TY - JOUR A1 - Pistol, Klaus A1 - Weise, Frank A1 - Meng, Birgit T1 - Polypropylen-Fasern in Hochleistungsbetonen - Wirkungsmechanismen im Brandfall N2 - Bauteile bzw. Tragwerke aus Hochleistungsbetonen müssen in der Regel gegen brandinduzierte Abplatzungen mit geeigneten Maßnahmen geschützt werden, um einen ausreichenden Feuerwiderstand im Brandfall zu gewährleisten. Die bisher wirtschaftlich und technologisch sinnvollste Methode zur Verhinderung von explosionsartigen Betonabplatzungen im Brandfall ist die Zugabe von Polypropylen-Fasern. Die Wirksamkeit der Fasern konnte zwar empirisch gezeigt werden, es stellt sich allerdings die Frage, welche Mechanismen zur Verhinderung der Abplatzungen führen. Der vorliegende Beitrag fasst bisherige Theorien zur Wirkungsweise von Polypropylen-Fasern in brandbeanspruchten Hochleistungsbetonen zusammen und stellt eine innovative Methodologie zur Erforschung der mikrostrukturellen Prozesse vor. Die Ergebnisse zeigen, dass die nach dem Schmelzen und Zersetzen der Polypropylen-Fasern frei werdenden Mikrokanäle durch eine gleichzeitig einsetzende Mikrorissbildung netzartig verbunden werden. Die Mikrorissbildung ermöglicht somit den Abbau von Eigen- und Zwangsspannungen im Beton (mechanischer Effekt) und die Entstehung eines Transportwegesystems für den ausströmenden Wasserdampf (Permeationseffekt).--------------------------------------------------------------------------- Structural members and bearing structures of high performance concrete generally have to be protected against explosive spalling due to fire exposure to guarantee a sufficient fire resistance. Up to now, the economically and technologically most worthwhile method to prevent explosive spalling is the addition of polypropylene fibres. Though the effectiveness of the fibres could be shown empirically, the mechanisms preventing explosive spalling are still debatable. The present article summarizes the existing theories concerning the mode of action of polypropylene fibres in fire exposed high performance concretes and presents an innovative methodology for analysing the micro structural processes. The results show that due to the thermal decomposition of the polypropylene fibres micro channels are created and simultaneously connected due to a netlike micro crack formation. This enables the relief of internal stresses (mechanical effect) and the formation of a permeable transport system for the escaping water vapour (permeation effect). KW - Polypropylen-Fasern KW - Brandschutz KW - Structural fire protection KW - Computertomographie KW - Computed tomography KW - Hochleistungsbeton KW - High performance concrete KW - Messtechnik KW - Mikrorisse KW - Micro cracks KW - Polypropylen-Fasern KW - Polypropylene fibres KW - PP-Fasern KW - Prüfmethoden KW - Rasterelektronenmikroskopie KW - Scanning electron microscopy KW - Risse KW - Schallemissionsanalyse KW - Acoustic emission KW - UHPC KW - Baustoffe KW - Brandschutz KW - Versuche PY - 2012 DO - https://doi.org/10.1002/best.201200024 SN - 0005-9900 SN - 1437-1006 VL - 107 IS - 7 SP - 476 EP - 483 PB - Ernst CY - Berlin AN - OPUS4-26174 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pistol, Klaus A1 - Weise, Frank A1 - Meinel, Dietmar A1 - Meng, Birgit T1 - Zur Wirkungsweise von PP-Fasern in brandbeanspruchten Hochleistungsbetonen T2 - 52. DAfStb-Forschungskolloquium 2011, BAM CY - Berlin, Germany DA - 2011-11-07 PY - 2011 AN - OPUS4-25228 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pistol, Klaus A1 - Weise, Frank A1 - Meinel, Dietmar A1 - Meng, Birgit ED - Rogge, A. ED - Meng, B. T1 - Zur Wirkungsweise von Polypropylen-Fasern in brandbeanspruchten Hochleistungsbetonen T2 - 52. DAfStb-Forschungskolloquium CY - Berlin, Deutschland DA - 2011-11-07 KW - Polypropylen-Fasern KW - Hochfester Beton KW - Schallemissionsanalyse KW - Röntgen 3D-Computertomographie KW - Rasterelektronenmikroskopie PY - 2011 SN - 978-3-9814281-0-0 SP - 134 EP - 140 PB - BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung CY - Berlin AN - OPUS4-25188 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pistol, Klaus A1 - Weise, Frank A1 - Meng, Birgit T1 - The mode of action of polypropylene fibres in high performance concrete at high temperatures T2 - 2nd international RILEM workshop on concrete spalling due to fire exposure CY - Delft, Netherlands DA - 2011-10-05 PY - 2011 AN - OPUS4-24714 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pistol, Klaus A1 - Korzen, Manfred A1 - Weise, Frank T1 - Monitoring of fire damage processes in concrete by pore pressure and acoustic emission measurements T2 - 2nd international RILEM workshop on concrete spalling due to fire exposure CY - Delft, Netherlands DA - 2011-10-05 PY - 2011 AN - OPUS4-24715 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pistol, Klaus A1 - Weise, Frank A1 - Meng, Birgit A1 - Schneider, U. ED - Koenders, E.A.B. ED - Dehn, F. T1 - The mode of action of polypropylene fibres in high performance concrete at high temperatures N2 - It has been shown in fire tests that polypropylene fibres reduce or avoid explosive spalling of high performance concrete. In the critical temperature ränge up to 300 °C the permeability of HPC increases by using polypropylene fibre. Due to this the water vapour, which is the main reason for explosive spalling, can escape. There exist different theories in the literature conceming the micro structural mechanisms, which cause an increase in the permeability. Within the framework of an internal research project at BAM an innovative methodology was developed for experimental verifying of existing theories and to get new insights into this problem The methodology used is unique and has been undertaken here for the first time. This consists of the combination of acoustic emission and ultrasonic measurement during temperature loading and the non-destructive micro structural analysis of cooled down samples with the aid of micro X-ray computed tomography. For the validation of the nondestructive test methods scanning electron microscopic images of prepared samples were undertaken. The results show that due to the thermal decomposition of the polypropylene fibres micro canals emerge. These are connected due to a simultaneous micro cack formation. T2 - 2nd International RILEM workshop on concrete spalling due to fire exposure CY - Delft, The Netherlands DA - 05.10.2011 KW - Spalling KW - Polypropylene fibres KW - High performance concrete KW - Acoustic emission KW - X-ray computed tomography KW - Scanning electron microscopy PY - 2011 SN - 978-2-35158-118-6 SP - 289 EP - 296 PB - RILEM Publications AN - OPUS4-24835 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pereira, F. A1 - Pistol, Klaus A1 - Korzen, Manfred A1 - Weise, Frank A1 - Pimienta, P. A1 - Carré, H. A1 - Huismann, Sven ED - Koenders, E.A.B. ED - Dehn, F. T1 - Monitoring of fire damage processes in concrete by pore pressure and acoustic emission measurements N2 - This paper presents the combined use of acoustic emission (AE), gas pore pressure and temperature measurements (PT). The simultaneous application of both techniques represents a new methodology in the context of fire spalling and contributes to a better understanding of the mechanisms of fire spalling, particular with regard to the interaction of micro cracking and pore pressure evolution. The study presents fire tests on normal strength concrete specimens with and without reinforcement at ISO Standard fire and at hydrocarbon (HC) fire. Supported by AE-analysis, it can be shown that due to the higher heating rate of the HC-fire in comparison to the ISO Standard fire the damage processes inside the concrete during the exposure are increased combined with augmenting the concrete permeability. As a consequence lower pore pressures were measured. However, despite the lower pore pressures, explosive spalling was observed. T2 - 2nd International RILEM workshop on concrete spalling due to fire exposure CY - Delft, The Netherlands DA - 05.10.2011 KW - Ordinary concrete KW - High temperature KW - Gas pore pressure KW - Acoustic emission KW - Spalling PY - 2011 SN - 978-2-35158-118-6 SP - 69 EP - 77 PB - RILEM Publications AN - OPUS4-24818 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Pistol, Klaus A1 - Weise, Frank T1 - Novel investigation of the behaviour of polypropylene fibres in high strength concrete at high temperatures T2 - 8th fib International PhD symposium in civil engineering CY - Lyngby, Denmark DA - 2010-06-20 KW - Polypropylene fibres KW - Explosive spalling KW - High strength concrete KW - Computer tomography KW - Scanning electron microscopy PY - 2010 SN - 9788778773012 SP - 407 EP - 412 AN - OPUS4-21630 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pistol, Klaus A1 - Prinz, Carsten A1 - Weise, Frank A1 - Klobes, Peter T1 - Analysis of thermal induced microstructural changes in self-compacting concrete using mercury porosimetry T2 - XV. Workshop über die Charakterisierung von feinteiligen und porösen Festkörpern CY - Bad Soden, Germany DA - 2010-11-16 PY - 2010 AN - OPUS4-22708 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Apitz, S. A1 - Pistol, Klaus A1 - Weise, Frank A1 - Berger, J. T1 - Untersuchung des Zwängungsverhaltens von selbstverdichtendem Beton bei instationärer Hochtemperaturbeanspruchung bis 750 °C KW - Zwangsspannung KW - Selbstverdichtender Beton (SVB) KW - Hochtemperaturverhalten KW - Polypropylenfasern (PPF) PY - 2012 SN - 978-3-8440-1196-8 VL - 3 SP - 83 EP - 93 PB - Shaker AN - OPUS4-26564 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pistol, Klaus A1 - Weise, Frank A1 - Meng, Birgit T1 - High Temperature Behaviour of Self-Compacting Concrete with Limestone Powder T2 - 7th International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete CY - Paris, France DA - 2013-09-02 PY - 2013 AN - OPUS4-29845 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pistol, Klaus A1 - Weise, Frank A1 - Meng, Birgit ED - Roussel, N. ED - Bessaies-Bey, H. T1 - High temperature behaviour of self-compacting concrete with limestone powder N2 - Although concrete in general is a non-combustible material, the fire resistance of concrete structures depends, to a large extent, on the mechanical material behaviour. Fire tests have shown that SCC is often