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Durchführung von großmaßstäbliche Brandversuchen zur Sicherstellung des konstruktiven Brandschutzes von Tunnelinnenschalen
15.649
IDN 0
Forschungsstelle MFPA Leipzig GmbH, Leipzig
Bearbeiter Lorenz, H.
Orgass, M.
Schmidt, J.
Juknat, M.
Treutler, S.
Fessel, D.
Auftraggeber Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
Stand Abschluss: August 2020

In einer Vielzahl von unterschiedlichsten Versuchsreihen und Forschungsarbeiten wurde in der Vergangenheit gezielt nachgewiesen, dass die Verwendung eines Stoffmengenanteils von 2,0 kg/m³ der sogenannten Standard-PP-Faser mit den geometrischen Abmessungen von 16 bis 20 µm Durchmesser und 6 mm Länge das Brand- und Abplatzverhalten von Tunnelbetonen wirksam verbessern kann. Infolgedessen wird davon ausgegangen, dass der Beton die tragende Bewehrung im Brandfall thermisch schützen kann. Diese grundlegend bestätigte Annahme ist in dem aktuellen Regelwerk der ZTV-ING verankert. Daher werden in der ZTV-ING beziehungsweise im Anhang zum Leitfaden für die Verwendung von PP-Faserbeton für den baulichen Brandschutz im Tunnelbau auf Basis des aktuellen Stands des Wissens Hinweise zu PP-Faserbetonrezepturen gegeben, für die bei fachgerechter Verarbeitung und Nachbehandlung entsprechend den Ausführungen der ZTV-ING ohne zusätzlichen experimentellen Nachweis ein ausreichend gutes Brand- und Abplatzverhalten des Betons zu erwarten ist. Dennoch existieren material-, geometrie- und sonstige einwirkungsbezogene Parameter, die allesamt einen nachweislichen Einfluss auf das Brand- und Abplatzverhalten der Probekörper haben. Somit konnte abgeleitet werden, dass eine grundlegende Notwendigkeit besteht, gezielt den Einfluss unterschiedlicher Parameter im Rahmen dieses Forschungsprojekts zu untersuchen und die gewonnenen Erkenntnisse möglichst im technischen Regelwerk der ZTV-ING zu implementieren. Daher wurden im Rahmen dieser Forschungsarbeit Probekörper mit unterschiedlichen geometrischen Abmessungen untersucht. Zur gezielten Wissenserweiterung wurden dabei zwei unterschiedliche PP-Fasergeometrien zur Ermittlung des Einflusses der Fasergeometrie sowie vier unterschiedliche ZTV-ING-konforme Betonrezepturen (zwei Rezepturen für die geschlossene Bauweise unter Verwendung der Zementart CEM II/A-S 42,5 R und zwei Rezepturen für die offene Bauweise unter Verwendung der Zementart CEM III/A 42,5 N) zur Ermittlung des Einflusses der Zementart und des Betonzusatzstoffs (Kalksteinmehl, Flugasche) verwendet. An diesen wurden dann regelwerkskonforme, großmaßstäbliche Brandversuche entsprechend der ZTV-ING durchgeführt, um die Ergebnisse der Brandversuche wissenschaftlich zu bewerten. Insgesamt wurde das Forschungsvorhaben in drei Arbeitspakete unterteilt. Zunächst erfolgte im ersten Arbeitspaket die Herstellung der insgesamt 33 großmaßstäblichen Probekörper einschließlich der Auswahl der regelkonformen praxiserprobten Referenzrezepturen für die zu untersuchenden PP-Faserbetone und der betontechnologischen Randbedingungen. Im zweiten Arbeitspaket erfolgte dann der experimentelle Nachweis der Wirksamkeit des Brandwiderstands der gewählten PP-Faserbetone anhand von statisch belasteten Brandversuchen an den großmaßstäblichen Probekörpern. Schlussendlich wurden im Rahmen des Forschungsprojekts 27 belastete Großbrandversuche durchgeführt. Dabei wurde darauf geachtet, dass im Rahmen der experimentellen Nachweise gleichbleibende und somit auch vergleichende Randbedingungen vorlagen. Die Ergebnisse der Brandversuche wurden im Anschluss in einem dritten Arbeitspaket umfassend ausgewertet und aufbereitet. Darauf aufbauend wurde eine wissenschaftliche Bewertung vorgenommen.

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