Offsite-Brandschutzbeschichtung fördert Baueffizienz und Nachhaltigkeit

Eine neue Methode für die Planung und den Bau von Hochhäusern revolutioniert die Bauindustrie. Die einfache Verlagerung des Ortes, an dem der Stahl beschichtet wird, von der Baustelle zu einer externen Anlage ist ein entscheidender Faktor und ermöglicht es Bauherren, auf bisher unpraktischen Grundstücken Gebäude zu errichten.

Diese Methode, die eine umfangreiche Vorfertigung umfasst, ist schneller, effizienter und nachhaltiger als herkömmliche Ansätze. Ein Großteil der Arbeit wird abseits der Baustelle erledigt, indem Wand- und Bodenplatten gebaut werden, die bereits die Heizungs-, Elektro- und Sanitärinfrastruktur enthalten und deren architektonische Endbearbeitung bereits durchgeführt wurde. Auf der Baustelle werden diese Platten wie Legosteine zusammengesetzt und dann mit dem Stahlskelett des Gebäudes verbunden.

Dank dieser Effizienz kann ein Projekt, dessen Bau normalerweise zwei Jahre dauern würde, in der Hälfte der Zeit abgeschlossen werden. Es wird weniger Material verschwendet und die Baufahrzeuge müssen weniger fahren.

Sustainable Living Innovations (SLI) nutzte diese Methode für den Bau des 303 Battery, eines 15-stöckigen Apartmentkomplexes mit 112 Wohnungseinheiten in Seattle. In seinem Werk in Tacoma, Washington, fertigte das Unternehmen fast 1.000 Wand- und Bodenpaneele für das Projekt – das erste Wohnhochhaus der Welt, das die vom International Living Future Institute festgelegten Netto-Nullenergie-Energienormen erfüllen soll. Das bedeutet, dass das Gebäude 105 % der Energie erzeugen wird, die es verbraucht – durch den Einsatz von Solarplatten und Wärmerückgewinnungsanlagen, die Wiederverwendung von Grauwasser und die Einführung anderer nachhaltiger Systeme.

Während SLI die Konstruktion der vorgefertigten Platten bereits optimiert hatte, musste das Unternehmen die beste Methode für die Herstellung und Montage der Stahlkonstruktion des Gebäudes ermitteln.

Ein wesentlicher Bestandteil der Designästhetik war die Verwendung von freiliegendem Konstruktionsstahl (AESS), der den Bedarf an Trockenbauwänden, Verkleidungen und anderen Materialien reduzierte. Dennoch müssen alle Stahlbauteile durch Beschichtungen geschützt werden – einige nur mit einer Korrosionsschutzgrundierung, andere mit einer Grundierung und Brandschutzbeschichtungen und/oder einem ästhetischen Deckanstrich.

Die Beschichtung von Stahl auf der Baustelle wäre aufgrund des geringen Fußabdrucks und der zusätzlichen Kosten, die für die Errichtung einer provisorischen Beschichtungshalle und die Aufrechterhaltung des Klimas in ihrem Inneren erforderlich wären, nicht machbar. Aufgrund dieser Einschränkungen musste SLI folglich die Beschichtung in einer Werkstatt durchführen.

Schließlich entdeckte der Entwickler eine Brandschutzbeschichtung, die zu seiner auf Schnelligkeit, Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit ausgerichteten Bauweise passte.

Das intumeszierende Produkt, Firetex® FX9502 von Sherwin-Williams Protective & Marine, erforderte im Vergleich zu anderen Beschichtungen geringere Einbaudicken – wodurch die Planer die Attraktivität des Stahls leichter zur Geltung bringen konnten – und bot schnellere Anwendungs- und Aushärtungszeiten sowie deutlich geringere Kosten. Um die Ästhetik noch weiter zu verbessern, trug der Verarbeiter – Puget Sound Coatings aus Seattle – außerdem eine ästhetische Deckschicht mit Sher-Loxane® 800, einem weiteren Produkt von Sherwin-Williams, auf den sichtbaren Stahl auf.

Alle Beschichtungen wurden außerhalb der Baustelle aufgetragen, mit Ausnahme der abschließenden Oberflächenbehandlung bei Montage des Stahls auf der Baustelle. Die Effizienz der Offsite-Anwendung erwies sich als wesentlicher Bestandteil des Projekts, bei dem mehr als 2.000 Stahlbauteile und Hunderte von vorgefertigten Paneelen von einem kleinen Team in etwa acht Monaten montiert wurden.

„Wäre das Projekt auf herkömmliche Weise vor Ort durchgeführt worden, hätte es möglicherweise doppelt so lange gedauert“, so Carrie Cassidy, Chief Construction Officer von SLI. „Die Beschichtung des Stahls abseits der Baustelle trug erheblich zur Zeitersparnis bei.“

Offsite-Anwendung rationalisiert den Bau
Laut Marcus Miller, Construction Manager bei SLI, hatte das Unternehmen mehrere Gründe dafür, die Beschichtungen der Stahlteile abseits der Baustelle durchzuführen.

