КРОВЕЛЬНАЯ ЧЕРЕПИЦА, А ТАКЖЕ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОЙ КРОВЕЛЬНОЙ ЧЕРЕПИЦЫ
ROOF TILES AND METHOD FOR MANUFACTURE OF SUCH ROOF TILES

Изобретение относится к кровельной черепице из бетонного материала согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения, а также к способу изготовления такой кровельной черепицы из бетонного материала согласно пункту 17 формулы изобретения.
Изготовление кровельной черепицы из бетонного материала, как описано в патентном документе DE 35 22 846 А1, часто производится способом формования профильных изделий. Способ формования профильных изделий также называется экструзионным способом. При этом свежеприготовленная бетонная смесь наносится на бесконечную ленту из нижних форм, и с помощью профилированного вальца припрессовывается к нижним формам так, что образуется непрерывная лента из уплотненного свежего бетона, который называется экструдатом, и профиль его поперечного сечения соответствует профилю будущей кровельной черепицы. Затем непрерывная лента разрезается на отдельные кровельные черепицы, которые затвердевают в результате высушивания.
Изготовленные таким способом с использованием традиционных бетонных материалов кровельные черепицы в принципе обладают хорошей прочностью при изгибе и ударной прочностью, а также высокой морозостойкостью, и удовлетворяют минимальным требованиям, регламентированным стандартом EN490/491. Правда, такие кровельные черепицы имеют относительно большой вес от около 4,5 кг до 8,0 кг каждой черепицы. Однако при расчете нагрузки на несущую конструкцию крыши важен вес, отнесенный к единице площади.
2
2
2
2
При этом необходимо принимать во внимание, что в зависимости от размеров отдельной кровельной черепицы для покрытия 1 м поверхности крыши требуется различное число кровельных черепиц. Поэтому вес в расчете на единицу площади определяется как общий вес уложенных кровельных черепиц на м поверхности крыши. При кровельных черепицах с типичными для отрасли размерами, например, такими как длина=0,42 м и ширина=0,3 м, для покрытия 1 м поверхности крыши требуются около 9-11 кровельных черепиц, вследствие чего получается вес в расчете на единицу площади около 40-50 кг/м покрытой поверхности крыши.
2
2
2
2
2
Однако кроме этих относительно малоразмерных кровельных черепиц, на рынке имеются также кровельные черепицы с более крупными размерами, при которых для покрытия 1 м поверхности крыши требуются только 7-9 или, соответственно, 5-7 кровельных черепиц. Благодаря увеличенной укрывной площади отдельной кровельной черепицы могут быть сокращены продолжительности укладки и стоимость труда. Правда, это преимущество сокращается вследствие увеличенного веса отдельной кровельной черепицы, что осложняет работу кровельщика при укладке с размещением крупноразмерных кровельных черепиц. Кровельные черепицы с размерами соответственно 7-9 кровельных черепиц на м имеют собственный вес около 5,25 кг и вес на единицу площади 36-47 кг/м. При размере 5-7 кровельных черепиц на м они имеют собственный вес около 8,0 кг и вес на единицу площади 40-56 кг/м. Вследствие своего относительно большого веса такие традиционные бетонные кровельные черепицы непригодны для реконструкции крыш, которые до тех пор были покрыты легковесными кровельными материалами, например, такими как волнистый асбоцементный шифер, кровельная дранка или шифер, поскольку имеющиеся несущие конструкции крыши, как правило, не в состоянии выдерживать высокую нагрузку бетонных кровельных черепиц. Чтобы иметь возможность и далее использовать имеющуюся несущую конструкцию крыши в случае реконструкции для экономии расходов, тем самым необходимо снижать вес кровельной черепицы на единицу площади.
2
К тому же снижение веса отдельной кровельной черепицы желательно, чтобы облегчить работу кровельщика при обращении с кровельной черепицей, и в особенности это справедливо в отношении кровельных черепиц с крупными размерами 5-7 или 7-9 кровельных черепиц на м. Достигаемое тем самым облегчение работы может содействовать сокращению профессиональных заболеваний кровельщиков.
При снижении веса кровельных черепиц и, соответственно, веса в расчете на единицу площади, необходимо учитывать, что геометрическая форма кровельной черепицы, а также функциональные элементы, например, такие как водостоки, боковые фальцы, носики профиля должны оставаться прежними. Только при таком условии будет гарантировано, что облегченные кровельные черепицы могут сочетаться с традиционными кровельными черепицами в конструкции кровли, и при повреждении одной стандартной кровельной черепицы она может быть при необходимости заменена облегченной кровельной черепицей.
При сохранении внешних размеров, а также функциональных элементов возможность снижения веса бетонных кровельных черепиц состоит в том, что сокращается плотность кровельных черепиц.
В патентном документе AT E 52 214 В1 для этого описана бетонная смесь, в которой для снижения плотности обычно применяемые кварцевые пески заменены легковесными заполнителями. Правда, используемые здесь легковесные заполнители имеют высокое содержание воды, что сказывается на водоцементном отношении (W/Z-значении), которое определяет отношение воды к цементу как связующему компоненту. Поэтому предлагается W/Z-значение от 0,45 до 1,00.
Это значение по сравнению с традиционными бетонными кровельными черепицами - которые имеют W/Z-значение от 0,35 до 0,45 - является повышенным, что представляет собой недостаток, поскольку содержащаяся в легковесных заполнителях вода при хранении изготовленной бетонной кровельной черепицы может не удерживаться в легковесных заполнителях, а медленно выделяться. В результате это приводит к внутренним напряжениям между еще влажной сердцевиной и относительно сухой поверхностью кровельной черепицы так, что снижается прочность, которая поначалу соответствовала прочности стандартных кровельных черепиц. Этот эффект хотя и является только временным, пока имеет место разница во влажности между сердцевиной и поверхностью, но ввиду больших количеств сохраняемой в сердцевине легкого заполнителя воды может продолжаться в течение многих месяцев. Регламентированные стандартом EN490/491 минимальные требования тогда не смогут быть достигнуты ни после 28 дней, ни при нормально выполненном затем покрытии крыши.
