DE10205728B4

DE10205728B4 - Verwendung von Profilen und Formteilen für den aktiven Brandschutz von elektrischen Zuleitungen

Info

Publication number: DE10205728B4
Application number: DE2002105728
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. 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: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2022-02-13
Also published as: DE10205728A1

Abstract

Verwendung von Profilen und Formteilen, die vergleichbare Brandschutzeigenschaften wie Gips, aber verbesserte mechanische Eigenschaften aufweisen, bestehend aus einem Materialgemisch von mineralischen Füllstoffen, silikatischen Bindemitteln auf Alkali-Wasserglasbasis und einem Härter, wobei der Härter ausgewählt ist aus der Gruppe Calciumsulfat und Aluminiumpolyphosphat und der Reaktionsmischung in einer Menge von 15 bis 25 Gew.-%, bezogen auf den Gewichtsanteil der Wasserglaslösung, zugesetzt ist, für den aktiven 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 19809590 A1 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.
Die Schrift DE 3234021 A1 lehrt, ein Feuerschutzmaterial derart zu vorzusehen, dass ein flächiges Trägermaterial eine eine Dämmschicht bildende Brandschutzmittelbeschichtung aufweist, wobei das Trägermaterial aus Magnesium- und/oder Aluminiumsilikaten oder aus faserverstärktem Gips besteht.
Das Feuerschutzmaterial kann zum Schutz von Kabeln und/oder Leitungen gegen Brandeinwirkung verwendet werden.
Aus der Schrift DE 4233295 A1 ist bekannt, eine Mörtelzusammensetzung derart zu bilden, dass Flugaschen, die durch Elektrofilter aus den Rauchgasen von Steinkohlekraftwerken abgeschieden werden und die in der Hauptsache aus sehr feinteiligem glas-amorphem Siliciumdioxid und Aluminiumoxid bestehen, mit hydratisierten (getrockneten) Alkalisilikaten, Reaktionsmitteln (Härtern) für Alkalisilikate und Wasser vermischt werden.
Eine derartige Mörtelzusammensetzung kann als Feuerfestbaustoff verwendet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Profile und Formteile für die Verwendung im 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 die Verwendung von Profilen und Formteilen gemäß Anspruch 1.
In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die mineralischen Füllstoffe 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 erfindungsgemäß verwendeten 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 erfindungsgemäß verwendeten 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 erfindungsgemäß verwendeten Profile und Formteile benötigen keinen Korrosionsschutz. Da sie elektrisch nicht leitend sind, ist auch eine zusätzliche Potenzialableitung, 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 Stunden bei Raumtemperatur ausgehärtet. Dieser Vorgang kann durch Temperaturerhöhungen auf maximal 80°C auf ca. 2 Stunden 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 bei 450°C gemäß 1 zeigen, dass Rezeptur 1 zwar etwas später sein Wasser abgibt, jedoch entsprechend länger eine niedrigere Temperatur einhält als Ridurit, so dass die Schutzwirkung des 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 Stunden 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 gemäß 2, dass die Brandschutzwirkung der Gipsplatten 28 min andauert, die des 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

Verwendung von Profilen und Formteilen, die vergleichbare Brandschutzeigenschaften wie Gips, aber verbesserte mechanische Eigenschaften aufweisen, bestehend aus einem Materialgemisch von mineralischen Füllstoffen, silikatischen Bindemitteln auf Alkali-Wasserglasbasis und einem Härter, wobei der Härter ausgewählt ist aus der Gruppe Calciumsulfat und Aluminiumpolyphosphat und der Reaktionsmischung in einer Menge von 15 bis 25 Gew.-%, bezogen auf den Gewichtsanteil der Wasserglaslösung, zugesetzt ist, für den aktiven Brandschutz von elektrischen Zuleitungen.
Verwendung von Profilen und Formteilen nach Anspruch 1, 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.
Verwendung von Profilen und Formteilen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich 15 bis 25 Gew.-% brandschutzaktive Füllstoffe enthalten sind.
Verwendung von Profilen und Formteilen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die brandschutzaktiven Füllstoffe ausgewählt sind aus der Gruppe der Wasser- oder CO₂-abspaltenden Füllstoffe, insbesondere Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Calciumcarbonat, Gips, Ettringit, Vermiculit, Kaolin und Perlit.
Verwendung von Profilen und Formteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel Alkali-Wasserglas mit einem Feststoffanteil zwischen 45 und 55 Gew.-% verwendet wird.
Verwendung von Profilen und Formteilen nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Alkali-Wasserglas aus Natronwasserglas gegebenenfalls Kaliwasserglas besteht, wobei der Gehalt an Natronwasserglas in der Mischung zwischen 35 und 45 Gew.-% und der Gehalt an Kaliwasserglas zwischen 0 und 10 Gew.-% beträgt.
Verwendung von Profilen und Formteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass deren Wände einen mehrzelligen, insbesondere einen wabenförmigen Aufbau aufweisen.
Verwendung von Profilen und Formteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese mittels Gießverfahren, Strangpressen oder Extrusion hergestellt sind.