CN107257779B - 屋面瓦片和用于生产该屋面瓦片的方法 - Google Patents

屋面瓦片和用于生产该屋面瓦片的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种包含混凝土材料的屋面瓦片、以及用于生产该屋面瓦片的方法，其中，所述混凝土材料包含粘结剂、砂砾、轻质集料、以及所加入的水，并且屋面瓦片具有至少一条水道以及由覆盖褶皱和排水褶皱构成的横向企口嵌缝，其中，根据本发明，水与粘结剂的比例小于0.3，轻质集料包含疏水性且/或不吸湿的材料，在硬化后，屋面瓦片的密度范围为1.6g/cm3至1.9g/cm3，其中在高负荷区域中、优选在水道区域中，屋面瓦片的厚度为5mm至9mm、优选7mm至8mm。根据本发明的屋面瓦片可以挤出方法用低材料成本经济地进行生产，所述屋面瓦片具有显著降低的重量，并且在长时期内具有与常规屋面瓦片相当的强度。屋面瓦片可以同时与根据本发明的其它屋面瓦片以及常规屋面瓦片进行组合，以形成屋顶覆盖组件。

Description

屋面瓦片和用于生产该屋面瓦片的方法
本发明涉及根据如所附权利要求1所述的包含混凝土材料的屋面瓦片，还涉及如权利要求17所述的生产该包含混凝土材料的屋面瓦片的方法。
如DE 35 22 846 A1所公开的，包含混凝土材料的屋面瓦片的生产通常通过挤出进行。此处，将新鲜混凝土施加到下模具的连续带上，并且通过型辊压入下模具中，以形成压实的新鲜混凝土的连续带(其被称为挤出物)，并且其横截面轮廓与所得的屋面瓦片的轮廓相对应。随后，连续带切为单个的屋面瓦片，通过干燥对单个的屋面瓦片进行硬化。
使用常规混凝土材料通过该方法生产的屋面瓦片基本具有良好的弯曲强度和冲击强度，并且具有高抗冻性，并由此满足EN490/491中所列的最低要求。然而，该屋面瓦片具有约4.5kg/片屋面瓦片至8.0kg/片屋面瓦片的相对较大的重量。然而，单位面积的重量与屋顶下部结构的负荷有关。
此处，应当考虑到取决于单个屋面瓦片的尺寸，需要不同数量的屋面瓦片覆盖1m2的屋顶面积。因此，单位面积的重量限定为铺设每平方米屋顶面积的屋面瓦片总重量。在屋面瓦片具有行业惯例尺寸(例如，长度＝0.42m且宽度＝0.3m)时，需要约9至11块屋面瓦片覆盖1m2的屋顶面积，提供约40至50kg/m2所覆盖屋顶面积的单位面积重量。
然而，除了这些相对较小的屋面瓦片，在市场上也可购得较大尺寸的屋面瓦片，在该情况下，仅需要7至9块屋面瓦片或5至7块屋面瓦片覆盖1m2的屋顶面积。单个屋面瓦片的较大覆盖面积使得铺设时间和施工成本降低。然而，单个屋面瓦片较大的重量降低了该优势，较大的重量使得在铺设期间铺瓦工更以难处理大的屋面瓦片。具有7至9片屋面瓦片/m2尺寸的屋面瓦片具有约5.25kg的单个重量以及36至47kg/m2的单位面积重量。在5至7片屋面瓦片/m2尺寸的情况下，瓦片具有8.0kg的单个重量以及40至56kg/m2的单位面积重量。由于他们相对较大的重量，该常规混凝土屋面瓦片不适合用于翻新先前用轻质屋面材料(例如，波状石棉水泥片、木瓦、或石瓦)覆盖的屋顶，因为现有的屋顶下部结构通常不能承受混凝土屋面瓦片的重负荷。为了在翻新时能够继续使用现有的屋顶下部结构以节约成本，因此，应降低屋面瓦片的单位面积重量。
为了使得铺瓦工以易于操作屋面瓦片，也需要单个屋面瓦片的重量降低，这特别适用于具有5至7片或7至9片屋面瓦片/m2的较大尺寸屋面瓦片的情况下。由此实现的更易于施工可以有助于减少铺瓦工的职业病。
当降低屋面瓦片重量或单位面积重量时，应当考虑到屋面瓦片的几何形状以及保留功能元件例如水道、横向褶皱、系紧钩环(tie lugs)。仅以该方式能够确保下文的屋面瓦片可以与常规屋面瓦片组合以提供屋顶布置，并且在常规屋面瓦片损坏的情况下，如果需要可以用更轻的屋面瓦片进行替换。
在保持外部尺寸以及功能元件的同时，能够通过降低屋面瓦片的密度降低混凝土屋面瓦片的重量。
为此目的，AT E 52 214 B1描述了一种混凝土混合物，其中，用轻质集料替换其它常规硅砂以降低密度。然而，此处使用的轻质集料具有高含水量，其反映在限定水与粘结剂水泥比例的水/水泥值(W/C值)中。因此，提出了0.45至1.00的W/C值。
