DE102012100107A1

DE102012100107A1 - Protective covering system for wall of building construction, particularly for mechanical protection of concrete surfaces of buildings such as industrial plants, has multiple individual layers, which are stacked on top of each other

Info

Publication number: DE102012100107A1
Application number: DE201210100107
Authority: DE
Inventors: Steffen Siegel; Lothar Stempniewski
Original assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2012-01-09
Filing date: 2012-01-09
Publication date: 2013-07-11

Abstract

The protective covering sheet has multiple individual layers, which are stacked on top of each other in a parallel manner. The individual layers comprise a layer (2) having a fibrous layer applied on the concrete wall (1), a separation layer (3) applied on the former layer and an ultra-high performance concrete layer (4) applied on the separation layer. An elastomer layer is applied on the ultra-high performance concrete layer. A fiber-reinforced polymer foam layer is applied on the elastomer layer.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schutzhüllensystem für eine Wandung eines Hochbaus, insbesondere eine Betonwandung gemäß des ersten Patentanspruchs. Sie dient insbesondere dem mechanischen Schutz von Betonoberflächen von Hochbauten, wie Industrieanlagen oder Kraftwerken wie z.B. Kernkraftwerken gegenüber auftreffende größere Gegenständen wie z.B. Fahr- oder Flugzeuge oder gegenüber größeren Wuchtgeschossen. The invention relates to a protective cover system for a wall of a building construction, in particular a concrete wall according to the first claim. In particular, it serves for the mechanical protection of concrete surfaces of building structures, such as industrial plants or power plants, such as industrial buildings. Nuclear power plants against larger larger objects such. Vehicles or airplanes or larger bullets.

Armierungen wie Splitterschutzbarrieren oder Panzerungen zum Schutz von Gebäuden oder anderen Hochbauten vor Feuerungswaffen und Explosionen sind vor allem in der Militärtechnik hinreichend bekannt. Anfänglich war es üblich, exponierte Wandungen durch höhere Wanddicken oder durch einseitiges oder beidseitiges Anbringen zusätzlicher Platten einfach zu verstärken. Betonwände wurden insbesondere mit einer Erhöhung des Armierungsstahlanteils zäher und damit widerstandsfähiger gegenüber einer Zerrüttung durch Beschuss. Die genannten Maßnahmen bezogen die bestehende und zu schützende Wandung grundsätzlich aktiv mit in die Armierung mit ein. Es kommt unweigerlich zu einer direkten Beschussbelastung der Wandung und damit zu einer mehr oder minder schnell fortschreitenden Zerrüttung der Wandung. Reinforcements such as anti-fragmentation barriers or armor to protect buildings or other buildings from firearms and explosions are well known, especially in military engineering. Initially, it was common practice to simply reinforce exposed walls by increasing wall thicknesses or by attaching additional panels on one or both sides. Concrete walls became tougher, in particular with an increase in the proportion of reinforcing steel, and thus more resistant to shattering by bombardment. The above-mentioned measures basically included the existing wall to be protected actively into the reinforcement. It inevitably comes to a direct bombardment of the wall and thus to a more or less rapidly progressing disruption of the wall.

Die Weiterentwicklung von Gebäudearmierungen erfolgt mit der Waffenentwicklung. Dabei kommen zunehmend Systeme mit verschiedenen Armierungskomponenten zum Einsatz, wobei jede dieser Komponente einem zunehmenden speziellen Zweck im System zugeordnet ist. The further development of building reinforcements takes place with the weapon development. Systems with different reinforcing components are increasingly being used, each of these components being assigned an increasing special purpose in the system.

In der DE 103 11 093 A1 wird beispielhaft ein Beschuss hemmendes Element in Leichtbauweise insbesondere für Leichtbaukonstruktionen aus Beton vorgeschlagen. Diese besteht aus einem Schichtverbund aus einer tragenden Platte, einer textilen schusssicheren Matte, einem gefalteten Aluminiumblech sowie optional einer Mineralwollschicht als Versteifung, die in der genannten Reihenfolge auf die Betonoberfläche aufgetragen wird. In the DE 103 11 093 A1 For example, a bullet-proof element in lightweight construction is proposed in particular for lightweight concrete structures. This consists of a layer composite of a supporting plate, a textile bullet-proof mat, a folded aluminum sheet and optionally a mineral wool layer as a stiffener, which is applied in the order mentioned on the concrete surface.

Ferner wird in der DE 31 22 367 C1 eine Wand zum Schutz gegen Hohlladungen und Wuchtgeschosse beschrieben. Sie umfasst eine Zwischenschicht mit einer Vielzahl von in Schussrichtung parallel erstreckender Zwischenwandungen, die zwischen zwei Schichten eine Vielzahl von Hohlräumen bildet. Furthermore, in the DE 31 22 367 C1 a wall for protection against shaped charges and Balloons described. It comprises an intermediate layer having a plurality of wales extending parallel in the weft direction, which forms a plurality of cavities between two layers.

Auch DE 699 16 101 T2 offenbart eine mehrschichtig geklebte stoßdämpfende Armierung für Gebäude insbesondere zum Schutz vor Explosionsschäden. Sie umfasst eine äußere und eine innere Schicht sowie zumindest eine Zwischenschicht. Die äußere Schicht besteht aus einem thermoplastischen Kern und äußeren Flächenkörpern aus faserverstärktem duroplastischem Harz. Die innere Schicht weist eine Schaustoffschicht auf, während eine Zwischenschicht aus hohlen Tetraedern gebildet wird. Die Schichten werden untereinander verklebt. Also DE 699 16 101 T2 discloses a multi-layer bonded shock-absorbing reinforcement for buildings, in particular for protection against explosion damage. It comprises an outer and an inner layer and at least one intermediate layer. The outer layer consists of a thermoplastic core and outer sheets of fiber reinforced thermosetting resin. The inner layer has a skin layer while an intermediate layer of hollow tetrahedra is formed. The layers are glued together.

