Hochtemperatur-Hybridimprägnierung und -beschichtung für Carbonfaserbewehrung in Carbonbeton
Projektdaten
| Titel | Title Hochtemperatur-Hybridimprägnierung und -beschichtung für Carbonfaserbewehrung in Carbonbeton | High-temperature protective hybrid impregnation and coating for carbon reinforcement in concrete structures Förderer | Funding Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Zeitraum | Period 10/2020 – 12/2025 Leiter | Project manager Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach Bearbeiterin | Contributor Olga Benedix Projektpartner | Project partner Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF) |
Kurzbeschreibung
Prüfkörper mit oberflächlichen Betonabplatzungen nach Temperaturbelastung
Im Brandfall stellen explosionsartige Abplatzungen besonders bei hochfesten Betonen ein hohes Tragfähigkeitsrisiko für jedes Bauteil dar. Solche Abplatzungen sind einerseits auf eine starke Erhöhung des Porendrucks durch Verdunsten von Porenwasser und andererseits auf die durch unterschiedliche Wärmeausdehnung der einzelnen Komponenten bedingten Spannungen zurückzuführen. Bekannt ist der Zusatz von Polypropylen-Kurzfasern. Dies wird besonders im Tunnelbau erfolgreich zur Vermeidung von Abplatzungen eingesetzt. Die Fasern erzeugen Mikrorisse im Zementstein, erhöhen auf diese Weise die Permeabilität und ermöglichen den Abbau von thermisch induzierten Spannungen im Beton. Um Abplatzungen unter Laborbedingungen hervorzurufen, ist ein steiler Temperaturanstieg notwendig. Im sogenannten PTM-Versuch (engl. pressure, temperature, mass) wird eine unbewehrte Betonplatte in einen Stahlrahmen eingespannt und eindimensional mit 10 % der 28-Tage-Druckfestigkeit des Betons belastet. Die auf diese Weise erzeugten Spannungen im Beton erlauben es, Betonabplatzungen auch ohne thermischer Belastung gemäß Einheitstemperaturzeitkurve zu erzeugen.
Im Forschungsprojekt wurde der hochfeste Beton HF-2-145-5 untersucht. Zur Nachverfolgung des Temperaturverlaufs innerhalb des Prüfkörpers wurden fünf Temperaturfühler im Abstand von je 10 mm an der Oberfläche beginnend einbetoniert. Der ursprünglich im PTM-Versuch verwendete Stahlrahmen wurde durch vier versteifte Stahlelemente ersetzt, die paarweise oberhalb und unterhalb des Prüfkörpers verbunden und angeordnet sind. Die Last wurde über zwei Prüfzylinder aufgebracht. Insgesamt neun Keramikstrahler erwärmten den Probekörper auf bis zu 600 °C Oberflächentemperatur. Dabei traten Abplatzungen bereits bei 240–260 °C Oberflächentemperatur auf. Der Zusatz von nur 1 Gewichts-% Polypropylenfasern konnte Abplatzungen bei guter Verarbeitbarkeit des Rohbetons vollständig verhindern.