3. 금속 지붕 재료의 소개
1) 기본 사항 (1) 등급 (2) 합금 (3) 조질(Tempers)
2) 도장되지 않은 금속 (1) 알루미늄 (2) 구리 (3) 스테인레스 스틸 (4) 아연 (5) 메타릭(metallic) 도장된 스틸
① 아연도금 ② 갈바륨
3) 페인트된 금속 (1) 실리콘 폴리에스터 (2) 불소 도장 (3) 기타 도료 마감
4) 스톤코트/세분화(granular) 5) 일반적인 속성 6) 호환성
금속 지붕은 다양한 금속 및 합금으로 제조합니다. 이러한 동일한 재료는 고 성능 페인트 시스템으로 공장에서 종종 코팅됩니다. 설치자는 이러한 다양한 재료 및 마감재의 특성 중 일부에 대해 잘 알고 있어야 하며, 그리고 이 각 재료 작업에 어떻게 영향을 미치는지 알아야 합니다.
제품 선택은 설치 업체의 업무가 아니지만(경우에 따라 다를 수 있음), 모든 작업에 동일한 재료 또는 코팅이 필요한 것은 아니라는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 작업이 다른 작업과 비슷하게 보일지라도, 그들은 다른 방법, 다른 재료, 다른 화스너를 필요로 하는 다른 요소가 있을 수 있습니다. 설치자는 올바른 제품이 작업에 사용되고 있는지, 그리고 실수로 다른 두께, 재료 또는 코팅된 제품을 섞어 놓지 않았는지 확인해야 합니다.
이 장의 내용을 이해하는 것이 필요합니다. 새로운 건축뿐만 아니라 지붕의 일부 또는 다른 지붕과 연결되는 수리 및 보수 작업에도 적용됩니다. 작업에서 잘못된 방법, 재료 또는 잘못된 화스너를 사용하면 지붕 시스템의 예상 성능이 떨어집니다.
게이지(gauge)는 시트 재료의 두께를 나타냅니다.
종종 숫자로 표시됩니다. 금속 지붕 패널의 일반적인 게이지는 20~29(0.35~0.9mm)까지 다양합니다. 정확한 두께는 스테인레스 스틸 또는 알루미늄과 같은 재료의 유형에 따라 다릅니다. 대부분의 경우, 더 낮은 게이지, 더 두꺼운 재료는 동일한 유형의 재료 내에서 보다 강하고, 내구성이 있습니다. 게이지 번호가 낮은 재료는 무게가 더 나가며, 설치 작업 이 더 어려울 수 있습니다.
아래의 게이지 테이블은 보다 일반적인 알루미늄 및 강판 지붕 재료 게이지 및 시트 두께를 인치(inch) 단위로 나열합니다.
[inch로 측정한 일반 지붕 금속에 대한 게이지 표(ASTM-AISI 두께 공차 범위 기준)]
1) 기본 사항
모든 지붕 재료에 대한 공통적인 것은 등급, 합금 및 성질입니다. 이 “기본 사항”은 설치자가 처리 행동 및 어떻게 자르고 절곡하는지 결정에 도움을 줍니다.
(1) 등급
등급은 저탄소강 또는 고탄소강과 같은 재료의 화학적 구성을 나타냅니다. 등급 번호는 항복 강도 또는 가공성과 같은 재료의 다른 특성에도 영향을 줄 수 있습니다. 설치자는 재료 절단, 절곡, 드릴링 및 고정에 차이가 있음을 알 수 있습니다. 공구 수명은 사용되는 재료의 등급에 따라 영향을 받을 수 있습니다.
(2) 합금
종종 알루미늄, 구리 및 아연과 같은 용어는 제품의 구성을 설명하는 데 사용됩니다. 현실적으로, 이 제품은 순수한 금속 형태로 만들어지지 않았으며, 그 금속은 합금으로 만들어 졌습니다. 드물게 그것이 사용될 수 있는 목적에 적합한 금속의 순수한 상태입니다. 예를 들어, 알루미늄은 순수한 형태로 매우 부드럽고 가볍지만 찢어지기 쉽습니다. 하나 이상의 다른 금속의 혼합물을 사용한 알루미늄 합금은 약점을 개선하고 알루미늄의 좋은 품질은 유지할 수 있습니다.
설치자는 알루미늄, 강 또는 구리로만 식별되는 다양한 재료를 사용합니다. 실제로 이들은 여러 다른 합금일 수 있음을 기억해야 합니다. 각 합금은 서로 다른 특성을 가지며, 위의 등급 섹션에서 언급한 동일한 문제 중 일부를 제시할 수 있습니다. 다양한 합금, 특히 구리 합금은 시간이 지남에 따라 기후에 다른 변화를 나타낼 것입니다. 구리 합금은 시간 경과에 따라 색상이 매우 다를 것입니다.
(3) 조질(Tempers)
조질은 경도나 강도 측면에서 금속 상태를 나타냅니다. 금속은 제조시 가열과 냉각 사이클의 적용에 의해 기질이 달라집니다. 제조 과정에서 금속은 종종 템퍼링(뜨임; Tempered)되거나 어닐링(annealed)되어 형태와 모양을 쉽게 만듭니다. 부품에 따라 그리고 사용 용도에 따라, 이 과정은 추가적인 강도와 지원이 필요한 곳에서 강화하기 위해 사용될 수 있습니다.
템퍼링(뜨임; Tempered)이나 어닐링(annealed)은 재료의 다른 특성에 영향을 줄 수 있습니다. 설치자는 재료를 절단, 드릴 또는 절곡할 필요가 있을 때, 재료의 성질을 알아 차릴 것입니다.
2) 도장되지 않은 금속
가장 일반적인 도장되지 않은 금속 지붕은 알루미늄, 금속 코팅 철강, 구리, 스테인리스 강 및 아연도금 강판입니다. 이 금속은 오래됨에 따라, 산화되고 풍화 작용으로부터 자연적인 보호를 제공합니다. 지붕은 푸른 녹(patina)이라고 불리는 아름다운 자연적인 마감을 나타냅니다. 이 푸른 녹은 다양하고 고르지 않을 수 있습니다. 이러한 지붕은 수리가 힘들고 시각적으로 일치하는 것은 불가능할 수 있습니다. 그러나 더 오래된 재료의 노후된 지붕을 만들기 위해 새로운 재료를 “사전 폭로”할 수 있는 방법이 있을 수 있습니다.
[푸르고 녹색의 녹을 보여주는 오래된 구리 지붕]
가장 일반적으로 사용되는 지붕재인 스틸은 날씨와 부식으로 보호하기 위해 일종의 덮개가 필요합니다. 페인트 대신에 강철은 종종 다른 금속, 보통 아연 또는 아연+알루미늄 합금으로 코팅됩니다.
(1) 알루미늄(Aluminum)
알루미늄(Aluminum) 지붕 패널은 심하게 부식되는 환경에서 내성이 요구되는 곳에 설치되는 경우가 많습니다. 해안 지역과 중공업 제조 지역에서 알루미늄 패널이 자주 사용됩니다. 염분이 많은 연안 공기와 화학 물질, 오염 물질 및 심지어 제조 지역에서 산성비에 노출되면 알루미늄의 우수한 내식성은 매력적으로 지붕 재료로 선택됩니다.
[지붕 배기시스템에 오염 물질 및 화학 물질로 인한 지붕 부식]
알루미늄의 우수한 내 부식성은 알루미늄을 추가 부식으로부터 보호하는 얇은 보이지 않는 알루미늄 산화물 층을 형성하기 때문입니다. 앞에서 언급한 바와 같이, 순수한 알루미늄은 부식 저항에 탁월한 반면, 너무 부드러워 지붕 재료에서 요구하는 강도가 부족합니다. 순수한 알루미늄은 우박, 폭풍 및 강풍에는 성능이 좋지 않습니다.
알루미늄 합금은 지붕 패널에서 필요한 구조 강도를 제공하는 데 사용됩니다. 템퍼링(뜨임)은 종종 초기 합금에 강도를 추가하는 데 사용됩니다. 알루미늄이 지정되면 합금과 템퍼가 모두 명시되어야 합니다. 예를 들어, 3003 H14는 H14 경도로 열처리된 3003 알루미늄 합금입니다.(필요한 강도까지 열 또는 변형 강화) 설치자가 사용하는 추가 재료 또는 수리 재료가 처음에 지정된 재료와 호환되는지 확인해야 합니다.
알루미늄 지붕 패널의 일반적인 공칭 두께는 0.8mm입니다. 더 긴 스팬의 경우 1.0mm 두께의 재료를 사용할 수 있습니다. 알루미늄 지붕 패널의 설치는 다른 재료의 패널과 다를 수 있습니다. 알루미늄의 열팽창 특성은 패널을 동일한 크기의 강철 조각의 두 배로 팽창시키고 수축 시킵니다. 고정과 부착 방법은 예상되는 열 이동을 수용해야 합니다.
(2) 구리(copper)
구리는 사람이 사용하는 최초의 금속 지붕 재료 중 하나였습니다. 구리는 외관, 작업성, 낮은 유지 보수 및 수명으로 인해 지붕을 위한 매력적인 소재였습니다. 구리는 시간이 지남에 따라 광택이 나는 어두운 푸른 녹을 형성하며 변합니다. 몇 년 후 구리는 청록색의 녹청을 발생시킵니다. 보다 깨끗하고 건조한 환경에서는 방향에 따라 파란–녹색을 발생시키는 데 최대 40년이 걸릴 수 있습니다.
[구리의 inches, 두께 및 무게(ounces)]
구리는 두께와 템퍼(뜨임; Tempered)에 의해 지정되지만, 알루미늄과 다르게 측정됩니다. 구리 두께는 또한 중량으로 표시되며, 일반적으로 두께 또는 게이지로 측정되지 않습니다. 4.87kg~6.10kg/m²의 구리는 지붕, 벽 외장, 후레싱(flashing) 및 마무리 재료로 사용됩니다. 이것은 상기 표에서 측정된 두께가 각각 0.021~ 0.027inch인 것과 동일합니다.
앞에서 설명한 바와 같이, 구리는 매우 연성이 강한 재료이며, 항복 강도가 매우 낮습니다. 구리는 구조용 또는 하중 지지용 패널로 사용할 수 없습니다. 모든 구리 패널은 그 아래에 구조용 보조 기판이 필요하며, 우박으로 인한 손상을 입을 수 있습니다. 알루미늄 또는 아연과 같은 다른 물질과 접촉하여 구리 재료로 다가오거나 흘러넘치는 것을 방지하고 주의해야 합니다. 이것에 대해서는 이 장의 마지막 부분에서 자세하게 설명합니다.
(3) 스테인레스 스틸(stainless steel)
스테인레스 스틸은 순수 금속이 아니며, 크롬 함량이 높은 강철 합금입니다. 다양한 다른 금속을 추가하면 내 부식성이 증가합니다. 304와 302 유형의 스테인레스는 지붕에 공통적인 유형인 반면, 316 스테인레스는 부식성이 높은 환경에서 종종 사용됩니다. 부드러운 템퍼가 있는 스테인레스 스틸은 지붕 패널에 사용됩니다.
스테인레스 스틸 시트는 무광택에서 광택이 높은 표면까지 다양한 마감 처리가 가능합니다. 스테인레스 스틸을 지정하거나 교체할 때, 마무리, 합금 유형 및 템퍼가 모두 중요하므로 반드시 지정해야 합니다. 스테인리스 스틸 시트의 두께는 일반적으로 26, 24 또는 22 게이지(gauge) 두께로 지정되지만, 오늘날 업계의 추세는 실제 소재 두께의 인치로 지정합니다.
(4) 징크(zinc)
징크 시트는 거의 순수한 아연으로 만들어지며, 미량의 구리와 티타늄을 함유하고 있습니다. 이 물질은 때로 “titanium-zinc”라고 불립니다. 징크 시트의 일반적인 두께는 0.027 및 0.032inch이지만, 일반적으로 “mill finish(압연 다듬질)”라고 불리는 것으로 출하되지만, “사전에 풍화된” 다양성으로 이용 가능할 수도 있으며, 또는 다른 다양한 색상 및 음영을 포함할 수 있습니다. 압연 다듬질 시트는 일반적으로 날씨가 좋으면 광택이 없고 진회색으로 나타납니다.
신속한 배수와 아연 시트의 빠른 건조는 부식을 최소화합니다. 따라서 아연 지붕 패널은 낮은 경사면에서 사용되지 않습니다. 그러나 제조사는 부식을 줄이기 위해 시트 양면에 마감을 적용하는 경우가 많습니다.
