TY - JOUR A1 - Morys, Michael A1 - Häßler, Dustin A1 - Krüger, Simone A1 - Schartel, Bernhard A1 - Hothan, Sascha T1 - Beyond the standard time-temperature curve: Assessment of intumescent coatings under standard and deviant temperature curves N2 - Nowadays there are intumescent coatings available for diverse applications. There is no established assessment of their protection performance besides the standard time-temperature curve, but natural fire scenarios often play an important role. A reliable straightforward performance-based assessment is presented. The effective thermal conductivity per thickness is calculated based on intermediate-scale fire tests. The optimum thermal insulation, the time to reach it, and the time until contingent failure of the coating are used for an assessment independent of the heating curve. The procedure was conducted on four different commercially intumescent coatings for steel construction, one solvent-based, one waterborne, one epoxy-based, and a bandage impregnated with a waterborne coating. The performance was studied under four different but similar shaped heating curves with different maximum temperatures (standard time-temperature curve, hydrocarbon curve and two self-designed curves with reduced temperature). The thermal protection performance is crucially affected by the residue morphology. Therefore, a comprehensive morphology analysis, including micro-computed tomography and scanning electron microscopy, was conducted on small-scale residues (7.5 x 7.5 cm2). Two different types of inner structures and the residue surface after different heat exposures were discussed in terms of their influence on thermal protection performance. KW - Intumescence KW - Coating KW - Computed tomography KW - Small scale KW - Heating curves KW - Residue morphology PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2020.102951 SN - 0379-7112 VL - 112 SP - 102951 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-50334 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Häßler, Dustin A1 - Häßler, M. A1 - Hothan, Sascha A1 - Krüger, Simone T1 - Reaktive Brandschutzsysteme auf Stahlbauteilen mit doppelt gekrümmter Oberfläche N2 - Reaktive Brandschutzsysteme können die Feuerwiderstandsdauer von Stahlbauteilen signifikant erhöhen. Im Brandfall schäumt das reaktive Brandschutzsystem auf und bildet um das Stahlbauteil eine thermische Schutzschicht aus. Dadurch wird die Erwärmung des Stahls verlangsamt und der temperaturbedingte Festigkeitsverlust verzögert. Reaktive Brandschutzsysteme werden überwiegend in drei Bereichen angewendet: Hochbau, Offshore bzw. maritimer Sektor sowie Tank- bzw. Behälterbau. Insbesondere bei Stahltanks und -behältern sind häufig einfach oder auch doppelt gekrümmte Bauteiloberflächen anzutreffen. Aufgrund des meist begrenzten seitlichen Expansionsvermögens von reaktiven Brandschutzsystemen kann es bei Bauteilen mit konvexer Oberflächenkrümmung zu einer Intensivierung der Rissbildung im Schaum kommen, wodurch sich häufig die thermische Schutzwirkung verschlechtert. Da zum Thema des Einflusses der Oberflächenkrümmung auf die Leistungsfähigkeit reaktiver Brandschutzsysteme bisher kaum Untersuchungen vorliegen, wurden exemplarisch zwei Tankböden mit zwei verschiedenen Trockenschichtdicken eines reaktiven Brandschutzsystems einer Brandprüfung unterzogen. Bei gleicher Trockenschichtdicke des reaktiven Brandschutzsystems zeigten die Tankböden eine wesentlich schnellere Erwärmung als ebene Stahlplatten mit vergleichbarem Profilfaktor. Die Brandprüfungen und die Ergebnisse zum Einfluss der Oberflächenkrümmung werden im Beitrag ausführlich vorgestellt und diskutiert. KW - Brandschutz KW - Stahl KW - Reaktive Brandschutzsysteme KW - Behälter KW - Intumeszierende Beschichtung PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1002/stab.201900095 VL - 89 IS - 9 SP - 794 EP - 800 PB - Ernst & Sohn Verlag CY - Berlin AN - OPUS4-51242 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Häßler, Dustin A1 - Hothan, Sascha A1 - Häßler, M. A1 - Krüger, Simone T1 - Thermische Schutzwirkung von reaktiven Brandschutzsystemen auf kleinformatigen Stahlbauteilen mit gekrümmter Oberfläche T1 - Thermal protection effect of reactive fire protection systems on small-scale steel components with curved surfaces N2 - Um Stahlbauteile im Brandfall vor einer zu schnellen Erwärmung zu schützen, wird häufig auf reaktive Brandschutzsysteme (RBS) zurückgegriffen. Die Produkte eigenen sich besonders aufgrund der profilfolgenden Applikationsmöglichkeit und der vergleichsweise geringen Beschichtungsdicken. Bei einer Brandbeanspruchung schäumt das RBS auf und bildet eine thermische Schutzschicht um das Stahlprofil aus. Dadurch wird die Erwärmung des Stahls verlangsamt und der temperaturbedingte Festigkeitsverlust verzögert, wodurch sich die Feuerwiderstandsdauer des Stahlbauteils verbessert. Aus Brandversuchen ist bekannt, dass die Leistungsfähigkeit von RBS auf Stahlprofilen mit gekrümmter Oberfläche meist schlechter ausfällt als bei vergleichbaren Bauteilen mit ebener Oberfläche. Zum Einfluss der Oberflächenkrümmung auf die thermische Schutzwirkung von RBS werden in dem folgenden Beitrag sowohl theoretische Hintergründe als auch die Ergebnisse aus Brandversuchen an kleinformatigen Probekörpern vorgestellt. Die systematischen Untersuchungen zeigen, dass mit zunehmender Oberflächenkrümmung die Leistungsfähigkeit des RBS tendenziell abnimmt. Bei der Beurteilung der thermischen Schutzwirkung eines RBS sollte die Oberflächenkrümmung eines Bauteils berücksichtigt werden. Die alleinige Fokussierung auf den Profilfaktor eines Stahlprofils ist im Allgemeinen nicht ausreichend. Die Untersuchungen bilden die Grundlage für die Entwicklung von Screening-Tests zur Beurteilung der Eignung von RBS für gekrümmte Oberflächen, wodurch eine Vorauswahl von Produkten für diesen Einsatzzweck ermöglicht wird. N2 - Intumescent fire protection coatings, also referred to as reactive fire protection systems, are often used to protect steel components from heating up too quickly in the event of a fire. The products are particularly suitable due to profile-following application as well as the comparatively low coating thickness. If exposed to fire, the intumescent coating foams up and forms a thermal protective layer around the steel profile. This slows down the heating of the steel and delays the temperature-related loss of strength, which improves the fire resistance of the steel component. From fire tests it is known that the performance of intumescent coatings on steel profiles with a curved surface is usually worse than on comparable components with a flat surface. The following article presents the theoretical background as well as the results from fire tests on small-scale specimens to show the influence of surface curvature on the thermal protective effect of intumescent fire protection coatings. The systematic investigations show that with increasing surface curvature, the performance of the intumescent coating tends to decrease. When assessing the thermal protective effect of an intumescent coating, the surface curvature of a steel component should be considered. Focusing solely on the profile factor of a steel profile is generally not sufficient. The research forms the basis for the development of screening tests to assess the suitability of intumescent coatings for curved surfaces, enabling a pre-selection of products for this application. KW - Stahl KW - Brandschutz KW - Reaktive Brandschutzsysteme KW - Brandversuche KW - Oberflächenkrümmung KW - Intumeszierende Beschichtung PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1002/bate.202100011 SN - 0932-8351 SN - 1437-0999 VL - 98 IS - 5 SP - 333 EP - 344 PB - Ernst & Sohn Verlag CY - Berlin AN - OPUS4-52654 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Häßler, Dustin A1 - Hothan, Sascha T1 - Performance of intumescent fire protection coatings applied to structural steel tension members with circular solid and hollow sections N2 - Intumescent fire protection coatings are used to improve the fire resistance of steel members. Due to slender cross-sections typically used for tension members, high demands are placed on the effectiveness and reliability of the intumescent coatings. This paper describes real-scale fire tests of intumescent coatings applied to steel tension members with circular solid and hollow sections. First, the current regulations for the application of intumescent coatings on steel tension members are discussed. After that, a comparison between the foaming behaviour and failure mechanisms of intumescent coatings applied to steel tension members with different cross-sections and loading conditions is given. Next, the experimental setup and procedure of the performed fire tests are presented. In addition, the influences of various parameters on the performance of the intumescent coating are analysed, including the geometry of the steel profile, dry film thickness of the intumescent coating, load utilisation level as well as the orientation of the member. Based on the theoretical considerations and results of the fire tests, it is evidenced that mechanically loaded fire tests are essential to assess accurately the contribution of intumescent fire protection