NO177385B - Brannhemmende bygningselement - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et brannhemmende bygningselement som angitt i den innledende del av patentkrav 1.

Bakgrunn.

I bygningsplater av typen gips/fiber, eksempelvis gips/trefiber, vil en varmepåvirkning fra f.eks. en brann resultere i at gipsens krystallvann frigis ved en temperatur på omlag 103°C. Dette krystallvannet vil naturligvis redusere flammeutviklingen, og i tilfeller hvor brannen er lokal og begrenset vil også en videre flammeutvikling kunne stanses helt. Ved sterkere og vedvarende varmepåvirkning, f.eks. i branner som har fått anledning til å utvikle seg en tid, vil imidlertid den brannhemmende effekten fra gipsens krystallvann være av midlertidig karakter.

NO utlegningsskrift 166273 beskriver fiberplater med et bindemiddel basert på alkalisilikat, svovel og/eller svovelforbindelser, samt Ca- og/eller Mg-forbindelser, hvis kombinerte formål er å redusere formaldehydemisjon, forbedre vannbestandighet, styrke og flammemotstand. Som Ca-forbindelse er det i beskrivelsen eksemplifisert Ca(OH)2, CaO og CaCl2. Disse kalsium- og/eller magnesiumforbindelsene er i henhold til beskrivelsens side 4, andre og tredje avsnitt tilstede i relativt beskjedne andeler: 2 til 24 vekt% på basis av platevekta. Følgelig er brannbeskyttelsen av denne plata forholdsvis passiv, dvs. at avspaltningen av kvelende gassformige komponenter ved varmepåvirkning kun finner sted fra den eventuelle Ca(OH)2-komponenten og dessuten bare i ett trinn (ved 580°C).

DE patentskrift 3.508.933 har som formål å framskaffe ei brannhemmende bygningsplate med tilstrekkelig luft- og damp-permeabilitet, der sistnevnte trekk skal være fordelaktig ved selve framstillingen. Denne bygningsplata er en laminatkonstruksjon med gipskjerne, eventuelt med innhold av fibre, og to lag glassfiber på hver side av kjernen, der det utenpå det ene glassfiberlaget er formet et lag av finkornig uorganisk materiale, eksempelvis gips, dolomitt og magnesitt. De uorganiske komponentene skal bl.a. tjene som en brannbarriere ved avgivelse av vann og karbondioksid under varmepåvirkning. Med bakgrunn i dette tynne overflatesjiktet er imidlertid denne aktive brannbeskyttelsen beskjeden, og selve oppbygningen av plata må sies å være relativt komplisert.

Formål.

Formålet med den foreliggende oppfinnelsen er følgelig å framskaffe et bygningselement med en så stor grad av iboende, jevnt fordelt og aktiv brannbeskyttelse som mulig, uten å gå på akkord med elementets styrkeegenskaper.

Et annet formål er dessuten å framskaffe en brannbeskyttelse i slike bygningselementer som aktivt motstår varme- og flammepåvirkning i et stort temperatuirntervall, selv ved temperaturer opp til 900°C.

Oppfinnelsen.

Dette formålet løses med et bygningselement som angitt i den karakteriserende del av patentkrav 1. Ytterligere særtrekk framgår av de uselvstendige kravene.

Bygningselementer av gips og fiberholdig materiale, eksempelvis trefiber, blir i henhold til oppfinnelsen tildelt aktivt brannhemmende egenskaper ved tilsats av mineralet dolomitt ved framstillingen av disse. Med aktivt brannhemmende menes her at bygningselementet ved varmepåvirkning avspalter gassformige komponenter som ikke forbrennes eller underholder forbrenning. De brannhemmende egenskapene oppnås hovedsakelig fra karbonat-komponenten i mineralet, som ved varmepåvirkning avspaltes i form av C02-gass. Den kjemiske sammensetningen av dolomitt er CaMg(C03)2, dvs. kalsitt CaC03 og magnesitt MgC03, og mineralet inneholder ofte brusitt Mg(OH)2. Dolomitt med innhold av 17-20 vekt% brusitt er særlig foretrukket til bruk med den foreliggende oppfinnelsen. Ved varmepåvirkning vil magnesitt-komponenten utvikle karbondioksid allerede ved en temperatur rundt 300°C; damptrykket av C02 over magnesitt er 1 atmosfære ved omlag 353°C. Kalsittkomponenten i dolomitt vil utvikle C02 i temperaturområdet fra 700°C til 900°C. Dersom dolomitten også inneholder brusitt, vil brusitt-komponenten begynne å avgi vann ved en temperatur på 350°C til 450°C. På denne måten vil det tilsatte dolomitt-mineralet utvikle C02-gass og eventuelt vanndamp som vil hindre ytterligere tilførsel av oksygen til forbrenningen. Denne aktivt brannhemmende mekanismen vil, som det framgår av det forannevnte, opptre i ulike temperaturintervaller, slik at dolomitt-komponenten i bygningselementet vil representere en barriere over et stort temperaturområde, hvor den ene bestanddelen i mineralet tar over etter den andre ettersom temperaturen måtte stige. I tillegg til de brannhemmende egenskapene vil bygningselementer av denne typen med innhold av dolomitt oppvise forbedrete mekaniske egenskaper, i form av høyere elastisitetsmodul og strekkfasthet.

