-
Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für einen Gebäudeteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Verwendung einer solchen Schutzvorrichtung gemäß Anspruch 9 bzw. 10. Der Gebäudeteil kann eine Raumzelle sein.
-
Solche Schutzvorrichtungen bestehen zumindest aus einer Basiswand, einer Betonschale und einer Dämmschicht, wobei die Dämmschicht zwischen der Basiswand und Betonschale angeordnet ist.
-
Die Basiswand kann beispielsweise die Außenwand eines Gebäudes oder Schilderhauses sein. Die Basiswand besteht zumindest aus einem zementgebundenem Werkstoff und ist in üblicher Art und Weise stahlbewehrt.
-
Auch die
JP 2002-339451 A kann als gattungsbildender Stand der Technik angesehen werden, wobei in diesem Fall die innere Basiswand sowie die daran angeordnete Dämmschicht und äußere Betonschale transportabel sind.
-
Eine Raumzelle kann im Sinne der Erfindung ein eigenständiges Gebäude, wie beispielsweise ein Wachhaus, auch Guardhouse genannt, oder ein Teil eines Gebäudes sein.
-
Die angestrebte Schutzwirkung soll insbesondere gegen Explosion/Ansprengung, gleichzeitig auch gegen Beschuss, Einbruch und Feuer/Brand, eintreten, welche insbesondere durch Sprengladungen verursacht werden, welche direkt an der Außenwand als Kontaktladung angebracht sind oder in deren unmittelbaren Nähe detonieren.
-
Derzeit sind unterschiedliche Lösungen bekannt, die eine Schutzwirkung gegen die Wirkungen von Feuer/Brand, Beschuss, Einbruch oder Explosion betreffen, jedoch nicht gemeinsam gegen die Wirkungen von Feuer/Brand, Beschuss, Einbruch und Explosion, sowie speziell gegen Kontaktladungen.
-
Konventionelle Schutzbauten mit entsprechenden Schutzvorrichtungen erreichen ihre Schutzwirkung häufig durch Verwendung schwerer Stahlschichten oder sehr massiven Betonwänden. Besonders derartige Stahlkonstruktionen weisen relativ schlechte bauphysikalische Eigenschaften, insbesondere gegen Feuer/Brand auf.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schutzvorrichtung für einen Gebäudeteil bereitzustellen und eine entsprechende Verwendung anzugeben, welche wirksam die Wirkungen von Feuer/Brand, Beschuss, Einbruch und Explosion reduzieren.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Schutzvorrichtung für einen Gebäudeteil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie eine Verwendung nach Anspruch 9 bzw. 10 gelöst.
-
Erfindungswesentlich ist, dass zumindest ein Bewehrungsgewebe im Bereich der Innenseite der Betonschale angeordnet ist oder die Innenseite der Betonschale bildet, das Bewehrungsgewebe zumindest aus einem Fasermaterial aus PET besteht und eine Maschenstruktur besitzt, wobei die Maschenweite zwischen 40 und 60 mm beträgt.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung des Bewehrungsgewebes im Bereich der Innenseite der Basiswand verhindert im Belastungsfall, insbesondere bei einer Detonation, das unerwünschte Herausbrechen von Teilen der stahlbewehrten Basiswand. Herausbrechende Teile könnten ansonsten Personen verletzen und/oder Gegenstände zerstören.
-
Die Basiswand besteht zumindest aus einem zementgebundenen Hochleistungswerkstoff, beispielsweise Beton, und ist stahlbewehrt. Die Basiswand hat insbesondere die erforderliche Tragfähigkeit der Wandkonstruktion zu gewährleisten. Die Basiswand ist im bautechnischen Sinne oft eine statisch tragende Wand.
-
Bewehrter Beton ist im Sinne der Erfindung Hochleistungs-Leichtbeton, in welchem aus statischen oder konstruktiven Erfordernissen in üblicher Art und Weise nicht vorgespannte oder vorgespannte Stahleinlagen eingebaut wurden. Die Menge der Stahleinlagen ist durch entsprechende Vorschriften und/oder Normen vorgegeben und kann entsprechend den jeweils gegebenen konstruktiven Möglichkeiten diesbezüglich variieren.
-
Leichtbeton im Sinne der Erfindung ist beispielsweise ein Beton gemäß der DIN EN 206-1/DIN 1045-2.
-
Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung für einen Gebäudeteil besteht zumindest aus einer Basiswand, einer Betonschale und einer Dämmschicht, wobei die Dämmschicht zwischen der Basiswand und Betonschale angeordnet ist.
-
Bewehrungsgewebe im Sinne der Erfindung sind insbesondere Gewebematten, insbesondere mit einem gitterförmigen Aufbau, die insbesondere eine hohe Dehnbarkeit und Zerreißfestigkeit besitzen. Das Bewehrungsgewebe besteht aus Materialien, und zwar zumindest aus PET-Fasermaterial, welche dem Bewehrungsgewebe flexible, extrem belastbare, dehnsteife Eigenschaften verleihen.
-
Die äußere Schicht der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung für einen Gebäudeteil, nämlich die Betonschale, dient primär der Aufgabe, die sehr punktuell auftretenden Lasten einer Kontaktdetonation auf eine breitere Fläche zu verteilen. Daher sind sehr gute Zugeigenschaften für diese Schicht erforderlich, wobei diese insbesondere durch die erfindungsgemäß ausgesuchten und eingesetzten Bewehrungsgewebe gewährleistet werden.
-
Die sich an die Betonschale anschließende Schicht, die Dämmschicht, verringert durch Umwandlung und Ablenkung, während der Zerstörung der Dämmschicht, möglichst viel der Detonationsenergie bzw. des Betrages der Detonationsenergie, welche insbesondere ins Innere der Raumzelle gerichtet ist. Dabei werden außerdem, insbesondere um das Gesamtgewicht der Schutzvorrichtung zu begrenzen, möglichst leichte Werkstoffe eingesetzt. Glasschäume stehen dabei im besonderen Fokus. Eine weitere Anforderung, welche die Dämmschicht erfüllt, ist, eine möglichst hohe Bruchenergie zu entwickeln, um während des Zerstörungsvorganges, verursacht durch die Detonation, das Energieniveau der gesamten Schutzvorrichtung zu senken. Dabei wird das Material der Dämmschicht in möglichst kleine Bruchstücke zerstäubt. Größere Bruchstücke würden insbesondere aufgrund ihrer größeren Masse eine größere Geschosswirkung entwickeln, welche geeignet wäre, die nächste Schicht der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung, zumindest punktuell, zu durchdringen. Die Dämmschicht kann beispielsweise plattenförmig ausgebildet sein. Das Material der plattenförmigen Dämmschicht kann ein Glasschaum sein, welcher eine erhöhte Rohdichte, besonders bevorzugt eine Rohdichte über 190 kg/cbm, besitzt. Außerdem kann der Glasschaum eine erhöhte Druckfestigkeit, besonders bevorzugt eine Druckfestigkeit von über 2200 kPa, besitzen. Die Wärmeleitzahl beträgt dabei ca. 0,072 W/m K. Der Glasschaum ist nicht brennbar oder besitzt zumindest gute brandhemmende Eigenschaften.
-
Eine solche plattenförmige Dämmschicht im Sinne der Erfindung ist beispielsweise eine Glasschaumplatte, welche Wärmedämmung, Druckfestigkeit und Nichtbrennbarkeit von Baustoffen an Bauwerken gleichzeitig ermöglicht.
-
Die Dimensionierung und Materialauswahl der Teile der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung für einen Gebäudeteil erfolgt jeweils nach den konkreten örtlichen Gegebenheiten und dem Maß der abzuwehrenden Wirkungen von Feuer/Brand, Beschuss, Einbruch und Explosion auf dieses Gebäudeteil.
-
Die abhängigen Ansprüche 2 bis 8 enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ohne diese damit zu begrenzen.
-
Bevorzugt ist, dass an der Außenwand der Betonschale eine Dämmschicht angeordnet ist.
-
Die äußere Schicht der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung für einen Gebäudeteil, nämlich die Dämmschicht, hat im Falle einer externen Detonation, d. h. einer Detonation außerhalb des zu schützenden Gebäudeteils, für die Lastaufnahme der gesamten Schutzvorrichtung eine wichtige Rolle. Die Dämmschicht hat insbesondere die Aufgabe zu erfüllen, eine möglichst große Wegstrecke bis zur Oberfläche der Basiswand zu generieren. Je größer diese Wegstrecke ist, umso geringer ist die im Falle einer externen Detonation an der Oberfläche der Basiswand einwirkende Detonationskraft. Weiterhin soll während der Zerstörung der Dämmschicht möglichst viel der Detonationsenergie bzw. des Betrages der Detonationsenergie, welche insbesondere ins Innere der Raumzelle gerichtet ist, durch Umwandlung und Ablenkung, verringert werden. Dabei sollen außerdem, insbesondere um das Gesamtgewicht der Schutzvorrichtung zu begrenzen, möglichst leichte Werkstoffe eingesetzt werden.
-
Das Material der äußersten Dämmschicht sollte nicht brennbar sein oder zumindest gute brandhemmende Eigenschaften besitzen.
-
Wesentlich ist, dass das Bewehrungsgewebe aus einem Fasermaterial aus PET besteht. Das Bewehrungsgewebe hat bevorzugt einen gitterförmigen Aufbau, wobei die Kreuzungspunkte des gitterförmigen Bewehrungsgewebes eine hohe Festigkeit besitzen.
-
Das Bewehrungsgewebe sollte aus Materialien bestehen, eben zumindest aus PET-Fasermaterial, welche dem Bewehrungsgewebe flexible, extrem belastbare, dehnsteife Eigenschaften verleihen.
-
Bevorzugt ist außerdem, dass das Bewehrungsgewebe eine Maschenstruktur besitzt, wobei die Maschenweite/Gitterweite ca. 50 mm, beträgt. Bei einer solchen Maschenweite ist das Bewehrungsgewebe, welches in die verfestigte Betonmasse eingelegt ist, im Endzustand, d. h. nach dem Aushärten des das Bewehrungsgewebe umschließenden Betons, innig mit dem Beton verbunden.
-
Bevorzugt ist außerdem, dass an der Innenseite der Basiswand eine Splitterschutzmatte verspannt, bevorzugt an den Rändern verspannt, oder verklebt angeordnet ist. Diese Art der Befestigung, d. h. verspannt im Sinne von anliegend, jedoch nicht verbunden, hat in Versuchen überrascht verbesserte Schutzwirkung gezeigt. Die Splitterschutzmatte ist eine aus dem Stand der Technik bekannte und für diesbezügliche Anwendungen übliche.
-
Bevorzugt ist außerdem, dass zumindest die Basiswand, insbesondere ohne, dass die Betonschale und die Dämmschicht an der Basiswand angeordnet sind, transportabel ist. Damit ist ermöglicht, dass die Basiswand industriell hergestellt werden kann und erst am Einsatzort insbesondere die Betonschale und/oder die Dämmschicht montiert werden müssen.
-
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, ohne diese damit zu begrenzen.
-
Diese Ausführungsbeispiele beschreiben den Versuchsaufbau zur Überprüfung der sprenghemmenden Wirkung von erfindungsgemäßen plattenförmigen Schutzvorrichtungen für einen Gebäudeteil.
-
Die nachfolgende Beschreibung der Ausführungsbeispiele erfolgt unter Bezugnahme auf die 1 und 2.
-
Es zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel als Versuchsanordnung für die Prüfung einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung für einen Gebäudeteil, hier mit drei Schichten
und
-
2 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schutzvorrichtung für einen Gebäudeteil, hier mit fünf Schichten.
-
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel als Versuchsanordnung für die Prüfung einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung für einen Gebäudeteil, hier drei Schichten.
-
Versuchsanordnung:
-
4 kg PETN (Nitropenta) als Kontaktladung auf eine erfindungsgemäße plattenförmige Schutzvorrichtung mit 44 cm Dicke.
-
Die angesprengte plattenförmige Schutzvorrichtung war in einer Sandwichbauweise aus drei Schichten, nämlich einer Basiswand 1, welche aus einem zementgebundenen Werkstoff besteht und stahlbewehrt ist, einer Betonschale 2 und einer Dämmschicht 3, wobei die Dämmschicht 3 zwischen der Basiswand 1 und Betonschale 2 angeordnet war, aufgebaut.
-
Die äußere Schicht, nämlich die Betonschale 2, war eine 14 cm dicke, einlagig bewehrte Stahlbetonplatte aus Leichtbeton mit einer 8 mm starken Stabstahlbewehrung. Ein Bewehrungsgewebe 4, bestehend aus zwei Bewehrungsgewebematten, die um einen Winkel von 90° versetzt zueinander angeordnet waren, war im Bereich der Innenseite der Betonschale 2 angeordnet.
-
Die Dämmschicht 3 war 10 cm dick und aus Schaumglas, ausgeführt als Schaumglasplatte.
-
Die unterste bzw. innere Schicht, nämlich die Basiswand 1, war eine 20 cm dicke, doppeltbewehrte Stahlbetonplatte aus Leichtbeton.
-
Ein Bewehrungsgewebe 4, bestehend aus zwei Bewehrungsgewebematten, die um einen Winkel von 90° versetzt zueinander angeordnet waren, war im Bereich der Innenseite der Basiswand 1 angeordnet.
-
Die Sprengladung
7 wurde mittig auf der Betonschale
2 aufgelegt.
| Sprengstoffmasse: | 4,0 kg PENT, formbar |
| Ladungsdurchmesser: | 24 cm |
| Ladungshöhe: | 6 cm. |
-
Für die elektrische Zündung wurde ein Momentzünder verwendet. Die Sprengkapsel wurde mittig auf der Sprengladung 7 angebracht.
-
Ergebnis des Versuchs:
-
Durch die Sprengung/Detonation entstand in der Betonschale 2 und in der Dämmschicht 3 ein Durchbruch von ca. 55 cm. Auf der Innenseite der Basiswand 1 kam zu keinem Durchbruch, nur zu einer Lockerung des Betongefüges der Basiswand 1. Die Innenseite der Basiswand 1 hatte nach dem Versuch eine Verformung in Form einer Ausbeulung von ca. 10 cm.
-
Bewertung des Ergebnisses:
-
Aufgrund der Versuchsergebnisse bietet die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung den erforderlichen Schutz im Rauminnern, d. h. dem Bereich, welcher sich an die Innenseite der Basiswand 1 anschließt.
-
Angaben zum Sprengstoff 7:
-
Nitropenta (PETN, Pentrit, Pentaerythrityltetranitrat) ist ein Sprengstoff. Nitropenta zählt zu den leistungsstarken, hochbrisanten und zudem relativ unempfindlichen sowie chemisch sehr stabilen Sprengstoffen. Wichtige Explosionskennzahlen sind:
- • Explosionswärme: 6311 kJ·kg–1(H2O(1)), 5856 kJ·kg–1(H2O(g)).
- • Detonationsgeschwindigkeit: 8400 m·s–1 bei der Maximaldichte
- • Normalgasvolumen: 823 1·kg–1.
- • Spezifische Energie: 1204 kJ·kg–1
- • Verpuffungspunkt: 202–205°C
- • Bleiblockausbauchung: 52,3 cm3·g–1
- • Schlagempfindlichkeit: 3 J Reibempfindlichkeit: 60 N Stiftbelastung
- • Stahlhülsentest: Grenzdurchmesser 6 mm
-
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schutzvorrichtung für einen Gebäudeteil, hier mit fünf Schichten. Die plattenförmige Schutzvorrichtung ist in einer Sandwichbauweise aus fünf Schichten, nämlich einer Basiswand 1, welche aus einem zementgebundenem Werkstoff besteht und stahlbewehrt ist, einer Betonschale 2 und einer Dämmschicht 3, wobei die Dämmschicht 3 zwischen der Basiswand 1 und Betonschale 2 angeordnet ist, aufgebaut.
-
An der an der Innenseite der Basiswand 1 ist eine in Art und Aufbau übliche Splitterschutzvorrichtung 5, insbesondere eine Splitterschutzmatte, angeordnet.
-
An der Außenwand der Betonschale 2 ist eine Dämmschicht 6 angeordnet.
-
Die Betonschale 2 ist eine ca. 14 cm dicke, einlagig bewehrte Stahlbetonplatte aus Leichtbeton mit einer 8 mm starken Stabstahlbewehrung. Ein Bewehrungsgewebe 4, bestehend aus zwei Bewehrungsgewebematten, die um einen Winkel von 90° versetzt zueinander angeordnet sind, sind im Bereich der Innenseite der Betonschale 2 angeordnet.
-
Die Dämmschicht 3 ist 10 cm dick und besteht aus einem Schaumglas, ausgeführt als Schaumglasplatte.
-
Die Basiswand ist eine 20 cm dicke, doppeltbewehrte Stahlbetonplatte aus Leichtbeton.
-
Ein Bewehrungsgewebe 4, bestehend aus zwei Bewehrungsgewebematten, die um einen Winkel von 90° versetzt zueinander angeordnet sind, sind im Bereich der Innenseite der Basiswand 1 angeordnet.
-
Die an der Außenwand der Betonschale 2 angeordnete Dämmschicht 6 ist ein übliches Wärmedämmverbundsystem. Diese äußerste Schicht bewirkt eine zusätzliche Gebäudedämmung. Außerdem ermöglicht diese Schicht eine optische Anpassung und damit, sofern gewünscht, eine Tarnung der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung. Außerdem wird eine Vielfalt optischer Gestaltung (Architektur) ermöglicht. Im vorliegenden Fall bewirkt diese einen zusätzlichen Sicherheitsabstand der Kontaktladung zur äußeren Betonschale 2.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Basiswand
- 2
- Betonschale
- 3
- Dämmschicht
- 4
- Bewehrungsgewebe
- 5
- Splitterschutzvorrichtung
- 6
- Dämmschicht (Außenwand der Betonschale)
- 7
- Sprengladung
