Thermische Stabilität von UHPC - Celluloseregeneratfasern zur Steigerung der Stabilität unter zyklischer thermischer Belastung

In den letzten Jahren ist der Einsatz von Hochleistungsbetonen zunehmend gestiegen. Für die Anwendung von Ultra-Hochleistungsbetonen (UHPC) gelten neben den Anforderungen an die Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit ebenso brandschutztechnische Anforderungen. Kennwerte zum thermischen sowie mechanischen Verhalten von UHPC unter Brandeinwirkung bestehen bereits. Aufgrund des hochdichten, nahezu kapillarporenfreien Mikrogefüges des UHPC führen Temperaturbelastungen > 250 °C zu einer Schädigung des Gefüges bis hin zu einem nicht vorhersehbaren Versagen durch explosionsartige Abplatzungen. Im Brandfall liegt die Temperatureinwirkung um ein Vielfaches höher und zudem sind zyklische Beanspruchungen nicht relevant. In Abgrenzung dazu wird ein Beton für den Einsatz als Konstruktionsbaustoff in Industriebereichen, wie z. B. dem Kraftwerks- und Schornsteinbau sowie in speziellen Applikationen im Maschinenbau, benötigt, der einer dauerhaften und zyklischen thermischen Belastung bis 500 °C standhält. Die hier aufgeführten Ergebnisse umfassen das Materialverhalten von bestehenden sowie optimierten UHPC-Formulierungen bei unterschiedlichen thermischen Belastungsprofilen. Die Eigenschaften des Festbetons wurden vor und nach der thermischen Beanspruchung charakterisiert. Da die Basis-Formulierung des UHPC nur bis zu einer bestimmten Temperaturstufe thermisch stabil war, wurde dieser durch Zugabe von Celluloseregeneratfasern optimiert, um explosive Abplatzungen zu vermeiden und diesen thermisch zu stabilisieren.

Regenerated cellulosic fibers to enhance the stability under cyclic thermal stress
In recent years, the use of high-performance concrete increased. For the practical application of Ultra-High Performance Concrete (UHPC), not only load-bearing capacity and durability requirements exist, but there is also a demand on fire protection. Characteristic data for the thermal and mechanical behavior of UHPC under fire impact already exist. Due to the very dense microstructure of UHPC, almost free of capillary pores, temperature loads larger than 250 °C lead to a damage of the structure and furthermore to failure due to explosive spalling, which is not predictable. In case of fire, the temperature effects are much higher than this and cyclic loadings are not relevant. In contrast to this, a concrete is required as construction material in industrial areas, such as power plant and chimney construction as well as application for special mechanical engineering, which can withstand a permanent and cyclic thermal load of up to 500 °C. The results presented here describe the material behavior of existing and optimized UHPC formulations under different thermal load profiles. The properties of the hardened concrete were characterized before and after thermal loading. Since the basic formulation of the UHPC was thermally stable only up to a certain temperature level, it was optimized by adding regenerated cellulosic fibers to avoid explosive spalling and to thermally stabilize the concrete respectively.