SE455798B - Brandherdig veggkonstruktion - Google Patents

Description

455 798 För att uppnå en fördröjningseffekt vad avser temperaturen på insidan av ett brandskåp har det tidigare föreslagits att i väggen anbrínga ett fasomvand- lingsmaterial, med vilket menas ett material som uppvisar en endoterm fasom- vandling; Denna fasomvandling skall ske vid en temperatur understigande den maximala temperatur som tillåtes på väggens insida. l den internationella ansökningen nr. WO 82/OOOÅO har det bl.a. föreslagits att använda glaubersalt, d.v.s. natriumsulfatdekahydrat, vilket har en fas- omvandlingstemperatur (smältning) av omkring 32°C och en andra fasomvandlings- temperatur (förångning av kristallvatten) av omkring l0O°C. Det är även känt att utnyttja silikatföreningar för att erhålla en endoterm omvandling, exem- pelvis från den tyska offentliggörande skriften DE-OS 24l36fiÄ. Från denna är det vidare känt att kombinera ett skikt av en silikatförening med skikt av míneralull.

Den amerikanska patentskriften nr. hhl3869 visar utnyttjande av gips, mineral- ull och en blandning av en silikatförening i fast fas och gips i fast fas.

Det är således i och för sig välkänt att använda en förening som genomgår en endotermlsk omvandling i syfte att fördröja att temperaturen stiger över den nivå där fasomvandling sker.

Emellertid utgör nämnda fasomvandlingsmaterial i sig inte konstruktionsmate- rial, varför användningen av dylika material måste kombineras med bärande kon- struktioner.

Föreliggande uppfinning eliminerar de ovan angivna olägenheterna med den kända tekniken och erbjuder ett väggelement med avsevärt mindre tjocklek än kända väggelement då samma prestanda skall uppnås.

Vidare är väggelementen väsentligt lättare än en betongvägg, varför vikten hos väggelementen avsevärt reduceras då förelggande uppfinning utnyttjas, jämfört med när väggelementen såsom konventionellt utföres i betong.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till en brandhärdig väggkonstruktion innefattande ett fasomvandlingsmaterial vars fasomvandling sker vid en tempera- tur understigande en för trä, papper etc. brandfarlig temperatur, vilket fas- omvandlingsmaterial innefattar natriumsilikat och ett bindemedel, och utmärkes av, att fasomvandlingsmaterialet innefattar en massa framställd av en bland- ning av vattenglas i flytande fas samt fritt vatten och ett bindemedel såsom cement eller motsvarande, och av att vikten av tillsatt fritt vatten översti- ger den sammanlagda vikten av vattenglas och cement men understiger omkring 3 3 455 798 ggr den sammanlagda vikten av vattenglas och cement, vilket fasomvandlingsmate- rial därmed har så högt vatteninnehâll att den endoterma reaktionen vid fasom~ vandlingen huvudsakligen utgöres av vattens förångning.

Nedan beskrives uppfinningen närmare i samband med bifogade ritning, där - figur l visar ett tvärsnitt av ett väggelement enligt en första utförings- form där uppfinningen tillämpas - figur 2 visar ett tvärsnitt av ett väggelement enligt en andra utföringsform där uppfinningen tillämpas - figur 3 visar ett tvärsnitt av ett väggelement enligt en tredje utförings- form där uppfinningen tillämpas.

Till grund för föreliggande uppfinning ligger en strävan att erhålla ett kon- struktionsmaterial lämpligt att använda i brandhärdiga väggkonstruktioner och som innehåller stora mängder vatten. Vatten är jämfört med andra i föreliggande sammanhang kända fasomvandlingsmaterial i huvudsak kostnadsfritt, samtidigt som det åtgår jämförelsevis stora energimängder för att höja vattnets tempera- tur från rumstemperatur till en temperatur överstigande l00°C. För normalt förekommande brandhärdiga väggkonstruktioner är det önskvärt att använda ett fasomvandlingsmaterial vars fasomvandling sker vid en temperatur understigande en för trä, papper etc. brandfarlig temperatur. Detta uppfylles då vatten ut- nyttjas..

En förening som kan innehålla stora mängder vatten i gelform är natriumsilikat Na20.nSi02 .pH20. Vattenglas är en sådan förening. Vattenglas absorberar stora mängder energi i ett temperaturintervall något över l00°C. Vattenglas innehål- lande 60% vatten ökar sitt värmeinnehåll med cza l900 kJ/kg från 2000 till 20006. Motsvarande värde för glaubersalt är c:a 2000 kJ/kg.

För rent vatten gäller att det ökar sitt värmeinnehâll i temperaturintervallet z0°c mi z00°c med ungefär 3000 kJ/kg. vatten är såiunda, i föreuggsnde Sam- manhang, effektivare än endast vattenglas eller glaubersalt.

Vatten är sålunda synnerligen billigt och effektivt att använda, men har givet- vis den nackdelen att det inte kan, eller i vart fall inte bör vara fritt utan mäste vara bundet.

Enligt föreliggande uppfinning utnyttjas ett fasomvandlingsmaterial innefattan- de en massa framställd av en blandning av vattenglas i flytande fas samt vat- ten och ett bindemedel såsom cement eller motsvarande, vilket fasomvandlings- 455 /9b 4 material har så högt vatteninnehåll att den endoterma reaktionen vid fasomvand- lingen huvudsakligen utgöres av Vattens förångning.

Det har överraskande konstaterats att en dylik massa kan framställas med ett vatteninnehåll som är så högt som drygt 80%. Hassan varierar beroende på vat- tenhalt från att vara sandig till gelartad.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning består fasomvand- lingsmaterialet av en massa framställd av en blandning av vattenglas i flytande fas, cement och vatten, där vatten är tillsatt i sådan mängd att vikten av till- satt fritt vatten överstiger den sammanlagda vikten av vattenglas och cement men understiger omkring 3 ggr den sammanlagda vikten av vattenglas och cement.

Företrädesvis används Portland-cement men även andra cementsorter kan ifråga- komma. Det har även visat sig att murkalk kan användas istället' för cement.

Förhållandet mellan vikten av cement och vikten av vattenglas, företrädesvis vattenglas med 60 vikts~% vatten, överstiger enligt en föredragen utförings- form omkring 0,h.

Nedan anges två blandnïngsexempel. I båda exemplen blandades vid framställnin- gen först Portland-cement och vatten. Denna blandning utnyttjades därefter som härdare för det flytande vattenglaset då blandningen blandades med vattenglaset.

Exempel-i En blandning framställdes bestående av l5 kg Portland-cement och 65 kg vatten, vilken blandades med 20 kg 60%-igt vattenglas. Blandningen härdade inom i minut till en gelartad men relativt fast massa. Massans densitet blev l330 kg/m3.

Vatteninnehållet i massan är 77%.

En blandning framställdes bestående av 80 kg Portland-cement och 720 kg vatten, vilken blandades med 200 kg 60%-igt vattenglas. Blandningen härdade inom 6 min- uter till en gelartad men relativt fast massa. Hassans densitet blev ll30 kg/m3.

I denna massa är vatteninnehållet således så högt som 8ü%.

Härdningstiden för dylika massor påverkas mest av andelen Portland-cement i blandningen. Härdningstiden minskar med en ökande andel Portland-cement. En kort härdningstid är vanligtvis fördelaktig av produktionstekniska skäl.

Ovan nämndes att vatten ökar sitt värmeinnehâll i temperaturintervallet 20°C cm 2oo°c med ungefär anno kJ/kg. 5 455 798 Massan enligt Exempel Il ovan ökar sitt värmeinnehåil med omkring 2800 kJ/kg i tenperaturinzervaiiet zo°c :iii 2oo°c. nerna i kombination med att förelig- gande blandning är synnerligen billig ger att blandningen är synnerligen lämp- ad för föreliggande ändamål.

Nämnda massa har 1 sig så låg näilfasfnet att väggeiemenr inte kan uppföras endast av massan, utan denna måste uppstagas. Emellertid har den en tillräck- lig hâllfasthet för att kunna gjutas och efter härdning bibehålla sin form även när den utsätts för en viss belastning. l figur 3 visas som utföringsexempel en enkel väggkonstruktion där föreliggan- de uppfinning tillämpas. Med siffran l betecknas väggelement som innefattar nämn- da massa 2.

Som framgått ovan är det möjligt att gjuta blandningen och därvid erhålla en gel- artad massa. Emellertid är det på grund av den höga vattenhalten, som kan uppgå till omkring 85%, viktigt att skydda massan från uttorkning. Detta kan ske genom att omsluta massan med ett tätt hölje, såsom med en plastfolie 3, exempelvis en polypropylenfolie eller en kombination av plåt och plastfolie eller plasttejp.

Vid framställning av en väggkonstruktion enligt uppfinningen gjuts därför bland- ningen i påsar av plastfolie 3 i en för det ifrågavarande väggelementet avsedd form.

För att erhålla tillräcklig hållfasthet är enligt en föredragen utföringsform nämnda påsar omgivna av tunna plåtar 4,5 vilka bildar ett utrymme i vilket på- sarna är placerade. Härvid är den närmast väggelementets tänkta utsida 6 beläg- na plåten perforerad med en mängd små hål 7, av vilka endast ett fåtal visas i figur 3. Anledningen' härtill är att när väggelementets utsida utsätts för så hög temperatur att vattnet i massan förångas, brister påsarna 3 på grund av det i dessa rådande trycket varefter vattenângan kan uttränga genom nämnda hål i riktning mot väggelementets utsida.

Alternativt kan nända hölje utgöras av plåtar av stål eller annan metall. Här- vid är plåtarna anslutna mot varandra i hörn eller anslutna mot trälister i ett mellan plåtarna liggande regelverk medelst en tät plasttejp. Vid förångning av vattnet i massan till följd av en hög temperatur brister plasttejpen varvid vattenånga kan uttränga ur det mellan plåtarna bildade utrymmet. För det fall plåtarna ansluter till träreglar är träreglarna försedda med hål vilka är för- seglade med tät plasttejp.

I figur 3 visas en trälist 8 som utgör ett distansorgan mellan plåtarna ë,5.

Genom att använda en trälist undvikes värmebryggor.

I syfte att fördröja att den på utsidan 6 av väggelementet rådande temperaturen tränger in till fasomvandlingsmaterialet 2 förefinns enligt en utföringsform visad i figur l ett isolerande skikt 9 av mineraluil utanför den perforerade plåten ü, I Givetvis kan väggelementen l,l0,ll kläs med en lämplig inre och yttre bekläd- nad 12,13 för att ge väggen önskat utseende. En dylik beklädnad l2,l3 kan exem- pelvis för inomhusytor vara skivformat byggnadsmaterial vilka tapetseras och för utomhusytor puts eller tegel.

Denovan beskrivna väggkonstruktionen har visat sig vara synnerligen effektiv.

För att exempelvis vid en yttertemperatur av l000°C förhindra att på 2 timmar väggens insidas lå temperatur överstiger omkring l2Û°C är det för väggkonstruk- tionen visad i figur l tillräckligt med en tjocklek av nämnda massa av omkring 30 mm och en mineralullstjocklek av 20 mm. Hela väggens tjocklek vid utnyttjan- de av byggksivor l2, 13 blir endast omkring 60mm. Plåtarnas ü,S tjocklek kan exempelvis vara l mm.

Föreliggande väggkonstruktion löser således helt de inledningsvis nämnda olägen- heterna.

I vissa sammanhang, såsom vid väggar för datarum eller rum med annan utrust- ning som är känslig för förhöjda temperaturer, skall temperaturen på väggens insida lä under ovan angivna förhållanden inte överstiga omkring 50°C.

För dylika tillämpningar innefattar, enligt en modifikation av uppfinningen, väggkonstruktionen även ett andra fasomvandlingsmaterial placerat på avstånd från men parallellt med förstnämnda fasomvandlingsmaterial, som utgöres av nämnda massa. Det andra fasomvandlingsmaterialet är så valt att det fasomvand- las vid en lägre temperatur än massan, nämligen vid en temperatur understigan- de SOOC, och är enligt uppfinningen placerat närmare väggkonstruktionens tänkta insida lå.

En avsevärd nackdel som är förknippad med den kända tekniken är att tjocka skikt av konventionellt isolerande material måste användas liksom relativt tjocka skikt av ett fasomvandlingsmaterial, på grund av att endast ett fas- omvandlingsmaterial utnyttjas vilket fasomvandlas vid en temperatur endast något under eller vid den högsta tillåtna temperaturen.

Genom att kombinera ett skikt av nämnda massa med ett andra fasomvandlings- material som fasomvandlas vid en lägre temperatur uppnås att en relativt sett 7 455. 7-98 liten mängd av det andra fasomvandlingsmaterialet behövs samtidigt som väg- gens totala tjocklek blir ringa jämfört med fallet då endast det andra fas- omvandlingsmaterialet utnyttjas i kombination med en tjock isolering av mine- ralull.

Det andra fasomvandlingsmaterialet utgöres företrädesvis av glaubersalt.

Glaubersalt omvandlas förutom vid en temperatur av drygt l00°C vid en tempe- ratur av cza 32°C. Detta medför att glaubersalt ökar värmeinnehållet med 200 kJ/kg i temperaturintervallet 2006 till 5000, varför glaubersalt är lämpligt att använda närmast väggens ínnersida. Motsvarande ökning av värmeinnehållet i temperaturintervallet 2000 till S006 uppvisas även av fixersalt çdhg papaf- glfin.

Sistnämnda tillämpning exemplifieras i figur 2.

Det andra fasomvandlingsmaterialet l5 är inneslutet i påsar l6 av ett flexi- belt och tätt material, företrädesvis en tre~skikts plastfolie.

För att hålla nämnda påsar 16 på plats samt för att isolera dessa från det första fasomvandlingsmaterialet fylls utrymmet l7 mellan nämnda plåt 5 och den beklädnad l3 som utgör väggens insida med polyuretanskum l8 eller motsvarande efter det att påsarna positionerats.

Den i figur 2 visade väggen ll har visat sig vara ytterst effektiv. För att klara en yttertemperatur av IDDOOC under två timmar utan att väggens insidas temperatur överstiger 50°C kan tjockleken av påsarna 16, räknat från höger till vänster i figur 2 vara l0 mm, då den totala bredden av utrymmet l8 är 20mm. Påsarnas 3 tjocklek är då 30 mm och mineralullskiktets 9 tjocklek är 20 mm.

För detta fall där yttertemperaturen är l000°ß har efter en viss tid värmen trängt in till utrymmet l8. Genom att en stor värmemängd åtgår för att för- ånga vatten i massan 2 faller temperaturgradienten från l000°C till ungefär l00°C över mineralullskiktet 9; I slutskedet av ett prov, d.v.s. efter närmare två timmar hålls temperaturen på en nivå av l00°C vid plåten 5 utanför poly- uretanskiktet. Genom att polyuretanskum har mycket goda värmeisolerande egen- skaper transporteras små värmemängder genom detta.

Genom föreliggande väggkonstruktion erhålles således ett jämfört med konven- tionell teknik tunt väggelement. Att väggelementet är relativt tunt medför i sin tur att det är relativt lätt. Dessutom är väggelementet relativt billigt. istället för att anordna påsarna l6 på det i figur 2 visade sättet, kan istället (X1 7G' 455 798 det andra fasomvandlingsmaterialet samlas på det ställe av det utrymme som skall skyddas mot en för hög temperatur där temperaturen stiger snabbast.

Sålunda kan utrymmen såsom i mindre rum eller i olika typer av brandskåp en kassett eller hållare förefinnas i taket på utrymmet vilken innehåller påsar med det andra fasomvandlingsmaterialet. Härvid uppnås en effekt helt motsvarande den ovan nämnda eftersom det andra fasomvandlingsmaterialet vid fasomvandlingen sänker lufttemperaturen i utrymmet. Enligt detta utförande bibehålles således isolerskiktet 18 bestående företrädesvis av polyuretan- skum.

Förutom att utgöra väggar i datarum kan den sist beskrivna väggkonstruktionen utgöra väggar i dokumentskâp och förvaringsskâp. Härvid utnyttjas de i vägg- elementet ingående plâtarna för att fästa olika väggelement till varandra. Även skåpets dörr utföres enligt uppfinningen.

För exempelvis vikväggar av ovan angivet slag, utnyttjas lämpligen en vägg- konstruktion i huvudsak enligt figur 3. Härvid kan de med siffrorna 12 och l3 betecknade beklädnaderna utgöras av plåtar vilka utnyttjas som bärande element i vikväggskonstruktionen.

Föreliggande uppfinning kan givetvis tillämpas i allehanda sammanhang där en brandhärdig väggkonstruktion erfordras. Vidare kan massan enligt uppfin- ningen kombineras med andra än de som utföringsexempel angwna materialen.

Föreliggande uppfinning skall således inte anses begränsad till de ovan an- givna utföringsformerna utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram.

Claims (3)

1. 455 798 Patentkrav 1. Brandhärdig väggkonstruktion innefattande ett fasomvandlingsmaterial vars fasomvandling sker vid en temperatur understigande en för trä, papper etc. brandfarlig temperatur, vilket fasomvandlingsmaterial innefattar natrium- silikat och ett bindemedel, k ä n n e t e c k n a d a v, att fasomvandlings- materialet innefattar en massa (2) framställd av en blandning av vattenglas i flytande fas samt fritt vatten och ett bindemedel såsom cement eller mot- svarande, och av att vikten av tillsatt fritt vatten överstiger den samman- lagda vikten av vattenglas och cement men understiger omkring 3 ggr den sammanlagda vikten av vattenglas och cement, vilket fasomvandlingsmateríal därmed har så högt vatteninnehàll att den endoterma reaktionen vid fasom- vandlingen huvudsakligen utgöres av vattens förångning.

2. Brandhärdig väggkonstruktion enligt krav i, k ä n n e t e c k n a d a v, att förhållandet mellan vikten av cement och vikten av vattenglas, företrädesvis vattenglas med 60 vikts-Z vatten, överstiger omkring Û.Å.

3. Brandhärdig väggkonstruktion enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d a v, att fasomvandlingsmaterialet (2) är omslutet av ett tätt hölje av metallplåt eller alternativt av en plastfolie (3) företrädes- vis en poiypropylenfolie. Å. 'Brandhärdig väggkonstruktion enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e - t e c k n a d a v, att nämnda fasomvandlingsmaterial (2),för det fall det är inneslutet i plastfolie, är omgivet av tvâ på avstånd från varandra parallella tunna plåtar (Ä,5), där den närmast väggelementets (1;i0;11) tänkta utsida (6) belägna plåten (Å) är perforerad med en mängd små hål (7). 5. Brandhärdig väggkonstruktion enligt krav l, 2, 3 eller Ä, k ä n n e - t e c k n a d a v, att mellan nämnda fasomvandlingsmaterial (2) och vägg- elementets tänkta utsida (6), dvs den sida som i händelse av brand uppvärms, förefinns ett skikt av ett isolerande material (9), Såsom mineralull. 6. -Brandhärdig väggkonstruktion enligt krav l, 2, 3, Å eller S, k ä n n e t e c k n a d a v, att väggkonstruktionen även innefattar ett andra fasomvandlingsmaterial (15) placerat på avstånd från men parallellt med förstnämnda fasomvandlingsmaterial (2), vilket andra fasomvandlings- material (15) fasomvandlas vid en lägre temperatur än förstnämnda fasom- vandlingsmaterial (2) och vilket andra fasomvandlingsmaterial (15) är av- sett att befinna sig närmare väggkonstruktionens tänkta insida (ik). 455 798 7. Brandhärdig väggkonstruktion enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d a v, att det andra fasomvandlingsmaterialet (15) består av ett salt som fas- omvandlas vid en temperatur understigande omkring 5006, företrädesvis giauber- salt. 8. Brandhärdig väggkonstruktion enligt krav 6 eller 7, k ä n n e t e c k - n a d a v, att det andra fasomvandlíngsmaterialet (15) är inneslutet i påsar_(16) av ett flexibelt och tätt material, företrädesvis en tre-skikts plastfolie. 9. Brandhärdig väggkonstruktion enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d a v, att nämnda påsar (16) innehållande nämnda andra fasomvandlingsmaterial (15) förefinns placerade nära väggelementets tänkta insida (13), och av att ett isolermaterial, företrädesvis polyuretanskum, förefinns i ett väggav- snitt som utgöres av ett utrymme (18) mellan nämnda insida (13) och den närmast insidan (2) belägna plåten (5), som omger det första fasomvandlings- materialet (2).