Darstellung der Abplatztiefenverteilung der brandbeanspruchten Betonoberfläche verschiedenartiger Prüfkörper
Quelle: BAM
Betonabplatzungen können im Brandfall schwere Schäden an Bauwerken verursachen. Dabei werden Betonfragmente aus der brandbeanspruchten Oberfläche des Betonbauteils herausgesprengt, wodurch die Betondeckung verringert wird und die Bewehrung freigelegt werden kann. Das Abplatzverhalten eines Betonbauteils wird durch eine Vielzahl von Parametern wie Festigkeitsklasse, Zementart, Zusatzstoffe, Feuchtegehalt, Bauteilgeometrie und -belastung beeinflusst. Um die Abplatzneigung von Beton im Brandfall zu beurteilen, werden Brandversuche an maßstabsgetreuen Bauteilen durchgeführt. Diese Versuche sind jedoch kosten- und ressourcenintensiv. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Verkleinerung der Prüfkörper zu einer Verringerung der Abplatzungen führt. Dies ist auf zunehmende Randeinflüsse zurückzuführen.
In der vorliegenden Studie wird das Abplatzverhalten von kleinformatigen Prüfkörpern mit unterschiedlichen Geometrien und mechanischen Randbedingungen untersucht. Ziel ist es, den Einfluss der behinderten thermischen Ausdehnung auf das Abplatzverhalten zu untersuchen und so eine Möglichkeit zu entwickeln, das Abplatzverhalten von großformatigen Prüfkörpern mit kleineren, dehnungsbehinderten Prüfkörpern nachzubilden. Dazu werden zwei Normalbetone mit Portlandzement, Flugasche sowie quarzitischer und basaltischer Gesteinskörnung verwendet. Der Vergleich des Abplatzverhaltens erfolgt an quaderförmigen (0,6 x 0,6 x 0,3 m³) und zylindrischen (Ø 0,47 m x 0,3 m) Prüfkörpern ohne Behinderung der thermischen Ausdehnung und an zylindrischen Prüfkörpern gleicher Größe, deren thermische Ausdehnung durch einen 8 mm dicken Stahlring behindert wird. Um eine Erwärmung und thermische Ausdehnung des Stahlrings zu verhindern, wurde der Stahlring im Bereich der brandbeanspruchten Betonoberfläche gedämmt.
Die Ergebnisse zeigen, dass die behinderte thermische Ausdehnung zu einer deutlich erhöhten Abplatztiefe der Prüfkörper führt. Zylindrische Prüfkörper beider Betonmischungen platzen ohne Stahlring nur minimal ab. Dagegen zeigen die Prüfkörper mit Stahlring ähnliche Abplatzungen wie realmaßstäbliche Prüfkörper früherer Studien. Zwischen den beiden Betonmischungen mit quarzitischer und basaltischer Gesteinskörnung wurden Unterschiede im Abplatzverhalten festgestellt. Aus den Ergebnissen kann geschlussfolgert werden, dass der gewählte Versuchsaufbau mit stahlringummantelten Prüfkörpern für die Bestimmung der Abplatzneigung von Betonbauteilen geeignet ist.
Influence of thermal strain on concrete spalling
André Klimek, Ludwig Stelzner, Sascha Hothan und Jochen Zehfuß
Veröffentlich in Materials and Structures, Band 57, Artikelnummer 15, Seite 1-14, 2024