EP1648841A2 - Hochfeuerfester anorganischer schaumstoffk rper - Google Patents

Hochfeuerfester anorganischer schaumstoffk rper

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Publication number
EP1648841A2
EP1648841A2 EP04763598A EP04763598A EP1648841A2 EP 1648841 A2 EP1648841 A2 EP 1648841A2 EP 04763598 A EP04763598 A EP 04763598A EP 04763598 A EP04763598 A EP 04763598A EP 1648841 A2 EP1648841 A2 EP 1648841A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fire
foam body
doors
aluminum hydroxide
fire protection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04763598A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Giesemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GIESEMANN, FRANKA MICHAELA
SCHAEFER, KARIN ANNA MONIKA
Original Assignee
Giesemann Herbert
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Giesemann Herbert filed Critical Giesemann Herbert
Publication of EP1648841A2 publication Critical patent/EP1648841A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/10—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by using foaming agents or by using mechanical means, e.g. adding preformed foam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/02—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by adding chemical blowing agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/28—Fire resistance, i.e. materials resistant to accidental fires or high temperatures

Definitions

  • the invention relates to a highly refractory inorganic foam body, a process for its production and the use of the foam body.
  • DE 39 23 284 C2 describes a thermal insulation material which can be proven to remain volume-stable for hours in a temperature range of 2100 ° C - the flame temperature of a welding torch.
  • This property is undoubtedly achieved by the mineral composition, quartz powder and sodium silicate, with a density of 50 to 400 kg / m 3 .
  • the low thermal conductivity is caused by the presence of the air cells. But despite the large number of air cells with the very sensitive walls from the broken sensitive mineral material, suitable measures can be used in the inventive product, for example to achieve sufficient abrasion resistance in the peripheral zones.
  • gelatinous hydrogel precipitates from amorphous aluminum oxide, which gradually converts to crystalline aluminum metahydroxide, AIO (OH).
  • AIO crystalline aluminum metahydroxide
  • the gelatinous precipitate initially formed contains different amounts of water, some of which are absorbed and some of which are chemically bound.
  • Such precipitates can gradually form stoichiometrically well-defined hydroxides.
  • aluminum oxide in the art (still called alumina hydrates) the composition Al 2 0 • H 2 O or Al 2 O 3 ⁇ 3 H2O had and thus would be hydrated.
  • studies have shown that the precipitates are real hydroxides. From Römpp Chemistry Lexicon - Version 2.0, Stuttgart / New York: Georg Thieme Verlag 1999 knows that AI (OH) 3 itself can be used as a flame retardant in finely divided form.
  • insulation materials are intended to keep a building's cold temperatures of -30 ° C, for example, or tropical temperatures of +40 ° C to keep room temperatures low.
  • Resin foams burn vigorously with smoke and toxic gases at over 100 ° C, but are still insulating materials (formerly insulating materials).
  • DE 199 09 077 AI relates to a highly refractory inorganic foam body, a process for its production and the use of the foam body.
  • the object of the invention is to develop new foam bodies, in particular fire protection materials, which are extremely reliable. can protect from these temperature ranges for several hours - for example 4 to 6 hours.
  • the invention has also set itself the task of solving the problem of using elevators, in particular passenger elevators, continuously for hours in the event of a fire.
  • the present invention relates to a highly refractory inorganic foam body consisting of an at least partially open-celled, foamed and hardened mixture of alkali water glass and aluminum hydroxide as well as one or more fillers from the group aluminum oxides, silicon oxides, alumina cement, rock powder or mixtures thereof with a bulk density in the range of 200 to 900 kg / m 3 .
  • cooling means absorbing heat calories.
  • gypsum for example, a plate of 1 m 2 15 mm thick should contain 3 liters of crystal water. Vaporizing this amount is said to absorb approximately 8400 kJ or 2000 kcal of energy.
  • Gypsum normally has a coefficient of thermal conductivity of 2.1 W / mK. The evaporation causes a considerable reduction in the heat transfer in the material.
  • this cooling effect is based on this evaporation of the chemically bound crystal water molecule
  • curve a shows that after this 20 min cooling effect, the curve goes up steeply, after about 60 min the temperature on the back is around 400 ° C, i.e. well above the limit of 140 K. Such a plate would be classified as F 30.
  • the optimal thickness of the inventive foam insulation material will therefore be 80 mm with a presumed result: maximum height after 250 min with 130 K, then continuously decreasing and that is the most impressive of the inventive material.
  • the improvement over DE 39 23 284 C2 is that, according to the invention, the cooling effect by evaporation of the crystal water at high fire temperatures was recognized and used accordingly, but also in the second step by using aluminum hydroxide to increase the evaporation effect of the water molecules.
  • these cladding and cladding materials must meet minimum requirements, such as a perfect aesthetic appearance, high impact strength and / or scratch resistance when cladding steel supports in rooms.
  • the fire protection cladding must withstand a water jet pressure of 2 bar for 1 minute (Section 6.2.10).
  • the edge zone compression including the tensile reinforcement already mentioned in detail in DE 39 23 284 C2 also has an important function according to the invention. It is the idea of bionics, like a human or animal bone: light on the inside, extreme hardness on the outside. Such a bionic formation of an incombustible insulation material is not possible with other incombustible materials, such as calcium silicate and gypsum board, because of the two factors of the complete absence of air cells and the absence of tensile reinforcements.