아연은 다른 금속보다 더 부서지기 쉽기 때문에 특별한 제조 및 가공 기술이 필요합니다. 아연은 일반적으로 고체 기판 위에 설치해야하며, 현장 파손을 방지하기 위해 작업 금속 온도가 9℃ 이상이어야 합니다. 내부 모서리 절단은 천공된 구멍을 사용하여 재료가 찢어지지 않도록 해야합니다.
예를 들어, 아연 재료를 노칭(notching)할 때, 반지름은 노치의 끝부분에서 사용해야하며, 또는 금속의 파쇄될 수 있습니다. 아연은 가단성(펴서 늘릴 수 있는)이 있으며, 이것은 망치질을 할 수 있고 부서짐 없이 모양을 만들 수 있음을 의미합니다. 이것은 또한 구리와 같은 유형의 응용 분야에서 납땜이 가능하며 종종 사용됩니다.
아연은 구리와 비슷한 특성을 가지고 있지만, 구리와 아연의 접촉은 피해야 합니다. 여기에는 구리 파이프 또는 구리 지붕으로 인한 빗물은 포함됩니다. 아연, 구리 및 기타 금속의 호환성은 이 장의 마지막 부분에서 설명합니다.
아연은 녹여서 얇은 강철을 덮을 수 있습니다. 순수 아연 시트와 아연 도금 스틸의 차이점을 말하기는 어렵습니다. 아연은 비 자성입니다. 자석만 있으면 가능합니다. 자성이 알루미늄과 어떻게 반응하는지와 비슷한 자석은 순수한 아연 시트에 달라붙지 않습니다.
(5) 메타릭(metallic) 도장된 스틸
스틸은 강도와 성형 능력 때문에 지붕 패널로 이상적인 재료입니다. 도장되지 않은 스틸의 특성은 녹슬기 쉽습니다. 이 특성은 다른 금속으로 얇게 코팅하여 스틸을 덮음으로써 극복되었습니다. 아연, 알루미늄, 또는 알루미늄–아연 합금은 설치자가 만날 가장 보편적인 금속 코팅이지만, 다른 것들도 있습니다. 메타릭 코팅은 연속적인 용융 공정을 사용하여 적용됩니다.
[생산 공장에서 Hot-Dip 재료]
대형 코일로 압연된 강판은 고속으로 풀립니다. 시트는 세척되고, 열처리되고, 용융된 코팅 재료의 통을 통과합니다. 코팅된 시트는 이어서 냉각되고, 건조시키고, 금속을 추가로 처리합니다. 이 코팅은 녹 및 부식으로부터 강철을 보호하는 강력한 금속 결합을 형성합니다.
이 금속 코팅된 강은 일반적으로 다양한 게이지로 지정되지만, 실제 두께는 금속 코팅으로 인해 상당히 다를 수 있습니다. 혼란을 없애기 위해, 현재의 추세는 페인트를 제외하고 강철 모재 및 금속 코팅의 두께로 이 재질을 지정하는 것입니다.
가장 자주 사용되는 두 가지 금속 코팅은 아연과 알루미늄–아연 합금입니다. 두 코팅은 동일한 용융–딥(hot-dip) 공정을 사용하여 적용됩니다. 설치자는 코팅된 강철이 작업에 사용될 때, 각각의 공통된 용어 및 재료 특성을 알아야 합니다.
용접할 경우 설치자는 다음을 주의해야 합니다.
강철은 용접할 수 있습니다. 그러나 코팅된 강철은 용접할 수 없습니다. 용접은 용접 부위 주변의 금속 코팅을 파괴하여 녹 및 부식에 이상적인 기회를 제공합니다. 이것은 아래 그림에서 명확하게 확인할 수 있습니다. 모든 용접은 부식으로부터 보호되어야 합니다. 그러나 아연 또는 알루미늄 입자가 있는 경우라 할지라도 브러시, 분무 건조 코팅은 원래의 용융 코팅(hot-dip)의 수명이나 유지 보수보다 좋지 않습니다. 추가적으로 용접으로 인해 튀거나 열이 발생하는 경우, 금속 지붕의 표면을 덮고 보호해야 합니다.
[용접으로 인한 부식– 용접 열에 의해 파괴된 코팅 재료]
① 아연도금
아연 도금된 강판은 가장 오래된 것 중 하나이며, 금속 코팅 재료 중에서 가장 일반적인 것일 수 있습니다. 다른 모든 제품을 비교하는 표준 용융 금속 코팅 시트 재료입니다. 얇은 스틸 베이스는 양면에 녹은 아연이 도금되어 있고, 경제적이고 부식에 강한 지붕 재료를 공급합니다.
[철강의 아연 도금]
아연은 강철에 강한 결합력을 제공합니다. 아연이 산화됨에 따라, 아연은 “자가 치유(self-healing)” 또는 희생적인 성질을 가집니다. 예를 들어, 재료를 자르거나 긁혀서 강철 모재를 노출시키면, 아연이 희생되어 부식 공격으로부터 노출된 강철을 보호합니다. 이것은 아래 그림에 설명되어 있습니다.
[아연 도금의 자가 치유(self-healing)]
미완성된 아연 도금 강철은, 그 자체로는 적절한 장기 부식 방지를 제공하지 못합니다. 아연 도금된 지붕 패널은 일반적으로 추가 보호 기능을 제공하고, 필요한 경우 철강의 아연 보호 기능을 사용할 수 있도록 공장에서 도금됩니다.
지붕 패널에서 사용할 수 있는 아연 도금 두께의 범위는 G60과 G90과 같은 용어로 지정됩니다. 숫자는 아연 도금의 무게를 나타냅니다. G60 도금 중량은 100 평방피트 당 60ounces 또는 평방피트 당 0.60온스를 나타냅니다. 이 무게는 양면의 코팅 총 중량을 나타냅니다. 이것은 G60의 경우 0.5mil 및 G90의 경우 0.8mil의 양면에 평균 아연 도금 두께로 해석됩니다. 참고로 1온스/평방피트의 도금은 총 1.7mil(0.85mil/측면)일 것입니다.
② 알루미늄/아연 도금(갈바륨, Galvalume)
갈바륨 도금 강판은 1972년에 상업적으로 소개되었습니다. 갈바륨은 BIEC International Inc.의 국제적으로 인정된 상표입니다. 알루미늄과 아연의 합금은 무게로 55%/45%입니다. 부피 기준으로, 알루미늄 80% 및 아연 20%를 나타냅니다. 갈바륨은 알루미늄의 장벽 보호와 아연의 갈바니(galvanic) 보호를 결합하여 우수한 부식 저항성을 제공합니다.
스틸 패널용 표준 갈바륨(Galvalume) 코팅은 중량으로도 지정됩니다. AZ50 패널은 100 스퀘어 피트 당 50온스 또는 평방 피트 당 0.50 온스의 코팅 중량을 갖습니다. AZ50은 페인트된 갈바륨형 패널의 일반적인 무게입니다. AZ55는 종종 도장되지 않거나 또는 투명 코팅(clear-coating)된 갈바륨 유형 패널에서 자주 사용됩니다.
1997년경, 제조업체는 윤활제가 필요 없는, 투명 아크릴을 매우 얇게 도포하기 시작했습니다. 이로 인해 지붕 패널의 외관이 더 균일해지고, 지문과 얼룩에 강하고 풍화 효과가 느려졌습니다. 투명 아크릴 코팅은 영구적인 마감을 목적으로 하지 않으며, 일정 기간이 지나면 날씨에 없어집니다. 아크릴 코팅 갈바륨은 다른 상표명으로 판매됩니다.
갈바륨을 절곡할 때는 주의가 필요합니다. 갈바륨에 대한 보증은 대개 재료의 최소 굽힘 반경을 지정합니다. 일반적으로 이것은 롤 성형의 경우에는 문제가 되지 않지만, 브레이크 성형될 때 절곡 한계가 초과될 수 있습니다. 한계를 초과하면, 절곡부의 바깥 반경에 있는 재료가 절곡 선에서 조기 부식을 일으킬 수 있는 미세한 균열을 발생시킵니다. 갈바륨의 일반적인 최소 굽힘 한계는 “2T”로 명시되어 있으며, 이는 절곡 반경이 재료 두께의 두 배 이상이어야 함을 의미합니다.