Einfluss der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Zementstein auf das Abplatzen von Beton unter Brandeinwirkung – Teil 1

Einige größere Brandereignisse der letzten Jahrzehnte, insbesondere solche in Tunneln und Parkhäusern, haben das Bewusstsein von Planern bezüglich der möglichen Neigung von Beton zu explosiven Abplatzungen im Brandfall erhöht. In bestimmten Anwendungsbereichen können diese die Feuerwiderstandsdauer brandbeanspruchter Bauteile verkürzen. Welche Mechanismen für die explosiven Abplatzungen verantwortlich sind, wird unter Wissenschaftlern kontrovers diskutiert. Brandversuche an Betonprobekörpern haben gezeigt, dass die Zementart einen deutlichen Einfluss auf die Neigung von Beton zu explosiven Abplatzungen haben kann. Das Hauptziel des im vorliegenden Beitrag beschriebenen Versuchsprogramms war es daher – zu bestimmen, in welcher Weise die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Zementsteins die Neigung von erhitztem Beton zum Abplatzen beeinflussen; und auf diese Weise – zu einem besseren Verständnis der Mechanismen beizutragen, die explosive Betonabplatzungen verursachen. Drei gemeinsame Merkmale wurden für diejenigen Betone identifiziert, die eine erhöhte Anfälligkeit für Abplatzungen aufwiesen. Für jedes dieser drei Merkmale wurde eine entsprechende Hypothese hinsichtlich dessen möglichen Beitrags zum Betonabplatzen im Brandfall aufgestellt. Der vorliegende erste Teil dieses Beitrags beschreibt die Versuche, bei denen der Einfluss der Zementart auf die Neigung von Beton zu explosiven Abplatzungenuntersucht wurde sowie die drei Hypothesen. Jede der drei Hypothesen wurde wiederum durch ein entsprechendes Versuchsprogramm überprüft. Die Versuche zur Überprüfung der Hypothesen werden im zweiten Teil dieses Beitrags beschrieben. Als Ergebnis der Untersuchungen wurden die Hauptmechanismen identifiziert, durch welche Abplatzungen ausgelöst werden.

A number of major fire incidents in recent decades, particularly in tunnels and indoor car parks, have increased the awareness among construction designers towards the potential susceptibility of concrete to fire‐induced explosive spalling. In some fields of application, this violent breaking‐off of concrete layers may reduce the fire resistance time of fire‐exposed construction elements. The mechanisms causing explosive spalling are not yet fully understood and discussed controversially among scientists. Fire tests of concrete specimens have shown that the type of cement may have a marked influence on the susceptibility of concrete to explosive spalling. The main objectives of the experimental programme described in this article were therefore to – determine the way in which the physical and chemical properties of the hardened cement paste influence the spalling propensity of heated concrete; and in this manner – contribute to a better understanding of the mechanisms causing explosive spalling. Three common characteristics of those concretes that were found to have an increased susceptibility of spalling were identified. For each of the three common characteristics, a corresponding hypothesis describing its possible contribution to the fire‐induced concrete spalling was proposed. The first part of this article describes the tests in which the influence of the type of cement on the susceptibility of concrete to explosive spalling was investigated, as well as thethree hypotheses. Each of the three hypotheses in turn was verified through a dedicated experimental programme. The experiments to verify the hypotheses are described in the second part of this article. The evaluation of the experiments identified the main mechanisms by which spalling is caused.