Beiträge zum Brandverhalten von Hochleistungsbetonen

Abstract

Aufgrund des immer größer werdenden öffentlichen Straßen- und Schienenverkehrs gewinnt der konstruktive Brandschutz für Tunnelbauwerke zunehmend an Bedeutung. Brände in Verkehrstunneln sind zwar selten, verursachen jedoch gegebenenfalls hohe Sachschäden und in letzter Konsequenz auch Personenschäden. Das Auskleidungssystem muß so geplant sein, dass im Brandfall einerseits ausreichender Personenschutz gewährleistet ist, andererseits die Wieder-instandsetzungsmaßnahmen ökonomisch vertretbar sind und die Wieder-inbetriebnahme des Tunnels möglichst rasch hergestellt werden kann. Die Verwendung von Hochleistungsbetonen hat in den letzen Jahren weltweit einen enormen Trend nach oben erfahren. Innovativen Unternehmen und Labors ist es zu verdanken, dass diese Entwicklungen basierend auf soliden Untersuchungen stetig fortgeführt werden. Ultrahochfeste Betone stellen dabei die letzte Stufe dieser Forschungsentwicklung dar. Die Herstellung und die Möglichkeit einer Optimierung des Temperaturverhaltens von fünf praxisnahen Hochleistungsbetonen ist der Inhalt dieser Arbeit. Als Prüfungsgrundlage werden dabei gebräuchliche Hochtemperaturkurven verwendet. Vorweg, im ersten Teil der gegenständlichen Arbeit, wird eine Theorie über die Wirkungsweise von PP- Fasern (Permeationstheorie) und Stahlfasern im Hinblick auf das Abplatzverhalten von Hochleistungsbetonen bei intensiven Temperatureinwirkungen abgeleitet. Ein wichtiger Punkt behandelt hier auch den Einfluss der PP-Fasergeometrie auf das Abplatzverhalten von Hochleistungsbetonen. Die Fasergeometrie hat Einfluss auf die Verarbeitung und auf das Abplatzverhalten dieser Betone. Basierend auf diesem Grundwissen werden dann umfangreiche Versuche durchgeführt, die im zweiten Teil dieser Arbeit dokumentiert sind. Hierbei geht es vor allem darum, optimale Fasergehalte bei den einzelnen Betonen zu ermitteln und zwar derart, das die Betone verarbeitbar sind und kein Abplatzen während eines Brandes auftritt. Für sämtliche Betone werden die, für eine statische Bemessung notwendigen, temperaturabhängigen Festigkeitswerte und der Einfluss bei unterschiedlichen Fasermengen ermittelt. Im Dritten und letzen Teil der Arbeit wird von durchgefühten Grossbrandversuchen mit Tunnelinnenschalenbetonen berichtet. Diese dienen dazu, einen Vergleich zu bekommen, wie die Ergebnisse aus Laborversuchen mit jenen aus den Großbrandversuchen korrelieren. Abschließend werden hier Erkenntnisse aufgelistet, die dem Betontechnologen zur Abstimmung von Rezepturen behilflich sein sollen.

Because of the increasing traffic in tunnels, the importance of constructive fire protection of tunnel shells must be considered in the design. Fire disasters in traffic tunnels are rare, but if they occur usually high structural damage and/or personal injury are at hand. Modern lining systems ensure life protection and economical restoration measures. The use of High Performance Concretes indicated an enormous increase nearly worldwide in the last decade. It is to be owed, to innovative businesses and laboratories that these developments, based on solid investigations, being steadily continued. Ultra High Performance Concrete is the last step in this research field. The manufacture and the possibility of an optimization of the temperature behaviour of five High Performance Concretes is the contents of this work. All tests based on common high temperature curves. Ahead, in the first part of the objective work, a theory is derived over the mode of operation from PP- Fibres ( Theory of Permeation) and Steelfibers with regard to the Spalling behaviour of High Performance Concretes at intensive temperature exposure. An important point here is also the influence of the geometry of PP-Fibres on the spalling behaviour of High Performance Concrete. The geometry has a tremendous influence on the fabrication and on the spalling behaviour. Being based on become this reason knowledge then extensive tests carried out, that are documents in the second part this work. Herewith it goes above all therefore to determine optimal fibre contents. Important is that for the workability and of course for the spalling behaviour. For all Concretes, the residual strength at different temperatures and with different quantities of fibres are determine. In the third and last part the work is reported of carried out large fire tests with Concrete for Tunnel-Lining-Systems. They are important to get a comparison between the results from the laboratory and the large fire tests. Terminating recognitions are listed here, that should be helpful for the specialist.