Sandwich Construction
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Überzeugende Gründe für die Forster Sandwich Construction®

Die Lösung für den baulichen Strahlenschutz

+ Aufwandsminimum
+ Kostenminimum
+ Zeitminimum

= 100%iger Strahlenschutz
in geprüfter Qualität

Mineralische Füllungen ersetzen meterdicke Betonwände
Einfüllen und verdichten der mineralischen Schüttfüllung in definierten Lagen

Der Einsatz von Strahlenquellen in der medizinischen Strahlentherapie, der Forschung und der Industrie bedarf einer Abschirmung um die gesetzlich geforderten Grenzwerte im Umfeld sicher einhalten zu können. Hierfür sind in vielen Fällen meterdicke Wände von Nöten.

Die bisher gebräuchliche Bauweise bestand in der Herstellung eines aus massivem Schwerbeton gefertigten Strahlenschutzgebäudes. Hierbei traten Schwierigkeiten in der rissfreien Herstellung der Wände auf. Die teuren Zuschlagstoffe werden unwiederbringlich im Beton gebunden und auf dem Gelände entsteht ein Gebäude dessen meterdicke Wände eine große Herausforderung bei einem späteren Rückbau darstellen.

Durch die neuartige Forster Sandwich Construction® des Strahlenschutzbauwerks,

 

- trockene Mineralfüllung zwischen dünnen Fertigteilwänden -

 

kann eine Trennung von Strahlenschutz und Tragwerk erzielt werden. Dadurch ergeben sich signifikante Vorteile für den Bauherrn, den Investor sowie den Nutzer.

Bauzeitverkürzung
Fertigteile für die Innen- und Außenwände. Diese werden am Standort mit Beton verbunden.

Einsatz von Fertigteilen sowie trockener Füllstoffe ermöglicht drastische Bauzeitverkürzung

Durch den Einsatz von rissweitenbeschränkten Fertigteilen als Tragwerk kann die Bauzeit auf etwa die Hälfte reduziert werden. Einzelräume für medizinische Linearbeschleuniger auf „der grüne Wiese“ werden derzeit von einer eingespielten Bautruppe innerhalb von etwa 4 Wochen samt Montage des Strahlenschutztors hergestellt. Bei der Mineralschüttung im Bauwerksinneren wird mit minimaler Stofffeuchte gearbeitet. Deshalb ist das fertige Bauwerk sehr schnell ausgeglichen trocken, so dass ca. 2-3 Wochen nach Rohbaufertigstellung Beschleuniger aufgestellt werden könnten.

Bei der Sandwichbauweise kann in Europe ganzjährig sowohl im Winter bei Schneefall und Temperaturen bis –15°C , als auch im Sommer während größter Hitze gebaut werden, ohne dass Bauschäden zu erwarten sind. Bei der Vollbetonbauweise ist dies in dieser Form nicht möglich. Hier muss häufig mit Stickstoff oder geschreddertem Eis der Frischbeton gekühlt werden, damit sich nicht sofort während des Einbaus vorzeitige Abbindeerscheinungen einstellen oder grobe Schwindrisse entstehen.

Kostenminimierung
Verwendung von Kies aus der eigenen Baugrube - Ersatz für 25000 cbm Ortbeton

Durch die Variabilität in der Wahl der Bau- und Füllstoffe wird man von monopolistischen Anbietern unabhängig. Das hält die Herstellkosten niedrig.

Als Füllstoffe können nach Prüfung der Eignung viele, örtlich vorhandene, Mineralien oder Wertstoffe aus der Industrie verbaut werden. Dies hält Material- und Transportkosten gering. Auf teures und giftiges Blei sowie kostenintensive Schwerbetone kann bei ausgeklügelter Konstruktion der Sandwichbauweise vollständig verzichtet werden.

Bei Verwendung der Sandwichbauweise wird vermieden, dass hochpreisige Wertstoffe wie z.B. Eisenerz , Baryt, Basalt oder Blei durch Beimengung von Zement und Wasser für alle Zeiten unbrauchbar gemacht werden, weil Sie als sehr schwer trennbare Verbundstoffe im Abbruchfall anstehen und aus Kostengründen dann als Abfall entsorgt werden. Die Sandwichbauweise zeichnet sich deshalb gegenüber der Vollbetonbauweise durch einen sehr hohen Grad an Materialeffizienz und Nachhaltigkeit aus. Es gelingt, im Sinne der Umweltschutzbestimmungen geschlossene Rohstoffkreisläufe zu erzeugen.

Durch die Reduzierung der Betonmassen auf das statisch notwendige Minimum werden die Massen des verbauten Bewehrungsstahls auf ein unvermeidbares Maß reduziert.

Qualität & Technik
Laufende Qualitätssicherung der verdichteten mineralischen Füllung

Es treten bei der Forster Sandwich Construction® keine Schwindrissprobleme infolge der Entwicklung von hohen Hydratationswärmemengen auf, die beim Abbinden von Zement in Massenbeton entstehen. Der Einbau eines höheren Bewehrungsgrades in Betonbauteile zur Verhinderung von Schwindrissen im Beton ist somit nicht erforderlich. In der verdichteten Mineralschüttung der Sandwich Construction gibt es keinerlei Schwindrisse. Mittels Verdichtungsmessgeräten, wie sie im Straßenbau üblich sind, lässt sich eine fortlaufende Qualitätssicherung auf der Baustelle sicherstellen. Bei der Sandwichbauweise sind Entmischungsvorgänge der Mineralstoffe beim Einbau technisch unmöglich. Bei Einbau des flüssigen Massenbetons, insbesondere bei Schwerbeton kann dies bei ungeübter Einbaumannschaft und ungeeigneter Betonmischung sehr leicht vorkommen.

Bei der Verwendung der Sandwichbauweise in Begleitung von Betondoppelwandplatten ist es technisch möglich, sehr viel längere Dehnfugenabstände in Strahlenschutzbauwerken ohne Bauschadensrisiko zuzulassen, als dies in Vollbeton nach den anerkannten Regeln der Technik denkbar ist.

Bei der Herstellung der Mineralfüllung für die Sandwichbauweise können die Mischungen verschiedenster Stoffe so abgestimmt werden, dass optimal auf die Strahlenbelastung und Strahlungsart reagiert werden kann. Dies ist bei der Vollbetonbauweise so nicht möglich, weil damit die Betonerhärtung und – Endfestigkeit in Frage gestellt werden kann und man ferner die bauaufsichtlich vorgeschriebenen Eignungstests nicht besteht.

In der Sandwichbauweise kann so konstruiert werden, dass oberhalb des Bunkerfußbodens keinerlei Störungsstellen in der Strahlungsabschirmung vorkommen, z.B. durch Lüftungskanäle und sonstige Leitungen. Dies spart erhebliche Kosten, weil man diese Schwach- stellen im Strahlenschutz nicht aufwendig durch z.B. Bleiabschirmungen sichern muss.

Bei der Sandwichbauweise hat man keinerlei Probleme, den Einbau der Mineralfüllung wann immer notwendig zu unterbrechen. Auch können Arbeitsfugen innerhalb der tragenden Betonkonstruktion ausschließlich nach baubetrieblichen Erwägungen vorgesehen werden. In der Vollbetonbauweise unterliegt man hier sehr vielen und unangenehmen Zwängen, die sich im Herstellpreis verteuernd bemerkbar machen.

Nachhaltigkeit:

"Strahlenschutzbauwerke zu Ende gedacht"

Wenn nach Jahren der Nutzung es sich als notwendig erweist, das eingebaute Gerät gegen ein leistungsstärkeres auszuwechseln, dann kann das Sandwichbauwerk sehr einfach ertüchtigt werden ohne es abzureißen. In solchen Fällen öffnet man die obere Decke und baut dann die vorhandene Füllung mit einfachen Maschinen wie z.B. einem Baggergreifer oder einem Saugwagen wieder aus. Anschließend baut man eine in Sachen Strahlenschutz leistungsfähigere Mineralfüllung wieder ein. Es ist daher nicht notwendig, die statisch tragende Struktur abzubrechen.

Im Gegensatz zur Vollbetonbauweise kann eine Sandwich Construction schnell und kostengünstig mit üblichem Abbruchgerät rückgebaut werden. Die geschüttete Füllung, sowie die tragenden Strukturen können sortenrein ausgebaut und als Wertstoffe weiterverkauft werden.

Sandwich Construction als „ausgetüftelte Lösung“

Die Verwendung von hochwertigen Betonfertigteilen mit einer stahlschalungsglatten Oberfläche erlaubt es, sofort alle Flächen zu tapezieren oder anzustreichen. Ein Verputzen der Oberflächen oder ein Anbringen von Gipskarton-Vorsatzschalen ist entbehrlich. Dadurch werden harte, widerstandsfähige Oberflächen erreicht, die z.B. durch anprallende Betten etc. nicht ramponiert werden können. Scheuerleisten und Kantenschutz sind deshalb entbehrlich.

Bisher war es üblich, lange Labyrinthe hinter den Zugängen vorzusehen. Nach Einführung der Sandwichbauweise haben wir in unseren Konstruktionen einen sehr viel besseren Workflow bei Strahlenschutzräumen für Linearbeschleunigern durch die Verwendung von Minimazes am Markt durchgesetzt. Hierdurch wird die vom Patienten und vom Personal zu durchlaufende einfache Wegstrecke vom Tor bis zur Patientencouch von bislang etwa 12 m auf ca. 6 m verkürzt. Dies ermöglich bei gleicher Personalzahl und gleicher Schichtlänge einen wesentlich höheren Patientendurchsatz.

Der Einsatz unserer Minimazetechnik erlaubt es, anstelle von sehr schweren, auf einer Schiene laufenden Strahlenschutztoren nunmehr obenhängende sehr viel leichtere Schnelllauftore zum Einbau zu bringen, die mit einer Spitzengeschwindigkeit von bis zu 0,30m/s fahren. Dies reduziert die Toröffnungs- und Schließzeiten auf ein Minimum. Das Strahlenschutztor ist bekanntlich der Schlüssel zu einem guten Workflow.

Strahlenschutztore in Sandwichbauweise kommen vollständig ohne das leichtentflammbare, aus Erdöl gewonnene Paraffin aus. Der Einbau von Blei kann auch umgangen werden.

Investitionsvorteile
Geschraubter Strahlenschutzraum ohne feste Verbindung zum Hallenboden

Die Sandwichtechnik erlaubt die Herstellung von mobilen Strahlenschutzräumen, die z.B. nur temporär für Versuchszwecke Verwendung finden oder bei akuten Notlagen auf Parkplätzen in Umbauphasen neben bestehenden Krankenhäusern aufgestellt werden, um den Patientenbetrieb aufrecht zu erhalten.

In Deutschland haben temporär genutzte mobile Schutzräume eine von 50 auf nur 10 Jahre reduzierte steuerliche Abschreibungszeit. Dies sind signifikante steuerliche Vorteile für den Investor.

Kein Baugenehmigungszwang für mobile Schutzräume. Es genügt, eine Betriebsgenehmigung bei der für den Strahlenschutz zuständigen Behörde zu beantragen. Das Einschalten eines Prüfingenieurs für Baustatik ist auch nicht erforderlich. Das spart Kosten und beschleunigt den Baufortschritt ungemein. In Vollbetonbauweise ist diese Vorgehensweise undenkbar.

Reduktion der Rückbaubürgschaften auf gemieteten Grundstücken.

Die Beseitigungskosten eines traditionellen Vollbetonraums sind um ein Vielfaches höher als bei einem Strahlenschutzraum in Sandwichbauweise, weshalb eine viel kleinere Bürgschaftshöhe samt der damit verbundenen Avalgebühren anfällt.

Variabilität

Die Sandwich - Bauwerkshüllen können sowohl aus dünnen Vollbeton-Fertigteilen, Betondoppelwandplatten mit Ortbetonkern oder aus Stahl und anderen Werkstoffen hergestellt werden. Als Füllstoffe können nach Prüfung der Eignung viele, örtlich vorhandene Mineralien oder sonstige Stoffe verbaut werden. Durch die Variabilität in der Wahl der Baustoffe wird man von monopolistischen Anbietern unabhängig. Das hält die Herstellkosten niedrig.

Spezielle Nutzungsanforderungen
Variabilität der Struktur in der Auslegung auf äußere Einflüsse wie Kurzzeitdynamik oder EMV
Variabilität der Struktur in der Auslegung auf äußere Einflüsse wie Kurzzeitdynamik oder EMV

Bei Anwesenheit von sehr starken Magnetfeldern kann das „Sandwich“ komplett mit nicht magnetisierbaren Baustoffen konstruiert werden.

Im Hochenergiebereich können zwischen den Einfassungsbauteilen je nach Strahlenart und –Last hintereinander durch Trennlagen separierte Mineralschichten verbaut werden, die in ihrer Art und Wirkungsweise über die Strahlenschutzberechnung so optimiert werden können, dass eine bestmögliche Strahlenschutzwirkung erreicht werden kann. So werden z.B. der Innenseite zugewandt Spallationsschichten vorgesehen, denen auf der äußeren Seite Naturgipsschichten zur Moderierung von Neutronen folgen.

Im Hochenergiebereich kann es unvermeidbar sein, dass innere Bauwerksschichten nach längerer Betriebszeit in vorher bekanntem Maße aktiviert werden. Dies kann jedoch bei der Konstruktion der Sandwich Construction durch einen „zwiebelartigen“ Aufbau berücksichtigt werden, wodurch ein kostengünstigeres Entsorgen je nach Aktivierungsgrad der einzelnen Schichten möglich ist. Dies ist bei der Vollbetonbauweise kaum möglich, wie man jetzt beim Rückbau von AKW ́s schon festgestellt hat.

Um dem Problem der sehr hohen Hydratationswärme bei Massenbeton zu begegnen, wird in der Betonrezeptur gerne Zement durch Flugasche substituiert, weil diese auch puzzolane, also betonhärtende Eigenschaften aufweist. Nur sind die Quellen dieser Flugasche meist nicht bekannt. Wenn sie aus den Filtern eines Müllheizkraftwerkes o.ä. kommt, dann kann nicht ausgeschlossen werden, dass sich in diesen Feinstäuben auch aktivierbare Stoffe befinden, die über diese Schiene dann in den strahlungsexponierten Schutzbeton gelangen. Diesem Problem kann bei der Sandwichbauweise elegant aus dem Weg gegangen werden, weil bei den hier üblichen Bauteilabmessungen Beton völlig ohne Flugaschen rezeptiert werden kann.

Im Hochenergiebereich ist es von größter Bedeutung, dass keine aktivierbaren Baustoffe wie z.B. Cobalt 59, Europium und Cäsium in die Abschirmung gelangen. Bei der Sandwichbauweise ist es möglich, im Rahmen der Arbeitsvorbereitung und bei geeigneter Stoffwahl jeden Kubikmeter der verbauten Füllung mit einer chemischen Analyse auf Sortenreinheit zu belegen. Dies ist in der Vollbetonbauweise nicht so ohne weiteres möglich.

Haben wir ihr Interesse geweckt? Unter Referenzen haben wir eine Auswahl an bisherigen Projekten aus allen Bereichen für Sie zusammengestellt. Gerne senden wir ihnen eine Sammlung an Fachveröffentlichungen, sowie weitere Informationen. Kontaktieren sie uns! Gerne kümmern wir uns auch um Ihr Projekt!

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