille kohdistuville voimille, jotka aiheutuvat kolhauksista ja iskuista tai elementtien päälle nousevien henkilöiden painosta. Kun elementit ovat useimmiten tuetut alta vain päädyistään, voidaan näitä elementtejä rinnastaa palkkiin, jossa puristus- ja vetovoimat ovat keskittyneet ylä- ja alapintaan ja jossa näiden pintojen välissä olevaan materiaaliin kohdistuu ennen kaikkea leikkausvoi- 2 70444 mia. Rakennuselementtien tulee myös olla lämpöä ja ääntä eristäviä sekä mikäli mahdollista, palamattomia tai niistä ei saa syntyä ainakaan liian haitallista savua mahdollisissa tulipalo-onnettomuuksissa. Näiden rakenneosien kohdalla tulee myös huolehtia siitä, että ei synny selviä kylmäsil-toja kaikkine haittoineen.Building elements, on the one hand, are increasingly exposed to forces caused by wind and snow pressure and, on the other hand, to forces in smaller areas due to knocks and shocks or the weight of people rising on the elements. When the elements are most often supported from below only at their ends, these elements can be equated to a beam in which the compressive and tensile forces are concentrated on the upper and lower surfaces and in which the material between these surfaces is subjected above all to shear forces. The building elements must also be heat and sound insulating and, if possible, non-combustible or at least must not emit too harmful smoke in the event of a fire accident. In the case of these components, care must also be taken not to create clear cold bridges with all their disadvantages.

Nykyään on olemassa useita rakennuselementtirakenteita. Tavallisin on tehty toisistaan välin päässä olevista pit-kittäispalkeista, jotka on molemmilta sivuilta peitetty paneeleilla. Elementin välitila on täytetty jollakin eristävällä aineella. Palkkien ollessa valmistetut teräksestä syntyy kylmäsilloista ongelmia. Käytettäessä sen sijaan puuta aiheutuu kostean puun elämisestä haittoja. Yksinkertaiset puusidokset eivät aina anna tarpeeksi tilaa hyvälle eristykselle ja ristikkäisiä puusidoksia käytettäessä tulee rakenteesta kallis. Palkkirakenteisiin tulee myös järjestää erikoiskosteussulut, jolleivät paneelit voi muodostaa kos-teussulkua. Ei ole tavallista, että itse eristysmateriaali on kosteuden tunkeutumista estävää.Today, there are several building element structures. The most common are made of spaced longitudinal beams covered with panels on both sides. The intermediate space of the element is filled with some insulating substance. When beams are made of steel, there are problems with cold bridges. Using wood instead causes disadvantages for living in damp wood. Simple wood joints do not always provide enough space for good insulation and when using cross wood joints, the structure becomes expensive. Special moisture barriers must also be provided in the beam structures, unless the panels can form a moisture barrier. It is not uncommon for the insulation material itself to prevent moisture penetration.

Niin kutsutut kerroslevyrakenteet koostuvat vain paneeleista, joiden välissä oleva kterros on eristysmateriaalia. Tällä hetkellä on markkinoilla monia eri rakenteita eikä niistä mikään ole osoittautunut erkoisen sopivaksi. Suurin ongelma näyttää olevan saada paneelien väliin sopiva materiaali, joka täyttää hyvälle eristykselle asetetut vaatimukset samalla kun sillä on sellaiset lujuusominaisuudet, jotka vaaditaan itsensäkannattavalta rakennuselementiltä. Usein käytetyllä polyuretaanivaahdolla on tosin hyvä eris-tyskyky, mutta hyvin alhainen puristus- ja leikkauslujuus ja sitäpaitsi siitä kehittyy vaarallista savua tulipalossa. Tämän materiaalin käytön ehtona on siten se, että ulkopa-neelimateriaali käytännöllisesti katsoen kokonaan ottaa vastaan kaiken puristus- tai vetokuormituksen. Jos esimerkiksi metallilevyä käytetään, ei polyuretaanivaahto voi täysin estää levyn pullistumista puristuskuormituksen vai-The so-called plywood structures consist only of panels with an interlayer of insulating material. There are many different structures on the market today and none of them have proven to be particularly suitable. The biggest problem seems to be to get a suitable material between the panels that meets the requirements for good insulation while having the strength properties required of a self-supporting building element. Although often used, polyurethane foam has good insulating properties, but very low compressive and shear strength and, moreover, it generates dangerous smoke in a fire. The condition for the use of this material is thus that the outer panel material practically completely absorbs any compressive or tensile load. For example, if sheet metal is used, polyurethane foam cannot completely prevent the sheet from bulging under compressive load.

