Fasern im Beton als Brandschutz nachgewiesen

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Foto: Ronald Richter/TUM

Bei Tunnelbränden entstehen extrem hohe Temperaturen, durch die sich im Beton Wasserdampf bildet. Der Druck verteilt sich zwar vorerst in den Hohlräumen, entweicht anschließend jedoch durch Abplatzen von kleinen Betonteilen wie Popcorn. Dies bedroht die Tragfähigkeit und spätere Sanierung vom Tunnel. Forscher fanden heraus, dass als Brandschutz dem Beton Fasern beigemischt werden können, um diese Auswirkung zu reduzieren.

Bei einem Feuer in einem Tunnel entstehen Temperaturen über 1.000 Grad Celsius. Zwar brennt Beton nicht, nimmt jedoch erheblichen Schaden. Denn durch die Hitze entsteht Wasserdruck im Beton, der zwar vorerst in die Hohlräume entweichen kann. Doch sind diese gefüllt, muss der Druck entweichen und sprengt kleine Teile vom Beton wie Popcorn aus der Oberfläche ab. Dadurch wird die Dicke und die Tragfähigkeit in Mitleidenschaft gezogen, so dass der Tunnel einstürzen könnte.

Seit 2012 ist Brandschutz bei neuen Tunnelbauten vorgeschrieben. Eine Möglichkeit zum Brandschutz besteht darin, Polypropylen-Fasern (PP-Fasern) dem Beton beizumischen. „Wenn die Temperatur über 110 Grad Celsius erreicht, werden die Fasern im Beton aufgeschmolzen“, erklärt Prof. Christian Große vom Lehrstuhl für Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) der Technischen Universität München (TUM). So entstehen neue Hohlräume im Beton, in die sich der Druck verteilen kann.

Bisher war nicht ganz klar, wie die Kunstfasern genau das Verhalten des Betons bei einem Feuer beeinflussen. Dies haben die Wissenschaftler der TUM in Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkstoffe im Bauwesen der Universität Stuttgart und der MFPA Leipzig GmbH erforscht und eine Methode zur Analyse des Betons im Inneren entwickelt. Dabei werden die bei Feuer entstehenden Knack-Geräusche im Beton gemessen. Auf einer Betonplatte, die einen oben offenen Prüfofen verschließt, installierten die Forscher Schallemissions-Sensoren. Nach dem Anheizen des Ofens auf bis zu 1.300 Grad Celsius konnten die Forscher durch die akustischen Wellen den Ursprung der Geräuschquelle genau bestimmen. Das Verfahren lässt sich mit der Seismometer-Messung bei einem Erdbeben vergleichen. Auf diesem Weg konnten die Forscher den zeitlichen Verlauf der Schädigung eines simulierten Tunnelbrandes messtechnisch verfolgen. Als Ergebnis konnten sie feststellen, dass in Betonplatten ohne PP-Fasern bei einem Brand über zehn Mal so viele Schallemissions-Ergebnisse zu verzeichnen sind als bei Betonplatten mit PP-Fasern.

Die Forschung zum Brandschutz mit Fasern im Beton erfolgte im Rahmen des DFG-Forschungsprojekts „Explosive Abplatzungen von Beton unter Brandeinwirkung“, sowie eine AiF-Projekt, gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) und der MFPA Leipzig GmbH. Geplant ist eine weitere Verfeinerung der Messmethode, um das Verhalten unterschiedlicher Betonmischungen zu vergleichen und das optimale Mischverhältnis zu ermitteln.

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