susceptible to explosive spalling due to fire exposure, in a similar manner to HPC. But there are hardly any studies available that report properties of specimens at high temperatures. T2 - 7th RILEM International conference on self-compacting concrete and of the 1st RILEM international conference on rheology and processing of construction materials CY - Paris, France DA - 02.09.2013 KW - Fire resistance KW - Stress-strain-relation KW - Compressive strenght KW - Polypropylene fibres KW - Self-compacting concrete KW - Thermo mechanical behaviour KW - Fire safety design PY - 2013 SN - 978-2-35158-137-7 SN - 978-2-35158-138-4 SP - 221 EP - 228 PB - RILEM Publications CY - Bagneux, France AN - OPUS4-29985 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pistol, Klaus A1 - Gluth, Gregor A1 - Rickard, W. T1 - Mechanische Hochtemperatureigenschaften von flugaschebasierten Geopolymerbetonen N2 - Als umweltschonende Alternative zu portlandzementgebundenen Betonen werden derzeit in der Betonindustrie und in der Baustoffforschung Betone mit alkaliaktivierten Bindemitteln, sog. Geopolymerbetone, intensiv erforscht. Die auf industriellen Reststoffen wie Flugasche und Hüttensand basierenden anorganischen Bindemittel weisen bei geeigneter Zusammensetzung einen hohen Widerstand gegenüber aggressiven Salzlösungen und Säuren auf. Als Grundlage für den rechnerischen Nachweis der Tragfähigkeit von brandbeanspruchten Betonbauteilen auf Basis von alkaliaktivierten Bindemitteln werden deshalb an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) die mechanischen Hochtemperatureigenschaften von flugaschebasierten Geopolymerbetonen systematisch untersucht. Die bis zu 750 °C erhitzten Probekörper mit quarzitischer und leichter Gesteinskörnung zeigen einen Festigkeitsverlust bis ca. 300 °C, der auf entwässerungsbedingte Mikrorissbildung zurückgeführt werden kann. Bei weiter zunehmender Temperatur steigt aufgrund von Sinterungsprozessen ab ca. 500 °C die Festigkeit der untersuchten Geopolymerbetone wieder an. Diese im Vergleich zu herkömmlichem Beton günstigere Materialeigenschaft eröffnet potenziell auch Anwendungsmöglichkeiten in brandschutztechnisch kritischen Infrastrukturbereichen. Die Ergebnisse der thermomechanischen Prüfungen werden für numerische Bauteilberechnungen als temperaturabhängige Spannungs-Dehnungs-Beziehungen aufbereitet. N2 - At present, concretes based on alkali-activated binders, socalled geopolymer concretes, are investigated intensively in the building materials industry and by the research community as environmentally friendly alternative to Portland cementbased concretes. These inorganic binders, which are based on industrial by-products such as fly ash and ground granulated blast furnace slag, exhibit high resistance against corrosive acids and salts, if properly designed. The mechanical properties of fly ash-based geopolymer concretes at high temperatures are subject of systematic investigations at the Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) to create a basis for the structural design of fire exposed concrete members based on alkali-activated binders. The concrete specimens, produced with quartz aggregates or lightweight aggregates and heated to a maximum temperature of 750 °C, exhibited a decrease of compressive strength up to temperatures of ca. 300 °C, attributed to formation of microcracks caused by dehydration. At higher temperatures the compressive strength of the investigated geopolymer concretes recovered partly, due to sintering processes starting from ca. 500 °C. Because of this beneficial property when compared to conventional concretes, geopolymer concretes can potentially be applied in infrastructure facilities where fire resistance is critical. From the results of the thermomechanical tests stress-strain relationships are derived that can be used for the structural design of members made from geopolymer concretes. KW - Geopolymerbeton KW - Hochtemperatureigenschaften KW - Feuerwiderstand KW - Spannung-Dehnungs-Beziehung PY - 2016 DO - https://doi.org/10.1002 / bate.201600038 SN - 1437-0999 VL - 93 IS - 8 SP - 521 EP - 530 PB - Ernst & Sohn CY - Berlin AN - OPUS4-37114 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pistol, Klaus A1 - Weise, Frank A1 - Meng, Birgit A1 - Diederichs, U. T1 - Polypropylene fibres and micro cracking in fire exposed concrete N2 - Though, concrete in general is a non-combustible building material, modern High Performance Concrete (HPC) is very susceptible to violent explosive spalling during a fire attack. This requires protective measures for fire safety design of concrete structures. The current most worthwhile method to prevent explosive spalling is the addition of monofilament Polypropylene fibres (PP-fibres). However, since it has become common knowledge that PP-fibres are suitable for fire safety design, a variety of theories concerning the mode of action of PP-fibres have been suggested. The present article summarizes the most important hypothesis and presents an innovative method for the analysis of micro structural processes in heated specimens. The results show that due to the thermal decomposition of PP-fibres capillary channels are created. Simultaneously, a netlike micro crack formation occurs, which connects these capillary channels. This enables the relief of internal stresses (mechanical effect) and the formation of a permeable transport system for the escaping water vapour (permeation effect). KW - Concrete KW - Fire Spalling KW - Micro-Crack KW - Polypropylene Fibres PY - 2014 DO - https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.897.284 SN - 1022-6680 SN - 1662-8985 VL - 897 SP - 284 EP - 289 PB - Trans Tech Publ. CY - Zurich AN - OPUS4-30383 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pistol, Klaus A1 - Werner, Steve T1 - Concrete spalling under fire loading T2 - Fire Science Workshop CY - Berlin, Germany DA - 2013-11-29 PY - 2013 AN - OPUS4-30979 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pistol, Klaus A1 - Weise, Frank T1 - Novel investigation of the behaviour of Polypropylene fibres in high strength concrete at high temperatures T2 - 8th fib PhD Symposium CY - Kongens Lyngby, Denmark DA - 2010-06-20 PY - 2010 AN - OPUS4-21513 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rickard, William A1 - Gluth, Gregor A1 - Pistol, Klaus T1 - In-situ thermo-mechanical testing of fly ash geopolymer concretes made with quartz and expanded clay aggregates N2 - The mechanical and microstructural properties of geopolymer concretes were assessed before, during and after high temperature exposure in order to better understand the engineering properties of the material. Fly ash based geopolymer concretes with either quartz aggregate or expanded clay aggregate were exposed to various temperatures up to 750 °C using a thermo-mechanical testing apparatus. Microstructural investigations were also undertaken to better understand the measured changes in the mechanical properties. It was found that dehydration of capillary water caused cracking and strength losses at temperatures ≤300 °C, an effect that was more severe in the quartz aggregate geopolymer due to its lower permeability. At higher temperatures (T ≥ 500 °C) sintering promoted strength increases which enabled both concrete types to yield significant strength advantages over conventional materials. Stress–mechanical strain curves, which form the basis of the fire design of concrete structures, are reported. KW - Temperature KW - Microstructure KW - Physical properties KW - Alkali activated cement KW - Geopolymers KW - Transient thermal creep PY - 2016 DO - https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2015.11.006 SN - 0008-8846 SN - 1873-3948 VL - 80 SP - 33 EP - 43 PB - Pergamon Press CY - New York, NY AN - OPUS4-35080 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pistol, Klaus T1 - Hochtemperaturverhalten neuartiger Betone - Experimentelle Materialuntersuchungen als Grundlage für die Heißbemessung T1 - High temperature behaviour of novel concretes - Experimental material tests as a basis for structural fire design N2 - Die Bemessungsnorm für Stahlbeton- und Spannbetontragwerke DIN EN 1992-1-2 (EC 2-1-2) erlaubt die Anwendung von vereinfachten und allgemeinen Rechenverfahren für den Tragfähigkeitsnachweis im Brandfall (Heißbemessung). Als Grundlage für die Heißbemessung werden für Normalbeton und für Hochfesten Beton temperaturabhängige Spannungs-Dehnungs-Beziehungen angegeben, mit denen der Festigkeits- und Steifigkeitsverlust von Beton bei zunehmender Temperatur berücksichtigt wird. Im vorliegenden Aufsatz wird herausgearbeitet, dass die aktuelle betontechnologische Entwicklung und die damit einhergehende Diversifizierung in der stofflichen Zusammensetzung neuartiger Betone bei der Heißbemessung berücksichtigt werden muss. Die in dem Beitrag zusammengestellten temperaturabhängigen Druckfestigkeiten neuartiger Betone verdeutlichen den Einfluss der stofflichen Zusammensetzung auf das Hochtemperaturverhalten von Beton. KW - Beton KW - Brandschutz KW - Material PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1002/best.201700066 SN - 1437-1006 SN - 0005-9900 VL - 113 IS - 3 SP - 194 EP - 200 PB - Ernst & Sohn Verlag CY - Berlin AN - OPUS4-44539 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Hothan, Sascha A1 - Pistol, Klaus A1 - Häßler, Dustin T1 - Einfluss der Querdehnungsbehinderung auf das Trag- und Verformungsverhalten von Spannbeton-Hohlplatten im Brandfall T1 - Influence of lateral constraint on the loadbearing and deformation characteristics of hollow core slabs in fire N2 - Spannbeton-Hohlplatten (engl.: Hollow Core Slabs, HC-Platten) werden insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen als Deckensysteme im Hochbau eingesetzt. Bei einem 2007 aufgetretenen Brandereignis in einem Parkhaus in Rotterdam kam es zu einer teilweisen Ablösung des unteren Plattenspiegels. Dies hatte eine europaweite Diskussion zur brandschutztechnischen Bewertung dieser Bauart zur Folge. Mittlerweile liegen eine Vielzahl von gutachterlichen Stellungnahmen, Literaturauswertungen und auch jüngeren Forschungsarbeiten zum Feuerwiderstand von Konstruktionen aus Spannbeton-Hohlplatten vor. In den Untersuchungen wurde unter anderem das Tragverhalten von HC-Platten bei starrer Auflagerung, insbesondere hinsichtlich der Querkrafttragfähigkeit, analysiert. Ein weiterer, bei der Prüfung und Bewertung von Spannbeton-Hohlplatten bisher kaum beachteter Aspekt ist die im Brandfall auftretende Behinderung der Querdehnung. In der Praxis kann für HC-Platten eine Querdehnungsbehinderung im Brandfall auftreten, wenn beispielsweise eine sehr steife Begrenzung des brandbeanspruchten Deckenbereichs vorliegt, z. B. durch Treppenhauskerne oder auch durch umgebende Deckenfelder bei lokaler Brandbeanspruchung. Um dieser Fragestellung nachzugehen, wurden an der BAM entsprechende experimentelle und numerische Untersuchungen an Deckenfeldern aus Spannbeton-Hohlplatten mit unterschiedlicher seitlicher Zwängung durchgeführt. Im Beitrag werden die im Realmaßstab durchgeführten Brandversuche ausführlich beschrieben und deren Ergebnisse und daraus abgeleiteten Erkenntnisse vorgestellt. Die an der BAM durchgeführten Untersuchungen haben gezeigt, dass bei einer Zunahme der seitlichen Zwängung die Horizontalrissbildung in den Plattenstegen zu- und die Längsrissbildung abnimmt. Trotz der ausgeprägten Horizontalrissbildung kam es in den Brandversuchen nicht zu- einer Ablösung des unteren Plattenspiegels. Ebenso zeigte sich kein negativer Einfluss der Horizontalrisse auf das Trag- und Verformungsverhalten der brandbeanspruchten Deckenkonstruktion. Die Ergebnisse aus den Brandversuchen stehen zukünftig zur Validierung numerischer Modelle zur Verfügung. KW - Brandschutz KW - Spannbeton-Hohlplatten KW - Querdehnungsbehinderung KW - Zwängung KW - Beton PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1002/best.201700067 SN - 0005-9900 SN - 1437-1006 VL - 113 IS - 3 SP - 174 EP - 183 PB - Ernst & Sohn Verlag CY - Berlin AN - OPUS4-44540 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - THES A1 - Pistol, Klaus T1 - Wirkungsweise von Polypropylen-Fasern in brandbeanspruchtem Hochleistungsbeton N2 - Das Hauptanliegen der Arbeit besteht in der experimentellen Erforschung der faserbedingten mikrostrukturellen Schädigungsprozesse in brandbeanspruchtem HPC. Dazu werden das thermische Degradationsverhalten von Polypropylen-Fasern (PP-Fasern) mithilfe thermoanalytischer Verfahren aus der Polymerforschung untersucht und die Wechselwirkung der schmelzenden PP-Fasern mit dem umgebenden Betongefüge unter Verwendung hochtemperaturmikroskopischer Methoden analysiert. Des Weiteren werden erstmalig akustische und röntgentomographische Methoden zur zerstörungsfreien Untersuchung der Rissgenese in thermisch beanspruchten Betonproben kombiniert. Zur Validierung der Ergebnisse und zur Visualisierung von mikroskopischen Morphologieänderungen im Faserbereich werden ergänzend Bruchflächen von thermisch geschädigten Proben rasterelektronenmikroskopisch untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die thermische Degradation der PP-Fasern zwischen 160 und 350 °C Kapillarröhren entstehen, die durch eine bei ca. 160 °C einsetzende Mikrorissbildung netzartig verbunden werden. Durch die Mikrorissbildung werden Spannungen im Mikrogefüge des Betons abgebaut (thermomechanischer Effekt) und die Ausbildung eines netzartig verbundenen Transportwegesystems für den ausströmenden Wasserdampf (thermohydraulischer Effekt) ermöglicht. Als Synthese und Abschluss der Arbeit werden zwei Modelle entwickelt, in denen die theoretisch und experimentell gewonnenen Erkenntnisse für die Beschreibung der Wirkungsmechanismen von PP-Fasern zusammenfließen. In einem mikroporomechanischen Modell werden alle an dem Wirkmechanismus der PP-Fasern beteiligten Prozesse den Strukturelementen des Betons (Feststoff, Fluide und Porenraum) zugeordnet. Für eine weitere modellhafte Beschreibung der Wirkungsweise von PP-Fasern wird in einem einfachen thermodynamischen Modell der wassergefüllte Porenraum von HPC als thermodynamisch geschlossenes System idealisiert, bei dem das den Porenraum umgebende Feststoffgerüst die thermodynamische Systemgrenze bildet. Bei dieser Modellvorstellung wird anhand eines Temperatur-Entropie-Diagramms für Wasser gezeigt, dass durch die rissbedingte Öffnung der thermodynamischen Systemgrenze ab ca. 160 °C der thermodynamische Zustand des Porenwasser beeinflusst wird, so dass das Porenwasser bereits bei vergleichsweise niedrigem Druck und niedriger Temperatur vollständig verdampft, ohne den kritischen Grenzdruck von ca. 5 MPa (Zugfestigkeit des Betons) zu erreichen. N2 - The majority of this thesis deals with experimental investigations of Polypropylene fibre (PPfibre) induced microstructural damage processes in fire exposed HPC. For this purpose, the thermal degradation of PP-fibres is investigated by means of thermoanalytical techniques used for polymers. The interaction of the melting PP-fibres with the surrounding cement Matrix is analysed using high-temperature microscopy techniques. Furthermore, acoustic methods as well as x-ray computed tomography are combined for the first time for the nondestructive analysis of the crack formation in heated concrete samples. Additionally, fracture surfaces of thermally damaged samples are investigated by scanning electron microscopy in order to validate the results and to visualize morphological changes in the fibre region. The obtained results show that the thermal decomposition of the PP-fibres between 160 and 350 °C causes the formation of capillary tubes, which are connected by the simultaneous formation of micro-cracks at 160 °C. This enables the relief of micromechanical stresses in heated concrete (thermo-mechanical effect) and the formation of a permeable net-like transport system for the evaporating water (thermo-hydraulic effect). Combining the theoretical and experimental acquired results two models are developed as a synthesis and conclusion of the presented thesis. In a microporomechanical model all processes which are involved in the mode of action of the PP-fibers are related to the basic elements of the microstructure of concrete (solid, fluids and pore space). A further thermodynamic model idealizes the water filled pore spaces of HPC as a closed thermodynamic system. The pore space enclosing the cement matrix represents the boundary of the thermodynamic system. As a result of the micro crack formation at approximately 160 °C the boundary of the system is opening. On the basis of a Temperature-Entropy-Diagram it can be shown that due to the microcracking the thermodynamic state of the pore water is influenced. Thus, the pore water fully evaporates at a comparatively low pressure and temperature without exceeding the critical pressure of 5 MPa (tensile strength of concrete). T3 - BAM Dissertationsreihe - 146 KW - Mikrostruktur KW - Hochleistungsbeton KW - Polypropylen-Fasern KW - Brandschutz KW - Abplatzungen PY - 2016 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-357349 SN - 978-3-9817502-8-7 SN - 1613-4249 VL - 146 SP - 1 EP - 111 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-35734 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hothan, Sascha A1 - Häßler, Dustin A1 - Pistol, Klaus A1 - Klemmstein, Frank ED - Zehfuß, Jochen T1 - Einfluss der Querdehnungsbehinderung auf das Trag- und Verformungsverhalten von Spannbeton-Hohlplatten N2 - Ziel der Forschung ist die experimentelle und numerische Untersuchung des Brandverhaltens von HC-Platten unter besonderer Berücksichtigung des Einflusses der Querdehnungsbehinderung (seitliche Zwängung). Eine starke Querdehnungsbehinderung der HC-Platten kann in der Praxis aus der Konstruktionsart resultieren, z.B. durch an das Deckenfeld angrenzende steife Treppenhauskerne. Eine teilweise Querdehnungsbehinderung tritt auf, wenn die thermische Ausdehnung lokal brandbeanspruchter HC-Platten durch angrenzende nicht beflammte Deckenbereiche behindert wird. Da bisher keine Untersuchungen zu dieser Fragestellung vorlagen, wurden Großbrandversuche mit Deckenfeldern aus HC-Platten bei unterschiedlichem Grad der Querdehnungsbehinderung durchgeführt. T2 - Symposium "Heißbemessung - Structural Fire Engineering" CY - TU Braunschweig, Germany DA - 22.09.2017 KW - Spannbeton-Hohlplatten KW - Feuerwiderstand KW - Querdehnungsbehinderung KW - Versagensmechanismen PY - 2017 VL - 4 SP - 1 EP - 15 PB - Eigenverlag TU Braunschweig CY - Braunschweig AN - OPUS4-43593 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Pistol, Klaus A1 - Huismann, S. A1 - Diederichs, U. A1 - Pimienta, P. A1 - Jumppanen, U.M. A1 - Mindeguia, J.C. T1 - Stress-strain-relation, compressive strength and modulus of elasticity N2 - This chapter report the most recent experimental results on mechanical behaviour at high temperature of high-performance concretes. After a short introduction, subsection 5.2 describes the main testing methods that were used in the analysed studies. Sub-section 5.3 collects and compares; the temperature-dependency of the compressive strength and modulus of elastici1ty of many experimental studies. The influence of parameters such as the initial compressive strength, the type of aggregate, the presence of additions, the W/C ratio, the moishrre content and the way the mechanical test was performed is analysed. Sub-section 5.4 presents the experimental results obtained under a constant temperature, i.e. creep tests at high temperature. Sub-section 5.5 presents experimental results obtained under increasing temperahrre. These results allow assessing the free thennal strain of concrete (when no mechanical load is applied) and the so-called "transient the1mal strain". Finally, subsection 5.6 collects and analyses the few results conceming the temperature-dependency of the tensile strength of high-perfo1mance concretes. KW - Stress-strain-relation KW - High temperature PY - 2019 SN - 978-3-319-95431-8 SN - 978-3-319-95432-5 SN - 2213-204X SN - 2213-2031 SP - 89 EP - 105 PB - Springer CY - Swizerland AN - OPUS4-47212 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Brecht, Katja A1 - Pistol, Klaus A1 - Klemmstein, Frank A1 - Rogge, Andreas T1 - Novel test setup for the quantification of the size effect in spalling tests N2 - Within a current research project which is funded by the German Research Foundation (DFG) the influence of the size and the geometry of specimens on the spalling result in fire tests is going to be investigated at Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). This paper describes some preliminary results and a newly developed test setup. The novel setup enables the efficient and precise quantification of spalling by using a special photogrammetric measurement system. T2 - 5th International Workshop on Concrete Spalling CY - Boras, Sweden DA - 12.10.2017 KW - Size effect KW - Test setup KW - Photogrammetry PY - 2017 SN - 0284-5172 SP - 281 EP - 287 AN - OPUS4-42529 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hothan, Sascha A1 - Pistol, Klaus A1 - Häßler, Dustin A1 - Klemmstein, Frank ED - Zehfuß, Jochen T1 - Einfluss der Querdehnungsbehinderung auf das Trag- und Verformungsverhalten von Spannbeton-Hohlplatten N2 - Spannbeton-Hohlplatten (engl.: hollow core slabs, HC-Platten) werden insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen als Deckensysteme im Hochbau eingesetzt. Bei einem 2007 aufgetretenen Brandereignis in einem Parkhaus in Rotterdam kam es zu einer teilweisen Ablösung des unteren Plattenspiegels. Dies hatte eine europaweite Diskussion zur brandschutztechnischen Bewertung dieser Bauart zur Folge. Mittlerweile liegen eine Vielzahl von gutachterlichen Stellungnahmen, Literaturauswertungen und auch jüngeren Forschungsarbeiten zum Brandverhalten von Konstruktionen aus Spannbeton-Hohlplatten vor. In den Untersuchungen wurde unter anderem das Tragverhalten von HC-Platten bei starrer Auflagerung, insbesondere hinsichtlich der Querkrafttragfähigkeit, untersucht. Ein weiterer bei der Prüfung und Bewertung von Spannbeton-Hohlplatten bisher kaum beachteter Aspekt ist die im Brandfall auftretende Behinderung der Querdehnung. Um zu untersuchen inwieweit die Tragfähigkeit der HC-Platten von der Querdehnungsbehinderung beeinflusst wird, wurden an der BAM entsprechende experimentelle und numerische Untersuchungen an Deckenfeldern aus Spannbeton-Hohlplatten mit variierender seitlicher Zwängung durchgeführt. In der Praxis kann für HC-Platten eine Querdehnungsbehinderung im Brandfall auftreten, wenn beispielsweise eine sehr steife Begrenzung des brandbeanspruchten Deckenbereiches vorliegt, z.B. durch Treppenhauskerne oder auch durch umgebende Deckenfelder bei lokaler Brandbeanspruchung. Im Beitrag werden die im Realmaßstab durchgeführten Brandversuche ausführlich beschrieben und deren Ergebnisse und daraus abgeleiteten Erkenntnisse vorgestellt. Anhand der an der BAM durchgeführten Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass bei einer Zunahme der seitlichen Zwängung die Horizontalrissbildung in den Plattenstegen zu und die Längsrissbildung abnimmt. Die unterschiedlich starke, thermisch bedingte horizontale Verformung der Plattenober- und -unterseite bewirkte aufgrund der Dehnungsbehinderung am Übergang zur seitlichen Zwängungskonstruktion eine Schubbeanspruchung in Plattenquerrichtung. Die Schubspannung wurde durch Horizontalrissbildung in den Plattenstegen abgebaut. Trotz der ausgeprägten Horizontalrissbildung kam es in den Brandversuchen nicht zu einer Ablösung des unteren Plattenspiegels. Ebenso zeigte sich kein negativer Einfluss der Horizontalrisse auf das Trag- und Verformungsverhalten der brandbeanspruchten Deckenkonstruktion. Die in den Brandversuchen erfassten thermischen und mechanischen Messwerte sowie die Ergebnisse aus Materialuntersuchungen stehen zukünftig als umfangreiche Datenbasis für die Validierung numerischer Modelle zur Verfügung. T2 - 4th Symposium Structural Fire Engineering – TU Braunschweig 2017 CY - Braunschweig, Germany DA - 12.09.2017 KW - Spannbetonhohldecken KW - Feuerwiderstand KW - Brandschutz KW - Querdehnungsbehinderung PY - 2017 VL - 4 SP - Artikel 8, 1 EP - 15 PB - TU Braunschweig CY - Braunschweig AN - OPUS4-42419 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pistol, Klaus ED - Zehfuß, Jochen T1 - Betontechnologie und Brandschutz: Hochtemperatureigenschaften innovativer Betone als Grundlage für die Heißbemessung N2 - Die Bemessungsnorm für Stahlbeton- und Spannbetontragwerke DIN EN 1992 (EC 2) erlaubt die Anwendung von vereinfachten und allgemeinen Rechenverfahren für den Tragfähigkeitsnachweis im Brandfall (Heißbemessung). Als Grundlage für die Heißbemessung werden für Normalbeton und für Hochfesten Beton temperaturabhängige Spannungs-Dehnungs-Beziehungen angegeben, mit denen der Festigkeits- und Steifigkeitsverlust von Beton bei zunehmender Temperatur berücksichtigt wird. Im vorliegenden Aufsatz wird herausgearbeitet, dass die aktuelle betontechnologische Entwicklung und die damit einhergehende Diversifizierung in der stofflichen Zusammensetzung innovativer Betone bei der Heißbemessung berücksichtigt werden muss. Zum einen muss bei Verwendung von innovativen Betonen untersucht werden, ob bei Feuereinwirkung zerstörende Abplatzungen auftreten, die sich auf die Tragfähigkeit der untersuchten Tragstruktur auswirken. Zum anderen müssen die temperaturabhängigen Festigkeits- und Verformungseigenschaften innovativer Betone experimentell untersucht werden, da das Hochtemperaturverhalten von Beton vor allem von der stofflichen Zusammensetzung und weniger von der Kaltdruckfestigkeit abhängt. T2 - 4th Symposium Structural Fire Engineering – TU Braunschweig 2017 CY - TU Braunschweig, Germany DA - 12.09.2017 KW - Heißbemessung KW - Betontechnologie KW - Brandschutz PY - 2017 SP - 1 EP - 19 AN - OPUS4-42177 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Hothan, Sascha A1 - Mahler-de Silva, Tina A1 - Pistol, Klaus A1 - Häßler, Dustin T1 - Einfluss der Lagerungs- und Randbedingungen auf die Versagensmechanismen von Spannbeton-Hohlplatten im Brandfall N2 - Das Forschungsprojekt fokussiert sich auf die Untersuchung des Einflusses der Querdehnungs-behinderung auf das Trag- und Verformungsverhalten von Spannbeton-Hohlplatten (HC-Platten) im Brandfall. Das Vorhaben wird vom Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) finanziell gefördert und von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) durchgeführt. Der Forschungs¬bericht beinhaltet eine Literaturrecherche, numerische Simulationsberechnungen, realmaßstäbliche Brandversuche an Deckenfeldern aus HC-Platten sowie Materialuntersuchungen für den verwendeten Beton. In numerischen Simulationen wurden sowohl einzelne HC-Platten als auch ganze Deckenfelder unter mechanischer Belastung und Brandbeanspruchung analysiert. Realmaßstäbliche Brandversuche mit Beanspruchung nach Einheits-Temperaturzeitkurve und auflagernaher Einleitung der mechanischen Prüflast (Querkraftbeanspruchung) wurden an insgesamt drei Deckenfeldern durchgeführt. Die Deckenfelder wurden aus 5 m langen HC-Platten zusammengesetzt. In zwei Brandversuchen wurden einachsig gespannte Deckenfelder untersucht. In dem einen Versuch waren die Längsränder frei, in dem anderen an der Querdehnung gehindert. In einem dritten Brandversuch wurde ein zweiachsig gespanntes Deckenfeld mit seitlicher Dehnungsbehinderung untersucht. Um das Verhalten der HC-Platten im Brandversuch quantitativ beschreiben zu können, wurde eine umfangreiche Sensorik zur Erfassung thermischer und mechanischer Kenngrößen eingesetzt. Die Brandversuche haben gezeigt, dass bei einer Zunahme des Grades der seitlichen Dehnungsbehinderung die Horizontalrissbildung in den Plattenstegen zu und die Längsrissbildung abnimmt. Die unterschiedlich starke thermisch bedingte horizontale Verformung der Plattenober- und -unterseite bewirkte am Übergang zur seitlichen Zwängungskonstruktion eine Schub-beanspruchung in Plattenquerrichtung. Die Schubspannung wurde durch Horizontalrissbildung in den Plattenstegen abgebaut. Trotz der ausgeprägten Rissbildung kam es in den Brandversuchen nicht zu einer Ablösung des unteren Plattenspiegels. Ebenso zeigte sich kein negativer Einfluss der Horizontalrisse auf das Trag- und Verformungsverhalten der brandbeanspruchten Decken-konstruktion. Die in den Brandversuchen erfassten thermischen und mechanischen Messwerte sowie die Ergebnisse aus Materialuntersuchungen stehen zukünftig als umfangreiche Datenbasis für die Validierung numerischer Modelle zur Verfügung. KW - Brandversuch KW - Beton KW - Spanbbetonhohlplatten KW - Zwängung PY - 2017 SP - 1 EP - 119 CY - Berlin AN - OPUS4-46703 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pimienta, Pierre A1 - McNamee, Robert A1 - Robert, Fabienne A1 - Boström, Lars A1 - Huang, Shan-Shan A1 - Mróz, Katarzyna A1 - Davie, Colin A1 - Mohaine, Siyimane A1 - Alonso, Maria Cruz A1 - Bodnarova, Lenka A1 - Bosnjak, Josipa A1 - Dal Pont, Stefano A1 - Dao, Vinh A1 - Dauti, Dorjan A1 - Dehn, Frank A1 - Felicetti, Roberto A1 - Hager, Izabela A1 - Hela, Rudolf A1 - Hozjan, Tomaz A1 - Juknat, Michael A1 - Jumppanen, Ulla-Maija A1 - Kirnbauer, Johannes A1 - Kolsek, Jerneja A1 - Korzen, Manfred A1 - Lakhani, Hitesh A1 - Lion, Maxime A1 - Lo Monte, Francesco A1 - Maluk, Cristian A1 - Meftah, Fekri A1 - Miah, Md Jihad A1 - Millard, Alain A1 - Mindeguia, Jean-Christophe A1 - Moreau, Bérénice A1 - Msaad, Yahia A1 - Ozawa, Mitsuo A1 - Pesavento, Francesco A1 - Pham, Duc Toan A1 - Pistol, Klaus A1 - Rickard, Ieuan A1 - Rodrigues, Joao Paulo Correia A1 - Roosefid, Mohsen A1 - Schneider, Martin A1 - Sharma, Umesh Kumar A1 - Sideris, Kosmas A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Weber, Benedikt A1 - Weise, Frank T1 - Recommendation of RILEM TC 256-SPF on fire spalling assessment during standardised fire resistance tests: complementary guidance and requirements N2 - The recommendation is based on the co-authors’ work organized by the RILEM TC 256-SPF “Spalling of concrete due to fire: testing and modelling”. It aims to provide useful information, guidance and best practices in fire spalling assessment to laboratories that perform large-scale tests based on fire resistance test standards. It provides guidance on the spalling observation techniques during testing, as well as post-test spalling quantification/assessment methods. This document is intended to be used in conjunction with the fire resistance test standards, e.g. EN 1363-1 and ISO 834-1. KW - Concrete KW - Fire spalling KW - Large scale tests KW - Standardised fire resistance tests PY - 2024 DO - https://doi.org/10.1617/s11527-023-02248-z SN - 1871-6873 VL - 57 IS - 1 SP - 1 EP - 12 PB - Springer CY - Dordrecht AN - OPUS4-59288 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -