Конструктивный элемент - RU2358069C2

Чертежи

Описание

Изобретение касается конструктивного элемента для стены здания или крыши здания, состоящего по меньшей мере из одного поверхностного слоя и одного изоляционного элемента из минеральных волокон, предпочтительно из минеральной ваты, в форме плиты или полотна, который обладает двумя большими поверхностями, которые расположены на расстоянии друг от друга, причем поверхностный слой расположен на одной большой поверхности, а изоляционный элемент, образованный из извилисто проложенного полотна минерального волокна, образует перегородки, которые ориентированы, по существу, под прямым углом к большой поверхности и в области большой поверхности связаны друг с другом через области поворота, причем минеральные волокна в перегородках проходят под прямым углом, а в областях поворота - от наклонно до параллельно к большим поверхностям изоляционного элемента.

Конструктивные элементы указанного вида известны из уровня техники и состоят из изоляционного элемента и по меньшей мере одного поверхностного слоя, который расположен на большой поверхности элемента из изоляционных материалов. Эти изоляционные элементы производятся, например, из минеральных волокон. Искусственно произведенные стекловидно затвердевшие минеральные волокна имеют средний диаметр от примерно 6 до 8 мкм и располагаются в форме очень рыхлого трехмерного образования и частично скрепляются с помощью преимущественно органических связующих средств.

В качестве органических связующих средств используются многократно термореактивно затвердевающие фенольные, формальдегидные и/или карбамидные смолы. В определенных случаях часть этих смол замещается также полисахаридами. Смолы в незначительном количестве содержат материалы, повышающие прочность сцепления, как например силаны. Пленкообразующие термопластические связующие средства используются, кроме того, отдельно для связывания гибких изоляционных элементов.

Доли органических связующих средств в изоляционных элементах незначительны и совсем не являются достаточными, чтобы в идеальном случае все минеральные волокна точечным образом связывать друг с другом. Чтобы получать качество негорючести изоляционных элементов и их упругопружинящий характер и одновременно также ограничивать издержки производства, в общем не используются больше чем примерно 12 мас.% сухой субстанции связующего средства. В случае изоляционных элементов из минеральной ваты, которые производятся, например, с помощью каскадных прядильных машин, изоляционные элементы, как правило, содержат не более чем от примерно 2 до примерно 4,5 мас.% сухой субстанции связующего средства.

Как правило, в случае изоляционных элементов из минеральных волокон требуется, чтобы они были первоначально созданы водоотталкивающими. Это качество так же, как и улучшенное связывание самых тонких минеральных волокон, т.е. захватывание пыли, достигается за счет того, что к связующим средствам добавляются, например, такие субстанции, как высококипящие минеральные масла, масляно-водяные эмульсии, воски, силиконовые масла и смолы. В целом эти субстанции обозначаются как присадочные или как замасливающие средства. Например, при производстве изоляционных элементов из минеральных волокон, в частности из минеральной ваты, используется доля минерального масла от 0,1 до примерно 0,4 мас.% в связующем средстве. Эти минеральные масла и соответственно присадочные или замасливающие средства распределяются в элементах изоляционных материалов существенно более равномерно, чем связующее средство, причем на минеральных волокнах образуются пленки, которые имеют толщину материала в несколько нанометров.

Изоляционные элементы из минеральных волокон по их большим поверхностям заклеиваются в качестве поверхностных слоев профилированными металлическими листами и образуют сэндвич-элементы. Профилирование металлических листов может быть выполнено по-разному, причем сэндвич-элемент состоит из среднего слоя из изоляционных элементов из минеральных волокон и двух лежащих снаружи профилированных металлических листов. Из таких сэндвич-элементов производятся как стены зданий, так и крыши зданий. Лежащие в здании снаружи металлические листы выполнены в случае этих сэндвич-элементов, как правило, с более сильным профилированием и соответственно с ярко выраженными гофрами. Например, известны такие сэндвич-элементы, у которых лежащий снаружи на здании металлический лист выполнен волнистым. Лежащие в здании внутри металлические листы имеют, как правило, лишь рельефную формовку и/или плоские гофры, которые придают этим листовым металлам структуру, подобную панели.

