NO743868L - - Google Patents

Description

"Fremgangsmåte for fremstilling av ildbestandige byggeelementer"..

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling

av et byggeelement med høy brannbestaridighet, dannet av et hydraulisk bindemiddel samt tilslagsmaterial.

Det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at

det hydrauliske bindemiddel tilsettes et uorganisk tilslagsmaterial som blir flytende under varmeinnvirkning på byggeelementet og med de faste bestanddeler av det hydrauliske bindemiddel danner en sammenhengende struktur.

Disse og andre trekk ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen fremgår av patentkravene.

Brannbestandigheten av byggeelementer, enten disse er fremstilt

av betong, trevirke eller andre vanlige materialer, er et kriterium som er bestemmende for godkjennelse av byggeelementene for bygningskonstruksjoner. Brann-bestandigheten eller brann-motstandsevnen defineres på basis av såkalt brann-klassifisering,

som for hver klasse blant annet foreskriver en bestemt tidsvarighet hvorunder det rom-avstengende byggeelement må forhindre gjennom-,

gang av en flamme, f.eks.;en flamme utenfor elementet, j Byggeelementer, som motstår en flamme- eller brann-gjennomgang i 60 minutter betegnes som brannhemmende, byggeelementer med en brann-ugjennom-trengelighet på opp til 120 minutter som brannbestandige, og byggeelementer som forhindrer en branngjennomgang i mer enn 180 minutter betegnes etter denne klassifisering som høy-brannbestandige..

Byggeelementer, fremstilt fra et hydraulisk bindemiddel ved siden

av uorganiske tilslagsmaterialer som sand, pukk eller porøse leirkuler hører i prinsippet - spesielt når de er dimensjonert for å overta en byggestatisk funksjon - til klassen av høy-brannbestandige eller bnannfaste elementer. Skal elementer med denne material-sammensetning bare tjene som beskyttelse mot en branngjennomgang fra et rom til et annet, skal de for innordningen i de forskjellige brann-bestandighetsklasser allerede dimensjoneres forskjellig med hensyn til tykkelsen, da som anført i det følgende, hydrauliske bindemidler ved innvirkning av en utenfor elementet virkende brannkilde viser en spesiell oppførsel.

I forbindelse med nyere byggemetoder er man gått over til å kle

av betong pref abriker te f asadeelementer og innvendige skillevegger Slike fasadeelementer har en meget dårlig varmeisolasjon, slik

at det må treffes ekstra foranstaltninger for varmeisolasjon.

Videre er disse fasadeelementer og innvendige skillevegger relativt tunge, og dette må det tas tilsvarende hensyn til i de statiske beregninger. Således er man gått over til å fremstille byggeelementer ved tilblanding av spesielle til sl agsmaterial .::t il betongen, som ikke lider av disse mangler., Et tilslagsmaterial som i dag i stor utstrekning anvendes for fasader, skillevegger og takelementer er forhånds-oppskummede plastkuler, som bidrar til at slike byggeelementer får mindre volumvekter på f.eks.)400 kg/m 3med samtidig god varmeisolasjon.f Riktignok har denne utvikling på grunn av de organiske tilslagsmaterialer ført til betraktelig nedsettelse av brann-bestandigheten. Ved i det minste en ensidig belegging av'byggeelementet ved hjelp av et brannbestandig overtrekk, f.(eks. av sementmørtel eller en sement-asbestblanding, ble det forsøkt å avhjelpe denne svaklaet, for å kunne oppnå- de for bygningskonstruksjoner nødvendige brannbestandighetsklasser.1Beleggingen medfører ikke bare betraktelige produksjonstekniske vanskeligheter og gir heller ingen avgjørende forbedring av brann-bestandigheten, da bindingen i disse "sandwich"-konstruksjoner meget hurtig fprsvinner på grunn av egenskapene av det hydrauliske bindemiddel ved innvirkning av en brannkilde.

Den utilfredsstillende varighet av brann-bestandigheten for disse

av organiske tilslagsmaterialer og.hydrauliske bindemidler dannede såkalte lette byggeelementer ligger ikke alene i antenneligheten av tilslagsmaterialet, men også i den relative ustabilitet av det skjelett av utherdet hydraulisk bindemiddel som omgir tilslags-bestanddelene, og dette gjelder også for slike konstruksjoner som inneholder tilslagsmaterial i form av asbestfibre, porøse leirkuler og lignende. Ved praktiske brannforsøk legger man merke til at dette skjelett relativt h-urtig bryter sammen under fortsatt innvirkning av en brannkilde, slik at brannen etter tilsvarende kort tid allerede har ført til gjennombrenning«av byggeelementet.(Sammenbruddet skyldes den omstendighet at det hydrauliske bindemiddel allerede ved relativt lave temperaturer på ca. 150°C begynner-å

avgi vannandelen under opphevelse av bindkreftene i de faste

bestanddeler, hvorved det skjer et sammenbrudd av hele skjelettet. Dette sammenbrudd- medfører også at en keramisk binding av de faste bestanddeler i bindemidlet ved 900 - 1200°C under opprettholdelse av ehstruktur ikke kan komme istand.

Det er således et formål for den foreliggende oppfinnelse å tilveie-bringe en for brann-bestandige byggeelementer hensiktsmessig fremstillingsmetode hvor det anvendes spesielle komponenter for i vesentlig grad å oppheve den manglende binding..

Det vesentlige ved den foreliggende oppfinnelse er således den tilblanding av en komponent som foretas under den konvensjonelle blandeprosess, idet denne komponent virker til å erstatte det krystallvann som drives ut.)

Ved tidspunktet for vann-utdrivningen eller også senere skal denne komponent forandre sin aggregattilstand fra fast til flytende, foretrukket under gjennomløping av alle viskositets-mellomfaser, eventuelt også. en sinterprosess, for på denne måte å overta funksjonen av det vann som drives ut.) Nedbrytingen av det hydrauliske bindemiddel undertrykkes i så sterk grad og sammenholdingei av en støttestruktur som omhyller f.eks.\et tilslagsmaterial for lette bygningskonstruksjoner sikres i tilfellet av brannbelastning.. Med sammenholdingen av strukturen forhøyes brann-bestandigheten,

da brannkilden først etter betraktelig lengre tid bevirker gjennombrenning av byggeelementet., Denne forholdsregel er ikke begrenset til byggeelementer med lette til sl agsmateri al er, men er også med gunstig resultat anvendbar også på byggeelementer som består av et hydraulisk bindemiddel med eller uten ytterligere tilslagsmaterialer. Ved disse byggeelementer kan man for oppnåelse av en bestemt nødvendig brann-bestandighet gå tilbake til mindre tykkelser, når de brukes som ren brannbesky ttel seskl edning.

Også ved tak-kledninger, som består av et hydraulisk bindemiddel

med et tilslagsmaterial av asbest- eller lignende fibre, kan enten mindre tykkelser komme på tale eller oppnåelse av en betraktelig økning i motstandsevnen mot brannspredning og strålevarme. ,

Fordelaktig kan det tilsettes et uorganisk' >.tilslagsmaterial som forblir flytende til det inntrer.en keramisk binding av de faste bestanddeler i det flytende bindemiddel, for deretter å reagere med de faste bestanddeler (f.eks. sementen) i det hydrauliske bindemiddel. Denne reaksjon kan være en oppsuging, klebing eller også en sintring. Dette sikrer en sammenholding av bindemiddel strukturen til den keramiske binding inntrer., Ved brannbeskyttelseskledninger, tak-kledninger, røkrør som utsettes for sterk varme, etc. og som ikke inneholder noen til slagsmaterialer for lette konstruksjoner, forblir den overflate som vender mot brannen derved i sterk grad inntakt.

Med fordel kan det som tilslagsmaterial tilblandes en keramisk fritte. Keramiske fritter mykner, henhv.yblir flytende først •

ved betraktelig høyere temperaturer enn dem som fører til vann-avspalting fra det hydrauliske bindemiddel., Utskillingen av vannet begynner allerede ved ca. 150 - 200°C, mens mykningen av fritten f.eks. kan begynne ved.500°C.» Dette øyensynlig med henblikk på erstatningen av det utdrevne vann udekkede temperaturområde på omtrent 300°C skulle egentlig motvirke en forhøyelse av varigheten av brannbestandigheten.|Dette området er imidlertid uten betydning, når under en brann et byggeelement sjokkbelast.es med varmen fra en brannkilde.

Alt etter størrelsen av den termiske belastning som kan ventes fra brannkilden kan det være fordelaktig å anvende en fritte som mykner ved lavere eller høyere temperaturrog deretter blir flytende.

En med godt resultat anvendt fritte som mykner allerede ved ca. 510°C består av 0.15 til 0.6, foretrukket 0.18 - 0.(42 mol Al^,

1.4 - 12.f), foretrukket 2.0 - 9.5 mol Si02og 0.4 - 3.5,

foretrukket 0.6 - 3.0 mol B^O^ pr..mol Na20. Skal det oppnås en virksom erstatning av vannet i det hydrauliske bindemiddel ved f.eks., ca. 610°C, er det fordelaktig å anvende en fritte som består av

•en blanding av 0.1 - 0.25 foretrukket 0.\ 5 - 0.2 mol A1203,

1.(0 - 2.5, foretrukket 1.5 - 2.0 mol Si02, 0.3 - 1.0, foretrukket 0.3 - 1.0 mol Q2°31 mo1 alkalimetalloksyd, idet metalloksydet består av 0.3 - 0.6, foretrukket 0.35 - 0.45 mol Na20, 0..04 -

0.08, foretrukket 0.045 - 0.Q6 mol K20 og 0.4 - 0.7, foretrukket 0.5 - 0.6 mol CaO.

Man kan videre fordelaktig anvende fritten i et vektforhold

til det hydrauliske bindemiddel (uten vann) på 1:0.5 - 10, foretrukket 1:5., Dette blandingsforhold avhenger i stor utstrekning av de statiske krav til byggeelementet under brann og normal bruk, av arten og sammensetningen av de lette til slagsmateria ler og den ønskede varighet av brannbestandigheten. Forholdet 1:5 er for de fleste krav til et byggeelement et tilfredsstillende forhold når det hydrauliske bindemiddel er en sement., Når det i stedet for hydrauli.sk bindemiddel anvendes f. eks. ■, gips , magnesium-oksydbindemiddel e.l. uorganiske bindemidler, kan man for å oppnå sammenligningbare resultater variere forholdet innenfor de angitte grenser.r

Eventuelt kan man fordelaktig i stedet for en fritte, som dog vanlig foretrekkes, også anvende glasspulver og/eller et egnet slaggpulver som tilslagsmaterial. .Med godt resultat kan de nevnte fritter også tilsettes slaggpulver som smelter under dén temperatur hvor•den keramiske binding av faststoffpartiklene begynner og da for å påvirke den ellers ved høye temperaturer synkende viskositet av den smeltede fritteMFrittekomponentene ('fritte og/eller glasspulver, herihv. t slaggpulver) bør for gode resultater med hensyn til varigheten av brannbestandigheten baseres på en blanding av en del fritte til 0.5 - 2 deler slaggpulver og/eller glasspulver. For formgivningen, styrken (trykkfasthet, knekningsmotstand, bøyningsmotstand) og for varigheten -av brannbestandigheten i området "brannbestandig", som er absolutt nødvendig for anvendelsen av elementene i bygningskonstruksjoner, og for de^fleste vanlige tilslagsmaterialer, er det spesielt fordelaktig når fremstillingen av bindemidlet foretas med 1-7 deler, foretrukket 5 deler sement, 'Z- 3 - 6 deler, foretruk ket 2 deler vann og . 1 - 7 deler foretrukket 1 del fritte og/eller andre til slagsmaterialer med lavt myknings-punkt.

For.fremstilling av spesielt lette byggeelementer med gode termiske isolasjonsegenskaper har det også vist seg fordelaktig å anvende forhånds-oppskummede pl astpartikl er som innføres i det hydrauliske bindemiddel ved siden av tilslagsmaterialene. Det er hensiktsmessig før tilblandingen å overtrekke pl astpartiklene med et heftforbedrende middel, idet overtrekket kan være meget tynt. Foretrukket anvendes som material for det heftforbedrende middel en epoksyharpiks. Det kan likevel fremstilles et byggeelement uten slike heftforbedrende midler. Det oppstår da fare for at den fortrinnsvis i kuleform foreliggende pl astpartikkel jevnt omhyllende celle-struktur av hydraulisk bindemiddel ikke dannes. Det kan lokalt dannes tomme steder med opphopning i andre steder av strukturen,

som ikke bare skadelig påvirker den mekaniske styrke av byggeelementet, men også dets egenskaper i tilfelle av brannbelastning.

Istedet for de ovennevnte organiske tilslagsmaterialer kan også uorganiske tilslagsmaterialer anvendes, og da anvendes ikke-brennbart fibermaterial (asbestfibre) foretrukket for tynne plater, idet "tynn" vanlig betegner en tykkelse på 2 - 10 mm.

Disse plater kan anvendes som tak-kledning eller brannbeskyttehde' kledning, f.eks. for bygningskonstruksjoner av stål. Videre kan man som tilslagsmaterial også anvende porøse leirkuler, sand eller pukk.

En særlig fordel ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen for fremstilling av brann-bestandige byggeelementer er at deb for formgivningen av elementene kan anvendes metoder og midler som'er vanlig kjent fra betongindustrien for gjennomføring av fremgangsmåten. Således kan byggeelementene f.eks. gis sin drorm ved hjelp av en forskaling, idet man f.eks. kan vibrere for oppnåelse av større tetthet.;For forsterkning av byggeel ementene kan man f.eks. før innfyllingen av det hydrauliske bindemiddel ved siden av tilslagsmaterialer legge inn en armering i forskalingen, f.eks. av stål i form av stenger, armeringsnett o.l. De således forsterkede byggeelementer kan deretter' på den ene eller begge sider forsynes med en puss eller med andre, f.eks. metalliske dekkskikt.

Under formgivningsprosessen ved hj.elp av en forskaling eller en

form kan byggeelementet også samtidig forsynes på den ene henhv. begge sider med et dekkskikt av et metallisk eller ikke-metallisk

material. Som metalliske materialer kommer jern, aluminium, eller, når særlig dekorative effekter ønskes, også kobber i form av plater i betraktning. Som ikke-metalliske dekkskikt anvendes med godt resultat sponplater, plastplater eller også keramiske plater.

Ved disse belegninger kan man oppnå lignende styrkeforbedringer

som man kan oppnå med armeringer. Spesielt når metalliske dekk-plater påføres de ved hjelp av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen fremstilte byggeelementer, kan man oppnå vesentlige forbedringer i styrkeegenskapene med bare liten økning i den totale tykkelse. Hensiktsmessig legges for dette en dekkplate direkte i formen eller forskalingen, et klebemiddel påføres dekkplaten,

og hvis klebemidlet'er på polyuretanbasis herder dette selv under innvirkningen av fuktighet. Den annen dekkplate legges deretter under anvendelse av det samme klebemiddel på innholdet av den fylte forskaling eller form, og deretter foretas en sammentrykking i forholdet 1:1 - 3, foretrukket 1: 1,5, for å oppnå en tett struktur med god forbindelse mellom dekkplatene og kjernematerialet - bestående av hydraulisk bindemiddel og tilslagsmaterial av forskjellig art.

Eksempel

For fremstilling av et lett byggeelement egnet for bruk i bygnings-industrien ble 100 1 polystyrolskum, foretrukket med en volumvekt på 8 - 18 g/l og en partikkelstørrelse på 1 - 5 mm, ommantlet med 100 g av et heftforbédrende middel i form av en flytende epoksyharpiks.

Deretter ble 17 kg sement blandet med 7 kg vann og denne blanding

ble tilført 3.5 kg av et uorganisk tilslagsmaterial, bestående av 0.42 mol A1203, 9.6 mol SiC>2og 2.93 mol B2<D3 pr. mol Na20. Det hydrauliske .bindemiddel samt tilslagsmaterial ble deretter grundig blandet med de ommantlede polystyrol-skumpartikl er og anbragt i

■en form'hvis bunn var dekket med en aluminiumplate med 1.5 mm tykkelse, som på den ene side var belagt med.et klebemiddel på polyuretanbasis som herder under innvirkning av fuktighet. Etter fyllingen

av formen ble det på det i formen glattstrøkede innhold pålagt en ytterligere med det samme klebemiddel forsynt aluminiumplate med samme tykkelse og under anvendelse av trykk for å oppnå et sammentrykningsforhold på 1:1.5 fra ukomprimert til komprimert kjernematerial, hvorved formen for hurtig avbinding av det hydrauliske bindemiddel ble oppvarmet. Byggeelementet ble formet til en plate med en tykkelse på 70 mm.. Den midlere flate-vekt av platen var 330 kg/m , isolasjonsverdien (k-verdien) ca. 0.8 Kcal/m^time°C. Bæreevnen var ved 2 meters spennvidde 330 kg/m 2 og den tillatte belastning ved en nedbøyning på f= L/300 (L=spennyidde) var 45 kg/m 2ved en spennvidde på 4m.

Byggeelementet ble underkastet en prøve på brannbestandighet.

På den side som var utsatt for den direkte innvirkning av brannkilden, bulet aluminiumplaten ut etter 10 minutters brannvarighet. Etter 16 minutter begynte platen å smelte og etter 18 minutter ble de fra det frilagte kjernematerial unnvikende gasser antent og brant med beskjeden flammeutvikling. Med tiltagende brannvarighet smeltet aluminiumf1 aten over stadig større flate. Etter 24 minutter var kjernematerialet på den største del av den side som vendte mot brannkilden utbrent. Restene av aluminiumplaten hang rundt kanten av prøvestykket. På dette tidspunkt avtok flammedannelsen på grunn av de unnvikende gasser allerede i merkbar grad, idet

■bare svake flammer kunne iakttas etter 26 minutter. Etter 36 minutters•brannvarighet trådte bare sporadiske korte flammer ennå ut fra hjørnene av prøvestykket. Etter 45 minutter løsnet et tynt overf1ateskikt (1-2 mm) lokalt fra det frilagte kjernematerial. Ved den videre prøvning forekom ennå bare sporadiske mindre flammer i prøvestykket. I kjernematerialet kunne det visuelt ikke lenger iakttas noen forandring. På den såkalte kolde side, dvs. den side som ligger på motsatt side av den direkte flammeinnvirkning på byggeelementet, unnvek etter 9 minutter fra kanten av prøvestykket noen røkdotter som deretter opphørte. Etter 90 minutters brenntid ble det på overflaten av den kolde side målt

temperaturer mellom 80 og 88°C. Middelverdien utgjorde 84°C og

lå dermed 62° over utgangstemperaturen og ca. 80° under den middelverdi som for oppvarming av en kold side ennå betraktes som tillatt. Disse gunstige måleresultater tillater-å klassifisere byggeelementet som brannbestandig. Under et slukkeforsøk .som varte

i 30 sekunder spylte slukningsvannstrålen kjernematerialet av bare i en største dybde på 3 cm. Lokalt ble det overhodet ikke spylt bort noe kjernematerial. Overf1ateskiktet var farget gråbrunt i en dybde på ca. 1 1/2 cm, og innenfor sort. ;<;>Kjernematerialet var fullstendig inntakt i en tykkelse på omtrent 2 cm.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et av hydraulisk bindemiddel

samt tilslagsmaterial dannet byggeelement med høy brann-bestandighet, karakterisert ved at det hydrauliske bindemiddel tilblandes et uorganisk tilslagsmaterial som blir flytende under varmeinnvirkningen på byggeelementet og med de faste .bestanddeler av det hydrauliske bindemiddel danner.ren sammenhengende struktur.

2. Fremgangsmåte■som angitt i krav 1, karakterisert ved at det tilblandes et uorganisk tilslagsmaterial som inntil begynnende keramisk binding av de faste bestanddeler i det hydrauliske bindemiddel forblir flytende.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det som tilsiagsstoff tilblandes en keramisk fritte.

4. Fremgangsmåte som angitt -i krav 3, karakterisert ved at fritten består av en blanding av 0.16 - 0.6, foretrukket 0.18 - 0.42 mol A12 03 , foretrukket 1.4 - 12.0 foretrukket 2.0 - 9.5 mol SiC>2 og 0.4 - 3.5 foretrukket fra 0.6 - 3.0 mol B2<D3 pr. mol Na2 0.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at fritten består av en blanding av 0.1 - 0.25 foretrukket 0.15 - 0.2 mol Al^, 1.0 - 2.5 foretrukket 1.5 - 2.0 mol SiC>2 og 0.3 - 1.5 foretrukket 0.35 - 1.0 mol B2 C>3 pr. mol av en blanding av alkali- og jordalkalioksyder, idet blandingen av alkali- og jordalkalioksyder er dannet av 0.3 - 0.6 foretrukket 0.35- 0.45 mol Na2 0, 0.04 - 0.08 foretrukket 0.045 - 0.06 mol K2 0 og 0.4 til 0.7 foretrukket 0.5 - 0.6 mol CaO.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at fritten tilsettes i et vektfbrhold til hydraulisk bindemiddel på l:0r 5-10, foretrukket 1:5.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det hydrauliske bindemiddel som uorganisk tilslagsmaterial tilblandes glasspulver og/eller slaggpulver.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 2-7, karakterisert ved at 1-7 deler, foretrukket 5 deler sement, 1-5 deler - foretrukket 2 deler vann og 1-7 deler foretrukket 1 del tilslagsmaterial sammenblandes.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-8, karakterisert ved at det som lett-tilslags-matedal innblandes forhånds-skummede plastpartikl er i det hydrauliske bindemiddel med tilslagsmaterial.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, karakterisert ved at pl as tpar tikl ene før en sammenblanding med det hydrauliske bindemiddel omhylles med et heftforbedrende middel.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, karakterisert ved at det som heftforbedrende middel anvendes en epoksyharpiks.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-8, karakterisert ved at det som tilslagsmaterial anvendes ikke-brennbart fibermaterial, f.eks. asbestfibre. -

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-8, karakterisert ved at det som tilslagsmaterial anvendes porøse leirkuler.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 - 13, karakterisert ved at formgivningen skjer ved hjelp av en forskaling.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 14, karakterisert ved at det gjennomføres en komprimering ved hjelp av trykk og/eller vibrering.

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 14 eller 15, karak';terisert ved at byggeelementet er forsynt med en stål armering.

17; Fremgangsmåte som angitt i krav 14, karakterisert ved at byggeelementet under formgivningen påføres metalliske eller ikke-metalliske dekkskikt.

18. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-17, karakterisert ved at varme tilføres for hurtigere utherding av det hydrauliske bindemiddel.