Feuerbeständiger Hochleistungsbeton

Wissenschaftler des Schweizerischen Empa entwickelten ein Verfahren zur Herstellung eines feuerbeständigen selbstverdichtenden Hochleistungsbetons. Er platzt bei Bränden weniger schnell ab. Seine Tragfähigkeit bleibt so länger erhalten.

Selbstverdichtender Hochleistungsbeton (SHB) platzt im Falle eines Feuers häufig ab, wodurch seine Tragfähigkeit leidet. So heißt es beispielsweise im Kapitel „Beton“ des Springer-Fachbuchs „Wendehorst Baustoffkunde“: „Bei höheren Temperaturen fällt der E-Modul (Anm. der Redaktion: Elastizitätsmodul) des Betons – im Gegensatz zur Druckfestigkeit – von Beginn der Erwärmung an stark ab, was zu größeren Verformungen im Brandfall führen kann.“

Und auch im Springer-Fachbuch „Baustoff und Konstruktion“ wird im Kapitel „Brandverhalten von ultrahochfestem Beton“ (UHPC) auf die Problematik im Brandfall verwiesen. Dort heißt es: „Auch das Abplatzverhalten von UHPC im Brandfall ist kritisch, sodass Lösungsansätze zur Vermeidung zerstörender Abplatzungen gefunden werden müssen.“

Superabsorbierende Polymere sind die Lösung

Dies scheint mit der neuentwickelten Methode der Empa-Wissenschaftler nun gelungen zu sein. Während sich die Widerstandsfähigkeit bei herkömmlichen Rüttelbeton gegen die Hitze eines Feuers durch die Beimischung von einigen Kilogramm Polypropylen-Fasern (PP-Fasern) pro Kubikmeter Beton optimieren lässt, verhält sich das bei selbstverdichtendem Hochleistungsbeton (SHB) anders: Denn mehr als zwei Kilogramm PP-Fasern pro Kubikmeter SHB würde die Selbstverdichtung beeinträchtigen. Der Anteil an PP-Fasern in SHB muss daher entsprechend tief sein. Als Folge kann sich aber nicht das vom Rüttelbeton bekannte Kanalnetz entwickeln, durch das der Wasserdampf entweicht, der Druck sinkt und der Beton ganz bleibt.

Die Lösung fanden die Forscher in superabsorbierenden Polymeren (SAP). Dies sind Spezialkunststoffe, die ein Vielfaches ihres Eigengewichts an Wasser aufnehmen können. Die Wissenschaftler stellten eine Serie dünnwandiger, mit Drähten aus kohlefaserverstärktem Kunststoff vorgespannter Betonplatten her. Jede dieser Platten enthielt zwei Kilogramm PP-Fasern pro Kubikmeter Beton. Doch einigen Platten wurde zudem noch eine geringe Menge SAP beigemischt.

Risse, aber keine Abplatzungen

Dann wurden die Betonplatten Feuer mit Temperaturen von bis zu 1000 Grad Celsius ausgesetzt. Nach 90 Minuten zeigte sich: Die mit SAP angereicherten Betonplatten hatten zwar einige Risse, zu Abplatzungen kam es aber nur bei den SAP-freien Betonplatten.

Erklärbar ist dies durch die SAP-Eigenschaften: Diese saugen sich während der Betonproduktion mit Wasser voll und schwellen um ein Mehrfaches ihres Trockenvolumens an. Beim Aushärten des Betons wird den SAP das Wasser durch den Sog der kapillaren Poren im Zementstein wieder entzogen; die SAP schrumpfen, ein Hohlraum entsteht. Er verbindet die voneinander getrennten PP-Fasern. Ein Netz von SAP und PP-Fasern verästelt sich im Bauteil, sodass dieses der Hitze eines Feuers lange genug widersteht. Somit bleibt das Bauwerk stabil.

Der neue SHB bringt zudem noch einen weiteren Vorteil mit sich: Der beim Verdichten von herkömmlichem Rüttelbeton erzeugte Lärm entfällt.