Wie Fasern gegen Brandschäden helfen
Was geschieht im Innern von faserverstärktem Beton, wenn es brennt? Forscher der Technischen Universität München haben ein neues Verfahren entwickelt, das Aufschluss darüber gibt.
Bricht in etwa einem Tunnel Feuer aus, steigen die Temperaturen innerhalb kürzester Zeit massiv an, und zwar auf über 100 Grad Celsius. Die Folgen können verheerend sein: Mit der Hitze entsteht im Innern des Betons Wasserdampf. Zunächst entweicht der Druck in die Hohlräume des Materials. Wird dieser dort zu gross, platzen kleine Stücke des Betons wie Popcorn ab. Dicke und Tragfähigkeit sinken rapide. Der Tunnel könnte einstürzen – und damit auch spätere Sanierungsarbeiten gefährden.
Mischt man dem Beton aber Polypropylen-Fasern bei, kann solches verhindert werden. „Wenn die Temperatur über 110 Grad Celsius erreicht, werden die Fasern im Beton aufgeschmolzen“, erklärt Christian Grosse vom Lehrstuhl für Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) der Technischen Universität München (TUM). Es bilden sich so neue Hohlräume im Beton, in die der Druck entweichen kann.
Bis vor Kurzem war allerdings unklar, wie genau die Kunstfasern das Verhalten des Betons bei einem Feuer beeinflussen. Doch nun gibt es eine Methode, mit der sozusagen ins Innere des Betons geschaut werden kann. Dies teilt die TUM mit. Entwickelt wurde die Technik von Wissenschaftlern der TUM zusammen mit dem Institut für Werkstoffe im Bauwesen der Universität Stuttgart und der MFPA Leipzig GmbH.
Der Schall bringt es an den Tag
Die Forscher legten Betonplatten sozusagen wie einen Deckel auf einen nach oben offenen Prüfofen. Auf der Oberseite der Platten installierten sie Schallemissionssensoren. Dann wurde der Beton von unten befeuert und auf bis auf 1300 Grad erhitzt. „Bei der Schädigung im Beton entsteht eine Art Knack-Geräusch“, so Ronald Richter vom ZfP. Die akustische Welle wird im Material übertragen und kann von aussen gemessen werden. Werden mehrere Sensoren auf dem Beton angebracht, kann der genauen Ursprung der Geräuschquelle lokalisiert werden, ganz ähnlich wie bei der Beobachtung von Erdbeben durch Seismometern.
Damit konnten laut TUM die Ingenieure erstmals den zeitlichen Verlauf der Schädigung während eines simulierten Tunnelbrandes messtechnisch verfolgen. So wurden bei den Betonplatten ohne PP-Fasern über zehn Mal so viele Schallemissions-Ereignisse gemessen als bei den Platten, die PP-Fasern enthielten. Nun wollen die Wissenschaftler wollen ihre Messmethode weiter perfektionieren. Das Verfahren könnte helfen, verschiedene Betonmischungen in Bezug auf ihr Verhalten im Brandfall miteinander zu vergleichen und schliesslich auch zu optimieren, teilt dazu die TUM mit.
Die Forschungsarbeiten erfolgten unter anderem im Rahmen des Forschungsprojekts der Deutschen Forschungsgesellschaft „Explosive Abplatzungen von Beton unter Brandeinwirkung“. (mai)
