Gevormde metalen dakpannen: profielen, materialen en installatie

Gevormde metalen dakpannen bereiken de esthetiek van traditionele kleitegels, leisteen of houtschudden en bieden tegelijkertijd de structurele prestaties van een volledig in elkaar grijpend metalen paneelsysteem. Het belangrijkste voordeel ten opzichte van hun traditionele tegenhangers is gewichtsvermindering: een met steen bedekte stalen tegelconstructie weegt ongeveer 6,5 tot 8,5 kg/m² (1,3 tot 1,7 psf), vergeleken met 45 tot 75 kg/m² voor kleitegels en 55 tot 90 kg/m² voor leisteen . Dit gewichtsverschil maakt installatie over bestaande asfaltshingledaken mogelijk zonder structurele versterking en vermindert de seismische massa van het gebouw met ongeveer 85% op het dakvlak.

Materiaalsubstraten en het steencoatingproces

Gevormde metalen dakpannen beginnen als vlak spoelmateriaal, meestal galvalume-gecoat staal conform ASTM A792 met een AZ50- of AZ55-coating van aluminium-zinklegering. De dikte van het basisstaal varieert van 0,35 mm tot 0,55 mm (28 gauge tot 24 gauge) , waarbij 0,42 mm de industrienorm is voor dakbedekking van woningen in gematigde windzones. De rol wordt eerst gestempeld of gerolvormd tot een profiel dat het visuele karakter van een specifiek traditioneel dakbedekkingsmateriaal nabootst: tonpannen, platte leien, S-pannen of handgespleten shakes. Het stempelproces creëert in één enkele persslag een driedimensionaal reliëfpatroon, inclusief valse verbindingen, waterkanalen en spijkerflenzen.

Na het vormen krijgt de stalen tegel zijn bepalende kenmerk: een steenkorrelcoating op acrylbasis die aan het oppervlak is gehecht met een keramisch bindmiddel op hoge temperatuur. De korrels, gebroken en gezeefd natuursteen of keramisch gecoat kwarts, variëren in grootte van 0,5 mm tot 2,5 mm en worden elektrostatisch aangebracht om volledige dekking te garanderen. De gecoate tegel wordt vervolgens in de oven uitgehard 150°C tot 200°C , het verknopen van het polymeerbindmiddel en het mechanisch vergrendelen van de korrels aan het stalen substraat. Het resultaat is een gestructureerd oppervlak dat de impactenergie van hagelstenen absorbeert, de visuele glans van blank metaal onderdrukt en een loopoppervlak biedt met een wrijvingscoëfficiënt van meer dan 0,7, vergelijkbaar met asfaltshingles.

Hoewel aluminium- en kopertegels een kleiner marktsegment vormen, worden ze gespecificeerd voor kustinstallaties waar de chloride-afzettingssnelheid groter is 50 mg/m² per dag . Aluminium tegels met een dikte van 0,7 mm tot 0,9 mm hebben een gewalste afwerking of een PVDF-coating (polyvinylideenfluoride) in een reeks kleuren. Koperen tegels, geleverd in een dikte van 0,55 mm tot 0,7 mm, blijven ongecoat en ontwikkelen een beschermende patina gedurende de eerste vijf tot acht jaar van blootstelling. Noch aluminium noch koperen tegels zijn met steen bedekt; hun esthetiek is afhankelijk van de natuurlijke metalen afwerking en de ontwikkeling van een oxidelaag die verdere corrosie tegenhoudt.

Profielfamilies en hun visuele analogen

De markt categoriseert gevormde metalen dakpannen op basis van het traditionele materiaal dat ze nabootsen. De volgende tabel geeft een overzicht van de belangrijkste profielfamilies, hun maatkenmerken en de dakhellingen waarvoor ze zijn beoordeeld.

Windweerstand en interlock-techniek

De windopwaartse prestaties van een gevormd metalen pannendak worden niet bepaald door het gewicht van de pannen, zoals het geval is bij geballaste klei- of betonpannen, maar door de mechanische aangrijping van de in elkaar grijpende zij- en eindoverlappingen. Elke pan wordt aan het dakdek bevestigd door middel van een spijkerflens of clip die verborgen wordt door de overlappende tegel erboven, zodat geen enkele bevestigingskop wordt blootgesteld aan weersinvloeden. De gevormde randen van de tegel bevatten een reeks ribben, teruggaande bochten en anti-capillaire groeven die een kronkelig pad creëren voor door de wind aangedreven water dat de zijoverlap probeert binnen te dringen.

Het standaard testprotocol is ASTM E1592, dat de structurele prestaties van een representatieve dakpaneelconstructie evalueert onder een uniform statisch drukverschil. Een correct geïnstalleerd stalen tegelsysteem met stenen coating, waarbij de tegels mechanisch zijn vergrendeld en bevestigd aan een multiplex- of OSB-dek van minimaal 15 mm, bereiken een ontwerpwindopwaartse waarde van 2,4 kPa (50 psf) , wat overeenkomt met een basiswindsnelheid van ongeveer 160 km/u (100 mph) in blootstellingscategorie B. Voor orkaanzones met hoge snelheid (HVHZ), zoals Miami-Dade County, Florida, moeten het tegelprofiel, het bevestigingspatroon en de onderlaag worden getest als een compleet systeem tot een opwaartse druk van 7,2 kPa (150 psf) zonder dat de tegels loskomen of het bevestigingsmiddel wordt uitgetrokken. Om aan deze norm te voldoen zijn doorgaans zes bevestigingsmiddelen per tegel nodig in plaats van de standaard vier, en de bevestigingsmiddelen moeten ringspijkers of schroeven zijn met een minimale uittrekweerstand van 220 N (50 lbf) in het specifieke terrasmateriaal.

Ondervloer en de secundaire waterkering

De metalen dakpan zelf is het primaire regenscherm, maar de onderlaag is de secundaire waterkering die gedurende de volledige levensduur van het dak moet functioneren, zelfs als een dakpan losraakt door een botsing of extreme wind. Bouwvoorschriften in de meeste rechtsgebieden vereisen minimaal een enkele laag ASTM D226 Type II asfalt-verzadigd organisch vilt, maar dit materiaal heeft een levensduur van 20 tot 25 jaar vóór verbrossing, terwijl voor de metalen tegel erboven een garantie van 50 jaar of meer geldt. Het resulterende verschil in levensduur is de meest voorkomende oorzaak van waterindringing op verouderde metalen pannendaken.

De huidige beste praktijk, vastgelegd in de installatie-instructies van de fabrikant voor hoogwaardige, met steen beklede staalsystemen, is een zelfhechtend polymeer-gemodificeerd bitumenmembraan zoals een SBS-gemodificeerd product dat voldoet aan ASTM D1970, geïnstalleerd over het gehele dakdek, niet alleen aan de dakrand en valleien. Dit membraan, meestal 1,0 mm tot 1,5 mm dik met een polyethyleenlaag met hoge dichtheid, biedt een volledig hechtende waterdichte laag die zichzelf afdicht rond de doorvoeringen van bevestigingsmiddelen en flexibel blijft bij temperaturen tot -30°C. Op een dak met een helling van minder dan 4:12 wordt een secundaire drainagemat van verstrengelde polymeerfilamenten tussen de onderlaag en de tegels geplaatst om een ​​drainageholte van 6 mm te creëren die de opbouw van hydrostatische druk achter de zijoverlappen onder windgedreven regenomstandigheden voorkomt.

Bevestigingssystemen en corrosiecompatibiliteit

De keuze van bevestigingsmiddelen voor gevormde metalen dakpannen moet rekening houden met drie verschillende corrosiemechanismen: atmosferische corrosie op de blootgestelde kop, galvanische corrosie op het grensvlak met het tegelsubstraat en spleetcorrosie in de bevestigingsschacht onder de pan. Het minimaal gespecificeerde bevestigingsmiddel voor met steen bedekte stalen tegels is a Type 304 roestvrijstalen ringschachtspijker of een koolstofstalen schroef met een klasse C thermisch verzinkte coating (minimale zinkdikte 45 μm) . In kustinstallaties binnen een straal van 3 km van zout water moet het bevestigingsmiddel worden geüpgraded naar type 316 roestvrij staal, dat 2% tot 3% molybdeen bevat voor weerstand tegen putjes in chloride-omgevingen.

Voor aluminium tegels moeten de bevestigingsmiddelen van aluminium of type 305 roestvrij staal zijn, omdat koolstofstalen bevestigingsmiddelen, zelfs gegalvaniseerd, kathodisch zijn voor aluminium en de putvorming van de tegel rond het bevestigingsgat zullen versnellen. Voor koperen tegels zijn bevestigingsmiddelen van koper of siliciumbrons verplicht, omdat roestvrijstalen bevestigingsmiddelen die in contact komen met koper een galvanisch koppel creëren dat het stalen onderdeel snel aantast terwijl het koper onaangetast blijft. De gepubliceerde galvanische compatibiliteitstabel van de fabrikant van het bevestigingsmiddel, met verwijzingen naar het tegelmateriaal, moet worden opgenomen in het projectindieningspakket en worden goedgekeurd door de bestekschrijver voordat enig materiaal op de locatie wordt afgeleverd.

Thermische beweging en de clipsysteembenadering

Staal zet uit met een snelheid van ongeveer 12 x 10⁻⁶ m/m per °C Dit betekent dat een stalen tegel van 1.300 mm die wordt blootgesteld aan een seizoenstemperatuurschommeling van 60°C (van -10°C op een winternacht tot 50°C op een zomermiddag) zal uitzetten en krimpen met ongeveer 0,94 mm. Deze beweging, hoewel klein in absolute termen, is voldoende om spijkergaten te verlengen en bevestigingsmiddelen los te maken gedurende 20 tot 30 jaar thermische cycli als de tegels op elk bevestigingspunt stevig worden vastgespijkerd zonder rekening te houden met differentiële beweging.

Hoogwaardige metalen tegelsystemen pakken dit aan door een op clips gebaseerd bevestigingssysteem te integreren. Op het dek wordt een roestvrijstalen of gegalvaniseerde stalen clip geschroefd en de tegel wordt zodanig aan de clip gehaakt dat de tegel ten opzichte van de clip in de lengterichting kan verschuiven terwijl hij in verticale richting wordt tegengehouden. De clipsleuf is verlengd met ±1,5 mm ten opzichte van de diameter van het bevestigingsmiddel, waardoor de noodzakelijke thermische bewegingsaccommodatie wordt geboden zonder het bevestigingsmiddel te overbelasten of het spelingsgat te verlengen. Het clipmateriaal is zo gekozen dat het anodisch is ten opzichte van het tegelmateriaal, zodat eventuele incidentele corrosie optreedt op de vervangbare clip in plaats van op de permanente tegel.

Hagelslagvastheid en testnormen

De steengranulaatcoating op een stalen tegel zorgt niet alleen voor een esthetische textuur, maar ook voor een opofferingsabsorberende laag. Bij de hagelinslagtest FM 4473 wordt een stalen tegelsamenstel onderworpen aan een ijsbal met een diameter van 51 mm (2 inch) die wordt voortgestuwd met een snelheid die is gekalibreerd om de energie van de hagelinslag in vrije val te simuleren. Het acceptatiecriterium is dat de tegel geen zichtbare barsten, perforaties of korrelverlies mag vertonen 10% van het getroffen gebied . Met steen gecoate stalen tegels met een stalen substraat van 0,42 mm of dikker behalen doorgaans een klasse 4 slagvastheidsclassificatie onder UL 2218, de hoogste classificatie, die vereist is voor kortingen op verzekeringspremies in hagelgevoelige gebieden van de Verenigde Staten en Australië.

Ongecoate aluminium en koperen tegels deuken onder hagelinslagen in plaats van te barsten. Een deuk groter dan 3 mm diep of 25 mm in diameter wordt beschouwd als een functioneel defect onder de voorwaarden van de hagelgaranties van de meeste fabrikanten, niet omdat de deuk de weerdichtheid in gevaar brengt, maar omdat deze vanaf de grond visueel verwerpelijk is. De deukweerstand van een aluminium tegel is een functie van de legeringstemperatuur en de plaatdikte. Een H14-aluminiumtegel met een dikte van 0,8 mm is bestand tegen hagelstenen tot 38 mm (1,5 inch) zonder zichtbare deuken; Door de dikte te vergroten tot 1,0 mm wordt die drempel vergroot tot ongeveer 45 mm (1,75 inch).

Dal-, nok- en penetratie-flitsdetails

Het gevormde metalen tegelsysteem is slechts zo waterdicht als de gootstukken. Het dalstuk, waar twee dakvlakken elkaar kruisen en de stroom van het gehele stroomgebied boven de kruising concentreren, is het meest kritische detail. Het standaarddetail is een W-vormig dalmetaal vervaardigd uit Galvalume-staal met een minimale dikte van 0,55 mm of 0,7 mm aluminium, met een opstaande naad op de middellijn die de waterstroom zonder turbulentie naar beide zijden verdeelt. Het dalmetaal moet minimaal uitstrekken 200 mm (8 inch) onder de snijrand van de metalen tegels aan elke zijde, en de snijrand van de tegel moet 15 mm naar boven worden gedraaid om een capillaire breuk te creëren die voorkomt dat water zich rond de tegelrand wikkelt en in de zijoverlapping terechtkomt.

De nok- en heupkappen zijn normaal gesproken gemaakt van hetzelfde materiaal als de veldtegels en zijn bevestigd aan een doorlopende metalen sluitstrip die zich aanpast aan het tegelprofiel. De dop wordt vastgezet met zichtbare bevestigingsmiddelen door voorgestanste doorvoergaten, met een neopreen- of EPDM-ring die is samengedrukt om 30% tot 40% van de oorspronkelijke dikte onder de schroefkop om een ​​weerbestendige afdichting te bieden. Blootliggende bevestigingsmiddelen op nokkappen zijn het eerste onderhoudsitem op een metalen pannendak; de sluitring moet om de vijf jaar worden geïnspecteerd en vervangen als het rubber scheuren in het oppervlak vertoont of compressievervorming vertoont die terugveren verhindert wanneer het met een vingernagel wordt onderzocht.

Pijpdoorvoeringen, ventilatieopeningen op zolder en dakramen worden voorzien van voorgefabriceerde EPDM- of siliconen pijpbeschermers met een flexibele kraag die is aangepast aan de diameter van de doorvoer. De basisflens van de kofferbak, die in de tegellaag is geïntegreerd, is gekerfd en met butyltape aan de ondervloer afgedicht, en de bovenrand van de flens is gelept onder de oplopende tegellaag. De flexibele kraag moet een thermisch uitzettingsverschil van ±2 mm tussen de buis en het dakdek zonder te scheuren of de compressieafdichting tegen de buiswand te verliezen.

Levenscycluskosten en de garantiestructuur

De installatiekosten van een met stenen bedekt stalen pannendak variëren van $ 11 tot $ 18 per vierkante voet ($118 tot $194 per vierkante meter) inclusief ondervloeren, gootstukken en arbeid, afhankelijk van de profielcomplexiteit en de dakgeometrie. Dit positioneert metalen tegels tussen hoogwaardige architecturale asfaltshingles voor $ 5 tot $ 8 per vierkante voet en natuurlijke leisteen voor $ 25 tot $ 40 per vierkante voet. De economische rechtvaardiging berust op de garantieduur en de vermeden renovatiekosten gedurende de levensduur van het gebouw.

De standaard fabrieksgarantie voor met steen beklede stalen tegels dekt de volgende onderdelen naar rato: 50 jaar over de structurele integriteit van het stalen substraat tegen perforatie door atmosferische corrosie, 25 jaar op de steenkorrelhechting tegen delaminatie groter dan 5% van het tegeloppervlak, en 10 jaar over de kleurstabiliteit van de acrylaatglazuur tegen vervaging boven 5 Delta E-eenheden, gemeten met een spectrofotometer. De garantie is eenmalig overdraagbaar aan een volgende eigenaar en vereist een gedocumenteerde installatie door een door de fabrikant gecertificeerde aannemer. De meest voorkomende garantieclaim is het verlies van korrels aan de snijranden van in het veld afgesneden tegels, waar de in de fabriek aangebrachte randafdichting is verbroken; om deze reden moeten alle in het veld gesneden randen binnen 24 uur na het snijden worden bijgewerkt met de door de fabrikant meegeleverde randverf.