Sikacrete Brandschutzmörtel für den Tunnelbau

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1 Sikacrete Brandschutzmörtel für den Tunnelbau

2 Der Transport der vielen Güter, die durch Infrastrukturbauten gefahren oder gerollt werden, birgt viele Risiken. Eine der grössten Gefahren ist der Brand in einem Tunnel. Diese ist umso grösser, je mehr der Verkehr auf der Strasse wie auch auf der Schiene zunimmt. Ein Tunnelbrand ist eine Extremsituation für die Automobilisten, die Rettungskräfte, die Tunnelkonstruktion und das Rollmaterial. In einem Tunnel werden Temperaturen sehr schnell sehr hoch, da die Hitze in der Röhre schlecht entweichen kann. Das Feuer greift sehr rasch um sich und entzündet Fahrzeuge. Je nach brennenden Fahrzeugen und deren Ladungen treten im Tunnel Temperaturen von über 1000 C auf, die über mehrere Stunden anhalten können. Die extreme Hitze- und Rauchentwicklung behindern sowohl eine Flucht als auch eine rasche Löschung des Brandes. Der ungeschützte Beton- oder Stahlbetonausbau einer Tunnelröhre wird bei anhaltenden Temperaturen ab 400 C vollkommen zerstört. Dies kann während eines Tunnelbrandes zum Einsturz der Tunneldecke oder bei instabilem Gebirge zum totalen Kollaps der Röhre führen. Massive Schädigungen am System führen zu starken Behinderungen im Verkehrsfluss, da mit Sanierungsarbeiten von mehreren Monaten gerechnet werden muss. Feuer und seine Auswirkungen Beton Zerstörung bei grosser Hitze Stahl Festigkeitsverlust von Stahlbetonbauten bei Hitzeeinwirkung > 250 C < 250 C Das Kapillarwasser (freies Wasser) und das physikalisch gebundene Wasser (Gel- und Schichtwasser) gehen ab 100 C in Dampf über. Somit steigt mit der Temperatur auch der Dampfdruck im Beton. Zu Beginn kann der Dampf über Risse und Kapillarporen nach allen Seiten entweichen. Der Dampf entweicht ungehindert über die beflammte Seite. Die Expansionsräume im Inneren des Betons sind schon nach kurzer Zeit ausgefüllt. Dadurch entsteht eine Sättigungszone, in welche der Dampf nicht weiter eindringen kann. Mit steigender Temperatur wird der Dampfdruck in der Sättigungszone immer grösser. Es kommt zu Betonabplatzungen, sobald der Druck des Wasserdampfs grösser wird als die innere Festigkeit des Betons. Hinter dem nun freigelegten Beton entsteht wieder eine neue Sättigungszone. Der Beton wird so während eines Brandes ständig weiter angegriffen und vollkommen zerstört. Durch Beimischung von Polypropylen-Fasern wird neuer Beton brandgeschützt. Trotzdem ist der Stahl während dem Brand dem hohen Wärmedurchgang des Betons immer noch ausgesetzt und verliert bei zu grosser Hitze seine statische Wirkung. Armierungsstahl in einem brandbeständigen Beton darf niemals Temperaturen über 250 C ausgesetzt sein, da er bei dieser Hitze nur noch ca. 80% seiner Festigkeit aufweist. 2 3

