Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Tunnelbrand: Wie Fasern gegen Feuerschäden helfen

23.02.2015

Bricht in einem Tunnel Feuer aus, hat die Hitze kaum eine Möglichkeit zu entweichen. Innerhalb kürzester Zeit steigt die Temperatur auf über 1000 Grad Celsius. Die Hitze kann zu explosiven Abplatzungen des Betons führen und die Stabilität des Bauwerks schwächen. Verhindern lässt sich dies durch die Zumischung von Polypropylen-Fasern. Doch was passiert eigentlich im Inneren des Betons? Ingenieure der Technischen Universität München (TUM) haben einen Weg gefunden, dies zu messen.

Gerät ein Fahrzeug in einer Unterführung in Brand, wie es etwa als Folge eines Unfalls 2003 im Gotthard-Straßentunnel geschah, steigt die Temperatur schnell drastisch an. Eine unmittelbare Gefahr stellt der Rauch dar, die Menschen müssen den Tunnel so schnell wie möglich verlassen.


Ronald Richter vor einer Betonplatte, die im Ofen befeuert wurde.

(Ronald Richter/TUM)

frei für Berichterstattung über die TUM unter Nennung des Copyrights/Free for use in reporting on TUM, with the copyright noted

Nicht ganz so unmittelbar, aber dennoch verheerend ist die Auswirkung des Feuers auf den Tunnel selbst: Durch die Hitze entsteht Wasserdampf im Inneren des Betons. Der Druck entweicht zunächst in Hohlräume des Materials. Wird der Druck aber zu groß, platzen kleine Stücke des Betons wie Popcorn ab. Das führt dazu, dass die Dicke des Betons und damit seine Tragfähigkeit abnehmen. Der Tunnel könnte einstürzen – und so spätere Sanierungsarbeiten gefährden.

Fasern werden aufgeschmolzen

Seit 2012 ist für neu zu bauende Straßentunnel ein Nachweis des Brandschutzes vorgeschrieben. Eine Möglichkeit, den Brandschutz zu gewährleisten, ist die Zumischung von Polypropylen (PP)-Fasern in den Beton.

"Wenn die Temperatur über 110 Grad Celsius erreicht, werden die Fasern im Beton aufgeschmolzen", erklärt Prof. Christian Große vom Lehrstuhl für Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) der TUM. Es bilden sich so neue Hohlräume im Beton, in die der Druck entweichen kann.

Wie genau die Kunstfasern das Verhalten des Betons bei einem Feuer beeinflussen, war bisher unklar. Die Wissenschaftler der TUM entwickelten in Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkstoffe im Bauwesen der Universität Stuttgart und der MFPA Leipzig GmbH eine Methode, um ins Innere des Betons zu schauen.

Knack-Geräusche im Beton

Die Forscher legten dabei die Betonplatten sozusagen wie einen Deckel auf den nach oben offenen Prüfofen. Auf der Oberseite der Platten installierten sie Schallemissions-Sensoren. Der Beton wurde von unten befeuert und auf bis zu 1300 Grad erhitzt.

"Bei der Schädigung im Beton entsteht eine Art Knack-Geräusch", erklärt Ronald Richter, Doktorand am ZfP. Die akustische Welle wird im Material übertragen und kann außen gemessen werden. Da mehrere Sensoren auf dem Beton angebracht sind, ist es möglich, den genauen Ursprung der Geräuschquelle zu bestimmen, ganz ähnlich wie bei der Beobachtung von Erdbeben durch Seismometern.

Zum ersten Mal konnten die Ingenieure den zeitlichen Verlauf der Schädigung während eines simulierten Tunnelbrandes messtechnisch verfolgen. So wurden bei den Betonplatten ohne PP-Fasern über zehn Mal so viele Schallemissions-Ereignisse gemessen als bei den Platten, die PP-Fasern enthielten.

Die Wissenschaftler wollen ihre Messmethode weiter verfeinern und validieren. Das Verfahren könnte dabei helfen, verschiedene Betonmischungen in Bezug auf ihr Verhalten im Brandfall miteinander zu vergleichen – und so zu optimieren.

Die Forschungsarbeiten erfolgten im Rahmen des DFG-Forschungsprojekts "Explosive Abplatzungen von Beton unter Brandeinwirkung" (Projektpartner: Institut für Werkstoffe im Bauwesen der Universität Stuttgart), sowie in einem AiF-Projekt, gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie in Zusammenarbeit mit der MFPA Leipzig GmbH.

Kontakt:
Prof. Dr. Christian Große
Centrum Baustoffe und Materialprüfung
Lehrstuhl für Zerstörungsfreie Prüfung
Tel: + 49.89.289.27221
grosse@tum.de
http://www.zfp.tum.de/

Weitere Informationen:

https://mediatum.ub.tum.de/?id=1239707#1239707 Bildmaterial

Dr. Ulrich Marsch | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Forscherin entwickelt elektronische Textilstruktur für Medizinprodukte
17.02.2017 | Hochschule Niederrhein - University of Applied Sciences

nachricht Untergrund beeinflusst Halbleiter-Monolagen
16.02.2017 | Philipps-Universität Marburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Im Focus: Sensoren mit Adlerblick

Stuttgarter Forscher stellen extrem leistungsfähiges Linsensystem her

Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut – Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der...

Im Focus: Weltweit genaueste und stabilste transportable optische Uhr

Optische Strontiumuhr der PTB in einem PKW-Anhänger – für geodätische Untersuchungen, weltweite Uhrenvergleiche und schließlich auch eine neue SI-Sekunde

Optische Uhren sind noch genauer als die Cäsium-Atomuhren, die gegenwärtig die Zeit „machen“. Außerdem benötigen sie nur ein Hundertstel der Messdauer, um eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

ANIM in Wien mit 1.330 Teilnehmern gestartet

17.02.2017 | Veranstaltungen

Ökologischer Landbau: Experten diskutieren Beitrag zum Grundwasserschutz

17.02.2017 | Veranstaltungen

Von DigiCash bis Bitcoin

16.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Stammzellen verlassen Blutgefäße in strömungsarmen Zonen des Knochenmarks

17.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

LODENFREY setzt auf das Workforce Mangement von GFOS

17.02.2017 | Unternehmensmeldung

50 Jahre JULABO : Erfahrung – Können & Weiterentwicklung!

17.02.2017 | Unternehmensmeldung