NO841588L - Skallformete bygningselementer - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører tynnveggede formstykker av hydraulisk bunnet materiale eller av kunststoff- eller bitumenbundet kombimateriale, særlig profilerte byggeelementer.

Hydraulisk bundne materialer har som følge av sin sprøhet stor styrkefasthet, men liten strekk- og bøyefasthet. Av denne grunn armeres tynnveggede byggeelementer såsom plane og profilerte plater samt formstykker av enhver art av hydraulisk bun-

det materiale, f.eks. sement, hvor økning av deres fasthets-egenskaper, særlig bøyefastheten, ved tilsetning av fibermate-rialer. I flere dekader fremtrukne og mest egnede fibermateria-

le til dette formål var asbestfibere. Da forekomster av dette naturstoffet er begrenset og da visse helsemessige.forhold særlig ved usakkyndig forarbeidelse og ved sterk mekanisk nedslit-ning kan opptre, har man over hele verden forsøkt å finne eller utvikle nye erstatningsfibre for slike fibersementprodukter.

Alle hittil kjente forslag er imidlertid ikke helt tilfredsstillende og særlig har man hittil ikke kunnet finne er-statningsf ibre som også for lengere tid sikrer den nødvendige bruddsikkerhet i tynnskallede byggeelementer med store støtte-avstander. Alle hittil kjente erstatningsfibre har vist seg å ha utilstrekkelige spesifiske materialfasthetsegenskaper slik at de av sikkerhetsgrunnen forlangte minimale bruddbe-lastningsverdier ikke har kunnet oppnås. Selv de mest lovende hittil benyttede erstatningsfibre har av sikkerhetsgrunner bare kunne brukes under anvendelse av en tilsvarende kostbar tak-underbygning, f.eks. med reduserte støtteavstander, hvilket ikke er forsvarlig av økonomiske grunner.

Da de første innskrenkende bestemmelser for bruken av asbestsement i bygningsvesen trådte i kraft, f.eks. for omtrent ti år siden i Sverige, ble det til å begynne med forsøkt å

blande asbest med andre naturlige og/eller syntetiske fibre. Særlig av prosesstekniske årsaker har man foreslått blandinger

av filterfibre og armeringsfibre, samt forbedringen av Deres bindeevne med det hydraulisk bindende materiale ved hjelp av kjemisk forbehandling av fibrene. Videre ble det utviklet nye fibre som bedre svarte til fordringene med hensyn til forsterkningen av sement enn de tidligere kjente. Slike nye produkter er f.eks. polyakrylnitrilfibre, såsom f.eks. "DOLAN 10" (fra Hoechst AG, BRD) samt PVA-fibre "KURALON" (fra Kuraray Co.,

Japan) osv. Med ingen av disse fibre kan man imidlertid oppnå de fasthetsverdier som for asbestsementplater. I kritisk anvendelsestilfelle, f.eks. ved forhøyet enkeltlast på stor-dimensjonsprodukter kan det opptrå riss. Selv om de nye fibre med gode resultater kan brukes for formstykker med liten belastning egner de seg ikke til økomisk anvendelse i byggeelementer, f.eks. for taktekninger med støtteavstand som er større enn 0,6 m.

En felles fordel for de nevnte erstatningsfibre er at de

i likhet med asbest kan forarbeides på rundsiktemaskiner (f.eks. Hatschek-maskiner) til hydraulisk bundne byggematerialer, hvilket tilsvarer den mest utbredte industrielle praksis. Et vesentlig trekk ved denne fremgangsmåte er den ensartede fordeling av forsterkningsfibrene i massen. Et annet trekk ved fremgangsmå-ten er imidlertid at fiberandelen ikke kan økes etter ønske, slik at det er satt en øvre grense for forsterkningseffekten.

Ytterligere forslag til erstatning av asbestfibre som sementforsterkning fremgår av f.eks. EP-patentsøknad 0 013 305 som går ut på at fibrillerte kunststoff-folier legges i kryss i sementmatriksen. Også bruken av fibrillerte filmnettmateria-ler er foreslått (britisk patent 1 582 945) og likeså bruk av stålnettinnlegg eller staver samt fibre av alle typer for økning av byggematerialets stivhet. Til de foreslåtte fibre i stabel-fiber- eller nettform hører også med glassfibre. Glassfibrene er imidlertid ikke tilstrekkelig alkalifaste slik at det som følge av deres kjemisk nedbygning til sement ikke kan oppnås tilfredsstillende fasthet over lang tid.

