用于在建筑中使用的覆层元件和用于制造其的方法与流程

1.本发明涉及用于在建筑中使用的附属结构的领域。特别地，本发明涉及一种用于制造用于在建筑中使用的包括复合水泥基结构的覆层元件的方法。


背景技术：

2.迄今为止，在建筑领域中，可用于容易且经济地制造具有复杂形状的覆层的元件或结构的可获得性已经降低，所述复杂形状例如以单一或双重曲线几何形状、多个凹陷、褶层、孔等为特征。
3.在该领域中，所采用的一种解决方案是制造复制所期望形状的模板。水泥基混合物被倒入到模板中，该水泥基混合物被放置达必要的时间以使其固结。在材料固结之后，模板被移除，并且由此实现的结构可被用作覆层，或者可能在使用其之前经受表面处理过程。
4.该解决方案的主要缺陷是需要拥有可用的模板，而该可用的模板难以制造且具有相当高的生产成本(特别是在将要制造具有彼此不同的构造的元件时)，这既是由于所使用的方法也是由于机械的成本。
5.除了模板，还已知使用特定支撑物的结构(该支撑物适于限制水泥基材料)，一旦固结过程已完成，其就允许获得自支撑结构元件。这样的元件通常具有相当大的刚度和硬度，并且因此通常用作用于制造民用和工业基础设施的保护和/或增强元件。
6.在这样的背景下，美国专利8,287,982描述了一种通过被混合物浸渍的织物来制造用于在建筑中使用的结构的过程，该混合物通过将设置在织物中的粉末材料与在第二步骤中引入的液体混合来获得。所使用的织物包括制造有窄网眼的底层、制造有较宽网眼的顶层、延伸穿过底层和顶层之间的空间的丝状元件。粉末材料(例如，水泥)存在于所述层之间，并且随后通过添加水而被活化。一旦已经通过干燥实现了硬化，所获得的产品便可用于不同的应用，诸如用于形成覆盖物、用于车辆或行人的轨道、用于浇注混凝土的模板、屏障、堤岸、地面，或者用于制造用于修理诸如屋顶或管道的结构的元件。
7.然而，这种解决方案也具有一些缺陷。首先，它不允许实现特别复杂的几何形状，因为用以保持粉末材料的织物的特定纬线不能够特定地延伸。此外，用于制造最终产品的过程需要粉末材料在织物内部均匀分布，以防止在最终结构中产生不均匀性，该不均匀性可损害所获得的产品的期望的机械抗性(mechanical resistance)特性。因此，这种特性阻碍了对由织物和处于流体状态下的材料形成的组件进行模塑并且获得复杂形状结构的可能性。此外，使用这样的过程制造的结构的特征在于高密度的纬线(much dense weft)，因此它们不具有半透明和/或透明的特性。
8.另外，在织物内，粉末材料的存在意味着在存储和运输两者期间对于织物本身的包装必须特别小心，以防止从织物中损失这种材料的任何部分和/或防止这种材料的任何部分由于诸如潮湿、太阳辐射和温度变化的环境因素而变质。最后，这样的解决方案需要特定类型的织物，其中表面必须至少在几何形状和可渗透性特性的方面上不同。这样的特征的总和导致过程管理的成本和所使用材料的成本的增加。
9.文献ca 2060060描述了一种用于生产平面的经成形的面板的方法和设备，该平面的经成形的面板包括缠绕在增强和覆盖层中的水泥质芯，该增强和覆盖层浸渍有水泥基混合物并联结到芯，从而将其完全覆盖。
10.文献us 2005242462描述了一种用于从柔性开孔聚合物泡沫元件和水硬性粘合剂(hydraulic binder)的悬浮液开始来生产诸如在建筑中使用的面板等的产品的方法。
11.文献gb1429167描述了一种纤维增强复合材料和用于制造其的过程，该纤维增强复合材料包括水泥质基质材料，吸收性纤维和增强纤维结合到该水泥质基质材料中。


技术实现要素：

12.本发明的目的是克服现有技术的缺点。
13.特别地，本发明的目的是提供一种用于制造用于在建筑中使用的覆层元件的方法，该方法允许简单且经济地制造具有复杂形状的元件。
