Transportprozesse im Beton bei hohen Temperaturen

01.01.2004 - 31.12.2006
Research funding project
Im Rahmen der Forschungskooperation "High temperature effects on cement-based materials" zwischen dem Institut für Mechanik der Werkstoffe und Strukturen und Prof. Schneider, TU Wien, und Prof. Willam, University of Colorado, Boulder, sollen im Rahmen dieses Projektes Transportprozesse und chemische Reaktionen im Beton unter hohen Temperaturen, wie das Verdampfen des Kapillarwassers und des chemisch gebundenen Wassers, behandelt werden. Falls die Permeabilität des Betons nicht ausreicht, um den entstehenden Wasserdampf an die Oberfläche zu führen, kann der Druckanstieg im Porenraum zu einer Überschreitung der Zugspannung im Beton und somit zu Abplatzungen führen. Derartige Abplatzungen wurden an zahlreichen Brandstellen in europäischen Tunneln (Montblanctunnel, Eurotunnel, Tauerntunnel, ¿). beobachtet. Die Tiefe der Abplatzungen reichte bis zu 50% der Dicke der Tunnelschale. Die Sanierung der Tunnel erwies sich deswegen als langwierig und schwierig. Zusätzlich zu den Sanierungskosten führte die Abnahme der Schalendicke um 50% und die direkte Beflammung der verbleibenden 50% zu einer wesentlichen Abminderung der Tunnelsicherheit. Diese Beobachtungen hatten eine rege Forschungsaktivität auf dem Gebiet der Brandbeständigkeit von Beton zur Folge. In Österreich wurde im Rahmen des Forschungsprojektes "Feuerbeständigkeit von Faser-, Stahl- und vorgespannter Beton" das Abplatzverhalten verschiedener Tunnelauskleidungsvarianten experimentell untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass mit einem Anstieg des Anteils der Polypropylene (PP) Fasern die Abplatztiefe reduziert werden konnte. So erreichte man durch Zugabe von 1.5 bzw. 3 kg PP-Fasern/m3 Beton eine Abnahme der Abplatzungen von 25 cm auf 5 cm bzw. wenige Millimeter. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes soll die theoretische Basis für die Beschreibung von Transportprozessen und chemischen Reaktionen im Beton bei hohen Temperaturen geschaffen und an verschiedenen Betonen getestet werden. Zur Abschätzung der Permeabilitätseigenschaften von Beton soll ein Mehrskalenmodell entwickelt werden. Auf der Basis eines derartigen Modells können die Einflüsse chemischer Reaktionen auf das Transportverhalten (Permeabilität) auf der jeweiligen Betrachtungsebene berücksichtigt werden. Die für die Entwicklung erforderlichen Experimente sollen an den Laboratorien des Instituts für Mechanik der Werkstoffe und Strukturen und des Instituts für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz durchgeführt werden. Diese Experimente umfassen die Bestimmung der Eigenschaften des Porenraums auf der Mikroebene (Differential-Thermal-Analysis, Thermogravimetrie, Quecksilberporosimeter) sowie makroskopische Versuche.

People

Project leader

Project personnel

Institute

Förderungmittel

  • FWF - Österr. Wissenschaftsfonds (National) Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)

Research focus

  • Composite Materials: 30%
  • Computational Materials Science: 30%
  • Computational System Design: 5%
  • Surfaces and Interfaces: 15%
  • Modeling and Simulation: 20%

Keywords

GermanEnglish
TunnelTunnel
Tunnelschalelining
Feuerfire
Permeabilitätpermeability
Mikromechanikmicromechanics

External partner

  • Institut für Hochbau und Technologie

Publications