Alle hittil utførte forsøk med armeringselementer som

ikke fordeles jevnt i sementen, men innleires i massen, f.eks. netting, staver osv. og som er av kunststoff eller metall,

fører til dannelse av svake steder som, understøttet ved kjerv-virkning, begunstiger rissdannelse og dermed reprogrammerte bruddsteder. Et vesentlig trekk ved alle hittil foreslåtte løs-ninger er den lavere våtfasthet (målt etter ISO R 39 3) sammen-lignet med tørrfasthet (etter DIN 274), hvilket innvirker ufor-delaktig på anvendelsen.

Ved tynnskall formstykker av kunststoff- eller bitumenbundne sammensatte materialer opptrer likeså problemer i det minste med hensyn til fastheten.

Tynnskallformstykker av helt eller delvis med kunststoff eller bitumenbundne sammensatte materialer som f.eks. umettet polyester, polymerbetong, bitumenbundne materialer og lignende for anvendelser der en forholdsvis stor bøye- og/eller trekk-påkjenning opptrer, som f.eks. ved stor flate-taktiltekninger profileres som regel materialene forøkning av motstandsmomen-tet og dermed stivheten.

Slike byggeelementer lider imidlertid alle av den svakhet at de ikke med tilstrekkelig sikkerhet kan oppta store belastninger, særlig enkeltbelastninger såsom ved gange av personer.

Av statiske og/eller ulike risikogrunner er derfor anvendelsen av slike elementer bare mulig i begrenset utstrekning og forutsetter en tilsvarende kostbar underkonstruksjon, hvilket dog i de fleste tilfeller er uøkonomisk. I praksis forsøker man å avskaffe disse ulemper ved forbedring av bindematerialets mekaniske egenskaper, f.eks. ved innleiring av armeringsmateria-ler såsom vevnader, matter, netting, kortfibre osv. Selv denne forholdsregel er ikke tilstrekkelig for å sikre så god forbedring av bøyefastheten eller strekkfastheten av tynnskallbygge-elementer som utsettes for større belastninger, f.eks. bølge-plater,slik at disse kan med tilstrekkelig sikkerhet benyttes ved økonomisk forsvarlige støtteavstander som er større enn 0,6 m og hvor enkeltbelastninger tas i betraktning.

På en overraskende måte har man nå funnet at bruddbelastningen i en tynnvegget formdel av hydraulisk bundet materiale eller av kunststoff- eller bitumenbundet sammensatt materiale, kan uventet økes ganske høyt hvis formdelen forsterkes ut fra overflaten i det minste på det sted som sterkest påkjennes på strekk i kritisk anvendelsestilfelle. Forsterkningen skjer altså ikke ved innbygning av forsterkningsmateriale i formstykket, men ved anbringelse av en ytre forsterkning på den som regel ferdig formede del.

Gjenstanden for denne oppfinnelse er derfor et tynnskallet formstykke av ett av de nevnte materialer, særlig et profilert byggeelement som utmerker seg ved at det i det minste i området for størst kritisk trykkpåkjenning materialsluttende er forbundet med et forsterkningsmateriale.

Oppfinnelsen er av særlig interresse for profilerte formstykker, såsom bølgeplater og andre profilerte byggeelementer, f.eks. taktekninger hvor det opptrer store bøye- og/eller strekkpåkjenninger. Det gjelder f.eks. for forøkede enkeltbelastninger ved gange, men tillater på den annen side også en økning av avstanden mellom støttene innenfor rammen av de tillatelige bruksbelastninger. Også for flate plater er forsterkninger ifølge oppfinnelsen fordelaktig.

Materialet i formstykkene som for enkelhetens skyld nedenfor kalles bærematerialet, kan bestå av ikke-forsterket sementmørtel eller andre sementbundne byggematerialer. Fortrinnsvis inneholder bærematerialet en fiberforsterkning av organiske og/eller uorganiske fibre og/eller fiberaktige materialer som f.eks. fibrider, særlig cellestoff, sementstoffer og fiberstoffer som er egnet til dette formål og somialle enkel-heter kjent for fagmannen.