«I«I

3 70444 kuttaessa levyn tasossa ja levymateriaalin lujuusominaisuuksia ei voida siten käyttää täysin hyödyksi. Muuta, paremmilla lujuusominaisuuksilla varustettua materiaalia on myös kokeiltu, mutta silloin on osoittautunut, että se sen sijaan ei täytä riittävässä määrin lämmöneristysvaatimuksia. CH-patenttijulkaisussa 446 670 mainitaan täyteaineena betoni, mutta toisaalta sen lämmöneristyskyky ei ole riittävä elementissä, jolle asetetaan vaatimuksia pienestä lämmönläpäi-sykertoimesta, toisaalta elementit tulevat kohtuuttoman painaviksi. Ehdotetaan myös kevytklinkkeribetonia, esimerkiksi "Leca-betonia", mutta sen lujuusominaisuudet ovat liian huonoja. Sitäpaitsi on ollut problemaattista saada aikaan liitos pintamateriaalin ja täyteaineen välille. Liitoksen aikaansaaminen on mm. sen takia välttämätöntä, että voidaan käyttää hyväksi täyteaineen leikkauslujuutta mm. rakennuselementin taipumis-kuormituksissa. Eräs tapa on ollut, kuten DE-patenttijulkaisussa 875 403, varustaa kuori urilla, joita täydentävät viereisessä levyssä olevat ulkonemat tai sen tapaiset, esimerkiksi uran ja ruoteen tapaan. Tämä tekee kuitenkin rakenteen tarpeettoman paljon kalliimmaksi ja tietenkin eristyskyky pienenee.3 70444 weaving in the plane of the plate and the strength properties of the plate material cannot therefore be fully utilized. Other material with better strength properties has also been tried, but then it has been shown that it does not sufficiently meet the thermal insulation requirements instead. CH patent 446 670 mentions concrete as a filler, but on the one hand its thermal insulation capacity is not sufficient in an element subject to low heat transfer coefficient requirements, on the other hand the elements become unreasonably heavy. Light clinker concrete, such as "Leca concrete", is also proposed, but its strength properties are too poor. In addition, it has been problematic to provide a joint between the surface material and the filler. Making the connection is e.g. therefore it is necessary to be able to take advantage of the shear strength of the filler e.g. in the bending loads of the building element. One way has been, as in DE 875 403, to provide the shell with grooves which are complemented by protrusions or the like in an adjacent plate, for example in the form of a groove and a rib. However, this makes the structure unnecessarily much more expensive and, of course, reduces the insulation capacity.

Eräs toinen tapa on ollut käyttää liimaa. Liima on kuitenkin herkkä ryömintädeformaatiolle. Toinen tapa on ollut leikata levymateriaalista kielekkeitä sen reunoilta ja taivuttaa ne välitilan sisään. Jotta sen lisäksi saataisiin aikaan tehokkaampi jäykkyys elementissä, on kielekkeet tehty niin pitkiksi, että ne on voitu hitsata yhteen vastakkaisen paneelin kielekkeiden kanssa. Systeemi ei kuitenkaan ole taloudellisista syistä sopiva. SE-patenttihakemuksen 7 706 023-4 mukaan on siltoja stanssattu peitelevyistä ja vedetty vastapäiselle puolelle stabiilimman rakennuselementin aikaansaamiseksi. Myös tämä on taloudellisesti epäedullista ja sitäpaitsi syntyy kylmäsiltoja.Another way has been to use glue. However, the adhesive is sensitive to creep deformation. Another way has been to cut tabs from the sheet material at its edges and bend them inside the space. In addition, in order to provide a more efficient rigidity in the element, the tabs have been made so long that they can be welded together with the tabs of the opposite panel. However, the system is not suitable for economic reasons. According to SE patent application 7 706 023-4, bridges have been stamped from cover plates and pulled on the opposite side to provide the most stable building element. This, too, is economically disadvantageous and, moreover, cold bridges are created.

Yhteenveto keksinnöstäSummary of the Invention

Yllättäen on osoittautunut olevan mahdollista valmistaa hyvin luja ja taloudelliselta kannalta edullinen rakennuselementti, jolla on nykypäivän vaatimuksia vastaavat eristysominaisuudet 4 70444 siten, että rakennuselementin molemmilla sivuilla olevina paneeleina käytetään metallilevyä ja tällöin ennenkaikkea teräslevyä ja että näiden levyjen välinen tila täytetään vaahtobetonilla, joka on valmistettu vedestä, puhtaasta sementistä ja kaksi komponenttia käsittävästä vaahdonmuo-dostajasta. Keksintö määritellään lähemmin oheisissa patenttivaatimuksissa ja keksintöä kuvataan tarkemmin alla olevassa selityksessä.Surprisingly, it has proved possible to produce a very strong and economically advantageous building element with today's insulating properties 4 70444 by using a metal plate and then primarily a steel plate as panels on both sides of the building element and filling the space between these plates with foam concrete, pure cement and a two-component foam dispenser. The invention is defined in more detail in the appended claims and the invention is described in more detail in the description below.

IIII

9 5 704449 5 70444

Tarkempi selitys keksinnöstäMore detailed description of the invention

Rakennuselementin pituus voi vaihdella. Jos mahdollista, toivotaan esimerkiksi elementtipituuden kattavan koko matkan katonharjalta räystäälle, tai koko sivuseinän korkeuden. Samalla tavoin halutaan usein käyttää niin leveitä elementtejä kuin mahdollista. Rajoitukset johtuvat tietysti valmistuksessa ja rakennuspaikalla käytössä olevista käsittelymahdollisuuksista sekä kuljetusmahdollisuuksista. Koska keksinnön mukainen rakennuselementti tulee olemaan suhteellisesti kevyempi kuin normaalisti käytössä olevat elementit, lienee suuruus varmasti ratkaisevin rajoittava tekijä. Pituus tulee tuskin ylittämään 12 m, 4-6 m ollessa normaali ja leveys ei tule ylittämään 2,4 m, n. 1,2 m ollessa normaali .The length of the building element can vary. If possible, for example, it is desired to cover the entire length of the element from the roof ridge to the eaves, or the entire height of the side wall. Similarly, it is often desired to use elements as wide as possible. The restrictions are, of course, due to the handling facilities available at the manufacturing and construction site, as well as the transportation facilities. Since the building element according to the invention will be relatively lighter than the elements normally used, size is probably the most decisive limiting factor. The length will hardly exceed 12 m, 4-6 m being normal and the width will not exceed 2.4 m, approx. 1.2 m being normal.

Molemmille puolille tuleva paneelilevy on normaalisti kokonaan sileä, mutta voi ulkonäkösyistä tms. olla hiukan profiloitu. Levypaksuus voi vaihdella 0,4 mm ja 2,5 mm välillä. Alarajan määräävät suureksi osaksi valmistustekniset syyt. On epätaloudellista valssata esimerkiksi teräslevyä ohuempiin mittoihin. Yläraja teräslevylle on normaalisti 1,5 mm. Lujuussyistä ei tätä paksumpia tarvitse käyttää ja rakenteesta tulee silloin liian painava ja kallis. Alumiinia käytettäessä voidaan olla sitävastoin pakotettuja käyttämään 2,5 mm paksuja levyjä, sillä käsittelyn aikana levy helposti muuttaa muotoaan iskuista ja kolhauksista.The panel board on both sides is normally completely smooth, but may be slightly profiled for appearance reasons, etc. The plate thickness can vary between 0.4 mm and 2.5 mm. The lower limit is largely determined by manufacturing reasons. It is uneconomical to roll, for example, steel sheet to thinner dimensions. The upper limit for a steel plate is normally 1.5 mm. For reasons of strength, it is not necessary to use this thicker and the structure will then become too heavy and expensive. When using aluminum, on the other hand, 2.5 mm thick plates can be forced to use, as during processing the plate easily deforms from shocks and knocks.

Lämmönsiirtokerroin ei modernissa rakennuselementissä saa 3 nousta yli 0,10 W/(m ·Κ), koska muussa tapauksessa elementit joko täytyy tehdä ylipaksuiksi tai täytyy käyttää lisäeristystä. Käytettäessä kahdesta komponentista koostuvaa vaahdotusainetta vaahtobetonin valmistuksessa voidaan vaikeuksitta lämmönsiirtokerroin laskea arvoon 0,06 W/(in *K) valmiiksipalaneen vaahtobetonin tiheyden ollessa 200 kg/m^. Tämä on mm. käytännössä kokeiltu toimintakelpoisessa vaah-tobetonilaitoksessa käyttäen markkinoilla olevaa kaksikom-ponentti vaahdotusainetta Cellex. Vaahtobetonin valmistus 6 70444 suoritettiin erikoiskoneessa, mihin lisättiin ensin vesi, sementti ja toinen komponentti vaahdotusainetta, jonka jälkeen suoritettiin seoksen voimakas sekoitus. Tämän jälkeen lisättiin samalla sekoittaen ja ilmaa tuoden myös toinen komponentti. Vaahtomassa pumpattiin sitten letkuja pitkin teräspaneelien väliin. Mitään painotäytettä ei lisätty.The heat transfer coefficient in a modern building element must not rise above 0.10 W / (m · Κ), because otherwise the elements must either be made too thick or additional insulation must be used. When a two-component blowing agent is used in the production of foam concrete, the heat transfer coefficient can be easily reduced to 0.06 W / (in * K) at a density of 200 kg / m 2 of ready-mixed foam concrete. This is e.g. practically tested in a viable foam concrete plant using the commercially available two-component blowing agent Cellex. Foam concrete preparation 6 70444 was carried out in a special machine, to which water, cement and another component of blowing agent were first added, followed by vigorous mixing of the mixture. The second component was then added with stirring and air. The foam was then pumped along hoses between the steel panels. No filler was added.