  • the foaming chemicals that are occasionally used do not have a mechanical surface hardness either.
  • All fire protection materials according to the invention contain sodium / potassium silicates as binders. These bring a very important advantage when used for steel and reinforced concrete cladding in practice: the silicate solutions are the only inorganic refractory adhesive. This makes it particularly easy and efficient to attach to steel surfaces, for example.
  • the steel side receives a coating of the mixture of mineral powder (aluminum hydroxide) and sodium silicate, as does the surface of the inventive fire protection board to be used.
  • Such an attachment for example below a sheet steel ceiling in this way, is immediately adhesive and does not need to be supported.
  • the foam bodies according to the invention for example fire protection panels, also have excellent airborne sound absorption.
  • the mineral, open-cell structure already results in efficient absorption of the airborne sound waves that occur. This effect can be achieved, for example, by a refractory perforated plate or by milling the surface into small pyramids, as shown in FIG. 3.
  • the dimensions of doors and fire protection doors can be standardized. 4
  • the construction of a generally usable incombustible and highly fire-resistant inner and outer door is described. But not only in the event of a fire, the foam according to the invention has a cooling effect, but is also completely water and water vapor tight for wet rooms, impact and scratch resistant, veneerable on both sides, glazable and bulletproof.
  • the compact door leaf 1 consists of the foam according to the invention, which contains a reinforcement 2 that is resistant to bending tension.
  • the frame 3 has the same properties as the door leaf 1 (cheaper than the most common steel profile due to the fire behavior, heat conduction, etc.).
  • the masonry 4 and the interior plaster 5 are also shown.
  • FIG. 5 A special construction for a fire door according to the invention instead of a sheet steel door is shown in FIG. 5.
  • the two thin mineral intermediate plates 3a, 3b made of the foam bodies according to the invention ensure cooling.
  • the special effect of a strong, the heat transfer efficiency is seen preventing • that the water molecules penetrate into the mineral fiber zones and continue to absorb these fiber zones by the cooling calories during evaporation.
  • the outer shaping composite panels la, lb according to the invention with cooling effect are welded to frame panels 7 (1 to 1.5 mm) in a pyramid shape.
  • Mineral fiber plates 6a, 6b are located between see two layers of foam body according to the invention.
  • the reference numerals 4, 5 and 6 have the same meaning as in Fig. 6.
  • the production of fire protection cladding is a particularly important area of the present invention, in particular the fire protection of steel and reinforced concrete columns in rooms.
  • the surface of these claddings must be mechanically strong, in particular, to withstand the pressure of the extinguishing water jet on the surfaces at 2 bar.
  • the use and the constructive design of the fire protection insulation materials according to the invention in these and other constructive designs achieve the highest security levels.
  • a high level of security in the construction and in the conversion of skyscrapers is possible with the use and correct use in the usual wall thicknesses of the fire protection materials according to the invention.
  • All high-rise buildings, skyscrapers or similar buildings have stairwells, especially emergency stairwells in the event of a fire, so that people can get outside.
  • Elevators always move in an elevator shaft and since low-voltage cables are housed in this shaft, a temperature of 60 ° C should not be exceeded in the event of a fire. As a result, the entire shaft that goes through all floors must be covered with thermal insulation so that the interior does not exceed 60 ° C.
  • FIG. 6 A design option for high-fire-resistant end doors in the floor as well as in the car cabins is shown in FIG. 6, in which the composite material according to the invention for the frame shown here has an F 120 value in the test, for example of 18 mm.
  • the mineral composite material 1 with cooling effect according to the invention has a tension reinforcement 2.
  • the stainless steel sheets 8 are welded onto the composite frame with the sodium silicate.
  • FIG. 7 shows an elevator according to the invention.
  • a conventional vehicle basket 9 made of steel is located in a conventional shell construction 10 made of reinforced or reinforced concrete.
  • cladding this structural wall with incombustible thermal insulation materials according to the present invention ensures that the inside temperature of the continuous elevator shaft does not exceed a temperature of 50 to 60 ° C. even after hours.
  • the inner sliding doors 11, 11a, 11b and 11c of the vehicle cage delimit the elevator shaft inwards, while the floor-side sliding doors 12, 12a, 12b and 12c form the end of the shaft to the building.
  • the fire-resistant closure according to the invention is formed by the highly refractory inorganic foam bodies according to the present invention. If necessary, this is set by sensors in the event of a fire.
  • the lateral smoke-tight connections 14, 14a are optionally pressed against the mechanical guides by thin steel sheets 15, 15a.
  • FIG. 8 A variant of the above-mentioned construction idea is shown in FIG. 8.
  • a shell structure 10 of a vehicle shaft is adequately thermally protected on the ceiling by a thermal and flame-resistant cladding 6.
  • Triggered by a smoke and / or temperature sensor is the fire and gas-tight end body 1, la, lb, which is already completely smoke-proof due to its own weight at 16a and 16b, lowered.
  • a gap-like opening 17 for inserting a handy object ensures that the body is pushed upwards, for example if the fire brigade wants to get to the source of the fire with hoses.
  • the entrance halls in which the passenger lifts end usually have room heights of over 4.0 m.
  • the molded body according to the invention against fire heat and flue gases from only one piece, while such a multi-stage arrangement can be provided for a room height of less than 3.10 m.
  • the interior doors in high-rise buildings, in particular for use as offices, are made of wood-based materials and are the escape routes to the stairs or elevators.
  • cellulose now ignites at over 150 ° C and this temperature is exceeded according to DIN 4102 after a fire in the room for 1 minute.
  • the door to the hallway quickly catches fire and the smoke smoke moves into the escape route. If this room is close to the emergency staircase, the people who want to escape from the other rooms are hindered or poisoned by the smoke zone within the emergency corridor.
  • the second weak point in the room in the event of a fire the window construction, can also be reliably protected in the same way, because the flames are blowing upwards.
  • the foam body is characterized in that it contains aluminum hydroxide in an amount of 60 to 80% by weight and in the powder dimensions (polymodal grain size distribution) is mixed.
  • the mineral mixture has less compressive strength. If, on the other hand, the amount I of aluminum hydroxide is chosen too large, the mineral mixture lacks the internal adhesive liquid glass.
  • a further embodiment of the present invention consists in a process for producing the above-mentioned foam bodies, wherein a mixture of alkali water glass and optionally a filler from the group consisting of aluminum oxides, silicon oxides, alumina cement, stone powder or mixtures thereof, which furthermore contains aluminum hydroxide, with a blowing agent added and heated at a temperature in the range of 200 to 300 ° C.
  • Azodicarbonamide is particularly preferably used as a blowing agent in the sense of the present invention.
  • Another embodiment of the present invention is the use of the above-mentioned foam bodies for the production of refractory components in building construction, civil engineering and civil engineering.
  • the foam bodies according to the invention for fire and smoke-tight sealing of elevator shafts or elevator doors.
  • fire protection doors fire protection cladding, data backup cabinets and rooms, disk inserts, fastenings, fire protection closures, cable and pipe closures, smoke control flaps, fire aprons, etc.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein hochfeuerfester anorganischer Schaumstoffkörper, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie die Verwendung des Schaumstoffkörpers.

Description

HOCHFEUERFESTER ANORGANISCHER SCHAUMSTOFFKÖRPER
Gegenstand der Erfindung ist ein hochfeuerfester anorganischer Schaumstoffkörper, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie die Verwendung des Schaumstoffkörpers.
Selten hat ein Ereignis, wie das vom 11. September 2001 in New York die zivilisierte Welt so erschüttert. Spätestens zu diesem Zeitpunkt wurde erkannt, dass Personen schutzlos als Insassen von Wolkenkratzern Brandkatastrophen ausgesetzt sind.
Beide Türme des World Trade Centers waren aus Stahlprofilen etwa Ende der 80iger Jahre errichtet worden. Nur wenig bekannt ist, dass Stahl im Temperaturbereich von 750 bis 800 °C seine innere Festigkeit verliert und zusammensackt. Durch das aus den Flugzeugen in einige Stockwerke eingeschleudertes Kerosin wurde die Brandtemperatur erhöht. Die Stahlprofile hielten diese Temperaturen nicht aus.
Erstmalig ist mit der DE 39 23 284 C2 ein thermischer Dämmstoff beschrieben, der nachweisbar in einem Temperaturbereich von 2100 °C - der Flammtemperatur eines Schweißbrenners - stundenlang volumenbeständig bleibt. Diese Eigenschaft wird zweifellos durch die mineralische Zusammensetzung, Quarzmehl und Natriumsilikat, bei einem Raumgewicht von 50 bis 400 kg/m3, erzielt. Die niedrige Wärmeleitzahl wird durch das Vorhandensein der Luftzellen bewirkt. Aber trotz der großen Zahl der Luftzellen mit den sehr sensiblen Wandungen aus dem bruch- empfindlichen mineralischen Werkstoff können geeignete Maßnahmen bei dem erfinderischen Produkt eingesetzt werden, um zum Beispiel eine ausreichende Abriebfestigkeit in den Randzonen zu erzielen.
Gießt man bei Raumtemperatur zu einer'wässrigen Aluminiumsalzlösung etwas Ammoniumhydroxid, so fällt gallertiges Hydrogel von amorphen Aluminiumoxid aus, dass sich allmählich in kristallines Aluminium- metahydroxid, AIO(OH) umwandelt. Der zunächst entstehende gallertige Niederschlag enthält unterschiedliche Mengen Wasser, die zum Teil ab- sorbiert, zum Teil chemisch gebunden sind. Aus solchen Niederschlägen können sich allmählich stöchiometrisch wohldefinierte Hydroxide bilden. Früher nahm man an, dass die entstandenen "Aluminiumoxidhydrate" (in der Technik immer noch Tonerdehydrate genannt) die Zusammensetzung Al20 • H2O oder AI2O3 ■ 3 H2O hätten und somit Oxidhydrate wären. Un- tersuchungen haben jedoch gezeigt, dass die Niederschläge echte Hydroxide sind. Aus Römpp Chemielexikon - Version 2.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1999 ist bekannt, AI(OH)3 selbst in feinverteilter Form als Flammschutzmittel einzusetzen.
Die Anforderungen, die an hochfeuerfeste Schaumstoffkörper gestellt werden, lassen sich wie folgt zusammenfassen:
1. völlige Unentflammbarkeit,
2. ausreichende mechanische Festigkeit,
3. möglichst hohe Dämmwirkung (Isolation) beim Durchgang der Feuer- temperatur zur, der Seite, die Stahl schützen soll vor wenigstens 600 °C. Bekannt auf diesem Gebiet sind thermische Dämmstoffe, beispielsweise für das Bauwesen, wie Kunstharzschaumstoffe, Glas- und Mineralfasern und andere.
Diese Dämmstoffe sollen beispielsweise Kältetemperaturen von -30 °C einem Gebäude abhalten oder aber auch tropische Temperaturen von +40 °C den Raumtemperaturen abhalten. Kunstharzschaumstoffe brennen schon über 100 °C lebhaft mit Rauch und Giftgasen, sind aber trotzdem Dämmstoffe (früher Isolierstoffe).
Selbst der klassische Dämmstoff, die Mineralfaser, widersteht längerfristig keinen Brandtemperaturen von über 1.000 °C.
DE 199 09 077 AI betrifft einen hochfeuerfesten anorganischen Schaum- Stoffkörper, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie die Verwendung des Schaumstoffkörpers.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, neue Schaumstoffkörper, insbesondere Brandschutzwerkstoffe zu entwickeln, die mit größter Zuver- lässigkeit. mehrere Stunden - beispielsweise 4 bis 6 Stunden - vor diesen Temperaturbereichen schützen können.
Die Erfindung hat sich weiterhin zur Aufgabe gesetzt, auch das Problem zu lösen, im Brandfall Aufzüge, insbesondere Personenaufzüge ständig über Stunden zu benutzen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist in einer ersten Ausführungsform ein hochfeuerfester anorganischer Schaumstoffkörper bestehend aus einem wenigstens teilweise offenzelligen, durch Erwärmen ge- schäumten und gehärteten Gemisch aus Alkaliwasserglas und Aluminiumhydroxid sowie einem oder mehreren Füllstoffen aus der Gruppe A- luminiumoxide, Siliciumoxide, Tonerdezement, Gesteinsmehl oder Gemischen derselben mit einer Rohdichte im Bereich von 200 bis 900 kg/m3.
Kühlen bedeutet in diesem Zusammenhang das Absorbieren von Wärmekalorien. Bei Gips beispielsweise soll eine Platte von 1 m2 15 mm stark 3 Liter Kristallwasser enthalten. Diese Menge zu verdampfen soll ca. 8400 kJ oder 2000 kcal an Energie absorbieren.
Normalerweise hat Gips eine Wärmeleitzahl von 2,1 W/mK. Das Verdunsten bewirkt eine beachtliche Reduzierung des Wärmedurchgangs in dem Werkstoff.
Wie in Fig. 1 - Test einer solchen kompakten Gipsplatte dargestellt (Kleinbrandschachttest nach DIN 4102) zeigt sich, dass der Wärmedurchgang bei etwa 100 °C um ca. 20 min verzögert wird, Kurve b ist der Verlauf der Einheitstemperaturkurve nach DIN 4102 ETK genannt.
Nach Auffassung der Gipsplattenindustrie beruht dieser Kühleffekt auf dieses Verdunsten des chemisch gebundenen Kristallwassermoleküls
Die Kurve a zeigt aber auch, dass nach diesen 20 min Kühlwirkung die Kurve steil nach oben geht, nach etwa 60 min die Temperatur auf der Rückseite bei etwa 400 °C liegt, also weit über dem Grenzwert von 140 K hinaus. Eine solche Platte würde als F 30 eingestuft. Das Ergebnis eines solchen Tests im Kleinbrandofen nach DIN sieht bei dem erfindungsgemäßen Schaumstoffkörper, der chemisch gebundene Wassermoleküle und insbesonders das Aluminiumhydroxid als anorganisches Pulver zum flüssigen Glas beinhaltet, ganz anders aus: in Fig. 2 zeigt die Kurve A den Verlauf eines solchen Schaumstückes in einer Stärke von 90 mm. Nach 300 min = 5 Stunden wird auf der Rückseite erst eine Temperatur von 116 K erreicht. Die gleiche Schaumstoffplatte aber in einer Stärke von 70 mm erreicht auf der Rückseite die Grenztemperatur von 142 K nach 200 min Branddauer. Überraschend fällt nach dieser Zeit die Temperatur auf der Rückseite gleichmäßig ab, ein großer Erfolg der Kühlwirkung.
Eine optimale Stärke des erfinderischen Schaumdämmstoffes wird also bei 80 mm liegen mit einem vermuteten Ergebnis: größte Höhe nach 250 min mit 130 K, danach kontinuierlich abfallend und das ist das Eindruckvollste des erfinderischen Stoffes.
In anderen Tests mit einer Propangasflamme zeigte es sich, dass diese Ergebnisse bei Rohdichten von 200 kg/m3 bis 900 kg/m3 sehr ähnlich sind.
Überraschend wurde nun gefunden, dass auch bei dem obigen erfindungsgemäßen mineralischen Schaumdämmstoff freie und chemisch gebundene Wassermoleküle vorhanden sind und zwar jeweils zur Hälfte. Die freien Wassermoleküle verdunsten bei Raumtemperatur, beschleunigt wie in DE 39 23 284 C2 bei Temperaturen von beispielsweise 100 C bis 200 °C. Erfahrungsgemäß entsteht die erfindungsgemäße Kühlwirkung beim Verdunsten der Kristallwassermolekühle erst im Bereich von etwa 500 bis 700 °C. Dieses überraschend günstige Ergebnis beruht nicht allein auf der Kühlwirkung des Kristallwassers des Natriumsilikates, sondern auf der Kühlwirkung des Aluminiumhydroxids und der Kühlwirkung durch Verdunstung des Hydroxidanteils dieses Minerals.
Der Fortschritt gegenüber DE 39 23 284 C2 liegt darin, dass erfindungsgemäß die Kühlwirkung durch das Verdunsten des Kristallwassers bei hohen Brandtemperaturen erkannt und sinngemäß eingesetzt wurde, aber auch im zweiten Schritt durch Einsatz des Aluminiumhydroxids zur Verstärkung Verdunstungseffekt der Wassermoleküle.
In der Praxis eines Einsatzes dieser Schaumstoffkörper, insbesondere als Brandschutzwerkstoffe beispielsweise beim Bau von Wolkenkratzern, müssen diese Verkleidungs- und Bekleidungsstoffe Mindestanforderungen entsprechen, als da sind bei Bekleidung von Stahlstützen in Räumen, beispielsweise ein einwandfreies ästhetisches Aussehen, hohe Schlagfestigkeit und/oder Kratzfestigkeit.
An die mechanischen Festigkeiten werden in Deutschland mit der DIN Norm 4102 weitere wichtige Anforderungen gestellt: Die Brandschutzverkleidung muss 1 min lang einem Wasserstrahldruck von 2 bar aushalten (Ziff. 6.2.10).
Die schon in der DE 39 23 284 C2 ausführlich erwähnte Randzonenverdichtung einschließlich der zugfesten Armierung hat erfindungsgemäß ebenfalls eine wichtige Funktion. Es ist der Gedanke der Bionik, wie bei einem menschlichen oder tierischen Knochen: innen leicht, außen größte Härte. Eine derartige bionische Ausbildung eines unbrennbaren Dämmstoffes ist bei anderen unbrennbaren Werkstoffen, wie Calciumsilikat und Gipsplatten schon wegen der beiden Faktoren des völligen Fehlens von Luftzelien sowie des Fehlens von zugfesten Armierungen - nicht möglich. Eine mechanische Oberflächenhärte haben auch die aufschäumenden Chemikalien nicht, die gelegentlich zum Einsatz kommen.
Alle Anforderungen, als Brandschutz für Verkleidungen von Stahl und Stahlbetonkonstruktionen werden durch die geschilderten innovativen Stoffentwicklungen erfüllt.
Alle erfindungsgemäßen Brandschutzwerkstoffe enthalten als Bindemittel Natrium/Kaliumsilikate. Diese bringen einen ganz wesentlichen Vorteil bei der Verwendung für Stahl und Stahlbetonverkleidungen in der Praxis: die Silikatlösungen sind der einzige anorganische feuerfeste Kleber. Somit ist die Anbringung beispielsweise an Stahlflächen handlich besonders einfach und effizient. Die Stahlseite erhält einen Überzug aus der Mischung aus Mineralpulver (Aluminiumhydroxid) und Natriumsilikat, ebenso die Ober- fläche der einzusetzenden erfinderischen Brandschutzplatte. Eine solche Anbringung beispielsweise unterhalb einer Stahlbleehdecke in dieser Weise haftet sofort und braucht nicht abgestützt zu werden.
Die erfindungsgemäßen Schaumstoffkörper, beispielsweise Brandschutz- platten weisen zugleich eine hervorragende Luftschallabsorption auf. Herbei hat schon die mineralische offenzellige Struktur eine effiziente Absorption der auftretenden Luftschallwellen zur Folge. Dieser Effekt kann beispielsweise durch eine feuerfeste Lochplatte oder eine Fräsung der Oberfläche zu kleinen Pyramiden erreicht werden wie in Fig. 3 dargestellt ist. Türen und Brandschutztüren sind im Unterschied zu Fenstern in ihren Dimensionen normbar. In der Fig. 4 wird die Konstruktion einer generell einsetzbaren unbrennbaren und hochfeuerfesten Innen- und Außentür beschrieben. Aber nicht nur im Falle eines Brandes hat der erfindungsgemäße Schaumstoff Kühlwirkung, sondern ist darüber hinaus völlig wasser- und wasserdampfdicht für Nassräume, schlag- und kratzfest, furnierbar auf beiden Seiten, gla- sierbar und schussfest.
Das kompakte Türblatt 1 besteht aus dem erfindungsgemäßen Schaumstoff, das eine biegezugfeste Armierung 2 enthält. Die Zarge 3 weist die gleichen Eigenschaften wie das Türblatt 1 auf (günstiger als das hier meist übliche Stahlprofil wegen des Brandverhaltens, Wärmeleitung etc.). Das Mauerwerk 4 und der Innenputz 5 sind ebenfalls dargestellt.
Eine spezielle Konstruktion für eine erfindungsgemäße Brandschutztür anstelle einer Tür aus Stahlblech wird in Fig. 5 dargestellt. Die beiden dünnen mineralischen Zwischenplatten 3a, 3b aus den erfindungsgemäßen Schaumstoffkörpern sorgen für Kühlung. Die besondere Wirkung für eine starke, den Wärmedurchgang verhindernde Effizienz wird • darin gesehen, dass die Wassermoleküle in die Mineralfaserzonen eindringen und in diesen Faserzonen weiterhin durch die Kühlung Kalorien bei der Verdampfung absorbieren.
Die äußeren formgebenden erfindungsgemäßen Verbundplatten la, lb mit Kühlwirkung sind mit Rahmenplatten 7 (1 bis 1,5 mm) in Pyramidenform verschweißt. Mineralfaserplatten 6a, 6b befinden sich jeweils zwi- sehen zwei Lagen der erfindungsgemäßen Schau mstoffkörper. Die Bezugszeichen 4, 5 und 6 haben die gleiche Bedeutung wie in Fig. 6. Die Herstellung von Brandschutzverkleidungen ist ein besonders wichtiges Gebiet der vorliegenden Erfindung, insbesondere der Brandschutz von Stahl und Stahlbetonstützen in Räumen. Die Oberfläche dieser Verkleidungen muss hier insbesondere mechanisch fest sein, um dem Druck des auf die Oberflächen auftretenden Löschwasserstrahls mit 2 bar zu widerstehen.
Die Anwendungsbeispiele zeigen, dass mit den erfindungsgemäßen Brandschutzwerkstoffen Stahldecken und Stahlprofile Temperaturen von 1050 bis 1200 °C für eine Dauer von 4 bis 6 Stunden entsprechend ihrer Stärke widerstehen, weil sie bis 2100 °C der Temperatur eines Schweißbrenners Widerstand leisten können und dabei die wichtige Kühlwirkung aufweisen.
Auf jeden Fall werden durch den Einsatz und die konstruktive Ausbildung der erfindungsgemäßen Brandschutzdämmstoffe in diesen und anderen konstruktiven Ausbildungen höchste Sicherheitsstufen erreicht. Erfin- dungsgemäß ist eine hohe Sicherheit beim Bau sowie beim Umbau von Wolkenkratzern mit der Verwendung und dem richtigen Einsatz in üblichen Wandstärken der erfindungsgemäßen Brandschutzstoffe möglich.
Alle Hochhäuser, Wolkenkratzer oder ähnliche Gebäude weisen Treppen- häuser, insbesondere Nottreppenhäuser für den Brandfall auf, damit die Personen ins Freie gelangen können.
Aber selbst wenn ein Hochhaus mehrere Nottreppenhäuser aufweist, erscheint es unzumutbar, dass jede Person beispielsweise 100 Stockwerke in einer Treppe absteigen kann und das weiterhin diese Tausende von Menschen in einem Treppenhaus Platz zum Gehen finden können.
Das wichtigste Problem wird also darin gesehen, dass Aufzüge, insbeson- dere Personenaufzüge auch im Brandfall zeitlich unbegrenzt benutzt werden können.
Aufzüge bewegen sich stets in einem Aufzugsschacht und da in diesem Schacht unter anderem Schwachstromleitungen untergebracht sind, sollte in dem Schacht eine Temperatur von 60 °C in einem Brandfall nicht überschritten werden. Folglich muss der ganze Schacht, der durch alle Stockwerke geht, so mit thermischen Dämmstoffen umhüllt sein, dass 60 °C im Innern nicht überschritten werden.
Die allseitige Umhüllung mit hochfeuerfesten Dämmstoffen an den Aufzugsschächten wird mit dem erfinderischen Schaumstoff hervorragend zuverlässig gelöst. Mit keinem anderen Dämmstoff ist das weltweit zurzeit möglich.
Das größte Hemmnis bei dem Ziel, Aufzüge auch im Brandfall stets zu benutzen, sind die Türen in allen Geschossen, die als Schiebetüren zum Betreten der Aufzugsschächte stets geöffnet werden. In der Praxis werden diese Schiebetüren aus Stahlblech, auch aus Nirostastahlblech hergestellt. Nun hat Stahl eine ungünstige Wärmeleitzahl von 45 bis 70 W/mK je nach Legierung. Das bedeutet bei Ausbruch eines Brandes, dass die Schiebetüren die Brandhitze verhältnismäßig schnell an die Rückseite der Tür weiterleiten. An diesem physikalischen Effekt ändert sich nichts, wenn die Blechkonstruktion ähnlich wie bei den Brandschutztüren in Hochhäu- sern im Innern mit einem thermischen Dämmstoff wie Mineralfasern ausgefüllt ist.
Mit einem Brand in einem Geschoss entwickeln sich darüber hinaus sofort Rauchgase sowie toxische Gase meist aus den brennenden Kunststoffen. j Schiebetüren aber müssen ständig bewegt werden, können also niemals rauch- und gasdicht zum Aufzugsschacht schließen. Hinzu kommt, dass jeder Fahrzeugkorb bei den Bewegungen nach unten, wie nach oben einen starken Sog im Schacht ausübt; Rauch würde also verstärkt angeso- gen. Der Schluss ist, dass diese Konstruktion von leicht beweglichen Schiebetüren im Brandfall niemals rauchdicht abgedichtet werden kann.
Eine Konstruktionsmöglichkeit für hochfeuerfeste Abschlusstüren im Geschoss sowie in den Fahrkorbkabinen, wird in Fig. 6 dargestellt, bei der der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff für den hier dargestellten Rahmen in einer Stärke beispielsweise von 18 mm einen F 120 Wert im Test erbracht hat.
Der erfindungsgemäße mineralische Verbundwerkstoff 1. mit Kühlwirkung weist eine Zugarmierung 2 auf. Die Nirostastahlbleche 8 sind auf den Verbundwerkstoffrahmen mit dem Natriumsilikat aufgeschweißt.
Der in Fig. 6 dargestellte Vorschlag hat folgende Vorteile:
(1) Durch den Ersatz des Stahlrahmens durch den Verbundwerkstoff mit der Wärmeleitzahl von 1,2 W/mK wird die Brandtemperatur stark verzögert zur Rückseite geleitet.
(2) Durch den Austausch der Mineralfaser gegen mineralischen Schaumdämmstoff mit Kühlwirkung also F 120 Wert, wird der Durchgang der Wärmestrahlung fast völlig vermieden. Ein Luftspalt bei diesen Schiebetüren jedoch kann kaum vermieden werden. Dieser muss etwa 2 mm betragen.
Die Hersteller der Aufzüge sind üblicherweise der Auffassung, dass als Oberflächen dieser Türen zumindest da, wo sie mit den Personen in Verbindung kommen, Stahl oder Nirostastahlbleche eingesetzt werden müssen.
Erfindungsgemäß wird eine neue Lösung dieses Wärme- und Rauchgasproblems, wie in Fig. 7 dargestellt, vorgestellt. Im Falle eines Stockwerkbrandes lösen Wärme- und/oder Rauchsensoren das Absenken eines türartigen Formköpers, der aus den erfindungsgemäßen Wärmeschutzwerkstoffen hergestellt wurde, aus. Wie in Fig. 7 dargestellt, wur- den mit dieser Konstruktion und den erfindungsgemäßen Werkstoffen beide Probleme optimal gelöst: völliges Abstoppen des Wärmedurchganges für viele Stunden sowie völlige Rauchgasdichte an allen Randzonen dieses Brandschutzdämmkörpers senkrecht wie waagerecht.
In der Fig. 7 wird ein erfindungsgemäßer Aufzug dargestellt. Ein üblicher Fahrzeugkorb 9 aus Stahl befindet sich in einer üblichen Rohbaukonstruktion 10 aus Stahl- oder Stahlbeton. Die Bekleidung dieser konstruktiven Wand mit unbrennbaren thermischen Dämmstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung gewährleistet im Brandfall, dass die Innen- temperatur des durchgehenden Aufzugsschachtes auch nach Stunden eine Temperatur von 50 bis 60 °C nicht überschreitet. Die inneren Schiebetüren 11, 11a, 11b und 11c des Fahrzeugkorbes begrenzen den Aufzugschacht nach innen, während die geschossseitigen Schiebetüren 12, 12a, 12b und 12c den Abschluss des Schachtes zum Gebäude hin bilden. Den erfindungsgemäßen Brandschutzabschluss bilden die hochfeuerfesten anorganischen Schaumstoffkörper gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieser wird gegebenenfalls durch Sensoren im Brandfall eingestellt. Die seitlichen rauchdichten Anschlüsse 14, 14a werden gegebenenfalls durch dünne Stahlbleche 15, 15a an die mechanischen Führungen herangedrückt.
Der Fortschritt liegt in erster Linie darin, dass im Gegensatz zu den stets flexiblen Schiebetüren diese Sicherungskonstruktion gegen Hitze, Rauch und alle Gase nur im Falle eines Brandes automatisch eingesetzt wird und dadurch ein Höchstmaß an Sicherheit aufweist und in zweiter Linie, dass für diese erfinderische Konstruktion zugleich Brandschutzdämmstoffe entwickelt wurden, die beispielsweise durch die Kühlwirkung ein Optimum an Schutzwirkung erreichen. In dritter Linie liegt der Vorteil darin, dass in vorhandenen Wolkenkratzern diese Konstruktionsidee jederzeit realisiert werden kann, ohne den täglichen Betrieb der Aufzüge zu stören. Aus o- bengenannten Gründen wäre ein Austausch der vorhandenen Türen gegen irgendeine andere rauchdichte Konstruktion ohnehin nicht zu verwirk- liehen.
In der Fig. 8 wird obengenannte Konstruktionsidee in einer Variante dargestellt.
Eine Rohbaukonstruktion 10 eines Fahrzeugschachtes ist an der Decke thermisch ausreichend durch eine thermische und flammfeste Verkleidung 6 geschützt. Ausgelöst durch einen Rauch- und/oder Temperatursensor wird der feuer- und gasdichte Abschlusskörper 1, la, lb, der bereits durch das Eigengewicht bei 16a und 16b völlig rauchdicht abgesichert ist, herabgelassen. Eine spaltartige Öffnung 17 zum Einsetzen eines griffigen Gegenstandes gewährleistet es, den Körper nach oben zu schieben, beispielsweise wenn die Feuerwehr mit Schläuchen an den Brandherd gelangen will.
Dieser erfinderische Vorschlag ist von besonderer Bedeutung; ist es doch die Aufgabe der Feuerwehrmänner nach Ausbruch eines Brandes so rasch wie möglich an den Brandherd zum Löschen heranzukommen. Schläuche über Treppenhäuser nach oben zu tragen ist fast unzumutbar. Deshalb der Vorschlag: Wassersteigeleitungen werden in den kühlen, feuerbeständigen Aufzugsschächten nach oben durchgeführt zum Anschließen an kurzen Schläuchen in jedem Stockwerk.
Im Brandfall könnten somit die Feuerwehrmänner in kürzester Zeit nach dem Betreten eines Wolkenkratzers mit dem Wasserstrahl den lokalen Brandherd erfolgreich bekämpfen.
In Hochhäusern und Wolkenkratzern haben die Eingangshallen, in denen die Personenaufzüge enden, meist Raumhöhen von über 4,0 m. Hier be- steht die Möglichkeit den erfindungsgemäßen Formkörper gegen Brandhitze und Rauchgase aus nur einem Stück anzuordnen, während bei einer Raumhöhe von weniger als 3,10 m eine solche mehrstufige Anordnung vorgesehen werden kann.
Die Innentüren in Hochausbauten, insbesondere für die Nutzung als Büros, werden zu den Fluren, und das sind die Rettungswege zu den Treppen oder Aufzügen, aus Holzwerkstoffen hergestellt. Nun entzündet sich Cellulose bekanntlich schon bei über 150 °C und diese Temperatur wird nach DIN 4102 schon nach 1 min Branddauer im Raum überschritten.
Die Tür zum Flur fängt somit rasch Feuer und der Rauchqualm zieht in den Rettungsweg. Liegt dieser Raum nahe dem Nottreppenhaus, so werden die Personen, die aus den anderen Räumen fliehen wollen durch die Rauchzone innerhalb des Rettungsflures behindert oder vergiftet.
Es wird deshalb vorgeschlagen, wenigstens bei Neubauten von Wolkenkratzern diese Türen nicht nur unbrennbar, sondern auch hochfeuerfest in F30 bis F60 vorzusehen. Wird eine solche Tür zumindest das Türblatt in Normgrößen hergestellt, so ist das nicht nur ökologisch richtig, sondern auch ökonomisch realisierbar.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Idee lässt sich auch der zweite Schwachpunkt im Raum im Brandfall, die Fensterkonstruktion, zuverlässig in gleicher Weise schützen, denn die Flammen schlagen nach oben. Nach dem Herablassen einer Brandschürze aus dem erfindungsgemäßen Schaumstoffkörper, wird ebenfalls nicht nur der Brand lokalisiert, sondern der besonders gefährliche Brandüberschlag in die oberen Stockwerke zuverlässig und effizient vermieden.
Es ist sicher, dass durch die Entwicklung der hochfeuerfesten Werkstoffe, insbesondere durch die Kühlwirkung und im Zusammenhang mit diesen Werkstoffen ein Höchstmaß an Sicherheit für alle Personen in Hochhäusern und Wolkenkratzern erreicht wird. In einer weiteren Bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Schaumstoff körper dadurch gekennzeichnet, dass er Alumi- numhydroxid in einer Menge von 60 bis 80 Gew.-% enthält und in den Pulverdimensionierungen (polymodale Korngrößenverteilung) gemischt zusammengesetzt ist.
Wird die Menge an Aluminiumhydroxidpulver niedriger gewählt, hat die mineralische Mischung weniger Druckfestigkeit. Wird dagegen die Menge I an Aluminiumhydroxid zu groß gewählt, so fehlt der mineralischen Mi- schung das innere Klebemittel flüssiges Glas.
Ein weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung der obengenannten Schaumstoffkörper, wobei man ein Gemisch aus Alkaliwasserglas und gegebenenfalls einem Füll- stoff aus der Gruppe Aluminiumoxide, Siliciumoxide, Tonerdezement, Gesteinsmehl oder Gemischen derselben, das weiterhin Aluminiumhydroxid enthält, mit einem Treibmittel versetzt und bei einer Temperatur im Bereich von 200 bis 300 ° C erhitzt.
Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung wird als Treibmittel Azodicarbonamid eingesetzt.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung der obengenannten Schaumstoffkörper zur Herstellung von feuerfesten Bauteilen im Hochbau, Tiefbau und Ingenieurbau.
Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es möglich die erfindungsgemäßen Schaumstoffkörper zur feuer- und rauchdichten Abdichtung von Aufzugschächten oder Aufzugstüren zu verwenden. In gleicher Weise ist es auch möglich Brandschutztüren, Brandschutzverkleidungen, Datensicherungsschränke und -räume, Disketteneinsätze, Befestigungen, Feuerschutzabschlüsse, Kabel- und Rohrabschlüsse, Ent- rauchungsklappen, Feuerschürzen, u.a. m. zu produzieren und zu ver- wenden.

Claims

Patentansprüche:
1. Hochfeuerfester anorganischer Schaumstoffkörper bestehend aus einem wenigstens teilweise offenzelligen, durch Erwärmen geschäumten und gehärteten Gemisch aus Alkaliwasserglas und Aluminiumhydroxid sowie einem oder mehreren Füllstoffen aus der Gruppe Aluminiumoxide, Siliciumoxide, Tonerdezement, Gesteinsmehl oder Gemischen derselben mit einer Rohdichte im Bereich von 200 bis 900 kg/m3.
2. Schaumstoffkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er Aluminiumhydroxid in einer Menge von 60 bis 80 Gew. % enthält
3. Verfahren zur Herstellung eines Schaumstoffkörpers nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei man ein Gemisch aus Alkaliwasserglas und gegebenenfalls einem Füllstoff aus der Gruppe Aluminiumoxide, Siliciumoxide, Tonerdezement, Gesteinsmehl oder Gemischen derselben, das weiterhin Aluminiumhydroxid enthält, mit einem Treibmittel ver- setzt und bei einer Temperatur im Bereich von 200 bis 300 ° C erhitzt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Treibmittel Azodicarbonamid einsetzt.
5. Verwendung eines Schaumstoffkörpers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung von feuerfesten Bauteilen im Hochbau, Tiefbau oder Ingenieurbau.
6. Verwendung nach Anspruch 5 zur Herstellung von Brandschutztüren, Brandschutzverkleidungen, insbesondere in Aufzugsschächten und Aufzugstüren.
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