14.本发明的进一步的目的是提供一种用于制造覆层元件的方法，该方法允许获得具有可变化的半透明和/或透明性质的元件，直至部分或完全不透明的元件。
15.此外，本发明的目的是提供一种用于制造覆层元件的方法，该方法允许容易地设计并且高效且快速地制造该覆层元件。
16.最后，本发明的目的是制造一种用于在建筑中使用的覆层元件，该覆层元件既轻质又具有经改善的用途多功能性。
17.本发明的这些和其它目的通过结合所附的形成本说明书的组成部分的权利要求书的特征的方法和装置来实现。
18.本发明涉及一种用于制造用于在建筑中使用的覆层元件的方法，该覆层元件包括复合水泥基结构。该方法设想提供可弹性变形的支撑元件，该可弹性变形的支撑元件包括第一表面、第二表面和具有细长形状的多个间隔元件，所述多个间隔元件定位在所述第一和第二表面之间，以便实现多个互连空腔。然后，该方法设想制备基本上流体且水基的水泥质组合物，并将所述基本上流体的水泥质组合物引入到支撑元件中，以便获得可变形的复合结构。然后，该方法设想从支撑元件移除基本上流体的水泥质组合物的部分，以便移除过量的流体水泥质组合物。该方法还设想将这样的可变形复合结构定位在成形装置中，并使这样的复合结构保持与成形装置相关联，直到其固化。根据该方法，支撑元件由三维可弹性变形织物构成，并且水泥质组合物包括至少一种流化和/或塑化添加剂，并且其中水泥、添加剂和水按照可在从1:1/3:1/3至1:1/6:1/6的范围内变化的重量比存在。
19.这样的解决方案使得能够实现自支撑的覆层元件，所述自支撑的覆层元件对于在建筑领域中的广泛的可能应用来说是通用的。根据本发明的方法还使得能够获得所实现的复合水泥基结构的重量的一致减轻(consistent reduction)，因为支撑元件内部的水泥质组合物的量和分布两者都可被优化；以这种方式，覆层元件可被实现成具有可变化的轻质且半透明和/或透明的性质，直至获得部分或完全不透明的元件。此外，在将水泥基组合物引入到支撑元件中之前的步骤中，制备水泥基组合物意味着实现精确的混合和因此质量经改善的处于液体状态的水泥质组合物的优点。按照这样的方法，用于实现该方法的组分和材料的数量得到减少，因此简化了设计和制造过程两者。覆层元件的实现可进一步有利地以减少的时段和受限制的成本并且在其应用地点附近执行。
20.根据不同的方面，本发明涉及一种用于在建筑中使用的覆层元件，其包括至少一个可弹性变形的支撑元件，该支撑元件包括第一表面和第二表面、定位在所述第一和第二表面之间并连接到它们的多个间隔元件。间隔元件具有细长的形状，并且被布置成形成多个互连空腔，水基水泥质组合物被放置在所述空腔内部，该水基水泥质组合物包括至少一种流化和/或塑化添加剂，并且其中水泥、添加剂和水按照可在从1:1/3:1/3至1:1/6:1/6的范围内变化的重量比存在。支撑元件由三维可弹性变形织物构成。
21.这样的解决方案使得能够提供一种具有经改善的用途多功能性的轻质且半透明的覆层元件，即其可被容易地构造。水泥质混合物与相关支撑元件的特定组合物进一步使得能够获得轻质覆层元件，并且使得能够限制在其制造中使用的材料的成本。
22.互连空腔的存在有利地使得被引入到支撑元件中的处于流体状态的水泥质组合物能够扩散，从而允许获得其到空腔中的均匀分布。
23.在前述方面中的至少一个中，本发明可具有以下优选特征中的至少一个，其单独地呈现或者与所描述的优选特性中的其它任何一个相结合。
24.优选地，该方法提供的是，从成形装置移除固结的复合结构。
25.在实施例中，该方法进一步提供的是，在固结步骤期间从成形装置移除复合结构。
26.在实施例中，将复合结构保持在成形装置中包括移动成形装置，以便获得复合结构本身的预先确定的构造。
27.以这种方式，有可能按照多种几何形状实现覆层元件，从设想为平面表面的最简单形状，到具有单一或双重曲率的较复杂的形状，到实现复杂表面的可能性。
28.优选地，执行所述复合结构与成形装置相关联的保持达预先确定的时间间隔δt。
29.优选地，在与成形装置相关联的步骤期间，借助于入射在支撑元件的第一表面和/或第二表面上的流体射流，通过局部操作来完成从支撑元件移除流体水泥质组合物的部分。
30.以这种方式，通过调节水泥质组合物的分布，有可能控制所获得的覆层元件的半透明度和/或透明度。
31.在实施例中，所述第一表面和第二表面中的至少一个是可渗透的。
32.这有利地允许水泥质组合物在其引入步骤期间朝向支撑元件的内部容易地通过，以及随着所使用材料的具体特性和环境条件的变化来选择引入方法。
33.优选地，支撑元件2的第一表面4和第二表面5两者都是可渗透的。
34.以这种方式，在将水泥质组合物引入在其中的步骤期间，有可能按照任何取向使用支撑元件。
35.优选地，所述第一表面相对于所述第二表面定位于能够在1mm和30mm之间变化的距离处。优选地，第一表面相对于第二表面定位于能够在1mm和20mm之间变化的距离处，甚至更优选地定位于能够在3mm和7mm之间变化的距离处。
36.在优选实施例中，覆层元件包括借助于切割和/或钻孔制成的至少一个开口。
37.以这种方式，可实现覆层元件，该覆层元件对于太阳辐射和/或空气和/或水是可渗透的，并且适用于多种用途，诸如遮蔽系统、日光遮蔽物、外部隔离系统、隔板壁、建筑元件。
38.本发明的进一步的特征和优点将从附图的描述中更显而易见。
附图说明
39.下面将参考一些示例来描述本发明，出于解释和非限制的目的提供并且在附图中示出了所述示例。这些附图示出了本发明的不同方面和实施例，并且在适当的情况下，在不同附图中示出相似结构、部件、材料和/或元件的附图标记由相似的附图标记指示。
40.图1是根据本发明的一个实施例的包括复合结构的覆层元件的透视示意图；图2是本发明的第二实施例中的覆层元件的透视示意图；图3a是根据本发明的实施例的为复合结构的部分的支撑元件的示意性侧视剖视图；图3b是图3a的支撑元件的主视示意图；图3c示出了图3a的支撑元件在根据本发明的方法的步骤期间的示意性侧视图；图3d示出了图3b的支撑元件在根据本发明的方法的步骤期间的示意性主视图；图3e示出了图3a的支撑元件在图3c中所例示的步骤之后的根据本发明的方法的进一步的步骤期间的示意性侧视图；图3f示出了图3b的支撑元件在图3d中例示的步骤之后的根据本发明的方法的步骤期间的示意性主视图；图4a和图4b示出了在可能的相应实施例中根据本发明的在太阳辐射和覆层元件之间的相互作用的示意性透视图；图5a是根据本发明的另一个实施例的包括复合结构的覆层元件的透视示意图；图5a是图5a的包括复合结构的覆层元件的示意性剖视图；并且图5c是图5a的覆层元件的主视示意图；图6a是根据本发明的方法的可能的步骤的示意性侧视图；图6b、图6c和图6d示出了在不同的可能实施例中在图6a中例示的步骤之后支撑元件的部分的示意性主视图；并且图7是根据本发明的方法的不同的可能加工和成形步骤的表示，特别是涉及与覆层元件所呈现的形态有关的步骤。
具体实施方式
41.在附图中示出了并且在下文中详细描述了某些优选实施例，同时本发明易于受到多种改型和备选构造的影响。在任何情况下，应当注意，不旨在使本发明限于所示出的特定实施例，相反，本发明旨在覆盖落入本发明的如在权利要求书中所限定的那样的范围内的所有改型、备选方案和等同构造。
42.除非另有指示，“例如”、“等”、“或”的使用指示非排他性的备选方案而没有限制。除非另有说明，“包括”的使用意味着“包括但不限于”。
43.参考所引用的附图，100整体上指示根据本发明实现的覆层元件。覆层元件100包括复合结构1，该复合结构1包括支撑元件2和放置在这样的支撑元件2内的水泥质组合物3。
44.支撑元件2包括第一表面4和第二表面5，所述第一表面4和第二表面5限定了容积，间隔元件6布置在该容积中，并且连接到第一表面4和第二表面5两者，并且倾向于保持它们彼此分开。