В качестве расположенных между металлическими листами изоляционных элементов используются материалы из негорючей минеральной ваты с точкой плавления выше 1000°C согласно Германскому промышленному стандарту DIN 4101, часть 17, которые большей частью имеют объемную плотность более 100 кг/м³ и у которых волокна расположены преимущественно вертикально и/или под прямым углом к большим поверхностям изоляционных элементов. Производство таких изоляционных элементов описано, например, в US-A-5981024. Известные из этой публикации изоляционные элементы имеют перегородчатую структуру. Описанная выше ориентация минеральных волокон под прямым углом к большим поверхностям и соответственно с вертикальным расположением служит при этом в первую очередь повышению прочности при поперечном растяжении изоляционных элементов под прямым углом к большим поверхностям. Благодаря такой перегородчатой структуре повышается жесткость параллельно ориентации этой перегородчатой структуры.

В упомянутом диапазоне температур процессы усадки могут привести к рекристаллизации волокон изоляционного материала. Величина усадок является в том числе зависимой от формы и расположения минеральных волокон, плотности упаковки и/или объемной плотности. При плоско лежащих друг над другом минеральных волокнах горизонтальные усадки, т.е. в направлении минеральных волокон, являются значительно меньшими, чем в проходящем к ним под прямым углом направлении.

Для производства сэндвич-элементов многократно используются так называемые пластинчатые плиты минеральной ваты или пластинки минеральной ваты. Они разделяются снова подобно пластинкам по желаемой толщине изоляционных плит, которые были получены ранее из многократно сложенного полотна из минерального волокна.

При наиболее часто применяемой технологии для производства этих пластинчатых плит из минеральной ваты тонкое, влажное на ощупь первичное полотно минерального волокна, пропитанное еще не отвержденными связующими и присадочными средствами, с помощью выполняющего качательное движение транспортного устройства накладывается поперек на второе медленно проходящее транспортное устройство. При этом отдельные слои полотна минерального волокна складываются стопкой слегка смещенно друг на друга до достижения желаемой высоты вторичного полотна минерального волокна. При этом первичное полотно минерального волокна отличается подобными хлопьям скоплениями, в которых минеральные волокна ориентируются предпочтительно параллельно направлению потока транспортного воздуха в сборных камерах и в которых минеральные волокна, очевидно, сильнее пропитаны связующими средствами и водой. На этом первичном полотне минерального волокна лежат слабее или не связанные минеральные волокна и соответственно хлопья, которые имеют отклоняющуюся траекторию полета. При непосредственном сборе минеральных волокон они без дальнейших промежуточных шагов укладываются до желаемой высоты на транспортное устройство, согласованное с производительностью измельчительной машины. Минеральные волокна укладываются здесь рыхло друг над другом и рядом. Выраженное ориентирование в горизонтальных плоскостях обычно не происходит. Также здесь находятся по-разному пропитанные связующими средствами минеральные волокна и соответственно хлопья.

Собранные до максимальных высот полосы минерального волокна затем уплотняются по вертикали посредством расположенных под углом друг к другу транспортных устройств, чтобы перенести снаружи силы сдвига и путем замедления скорости подачи индуцировать направленное по горизонтали относительное обжатие. С помощью накладывающихся движений относительного обжатия обеспечивается интенсивное складывание минеральных волокон. При этом могут различаться центральные области изначальной первичной полосы минерального волокна как узкие, перегородчатые структуры, между которыми минеральные волокна находятся в скрученном, по меньшей мере, однако более незначительном уплотнении. Эти перегородчатые уплотнения тянутся в воображаемом горизонтальном положении поперечно сквозь сложенную полосу минерального волокна. Складчатая структура зафиксирована после затвердевания преимущественно использованных термореактивно отверждаемых с помощью горячего воздуха смесей смолы. При принимающейся здесь в расчет области объемных плотностей от примерно 90 до примерно 160 кг/м³ максимальная толщина изоляционных плит, которые могут быть восстановлены таким образом, составляет в настоящее время примерно 200 мм.

В продольном сечении перегородчатые структуры расположены под прямым углом к поверхностям раздела соседних слоев полотна минерального волокна, в то время как минеральные волокна в этих структурах ориентированы к ним параллельно или под небольшими углами. Минеральные волокна между перегородчатыми структурами находятся в рыхлой связи, что уменьшает прочность на сдвиг в горизонтальном направлении. Как составная часть сэндвич-элементов, пластинки из минеральной ваты либо соединяются в большие пластинчатые плиты минеральной ваты, либо наклеиваются одна за другой на несущий слой.

Изоляционные элементы производятся с гладкими поверхностями или с контурами поверхностей, выполненными в значительной мере соответствующими профилированию металлических листов. Между изоляционными элементами и металлическими листами расположен клеевой слой, предпочтительно из полиуретанового клея, которым достаточно покрыты как изоляционные элементы, так и снабженные антикоррозионными защитными слоями металлические листы, так что клеящий слой почти полностью заполняет также обусловленные допусками по габаритным размерам полости между изоляционными элементами и металлическими листами. В конце концов, склеивание изоляционных элементов с металлическими листами ведет к твердым вязкопластичным соединениям. Чтобы выполнить обе упомянутые выше задачи, эти клеящие слои наносятся на изоляционные элементы и соответственно металлические листы с толщиной материала между 0,5 и 5 мм, причем в области вершин изгибов металлических листов наносятся большие толщины материала клеящего слоя.

Металлические листы образуют металлические поверхностные слои, которые для повышения их моментов сопротивления в продольном направлении усилены профилированием и большей частью дополнительно плоскими гофрами или волнистостью. Лежащие снаружи на здании поверхностные слои, в том числе для защиты от непогоды, отвода воды, также из архитектурных соображений, профилированы сильнее, чем лежащие внутри в здании поверхностные слои, которые большей частью получают плоское контурирование и соответствующие гофры и при этом дают в итоге дизайн по типу панели.

Поверхностные слои имеют кромки, которые отформованы так, что расположенные рядом сэндвич-элементы зацепляются друг с другом с геометрическим замыканием и после крепления сэндвич-элементов с несущими конструктивными элементами или слоями обеспечивают достаточное силовое замыкание. Стыки, например, у элементов крыши обычно лежат вне водоносных уровней или дополнительно защищаются уплотнительной полосой.

Также боковые поверхности изоляционных элементов обычно профилированы с обеих сторон. Известны соединения в шпунт и гребень, которые дополнены несколькими фальцами, расположенными симметрично или асимметрично к срединной плоскости, и при этом дополнительно придают соединениям свойства лабиринтного уплотнения. Профилирования имеют узкие допуски по габаритным размерам, чтобы между изоляционными элементами образовывались только совсем узкие стыки. При этом должны предотвращаться или по меньшей мере отчетливо уменьшаться конвекционные потоки через швы и занесение влаги в изоляционный материал. В том же самом смысле уменьшается действие швов как тепловых мостиков. Выполнение профилирования изоляционных элементов - это дорогостоящий процесс.

Соответствующее отрицательное влияние образования швов может уменьшаться или исключаться задерживающими пар покрытиями или пропитками. Профилирования легко сминаются из-за преобладающего расположения минеральных волокон под прямым углом к большим поверхностям изоляционных элементов и наслоения отдельных слоев минеральных волокон параллельно к ним. Недостатком является то, что регулярно имеющиеся свободные от связующих средств или бедные ими области изоляционных элементов ослабляют прочность профилирований, так что они повреждаются или даже срезаются совсем уже при производстве, в частности при складировании, транспортировке или изготовлении сэндвич-элементов. Далее, переменные температуры наружного воздуха и соответственно воздействие солнечных лучей ведут к сильным растяжениям внешних поверхностных слоев. Изоляционные элементы из минеральных волокон не подвергаются в этом диапазоне температур никаким термически обусловленным деформациям. Под воздействием огня поверхностные слои очень быстро раскрываются, так что изоляционные элементы подвергаются непосредственному влиянию горячих горючих газов и непосредственно связанного с этим излучения. В случае элементов крыши и в верхней части стеновых элементов зданий присоединяется еще термически обусловленный восходящий поток, который нагнетает горючие газы в изоляционные элементы. В частности, при филигранных профилированиях усадки могут возникать также в более глубоких областях швов, которые могут появляться предпочтительно под прямым углом к ориентации минеральных волокон и вследствие этого расширять швы. С каждым расширением областей швов усиливается влияние воздействия огня вплоть до лишения областей швов герметичности.

