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https://nap.nationalacademies.org/catalog/27432/critical-issues-in-transportation-for-2024-and-beyond

Polypropylen-Fasern in Hochleistungsbetonen. Wirkungsmechanismen im Brandfall / Polypropylene fibres in high performance concretes. Mechanisms of action in the event of fire

Hochleistungsbeton verhaelt sich deutlich sproeder als Normalbeton. Im Brandfall kann es daher frueher und haeufiger zu explosionsartigen Betonabplatzungen kommen. Das ist im Vergleich mit Normalbeton im Wesentlichen auf den hoeheren Bindemittelgehalt und die geringere Permeabilitaet von Hochleistungsbeton zurueckzufuehren. Um einen ausreichenden Feuerwiderstand im Brandfall zu erreichen, hat sich als wirkungsvolles Mittel die Zugabe von Polypropylen-Fasern (PP-Fasern) zum Hochleistungsbeton erwiesen. Die positive Wirkung dieser Fasern wurde vielfach empirisch nachgewiesen. Ueber die Wirkungsweise von PP-Fasern wurden jedoch unterschiedliche Theorien aufgestellt, diese werden hier zusammengefasst und diskutiert. Mit einer neu entwickelten Methodologie aus Messungen waehrend der thermischen Beanspruchung und dreidimensionalen CT-Untersuchungen im abgekuehlten Zustand wurden die bisherigen Theorien ueberprueft und daraus neue Erkenntnisse gewonnen. Viele der bisherigen Theorien gehen davon aus, dass das dichte Gefuege des Hochleistungsbetons in Brandfall die Stroemung des Wasserdampfes behindert und der entstehende Druck die Hauptursache fuer das explosionsartige Abplatzen ist. Durch Zugabe von PP-Fasern, darueber besteht Einigkeit, steigt die Permeabilitaet des Betons an und es kann Wasserdampf ausstroemen. Die aufgestellten Theorien werden daher auch als Permeationstheorien bezeichnet, die man in die beiden Kategorien Mikrokanalbildung durch das Schmelzen der Fasern und Perkolation der Randbereiche durch diffusionsoffene Uebergangszonen zwischen Fasern und Matrix oder Komprimierung der Fasern durch den Wasserdampfdruck einteilen kann. Da die verschiedenen Hypothesen zur Wirkungsweise von PP-Fasern bei Brandeinwirkung in Hochleistungsbetonen teilweise widerspruechlich und experimentell nicht abgesichert sind, stellen die Autoren eigene Untersuchungen mit einer innovativen Prueftechnik vor. Auf Forschungsziele, Vorgehensweise sowie auf die verwendeten Materialien und die angewendeten Methoden wird eingegangen. Im Vordergrund der experimentellen Untersuchungen stehen die Verfolgung der Rissbildungsprozesse und die Visualisierung der Rissstruktur bei thermischen Einwirkungen. Die durchgefuehrten Versuche werden im Einzelnen beschrieben und die Ergebnisse ausfuehrlich vorgestellt. Als wesentliches Ergebnis bleibt festzuhalten, dass durch die thermische Zersetzung der PP-Fasern Mikrokanaele entstehen, die bei der gleichzeitig festgestellten Mikrorissbildung netzartig miteinander verbunden werden. Diese netzartig verbundenen Mikrorisse bauen die Eigen- und Zwangsspannungen im Beton ab und es entsteht ein permeables Transportwegesystem fuer den ausstroemenden Wasserdampf. Beide Effekte verhindern oder behindern das Entstehen von Betonabplatzungen. Da noch viele Fragen zur Wirkungsweise der PP-Fasern im Hochleistungsbeton bei Brandeinwirkungen unbeantwortet bleiben, sind weitere Untersuchungen erforderlich. ABSTRACT IN ENGLISH: Structural members and bearing structures of high performance concrete generally have to be protected against explosive spalling due to fire exposure to guarantee a sufficient fire resistance. Up to now, the economically and technologically most worthwhile method to prevent explosive spalling is the addition of polypropylene fibres. Though the effectiveness of the fibres could be shown empirically, the mechanisms preventing explosive spalling are still debatable. The article summarizes the existing theories concerning the mode of action of polypropylene fibres in fire exposed high performance concretes and presents an innovative methodology for analysing the micro structural processes. The results show that due to the thermal decomposition of the polypropylene fibres micro channels are created and simultaneously connected due to a netlike micro crack formation. This enables the relief of internal stresses (mechanical effect) and the formation of a permeable transport system for the escaping water vapour (permeation effect). (A)

  • Availability:
  • Authors:
    • PISTOL, K
    • WEISE, F
    • MENG, B
  • Publication Date: 2012-7

Language

  • German

Media Info

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01456055
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Dec 4 2012 9:41AM