Raumabschließende Bauelemente aus Textilbeton unter Temperaturbeanspruchung
Inhaltsverzeichnis
Projektdaten
| Titel | Title
Raumabschließende Bauelemente aus Textilbeton unter Temperaturbeanspruchung | Space-enclosing components of textile reinforced concrete under high temperature stress |
Bericht aus dem Jahrbuch 2015
Textilbeton unter hohen Temperaturen
Pull-Out-Versuch an TRC-Probe unter Temperaturbelastung
Das Einsatzgebiet von Textilbeton (TRC) wird durch zahlreiche FuE-Projekte stetig erweitert. Im Bereich des Fassadenbaus ist TRC bereits seit einiger Zeit etabliert. Dies unterstreichen zahlreiche Praxisanwendungen, wie zum Beispiel die SoccerCity in Johannesburg. Vor allem kann durch die dünnen Textilbetonplatten viel Gewicht gespart werden. Das hat positive Auswirkungen auf Transport, Montage und die Dimensionierung der primären Tragstruktur. Die bisher unzureichende Kenntnis über das Verhalten von Textilbeton-Fassadenkonstruktionen im Brandfall schränkte den Einsatzbereich von Textilbetonfassaden jedoch ein. Im Projekt konnten nun weitere Erkenntnisse zum Tragverhalten von Textilbeton unter hohen Temperaturen gewonnen werden.
Zunächst erfolgte eine Optimierung der Ausgangsmaterialien. Die Projektpartner am Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) entwickelten eine hochtemperaturbeständige Beschichtung für die textile Bewehrung. Damit ist die Kraftübertragung zwischen Bewehrung und Beton auch unter hohen Temperaturen gewährleistet. Zur Verbesserung der Brandbeständigkeit des Betons wurden Polypropylen-Fasern zugegeben. Diese schmelzen ab Temperaturen von ca. 120 °C. Durch die dadurch entstehenden Hohlräume im Beton kann sich der Wasserdampf, der durch Verdunsten des in der Matrix gebundenen Wassers entsteht, ausdehnen, ohne dass dabei ein hoher Innendruck entsteht, der zu Betonabplatzungen führen könnte.
Anschließend erfolgten mit den optimierten Materialien Untersuchungen am Verbundwerkstoff in einaxialen Zugversuchen und Auszugversuchen bei unterschiedlichen Temperaturen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen bestätigen eine erhebliche Verbesserung des Tragverhaltens des Verbundwerkstoffes durch die vorgenommenen Optimierungen. So konnte in den Auszugversuchen bei einer Temperatur von 200 °C zum Beispiel ein fünffach besserer Verbundkennwert ermittelt werden.
Weiterhin erfolgte eine Temperaturfeldanalyse eines im Rahmen des Projektes entwickelten Fassadenaufbaus. Der modellierte Aufbau entspricht dabei einer dreischichtigen Sandwichkonstruktion aus einer 3 cm starken TRC-Platte, einem 6 cm starken Vakuumisolationspaneel und einer weiteren, 1,5 cm starken TRC-Platte. In abschließenden Großbrandversuchen konnten realitätsnahe Temperaturmessungen vorgenommen werden. Der Vergleich mit der Modellierung ergab eine gute Übereinstimmung zwischen Simulationen und Großbrandversuch.
Bericht aus dem Jahrbuch 2014
Textilbetonplatten unter sehr hohen Temperaturen
Feinbeton-Trockenmischung mit Polypropylen-Kurzfasern
Die Fassadengestaltung mit Textilbetonplatten ist weiterhin auf dem Vormarsch. Durch die nur 2–4 cm dünnen Bauteile kann viel Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen, deutlich dickeren Stahlbetonplatten eingespart werden. Dies wirkt sich z. B. im Materialverbrauch und beim Transport, aber auch bei der tragenden Konstruktion eines Bauwerkes aus. Das grundsätzliche Materialverhalten von Textilbeton (TRC) ist mittlerweile sehr gut erforscht, allerdings besteht beim Verhalten von TRC bei (sehr) hohen Temperaturen, wie sie beispielsweise im Brandfall auftreten können, noch Forschungsbedarf. Ziel des Projektes ist es, zukünftig den Einsatz von Textilbetonfassaden auch in Bereichen mit höheren brandschutztechnischen Anforderungen zu ermöglichen.
Bekannt ist, dass sich vor allem der Verbund zwischen dem Bewehrungstextil und der Betonmatrix bei hohen Temperaturen verschlechtert. Der Hauptgrund dafür ist die bei der Textilherstellung verwendete Beschichtung. Diese besteht bisher in den meisten Fällen aus Styrolbutadien. Bei Wärmezufuhr erweicht eine solche Beschichtung. Deshalb entwickelten unsere Projektpartner am Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik der TU Dresden eine hitzebeständige Beschichtung. Zeitgleich erfolgte die Optimierung des bisher verwendeten Betons an unserem Institut. Mit Hilfe von Polypropylen-Kurzfasern, die in ähnlicher Art und Weise bereits im Tunnelbau eingesetzt werden, soll es gelingen, den Beton hitzeresistenter zu gestalten. Die Kunststofffasern beginnen, bei einer Brandbelastung zu schmelzen. Dadurch entsteht im Beton mehr Platz, damit der entstehende Wasserdampf sich ausbreiten kann, ohne dass kritische Spannungskonzentrationen entstehen, die zu einem plötzlichen großflächigen Versagen führen.
Zur Charakterisierung wurden die neuen Materialien textilbetontypischen Untersuchungen unter Hitzebelastung unterzogen. Aktuell führen wir einaxiale Zugversuche mit stationärer und instationärer Temperaturbelastung von bis zu 600 °C durch, aus denen Spannungs-Dehnungs-Beziehungen für TRC bei unterschiedlichen Temperaturen abgeleitet werden können. In Pull-Out-Versuchen unter Temperaturbelastung wird das Verbundverhalten zwischen den Garnen und der Betonmatrix bestimmt. Die Ergebnisse fließen anschließend in die Berechnung der TRC-Fassadenplatten ein. Zum Projektabschluss werden großformatige Platten realitätsnah einer Brandprüfung unterzogen, damit die Ergebnisse validiert werden können.