NO156135B

NO156135B - PREPARABLE BUILDING ELEMENT.

Info

Publication number: NO156135B
Application number: NO820952A
Authority: NO
Inventors: Lars Ingvar Ingvarsson
Original assignee: Dobel Ab
Priority date: 1981-03-25
Filing date: 1982-03-23
Publication date: 1987-04-21
Also published as: SE436506B; FI820709L; DK152934B; DK132482A; SE8101900L; NO156135C; NO820952L; FI70444C; DK152934C; FI70444B

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et byggeelement, et såkalt sandwich-element bestående av tynne metallplater som dekkmateriale og mellom disse skumbetong. Hensikten er å tilveiebringe et byggeelement som kan oppta relativt store bøye- og skjærpåkjenninger samt endog punktbelastninger, men som endog har lav volumvekt og stor varmegjennomgangsmotstand. Det fremste anvendelsesområdet er som tak og veggelement i mindre og middelstore hus men andre anvendelsesområder der tilsvarende egenskaper verd-settes, er selvsagt tenkbare. The present invention relates to a building element, a so-called sandwich element consisting of thin metal plates as covering material and between these foam concrete. The purpose is to provide a building element which can absorb relatively large bending and shear stresses as well as even point loads, but which also has a low volume weight and high heat transfer resistance. The primary area of application is as a roof and wall element in small and medium-sized houses, but other areas of application where similar properties are valued are of course conceivable.

Ved oppbygging av små og middelstore hus anvendes med fordel byggeelementer. Dette kanskje først og fremst av økonomiske grunner. Byggeelementene prefabrikeres i spesielle fabrikker og passes siden inn i bygningen på byggeplassen. Kravet om at disse byggeelementer skal være frittbærende i så stor utstrekning som mulig, motiveres selvsagt av at omkostningene for å understøtte disse skal kunne bringes så lavt som mulig. When building small and medium-sized houses, building elements are advantageously used. This is perhaps primarily for financial reasons. The building elements are prefabricated in special factories and then fitted into the building on the construction site. The requirement that these building elements should be free-standing to the greatest extent possible is of course motivated by the fact that the costs to support them should be able to be brought as low as possible.

Byggeelementene utsettes dels for mer utbredte krefter som vind- og snøtrykk, dels for mer konsenterte krefter som støt og slag eller tyngden av personer som tråkker på disse. Da elementene for det meste kun er understøttet langs kortsidene, kan man sammenligne disse elementer med en bjelke med trykk- og strekkreftene konsentrert mot sideflatene og der materialet mellom sideflatene først og fremst utsettes for skjærkrefter. The building elements are partly exposed to more widespread forces such as wind and snow pressure, and partly to more concentrated forces such as impacts and impacts or the weight of people stepping on them. As the elements are mostly only supported along the short sides, one can compare these elements to a beam with the compressive and tensile forces concentrated towards the side surfaces and where the material between the side surfaces is primarily exposed to shear forces.

Byggeelementene skal også være varme- The building elements must also be heat-

og lydisolerende samt om mulig være ikke-brennbare eller i det minste ikke utvikle alt for sjenerende røk ved even-tuelle branntilfeller. Man må også være oppmerksom på når det gjelder disse byggedeler, at det ikke oppstår utpregede kuldebroer med alle disses ulemper. and sound-insulating and, if possible, non-flammable or at least not producing too much bothersome smoke in the event of a fire. One must also pay attention to these construction parts, that pronounced thermal bridges do not occur with all these disadvantages.

Det forefinnes allerede et flertall konstruksjoner av byggeelementer. Det vanligste er oppbygget av langsgående bjelker i avstand fra hverandre og dekket med paneler på begge sider, samt at mellomrommene er fylt med et eller annet isolerende materiale. Hvis bjelkene er fremstilt av stål, oppstår problem, med kuldebroer. Anvendes tre i stedet, får man problem med fuktbevegelser. Enkle treplanker gir ikke alltid tilstrekkelig rom for fullgod isolering og anvender man kryssende treplanker blir konstruk-sjonen kostbar. Ved bjelkekonstruksjoner bør også anordnes spesielle fuktsperrer hvis- panelene ikke i seg selv kan ut-gjøre fuktsperre. At isoleringsmaterialet i seg selv er fuktsperrende, er ikke vanlig. There are already a majority of constructions of building elements. The most common is made up of longitudinal beams at a distance from each other and covered with panels on both sides, and that the spaces are filled with some insulating material. If the beams are made of steel, problems arise, with thermal bridges. If wood is used instead, you will have problems with moisture movements. Simple wooden planks do not always provide sufficient space for good insulation and if crossing wooden planks are used, the construction becomes expensive. In the case of beam constructions, special moisture barriers should also be provided if the panels cannot in themselves act as a moisture barrier. It is not common for the insulation material itself to be moisture-proof.

Såkalte sandwich-konstruksjoner består kun av paneler med mellomliggende lag av isoleringsmateriale. Mange for-skjellige utførelsesformer finnes idag på markedet uten at noen har vist seg spesielt hensiktsmessig. Største problemet synes å være og få et hensiktsmessig materiale mellom panelene som fyller kravene til fullgod isolering samtidig som det har slike styrkeegenskaper som kreves for å få byggeelementet selvbærende. Det ofte forekommende polyuretanskum har riktignok god isoleringsevne men meget lav trykk- og skjærstyrke og utvikler dessuten farlig røyk ved branntilfeller. Dette materialet forutsetter således at det ytre panelmaterialet praktisk talt helt opptar all trykk- resp. strekkbelastning. Hvis f.eks. det anvendes metallplate, So-called sandwich constructions consist only of panels with intermediate layers of insulating material. Many different designs are available on the market today, but none have proven to be particularly suitable. The biggest problem seems to be getting an appropriate material between the panels that meets the requirements for perfect insulation while also having the strength properties required to make the building element self-supporting. The frequently occurring polyurethane foam does indeed have good insulating properties, but very low compressive and shear strength and also produces dangerous smoke in the event of a fire. This material thus assumes that the outer panel material practically completely absorbs all pressure or tensile load. If e.g. metal plate is used,

kan polyuretanskummet ikke helt forhindre platens utbøyning the polyurethane foam cannot completely prevent the plate from bending

i in

ved trykkbelastning i platens plan, og platematerialets styrkeegenskaper kan således ikke utnyttes fullt ut. Annet materiale med bedre styrkeegenskaper er også prøvd, men det har da vist seg at disse i stedet ikke tilstrekkelig oppfyller krav til til varmeisoleringsevne. Dessuten har det vært problematisk å få forbindelse mellom det ytre materialet og fyllmaterialet. Dette er nødvendig bl.a. for å kunne utnytte fyllmaterialets skjærstyrke ved bl.a. bøyebelastninger av byggeelementet. En fremgangsmåte har vært å anvende lim. Lim er dog følsomt for krypdeformering. En annen fremgangsmåte har vært å stanse ut tunger i platematerialet i sidene og bøye disse inn i mellomrommet. For dessuten å oppnå forstivningselement, har slike tunger blitt gjort så lange at de har blitt sveiset sammen med in the case of pressure loading in the plane of the plate, and the strength properties of the plate material cannot thus be fully utilised. Other materials with better strength properties have also been tried, but it has then been shown that these do not sufficiently meet the requirements for thermal insulation. Moreover, it has been problematic to get a connection between the outer material and the filling material. This is necessary i.a. in order to be able to utilize the shear strength of the filling material by e.g. bending loads of the building element. One method has been to use glue. However, glue is sensitive to creep deformation. Another method has been to punch out tongues in the sheet material in the sides and bend these into the gap. In order also to obtain a stiffening element, such tongues have been made so long that they have been welded together

tunger fra motsatte paneler. Systemet er dog ikke hensiktsmessig av økonomiske grunner. Ifølge svensk, patentsøknad 7706023-4 er det i dekkplatene utstanset broer som er trukket ned mot motstående side for å få et mer stabilt byggeelement. Dette er også økonomisk ufordelaktig og skaper dessuten kuldebroer. tongues from opposite panels. However, the system is not appropriate for financial reasons. According to Swedish patent application 7706023-4, there are punched bridges in the cover plates which are drawn down towards the opposite side to obtain a more stable building element. This is also economically disadvantageous and also creates cold bridges.

Det har overraskende vist seg at det går an å frem-stille et meget sterkt og fra økonomisk synspunkt fordel-aktig byggeelement med for tidens krav helt akseptable iso-leringsegenskaper ved å anvende metallplate som paneler på begge sider av byggeelementet og først og fremst stålplater, og utfylle rommet mellom disse plater med skumbetong fremstilt av vann, ren sement og en tokomponent skumdanner. Oppfinnelsen skal presiseres nærmere i de etterfølgende krav samt beskrives utførligere i det følgende. It has surprisingly turned out that it is possible to produce a very strong and, from an economic point of view, advantageous building element with insulation properties that are completely acceptable for the requirements of the time by using sheet metal as panels on both sides of the building element and primarily steel plates, and filling the space between these plates with foam concrete made from water, pure cement and a two-component foam former. The invention shall be specified in more detail in the subsequent claims and described in more detail in what follows.

Byggeelementets lengde kan variere. Hvis mulig ønsker man f.eks. å la en elementlengde dekke héle strek-ningen fra takmøne til takfot eller hele sideveggens høyde. Likeledes ønsker man ofte å anvende så brede elementer The length of the building element can vary. If possible, you want e.g. to let an element length cover the entire stretch from the roof ridge to the eaves or the entire height of the side wall. Likewise, you often want to use such broad elements

som mulig. Begrensningene er selvfølgelig avhengig av håndteringsmulighetene ved fremstilling og på byggeplassen samt av transportmulighetene. Da byggeelementene ifølge oppfinnelsen kommer til å bli relativt lettere enn vanlig forekommende elementer, blir størrelsen antageligvis den mest avgjørende begrensningsfaktor. Lengden kommer trolig til ikke å overstige 12 meter og med 4-6 meter som normal størrelse, og bredden ikke mer enn 2,4 meter med ca. 1,2 meter som normal størrelse. as possible. The limitations are of course dependent on the handling options during manufacture and on the construction site as well as the transport options. As the building elements according to the invention are going to be relatively lighter than commonly found elements, the size will probably be the most decisive limiting factor. The length will probably not exceed 12 meters and with 4-6 meters as a normal size, and the width no more than 2.4 meters with approx. 1.2 meters as normal size.

Den i panelet på begge sider inngående plate, er The plate included in the panel on both sides is

i normalutførelse helt slett, men kan på grunn av ut-seendet eller lignende årsaker profileres noe. Plate-tykkelsen kan variere mellom 0,4 og 2,5 mm. Den nedre grense er for en stor del bestemt av fremstillingstekniske grunner. Det er uøkonomisk å valse ut f.eks. stålplate til tynnere dimensjoner. Den øvre grensen for stålplate er normalt 1,5 mm. Plater tykkere enn dette pleier av styrkemessige grunner ikke å være nødvendig og konstruk- in normal design completely plain, but due to the appearance or similar reasons can be somewhat profiled. The plate thickness can vary between 0.4 and 2.5 mm. The lower limit is largely determined by manufacturing technical reasons. It is uneconomical to roll out e.g. steel plate for thinner dimensions. The upper limit for steel plate is normally 1.5 mm. Plates thicker than this are usually not necessary for reasons of strength and construc-

sjonen blir da altfor tung og kostbar. Hvis man anvender aluminium kan man derimot tvinges opp til 2,5 mm da platen ved håndtering lett deformeres av slag og støt. the operation then becomes far too heavy and expensive. If aluminum is used, on the other hand, it can be forced up to 2.5 mm, as the plate is easily deformed by blows and shocks during handling.

Varmegjennomgangskoeffisienten i et moderne byggeelement bør ikke overstige 0,10 W/(m 3.K) da ellers elementene enten måtte bli overdrevet tykke eller en må'gripe til tilleggsisolering. Ved å anvende et tokomponent skum- ; middel ved fremstilling av skumbetong, kan man uten vanske-lighet komme ned til en varmegjennomgangskoeffisient på 0,06 W(m 3.K) ved en romvekt ved den ferdigherdede skumbetong på 20 0 kg/m 3. Dette har bl.a. blitt praktisk prøvet ved et funksjonsdyktig skumbetonganlegg med det på markedet forekommende tokomponent skummiddel "Cellex". Fremstillingen av skumbetongen ble foretatt i en spesiell maskin der først vann, sement og den ene komponent skummiddel ble tilsatt, hvoretter heftig omrøring av blandingen ble utført. Deretter ble tilsatt under omrøring og lufttilførsel den andre komponent. Skummassen ble deretter pumpet via slanger frem og inn mellom stålpanelene. Ingen ballast ble tilsatt. The heat transfer coefficient in a modern building element should not exceed 0.10 W/(m 3.K), otherwise the elements would either have to be excessively thick or additional insulation would have to be resorted to. By using a two-component foam; agent in the production of foam concrete, one can easily get down to a heat transmission coefficient of 0.06 W(m 3.K) at a bulk density of the fully hardened foam concrete of 20 0 kg/m 3. This has, among other things, has been practically tested at a functional foamed concrete plant with the two-component foaming agent "Cellex" available on the market. The production of the foam concrete was carried out in a special machine where first water, cement and the one component foaming agent were added, after which vigorous stirring of the mixture was carried out. The second component was then added with stirring and air supply. The foam mass was then pumped via hoses to and from between the steel panels. No ballast was added.

Ved å endre fremstillingsparametrene kan skumbetongens romvekt varieres fra 20 0 kg/mog oppad. Ved fremstilling av elementet ifølge oppfinnelsen er grensen for tetthet oppad blitt satt til 6 00 kg/m 3. Riktignok øker skumbetongens styrkeegenskaper med øket romvekt, men på den andre side øker varmegjennomgangskoeffisienten også med øket romvekt og ved 6 00 kg/m 3 kan ønsket maksimum på 0,10 W(m 3.K) antas å være oppnådd. Innen romvektsom-rådet 200-600 kg/m 3 har målte prøver vist at følgende styrkeverdier i skumbetongen ikke underskrides: By changing the manufacturing parameters, the bulk density of the foam concrete can be varied from 20 0 kg/mog upwards. When manufacturing the element according to the invention, the limit for density upwards has been set to 600 kg/m 3. It is true that the strength properties of foam concrete increase with increased bulk density, but on the other hand, the heat transmission coefficient also increases with increased bulk density and at 6 00 kg/m 3 the desired a maximum of 0.10 W(m 3.K) is assumed to have been achieved. Within the bulk density range of 200-600 kg/m 3, measured samples have shown that the following strength values in the foam concrete are not exceeded:

Vedheftingen mellom metallflaten og tokomponent-skumbetong viser seg å være fullstendig. Ved forsøk viser det seg nemlig at brist ved skjærbelastninger oppstår i skumbetongsjiktet og ikke i grenseflaten mellom skumbetong og metallplate. På grunn av dette og skumbetongens gode styrkeegenskaper, har det vist seg at elementene kan oppta store belastninger. Adhesion between the metal surface and two-component foam concrete proves to be complete. In tests, it turns out that cracks due to shear loads occur in the foam concrete layer and not in the interface between foam concrete and sheet metal. Because of this and the foam concrete's good strength properties, it has been shown that the elements can absorb large loads.

Skumbetongen forhindrer utbøying av stålplatene slik at deres materialstyrkeegenskaper kan utnyttes helt. På grunn av skumbetongens relativt høye trykkstyrke, danner denne et bra underlag for å tillate høye punktbelastninger i elementet. Da skumbetongen dessuten er en porebetong med lukkede porer, kreves heller ikke ekstra fukt- eller vind-sperre. The foam concrete prevents deflection of the steel plates so that their material strength properties can be fully utilized. Due to the foam concrete's relatively high compressive strength, it forms a good base to allow high point loads in the element. As the foam concrete is also an aerated concrete with closed pores, no additional moisture or wind barrier is required either.

Ved hjelp av denne kombinasjon av metallplater og tokomponent skumbetong er det tilveiebragt et byggeelement med uovertruffede styrke- og bygningsfysikalske egenskaper og til konkurransekraftige priser. With the help of this combination of metal sheets and two-component foamed concrete, a building element with unsurpassed strength and building physical properties has been provided at competitive prices.

Claims

1. Non-combustible, steam and waterproof, free-supporting building element with a heat transfer coefficient of 0.06-0.10 W/(m 3.K), characterized in that the building element is made up of two pieces of parallel cover plates made of metal with thickness 0.4-2.0 mm and that the space between these plates is filled with a foam concrete with closed pores, made from cement, water and a two-component foam former and that the fully cured 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 0.3 MPa and a bulk density of 200-600 kg/m<3>.

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

3. Non-combustible, steam and waterproof, free-supporting building element according to claim 1, characterized in that the cover plates are made of aluminum with a thickness of 0.6 - 2.5 mm.