-
Die
Erfindung betrifft einen Baustoff für brandschutztechnische Bauteile
sowie ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines derartigen
Baustoffs. Ferner betrifft die Erfindung ein brandschutztechnisches Bauteil
als auch ein Verfahren zu Herstellung desselben.
-
Bei
den brandschutztechnischen Bauteilen kann es sich sowohl um Bauteile
handeln die ausschließlich
aus dem Baustoff bestehen oder um Verbundbauteile aus dem Baustoff
und einem Trägermaterial.
-
Brandschutztechnische
Bauteile aus "nicht
brennbaren" Materialien
können
zur Aufnahme, zur Beschichtung und/oder zur Abdeckung von (brennbaren
und nichtbrennbaren) Stoffen, Medienleitungen, tragenden und nicht
tragenden Konstruktionen oder Bauteilen dienen, an die brandschutztechnische
Anforderungen gestellt werden. Bei den zu schützenden Bauteilen bzw. Aufnahmen
und Abdeckungen kann es sich beispielsweise um
- – Kabelrinnen,
- – Kabelkanäle,
- – Stromschienenumhüllungen,
- – Abdeckungen
von Verteilungskästen
oder -schränken,
Türen-
oder Klappenauskleidungen,
- – Rohrleitungsumhüllungen
für Rohre
mit brennbaren oder nichtbrennbaren Flüssigkeiten oder Gasen,
- – Zuluft-,
Abluft- oder Entrauchungskanäle
aus Stahlblech oder Kunststoff,
- – Decken-
und Wandplatten und deren Haltekonstruktionen,
- – Statisch
belastete Tragwerke aus Beton, Stahlbeton, Mauerwerk, Holz oder
Profilstahl, an die brandschutztechnische Anforderungen gestellt
werden
handeln.
-
Die
brandschutztechnischen Bauteile können selbst als Träger für brennbare
und nichtbrennbare Stoffe, Medienleitungen oder Bauteile dienen,
oder eine Bekleidung oder Beschichtung bzw. (auch teilweise) Umhüllung derartiger
Stoffe, Systeme, Medienleitungen, Bauteile, Platten oder Trag-,
Stütz-
und Haltekonstruktionen darstellen.
-
Aus
der Praxis ist bekannt, Lüftungs-
bzw. Installationsschächte
oder -kanäle
und -leitungen aus Metall oder Kunststoff mit einer "nicht brennbaren" Ummantelung zu versehen,
indem der Schacht bzw. der Kanal oder die Leitung beispielsweise
mit Mineralfasermatten umwickelt oder mit isolierenden Dämmplatten
verkleidet wird. Bekannt ist auch ein Schutz durch Anbringung von
Unterdecken bzw. Schachtverkleidungen aus Gipskarton-, Vermiculite-
oder Calcium-Silikat-Feuerschutzplatten. Derartige Maßnahmen
sind jedoch aufwendig herzustellen und somit aus Kostengründen meist
unerwünscht.
-
Ebenfalls
bekannt sind Beschichtungen und Anstriche der zu schützenden
Teile und Medienleitungen mit intumeszierenden Baustoffen, in denen
hohe Anteile von organischen Verbindungen enthalten sind. Diese entwickeln
ihre Flammschutzwirkung im Brandfall. Dabei entstehen größere Mengen
Rauch sowie in vielen Fällen
Formaldehyd und Furfaral. Darüber
hinaus sind organische Verbindungen in ihrer andauernden Wirkung
durch Alterung beeinträchtigt
und erfordern meist intensive Wartung und Überprüfung.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Baustoff der eingangs
genannten Art zur Verfügung zu
stellen, der kostengünstig
und herzustellen und universell im Brandschutz einsetzbar ist. Vorzugsweise
sollte der Baustoff zudem umweltneutral herzustellen und toxikologisch
unbedenklich und im Feuer rauchfrei sein.
-
Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung
eines derartigen Materials zur Verfügung zu stellen, das eine möglichst
schnelle und damit kostengünstige
und energiesparende Herstellung des Baustoffs ermöglicht.
-
Darüber hinaus
besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung
eines brandschutztechnischen Bauteils zur Verfügung zu stellen, das eine einfache
und möglichst
kostengünstige
Herstellung ermöglicht.
-
Weiterhin
sollen bekannte brandschutztechnische Bauteile durch die Erfindung
weiterentwickelt werden und vorteilhafte Anwendungen für den Baustoff
zur Verfügung
gestellt werden. Die Bauteile sollten im Bereich vorbeugender baulicher
Brandschutz, sowie im Bereich Brandschutz im Schiffbau, Flugzeugbau
und Off-Shore einsetzbar sein.
-
Ein
erfindungsgemäßer Baustoff
weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Der Baustoff enthält demnach
ein Bindemittel aus Natriumsilikat und/oder Kaliumsilikat, sowie
einen Füllstoff
aus Olivinmehl und Talkum und/oder Caolin. Ferner kann Kreide als
Füllstoff
enthalten sein, gegebenenfalls auch Quarzmehl und/oder Vermiculitepulver.
-
Vorzugsweise
weist das Quarzmehl eine Körnung
von 0-160 μ,
das Olivinmehl eine Körnung
von 0-125 μ und
das Vermicultiepluver eine Körnung
von 0-25 μ auf.
Talkum, Caolin und Kreide werden vorzugsweise in technischer Körnung (Pulver)
und technischer Reinheit angewendet.
-
Zur
Erzielung einer aktiven brandschutztechnischen Wirkung können kristallwasserhaltige
Chemikalien enthalten sein. Weiterhin ist es denkbar, anorganische
Fasern zur Armierung sowie Blähglas-Blähglimmer- und
Blähgraphitgranulate
zur Reduzierung des spezifischen Gewichtes beizumischen. Zum gleichen
Zweck können
auch andere natürliche
oder synthetische Mineralien beigemischt werden, deren kristalline
Struktur sich vorwiegend plättchenförmig darstellt
und sich bei Zufuhr von Wärme
fächerartig
auffaltet.
-
Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung eines derartigen Baustoffs als Dünnbettmörtel oder
als Brandschutzbeschichtung zum Auftrag auf Bauteile, Medienleitungen,
Konstruktionen, Decken, Wänden, wenn
deren Bauart den jeweils geforderten brandschutztechnischen Ansprüchen nicht
entspricht.
-
Weitere
bevorzugte Weiterentwicklungen des erfindungsgemäßen Baustoffs sind den Unteransprüchen und
der Beschreibung im Übrigen
zu entnehmen.
-
Ein
Verfahren zur Herstellung eines Baustoffs für brandschutztechnische Formteile,
Bauteile und Verbundbauteile weist die Merkmale des Anspruchs 16
auf. Es wird demnach vorgeschlagen Natriumsilikat und/oder Kaliumsilikat
miteinander zu vermengen und zu dieser Mischung Olivinmehl und Talkum
und/oder Caolin zur Einstellung einer pastösen oder giessfähigen Konsistenz
als Füllstoff
zugegeben. Zur Steuerung der Aushärtezeit des Baustoffs wird
ein die Aushärtung
einleitendes Säuremittel
in Form von einem oder mehreren Salzen zugegeben. Bei dem bzw. den
Salzen kann es sich um Salze der in der Chemie bekannten Säuren handeln.
-
Der
Erfinder hat erkannt, dass die Hinzufügung des Säuremittels zum (hoch-)alkalischen
Wasserglas ein Gelieren des Wasserglases bewirkt und damit den Härtungsprozess
einleitet. Durch Auswahl des Säuremittels
in Abhängigkeit
von der Konzentration bzw. Menge des zugefügten Säuremittels wird auf diese Weise der
Härtungsprozess
beschleunigt, ohne dass es zu Rissen im Gefüge des Formteils kommt.