Преимущество этих сэндвич-элементов по сравнению с конструктивными элементами из расположенных на расстоянии друг от друга оболочек из металлических листов и расположенной между оболочками из металлических листов пены из полиуретана или полиизоцианурата состоит, в частности, в том, что нагрузка от пожара на сэндвич-элементы с расположенными между оболочками из металлических листов изоляционными элементами из минеральных волокон отчетливо уменьшена и продолжительность сопротивления огню таких конструктивных элементов значительно повышена. При этом такие сэндвич-элементы могут использоваться не только как строительные конструктивные элементы для стен и крыш, но и как панели противопожарной защиты.

Описанные выше сэндвич-элементы после их укладки в области стен или панелей связываются с несущей конструкцией. Для этого используются крепежные средства, например болты, при помощи которых сэндвич-элементы фиксируются на несущей конструкции, и металлические листы связываются друг с другом с силовым замыканием.

За счет формирования областей кромок металлических листов продольные швы покрываются так, что они не подвержены никаким погодным влияниям. Тем не менее, боковые поверхности сэндвич-элементов остаются открытыми, причем в области оформления крыши из таких сэндвич-элементов обычно снаружи и изнутри покрывают эти боковые поверхности верхними и нижними металлическими листами конька. Вдоль водосточных желобов боковые поверхности покрываются согнутым металлическим листом, который вдвигается между несущей конструкцией и соответственно основой крыши, металлическим листом водосточного желоба и нижним металлическим листом сэндвич-элемента и скрепляется вместе с обоими металлическими листами сэндвич-элемента.

Однако разные варианты выполнения таких сэндвич-элементов требуют, чтобы соответствующие металлические листы были точно подогнаны к сэндвич-элементам, так что необходимые металлические листы покрытий должны готовиться и обрабатываться соответственно используемым сэндвич-элементам. Дополнительно в области крыши предусматривается ветроотражающий щиток, который принимает на себя часть защиты от непогоды и закрепляется на лежащем снаружи здания металлическом листе сэндвич-элемента.

Исходя из этого уровня техники в основе изобретения лежит задача усовершенствовать конструктивный элемент так, что его производство будет рентабельным без слишком больших отходов, причем простым способом достигается высокое сопротивление сжатию в области изоляционного элемента.

Для решения поставленной задачи в конструктивном элементе согласно первому варианту выполнения предусмотрено, что поверхность изоляционного элемента примыкает к поверхностному слою с преимущественно прямоугольным направлением минеральных волокон.

Конструктивный элемент согласно изобретению состоит из поверхностного слоя и изоляционного элемента, причем изоляционный элемент образован из извилисто разложенного полотна минерального волокна. Полотно минерального волокна содержит ориентированные параллельно друг другу перегородки с направлением волокон параллельно большим поверхностям перегородок и соответственно под прямым углом к большим поверхностям изоляционного элемента. Каждые две расположенные рядом перегородки связаны друг с другом областью поворота, причем минеральные волокна ориентированы наклонно или параллельно к расположенной в этой области большой поверхности изоляционного элемента. Две расположенные рядом и связанные друг с другом областью поворота перегородки образуют, таким образом, один по существу U-образный элемент. Отдельные перегородки извилисто уложенного полотна минерального волокна связаны друг с другом, причем соединение образуется, в частности, связующим средством, которое затвердевает в печи для отверждения.

Области поворота расположенных рядом перегородок лежат, в целом, в области большой поверхности изоляционного элемента, в то время как свободные концы перегородок, у которых удалены раньше существовавшие области поворота, подходят, по существу, под прямым углом минеральными волокнами к поверхностному слою. При этом нужно иметь в виду, что изоляционный элемент выполнен достаточно жестким на сжатие, в частности, в области ниже поверхностного слоя.

