SFB 528-D6 (II): Hochtemperaturverhalten von Textilbeton
Inhaltsverzeichnis
Projektdaten
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Kurzbeschreibung
Von hohem Interesse für eine breite praktische Anwendung des neuen Verstärkungsverfahrens „Textilbewehrter Beton“ sind Aussagen zum Verhalten der verstärkten Konstruktion im Brandfall, besonders hinsichtlich einer Heißbemessung nach EC 2. Um Aussagen über die Eigenschaften von textilbewehrtem Beton im Hochtemperaturbereich treffen zu können, wurden verschiedene experimentelle Untersuchungen an Textilbetonbauteilen und an Textilien durchgeführt. Versuche an verstärkten Stahlbetonplatten unter Biegung und einseitiger Beflammung dienten der Ermittlung von Temperaturprofilen, Verformungen und Tragfähigkeiten. Dehnkörperversuche bei Probekörpertemperaturen bis 600 °C ergaben Spannungs-Dehnungs-Linien sowie Informationen über die verschiedenen Dehnungsanteile. Pull-Out-Tests unter Temperaturbelastung zeigten die Auswirkungen auf den Verbund zwischen Filamentgarn und Feinbetonmatrix und gaben somit Aufschlüsse über erforderliche Verankerungs- und Übergreifungslängen der textilen Bewehrung. Durch thermogravimetrische Analysen der textilen Bewehrung unter verschiedenen atmosphärischen Bedingungen wurden zudem Erkenntnisse über den Masseverlust im Hochtemperaturbereich gewonnen.
Website zum Projekt
Bericht aus dem Jahrbuch 2010
Feuer und Flamme für Textilbeton
Textilauszugsversuche unter Temperaturbelastung
Von hohem Interesse für eine breite praktische Anwendung des neuen Verstärkungsverfahrens „Textilbewehrter Beton“ sind Aussagen zum Verhalten der verstärkten Konstruktion im Brandfall, besonders hinsichtlich einer Heißbemessung nach Eurocode 2.
Um Aussagen über die Eigenschaften von textilbewehrtem Beton im Hochtemperaturbereich treffen zu können, wurden verschiedene experimentelle Untersuchungen an Textilbetonbauteilen und an Textilien durchgeführt. Versuche an verstärkten Stahlbetonplatten unter Biegung und einseitiger Beflammung dienten der Ermittlung von Temperaturprofilen, Verformungen und Tragfähigkeiten. Dehnkörperversuche bei Probekörpertemperaturen bis 600 °C ergaben Spannungs-Dehnungs-Linien sowie Informationen über die verschiedenen Dehnungsanteile. Pull-Out-Tests unter Temperaturbelastung zeigten die Auswirkungen
auf den Verbund zwischen Filamentgarn und Feinbetonmatrix und gaben somit Aufschlüsse über erforderliche Verankerungs- und Übergreifungslängen der textilen Bewehrung. Durch thermogravimetrische Analysen der textilen Bewehrung unter verschiedenen atmosphärischen Bedingungen wurden zudem Erkenntnisse über
den Masseverlust im Hochtemperaturbereich gewonnen.
All diese Versuche lieferten Informationen über den Einfluss einer Erwärmung auf das Tragverhalten der textilen Verstärkungsschicht in Abhängigkeit der Heizrate sowie der statischen Belastung. Diese Erkenntnisse können bei der Heißbemessung von verstärkten Bauteilen berücksichtigt werden, da nun die Interaktion zwischen Stahlbewehrung und textiler Carbonfaserbewehrung während eines Brandes besser verstanden wird.
Es konnte gezeigt werden, dass das Brandverhalten von mit Textilbeton verstärkten Stahlbetonbauteilen einerseits von der temperaturabhängigen Kraftumlagerung von der Stahlbewehrung auf die textile Bewehrung abhängt. Weiterhin spielen das Temperaturverhalten der Beschichtung der Textilien und die Konzentration des für
die Oxidation des Carbons benötigten Sauerstoffes eine Rolle, die bei ca. 500 °C einsetzt und einen festigkeitsmindernden Querschnittsverlust bewirkt.
Bericht aus dem Jahrbuch 2009
Textilbeton unter Brandbelastung
Zugversuch eines Dehnkörpers aus Textilbeton unter Temperaturbelastung
Ein Anwendungsgebiet für Textilbeton ist die Verstärkung von bestehenden Stahlbetonkonstruktionen. Bisher gibt es jedoch keine belastbaren Aussagen über das Verhalten der textilen Bewehrungsschicht sowie der Kräfteverteilung zwischen Betonstahlbewehrung und textiler Bewehrung während eines Brandes. Angaben zu den Hochtemperatureigenschaften
von Beton und Betonstahl können der einschlägigen Literatur entnommen werden. Das Hochtemperaturverhalten
der verwendeten Carbonfasern
und des Verbunds zwischen textiler Bewehrung und der Feinbetonmatrix soll mit experimentellen Methoden untersucht werden.
Stahlbetonplatten verstärkt mit Textilbeton
Im Rahmen experimenteller Untersuchungen wurden Stahlbetonplatten mit verschiedenen textilen Bewehrungen verstärkt, mit 125 % Gebrauchslast vorgeschädigt und anschließend unter Gebrauchslast mit einer Brandbelastung nach der Einheitstemperaturkurve (ISO-834, cellulosic curve) beaufschlagt. Alle Platten hielten
der Brandbelastung bei gleichzeitiger Biegebeanspruchung mehr als 60 Minuten stand und zeigten weder Betonabplatzungen noch andere optische Schädigungen. Die dafür verantwortlichen Mechanismen werden diskutiert, sind aber noch nicht vollständig verstanden. Schlüsselrollen dieses überraschend positiven Ergebnisses spielen
dabei vermutlich das gute Rissverhalten von Textilbeton und die aufgrund unterschiedlicher thermischer Eigenschaften der Komponenten Stahl, Beton, Textil und Verbund auftretenden Lastumlagerungen innerhalb des Querschnitts. Die im Anschluss ermittelten Resttragfähigkeiten liegen bei 96 ... 166 % der Gebrauchslast bzw. 47 ... 88 % der Bruchlast.
Dehnkörper aus Textilbeton
Für die Ermittlung der mechanischen und thermischen Eigenschaften von Textilbeton im
Hochtemperaturbereich dienen Zugversuche an Dehnkörpern unter Temperaturbelastung. Die Verformungen werden berührungslos mittels Photogrammetrie gemessen. Mit unterschiedlichen Randbedingungen wurden verschiedene Ziele erreicht:
- Stationäre Zugversuche mit verschiedenen Heizraten bis zur Zieltemperatur und anschließendem weggesteuertem Zugversuch ergaben Spannungs-Dehnungs-Linien, Bruchdehnungen und E-Moduli unter verschiedenen Temperaturen. Dabei traten Abplatzungen der Feinbetonmatrix ab einer Heizrate von 10 K/min bei 140 °C auf.
- Instationäre Warmkriechversuche bei konstantem Belastungsniveau sowie Heizrate bis zum Versagen zeigten ein Absinken der Tragfähigkeit ab 400 °C.
Als Temperatur-Zeit-Funktionen werden die gemessenen Temperaturverläufe aus den Brandversuchen an verstärkten Stahlbetonplatten in der Verstärkungsschicht verwendet. Diese Vorgabe orientiert sich an den Richtlinien für eine Heißbemessung nach Eurocode 2, Teil 1-2.