-
Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen,
dass der Baustoff zum Aushärten
einer erhöhten
Temperatur von vorzugsweise 40 °C
bis 60 °C
ausgesetzt wird. Vorzugsweise erfolgt das Aushärten zudem unter einem erhöhten Druck
von vorzugsweise 8 bar bis 10 bar.
-
Ein
Vorteil des obigen Verfahrens kann darin bestehen, dass für den Härtungsprozess
wenig Primärenergie
in Form von Wärme
(ca. 40 °C
bis 60 °C)
und Pressdruck (ca. 8 bar bis 10 bar) zugeführt werden muss. Gegenüber herkömmlichen
Härtungsverfahren,
die innerhalb von mehreren Stunden oder Tagen bei Erwärmung des
Baustoffs oder der daraus hergestellten Formlinge auf bis zu 300 °C ablaufen,
können
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
Härtungszeiten
von 2 bis 45 Minuten erzielt werden, wobei zur abschließenden Trocknung
lediglich Raumtemperatur benötigt
wird. Das Verfahren führt
also in wesentlich kürzerer
Zeit zu einem gehärteten
und getrockneten Baustoff oder Formteil, Bauteil bzw. Verbundbauteil,
wobei wenig Primärenergie
benötigt
wird.
-
Temperung
und Druckdauer variieren entsprechend der Materialdicke, liegen
jedoch vorzugsweise bei 15 bis 20 Minuten, bei Herstellung von dünnen Schichten
bis 2,5 mm sogar zwischen 2 und 10 Minuten.
-
Als
Säuremittel
können
beliebige Salze beliebiger Säuren
zugegeben werden. Vorzugsweise erfolgt dies mit einem Volumen-Anteil
von 0,005% bis 0,5%.
-
Weitere
bevorzugte Weiterentwicklungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Unteransprüchen und
der Beschreibung im Übrigen
zu entnehmen.
-
Das
erfindungsgemäße Formteil,
Bauteil und/oder Verbundbauteil für den Brandschutz wird unter
Verwendung des obigen Baustoffes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt, sodass ein im wesentlichen nicht brennbarer und auch
unter Brandeinwirkung im wesentlichen formstabiler Formkörper entsteht.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Baustoff beispielsweise
in eine entsprechende Form eingefüllt oder auf eine Matrize aufgetragen
werden kann. Denkbar ist auch die Umhüllung eines entsprechenden
Formlings.
-
Eine
Weiterentwicklung des Formteils, Bauteils und/oder Verbundbauteils
sieht vor, dass ein anorganisches Armierungsgewebe als mechanische
Stabilisierung in den Baustoff eingearbeitet wird.
-
Denkbar
ist beispielsweise die Verwendung eines Glasfaser-Gittergewebes,
eines Glasvlieses aus "Roving-Fasern" oder aus Glasfaser-Häcksel mit
unterschiedlich langen Faserabschnitten oder eine Kombination der
genannten Glasfaserprodukte. Die Faserabschnitte des Glasfaser-Häcksels betragen
vorzugsweise 0,15 mm bis 12 mm in einem Mischverhältnis, das
dem jeweiligen Verwendungszweck des Formteils, Bauteils und/oder
Verbundbauteils entspricht.
-
Die
Herstellung des Formteils, Bauteils und/oder Verbundbauteils beruht
im Wesentlichen auf dem eingangs beschriebenen Verfahren der Vermischung
von Natrium- und Kaliumwasserglas mit Füllstoffen wie Olivinmehl, Talkum
und/oder Caolin unter Zufügung
von Salzen, insbesondere Aluminium- und/oder Kupfersulfat.
-
Weiterhin
können
Wollastonite, Blähglas-
und Blähglimmergranulat
hinzugegeben werden, wobei die Menge von zugesetztem Blähglas- und
Blähglimmer
eine mehr oder weniger mäßige Volumenvergrößerung im
Brandfall verursacht.
-
Die
Zufügung
weiterer Füllstoffe
und/oder Blähmittel
hängt von
der vorgesehenen Verwendung des Formteils, Bauteils und/oder Verbundbauteils
ab.