Med fiberholdig materiale menes her fortrinnsvis fibre fra trevirke, slik som spon, flis, malte trefibre, papirfiber, og liknende. Andre fiberholdige materialer kan imidlertid også anvendes, slik som kunstfiber, nøtteskall, strå osv. Med bygningselementer menes plater, ulike innredningskomponenter, slik som dørinnfatninger, dørkarmer, armlener på stoler og liknende.

Avspaltningen av vann og karbondioksid fra de ulike komponentene skjer etter følgende reaksjonsmønster:

Dersom andelen av fiber blir for stor, vil imidlertid det ferdige bygningselementet lettere kunne oppta vann og svelle, en egenskap som er uønsket i et bygningsmateriale av denne typen. På den andre siden, dersom innholdet av gips blir for stort, vil fasthets- og styrke-egenskapene i bygningselementet reduseres. Med hensyn til brannhemmende egenskaper er det funnet at innholdet av dolomitt minst må være 10 vekt% med hensyn til ferdig plate. Dersom dolomitt-andelen overstiger 50 vekt%, vil platas styrkeegenskaper reduseres. Følgelig er det funnet at dolomittens andel i ferdig bygningsplate bør være mellom 10 og 50 vekt% med hensyn til platas totalvekt. Innholdet av vannfri trefiber ligger i området 15 til 21 vekt% med hensyn til mengde kalsinert gips, mens gipsmengden utgjør de resterende 75 til 35 vekt%. I et foretrukket blandingsforhold, med hensyn til både brannbeskyttelse og fasthets- og styrkeegenskaper, utgjør dolomitt 20 vektprosent, mens andelen av gips utgjør omlag 65 vektprosent og resten hovedsakelig trefiber. Bygningselementet i henhold til oppfinnelsen er homogen i den forstand at de ulike bestanddelene er innbyrdes jevnt fordelt.

Ved framstilling av ei slik bygningsplate bearbeides rågips CaSCy2H20 og rådolomitt, hovedsakelig CaMg(C03)2, i et mølleverk hvorved komponentene blandes og males til en pulverformig masse. Partikkelstørrelsen av dolomitt-bestanddelen bør være så liten som mulig for å oppnå en så god fordeling av mineralet i den ferdige plata som mulig. I praksis har det vist seg at en gunstig partikkelstørrelse er omlag 20 fim, eller mindre, og en partikkelstørrelse på omlag 10 fim er særlig foretrukket, men oppfinnelsen er ikke avhengig av en slik partikkelstørrelse. Dersom imidlertid dolomittpartiklene blir alt for store kan det oppstå en risiko for at overflaten av bygningselementet blir for grovkornet, hvorved både brannbeskyttelse og styrkeegenskaper reduseres. Hovedregelen er at dess mindre dolomittpartiklene er, dess bedre styrkeegenskaper oppnås. Følgelig er det viktig at blandetrinnet beskrevet ovenfor utføres grundig. Blandingen av gips og dolomitt føres deretter til tørking i et kalsineringsanlegg ved en temperatur på omlag 150°C. I dette kalsineringstrinnet blir dihydratet i rågipsen omdannet til halvhydrat, dvs. at krystallvannmengden reduseres fra 20% til omlag 5%. Dolomitten blir imidlertid ikke kalsinert, men eventuell fukt tilstede blir fjernet. Denne behandlingen blir utført for å gjøre gipsen bedre i stand til å binde seg til vann i et senere prosesstrinn. Den kalsinerte pulverformige blandingen av gips og dolomitt tilsettes deretter vann og trefiber i ønsket mengde. Mengde tilsatt vann skal teoretisk sett være 15 vekt% av gipsmengden for dannelse av gips dihydrat, men det må også tilsettes vann i et visst overskudd slik at dannelsen av dihydrat blir fullstendig. Blandingen strøs deretter over ei stålplate som føres inn i ei presse. Den pressete plata blir deretter tørket inntil vann-innholdet i plata er redusert til 1-2 vekt%. Blandingen kan med fordel tilsettes en retardant, for eksempel amfotære tensider, for å bremse herdingen av gips, hvorved tensidet hindrer vannet å bindes til gipsen slik at dannelsen av dihydratet tar lengre tid. Retardan<R>, et kalsiumsalt av ei aminosyre, er en foretrukket retardant som tilsettes vannet i en mengde av omlag 0.09 vekt% med hensyn til gipsmengden. Tilsvarende framstillingsmetoder kan også benyttes til framstilling av andre elementer som eksemplifisert ovenfor, men der pressetrinnet tilpasses det aktuelle behov.

Dersom det ikke tilsettes retardant, vil gipsen reagere momentant, og herdingen vil skje allerede før massen forlater blandeverket. Dolomitt vil fungere som en akselerator for gipsen. Det er derfor nødvendig å øke mengden av retardant når dolomitt tilsettes. Rågips kan også fungere som en akselerator i prosessen, noe som blir gjort i gips-kartongindustrien. Andre retardanter kan i teorien brukes, f.eks. trinatriumcitrat, men disse vil etter en tid skilles ut som salter i overflata av platene så lenge denne ikke er belagt med kartong.

De etterfølgende tabellene 1 og 2 illustrerer typiske blandingsforhold og sammensetning av ordinære gips/trefiberplater og plater av samme type tilsatt dolomitt.

Ei blanding på 1145 kg vil gi omlag 0.7 m<3> plater netto, mens ei blanding på 1106 kg vil gi omlag 0.5 m<3> plater netto.

For å illustrere de ulike trinnene og bidragene fra gips og dolomitt-bestanddelene er det gitt et sammendrag av brannforløpet for et 100 kg tungt bygningselement med innhold av 10% dolomitt, derav 2 kg brusitt, 3.7 kg magnesitt og 4.3 kg kalsitt; 75 kg gips, 13 kg tørrspon og 2 kg fri fuktighet: - Ved 120°C vil det i likhet med ordinære bygningselementer uten dolomitt finne sted en avdamping av krystallvann og fri fuktighet, og i dette tilfellet vil mengden

være 15 kg vann fra gipsen og 2 kg fra fri fuktighet.

- Ved omlag 300°C vil magnesitt-komponenten begynne å avgi karbondioksid, totalt i en mengde av 1.94 kg. - I området 350°C-450°C vil brusitt-komponenten avgi vann i en mengde på totalt 0.62 kg. - I området fra 700° C til 900° C vil kalsitt-komponenten avgi totalt 1.89 kg karbondioksidgass.

Av det ovenstående framgår det at bygningselementet i henhold til oppfinnelsen oppviser totalt fire aktivt brannhemmende faser, derav to vannavdampings-faser og to C02-avdampingsfaser, i motsetning til ordinære gips/trefiber-plater som kun oppviser én slik fase. Mengde avgitt C02 og vann vil naturligvis øke tilsvarende dersom innholdet av dolomitt i bygningselementet økes.

Eksempel 1

Dette eksemplet illustrerer de forbedrete styrke-egenskapene som oppnås i ei slik gips/trefiber-plate ved tilsats av dolomitt. Seks ulike plater med innhold av 10 vekt% dolomitt, 18 vekt% trevirke og resten gips og Retardan<R>, hvorav tre hadde en platetykkelse på 8 mm og resten omlag 7 mm, ble underlagt enkle prøver med hensyn til bøyestyrke, elastisitetsmodul og strekkfasthet. Som det går fram av de etterfølgende tabellene, oppviser alle prøvene klart bedre styrke bortsett fra bøyestyrke, sammenliknet med vanlige gips/trefiberplater uten innhold av dolomitt.

Claims (4)

1. Bygningselement, slik som plater, dørinnfatninger, armlener på stoler og tilsvarende, hvilket element omfatter gips, fiber og dolomitt, karakterisert ved at elementet omfatter en homogen blanding av:

10 - 50 vekt% dolomitt, CaMg(C03)2, med hensyn til bygningselementets totalvekt, hvorved dolomitten valgfritt også inneholder mineralet brusitt, Mg(OH)2, 15 - 21 vekt% vannfri fibre med hensyn til gips halvhydrat, og resten gips, for slik å framskaffe brannhemmende egenskaper og høy styrke.

2. Bygningselement ifølge krav 1, karakterisert ved at elementet inneholder fra 10 til 20 vekt% dolomitt, 15 til 21 vekt% vannfri fiber på basis av mengde gips halvhydrat, og resten gips.

3. Bygningselement ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at partikkelstørrelsen av dolomitt i elementet er omlag 20 fim, helst omlag 10 fim.

4. Bygningselement ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at fibrene er tilstede i form av trefibre.