Das Abplatzverhalten von Ultrahochleistungsbeton mit modifizierter Mikrostruktur unter Brandbelastung

Abstract

Ultrahochleistungsbeton ist ein Beton dessen Druckfestigkeit über der in der ÖNORM EN 206-1 genormten Druckfestigkeitsklasse (> 115 N/mm2) liegt. Durch seine sehr dichte und homogene Mikrostruktur werden aktuell Festigkeiten unter Normalbedingungen von bis zu 250 N/mm2 erreicht. Darüber hinaus weist er auch eine sehr hohe Dauerhaftigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber äußere Einflüsse auf. Aus UHPC lassen sich Bauwerke mit schlanken und dünnwandigen Bauteilen realisieren, die sehr hohen Belastungen standhalten können. Bei Beton kann es infolge von Brandeinwirkungen zu Gefügeschädigungen bis hin zu Betonabsprengungen kommen. Im Vergleich zum Normalbeton sind diese Absprengungen bei UHPC aufgrund seiner viel dichteren Gefügestruktur deutlich intensiver. Ursache dafür ist der durch die Brandeinwirkung entstehende Wasserdampf, der durch das dichte Betongefüge am Entweichen gehindert wird. Die Zugabe von geeigneten PP-Fasern minimiert die Betonabsprengungen beziehungsweise verhindert sie vollständig. Neben den Untersuchungen des Abplatzverhaltens war ein zusätzliches Ziel dieser Arbeit, einen kompakten Versuchsbrandofen zu konstruieren, mit dem das abgeplatzte Material schnellst möglich aus dem Ofen transportiert wird, um es in weiterer Folge analysieren zu können. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde in umfangreichen Versuchsreihen verschiedene UHPC-Rezepturen hergestellt, die unterschiedlichen Nachbehandlungs- und Lagerungsbedingungen unterzogen wurden, um die Auswirkung der Veränderung der Mikrostruktur auf das Abplatzverhalten von UHPC unter Brandeinwirkung zu untersuchen. Darüber hinaus wurden ebenfalls die Festigkeitseigenschaften der unterschiedlichen Betonrezepturen untersucht.

Ultra High Performance Concrete is concrete which has a higher compressive strength than the ÖNORM EN206-1 standardized compressive strength class (> 115 N/mm2). Currently strengths of up to 250 N/mm2 under standard conditions are achieved through a very dense and homogenous microstructure. Therefore, this concrete displays a very good longevity and resistance against external impact. Buildings with slender and thin-walled components, which withstand great stress, can be realized through the use of UHPC. Dealing with concrete after fire exposure, damages to the structure or even spalling of concrete can occur. In comparison to standard concrete, this spalling in UHPC is more intensive due to its denser structure. The reason for this is the developed water vapor, which is caused by fire exposure and which cannot exhaust through the dense concrete structure. The addition of adequate polypropene-fiber minimizes the spalling of concrete or, respectively, prevents it completely. Apart from the examination of spalling, it was another objective of this thesis to construct a compact furnace, which facilitates the fast transport of spalled material quickly out of the oven to enable further analysis. In the scope of this thesis, various UHPC formulas were produced in extensive, experimental series, which were treated with different subsequent-treatment procedures and stored under different conditions. This was done to analysis the effects on the microstructure and on the spalling of UHPC after fire exposure. Furthermore, the strength properties of various UHPC formulas were evaluated.