Materialet i formstykkene, dvs. bærematerialet kan også bestå av ikke-forsterket bindemiddel, eventuelt anriket med fyllstoffer. Fortrinnsvis inneholder bærematerialet også i dette tilfellet en fiberforsterkning av uorganiske og/eller organiske fibre som er jevnt fordelt i massen eller også er i form av vevstoff, matter, fiberstrenger og lignende.

Som forsterkningsmaterialer kommer på tale alle naturlige, halvsyntetiske og syntetiske materialer. Foruten strekkfastheten og bruddutvidelsen, er også E-modul utslagsgivende for for-sterkningsmaterialets virkemåte. Hvis det kreves en økning av bruddbelastningen, så må E-modulen av forsterkningsmaterialet være større enn for bærematerialet. Hvis det bare kreves sikkerhet mot etterbrudd, f.eks. for å redusere faren for uhell, kan E-modulen for forsterkningsmaterialet være mindre enn for bærematerialet. Også en kombinasjon av forsterkningsmaterialet med forskjellige E-moduler kan komme på tale. Som forsterkningsmaterialer kommer i betraktning: vevstoff, uvevet materiale, flettet materiale, netting, matte, garn, tråd, fiberstrenger, trådbunter osv. samt plater, tynnplater, folier, belegg, tråder, gittere osv. , glass, kunststoff, elastomer materiale, metall, keramisk materiale osv.

Ved en bølgeplate danner undersidene av bølgedalene de steder som blir påkjent sterkest og forsterkningen er derfor fortrinnsvis i retning av bølgedalen, dvs. ved deres underside ved hjelp av en gjennomgående strimmel, hvis bredde er bestemt av tverrsnittet og strekkfastheten av forsterkningsmaterialet, samt av beskaffenheten av bærematerialet, henholdsvis denønskelige forsterkningsgrad.

Forsterkningsstrimmelen kan være anbragt på den på.strekk mest påkjente side på en eller flere bølgedaler og/eller bølge-topper på samme plateside. For bestemte anvendelser er det også mulig å forsyne med forsterkninger platens på trykk påkjente område.

Ved plane plater, særlig plane plater med store dimensjo-ner, kan forsterkningen fordeles jevnt over hele flaten eller også i form av tverr- og/eller lengdestriper, henholdsvis diago-nalstriper som påføres i bestemt innbyrdes avstand.

Vanligvis forbindes forsterkningsmaterialet med bærematerialet stoffsluttende ved hjelp av et hensiktsmessig sementbe-standig klebemiddel med stor fasthet. Egnede klebemidler er f.eks. slike på basis av handelsvanlige reaksjonsharpikser, såsom epoksyharpiks, umettet polyesterharpiks, vinylesterharpiks, polyuretan osv.

Hensiktsmessige kunststoffer, f.eks. sementfaste kunststoffer kan også påsmeltes direkte på bæreren eller anbringes i opp-løsning .

Forsterkningsmaterialet kan også være forsynt med et ytterligere dekksjikt for å beskytte materialet mot korrosjon osv. Dette dekksjikt kan samtidig være klebemiddel og gjennomtrenge forsterkningsstripen eller forsterkningsstrimmelen helt.

De ifølge oppfinnelsen forsterkede formdeler tåler en betydelig forhøyet bruddbelastning. Således er det mulig å for-øke bruddbelastninger f.eks. målt etter det i en DIN 2 74 ved hjelp av strimmelaktig forsterkning av bølgedalene av bølgepla-ter av fibersement på tvers av bølgene til mer enn det dobbelte og parallelt med bølgene til mer enn 50%. I krass motsetning til alle erfaringer med fibersementprodukter, inklusive asbestsement, har man ved den oppfinnelsesmessig forsterkede bølge-plate funnet at den bruksteknisk viktige våt-bruddbelastning på tvers av bølgen målt etter ISO R 39 3 når tydelig enda høyere verdier enn ved tørrprøving, nemlig gjennomsnittlig 40% økning. Også kvalitetsspredningen, uttrykt ved variasjonskoeffisienten av bruddbelastningen er vesentlig redusert. Stabelbarheten av bølgeplatene samt stabelvolumet forblir som før.

Selv for asbestsemeht-bølgeplatene oppnåsøkning av bruddbelastningen ved hjelp av den oppfinnelsesmessige forsterkning. Når formstykkene benyttes for en mindre belastning, tillater oppfinnelsen vesentlige besparelser, idet tykkelsen av produk-tene kan reduseres.

Også ved plater av kunststoff- eller bitumenbundet sammensatt materiale kan det ved hjelp av oppfinnelsen oppnås betyde-lige forbedringer med hensyn til fastheten.

Den vedlagte tegning illustrerer et eksempel på en forsterket bølgeplate. Oppbygningen er den samme uansett som det dreier seg om en fibersementplate eller en kunststoffplate.

Utførelseseksempel 1

Bølgeplaten 1 av fibersement er på den innoverrettede overflate 2 av bølgedalen forsynt med et klebesjikt 3 og en vevstoffstrimmel 4 av glassfiber. På denne måte kan oppnås følgende forbedringer;

Eksemplene 1 og 2 omfatter asbestfrie bølgeplater i dimen-sjoner etter SIA-norm 175 med ca. 2 vekt% "DOLAN 10"-fibre (fra Hoechst AG) og sement. Platene inneholder dessuten organiske filterfibre.

Eksempel 3 omfatter en bølgeplate av asbestsement ifølge SIA-norm 175. Alle tre platevarianter ble forbundet stoffsluttende med en 7,5 cm bred strimmel av glassfibervevstoff med varp 7,2 tråder/cm på 2 c 136 tex, og veft 5x1 tråder/cm,

på 2 x 136 tex, med rivestyrke på ca. 86 kg/cm. Glassfiber-strimmelene ble forbundet med det nedre området av bølgedalene ved hjelp av et epoksyklebemiddel "GRILONIT" (fra EMS-Chemie).

Anbringelsen av forsterkningselementene i de anførte eksempler ble utført på de allerede formede og ferdig bundne bølgeplater på følgende måte: Glassfiberstrimlene som forelå i rulleform ble avviklet ved hjelp av matningsinnretninger og ført gjennom en doseringsstasjon hvor de også ble vætet med klebemiddel. Deretter ble de således behandlede forsterkningsstrimler ved hjelp av pas sende gripeinnretninger anbragt ved begynnelsen av bølgedalene av de nedenfor vætestasjonen beliggende bølgeplater. Deretter ble platen satt i bevegelse i forsterkningsstrimmelens retning synkront med dennes bevegelse. Ved hjelp av de medløpende tilpresningsruller ble så strimlene stoffsluttende forbundet med platen. En kutteinnretning kutter opp den endeløse for-sterkningsstrimmel etter at denønskede lengde er oppnådd. De således behandlede plater ble stablet opp. Ved normaltempera-tur skjer utherdningen av harpiksen i denne tilstand innenfor ca. 24 timer.

Utførelseseksempel 2

Bølgeplaten 1 av polymerbetong er på den innadrettede overflate 2 av bølgedalene forsynt med et klebesjikt 3 og en vevstrimmel 4 av glassfiber. På denne måte kan følgende forbedringer oppnås:

Eksempel:

Eksemplet omfatter en polymerbetong bølgeplate i dimen-sjoner etter SIA-norm 175, bestående av 6% PMMA harpiks, 70% kvartssand, 19% kvartsmel, 5% kiselrøk. Platen ble forbundet stoffsluttende med de nedre områder av bølgedalene ved hjelp av epoksykleber "GRILONIT" (fra Ems Chemie) med en 7,5 cm bred strimmel av glassfibervevnad med varp 7,2 tråder/cm, med 2 x 126 tex, og veft 5x1 tråder/cm, med 2 x 126 tex, med rivestyrke ca. 86 kg/cm.

Anbringelsen av forsterkningselementene i det anførte eksempel skjedde på den allerede ferdigformete og ferdigbundne bølgeplate og da på følgende måte.

Glassvevstoffstrimmelen som foreligger i form av en rull, avvikles ved hjelp av en matningsinnretning og føres gjennom en doseringsstasjon som samtidig væter tvangsmessig strimmelen med klebemiddel. Deretter føres forsterkningsstrimmelen ved hjelp av passende gripeinnretninger til begynnelsen av bølgedalene av den på undersiden av vætestasjonen beliggende bølgeplate. Deretter beveges platen i avrullingsretningen av forsterkningsstrimmelen synkront med strimmelens bevegelse. Ved hjelp av de medløpende tilpresningsruller forbindes så strimmelen med platen. En kuttemekanisme deler opp forsterkningsstrimmelen etter at denønskede lengde er nådd. Platene ble stablet opp og utherdningen av harpiksen i denne tilstand og ved normal-temperatur skjedde i løpet av ca. 24 timer.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de ovenfor omtalte ut-førelseseksempler. Lignende kontinuerlige eller diskontinuer-lige fremgangsmåter for anbringelse av forsterkningselementer og klebemiddel fører til sammenlignbare resultater, forutsatt at der sikres en stoffsluttende forbindelse mellom forsterkningen og bæreplaten.

Claims (18)

1. Tynnskallet formstykke av hydraulisk bundet materiale eller av kunststoff- eller bitumenbundet sammensatt materiale, særlig profilert byggeelement, karakterisert ved at det i det minste i området og/eller områder for kraf-tigste kritiske strekkpåkjenninger fra utsiden er forbundet med et forsterkningsmateriale.

2. Formstykke ifølge krav 1, karakterisert ved at forsterkningsmaterialet også er anbragt på trykk påkjente områder.

3. Formstykke ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at forsterkningsmaterialet er anbragt i form av strimmel.

4. Formstykke ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at formstykket er en bølge-plate og at forsterkningen er anbragt i form av gjennomgående eller avbrutte i bø lgenes lengderetning forløpende strimler i det minste på den mest på strekk påkjente side på en eller flere bølgedaler og/eller bølgetopper på samme plateside.

5. Formstykke ifølge ett av kravene 1 til 4, karakterisert ved at materialet består av organiske og/eller uorganiske, henholdsvis metalliske, pressede, støpte, laminerte eller ekstruderte tynnveggete flater- eller romelementer.

6. Formstykke ifølge ett av kravene 1 til 4 av hydraulisk bundet materiale, karakterisert ved at materialet er et sementbundet byggemateriale som eventuelt inneholder uorganiske og/eller organiske fibre.

7. Formstykke ifølge ett av kravene 1 til 6, karakterisert ved at forsterkningen består av organiske og/eller uorganiske fiberstoffer, strikkestoffer, matter, nett, flettevarer, endeløse tråder, fibre eller fiberstrenger.

8. Formstykke ifølge ett av kravene 1 til 6, karakterisert ved at forsterkningen består av metall, kunststoff, elastomerer, papir, glass eller keramisk materiale, fortrinnsvis i form av blikkstrimler, platestrimler, foliestrimler, gittere, tråder, hvor foliene eventuelt er fib-rillert og/eller prestrukket.

9. Formstykke ifølge ett av kravene 1 til 6, karakterisert ved at forsterkningen i form av en besiktning, f.eks. av eventuelt fiberforsterket kunststoff.

10. Formstykke ifølge ett av kravene 1 til 9, karakterisert ved at forsterkningen har høyere E-modul enn bærematerialet.

11. Formstykke ifølge ett av kravene 1 til 9, karakterisert ved at forsterkningen har en lavere E-modul enn bærematerialet.

12. Formstykke ifølge ett av kravene 1 til 9, karakterisert ved at forsterkningen består av en kombinasjon av materialer med høyere og lavere E-modul enn bærematerialet.

13. Formstykke ifølge ett av kravene 1 til 12, karakterisert ved at forsterkningen er forbundet med formdelen ved hjelp av et klebestoff.

14. Formstykke ifølge krav 13, karakterisert ved at forsterkningen består av glassfibervevstoffstrimler og at klebemiddel er en epoksy harpiks.

15. Formstykke ifølge krav 13 eller 14, karakterisert ved at forsterkningen er forsynt med et værnesjikt som eventuelt er dannet av klebemidlet selv.

16. Fremgangsmåte til fremstilling av et tynnskallet formstykke ifølge ett eller flere av kravene 1 til 15, karakterisert ved at forsterkningsmaterialet anbringes først etter den egentlige formgivningsprosess av formstykket på de utvalgte områder, henholdsvis avsnitt av sistnevnte .

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at forsterkningsmaterialet anbringes på formstykket før utferdningen av sistnevnte.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at forsterkningsmaterialet anbringes etter utferdningen av formstykket på sistnevnte.