Чтобы удерживать воду в легковесных заполнителях, патентный документ DE 38 86 5252 Т2 предлагает введение загустителя. Для этого используется полимер, который должен компенсировать потерю прочности, обусловленную применением легковесных заполнителей. Правда, эти компоненты являются очень дорогостоящими, что приводит к почти пятикратному повышению стоимости материалов сравнительно с традиционными бетонными смесями. Изготовленный из такой бетонной смеси продукт тем самым является экономически невыгодным по сравнению с изготовленными из традиционных бетонных смесей кровельными черепицами.
Еще одна возможность достигнуть снижения веса кровельных черепиц состоит в сокращении толщины кровельной черепицы.
Правда, такое снижение веса точно так же, как и применение легковесных заполнителей, связано с уменьшением прочности кровельных черепиц. Эта потеря прочности должна быть компенсирована повышением прочности используемого бетонного материала.
Для этого, например, патентный документ US 5 106 557 В предлагает введение волоконных армирующих материалов. Как правило, такие кровельные черепицы содержат от 4 до 6 об.% волокон. В отношении этих волокон речь может идти о полимерных или целлюлозных волокнах. Правда, такие волоконные армирующие материалы могут быть применены только до известного объемного содержания. Если объемная доля превышает 0,5%, бетонная масса уже не может быть экструдирована. Дополнительный недостаток добавления волокон для повышения прочности обусловливается тем, что волокна только тогда обеспечивают долю повышения прочности, когда матрица связующего материала уже имеет разрывы. Таким образом, могут возникать поначалу незаметные повреждения, которые впоследствии делают проблематичными герметичность и морозостойкость.
Без применения волокон плотность бетонного материала должна быть повышена, чтобы компенсировать обусловленную сокращением толщины потерю прочности. Это опять же ведет к повышению веса кровельных черепиц. Таким образом, для снижения веса путем сокращения толщины кровельных черепиц возникают пределы в плане необходимого повышения плотности бетонной смеси, когда требования к прочности одновременно должны соответствовать минимальным требованиям согласно стандарту EN490/491.
2
2
2
В частности, эти пределы показывает патентный документ GB 2 266 904 А. Здесь путем сокращения толщины кровельной черепицы может быть достигнуто снижение веса в расчете на единицу площади кровельных черепиц только в диапазоне между 36 кг/м и 42 кг/м. Правда, кровельные черепицы с таким весом в расчете на единицу площади все же еще слишком тяжелые, чтобы они могли быть применены для реконструкции крыш, которые до тех пор были покрыты легковесными кровельными материалами, так как для такого применения должно достигаться снижение веса по меньшей мере примерно на 45% до веса в расчете на единицу площади около 25 кг/м.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы преодолеть эти и другие недостатки прототипа, и создать кровельную черепицу из бетонного материала, а также способ изготовления такой кровельной черепицы, которым кровельная черепица при незначительной стоимости материала может быть экономично изготовлена экструзионным способом, и при этом имеет явно сниженный вес, и тем не менее на протяжении длительного времени имеет сравнимые с традиционными кровельными черепицами прочностные характеристики. При этом кровельная черепица должна быть сочетающейся как с другими кровельными черепицами, так и с традиционными кровельными черепицами для конфигурации кровельного покрытия.
Вышеуказанная задача решается посредством кровельной черепицы с признаками независимого пункта 1 формулы изобретения, а также способа с признаками пункта 17 формулы изобретения. Предпочтительные варианты исполнения следуют, в частности, из зависимых пунктов формулы изобретения.
3
3
Изобретение относится к кровельной черепице из бетонного материала, причем бетонный материал включает связующий материал, зернистый заполнитель, легковесный заполнитель, и воду для замеса, и кровельная черепица имеет по меньшей мере один водоток, а также боковое фальцевое соединение, состоящее из покрывного фальца и водоотбойного фальца, причем отношение воды к связующему материалу составляет менее 0,3, легковесный заполнитель состоит из материала, который является гидрофобным и/или негигроскопичным, и кровельная черепица после затвердевания имеет плотность в диапазоне от 1,6 г/см до 1,9 г/см, причем кровельная черепица в высоконагруженных областях, предпочтительно в области водотоков, имеет толщину от 5 мм до 9 мм, предпочтительно от 7 мм до 8 мм.
При вышеуказанных соответствующих изобретению комбинациях признаков снижается вес отдельной кровельной черепицы и тем самым вес в расчете на единицу площади. Снижение индивидуального веса кровельной черепицы, особенно при крупных размерах, облегчает обращение с нею, и одновременно достигаемое снижение веса в расчете на единицу площади обеспечивает возможность применения на рынке ремонтных работ в домах с опорными конструкциями крыши с малой несущей способностью. Желательное снижение веса достигается, с одной стороны, применением легковесных заполнительных материалов, и, с другой стороны, сокращением толщины кровельной черепицы.