45.间隔元件6优选地具有细长形状，并且被布置成在所述容积内形成多个空腔7。这
样的元件6还可相对于第一和第二表面正交布置，或者根据随着支撑元件对于特定应用所必须具有的性质(例如，机械抗性和/或可变形性)变化的、不同于90
°
的入射角来布置。所述间隔元件6允许支撑元件2的表面4和5保持距离，也在保证其可变形性特性的同时跟随轻微的压缩应力。优选地，支撑元件具有大于约4kpa且小于约20kpa的抗压强度。
46.特别地，支撑元件2的第一表面4和第二表面5由纬线和经线构成，从而能够通过适当地改变它们的织法来获得用于每个平坦表面的不同几何形状，并且确定不同的实空比(void-to-solid ratio)水平，并且有利地允许支撑元件2的透明度和机械性质基于利用其实现的覆层元件的特定应用需求而如优选的那样变化。优选地，所述第一表面4和所述第二表面5属于纺织物类型。
47.在优选的解决方案中，支撑元件2由可延伸的三维可弹性变形织物构成，这是由于倾向于实现以上所指出的结构的编织过程的特性且/或因为弹性化类型的纱线的使用。
48.可利用聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)或聚酯(pl)来获得三维织物的示例。
49.优选地，借助于内部连接层来连接三维织物的两个外部表面，该内部连接层包括与两个表面交织(interwove)的纱线的交替(alternation of yarn)。
50.优选地，间隔元件由纱线制成，该纱线被编织成与第一表面4和第二表面5交织。根据将赋予第一表面4和第二表面5的特定性质，用于形成支撑元件2的表面4、5的纱线可具有相同的类型或不同的类型。
51.用于实现覆层元件100的三维织物耐撕裂且耐磨损，并且具有能够使其在平面上伸长并在压缩应力或拉伸应力作用后恢复其原始形状的结构，即具有赋予其可弹性地变形的性质的结构。这种类型的支撑元件是轻质、抗压缩的且对于空气是可渗透的。特别地，通过实现相互连接的空容积来保证对于空气的可渗透性，所述空容积被实现在使两个外部面分开的两个间隔元件之间。因此，按照这样的结构，有可能有利、简单且经济地实现具有复杂形状的轻质覆层元件。
52.在优选实施例中，第一表面4和第二表面5是基本上平面的，并且对于所述第一表面4和第二表面5的整个范围来说，所述第一表面4和第二表面5由间隔元件6按照基本上恒定的距离保持彼此分开。
53.在备选实施例中，间隔元件6被构造成按照可沿着表面本身的延伸而变化的距离来保持第一表面4与第二表面5分开。
54.第一表面4和第二表面5也可基于模型和期望的修饰(finish)以及弹性要求和所需要的开口系数或实空比根据任何纬线(weft)来实现。
55.有利地，因为表面本身的多孔性允许获得与不同材料的优异粘附性，所以可将另一修饰层(finishing layer)施加到所获得的覆层元件100的表面，例如一层或多层石膏和/或灰泥。
56.根据用于制造根据本发明的覆层元件的方法，提供了可弹性变形的支撑元件2，并且制备了优选水基的水泥质组合物3。
57.优选地，水泥质组合物3包括流化和/或塑化添加剂。在优选实施例中，水泥质组合物3包括水泥、添加剂和水，其重量比可根据构成支撑元件2的材料的多孔性、其密度以及诸如温度和环境湿度的因素在从1:1/3:1/3至1:1/6:1/6的范围内变化。这意味着水泥质组合物被实现为包括量可变化的水泥、水和添加剂，使得对于每100kg水泥，所使用的水的量能
够在从16.7升至33.3升的区间内变化(其中认为1升水的重量基本上等于1kg)，并且添加剂的量能够在从16.7kg至33.3kg的区间内变化。