В конструктивном элементе согласно изобретению используется, таким образом, изоляционный элемент, который имеет перегородчатую или ленточную структуру, причем отдельные перегородки проходят параллельно друг другу. Каждые две расположенные рядом перегородки связаны друг с другом областями поворота, причем эти области поворота расположены удаленно от поверхностного слоя и, таким образом, область изоляционного элемента, которая должна воспринимать высокие поперечные нагрузки, лежит на удалении от поверхностного слоя.

Альтернативное решение поставленной задачи предусматривает, что поверхностный слой содержит впадины волн и гребни волн, причем области поворота с минеральными волокнами, проходящими от наклонно до параллельно большой поверхности, присоединяются к поверхностному слою в области гребней волн, в то время как изоляционный элемент в области впадин волн свободен от областей поворота и, таким образом, от минеральных волокон, проходящих наклонно или параллельно к большой поверхности.

При втором варианте выполнения конструктивного элемента согласно изобретению предусмотрено, таким образом, что поверхностный слой содержит впадины волн и гребни волн и выполнен, таким образом, волнистым. Само собой разумеется, это профилирование может заменяться также трапециевидным выполнением поперечного сечения. Существенно при этом, что области поворота с проходящими от наклонно до параллельно большой поверхности минеральными волокнами присоединяются к поверхностному слою в области гребней волн, в то время как изоляционный элемент в области впадин волн свободен от областей поворота и, таким образом, от минеральных волокон, проходящих наклонно или параллельно большой поверхности. В этом случае области поворота лежат, таким образом, непосредственно под поверхностным слоем в области гребней волн, в то время как под поверхностным слоем в области впадин волн минеральные волокна проходят, по существу, под прямым углом к поверхностному слою. Этот вариант выполнения конструктивного элемента согласно изобретению подходит, в частности, для мелкоформатных или хорошо усиленных в продольном направлении конструктивных элементов, изоляционные элементы которых изготовлены путем центрального горизонтального разрезания полотна изоляционного материала.

Осуществление первого варианта выполнения конструктивного элемента конструктивной формы согласно изобретению предусматривает, что поверхностный слой выполнен профилированным, в частности волнистым. Альтернативно поверхностный слой может быть выполнен, конечно, так же как металлический лист трапециевидного сечения с верхними и нижними поясками.

Другое осуществление первого варианта выполнения предусматривает, что большая поверхность изоляционного элемента под поверхностным слоем выполнена свойлаченной, по меньшей мере, в части областей. Свойлачивание распускает соединение минеральных волокон между собой, и образуется эластифицированный поверхностный слой, вследствие чего улучшается соединение поверхностного слоя с изоляционным элементом на базе клеящего слоя.

При втором варианте выполнения конструктивного элемента согласно изобретению дополнительно предусмотрено, что гребни волн имеют высоту

от 1 до 3 см относительно впадин волн. Оказалось предпочтительным выполнять волны с длиной волны между 10 и 25 см, в частности между 12 и 20 см. За счет амплитуд синусоидальных волн и упомянутых выше длин волн волнистая поверхность изоляционного элемента может быть такой, что ее отрицательные полуволны достигают областей с минеральными волокнами, ориентированными под прямым углом к большим поверхностям, в то время как существенная часть положительных полуволн направляется областями поворота. Таким образом, достигают сокращения отделяемого объема первоначально извилисто уложенного полотна минерального волокна без негативного влияния на необходимое сопротивление сжатию.

При обоих вариантах выполнения конструктивного элемента согласно изобретению в соответствии со следующим признаком предусмотрено, что изоляционный элемент, по существу, всей поверхностью прилегает к поверхностному слою. Посредством согласованного формообразования изоляционного элемента и поверхностного слоя сокращается, например, количество клея, которое требуется для клеевого соединения между поверхностным слоем и изоляционным элементом.

Далее, предусмотрено, что минеральные волокна ориентированы в областях поворота преимущественно наклонно к большим поверхностям изоляционного элемента. При этом волокна, проходящие параллельно большим поверхностям, в областях поворота удаляются. Наклонно проходящие к большим поверхностям минеральные волокна остаются, так что в целом удаляемая масса минеральных волокон может сокращаться на величину от 25 до 60%.

