Beitrag zur Ermittlung der Wärmeleitzahl unter extremen Temperaturbedingungen bei Normalbeton als Grundlage für eine Brandsimulation

Abstract

Reale Brände sind nicht vorhersehbar, und somit sind geplante Analysen und Messungen an realen Bränden zur Datengewinnung fast unmöglich. Um den Brandverlauf, die Brandausbreitung und den Temperaturverlauf in Bauteilen untersuchen zu können, müssen Brandversuche und numerische Experimente herangezogen werden. Auch Brandsimulationen spielen dabei eine wesentliche Rolle. Umso wichtiger ist deshalb der Kenntnisstand über die thermischen Eigenschaften von Baustoffen.<br />Das Ziel dieser Diplomarbeit ist die Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit von Normalbetonen mit quarzhaltigen Zuschlägen bei hohen Temperaturen zur weiteren Anwendung in diversen Brand-Simulationsprogrammen. Zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit wird das Parallel-Heißdrahtverfahren angewendet, das auf der Ermittlung des Temperaturanstieges in einem Probekörper als Funktion der Zeit beruht.<br />In dieser Arbeit werden die Wärmeleitfähigkeit von Probekörpern mit unterschiedlichen Feuchtegehalten bei Prüftemperaturen zwischen 90 °C und 600 °C ermittelt. Die Ergebnisse aus den Parallel-Heißdrahtversuchen werden anschließend mit den derzeitig normativ geregelten Werten nach EUROCODE 2 verglichen.<br />Ferner werden Brandversuche an Betonkörpern mit quarzhaltigem Zuschlag durchgeführt, um Vergleichstemperaturen für nachfolgende Brandsimulationen zu erhalten. Dabei werden die Temperaturverläufe in unterschiedlichen Bauteiltiefen in einseitig dem Brand ausgesetzten Probekörpern aufgezeichnet, und diese den mittels einer Simulationssoftware berechneten Temperaturen gegenübergestellt.<br />Die Brandraumtemperaturen sowohl bei den Brandversuchen als auch bei den Brandsimulationen entsprechen der normierten Einheits-Temperatur-Zeitkurve, welche in idealisierter Form einen realen Brand beginnend vom Flashover wiederspiegelt.

Real fires are unpredictable, therefore it is almost impossible to plan and do analyses or measurements to achieve information of real fires. Hence it is necessary to use the results of fire tests and numerically experiments to judge the fire performance, the fire spread or the behaviour of the temperature of the construction. Also fire simulations have a significant role in the evaluation of fires. All the more important is the knowledge of the thermal properties of building materials.<br />The aim of this master thesis is the determination of the thermal conductivity of normal weight concrete with quartz additives at high temperatures for the continued application in various fire simulation programs.<br />For the determination of the thermal conductivity the Parallel-Hot-Wire method is applied. This method determines the increase in temperature of the specimen as a function of time. During this work the thermal conductivities of specimen with different moisture contents are determined at temperatures from 90°C up to 600°C.<br />Afterwards the results of the Parallel-Hot-Wire tests are compared with the current data regulated by standards referred to EUROCODE 2.<br />Moreover there are fire tests on specimens of concrete with quartz additives to obtain temperatures for comparison with the results of the subsequent fire simulations. Thereby the temperatures of the specimens, which are exposed to the fire on one side, are recorded for different depths of the specimens. The standard time-temperature curve is applied for the fire tests as well as for the fire simulations, which reflects real fires starting from the time of the flashover.<br />