Erstens war die Baustelle mit 6.400 Quadratmetern ein sehr beengtes, isoliertes „verwaistes Grundstück“, das von bestehenden Gebäuden umgeben war. Der Bau einer provisorischen Werkstatt während der Bauphase hätte kostbaren Platz erfordert. Das Unternehmen hätte sich stattdessen dafür entscheiden können, zuerst den Stahl zu montieren und dann den Brandschutz auf die Balken, Stützen und Verstrebungen aufzuspritzen. Dieses Verfahren ist jedoch zeitaufwendiger, kostspieliger und gewährleistet keine ästhetisch ansprechende Oberfläche. Außerdem hätten Abdeckplanen verwendet und die angeschlossenen Platten abgeklebt werden müssen, was zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand bedeutet hätte.

Zweitens hätte die Witterung das Aufbringen von Beschichtungen vor Ort erschwert. Aufgrund der Bauzeit im Winter hätte eine behelfsmäßige Werkstatt eine strenge Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle erfordert. Das Aufbringen des Brandschutzes in einer externen Werkstatt ermöglichte die Aushärtung der Beschichtungen unter kontrollierten Bedingungen, was die Qualität der Beschichtung erhöhte.

„Dieses Projekt wäre nicht zustande gekommen, hätten wir die Beschichtungen während des Winters komplett in einem beheizten Zelt auf der Baustelle in Seattle auftragen müssten“, so Miller.

Drittens war die Aufbringung des Brandschutzes in einer Werkstatt sicherer für die Arbeiter und die Umwelt. Bei der Beschichtung vor Ort wären Lösungsmittelemissionen in das nahe gelegene, dicht besiedelte Gebiet freigesetzt worden. Und wenn der Stahl bereits vor der Beschichtung montiert worden wäre, hätten die Arbeiter von einem potenziell gefährlichen Schwenkgerüst aus arbeiten müssen.

All dies führte zum vierten Grund für die Entscheidung, die Beschichtungen abseits der Baustelle durchzuführen: Diese Methode war schneller und besser für den kurzen Zeitplan geeignet.

Spezifizierung einer wirtschaftlichen Lösung für den Brandschutz
Nach einigen ungeeigneten Angeboten von verschiedenen Anbietern für Brandschutzbeschichtungen entschied sich SLI für die Zusammenarbeit Puget Sound Coatings und Sherwin-Williams.

Die Vorteile, die Firetex FX9502 bot, darunter eine geringere Trockenschichtdicke (dry film thickness, DFT), eine schnellere Applikation und Aushärtung sowie eine bessere Ästhetik im Vergleich zu alternativen Optionen, gaben letztendlich den Ausschlag.

Bei der Verwendung von Firetex FX9502 beispielsweise lag der Beschichtungsaufbau, welcher erforderlich ist, um den für das 303 Battery spezifizierten Brandschutz von zwei Stunden zu gewährleisten, zwischen 43 mils und 225 mils DFT. Diese relativ dünne Schicht beträgt nur 22 % bis 35 % der Dicke, die für alternative Brandschutzbeschichtungen erforderlich ist. Die Anwender konnten weniger Schichten von Firetex FX9502 auftragen und die Behandlung des Stahls schneller in der Werkstatt durchgeführt werden, was sich auch in niedrigeren Arbeitskosten niederschlug.

Dank dieser Effizienz war SLI in der Lage, eine ganze Ebene Baustahl (im Umfang von zwei Stockwerken) in nur drei Wochen zu beschichten.

Um sicherzustellen, dass Firetex FX9502 die geforderten ästhetischen Ansprüche erfüllt, fertigte Puget Sound Coatings Modelle an, um sicherzustellen, dass das glatte Aussehen der Beschichtung ein attraktives Finish erzeugt.

„Wir wollten beim Erscheinungsbild des Stahls vermeiden, dass die Beschichtungen in der Mitte aufgebläht aussehen und an den Rändern ausdünnen“, so Miller. „Eine dünnere Beschichtung als bei den Produkten der Mitbewerber sorgt für die ansprechendere Ästhetik.“

SLI schätzte auch die niedrigen Werte von Firetex FX9502 für flüchtige organische Verbindungen und Zähigkeit.

„Der Stahl wurde auf Lastwagen verladen und vor Ort verbaut“, so Miller. „Eine dauerhafte Beschichtung, die nicht bricht oder abplatzt, wenn man sie einen Vorschlaghammer verwendet, war entscheidend.“

Effiziente Beschichtung für erhöhten Produktionsdurchsatz
Der erste Schritt von Puget Sound Coatings war das Strahlen des Stahls nach dem SSPC SP-10 Near-White Metal-Blast Cleaning Standard, wobei Staub und anderes Material mit wiederverwertbarem Stahlgrit entfernt wurde.

Anschließend beschichteten die Anwender die Bauteile für die freiliegende Stahlkonstruktionen mit einer Einkomponenten-Pumpe. Zunächst wurde der Recoatable Epoxy Primer von Sherwin-Williams, eine schnell trocknende, 2K-Rostschutz-Beschichtung, mit einer Schichtdicke von 2,5 mils bis 5 mils aufgetragen. Die Langlebigkeit der Grundierung, d. h. die Zeit, bis sie erneuert werden muss, war für das 303 Battery von entscheidender Bedeutung, da ein Teil des Stahls Rückhaltebereiche umfasste, auf die der Brandschutz erst auf der Baustelle aufgebracht werden sollte. Da eine Neubeschichtung der Grundierung erst nach langer Zeit erforderlich ist, mussten diese Oberflächen vor dem Auftragen weiterer Beschichtungen nicht erneut vorbereitet werden.

„Der Recoatable Epoxy Primer ist eine Barrierebeschichtung“, so Brian Wiehle, Präsident und Miteigentümer von Puget Sound Coatings. „Er verhindert Korrosion und dient als Haftgrundierung. Firetex FX9502 kann direkt nach einer Strahlung gemäß SSPC SP-10 auf die Oberfläche aufgetragen werden, aber das Auftragen der Grundierung war wie eine Versicherung und sorgte dafür, dass unsere Strahlung hielt.“

Am Tag nach der Grundierung wurde schließlich Firetex FX9502 in Schichten aufgetragen. Bei dünneren und relativ schwachen Stahlteilen spritzten die Anwender Firetex FX9502 in mehreren dünnen Schichten auf, um eine DFT von 225 mils zu erreichen. Für einige der größeren und dickeren Stahlteile, die im Brandfall später nachgeben würden, war eine Beschichtung von lediglich 43 mil DFT erforderlich, die sparsam in zwei Schichten aufgetragen wurde, um das ästhetische Erscheinungsbild zu maximieren. 

Um eine reibungslose Anwendung zu gewährleisten, zumal Puget Sound Coatings zuvor noch nie Firetex FX9502 verwendet hatte, stellte Sherwin-Williams vor Ort einen technischen Servicemitarbeiter bereit. Der Techniker stellte sicher, dass die Anwender eine Qualitätskontrolle bis zum fertig beschichteten Stahl durchführten.

SLI und Puget Sound Coatings hätten es bei der Anwendung von Firetex FX9502 belassen können, entschieden sich aber dafür, das Aussehen des Stahls zu veredeln und die Brandschutzbeschichtung mit Sher-Loxane 800 zu schützen. Dieser vielseitige, hochleistungsfähige Epoxid-Silikon-Hybrid bietet langfristigen Schutz vor Korrosion und wird aufgrund seines ansprechenden Aussehens und seiner Langlebigkeit in der Regel als Decklack für Projekte wie das 303 Battery, bei denen der Stahl sichtbar ist, eingesetzt. In der Werkstatt wurde eine graue, halbglänzende Schicht Sher-Loxane mit einer Trockenschichtdicke von 4 bis 7 mils auf den gesamten freiliegenden Baustahl aufgetragen.

Auf den nicht exponierten Baustahl wurden nur die zinkhaltige Grundierung und die Firetex FX9502-Beschichtung aufgetragen. Der freiliegende nichttragende Stahl erhielt lediglich eine zinkhaltige Grundierung und einen Deckanstrich mit Sher-Loxane, da dieser Stahl keinen Brandschutz benötigte. 

Der gesamte Applikationsprozess dauerte etwa drei Tage pro Stahlteil. Puget Sound Coatings ließ den Großteil des beschichteten Stahls einen Tag lang in den Spritzkabinen aushärten. Anschließend brachten die Arbeiter die Bauteile in die Endfertigung, wo der Stahl bis zum Einsatz auf der Baustelle verblieb.

Eine strahlende Zukunft für modulare Hochhäuser
SLI war von der Qualität der Firetex FX9502-Produkte begeistert. Das Ablesen der Schichtdicken durch die Inspektoren in der Spritzkabine war genauer und effizienter als das Messen der Schichten auf dem bereits auf der Baustelle verbauten Stahl.

„Die Qualitätskontrolle war unübertroffen“, so Matt Trueblood, Constructability Manager bei SLI. „Mehrere Inspektoren waren von der Applikation und dem Produkt beeindruckt.“

SLI wird weiterhin das Konzept der freiliegenden Stahlrahmenkonstruktion als Hauptbauweise anwenden.

„Wir schaffen die Gebäude der Zukunft“, erklärt Cassidy. „Mit einer sinkenden Kostenkurve im Vergleich zur traditionellen Bauweise sind wir auf dem neuesten Stand der Zeit. Wir sind stolz darauf, dass Sherwin-Williams ein Teil davon ist.“

ÜBER DEN AUTOR
Max Tritremmel ist Fire Protection Market Segment Director – Americas für Sherwin-Williams Protective & Marine. Seit mehr als 26 Jahren ist er in der Beschichtungsindustrie als Vertriebsmitarbeiter, Geschäftsleiter, Industrielackierer und jetzt als Marketer tätig. Er ein SSPC-Schutzbeschichtungsspezialist und zertifizierter Beschichtungsinspektor der Stufe 3. Kontakt: Max.Tritremmel@sherwin.com