Brand- und Abplatzverhalten von Faserbeton in Straßentunneln

Fire and flaking behaviour of fibre-reinforced concrete in road tunnels

  • Das Gesamtziel des Forschungsprojektes zum "Brand- und Abplatzverhalten von Faserbeton in Straßentunneln" war die Verifizierung und Validierung des Einflusses von Kunststofffasern auf das Brand- und Abplatzverhalten von Tunnelbetonen unter der besonderen Berücksichtigung der spezifischen Randbedingungen in Straßentunneln. Dabei sollte im Rahmen der Forschungsarbeit eruiert werden, inwieweit sich mit Kunststofffasern modifizierte Tunnelbetone, die entsprechend ihrer Betonzusammensetzung den gültigen Vorgaben der ZTV-ING zusammengesetzt werden sollten, für den Straßentunnelbau als bauliche Brandschutzmaßnahme eignen. Es wurde untersucht, welche Fasergehalte und Fasergeometrien in den Tunnelbetonen einzusetzen sind, damit ein explosionsartiges Abplatzen des Betons infolge der Brandbeanspruchungen mit dem schnellen Temperaturanstieg und den hohen Maximaltemperaturen verhindert werden kann. Des Weiteren wurden experimentell verifiziert, ob bei den festgelegten Betonen ohne Faserzugabe und fasermodifizierten Tunnelbetonen, die zulässige Maximaltemperatur von 300-°C in Höhe der tragenden Bewehrung (vergleiche ZTV-ING, Teil 5 (Tunnelbau), Abschnitt 1, 10.3.2) nicht überschritten wird. Ein weiteres Ziel der Arbeit war es, herauszufinden, ob die in der ZTV-ING, Teil 5, Abschnitt 2, 10.3.2 (2), geforderte verzinkte Mattenbewehrung (N94) für die offene Bauweise als wirksamer Schutz gegen auftretende Abplatzungen infolge einer einseitigen Temperaturbeanspruchung durch die ZTV-ING-Kurve angesetzt werden kann. Diese zuvor beschriebenen grundlegenden Zielstellungen wurden vor allem an großmaßstäblichen Bauteilversuchen experimentell untersucht. Dabei wurden entsprechend der Trennung in ZTV-ING für Tunnelbauwerke in die geschlossene Bauweise (ZTV-ING, Teil 5, Tunnelbau, Abschnitt 1 und in die offene Bauweise (ZTV-ING, Teil 5, Tunnelbau, Abschnitt 2) angepasste Tunnelbetonrezepturen und verschiedene Probekörpergeometrien untersucht. Mit der Durchführung des Forschungsprojektes sollte insgesamt der Nachweis des positiv wirksamen Einflusses von PP-Fasern auf das Brand- und Abplatzverhalten von ZTV-ING-konformen Tunnelbetonen für die Anwendung in Straßentunneln erbracht und zudem im Großversuch gezeigt werden, dass es möglich ist, fasermodifizierte Tunnelbetone mit Praxis üblichen Einbaukonsistenzen zielsicher herzustellen.
  • The overall aim of the research project on the "Fire and spalling behaviour of fibre reinforced concrete in road tunnels" was the verification and validation of the effect of synthetic fibres on the fire an spalling behaviour of tunnel concretes, in particular taking into account the specific conditions in road tunnels. The task of this research work was to determine to what extent tunnel concretes modified by adding synthetic fibres whose concrete composition should comply with the valid regulations of the ZTV-ING (Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten) are suitable as a means of structural fire protection in road tunnel construction. Tests were made to determine which synthetic fibre content and fibre geometry should be used in concretes for tunnels to prevent the explosive spalling of the concrete as a result of exposure to fire with a rapid rise in temperatures and the high maximum temperatures reached. In addition, experiments were carried out to verify if the admissible maximum temperature of 300-°C at the height of the load-bearing reinforcement (see ZTV-ING, part 5, section 1, 10.3.2) is not exceeded by the defined concrete materials without synthetic fibres and tunnel concretes modified by the addition of fibres. Another aim of the study was to establish if the zinc-coated wire mesh reinforcement (N94), required by ZTV-ING, part 5, section 2, 10.3.2 (2) for open-cut tunnelling can be used as an effective protection against spalling occurring as a result of one-sided exposure to high temperatures as per the ZTV-ING fire curve. These basic targets as previously described were mostly studied in experiments using large-scale construction elements. In accordance with the distinction drawn in ZTV-ING for tunnel constructions, experiments were performed with tunnel concrete mixtures adapted for closed tunnel construction (ZTV-ING, part 5, section 1) as well as open-cut tunnelling (ZTV-ING, part 5, section 2) and with different test specimen geometries. The overall aim of the research project was to provide evidence for the positive effect of PP fibres on the fire and spalling behaviour of tunnel concrete materials for use in road tunnels compliant with ZTV-ING, and to show in large-scale trials that it is possible to produce tunnel concretes modified with fibres with construction consistencies common in practice and in a targeted manner.

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Metadaten
Author:Frank Dehn, Peter Nause, Michael Juknat, Marko Orgass, Andreas König
URN:urn:nbn:de:hbz:opus-bast-2139
ISBN:978-3-86918-063-2
Series (Serial Number):Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe B: Brücken- und Ingenieurbau (73)
Document Type:Report
Language:German
Date of Publication (online):2011/10/06
Contributing corporation:Gesellschaft für Materialforschung und Prüfungsanstalt für das Bauwesen Leipzig
Release Date:2011/10/06
Tag:Abplatzen; Deutschland; Faserbeton; Feuer; Forschungsbericht; Messung; Temperatur; Tunnel; Verhalten; Versuch; Zusammensetzung
Behaviour; Fiber reinforced concrete; Fire; Germany; Measurement; Mix design; Research report; Spalling; Temperature; Test; Tunnel
Comment:
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Institutes:Sonstige / Sonstige
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
collections:BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 25 Tunnelentwurf
BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 32 Zementbeton

$Rev: 13581 $