Дальнейшие признаки и преимущества изобретения получаются из следующего описания соответствующих чертежей, на которых представлены предпочтительные варианты выполнения конструктивного элемента. На чертежах показано:

фиг.1 - первый вариант выполнения конструктивного элемента в продольном сечении;

фиг.2 - второй вариант выполнения конструктивного элемента в продольном сечении.

На Фиг.1 представлен конструктивный элемент 1 для стены здания или крыши здания. Конструктивный элемент 1 состоит из поверхностного слоя 4 и изоляционного элемента 5. Изоляционный элемент 5 имеет две большие поверхности, которые расположены на расстоянии друг от друга, причем большая поверхность 3 выполнена волнистой и обращена к поверхностному слою 4, который выполнен также волнистым, как профилированный металлический лист.

Изоляционный элемент 5 состоит из извилисто уложенного полотна минерального волокна, которое образует перегородки 6, причем две расположенные рядом перегородки 6 связаны друг с другом областями 7 поворота. Отдельные перегородки 6 связаны друг с другом посредством связующего средства.

Изоляционный элемент 5 состоит из минеральных волокон 2, которые ориентированы в перегородках 6, проходя под прямым углом к большим поверхностям 3. В областях 7 поворота минеральные волокна 2 проходят наклонно и/или параллельно к большим поверхностям 3.

Противоположные областям 7 поворота свободные концы перегородок 6 непосредственно примыкают к поверхностному слою 4. В этой области образованная из перегородок 6 большая поверхность 3 изоляционного элемента 5 выполнена свойлаченной, так что за счет ослабленного соединения волокон улучшено поглощение клея для соединения изоляционного элемента 5 с поверхностным слоем 4.

В области, расположенной противоположно большой поверхности 3, а именно в районе областей 7 поворота, проходящие параллельно поверхности 3 минеральные волокна 2 по существу удалены посредством сошлифовывания или обрезки. Следовательно, минеральные волокна 2, проходящие непосредственно в области поверхности 3, ориентированы в областях 7 поворота наклонно к большой поверхности 3.

Поверхностный слой 4 лежит всей поверхностью на поверхности 3 изоляционного элемента 5.

На Фиг.2 представлен второй вариант выполнения конструктивного элемента 1 согласно изобретению. В отличие от варианта выполнения по Фиг.1 области 7 поворота соседних перегородок 6 расположены под поверхностным слоем 4 в области гребня 8 волны, так что перегородки 6 выходят своими свободными концами в противоположную большую поверхность 3.

Между двумя гребнями 8 волны расположена впадина 9 волны. В области впадины 9 волны области 7 поворота соседних перегородок 6 находятся на таком удалении, что минеральные волокна 2 из перегородок 6 ориентированы в области впадины 9 волны, по существу, под прямым углом к обеим большим поверхностям 3 изоляционного элемента 5.

Волна 10, образованная из гребня 8 волны и впадины 9 волны, имеет длину волны 15 см, в то время как высота гребней волны составляет 2 см относительно впадин волны.

Реферат

Изобретение касается конструктивного элемента для стены здания или крыши здания, состоящего по меньшей мере из одного поверхностного слоя и одного изоляционного элемента из минеральных волокон, предпочтительно из минеральной ваты, в форме плиты или полотна, который имеет две большие поверхности, которые расположены на расстоянии друг от друга, причем поверхностный слой расположен на большой поверхности, и причем выполненный из извилисто уложенного полотна минерального волокна изоляционный элемент образует перегородки, которые ориентированы, по существу, под прямым углом к большой поверхности и связаны в области большой поверхности друг с другом областями поворота, причем минеральные волокна в перегородках проходят под прямым углом, а в областях поворота - от наклонно до параллельно к большим поверхностям изоляционного элемента. К поверхностному слою примыкает поверхность изоляционного элемента с преимущественно прямоугольным ходом минеральных волокон, выполненная свойлаченной по меньшей мере в части областей. Охарактеризован второй вариант выполнения конструктивного элемента. Технический результат: усовершенствование конструктивного элемента так, что возможно его рентабельное производство без повышенных отходов, причем простым способом достигается высокое сопротивление сжатию в области изоляционного элемента. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула