DE10205728A1

DE10205728A1 - Profile und Formteile für den aktiven Brandschutz

Info

Publication number: DE10205728A1
Application number: DE2002105728
Authority: DE
Inventors: Martin Aust
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2003-08-28
Anticipated expiration: 2022-02-13
Also published as: DE10205728B4

Abstract

Die Erfindung betrifft Profile und Formteile für den aktiven Brandschutz, die aus einem Material bestehen, das vergleichbare Brandschutzeigenschaften wie Gips, aber verbesserte mechanische Eigenschaften aufweist. DOLLAR A Das Material besteht aus einem Gemisch von mineralischen Füllstoffen und einem silikatischen Binder. Als silikatische Binder wird Wasserglas mit einem Feststoffanteil zwischen 45 und 55 Gew.-% verwendet, als mineralische Füllstoffe kommen vornehmlich partikuläre und/oder faserförmige Siliciumdioxid- und/oder Aluminiumoxid-Verbindungen zum Einsatz, ggf. weiterhin zusätzlich Wasser- oder Kohlendioxid abspaltende Füllstoffe wie Aluminiumhydroxid oder Calciumcarbonat. DOLLAR A Die erfindungsgemäßen Profile lassen sich durch Gießen oder Strangpressen herstellen und finden vorzugsweise Verwendung für den Brandschutz von elektrischen Zuleitungen.

Description

Profile und Formteile für aktive Brandschutzanwendungen bestehen zumeist aus Gips. Der Hauptgrund dafür ist, dass Gips sein Kristallwasser bei Temperaturen oberhalb 100°C, also vor allem im Brandfall, abspaltet, wodurch dem System über Wärmeabfuhr Energie entzogen wird. Um den Brandschutz weiter zu verbessern, wird oft die Wärmeleitfähigkeit des Gipses durch Porenbildung zusätzlich reduziert.

Nachteil von Gips, bzw. in noch größerem Umfang von Porengips, ist vor allem dessen geringe mechanische Festigkeit. Zur Herstellung eines praxistauglichen Brandschutzkanals auf Gipsbasis muss daher die nötige Stabilität, die sog. Baustellentauglichkeit, mittels Stahlummantelung erreicht werden. Siehe hierzu beispielsweise das Lieferprogramm der REHAU AG + Co, Broschüre E 13.100/1 von 1999.

Alternativ ist es im Einzelfall auch möglich, einen nicht armierten Gipskanal durch die Einbausituation, das heißt, z. B. durch Einzug in Zwischendecken, vor mechanischer Belastung zu schützen. Allerdings bleibt dann immer noch die hohe Bruchgefahr beim Transport und bei der Montage.

Neben Brandschutzkanälen aus Gips, mit oder ohne Stahlummantelung, sind solche aus Leichtbeton Stand der Technik. Firmen, wie z. B. Aestuver, bieten Betonkanäle an, die auf Grund der deutlich höheren mechanischen Festigkeit keine zusätzliche Stabilisierung, z. B. in Form einer Stahlummantelung, benötigen. Hier wird verwiesen auf den Prospekt "Brandschutz von Elektroinstallationen mit I- + E-Kanälen" der Firma Aestuver, 14797 Damsdorf. Andererseits ist hier der Brandschutz schlechter, da das Material gegenüber Gips eine höhere Dichte und damit eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist, weiterhin die Abspaltung von Kristallwasser nur in untergeordnetem Maße eintritt. Um eine Feuerwiderstandsklasse von 90 oder 120 zu erreichen, müssen daher, im Vergleich zum Gips, deutlich höhere Wandstärken gewählt werden. Diese erhöhen das Gewicht der Kanäle deutlich, wodurch Transport, Befestigung und Montage teilweise erheblich erschwert werden.

DE 198 09 590 beschreibt Feuerfestkörper, insbesondere für die Auskleidung von Brennkammerböden bei Heizkesseln, die bestehen aus 30-70 Gew.-% Vermiculit, 5-10 Gew.-% Metakaolin, 2-5 Gew.-% Siliziumdioxid und 25-54 Gew.-% Alkalisilicat. Diese Feuerfestkörper behalten vor allem bei hoher Säurebelastung im Heizungsabgas dauerhaft ihre Festigkeit und Feuchtebeständigkeit und zeigen vergleichbare thermische Isolierwerte, wie die gesundheitsschädlichen Keramikfaserformteile. Ein aktiver Brandschutz, also eine kontinuierliche Abgabe von Wasser im Bereich zwischen 100 und 150°C, wird hier jedoch nicht beobachtet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Profile und Formteile für den aktiven Brandschutz zur Verfügung zu stellen, welche die Vorteile von Gips- und Betonkanälen in sich vereinen, ohne deren Nachteile zu zeigen.

Ein solcher Brandschutzkanal sollte

- möglichst im Extrusionsverfahren herstellbar sein
- über ein geringes Gewicht verfügen
- Kristallwasser im wichtigen Bereich zwischen 100 und 150°C abspalten
- uneingeschränkt baustellentauglich sein, d. h. über eine ausreichende Schlagzähigkeit, Bruchfestigkeit und Steifigkeit verfügen
- korrosionsfrei und nicht elektrisch leitend sein.

Die Aufgabe konnte erfindungsgemäß gelöst werden durch Profile und Formteile für den aktiven Brandschutz, die zusammengesetzt sind aus einem Bindemittel, basierend auf Alkali- Wasserglas, aus einer die Festigkeit fördernden Kombination von amorphen und partikulären Füllstoffen auf SiO₂ und/oder Al₂O₃-Basis, sowie, je nach Einsatzbereich, auch aus die Festigkeit weiter erhöhenden, faserförmigen Füllstoffen, und zusätzlich aus Brandschutz-aktiven Füllstoffen, wie Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid oder Calciumcarbonat.

Zur Dichtereduktion können zusätzlich hohle Glaskugeln, Blähton oder Blähglas zugesetzt werden.

Die Aushärtung zu festen Formkörpern geschieht mit Hilfe eines Härters wie Aluminiumphosphat oder Calciumsulfat.

Bei der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe waren Analogien zur Rezeptierung von herkömmlichem Wasserglas nicht hilfreich.

Zwar ist beispielsweise für den Einsatz in Brandschutztüren bekannt, dass Natronwasserglas durch Zusatz von brandschutzaktiven Füllstoffen in seiner Brandschutzwirkung deutlich gesteigert werden kann. Die mechanischen Werte einer solchen Rezeptur taugen jedoch nur für eine mechanisch nicht belastete Ausfachung von Zwischenräumen bei Stahlrahmen und sind somit für den Einsatzzweck eines selbsttragenden Brandschutzkanals völlig unzureichend. Darüber hinaus ist bei einer solchen Masse als Verarbeitungsverfahren nur Gießen möglich, keinesfalls jedoch Strangpressen bzw. Extrusion.

Die erfindungsgemäßen Profile und Formteile weisen geringere Dichten auf als Leichtbeton; sie zeigen ein vergleichbar gutes Wärmeisolier- und Brandschutzverhalten wie reiner Gips. Die Festigkeit entspricht etwa dem von Leichtbeton. Jede Oberfläche ist glatt und ansprechend, sie sind wasserfest, können lackiert und kaschiert, sowie mit baustellenüblichen Geräten gebohrt, verschraubt oder gesägt werden.

Die erfindungsgemäßen Profile und Formteile lassen sich mittels Gießverfahren oder Extrusion bzw. Strangpressen, also ohne Konfektionsaufwand, herstellen.

Das Extrusionsverfahren ermöglicht die besonders bevorzugte Herstellung von Profilen, deren Wände aus einer wabenförmigen Struktur gebildet werden. Dadurch lassen sich - unter Erhalt der mechanischen Festigkeit - weitere Verbesserungen im Brandschutz und im Gewicht erzielen.

Die erfindungsgemäßen Profile und Formteile benötigen keinen Korrosionsschutz. Da sie elektrisch nicht leitend sind, ist auch eine zusätzliche Potentialableitung, wie bei metallisch armierten Brandschutzkanälen, nicht erforderlich.

Die Erfindung wird nachfolgend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Als Vergleich dienen in Brandschutzkanälen verwendete Massiv-Gipsplatten ohne Metallarmierung, Handelsname "Ridurit" der Firma Rigips. Gemessen wurden Biegefestigkeit, Dichte und 3-Punkt-Biege- E-Modul (jeweils nach DIN 53479 bzw. DIN EN ISO 178).
Die nachfolgend aufgeführten Wärmeleitfähigkeitsmessungen wurden folgendermaßen durchgeführt:
Eine 120 × 80 × 15 mm große Prüfplatte wird in den passenden Ausschnitt einer 300 × 200 × 50 mm großen Calciumsilikatplatte eingelegt. Diese Platte wird im Abstand von 5 cm vor einen Quarzstrahler mit einer Temperatur von 450°C gestellt. Der zeitliche Temperaturverlauf wird in der Mitte der Prüfplatte berührungslos mit einem Infrarot-Thermometer gemessen.

Ausführungsbeispiel 1

Rezeptur 1

In 40 Gew.-% Natronwasserglas wird das Feststoffgemisch aus 7 Gew.-% Härter, 5 Gew.-% amorphes Siliziumdioxid, 23 Gew.-% feiner Quarzsand, 20 Gew.-% Aluminiumoxid und 5 Gew.-% Hohlglaskugeln eingemischt. Diese Mischung wird intensiv etwa 10 Min. gerührt und anschließend in geeignete Formen gegossen.
Die Rezeptur wird etwa 150 Std. bei Raumtemperatur ausgehärtet. Dieser Vorgang kann durch Temperaturerhöhungen auf maximal 80°C auf ca. 2 Std. verkürzt werden.
Die folgenden physikalischen Eigenschaften der Rezeptur 1 wurden ermittelt:

- 3-Punkt-Biege-E-Modul: 7.000 MPa
- Biegefestigkeit: 10 MPa
- Dichte: 1,4 g/cm³

Die Ergebnisse der Wärmeleitfähigkeitsuntersuchungen zeigen, dass Rezeptur 1 zwar etwas später sein Wasser abgibt, jedoch entsprechend länger eine niedrigere Temperatur einhält als Ridurit, so dass die Schutzwirkung des erfindungsgemäßen Kabelkanals für die in seinem Inneren verlegten Kabel länger andauert und somit eine höhere Feuerwiderstandsklasse erreicht wird.

Ausführungsbeispiel 2

Rezeptur 2

35 Gew.-% Quarzmehl, 7 Gew.-% Härter und 23 Gew.-% Aluminiumoxid werden im Kneter vorgelegt und gemischt. Ein Gemisch aus 25 Gew.-% Natronwasserglas und 10 Gew.-% Kaliwasserglas werden während des Knetvorgangs zur Masse hinzugegeben und die Mischung im Kneter homogenisiert. Die rheologischen Eigenschaften der Masse werden vornehmlich eingestellt durch das Verhältnis Wasserglas zu amorphen zu partikulären zu fasrigen Füllstoffen.
Durch Strangpressen mit etwa 30 bar Mundstückdruck werden U-Profile hergestellt. Diese lagert man bei Raumtemperatur 3 Tage und tempert sie anschließend zum Erreichen der Endfestigkeit über 60 Std. bei einer Lufttemperatur von 60°C.
Physikalische Eigenschaften des U-Profils:

- 3-Punkt-Biege-E-Modul: 16.000 MPa
- Biegefestigkeit: 25 MPa
- Dichte: 1,93 g/cm³

Die wiederum bei 450°C durchgeführten Messungen der Wärmeleitfähigkeit zeigen, dass die Brandschutzwirkung der Gipsplatten 28 Min. andauert, die des erfindungsgemäßen Kanals 30 Min. Beide Brandschutzsysteme bieten also für die in einem Brandschutzkanal eingebrachten Elektrokabel in etwa denselben Brandschutz.
Vergleicht man die Ausführungsbeispiele 1 und 2 hinsichtlich Biegefestigkeit und 3-Punkt- Biege-E-Modul, zeigt sich deutlich der erhebliche, positive Einfluss von Kaliwasserglas auf die mechanischen Werte.

Claims

1. Profile und Formteile für den aktiven Brandschutz, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus einem Material bestehen, das vergleichbare Brandschutzeigenschaften wie Gips, aber verbesserte mechanische Eigenschaften aufweist.

2. Profile und Formteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material aus einem Gemisch von mineralischen Füllstoffen und silikatischen Bindemitteln besteht.

3. Profile und Formteile nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mineralischen Füllstoffe vornehmlich aus Siliziumdioxid- und/oder Aluminiumoxid-haltigen amorphen und/oder partikulären und/oder fasrigen Füllstoffen bestehen und dass ihr Gehalt in der Mischung zwischen 20 und 40 Gew.-% beträgt.

4. Profile und Formteile nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich 15-25 Gew.-% brandschutzaktive Füllstoffe enthalten sind.

5. Profile und Formteile nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die brandschutzaktiven Füllstoffe ausgewählt sind aus der Gruppe der wasserabspaltenden oder CO₂- abspaltenden Füllstoffe, insbesondere Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Calciumcarbonat, Gips, Ettringit, Vermiculit, Kaolin und/oder Perlit.

6. Profile und Formteile gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als silikatisches Bindemittel Wasserglas mit einem Feststoffanteil zwischen 45 und 55 Gew.-% verwendet wird.

7. Profile und Formteile nach den Ansprüchen 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Natronwasserglas in der Mischung zwischen 35 und 45 Gew.-% und der Gehalt an Kaliwasserglas zwischen 0 und 10 Gew.-% beträgt.

8. Profile und Formteile nach den Ansprüchen 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Härter ausgewählt ist aus der Gruppe Calciumsulfat und/oder Aluminiumpolyphosphat und der Reaktionsmischung in einer Menge von 15-25 Gew.-%, bezogen auf den Gewichtsanteil der Wasserglaslösung zugesetzt ist.

9. Profile nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass deren Wände einen mehrzelligen, insbesondere einen wabenförmigen Aufbau aufweisen.

10. Herstellung der Profile und Formteile nach einem der vorhergehenden Ansprüche mittels Gießen.

11. Herstellung der Profile nach einem der vorhergehenden Ansprüche mittels Strangpressen bzw. Extrusion.

12. Verwendung von Profilen und Formteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche für den Brandschutz von elektrischen Zuleitungen.