Tragfähigkeit und Abplatzverhalten von Carbonbeton bei hohen Temperaturen

Im Symposium Heißbemessung 2024 wurden Untersuchungen zur Tragfähigkeit und zum Abplatzverhalten von dünnwandigen, carbonbewehrten Betonbauteilen bei hohen Temperaturen vorgestellt. Diese Untersuchungen wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens „Vorgespannte Carbonbetondecken mit reduzierten Querschnitten“ (CaPreFloor) durchgeführt.

Zur Beurteilung der Tragfähigkeit carbonbewehrter Betonbauteile unter Temperatureinfluss wurden 4-Punkt-Biegeversuche mit instationärer Aufheizung im Bereich des konstanten Biegemoments durchgeführt. Dabei kamen sowohl schlaff bewehrte als auch vorgespannte Prüfkörper zum Einsatz. Die Versuchs-ergebnisse haben gezeigt, dass die Vorspannung einen positiven Einfluss auf die Tragfähigkeit sowie das Verformungsverhalten bei erhöhten Temperaturen hat. Zur Erfassung der thermischen Beanspruchung wurden die Temperaturen an der Ober- und Unterseite der Prüfkörper gemessen und daraus die Temperatur im Bereich der Bewehrung interpoliert [1]. In diesem Beitrag wird der Temperaturverlauf über die Bauteildicke mithilfe numerischer Simulationen präziser abgeschätzt. Darüber hinaus werden Biegeversuche mit stationärer Temperaturverteilung im Bereich des konstanten Biegemoments vorgestellt. Auf Basis der Ergebnisse aus stationären und instationären Versuchen wird eine Hypothese zum Biegeversagen carbonbewehrter Bauteile unter Brandeinwirkung formuliert.

Die durchgeführten Abplatzversuche an Prüfkörpern ohne Bewehrung und solchen mit Gelegen aus carbonfaserverstärktem Kunststoff haben gezeigt, dass die im Forschungsvorhaben verwendete Feinbetonrezeptur eine ausgeprägte Abplatzneigung besitzt. Das Carbongelege stellt dabei eine Trennlage dar, wodurch ein früheres Abplatzen eintritt und der Beton bis zur Gelegetiefe abplatzt. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass das Abplatzen vom Typ des verwendeten Carbongeleges abhängt [1]. Im vorliegenden Beitrag wird die Effektivität verschiedener Maßnahmen zur Abplatzvermeidung bewertet. Diese Maßnahmen umfassen die Applikation eines reaktiven Brandschutzsystems (RBS), das Anbringen von Brandschutzplatten aus zementgebundenem Calciumsilkat sowie die Verwendung einer modifizierten Betonmischung mit PP-Fasern.