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

Ueberwachung der zeitabhaengigen Entwicklung des Abplatzverhaltens von Beton unter Brandeinwirkung

Detection of the time-dependant development of concrete spalling under fire exposure

Die meisten Standardversuche zur Feststellung des Abplatzverhaltens von Beton bei Brandeinwirkung erlauben derzeit nur den Vergleich vor und nach dem Brand. Daraus lassen sich jedoch keine Informationen ueber den Schaedigungsverlauf im Beton herleiten. Vor diesem Hintergrund wird die Anwendung der Schallemissionsanalyse bei brandbeanspruchten Bauteilen behandelt. Das zerstoerungsfreie Verfahren ermoeglicht die Ueberwachung des Schaedigungsprozesses im Inneren des Betons ueber die Versuchsdauer. Bei der Schallemission breiten sich von der Schallquelle ausgehend elastische Wellen aus, die mit Sensoren an der Oberflaeche des Probekoerpers erfasst und aufgezeichnet werden koennen. Die Auswertung der Signale dieses volumenorientierten Messverfahrens erlaubt Rueckschluesse auf den Schaedigungsverlauf im Beton. Da die vorgestellten Versuche im Brandofen erfolgten, musste die Versuchsanordnung mit einseitiger Brandeinwirkung konzipiert werden, da anderenfalls wegen der Hitzeeinwirkung auf der gegenueberliegenden Seite die Sensoren nicht funktionstuechtig geblieben waeren. Die Zeit, die die Waerme zum Durchdringen des Probekoerpers benoetigt, kann fuer die Messung genutzt werden. Im Rahmen der Versuche wurden Betonprobekoerper 85 x 70 x 30 Zentimeter mit und ohne Zusatz von Polypropylenfasern (PP-Fasern) untersucht. Bei den Probekoerpern mit PP-Fasern waren keine signifikanten Betonabplatzungen feststellbar, waehrend die Probekoerper ohne Faserzusatz deutliche Schaedigungen an der brandbeanspruchten Seite aufwiesen. Risse aufgrund thermischer Spannungen wurden an allen Probekoerpern festgestellt. Die im Beton aufgetretenen zeitabhaengigen Schaedigungen sind in den Aufzeichnungen der Schallemissionsaktivitaet deutlich erkennbar. Es faellt auf, dass die Gesamtzahl der Schallereignisse bei Beton ohne PP-Fasern deutlich hoeher ist als bei den Proben mit Faserzusatz. Die Schallemissionsaktivitaet stellt somit eine klare und nachvollziehbare Messung des zeitlichen Verlaufs der Schaedigung dar. Zu beachten ist jedoch, dass weitere Effekte auftreten koennen, zum Beispiel Rissbildungen, Abplatzungen und Mikrorisse, die sich auf die Messung der Schallaktivitaeten stoerend auswirken. In Einzelfaellen kann es daher problematisch sein, aus den Ergebnissen auf das Verhalten des Betons zu schliessen. Dies laesst sich durch verbesserte Auswertemethoden ausgleichen. Fuer die Untersuchung des Abplatzverhaltens ist es sinnvoll, zwischen Abplatzungen, Delaminationen, Rissbildungen, Mikrorissen und anderen Effekten zu differenzieren. Die zugehoerigen Schallereignisse lassen sich durch die ueber die Zeit aufgenommene Schallenergie darstellen und differenzieren. So treten zum Beispiel bei Abplatzungen hoeherenergetische Schallemissionsereignisse ein, die man einzelnen Abplatzungen zuordnen kann. Eingegangen wird auch auf das Verhaeltnis zwischen Temperatureinwirkung und Signalenergie sowie auf einen Vergleich des Verfahrens mit Videoueberwachung und Infrarot-Thermografie. Abschliessend wird festgestellt, dass sich die Schallemissionsanalyse grundsaetzlich zur Feststellung des zeitabhaengigen Schaedigungsverlaufs von Beton unter Brandeinwirkung eignet, dass aber weitere Untersuchungen zur Genauigkeit und Anwendbarkeit der vorgestellten Methoden sinnvoll sind. ABSTRACT IN ENGLISH: In order to analyze the behaviour of concrete under fire exposure experimental investigations are used. This practice is expensive and very time-consuming. So, it is essential to get as most suitable information out of such experiments as possible. At present, most standard experiments are only capable to compare the condition of concrete before and after the experiments. Unfortunately, information of the time-dependent development of the damaging process cannot be resolved. In order to fully understand the mechanism of dynamic concrete damage under fire exposure, this information is crucial. Therefore, it is necessary to develop measurement systems which are able to monitor and detect the entire exposure process and its consequences. These systems should be applied additionally to the temperature monitoring, the visual inspection and the weighting of the specimen before and after the experiments. For this purpose volume-orientated non-destructive testing methods are considered. It is possible to use ultrasonic systems or impact-echo methods, but the most suitable are acoustic emission techniques. With this method it is possible to monitor damage processes of the complete specimen volume and during the whole time of the experiments. The paper will present results of experimental investigations where such systems have been successfully applied to test the feasibility, practicability and the usefulness of different measurement systems to verify the time-dependent development of concrete spalling under fire exposure. (A)

  • Availability:
  • Authors:
    • Richter, R
    • Juknat, M
    • Grosse, C
    • Dehn, F
  • Publication Date: 2015-5

Language

  • German

Media Info

  • Media Type: Print
  • Features: Figures; References;
  • Pagination: pp 349-54
  • Serial:

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01575478
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Sep 1 2015 11:55AM