Thermohydraulische Abplatzmechanismen in Betonen mit verschiedenen Bindemitteln ohne und mit PP-Fasern unter Brandlast: Eine experimentelle und numerische Analyse

• Antragsteller: Professor Dr. Günther Meschke; Dr.-Ing. Frank Weise
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik ; Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491928256

Aktuelle Untersuchungen belegen, dass aus baustofflicher Sicht die Art des Bindemittelsystems großen Einfluss auf das brandinduzierte Abplatzverhalten des Betons ausübt. So zeigen Untersuchungen, dass Betone mit Portlandhochofenzementen stärker zum Abplatzen neigen als Betone mit Portland- und Portlandkalksteinzementen. Vor dem Hintergrund der angestrebten Reduktion der CO2-Emissionen im Bauwesen und dem damit verbundenen vermehrten Einsatz von Portlandkompositzementen mit inerten und reaktiven Zementbestandteilen stellt sich die Frage, welche Rolle die thermohydraulischen Prozesse in diesem Kontext spielen. Ziel des Forschungsprojektes ist daher die Gewinnung von Erkenntnissen zur Interaktion von bindemittelspezifischen Dehydratationsmechanismen des Zementsteins, dem sich ausbildenden Mikrorissnetzwerk bzw. dessen Veränderungen bei der thermischen Beaufschlagung des Betons sowie den daraus resultierenden thermohydraulischen Transportprozessen. Das Spektrum der hierfür geplanten Laboruntersuchungen reicht dabei von Brandversuchen an kleinformatigen Bauteilen, bis hin zur vertiefenden Analyse des Austrocknungsverhaltens und der Rissbildungsprozesse in den verschiedenartigen Betonen ohne und mit PP-Fasern. Die parallel durchgeführten numerischen Simulationen verfolgen das Ziel, ausgehend vom bindemittelspezifischen Dehydratationsprozess, die thermisch induzierte Mikrorissbildung unter Berücksichtigung der initialen Rissbildung und die interagierenden Transportprozesse ganzheitlich zu beschreiben. Hierfür ist eine Kombination multiphysikalischer Modelle zur Vorhersage des hydro-thermo-mechanischen Verhaltens der untersuchten Betone mit Submodellen zur Charakterisierung der Schädigungs- und Transportprozesse auf mehreren räumlichen Skalen vorgesehen. Aufbauend auf den experimentellen Ergebnissen und den validierten Modellen wird das Abplatzverhalten von Betonen mit Hochofen- und ausgewählten Portlandkompositzementen unter besonderer Berücksichtigung der thermohydraulischen Mechanismen bewertet und prognostiziert. Bei den abplatzgefährdeten Betonen wird zusätzlich die rissinduzierende Wirkung und die Effektivität der Zugabe von PP-Fasern zur Verminderung der Abplatzneigung in Abhängigkeit von der verwendeten Zementart beurteilt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen