Projekt In situ Bewertung von bestehenden Stahlkonstruktionen mit reaktivem Brandschutzsystem (INSIST)

07.09.2023

• Gegenstand
• Ziel
• Methodik
• Förderer

Der Feuerwiderstand von ungeschützten Stahlbauteilen lässt sich durch den Einsatz reaktiver Brandschutzsysteme (RBS) signifikant erhöhen. Aktuell wird eine Nutzungsdauer auf 10 Jahren zugrunde gelegt. Für einen längeren Verwendungszeitraum sind in der Regel zusätzliche Untersuchungen erforderlich. Anhand des neu entwickelten in-situ Prüfverfahrens wird eine Möglichkeit geschaffen, die tatsächliche thermische Schutzwirkung des RBS am Bestandsbauwerk zu bestimmen.

Das Forschungsvorhaben zielt darauf ab, ein in-situ Verfahrens zur Prüfung und Bewertung des Feuerwiderstands von bestehenden Stahlkonstruktionen mit gealtertem RBS zu entwickeln. Neben der Erstellung eines Prototyps für ein entsprechendes Prüfgerät soll das Verfahren durch die Erstellung eines numerischen Modells (digitaler Zwilling) und die Bestimmung der effektiven Temperaturleitfähigkeit des RBS flankiert werden.

• Entwicklung des Prüfaufbaus sowie eines Geräteprototyps
• Erprobung der neuen in-situ Prüfmethode
• Nachweis des Feuerwiderstands anhand vergleichender Erwärmungsversuche an mit RBS beschichteten Stahlplatten und I-Profilen
• Nachweis des Feuerwiderstands mittels effektiver Temperaturleitfähigkeit des RBS
• Anwendungs- und Auswertungsempfehlungen

Förderung:
Deutsches Institut für Bautechnik (Projekt P 52-5-4.209-2069/21)

Projektleitung:
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)

Reaktive Brandschutzsysteme (RBS)

Mittels RBS lässt sich der Feuerwiderstand von Stahlbauteilen verbessern und gleichzeitig durch die profilfolgende Applikation und die geringen Beschichtungsdicken gestalterischen Ansprüchen nachkommen. Die Verwendung von RBS hat sich daher im Stahlbau etabliert. Es handelt sich um nicht geregelte Bauprodukte deren Anwendung im Allgemeinen durch nationale Zulassungen oder europäische Dokumente erfolgt. RBS bestehen aus einer Grundierung, einem intumeszierenden Anstrich und einem Decklack. Angeregt durch die Temperatureinwirkung infolge eines Brandes bildet das RBS durch Aufschäumen eine thermische Schutzschicht aus. Dadurch wird die Erwärmung des beschichteten Stahlbauteils verlangsamt und der Festigkeitsverlust des Stahls infolge hoher Temperaturen verzögert. Im Ergebnis lässt sich dadurch ein besserer Feuerwiderstand erreichen.

Überprüfung der Dauerhaftigkeit von RBS

Für den Einsatz von RBS muss neben den brandschutztechnischen Eigenschaften auch die Dauerhaftigkeit sichergestellt werden. Verschleiß, Alterung oder Umwelteinflüsse können die Leistungsfähigkeit reduzieren und im schlimmsten Fall einen kompletten Funktionsverlust und Austausch der Brandschutzbeschichtung nach sich ziehen. Da sich die thermische Schutzwirkung von RBS erst im Brandfall zeigt, sind zum Nachweis der Dauerhaftigkeit entsprechende Prüf- und Bewertungsverfahren unerlässlich. In der Regel finden solche Untersuchungen ausschließlich im Rahmen des nationalen Zulassungsverfahrens bzw. des europäischen Bewertungsverfahrens statt. Für die Beurteilung wird eine Nutzungsdauer von mindestens 10 Jahren zugrunde gelegt.

In der Praxis besteht vermehrt der Bedarf, die Feuerwiderstandsdauer einer bestehenden Stahlkonstruktion mit gealtertem RBS zu überprüfen. Derzeit vorhandene in-situ Prüfverfahren, z.B. Sichtprüfung, Beflammungstest, Haftzugprüfung oder chemische Analyse, sind zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit des RBS nur bedingt geeignet. Eine zuverlässige Bestimmung der brandschutztechnischen Wirksamkeit eines RBS und des daraus für das Stahlbauteil resultierenden Feuerwiderstands ist derzeit ausschließlich im Labor anhand eines Bauteilbrandversuchs möglich. Allerdings müssen hierfür Bauteile aus dem Tragwerk entnommen werden, weshalb das Verfahren in der Praxis nur im Einzelfall Anwendung findet. Es besteht daher eine hohe Nachfrage nach einer aussagekräftigen und praktikablen in-situ Prüfmethode zur Beurteilung der thermischen Schutzwirkung von RBS auf bestehenden Stahlkonstruktionen. Das Forschungsprojekt zielt darauf ab, eine solche Methode zu entwickeln.

Entwicklung eines Verfahrens zur in-situ Prüfung des Feuerwiderstands von RBS

Im Rahmen des Forschungsprojekts wird ein Geräteprototyp für ein entsprechendes in-situ Prüfverfahren entwickelt. Ferner soll mittels eines numerischen Modells (digitaler Zwilling) die effektive Temperaturleitfähigkeit des RBS bestimmt und im Rahmen einer Heißbemessung der Feuerwiderstand berechnet werden. Durch die im Vorhaben erarbeiteten Empfehlungen zur Durchführung und Auswertung der in-situ Prüfmethode soll eine qualifizierte und quantifizierte Bewertung von gealterten RBS ermöglicht werden. Wird durch die neue in-situ Prüfmethode der Funktionsnachweis für das RBS erbracht, d.h. die Bestandskonstruktion verfügt über den erforderlichen Feuerwiderstand, dann ist ein Austausch des gealterten RBS nicht erforderlich. Dies bietet insbesondere vor dem Hintergrund der Ressourcenschonung und der Wirtschaftlichkeit bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung des bestehenden Sicherheitsniveaus einen wesentlichen Vorteil.

Förderung

Deutsches Institut für Bautechnik (Projekt P 52-5-4.209-2069/21)

Projektleitung

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)