Ursachen von Betonabplatzungen bei Tunnelbränden und Schutzmaßnahmen: Fid-Bau Portal

Ursachen von Betonabplatzungen bei Tunnelbränden und Schutzmaßnahmen

Paliga, K.

Es wurden in theoretischen Untersuchungen die Ursachen und die Einflussgrößen bezüglich der explosionsartigen Abplatzungen von Beton bei Tunnelbränden ermittelt und beurteilt. Als Ursachen wurden drei Faktoren ermittelt 1.Zum einen entstehen durch die unterschiedlichen Materialeigenschaften der Betonkomponenten größere Verformungen an der Oberfläche im Bereich der Zuschlagskörner und bewirkt damit ein Ablösen der oberflächennahen Betonschicht in diesem Bereich. Durch die ansteigenden Druckspannungen parallel zur beflammten Oberfläche kommt es zu einem lokalen Stabilitätsversagen. Diese Ursache wirkt sich jedoch nur im Oberflächenbereich aus, so dass sie keine Gefährdung der Tragfähigkeit darstellt. 2. Weiter wurde als zweite Ursache der Porendruck ermittelt, der bereits nach der 5. Minute unter RABT-Beanspruchung die temperaturabhängige Zugfestigkeit überschreitet. 3. Die dritte Ursache wird durch die Eigenspannungen infolge des nichtlinearen Temperaturgradienten hervorgerufen. Es werden Druck- und Zugspannungen parallel zur beflammten Oberfläche sowie Zugspannungen senkrecht zur beflammten Oberfläche erzeugt. Zusätzliche Zugspannungen werden durch den Porendruck, die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten, Querdehnzahlen und Steifigkeiten der Betonkomponenten ausgelöst. Die größten Zugspannungen entstehen dabei in ca. 1 bis 2 cm Bauteiltiefe, die die triaxiale temperaturabhängige Zugfestigkeit überschreiten und zu Abplatzungen führen. Die experimentellen und theoretischen Untersuchungen ergaben weiterhin, dass Quarzit, Kalkstein und Basalt durch ihre thermischen Materialgesetze das Abplatzen nicht negativ beeinflussen. Der Einfluss der Temperaturbeanspruchung hat sich als sehr groß herausgestellt. Geht man davon aus, dass die Abplatzungen auf Grund des Überschreitens der triaxialen temperaturabhängigen Zugfestigkeit stattfinden, erhält man eine kritische Betontemperatur von 125 Grad Cel in 1 cm Bauteiltiefe. Bei Unterschreiten dieser Temperatur in den ersten 10 Minuten eines Brandes durch geeignete Maßnahmen, finden keine größeren Abplatzungen statt. Die Last wirkt sich ebenfalls erheblich auf den Abplatzprozess aus. Bei einem geringen Ausnutzungsgrad bewirkt die äußere Belastung, dass geringere Zugspannungen im Querschnitt entstehen als ohne Last und wirkt damit günstig bezüglich der Abplatzungen. Bei höheren Lastausnutzungen (>0,2) werden dann die Abplatzungen durch das Überschreiten der triaxialen Zugfestigkeit ausgelöst.