Поскольку снижение главным образом производится в высоконагруженных областях, геометрическая форма бокового фальцевого соединения может быть сохранена, благодаря чему соответствующая изобретению кровельная черепица может быть скомбинирована не только с другими соответствующими изобретению кровельными черепицами, но и с традиционными кровельными черепицами в конструкции кровельного покрытия. Неожиданно было найдено, что именно снижение в высоконагруженных областях к тому же обусловливает быстрое выравнивание влажности от сердцевины к краям. При этом высоконагруженные области проявляются, в частности, когда сила воздействует на верхнюю сторону кровельной черепицы. Такая сила прилагается, например, при перемещениях работника по поверхности во время монтажа кровельных черепиц. Эта сила прежде всего воздействует как сжимающая нагрузка на верхнюю сторону, но, правда, приводит к растягивающей нагрузке на нижней стороне кровельной черепицы. При этом сильнее всего нагружены в частности области водотоков между покрывным фальцем и срединным буртиком, а также между срединным буртиком и водоотбойным фальцем. Если в частности в этой области водотоков предусматривается сокращение толщины до величины от 5 мм до 9 мм, предпочтительно от 7 мм до 8 мм, то это приводит к особенно быстрому выравниванию влажности от сердцевины к краям. Благодаря этому выравниванию предотвращается возникающая со временем потеря прочности, обусловленная медленной диффузией влаги от сердцевины к краям.
Для дополнительного снижения веса в плане веса в расчете на единицу площади сокращение толщины согласно изобретению сочетается с уменьшением плотности кровельной черепицы. Для этого бетонный материал, кроме необходимых для составления бетонного материала компонентов, таких как связующий материал, зернистый заполнитель (щебень или песок) и вода для замеса, содержит легковесный заполнитель. При этом особенно благоприятен выбор материала легковесного заполнителя из негигроскопичного материала, то есть, материала, который не поглощает или впитывает очень мало воды, чтобы эти материалы, которые и без того содержат небольшие количества воды, определяемые низким водоцементным отношением, больше не абсорбировали. Благодаря этому не только предотвращается изменение консистенции смеси, но и поддерживается достигнутое сокращением толщины преимущество быстрого выравнивания влажности от сердцевины к краям, поскольку в легковесных заполнителях не удерживается вода, которая могла бы оказывать вредное влияние.
В результате соответствующей изобретению комбинации технических признаков стало возможным создание сочетаемой с традиционными кровельными черепицами для конфигурации кровельного покрытия кровельной черепицы из бетонного материала, которая может быть экономично изготовлена при небольших расходах на материал, и при этом имеет явно сниженный вес, и тем не менее на протяжении длительного времени имеет сравнимые с традиционными кровельными черепицами прочностные характеристики.
3
3
2
3
3
2
3
3
2
В одном предпочтительном варианте исполнения кровельная черепица содержит бетонный материал в количестве от 1300 см до 1700 см, причем кровельная черепица, в частности, имеет размер, при котором на 1 м могут быть уложены от 9 до 11 кровельных черепиц. В альтернативном варианте исполнения кровельная черепица содержит бетонный материал в количестве от 1700 см до 2250 см, причем кровельная черепица, в частности, имеет размер, при котором на 1 м могут быть уложены от 7 до 9 кровельных черепиц. В дополнительном альтернативном варианте исполнения кровельная черепица содержит бетонный материал в количестве от 2250 см до 2750 см, причем кровельная черепица, в частности, имеет размер, при котором на 1 м могут быть уложены от 5 до 7 кровельных черепиц.
2
Альтернативные предпочтительные варианты исполнения определяют количество используемого бетонного материала на кровельную черепицу в зависимости от данного размера. Благодаря этому явно снижается вес единицы площади в расчете на м, и тем не менее сохраняется прочность по сравнению с традиционными кровельными черепицами.
Для описания структуры пор может быть привлечена открытая и общая пористость. Общая пористость описывает объем всех пор в кровельной черепице. Она складывается из суммы пустот, которые соединены между собой и с окружающей средой (открытая пористость), и не связанных друг с другом пустот (закрытая пористость). Открытая пористость в отношении кровельных черепиц важна в такой мере, насколько она касается доступных для воды пор. Высокая открытая пористость нежелательна для кровельных черепиц, поскольку проникшая в капиллярные поры вода в зимнее время приводит к растрескиванию вследствие замораживания и снижает устойчивость кровельной черепицы к циклам замораживания-оттаивания. Особенно предпочтительно, когда кровельная черепица имеет общую пористость свыше 25% и открытую пористость менее 10%. По сравнению с традиционными кровельными черепицами, соответствующие изобретению кровельные черепицы тем самым имеют повышенную общую пористость и пониженную открытую пористость. Таким образом, соответствующие изобретению кровельные черепицы не только являются более легкими, но и дополнительно обладают еще и улучшенной устойчивостью к циклам замораживания-оттаивания.
Кроме того, оказалось благоприятным то, что легковесный заполнитель перед замешиванием имеет менее 5 вес.% воды. При этом преимущество состоит в том, что легковесные заполнители являются сухими уже при поставке, и тем самым с легковесным заполнителем в замес не вносится никакая дополнительная вода. Тем самым это не приводит к повышению водоцементного отношения, так что предотвращается потеря прочности при хранении бетонных кровельных черепиц.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения легковесный заполнитель выбирается из группы, включающей полые стеклянные шарики, керамзит, пемзу, и их смеси. Эти материалы особенно пригодны, чтобы снижать плотность бетонного материала.
В частности, является благоприятным, когда легковесный заполнитель имеет неизмельченный и/или покрытый, и/или гидрофобизированный керамзит, и/или гидрофобизированную пемзу, и/или полые стеклянные шарики, и/или их смеси. Эти материалы не поглощают или впитывают лишь мало воды, так что эти заполнители не вытягивают воду из бетонного материала и также не аккумулируют воду. Тем самым эффективно предотвращается образование скоплений воды как одной из причин возникающей со временем потери прочности.
В одном специальном варианте исполнения связующий материал включает цемент и микрокремнезем. Такой состав улучшает цементную матрицу, причем микрокремнезем, по меньшей мере частично, компенсирует снижение прочности, обусловленное введенным легковесным заполнителем. Одновременно применение микрокремнезема содействует снижению открытой пористости и тем самым улучшению устойчивости к циклам замораживания-оттаивания.