Die letztgenannte Armierung dient insbesondere als Stoßwellenbarriere, d.h. primär zur Dämpfung von Druckwellen aus Explosionen von Autobomben oder anderen terroristisch motivierten Sprengsätzen. Folglich dienen der Schichtverbund und darin insbesondere die Tetraederstrukturen sowie die geklebten Kunststoffelemente primär der Energieabsorption durch die Druckwelle oder eines Geschosses, d.h. einer kurzzeitigen Stoßbelastung. The latter reinforcement serves in particular as a shock wave barrier, i. primarily for damping pressure waves from explosions of car bombs or other terroristically motivated explosive devices. Consequently, the laminate, and in particular the tetrahedral structures, as well as the bonded plastic elements serve primarily for energy absorption by the pressure wave or a projectile, i. a short-term impact load.

Die Belastung einer Wandung eines Hochbaus bei einem Unfall oder einem gezielten Anschlag oder einem Angriff, bei dem z.B. ein Explosion direkt an der Wandung gezündet wird, weicht jedoch oftmals von einer kurzzeitigen Stoßbelastung ab. Oftmals entstehen kombinierte Belastungen mechanischer und thermischer Art, die überlagert aber auch zeitversetzt oder von unterschiedlicher Dauer auf die Wandung einwirken. Beispielsweise entstehen bei Unfällen eines Flüssig-Gefahrguttransports an einem Brückenpfeiler oder in einer Tunnelröhre zunächst eine kurzzeitige mechanische Stoßbelastung, gefolgt aber von einer erheblich länger andauernden thermischen und/oder korrosiven Einwirkung auf die Wandung. Auch Flugzeugabstürze bewirken in ähnlicher Weise eine kurze mechanische und eine länger andauernde thermische Einwirkung auf die unmittelbare Umgebung der Absturzstelle. The load on a wall of a building in the event of an accident or a targeted attack or an attack involving e.g. An explosion is ignited directly on the wall, but often deviates from a short-term impact load. Often, combined mechanical and thermal stresses arise, which are superimposed but also time-delayed or of varying duration on the wall. For example, in the event of accidents involving the transport of liquid dangerous goods to a bridge pier or in a tunnel tube, a brief mechanical shock load initially occurs, but is followed by a considerably longer lasting thermal and / or corrosive action on the wall. Air crashes also cause a short mechanical and a prolonged thermal impact on the immediate vicinity of the crash site in a similar manner.

Davon ausgehend liegt die Aufgabe der Erfindung darin, ein Schutzhüllensystem für eine Wandung vorzuschlagen, die nicht nur eine kurzzeitige mechanische Belastung wie z.B. einer Druckwelle oder Wuchtgeschossen dämpft, sondern auch einen Schutz für direkt auf die Wandung auftreffende explosive Gegenstände oder Stoffe bildet. Insbesondere liegt eine Aufgabe des Schutzhüllensystems darin, eine Abschirmung auch noch nach einer ersten Belastung durch Beschuss oder Explosion bereitzustellen. Vorzugsweise soll die Armierung eine Schädigung der Wandung jeglicher mechanischer oder thermischer Art verhindern oder reduzieren. Based on this, the object of the invention is to propose a protective wall covering system, which not only provides a short-term mechanical load, such as e.g. dampens a pressure wave or balancing bullets, but also forms a protection for directly on the wall impinging explosive objects or substances. In particular, an object of the protective sheath system is to provide a shield even after a first load by bombardment or explosion. Preferably, the reinforcement should prevent or reduce damage to the wall of any mechanical or thermal nature.

Eine besondere Aufgabe des Schutzhüllensystems liegt darin, die Einwirkungen von außen auf eine Betonwandung abzumindern. Insbesondere konstruktiv ausgelegte Betonelemente im Hochbau, wie z.B. Trägerelemente wie Brückenpfeiler, Betonskelettelemente für Hochhäuser oder Betonhüllen eines Reaktordruckbehälters sind für einen jeweiligen Zweck ausgelegt und müssen bei einer Beschädigung kostenintensiv ausgetauscht werden. Folglich liegt die Aufgabe des Schutzhüllensystems insbesondere darin, eine Degradation des Eigenschaftsprofils dieser Betonelemente auch nach einer Einwirkung einer Druckwelle oder eines wie auch immer gearteten Wuchtgeschosses mit oder ohne zusätzliche thermische und/oder andauernde Belastung sicherzustellen. A special task of the protective cover system is to reduce the impact from outside on a concrete wall. In particular, constructively designed concrete elements in building construction, such as support elements such as bridge abutments, concrete skeleton elements for high-rise buildings or concrete shells of a reactor pressure vessel are designed for a particular purpose and must be replaced costly in case of damage. Consequently, the object of the protective sheath system in particular, to ensure a degradation of the property profile of these concrete elements even after an action of a pressure wave or of any kind of balancing projectile with or without additional thermal and / or continuous load.

Die Aufgabe wird mit einem Schutzhüllensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie gelöst. Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Schutzhüllensystems wieder. The object is achieved with a protective sleeve system with the features of claim 1 and. Subclaims give advantageous embodiments of the protective cover system again.

Die Erfindung umfasst ein Schutzhüllensystem für eine Wandung, umfassend eine Anzahl von aufeinander liegende Einzelschichten. Die Wandung ist vorzugsweise eine Gebäudewand oder die Oberfläche eines konstruktiven Bauelements bevorzugt aus Beton, weiter bevorzugt ein Trägerelement der vorgenannten Art oder eine Wandung eines Kernkraftwerkes oder eines Gebäudes, in denen Gefahrenstoffe oder explosive Stoffe gelagert werden. The invention comprises a protective sheath system for a wall, comprising a number of superimposed individual layers. The wall is preferably a building wall or the surface of a structural element preferably made of concrete, more preferably a support element of the aforementioned type or a wall of a nuclear power plant or a building in which hazardous substances or explosive substances are stored.

