Feuerbeständiger Hochleistungsbeton Mittwoch, 03.02.2016

Polymere machen Beton feuerbeständig

Wissenschaftler der Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa), Dübendorf, Schweiz  stellten mit Hilfe von superabsorbierenden Polymeren selbstverdichtenden  Hochleistungsbeton her, der selbst bei Bränden lange stabil bleibt.

Selbstverdichtender Hochleistungsbeton (SHB) hatte bisher eine Schwachstelle: Wasser im Inneren eines Betonträgers verdampft aufgrund der hohen Temperatur in einem Feuer; der entstehende Druck führt zu einem Abplatzen von Teilen, wodurch seine Tragfähigkeit leidet. 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.
 
Bei SHB gibt es ein anderes Problem: Mehr als zwei Kilogramm PP-Fasern pro Kubikmeter SHB beeinträchtigt die Selbstverdichtung. Daher müsste 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.  Empa Forscher  mischten dem Beton zwei Kilogramm PP-Fasern pro Kubikmeter Beton. sowie eine geringe Menge superabsorbierende Polymere (SAP) bei. SAP sind Spezialkunststoffe, die ein Vielfaches ihres Eigengewichts an Wasser aufnehmen können. Bei einer 90 minütigen Temperaturbelastung von bis zu 1000oC  zeigte sich, dass die mit SAP angereicherten Betonplatten zwar einige Risse zeigten, zu  Abplatzungen kam es aber nur bei SAP-freien Betonplatten.

Das  SAP saugt sich während der Betonproduktion mit Wasser voll und schwillt um ein Mehrfaches des Trockenvolumens an. Beim Aushärten des Betons wird dem 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.

Foto: Empa - Polymere machen Beton feuerfest. Bildmitte: Ohne Polymer platzen Teile im Brandfalle ab. Unten: Der Träger verfärbt sich, zeigt aber keine Abplatzung.

03.02.2016
KK