与W/C值为0.35至0.45的常规混凝土屋面瓦片相比，该值相对较高，这是不利的，因为在所生产混凝土屋面瓦片的存储期间存在于轻质集料中的水不能保持在轻质集料中，而是缓慢释放。这导致在仍然潮湿的核心和屋面瓦片相对干燥的表面之间产生残余应力，以使得初始与常规屋面瓦片相当的强度发生下降。虽然该影响仅仅是暂时的，但是只要核心和表面之间存在含水量差异，该影响可以持续数月，因为轻质集料的核心中储存了大量水。随后，在28天后或者在通常随后进行覆盖的情况下，都不能达到根据EN490/491的最低要求。
为了将水保留在轻质集料中，DE 38 86 5252 T2提出了使用增稠剂。为此目的，使用了一种聚合物，所述聚合物意图补偿使用轻质集料导致的强度下降。然而，这些成分非常昂贵，导致与常规混凝土混合物相比，材料成本增加5倍。因此，与使用常规混凝土混合物生产的屋面瓦片的物美价廉相比，使用该混凝土混合物所生产的产品不经济。
实现屋面瓦片重量降低的另一可能的方式是降低屋面瓦片的厚度。
然而，与使用轻质集料类似，该重量降低与屋面瓦片的强度下降相关。该强度下降通过增加所用混凝土材料强度进行补偿。
为此目的，例如，US 5 106 557 B提出了使用纤维增强材料。该屋面瓦片通常含有4～6体积％的纤维。这些纤维可以是聚合物纤维或纤维素纤维。然而，仅可以使用至多特定体积比例的该纤维增强材料。如果体积比例超过0.5％，那么混凝土组合物不再能够进行挤出。加入纤维以提高强度的另一缺点是仅有当粘结剂基质已经破裂时，纤维会对增加强度做出贡献。首先，不可见的损坏可能以该方式发生，其使得不透水性和抗冻性成为问题。
在不使用纤维的情况下，混凝土材料的密度必须增加以补偿由于厚度下降导致的强度下降。这又会导致屋面瓦片的重量增加。由于需要增加混凝土混合物的密度，当强度要求同时符合根据EN490/491的最低要求时，通过降低屋面瓦片厚度降低重量存在限制。
特别是，这些限制由GB 2 266 904 A证实。此处，屋面瓦片的厚度下降只能使屋面瓦片的单位面积重量减少到36kg/m2至42kg/m2。然而，具有该单位面积重量的屋面瓦片仍然太重，以使得不能用于翻新先前用轻质屋面材料覆盖的屋顶，因为对于该用途必须实现重量降低至少约45％，降低至约25kg/m2的单位面积重量。
本发明的目的在于克服现有技术的这些缺点和其它缺点，并提供包含混凝土材料的屋面瓦片，还提供用于生产该屋面瓦片的方法，所述屋面瓦片能通过挤出以低材料成本经济地进行生产，同时具有显著降低的重量、且确实具有与常规屋面瓦片相当的长期强度。屋面瓦片应当能够与其它屋面瓦片以及常规屋面瓦片进行组合，以形成屋顶覆盖层布置。
上述目的通过具有独立权利要求1特征的屋面瓦片和具有权利要求17特征的方法实现。特别是，优选实施方式可以源自从属权利要求。
本发明涉及一种包含混凝土材料的屋面瓦片，所述混凝土材料包含粘结剂、砂砾组分、轻质集料、以及所加入的水，所述屋面瓦片具有至少一条水道以及由覆盖褶皱(covering fold)和排水褶皱(water fold)构成的横向企口嵌缝(lateral interlockingjoint)，其中，水与粘结剂的比例小于0.3，轻质集料包含疏水性且/或非吸湿的材料，在硬化后，屋面瓦片的密度范围为1.6g/cm3至1.9g/cm3，其中在高负荷区域中、优选在水道区域中，屋面瓦片的厚度为5mm至9mm、优选7mm至8mm。
上述提及的本发明特征的组合降低了单个屋面瓦片的重量，由此还降低了单位面积的重量。单个屋面瓦片的重量下降有助于进行处理、特别是在相对较大尺寸的情况下，同时实现的单位面积重量的下降使得能够用于屋顶下部结构相对薄弱的房屋的翻新市场。首先通过使用轻质集料、并且其次通过降低屋面瓦片厚度实现所需要的重量下降。
由于下降主要发生在高负荷区域，可以保持横向企口嵌缝的几何形状，因此根据本发明的屋面瓦片不仅可以与根据本发明的其它屋面瓦片组合，还可以与常规屋面瓦片组合，以提供屋顶覆盖层布置。令人惊讶地发现，特别是在高负荷区域中的降低还导致核心和外部区域的含水量更快速地平衡。特别是当力施加于屋面瓦片上侧时，高负荷区域出现。例如，当在屋面瓦片安装期间工作人员走过表面时，施加了这样的力。该力最初充当上侧的压应力，但是导致屋顶下侧的拉伸应力。特别是，覆盖褶皱和中间升高部(middle rise)之间以及中间升高部和排水褶皱之间的水道区域负荷至相当高的程度。特别是，如果在该水道区域中厚度降低至5mm至9mm、优选7mm至8mm，这将导致特别快速且均匀的核心与外部区域含水量平衡。由于该平衡，避免了由于核心和外部区域水含量随时间缓慢变化而发生的水分损失。
为了使得单位面积重量进一步下降，根据本发明，厚度下降与屋面瓦片的密度下降组合。为此目的，除了形成混凝土材料的必需成分之外，混凝土材料包含：例如，粘结剂、岩粒组分(砂砾或砂(sand))、以及所添加的水。由非吸湿材料(即，不吸收水或仅吸收非常少的水的材料)对轻质集料进行材料选择是特别有利的，因为在任何情况下，这些材料都不吸收由低水/水泥值导致的少量水。这不仅避免了混合物的稠度变化，而且通过厚度减小所实现的核心到外部区域水分含量快速平衡的优点同时得到加强，因为随后可能释放的水将储存在轻质集料中。
本发明技术特征的组合使得能够提供包含混凝土材料的屋面瓦片，所述屋面瓦片能与常规屋面瓦片组合以提供屋顶覆盖层布置，并且能够以低材料成本经济地进行生产，同时具有显著降低的重量、且确实永久具有与常规屋面瓦片相当的强度。
在优选实施方式中，屋面瓦片包含1300cm3至1700cm3的混凝土材料，特别是，所述屋面瓦片具有可以铺设9至11块屋面瓦片/m2的尺寸。在替代性实施方式中，屋面瓦片包含1700cm3至2250cm3的混凝土材料，特别是，所述屋面瓦片具有可以铺设7至9块屋面瓦片/m2的尺寸。在优选实施方式中，屋面瓦片包含2250cm3至2750cm3的混凝土材料，特别是，所述屋面瓦片具有可以铺设5至7块屋面瓦片/m2的尺寸。
另一优选实施方式限定了每块屋面瓦片所用混凝土材料的量与各尺寸的函数。以该方式，每平方米重量显著下降，并且强度确实保持为与常规屋面瓦片相当。
可以采用开放型孔隙率和总孔隙率描述孔结构。总孔隙率描述屋面瓦片中所有孔的体积。其由彼此连接并连接至外界的空洞(开放型孔隙率)和并未彼此连接的空洞(闭合型孔隙率)组成。由于开放型孔隙率涉及能够供水进入的孔，所以对于屋面瓦片，开放型孔隙率很重要。在屋面瓦片中不需要高开放型孔隙率，因为水通过毛细管作用渗透到孔中导致由于冬天冰冻引起的裂纹，并降低屋面瓦片的抗冻融交替性能(freezing-thawingalternation resistance)。对于屋面瓦片特别有利的是具有约25％的总孔隙率和小于10％的开放型孔隙率。与常规屋面瓦片相比，本发明的屋面瓦片由此具有增加的总孔隙率和降低的开放型孔隙率。由此，本发明的屋面瓦片不仅更轻，而且它们还额外具有改进的抗冻融交替性能。
此外，已经发现对于轻质集料有利的是在混合前包含小于5重量％的水。此处的优势是当递送时轻质集料是干燥的，并且因此不会通过轻质集料将额外的水导入到混合物中。因此，水/水泥值没有增加，所以防止了存储期间混凝土屋面瓦片的强度下降。
在本发明的优选实施方式中，所述轻质集料选自下组：空心玻璃球、膨胀黏土、浮岩以及它们的混合物。这些材料特别适用于降低混凝土材料的密度。
对于轻质集料特别有利的是包含未粉碎且/或经涂敷且/或疏水化的膨胀黏土、疏水化的浮岩以及/或者空心玻璃球、以及/或者它们的混合物。这些材料不吸收水或仅吸收少量水，以使得这些集料不会从混凝土材料中抽取任何水，并且也不会储存任何水。以该方式，有效防止了形成导致强度随时间推移下降的蓄水之处。
在具体实施方式中，粘结剂包含水泥和氧化硅微粉。该组合物改进了水泥基质，氧化硅微粉至少部分补偿了由于使用轻质集料导致的强度下降。同时，氧化硅微粉的使用导致开放型孔隙率下降，由此导致抗冰融交替性能的改进。
在优选实施方式中，粘结剂是混合物，其中，混合物的成分选自下组：波特兰水泥、氧化硅微粉、以及高性能增塑剂。高性能增塑剂的使用使得尽管水/水泥值低也能够获得具有可以易于挤出的稠度。
特别有利的是水与粘合剂的比例为0.25，并且混凝土材料的混合物含水量低于或等于11％。在这些值的情况下，仅少量水、或完全没有水保留在屋面瓦片中，所以仅轻质集料吸收非常少量水，并且在屋面瓦片存储期间并未发生强度的大幅下降。由此，成功避免在存储期间的裂纹形成和强度下降。
在具体实施方式中，硬化后的屋面瓦片密度是1.8g/cm3。发明人发现该值是特别有利的，因为屋面瓦片厚度降低到7mm至8mm可以在该密度的情况下实现，同时长期满足标准EN490/491的强度要求。
屋面瓦片的单位面积重量优选小于或等于35kg/m2。具有该单位面积重量的屋面瓦片可以用于，例如，翻新不能使用较重的常规屋面瓦片的屋顶。单位面积重量下降以及单个屋面瓦片重量下降还可以简化铺瓦工的屋面瓦片铺设。
