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Theoretische und experimentelle Untersuchungen von unterschiedlichen Betonen bei Naturbrandbeanspruchung

In dem zurzeit laufenden Forschungsvorhaben sollen die Grundlagen für die thermischen und thermo-mechanischen Materialkennwerte in der Abkühlphase für unterschiedliche Betone erforscht werden.

Für die brandschutztechnische Bemessung ist in der aktuellen Normengeneration der Eurocodes neben der Normbeanspruchung – der Einheits-Temperaturzeitkurve (ETK) – die Anwendung von Naturbrandmodellen zugelassen. Im Vergleich zur ETK können die Temperaturen natürlicher Brände die ETK zwar kurzzeitig übersteigen, sie fallen aber nach dem Aufzehren eines Großteils der Brandlasten wieder ab, während die ETK stetig ansteigt. Insofern kann eine Bemessung mit Naturbrandmodellen wirtschaftliche Vorteile liefern. Bei Anwendung des Naturbrandverfahrens muss die Tragfähigkeit der Bauteile und Tragwerke grundsätzlich über die gesamte Branddauer, einschließlich der Abkühlphase, nachgewiesen werden, da ein Versagen aufgrund einer verzögerten Erwärmung oder zu hoher Zugkräfte im Beton während der Abkühlphase eintreten kann. Als erster Meilenstein werden im Projekt derzeit die thermischen Materialkennwerte betrachtet. Dabei wird die Ermittlung der temperaturabhängigen Wärmeleitfähigkeit λ, der spezifischen Wärmekapazität cp und der Rohdichte ρ von normal-, hochfestem und ultrahochfestem Beton während der Abkühlphase in den Vordergrund gestellt. Die Ergebnisse sind die Basis für die weiterführenden thermo-mechanischen Untersuchungen. Um den Einfluss der thermischen Materialkennwerte auf die Temperaturentwicklung im Querschnitt von Betonbauteilen unter Berücksichtigung natürlicher Brandverläufe zu demonstrieren, wurden erste Parameterstudien durchgeführt.

   

Die thermischen Querschnittsanalysen zeigen jedoch, dass unter Verwendung der derzeit in Eurocode 2-1-2 zur Verfügung gestellten thermischen Materialkennwerten eine Bemessung mit Naturbrandverfahren auf der unsicheren Seite liegen kann. Das Materialverhalten verschiedener Betone (CC, HPC und UHPC) variiert im Hochtemperaturbereich und für Naturbrandbeanspruchungen. Daher müssen die Materialgesetze für diese Festigkeitsklassen in Bezug auf unterschiedliche Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten entwickelt werden.  

 Projektträger: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Förderdauer/Laufzeit: 2016 - 2019

Ansprechpartner: Jan Lyzwa, M. Sc.

 Veröffentlichungen:

  • Zehfuß, J.; Lyzwa, J.: Thermische Materialeigenschaften von Beton in der Abkühlphase. In: Braunschweiger Brandschutz-Tage 2017: 31. Fachtagung Brandschutz – Forschung und Praxis; 13. Und 14. September 2017; Tagungsbericht. Braunschweig: iBMB, 2017. (Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz der TU Braunschweig; H. 232). S.83-98.
  • Lyzwa, J.; Zehfuß, J.: Thermal material properties of concrete in the cooling phase In: 2017 International Conference on Applications of Structural Fire Engineering, ASFE 2017; Manchester; UK; 7-8th September 2017. Manchester: United Kingdom University of Manchester, 2017.

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