DE202005021073U1 - Flächenartiges Brandschutzelement geringer Dichte - Google Patents

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    • C04B2111/20Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/28Fire resistance, i.e. materials resistant to accidental fires or high temperatures

Abstract

Flächenartiges Brandschutzelement geringer Dichte bestehend aus einem Leichtbeton mit Zuschlagstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass Perlite verwendet werden, wobei die Zusammensetzung entsprechend den Anforderungen in folgenden Mengenverhältnissen variabel ist:
Tonerdeschmelzzement 170-230 kg/m3
Portlandzement 0-50 kg/m3
Perlite; Körnung 0-4 mm 170-220 kg/m3
Perlite; Körnung 0-0,25 mm 1-10 kg/m3
Wasser 220-260 kg/m3 Fliesmittel 0-10 kg/m3 und
mehrere Brandschutzelemente vorzugsweise mit einer einfachen Feder-Nut-Verbindung miteinander verbunden werden, wobei als Federmaterial eine ebenfalls unbrennbare und thermisch isolierende Einschichtplatte verwendet wird, und eine thermisch expandierende Beschichtung auf die Oberflächen von Nut und Feder aufgebracht ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft unbrennbare, einschalige, vorwiegend flächenartige Brandschutzelemente geringer Dichte mit einer hohen thermischen Isolierung.
  • Zum Schutz von Menschen und Sachwerten gegen Brand und Erhitzung auf Schiffen und in Eisenbahnen, Flugzeugen oder Bauwerken werden hohe Sicherheitsanforderungen gestellt. Daher ist es notwendig Räume, Anlagen und Konstruktionen durch Verkleidungen, Trennwände, Zwischendecken u.ä. thermisch und feuerfest zu isolieren. Dadurch sollen Temperaturerhöhungen begrenzt und Brandausbreitungen verhindert werden.
  • Diese Anforderungen werden vorzugsweise mit dem Einsatz von flächenartigen, unbrennbaren, wärmeisolierenden Brandschutzelementen erfüllt.
  • [Stand der Technik]
  • Die bisherigen Lösungen bestehen aus einschichtigen, vorwiegend jedoch aus Mehrschicht- oder Sandwichstrukturen, bei denen einzelne Schichten der Elemente unterschiedliche Funktionen übernehmen, wie z.B. mechanische Stabilität, thermische Isolierung, Schalldämmung oder sich gegenseitig ergänzen.
  • Zu den einschichtigen Brandschutzelementen gehören überwiegend Gipsprodukte und Leichtbetone. Die endothermischen Reaktionen bei thermischen Belastungen bis zur vollständigen Abgabe des physikalisch und chemisch gebundenen Wassers wirken feuerhemmend und thermisch isolierend. Ein gravierender Nachteil von Gips im Brandschutz ist der Verlust von Festigkeitseigenschaften und mechanischer Stabilität infolge von Wasserabgabe schon bei verhältnismäßig geringen thermischen Belastungen. Durch Beimengungen von mineralischen Fasern, insbesondere Glasfasern und Leichtzuschlägen kann die Stabilität auch nur geringfügig verbessert werden, die aber dann z.B. nicht für selbsttragende Feuerschutzelemente ausreichend ist.
  • Die Einschichtelemente aus Gips werden deshalb nur für Verkleidungen von tragenden Konstruktionen eingesetzt.
  • Weiterhin kommen für den Brandschutz vor allem für Beschichtungen, z.B. bei Betonbauten, auch Leichtbetone zum Einsatz.
  • Für ihre Herstellung werden als Bindemittel Zemente und Leichtzuschläge wie z.B. Naturbims, Blähbeton, Perlite verwendet. Hohe Temperaturbeständigkeit wird lediglich bei Verwendung von Tonerdeschmelzzementen erreicht.
  • Nachteilig sind jedoch die verhältnismäßig hohen Rohdichten, die in der Größenordnung zwischen 800 bis 2.000 kg/m3 liegen. Auf Grund der hohen Dichten kommen Einschichtelemente als Brandschutzelemente geringer Dichte aus herkömmlichen Leichtbetonen in der Regel nicht zur Anwendung.
  • Die bisherigen Lösungen für feuerfeste Brandschutzelemente geringer Dichte bestehen deshalb aus Mehrschicht- bzw. Sandwichstrukturen. Deren einzelne Schichten übernehmen verschiedene Funktionen z.B. Sicherung der mechanischen Eigenschaften, thermische Isolierfähigkeit, Schalldämmung.
  • Die Materialkombinationen der mehrschichtigen Elemente sind sehr mannigfaltig und jeweils abgestimmt auf konkrete Anforderungen, wie aus nachfolgenden Beispielen zu entnehmen ist.
  • Die Europäische Patentanmeldung EP 1428953 A1 beschreibt ein Raumbegrenzungs-Paneel bestehend aus mindestens einer Mineralwolle-Platte, die an mindestens einer ihrer beiden Haupt-Außenseiten mit einer Deckschicht versehen ist. Die Mineralwolle-Platte wird aus quer zur Haupt-Außenseite verlaufenden Fasern gebildet. In der praktischen Anwendung werden als Deckschicht dünne Blechplatten verwendet.
  • Die Ausbildung der Stoßfugen zwischen den einzelnen Paneelen bildet außer sichtbaren Erhebungen in der Oberfläche auch eine Schwachstelle für die Wärmeisolierung bei Brandbelastungen.
  • Diese Kombination aus Blechbeplankung und einer feuerfesten und wärmeisolierenden Schicht zeichnet sich durch ein hohes Gewicht, sichtbare Verbindungen, begrenzte Möglichkeiten zur Anordnung von Öffnungen und Schlitzen sowie Anbringung von Konsollasten aus.
  • Im US-Patent 3.908.062 wird ein Paneel dargestellt, das aus einem Kern mit starrer Mineralfasermatte und mindestens einer Schicht Gips auf einer Seite der Faserplatte besteht.
  • Für das Aufbringen einer Schicht zur Verbesserung der farblichen Wirkung und der Oberflächenqualität, z.B. ein Farbanstrich, ist die Oberfläche der Faserplatte mit einer Papierschicht bedeckt.
  • Weitere Beispiele für Bauelemente als feuerhemmende Platten auf der Grundlage von Gips mit Zusätzen von mineralischen Fasern, Perliten u.a. sind in den Offenlegungsschriften DE 33 22 067 A1 und DE 199 06 764 A1 sowie in der Patentschrift DE 4107 623 C2 enthalten.
  • In der Gebrauchsmusterschrift DE 29624258 U1 wird eine feuerfeste Auskleidungsplatte in Paneelform beschrieben, die aus wenigstens einer Isolierschicht aus Mineralwolle als Kernmaterial und einer äußeren Schicht auf beiden Seiten der Isolierschicht besteht. Die äußeren Schichten werden aus einem Magnesiabindemittel und einer Bewehrung gebildet. Hauptbestandteile der Schicht sind Magnesiumchlorid, Magnesiumsulfat, und Magnesiumoxid.
  • Die Oberfläche der äußeren Schichten weist Lunker und Unregelmäßigkeiten auf, so dass für die Anwendung in öffentlichen Räumen eine zusätzliche Behandlung und Beschichtung erfolgen muss. Um ein geringes Gewicht zu erzielen, sind die äußeren Schichten dünn. Dadurch können nachträglich keine mechanischen Befestigungselemente für Konsollasten in die Platten eingebracht werden. Die Ausführung gekrümmter Oberflächen ist nicht vorgesehen.
  • In der Europäischen Patentschrift EP 832333 B1 ist ein gegen hohe Temperaturen beständiges Isolationselement beschrieben, das als Laminat aus mindestens einer Schicht keramischen Materials und mindestens einer Schicht aus einem wärmebeständigen anorganischen Material, vorzugsweise Glas- oder Mineralfaserwolle, besteht. Die beiden Schichten sind mittels eines wärmebeständigen Klebstoffs aneinander geklebt, der eine starre Zwischenschicht bildet. Als Klebstoff werden Wasserglas, ein Silikatkleber oder ein Klebstoff auf Zementbasis verwendet.
