TY - CONF A1 - Klimek, André A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Hothan, Sascha A1 - Zehfuß, J. T1 - Screening-tests on the susceptibility to spalling of two ordinary concretes T2 - 7th international workshop on concrete spalling due to fire exposure - Proceedings N2 - Investigating the spalling behaviour of a concrete mixture using large scale members is complex and expensive. Thus, the susceptibility of concrete to spalling is investigated by means of fire tests on small scale specimens. However, the reduction of the fire exposed surface increases the influence of boundary effects. Macrocracking and the water loss via the lateral surfaces reduce the impact of the thermomechanical and thermohydraulic damage mechanisms and therefore, lower the risk of spalling. Thus, the influence of different restraints on the spalling behaviour of intermediate scaled specimens (Ø=0.47 m; h=0.29 m) was investigated for two ordinary concrete mixtures. Both mixtures had the same composition except the type of aggregate. One mixture contained only quartzitic aggregates, whereas the other mixture was made with basalt grit as coarse aggregates. Applied steel rings restrained the thermal expansion of the specimen and prevented the loss of water, whereas applied steel sheet primarily reduced the loss of water during the fire test. Additionally, the fire exposed surface of one specimen of each mixture was pre-dried under controlled climate conditions and fire tested with applied steel rings. The results show a higher spalling volume for the ring restrained specimens compared to the other covering types. Further, the pre-dried boundary zone leads to delayed and decreased occurrence of spalling compared to the non-dried specimens for the concrete with quartzitic aggregates and to a prevention of spalling for the mixture with basalt aggregates. Additionally, the results show that the influence of the thermomechanical behaviour of the coarse aggregates increases with increasing restraint. The restrained conditions of the specimens with applied steel ring are comparable to the conditions in the centre of a large scale member. This test series is a further step for possible concept of steel ring restraint concrete specimens as “screening-tests” in upcoming projects. T2 - IWCS 2022 CY - Berlin, Germany DA - 12.10.2022 KW - Spalling KW - Fire test KW - Concrete KW - Restraint PY - 2022 SP - 15 EP - 24 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-56020 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Klimek, André A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Hothan, Sascha A1 - Zehfuß, J. T1 - Auswirkung von passivem Zwang auf das Abplatzverhalten von Beton im Brandfall T2 - 8th Symposium Structural Fire Engineering N2 - Der diesjährige Beitrag zeigt den Einfluss ausgewählter Versuchsrandbedingungen auf das Abplatzverhalten von Normalbeton im kleinskaligen Brandversuch. Im Rahmen der Untersuchungen wurde die Abplatzneigung von acht zylindrischen Betonprüfkörpern der Maße Ø47 cm x 29 cm aus Normalbeton analysiert. Vier Prüfkörper wurden aus Normalbeton mit quarzitischer Gesteinskörnung hergestellt, wohingegen die grobe Gesteinskörnung (>2 mm) der anderen vier Prüfkörper durch Basaltsplitt ersetzt wurde. Neben der Art der groben Gesteinskörnung wurden zusätzlich ausgewählte Versuchsrandbedingungen variiert. Dies umfasste zum einen die Vorlagerung der Prüfkörper bei verschiedenen Umgebungsfeuchten und zum anderen die Ummantelung der Prüfkörper mit zwei Ringen aus Stahl bzw. einem durchgehenden Stahlblech. Die Ummantelung der Prüfkörper mit Stahlringen im Brandversuch führt zu einer Behinderung der thermischen Ausdehnung der Prüfkörper und zum Aufbau thermomechanischer Zwangsdruckspannungen. Diese Zwangsdruckspannungen werden maßgeblich von der thermischen Ausdehnung der verwendeten Gesteinskörnung beeinflusst. Zusätzlich wird die Feuchteabgabe über die Mantelfläche behindert. Der Einsatz des Stahlblechs reduziert lediglich die Abgabe der Feuchtigkeit über die Mantelfläche und induziert vernachlässigbare Zwangsdruckspannungen im Beton. Die Brandbeanspruchung der Prüfkörper erfolgte einseitig nach der Einheits-Temperaturzeitkurve (ETK) über einen Zeitraum von 60 Minuten. Mit Hilfe eines Laser Scanners wurden vergleichende 3D-Messungen der brandbeanspruchten Oberfläche vor und nach dem Brandversuch durchgeführt. Aus diesen Messungen konnten das Abplatzvolumen, die Abplatztiefenverteilung und die maximale Abplatztiefe ermittelt werden. Während des Brandversuchs wurde die Temperaturverteilung im Prüfkörper mittels fünf eingebetteter Mantelthermoelemente in verschiedenen Tiefen bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Abplatzungen an der brandbeanspruchten Oberfläche infolge der Prüfkörperummantelung mit Stahlringen bzw. Stahlblech zunehmen. Bei einer Ummantelung mit Stahlringen mit gleichzeitiger Vortrocknung der Betonrandzone platzt der Prüfkörper mit quarzitischer Gesteinskörnung ab, wohingegen der Prüfkörper mit basaltischer Gesteinskörnung keine Abplatzungen aufweist. Dies wird auf die unterschiedliche Ausprägung der thermomechanischen Schädigung infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Quarzkies und Basalt zurückgeführt. Die Ergebnisse der Brandprüfserie zeigen, dass die Variation der Prüfrandbedingungen bei Beibehaltung der Prüfkörpergröße einen maßgeblichen Einfluss auf das Abplatzverhalten haben. Die Randbedingungen sind daher bei kleinskaligen Brandversuchen, die zukünftig als „Screening-Tests“ ersatzweise für kostenintensive Bauteilversuche verwendet werden sollen, zu berücksichtigen. T2 - 8th Symposium Structural Fire Engineering CY - Brunswick, Germany DA - 13.09.2022 KW - Brand KW - Beton KW - Abplatzen KW - Zwang PY - 2022 SP - 1 EP - 12 PB - TU-Braunschweig CY - Braunschweig AN - OPUS4-55731 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Klimek, André A1 - Hothan, Sascha A1 - Rogge, Andreas T1 - Investigation of Size Effects in Concrete Spalling T1 - Untersuchung des Maßstabseffekts auf das Abplatzverhalten von Beton T2 - Proceedings of the 6th International Workshop on Concrete Spalling due to Fire Exposure N2 - Spalling of concrete due to fire exposure can lead to severe damage of building components. It is a much discussed subject in structural engineering and not yet completely understood. Generally, it is assumed that thermohydraulic and thermomechanical processes induce tensile stresses in the concrete. Furthermore, the tensile strength of concrete is reduced due to increasing temperatures. The combination of an increasing tensile stress and a decreasing tensile strength result in the occurrence of explosive spalling. The spalling behaviour of concrete is influenced by many parameters, for instance the water cement ratio, porosity, permeability of concrete as well, the presence of steel reinforcement and polypropylene fibres, also the size and geometry of the fire exposed area. Within the current research project at Bundesanstalt für Materialforschung und prüfung (BAM), the susceptibility to spalling of six different concrete mixtures is analysed to quantify the size effect using small scale, intermediate scale and full scale tests. A special fire test setup was built to test specimens simultaneously to enable a better comparability. All specimens are tested without additional mechanical load and unrestraint to prevent external induced cracking at the fire exposed site. Thermocouples are used to measure in situ the temperature distribution as an indication on the thermal degradation of the concrete during the fire tests. Afterwards the maximum spalling depth and the damaged area of the specimen are illustrated by a photogrammetric measurement system. The contribution to the spalling workshop presents the results of four concrete mixtures tested in intermediate-scale and full-scale fire tests. The comparisons are based on the concrete temperature as well as the obtained photogrammetric data. The results show that the spalling depth and the spalling area are significantly affected by the size of the fire exposed area. T2 - 6th International Workshop on Concrete Spalling due to Fire Exposure CY - Sheffield, UK DA - 19.09.2019 KW - Concrete KW - Spalling KW - Fire Test KW - Photogrammetry KW - Size Effect PY - 2019 UR - https://firespallingworkshop2019.group.shef.ac.uk/wp-content/uploads/2019/09/Fire-Spalling-Workshop_Proceedings.pdf SN - 978-1-5272-4135-0 SP - 61 EP - 70 PB - The University of Sheffield CY - Sheffield AN - OPUS4-49254 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -