DUCON Security 2018 DE · DUCON®-Beton mit der Optik von Glas und Naturstein kombiniert werden....

DUCON Europe GmbH & Co. KG

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DUCON Europe GmbH & Co. KG | DUCON® Security 3

Einleitung Die DUCON®-Technologie verbindet einen selbstverdichtenden hochfesten Beton mit einer räumlichen Mikroarmierung (MicroMat®) zu einem innovativen Hochleistungsbeton mit herausragenden Eigenschaften. DUCON®-Beton zeichnet sich durch extreme Festigkeit und Tragfähigkeit bei gleichzeitig sehr hoher Duktilität aus. In Kombination mit einer sehr guten Dauerhaftigkeit und Widerstandsfähigkeit werden außergewöhnlich dünnwandige und frei formbare Bauteile möglich. Die Baustoffeigenschaften können durch unterschiedliche Variationen des Materialaufbaus an ein spezifisches Anforderungsprofil angepasst werden. Aufgrund der ausgezeichneten Materialeigenschaften wird DUCON® als Sicherheitsbeton gegen dynamische Einwirkungen wie Explosionen, Beschuss, Anprall oder Erdbeben eingesetzt. Zudem besitzt der Baustoff durch die hohe Dauerhaftigkeit und Dichtheit eine Zulassung als Dichtschicht nach Wasserhaushaltsgesetz (WHG) und wird über große Flächen fugenlos als Industrieboden verbaut. Darüber hinaus ermöglichen die dünnen Bauteilstärken und die Formbarkeit architektonische und designtechnische Sonderbauteile wie Betonfassaden, filigrane Treppen und Möbelstücke. Mit DucoGlass® und DucoStone® kann die Tragfähigkeit und Schutzwirkung von DUCON®-Beton mit der Optik von Glas und Naturstein kombiniert werden. Der simple Materialaufbau und ein geringer Herstellungsaufwand machen DUCON® zu einer deutlich wirtschaftlicheren Lösung als andere Hochleistungsbaustoffe. Die Herstellung reduziert sich auf das Auslegen der Mikroarmierung (MicroMat®) mit anschließender Mörtelinfiltration. DUCON® ist sowohl horizontal als auch vertikal verarbeitbar und kann als Ortbeton oder Fertigteil ausgeführt werden. Die hohe Fließfähigkeit und eine moderne Schalungstechnik machen ein Rütteln des Betons und eine Nachbehandlung der Oberfläche obsolet. Ausgeführte Flächen können durch eine hohe Anfangsfestigkeit zügig wieder belastet werden. Die patentierte DUCON®-Technologie ist einzigartig und trägt bereits seit über zehn Jahren entscheidend zum Erfolg von Neubauprojekten und Sanierungen mit besonderen Anforderungen in den Bereichen Sicherheit, Industriebeschichtung, Architektur und Design bei.

Abbildung 1: DUCON Anwendungsbereiche


DUCON® Security Die Vernetzung von Flexibilität und Stabilität in den Baustoffeigenschaften von DUCON®-Beton sind von entscheidender Bedeutung für den Einsatz von DUCON® als Sicherheitsbeton. Mit DUCON® Security ist es möglich, den Schutz von Gebäuden vor gewaltsamen Ereignissen mit geringen Bauteilstärken effektiv zu erhöhen. Im Gegensatz zu herkömmlichem Stahlbeton, der sich gegen dynamische Einwirkungen als wenig fest und spröde zeigt, verhält sich DUCON®-Beton extrem stabil und duktil. Dabei spielt es nahezu keine Rolle in welcher Form Kräfte auf den Baustoff einwirken. Explosionen, Beschuss, Durchbruchversuchen, Erdbeben und deren Kombinationen hält DUCON® ab einer Bauteilstärke von nur 4 cm bereits stand. Die Widerstandsfähigkeit und anschließende Funktionstüchtigkeit wurde in zahllosen Versuchen und Forschungsmaßnahmen renommierter Universitäten und Einrichtungen nachgewiesen. Gleichzeitig lässt sich DUCON® aufgrund der freien Formbarkeit an das architektonische Gesamtbild anpassen. Die DUCON®-Technologie schützt in Form von DUCON® Security bereits mehrere kritische Infrastrukturen, Botschaften, Hochhäuser, Gemeindezentren, Hochsicherheitsrechenzentren und Kernkraftwerke. Die DUCON®-Technologie hat mit ihren außergewöhnlichen Baustoffeigenschaften bereits über Grenzen hinweg für Aufsehen gesorgt. Die Leistungsfähigkeit wurde unter anderem in Formaten des Discovery Channels, RTL Aktuell und die Große Show der Naturwunder veranschaulicht.

Abbildung 2: DUCON Security


Anti-Terror-Beton Die innovative DUCON®-Technologie eignet sich zum Schutz vor terroristischen Angriffen jeglicher Art. Den Einsatzmöglichkeiten und Konstruktionen sind nahezu keine Grenzen gesetzt. Die Baustoffeigenschaften, wie bspw. eine hohe Tragfähigkeit bei gleichzeitig extremer Duktilität ermöglichen die Aufnahme größter dynamischer Einwirkungen. Zusätzlich gewährleistet DUCON® Splitterfreiheit sowie eine hohe Energieabsorption. Zur Anwendung kommen unter anderem Wände und Fassaden aus dünnen DUCON®-Platten, die Schutz gegen Explosionen, Beschuss, Anprall und Durchbruch bieten. Gleichzeitig bleiben die Konstruktionen architektonisch beliebig gestaltbar. Als eine Art Schutzhaut werden DUCON®-Platten bspw. als hinterlüftete Fassade an bestehende Gebäude angebracht. Im Vergleich zu Stahlbeton gilt bei der Dimensionierung: DUCON® kann aufgrund seines höheren Widerstands mit halber Bauteilstärke und somit auch halbem Bauteilgewicht ausgeführt werden und ist darüber hinaus splitterfrei.

Abbildung 3: Explosionsschutz DUCON - Stahlbeton

Explosionsschutz eines DUCON Bauteils bei halber Bauteilstärke und halbem Gewicht im Vergleich zu Stahlbeton. Dazu: Kein Trümmerwurf.


Schuss- und Durchbruchhemmung Die engmaschige, räumliche Mikroarmierung der DUCON®-Technologie ermöglicht einen hohen Widerstand gegenüber Beschuss. Mit einer Bauteilstärke von nur 10 cm wird bereits die höchste Widerstandsklasse PM7 erfüllt. Zudem gewährleistet der Baustoff Schutz gegen Multihit-Beschuss. Dabei entstehen nur lokale Schädigungen. Widerstandsklasse: PM7 mit d = 10 cm (Hartkerngeschosse, auch Wolframkarbid) Die Durchbruchhemmung ist eine Kenngröße zum Widerstand eines Bauteils gegenüber der Einwirkung von Werkzeugen gemäß einem Tatmittelkatalog. DUCON® erfüllt bereits ab einer Bauteilstärke von 7,5 cm die höchste Durchbruchhemmungsklasse RC6. Widerstandsklassen nach DIN EN 1627: RC6: d = 7,5 cm RC5: d = 5 cm Für erhöhte Anforderungen wurde der Widerstand einer 10 cm starken DUCON®-Platte bei einem Durchbruchversuch mit Bohrhammer, Betonsäge, Kernbohrer und Sauerstofflanze ermittelt. Die 10 cm DUCON®-Platte mit dem Standardaufbau erfüllt alle Kriterien des Tatmittelkataloges und der entsprechenden Richtlinie. Bei einer 10 cm DUCON®-Platte mit speziellem Aufbau ist sogar ein Durchdringen mittels Stemmhammer, Betonsäge und Kernbohrer unmöglich. Bei der Dimensionierung gilt auch hier folgende Faustformel: DUCON® kann bei gleicher Schutzwirkung im Vergleich zu Stahlbeton mit halber Bauteilstärke (und halbem Gewicht) ausgeführt werden.

Abbildung 4: Bauteilstärke: 10 cm: Durchbruchversuch mit Stemmhammer (links); Multihit Beschuss (Mitte); Durchbruchversuch mit Sauerstofflanze (rechts)


Explosionsschutz DUCON®-Beton erfüllt schon heute höchste Sicherheitsanforderungen bei nur sehr geringen Bauteilstärken. Der Explosionsschutz von DUCON® konnte in Versuchen mit Kontaktladung nachgewiesen werden. Während bei Stahlbeton - trotz höherer Festigkeiten - glatte Durchschüsse mit Trümmerwurf beobachtet wurden, entstand bei DUCON® hingegen lediglich ein Sprengabdruck ohne Trümmerwurf. Somit besteht nach der Sprengung weiterhin eine vollständige Schutzwirkung durch DUCON®. Die DUCON®-Technologie kommt zum Explosionsschutz maßgeblich in Wänden und Mauern von Neubau und Bestand zum Einsatz. Aufgrund der Schlankheit der Bauteile sind auch Fassadenkonstruktionen möglich. Mit dem Baustoff wurden bereits mehrere gefährdete Infrastrukturen wie öffentliche Einrichtungen, Botschaften, Rechenzentren oder Kraftwerke erfolgreich geschützt.

Abbildung 5: Explosionsversuche mit Kontaktdetonation:

Stahlbeton C50/60: Durchschuss (links); DUCON: Sprengabdruck, 90 % Querschnittserhalt (rechts)

Abbildung 6: Ausführungsbeispiele von DUCON Security als Schutzwände


Erdbebenschutz DUCON®-Beton steigert in Form einer Ummantelung nicht nur den Widerstand von Stahlbetonstützen gegen Explosion und Anprall sondern auch gegen die Einwirkungen von Erdbeben. Die dünne Ummantelung mit DUCON® verhindert das Ausbrechen des Stahlbetons infolge Explosion und Erdbeben und sichert somit die Standsicherheit der Gebäudestruktur. Damit ist der Schutz von Hochhäusern vor einem „Progressive Collapse“ möglich. Ummantelungen und Stützenverstärkungen sind in Neubau und Bestand als Fertigteile oder Ortbeton ausführbar. Stützenverstärkungen mit DUCON® sind aufgrund der kurzen Ertüchtigungszeiträume zudem sehr wirtschaftlich.

Abbildung 7:

Prinzip Stützenverstärkung (links), Umsetzung Stützenverstärkung (Mitte), fertiggestellte Stütze (rechts)

Close range

Contact

RFConcrete DUCON DUCON DUCON

Confinement1 Confinement2

Res

t bea

ring

capa

city

[%]

Close range

Contact



Close range

Contact



Res

t bea

ring

capa

city

[%]

Abbildung 8: Versuche mit Kontaktdetonation zur Ermittlung der Resttragfähigkeit:

Resttragfähigkeit Stahlbeton: 4-15 % (links); DUCON: 50-100 % (Mitte); Grafische Übersicht (rechts)


Trümmerschutz Große Räume und Hallen mit freitragenden Deckenflächen wie bspw. Sporthallen, öffentliche Einrichtungen oder Fertigungshallen oder Gebäude mit hohen Sicherheitsanforderungen wie bspw. Rechenzentren stellen hohe Anforderungen an die bauliche Sicherheit. Deckenkonstruktionen aus üblichem Stahlbeton weisen bei Bauteilversagen (bspw. durch Explosionen) einen für den Menschen und die Einrichtung gefährlichen Trümmerwurf auf. Die Verstärkung von Stahlbetondecken mit einer Trümmerschutzschicht aus DUCON®-Beton kann hier zu einer erheblichen Verbesserung der Sicherheit führen. In Versuchen konnte gezeigt werden, dass Trümmerschutzschichten aus DUCON®-Beton ab einer Bauteilstärke von 1,5 cm das lokale Versagen von Stahlbetonbauteilen auffangen können. Dabei wirkt die Trümmerschutzschicht aus DUCON®-Beton wie ein Fangnetz, das ein Herabstürzen von Trümmerteilen verhindert. Personen oder hochsensible Anlagen können somit erfolgreich geschützt werden.

Abbildung 9: DUCON als integriertes Fangnetz (Modellversuch im Maßstab 1:2 des Fraunhofer EMI)

Abbildung 10: Einbau einer Trümmerschutzhaut


Technische Daten Beschreibung: Selbstverdichtender mikrobewehrter Hochleistungsbeton Technische Daten: Druckfestigkeiten: 100 – 200 N/mm2 Biegezugfestigkeiten: 20 – 75 N/mm2 Zentr. Zugfestigkeiten: 9 – 20 N/mm2 Schubtragfähigkeit: 3 – 16 N/mm2 Elastizitätsmodul: > 40.000 N/mm2 Rohdichte: 25 KN/m3 Bauteilstärken: > 10 mm Abrieb: Standardmörtel: 10 cm3/50cm2 (< 15 cm3/50cm2, Klasse 1)

2,8 cm3/50cm2 (< 15 cm3/50cm2 = Klasse 1) < 3 cm3/50cm2 = Klasse A3 (DIN EN 13813 Betonflächen) < 4 cm3/50cm2 = Klasse F11M (DIN EN 18560 Hartstoff)

Ausbreitmaß: > 35 cm (EN 196, Haegermann, extrem fließfähig) Schwinden: 0,5 – 0,6 ‰ (ohne Mikrobewehrung: 0,9‰) Bruchenergie: Gf = 50 – 80 kN/m (unbew. Beton 0,1 – 0,15 kN/m) Beschusshemmung: PM9: FMJPBHC bei d = 8 cm (DIN EN 1522), PM14 bei 10-15cm Einbruchhemmung: RC6 mit d = 7,5 cm (DIN EN 1627) Explosionsschutz: > 1,0 bar bei d = 6 cm (gefährdete Einrichtung)

> 10 bar msec Impuls bei d = 6 cm Weitere Merkmale: Extrem duktil, d.h. große Verformbarkeit Hohe Tragfähigkeit, hohe Schlagfestigkeit, hohe Energieaufnahme Hohe Dauerhaftigkeit, Rissbreitenbeschränkung Hohe Abriebfestigkeit, hoher Frost-Tausalz-Widerstand Dichtheit gegen wassergefährdende Stoffe Gute Wärmeleitfähigkeit und –speicherkapazität, elektrische Leitfähigkeit Räumliche Steifigkeitsregulierung Multifunktional, einstellbare Materialeigenschaften Bauteile: Beliebige Querschnitte (z.B. Rund-, Kasten-, Wellen-, T-Profile) Verschleiß- und Dichtschichten, Flächen, Behälter, Rohre, Träger Umwicklung von geschwächten Bauteilen (nachträgliche Verstärkung) Fugenlos, Fertigteile, Vorspannung möglich Herstellung: Auslegen der Mikroarmierung mit anschließender Mörtelinfiltration Baukastensystem bewirkt einfache, schnelle und wirtschaftliche Ausführung

DU

CO

NR

einforced Concrete (R

FC)

DU

CO

NR

einforced Concrete (R

FC)

Abbildung 11: Vergleich Kennwerte DUCON, Beton & Faserbeton (links); Prinzip Stützenverstärkung (Mitte); Biegezugversuch DUCON (rechts)


Forschungseinrichtungen / Consultants Versuche, Berechnungen und Gutachten sind unter anderem an folgenden Instituten und Forschungseinrichtungen durchgeführt worden:

Deutschland / Schweiz

USA


Untersuchungen des Fraunhofer Institutes für Kurzzeitdynamik (Ernst-Mach-Institut) am Schutzsystem DUCON® ergaben:

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