Brandbeanspruchte Betonoberfläche verschiedenartiger Prüfkörper (Fotografie und Darstellung der Abplatztiefenverteilung)
Quelle: BAM, Fachbereich Brandingenieurwesen
Beton ist durch seine hohe Druckfestigkeit, gute Dauerhaftigkeit und Formbarkeit ein vielseitig eingesetzter Baustoff im Hoch- und Infrastrukturbau. Aufgrund der Nichtbrennbarkeit und der geringen Wärmeleitfähigkeit besitzt Beton einen entsprechenden Feuerwiderstand. Im Brandfall können jedoch thermisch induzierte Schädigungsprozesse zu explosionsartigen Abplatzungen führen, die den tragfähigen Querschnitt verringern und somit den Feuerwiderstand von Bauteilen aus Beton maßgeblich reduzieren. Die Untersuchung des Abplatzverhaltens mit realmaßstäblichen Bauteilen ist aufwändig und kostenintensiv. Daher ist es das generelle Ziel, den Prüfaufwand zu verringern. Welchen Einfluss die Prüfkörpergröße auf die Abplatzintensität bei vergleichbaren Randbedingungen hat, wurde bisher noch nicht hinreichend untersucht.
Vor diesem Hintergrund wurde in der hier präsentierten Studie das Abplatzverhalten von großformatigen, bewehrten Platten (1,8 m x 1,2 m x 0,3 m), von kleinformatigen, bewehrten Quadern (0,6 m x 0,6 m x 0,3 m) und unbewehrten Zylindern (Ø = 0,15 m; h = 0,3 m) für sechs verschiedene Betonmischungen untersucht. Die Betonmischungen bestehen unter anderem aus einem Beton für Tunnelschalen mit und ohne Faserzugabe, einem hochfesten Beton, einem selbstverdichtenden Beton und zwei Normalbetonen. Alle Brandprüfungen fanden in einem speziell für dieses Projekt entworfenen Tunnelprüfstand einseitig statt. Der Prüfaufbau ermöglichte die Brandprüfung einer großformatigen Platte sowie die simultane Prüfung von sechs Quadern bzw. 12 Zylindern. Alle Prüfkörper wurden ohne Zwang und externer Last einseitig beflammt.
Anhand der drei Prüfkörpergrößen konnten Maßstabseffekte nachgewiesen werden. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Reduktion der Abplatztiefe mit der Abnahme der beflammten Prüfkörperoberfläche durch einen zunehmenden Einfluss von Randeffekten. Die freie Ausdehnung der Prüfkörper führt zu Entlastungsrissen auf der brandbeanspruchten Oberfläche sowie den Seitenflächen und damit zu einem Abbau von Druck- und Querzugspannungen in der Betonrandzone. Zusätzlich kann Wasser aus größeren Prüfkörpertiefen über die Risse entweichen, wodurch thermohydraulisch induzierte Spannungen abgebaut werden. Basierend auf den Ergebnissen werden in zukünftigen Untersuchungen die Versuchsbedingungen für kleinformatige Betonprüfkörper angepasst, um das Verhalten großformatiger Bauteile besser abbilden zu können.
Fire induced concrete spalling in combination with size effects
André Klimek, Ludwig Stelzner, Sascha Hothan, Andreas Rogge
veröffentlicht in Materials and Structures, Band 55, Heft 8, Aufsatznummer 216, Seite 1-14, 2022
BAM Abteilung Bauwerkssicherheit
BAM Fachbereich Brandingenieurwesen