Der Einfluss der Wärmeleitfähigkeit auf das Abplatzverhalten von Ultrahochleistungsbetonen unter Brandbeanspruchung

Abstract

Ultrahochleistungsbeton (Ultra High Performance Concrete - UHPC) ist ein sehr gefügedichter Beton, welcher charakteristische Druckfestigkeiten die weit oberhalb der in ÖNORM EN 206-1 definierten Festigkeitsklasse C100/115 liegen, erreichen kann. Durch seine Gefügedichheit kann UHPC eine Druckfestigkeit von bis zu 250 N/mm2 erreichen und besitzt hervorragende Dauerhaftigkeit und kann daher auch in aggressiver Umgebung eingesetzt werden. Auf Grund seiner besonders dichten Struktur ist UHPC jedoch anfälliger für ein explosives Abplatzen unter Brandbeanspruchung als Normal- oder Hochleistungsbetone. Die Ursache für dieses Verhalten liegt in den durch eine Brandeinwirkung ausgelösten Dampfbewegungen, die in der dichten Betonmatrix behindert werden. Durch die Zugabe geeigneter Polypropylenfasern und / oder Stahlfasern kann dieses Abplatzen verhindert werden. Ultrahochleistungsbeton besitzt eine Wärmeleitfähigkeit von rund 2,5 W/mK. Durch den Ersatz von Quarzsand und Quarzmehl durch Ilmenit (Titaneisenerz) als Gesteinkörnung und Füllstoff kann die Wärmeleitfähigkeit auf rund 1,6 W/mK verringert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Auswirkungen der Reduktion der Wärmeleitfähigkeit eines Ultrahochleistungsbetons auf das Abplatzverhalten unter Brandbelastung untersucht. Weiters wurden die Eigenschaften des Frischbetons und Festbetons abhängig von der Art des Betonzuschlags untersucht. Die Mischungen wurden außerdem nach der Menge und Länge der Polypropylenfasern unterschieden und es wurden die Zuschläge Quarzsand und Quarzmehl durch Ilmenit ersetzt. Trotzdem sollten natürlich die positiven Eigenschaften von Ultrahochleistungsbeton erhalten bleiben.

Ultra High Performance Concrete (UHPC) is a type of concrete with very high structural density and characteristically compressive strengths which can be significantly above the strength class C100/115 defined in ÖNORM EN 206-1. Due to its structural density, UHPC can reach a compressive strength of up to 250 N/mm2 and provides excellent durability and can thus also be used in aggressive environments. However, due to its particularly dense structure, UHPC is more susceptible to explosive spalling under fire load than normal or high performance concrete types. This is a result of the vapour movements which are caused by the exposure to fire and which are impaired by the dense concrete mixture. By adding suitable polypropylene fibres and/or steel fibres, this spalling can be prevented. Ultra high performance concrete has a thermal conductivity of approx. 2.5 W/mK. By replacing silica sand and silica flour by ilmenite (titanic iron ore) as aggregate and filler materials, the thermal conductivity can be reduced to approx. 1.6 W/mK. Within the scope of this work, we studied the effects of reducing the thermal conductivity of an ultra high performance concrete on the flaking characteristic under fire load. Furthermore, we studied the properties of fresh concrete and hardened concrete depending on the type of concrete aggregate. The mixtures were separated according to amount and length of the polypropylene fibres and the aggregates silica sand and silica flour were replaced by ilmenite. Nonetheless, the positive properties of ultra high performance concrete should be maintained.