PL209664B1 - Izolowany panel konstrukcyjny, sposób wytwarzania izolowanego panelu konstrukcyjnego, sposób wznoszenia budynku i zastosowanie izolowanego panelu konstrukcyjnego - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy kompozytowych elementów budowlanych, przede wszystkim, lecz nie wyłącznie, do stosowania w konstrukcjach takich budynków, jak domy, a zwłaszcza kompozytowych elementów budowlanych znanych jako izolowane panele konstrukcyjne SIP.

W szczególnoś ci przedmiotem wynalazku jest izolowany panel konstrukcyjny, sposób wytwarzania izolowanego panelu konstrukcyjnego, sposób wznoszenia budynku i zastosowanie izolowanego panelu konstrukcyjnego.

Panele SIP zawierają stosunkowo płaski, prostokątny rdzeń z pianki z tworzywa sztucznego, umieszczony pomiędzy dwiema stosunkowo cienkimi prostokątnie ukształtowanymi okładzinami o wysokiej wytrzymał o ś ci, z którymi jest połączony tak, ż e razem tworz ą laminowany element warstwowy. Panele SIP są w użyciu od lat i są dobrze znane w przemyśle budowlanym, zwłaszcza w USA, stanowią c alternatywę dla tradycyjnych ś cianek szczelinowych z cegieł i bloków oraz dla zewnętrznych i wewnętrznych licowań szczelinowych z cegieł i bloków, ścian z paneli ramowych w budynkach o szkielecie drewnianym.

Piankowy rdzeń panelu SIP zapewnia izolację termiczną i akustyczną na wyższym poziomie, niż w przypadku budynków wykonanych z konwencjonalnych cegieł lub budynków drewnianych, są też odporne na wilgoć, uderzenia, wstrząsy i ogień oraz nie wymagają stosowania izolacji przeciwwilgociowej budynku. Ponadto panele SIP są lekkie i łatwe w stosowaniu, zaś jeden panel SIP zastępuje kilka bloków budowlanych lub cegieł, przez co skraca się czas wykonania konstrukcji i zmniejszają się koszty. W piankowych rdzeniach można też, przed montażem paneli SIP na placu budowy, poprowadzić przewody lub kanały na linie instalacyjne takie, jak przewody elektryczne, które są wykonane i cał kowicie ukształ towane w fabryce, co jeszcze bardziej skraca czas wykonania konstrukcji.

Korzystne jest wykonywanie ścian, stropów i dachów jednocześnie z zawartym w nich materiałem izolacyjnym, który tworzy część konstrukcji budynku (lub oddzielny moduł konstrukcyjny), zamiast kładzenia izolacji w drugim etapie.

Moduły lub panele znane jako SIP są stosowane w USA od ponad 50 lat. Panele te mają grubość od 50 mm do 300 mm i są dostosowane do międzynarodowych standardów wymiarowych elementów budowlanych, przy czym typowy ścienny lub stropowy panel SIP ma wymiary 2,4 x 1,2 m, zaś jego grubość zależy od konkretnego zastosowania, wymaganej nośności i wymagań dotyczących izolacji termicznej.

Najbardziej popularny w USA jest panel SIP, który zawiera rdzeń z ekspandowanego polistyrenu (EPS), wyłożony na powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej odpowiednio dwiema płytami z OSB (oriented Strand Board) o grubości 9 mm do 15 mm lub płytami ze sklejki, ewentualnie w niektórych przypadkach płytami cementowymi. Elementy budowlane SIP stosuje się w USA szeroko i z powodzeniem od ponad 50 lat do budowy domów (zwykle jednokondygnacyjnych). Typowo, panele SIP są podparte na podwalinie z drewna przymocowanej do odpowiedniego fundamentu i połączone ze sobą drewnianymi łącznikami tzw. „biscuits” tak, że tworzą ścianę budynku. W przypadku większych obciążeń dachu i ścian, moduły SIP wzmacnia się wprowadzając do panelu SIP słupek drewniany o przekroju 2x4 cale, lub łącząc poszczególne panele takimi słupkami. Sposób ten daje w efekcie ścianę z paneli SIP wzmocnioną drewnianymi elementami ramowymi.

Drewniane elementy ramowe narażone są na suchy mursz z powodu słabej cyrkulacji świeżego powietrza wokół nich. Stosowanie elementów drewnianych może również spowodować powstawanie „punktów zimna”, które zmniejszają izolacyjność termiczną. W związku z powyższym stosując jakiekolwiek panele SIP w połączeniu z drewnianymi elementami ramowymi należy zapewnić odpowiednią cyrkulację powietrza wokół elementów drewnianych.

Stwierdzono niezbicie, że piankowy rdzeń panelu SIP spełnia kilka ważnych funkcji. Rdzeń musi być wystarczająco sztywny, by utrzymywał okładziny powierzchniowe w stałej odległości od siebie i musi mieć odpowiednią wytrzymałość na ś cinanie, aby okładziny nie ślizgały się względem siebie i aby się nie wybaczał . Jeż eli rdzeń ma za małą wytrzymał o ść na ś cinanie, okł adziny nie współ pracują i laminat traci sztywność. Stwierdzono także, że piankowy rdzeń musi sprostać innym złożonym wymaganiom, na przykład musi mieć odpowiednią wytrzymałość w różnych kierunkach i małą gęstość (ze względu na koszty) jak również musi mieć specjalne właściwości dotyczące odporności na wyboczenie, izolacji, wchłaniania wilgoci, starzenia się, odporności itp. Na przykład okładziny powierzchniowe muszą przenosić obciążenia ściskające na fundament, zaś spoiwo łączące je z rdzeniem musi być wystarczająco wytrzymałe, aby przeniosło obciążenia ścinające między rdzeniem a okładzinami.

PL 209 664 B1

Najlepszą z punktu widzenia wygody i ekonomii technologią wytwarzania paneli SIP o odpowiedniej wytrzymałości na obciążenia i własnościach izolacyjnych, było wytwarzanie paneli SIP z rdzeniem z wytł aczanego polistyrenu (XPS) o wysokiej gę stoś ci (HD). Badania XPS dowiodł y, ż e materiał ten ma właściwości i synergizm odpowiednie do wytwarzania z niego panelu SIP, który jest zdolny do przenoszenia obciążeń ściskających występujących w typowym trzy kondygnacyjnym budynku. Przeprowadzono testy w Building Research Establishment (BRE), które dowiodły, że panele SIP z rdzeniem z XPS obłożone okładzinami ze sklejki były w stanie przenosić ogromne obciążenia.

Dalsze badania wykazały jednak, że przy stwierdzonych początkowo zaletach XPS, są one znacznie droższe, zarówno z punktu widzenia kosztów wytwarzania jak i kosztów całkowitych, co sprawia, że stosowanie XPS do produkcji paneli SIP okazuje się nieekonomiczne.

W związku z powyższym przebadano produkty SIP takie, jakie są wytwarzane i stosowane w USA, zw ł aszcza, ż e panele SIP z rdzeniami z EPS został y dopuszczone przez normę ASTM w USA i uzyskały ogólne świadectwo dopuszczenia do stosowania jako nośne panele konstrukcyjne. Wartości obciążeń przenoszonych przez materiały z rdzeniem EPS stosowane w USA są ogólnie znane. Minimalna grubość rdzenia zazwyczaj stosowanego w panelach SIP w USA wynosi 150 mm, podczas gdy w Europie zazwyczaj stosuje się rdzenie o grubości 50 mm.

Cięte EPS są zazwyczaj około trzy razy tańsze, niż XPS i formowana pianka poliuretanowa, którą również stosuje się jako materiał na rdzeń w systemie SIP na rynku brytyjskim. Rdzenie z tworzyw uretanowych są niebezpieczne, ponieważ wydzielają trujące opary przy spalaniu, nie są więc brane pod uwagę.

Istnieją także plany wprowadzenia globalnego zakazu stosowania uretanu w kompozytowych elementach budowlanych, ponieważ uretan stosowany jako materiał budowlany, szczególnie w budynkach nie jest już obecnie uważany za materiał bezpieczny dla środowiska naturalnego.

Zaletą stosowania EPS jako materiału na rdzeń paneli SIP jest to, że jest on nie tylko tani w produkcji, lecz takż e jest on ogólnie uważ any za materiał budowlany przyjazny dla ś rodowiska. Dzieje się tak dlatego, że EPS nie zawiera szkodliwych włókien, pozwala wydajnie wykorzystać surowce naturalne, a więc oszczędzić energię i racjonalnie gospodarować surowcami w procesie produkcji, w trakcie stosowania i zakończeniu użytkowania. EPS nie zawiera i nie wydziela związków szkodliwych dla warstwy ozonowej takich, jak CFC lub HCFC a jego wytwarzanie i stosowanie nie zagraża zdrowiu.

Zwłaszcza własności izolacyjne EPS przyczyniają się w sposób znaczący do zmniejszenia zużycia energii i redukcji emisji, które wzmagają efekt cieplarniany. EPS można poddawać i poddaje się powtórnemu przetwarzaniu, co sprawia, że przemysł wytwarzania tego materiału sprzyja rozwojowi technologii przetwarzania odpadów, które przyczyniają się do maksymalnego odzyskiwania surowców wtórnych. Ponadto, dobrze znana, trzyetapowa technologia wytwarzania EPS w procesie, który obejmuje wstępne rozprężanie, dojrzewanie i końcowe formowanie bloków, jest wypróbowana i umożliwia ekonomiczną produkcję ogromnych bloków EPS o długości do 20 metrów, szerokości do 6 metrów i do 4 metrów grubości. Bloki te są następnie cięte do mniejszych rozmiarów standardową techniką z wykorzystaniem gorącego drutu, zależnie od planowanego zastosowania, np. jako rdzenie paneli SIP.

Surowiec, z którego wytwarzany jest EPS ma postać swobodnie pływających, lekkich spienionych granulek z monomerów styrenowych otrzymanych z etylenu i benzenu, otrzymanych z kolei z nie przetworzonej ropy naftowej. Granulki zawierają środek rozprężający, zwykle pentan i wyglądają jak cukier granulowany. Surowiec, który dostępny jest w różnych klasach, zwykły i ognioodporny, dostarczany jest w takiej postaci do wytwórni w opakowaniach po 600 lub 100 kg, lub jako materiał sypki w transporterze, bezpośrednio do silosów, co jest tańsze.

Etap pierwszy obejmuje wstępne rozprężanie granulek polistyrenowych do objętości 20-40 razy większej od objętości początkowej przez ogrzewanie do temperatury około 100°C, przy użyciu jako nośnika ciepła pary wodnej, w naczyniu zamkniętym zwanym wstępną rozprężarką. W etapie wstępnego rozprężania objętość granulek polistyrenowych wzrasta i odpowiednio wzrasta też ich gęstość nasypowa - np. z 620 kg/m³ do 20 kg/m³, przy zakładanej gęstości uformowanego materiału piankowego wynoszącej 20 kg/m³.

Po wstępnym rozprężaniu granulki ochładza się i suszy przed odłożeniem ich do dojrzewania.

Po etapie wstępnego rozprężania wewnątrz granulek panują warunki częściowego podciśnienia, które wyrównuje się wskutek dostawania się do granulek powietrza, które do nich dyfunduje. Granulki są

PL 209 664 B1 dojrzałe po upływie około 24 godzin. Gęstość formowanego bloku piankowego wytworzonego z granulek jest więc praktycznie taka sama, ponieważ blok w końcowym kształcie jest całkowicie wypełniony granulkami.

Drugi etap dojrzewania potrzebny jest, ponieważ wstępnie rozprężone granulki, po ochłodzeniu, są początkowo podatne na ściskanie i potrzebują czasu, aby nabrały odpowiedniej wytrzymałości. Nabierają jej dzięki dyfuzji powietrza do komórek pianki, która zachodzi do czasu, gdy ciśnienie, zmniejszone wskutek ochłodzenia i kondensacji środka rozprężającego, zostanie wyrównane. Wstępnie rozprężone granulki są więc zwykle wyrzucane prosto z rozprężarki do suszarki ze złożem fluidalnym, do której wdmuchiwane jest od spodu. Suszarki ze złożem fluidalnym pracują w sposób ciągły lecz muszą mieć dostateczną długość aby mogły zapewnić właściwe wysuszenie. Czas przebywania rozprężonych granulek w suszarce ze złożem fluidalnym powinien wynosić od 1 do 5 minut, zależnie od zawartości wilgoci w granulkach. Po wysuszeniu świeżo rozprężone granulki transportowane są do silosu, w którym dojrzewają. Podczas dojrzewania część środka rozprężającego (pentanu) ulatnia się, co skraca czas wyrównywania się ciśnienia w piance.

W etapie trzecim, który jest jednocześ nie koń cowym etapem formowania bloku i drugim stopniem rozprężania, wstępnie rozprężone i dojrzałe granulki są dalej rozprężane za pomocą pary wodnej w formie, aż zgrzeją się ze sobą tworząc uformowany blok. Chociaż polistyren można rozprężać za pomocą innych źródeł ciepła, np. wrzącą wodą, gorącym powietrzem i innymi gazami, para wodna ma zdecydowaną przewagę ponieważ: jest to wysoce efektywny środek przekazywania ciepła; jej temperatura przy ciśnieniu atmosferycznym jest bliska temperatury mięknienia polistyrenu; jest łatwo dostępna; wspomaga właściwy proces rozprężania. Para wodna łatwo przenika przez polistyren i gdy tylko środek rozprężający zaczyna rozprężać granulki, para przenika do świeżo powstałych komórek. Ciśnienie pary panujące wewnątrz komórek wyrównuje się z ciśnieniem pary otaczającej granulki, które mogą rozprężać się nie napotykając praktycznie żadnego oporu. Umożliwia to rozprężanie granulek do niskich gęstości.

Forma do produkcji bloków pianki polistyrenowej do wytwarzania rdzeni paneli SIP zazwyczaj składa się z dwóch tworzących ją części. Forma ta nadaje kształt gotowej wyprasce, przy czym każda część formy jest przykręcona do komory parowej. Do wnętrza formy wprowadza się parę wodną poprzez wiele specjalnych wlotów rdzeniowych, czyli dysz, zwykle wykonanych ze stopu aluminium. Odstępy, w jakich rozmieszczone są wloty i ich ilość, jak również ich całkowite pole powierzchni ma wpływ na zapewnienie właściwego wypełnienia (przy braku ciśnienia przeciwnego), parowania, chłodzenia i w efekcie na jakość wypraski. Łatwość czyszczenia i konserwacji wlotów rdzeniowych jest cechą istotną z punktu widzenia efektywności procesu.

Części formy są zazwyczaj zamykanie przy użyciu ciśnienia hydraulicznego zaś wstępnie rozprężone granulki wdmuchuje się do zamkniętej formy za pomocą wstrzykiwaczy powietrznych używając powietrza, które uchodzi przez dysze parowe lub specjalne wyloty. W przypadku wielkich form, używanych do produkcji olbrzymich bloków EPC, które mają prosty kształt, parę dostarcza się przez komory parowe za pośrednictwem wielu dysz parowych lub wlotów, znajdujących się w ścianach formy. Forma zostaje całkowicie wypełniona dojrzałymi wstępnie rozprężonymi granulkami, które są właściwie zamkniętymi komórkami z polistyrenu, które zostają naparowane. W rezultacie ponownego ogrzania do temperatury od 110°C do 120°C, zachodzi dalsze rozprężanie granulek, które jednak ograniczone jest przez ilość pozostałej we wnętrzu formy wolnej przestrzeni, przez co granulki są dociskane do siebie, gdyż nie mogą rozprężać się swobodnie znajdując się w formie, wskutek czego zwiększa się w niej ciśnienie wewnętrzne. Granulki zgrzewają się ze sobą na swoich powierzchniach brzegowych tworząc sprasowany blok. Po okresie schłodzenia (redukcja ciśnienia), podczas którego zwykle formę poddaje się działaniu podciśnienia, aby usunąć z niej wszelką wilgoć, sprasowany blok jest stabilny wymiarowo i można go wyjąć z formy. Cały pozostały środek rozprężający (gaz pentan) uchodzi podczas formowania tak, że sprasowany blok nie zawiera żadnych pozostałości środka rozprężającego.

Przeprowadzono badania amerykańskich metod produkcji paneli SIP, w których stosuje się rdzeń z EPS. Stwierdzono, że procedury kontrolne i prawidłowość materiału nie są zadowalające i nie spełniłyby wymagań typowych, obecnie obowiązujących brytyjskich i europejskich norm jakości (BS5750, ESO 9000 i 9002).

Przeprowadzono szczegółowe testy jakości laminowania paneli SIP z zastosowaniem EPS, obłożonych OSB, sklejką i płytą cementową. Stwierdzono jednak, że panel SIP miewa tendencję do ulegania zgnieceniu w procesie produkcji, zwykle po umieszczeniu w prasie próżniowej dla utwardzenia

PL 209 664 B1 spoiwa. Szczegółowe badania materiałów rdzeniowych EPS wykazały, że chociaż materiał został wytworzony zgodnie z normami BS3837/BS4370 i BS4735, a przeciętna gęstość panelu o wymiarach np. 2,4x1,2x20 cm była prawidłowa, po pocięciu panelu na kawałki, widać było na przekroju znaczne różnice gęstości.

Próbki paneli zakupiono u wielu wytwórców bloków EPS w Wielkiej Brytanii. Testy wagowe próbek wykazały zarówno znaczne różnice gęstości zależnie od konkretnego panelu, jak i różnice gęstości w poszczególnych panelach. Okazało się, że przy takim zróżnicowaniu gęstości i słabej kontroli jakości, EPS wytwarzany i dostarczany na rynek w Wielkiej Brytanii byłby całkowicie nieodpowiedni do wytwarzania paneli SIP dla budownictwa.

Istnieje więc potrzeba opracowania nowych sposobów wytwarzania rdzeni dla paneli SIP, które umożliwiałyby uzyskanie kontrolowanej gęstości gotowego produktu, odpowiadającej wymaganiom szczegółowych norm.

Kolejną wadą związaną z produkcją rdzeni wykrawanych z bloków EPS jest to, że wstrząsy towarzyszące cięciu gorącym drutem bloków EPS powoduje powstawanie zadziorów i wcięć w powierzchni pociętych rdzeni. Aby uzyskać precyzyjne wymiary powierzchni, z tolerancją wymaganą dla powierzchni rdzeni, które są zgrzewane z okładzinami, pocięte rdzenie przepuszczane są przez grubościówkę płaską. W procesie tym powstają odpady EPS, co jest jego kolejną wadą.

Według wynalazku rdzenie z rozprężonego polimeru dla paneli SIP produkuje się przez formowanie poszczególnych sztuk, które są indywidualnie kontrolowane. Stwierdzono, że możliwe jest stosowanie procedur kontroli jakości do wytwarzania produktów z formowanego, rozprężonego polimeru, które spełniają konkretne wymagania dotyczące własności izolacyjnych, stawiane materiałom na rdzenie paneli SIP.

W szczególności stwierdzono, że przy formowaniu polimerów, gdy zapewniona jest kontrola jakości, możliwe jest uzyskanie gęstości, której zróżnicowanie nie przekracza dopuszczalnych wartości.

Izolowany panel konstrukcyjny według wynalazku stosowany jest jako element nośny budynku, który ma rdzeń uformowany z przynajmniej jednej wypraski z rozprężonego polimeru, umieszczonej między dwiema okładzinami, z którymi jest połączona, przy czym okładziny są przymocowane do powierzchni rdzenia, i charakteryzuje się tym, że te powierzchnie są ukształtowane przy formowaniu rdzenia, a okładziny są przymocowane do tych uformowanych uprzednio powierzchni rdzenia, zaś wspomniana przynajmniej jedna wypraska rdzeniowa ma zasadniczo jednolitą gęstość.

Korzystnie, rdzeń jest wypraską z rozprężonego polistyrenu.

Korzystnie, panel posiada minimalnie zróżnicowaną gęstość rdzenia.

Izolowany panel korzystnie wykonany jest z rozprężonego i następnie dogrzewanego i ponownie rozprężanego w parze wodnej polistyrenu polistyrenu.

Korzystnie, panel ma 1,2 metra szerokości, 0,2 metra grubości i 2,4 metra wysokości/długości.

Okładziny wykonane są korzystnie z płyty cementowej, sklejki, kompozytowej płyty gipsowotekstylnej lub z OSB.

Rdzeń korzystnie zawiera dwie połowy, które są swoimi lustrzanymi odbiciami.

Każda połowa rdzenia, będąca lustrzanym odbiciem drugiej jego połowy, zaopatrzona jest korzystnie w wewnętrzne/zewnętrzne lokalizatory do sprzęgania obu połówek.

Rdzeń korzystnie zawiera co najmniej jeden kanał.

Izolowany panel korzystnie zawiera sieć kanałów tak rozmieszczonych, że każdy kanał jest dopasowany do kanału w podobnym sąsiednim kanale i można go z nim połączyć.

Korzystnie, części panelu połączone są ze sobą organicznym, nierozpuszczalnym spoiwem penetrującym o kontrolowanej wilgotności.

Izolowany panel korzystnie zawiera wgłębienie wzdłuż krawędzi na przeciwległych powierzchniach rdzenia, mieszczące elementy łączące panel z innym panelem.

Według wynalazku opracowano również zastosowanie izolowanego panelu konstrukcyjnego, jako element nośny budynku.

Sposób wytwarzania izolowanego panelu konstrukcyjnego według wynalazku obejmuje formowanie rdzenia z rozprężonego polimeru, który ma co najmniej dwie przeciwległe powierzchnie, w którym okładziny łączy się z formowanymi powierzchniami, charakteryzuje się tym, że przeciwległe powierzchnie rdzenia wytwarza się przez formowanie, zaś okładziny mocuje się do tych uprzednio uformowanych powierzchni.

Korzystnie, etap formowania rdzenia z rozprężonego polimeru obejmuje wstępne rozprężanie granulek polimerowych przez ich ogrzewanie parą wodną, chłodzenie i suszenie wstępnie rozprężo6

PL 209 664 B1 nych granulek, poddawanie dojrzewaniu wstępnie rozprężonych granulek a następnie dalsze rozprężanie wstępnie rozprężonych i dojrzałych granulek w formie za pomocą pary wodnej.

Forma stosowana do dalszego rozprężania wstępnie rozprężonych i dojrzałych granulek korzystnie jest formą dwuczęściową, która ma wnętrze, przy czym każda część jest połączona ze źródłem pary wodnej, zaś powierzchnie wnętrza formy zaopatrzone są w wiele punktów wtrysku pary.

Korzystnie, forma jest formą środkową.

Korzystnie, forma może być ukształtowana tak, że w każdej połowie rdzenia powstają wewnętrzne/zewnętrzne lokalizatory.

Forma może też być ukształtowana tak, że tworzy wgłębienia wzdłuż krawędzi naprzeciwległych powierzchni rdzenia.

Ewentualnie, forma jest ukształtowana tak, że tworzy w rdzeniu co najmniej jeden kanał.

Części panelu łączy się korzystnie za pomocą organicznego, nierozpuszczalnego spoiwa lub kleju penetrującego o kontrolowanej wilgotności.

Jako rozprężony polimer stosuje się korzystnie rozprężony polistyren.

Według wynalazku opracowano również sposób wznoszenia budynku, w którym stosuje się panel według wynalazku.

Rdzeń jest korzystnie uformowany przez rozprężanie polistyrenowych komórek w formie tak, że zróżnicowanie gęstości jest minimalne i/lub rdzeń ma dostatecznie jednorodną gęstość, aby możliwe było przenoszenie obciążeń przez panel bez potrzeby stosowania dodatkowych nośnych elementów konstrukcyjnych.

Wykonano formowane rdzenie z rozprężanego polistyrenu, w których zróżnicowanie gęstości spada nawet do poziomu ±2,0%, przy ogromnym zróżnicowaniu gęstości w rdzeniach wycinanych z wielkich bloków.

Formowane rdzenie według wynalazku ocenia się na 40% bardziej wytrzymałe niż rdzenie, można było uzyskać dawniej i mają one podwyższone wartości współczynnika U.

W poniższym tekście rozprężony polimer określany będzie jako EPS.

Wynalazek wiąże się ze znacznymi korzyściami. Po pierwsze, unika się stosowania dodatkowych elementów konstrukcyjnych z drewna itp., zwłaszcza powyżej dolnej kondygnacji, dzięki czemu ilość mostków termicznych znajdujących się w budynku wykonanego z takich elementów kompozytowych jest minimalna, co poprawia izolacyjność termiczną budynku. Wytrzymałość na ściskanie kompozytowych, izolowanych elementów konstrukcyjnych, pochodzi z wytrzymałości rdzenia, bez udziału drewna.

Można wykonać budynek, zwłaszcza dom mieszkalny, w którym zastępuje się nie tylko tradycyjne ściany szczelinowe i konstrukcje ceglane, ale również belki i podłogi z desek podłogowych, jak również więźby dachowe. Wszystko to można wykonać za cenę, która jest jedynie ułamkiem kosztów tradycyjnych systemów. Uzyskuje się więc znaczące korzyści techniczne w porównaniu do produktów konkurencyjnych, zwłaszcza kompozytowych elementów budowlanych z rdzeniem uretanowym, ramą drewnianą i niektórych konstrukcji o ramie betonowej lub stalowej.

Przykładowy panel według wynalazku, o formowanym rdzeniu i o szerokości 1,2 metra (1200 mm), grubości 0,2 metra (200 mm) i 2,4 metra (2400 mm) wysokości/długości, mający powierzchnię 2,88 metrów kwadratowych, pozwala na redukcję kosztów i ułatwienie konstrukcji. Obliczono, że do wykonania normalnej ściany szczelinowej o takiej samej powierzchni potrzeba 334 standardowych cegieł (ściana o grubości jednej cegły i dwie okładziny na pół cegły). Jest to oczywiście duży krok naprzód w dziedzinie wydajności pracy na budowie.

Dla podwyższenia uniwersalności przewidziano bloki o szerokościach 0,6 m i 0,3 m, wysokości 2,75 m i 3 m (wysokość kondygnacji 3 metry) i o grubościach 50 mm, 75 mm, 150 mm, 250 mm i 300 mm.

Okładziny wzmacniające muszą być twarde, więc z tego powodu najkorzystniejsze są wykładziny z płyt cementowych, sklejki, gipsowo-tekstylne płyty kompozytowe lub z OSB (oriental standard board).

W celu zapewnienia dotarcia pary wodnej do cało ści formy, co sprawia, że zróżnicowanie gęstości jest zminimalizowane, we wszystkich powierzchniach formy znajdują się wielkie ilości (np. tysiące) małych punktów wprowadzania pary.

Dzięki zastosowaniu na wszystkich powierzchniach formy wielkich ilości (np. tysięcy) małych punktów wprowadzania pary, izolowany panel konstrukcyjny o formowanym rdzeniu jest wytrzymały,

PL 209 664 B1 wolny od szkodliwych gazów, tak więc nadaje się do zastosowania zgodnie z podstawowym przeznaczeniem jako bezpieczny dla środowiska, niedrogi, konstrukcyjny element budowlany.

Korzystnie, każdy formowany rdzeń formuje się oddzielnie w pełnowymiarowej formie, co daje w efekcie bardziej wytrzymały rdzeń , niż rdzeń wycinany z bloku. Dzieje się tak, ponieważ rdzeń ma własną otaczającą go powłokę z dobrze zgrzanych, gęściejszych komórek.

W korzystnym wariancie wynalazku, w którym uł atwione jest formowanie i uzyskiwanie wymiarów o pełnej grubości (co najmniej 200 mm), a przy tym ma on również inne zalety, rdzeń wytwarza się w dwóch połówkach, które są wzajemnie swoim lustrzanym odbiciem i które kształtuje się w tak zwanej formie środkowej tak, że dwie połowy wypraski z tej samej formy można zgrzać ze sobą i otrzymać kompletny dwuczęściowy rdzeń .

Każda lustrzana połowa zaopatrzona jest w wewnętrzne i zewnętrzne pozycjonery, korzystnie w postaci uzupełniających się wystę pów i wgłębień, przy czym każda połowa ma zarówno uzupełniające się występy, jak i wgłębienia, można więc łatwo obrócić ją o 180° i połączyć występy i wgłębienia jednej połowy z odpowiednimi wgłębieniami i występami drugiej połowy.

Stosując rdzenie formowane oddzielnie można uzyskać daną wytrzymałość przy niższej gęstości, niż w przypadku bloków ciętych. Oszczędność tę ocenia się na około 10% przy gęstości 25 kg/m³ i większych. Odpowiednio, rdzenie formowane oddzielnie wykazują mniejsze zróżnicowanie gęstości, niż wielkie bloki cięte, szczególnie przy większych gęstościach, w przypadku których zróżnicowanie to jest zawsze większe.

Środek ogromnego bloku formowanego ma znacznie mniejszą gęstość niż gęstość średnia. Z tego powodu, aby mieć pewność, że środek bloku uzyska wymaganą gęstość, należy formować bloki o większej gęstości niż rzeczywiście wymagana. Problem ten nie występuje w przypadku formowanych rdzeni, co daje dalszą oszczędność od 8% do 10%. Ponieważ nie występuje zróżnicowanie gęstości, ciężar formowanego rdzenia jest bardziej równomiernie rozłożony, a co za tym idzie, jego jakość jest wszędzie podobna.

Aby zasadniczo poprawić jakość zaopatrzenia w budownictwie stosującym izolowane panele konstrukcyjne o formowanym rdzeniu, w formach stosuje się wkładki, które tworzą ukryte w gotowym, uformowanym rdzeniu, przewody lub kanały, odpowiednie do umieszczania w nich wszelkiego rodzaju instalacji, w szczególności przewodów i kabli elektrycznych. Można też dodatkowo wykonać przewody gazowe, komunikacyjne, wodne, wentylacyjne i inne. Tworzy się w ten sposób sieć z wszelkich potrzebnych przewodów instalacyjnych, które pasują do odpowiednich sieci przewodów zarówno w panelach sąsiednich znajdujących się po bokach, jak i w panelach znajdujących się z góry i z dołu. Ponadto, sieć przewodów można tak rozmieścić w rdzeniu, że nawet po obróceniu panelu na bok o mniejszej szerokości, aby pasował na przykład nad oknem, sieci przewodów sąsiednich paneli wzajemnie do siebie pasują.

W przypadku rdzeni ciętych, usunięcie materiału przy wprowadzaniu przewodów prowadzi do zmniejszenia wytrzymałości rdzenia np. o 0,1%. W panelach o formowanych rdzeniach dwuczęściowych tak się nie dzieje, ponieważ przewody pokrywają się powłoką zgrzanych komórek, która tworzy całość z powłoką otaczającą rdzeń.

Stwierdzono, że zarówno do łączenia okładzin, jak i do łączenia dwóch części rdzenia, gdy rdzeń wytwarzany jest w dwóch częściach, najskuteczniejszy jest nierozpuszczalny, organiczny klej penetrujący o kontrolowanej wilgotności np. MCPU. Klej taki jest mocniejszy niż sam element budowlany, ponieważ wnika między zamknięte komórki. W przypadku rdzeni dwuczęściowych, penetrujący klej tworzy warstwę znajdującą się między komórkami obu części, zapobiegając w ten sposób powstawaniu powierzchni podziału między obiema częściami i tworząc złącze równie trwałe, jak piankowy rdzeń.

Stwierdzono z pewnością, że formowany rdzeń piankowy wraz z przyklejonymi okładzinami jest porównywalny z belką dwuteową i jest bardziej wytrzymały, niż stal. Piankowy rdzeń jest odpowiednikiem środnika belki dwuteowej, zaś okładziny odpowiadają stopkom.

Chociaż wytrzymałość panelu jest więcej niż wystarczająca dla normalnych konstrukcji budowlanych, dzięki jego kompozytowej strukturze można jeszcze bardziej zwiększyć jego wytrzymałość dodając warstwę np. tkaniny tekstylnej lub włóknistej na wewnętrznej powierzchni jednej lub obu okładzin.

Dodanie warstwy lub warstw może dać również inne efekty poza zwiększeniem wytrzymałości, zależnie od własności materiału. Na przykład można zwiększyć ognioodporność. Innym przykładem jest warstwa tekstylna z zatopionym w niej dodatkiem ceramicznym dla celów bezpieczeństwa

PL 209 664 B1 lub wplecionym cienkim przewodem przewodzącym prąd, który umożliwia transfer ciepła bez potrzeby montażu instalacji ogrzewania podłogowego. Można też zastosować siatkę metalową lub wzmocnienie przeciwwiatrowe, które nie tylko zwiększa wytrzymałość, ale także służy jako zapora zabezpieczająca przed przecinaniem.

W rdzeniu ukształtowanym z dwóch części można dołożyć dodatkową warstwę między połowami rdzenia, jak również między rdzeniem a jedną lub obiema okładzinami.

Formowane rdzenie z rozprężonego polistyrenu według wynalazku są tak niezwykle wytrzymałe na ściskanie, że izolowane panele konstrukcyjne nie wymagają żadnych dodatków konstrukcyjnych. Nie ma więc belek drewnianych, stali itp.

Wstępne testy wykazały, że izolowane panele konstrukcyjne według wynalazku można zatwierdzić jako nadające się do wznoszenia do sześciu, a nawet do dziesięciu kondygnacji, bez innych elementów nośnych, co otwiera dalsze potencjalne możliwości na rynku budowlanym.

Przy budowie domu potrzebnych jest wiele innych elementów. Są to m.in. belka obwodowa, z tego samego materiału podstawowego, która przyczynia się do stabilnoś ci poziomej i działa jak nadproże drzwiowe i okienne, belka skrzynkowa przedłużająca rozpiętość paneli przez zwiększenie ich sztywności, narożnik i złącze sejsmiczne, również wykonane z tych samych materiałów podstawowych.

Stropy pośrednie, dachy itp. mogą być wykonane z tych samych elementów podstawowych w fabryce, zaś wielkie elementy są montowane na budowie. Po zmontowaniu całość można obłożyć materiałami dostępnymi lokalnie (cegły, dachówki, kamień, drewno, obrzutka itp.).

Powierzchnia rdzeni formowanych wygląda lepiej, niż powierzchnia rdzeni wycinanych gorącym drutem, która jest uszkodzona przez wstrząsy spowodowane cięciem, można więc ją wykorzystać do nałożenia znaku jakości lub wytłoczenia znaku firmowego lub towarowego.

Do powstania ładnej powierzchni przyczynia się również to, że stosuje się materiał o niskiej zawartości pentanu, składający się z mniejszych granulek, niż jego odpowiednik stosowany do bloków.

Dokładne wymiary uzyskuje się, ponieważ są one określone przez wymiary formy. Dokładność jest więc dużo większa, niż w przypadku wycinania z bloków. Można powiedzieć, że niedogodnością rdzeni formowanych z punktu widzenia projektowania jest ograniczony zakres oferowanych rozmiarów spowodowany wysokim kosztem form i faktem, że zmiana formy zajmuje dużo czasu w porównaniu do czasu przestawiania urządzenia do cięcia gorącym drutem. Można jednak łatwo regulować grubość poprzez dodanie dystansowników między powierzchniami formy.

Aby zapewnić skuteczną izolację i konstrukcyjne połączenia, izolowane panele konstrukcyjne muszą być zaopatrzone w system eliminujący powstawanie szczelin w izolacji, spowodowanych kurczeniem się materiału lub skurczem termicznym. W przypadku rdzeni wycinanych z bloku wymaga to dodatkowych, a więc kosztownych operacji rozdrabniania, strugania lub mielenia. Formowane rdzenie można natomiast wyposażyć w specjalne cechy, eliminując tym samym dodatkowe operacje, co zostanie opisane poniżej. Na przykład wzdłuż krawędzi naprzeciwległych powierzchni rdzeni można, za pomocą wkładek w formie, uformować wgłębienia, w taki sposób, że w dopasowane wgłębienia sąsiednich zmontowanych rdzeni tworzących ścianę budynku można wprowadzić podłużne elementy w postaci pasów zwanych „biscuits”, stosowane do łączenia są siednich rdzeni bez tworzenia się mostków termicznych.

Aby okładziny i rdzeń współpracowały ze sobą, złącza okładzin z rdzeniem muszą być zdolne do przenoszenia sił ścinających między okładzinami a rdzeniem. Złącza muszą być zdolne do przenoszenia naprężeń ścinających i rozciągających. Sprecyzowanie wymagań dotyczących złącz jest trudne. Według prostej reguły złącza powinny być zdolne do przenoszenia takich samych naprężeń ścinających, jak rdzeń. Złącza z „biscuits” we wgłębieniach zabezpieczają przed takimi problemami.

Podczas, gdy wgłębienia wycinane mogłyby spowodować częściową utratę wytrzymałości rdzenia wskutek ubytku materiału, w procesie formowania dwóch oddzielnych części rdzenia powstają wgłębienia pokryte powłoką zgrzanych komórek, która stanowi całość z otaczającą rdzeń powłoką zgrzanych komórek, tak jak w przypadku przewodów instalacyjnych, co zapobiega jakiejkolwiek utracie wytrzymałości.

W maszynie do formowania rdzenia moż na wykonać dwie uformowane części rdzenia z EPS w wymaganych wymiarach, o gęstości 24 kg na cm, wytrzyma łości na zginanie 400 kn/m². Aby uzyskać wymaganą wytrzymałość na zginanie stosując rdzenie wycinane z bloku należałoby użyć materiału na blok rozprężonego do minimum 35 kg na cm. Zgodnie z tym, co powiedziano powyżej, gęstość materiału jest na przestrzeni bloku znacznie zróżnicowana i w związku z tym stosowanie

PL 209 664 B1 dokładnych procedur kontrolnych byłoby niemożliwe. Dokładność cięcia gorącym drutem nie pozwala na uzyskanie wymaganej tolerancji wymiarowej i procent strat wzrósłby gwałtownie.

Wynalazek dotyczy również sposobów wznoszenia budynków przy użyciu izolowanych paneli konstrukcyjnych opisanych powyżej oraz budynków wykonanych z takich paneli i/lub według tego sposobu.

Zalety izolowanych paneli konstrukcyjnych z rdzeniem formowanym są liczne zwłaszcza w przypadku paneli z EPS i są nastę pują ce:

Korzystna cena - w porównaniu z jakimkolwiek innym konwencjonalnym systemem budownictwa.

Wytrzymałość mechaniczna - próby wykonywane na elementach budowlanych tego typu wykazują, że są one dużo lepsze pod każdym względem od elementów z cegieł, drewna lub betonu porównywalnej wielkości. Gotowy budynek, np. dom mieszkalny będzie również odporny na trzęsienia ziemi i huragany.

Łatwość obróbki - szczególne wymagania wykonawcy można zrealizować przy użyciu standardowych narzędzi.

Siła robocza o kwalifikacjach ogólnych - po uzyskaniu pozwolenia można wznosić budynki lub domy siłami stosunkowo słabo wykwalifikowanych pracowników (o ogólnych umiejętnościach), którzy są łatwo dostępni.

Ukryte instalacje - w trakcie formowania łatwo jest wykonać kanały na kable, przewody wodne itp., które są całkowicie schowane i wbudowane do formowanych rdzeni, co rozwiązuje problemy z przewodami. Wyeliminowane są w ten sposób koszty związane z montażem instalacji po zbudowaniu ścian. Jest to znaczące ulepszenie w stosunku do amerykańskich paneli SIP o których wspominano powyżej, w których przewody instalacyjne i na rury wycinane są w uformowanym już rdzeniu, co zajmuje czas i powoduje straty polistyrenu oraz osłabia rdzeń.

Odporność na warunki atmosferyczne - nowe, stare i uszkodzone elementy spełnią najwyższe wymagania norm dotyczących odporności na wiatr, śnieg, słońce i mróz.

Ognioodporność - z dwóch głównych składników izolowanych paneli konstrukcyjnych z rdzeniem EPS, jeden jest nie palny i ma dwugodzinną ognioodporność, zaś drugi jest samo-gaszący. Żaden nie wydziela trujących oparów w trakcie pożaru. Można więc zbudować dom bez użycia jakichkolwiek materiałów palnych.

Odporność na wilgoć - izolowane panele konstrukcyjne z rdzeniem EPS nie są podatne na uszkodzenie wodą pochodzącą z zablokowanych rynien, uszkodzonych, zawilgłych izolacji, cieknących rur, deszczu itp.

Tłumienie hałasu - zastosowanie materiału z rdzeniem o dużej gęstości i grubość ścian z izolowanych paneli konstrukcyjnych z rdzeniem EPS zapewnia nadzwyczajne wyniki w dziedzinie tłumienia hałasu. Przenoszenie drgań przez panele jest w zasadzie niemożliwe.

Trwałość - trwałość domu z cegieł i zaprawy wynosi około 100 lat. Po upływie tego czasu potrzebne są poważne nakłady dla utrzymania go w dobrym stanie. Projektowana trwałość budynków z izolowanych paneli konstrukcyjnych z rdzeniem EPS oceniana jest na 200 lat. Wedł ug informacji pochodzących z USA konstrukcje z SIP, w których stosuje się elementy nośne z drewna szacuje się na 300 lat.

Własności termiczne - uważa się, że izolowane panele konstrukcyjne z rdzeniem EPS będą najlepiej izolującym termicznie materiałem na świecie. Wartość, miara odporności termicznej materiału w przypadku panelu z rdzeniem formowanym jest stał a przez cał e ż ycie materiał u.

Łatwo dostępne materiały - wszystkie podstawowe części składowe izolowanych paneli konstrukcyjnych z rdzeniem EPS będą dostępne jako gotowe towary lub będą wytwarzane na miejscu w wytwórni.

Odporność na działanie organizmów - żaden z izolowanych paneli konstrukcyjnych z rdzeniem EPS nie jest podatny na ataki insektów, gryzoni, grzybów lub na gnicie. Jeżeli w jakiejś części świata pojawiłby się szczególny problem tego rodzaju, można do materiału tego zastosować środki grzybobójcze, owadobójcze itp., w celu jego zwalczenia.

Toksyczność - materiały, z których wykonane są izolowane panele konstrukcyjne z rdzeniem EPS nie zawierają toksyn, substancji rakotwórczych i nie wydzielają zapachów. Sam EPS można właściwie używać w niektórych zastosowaniach spożywczych.

Konserwacja - nie wymagają stałych zabiegów konserwacyjnych. Izolowane panele konstrukcyjne z rdzeniem EPS są odporne i nie ulegają uszkodzeniom wskutek mniejszych uderzeń np. wolno

PL 209 664 B1 poruszającym się pojazdem. W przypadku silnego uderzenia i poważnego uszkodzenia budynek można łatwo naprawić stosując panele zamienne.

Rozbudowa - sposób konstrukcji umożliwia rozbudowę i dobudowywanie dodatkowych pokoi, sypialni, garaży itp. w miarę powiększania się rodziny. Jest to przydatne w wielu społeczeństwach, w których gospodarstwa domowe są początkowo małe i rozrastają się w miarę wzbogacania się i wzrostu potrzeb rodziny.

Techniczna dopuszczalność - panele SIP, które są cieńsze, niż kompozytowe elementy budowlane z rdzeniem formowanym, są szeroko akceptowane w Stanach Zjednoczonych. Testy przeprowadzone już przez BRE wykazują, że izolowane panele konstrukcyjne z rdzeniem EPS daleko przewyższają wymagania dotyczące zarówno sztywności, jak i wytrzymałości podane w normie BS5268: część 6: sekcja 6.1 dla wytrzymałości na obciążenia wiatrem i obciążenia pionowe występujące w budynkach mieszkalnych.

Przyjazne dla środowiska naturalnego - materiały, z których wykonane są izolowane panele konstrukcyjne z rdzeniem EPS są przyjazne dla środowiska naturalnego. Umożliwiają znaczne oszczędności energii: ponad 80% składników (objętościowo) nadaje się do powtórnego przetwarzania; 100% każdego składnika można wykorzystać jako paliwo dla elektrowni, wykorzystując tym samym energię zużytą w procesie produkcji materiału: jest on więc energooszczędny.

Dla lepszego zilustrowania, przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 i 2 przedstawiają odpowiednio obrazy surowca polistyrenowego i wstępnie rozprężone granulki polistyrenowe, stosowane do wytwarzania rdzeni izolowanych paneli konstrukcyjnych, formowanych z EPS, wykonane sposobem zilustrowanym na fig. 3 i 4; fig. 3 i 4 przedstawiają schematy blokowe sposobu wytwarzania izolowanego panelu konstrukcyjnego (SIP) mającego wykonany na wymiar, formowany, dwuczęściowy rdzeń z EPS i dwie wzmacniające wykładziny według jednego z przykładów wykonania wynalazku; fig. 5 przedstawia perspektywiczny widok dwuczęściowej, środkowej formy do wytwarzania formowanych rdzeni z EPS, które mają dwie części tworzą razem rdzeń izolowanego panelu konstrukcyjnego wykonanego sposobem zilustrowanym na fig. 3 i 4; fig. 6 przedstawia perspektywiczny widok dolnej części środkowej formy z fig. 5; fig. 7, 8 i 9 przedstawiają odpowiednio widok z boku, widok z dołu i widok z góry jednej części rdzenia formowanego z EPS wykonanej w formie z fig. 5 i 6; fig. 10 przedstawia przekrój wzdłuż linii A-A z fig. 8, dwóch części rdzenia formowanego z EPS w formie z fig. 5 i 6, umieszczonych jedna nad drugą w pionie; fig. 11 przedstawia dwie części rdzenia formowanego z EPS z fig. 10, sklejone ze sobą tak, że tworzą dwuczęściowy formowany rdzeń z EPS; fig. 12 przedstawia widok szczegółu, w większej skali, jednej części dwuczęściowego formowanego rdzenia z EPS z fig. 11; fig. 13 przedstawia perspektywiczny widok izolowanego panelu konstrukcyjnego zawierającego dwuczęściowy formowany rdzeń z EPS z fig. 11 i 12, umieszczony między dwiema okładzinami i z nimi zlaminowany przez sklejenie; fig. 14 przedstawia perspektywiczny widok części narożnej izolowanego panelu konstrukcyjnego zawierającego dwuczęściowy formowany rdzeń z fig. 11 i 12, umieszczony między dwiema okładzinami i z nimi zlaminowany przez sklejenie; fig. 15 i 16 przedstawiają widoki szczegółów, w większej skali, dwóch przyległych izolowanych paneli konstrukcyjnych ze wskazaniem sposobu łączenia ich ze sobą tak, że na przykład tworzą część ściany budynku, przed i po złączeniu; fig. 17 przedstawia perspektywiczny widok wycinka ściany zawierającego trzy sąsiednie izolowane panele konstrukcyjne, połączone ze sobą sposobem pokazanym na fig. 15 i 16; fig. 18 przedstawia perspektywiczny widok rozłożonej na części ściany budynku wykonanej z izolowanych paneli konstrukcyjnych z dwuczęściowym rdzeniem formowanym z EPS, na którym widać, jak panele są łączone ze sobą; fig. 18a przedstawia schematyczny widok ściany budynku wykonanej z połączonych ze sobą paneli z fig. 18; fig. 19 przedstawia perspektywiczny widok rozłożonych na części elementów ściennych i izolowanych paneli konstrukcyjnych z dwuczęściowym rdzeniem formowanym z EPS z otworami na drzwi i okna, na którym widać jak panele są łączone ze sobą; fig. 20 przedstawia perspektywiczny widok od przodu budynku, z którego usunięto przednią ścianę, aby pokazać wnętrze i którego ściany, podłogi i dach wykonano z izolowanych paneli konstrukcyjnych z dwuczęściowym rdzeniem formowanym z EPS według wynalazku; fig. 21 i 22 przedstawiają odpowiednio przekroje poprzeczne i widoki z przodu złącza sejsmicznego łączącego ze sobą dwa izolowane panele konstrukcyjne z dwuczęściowym rdzeniem formowanym z EPS według wynalazku tworzące podłogę i ściany budynku, które można zastosować do połączenia ze sobą podłogi pierwszego piętra i ścian budynku z fig. 20; fig. 23, 24 i 25 przedstawiają częściowe przekroje poprzeczne części składowych belki skrzynkowej wykonanej z izolowanych paneli konstrukcyjnych z dwuczęściowym rdzeniem formowanym z EPS według wynalazku; fig. 26 przedstawia

PL 209 664 B1 częściowy przekrój poprzeczny belki skrzynkowej złożonej z elementów widocznych na fig. 23-25; fig. 27 przedstawia perspektywiczny widok części jednoczęściowego, oddzielnie uformowanego z EPS rdzenia do zastosowania w izolowanym panelu konstrukcyjnym według innego aspektu wynalazku; fig. 28 i 29 przedstawiają w powiększeniu szczegóły dwóch przyległych izolowanych paneli konstrukcyjnych z rdzeniem z fig. 27, w których widoczny jest sposób łączenia ze sobą dwóch paneli, które mogą na przykład tworzyć fragment ściany budynku (przed samym połączeniem i po połączeniu); fig. 30 przedstawia perspektywiczny widok części jednoczęściowego, oddzielnie uformowanego z EPS rdzenia z polistyrenu, do zastosowania w izolowanym panelu konstrukcyjnym według innego aspektu wynalazku; fig. 31 i 32 przedstawiają wykresy.

Te same oznaczenia numerowe oznaczają na wszystkich figurach te same lub podobne części.

Na fig. od 1 do 6 widać surowiec z polistyrenu o niskiej zawartości pentanu, który składa się z mniejszych swobodnych granulek 1, niż jego odpowiednik z bloku, z którego wytwarzane są konwencjonalne rdzenie z EPS. Materiał składowany jest w kontenerze 3 wskazanym na fig. 4, z którego podawany jest do trójetapowego procesu obejmującego wstępne rozprężanie, chłodzenie i dojrzewanie oraz formowanie, czyli powtórne rozprężanie.

Surowe granulki 1 z polistyrenu wprowadzane są do pierwszego etapu 5 wstępnego rozprężania do objętości równej 20-40 razy ich wielkości początkowej, przez ogrzewanie do temperatury około 100°C, przy użyciu pary wodnej jako nośnika ciepła, sposobem opisanym powyżej. Wstępnie rozprężone granulki, oznaczone numerem 6 na fig. 2, chłodzi się i suszy w suszarce 7 ze złożem fluidalnym (fig. 4) przed odłożeniem do dojrzewania w silosach 8, w postaci właściwie zamkniętych komórek, co również opisano powyżej.

W trzecim, końcowym etapie 9 formowania, czyli powtórnego rozprężania (fig. 3) wykorzystuje się środkową formę 10 mającą dwie części 10a i 10b, co widać na fig. 16. Ścianki części formy 10a i 10b zawierają wiele dysz, czyli otworków wentylacyjnych 12 i wtryskiwaczy powietrza (nie pokazanych) dla celów, które zostaną opisane poniżej.

W części 10a znajduje się wnętrze formy ukształtowane z brzegowym wgłębieniem (niewidocznym na figurze), w którym mieści się odpowiednio ukształtowana wkładka (nie pokazana), wystająca do wnętrza formy podczas formowania. Część 10b ukształtowana jest z kratką 14 (patrz fig. 6) z wzajemnie łączących się wzdłużnych i poprzecznych kanałów, odpowiednio 16 i 18, które dopasowane są od odpowiednich szczelin 16a i 18a w ścianach części 10a. Po hydraulicznym lub pneumatycznym zamknięciu formy na początku procesu formowania, szczeliny i kanały mieszczą w sobie odpowiednio ukształtowane wkładki w kształcie kratki.

Dodatkowo, część 10b formy zaopatrzona jest w uzupełniające się wewnętrzne/zewnętrzne lokalizatory, które stanowią trzy występy 20 znajdujące się w okolicy jednego końca (prawego na fig. 6) części 10b i trzy identycznie rozmieszczone uzupełniające je wgłębienia 22 znajdujące się w okolicy drugiego końca (lewego na fig. 6) części 10b.

Wstępnie rozprężone i dojrzałe granulki 6 zostają wydmuchnięte z silosów 8 do wnętrza części 10a zamkniętej formy 10, za pomocą wtryskiwaczy powietrza (nie pokazanych), przy czym powietrze uchodzi przez dysze czyli wentylatory 12. Każda z części 10a i 10b formy zaopatrzona jest we własną, zakręconą komorę parową (nie pokazaną), która jest połączona z dyszami czyli wentylatorami 12, przez które para wprowadzana jest do wnętrza formy wypełnionego wstępnie rozprężonymi i dojrzałymi granulkami 6, które znajdują się w części 10a zamkniętej formy 10.

W zamkniętej formie 10 granulki 6 są podgrzewane do temperatury od 110°C do 120°C i dalej rozprężane za pomocą pary wodnej. Rozprężanie ograniczone jest wolną przestrzenią w formie, która dociska granulki do siebie i nie mogą one rozprężać się swobodnie będąc zamknięte w formie. Wewnątrz formy rośnie więc ciśnienie, wskutek czego granulki zgrzewają się ze sobą powierzchniami, przy czym zgrzewanie to wspomagane jest lepkością powierzchni zewnętrznych granulek, która pozostała po ich ogrzewaniu. W ten sposób kształtuje się oddzielna część (formowana na wymiar) rdzenia z EPS. Po okresie chłodzenia (spadku ciśnienia), któremu zwykle towarzyszy wprowadzenie podciśnienia w celu usunięcia całej wilgoci, uformowana część rdzenia jest stabilna wymiarowo i można ją wyjąć z formy 10. Uformowana część rdzenia oznaczona jest numerem 24 na fig. 7-9. Wszelkie pozostałości środka rozprężającego (gaz pentan) ulatnia się podczas formowania i uformowana część rdzenia 24 nie zawiera żadnych jego pozostałości. Oddzielna część (formowana na wymiar) rdzenia z EPS, oznaczona 24, otoczona jest powłoką 26, jak widać na fig. 12, i siecią ukształtowanych, pokrytych powłoką kanałów. Na fig. 12 widać tylko kanał 18b.

PL 209 664 B1

Odstępy oraz ilość dysz, czyli wentylatorów 12 i ich sumaryczne pole powierzchni zapewniają, że para wodna dostaje się do wszystkich części wnętrza formy, wskutek czego gęstość ukształtowanych części formy 24, która jest zasadniczo jednorodna, nie jest zróżnicowana o więcej niż ±2,0%.

Na fig. 7-9 widać, że w powierzchni 28, która jest górną powierzchnią oddzielnie formowanej części 24 rdzenia, znajduje się obwodowe wgłębienie 30, które rozciąga się wokół obwodu całej części. To obwodowe wgłębienie 30 kształtuje się za pomocą wkładki do części formy 10a, która wystaje do wnętrza formy podczas formowania. W powierzchni 32 ukształtowana jest kratka 14a wzdłużnych i poprzecznych kanałów, odpowiednio 16b i 18b, za pomocą wkładki w kształcie kratki, która w czasie formowania znajduje się w kratce 14 kanałów 16 i 18 i szczelin 16a i 18a. Widać też na fig. 7 i 9, że trzy występy 20 i trzy identycznie rozmieszczone uzupełniające je wgłębienia 22 znajdujące się w części 10b, kształtują trzy wgłębienia 20a i uzupełniające je występy 22a od spodu powierzchni 32 uformowanej części 24 rdzenia.

Po ukształtowaniu w formie 10 dwóch części, czyli połówek 24 rdzenia, które są wzajemnie swoim lustrzanym odbiciem i następnie wyjęciu ich z formy, przekazuje się je do etapu 34 powlekania spoiwem (fig. 3). W etapie tym powierzchnie 32 są powlekane spoiwem MCPU. Następnie dwie powleczone spoiwem MCPU części 24 rdzenia przenoszone są do etapu prasowania i utwardzania 36 (fig. 3) gdzie jedną część 24 obraca się o 180° względem drugiej części 24 tak, że zajmują pozycje wskazane na fig. 10. W tej pozycji widać wyraźnie do czego służą uzupełniające się występy 22a i wgłębienia 20a. Jak widać, na lewym końcu, wgłębienia 20a górnej części 24 rdzenia wpasowują się w występy 22a dolnej części 24 rdzenia, zaś na prawym końcu, występy 22a górnej części 24 rdzenia wpasowują się we wgłębienia 20a dolnej części 24 rdzenia. Zarówno poprzeczne kanały 18b górnej i dolnej części 24 rdzenia, jak i wzdłużne kanały (nie widoczne) dopasowują się.

Tak więc sprasowanie ze sobą górnej i dolnej części 24 rdzenia w etapie 36 prasowania i utwardzania powoduje ich połączenie, zgodnie z fig. 1. Dopasowane do siebie uzupełniające się występy 22a i wgłębienia 20a sprzęgają się precyzyjnie ze sobą, lokalizując obie części 24 rdzenia względem siebie, zaś dopasowane kanały 16b, 18b tworzą sieć przewodów 38 na linie instalacyjne. Po utwardzeniu spoiwa, powstaje uformowany na wymiar, dwuczęściowy rdzeń 40, który przekazywany zostaje do stanowiska kontroli jakości i etapu sprawdzania 42, zgodnie z fig. 3. Spoiwo wnika do szczelin między zamkniętymi komórkami dwóch części 24 tworząc warstwę, której nie widać na fig. 12, a która znajduje się między dwiema częściami. Spojenie z warstwy spoiwa jest mocniejsze, niż materiał EPS, z którego wykonane są części 24.

Następny etap, oznaczony na fig. 3 numerem 46, obejmuje nałożenie na jedną powierzchnię każdej z okładzin, np. z OSB, sklejki lub płyty cementowej, spoiwa MCPU. Powleczone spoiwem powierzchnie okładzin przenosi się następnie do etapu 48 (fig. 3), gdzie są one starannie nakładane na przeciwległe powierzchnie 28 kształtowanego rdzenia 40. Dla zapewnienia długotrwałego połączenia, wytrzymującego w warunki obciążenia, kształtowany, dwuczęściowy rdzeń 40 z nałożonymi nań okładzinami przenoszony jest do stanowiska 49 prasowania i utwardzania/dojrzewania (fig. 3 i 4), gdzie stosowana jest prasa mechaniczna lub pneumatyczna. Skończony izolowany panel konstrukcyjny 50 (SIP), pokazany na fig. 13, ma rdzeń 40 umieszczony między dwiema okładzinami 52, z którymi jest sklejony.

Na fig. 14 pokazano narożnik panelu SIP 50, który w związku z tym, że utworzony jest właściwie z rdzenia, jest praktycznie nieprzepuszczalny dla wilgoci w porównaniu z konwencjonalnymi narożnikami SIP utworzonymi przez zetknięcie oddzielnych paneli SIP ze sobą. Widać, że w każdym panelu wgłębienia 30, znajdujące się od wewnątrz względem okładzin, tworzą z rdzeniem 40 szczeliny 30a, które spełniają zadanie opisane w odniesieniu do fig. 15 i 17.

Na fig. 15 pokazano, że w szczelinach 30a umieszcza się pasy zwane „biscuits” 54, które można przykleić do tych części rdzenia 40 i okładzin, które tworzą szczeliny 30a, aby połączyć sąsiednie panele SIP 50 ze sobą, jak widać na fig. 16 i 17. Dodatkowo, można skleić ze sobą stykające się powierzchnie sąsiednich paneli SIP 50, ewentualnie, jak widać na fig. 16, tworząc kanały 56 na klej. Na fig. 16 widać podłużny pasek kleju 56a wypełniający kanały 56. Wzdłużne i poprzeczne kanały 38 na linie instalacyjne widać na fig. 17.

Na fig. 18 pokazano, jak montuje się panele SIP 50, w celu zbudowania ściany budynku 57, który pokazany jest w całości na fig. 18a. Zgodnie z fig. 15-17 stosuje się „biscuits” 54, zaś okładziny 52 robi się tak, by wystawały do góry tworząc górne kanały 60 na podłużne elementy 58. Jak widać, górne panele SIP 50 są tak ukształtowane, aby pasowały do niewidocznego dachu spadzistego.

PL 209 664 B1

Na fig. 19 widać otwory 62 okienne i drzwiowe, wycięte w tworzących ścianę 64 panelach SIP 50. Otwory zaopatrzone są w odpowiednie ramy 66, które są dopasowane do kanałów 60 ukształtowanych przez okładziny 52 wystające ponad rdzenie 40.

Panele SIP 50 posadowione są na fundamencie 68 za pośrednictwem pojedynczego płaskownika 58, sprzężonego z kanałem 60 każdego panelu SIP 50.

Budynek 70 przedstawiony na fig. 20 jest dwukondygnacyjny, ma podstawę 72, ściany 74, strop pierwszego piętra 76, dachy 78 i kalenicę 80, która pracuje jak dwuteownik, w którym rolę środnika spełnia rdzeń 40, zaś rolę stopek spełniają okładziny 52 panelu SIP 50. Strop pierwszego piętra 76 można połączyć ze ścianą z paneli SIP 50 za pomocą złącza 90 pokazanego na fig. 21 i 22, które zostaną obecnie opisane. Złącze 90 zawiera element kanałowy 90, podtrzymujący ścianę drugiej kondygnacji, znajdującej się na stropie 76 za pomocą elementu ustalającego 92, który wprowadzony jest do elementu kanałowego 91 i do rdzeni 40 paneli SIP 50 drugiej kondygnacji i do ścian pierwszej kondygnacji. Złącze 90 zaopatrzone jest w osłonę 93 nałożoną na wystającą część 94 stropu 76.

Na fig. 23-25 pokazano elementy panelu SIP mające rdzenie 40, okładziny 52 i „biscuits” 54, które są ze sobą sklejone tak, że tworzą belkę skrzynkową 100, która, już gotowa, przedstawiona jest na fig. 26. Belka skrzynkowa 100 stosowana jest do przedłużania rozpiętości paneli SIP przez zwiększenie ich sztywności. Belkę dwuteową, taką o jakiej wspomniano w poprzednim akapicie, można zastąpić belką skrzynkową 100, jeżeli wymagają tego warunki obciążenia.

Przykład rdzenia 40a pokazany na fig. 27 różni się od dwuczęściowego rdzenia 40 z poprzednich figur tym, że rdzeń 40a jest jednoczęściowym, wykonanym na wymiar, oddzielnie uformowanym blokowym rdzeniem z EPS, o maksymalnej grubości 100 mm. Jak wyniknie z opisu fig. 28 i 29, dwa przyległe panele SIP 50, łączone są ze sobą podobnie, jak opisano to w odniesieniu do fig. 15 i 16 i paneli SIP 50 z dwuczęściowymi rdzeniami 40, poza tym, że nie stosuje się kanałów 56 na pasek kleju 56a. Rdzeń 40a wykonuje się w formie, która działa tak samo, jak forma zaś górna część formy ma wgłębienie na uzupełniającą wkładkę tworzącą wgłębienie 30.

Prosty, oddzielnie uformowany rdzeń blokowy z EPS 40b taki, jak na fig. 30, bez wgłębień na wkładki formy można wykonać w takiej formie.

Rdzenie 40a i 40b są włożone między nie pokazane okładziny 52, z którymi są połączone tak, że tworzą panel SIP 50.

Fig. 31 przedstawia dwa wykresy ilustrujące porównanie dwóch rdzeni, odpowiednio sztywnego i podatnego przy obciążeniu poprzecznym. Linia ugięcia na górnym wykresie wskazuje, że testowany rdzeń, to znaczy dwuczęściowy formowany rdzeń 40 o zasadniczo równomiernej gęstości jest sztywny w kierunku poprzecznym, co oznacza, że ulega dopuszczalnemu odkształceniu dla zastosowania w panelu SIP, poddawanym długotrwałemu obciążeniu ściskającemu takiemu, jakie występuje w ścianach budynku.

Z drugiej strony, na dolnym wykresie widać, że testowany rdzeń, to znaczy rdzeń o nierównomiernej (małej) gęstości taki, jak wycięty z bloku EPS, jest podatny przy obciążeniu poprzecznym, ponieważ odkształcenie jego byłoby niepożądanie duże dla zastosowania w panelu SIP, poddawanym długotrwałemu obciążeniu ściskającemu takiemu, jakie występuje w ścianach budynku.

Niektóre wartości typowych wytrzymałości na zginanie formowanych rdzeni z EPS, w porównaniu do odpowiednich wartości dla rdzeni wyciętych z bloku EPS, podano na wykresie przedstawionym na fig. 32 i mówią one same za siebie. Skurcz rdzenia jest rzędu 0,5-0,6%, przy czym jest to wartość pomierzona po dwóch lub trzech miesiącach.

Testy przeprowadzone na prototypach dały reprezentatywne wyniki, podane dla przykładu i lepszego objaśnienia wynalazku w poniższej tabeli.

PL 209 664 B1

T a b e l a

Numer panelu	Obciążenie pionowe (kN)	Sztywność panelu w cyklu sztywności Rstiff(N/mm)	Sztywność panelu w cyklu wytrzymałości Rstr(N/mm)	Średnia sztywność panelu R(N/mm)	Szacunkowe obciążenie przy zniszczeniu Fmax, est (kN)	Obciążenie przy zniszczeniu Fmax (kN)
Seria testów 1
MPR1	0	4613	5101	4857	25	33,59
MPR2	0	5010	5063	5023	32	47,54
MPR3	0	4294	5418	4856	42	39,54
MPR4	0	2951	4986	3968	40	34,44
MPR5	0	4225	5677	4951	40	38,80
MPR6	5	6558	7136	6847	60	45,02
MPR7	5	6987	6963	6975	48	44,78
MPR8	5	5058	5821	5439	44	54,02
MPR9	5	5861	7176	6519	46	49,28
MPR10	5	5521	7627	6574	48	48,03
Seria testów 2
MIP1	0	3543	3894	3718	36	26,46
MIP2	0	642	877	759	10	5,70
MIP3	0	392	553	472	8	6,00

W opisanych przykładach można wprowadzać różnorodne modyfikacje w ramach wynalazku, nie wykraczając poza ideę wynalazczą ujawnioną we wstępnej części opisu. Na przykład formowane rdzenie z EPS można zarówno przed jak i po połączeniu z okładzinami 52, ciąć na mniejsze kawałki, o kształcie prostokątnym lub innych kształtach, zależnie od ich położenia i/lub przeznaczenia (patrz np. fig. 18). W takim przypadku, zależnie od wymagań dotyczących obciążeń, może zaistnieć potrzeba obłożenia powierzchni cięcia formowanego rdzenia z EPS okładziną taką jak „biscuit”, aby wyrównać ewentualne straty wytrzymałości.

Claims (23)

1. Izolowany panel konstrukcyjny, stosowany jako element nośny budynku, który ma rdzeń uformowany z przynajmniej jednej wypraski z rozprężonego polimeru, umieszczonej między dwiema okładzinami, z którymi jest połączona, przy czym okładziny są przymocowane do powierzchni rdzenia, znamienny tym, że te powierzchnie (28) są ukształtowane przy formowaniu rdzenia (40), a okładziny (52) są przymocowane do tych uformowanych uprzednio powierzchni (28) rdzenia, zaś wspomniana przynajmniej jedna wypraska rdzeniowa ma zasadniczo jednolitą gęstość.

2. Izolowany panel według zastrz. 1, znamienny tym, że rdzeń (40) jest wypraską z rozprężonego polistyrenu.

3. Izolowany panel według zastrz. 2, znamienny tym, że posiada minimalnie zróżnicowaną gęstość rdzenia (40).

4. Izolowany panel według zastrz. 1, 2 albo 3, znamienny tym, że rdzeń wykonany jest ze wstępnie rozprężonego i następnie dogrzewanego i ponownie rozprężanego w parze wodnej polistyrenu.

5. Izolowany panel według zastrz. 1, 2 albo 3, znamienny tym, że ma 1,2 metra szerokości, 0,2 metra grubości i 2,4 metra wysokości/długości.

PL 209 664 B1

6. Izolowany panel według zastrz. 1,2 albo 3, znamienny tym, że okładziny (52) wykonane są z płyty cementowej, sklejki, kompozytowej płyty gipsowo-tekstylnej lub z OSB.

7. Izolowany panel według zastrz. 1,2 albo 3, znamienny tym, że rdzeń (40) zawiera dwie połowy, które są swoimi lustrzanymi odbiciami.

8. Izolowany panel według zastrz. 7, znamienny tym, że każda połowa rdzenia (40), będąca lustrzanym odbiciem drugiej jego połowy, zaopatrzona jest w wewnętrzne/zewnętrzne lokalizatory (20a, 22a) do sprzęgania obu połówek.

9. Izolowany panel według zastrz. 1,2 albo 3, znamienny tym, że rdzeń (40) zawiera co najmniej jeden kanał (16b, 18b).

10. Izolowany panel według zastrz. 9, znamienny tym, że zawiera sieć kanałów (38) tak rozmieszczonych, że każdy kanał jest dopasowany do kanału w podobnym sąsiednim kanale i można go z nim połączyć.

11. Izolowany panel według zastrz. 1, znamienny tym, że części panelu połączone są ze sobą organicznym, nierozpuszczalnym spoiwem penetrującym o kontrolowanej wilgotności.

12. Izolowany panel według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera wgłębienie (30, 30a) wzdłuż krawędzi na przeciwległych powierzchniach rdzenia (40), mieszczące elementy łączące (54) panel z innym panelem.

13. Zastosowanie izolowanego panelu konstrukcyjnego określonego zastrz. do 1 do 12 jako element nośny budynku.

14. Sposób wytwarzania izolowanego panelu konstrukcyjnego, obejmujący formowanie rdzenia z rozprężonego polimeru, który ma co najmniej dwie przeciwległe powierzchnie, w którym okładziny łączy się z formowanymi powierzchniami, znamienny tym, że przeciwległe powierzchnie (28) rdzenia (40) wytwarza się przez formowanie, zaś okładziny (52) mocuje się do tych uprzednio uformowanych powierzchni (28).

15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że etap formowania rdzenia (40) z rozprężonego polimeru obejmuje wstępne rozprężanie granulek polimerowych (1) przez ich ogrzewanie parą wodną, chłodzenie i suszenie wstępnie rozprężonych granulek, poddawanie dojrzewaniu wstępnie rozprężonych granulek a następnie dalsze rozprężanie wstępnie rozprężonych i dojrzałych granulek w formie (10) za pomocą pary wodnej.

16. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że forma (10) stosowana do dalszego rozprężania wstępnie rozprężonych i dojrzałych granulek jest formą dwuczęściową, która ma wnętrze, przy czym każda część jest połączona ze źródłem pary wodnej, zaś powierzchnie wnętrza formy zaopatrzone są w wiele punktów (12) wtrysku pary.

17. Sposób według zastrz. 14, 15 albo 16, znamienny tym, że forma (10) jest formą środkową.

18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że forma (10) jest ukształtowana tak, że w każdej połowie rdzenia powstają wewnętrzne/zewnętrzne lokalizatory (20a, 22a).

19. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że forma (10) jest ukształtowana tak, że tworzy wgłębienia (16b, 18b) wzdłuż krawędzi naprzeciwległych powierzchni rdzenia.

20. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że forma (10) jest ukształtowana tak, że tworzy w rdzeniu co najmniej jeden kanał (16b, 18b).

21. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że części panelu (50) łączy się za pomocą organicznego, nierozpuszczalnego spoiwa lub kleju penetrującego o kontrolowanej wilgotności.

22. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że jako rozprężony polimer rdzenia (40) stosuje się rozprężony polistyren.

23. Sposób wznoszenia budynku, w którym stosuje się panel (50) określony zastrzeżeniami od 1 do 12.