В одном предпочтительном варианте исполнения связующий материал представляет собой смесь, причем компоненты смеси выбираются из группы, включающей портландцемент, микрокремнезем и высокоэффективный повышающий текучесть агент. Введением высокоэффективного повышающего текучесть агента, несмотря на невысокое водоцементное отношение, может быть получен бетонный материал, который имеет консистенцию, которая обеспечивает легкое экструдирование.
В частности, благоприятно, когда отношение воды к связующему материалу составляет 0,25, и/или влажность замеса бетонного материала является меньшей или равной 11%. При таких значениях в кровельной черепице остается лишь небольшое количество воды, или вообще отсутствует вода, так что легковесным заполнителем может быть воспринято только небольшое количество воды, и при хранении кровельной черепицы не может приводить к существенной потере прочности. Тем самым успешно предотвращаются образование трещин и снижение прочности при хранении.
3
В одном специальном варианте исполнения кровельная черепица после затвердевания имеет плотность 1,8 г/см. Это значение оказалось особенно благоприятным, поскольку при такой плотности возможно снижение толщины кровельной черепицы до величины от 7 мм до 8 мм, и тем не менее в течение длительного времени удовлетворяются требования к прочности согласно стандарту EN 490/491.
2
Кровельная черепица предпочтительно имеет вес в расчете на единицу площади, меньший или равный 35 кг/м. Кровельная черепица с таким весом в расчете на единицу площади может быть использована, например, для реконструкции крыш, для которых не могут быть применены традиционные, более тяжелые кровельные черепицы. Также снижение веса в расчете на единицу площади, и тем самым также веса отдельной кровельной черепицы, упрощает укладку кровельных черепиц кровельщиком.
2
2
Согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения, кровельная черепица при покрытии 1 м поверхности крыши имеет вес в расчете на единицу площади, меньший или равный 25 кг/м. Такая кровельная черепица может быть использована многообразно, но в особенности для ремонта строений, до тех пор покрытых более легкими кровельными материалами.
2
2
2
В одном предпочтительном варианте исполнения кровельная черепица имеет вес одной пластины, меньший или равный 3,2 кг, причем кровельная черепица, в частности, имеет размер, при котором на 1 м могут быть уложены от 9 до 11 кровельных черепиц. В альтернативном варианте исполнения кровельная черепица имеет вес одной пластины, меньший или равный 3,85 кг, причем кровельная черепица, в частности, имеет размер, при котором на 1 м могут быть уложены от 7 до 9 кровельных черепиц. Согласно дополнительному альтернативному варианту исполнения, кровельная черепица имеет вес одной пластины, меньший или равный 5,85 кг, причем кровельная черепица, в частности, имеет размер, при котором на 1 м могут быть уложены от 5 до 7 кровельных черепиц.
При указанных альтернативных весах кровельных черепиц в зависимости от размера может быть обеспечено, что вес в расчете на единицу площади явно снижается сравнительно с традиционными кровельными черепицами. Тем самым эти кровельные черепицы могут быть использованы более универсально, и их укладка является более удобной для кровельщика.
3
3
Кроме того, изобретение относится к способу изготовления такой кровельной черепицы, в котором сначала замешивается бетонный материал, включающий связующий материал, зернистый заполнитель, легковесный заполнитель и воду для замеса, и затем смесь формуется путем экструзии. Затем из полученного сформованного экструдата разделением формируются кровельные черепицы, которые затвердевают. При этом предусматривается, что отношение воды к связующему материалу составляет менее 0,3, легковесный заполнитель состоит из материала, который является гидрофобным и/или негигроскопичным, и кровельная черепица после затвердевания имеет плотность в диапазоне от 1,6 г/см до 1,9 г/см, и в высоконагруженных областях, предпочтительно в области водотоков, имеет толщину от 5 мм до 9 мм, предпочтительно от 7 мм до 8 мм.
3
3
2
3
3
2
3
3
2
В частности, такой способ является экономически выгодным, поскольку используемые до сих пор для применения традиционных кровельных черепиц машины могут использоваться и далее, и не должны приобретаться никакие новые машины. К тому же экструзионный способ уже зарекомендовал себя как надежный способ изготовления традиционных бетонных кровельных черепиц, так что может быть достигнут постоянный и экономичный результат. Согласно одному предпочтительному варианту исполнения способа, кровельная черепица имеет бетонный материал в количестве от 1300 см до 1700 см, причем кровельная черепица, в частности, имеет размер, при котором на 1 м могут быть уложены от 9 до 11 кровельных черепиц. В альтернативном варианте исполнения кровельная черепица содержит бетонный материал в количестве от 1700 см до 2250 см, причем кровельная черепица, в частности, имеет размер, при котором на 1 м могут быть уложены от 7 до 9 кровельных черепиц. В дополнительном альтернативном варианте исполнения предпочтительно, что кровельная черепица содержит бетонный материал в количестве от 2250 см до 2750 см, причем кровельная черепица, в частности, имеет размер, при котором на 1 м могут быть уложены от 5 до 7 кровельных черепиц.
Альтернативные варианты исполнения способа обеспечивают возможность изготовления кровельных черепиц со сниженным весом в расчете на единицу площади и с прочностью, которая сравнима с традиционными кровельными черепицами.
Дополнительные признаки, подробности и преимущества изобретения следуют из дословного текста пунктов формулы изобретения, а также из нижеследующего описания примеров исполнения и представленных в чертежах примерных вариантов исполнения.
3
3
2
3
3
2
2
3
3
Соответствующие изобретению кровельные черепицы изготавливаются способом формования профильных изделий, или, соответственно, экструзионным способом. Для этого сначала смешиваются компоненты бетонного материала, а именно, связующий материал, зернистый заполнитель, гидрофобный и/или негигроскопичный легковесный заполнитель и вода для замеса. При этом отношение воды к связующему материалу составляет менее 0,3. Затем смесь помещается в экструзионную машину для кровельных черепиц, которая из замеса бетонного материала путем экструзии формует неразделенную профилированную ленту с соответствующим кровельной черепице поперечным сечением. Затем этот лежащий на бесконечной ленте нижних форм экструдат разрезается на отдельные кровельные черепицы. При этом конфигурация экструзионной машины и размер нижних форм зависят от размера изготавливаемой кровельной черепицы. Они предусматриваются таким образом, что экструдированные кровельные черепицы имеют, например, от 1300 см до 1700 см бетонного материала на кровельную черепицу при размере от 9 до 11 кровельных черепиц на м, а также в высоконагруженных областях, предпочтительно в области водотоков, имеют толщину от 5 мм до 9 мм, предпочтительно от 7 мм до 8 мм. Затем происходит затвердевание кровельных черепиц, после которого отдельные кровельные черепицы имеют плотность в диапазоне от 1,6 г/см до 1,9 г/см. Подразумевается, что при изготовлении кровельных черепиц с более крупными размерами (7-9 кровельных черепиц/м, 5-7 кровельных черепиц/м) и, соответственно, объемами бетонного материала (1700-2250 см, 2250-2750 см), также используются более крупные нижние формы и другое регулирование экструзии. Изготовленные таким способом кровельные черепицы имеют все прочностные характеристики, в течение длительного времени сравнимые с традиционными кровельными черепицами.
Кровельные черепицы, которые изготовлены согласно приведенному выше описанию, явно отличаются от традиционных кровельных черепиц своей пористостью. Для описания структуры пор может быть привлечена открытая и общая пористость. Общая пористость описывает объем всех пор в кровельной черепице, и открытая пористость описывает поры, которые доступны для воды. В то время как общая пористость представляет собой не зависящее от технологии свойство материала, измеряемая величина открытой пористости зависит от условий, при которых измеряется абсорбция воды.
В качестве метода измерения общей пористости предусматривается, например, метод, при котором общая пористость определяется на основе плотности твердой фазы и объемной плотности. Для этого сначала из исследуемой кровельной черепицы отбиваются несколько испытательных образцов. При этом речь может идти, в частности, об областях на водоотбойном фальце, в области между водоотбойным фальцем и срединным буртиком, в области срединного буртика или покрывного фальца. Отбитые испытательные образцы высушиваются в термостате при температуре 105°С в течение по меньшей мере двух часов, и затем охлаждаются до комнатной температуры. За этой стадией следует стадия гидрофобизации, на которой образцы погружаются в гидрофобизирующий раствор до тех пор, пока больше не возникают воздушные пузырьки. После повторного высушивания при температуре 105°С и последующего охлаждения до комнатной температуры взвешиванием определяется вес (W1) отдельных испытательных образцов. Затем определяется вес (W2) испытательного образца в состоянии, в котором испытательный образец полностью погружен в деминерализованную воду. Одновременно проводится измерение температуры воды, и определяется плотность воды при измеренной температуре с помощью таблицы плотностей.
Кроме того, плотность твердой фазы испытательных образцов определяется с помощью пикнометрии.
Общая пористость может быть рассчитана по определенным параметрам следующим образом:
Общая пористость [об.%]={(плотность твердой фазы
ρ
[г/см
]-объемная плотность
ρ
[г/см
])/плотность твердой фазы
ρ
[г/см
]}×100%
3
3
3
bulk
причем
ρ
ρ
bulk
w
3
=объемная плотность кровельной черепицы [г/см]=(W1/(W1-W2)×
W1 вес испытательного образца при взвешивании после первого охлаждения до комнатной температуры [г]
W2 вес испытательного образца при взвешивании после обработки водой [г]
ρ
w
3
плотность воды при соответствующей температуре [г/см]
Определенная с помощью вышеуказанного способа общая пористость может быть привлечена для расчета открытой пористости.
M
M
M
dry
wet
under
Для этого испытательные образцы сначала высушиваются в течение по меньшей мере 3 часов при температуре 105°С, и затем охлаждаются до комнатной температуры. После этого определяется вес () сухих испытательных образцов. После этого испытательные образцы помещаются на неделю в воду, причем все испытательные образцы полностью покрыты водой. Спустя неделю испытательные образцы извлекаются из воды, их поверхность вытирается насухо, и определяется их вес (). Кроме того, определяется вес в состоянии, в котором испытательный образец полностью погружен в деминерализованную воду ().
Одновременно проводится измерение температуры воды, и определяется плотность воды при измеренной температуре с помощью таблицы плотностей.
Тогда открытая пористость может быть определена с помощью следующей формулы:
Водопоглощение [масс.%]
wet
dry
dry
=[(M- M)/M]×100%
Открытая пористость [об.%]
wet
dry
dry
dry
under
=водопоглощение×насыпная плотность=[(M- M)/M]×100%×[(M×плотность воды)/M]
Насыпная плотность [г/см
]
3
dry
under
=(M×плотность воды)/M
Общая плотность [об.%]
=[(абсолютная плотность-насыпная плотность)/насыпная плотность]×100%
М в [г]
3
Плотность воды [г/см]
С использованием вышеописанных методов получают следующие значения для традиционных и соответствующих изобретению кровельных черепиц:
Общая пористость
Открытая пористость
Традиционные кровельные черепицы
17-20%
11-13%
Кровельные черепицы согласно изобретению
>25
<10%
При этом бетонный материал может иметь следующий примерный состав:
Пример 1
<b>Компонент</b>
<b>Количество в кг</b>
Керамзит 1-2 мм
90
Кварцевый песок 0-2 мм
517
Цемент CEM I 52,5 R
209
Микрокремнезем
30
Повышающий текучесть агент
3
Железооксидный пигмент
5
Вода
55
Бетонный материал имел водосодержание при замесе 6,30%.
2
2
При использовании этого бетонного материала были экструдированы кровельные черепицы, которые имели средний вес 2685 г, и тем самым вес в расчете на единицу площади 24,2 кг/м (при 9 кровельных черепицах/м).
Кровельные черепицы достигают сравнимых с традиционными кровельными черепицами прочностных характеристик и удовлетворяют требованиям стандарта EN 490/491.
В другом варианте исполнения бетонный материал может иметь следующий примерный состав:
Пример 2
<b>Компонент</b>
<b>Количество в кг</b>
Керамзит 1-2 мм
75
Кварцевый песок 0-2 мм
517
Цемент CEM I 52,5 R
195
Микрокремнезем
22
Повышающий текучесть агент
5
Железооксидный пигмент
7
Вода
58
Бетонный материал имел водосодержание при замесе 6,80%.
3
2
2
3
При использовании около 1300 см этого бетонного материала на каждую кровельную черепицу были экструдированы кровельные черепицы, которые имели средний вес 2450 г, и тем самым вес в расчете на единицу площади 24,5 кг/м (при 10 кровельных черепицах/м), а также плотность 1,9 г/см. Общая пористость составляла 27%, и открытая пористость 6,5%.
Кровельные черепицы имели сравнимую с традиционными кровельными черепицами прочность и удовлетворяли требованиям стандарта EN 490/491.
В другом варианте исполнения бетонный материал может иметь следующий примерный состав:
Пример 3
<b>Компонент</b>
<b>Количество в кг</b>
Керамзит 1-2 мм
164
Кварцевый песок 0-2 мм
375
Цемент CEM I 52,5 R
182
Микрокремнезем
20
Повышающий текучесть агент
2
Железооксидный пигмент
4
Вода
69
Бетонный материал имел водосодержание при замесе 8,30%.
3
2
2
3
При использовании около 1670 см этого бетонного материала на каждую кровельную черепицу были экструдированы кровельные черепицы, которые в области водотоков имели толщину около 9 мм, а также средний вес 2770 г, и тем самым вес в расчете на единицу площади 24,9 кг/м (при 9 кровельных черепицах/м). Кровельные черепицы имели плотность 1,66 г/см, и сравнимую с традиционными кровельными черепицами прочность, и удовлетворяли требованиям стандарта EN 490/491. Открытая пористость составляла 32%, и открытая пористость составляла 8,3%.
В другом варианте исполнения бетонный материал может иметь следующий примерный состав:
Пример 4
<b>Компонент</b>
<b>Количество в кг</b>
Гидрофобизированная пемза
158
Кварцевый песок 0-0,6 мм
361
Микрокремнеземный цемент
364
Повышающий текучесть агент
4
Железооксидный пигмент
4
Вода
98
Бетонный материал имел водосодержание при замесе 10,00%.
3
Из этого бетонного материала были экструдированы плоские пластины для исследования технических характеристик материала. Пластины при плотности 1,5 г/см после одного дня достигают прочности 3,9 МПа, и через 28 дней прочности при изгибе 7 МПа.
2
Но из этого бетонного материала могут быть экструдированы также кровельные черепицы с размерами, при которых могут быть уложены 9-11, 7-9 и/или 5-7 кровельных черепиц/м.
В другом варианте исполнения бетонный материал может иметь следующий примерный состав:
Пример 5
<b>Компонент</b>
<b>Количество в кг</b>
Керамзит
112
Кварцевый песок 0-0,6 мм
342
Полые стеклянные шарики
65
Микрокремнеземный цемент
342
Повышающий текучесть агент
2
Железооксидный пигмент
4
Вода
73
Бетонный материал имел водосодержание при замесе 7,5%.
3
Из этого бетонного материала были экструдированы плоские пластины для исследования технических характеристик материала. Пластины при плотности 1,6 г/см после одного дня достигают прочности 4,6 МПа, и через 28 дней прочности при изгибе 7,8 МПа.
2
Но из этого бетонного материала могут быть экструдированы также кровельные черепицы с размерами, при которых могут быть уложены 9-11, 7-9 и/или 5-7 кровельных черепиц/м.
В другом варианте исполнения бетонный материал может иметь следующий примерный состав:
Пример 6:
Исходным примером является кровельная черепица модели «Doppel-S» фирмы Braas, которая, в частности, продается в Германии и Дании.
2
3
Кровельная черепица этой модели соответствует размеру, при котором могут быть уложены 9-11 кровельных черепиц/м. При этом кровельная черепица имеет длину 0,42 м и ширину 0,3 м. Традиционная кровельная черепица этого размера (Doppel-S) обычно весит 4400 г и имеет объем 2000 см.
3
Соответствующим изобретению снижением толщины, например, в области водотоков, объем плитки уменьшается до 1455 см. Благодаря этой мере вес плитки при применении нормального бетона снижается до 3200 г. Если теперь для экструзии используется указанная ниже рецептура, достигается дополнительное снижение веса:
<b>Компонент</b>
<b>Количество в кг</b>
Керамзит 1-2 мм
90
Кварцевый песок 0-2 мм
517
Цемент CEM I 52,5 R
209
Микрокремнезем
30
Повышающий текучесть агент
3
Железооксидный пигмент
5
Вода
55
Бетонный материал имел водосодержание при замесе 6,30%.
2
2
При использовании этого бетонного материала были экструдированы кровельные черепицы, которые имели средний вес 2691 г, и тем самым вес в расчете на единицу площади 25 кг/м (при укладке в среднем 9,3 кровельных черепиц/м).
Кровельные черепицы достигают сравнимых с традиционными кровельными черепицами прочностных характеристик, и удовлетворяют требованиям стандарта EN 490/491.
В другом варианте исполнения бетонный материал может иметь следующий примерный состав:
Пример 7:
2
Исходным примером является кровельная черепица модели «Harzer Pfanne 7» фирмы Braas, которая, в частности, продается в Германии и в Австрии. Кровельная черепица этой модели соответствует размеру, при котором могут быть уложены 7-9 кровельных черепиц/м.
3
3
Традиционная кровельная черепица этого размера обычно весит 5250 г и имеет объем плитки 2386 см. Соответствующим изобретению снижением толщины объем плитки уменьшается до 1736 см. Благодаря этой мере вес плитки при применении нормального бетона снижается до 3818 г. Если теперь для экструзии используется указанная ниже рецептура, достигается дополнительное снижение веса:
<b>Компонент</b>
<b>Количество в кг</b>
Керамзит 1-2 мм
75
Кварцевый песок 0-2 мм
517
Цемент CEM I 52,5 R
195
Микрокремнезем
22
Повышающий текучесть агент
5
Железооксидный пигмент
7
Вода
58
Бетонный материал имел водосодержание при замесе 6,80%.
3
2
2
3
При использовании около 1736 см этого бетонного материала на каждую кровельную черепицу были экструдированы кровельные черепицы, которые имели средний вес 3211 г, и тем самым вес в расчете на единицу площади 25 кг/м (при укладке в среднем 7,8 кровельных черепиц/м), а также плотность 1,85 г/см. Общая пористость составляла 27%, и открытая пористость 6,5%.
Кровельные черепицы имели сравнимую с традиционными кровельными черепицами прочность, и удовлетворяли требованиям стандарта EN 490/491.
В другом варианте исполнения бетонный материал может иметь следующий примерный состав:
Пример 8:
2
Исходным примером является кровельная черепица модели «Coppo Big», которая продается в Италии. Кровельная черепица этой модели соответствует размеру, при котором могут быть уложены 5-7 кровельных черепиц/м.
3
3
Традиционная кровельная черепица этого размера обычно весит 8000 г и имеет объем плитки 3636 см. Соответствующим изобретению снижением толщины объем плитки уменьшается до 2645 см. Благодаря этой мере вес плитки при применении нормального бетона снижается до 5818 г. Если теперь для экструзии используется указанная ниже рецептура, достигается дополнительное снижение веса:
<b>Компонент</b>
<b>Количество в кг</b>
Керамзит 1-2 мм
164
Кварцевый песок 0-2 мм
375
Цемент CEM I 52,5 R
182
Микрокремнезем
20
Повышающий текучесть агент
2
Железооксидный пигмент
4
Вода
69
Бетонный материал имел водосодержание при замесе 8,30%.
3
2
2
3
При использовании около 2645 см этого бетонного материала на каждую кровельную черепицу были экструдированы кровельные черепицы, которые в области водотоков имели толщину около 9 мм, а также средний вес 4893 г, и тем самым вес в расчете на единицу площади 24,4 кг/м (при 5 кровельных черепицах/м). Кровельные черепицы имели плотность 1,85 г/см, и сравнимую с традиционными кровельными черепицами прочность, и удовлетворяли требованиям стандарта EN 490/491. Открытая пористость составляла 32%, и открытая пористость составляла 8,3%.
2
Приведенные в Примерах 1-8 рецептуры бетона применимы для изготовления всех описываемых размеров кровельной черепицы (9-11, 7-9 и 5-7 кровельных черепиц/м), и не ограничиваются указанными в Примерах размерами.
Из Примеров следует матрица плотности/толщины со значениями для изготовления кровельных черепиц, которые имеют сниженный вес в расчете на единицу площади, и при этом долговременно проявляют сравнимые с традиционными кровельными черепицами прочностные характеристики.
Такая матрица плотности/толщины представлена следующим образом:
<b>Плотность (г/см</b><sup><b>3</b></sup><b>)</b>
<b>Толщина (мм)</b>
<b>Требование в отношении прочности (МПа)</b>
<b>Указание в отношении применимости</b>
2,2
3
15,0
Очень высокое требование к прочности
2,1
4
13,0
Очень высокое требование к прочности
2
5
11,0
Очень высокое требование к прочности
1,9
6
9,0
Предпочтительный рабочий диапазон
1,8
7
8,0
Предпочтительный рабочий диапазон
1,7
8
7,0
Предпочтительный рабочий диапазон
1,6
9
6,5
Предпочтительный рабочий диапазон
1,5
10
6,0
Необходима очень высокая доля легковесных заполнителей, поэтому значительное снижение прочности
1,4
11
5,5
Необходима очень высокая доля легковесных заполнителей, поэтому значительное снижение прочности
1,3
12
5,0
Необходима очень высокая доля легковесных заполнителей, поэтому значительное снижение прочности
2
Из матрицы можно заключить, что если снижение веса в плане веса в расчете на единицу площади, например, до около 25 кг/м, в принципе должно достигаться сокращением толщины кровельной черепицы, то для традиционных кровельных черепиц потребовалось бы сокращение типичного значения толщины изделия, составляющего от 10 мм до 12 мм, до величины от 3 мм до 4 мм. Конечно, такое сокращение приводит к значительному возрастанию требований к прочности материала. Прочность бетонного материала должна бы быть повышена от 5 МПа до 15 МПа. Это не может быть использовано на практике.
3
3
Подобное справедливо для ситуации, где снижение веса в плане веса в расчете на единицу площади в принципе должно достигаться уменьшением плотности кровельной черепицы. В случае неизменной сравнительно с традиционными кровельными черепицами толщины изделия от 10 мм до 12 мм было бы необходимым снижение плотности до значения от 1,3 г/см до 1,5 г/см. Правда, для этого должно применяться очень высокое содержание легковесных заполнителей, что ведет к сильному снижению прочности. Это также не может быть использовано на практике.
3
3
Неожиданно оказалось особенно благоприятным именно сокращение толщины изделия в области водотоков до величины от 5 мм до 9 мм, предпочтительно от 7 мм до 8 мм, в сочетании с плотностью кровельной черепицы от 1,6 г/см до 1,9 г/см. В этом предпочтительном рабочем диапазоне могут быть изготовлены кровельные черепицы, которые удовлетворяют требованиям в отношении прочности.
Чтобы гарантировать достаточную прочность также на протяжении срока хранения, согласно изобретению применяется бетонный материал, который благодаря низкому отношению воды к связующему материалу (водоцементному отношению) имеет лишь незначительную остаточную влажность. При этом особенно благоприятным оказалось водоцементное отношение 0,25. К тому же легковесные заполнители выбираются так, что они и без того при малых количествах воды не абсорбируют ее.
В нижеследующей Таблице приведены величины веса в расчете на единицу площади традиционных кровельных черепиц и предпочтительные значения веса в расчете на единицу площади соответствующих изобретению кровельных черепиц, в зависимости от данного в каждом случае предпочтительного размера кровельной черепицы.
<b>Размер кровельной черепицы</b>
<b>Традиционные кровельные черепицы</b>
<b>Кровельные черепицы согласно изобретению</b>
Число кровельных черепиц/м<sup>2</sup>
Вес в расчете на единицу площади (г/м<sup>2</sup>)
Вес в расчете на единицу площади (г/м<sup>2</sup>)
от
до
от
до
9
11
39600
48400
24218
29600
7
9
36750
47250
22475
28897
5
7
40000
56000
24463
34248
Один вариант исполнения соответствующей изобретению кровельной черепицы, которая была изготовлена из бетонного материала согласно одному Примеру, представлен в качестве примера на чертежах.
Как показано:
Фиг. 1 представляет вид в разрезе, проведенном вдоль продольной оси соответствующей изобретению кровельной черепицы из бетонного материала, и традиционной кровельной черепицы для сравнения.
Фиг. 2 представляет вид сбоку кровельного покрытия, сформированного из соответствующей изобретению и традиционной кровельной черепицы.
В Фиг. 1 представлены соответствующая изобретению кровельная черепица 1 и традиционная кровельная черепица 15, в каждом случае в разрезе. Соответствующая изобретению кровельная черепица 1 имеет верхнюю сторону 2, а также нижнюю сторону 3. Кроме того, кровельная черепица 1 имеет покрывной фальц 5, срединный буртик 6 и водоотбойный фальц 7. Между покрывным фальцем 5 и срединным буртиком 6, а также между срединным буртиком 6 и водоотбойным фальцем 7 в каждом случае размещается водоток 8, 9. Водотоки 8, 9 служат при дожде для контролируемого отведения воды и одновременно образуют высоконагруженные области, в которых при приложении силы на верхнюю поверхность 2 в нижнем слое прилагается наивысшее растягивающее усилие.
На нижней стороне покрывного фальца 5 размещены два ребра 10, 11 покрывного фальца. Эти ребра 10, 11 покрывного фальца сформированы таким образом, что они могут входить в зацепление с водоотбойным фальцем 7 второй кровельной черепицы. Водоотбойный фальц 7 кровельной черепицы 1 имеет многочисленные ребра 12, 13, 14 водоотбойного фальца. Эти ребра 12, 13, 14 водоотбойного фальца сформированы таким образом, что в этих ребрах 12, 13, 14 водоотбойного фальца могут быть размещены ребра покрывного фальца другой кровельной черепицы. Поскольку геометрическая форма покрывного фальца 5 и ребер 10, 11 покрывного фальца, а также геометрическая форма водоотбойного фальца 7 и ребер 12, 13, 14 водоотбойного фальца, не изменена по сравнению с традиционными кровельными черепицами 15, соответствующие изобретению более легкие кровельные черепицы 1 из бетонного материала могут сочетаться с традиционными кровельными черепицами 15, и объединяться с образованием кровельного покрытия, как представлено в Фиг. 2.
Такое кровельное покрытие 3 из соответствующей изобретению кровельной черепицы 1 и традиционной кровельной черепицы 15 показано в Фиг. 2. При этом ребра 10, 11 покрывного фальца соответствующей изобретению кровельной черепицы 1 сформированы таким образом, что они могут входить в зацепление с водоотбойным фальцем 16 традиционной кровельной черепицы. Кроме того, из представленной в Фиг. 2 геометрической формы боковых фальцев традиционной и соответствующей изобретению кровельной черепицы ясно, что также можно размещать ребра 17, 18 покрывного фальца 19 традиционной кровельной черепицы в ребрах 12, 13, 14 водоотбойного фальца соответствующей изобретению кровельной черепицы.
Кроме того, при сравнении традиционной кровельной черепицы 15 с соответствующей изобретению кровельной черепицей 1 обращает на себя внимание то, что соответствующая изобретению кровельная черепица 1, несмотря на неизмененную геометрическую форму боковых фальцев 5, 7, имеет в целом малую толщину изделия. При этом, в частности, высоконагруженные области кровельной черепицы 1, как в особенности водотоки 8, 9, выполнены более тонкими, чем в традиционных кровельных черепицах.
Изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления, но может быть модифицировано многообразными путями.
Все следующие из пунктов формулы изобретения, описания и чертежа признаки и преимущества, в том числе конструктивные подробности, пространственные конфигурации и технологические стадии, могут быть существенными для изобретения как сами по себе, так и в самых разнообразных комбинациях.
Список условных обозначений
1 кровельная черепица
2 верхняя сторона
3 нижняя сторона
4 кровельное покрытие
5 покрывной фальц
6 срединный буртик
7 водоотбойный фальц
8 водоток
9 водоток
10 ребро покрывного фальца
11 ребро покрывного фальца
12 ребро водоотбойного фальца
13 ребро водоотбойного фальца
14 ребро водоотбойного фальца
15 традиционная кровельная черепица
16 водоотбойный фальц
17 ребро покрывного фальца
18 ребро покрывного фальца
19 покрывной фальц