Analysis of thermohydraulic spalling in low-clinker blended cement concrete
Year: 2026
Type: book
Abstract: Betonbauwerke unter Brandlast, insbesondere Tunnelbauwerke, neigen zu explosionsartigem Ab platzen. Durch das Abplatzen reduziert sich der tragende Querschnitt und die Bewehrungslage kann freigelegt werden, was die Tragwerkssicherheit des Gebäudes erheblich beeinträchtigt. Gleichzeitig versucht die Zementindustrie, die CO₂-Emissionen, die bei der Herstellung von Port landzementklinker entstehen, durch den Einsatz klinkereffizienter Zemente zu reduzieren. Bei diesen Zementen werden Teile des Klinkers durch Zusatzstoffe ersetzt, wodurch der CO₂-Fußab druck deutlich verringert werden kann. Die wachsende Popularität löst jedoch Bedenken hinsicht lich des Hochtemperaturverhaltens von Betonen mit diesen Zementen aus. Das Abplatzen basiert auf thermomechanischen und thermohydraulischen Mechanismen. Die Zementart beeinflusst die Mikrostruktur, das Feuchtetransportverhalten sowie das Dehydrationsverhalten der Zementstein matrix. All diese Faktoren sind an thermohydraulischen Prozessen beteiligt. Diese Dissertation beinhaltet eine ganzheitliche Analyse des Abplatzverhaltens von Betonen mit klinkereffizienten Zementen. Ziel war es herauszufinden, wie diese Zemente das Abplatzverhal ten beeinflussen und welche Eigenschaften dafür verantwortlich sind. Der Fokus lag auf den Feuchtetransporteigenschaften und dem Dehydrationsverhalten des Zementsteins. Der aktuelle Stand der Technik zeigte bestehende Wissenslücken auf. Daten aus der Literatur lieferten keinen klaren Zusammenhang zwischen Zementart und Abplatzverhalten sowie den zu grunde liegenden Mechanismen. Zur Schließung dieser Lücke wurden Brandversuche an Betonen mit vier verschiedenen Zementen (CEM I, CEM II/A-LL, CEM III/A, CEM II/B-Q) durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass der Einsatz klinkereffizienter Zemente zu einem erhöhten Abplatz risiko führt. Während CEM I Beton nur Abplatzungen mit Tiefen bis zu 1.5 cm aufwies, wurden in Betonen mit klinkereffizienten Zementen mit über 5 cm deutlich größere Abplatztiefen festge stellt. Zur Analyse der Ursachen wurde der thermisch induzierte Feuchtetransport mittels 1H NMR Relaxometrie untersucht. Dabei wurden kleinformatige Proben vor und nach einseitiger Erwärmung gemessen. Auffällig war die erhöhte Ausgangsfeuchte in CEM III/A und CEM II/B Q Betonen sowie verschiedene porengrößenspezifische Feuchteverteilungen. Zusätzlich wurden insgesamt niedrigere Permeabilitäten bei Betonen mit klinkereffizienten Zementen festgestellt. Die Messungen nach der Erwärmung zeigten unterschiedlich stark ausgeprägte Trocknungsfron ten und Feuchteakkumulationen. Diese Unterschiede lassen sich jedoch nicht nur durch die Per meabilität erklären. Untersuchungen zum Dehydrationsverhalten der verschiedenen Zementsteine mittels XRD und TGA zeigten, dass klinkereffiziente Zemente zur Ausbildung thermisch stabi lerer Hydratphasen neigen. Der Vergleich zwischen Dehydratation- und Trocknungsverhalten zeigt, dass der Feuchtetransport stark vom Phasenbestand abhängt. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass infolge höherer Ausgangsfeuchten mehr Energie in der Form von heißem Wasser gespeichert werden kann. Dies stellt zusammen mit niedrigeren Permeabilitäten und geringerer Dehydration in einem Temperaturbereich bis zu 200 °C die Haupt faktoren für die erhöhte Abplatzneigung in Betonen mit klinkereffizienten Zementen dar. Die ii Unterschiede zwischen den einzelnen Zementtypen lassen sich mit den präsentierten Daten je doch nicht vollständig erklären.
Source: KITopen
Author: Pittrich, Tim
Language: English
Subfield: Civil and Structural Engineering
Field: Engineering
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7225795263
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