58.在本发明的优选实施例中，为了实现水泥质组合物3，所使用的水泥是硫铝酸盐水泥。所使用的水泥也可选自光催化水泥、波特兰水泥或具有适合用于由本发明所设想的用途的特性的其它类型。
59.流化添加剂的存在使得能够增加水泥质组合物3的可工作性和化合物在水合后的弹性，以便改善其对脆性裂纹的抗性。在优选实施例中，添加剂由胶乳(latex)构成；其他可能的实施例设想基于具体需求而使用超流化物质和/或凝固延缓剂(set retardant)和/或发泡剂。
60.然后，水泥质组合物3以基本上流体的状态被引入到支撑元件2中，以便获得复合结构1，该复合结构1在该步骤中是柔性且可变形的。
61.支撑元件2具有至少一个可渗透的表面，以便能够使处于流体状态的水泥质组合物3朝向支撑元件2的内部容积通过。在优选实施例中，处于流体状态的水泥质组合物3沉积在支撑元件2的表面上，并被放置以通过重力或借助于连接到支撑元件2的振动平面(未在图中示出)渗透穿过该表面。
62.在优选变型中，支撑元件2的第一表面4和第二表面5两者都是可渗透的，从而允许将水泥质组合物3进一步引入到支撑元件2的结构中的方法。根据支撑元件的这样的形态，有可能例如通过浸没浸泡(immersion soaking)或通过使水泥质组合物3扩散到支撑元件2的一个或两个表面上来润湿它。
63.在将水泥质组合物3引入到支撑元件2的结构中之后，为了移除任何过量的流体水泥质组合物，将流体水泥质组合物3以受控且部分的方式从支撑元件中移除。可例如借助于以受控方式扭动(wring)正在被加工的可变形材料来执行移除水泥质组合物的部分的动作。
64.以这种方式，也由于支撑元件的内部结构的几何形状(其使得存在于其中的处于液体状态的水泥质组合物能够被保留)，在随后的加工步骤中，任何液体泄漏都受到阻碍。此外，这种方法已经使得可能在该加工步骤中实现水泥质组合物在支撑元件2内部的预先确定的不均匀分布，以便获得与或不与不透明区域交替的具有差异化的透明和/或半透明性质的区域。
65.支撑元件2优选地具有被布置成实现多个互连空腔7的间隔元件6。这促进了处于流体状态的水泥质组合物3扩散到复合结构1中，从而允许获得其在空腔7内的均匀分布。
66.如此获得的复合结构1然后被插入到连续或不连续的成形装置(未在图中示出)中，并被构造成确定期望的最终形状。为此目的，随着在设计阶段中预先确定的形状的变化，例如如在图7中所示出的那样，成形装置可移动，以使由支撑元件2与水泥质组合物3一起形成的复合结构1经受局部或广泛的机械应力作用12。以这种方式，复合结构可在一个或多个方向上经受拉伸和/或压缩应力，直到获得期望的形态。可手动地或自动地执行成形装置的这种移动。
67.在这样的应力的下游获得的元件的最终形态取决于多种因素，诸如：沿着复合结构1的周边放置的任何约束(未在图中示出)的位置和数量、在其上施加应力的点的数量、装置的适应了应力的形状以及支撑元件的初始形状。
68.以上所提及的应力也可有利地通过在构成支撑元件2的三维织物上的局部压缩或拉伸作用来产生。
69.此外，根据优选实施例，在该步骤中，在构成支撑元件的织物中制作切口和/或开口；有利地，这样的切口的延伸可被织物的弹性吸收，或者被在织物本身上的应力作用放大。
70.在可能的实施例中，这样的成形装置由可调节的框架构成。在不同的实施例中，成形装置由模具构成。在进一步的实施例中，成形装置由静止的周边元件和/或适当形状的刚性和/或可变形约束元件构成。
71.复合结构1保持与成形装置相关联，直到水泥质组合物3固结。
72.在优选实施例中，在固结后，将复合结构1从成形装置移除，从而获得期望的覆层元件100。
73.在备选实施例中(其中成形装置由框架构成)，有可能保持复合结构1与框架本身相关联。按照这种形式(modality)，有可能布置具有附加增强元件的覆层元件以改善机械抗性特性；如此获得的覆层元件还可借助于框架或框架的部分联接到其它类似的元件，以用于实现复杂的结构。
74.根据优选实施例，复合结构1被保持成与成形装置关联达时间间隔δt，该时间间隔δt在设计步骤期间被预先确定成随着过程变量和将实现的最终覆层元件100的几何形状变化。
75.这样的时间间隔可在覆层元件的设计阶段期间基于其特定的尺寸和几何特性来确定。
76.影响复合结构的硬化所需要的时间并在设计阶段期间加以考虑的进一步的参数是例如环境温度、湿度、入射在表面上的任何太阳辐射和局部热源。
77.在本发明的优选形式中，有可能限定和实现覆层元件100的部分不含水泥质组合物3的区域，以便获得光和/或空气和/或水通道表面的可渗透性，以用于将覆层元件100例如用作遮阳屏蔽系统、外部隔离系统、隔板和建筑元件。
78.如所提及的那样，这可在从支撑元件2移除处于流体状态的水泥质组合物3的步骤期间或者在引入水泥质组合物3的步骤期间通过将材料差异化地浇注到各区域中来实现。此外，在保持复合结构3与成形装置相关联的步骤期间，有可能适当地移动后者，从而实现先前在设计阶段期间所指出的水泥质组合物在合适区域中的集中上的不均匀性。最后，借助于局部操作，诸如使用抹刀或借助于入射在支撑元件2的表面上的流体射流10来移除材料，有可能移除在支撑元件2中以液体状态存在的水泥质组合物3的部分。
79.通过调节水泥质组合物3的量和分布，有可能控制覆层元件100的半透明度和/或透明度；半透明度和/或透明度值也可被设计成随着支撑元件2的几何形状变化。
80.在进一步的优选实施例中，该方法包括在复合结构1与成形装置相关联的步骤期间以及在执行复合结构1的固结之前，借助于开口8实现复合结构1的连续性的中断。这样的开口8可按照根据切口和/或孔的多种几何形状以多种可能的尺寸实现，而保持覆层元件100的结构完整性。因此，可通过在成形步骤期间局部地改变可能施加到织物的压缩或拉伸作用来管理孔或切口的最终大小(resulting extent)。局部地增加沿着先前切割的织物的表面的拉伸作用有助于分开其切瓣(cutting flap)。减少这样的局部拉伸作用减少了其大
小。这样的操作可在引入混合物之前和之后，以及在硬化步骤之前启动。这两个动作都有助于产品的最终形状的改变。
81.在进一步的优选实施例中，在将混合物引入到三维织物/支撑元件中的步骤之后并且在硬化步骤之前，可获得材料的不连续穿孔。在这一步骤中，可例如借助于由喷嘴9喷射的流体射流10来冲击支撑元件2的一个或多个表面4、5(参见图6a)以便有利地获得局部且不连续的透明度，这有利地允许处于流体状态的水泥质组合物11的部分被选择性地移除。因此，这样的实施例使得能够局部地且选择性地清空间隔元件的互连空腔(该空腔先前填充有水泥质流体)。因此，局部清空在经线和纬线之间的空间执行。这样的不发生在支撑元件的整个表面上的移除使得能够以随机的、广泛的或预先确定的图案实现半透明部分，该图案具有由经线和纬线的几何形状和特性表征的像素化效果。
82.另外，在制造过程结束时，覆层元件100的表面可经受适于改善美学效果和/或获得特定表面特性的适当表面处理。这种处理例如可为抹平或抹灰操作。
83.根据本发明的方法，有可能按照具有单一或双重曲率的平面表面来实现覆层元件100，从而实现具有或不具有开口8的复杂表面。
84.根据本发明实现的覆层元件100是自支撑的，但不是结构性的。可获得的厚度大于1mm且小于30mm。在优选实施例中，覆层元件100的厚度具有能够在2mm和20mm之间、甚至更优选地在3mm和7mm之间变化的值。
85.如此构思的本发明易于进行多种改型和变型，所有这些改型和变型都落入由所附权利要求书限定的保护范围内。
86.此外，所有的细节都可用其它的在技术上等同的元素来代替。在实践中，所使用的材料以及视情况而定的形状和尺寸可为按照具体实施方式要求的任何材料、形状和尺寸，而不会因此而脱离所附权利要求书的保护范围。