DE102018113587B4

DE102018113587B4 - Faserprofile zum Einsatz als Bewehrung in Betonbaten für hohe brandschutztechnische Anforderungen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102018113587B4
Application number: DE102018113587.4A
Authority: DE
Inventors: Joachim Müller; Reinhard Koch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-06-07
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2023-12-14
Anticipated expiration: 2038-06-08
Also published as: CN110578249B; CN110578249A; DE102018113587A1; DE102018113587B8

Abstract

Faserprofil zum Einsatz als Bewehrung in Betonbauten für hohe brandschutztechnische Anforderungen, wobei die Faserprofile aus in eine Matrix eingebetteten Fasersträngen aus Faserverbundwerkstoffen bestehen, dadurch gekennzeichnet,- dass die Faserstränge (2) von einer Matrix (23) umgeben sind,- die aus einer wässrigen Lösung aus einem Metallsalz der Kieselsäure (Wasserglas) besteht und- dass die Faserprofile (20) eine Beschichtung mit Beschichtungspartikeln (24) aus auf die Matrix (23) aufgebrachten alkalibeständigen, hochwärmebeständigen, plättchenförmigen Beschichtungsmaterialien besitzen.

Description

Die Erfindung betrifft Faserprofile für hohe brandschutztechnische Anforderungen, die als Bewehrungsprofile für die Herstellung von hochfesten Bewehrungen für die Bauwirtschaft einsetzbar sind. Die Faserprofile sind für Betonbauten geeignet, die hohen brandschutztechnischen Anforderungen genügen müssen, beispielsweise Hochhäuser oder Brückenbauten. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der Faserprofile, welche in einem Pultrusionsprozess aus in eine Matrix eingebetteten Fasersträngen aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt werden, insbesondere aus Carbon-, Basalt-, oder Glasfasermaterialien.
Bei der Herstellung von Carbonfaser-, Glasfaser- oder Basaltfasersträngen werden in der Regel eine Vielzahl von Einzelfasern zusammengeführt und das oder die Bündel mit einer Matrix umhüllt. Im Folgenden werden die verschiedenen Fasermaterialien mit dem allgemeinen Begriff „Fasern“ benannt. Die Matrix dient der Positionierung und Fixierung der Fasern und auch deren Schutz. In einer bekannten und geübten Abfolge des Pultrusionsprozesses werden unterschiedliche Beschichtungen auf oder teilweise in die unmittelbare Oberfläche der Matrix implementiert. Der Beschichtungsvorgang in einem bekannten Verfahren erfolgt nach dem Pultrusionsprozeß, teilweise unter Nutzung einer gewissen Restklebrigkeit der Matrix vor deren entgültigen Aushärtung oder unter Aufbringung eines geeigneten separaten Klebers. Das geschieht zur Herstellung von Eigenschaften für bestimmte Anwendungszwecke. Beispielsweise zur Vergrößerung der spezifischen Oberfläche der Mantelfläche oder zur Panzerung des Stranges.
Die DE 10 2014 212 241 A1 beschreibt Carbonfasern, insbesondere solche, die für Carbonfaserverbundkunststoffe (CFKs) eingesetzt werden. Durch die Erfindung soll erstmals eine dünne aber harte Plasmabeschichtung mit amorphem Siloxan auf einer Carbonfaser vorgeschlagen werden. Dadurch erhält die Carbonfaser eine Oberfläche, die wie eine Glasfaseroberfläche zu bearbeiten ist. Diese Beschichtung dient der besseren Verbindung der Carbonfasern mit der Hüllmatrix.
In DE 10 2015 119 700 A1 wird ein Verfahren zur Konditionierung der Oberflächen pultrudierter und/oder anderweitig durch Harze oder Kleber zusammengefasster Carbonfasern zu Carbon-faserprofilen oder Carbonfaserflächen sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben. Ziel ist die Schaffung einer rauen oder feinstrukturierten und damit großen Oberfläche, ohne dabei die innere Struktur des Carbonfaserprofiles zu beeinflussen.
Die Carbonfasern werden dabei in einem an sich bekannten Verfahren zu einem kontinuierlichem Strang gebündelt und in eine Matrix aus Harz oder Kleber eingebettet, wobei eine Härtung erfolgt. Vor Beendigung der Härtung wird eine Beschichtung der Oberfläche mit einem körnigen und/oder gerundeten oder faserartigen und/oder stiftartigen Beschichtungsmaterial durchgeführt. Als Beschichtungsmaterial wird Metall, Glas und/oder Feinstsand eingesetzt, wodurch auch eine Panzerung gegen Abrieb und mechanische Beschädigung erreichbar sein soll. Die Beschichtung der Oberfläche erfolgt mit einem körnigen und/oder gerundeten oder faserartigen und/oder stiftartigen Beschichtungsmaterial.
In WO 2012/ 059 540 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Florschicht aus ungeordneten Carbonfasern als Bündel um Carbonfasern herum beschrieben. Das Verfahren erfordert einen beachtlichen technologischen und apparativen Aufwand.
In WO 2016/ 112 898 A1 wird ein Bewehrungsstab aus Filamentverbund und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben. Der Bewehrungsstab soll hohen Temperaturen widerstehen können. Das Bewehrungselement besteht aus in ein Matrixmaterial eingebetteten Filamenten, wobei die Filamente frei von Vorspannung oder vorgespannt in einer Zugrichtung ausgerichtet vorliegen und von einem mineralischen Matrixmaterial im Wesentlichen vollständig umgeben sind. Als Matrixmaterial ist Feinbeton oder eine Suspension mit Feinzement vorgesehen.
Beschichtungen einzelner Fasern während des Pultrusionsprozesses erfolgen durch Aufspreizen des Faserstranges in einem Dispersionsbad. In diesem Prozess dringt zwischen die aufgespreizten Fasern eine Suspensionen von Zement in Wasser zur Umhüllung einzelner Stränge. Da die Carbonfasern hydrophob sind, ist auf diesem Wege eine qualitativ hochwertige Beschichtung problematisch. Zumal so hoch ausgemahlener Zement zu extrem kurzen Abbindereaktionen neigt. Die Prozeßführung eines kontrollierten Abbindevorganges des Zementleimes ist bekanntermaßen diffizil. Der Zement erhitzt sich erheblich und neigt zum sogenannten Verbrennen. Die für die Festigkeit entscheidenden Kristallstrukturen, welche naturgemäß aus dem Zementleim wachsen, bilden sich nur höchst unvollkommen aus. Deren Ausbildung ist aber für eine qualifizierte Haftung an und zwischen den Faserstrukturen von entscheidender Bedeutung. So entstandene dünne Schichten sind erfahrungsgemäß mechanisch wenig fest.
Die WO 2004/ 110 951 A1 beschreibt ein mehrschichtiges Feuerbarrieren-System mit einer Laminatanordnung (1) aus mindestens einer anorganischen Polymermatrixschicht (3) und mindestens einer weiteren Schicht (2), die eine Isolationsschicht, eine intumeszierende Schicht, eine Schaumschicht, eine gewellte Schicht, eine reflektierende Oberflächenschicht sein kann und weiteren Verstärkungsmaterialien, die entweder als separate Schicht oder in eine der obigen Schichten eingebaut sind und vorzugsweise innerhalb der anorganischen Polymermatrixschicht (3) angeordnet ist. Insbesondere können die vorgenannten Schichten als Kern, als Zwischenschicht oder als äußere Sperrschicht in Bezug auf Umgebungen mit hoher Hitze und/oder Feuer zum Schutz gewünschter Substrate wie Holz, Metall und dergleichen dienen.
In EP 0 593 784 A1 wird die Herstellung einer nicht brennbaren Verbundmaterialstruktur beschrieben, die die Schritte des Bildens einer nicht brennbaren flüssigen kontinuierlichen Matrix durch Zugeben und Mischen von Metalloxidpulver und flüssigem löslichem Silicat beschreibt, das Herstellen einer dispergierten Phase, die nicht brennbare Fasern oder Teilchen umfasst, das Ausbilden einer Zwischenstruktur aus einem Verbundmaterial durch Benetzen der dispergierten Phase durch die flüssige kontinuierliche Phase und das Trocknen der Zwischenstruktur zum Härten der kontinuierlichen Phase und Erhalten einer verfestigten nicht brennbaren Verbundmaterialstruktur. Auch anorganische Partikel können mit in die Matrix eingemischt werden.
Der in DE 44 20 613 C1 beschriebene Durchbrandblocker für Flugzeugrümpfe ist ein mehrschichtiges Flächengebilde und besteht aus dem Verbund eines Glimmerpapiers mit ein- oder beidseitig hierauf kaschierten Vliesstoff-Lagen. Der Vliesstoff ist dabei jeweils aus flammhemmenden Fasern aufgebaut. Glimmerpapier ist bekannt und besteht aus kleinsten Glimmerplättchen, welche miteinander und mit dem Träger aus Papierfasern oder Textilfasern durch ein Bindemittel verbunden sind. Gemäß der Erfindung ist dieses Bindemittel teilvernetzt und noch latent klebefähig, das heißt, es besteht aus einer polymeren Masse, welche in einem Zwischenstadium der Polymerisation zwar die Glimmerplättchen untereinander und mit dem Träger klebend verbindet, jedoch vor einer durch Energieeinwirkung initiierten Endvernetzung noch klebende Eigenschaften aufweist. Der Durchbrandblocker nach DE 44 20 613 C1 ist als Bewehrungsprofil ungeeignet.
EP 2 045 227 B1 beschreibt einen anorganischen Brandschutzschaum der aus einer hydraulisch abbindenden Zusammensetzung besteht, die ein hydraulisches Bindemittel, eine Schäumungskomponente sowie einen Schaumstabilisator aufweist und mit Wasser gebunden wird. Der Brandschutzschaum härtet aus und wird als Formkörper oder als Füllung in einer Tür, einer Türzarge, einem Hohlprofil, einer Zwischenwand oder einer Deckenpaneele eingebracht. In einer besonderen Ausführung kann die Zusammensetzung anorganische Füllstoffe enthalten, beispielsweise auch Glimmer. Dies sei besonders vorteilhaft, weil mit Hilfe dieser Füllstoffe die mechanischen Eigenschaften des Brandschutzschaums verbessert werden können. Insbesondere kann durch den Einsatz solcher Füllstoffe könne ein Schrumpfen des Brandschutzschaums bei starker thermischer Belastung verhindert werden. Dabei haben sich der Einsatz von Schamotte und/oder Glimmerplättchen als besonders vorteilhaft in Bezug auf die Verhinderung des Schrumpfens im Brandfall erwiesen.
DE 692 24 720 T2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines als Bau- und Konstruktionsmaterial geeigneten faserförmigen Verstärkungsmaterials als Ersatz für Asbest, welches auch als „Bewehrung“ einsetzbar ist. Als Materialien, die die Verstärkung von Baumaterialien bewirken sollen, werden neben verschiedenen Fasern auch natürliche, plättchenförmige Materialien, repräsentiert durch Glimmer, aufgeführt.
Darüber hinaus werden Materialien beschrieben, die die Formbarkeit und die Festigkeit von Baumaterialien verbessern sollen, als auch Materialien, die das Volumen erhöhen sollen.
Das Verfahren der Erfindung nach DE 692 24 720 T2 umfasst im Wesentlichen einen Schritt, in dem ein Metallsalz mit einem Lösungsmittel vermischt wird, einen Schritt, in dem ein Fasermaterial in die erhaltene Mischlösung eingetaucht wird, einen Schritt, in dem der Mischlösung durch Energiewellen oder Erhitzen erzeugte Energie zugeführt und/oder deren pH-Wert eingestellt wird, und einen Schritt, in dem die behandelte Mischlösung entwässert wird.
DE 20 2017 006 477 A1 beschreibt eine Armierung für zementbasierte Strukturen, um damit Bewehrungsstahl durch andere Materialien zu ersetzen. Dabei soll eine Platte oder ein Block aus Beton oder Zement mit Hilfe von Fasermaterialien stabilisiert werden. Es wird vorgeschlagen, als Zwischenschicht zwischen dem Beton und dem Fasermaterial immer ein Steinmaterial mit einem speziellen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten einzusetzen. In DE 20 2017 006 477 A1 nimmt entweder der Betonkörper die Stein/Faser-Armierung auf oder es erfolgt die äußere Beschichtung eines Betonkörpers, wobei ausdrücklich zu vermeiden ist, dass das Fasermaterial einen Kontakt zum Beton hat. Die Matrix, die die Verbindung zwischen den Fasern und dem Steinmaterial schafft, kann aus wasserglasbasierenden Bindemitteln bestehen. Nach Anspruch 5 können auch die einzelnen Fasern mit Wasserglas gebunden sein. In DE 20 2017 006 477 A1 erfolgt keine Herstellung eines Faserprofiles, welches Betonbauten als Bewehrungskörper zugesetzt wird. Auch erfolgt keine Beschichtung mit speziellen Materialien, um die Hitzebeständigkeit zu erhöhen.
Mit derzeit bekannten und praktizierten Herstellungsverfahren von Carbon-, Basalt- und Glasfasern als Betonbewehrungen lässt sich kein wirksamer mechanisch belastbarer Brandschutz erreichen. Basalt- und Glasfasern sind zwar an sich nicht brennbar, aber die faserverbindende Matrix ist brennbar oder kann sich in der Hitze derart verändern, dass sie die bestimmungsgemäße Schutzfunktion nicht mehr erfüllen kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Faserprofile für hohe brandschutztechnische Anforderungen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bereit zu stellen. Die Faserprofile sollen als Bewehrungen für Betonbauten in Form von hochfesten Profilen geeignet sein. Die technischen Eigenschaften der Faserprofile sollen erheblich erweitert und für neue brandschutztechnisch sichere Anwendungen optimiert werden. Vor allem die Oberflächen der Faserprofile sollen gehärtet und eine angemessene Zeit vor zerstörerischer Hitze geschützt werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Sachanspruches 1 sowie des Verfahrensanspruches 4 gelöst.
Ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen 2 bis 3 und 5 bis 7 beschrieben.
Die Faserprofile für hohe brandschutztechnische Anforderungen bestehen aus in eine Matrix eingebetteten Fasersträngen aus Faserverbundwerkstoffen, insbesondere aus Carbon-, Basalt- und Glasfasern. Erfindungsgemäß sind die Faserstränge von einer Matrix umgeben, die aus einer wässrigen Lösung aus einem Metallsalz der Kieselsäure (Wasserglas, Silika) bestehen. Zum Einsatz kommen die technisch verwertbaren amorphen Lösungen der Alkalimetallsalze Natriumsilikat, Kaliumsilikat, Lithiumsilikat der Kieselsäure in Wasser.
Der ph-Wert des Reaktionsmediums liegt im alkalischen Bereich. Die Viskosität dieser Matrix ist in weiten Bereichen variierbar. So kann sie zur Infiltration zwischen die Faserstränge dünnflüssig und aber zum Umhüllen der Faserbündel dickflüssig eingestellt werden. Infiltration und nachfolgende umhüllende Beschichtung mit jeweils bestimmungsgemäßer Matrix können in getrennten einander folgenden Schritten erfolgen. Für eine großtechnische Anwendung dürfte diese Variante trotz des etwas größeren apparativen Aufwandes durch die jeweils gute unabhängige Einstellbarkeit der Viskositäten geeignet sein.
Für die höheren brandschutztechnischen Anforderungen besitzen die Faserprofile eine Beschichtung mit Beschichtungspartikel aus auf die Matrix aufgebrachten alkalibeständigen, hochwärmebeständigen, plättchenförmigen Beschichtungsmaterialien. Vorzugsweise geschieht die Beschichtung während des Pultrusionsprozesses, wenn die geeignete Matrix noch klebrig oder restklebrig ist. Der Beschichtungsprozeß kann mehrmals wiederholt werden. Als Materialien für die bestimmungsgemäßen Beschichtungen sind Glimmerplättchen und flachkörniger, etwa diskusförmiger Quarzsand in bestimmten Dimensionen vorgesehen. Auch gerundetes, alkalibeständiges Flach-Bruchglas ist geeignet. Die Größe der Glimmer- oder Glaspartikel beträgt vorzugsweise bis 0,5 mm, der flachkörnigen Quarzsandpartikel 0,06 bis 0,2 mm.
Für einen wirksamen Brandschutz sollten mindestens 95% der Oberfläche mit Plättchen beschichtet sein.
Für die Anwendung der Faserstränge als Bewehrung in Beton kann die Korngröße auch gröber gewählt werden. Beispielsweise eine erste Schicht feinkörnig wie oben beschrieben und eine zweite gröbere Schicht. Diese Materialien werden in einem den Pultrusionsstrang umgebenden Raum vorzugsweise durch warme Luft aufgewirbelt. Der Luftstrom kann vorteilhafterweise in einem beispielsweise kreisförmig zylindrischen Raum als kreisrunder Wirbel geführt werden. Durch Einstellung des Mischungsverhältnisses zwischen Luft und Beschichtungsmaterial lässt sich die Qualität der Beschichtung steuern.
Für besondere Einsatzfälle können die Faserprofile eine Beschichtung aus in Epoxidharz eingebetteten Sand- und/oder Glas- und/oder Glimmerplättchen besitzen.
Die Beschichtungen können nach Schutzbedarf mehrfach auch im Wechsel zwischen Glimmer, Glas und Feinsand ausgeführt werden. Dazu wird zwischen den aufzubringenden Schichten Kleber oder Matrix aufgebracht.
Glimmer, Glas und flachkörniger Quarzsand sind schlechte Wärmeleiter. Dazu reflektieren die Glimmerplättchen mit ihrer spezifischen glatten Oberfläche ausgezeichnet Wärmestrahlung. Bei einer Mehrlagenbeschichtung, das heißt, dass mehrere Lagen Glimmer oder Glas mit zwischenliegendem Kleber oder Matrix aufgebracht werden, entsteht eine schuppenartige Oberfläche der Faserstränge. In einer weiteren Ausführung können im Wechsel flachkörnige Quarzkörner und Glimmerplättchen durch Kleber und oder Matrix schichtweise aufgebracht werden.
Bei dem Verfahren zur Herstellung von Faserprofilen für hohe brandschutztechnische Anforderungen werden in einem Pultrusionsprozess Faserstränge in eine Matrix eingebettet und anschließend gehärtet. Die Faserstränge werden in eine Matrix eingegossen, die aus einer wässrigen Lösung aus einem Metallsalz der Kieselsäure (Wasserglas) bestehen.
Auf die die Faserprofile umgebende Matrix erfolgt eine Beschichtung mit alkali- und hochwärmebeständigen Beschichtungsmaterialien, welche plättchenförmig ausgebildet sind. Dadurch wird es möglich, dass eine große Oberfläche bedeckt und mit einem Brandschutz versehen werden kann.
Auf die die Faserprofile umgebende Matrix erfolgt eine Beschichtung aus in Epoxidharz eingebetteten Beschichtungsma-terialien. Als Beschichtungsmaterial werden hauptsächlich Sand- und/oder Glas- und/oder Glimmerplättchen verwendet.
Nachfolgend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 schematische Darstellung des Pultrusionsvorganges mit zwei Matrixbehälter, welche unterschiedlich viskose Matrix enthalten
2 schematische Darstellung des Pultrusionsvorganges mit einer Matrixbox, einer zusätzlichen Beschichtung und anschließenden Trocknung
3 Faserprofil mit einer festen mineralischen Beschichtung auf einer Matrix aus Silika
4 Faserprofil mit einer festen mineralischen Beschichtung auf einer zweiten Matrixschicht aus Silika
5 Faserprofil mit einer festen mineralischen Beschichtung direkt auf einer Matrix aus Silika (wobei die Zwischenräume zwischen den Fasern von der dünnflüssigen Silika- Matrix aufgefüllt sind und eine gemeinsame Umhüllung des Stranges bilden.)
6 Faserprofil mit flächiger Anordnung von parallel verlaufenden Fasern mit beidseitiger Beschichtung

Ein erstes Ausfühungsbeispiel zur Herstellung von Faserprofilen für hohe brandschutztechnische Anforderungen ist in den 1 und 2 dargestellt. Sie zeigen eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Pultrusionsvorganges mit zwei Matrixbehältern, welche unterschiedlich viskose Matrix enthalten. Beispielhafte Faserprofile als Endprodukte sind in den 3, 4 und 5 dargestellt.
Das Ausgangsmaterial durchläuft dabei die folgenden Arbeitsschritte:

1. Abspulen der Faserstränge 2 aus Carbonfaser von Vorratsspulen 1 mit der gewünschten Anzahl an Fasersträngen. Aus Darstellungsgründen sind in 1 nur 3 Vorratsspulen 1 abgebildet. In Wirklichkeit wird ein fertiges Faserprofil 20 aus einer Vielzahl von einzelnen Fasersträngen bestehen.
2. Zusammenführen der einzelnen Faserstränge 2 zu einem Faserbündel 4 über Rollen 3 und bekannte geeignete übliche Führungen bis zur bestimmungsgemäßen Dicke des gewünschten Faserprofiles 20.
3. Durchführung des so hergestellten Faserbündels 4 ohne Vorspannung durch einen Matrixbehälter 5, welcher als flüssige Matrix 5 mit einer wässrigen Lösung aus einem Metallsalz der Kieselsäure (Wasserglas) vorbestimmter Viskosität gefüllt ist. Dabei kann die Lösung erwärmt sein und/oder auch unter Druck stehen. Dies unterstützt den Vorgang, dass die relativ flüssige Matrix 7 alle Faserstränge 2 vollständig umschließt. Diese Strecke ohne Vorspannung 8 bewirkt, dass die Zwischenräume der einzelnen Faserstränge 2 leicht mit flüssiger Matrix 7 ausgefüllt werden können. Verbrauchte Matrix 7 wird mittels einer Matrixzufuhr 6 regelmäßig wieder aufgefüllt. Die Viskosität der Matrix 7 ist so gewählt, dass ein Eindringen in die Zwischenräume der Faserstränge 2 mit hoher Geschwindigkeit möglich ist. Dabei durchlaufen die Faserstränge 2 durch den Matrixbehälter 5 ohne Spannung. Der Matrixbehälter 5 kann vorteilhafterweise druckbeaufschlagt sein. In diesem Matrixbehälter wird die Matrix 7 durch Kapillarkräfte zwischen den Fasersträngen 2 eingesaugt. Der Druck im Matrixbehälter 5 forciert diesen Vorgang. Ebenso vorteilhaft ist es, wenn Faserstränge 2 und Matrix 7 angewärmt sind.
4. Das aus dem Matrixbehälter 5 austretende Faserbündel 4 wird mittels einer Transporteinrichtung 9 weiter befördert. Die Transporteinrichtung kann eine Heizung besitzen, mittels der das Faserbündel 4 von warmer Luft oder auch von warmem CO2-Gas umströmt wird, um den Gelierprozeß der Matrix zu unterstützen, wodurch eine Gelbildung und somit der Härtevorgang initiiert wird.
5. Das Faserbündel 4 tritt danach in einen zweiten Matrixbehälter 10 ein, welcher dickflüssiges Metallsalz der Kieselsäure in wässiger Kieselsäure gelöst mit vorbestimmter Viskosität enthält. Hier entsteht bestimmungsgemäß eine das Faserbündel 4 umhüllende Schicht. An diese noch klebrige Schicht wird der hauptsächliche Brandschutz appliziert. Diese Matrix 12 ist dickflüssiger als die Matrix 7 und besitzt eine gelartige Konsistenz, welche gegebenenfalls auch erwärmt ist und unter Druck steht. Diese Strecke mit definierter Vorspannung 13 bewirkt, dass die einzelnen Faserstränge 2 im Faserbündel 4 schon aneinanderkleben und die so entstandene Mantelfläche des Faserbündels 4 als ganzes umhüllt. Optisch ist dies vergleichbar mit der äußeren Isolierung eines elektrischen Kabels. Verbrauchte Matrix 12 wird mittels einer Matrixzufuhr 11 regelmäßig wieder aufgefüllt.
6. Das aus dem Matrixbehälter 10 austretende Faserbündel 4 wird mittels einer weiteren Transporteinrichtung 9 weiter befördert. Die Transporteinrichtung kann wieder eine Heizung besitzen, mittels der das Faserbündel 4 von warmer Luft oder auch von warmem CO₂-Gas umströmt wird, um den Gelierprozeß der Matrix zu unterstützen.

Der weitere Behandlungsprozess ist in 2 dargestellt. Die Herstellung der Faserbündel 4 mittels einer flüssigen Matrix 7 ist in 2 nur einstufig dargestellt. Dies ist grundsätzlich ebenfalls möglich, erfordert jedoch eine andere Einstellung der Konsistenz der verwendeten Matrix 7 bzw. geänderte Einstellungen der Wärme- bzw. Belüftungsverhältnisse.
7. In einem anschließenden Beschichtungsbehälter 16 erfolgt eine Beschichtung mit alkali- und hochwärmebeständigen Beschichtungspartikeln 17. In einer bevorzugten Anwendung werden von außen über eine Partikelzufuhr 18 Glimmerplättchen definierter Dimension eingesetzt. Im Beschichtungsbehälter 16 erfolgt durch gerichtete Luftbewegungen eine Verwirbelung der Glimmerplättchen. Die bewegten Beschichtungspartikel 17 legen sich auf die noch klebrige Matrixoberfläche 25 der das Faserbündel 4 umhüllenden Matrix 23. Überschüssige Beschichtungspartikel 24 können aus dem Beschichtungsbehälter über eine Entnahmeöffnung 19 entnommen werden. Der letzte Beschichtungsvorgang, also dickes Matrix-Gel plus Beschichtung, kann wiederholt werden. Mit jeder weiteren Beschichtung erhöht sich der Brandschutz.
8. Das aus dem Beschichtungsbehälter 16 austretende, beschichtete Faserprofil 20 wird in einem Trocknungs- und Aushärtebehälter 22 mittels Wärmestrahlung 14 bzw. von warmer Luft oder auch von warmem CO₂-Gas umströmt, um den Gelier- und Härteprozeß der Matrix zu unterstützen.
9. Eine Transporteinrichtung 21 befördert das beschichtete Faserprofil 20 zu einer Schnitteinrichtung 15, in der die Faserprofile 20 auf die gewünschte Länge geschnitten werden.
Die 3 zeigt ein Faserprofil 20 im Querschnitt mit einer festen mineralischen Beschichtung auf der Matrixoberfläche 25 einer die Faserstränge 2 umhüllenden Matrix 23. Die Matrix 23 besteht aus einer wässrigen Lösung aus einem Metallsalz der Kieselsäure (Handelsname Wasserglas).
In 4 wird ein Faserprofil 20 zur Erzielung besonders hoher Brandsicherheit dargestellt. Dabei wird auf die innere Matrix 23, welche die Faserstränge 2 direkt umhüllt, abschließend eine äußere Matrixschicht 26 aufgebracht und ausschließlich oder auch zusätzlich mit festen mineralischen Beschichtungspartikel beschichtet. Als Beschichtungspartikel 24 wurden hier wieder Glimmerplättchen ausgewählt. Als äußere, zweite Matrixschicht 26 wird vorzugsweise dickflüssige gelartige Wasserglaslösung oder Epoxidharz verwendet. Die Zwischenräume zwischen den Fasersträngen 2 sind als innere Matrix 23 mit einer dünnflüssigen Siliziumsalzlösung-Matrix (Wasserglas) aufgefüllt. Die zweite äußere Matrixschicht 26 ist auf Grund ihrer teilweisen oder gänzlichen formschlüssigen Einbettung an/in die innere Matrixbeschichtung im Falle eines Brandes als eine Opferschicht zu werten und vorzugsweise nur dort einsetzbar, wo entsprechende Forderungen formuliert sind. Insbesonds eine äußere Epoxidharzschicht dient als Opferschicht im Falle einer Brandbelastung.
Als Glimmer bezeichnet man natürlich vorkommende Schichtsilikate, die sich durch eine ausgeprägte Plättchen-Struktur auszeichnen und als unterschiedliche Glimmertypen vorkommen. Besondere Eigenschaften von Glimmer sind seine plättchenförmigen Partikel, ein hohes Seitenverhältnis (1:30), seine Dichte von ca. 2,85 g/cm3, seine Härte von ca. 2,5 (Mohs), seine geringe Ölabsorption und seine hohe Temperaturbeständigkeit.
5 zeigt ein Faserprofil 20 mit einer festen mineralischen Beschichtung direkt auf einer inneren Matrix 23 aus Siliziumsalzen, wobei die Zwischenräume zwischen den Fasersträngen 2 von der dünnflüssigen Siliziumsalz-Matrix aufgefüllt sind und eine gemeinsame Umhüllung des Faserbündels 4 bilden. Als Beschichtungsmaterial 24 werden hier beispielsweise dünne Glasplättchen verwendet.
Ein Faserprofil mit flächiger Anordnung von parallel verlaufenden Fasersträngen 2 mit einer beidseitigen Beschichtung ist in 6 abgebildet. Zwischen den vielen Fasersträngen 2, von denen hier nur 2 Lagen abgebildet sind, ist eine innere Matrix 23 mit einer äußeren Matrixschicht 26 versehen, auf der die Beschichtungspartikel 24 eingebettet sind. Zum Einsatz kommt dieses Faserprofil beispielsweise als Gewebe und Gelege aus Carbon-, Basalt- oder Glasfasern mit beidseitiger Beschichtung als Brandschutzabdeckung.
Durch die Erfindung wird der bisher bekannte und praktizierte Herstellungsprozess so erweitert, dass insbesondere der im Bauwesen für viele Anwendungen notwendige praxistaugliche Brandschutz für statisch wirksame Bauteile aufgebracht wird.
Dazu wird erstmals ein thermische Strahlung reflektierender Brandschutz auf die Faserprofile aufgebracht. Für außerordentlich hohe und höchste Anforderungen an den Brandschutz kann zusätzlich ein Epoxidharz als Kleber, bekannt als Hitzeschutz in der Raumfahrt, die Glimmerplättchen mit dem pultrudierten Strang oder die Glimmerplättchen untereinander verbindend bestimmungsgemäß wirken.
Als statisch wirksame Bewehrung sind die Faserprofile durch diese Beschichtung vor Hitzeinwirkung, wie sie beispielsweise bei Bauwerksbränden entstehen, besser geschützt. Der sogenannte Versagensfall der Bewehrung durch unkontrollierte Hitzeeinwirkung wird deutlich verzögert.
Bezugszeichenaufstellung

1: Vorratsspule
2: Faserstränge
3: Rollen
4: Faserbündel
5: Matrixbehälter
6: Matrixzufuhr
7: Matrix
8: Strecke ohne Vorspannung
9: Transporteinrichtung
10: Matrixbehälter
11: Matrixzufuhr
12: Matrix
13: Strecke mit definierter Vorspannung
14: Wärmestrahlung
15: Transportrichtung
16: Beschichtungsbehälter
17: Beschichtungspartikel
18: Partikelzufuhr
19: Entnahmeöffnung
20: Faserprofil
21: Transporteinrichtung
22: Trocknungs- und Aushärteanlage
23: innere Matrix
24: Beschichtungspartikel
25: Matrixoberfläche
26: äußere Matrixschicht

Claims

Faserprofil zum Einsatz als Bewehrung in Betonbauten für hohe brandschutztechnische Anforderungen, wobei die Faserprofile aus in eine Matrix eingebetteten Fasersträngen aus Faserverbundwerkstoffen bestehen, dadurch gekennzeichnet, - dass die Faserstränge (2) von einer Matrix (23) umgeben sind, - die aus einer wässrigen Lösung aus einem Metallsalz der Kieselsäure (Wasserglas) besteht und - dass die Faserprofile (20) eine Beschichtung mit Beschichtungspartikeln (24) aus auf die Matrix (23) aufgebrachten alkalibeständigen, hochwärmebeständigen, plättchenförmigen Beschichtungsmaterialien besitzen.
Faserprofile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsmaterialien Sand- und/oder Glas- und/oder Glimmerplättchen sind.
Faserprofile nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserprofile (20) eine Beschichtung mit Beschichtungspartikel (24) aus in Epoxidharz eingebetteten Sand- und/oder Glas- und/oder Glimmerplättchen besitzen.
Verfahren zur Herstellung von Faserprofilen zum Einsatz als Bewehrung in Betonbauten für hohe brandschutztechnische Anforderungen, wobei Faserstränge in einem Pultrusionsprozess in eine Matrix (7) eingebettet werden und anschließend eine Härtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass - die Matrix (7) aus einer wässrigen Lösung aus einem Metallsalz der Kieselsäure besteht und - auf die die Faserprofile (2) umgebende Matrix (7) eine Beschichtung mit Beschichtungspartikel (17) aus alkalibeständigen, hochwärmebeständigen, plättchenförmigen Beschichtungsmaterialien erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf die die Faserprofile (20) umgebende Matrix (23) eine Beschichtung mit Beschichtungspartikel (24) aus in eine äußere Matrixschicht (26), beispielsweise Epoxidharz, eingebetteten Beschichtungsmaterialien erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmaterial Sand- und/oder Glas- und/oder Glimmerplättchen verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mehr als 95% der Oberfläche der Faserprofile (20) beträgt.