Eine erste Schicht ist direkt auf der Wandung aufgebracht oder mit dieser verbunden. Sie umfasst eine Faserfolie (vorzugsweise mit Kohle- oder Glasfasern), d.h. eine Folie, die auch bei erhöhten Temperaturen eine hohe Reißfestigkeit aufweist. Vorzugsweise dient diese erste Schicht als Substrat für die darauf folgenden Schichten und ermöglicht je nach Auslegung und Befestigung mit der Wandung entweder eine Entfernung des gesamten Schutzhüllensystems (bei lösbarer Befestigung) oder alternativ eine zusätzliche mechanische Stabilisierung der Wandung z.B. gegenüber Rissbildung (bei flächiger Verklebung). A first layer is applied directly to the wall or connected to it. It comprises a fibrous sheet (preferably with carbon or glass fibers), i. a film that has a high tear resistance even at elevated temperatures. Preferably, this first layer serves as a substrate for the subsequent layers and, depending on its design and attachment to the wall, allows either removal of the entire containment system (if releasably attached) or, alternatively, additional mechanical stabilization of the wall, e.g. against cracking (in the case of flat bonding).

Dieser ersten Schicht folgt eine Trennschicht in der Form einer bevorzugt impermeablen Membran. Sie dient als Fluidbarriere. Insbesondere brennbare Flüssigkeiten oder Gase werden von der zu schützenden Wandung ferngehalten und dringen nicht in diese ein. Die Gefahr von Korrosion in der Wandung wird wie auch Verbrennungen unmittelbar auf der Wandung durch die in der Wandung aufgenommenen brennbaren Flüssigkeiten und damit eine Beschädigung der Wandung werden signifikant reduziert. Vorzugsweise dient die Trennschicht bei Verbrennungsvorgängen auch als Wärmedämmschicht zur Wandung hin. This first layer is followed by a release layer in the form of a preferably impermeable membrane. It serves as a fluid barrier. In particular, flammable liquids or gases are kept away from the wall to be protected and do not penetrate into this. The risk of corrosion in the wall as well as burns directly on the wall by the combustible liquids absorbed in the wall and thus damaging the wall are significantly reduced. In the case of combustion processes, the separating layer preferably also serves as a thermal barrier coating to the wall.

Das Material und die Dicke der Trennschicht ergeben bzw. dimensionieren sich aus der zu erfüllenden Aufgabe; sie darf bei einer maximal anzunehmenden Verbrennung oder chemischen Einwirkung mit oder ohne vorangegangener mechanischer Beanspruchung nicht ihre Funktion verlieren. Bei einer Verbrennung kommt zusätzlich die Aufgabe einer Wärmedämmung zum Schutz der Wandung hinzu. Beispielsweise muss ein Schutzhüllensystem für eine Betonhülle eines Reaktordruckbehälters auf einen möglichen Absturz und Explosion eines vollgetankten Großraum-Verkehrsflugzeug dimensioniert sein; in diesem Fall beträgt die minimale Dicke einer massigen Trennschicht z.B. aus UHPC zwischen 3 und 30 cm, vorzugsweise 5 bis 10 cm. The material and the thickness of the separating layer result or dimension from the task to be fulfilled; it shall not lose its function in the case of maximum combustion or chemical action with or without prior mechanical stress. In a combustion additionally comes the task of thermal insulation to protect the wall. For example, a protective shell system for a concrete shell of a reactor pressure vessel must be sized for a possible crash and explosion of a full-capacity, large-capacity commercial aircraft; in this case the minimum thickness of a bulk separating layer is e.g. made of UHPC between 3 and 30 cm, preferably 5 to 10 cm.

Ist eine Verbrennung oder eine andere thermische Belastung wie z.B. bei Wandungen wie unterhalb einer Wasseroberfläche nicht zu erwarten oder eine thermisch bedingte Degradation z.B. bei temperaturresistenten, überdimensionierten oder nicht tragenden Wandungen oder Hitzeschilde unkritisch, reduziert sich die Trennschichtdicke um die für eine Wärmedämmung erforderlichen Materialstärken. If combustion or other thermal stress, e.g. in walls such as below a water surface is not expected or a thermally induced degradation, for. In the case of temperature-resistant, oversized or non-load-bearing walls or heat shields, the separating layer thickness is reduced by the material thicknesses required for a thermal insulation.

Es wird optional vorgeschlagen, Fluidreservoirs Fluidkanäle oder einen Fluidkreislauf in die Trennschicht zu integrieren, beispielsweise zur Einbindung oder Hindurchleitung eines Lösch-, chemischen Neutralisierungs- oder Kühlmittels wie z.B. Wasser in Polyurethanschaum etc. Ebenso lassen sich Sensoren z.B. zur Messung der Temperatur (z.B. Thermofühler), von chemischen Gefahrstoffen oder Zersetzungsprodukten in die Trennschicht (z.B. Gassensoren) oder zur Überwachung der Trennschichtdichtigkeit (z.B. elektrisches Leiternetzwerk über die Trennschichtfläche erstreckend) integrieren. It is optionally proposed to incorporate fluid reservoirs fluid channels or a fluid circuit into the separation layer, for example for incorporation or passage of a quenching, chemical neutralizing or cooling agent, such as e.g. Water in polyurethane foam, etc. Similarly, sensors, e.g. for measuring the temperature (e.g., thermocouples), chemical hazardous substances or decomposition products in the separation layer (e.g., gas sensors) or for monitoring interface sealability (e.g., extending electrical conductor networks across the interface area).

Optional ist die Trennschicht auch als Mehrschichtsystem (Multilayerschichtsystem) mit mindestens zwei bis 10, vorzugsweise 2 bis 4 Einzelschichten realisierbar. Zwischen den Einzelschichten werden zur Erhöhung der Verbundfestigkeit, als Barrieren oder als flächige Befestigungsmittel mit bestimmten Eigenschaften optional Zwischenschichten angeordnet. Optionally, the separating layer can also be realized as a multilayer system (multilayer coating system) with at least two to 10, preferably 2 to 4 individual layers. Interlayers are optionally placed between the individual layers to increase the bond strength, as barriers or as flat fasteners with certain properties.

Die Trennschicht wird wiederum durch eine ultrahochfeste Betonschicht (UHPC-Schicht) abgedeckt und durch diese mechanisch und thermisch zusätzlich geschützt. Insbesondere verhindert die UHPC-Schicht eine direkte Einwirkung der Druckwelle oder des Wuchtgeschosses (Geschoss, Fahrzeug, Flugzeug etc.) auf die darunter liegende Trennschicht. The separating layer is again covered by an ultra-high-strength concrete layer (UHPC layer) and additionally protected by this mechanically and thermally. In particular, the UHPC layer prevents direct impact of the pressure wave or of the impact projectile (bullet, vehicle, aircraft, etc.) on the separating layer underneath.

UHPC kennzeichnen sich durch hohe Druckfestigkeiten über 150N/mm², d.h. oberhalb der in DIN EN 206-1 definierten Festigkeitsklasse C 100/115, weisen aber gegenüber konventionellen Betonen auch eine erhöhte Sprödigkeit auf, die insbesondere bei thermischer Belastung die Gefahr von Abplatzungen erhöht. Um diese Sprödigkeit zu begrenzen, werden in der UHPC-Schicht des Schutzhüllensystems vorzugsweise durch integrierte Fasern verstärkt. UHPC are characterized by high compressive strengths above 150N / mm ² , ie above the in DIN EN 206-1 defined strength class C 100/115, but also have over conventional concretes on an increased brittleness, which increases the risk of flaking especially under thermal stress. To limit this brittleness, in the UHPC layer of the protective sheath system are preferably reinforced by integrated fibers.

Zur Vermeidung einer thermischen Degradation sind diese Fasern vorzugsweise aus Metall wie Stahl, aus Keramik oder einem anderen Material mit einer Schmelztemperatur oberhalb von 500°C, vorzugsweise je nach anzunehmender thermischer Belastung oberhalb einer Temperatur zwischen 800°C oder 1500°C. To avoid thermal degradation, these fibers are preferably made of metal such as steel, ceramic or other material with a melting temperature above 500 ° C, preferably depending on the assumed thermal stress above a temperature between 800 ° C or 1500 ° C.

Ist eine hohe mechanische Zähigkeit der UHPC-Schicht bei geringer thermischer Belastung erforderlich, bestehen die Fasern vorzugsweise aus einem duktilen oder fließenden Material wie Kunststoff oder Glas. If a high mechanical toughness of the UHPC layer is required at low thermal stress, the fibers are preferably made of a ductile or flowing material such as plastic or glass.

Ebenso ist eine hohe mechanische Zähigkeit mit den vorgenannten Maßnahmen sinnvoll, wenn bei einem anzunehmenden Unfall wie z.B. beim Abfangen eines aufprallenden Flugzeugs, eines Tanklastzuges oder eines anderen feuergefährlichen Gegenstands zunächst bei noch moderaten Temperaturen eine hohe mechanische Stoßbelastung aufgefangen werden muss, in Nachgang aber die Belastung der UHPC-Schicht aufgrund des beim Aufprall austretenden Brennstoff aber überwiegend thermischer oder korrosiver Natur ist. Die UHPC-Schicht nimmt zunächst die Kraft des Aufpralls auf und leitet diese Kraft möglichst großflächig an die darunter angeordnete Zwischenschicht weiter. Anschließend dient die UHPC-Schicht primär als temperaturbeständige zusätzliche Wärmedämmschicht. Die vorgenannten Abplatzungen der Schichtoberfläche während der Verbrennung (und der damit einhergehenden thermischen Degradation der Fasern) ermöglichen in vorteilhafter Weise eine Entfernung von mit Brennstoff kontaminierten Beton-Schichtoberflächenbereichen aus der unmittelbaren geschädigten Aufprallbereich. Similarly, a high mechanical toughness with the aforementioned measures is useful if in an assumed accident such. when intercepting an impacting aircraft, a tanker truck or other flammable object first high moderate mechanical shock load must be collected at moderate temperatures, but in the wake of the UHPC layer is due to the exiting fuel but predominantly thermal or corrosive nature. The UHPC layer first absorbs the force of the impact and forwards this force as extensively as possible to the intermediate layer arranged underneath. Subsequently, the UHPC layer serves primarily as a temperature-resistant additional thermal barrier coating. The aforementioned flaking of the layer surface during combustion (and the concomitant thermal degradation of the fibers) advantageously allows removal of fuel-contaminated concrete layer surface areas from the immediate damaged impact area.

Grundsätzlich zeichnen sich UHPC im Vergleich zu anderen Betonen durch eine erhöhte Dichtigkeit gegenüber Flüssigkeiten aus und unterstützen damit die Aufgabe der Trennschicht. In principle, UHPC are characterized by increased impermeability to liquids compared to other concretes and thus support the task of the separating layer.

Die Stärke der UHPC-Schicht richtet sich wie bei der Zwischenschicht nach der zu erwartenden maximalen Belastung und nach Anzahl und Beschaffenheit den angrenzenden Schichten. Für ein Schutzhüllensystem für Trägerelemente wie Brückenpfeiler oder Betonhüllen eines Reaktordruckbehälters liegen die Stärke typischerweise zwischen 1 und 10 cm, vorzugsweise zwischen 2 und 5 cm. The thickness of the UHPC layer depends, as with the intermediate layer, on the expected maximum load and on the number and composition of the adjacent layers. For a protective cover system for support elements such as bridge piers or concrete casings of a reactor pressure vessel, the thickness is typically between 1 and 10 cm, preferably between 2 and 5 cm.

UHPC-Schicht (und/oder auch die darunter liegenden Trennschicht) ist entweder als Monolayerschicht oder insbesondere bei größeren Stärken als Multilayerschichtverbund mit vorzugsweise 2 bis 5 Einzelschichten realisierbar. UHPC layer (and / or the underlying release layer) can be realized either as a monolayer layer or, in particular, at relatively high thicknesses as a multilayer layer composite with preferably 2 to 5 individual layers.

Mit Multilayerschichtverbünden, insbesondere der UHPC-Schicht, (aber grundsätzlich auch der darunter liegenden Trennschicht) lassen sich nicht nur die vorgenannten thermisch getriebenen Abplatzungen beispielsweise durch individuelles Ablösen einer jeweils außen liegenden gesamten Einzelschicht beeinflussen oder exakt steuern (z.B. durch nachfolgend genannte thermoplastische Zwischenschichten), sondern auch die einwirkenden mechanischen Stoßkräfte beim Auftreffen eines Gegenstandes über eine vergrößerte Anzahl von Grenzflächen besser auf die folgenden Schichten aufteilen. With multilayer composite layers, in particular the UHPC layer (but in principle also the underlying release layer), not only the abovementioned thermally driven flakes can be influenced or precisely controlled, for example by individual detachment of a respective outer single layer (eg by the below-mentioned thermoplastic interlayers), but also better divide the applied mechanical impact forces upon impact of an object over an increased number of interfaces on the following layers.

Die Einzelschichten, insbesondere die Randschichten weisen zur Erhöhung der Zähigkeit und Nachgiebigkeit bevorzugt eine Faserverstärkung der vorgenannten Art auf. Ferner lassen sich ähnlich einer Verbundglas-Frontscheibe eines Straßenfahrzeugs oder einer Panzerglasscheibe zwischen den UHPC-Einzelschichten duktile Zwischenschichten anordnen, die insbesondere eine Stoßbelastung zusätzlich für eine günstige Kräfteverteilung in umliegende Bereiche unterstützt. Sind diese duktilen Zwischenschichten aus einem bevorzugten thermoplastischen Kunststoff, erweichen oder verflüssigen diese bei Hitzeeinwirkung und lösen die jeweiligen darüber liegenden Schichten automatisch vom Schutzhüllensystem ab. Mit diesen Schichten entfernen sich in besonders vorteilhafter Weise auch die brennenden Bestandteile vom unmittelbaren Aufschlagbereich. The individual layers, in particular the edge layers, preferably have a fiber reinforcement of the aforementioned type to increase the toughness and flexibility. Furthermore, similar to a laminated glass front panel of a road vehicle or a bulletproof glass pane, ductile intermediate layers can be arranged between the UHPC individual layers, which in particular additionally supports a shock load for a favorable distribution of forces into surrounding areas. If these ductile intermediate layers are made of a preferred thermoplastic material, they soften or liquefy on exposure to heat and automatically detach the respective overlying layers from the protective jacket system. With these layers remove in a particularly advantageous manner, the burning components of the immediate impact area.

Zur Dämpfung der auf die UHPC-Schicht auftreffende mechanische Belastungsimpuls ist zum Schutz dieser auf diese vorzugsweise eine Elastomerschicht aufgebracht, die sich insbesondere durch eine zusätzliche hohe Zähigkeit und eine elastoplastische Nachgiebigkeit gegenüber der mechanischen Stoßbelastung auszeichnet. Zur Erhöhung der Reißfestigkeit ist diese optional Faser verstärkt. Für ein Schutzhüllensystem für Trägerelemente wie Brückenpfeiler oder Betonhüllen eines Reaktordruckbehälters liegen die Stärke dieser Elastomerschicht typischerweise zwischen 1 und 10cm, vorzugsweise zwischen 5 und 6 cm. To damp the mechanical stress impinging on the UHPC layer, an elastomer layer is preferably applied to it, which is characterized in particular by an additional high toughness and an elastoplastic compliance with respect to the mechanical impact load. To increase the tear strength, this optional fiber is reinforced. For a protective cover system for support elements such as bridge abutments or concrete shells of a reactor pressure vessel, the thickness of this elastomer layer is typically between 1 and 10 cm, preferably between 5 and 6 cm.

Alternativ oder bevorzugt ergänzend zu der Elastomerschicht wird speziell für größere zu schützende Wandungen wie z.B. bei Hochbauten wie Kraftwerksbauten (z.B. Wandungen eines Kernkraftwerks), Industriegebäude, Brücken, aber auch bei Staudämmen eine Faser verstärkte Polymerschaumschicht vorgesehen. Die Fasern umfassen vorzugsweise Gewebestrukturen bevorzugt aus Glas- oder Kohlefasern, die als zweidimensionale Matten oder dreidimensionale Strukturen in bevorzugt PU-Schaum der Polymerschaumschicht eingebunden sind. Die Polymerschaumschicht zeichnet sich insbesondere durch eine hohe plastische Verformbarkeit aus und dient primär der Dämpfung von mechanischen Einwirkungen auf die zu schützende Wandung. Ihr kommt dabei die besondere Aufgabe zu, sich an den aufschlagenden Gegenstand möglichst großflächig anzuformen und schon bei dieser plastischen Anformung Energie aufzunehmen. Durch die sich abwechselnden weicheren und härteren Trennschichten werden die ausbreitenden Stoßwellen durch die Wellenreflektion an den Schichtübergängen derart gefangen, dass sie nur zu einem geringen Teil durch die Schutzhülle gelangen können. Hierfür ist eine Schichtstärke von 0,5 bis 3 m, bevorzugt von 1 bis 2 m vorteilhaft. Alternatively or preferably in addition to the elastomer layer, a fiber-reinforced polymer foam layer is provided especially for larger walls to be protected, such as in buildings such as power plant buildings (eg walls of a nuclear power plant), industrial buildings, bridges, but also at dams. The fibers preferably comprise woven structures, preferably of glass or carbon fibers, which are incorporated as two-dimensional mats or three-dimensional structures in preferably PU foam of the polymer foam layer. The polymer foam layer is characterized in particular by a high plastic deformability and serves primarily to dampen mechanical influences on the wall to be protected. In doing so, it has the special task of forming the largest possible area on the impacting object and absorbing energy already during this plastic formation. By alternating softer and harder separation layers, the propagating shock waves are caught by the wave reflection at the layer transitions so that they can pass through the protective cover only to a small extent. For this purpose, a layer thickness of 0.5 to 3 m, preferably from 1 to 2 m is advantageous.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, einzelne Schichten, insbesondere die Trennschicht, die UHPC-Schicht oder die Elastomerschicht mehrfach direkt übereinander oder durch jeweils eine dünne Zwischenschicht z.B. aus Kunststoff vorzusehen. Die einzelne Schicht wird dabei durch mehrere bevorzugt dünnere Schichten der gleichen Art ersetzt oder ergänzt, was nicht nur eine Reparatur (nur die oberste dieser Schichten kann/muss z.B. bei einer Beschädigung separat ersetzt werden), sondern auch die mechanischen Eigenschaften verbessert. It is within the scope of the invention, individual layers, in particular the release layer, the UHPC layer or the elastomer layer multiple times directly above each other or by a thin intermediate layer, e.g. to provide plastic. The single layer is thereby replaced or supplemented by several preferably thinner layers of the same type, which not only a repair (only the top of these layers can / must be replaced separately if damaged), but also improves the mechanical properties.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, alle oder ein Teil der vorgenannten Schichten im Schutzhüllensystem mehrfach übereinander anzuordnen. Die Schichtfolge wiederholt sich dabei vorzugsweise in erneut gleicher Anordnung. It is within the scope of the invention to arrange all or part of the aforementioned layers in the protective cover system several times above the other. The sequence of layers is preferably repeated in the same arrangement again.

Als äußere Schicht des Schutzhüllensystems ist als Systemversiegelung und/oder insbesondere zur Abwehr von korrosiven und erosiven Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, organische Stäube oder korrosive Stoffe optional ein Witterungsschutz vorgesehen. Vorzugsweise ist wird diese Beschichtung nach außen hin durch eine Umwelteinflüsse abweisende Versiegelung wie z.B. eine Glasierung, eine Metallisierung, eine unstrukturierte Nanopartikelversiegelung und/oder oder nanostrukturierte Oberflächenstruktur (Lotusblüteneffekt) versehen. As an outer layer of the protective cover system, weather protection is optionally provided as a system seal and / or, in particular, to ward off corrosive and erosive environmental influences such as moisture, organic dusts or corrosive substances. Preferably, this coating is exposed to the outside by an environmental impact resistant seal such as e.g. a glaze, a metallization, an unstructured nanoparticle seal and / or nanostructured surface structure (lotus flower effect) provided.

Eine Ausführung des Witterungsschutzes wird entweder als durchgängige Schicht, vorzugsweise als faserverstärkte Schicht direkt auf die darunter angeordnete Schicht, d.h. je nach Ausführungsform die vorgenannte Polymerschaumschicht, Elastomerschicht oder UHPC-Schicht aufgebracht. One embodiment of weathering protection is provided either as a continuous layer, preferably as a fiber reinforced layer directly onto the underlying layer, i. Depending on the embodiment, the aforementioned polymer foam layer, elastomer layer or UHPC layer applied.

Weist das Schutzhüllensystem eine Polymerschaumschicht auf, dient der Witterungsschutz vorzugsweise als Versiegelung der porösen Schaumschicht. If the protective sheath system has a polymer foam layer, the weather protection is preferably used as a seal of the porous foam layer.

Eine weitere Ausführung sieht eine nicht durchgängige Schicht vor. Vorzugsweise wird die Schicht ähnlich einem Ziegeldach oder einer Schindelwand mit einer Vielzahl von ziegel- oder schindelförmigen Elementen überlappend gebildet. Wie bei einem Dach überlappend verhindert die Anordnung ein Eindringen von Umwelteinflüsse und Feuchtigkeit, ermöglicht aber besonders einen Gasaustausch sowie auch eine einfache Teilreparatur durch Auswechseln einzelner Elemente. Another embodiment provides a non-continuous layer. Preferably, the layer is formed like a tile roof or a shingle wall with a plurality of brick or shingle-shaped elements overlapping. As with a roof overlapping the arrangement prevents penetration of environmental influences and moisture, but allows in particular a gas exchange as well as a simple partial repair by replacing individual elements.

Der Witterungsschutz wird entweder direkt oder über Hilfsträger (wie z.B. eine Lattung oder Einrastelemente) auf die darunter angeordnete Schicht aufgebracht und befestigt. The weather protection is applied and fixed either directly or via sub-carriers (such as battens or snap-in elements) to the underlying layer.

Das Schutzhüllensystem ist direkt über Befestigungsmittel stoffschlüssig oder formschlüssig mit der Wandung verbunden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, ein Befestigungsmittel für das Schutzhüllensystem insgesamt oder jeweils für einzelne Schichten oder Schichtgruppen separat vorzusehen. Dies kann durch Klebung oder mechanische Verbindungsmittel wie z.B. Dübel oder Klemmleisten erfolgen. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, Befestigungsmittel vorzusehen, die nur ein Teil der Einzelschichten, vorzugsweise zwei oder drei Einzelschichten miteinander verbinden. The protective cover system is connected directly via fastening material cohesively or positively with the wall. It is within the scope of the invention to provide a fastening means for the protective cover system as a whole or separately for individual layers or layer groups. This can be achieved by gluing or mechanical bonding means, e.g. Dowels or terminal strips done. It is likewise within the scope of the invention to provide fastening means which connect only a part of the individual layers, preferably two or three individual layers, to one another.

In einer Ausführung umfassen die Befestigungsmittel thermisch durch Verbrennung, chemische Reaktionen oder Schmelzen degradierbare Elemente wie z.B. Verklebungen oder brennbare oder niedrig schmelzende Halterungselemente. Diese Ausführung ermöglicht oder erleichtert in vorteilhafter Weise eine Entfernung des gesamten Schutzhüllensystems oder außen liegender Schichten bei oder nach einer Verbrennung. Beispielsweise lassen sich bei einem Unfall mit größeren Brennstoffmengen, die sich in oder auf eine Schicht oder Schichtgruppe verteilen mit diesen Schichten vom Unfallort entfernen. Brennende oder Chemisch aktive Stoffe können damit unmittelbar von der zu schützenden Wandung entfernt werden. In one embodiment, the attachment means include thermally degradable elements such as by combustion, chemical reactions or melting, such as e.g. Bonds or flammable or low-melting support elements. This embodiment advantageously enables or facilitates removal of the entire containment system or outermost layers during or after combustion. For example, in the case of an accident involving larger amounts of fuel, which spread into or onto a layer or group of layers, these layers can be removed from the scene of the accident. Burning or chemically active substances can thus be removed directly from the wall to be protected.

In einer Ausführung ist das Schutzhüllensystem durch Verklebung oder über thermisch degradierbare Materialien wie z.B. Kunststoffdübel mit der Wandung verbunden. In one embodiment, the sheath system is adhered or thermally degradable materials such as e.g. Plastic dowels connected to the wall.

Das Schutzhüllensystem wird anhand von beispielhaften Ausführungen mit den folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen The protective sheath system will be explained in more detail by means of exemplary embodiments with the following figures. Show it

1a bis d den prinzipiellen Aufbau verschiedener Ausführungen des Schutzhüllensystems, 1a to d the basic structure of various embodiments of the protective sheath system,

2a und b beispielhaft die Hohlkammergestaltung der Trennschicht, 2a and b shows, by way of example, the hollow chamber design of the separating layer,

3a bis c den prinzipiellen Aufbau eines Schutzhüllensystems für einen Betonpfeiler in Schnittdarstellungen. 3a to c the basic structure of a protective cover system for a concrete pillar in sectional views.

1a zeigt den Grundaufbau eines Schutzhüllensystems. Direkt auf einer Wandung 1 wie z.B. eines äußeren Containments eines Kernkraftwerks (Stärke typischerweise ca. 80cm) ist eine Schicht mit einer Faserfolie 2 (vorzugsweise Kohle- oder Glasfaser) aufgebracht. Auf dieser befindet sich eine Trennschicht 3 mit einer typischen Stärke von ca. 5 bis 10 cm sowie eine auf diese aufgebrachte UHPC-Schicht 4 mit einer typischen Stärke von ca. 3 cm. Die UHPC-Schicht dient zugleich als äußere Schicht und ist damit direkt der Witterung ausgesetzt. Auch wenn UHPC-Schichten eine hohe Festigkeit und hohe Dichten aufweisen, besteht die Gefahr, dass durch diese Feuchtigkeit aufgenommen wird. Vorzugsweise ist die UHPC-Schicht als Witterungsschutz konzipiert, d.h. mit einer Witterungsabweisenden Beschichtung versehen (vorzugsweise Emaillierung oder Glasierung), die ein Eindringen insbesondere von Feuchtigkeit signifikant behindert. 1a shows the basic structure of a protective cover system. Right on a wall 1 such as an outer containment of a nuclear power plant (thickness typically about 80cm) is a layer with a fiber sheet 2 (preferably carbon or glass fiber) applied. On this there is a separation layer 3 with a typical strength of about 5 to 10 cm and a UHPC layer applied to it 4 with a typical thickness of about 3 cm. At the same time, the UHPC layer serves as an outer layer and is therefore exposed directly to the weather. Even though UHPC layers have high strength and high densities, there is a risk of moisture being absorbed by them. Preferably, the UHPC layer is designed as weather protection, ie provided with a weather-resistant coating (preferably enamelling or glazing), which significantly impedes penetration of moisture in particular.

1b zeigt eine Ausführungsform, die im Grundaufbau der in 1a gezeigten Ausführung entspricht, jedoch zusätzliche Schichten aufweist. Auf der UHPC-Schicht befindet sich eine Elastomerschicht 5 mit typischerweise ca. 5–6 cm Stärke, gefolgt von der Polymerschaumschicht 6 (typische Stärke ca. 100 bis 200cm) mit eingebundenen Kohlefasere- oder Glasfaserstrukturen 8 sowie einem Witterungsschutz 7 als die nach außen weisende Deckbeschichtung. 1b shows an embodiment, which in the basic structure of in 1a shown embodiment, but has additional layers. On the UHPC layer is an elastomer layer 5 typically about 5-6 cm thick, followed by the polymer foam layer 6 (typical thickness about 100 to 200cm) with integrated carbon fiber or glass fiber structures 8th as well as a weather protection 7 as the outward-facing topcoat.

1c repräsentiert eine Ausführungsform mit einem Grundaufbau entsprechend 1b, jedoch mit beispielhaft drei (mindestens zwei) direkt aufeinander geschichteten Polymerschaumschichten 6, deren Stärken sich vorzugsweise zu der in 1b genannten Gesamtstärke der Polymerschaumschicht von 100 bis 200cm summieren. Zwischen den einzelnen Polymerschaumschichten ist vorzugsweise jeweils eine Zwischenschicht 11, z.B. aus einem Fasergewebe der vorgenannten Art eingelegt. 1c represents an embodiment with a basic structure accordingly 1b but with exemplarily three (at least two) directly stacked polymer foam layers 6 whose strengths preferably correspond to those in 1b sum total of the polymer foam layer from 100 to 200cm. Between the individual polymer foam layers is preferably in each case an intermediate layer 11 , For example, inserted from a fiber fabric of the aforementioned type.

1d zeigt dagegen beispielhaft eine Ausführungsform, bei der eine Schichtfolge z.B. aus Trennschicht 3, UHPC-Schicht 4, Elastomerschicht 5 sowie Polymerschaumschicht 6 sich im Schutzhüllensystem in der genannten Reihenfolge als zweite Schichtfolge Trennschicht 3a, UHPC-Schicht 4a, Elastomerschicht 5a sowie Polymerschaumschicht 6a wiederholt. Auf der zweiten Polymerschaumschicht 6a ist der Witterungsschutz 7 aufgesetzt. 1d on the other hand shows an example of an embodiment in which a layer sequence, for example, of separating layer 3 , UHPC layer 4 , Elastomeric layer 5 and polymer foam layer 6 in the protective sheath system in the order mentioned as a second layer sequence separating layer 3a , UHPC layer 4a , Elastomeric layer 5a and polymer foam layer 6a repeated. On the second polymer foam layer 6a is the weather protection 7 placed.

2a zeigt einen Schichtverbund entsprechend der Ausführung gemäß 1a, bei der beispielhaft auch für andere Schichten die Trennschicht 3 durch eine Vielzahl von Einzelschichten 10 gebildet wird. Im Beispiel sind die Einzelschichten glatt und gewellt in jeweils abwechselnder Schichtung ähnlich wie Wellpappe zu einer porösen Gesamtschicht mit vorzugsweise offenen Kavitäten 9 zusammengesetzt. 2a shows a layer composite according to the embodiment according to 1a , in the example of other layers, the release layer 3 through a multitude of individual layers 10 is formed. In the example, the individual layers are smooth and corrugated in each alternating layering similar to corrugated cardboard to a porous overall layer with preferably open cavities 9 composed.

Alternativ lässt sich die eine poröse Schicht auch mit Rohr-, Waben-, Tetraeder-, pyramidenähnliche Strukturen bevorzugt parallel oder senkrecht zu der Schichterstreckung realisieren, wobei die Kavitäten grundsätzlich auch für Fluidreservoirs oder Fluidleitungen nutzbar sind. 2b zeigt beispielhaft eine poröse Trennschicht mit Wabenstrukturen, die sich axial von der Schicht mit einer Faserfolie 2 (vorzugweise Kohle- oder Glasfaser) bis zur UHPC-Schicht 4, zumindest aber bis in das Innere der Trennschicht 3 erstrecken. Alternatively, the porous layer can also be realized with pipe, honeycomb, tetrahedron, pyramid-like structures preferably parallel or perpendicular to the layer extension, wherein the cavities are basically also usable for fluid reservoirs or fluid lines. 2 B shows by way of example a porous separating layer with honeycomb structures extending axially from the layer with a fiber film 2 (preferably carbon or glass fiber) to the UHPC layer 4 but at least into the interior of the separating layer 3 extend.

3a bis c zeigen beispielhaft eine Armierung eines Betonpfeilers oder Stütze 12 z.B. einer Brücke oder eines Betonskelettbaus. Die Armierung ist beispielhaft als Halbummantelung (3a) und als Vollummantelung (3b) dargestellt. 3c zeigt die in 3b mit A-A angedeutete Schnittdarstellung. Der Aufbau der dargestellten Armierungen entspricht dem Aufbau gemäß 1a mit einer Schicht mit einer Faserfolie 2, auf die ein in Polyuretanschaum eingeschäumtes Textil als Trennschicht 3 aufgebracht ist und nach außen hin durch eine UHPC-Schicht 4 abgeschlossen ist. In den Erstreckungsgrenzen wird die Armierung vorzugsweise durch eine Abdichtung 13 wie z.B. Kunststoffelemente gegenüber Witterungseinflüsse von außen dichtend geschützt. Die Armierung wird vorzugsweise stoffschlüssig auf die Stütze geklebt oder durch Halteelemente wie z.B. Dübelverbindungen oder – wenn ein Eingriff in die Stütze nicht gewünscht oder zulässig ist – durch äußere Klemmelemente wie z.B. Spanngurte auf der Stütze fixiert. 3a to c show an example of a reinforcement of a concrete pillar or support 12 eg a bridge or a concrete skeleton construction. The reinforcement is exemplary as half-sheath ( 3a ) and as a full coating ( 3b ). 3c shows the in 3b with AA indicated sectional view. The structure of the reinforcements shown corresponds to the structure according to 1a with a layer of a fiber sheet 2 on which a foamed in Polyuretanschaum textile as a release layer 3 is applied and outwardly through a UHPC layer 4 is completed. In the extension limits, the reinforcement is preferably by a seal 13 such as plastic elements sealed against the weather from the outside. The reinforcement is preferably adhesively bonded to the support or by holding elements such as dowel joints or - if engagement in the support is not desired or permitted - fixed by external clamping elements such as straps on the support.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Wandung wall
22: Schicht mit einer Faserfolie Layer with a fiber foil
33: Trennschicht Interface
44: UHPC-Schicht UHPC layer
55: Elastomerschicht elastomer layer
66: Polymerschaumschicht Polymer foam layer
77: Witterungsschutz weather protection
88th: Kohlefasere- oder Glasfaserstruktur Carbon fiber or glass fiber structure
99: Kavität cavity
1010: Einzelschicht single layer
1111: Zwischenschicht interlayer
1212: Stütze support
1313: Abdichtung seal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10311093 A1 [0004]
DE 3122367 C1 [0005]
DE 69916101 T2 [0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN EN 206-1 [0020]

Claims

Protective cover system for a wall ( 1 ), comprising a number of individual layers layered in parallel, comprising a first layer applied to the concrete wall with a fibrous layer ( 2 ), at least one release layer applied to the first layer ( 3 . 9 . 10 ) and a UHPC layer ( 4 ).

A protective sheath system according to claim 1, wherein on the UHPC layer at least one elastomer layer ( 5 ) is applied.

Protective cover system according to claim 2, comprising at least one fiber-reinforced polymer foam layer ( 6 ) on the elastomeric layer.

Protective cover system according to one of the preceding claims, comprising a weather protection layer ( 7 ) as a finishing layer.

Protective cover system according to one of the preceding claims, wherein the separating layer has hollow-chamber structures ( 9 ) having.

A protective sheath system according to claim 5, wherein the hollow chamber structures are formed by fluid channels and / or fluid reservoirs.

Protective cover system according to one of the preceding claims, wherein the fibrous layer ( 2 ) extends over the entire surface of the protective sheath system as one layer throughout or in several overlapping layers.

A protective sheath system according to any one of the preceding claims, wherein fastening means are provided for the protective sheath system comprising thermally degradable elements by combustion, chemical reactions or melting or combustible or low-melting support elements.

Protective sheath system according to one of the preceding claims, wherein the UHPC layer ( 4 ) has a fiber reinforcement.