  • Die Steifigkeit der Elemente ist nicht sehr hoch, die Oberflächenqualität genügt keinen üblichen Ansprüchen in technischen, in öffentlichen oder in Wohnräumen. Ausführungen mit gekrümmten Oberflächen sind nicht vorgesehen.
  • Die Europäische Patentanmeldung EP 1428953 A1 beschreibt ein Raumbegrenzungs-Paneel bestehend aus mindestens einer Mineralwolle-Platte, die an mindestens einer ihrer beiden Haupt-Außenseiten mit einer Deckschicht versehen ist. Die Mineralwolle-Platte wird aus quer zur Haupt-Außenseite verlaufenden Fasern gebildet. In der praktischen Anwendung werden als Deckschicht dünne Blechplatten verwendet. Die Ausbildung der Stoßfugen zwischen den einzelnen Paneelen bildet außer sichtbaren Erhebungen in der Oberfläche auch eine Schwachstelle für die Wärmeisolierung bei Brandbelastungen
  • Das Raumbegrenzungs-Paneel weist ähnliche Eigenschaften auf wie das vorstehend erläuterte Isolationselement. Die Oberfläche muss beim Einsatz in technischen, öffentlichen und Wohnräumen zusätzlich beschichtet werden. Um ein geringes Gewicht zu erzielen, sind die äußeren Schichten dünn. Dadurch können nachträglich keine mechanischen Befestigungselemente in die oder an die Oberfläche der Paneele eingebracht werden. Die Ausführung gekrümmter Oberflächen ist nicht vorgesehen.
  • Die aufgezeigten Lösungen erfüllen die Anforderungen an die Brandschutzelemente geringer Dichten weniger als 600 kg/m3 nicht zufrieden stellend.
  • [Aufgabe der Erfindung]
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein nicht brennbares, wärmeisolierendes Material zu konzipieren, das zur unkomplizierten Herstellung von großflächigen Elementen geeignet ist, die mit mannigfaltigen Oberflächengestaltungen und Beschichtungen versehen werden können. Gleichzeitig sollen die Brandschutzelemente einen so hohen Grad an mechanischer Stabilität aufweisen, dass sie sich problemlos montieren lassen und als selbsttragende Wand-, Decken- und Bodenelemente in Räumen eingesetzt werden können.
  • Das verwendete Material soll beständig bei Lufttemperatur und -feuchte sein und keine toxischen Emissionen bei der Nutzung und im Brandfall verursachen.
  • Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, dass ein Leichtbeton geringer Dichte aus feuerfesten Zuschlagstoffen, extrem geringer Dichte, insbesondere Perliten und Bindemitteln auf Basis von Tonerdezementen und Wasser hergestellt wird, der eine sowohl mechanisch tragende als auch thermisch isolierende Schicht des Brandschutzelementes bildet. Die Formgebung der Elemente erfolgt in einer Form in der lose eingebrachter Frischbeton in einem Pressvorgang verdichtet wird.
  • Zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften, vor allem der Biegezugfestigkeit werden dem Leichtbeton unbrennbare Kurzfasern beigemengt oder er wird durch Fasernetze verstärkt. Nach der Erhärtung und anschließendem Trocknungsvorgang werden die Oberflächen in der Regel vor oder nach dem Einbau beschichtet. Diese Beschichtungen können sowohl dekorative als auch festigkeitsverbessernde Eigenschaften übernehmen.
  • Die Erfindung bietet gegenüber dem bekannten Stand wesentliche Vorteile.
  • Die großflächigen Brandschutzelemente geringer Dichte zeichnen sich durch gute Isoliereigenschaften gegenüber thermischen Belastungen, Feuer und Schall bei aus-reichenden mechanischen Eigenschaften aus.
  • Sie sind temperaturbeständig bis etwa 1.100 °C. Ihr Festigkeitsverhalten bleibt auch nach der Einwirkung von hohen Brandtemperaturen weitgehend erhalten, womit auch ihre Anwendung als Einschichtelement bei selbsttragenden Raumkonstruktionen ermöglicht wird. Die vorgeschlagene Fügetechnik der Elemente gestattet eine unkomplizierte Montage zu großformatigen Flächen von z.B. Innenwänden, Auskleidungen, Zwischendecken u.ä. insbesondere auf Schiffen, in Eisenbahnen, Flugzeugen oder in Bauwerken.
  • [Beispiele]
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert:
  • 1 zeigt ein Brandschutzelement einschichtig aus Perlit-Leichtbeton.
  • 2 zeigt ein Brandschutzelement einschichtig aus Perlit-Leichtbeton, verstärkt mit kurzen Fasern.
  • 3 zeigt ein Brandschutzelement einschichtig aus Perlit-Leichtbeton, verstärkt an den Oberflächen mit Faser-Netzen.
  • 4 zeigt ein Brandschutzelement einschichtig aus Perlit-Leichtbeton, verstärkt mit innen liegenden Faser-Netzen.
  • 5 zeigt eine vorteilhafte Fügeanordnung der Brandschutzelemente.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach 1 besteht das Brandschutzelement 1 aus einer Schicht des Perlit-Leichtbetons 2.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach 2 besteht das Brandschutzelement 1 aus einer Schicht des Perlit-Leichtbetons 2 mit beigemengten kurzen Glasfasern 3.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach 3 besteht das Brandschutzelement 1 aus Perlit-Leichtbeton 2, verstärkt an den Oberflächen mit Glasfaser-Netzen 4. Die Brandschutzelemente 1 nach dieser Variante werden hergestellt, indem auf dem Boden der Fertigungsform ein im Zementleim getränktes Fasernetz 4 eingelegt, darauf die abgemessene Menge des Perlit-Frischbetons 2 gleichmäßig verteilt und auf diese Schicht wiederum ein im Zementleim getränktes Fasernetz 4 ausgebracht wird. Durch anschließendes Pressen erfolgt die Verdichtung und Formgebung auf die vorgegebene Dicke des Elements. Neben der guten Wärmeisolierung erreicht diese Art von Elementen ausreichende Festigkeiten von selbsttragenden feuerfesten Raumkonstruktionen.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach 4 sind die Elemente mit zwei innenliegenden Fasernetzen 4 verstärkt. Sie sollen nur eine unzulässige Deformation z.B. bei einer Stoßbelastung verhindern. Die Oberflächenbeschaffenheit der Elemente gestattet schon eine einfache Beschichtung durch Farbanstrich oder Tapezieren.
  • Ihre Herstellung erfolgt analog wie bei Elementen nach 3, ist jedoch zeitaufwendiger.
  • Die Beschichtung der Brandschutzelemente 1 erfolgt nach dem Trocknen noch im Herstellerwerk oder vor Ort nach der Montage. Die Beschaffenheit der Elementoberfläche gestattet eine Beschichtung mit allen aus Brandschutzgründen zulässigen Materialien. Hierzu zählen beispielsweise anorganische Farbstoffe mit feuerfesten Bindemitteln wie z.B. Wasserglas oder mit Stoffen bzw. Stoffkombinationen geringfügiger Brandlast wie Tapeten und auch mit unbrennbaren Faserstoffen, sowohl mit unbrennbaren als auch mit verschiedenen Bindemitteln gebunden.
  • Die Größe der Brandschutzelemente ist variabel herstellbar. Ihre Abmessungen richten sich z.B. nach der Raumhöhe bei Trennwänden oder nach technologisch bedingten Leistungsgrenzen der Fertigungsanlagen.
  • Zweckmäßigerweise richtet sich ihre Größe auch nach dem Gewicht der Elemente, mit dem noch eine gute Handhabung während der Fertigung, des Transports und der Montage möglich ist.
  • Die Festigkeit des Materials erlaubt es, zur Verbindung von Brandschutzelementen miteinander eine Nut-Feder-Verbindung 5 und 6 einzusetzen (5).
  • Um bereits bei dünnen Platten hohe Anforderungen nach Unbrennbarkeit und thermischer Isolation zu erfüllen, wird die Feder aus einem unbrennbaren Kunststoff ausgeführt. Mit dieser Kombination entstehen keine schädigenden Thermospannungen und unzulässige Spalterweiterungen beim Erhitzen der Brandschutzelemente.
  • Der Effekt der thermischen Isolation wird weiter erhöht durch Auftragen von thermisch expandierenden Anstrichen 7 auf die Oberflächen von Nut 6 und Feder 5.
  • Die Beschaffenheit des Gemisches vor der Verdichtung erlaubt es, die Elemente eben oder auch mit einseitig oder beidseitig räumlich gekrümmten Oberflächen herzustellen.
  • Für extreme Temperaturen und mechanische Beanspruchungen lassen sich die montagefreundlichen Elemente problemlos zu Doppel- oder Mehrfachwänden ohne oder mit Zwischenschichten, mit Luftspalt oder einer wärmeisolierenden Dämmschicht zusammenfügen.
  • Die Feuerfestigkeit und sonstige Baustoffeigenschaften gemäß der Erfindung sind auf die Eigenschaften und die Zusammensetzung des Bindemittels und des Zuschlages sowie deren Mischungsverhältnis und Verarbeitung zurückzuführen. Als Bindemittel kommen Zemente auf Basis von Tonerdezementen mit einem Al2O3-Gehalt größer 40 % zum Einsatz, deren Erstarrung und Erhärtungskinetik mit geringen Beigaben bis etwa 15 % Portlandzement gesteuert wird.
  • Das Bindemittel Tonerdezement reagiert ggf. mit einer geringen Beimengung von Portlandzement mit dem Anmachwasser hydraulisch. Die Eigenart des Tonerdezementes ist, dass die bei niedrigen Temperaturen gebildete Calciumaluminat-Hydrat-Phasen nicht temperaturbeständig sind. Bei Temperaturen ≥ 40 °C erfolgt eine Umkristallisation in temperaturbeständige Phasen. Bei höheren Temperaturen in einem Bereich zwischen etwa 400 und 600 °C wird das chemisch gebundene Wasser vertrieben und bei Temperaturen über etwa 800 °C gehen diese Phasen in eine keramische Bindung über. Diese Vorgänge verlaufen ohne wesentliche Festigkeitseinbußen.
  • Für die Herstellung von Leichtbeton extrem geringer Dichte ist Perlit mit geringen Schüttdichten in der Größenordnung von 35 bis 50 kg/m3 besonders geeignet. Durch Erhitzung von wasserhaltigen vollbasischen Gläsern wird eine Expansion ausgelöst, die zu seiner hohen Porosität führt. Perlite sind unbrennbar und bei Temperaturen bis etwa 1.100 °C beständig. Ihre chemische Zusammensetzung entspricht etwa den Graniten mit SiO2-Anteilen bis etwa 75 % und Al2O3-Anteilen bis 18 %. Neben der chemischen Zusammensetzung ist auch die Granulometrie der zur Anwendung vorgesehenen Perlite mit entscheidend.
  • Die Partikel im Mikro- und Nanobereich reagieren mit dem überschüssigen Calcium zu stabilen Verbindungen und tragen damit nicht unwesentlich zur Festigkeitsbildung bei.
  • Das erfindungsgemäße Brandschutzelement 1 wird aus Ausgangsstoffen der folgenden Basis-Zusammensetzung hergestellt, durch Pressen verdichtet und geformt sowie nach der Erhärtung anschließend getrocknet. Es erreicht so die gewünschten Eigenschaften. Basiszusammensetzung des Brandschutzelementes
    Basisstoffe Gemischtanteile kg/m3
    Tonerdeschmelzzement 230
    Gekörnte Perlite 180
    Wasser 250
  • Um entsprechend die Anforderungen mit Dichten < 600 kg/m3 zu erreichen, können die Bestandteile dieser Basiszusammensetzung variiert oder ergänzt werden:
    Basisstoffe Gemischtanteile kg/m3
    Tonerdeschmelzzement 170-240
    Portlandzement 0-50
    Perlite; Körnung 0-4 mm 170-220
    Perlite; Körnung 0-0,25 mm 1-10
    Fliesmittel 0-10 (abhängig von der Zusammensetzung)
  • Die Fliesmittelzugabe verbessert lediglich die Verarbeitbarkeit.
  • Mit diesen Zusammensetzungen wird eine Unbrennbarkeit und weitgehende Formstabilität bei Beibehaltung der geforderten Eigenschaften bis über 1.100 °C erzielt. Die Festigkeiten können außerdem durch Beimischen von Kurzfasern z.B. Glasfasern 3 oder durch weitmaschige Fasernetze 4 erheblich gesteigert werden.
  • Die thermische Isolierfähigkeit wird durch die Dicke der Brandschutzelemente gesteuert. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass bei hohen thermischen und mechanischen Belastungen zwei oder mehrere dünnwandige Elemente miteinander dicht oder mit einem Luftspalt oder mit Zwischenlagen von Dämmstoffen miteinander gekoppelt werden.
  • Die Oberfläche sind vorzugsweise glatt und für eine Beschichtung mit aus Brandschutzgründen zulässigen herkömmlichen Materialien geeignet. Sie können mit diesen nach der Trocknung oder der Montage versehen werden.

Claims (4)

  1. Flächenartiges Brandschutzelement geringer Dichte bestehend aus einem Leichtbeton mit Zuschlagstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass Perlite verwendet werden, wobei die Zusammensetzung entsprechend den Anforderungen in folgenden Mengenverhältnissen variabel ist: Tonerdeschmelzzement 170-230 kg/m3 Portlandzement 0-50 kg/m3 Perlite; Körnung 0-4 mm 170-220 kg/m3 Perlite; Körnung 0-0,25 mm 1-10 kg/m3 Wasser 220-260 kg/m3 Fliesmittel 0-10 kg/m3 und mehrere Brandschutzelemente vorzugsweise mit einer einfachen Feder-Nut-Verbindung miteinander verbunden werden, wobei als Federmaterial eine ebenfalls unbrennbare und thermisch isolierende Einschichtplatte verwendet wird, und eine thermisch expandierende Beschichtung auf die Oberflächen von Nut und Feder aufgebracht ist.
  2. Flächenartiges Brandschutzelement geringer Dichte bestehend aus einem Leichtbeton mit Zuschlagstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass Leichtzuschlagstoffe mit ähnlichen Eigenschaften wie Perlite verwendet werden, wobei die Zusammensetzung entsprechend den Anforderungen in den gleichen Mengenverhältnissen wie aus Anspruch 1 variabel ist und mehrere Brandschutzelemente vorzugsweise mit einer einfachen Feder-Nut-Verbindung miteinander verbunden werden, wobei als Federmaterial eine ebenfalls unbrennbare und thermisch isolierende Einschichtplatte verwendet wird, und eine thermisch expandierende Beschichtung auf die Oberflächen von Nut und Feder aufgebracht ist.
  3. Flächenartiges Brandschutzelement nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften unbrennbare Kurzfasern, vorzugsweise Glasfasern, oder mit Bindemittelleim getränkte Fasernetze als Bewährung beigegeben werden.
  4. Flächenartiges Brandschutzelement nach Anspruch 1, 2, oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Brandschutzelement sowohl ebene als auch einseitig oder beidseitig räumlich gekrümmte Oberflächen aufweist.
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