Brandbeständigkeit von textilen Betonbewehrungen und textilbewehrten Betonelementen
Final Report Abstract
Ziel des Projektes war die experimentelle Untersuchung des Tragverhaltens von textilbewehrtem Beton unter Hochtemperatur- bzw. Brandbeanspruchung unter Berücksichtigung praxisrelevanter Einsatzmöglichkeiten. Verwendet wurden unbeschichtete und beschichtete textile Bewehrungen aus AR-Glas- und Carbonfilamentgarnen. Entsprechend der typischen Anwendungsfelder von textilbewehrtem Beton wurden dünnwandige textilbewehrte Betonscheiben ebenso wie dünne Verstärkungsschichten aus Textilbeton an massiven Stahlbetonteilen unter Brandlast und Gebrauchslast untersucht. Das Hochtemperaturverhalten der textilen Bewehrungsmaterialien wurde im Ausgangszustand am Filamentgarn untersucht. Für die Untersuchungen zum temperaturabhängigen Kraft-Dehnungsverhalten von beschichteten AR-Glas- und Carbonfilamentgarnen kam eine im SFB 528 „Textile Bewehrung zur bautechnischen Verstärkung und Instandsetzung“ entwickelte Polymerbeschichtung zur Anwendung [6]. Die Ergebnisse der Garnzugversuche unter Hochtemperaturbeanspruchung quantifizieren den Einfluss der Temperatur auf die Festigkeitskennwerte der Bewehrungsmaterialien. Dabei sind unterschiedliche Verhaltensweisen für AR-Glas- und Carbongarne sowie für unbeschichtete und beschichtete Garnproben festzustellen. Bereits bei Temperaturen unter 200 °C ist das Zersetzen der auf Styrol-Butadien basierenden Polymerbeschichtung nachweisbar. Im Verlauf der Zersetzung werden reaktionsfähige Verbindungen und in der folgenden exothermen Oxidation Energie freigesetzt, was besonders bei Carbon zu einem massiven Verlust an Festigkeit führt. Neben dem Festigkeitsverlust konnte für Carbon zudem ein deutlicher, temperaturbedingter Masseverlust aufgezeigt werden. Jedoch lässt sich keine Korrelation zwischen Masseabnahme und Festigkeitsentwicklung ableiten. Parallel erfolgten Zugversuche an Dehnkörpern aus textilbewehrtem Beton sowie Biegeversuche an textilbetonverstärkten Stahlbetonplatten. Die Temperaturbelastung während des Versuches wurde in Anlehnung an die Einheits-Temperaturkurve (ETK) im Bereich von 40 °C bis 1.000 °C beaufschlagt. Die Trageigenschaften des textilbewehrten Betons werden in Abhängigkeit von der Belastungsdauer und dem Belastungsniveau bewertet. Die textilbetonverstärkten Stahlbetonplatten halten einer Beflammung nach der ETK unter 33 % Traglast mehr als 60 Minuten stand. Während und nach der Beflammung sind zunehmende Durchbiegungen und Rissbreiten zu verzeichnen, ohne dass eine Versagensankündigung der textilen Bewehrungsschicht oder Abplatzungen der Betondecken erkennbar werden. Dieses außerordentlich positive Tragverhalten zeigt, dass für textilverstärkte Betonkonstruktionen ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen Brandwiderstandsklassen von F60 und höher erreichbar sind. Die im Anschluss an den Brandversuch ermittelten Resttragfähigkeiten liegen zwischen 47 und 88 % der an Referenzproben ermittelten Bruchlast. Bisher existiert kein Modell für die Simulierung der Kräfteverteilung zwischen Betonstahlbewehrung und textiler Bewehrung während einer Brandbeanspruchung. Ein tiefgreifendes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen beiden Bewehrungsarten bildet jedoch eine Voraussetzung für die Ableitung belastbarer Aussagen zu Kraftumlagerungen infolge der Brandbelastung. Eine künftige Herausforderung besteht somit in der Modellierung der Kräfteverteilung zwischen Druckzone, Betonstahl und textiler Bewehrung unter Berücksichtigung des verschieblichen Verbundes auf der Meso-Makroebene. Die notwendigen Beschreibungen der temperaturabhängigen mechanischen Eigenschaften der textilen Bewehrung sowie des Verbundes Textil-Beton müssen experimentell ermittelt werden. Diese erfolgen in einem Teilprojekt des Sonderforschungsbereiches 528 „Textile Bewehrungen zur bautechnischen Verstärkung und Instandsetzung“. Die für die Beschreibung der Eingangsgrößen notwendigen Temperaturverläufe lassen sich den gemessenen Temperaturprofilen der vorliegenden Versuchsdaten entnehmen. Darüber hinaus ermöglichen die durchgeführten Versuche eine erste Abschätzung über das Verhalten von textiler Bewehrung und von textilbewehrten Betonelementen unter Brandbelastung.
Publications
- Stahlbetonplatten verstärkt mit Textilbeton unter Brandbelastung. In: Textilbeton – Theorie und Praxis. Tagungsband zum 4. Kolloquium textilbewehrter Tragwerke (CTRS4), Dresden, 3.-5.6.2009
Ehlig, D.; Jesse, F.; Curbach, M.
