Abplatzverhalten von Tunnelinnenschalenbeton unter hohen Temperaturen: Fid-Bau Portal

Abplatzverhalten von Tunnelinnenschalenbeton unter hohen Temperaturen

Schneider, U. / Horvath, J.

Betonauskleidungen in Straßen- und Schienentunnelbauwerken müssen bei einem Brand möglichst lange Widerstand leisten, um Gefahr für Personen zu vermeiden und die anschließende Wiederinstandsetzung möglichst kostengünstig zu halten. Es werden aktuelle Forschungsergebnisse über Abplatzmechanismen und über die Wirksamkeit von Faserzusätzen vorgestellt, die am Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz der TU Wien erarbeitet wurden. Betrachtet wurden die thermomechanischen Prozesse, die durch ungleiche Erwärmung von Betonkörper und Oberfläche stattfinden. Dabei wurde deutlich, dass der Wasserdampfdruck bei der Rissbildung nur eine untergeordnete Rolle spielt. Dehnungsunverträglichkeiten zwischen Zuschlag und Zementstein können zudem Gefügespannungen verursachen, und bei höheren Temperaturen treten Entwässerungsreaktionen bzw. Mineralumwandlungen auf. Thermohydraulisch sieht die Reaktion wieder anders aus. Durch die Dampfausgleichsbewegungen entsteht im Beton eine laminare Strömung, überschreitet der Druck die Betonzugfestigkeit, erfolgt ein explosionsartiges Abplatzen des Betons. Hier spielen viele Faktoren hinein, von der Aufheizgeschwindigkeit über die Feuchte, das Porenvolumen und die Bewehrungsanordnung bis hin zur Bauteilgeometrie. Eine wirksame Reduzierung explosiver Abplatzungen kann durch ein Porensystem erreicht werden, das den Abbau des Dampfdrucks erlaubt. Dies erreicht man durch Zugabe von Kunststoffasern, die beim Brand schmelzen und so durchgängige Mikroporen erzeugen und eine poröse Übergangszone zwischen Matrix und Fasern bilden. Optimale Porenquerschnitte resultieren aus dem Strömungsweg und der Querschnittsfläche der Poren sowie aus dem behinderten Substanztransport. Diese entgegenwirkenden Faktoren und die Zusammensetzung des Betons müssen in Einklang gebracht werden. Der optimale Querschnitt scheint zwischen 12 und 100 Mikrometern zu liegen. Versuche mit Polypropylenfasern zeigten, dass bereits vor dem Schmelzen eine verbesserte Durchlässigkeit des Betons durch die Fasern erzielt wird. Damit scheinen die Kunststofffasern für das gestellte Ziel geeigneter als Stahlfasern, was aber noch in weiteren Untersuchungen überprüft werden soll.