coatings to the fire resistance of steel tension members with circular solid sections. KW - Fire tests KW - Intumescent coating KW - Reactive fire protection system KW - Steel KW - Tension members PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-548981 DO - https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2022.103605 SN - 0379-7112 VL - 131 SP - 1 EP - 12 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-54898 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fürst, Richard A1 - Häßler, Dustin A1 - Peter, A. A1 - Rohleder, R. A1 - Hothan, Sascha T1 - European test standard intumescent coatings applied to steel tension bars with solid section N2 - Intumescent coatings are used in civil engineering to improve the fire resistance of steel constructions. Due to the thin coating thickness and the profile-following application, the architectural appearance of the steel structure can be preserved. EN 13381-8 provides regulations to determine the contribution to the fire resistance of intumescent coatings applied to steel beams and columns. The scope of this standard excludes tension members and steel members with solid sections. For products that have already been successfully tested and assessed on beams and columns, EN 13381-10 offers the possibility based on unloaded fire tests to extend the scope of application of intumescent coatings to tension bars with solid sections. This approach contradicts the national safety level in Germany, where mechanically loaded testing is mandatory. Therefore, a new part of the test standard series EN 13381 is currently developed to enable the application of intumescent coatings on steel tension bars with solid section based on mechanically loaded fire tests. BAM has already carried out numerous fire tests on loaded steel tension members with intumescent coatings. Currently, in the BAM research project FIRESTEMIC, the influence of the steel bar orientation and the profile type on the thermal performance of intumescent coatings are investigated. Both questions concerning the thermal protection ability of intumescent coatings were analysed based on three different test sets, which were carried out in the tension furnace (Fig. 1a). The fire exposure corresponds to the standard temperature-time curve according to EN 1363-1. This paper summarises the main findings from the fire tests conducted in the FIRESTEMIC project. The results serve as an experimental background for the proposal of the new standard. Regarding the bar orientation, a new test setup was developed and proposed for the new standard. The two tested commercial water-based intumescent coatings with applied dry film thickness from 1.5 mm to 2.5 mm showed only a slight dependence on the bar orientation. In terms of the steel profile type, circular and rectangular solid sections with identical section factor and applied dry film thickness were tested. It was observed that the circular solid bars with diameter 30 mm heat up faster compared to the solid rectangular bars with dimension 30×30 mm (Fig. 1b). Also at larger steel bars, i.e. diameter 40 mm and dimension 40×40 mm, the same trend occurred. Thus, it is recommended for the new test standard to allow a transfer of the test results from circular to rectangular solid sections. In addition, the paper will describe and explain the test and assessment procedure proposed for the newly developed standard. T2 - 8th Symposium Structural Fire Engineering CY - Brunswick, Germany DA - 13.09.2022 KW - Fire test KW - Steel KW - Tension member KW - Intumescent coating KW - Test standard PY - 2022 SP - 1 EP - 14 PB - TU Braunschweig CY - Braunschweig AN - OPUS4-55703 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fürst, Richard A1 - Häßler, Dustin A1 - Hothan, Sascha T1 - Brandversuch eines Stahlzuggliedes mit reaktivem Brandschutzsystem N2 - Das Poster stellt den im Rahmen des Workshops "Feuerwiderstand von Stahlzuggliedern mit reaktiver Brandschutzbeschichtung" durchgeführten Brandversuch vor. T2 - Workshop - Feuerwiderstand von Stahlzuggliedern mit reaktiver Brandschutzbeschichtung CY - Berlin, Germany DA - 06.09.2022 KW - Brandschutz KW - Brandversuch KW - Feuerwiderstand KW - Reaktives Brandschutzsystem PY - 2022 AN - OPUS4-55699 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Häßler, Dustin A1 - Hothan, Sascha T1 - Neue Prüfnorm für reaktive Brandschutzsysteme auf Stahlzuggliedern N2 - Der Vortrag stellt den Entwurf der neuentwickelten Prüfnorm vor. T2 - Workshop 2022 - Feuerwiderstand von Stahlzuggliedern mit reaktiver Brandschutzbeschichtung CY - Berlin, Germany DA - 06.09.2022 KW - Feuerwiderstand KW - Brandschutz KW - Stahlzugglieder KW - Reaktives Brandschutzsystem KW - Prüfnorm PY - 2022 AN - OPUS4-55701 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Hothan, Sascha A1 - Häßler, Dustin ED - Kuhlmann, U. T1 - Reaktive Brandschutzsysteme N2 - Die Erkenntnisse zu reaktiven Brandschutzsystemen (RBS) werden kontinuierlich erweitert, was sich in der Entwicklung neuer Produkte und der Ausweitung des durch technische Regelungen abgedeckten Anwendungsbereichs äußert. Der vorliegende Beitrag konzentriert sich auf die Verwendung von RBS auf Stahlkonstruktionen. Neben einer umfassenden Darstellung der aktuellen nationalen und europäischen Regelungen zu RBS, werden technologische Besonderheiten und deren Einfluss auf den Regelungsinhalt im Beitrag thematisiert. Dabei werden neben sich abzeichnenden Neuerungen auch die entsprechenden wissenschaftlich-technologischen Grundlagen dargelegt. Ferner wird die Frage nach der Bewertung der Dauerhaftigkeit von RBS für deutlich über 10 Jahre hinausgehende Zeiträume, und den sich damit einstellenden Feuerwiderstand der Konstruktion behandelt. Der Beitrag schließt mit einer Darstellung zur aktuellen Forschung. Daraus abgeleitet wird ein Ausblick auf zukünftige Forschungsthemen. KW - Reaktives Brandschutzsystem KW - Stahl KW - Brandschutz KW - Feuerwiderstand PY - 2022 SN - 978-3-433-03361-6 SP - 367 EP - 400 PB - Ernst & Sohn Verlag CY - Berlin AN - OPUS4-54735 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Häßler, Dustin T1 - Durability of intumescent coatings N2 - For intumescent coatings durability is an important aspect. Due to ageing, which is caused by climatic conditions, the thermal protection performance of intumescent coatings can be reduced during the working life. The national German and the European procedures to assess the durability of intumescent coatings presume a working life of 10 years. For a longer period, additional investigations are required. However, the European assessment procedure does not provide specific information how to prove a durability of more than 10 years. In addition to this formal reason, also from a scientifical position, it is necessary to investigate the degradation of intumescent coatings in detail to propose a corresponding test concept for a durability of more than 10 years. The presentation summarises the existing knowledge about the degradation behaviour and ageing of intumescent coatings. Furthermore, the results of different approaches from a recently conducted research project are presented. Starting from a water-based and an epoxy-based guide formulation, in a first approach a degradation of the intumescent coating was carried out directly during the production process, i.e. by reducing the concentration of functionally relevant chemical components. In another approach, the duration of the short-term weathering tests was significantly extended, i.e. by multiple repetition of the artificial weathering. The thermal protection performance of the intumescent coating was assessed by fire tests and tests with electrical heating source. In addition, small-scale tests were carried out to determine the thermal material properties of the intumescent coating and thermo-analytical methods were applied to characterise the degradation. Derived from this knowledge, possibilities to test and assess a working life for a period of more than 10 years are proposed. T2 - European Conference - Protective & Fire-Retardant Coatings CY - Berlin, Germany DA - 18.10.2023 KW - Intumescent coating KW - Steel KW - Fire protection KW - Durability PY - 2023 AN - OPUS4-58637 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Schaumann, P. A1 - Hothan, Sascha A1 - Mund, M. A1 - Häßler, Dustin A1 - Schartel, Bernhard A1 - Daus, Lars-Hendrik T1 - Bewertung des Feuerwiderstandes von Stahlkonstruktionen mit reaktiven Brandschutzsystemen unter Berücksichtigung des Alterungsverhaltens N2 - Im Rahmen des Forschungsprojektes IGF 20470N wurden Untersuchungen zum Alterungsverhalten von reaktiven Brandschutzsystemen (RBS) auf Stahlbauteilen durchgeführt. Mithilfe der Ergebnisse einer umfangreichen Literaturrecherche sowie experimentellen und numerischen Untersuchungen sollte ein Vorschlag für ein Prüfkonzept zum Nachweis einer Nutzungsdauer von RBS von mehr als 10 Jahren auf Basis von Kurzzeitversuchen abgeleitet werden. Dabei setzt die Bewertung des Alterungsverhaltens von RBS voraus, dass die Mechanismen der Alterung hinreichend bekannt sind. Dafür wurden zunächst systematisch Daten von Kurz- und Langzeitversuchen von nationalen Zulassungsprüfungen der letzten Jahrzehnte ausgewertet. Anschließend wurden umfangreiche experimentelle Untersuchungen an einer wasserbasierten sowie einer epoxidharzbasierten Richtrezeptur durchgeführt. Da aus der Literatur bekannt ist, dass die Einflüsse der Bewitterung zu einer Veränderung der Konzentration der Bestandteile innerhalb der Beschichtung führen können, wurden Untersuchungen mit Mangelrezepturen durchgeführt, wobei systematisch einzelne Bestandteile reduziert wurden. Neben optischen Untersuchungen wurden thermoanalytische Verfahren (DSC-TG-, ATR-FTIR-, Elementar-, Farbanalyse) angewandt sowie Brandversuche an beschichteten Stahlplatten durchgeführt. Des Weiteren wurden die Richtrezepturen den beschleunigten Kurzzeitversuchen gemäß EAD 350402-00-1106 (2017) unterzogen, welche die Zulassung von Produkten auf europäischer Ebene regelt. Für die wasserbasierte Richtrezeptur wurden die Bewitterung für den feuchten Innenraum (Typ Z1) mehrfach wiederholt (1x, 3x, 6x). Für die epoxidharzbasierte Richtrezeptur entsprach die Bewitterung dem Zyklus für die Außenanwendung (Typ X). In Brandversuchen sowie thermoanalytischen und optischen Untersuchungen wurde das Alterungsverhalten sowie die thermische Schutzwirkung analysiert. Anschließend wurden numerische Simulationen von Stahlbauteilen mit gealterten RBS durchgeführt und anhand der experimentellen Untersuchungen validiert. Mithilfe der numerischen Modelle kann eine Bewertung der thermischen Schutzwirkung von Stahlbauteilen mit gealterten RBS vorgenommen werden. Mithilfe der gesammelten Erkenntnisse wurde ein Vorschlag für ein Prüfkonzept für den Nachweis einer Nutzungsdauer von mehr als 10 Jahren abgeleitet. Das Prüfkonzept besteht dabei aus einem Katalog von Möglichkeiten, die aktuellen Zulassungsprüfungen auf europäischer Ebene für eine Nutzungsdauer von 10 Jahren auf einen längeren Zeitraum zu erweitern. N2 - Within the scope of the research project IGF 20470N, investigations were carried out on the assessment of the aging behavior of intumescent coatings (ICs) for the fire protection of steel members. With the help of the results of an extensive literature research as well as experimental and numerical investigations, a proposal for a test concept for the proof of a service life of ICs of more than 10 years was to be derived on the basis of short-term tests. The evaluation of the aging behavior of ICs presupposes that the aging mechanisms are sufficiently known. For this purpose, data from short- and long-term tests of national approval tests of the last decades were first systematically evaluated. Subsequently, extensive experimental investigations were carried out on a water-based and epoxy resin-based model formulation. Since it is known from the literature that the effects of weathering may lead to a change in the concentrations of the constituents within the coating, investigations were carried out with formulations of the ICs in which individual constituents were systematically reduced. In addition to optical investigations, thermoanalytical methods (DSC-TG-, ATR-FTIR-, elemental-, color analysis) were used and fire tests were carried out on coated steel plates. Furthermore, the model formulations were subjected to the accelerated short-term tests of EAD 350402-00-1106 (2017), which regulates the approval of products at the European level. For the water-based model formulation, the weathering for the interior application with a high moisture content (type Z1) was repeated several times (1x, 3x, 6x). For the epoxy resin-based model formulation, the weathering corresponded to the cycle for exterior application (type X). Fire tests as well as thermoanalytical and optical investigations were carried out to analyze the aging behavior and the thermal protection performance. Subsequently, numerical simulations of steel members with aged ICs were carried out and validated on the basis of the experimental investigations. With the help of the numerical models, an evaluation of the thermal protection performance of steel members with aged ICs can be carried out. Bases on the findings, a proposal for a test concept for the verification of a service life of more than 10 years was derived. The test concept consists of a catalogue of possibilities for extending the current approval tests at European level for a service life of 10 years to a longer period. KW - Brandschutz KW - Dauerhaftigkeit KW - Alterung KW - Reaktive Brandschutzsysteme KW - Brandversuche PY - 2022 UR - https://dast.deutscherstahlbau.de/veroeffentlichungen/forschungsberichte SP - 1 EP - 367 PB - Stahlbau Verlags- und Service GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-57257 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -