Beton kann bei großer Hitze explodieren. Die vollständige Ursache dafür war bisher allerdings unbekannt. Man vermutete, dass das Wasser im Baustoff bei dem Vorgang eine Rolle spielt. Forscher haben die Theorie jetzt durch Bilder bestätigt, die mithilfe von Neutronen-Radiographie und Neutronen-Tomographie erstellt wurden. Die Wissenschaftler entwickelt zudem Additive, die dem explosiven Abplatzen von Beton entgegenwirken.
Ein Abplatzen von Beton hat man bereits früher bei Tunnelbränden in der Schweiz mit Temperaturen bis zu 1.000 Grad Celsius beobachtet. Als Ursache vermutete man einen hohen Wasserdampfdruck in den feinen Materialporen. Dieser und die hohe thermische Belastung des Materials bei einem Feuer sollten verantwortlich dafür sein, dass Betonteile explosiv abplatzen. Wann genau und mit welchen Folgen solche Explosionen geschehen, ist abhängig von vielen Faktoren. Wie das interdisziplinäre Forschungsinstitut Empa erklärt, lassen sich diese Folgen kaum prognostizieren.
Bilder aus dem Inneren des Betons
In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universität Grenoble und dem dort ansässigen Laue-Langevin-Institut hat das in Dübendorf sitzende Empa-Institut jetzt Echtzeit-Bilder aus dem Inneren des Betons geschossen. So wurden die Vorgänge im Baustoff bei hohen Temperaturen beobachtet. Empa gehört zum Fachbereich Materialwissenschaften und Technologieentwicklung der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich).
Die Bilder entstanden mithilfe der Neutronen-Radiographie und der Neutronen-Tomographie. Beides sind in der Werkstoffprüfung einsetzbare Verfahren, die sich das hohe Durchdringungsvermögen von Neutronen zunutze machen. Für die Verfahren ist eine starke Neutronenquelle erforderlich, die am Laue-Langevin Institut existiert. Innerhalb von einer Minute entstanden mit ihrer Hilfe bis zu 500 Bilder, aus denen sich ein dreidimensionales Modell des Betons konstruieren ließ.
Das Modell bestätigte die vermutete Ursache für die Explosionen, indem es eine Feuchtigkeitsbarriere im Beton nachwies. Wasser innerhalb des Betons bewegt sich von der Hitzequelle weg und staut sich an. Es bildet eine Barriere, die ein Entweichen von entstehendem Wasserdampf verhindert. Dadurch steigt der Dampfdruck im Beton, was letztlich zur Explosion führt.
Hochleistungsbeton ist besonders gefährdet
Hochleistungsbeton begünstigt den beschriebenen Vorgang, da er eine niedrige Porosität und sehr feine Poren besitzt. Die Eigenschaften sorgen für eine hohe Festigkeit und verhindert das Eindringen von Schadstoffen in das Material. Bei Feuer mit hohen Temperaturen erweisen sie sich jedoch als Nachteil, da sich in den sehr feinen Poren ein besonders hoher Dampfdruck bilden kann.
Laut eigener Angaben haben Empa-Forscher neue Additive entwickelt und patentiert, um dem Abplatzen des Betons bei Feuer entgegenzuwirken. Die Ergebnisse aus dieser Forschung sollen nun zur Entwicklung von Baumaterialien führen, die selbst bei höchsten Temperaturen eine größere Beständigkeit beweisen, verspricht das Instituts.
