Ngói lợp kim loại định hình: Cấu hình, Vật liệu & Lắp đặt

Tấm lợp kim loại định hình đạt được tính thẩm mỹ của gạch đất sét, đá phiến hoặc gỗ lắc truyền thống trong khi vẫn mang lại hiệu suất kết cấu của hệ thống bảng kim loại lồng vào nhau hoàn toàn. Ưu điểm cốt lõi so với các đối tác truyền thống của họ là giảm trọng lượng: một cụm ngói thép phủ đá nặng khoảng 6,5 đến 8,5 kg/m2 (1,3 đến 1,7 psf), so với 45 đến 75 kg/m2 đối với ngói đất sét và 55 đến 90 kg/m2 đối với đá phiến . Sự chênh lệch trọng lượng này cho phép lắp đặt trên các mái ván lợp nhựa đường hiện có mà không cần gia cố kết cấu và giảm khối lượng địa chấn của tòa nhà khoảng 85% tại mặt phẳng mái.

Chất liệu nền và quy trình phủ đá

Tấm lợp kim loại định hình bắt đầu dưới dạng thép cuộn phẳng, phổ biến nhất là thép được phủ Galvalume phù hợp với tiêu chuẩn ASTM A792 với lớp phủ hợp kim nhôm-kẽm AZ50 hoặc AZ55. Độ dày thép cơ bản dao động từ 0,35 mm đến 0,55 mm (28 thước đến 24 thước) , với 0,42 mm là tiêu chuẩn công nghiệp cho tấm lợp nhà ở ở vùng có gió vừa phải. Đầu tiên, cuộn dây được dập hoặc cuộn thành một cấu hình tái tạo đặc tính trực quan của một vật liệu lợp truyền thống cụ thể: ngói thùng, đá phiến phẳng, ngói chữ S hoặc lắc tách tay. Quá trình dập tạo ra một mô hình nổi ba chiều, bao gồm các khớp giả, rãnh nước và mặt bích đinh, chỉ trong một lần nhấn.

Sau khi hình thành, gạch thép nhận được đặc điểm nổi bật: lớp phủ dạng hạt đá gốc acrylic liên kết với bề mặt bằng chất kết dính gốm nhiệt độ cao. Các hạt, đá tự nhiên được nghiền và sàng lọc hoặc thạch anh phủ gốm, có kích thước từ 0,5 mm đến 2,5 mm và được áp dụng tĩnh điện để đảm bảo phủ sóng hoàn toàn. Ngói phủ sau đó được xử lý bằng lò ở nhiệt độ 150°C đến 200°C , liên kết ngang chất kết dính polymer và khóa cơ học các hạt vào nền thép. Kết quả là tạo ra một bề mặt có kết cấu giúp hấp thụ năng lượng va chạm từ đá mưa đá, giảm độ bóng nhìn thấy được của kim loại trần và tạo ra bề mặt đi bộ có hệ số ma sát trên 0,7, có thể so sánh với ván lợp nhựa đường.

Gạch nhôm và đồng, mặc dù phân khúc thị trường nhỏ hơn, được chỉ định cho việc lắp đặt ven biển nơi tốc độ lắng đọng clorua vượt quá 50 mg/m2 mỗi ngày . Gạch nhôm có độ dày 0,7 mm đến 0,9 mm được hoàn thiện bằng máy nghiền hoặc lớp phủ cuộn PVDF (polyvinylidene fluoride) với nhiều màu sắc. Gạch đồng, được cung cấp với độ dày 0,55 mm đến 0,7 mm, không được phủ và phát triển một lớp gỉ bảo vệ trong vòng 5 đến 8 năm đầu tiên tiếp xúc. Gạch nhôm và gạch đồng đều không được phủ đá; Tính thẩm mỹ của chúng dựa vào lớp hoàn thiện kim loại tự nhiên và sự phát triển của lớp oxit giúp ngăn chặn sự ăn mòn thêm.

Họ hồ sơ và các hình ảnh tương tự trực quan của họ

Thị trường phân loại ngói lợp kim loại định hình theo vật liệu truyền thống mà chúng mô phỏng. Bảng dưới đây tóm tắt các nhóm mặt cắt chính, đặc điểm kích thước của chúng và độ dốc mái mà chúng được đánh giá.