Muuttamalla valmistusparametrejä voidaan vaahtobetonin ti- 3 heyttä nostaa arvosta 200 kg/m ylöspäin. Valmistettaessa keksinnön mukainen elementti on tiheyden yläraja asetettu 3 arvoon 600 kg/m . Tosin vaahtobetonin lujuusominaisuudet paranevat tiheyden noustessa, mutta toisaalta lisääntyy lämmönsiirtokerroin myös tiheyden mukana ja tiheysarvossa 3 3 600 kg/m voi haluttu maksimi 0,10 W/(m -K) olla vaarassa tulla ylitetyksi. Tiheysalueella 200-600 kg/m^ ovat suoritetut kokeet osoittaneet, että seuraavia vaahtobetonin lu-juusarvoja ei ollut alitettu: puristuslujuus 0,3 MPa kimmomoduuli 500 MPa leikkausmoduuli 250 MPaBy changing the manufacturing parameters, the density of the foam concrete can be increased from 200 kg / m upwards. When manufacturing the element according to the invention, the upper limit of the density is set to 3 at 600 kg / m. Although the strength properties of foamed concrete improve with increasing density, on the other hand the heat transfer coefficient also increases with density and at a density value of 3 3 600 kg / m the desired maximum of 0.10 W / (m -K) may be exceeded. Tests in the density range of 200-600 kg / m 2 have shown that the following strength values of the foam concrete were not exceeded: compressive strength 0.3 MPa modulus of elasticity 500 MPa shear modulus 250 MPa

Metallipinnan ja kaksikomponentti vaahtobetonin välinen tartunta osoittautui täydelliseksi. Kokeissa osoittautui nimittäin, että murtumisia leikkauskuormituksessa syntyi vaahtobetonikerroksessa eikä vaahtobetonin ja metallilevyjen välisessä rajapinnassa. Tämän ja vaahtobetonin hyvien lujuusominaisuuksien perusteella on osoittautunut, että elementit voivat kestää suuria kuormituksia.The adhesion between the metal surface and the two-component foam concrete proved to be perfect. Namely, the experiments showed that the fractures under shear load occurred in the foam concrete layer and not at the interface between the foam concrete and the metal sheets. Based on this and the good strength properties of the foam concrete, it has been shown that the elements can withstand high loads.

Vaahtobetoni estää kuhmuilun syntymistä teräslevyihin, niin että niiden materiaalilujuusominaisuudet voidaan käyttää täysin hyväksi. Suhteellisen korkean puristuslujuutensa johdosta vaahtobetoni muodostaa hyvät edellytykset sallia suuria pistekuormituksia elementille. Koska vaahtobetoni sitäpaitsi on huokosbetonia suljettuine huokosineen, ei myöskään tarvita mitään ylimääräistä kosteus- tai tuulisulkua.Foam concrete prevents bulging of steel sheets so that their material strength properties can be fully exploited. Due to its relatively high compressive strength, Foam Concrete creates good conditions to allow high point loads on the element. Moreover, since the foam concrete is aerated concrete with closed pores, no additional moisture or wind barrier is required.

Il 7 70444 Tällä metallilevyjen ja kaksikomponentti vaahtobetonin yhdistelmällä on saatu aikaan rakennuselementti, jolla on ylivoimaiset lujuus- ja rakennusfysikaaliset ominaisuudet, kilpailukykyiseen hintaan.Il 7 70444 This combination of metal sheets and two-component foam concrete provides a building element with superior strength and building physical properties at a competitive price.

r. ·.. · -,r. · .. · -,

Claims

8 70444

1. A non-combustible, steam- and water-tight freely supporting building element with a heat transfer coefficient of 0.06 to 0.10 W / (m · Κ), consisting of two parallel metal cover plates and the space being filled with aerated concrete, characterized in that these plates the space is filled with closed-cell foam concrete made of cement, water and a two-component foam former, and that the ready-mixed foam concrete has a modulus of elasticity of at least 500 MPa, a shear modulus of at least 250 MPa, a compressive strength of at least 200 MPa and a tensile strength of at least 0.3 MPa 600 kg / m3.

Non-combustible, steam and waterproof free-standing building element according to Claim 1, characterized in that the cover plates are made of steel with a thickness of 0.4 to 1.5 mm.

Non-combustible, steam- and water-tight free-standing building element according to Claim 1, characterized in that the cover plates are made of aluminum with a thickness of 0.6 to 2.5 mm.