-
Insbesondere
bei Verwendung des Baustoffs als Brandschutzbeschichtung in sehr
geringer Trockenfilmstärke
werden bevorzugt Kohlendioxyd- und Kristallwasserträger wie
Ammoniumbicarbonat, Aluminiumhydroxyd, Bariumhydroxyd und/oder Blähgraphit
zum Erzielen besonders starken Aufschäumverhaltens der Rezeptur zugegeben.
-
Um
eine mechanisch belastbare Oberfläche oder einen belastbaren
Körper
herzustellen, gleichzeitig aber Gewicht einzusparen, wird die Mischung
einem flächigen
Druck von bis zu 10 bar ausgesetzt und gleichzeitig eine Temperatur
von 40 °C
bis 60 °C,
in Ausnahmen bis 90 °C
eingeleitet. Die dadurch provozierte Beschleunigung des Aushärtungsprozesses
lässt keine
Entlastung der enthaltenen komprimierten Makrokörper zu, weil ein Intensiver
Kontakt mit der erstarrenden Silicatflüssigkeit und den darin befindlichen
mineralischen Stoffen Olivin- und/oder Quarzmehl sowie gegebenenfalls
Wollastonite als Microkörper
stattfindet. Die Verbesserung des Brandschutzeffektes tritt durch
die erschwerte und dadurch verlangsamte Ausdehnung von gegebenenfalls
enthaltenen Blähglas-
und Vermiculite-Makrokörper
bei der Entstehung von Wasserdampf und Kohlendioxyd bei Temperaturbelastung
ein. Die im Baustoff gebundenen Kristallwasser- und Kohlendioxydreserven
werden also intensiver genutzt.
-
Armierungsgewebe
werden vorzugsweise als unbehandeltes Gitterrohgewebe mit einer
eigens dafür hergestellten
Appretur aus einer Mischung aus Kalium- und Natriumwasserglas, Orthokieselsäure und
destilliertem Wasser mittels Sprühdüsen durchtränkt. Der
Härteprozess
zur gewünschten
Schiebesteife ist innerhalb von 5 bis 7 Min. abgeschlossen. Das
Gewebe lässt
sich leicht zuschneiden und ist elastisch. Darüber hinaus wird die Verbindung
der Gittermattenoberfläche
mit der Baustoffmischung im Aushärteprozess
erleichtert.
-
Durch
die vorstehend beschriebene Herstellung ist es möglich, stabile, dünne, flächige Schichten
zu fertigen, die als Flammschutzschichten auf an sich weiche Platten
aus Mineralfaser oder Mineralschaum im Verfahrensgang der flächigen Druckausübung aufgepresst
werden. Denkbar ist auch, lediglich eine Verklebung der Brandschutzbauschicht
mit dem genannten Platten-Trägermaterial
mit einem dafür
entwickelten "Brandschutzkleber". Es entsteht somit
ein besonders leichtes, jedoch stabiles Feuerschutzplatten-Verbundbauteil.
-
Die
Bindung zwischen Mineralfaser- oder Mineralschaumplatten und Flammschutzschicht
wird vorzugsweise durch einen dafür entwickelten anorganischen
Kleber geschaffen, der in einer Nass-Schichtstärke von ca. 1 mm auf die Platten
aufgetragen wird. Darin kann auch ein Armierungsgewebe eingebettet
werden. Die Abhärtung
der Klebeschicht ist in der Regel in 3 bis 10 Minuten, in Abhängigkeit
der Viskositätseinstellung des
Klebers, abgeschlossen.
-
Der
Kleber besteht vorzugsweise aus einer Mischung aus Natrium- und
Kaliumwasserglas, Talkum und/oder Calin, Calcium-Carbonat und Orthokieselsäure und
kann von wasserflüssig
bis pastös
eingestellt werden. Die pastöse
Konsistenz dient vorzugsweise der Feinschichtspachtelung einer Flammschutzschicht und
kann zu diesem Zweck auch mit Borax, Bariumhydroxyd und/oder Aluminiumsulfat,
aber auch mit Blähglas-,
Blähglimmer-
und/oder Blähgraphit
gefüllt
werden.
-
Die
zu beschichtenden Platten sind beispielsweise handelsübliche Mineralfaserplatten
der Rohdichte 100 kg/m3 bis 150 kg/m3 in Normschichtdicken wie 10 mm, 15 mm,
20 mm, 30 mm bis 60 mm mit quer oder parallel zur Wärmedurchgangsrichtung
gestellten Fasern. Es können
auch Mineralschaumplatten mit einer Rohdichte von 35 kg/m3 bis 45 kg/m3 zur
Anwendung kommen, die in gleichen oder ähnlichen Plattendicken handelsüblich erhältlich sind.
-
Wegen
der besonders guten Haftfestigkeit des Klebers auf Metallflächen und
mineralischen Untergründen,
sieht eine Weiterentwicklung des Klebers die Verwendung als Brandschutzbeschichtung
vor, mit dem vorzugsweise Stahlträger und -stützen sowie Decken und Wände vor
unzulässig
hoher Temperaturbelastung geschützt
werden sollen.
-
Eine
Weiterentwicklung des Brandschutzbaustoffes sieht die Herstellung
eines leichten Plattenmaterials aus grobkörnigem Blähglas-, Blähglimmer- und/oder Blähtongranulat
sowie Natriumwasserglas als Bindemittel vor. Als weitere Bindemittel
werden Orthokieselsäure
und/oder Mineralfasern sowie Olivinmehl, Talkum und Caolin zugesetzt.
Als Härter
wird Kupfersulfat, Aluminiumsulfat, Aluminium- oder Kupfernitrat
sowie Ammoniumbicarbonat benutzt. Unter einem flächigen Druck von ca. 10 bar
und etwa 45 °C
bis 50 °C
Temperaturzuleitung wird die Schüttdichte
um ca. 30% komprimiert. Es entsteht eine Platte mit einem Flächengewicht von
ca. 20 kg/m2 bis 22 kg/m2,
die wiederum als Trägerplatte
mit vorher beschriebenem "Kleber" als Flammschutzschicht
stabilisiert werden kann.
-
Als
Anwendungsgebiete der beschriebenen Trägerplatte und der vorher beschriebenen
Verbundbauteile sind vorzugsweise gewichtsparende Bekleidungen unterhalb
von Trapezblechdächern,
Stahlstützen-
und Stahlträgerbekleidungen
oder Lüftungskanal- Feuerschutz-Bekleidungen
das Vermarktungsziel. Auch im Brandfall absolut rauchfreie Wand-
und Deckenpaneele mit Feuerwiderstandklassen von F 30 bis F 180
oder Form und Plattenbauteile in der Luftfahrt- und Marinetechnik
sind Anwendungsziele Die Rezeptur des brandschutztechnischen Baustoffs
kann vom Fachmann an den jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden.
Es versteht sich, dass die Zusatzstoffe jeweils in Abhängigkeit
vom Einsatzzweck und der Gestalt des Bauteils zugegeben und bemessen
werden können.
Gleiches gilt für
die Anteile des Bindemittels und der Füllstoffe sowie die Höhe der Temperatur
und des Drucks zum Aushärten.
-
Lediglich
Beispielhaft ist nachfolgend eine Rezeptur für einen Baustoff zur Herstellung
eines Leichtbau-Unterdeckenbauteils aufgeführt.
-
Das
Bindemittel besteht aus
| 45,2% | Natriumsilikat, |
| 0,1% | Wasser
und |
| 45,7% | Füllstoffen |
die zu einer pastösen Menge vermischt werden.
