Untersuchung des Maßstabseffekts auf das Abplatzen von Beton im Brandfall

• Antragsteller: Dr.-Ing. Andreas Rogge
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb ; Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280066173

In einem Brandfall besitzen Bauteile aus Beton eine hohe Feuerwiderstandsdauer, wodurch sie in der Regel länger tragfähig sind als Bauteile aus anderen Baustoffen. Ihre Oberflächen können aber plötzlich und kaum vorhersehbar gewaltsam abplatzen, was zu einer Verringerung ihrer Querschnittsfläche und damit einer Reduzierung ihrer Tragfähigkeit führen kann. Die gefährlichste Form dieses Phänomens ist das explosive Abplatzen, das in den ersten 30 Minuten eines Brands stattfindet. Obwohl unterschiedliche Theorien zu den Mechanismen des explosiven Abplatzens von Beton im Brandfall veröffentlicht sind, ist es bis heute nicht vollständig wissenschaftlich verstanden und bleibt Teil umfangreicher Forschungsaktivitäten (z.B.: RILEM TC SPF). Einer der wesentlichen Gründe dafür kann in der Vielzahl kombiniert auftretender Einflussfaktoren gesehen werden, zu denen neben betontechnologischen auch umgebungsbedingte Faktoren zu zählen sind. Ein entscheidender umgebungsbedingter Faktor ist die Geometrie eines Bauteils bzw. die Geometrie eines in einer Branduntersuchung benutzten Probekörpers.Das primäre Ziel des hier beantragten Projekts ist die Untersuchung unterschiedlich großer Probekörper, um so einen möglichen Maßstabseffekt herauszuarbeiten. Dabei sollen sechs z.T. sehr unterschiedliche Betone untersucht werden, um den Einfluss betontechnologischer Parameter mit abzubilden. In ersten Voruntersuchungen zu diesem Projekt konnten bereits Auswirkungen der Probekörpergröße auf die Abplatztiefe sowie auf weitere temperaturbedingte Schäden für einen hochfesten Beton gezeigt werden.Das Projekt soll in fünf Teilprojekte gegliedert werden. Im ersten Teilprojekt sollen die betontechnologischen Eigenschaften der gewählten Betone verifiziert und die Ausgleichsfeuchte bestimmt werden. Die folgenden drei Teilprojekte spiegeln die drei zu untersuchenden Größenebenen wieder: Laborebene, Zwischenebene und Bauteilebene. Sie setzen sich jeweils aus vier Arbeitspaketen zusammen, in denen die Probenherstellung, die Probenbeschreibung, die Brandversuche und die Schadensbeschreibung durchgeführt werden. Von zentraler Bedeutung für das Projekt ist die quantitative Bestimmung des Abplatzens mit Parametern wir Abplatztiefe oder Abplatzvolumen sowie die Erfassung weiterer temperaturbedingter Schäden. Hierzu muss der innere und äußere Gefügezustand eines Probekörpers vor, während und nach einem Brandversuch mit geeigneten Methoden beurteilt werden, zu denen bspw. die Fotogrammetrie, die Schallemissionsanalyse und die Computertomografie zählen. Abschließend soll im letzten Teilprojekt für jeden Beton ein Zusammenhang zwischen Probekörpergröße und Abplatzdimensionen hergestellt werden. Aus diesen Zusammenhängen soll dann ein allgemeines Maßstabsmodell entwickelt werden, das weitere wesentliche Betoneigenschaften berücksichtigt. Dieses Maßstabsmodell kann als Grundlage für die Einführung und Etablierung einer Standardprüfmethode für das Abplatzen von Bauteilen im Brandfall dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Steve Werner