DE2513563A1

DE2513563A1 - Verbesserter feuerschutz von bau- und konstruktionselementen

Info

Publication number: DE2513563A1
Application number: DE19752513563
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Avco Corp
Current assignee: Avco Corp
Priority date: 1974-03-25
Filing date: 1975-03-24
Publication date: 1975-10-02
Also published as: CA1035595A; US3913290A; JPS5631423B2; NO150769B; NL7503292A; NO150769C; GB1504735A; JPS50159196A; NO751024L; FR2265932B3; FR2265932A1; US4069075A

Description

Verbesserter Feuerschutz von Bau- und Konstruktionselementen

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen beim Schutz von Bau« bzw. Konstruktionselementen gegen Feuer.

Bauelemente wie bspw. Stahlträger, Wände, Behälter und dergl. werden zum Feuerschutz oft mit Beschichtungen versehen, die sie gegen die Hitze eines unbeabsichtigten Feuers schützen sollen.

Ohne diesen Schutz würde das Bau- bzw. Konstruktionselement bald Temperaturen erreichen, bei denen der Festigkeitsverlust zu einem Bruch des Elements unter Last führt. Die meisten in der Bautechnik verwendeten tragenden Elemente haben Flansche, Gurte und Stege - wie bspw. I- oder Η-Träger, U-Profile und Winkelprofile. Die Kanten der Flansche sind am schwierigsten gegen Hitze zu schützen, da der Wärmefluß des Feuers aus drei Richtungen (von oben, unten und rechtwinklig zur Kante) auf sie zukommt, nicht nur aus zwei Richtungen wie bei flachen Flächen. Der Wärmefluß ist in der Fig. durch Pfeile dargestellt.

5098A0/0420

— C. —

Einige der zum Feuerschutz verwendeten dünnen Überzüge sind ihrem Wesen nach intumeszenti sie schwellen beim Heißwerden zu einem kohlenstoffhaltigen Schaum auf, der gegen Feuer isoliert. Während eines Feuers können diese Überzüge jedoch ihre Haftungseigenschaften verlieren, teilweise vom Bauteil, auf das sie aufgebracht sind, abfallen und dieses dann dem Feuer aussetzen. Diese Art von Überzügen wirft noch größere Probleme auf, wenn man sie zum Schutz der Kanten eines Bauteils verwendet, da das Schwellen nur in einer Richtung, d.h. senkrecht zur beschichteten Oberfläche stattfindet und deshalb in dem geschäumten Material an den Kanten sehr leicht große Risse auftreten. Eine seitliche Intumeszenz tritt kaum auf; dehnt der Schaum sich auswärts aus, nimmt die Oberflächengröße nicht zu, wodurch an den Kantenflächen Risse praktisch zwangsweise entstehen.

Zum Kantenschutz von Bauteilen aus Stahl hat man traditionell hauptsächlich die Kanten mit einer ausreichend dicken Schicht eines Feuerschutzmaterials überzogen. Während der Feuertests an derartigen geschützten Bauelementen hat sich erwiesen, daß die höchsten Temperaturen an den Kanten der Proben auftreten, und diese Temperaturen bestimmen folglich die Dauer des Tests.

Es ist sehr schwierig, zusätzliches Feuerschutzmaterial auf die Kanten eines Bauelementes aufzubringen, wenn das Material gegossen (Beton) oder gespritzt wird (zementhaltige Mischungen, Fasern oder intumeszente Mastizes ("mastics"), weil die gegossenen Formen üblicherweise kompliziert sind und sich auf einer Kante ein loka-

509840/0420

lisierter dünner Streifen nur schwer auftragen läßt. Aus diesem Grund hat man auf die gesamte Oberfläche des zu schützenden Elementes bisher eine größere Menge des Feuerschutzmaterials aufgebracht, um zu gewährleisten, daß auch die Kanten geschützt sind. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß mehr Feuerschutzmaterial als nötig verbraucht und das Gewicht höher wird und die Kosten (sowohl des Materials als der aufzuwendenden Zeit) steigen.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen zuverlässigen Feuerschutz für Bauelemente zu schaffen, der leicht aufzubringen ist und den gesamten Feuerschutzüberzug sowohl im unberührten Zustand als auch während eines Feuers, wenn der Überzug verkohlt, verstärkt.

Nach der vorliegenden Erfindung werden Bauelemente gegen Feuer geschützt, indem man auf das Bauelement ein Drahtgeflechtelement und dann eine Feuerschutzbeschichtung aufbringt, die das Drahtgeflechtelement einhüllt.

Weiterhin sieht die vorliegende Erfindung ein gegen Feuer geschütztes Bauelement vor, auf das ein Drahtgeflecht aufgebracht ist, das von einer Feuerschutzbeschichtung auf dem Bauelement eingehüllt wird.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine perspektivische Teilansicht eines I-Trägers und

509840/0420

zeigt die Richtung des auf den Träger auftreffenden Wärmeflussesj Fig. 2 ist eine perspektivische Teilansicht einer Ausführungsform eines geschützten Bauelements nach der vorliegenden Erfindung }

Fig. 3 ist eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, zeigt aber ein hinzugefügtes vorgegossenes Kantenelement;

Fig. 4 ist eine stirnseitige Ansicht des Trägers und zeigt ein Werkzeug, mit dem sich eine offenschenklige isolierte Kantenverstärkung auf ein Bauelement aufbringen läßt; Fig. 5 ist ein Diagramm, das einen Vergleich der Kantentemperatur mit der Gurtmitten- und der Stegtemperatur beim Einsatz der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. β bis 9 zeigen weitere Beispiele für kantengeschützte Bauelemente nach der vorliegenden Erfindung und insbesondere alternative Ausgestaltungen;

Fig. 10 ist eine perspektivische Teilansicht einer flachen Fläche wie bspw. einer Wand, die mit einem nach der Lehre der vorliegenden Erfindung aufgebauten geschützten Bauelement versehen ist; und

Fig. 11 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 11-11 der Fig. 10.

Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein typisches Bauelement 10 - wie bspw. einen I-Träger aus Stahl. Wie ersichtlich,, weist der I-Träger 10 eine Vielzahl von Gurtabschnitten 12 mit den Kanten 14 und 16 auf. Wie bereits ausgeführt _g ist die Richtung des Wärmeflusses durch die Pfeile gezeigt. Es ist zu erkennen,, daß der Steg 11 und

509840/042 0

der Gurt 12 jeweils aus zwei Richtungen aufgeheizt werden, nämlich rechtwinklig zu den Oberflächen. Das Ende bzw. die Kante des Gurtes 12 wird jedoch aus drei Richtungen aufgeheizt, wobei die dritte Richtung rechtwinklig zur Kantenfläche des Gurtes liegt.

Die isolierte Kantenverstärkungsanordnung 20 ist in zwei grundlegenden Formen in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Die Form der Fig. weist eine vorgegossene Kante aus einem Beschichtungsmaterial oder eine Stahlkante auf, die Form der Fig. 2 nicht. Jedoch erfüllen beide Formen die gleiche Funktion.

In der Fig. 2 ist die Kantenverstärkung 20 aus einem Drahtgeflechtelement 18 aufgebaut. Das Drahtgeflecht 18 ist in einer Abkantpresse oder ähnlichen Maschinen in die für das zu schützende Bauteil erforderliche Gestalt gebracht worden. Vorzugsweise wird verschweißtes Drahtgeflecht verwendet, und zwar verzinkt oder nicht. Die MaschengrSße kann von 6,35 mm (1/4 in.) oder 25,4 mm (1 in.) ab beliebig sein. Der Drahtdurchmesser sollte ausreichend klein sein, um die Kosten niedrig zu halten und eine leichte Formung zuzulassen, andererseits aber groß genug, um die eingeformte Gestalt leicht beizubehalten. Eine Kantenverstärkung, die ausgezeichnete Feuerschutzeigenschaften bewies, wurde aus Drahtgeflecht mit einer Maschengröße von 12,7 mm (1/2 in.) und Draht der Normstärke 19 ("19 gauge wire") hergestellt.

Die Blattisolierung 22 wird in Streifen geschnitten und in das geformte Drahtgeflecht 18 eingelegt. Hier läßt sich jedes geeig-

509840/0420

nete fasrige Dämmaterial einsetzen - bspw. das von der Fa. U.S. Gypsum Corporation unter der Bezeichnung "Thermafiber" hergestellte. Auch Dämmplatten sind einsetzbar. Eine praktische Grenze für die Wärmeleitfähigkeit der eingesetzten Isolierung ist etwa 0,298 kcal/m.h.⁰C (0,2 BTU/ft.hr.°P). Der Isolierstreifen 22 hat vorzugsweise eine Tiefe gleich der doppelten Dicke des Gurts 12 und eine Dicke gleich mindestens der Gurtdicke.

In der vorgegossenen Form der Fig. 3 wird das geformte Drahtgeflecht ISA mit eingesetzter Isolierung 22A mit der Kante voran in eine (nicht gezeigte) Form eingesetzt, die das Gußmaterial enthält. Die Kantenverstärkung 2OA wird in der Form belassen, bis das Kantenmaterial 24 härtet. Sodann wird die Verstärkung mit der vorgegossenen Kante 24 aus der Form genommen und kann dann transportiert und montiert werden. In einigen Fällen läßt sich anstelle der vorgegossenen Kante 24 eine Metallschiene auf die Verstärkung 2OA aufklammern oder -schweißen.

Die Verstärkung 20 kann während der Formung mit offenen oder geschlossenen Schenkeln hergestellt werden. Die Schenkel sind dabei diejenigen des Drahtgeflechts, das sich von der Gurtkante einwärts zum Steg erstreckt. Wird eine geschlossene Schenkelform verwendet, schiebt man die isolierte Verstärkung 20 einfach von Hand auf den Gurt auf, nachdem man die Schenkel etwas aufgespreizt hat; das Geflecht wird von der Eigenspannung der Schenkel festgehalten, bis man die Feuerschutzbeschichtung aufspritzt. Bei offenschenkliger Form schiebt man die Verstärkung 20 auf den Gurt auf und setzt

509840/0A20

ein Sickungswerkzeug 26 ein, um den Draht auf der Gurtoberfläche festzulegen, wie es die Fig. 4 zeigt.

Das Sickungswerkzeug 26 besteht aus einem Paar von Drückgliedern oder Griffen 28 und 30* die bei J>2 schwenkbar miteinander verbunden sind. Der Griff 28 weist eine äußere Schulter 34 sowie eine senkrecht hochstehende Schulter 36 auf. Die Schulter 34 wirkt auf einen Schenkel des Drahtgeflechts l8 und hält dieses auf dem Gurt 12 fest. Die Schulter 36 liegt an der vorgegossenen Kante 24 entlang der Außenseite der Isolierstreifen 22 an. Ein Ende 38 des Griffs 30 liegt auf dem gegenüberliegenden Schenkel des Drahtgeflechts auf. Drückt man die Griffe 28 und 30 zusammen, bringen die Schultern 34 und 38 eine Kraft auf die offenen Schenkel des Drahtgeflechts l8 auf, die dieses auf'den Gurt 12 aufklemmt.

Nachdem man die isolierende Verstärkung 20 aufgebracht hat, bringt man ein geeignetes (nicht gezeigtes) Feuerschutzmaterial auf die Verstärkung 20 in einer Dicke auf, die ausreicht, um die Gurte und Stege des Bauelementes 10 zu schützen. Diese Dicke wird in der Praxis durch Feuertests bestimmt. Die Kanten 14 bis 16 des verstärkten Gurtes erfordern nun jedoch keine stärkere Beschichtung mehr, sondern nur soviel Material, daß ein sauberer durchgehender Überzug entsteht.

Falls ein ungewolltes Feuer ausbricht, arbeitet die isolierte Verstärkung 20 auf folgende Weise. Zunächst verzögert die Isolierung 22 innerhalb des Drahtgeflechts l8 den senkrecht in die Kante

509840/0420

des Gurts 12 gerichteten Wärmefluß und hält diese daher länger kühl. Das Drahtgeflecht 18 selbst hält die Feuerschutzbeschichtung um die Kanten l4-l6 und den Gurt 12 herum zusammen, während das Beschichtungsmaterial sich zersetzt, aufquillt usw. Dieser Punkt ist besonders wichtig, da die Grundierungen und Anstriche, auf die die Beschichtung üblicherweise aufgebracht wird, ihre Bindefestigkeit bei Temperaturen verlieren, die erheblich unter den für Stahl selbst zulässigen, d.h. etwa 54O°C (1000⁰P), liegen. Besteht zwischen diesen Grundierungen und Anstrichen und dem Stahl keine Haftung mehr, gibt es nichts, was die Feuerschutzbeschichtung auf dem Stahl festhält - mit Ausnahme ihres eigenen Zusammenhalts. Das Drahtgeflecht 18 schafft diesen Zusammenhalt, wenn er gebraucht wird.

Wird schließlich eine intumeszente Beschichtung verwendet, besteht in verstärktem Maß die Möglichkeit von Rissen und Spalten, die sich an den Gurtkanten bilden und den Stahl offenlegen. In diesem Pail kann, wenn nur 1 % der Stahl oberfläche offenliegt, der Wärmefluß in den Gurt hinein um 30 % zunehmen. Mit dem Verstärkungselement 20 Jedoch legen solche Risse nicht den Stahl selbst bloß, sondern nur die Isolierung 22, und der Wärmefluß in die Kante des Stahlgurts ist um ein Vielfaches geringer als bei offenliegendem Stahl. Dieser Umstand erteilt dem gesamten Beschichtimgssystem unter den Bedingungen eines Brandes eine erheblich bessere Leistungsfähigkeit. Ein weiterer Vorteil des Drahtgeflechtes 18 ist,, daß Risse, die sich auf den Gurtflächen bilden,, nicht weiter laufen als bis zum Drahtgeflecht 18«. Das Beschichtungsmaterial

509840/0420

unter dem Geflecht quillt an und bietet dem Stahl unmittelbar unter dem Riß einen gewissen Schutz.

Die Fig. 5 zeigt einen Vergleich der Kantentemperatur mit der Gurtmitten- und der Stegtemperatur bei Verwendung der beschriebenen Kantenverstärkung. Bei diesem Test wurde ein I-Träger aus Stahl verstärkt, wie es oben beschrieben ist, und mit einer intumeszenten Feuerschutzbeschichtung versehen, die bei der AVCO Systems Division in Lowell, Massachusetts, entwickelt worden ist und unter der Bezeichnung AVCO FM 59 vertrieben wird. Der Test wurde bei einer Ofentemperatur von 1065°C (195O⁰F), einer Strah-

P P

lungswärmeströmung von 4j,97 kcal/m .s (16,2 BTU/ft .s) und einer

ρ ρ

KonvektionswärmestrÖmung von J>,2£ kcal/m .s (1,2 BTU/ft .s) durchgeführt. Die Temperaturen wurden im Steg, dem Übergang vom Steg zum Gurt und an den Kanten des ober- und des Untergurts gemessen und sind im Diagramm jeweils durch ein Dreieck bzw. Quadrat bzw. einen Kreis bzw. ein Sechseck gekennzeichnet. Die Wirkung des Kantenverstärkungsschutzes ergibt sich aus der gesamten Leistungsfähigkeit des Trägers unter den Bedingungen eines Brandes und der Tatsache, daß der Träger während des gesamten Tests eine ziemlich gleichmäßige Temperatur beibehielt. Den Kanten wurde damit erfolgreich der gleiche Schutz erteilt wie dem Rest des Trägers.

Die Fig. 6 bis 9 zeigen, daß man die Kantenverstärkung verschieden ausgestalten kann, und zwar abhängig von dem gedachten Einsatz. Es lassen sich Drahtgeflechte verschiedener Größe und auch unterschiedliche Isolierungen einsetzen. Die Isolierung kann mit ir-

509840/0420

— XU —

gendwelchen Mitteln auf die Kante des Gurts aufgebracht werden - bspw. einen Kontaktkleber -; das Drahtgeflecht wird dann später übergeschoben. Verwendet man eine vorgegossene Ilante oder Kantenschiene aus Metall, sind auch hier verschiedene Materialien einsetzbar, sofern eine gute Bindung mit dem Feuerschutzmaterial erreichbar ist, das über sie gelegt wird. Die im Einzelfall erforderliche Gestalt des Drahtgeflechts hängt vom beabsichtigten Einsatz ab.

Wie insbesondere in der Fig. 6 ersichtlich, ist das Drahtgeflecht 18B T-förmig auf das Ende der Isolierung 22 aufgeformt. Fig. 7 zeigt das T-förmige Drahtgeflecht l8B zusammen mit einer vorgegossenen oder metallenen Kante 24B. Die Kante 24B ist dem T-Ende des Drahtgeflechts l8B angepaßt und wird von diesem festgehalten.

Fig. 8 stellt eine weitere Ausführung dar, bei der das Drahtgeflecht 18C mit einem aufgeweiteten Teil 40 geformt ist. Diese Aufweitung hat den Sinn, eine maximal mögliche Menge des Feuerschutzmaterials unter dem Geflecht an der Gurtkante festzuhalten.

Die Ausführungsform der Fig. 9 ist der der Fig. 2 sehr ähnlich. Der Unterschied liegt darin, daß das Drahtgeflecht l8D mit Abstandssicken 42 versehen ist. Schiebt man das Geflecht l8D auf den Gurt auf, liegen nur die Sicken 42 auf dem Gurt auf, während der größte Teil des Geflechts von der Gurtoberfläche absteht. Diese Maßnahme erlaubt eine bessere Verankerung der Feuerschutzbeschichtung unter dem Geflecht.

509840/0420

— XX —

Die Feuerschutzverstärkung ist auch für die Verwendung auf größeren ebenen FXäohen wie Wänden, großen zylindrischen Behältern und dergX. geeignet. Wie in den Pig. XO und XX gezeigt, weist eine Wand 44 einen Feuerschutz unter Verwendung einer feuerisolierenden Verstärkung auf, die aXXgemein mit der ZahX 46 bezeichnet ist. Die Verstärkung 46 wird auf die gleiche Weise ausgebildet, wie es oben beschrieben ist.

SolXen größere Wände oder dergX. geschützt werden, befestigt man das DrahtgefXecht 48 mechanisch auf geeignete Weise an der Wand. Ist bspw. die Wand 44 eine StahXpXatte, Xäßt das Drahtgeflecht sich durch Punktschweißungen 50 auf ihr festlegen. Hält das Bauelement die Schweißung nicht aus, können geeignete Mittel wie bspw. Tragstifte eingesetzt werden, die das Drahtgeflecht in Stellung halten. Die feuersichere Beschichtung 52 wird dann auf das Drahtgeflecht 48 so aufgebracht, daß das gesamte Geflecht von der Beschichtung eingehüllt ist. Bei einem Brand fängt das Material 52 dann zu schwellen an. Beim Schwellen verliert das Feuerschutzmaterial sehr oft die Haftung mit dem Bauelement. Zusätzlich dazu können im Material Risse auftreten. Ohne das Drahtgeflecht könnten Teile des Feuerschutzmaterials abfallen und dadurch das Bauelement offenlegen. Das Drahtgeflecht 48 hält das Feuerschutz« material 52 jedoch fest, auch wenn es seine Haftfähigkeit verloren hat. Entwickelt sich ein Riß, würde dieser am Drahtgeflecht zum Stillstand kommen und das Bauelement nicht erreichen.

Wie ersichtlich, überwindet die hier beschriebene Feuerschutzver-

509840/0420

Stärkung die Nachteile der Anordnungen des Standes der Technik zum Feuerschutz von Bauelementen. Diese Feuerschutzverstärkungen sind einfach aufgebaut, lassen sich leicht auf Bauelemente aufbringen und bieten zusammen mit dem eigentlichen Feuerschutzmaterial - wie bspw. intumeszenten Beschichtungen und dergl. - einen wirksamen Feuerschutz.

Während hier beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben und erläutert wurden, ist ersichtlich, daß die Erfindung sich vom Fachmann auch auf andere Weise realisieren und durchführen läßt.

509840/0420

Claims

Patentansprüche

Iv Verfahren zum Schutz von Bau- bzw. Konstruktionselementen gegen Feuer, dadurch gekennzeichnet, daß man auf das Bauelement ein Drahtgeflechtglied und dann eine Feuerschutzbeschichtung so aufbringt, daß diese das Drahtgeflecht einhüllt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Drahtgeflechtglied verwendet, um eine Seite eines Streifens aus Isoliermaterial auf einem Ende des Gurtes eines Bauelementes festzuhalten, indem man das Drahtgeflechtglied so auf das Bauelement aufbringt, daß es sich um die anderen Seiten des Isollermaterialstreifens herumlegt und reibschlüssig an der oberen und der unteren Fläche des Gurtes anliegt.
J>. Feuergeschütztes Bauelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (10 oder 46) mit einem auf ihm befestigten Drahtgeflechtglied (l8 oder 48) versehen ist, das von einer Feuerschutzbeschichtung (50, 52) auf dem Bauelement umhüllt wird.
4. Bauelement Nach Anspruch J>, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgeflechtglied (l8) eine Seite eines Streifens (22) aus Isoliermaterial an einem Ende des Gurtes (12) des Bauelementes (10) anliegend festhält, sich um die anderen Seiten des Streifens herum erstreckt und reibschltissig an der oberen und der unteren Fläche des Gurtes anliegt.
5. Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

509840/0420

der Streifen (22) aus Isoliermaterial eine Dicke, die im wesentlichen gleich der Dicke des Gurtes (12) ist, und eine Tiefe hat, die größer ist als die Gurtdicke.
6. Bauelement nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgeflechtglied (i8a oder l8B) an einem Kantenelement (24 oder 24B) an derjenigen Seite des Isolierstreifens (22A oder 22) befestigt ist, die der am Gurtende anliegenden Seite gegenüberliegt, und daß das Kantenglied von der Feuerschutzbeschichtung eingehüllt ist.
7. Feuerisolierende Verstärkung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, mit dem Isolierstreifen (22) in Kombination mit dem Drahtgeflechtglied (18), wobei letzteres um den Streifen herum geformt und an ihm befestigt 1st und Schenkelteile aufweist, die sich über den Streifen hinauserstrecken und aufgespreizt oder aufeinander zu gebogen werden können, um ein reibschlüssiges Anliegen des Drahtgeflechtgliedes an der oberen und der unteren Fläche des Gurtes (12) zu bewirken.

509840/0420