Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Selbstverdichtend und erst noch feuerfest

07.01.2016

Selbstverdichtender Hochleistungsbeton (SHB) hatte bisher eine Schwachstelle: Er platzt im Falle eines Feuers häufig ab, wodurch seine Tragfähigkeit leidet. Wissenschaftler der Empa entwickelten nun ein Verfahren zur Herstellung von feuerbeständigem SHB, der selbst bei Bränden lange stabil bleibt.

Holz knistert in der Hitze eines Kamin- oder Lagerfeuers, Beton erleidet Abplatzungen, wenn er einem Brand ausgesetzt ist. Beide Effekte rühren von ähnlichen Vorgängen her: Wasser im Inneren eines Holzstücks oder Betonträgers verdampft aufgrund der hohen Temperatur.


Der feuerfeste Hochleistungsbeton (unten) widerstand der Hitze, und seine Belastbarkeit blieb erhalten. Das Betonelement ohne superabsorbierende Polymere (oben) zeigt nach dem Hitzetest Abplaztungen.

Empa


Die Empa-Forscher testeten mithilfe eines Heizstrahlers ein Betonelement aus feuerfestem Hochleistungsbeton.

Empa

Je mehr Wasserdampf entsteht, desto grösser wird der Druck auf die Holz- respektive Betonstruktur. Holzzellen platzen, Spalten werden in das Scheit gerissen (das Knistern); Betonstücke platzen von Decken, Wänden, Stützpfeilern ab. Dadurch sinkt die Tragkraft der Bauelemente, das Risiko eines Gebäudeeinsturzes während des Brands steigt.

Die Widerstandsfähigkeit gegen die Hitze eines Feuers lässt sich bei herkömmlichem Rüttelbeton durch die Beimischung von einigen Kilogramm Polypropylen-Fasern (PP-Fasern) pro Kubikmeter Beton optimieren. Wenn es brennt, schmelzen diese Fasern. Ein Netzwerk von Kanälen bleibt zurück und durchzieht den Beton. Durch dieses kann der Wasserdampf entweichen, der Druck im Innern sinkt, das Betonteil bleibt ganz.

Zielkonflikt für Betonanwender: Feuerfestigkeit und Selbstverdichtung?

Anders verhält es sich bei selbstverdichtendem Hochleistungsbeton (SHB): Mehr als zwei Kilogramm PP-Fasern pro Kubikmeter SHB beeinträchtigt die Selbstverdichtung. Daher muss der Anteil an PP-Fasern in SHB entsprechend tief sein, was zur Folge hat, dass sich im Brandfall kein zusammenhängendes Kanalsystem ausbilden kann, um die Abplatzungen zu verhindern. Die Gretchenfrage lautet daher: Wie kann es gelingen, SHB trotz tiefem PP-Fasern-Anteil feuerbeständig und damit Bauwerke sicherer zu machen?

Forscher der Empa-Abteilungen «Beton/Bauchemie» und «Mechanical Systems Engineering» haben darauf nun eine Antwort gefunden. Sie stellten eine Serie dünnwandiger, mit Drähten aus kohlefaserverstärktem Kunststoff vorgespannter Betonplatten her. Jede enthielt zwei Kilogramm PP-Fasern pro Kubikmeter Beton.

In einige Platten mischten die Forscher zudem eine geringe Menge superabsorbierende Polymere (SAP), Spezialkunststoffe, die ein Vielfaches ihres Eigengewichts an Wasser aufnehmen können. Dann setzten die Wissenschaftler die Betonplatten Feuer mit Temperaturen von bis zu 1000 °C aus. Nach 90 Minuten zeigte sich: Die mit SAP angereicherten Betonplatten hatten zwar einige Risse, zu Abplatzungen kam es aber nur bei den SAP-freien Betonplatten.

Die Erklärung: SAP saugen sich während der Betonproduktion mit Wasser voll und schwellen um ein Mehrfaches ihres Trockenvolumens an. Beim Aushärten des Betons wird den SAP das Wasser durch den Sog der kapillaren Poren im Zementstein wieder entzogen; die SAP schrumpfen, ein Hohlraum entsteht. Er verbindet die voneinander getrennten PP-Fasern. Ein Netz von SAP und PP-Fasern verästelt sich im Bauteil, sodass dieses der Hitze eines Feuers lange genug widersteht und das Bauwerk stabil bleibt.

Breitere Anwendungsmöglichkeiten für feuerbeständigen SHB

Mit ihrer Innovation erweitern die Empa-Forscher auch die Möglichkeiten, die ökonomischen und ökologischen Vorzüge von SHB zu nutzen. Das zum Patent angemeldete Verfahren erlaubt etwa den Einsatz von SHB ohne Zusatzkosten für den Brandschutz. Bis anhin konnte dieser nur gewährleistet werden, wenn beispielsweise eine Sprinkleranlage installiert oder ein externer Insolationsmantel hinzugebaut wurde.

Doch der neue SHB bringt noch einen weiteren Vorteil mit sich: Beim Verdichten von herkömmlichem Rüttelbeton erzeugt die Rüttelmaschine einen erheblichen Lärm. Bauunternehmer können die Lärmbelastung tief halten, indem sie anstelle von Rüttelbeton den nun gleichermassen feuerresistenten, mit SAP angereicherten selbstverdichtendem Hochleistungsbeton verwenden.

Weitere Informationen:

http://www.empa.ch/web/s604/fire-resistant-concrete

Rainer Klose | EMPA

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Architektur Bauwesen:

nachricht Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit
18.01.2017 | Technische Universität Chemnitz

nachricht Intelligente Haustechnik hört auf „LISTEN“
17.01.2017 | EML European Media Laboratory GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Architektur Bauwesen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Personal-Trainer zum Anziehen: Intelligente Trainingskleidung gewinnt Fashion Fusion Award

23.01.2017 | Förderungen Preise

Innovationen besser messen

23.01.2017 | Förderungen Preise

Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

23.01.2017 | Biowissenschaften Chemie