Mit Schaum Stahlbauteile im Brandfall schützen

Zugglieder sind filigrane Bauteile, die überwiegend zur Stabilisierung von Tragwerken sowohl in Neubauten als auch bei der Altbausanierung eingesetzt werden. Um diese Konstruktionen vor Brandeinwirkung zu schützen, werden immer häufiger reaktive Beschichtungssysteme genutzt.

Deren großer Vorteil ist, dass durch die relativ geringen Beschichtungsdicken das architektonische Erscheinungsbild der Konstruktionen erhalten bleibt. Im Falle eines Brandes schäumt das reaktive System auf und bildet eine wärmedämmende Schutzschicht um das Stahlbauteil. Die Erwärmung des Stahls verlangsamt sich, die mit steigender Temperatur einsetzende Festigkeitsabnahme des Stahls wird verzögert und die Tragfähigkeit des Bauteils bleibt länger erhalten.

Allerdings fehlten für allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen bislang ausreichende Kenntnisse über das Verhalten dieser Brandschutzsysteme, die auf Stahlzuggliedern mit Vollprofil Verwendung finden sollten. Daher untersuchten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der BAM aus dem Fachbereich 7.3 Brandingenieurwesen die mechanischen Hochtemperatureigenschaften des eingesetzten Stahls, führten Brandversuche an Stahlzuggliedern mit reaktiver Brandschutzbeschichtung im Realmaßstab sowie numerische Berechnungen mittels der Finite-Elemente-Methode durch. Gefördert wurde dieses Forschungsprojekt über drei Jahre durch das DIBt.

Der Einfluss verschiedener Parameter, wie beispielsweise Profilgeometrie, Trockenschichtdicke der reaktiven Brandschutzbeschichtung sowie Höhe der Zugbeanspruchung, wurden untersucht. Insbesondere kreisrunde Stahlbauteile mit kleinem Durchmesser standen im Fokus der Forschung.

„Unser Ziel war es, Zulassungsgrundsätze und Leitlinien zu erstellen, um reaktive Brandschutzsysteme auf Vollkreisquerschnitten unter Zugbeanspruchung beurteilen zu können“, erläutert Dr. Sascha Hothan, der den Fachbereich leitet.

„Ferner haben wir Bewertungskriterien entwickelt, die es ermöglichen Stahlzugglieder mit reaktiver Brandschutzbeschichtung in entsprechende Feuerwiderstandsklassen einzuordnen.“

Reaktive Brandschutzsysteme unterscheiden sich hinsichtlich der erforderlichen Trockenschichtdicke, Höhe und Struktur der Aufschäumung, thermischen Schutzwirkung sowie Rissbildung und Rissheilungsvermögen. Deshalb ist eine produktbezogene Prüfung in Form von Brandversuchen unverzichtbar. Anhand der Brandversuche werden das Aufschäum- und Rissverhalten sowie die thermische Schutzwirkung des verwendeten reaktiven Brandschutzsystems untersucht und Versagensmechanismen identifiziert.

Die in der BAM erarbeiteten Methoden dienen als Grundlage für allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen des DIBt. Als weltweit erstes Produkt wurde das reaktive Brandschutzsystem „HENSOTHERM® 420 KS“ der Firma Rudolf Hensel GmbH nach dem neuen Verfahren geprüft und bewertet. Die nun vorliegende allgemeine bauaufsichtliche Zulassung erhöht die Sicherheit im Brandfall – Sicherheit macht Märkte.

Kontakt:
Dr.-Ing. Sascha Hothan
Abteilung 7 Bauwerkssicherheit
E-Mail: sascha.hothan@bam.de

Link 1: http://www.bam.de/de/service/publikationen/publikationen_medien/jahresberichte/j…

Link 2: https://www.dibt.de/de/dibt/data/newsletter/05_2015.pdf

Link 3: http://www.rudolf-hensel.de/de/Stahl/Stahl-EN/HENSOTHERM-420-KS/