Khả năng chống gió và kỹ thuật khóa liên động

Hiệu suất nâng gió của mái ngói kim loại định hình được xác định không phải bởi trọng lượng của ngói, như trường hợp của ngói đất sét nung hoặc ngói bê tông, mà bởi sự gắn kết cơ học của các cạnh lồng vào nhau và các mép cuối. Mỗi viên ngói được cố định vào sàn mái thông qua một mặt bích đinh hoặc kẹp được che giấu bằng lớp ngói chồng lên nhau phía trên nó, để không có đầu dây buộc nào tiếp xúc với thời tiết. Các cạnh được tạo hình của viên gạch kết hợp một loạt các đường gân, các đường uốn cong trở lại và các rãnh chống mao dẫn tạo ra một đường ngoằn ngoèo cho nước theo gió cố gắng xuyên qua mép bên.

Quy trình thử nghiệm tiêu chuẩn là ASTM E1592, đánh giá hiệu suất kết cấu của tổ hợp tấm mái đại diện dưới sự chênh lệch áp suất tĩnh thống nhất. Một hệ thống ngói thép phủ đá được lắp đặt đúng cách với các viên gạch được khóa liên động cơ học và gắn chặt vào ván ép hoặc sàn OSB dày tối thiểu 15 mm sẽ đạt được mức nâng gió thiết kế là 2,4 kPa (50 psf) , tương ứng với tốc độ gió cơ bản khoảng 160 km/h (100 mph) ở Loại phơi nhiễm B. Đối với các vùng bão tốc độ cao (HVHZ) như Hạt Miami-Dade, Florida, mặt cắt gạch, kiểu buộc và cụm lớp lót phải được thử nghiệm như một hệ thống hoàn chỉnh với áp suất nâng là 7,2 kPa (150 psf) không có sự tách rời của gạch hoặc dây kéo. Việc đáp ứng tiêu chuẩn này thường yêu cầu sáu chốt trên mỗi viên thay vì bốn chốt tiêu chuẩn và các chốt phải là đinh hoặc vít có chuôi vòng có lực cản kéo tối thiểu là 220 N (50 lbf) đối với vật liệu sàn cụ thể.

Lớp lót và lớp chắn nước thứ cấp

Bản thân ngói kim loại là tấm chắn mưa chính, nhưng lớp lót bên dưới là lớp chắn nước thứ cấp phải hoạt động trong suốt thời gian sử dụng của mái nhà, ngay cả khi ngói bị bong ra do va đập hoặc gió cực mạnh. Quy chuẩn xây dựng ở hầu hết các khu vực pháp lý yêu cầu tối thiểu một lớp nỉ hữu cơ bão hòa nhựa đường theo tiêu chuẩn ASTM D226 Loại II, nhưng vật liệu này có tuổi thọ sử dụng khoảng 20 đến 25 năm trước khi bị giòn, còn tấm kim loại phía trên được bảo hành từ 50 năm trở lên. Tuổi thọ sử dụng không phù hợp là nguyên nhân phổ biến nhất dẫn đến hiện tượng nước xâm nhập vào mái ngói kim loại đã cũ.

Phương pháp tốt nhất hiện nay, được hệ thống hóa trong hướng dẫn lắp đặt của nhà sản xuất dành cho hệ thống thép phủ đá cao cấp, là màng bitum polyme biến tính tự dính, chẳng hạn như sản phẩm được cải tiến SBS tuân thủ tiêu chuẩn ASTM D1970, được lắp đặt trên toàn bộ sàn mái, không chỉ ở mái hiên và thung lũng. Màng này thường dày 1,0 mm đến 1,5 mm với bề mặt bằng polyetylen mật độ cao, cung cấp lớp chống thấm được kết dính hoàn toàn, tự bịt kín xung quanh các điểm xuyên qua dây buộc và vẫn linh hoạt ở nhiệt độ xuống tới -30°C. Trên mái nhà có độ dốc dưới 4:12, một tấm thảm thoát nước thứ cấp gồm các sợi polyme vướng víu được đặt giữa lớp lót và gạch để tạo ra một khoang thoát nước 6 mm giúp ngăn ngừa sự tích tụ áp suất thủy tĩnh phía sau các mép bên trong điều kiện mưa do gió.

Hệ thống buộc chặt và khả năng tương thích ăn mòn

Việc lựa chọn dây buộc cho ngói lợp kim loại định hình phải giải quyết được ba cơ chế ăn mòn riêng biệt: ăn mòn do khí quyển trên phần đầu lộ ra ngoài, ăn mòn điện tại bề mặt tiếp xúc với nền ngói và ăn mòn kẽ hở trong thân dây buộc bên dưới ngói. Dây buộc quy định tối thiểu cho gạch thép phủ đá là Đinh có chuôi vòng bằng thép không gỉ loại 304 hoặc vít bằng thép carbon có lớp mạ kẽm nhúng nóng loại C (độ dày kẽm tối thiểu 45 μm) . Khi lắp đặt ven biển trong phạm vi 3 km nước mặn, dây buộc phải được nâng cấp lên thép không gỉ Loại 316, chứa 2% đến 3% molypden để chống rỗ trong môi trường clorua.

Đối với gạch nhôm, ốc vít phải bằng nhôm hoặc thép không gỉ Loại 305, vì ốc vít bằng thép carbon, thậm chí được mạ kẽm, có tính chất catốt với nhôm và sẽ làm tăng tốc độ rỗ của gạch xung quanh lỗ buộc. Đối với gạch đồng, ốc vít bằng đồng hoặc đồng silicon là bắt buộc, vì ốc vít bằng thép không gỉ tiếp xúc với đồng sẽ tạo ra cặp điện làm ăn mòn nhanh chóng thành phần thép trong khi đồng không bị ảnh hưởng. Biểu đồ tương thích điện được công bố của nhà sản xuất dây buộc, được tham chiếu chéo với vật liệu lát gạch, phải được đưa vào gói đệ trình dự án và được người chỉ định phê duyệt trước khi bất kỳ vật liệu nào được chuyển đến địa điểm.

Chuyển động nhiệt và cách tiếp cận hệ thống clip

Thép giãn nở với tốc độ xấp xỉ 12 x 10⁻⁶ m/m trên °C , nghĩa là gạch thép 1.300 mm chịu sự thay đổi nhiệt độ theo mùa ở mức 60°C (từ -10°C vào đêm mùa đông đến 50°C vào buổi chiều mùa hè) sẽ giãn ra và co lại khoảng 0,94 mm. Chuyển động này, mặc dù nhỏ về mặt tuyệt đối, nhưng đủ để kéo dài các lỗ đinh và nới lỏng các chốt trong chu kỳ nhiệt từ 20 đến 30 năm nếu gạch được đóng đinh cứng ở mọi điểm chốt mà không cho phép chuyển động khác biệt.

Hệ thống gạch kim loại có hình dạng cao cấp giải quyết vấn đề này bằng cách kết hợp hệ thống buộc chặt bằng kẹp. Một chiếc kẹp bằng thép không gỉ hoặc thép mạ kẽm được bắt vít vào boong và gạch được móc vào kẹp sao cho gạch có thể trượt so với chiếc kẹp theo hướng dọc trong khi được giữ theo hướng thẳng đứng. Khe kẹp được kéo dài bằng ±1,5 mm so với đường kính của chốt, cung cấp khả năng điều chỉnh chuyển động nhiệt cần thiết mà không tạo áp lực quá lớn cho chốt hoặc kéo dài lỗ hở. Vật liệu kẹp được chọn có tính anốt cho vật liệu lát gạch, do đó bất kỳ sự ăn mòn ngẫu nhiên nào cũng xảy ra trên kẹp có thể thay thế thay vì trên gạch cố định.

Tiêu chuẩn thử nghiệm và chống chịu va đập mưa đá

Lớp phủ hạt đá trên gạch thép không chỉ mang lại kết cấu thẩm mỹ mà còn là lớp hấp thụ tác động hy sinh. Theo thử nghiệm tác động của mưa đá FM 4473, cụm gạch thép phải chịu một quả cầu băng có đường kính 51 mm (2 inch) được đẩy với vận tốc được hiệu chỉnh để mô phỏng năng lượng va chạm của mưa đá rơi tự do. Tiêu chí chấp nhận là gạch không được có vết nứt, lỗ thủng hoặc mất hạt vượt quá 10% diện tích bị ảnh hưởng . Gạch thép phủ đá có nền thép từ 0,42 mm hoặc dày hơn thường đạt được xếp hạng chống va đập Loại 4 theo UL 2218, phân loại cao nhất, được yêu cầu để giảm giá phí bảo hiểm ở các khu vực dễ xảy ra mưa đá ở Hoa Kỳ và Úc.

Gạch nhôm và đồng không tráng phủ bị móp dưới tác động của mưa đá chứ không bị nứt. Một vết lõm vượt quá Độ sâu 3 mm hoặc đường kính 25 mm được coi là một lỗi chức năng theo các điều khoản trong bảo hành mưa đá của hầu hết các nhà sản xuất, không phải vì vết lõm làm ảnh hưởng đến khả năng chống chịu thời tiết mà vì nó có thể bị phản đối khi nhìn từ mặt đất. Khả năng chống móp của gạch nhôm là một hàm số của độ bền hợp kim và độ dày của tấm. Ngói nhôm cường lực H14 có độ dày 0,8 mm chống lại mưa đá dày tới 38 mm (1,5 inch) mà không bị móp; việc tăng độ dày lên 1,0 mm sẽ mở rộng ngưỡng đó lên khoảng 45 mm (1,75 inch).

Chi tiết nhấp nháy về thung lũng, sườn núi và thâm nhập

Hệ thống ngói kim loại có hình dáng chỉ kín nước như tấm chớp của nó. Thung lũng nhấp nháy, nơi hai mặt phẳng mái giao nhau và tập trung dòng chảy của toàn bộ lưu vực phía trên giao lộ, là chi tiết quan trọng nhất. Chi tiết tiêu chuẩn là kim loại thung lũng hình chữ W được chế tạo từ thép Galvalume có độ dày tối thiểu 0,55 mm hoặc nhôm 0,7 mm, với một đường may đứng ở đường tâm giúp phân chia dòng nước sang hai bên mà không bị nhiễu loạn. Kim loại thung lũng phải kéo dài tối thiểu 200 mm (8 inch) dưới mép cắt của viên gạch kim loại ở mỗi bên và mép cắt của viên gạch phải được lật lên 15 mm để tạo thành mao mạch ngăn cản nước quấn quanh mép gạch và lọt vào mép bên.

Các gờ và gờ hông thường được làm từ cùng chất liệu với gạch hiện trường và được cố định bằng dải kim loại liên tục phù hợp với mặt cắt của gạch. Nắp được cố định bằng các chốt hở thông qua các lỗ được đục lỗ sẵn, bằng vòng đệm cao su tổng hợp hoặc EPDM được nén để 30% đến 40% độ dày ban đầu của nó dưới đầu vít để bảo vệ chống chịu thời tiết. Các ốc vít lộ ra trên chóp mái là hạng mục bảo dưỡng đầu tiên trên mái ngói kim loại; vòng đệm phải được kiểm tra định kỳ 5 năm một lần và thay thế nếu cao su có vết nứt bề mặt hoặc bộ nén ngăn cản sự bật lại khi thăm dò bằng móng tay.

Các đường ống xuyên thấu, lỗ thông hơi trên gác mái và cửa sổ mái được chiếu sáng bằng ủng ống silicon hoặc EPDM sản xuất sẵn kết hợp vòng đệm linh hoạt có kích thước phù hợp với đường kính xuyên thấu. Mặt bích đế bốt, được tích hợp vào đường gạch, được khía hình chữ V và bịt kín vào lớp lót bằng băng butyl, đồng thời mép trên của mặt bích được đặt dưới đường gạch dốc lên. Vòng đệm linh hoạt phải có độ chênh lệch giãn nở nhiệt là ±2 mm giữa đường ống và sàn mái không bị rách hoặc mất lớp đệm kín nén vào thành ống.

Chi phí vòng đời và cơ cấu bảo hành

Chi phí lắp đặt mái ngói thép phủ đá dao động từ $11 đến $18 mỗi foot vuông ($118 đến $194 mỗi mét vuông) bao gồm lớp lót, tấm chớp và nhân công, tùy thuộc vào độ phức tạp của mặt cắt và hình dạng mái nhà. Điều này định vị gạch kim loại giữa các tấm ván lợp kiến ​​trúc bằng nhựa đường cao cấp ở mức từ 5 đến 8 đô la cho mỗi foot vuông và đá phiến tự nhiên ở mức 25 đến 40 đô la cho mỗi foot vuông. Sự biện minh về mặt kinh tế dựa trên thời gian bảo hành và chi phí lợp lại tránh được trong suốt thời gian sử dụng của tòa nhà.

Chế độ bảo hành tiêu chuẩn của nhà sản xuất đối với gạch thép phủ đá bao gồm các thành phần sau trên cơ sở được đánh giá theo tỷ lệ: 50 năm về tính toàn vẹn cấu trúc của nền thép chống thủng do ăn mòn trong khí quyển, 25 năm về độ bám dính của hạt đá chống lại sự phân tách vượt quá 5% diện tích bề mặt gạch, và 10 năm về độ ổn định màu của lớp phủ acrylic chống phai màu vượt quá 5 đơn vị Delta E được đo bằng máy đo quang phổ. Bảo hành có thể được chuyển nhượng một lần cho chủ sở hữu tiếp theo và yêu cầu phải có nhà thầu được nhà sản xuất chứng nhận lắp đặt. Yêu cầu bảo hành phổ biến nhất là mất hạt ở các cạnh cắt của gạch được cắt tỉa tại hiện trường, nơi mà lớp dán cạnh do nhà máy dán đã bị rách; vì lý do này, tất cả các cạnh cắt tại hiện trường phải được sơn lại bằng sơn cạnh do nhà sản xuất cung cấp trong vòng 24 giờ sau khi cắt.