-
Die
Füllstoffe
bestehen aus
| 12,4% | Olivinmehl, |
| 0,25% | Orthokieseisäure, |
| 14,2% | Blähglasgranulat
mit einer Körnung
von 1,0 mm bis 2,0 mm |
| 9,6% | Blähglasgranulat
mit einer Körnung
von 2,0 mm bis 4,0 mm |
| 2,9% | Vermiculitegranulat
mit einer Körnung
von 2,0 mm bis 4,0 mm |
| 1,5% | Füllfasern
mit einer Länge
von 0,15 mm bis 1,0 mm |
als Zusatzstoff wird
| 4,7% | Kupfersulfat
oder Kupfernitrat |
als Härter
zugegeben.
-
Der
Baustoff wird wie folgt verarbeitet: Die genannten Bindemittel,
Wasser und die genannten Füll-
und Zusatzstoffe werden mit einem Mischwerk bei ca. 400 U/min bis
900 U/min miteinander vermengt und in eine mit Trennfolien ausgelegte
(quadratische oder rechteckige) (Füll-)Form gefüllt und
gleichmäßig verfüllt.
-
Die
Form und ein entsprechender Stempel sollten eine Temperatur von
etwa 45 °C
aufweisen.
-
Mit
einer pneumatischen oder hydraulischen Presse wird ein Druck von
8 bar bis 10 bar auf den Stempel ausgeübt.
-
Während einer
Presszeit von 15 bis 20 Minuten darf die Temperatur weder am Stempel
noch an der Form absinken, jedoch bis auf 55 °C bis 60 °C ansteigen.
-
Nach
der beschriebenen Pressung wird die entstandene Platte von ca. 10
mm Stärke
entformt und ca. 4 Stunden von beiden Seiten belüftet bei Raumtemperatur getrocknet.
-
Die
so entstandene Platte widersteht im Feuer gemäß Einheitstemperaturkurve (ETK)
der DIN 4102 für
mehr als 30 Minuten einer mittleren Temperaturerhöhung auf
der dem Brand abgewandten Seite von 140 K. Rauch oder Rauchgase
entstehen dabei nicht. Die Platte bleibt unbeschadet mit leicht
dem Feuer entgegen gewölbter
Oberfläche
mit einer dichten, fest gesinterten Schicht von 0,8 mm Stärke. Die
ursprüngliche
Festigkeit des Granulatgefüges
wird im Wesentlichen nicht negativ verändert.
-
Durch
Veränderung
der Plattendicke und zusätzlichen
Beschichtungen mit z.B. dem vorgenannten anorganischen Kleber ist
die Feuerwiderstandsdauer auf 60, 90, 120 oder 180 Minuten steigerungsfähig.
-
Es
hat sich gezeigt, dass eine Verzunderung oder Zermürbung wie
bei hydraulisch abgebundenen Baustoffen (Gips, Zement, Calcium-Silikat)
bei dieser Materialart nicht stattfindet.
-
Die
so hergestellten Platten eignen sich zusammen mit entsprechenden
Haltekonstruktionen besonders gut zur Feuerschutzbekleidung von
Trapezblechdächern
oder zur Herstellung von Feuerschutz-Unterdecken, die sowohl aus
der Raumseite als auch aus dem Deckenhohlraum mit Brandlasten beaufschlagt
werden können.
-
Denkbar
ist aber auch jede andere Formgebung, z.B. Halbschalen, die um Rohre
aus Metall oder Kunststoff, die leicht entzündliche oder explosive Flüssigkeiten
oder Gase transportieren, gefügt
werden und so einen dauerhaften Schutz vor unzulässiger Temperaturerhöhung darstellen,
ohne selbst die Rohrtrasse und deren Befestigungssysteme durch zu
hohes Eigengewicht zusätzlich
zu belasten.
-
Auch
eine Verwendung als Wand- oder Deckendurchführung, die nachträglich um
sonst ungeschützt geführte Rohre
und Leitungen im Durchgangsbereich herum gelegt werden und so ein
Feuerschott darstellen, ist denkbar.
-
Selbst
die Herstellung von Formteil-Kabelschotts, die lediglich Kabel vor
und hinter einem Wand- oder Deckendurchbruch umhüllen und mit den Stirnseiten
an den Bauflächen
angeklebt werden ist vorstellbar.