Sovellukset ja materiaaliominaisuudet - ohutlevy
Sovellukset ja materiaaliominaisuudet - ohutlevy
Sovellukset ja materiaaliominaisuudet - ohutlevy
- No tags were found...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Kuva 2. Sandwich-elementtien käyttöesimerkkejä <strong>ja</strong> arkkitehtuuria: a) suurvaraston seinärakenteet, b) nurkkaelementti, c) kylmämuovatuinkupein koristeltu julkisivu <strong>ja</strong> d) hygieniatilat.mätiloihin, pakkavarastoihin <strong>ja</strong> vaativiin puhdastiloihin.Nykyisten sandwich-elementtien avulla voidaan toteuttaakorkeat arkkitehtoniset vaatimukset täyttäviä rakennuksia.Elementtien pintakerrosten muotoilulla, pinnoitteilla <strong>ja</strong>värityksellä sekä erilaisilla ponttimuodoilla, nurkkaelementeillä,listoituksilla <strong>ja</strong> kiinnikkeillä voidaan luoda moni-ilmeisiäjulkisivu<strong>ja</strong>. Kuvassa 2 on esitetty muutamia sandwich-elementtienkäyttöesimerkkejä.Edut, haittapuolet <strong>ja</strong> vaatimuksetSandwich-elementtien avulla pystytään toteuttamaan erittäinkustannustehokkaita rakenteita, mikä on ollut merkittäväsyy elementtien käytön laajenemiseen. Euroopassaelementtejä valmistetaan vuosittain noin 100 miljoonaaneliömetriä, minkä tuotannon arvo on noin 2,5 mil<strong>ja</strong>rdiaeuroa. Koko maailmassa tuotanto on noin 500 miljoonaaneliömetriä <strong>ja</strong> tuotannon arvo noin 10 mil<strong>ja</strong>rdia euroa vuodessa(www.steelpanelsandprofiles.com).Laa<strong>ja</strong> tuotevalikoima sekä poikkileikkauksen helppomuunneltavuus lujuusominaisuuksien <strong>ja</strong> lämmöneristyskyvynsuhteen ovat sandwich-elementtien etu<strong>ja</strong>. Elementtienkeveys on etu kuljetuksissa <strong>ja</strong> nostoissa <strong>ja</strong> asennustyö voidaantehdä nopeasti. Elementtien esivalmistusaste on kor-kea <strong>ja</strong> ne soveltuvat erittäin pitkälle automatisoituun tuotantoon.Sandwich-elementeissä voidaan tunnistaa niiden käyttöärajoittavia <strong>ja</strong> kehitystyötä vaativia ominaisuuksia. Solumuovitovat palavia materiaale<strong>ja</strong>, <strong>ja</strong> siksi niistä valmistettujenrakenteiden palo-ominaisuuksiin kuten kuormankantokykyyn<strong>ja</strong> eristävyyteen tulipalossa sekä reagointiin paloon(esim. palon levittäminen, pisarointi, savuntuotto, palokaasujenmyrkyllisyys) on kiinnitettävä erityistä huomiota.Elementtien palo-ominaisuuksia pyritään parantamaanydinkerroksen koostumuksen, lisäaineiden <strong>ja</strong> pintakerrostenuusien ponttimuotojen kautta.Ydinkerroksen erinomaisen eristyskyvyn vuoksi elementinpintakerrosten välille saattaa syntyä suuria lämpötilaero<strong>ja</strong>,mikä aiheuttaa pintakerroksiin erilaiset lämpölaajenemisestajohtuvat muodonmuutokset. Tämä puolestaanaiheuttaa elementtiin taipumia <strong>ja</strong> moniaukkoisen elementinkiinnityskohtiin tukireaktioita. Lämpötilakuormiin voidaanvaikuttaa pintakerrosten ominaisuuksilla (väri, emissiiviteetti),kiinnikkeiden valinnalla <strong>ja</strong> elementin pinnan lämpenemistäestävillä verhouksilla.Elementin ydinkerroksen ominaisuudet muuttuvat a<strong>ja</strong>nmyötä, mikä on otettava huomioon suunnittelutyössä. Muutoksiinvaikuttavat ydinkerrosmateriaalin kokema jännitys-,12 • OHUTLEVY 1/2011 www.<strong>ohutlevy</strong>.com
Konstruktiiviset villatKivi- <strong>ja</strong> lasivillaytimisten sandwich‐elementtien merkittäväetu on ydinkerroksen palamattomuus. Villaydinkerroksenviruminen on myös huomattavasti pienempää kuin solumuovistatehdyn ydinkerroksen viruminen. Kivivilla onlasivillaa käytetympi ydinkerrosmateriaali, jonka raaka-aineestayli 95 % on erilaisia kivilaje<strong>ja</strong> <strong>ja</strong> loppu koostuu kovetetustahartsista <strong>ja</strong> öljystä. Lasivillan raaka-aineita ovatkvartsihiekka, kalkkikivi <strong>ja</strong> kierrätetty lasi. Kivivillan kuitujenpituus on 2-4 mm <strong>ja</strong> lasivillan 5-10 mm. Molempienmateriaalien kuitujen paksuus on 3-7 μm. Ydinkerroksiksisoveltuvista villoista käytetään nimitystä rakenteelliset taikonstruktiiviset villat. Nimi viittaa siihen, että villan lujuus<strong>ja</strong>muut ominaisuudet on räätälöity vastaamaan sandwichelementinydinkerrokselta vaadittu<strong>ja</strong> ominaisuuksia.Mineraalivillat ovat voimakkaasti ortotrooppisia materiaale<strong>ja</strong>eli niiden ominaisuudet vaihtelevat suuresti villalevynpaksuuden, pituuden <strong>ja</strong> leveyden suunnissa. Sandwich-elementinjäykkyyden <strong>ja</strong> kuormankantokyvyn kannalta ydinkerroksenmekaaniset ominaisuudet pintakerroksia vastaankohtisuorassa suunnassa sekä elementin pituuden <strong>ja</strong>korkeuden muodostamassa tasossa ovat tärkeimmät. Villankuitujen suuntaamisella voidaan ratkaisevasti vaikuttaaydinkerroksen leikkauskestävyyteen sekä puristus‐ <strong>ja</strong> vetokestävyyteenpinto<strong>ja</strong> sandwich-elementitvastaan kohtisuorassa suunnassa.OhutlevypintaisetKäytännössä kuitujen suuntaaminen toteutetaan leikkaamalla100..200 mm paksu villalevy 2..3 m pitkiksi lamelleiksi.Lamellien leveys määrätään halutun elementinpaksuuden perusteella. Elementin valmistuksessa leikatutlamellit käännetään 90 astetta <strong>ja</strong> asetetaan porrastetustivierekkäin siten, että lamellien pituus yhtyy elementinpituuden suuntaan. Pintakerrokset liimataan lamelliydinkerrokseen,<strong>ja</strong> näin villan pääkuitusuunnat ovat elementinpaksuuden <strong>ja</strong> pituuden suuntaiset.Villan vauriomekanismi puristuksessa on kuitujen nur<strong>ja</strong>htaminen,irtoaminen toisistaan <strong>ja</strong> matriisiaineen murtuminen.Lineaarinen osuus jännitysvenymäkuvaa<strong>ja</strong>ssa johtuupääosin kuitujen kimmoisesta taipumisesta. Vähän ennenmaksimikuormaa kuitujen nur<strong>ja</strong>htaminen tai matriisiaineenvaurio pienentää materiaalin jäykkyyttä, mikä on nähtävissäkuvaa<strong>ja</strong>n kaareutumisena. Puristuslujuutta vastaava jännityson erittäin selvästi nähtävissä kuvaa<strong>ja</strong>sta. Murron jälkeenvilla pystyy kantamaan kuormaa puristuman lisääntyessäjännitystasolla, joka on noin 70..80 % puristuslujuudesta.Villan jäykkyys <strong>ja</strong> lujuus vedossa ovat huomattavasti suuremmatkuin puristuksessa.Kiristyvien energiasäästövaatimusten myötä sandwichelementtienlämmöneristävyyden kehittämistä on tullutkeskeinen tuotekehityskohde. Uusia <strong>ja</strong> parempia ratkaisu<strong>ja</strong>on pyritty löytämään nykyisten ydinkerrosten lämmöneristävyyttäparantamalla, yhdistelemällä 16.3.2011 / LMa eri materiaale<strong>ja</strong>tai ydinkerroksen paksuutta lisäämällä.Ohutlevylehti 1 / 2011 10 /(11)Taulukko 3. 3. Ydinkerrosmateriaalien ominaisuuksia.Ominaisuus [yksikkö]SolumuovitRakenteelliset mineraalivillatPUR EPS Kivivilla LasivillaTilavuuspaino [kg/m 3 ] 35..50 15..30 80..150 55..120Lämmönjohtavuus [W/mK] 0,020..0,032 0.033..0.040 0,037..0,047 (1 0,039..0,047 (1Lujuusominaisuudet (2,3/ Tiheys [kg/m 3 ]=35 =45 = 20 = 80 =150 =80Vetolujuus [kPa] 64..250 81..250 80..150 100..250 280..520 100..200Vetokimmokerroin [MPa] 2..14 6..14 5..10 12..35 28..100 12..45Puristuslujuus [kPa](tai 10% puristuma)70..250 90..250 60..120 70..140 90..180 70..130Puristuskimmokerroin[MPa]2..8 3..8 3..6 8..12 12..25 8..12Leikkauslujuus [kPa] (4 70..190 70..190 60..120 50..120 100..210 60..100Liukukerroin [MPa] (4 1,5..6 2..6 3..6 3..8 6..20 4..10(1Elementin paksuuden suunnassa. Pääkuitusuuntia vastaan kohtisuorassa suunnassa λ n = 0,032..0,035 W/mK.(2Arvot kuvaavat vaihteluväliä.(3Pintakerrosta vastaan kohtisuorassa suunnassa; leikkausominaisuudet elementin pituuden <strong>ja</strong> paksuuden tasossa(4Sandwich-palkin taivutuskokeeseen perustuvat arvot.Pitkäaikaiskestävyys16 • OHUTLEVY 1/2011 www.<strong>ohutlevy</strong>.com
Kuva 3: Sandwich-elementistä on löydettävissä monia kerroksia <strong>ja</strong> ra<strong>ja</strong>pinto<strong>ja</strong>, joita kaikkia koskee vaatimus pitkäaikaiskestävyydestä.PitkäaikaiskestävyysPintakerrosten <strong>ja</strong> ydinkerroksen välisen liitoksen kestävyyson ehdoton edellytys sandwich-elementin kantokyvylle <strong>ja</strong>käytettävyydelle. Maalipinnoitetusta <strong>ohutlevy</strong>stä valmistettujenydinkerrosten tapauksessa elementissä on useitaeri ainekerroksia <strong>ja</strong> ra<strong>ja</strong>pinto<strong>ja</strong>, joiden kestävyys vaikuttaakoko elementin kestävyyteen. Vaatimus elementin pitkäaikaiskestävyydestäkohdistuu kaikkiin elementin osiin. Elementtienvalmistuksessa erityishuomio onkin kohdistettavapintakerrosten taustan ominaisuuksiin, liimausprosessiin <strong>ja</strong>ydinkerroksen valmistelemiseen liimaukseen soveltuvaksi.Yleisperiaatteena voidaan pitää sitä, että pintakerrosten <strong>ja</strong>ydinkerroksen välisen vetolujuuden tulisi olla koko elementineliniän suurempi kuin ydinkerroksen vetolujuus.Kir<strong>ja</strong>llisuuttaDavies, J.M. (Editor). Lightweight Sandwich Constructrion. Blackwell Science. 2001.Stamm, K. & Witte, H., Sandwichkonstruktionen. Springer‐Verlag 1974. 338 s.SFS-EN 14509: 2007 Kantavat metalli<strong>ohutlevy</strong>pintaiset eristävät sandwich-elementit.Tehdasvalmisteiset tuotteet. Tuotestandardi.www.easie.eu, www.sandwichbau.deYhteenvetoArtikkelissa on käsitelty rakennusteollisuudessa käytettävienmetalli<strong>ohutlevy</strong>stä <strong>ja</strong> eristävästä ydinkerroksesta valmistettujensandwich-elementtien käyttökohteita, materiaale<strong>ja</strong><strong>ja</strong> niiden ominaisuuksia. Elementtien eri materiaalienominaisuuksien tunteminen luo poh<strong>ja</strong>n sandwich-elementinominaisuuksien, kantokyvyn, mitoitusmenettelyjen <strong>ja</strong> suunnitteluratkaisujenymmärtämiselle.www.<strong>ohutlevy</strong>.comOHUTLEVY 1/2011 • 17
Change language