在本发明的其它实施方式中，当覆盖1m2的屋顶面积时，屋面瓦片的单位面积重量小于或等于25kg/m2。该屋面瓦片可以许多方式进行使用，但是特别适用于对迄今为止用相对较轻的屋面材料覆盖屋顶的建筑进行翻新。
在优选实施方式中，屋面瓦片重量低于或等于3.2kg/片瓦，特别是，所述屋面瓦片具有可以铺设9至11块屋面瓦片/m2的尺寸。在替代性实施方式中，屋面瓦片重量低于或等于3.85kg/片瓦，特别是，所述屋面瓦片具有可以铺设7至9块屋面瓦片/m2的尺寸。在其它替代性实施方式中，屋面瓦片重量低于或等于5.85kg/片瓦，特别是，所述屋面瓦片具有可以铺设5至7块屋面瓦片/m2的尺寸。
如上所述，交替屋面瓦片的重量，取决于尺寸，可以确保与常规屋面瓦片相比，单位面积的重量显著下降。由此可以更灵活地使用这些屋面瓦片，并且更便于铺瓦工进行铺设。
此外，本发明提供用于生产该屋面瓦片的方法，其中包含粘结剂、岩粒组分、轻质集料以及所添加的水的混凝土材料首先进行混合，并且所述混合物随后通过挤出成型。然后，通过分割由所得到的成型挤出物获得屋面瓦片，并进行硬化。此次，水与粘结剂的比例小于0.3，轻质集料由疏水性且/或不吸湿的材料构成，在硬化后，所述屋面瓦片的密度范围为1.6g/cm3至1.9g/cm3，并且，在高负荷区域中、优选在水道区域中，所述屋面瓦片的厚度为5mm至9mm，优选7mm至8mm。
特别是，该方法具有经济优势，因为迄今为止用于常规屋面瓦片使用的机器可以继续使用，并且不需要采购新的机器。此外，挤出工艺已经成为用于常规混凝土屋面瓦片的可靠生产方法，从而能够获得均匀且廉价的结果。在方法的优选实施方式中，屋面瓦片包含1300cm3至1700cm3的混凝土材料，特别是，所述屋面瓦片具有可以铺设9至11块屋面瓦片/m2的尺寸。在替代性实施方式中，屋面瓦片包含1700cm3至2250cm3的混凝土材料，特别是，所述屋面瓦片具有可以铺设7至9块屋面瓦片/m2的尺寸。在其它替代性实施方式中，屋面瓦片包含2250cm3至2750cm3的混凝土材料，特别是，所述屋面瓦片具有可以铺设5至7块屋面瓦片/m2的尺寸。
本发明方法的替代性实施方式使得能够生产单位面积重量降低且强度与常规屋面瓦片相当的屋面瓦片。
本法的其它特征、细节和优势可以由权利要求的文字中以及通过以附图列举方式描述的加工例和实施方式的说明得到。
根据本发明的屋面瓦片以挤出工艺生产。为此目的，混凝土材料的成分，即粘结剂、岩粒组分、疏水性且/或非吸湿轻质集料和所加入的水，首先进行混合。此处，水和粘结剂的比例小于0.3。随后将混合物导入到用于屋面瓦片的挤出机中，通过挤出的方式由混凝土材料混合物生产具有与屋面瓦片横截面对应轮廓的不间断带。位于下模具连续行列(continuous train)的该挤出物随后切割为单独的屋面瓦片。挤出机的结构和下模具的尺寸取决于所生产屋面瓦片的尺寸。挤出以如下方式进行：例如，所挤出的屋面瓦片中每块屋面瓦片包含1 300cm3至1 700cm3的混凝土材料，所述屋面瓦片具有9至11块屋面瓦片/m2的尺寸，并且，在高负荷区域中、优选在水道区域中，所述屋面瓦片的厚度为5mm至9mm，优选7mm至8mm。随后屋面瓦片进行硬化，在硬化后，单独的屋面瓦片的密度范围为1.6g/cm3至1.9g/cm3。显然，更大的下模具和其它挤出机设置也可用于生产具有较大尺寸(7-9块屋面瓦片/m2、5-7块屋面瓦片/m2)或较大体积的混凝土材料(1700-2250cm3、2250-2750cm3)。由该方法生产的屋面瓦片全部永久具有与常规屋面瓦片相当的强度。
根据上述说明生产的屋面瓦片与常规屋面瓦在其孔结构上明显不同。可以采用开放型孔隙率和总孔隙率描述孔结构。总孔隙率描述屋面瓦片中所有孔的体积，并且开放型孔隙率描述可供水进入的孔。虽然总孔隙率是独立于方法的材料性能，但是对于开放型孔隙率的测定值取决于吸水率测试条件。
作为用于测定总孔隙率的测定方法，例如，可以使用对基于真密度和表观密度的总孔隙率进行测定的方法。为此目的，首先，可以从进行检测的屋面瓦片上敲下一些试验样品。特别是，可以在排水褶皱之外的区域处、在排水褶皱和中间升高部之间的区域中、在中间升高部的区域中、或者在覆盖褶皱的区域中。敲下的试验样品在105℃于干燥烘箱中干燥至少2小时，随后冷却至室温。在该步骤之后是疏水化步骤，其中样品浸渍在疏水化溶液中，直至不再形成气泡。在105℃重新干燥并随后冷却至室温，通过称重确定单个测试样品的重量(W1)。随后，在测试样品完全浸没在软化水中的状态下确定试验样品的重量(W2)。同时，测定水的温度，并且在密度表的协助下确定在测定温度下的水密度。
此外，通过比重测定法确定试验样品的真密度。
总孔隙率可以由所测定参数按如下进行计算：
Figure BDA0001385614930000091
其中
ρ堆积＝屋面瓦片的表观密度[g/cm3]＝(W1/(W1-W2)*ρw
W1在第一次冷却至室温后，称量时的试验样品重量[g]
W2在水下称量时的试验样品重量[g]
ρw在对应温度的水密度[g/cm3]
通过上述方法确定的总密度可以用于计算开放型孔隙率。
为此目的，试验样品首先在105℃干燥至少3小时，并随后冷却至室温。随后确定干燥试验样品的重量(M干)。然后将试验样品在水下存放一周，所有样品完全浸没在水下。在一周后，将试验样品从水中取出，对表面进行干燥，并确定其重量(M湿)。此外，测试样品完全浸没在去离子水中的状态下确定试验样品的重量(M水下)。同时，测定水的温度，并且在密度表的协助下确定在测定温度下的水密度。
随后，在下式协助下确定开放型孔隙率：
Figure BDA0001385614930000092
Figure BDA0001385614930000093
堆积密度[g/cm3]＝M干x水密度M水下
Figure BDA0001385614930000094
M以单位[g]计算
水密度[g/cm3]
使用上述方法获得用于常规屋面瓦片和根据本发明屋面瓦片的以下值。
总孔隙率 开型孔隙率
常规屋面瓦片 17-20％ 11-13％
根据本发明的屋面瓦片 >25 <10％
例如，混凝土材料可以具有如下组成：
实施例1
成分 含量，以kg计
膨胀黏土1-2mm 90
硅砂0-2mm 517
水泥CEM I 52.5R 209
氧化硅微粉 30
增塑剂 3
氧化铁颜料 5
水 55
混凝土材料的混合物含水量为6.30％。
使用该混凝土材料，可以挤出平均重量为2685g且单位面积重量为24.2kg/m2(在9块屋面瓦片/m2的情况下)的屋面瓦片。
屋面瓦片达到了与常规屋面瓦片相当的强度，并且满足EN490/491的要求。
在另一加工例中，例如，混凝土材料可以具有如下组成：
实施例2
成分 含量，以kg计
膨胀黏土1-2mm 75
硅砂0-2mm 517
水泥CEM I 52.5R 195
氧化硅微粉 22
增塑剂 5
氧化铁颜料 7
水 58
混凝土材料的混合物含水量为6.80％。
每块屋面瓦片使用约1300cm3的该混凝土材料，可以挤出平均重量为2450g、且单位面积重量为24.5kg/m2(在10块屋面瓦片/m2的情况下)、且密度为1.9g/cm3的屋面瓦片。总孔隙率为27％，并且开放型孔隙率为6.5％。
屋面瓦片具有与常规屋面瓦片相当的强度，并且满足EN490/491的要求。
在另一加工例中，例如，混凝土材料可以具有如下组成：
实施例3
成分 含量，以kg计
膨胀黏土1-2mm 164
硅砂0-2mm 375
水泥CEM I 52.5R 182
氧化硅微粉 20
增塑剂 2
氧化铁颜料 4
水 69
混凝土材料的混合物含水量为8.30％。
每块屋面瓦片使用约1670cm3的该混凝土材料，可以挤出水道区域中厚度为约9mm、且平均重量为2770g、且单位面积重量为24.9kg/m2(在9块屋面瓦片/m2的情况下)的屋面瓦片。屋面瓦片具有1.66g/cm3的密度、以及与常规屋面瓦片相当的强度，并且满足EN490/491的要求。开放总孔隙率为32％，并且开型孔隙率为8.3％。
在另一加工例中，例如，混凝土材料可以具有如下组成：
实施例4
成分 含量，以kg计
疏水化的浮岩 158
硅砂0-0.6mm 361
氧化硅微粉水泥 364
增塑剂 4
氧化铁颜料 4
水 98
混凝土材料的混合物含水量为10.00％。
使用该混凝土材料，挤出用于研究材料性能的平板。板达到1.5g/cm3的密度，在一天后达到3.9MPa的强度、并且在28天后达到7MPa的抗折强度(bending tensilestrength)。
然而，使用该混凝土材料，还可以挤出尺寸为能够以9至11块、7至9块、和/或5至7块屋面瓦片/m2进行铺设的屋面瓦片。
在另一加工例中，例如，混凝土材料可以具有如下组成：
实施例5
成分 含量，以kg计
膨胀黏土 112
硅砂0-0.6mm 342
空心玻璃球 65
氧化硅微粉水泥 342
增塑剂 2
氧化铁颜料 4
水 73
混凝土材料的混合物含水量为7.5％。
使用该混凝土材料，挤出用于研究材料性能的平板。板达到1.6g/cm3的密度，在一天后达到4.6MPa的强度、并且在28天后达到7.8MPa的抗折强度。
然而，使用该混凝土材料，还可以挤出尺寸为能够以9至11块、7至9块、和/或5至7块屋面瓦片/m2进行铺设的屋面瓦片。
在另一加工例中，例如，混凝土材料可以具有如下组成：
实施例6
起点是购自Braas公司的屋面瓦片型号“Doppel-S”，其在德国和丹麦有售。
该屋面瓦片型号对应于能够以9至11块屋面瓦片/m2进行铺设的尺寸。此处，屋面瓦片的长度为0.42m，宽度为0.3m。该尺寸的常规屋面瓦片(Doppel S)通常重4400g且体积为2000cm3。
因为根据本发明降低厚度，例如在水道区域中降低厚度，瓦片体积下降至1445cm3。该方式将使用常规混凝土的瓦片的重量降低至3200g。如果现在使用以下配方进行挤出，将会实现进一步的重量下降：
成分 含量，以kg计
膨胀黏土1-2mm 90
硅砂0-2mm 517
水泥CEM I 52.5R 209
氧化硅微粉 30
增塑剂 3
氧化铁颜料 5
水 55
混凝土材料的混合物含水量为6.30％。
使用该混凝土材料，可以挤出平均重量为2691g且单位面积重量为25kg/m2(在9.3块屋面瓦片/m2的情况下)的屋面瓦片。
屋面瓦片达到了与常规屋面瓦片相当的强度，并且满足EN490/491的要求。
在另一加工例中，例如，混凝土材料可以具有如下组成：
实施例7
起点是购自Braas公司的屋面瓦片型号“Harzer Pfanne 7”，其在德国和奥地利有售。该屋面瓦片型号对应于能够以7至11块屋面瓦片/m2进行铺设的尺寸。
该尺寸的常规屋面瓦片通常重5250g且瓦片体积为2386cm3。因此根据本发明降低厚度，瓦片体积下降至1736cm3。该方式将使用常规混凝土的瓦片的重量降低至3818g。如果现在使用以下配方进行挤出，将会实现进一步的重量下降：
成分 含量，以kg计
膨胀黏土1-2mm 75
硅砂0-2mm 517
水泥CEM I 52.5R 195
氧化硅微粉 22
增塑剂 5
氧化铁颜料 7
水 58
混凝土材料的混合物含水量为6.80％。
每块屋面瓦片使用约1736cm3的该混凝土材料，可以挤出平均重量为3211g、且单位面积重量为25kg/m2(在7.8块屋面瓦片/m2的情况下)、且密度为1.85g/cm3的屋面瓦片。总孔隙率为27％，并且开放型孔隙率为6.5％。
屋面瓦片具有与常规屋面瓦片相当的强度，并且满足EN490/491的要求。
在另一加工例中，例如，混凝土材料可以具有如下组成：
实施例8
起点是屋面瓦片型号“Coppo Big”，其在意大利有售。
该屋面瓦片型号对应于能够以5至7块屋面瓦片/m2进行铺设的尺寸。
该尺寸的常规屋面瓦片通常重8000g且瓦片体积为3636cm3。因此根据本发明降低厚度，瓦片体积下降至2645cm3。该方式将使用常规混凝土的瓦片的重量降低至5818g。如果现在使用以下配方进行挤出，将会实现进一步的重量下降：
成分 含量，以kg计
膨胀黏土1-2mm 164
硅砂0-2mm 375
水泥CEM I 52.5R 182
氧化硅微粉 20
增塑剂 2
氧化铁颜料 4
水 69
混凝土材料的混合物含水量为8.30％。
每块屋面瓦片使用约2645cm3的该混凝土材料，可以挤出水道区域中厚度为约9mm、且平均重量为4893g、且单位面积重量为24.4kg/m2(在5块屋面瓦片/m2的情况下)的屋面瓦片。屋面瓦片具有1.85g/cm3的密度、以及与常规屋面瓦片相当的强度，并且满足EN490/491的要求。开放型孔隙率为32％，并且开放型孔隙率为8.3％。
如实施例1至8中所述的混凝土配方可以用于生产所有所述的屋面瓦片尺寸(9至11块、7至9块、和5至7块屋面瓦片/m2)，并不限于实施例中所述的尺寸。
从实施例可以衍生出具有用于生产屋面瓦片的值的密度/厚度基质，所述屋面瓦片单位面积重量降低且强度与常规屋面瓦片相当。
该密度/厚度基质如下所示：
Figure BDA0001385614930000151
由基质可见，如果主要通过降低屋面瓦片厚度实现将单位面积重量降低至，例如，约25kg/m2，那么产品厚度需要从通常用于常规屋面瓦片的10mm至12mm值降低至3mm至4mm。然而，该降低导致关于材料强度的要求的过度增加。混凝土材料的强度必须从5Mpa增加至15Mpa。这是不可行的。
类似的情况也适用于当主要通过减小屋顶瓦片厚度实现单位面积重量的降低时。在不改变与常规屋面瓦片相当的10mm至12mm产品厚度的情况下，密度需要下降至1.3g/cm3至1.5g/cm3。然而，为此目的必须使用非常高比例的轻质集料，这导致强度大幅下降。这也是不可行的。
具体地说，令人惊讶地发现，水道区域中产品厚度下降至5mm至9mm、优选7mm至8mm，并且屋面瓦片的密度为1.6g/cm3至1.9g/cm3是特别有利的。在该优选工作范围中，可以生产满足强度要求的屋面瓦片。
为了即使经过储存期间也能保证令人满意的强度，可以使用根据本发明的混凝土材料，所述混凝土材料由于较低的水与粘结剂比例(水/水泥值)而仅具有较低的残留含水量。此处，发现0.25的水/水泥值特别有利。此外，选择轻质集料，以使得在非常少量水的情况下，轻质集料也不会吸收水。
下表显示常规屋面瓦片的单位面积重量和根据本发明的屋面瓦片的优选单位面积重量与各优选屋面瓦片尺寸的函数关系。
Figure BDA0001385614930000161
根据本发明使用根据实施例中一个实施例的混凝土材料生产的屋面瓦片的一个实施方式以附图方式示例性显示。
附图显示：
图1包含混凝土材料的本发明的屋面瓦片和用于对比的常规屋面瓦片沿纵轴的截面。
图2由根据本发明屋面瓦片形成的屋顶覆盖层和由常规屋面瓦片形成的屋顶覆盖层的侧视图。
图1显示根据本发明包含混凝土材料的屋面瓦片和常规屋面瓦片15在各自情况中的横截面。根据本发明的屋面瓦片1具有上侧2和下侧3。此外，屋面瓦片1具有覆盖褶皱5、中间升高部6、以及排水褶皱7。在各情况中，水道8、9设置在覆盖褶皱5和中间升高部6之间以及中间升高部6和排水褶皱7之间。水道8、9用于在下雨的情况下以受控的方式引导带走水，并且同时形成当力施加到上侧2时在下层产生最大张力的高负荷区域。
两个覆盖褶皱条(covering fold rib)10、11设置在覆盖褶皱5的下侧。这些覆盖褶皱条10、11以它们能够在第二块屋面瓦片的排水褶皱中接合的方式构建。屋面瓦片1的排水褶皱7具有数根排水褶皱条(water fold rib)12、13、14。构建这些排水褶皱条12、13、14以使得另一屋面瓦片的覆盖褶皱条能够设置在这些排水褶皱条12、13、14中。因为与常规屋面瓦片15相比，覆盖褶皱5和覆盖褶皱条10、11的几何形状、以及排水褶皱7和排水褶皱条12、13、14的几何形状并未改变，根据本发明含有混凝土材料的较轻屋面瓦片1可以与常规屋面瓦片15组合、并进行连接以形成如图2所示的屋顶覆盖层。
图2显示该屋顶覆盖层3由根据本发明的屋面瓦片1和常规屋面瓦片15组成。此处，构建根据本发明的屋面瓦片1的覆盖褶皱5的覆盖褶皱条10、11，以使得它们能够与常规屋面瓦片的排水褶皱16接合。此外，由常规屋面瓦片和根据本发明的屋面瓦片的横向褶皱的几何形状可以清楚看到，如图2所示，也可以将常规屋面瓦片15的覆盖褶皱19的覆盖褶皱条17、18设置在根据本发明的屋面瓦片1的排水褶皱条12、13、14中。
另外，从常规屋面瓦片15与根据本发明的屋面瓦片1的比较明显可以看出尽管没有改变横向褶皱5、7的几何形状，但根据本发明的屋面瓦片1整体具有较小的产品厚度。特别是，屋面瓦片1的高负荷区域、特别是水道8、9比常规屋面瓦片更薄。
本发明并非限于上述实施方式中的一个，而且还能够以许多方式进行修改。
包括源自权利要求书、说明书和附图的结构细节、三维布置和工艺步骤的所有特征和优点同时以其本身和各种组合的方式与本发明相应。
附图编号
1 屋面瓦片
2 上侧
3 下侧
4 屋顶覆盖层(Roof covering)
5 覆盖褶皱
6 中间升高部
7 排水褶皱
8 水道
9 水道
10 覆盖褶皱条
11 覆盖褶皱条
12 排水褶皱条
13 排水褶皱条
14 排水褶皱条
15 常规屋面瓦片
16 排水褶皱
17 覆盖褶皱条
18 覆盖褶皱条
19 覆盖褶皱

Claims (20)

1.包含混凝土材料的屋面瓦片(1)，所述混凝土材料由粘结剂、岩粒组分、轻质集料和加入的水组成，所述粘结剂包含水泥和氧化硅微粉，所述屋面瓦片具有至少一条水道(8、9)、以及由覆盖褶皱(5)和排水褶皱(7)构成的横向企口嵌缝，其特征在于，
水和粘结剂的比例小于0.3，
轻质集料由疏水性和/或非吸湿材料构成，
在硬化后，屋面瓦片的密度范围为1.6g/cm3至1.9g/cm3，
其中，在位于覆盖褶皱(5)和排水褶皱(7)之间的高负荷区域中，所述屋面瓦片的厚度为5mm至9mm；
所述屋面瓦片的总孔隙率大于25％且开放型孔隙率小于10％。
2.如权利要求1所述的屋面瓦片(1)，其特征在于，在位于覆盖褶皱(5)和排水褶皱(7)之间的高负荷区域中，所述屋面瓦片的厚度为7mm至8mm。
3.如权利要求1所述的屋面瓦片(1)，其特征在于，屋面瓦片包含1300cm3至1700cm3的混凝土材料，其中，所述屋面瓦片特别具有可以铺设9至11块屋面瓦片/m2屋顶面积的尺寸。
4.如权利要求1所述的屋面瓦片(1)，其特征在于，屋面瓦片包含1700cm3至2250cm3的混凝土材料，其中，所述屋面瓦片特别具有可以铺设7至9块屋面瓦片/m2屋顶面积的尺寸。
5.如权利要求1所述的屋面瓦片(1)，其特征在于，屋面瓦片包含2250cm3至2750cm3的混凝土材料，其中，所述屋面瓦片特别具有可以铺设5至7块屋面瓦片/m2屋顶面积的尺寸。
6.如上述权利要求中任一项所述的屋面瓦片(1)，其特征在于，在混合前，所述轻质集料包含小于5wt％的水。
7.如权利要求1所述的屋面瓦片(1)，其特征在于，所述轻质集料选自下组：空心玻璃球、膨胀黏土、浮岩以及它们的混合物。
8.如权利要求7所述的屋面瓦片(1)，其特征在于，所述轻质集料包含未粉碎且/或经涂敷且/或疏水化的膨胀黏土、疏水化的浮岩、空心玻璃球或者它们中的两者或多者的混合物。
9.如权利要求1所述的屋面瓦片(1)，其特征在于，所述粘结剂是混合物，其中，混合物的成分选自下组：波特兰水泥、氧化硅微粉、以及高性能增塑剂。
10.如权利要求1所述的屋面瓦片(1)，其特征在于，水与粘结剂的比例为0.22至0.28。
11.如上权利要求1所述的屋面瓦片(1)，其特征在于，水与粘结剂的比例为0.25。
12.如权利要求1所述的屋面瓦片(1)，其特征在于，硬化后的屋面瓦片的密度为1.8g/cm3。
13.如权利要求1所述的屋面瓦片(1)，其特征在于，混凝土材料的混合物含水量小于或等于11％。
14.如权利要求1所述的屋面瓦片(1)，其特征在于，所述屋面瓦片的单位面积重量小于或等于35kg/cm2。
15.如权利要求14所述的屋面瓦片(1)，其特征在于，所述屋面瓦片的单位面积重量小于或等于25kg/cm2。
16.一种用于生产如上述权利要求中任一项所述的屋面瓦片(1)的方法，其包括以下步骤：
对含有粘结剂、岩粒组分、轻质集料和所加入水的混凝土材料进行混合，所述粘结剂包含水泥和氧化硅微粉；
通过挤出的方式使得混合物成型；
对所获得的成型挤出物进行分割，以形成部件，并对部件进行硬化，
其特征在于，
水和粘结剂的比例小于0.3，
轻质集料由疏水性和/或非吸湿材料构成，
在硬化后，所述屋面瓦片的密度范围为1.6g/cm3至1.9g/cm3，并且，在高负荷区域中，所述屋面瓦片的厚度为5mm至9mm；
所述屋面瓦片的总孔隙率大于25％且开放型孔隙率小于10％。
17.如权利要求16所述的用于生产屋面瓦片的方法，其特征在于，屋面瓦片包含1300cm3至1700cm3的混凝土材料，其中，所述屋面瓦片特别具有可以铺设9至11块屋面瓦片/m2的尺寸。
18.如权利要求16所述的用于生产屋面瓦片的方法，其特征在于，屋面瓦片包含1700cm3至2250cm3的混凝土材料，其中，所述屋面瓦片特别具有可以铺设7至9块屋面瓦片/m2的尺寸。
19.如权利要求16所述的用于生产屋面瓦片的方法，其特征在于，屋面瓦片包含2250cm3至2750cm3的混凝土材料，其中，所述屋面瓦片特别具有可以铺设5至7块屋面瓦片/m2的尺寸。
20.如权利要求16所述的用于生产屋面瓦片的方法，其特征在于，在高负荷区域中，所述屋面瓦片的厚度为7mm至8mm。
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