3 Die Brandeinwirkung auf eine Betonkonstruktion z.b. in einem Tunnel oder einer Tiefgarage kann schon in den ersten 5 Minuten 1000 C erreichen. Darum werden Schutzsysteme extremen Bedingungen ausgesetzt, um deren Wirkung zu prüfen. Diese Anforderungen werden in akkreditierten Labors nach internationalen Standards untersucht. Die Belastungen, denen ein zu prüfendes Brandschutzsystem ausgesetzt ist, sind im Wesentlichen abhängig von der Verkehrsart (Anteil des Schwerverkehrs). Sikacrete -213F schützt Beton und Stahl auch vor extremsten Hitzeeinwirkungen. Zu schützende Konstruktionen benötigen nur geringste Überdeckungen mit Sikacrete - 213F um höchste Brandbelastungen unbeschadet zu überstehen. Sikacrete -213F ist ein hydraulisch gebundenes System mit geblähtem Vermiculit als Füllstoff. Vermiculit ist ein Schichtsilikat (Glimmerart), welches bei hoher Temperatur expandiert und als Material mit ausserordentlicher Wärmedämmung entsteht. Zwischen 700 C und 1000 C bläht sich das plättchenartige, dünne Rohvermiculit um bis das Zwanzigfache auf, da das natürlich enthaltene Wasser entweicht. Brandprüfungen Sikacrete -213F ist ein Brandschutzmörtel mit ausgezeichneten Eigenschaften; attestiert durch nationale und internationale Brandprüfungen. Abb.1 Anforderungen Passive Brandschutzsysteme sollen die nachfolgenden Anforderungen erfüllen: Betontemperaturen während der Brandbelastung < 380 C Armierungsstahltemperaturen während der Hitzebelastung < 250 C Keine Abplatzungen während der Brandbelastung Keine Ablösungen der Brandschutzschicht nach der Brandbelastung Bemessungskurven Im Europäischen Raum werden hauptsächlich die unten aufgeführten 4 Bemessungskurven angewandt: ISO 834 Niederländische Bemessungskurve RWS (Rijkswaterstaat) Modifizierte Kohlenwasserstoffkurve HC inc Deutsche Vorschrift ZTV-Tunnel Schon minimale Schichtdicken Sikacrete -213F schützen Beton und Stahl vor Hitzeeinwirkung unter Extrembelastungen: Kein Abplatzen oder Ablösen während und nach den Versuchen Beton und Stahl waren zu keinem Zeitpunkt schädlichen Temperaturen ausgesetzt Brandkurven Grenzen: ISO Brandtest auf 50 mm Sikacrete-213F Abb.2 Grenzen Resultate: < 250 C < 250 C < 380 C 111 C < 380 C 162 C 1350 C Betonlimit Stahllimit Zeit (Min.) Schichtdicke = 35 mm Zeit Diese Bemessungskurven simulieren den Temperaturverlauf eines Tunnelbrandes. Das Beispiel der RWS-Kurve zeigt mit welchen Höchstbelastungen zu rechnen ist, wenn der schlimmste Fall eintrifft: Der Brand eines zu 90% mit Kohlenwasserstoff (Benzin) gefüllten Tanklastwagens mit einer Ladekapazität von 50 m 3. Der Vergleich mit internationalen Normen bescheinigt Sikacrete -213F ein hervorragendes Brandschutzverhalten. RWS: 2-Stunden-Test (Abb. 1) ISO 834: 4-Stunden-Test (Abb. 2) 4 5

4 Sikacrete -213F der Hochleistungsmörtel Eigenschaften und Vorteile Sehr gute Hitzedämmung dünne Schutzbeschichtung minimale zusätzliche Auflast Variabler und mehrfacher Schichtauftrag je nach Anforderung des Bauwerks Sehr einfache Anwendung (Nassspritzverfahren) 1-Komponenten-System: Sikacrete -213F + Wasser kein Beschleuniger nötig Fugenloses Schutzsystem Einfache Detaillösungen Mit bestehender oder zusätzlicher Armierung kombinierbar Mit zusätzlicher Oberflächenschutzbeschichtung (z.b. Sikagard ) beschichtbar Schützt Beton und Stahl sicher und zuverlässig gegen höchste Brandbelastungen Keine Ablösung, auch Tage nach dem Feuerausbruch (keine Behinderung von Reparatur- und Aufräumarbeiten) Schnelle und einfache Sanierung nach einem Brandfall Sikacrete kann mit herkömmlichen Applikationsgeräten für Spritzmörtel und -beton aufgetragen werden. Die spezielle Körnung und die eingesetzten Additive erlauben ein problemloses Nassspritzen mit: Schneckenpumpensystemen mit Pressluftverdüsung Rotorsystemen für Nassspritzverfahren Doppelkolbenpumpsystemen mit Pressluftverdüsung Materialverbrauch Gewicht (kg) Der Materialbedarf von Sikacrete -213F liegt dank Vermiculit und dem Nassspritzverfahren weit unter dem Verbrauch von Brandschutz-Trockenspritzmörteln. Die durchschnittliche Applikationsmenge liegt bei 6 kg/m 2 pro 10 mm Schichtstärke. Applikationsgeräte Mörtelmaschinen (Schneckenpumpen) für kleine Spritzleistungen und Anwendungen, wo die frisch gespritzte Oberfläche nachbearbeitet wird (z.b. abgeglättet) Schichtdicke (mm) modifizierter Gunit Aliva -263, rotorbetriebene Betonspritzmaschine mit 10 Liter Volumen für kleinere bis mittlere Spritzarbeiten Sika -PM500, Betonspritzsystem mit Doppelkolbenpumpe für grossflächige Applikationen 6 7

5 Unterschiedliche Anwendungsgebiete und Brandbelastungen erfordern gezielte Lösungen. Sikacrete ist durch seine Kombinierbarkeit mit Armierung und Oberflächenschutz exakt auf die örtlichen Gegebenheiten abstimmbar. Mögliche Oberflächenstrukturen Rau Abgeglättet Sikagard -Wallcoat T wird als Schutzbeschichtung auf Sikacrete appliziert. Dadurch wird der Brandschutzmörtel vor verschiedenen schädlichen Einflüssen bewahrt. Durch die Beschichtung von Sikacrete mit Sikagard - Wallcoat T wird folgendes erreicht: Frosttausalz-Beständigkeit Die Oberfläche kann maschinell und mit chemischen Mitteln gereinigt werden Neben der Schutzfunktion eignet sich Sikagard -Wallcoat T auch zur farblichen Gestaltung des Tunnelinnenraums. Abgeglättet und geschützt mit Sikagard -Wallcoat T Auftrag mit Spritzroboter Projektspezifische Systemlösungen Schutzbeschichtungen Unterschiedliche Anwendungen Sikagard -Wallcoat T erhöht die Beständigkeit des Brandschutzsystems. Sikagard -Wallcoat T bietet idealen Schutz für Sikacrete. Anwendung 1 (Normalfall) Werden keine zusätzlichen Belastungen erwartet, genügt in der Regel die einmalige Beschichtung mit Sikacrete ohne zusätzliche Armierung und Oberflächenbeschichtung. Gewicht des Systems pro m 2 : Ca. 18 kg/m 2 pro 30 mm Schichtdicke Anwendung 2 Soll eine Gewölbedecke geschützt werden, wird ein Armierungsgeflecht empfohlen. Gewicht des Systems pro m 2 : Ca. 19 kg/m 2 pro 30 mm Schichtdicke Anwendung 3 Bei zusätzlichen Belastungen wie: Vibrationen (z.b. Strassenverkehr) Druck/Sog-Wechselwirkungen (z.b. Eisenbahntunnel) Frost und/oder Frosttausalzeinwirkung kann eine Kombination von Armierungsgeflecht und Oberflächenschutz zum Einsatz kommen Sikagard -Wallcoat T ist eine ösungsmittelfreie, farbige, 2-Komponenten Epoxidharzbeschichtung mit hervorragenden Eigenschaften: Einfache Anwendung (sprühbar) Hohe chemische und mechanische Beständigkeit Gute Haftung Hohe Deckkraft Wasserdampfdurchlässig Hohe Karbonatisierungsbeständigkeit Einfache Reinigung Sikagard -Wallcoat T ist nach der Applikation dampfdurchlässig, so dass Wasserdampfrückstände im Inneren des Brandschutzmörtels ungehindert entweichen können (Wasserdampf- Diffusionswiderstand < 4 m) Die Glasübergangstemperatur von Sikagard -Wallcoat T liegt bei ca. 50 C. Das heisst, das Material wird oberhalb dieser Temperatur weicher und noch durchlässiger für Wasserdampf. Somit wird die Wirkung von Sikacrete nicht beeinträchtigt. Oberfläche nach einem Brandfall Die Sikagard -Wallcoat T Beschichtung wurde zerstört und der Wasserdampf konnte ohne Druck entweichen ohne Schäden am Brandschutzsystem zu verursachen. 8 9

6 Projektbeispiel Der Bahnhof Wien Mitte ist einer der meist frequentierten Knotenpunkte des öffentlichen Verkehrs in Wien. In diesem Bahnhof kreuzen sich die U-Bahnlinien U3 und U4, die S-Bahnstrecke und Regionalbusse. Das Bahnhofgebäude selber ist ein unschöner Bau. Um die Attraktivität zu steigern und die Qualität des öffentlichen Verkehrs zu gewährleisten wird der Bahnhof umgebaut und erweitert. Durch die neue Überbauung entsteht ein neues Gebäude, welches eine Bruttogeschossfläche von m 2 aufweist. Die Gleise, die unter dem alten und neuen Gebäude durchlaufen, bleiben bestehen. Nahezu der ganze Altbau ist, zur Sicherung der Brandbeständigkeit, mit Asbest ausgekleidet worden Temperaturbemessungskurve Zeit (Min.) Anforderung Metro Wien RWS Sikacrete-213F Projektanforderungen Der Asbest-Brandschutz ist gefahrenfrei zu entfernen und die neue Brandschutzschicht muss den Beton im Brandfall vor Schäden schützen. Zudem ist mittels Korrosionsschutz ein weiteres Rosten der Armierung zu verhindern. Der Betrieb der U-Bahn und S-Bahn darf durch die Sanierungsarbeiten nicht eingeschränkt werden. Projektlösung Dank Arbeitsbühnen und Unterdruck-Abschottungen wurde der Betrieb aufrecht erhalten. Der Unterdruck-Bereich wurde mit Schleusen abgetrennt, sodass gleichzeitig Rückbau, Korrosionsschutz oder Brandschutz ausgeführt werden konnten. Nach der Entfernung des Asbest-Brandschutzes wurde die Betonoberfläche sandgestrahlt, schadhafte Armierungen mit Sika MonoTop -610 geschützt und die Betonoberfläche anschliessend mit SikaTop reprofiliert m 2 konnten mit Sikacrete - 213F brandgeschützt werden. Die Schichtstärke wurde auf 25 mm festgesetzt. Diese dünne Beschichtung reicht aus, um den Anforderungen zu genügen, was in einem Brandversuch nachgewiesen wurde. Das Applikationsteam bestand aus 3 5 Arbeitern plus einem Mann an der Förderpumpe. Die Spritzoberfläche wurde spritzrau belassen, das heisst 23 mm auf den Latten abziehen und danach alles 2 mm überspritzen

7 Sika der verlässliche Partner Mehrwert vom Fundament bis zum Dach Systemlösungen für den Tunnelbau Betontechnologie Abdichtungen Industriebodenbeläge und dekorative Beschichtungen Plattenlegerwerkstoffe Klebstofftechnologie für Parkettbeläge Kleben und Dichten an der Gebäudehülle Bauwerksinstandsetzung, -schutz und -verstärkung Stahlkorrosionsschutz Betoninstandsetzung und Betonschutz Tragwerksverstärkung Flachdachabdichtung Sika Schweiz AG Tüffenwies 16 CH-8048 Zürich Tel Fax Vor Verwendung und Verarbeitung ist stets das aktuelle Produktdatenblatt der verwendeten Produkte zu konsultieren. Es gelten unsere jeweils aktuellen Allgemeinen Geschäftsbedingungen. BRO044d0808 Sika Schweiz AG