Thermische Leitfähigkeit von Stahlfaserbeton – eine theoretische Betrachtung

Abstract

EinleitungAktuell ist der Nachweis des Feuerwiderstands für Bauteile aus stahlfaserbewehrtem Stahlbeton anhand von DIN EN 1992-1-2:2010 [1] -und zugehörigem nationalen Anhang (NAD) -in Verbindung mit der DAfStb-Richtlinie "Stahlfaserbeton" [2] zu führen. Ein mögliches In-Ansatzbringen der Stahlfaserwirkung im Brandfall ist weder national [3] noch international [4] geregelt. Nach [5] kann deshalb z. B. in Betracht gezogen werden, den Nachweis des Feuerwiderstands am reinen Stahlbetonquerschnitt zu führen und somit eine evtl. Wirkung der Stahlfasern zu vernachlässigen, oder aber die Faserwirkung ist anhand von Brandversuchen an entsprechenden Bauteilen zu bestätigen; bspw. im Rahmen eines bauaufsichtlichen Verwendbarkeitsnachweises. Begründet werden kann diese Annahme mit der noch mangelnden Erfahrung sowie der unzureichenden Kenntnis der thermischen Eigenschaften von Stahlfaserbeton bei erhöhten Temperaturen. In diesem Zusammenhang ist auch der mögliche Einfluss der Stahlfasern auf die thermische Leitfähigkeit λ c des Betons von Bedeutung und somit die Frage zu stellen, in-wieweit die in DIN EN 1992-1-2:2010 [1] angegebene Unter-und Obergrenze (vgl. Bild 1) auf Stahlfaserbetone angewendet werden kann. Anhand der nachfolgend aufgeführten Literaturauswertung und eigener theoretischer Betrachtungen soll der Frage nachgegangen werden, ob die in Bild 1 dargestellte untere und obere Grenze für λ c auch bei Stahlfaserbetonen ansetzbar ist. Für die Bemessung von Stahlbeton-und Spannbetontragwerken im Brandfall ist die Kenntnis der thermischen Leitfähigkeit λ c des Betons eine der wesentlichen Eingangsgrößen. Im Fall der Zugabe von Stahlfasern zum Beton gibt es bislang widersprüchliche Aussagen, inwieweit sich diese auf die thermische Leitfähigkeit und somit auf den Feuerwiderstand auswirkt. Vor diesem Hintergrund wurden experimentell ermittelte und in der Literatur dokumentierte Untersuchungsergebnisse ausgewertet und systematisch durch eigene theoretische Betrachtungen sowie anhand eines computergestützten Evaluationsverfahrens ergänzt. Unter der Annahme der Gültigkeit der in DIN EN 1992-1-2:2010 angegebenen temperaturabhängigen Unter-und Obergrenze für die thermische Leitfähigkeit, auf der Grundlage theoretischer Betrachtungen zum Wärmewiderstand von Beton sowie anhand von Vergleichsrechnungen mittels eines numerischen Modells konnte gezeigt werden, dass sich für in der Praxis übliche Stahlfasergehalte von bis zu 1 Vol.-% eine vernachlässigbare Änderung der thermischen Leitfähigkeit gegenüber normal-und hochfesten Betonen ohne Stahlfasern ergibt. Für andere Betonarten, die sich insbesondere hinsichtlich Betonrohdichte, Art, Größe und Anordnung von Poren sowie bzgl. des physikalischen und chemischen Wasserbindevermögens von normal-und hochfestem Beton unterscheiden, sollten jedoch gesonderte Betrachtungen angestellt werden. Thermal conductivity of steel fibre reinforced -a theoretical viewWith respect to fire design of reinforced and prestressed concrete structures the thermal conductivity λ c is one of the important inp...

Experimente zur Schwindreduktion von hochfesten Betonbauteilen durch Wärmebehandlung

“…Es werden die Temperaturverläufe von einem Prisma je Temperregime für T = [1, 2, 4, 6, 24] h mit und ohne Fasern sowie die kürzeste Wärmebehandlung nach DAfStb [14] dargestellt. Die gemessenen Temperaturen unterscheiden sich kaum, was auf einen marginalen Einfluss der Stahlfasern auf die thermischen Eigenschaften des Betons hindeutet [29, 30]. Für das Prisma ohne Fasern für T = 1 h stehen keine Messdaten zur Verfügung, da diese Probe während der Messung zerbrach, sodass der Temperaturverlauf für T = 1 h nur für die Probe mit Stahlfasern dargestellt ist.…”