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 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 - Fürst, Richard A1 - Häßler, Dustin A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Hothan, Sascha T1 - In situ test procedure to determine the fire resistance of exisiting steel structures with aged intumescent coating N2 - Intumescent coatings are commonly used in civil engineering to increase the fire resistance of steel structures. In case of a fire, the intumescent coating reacts and forms a thermally protective char around the steel member. Thus, the heating of the steel is significantly delayed, and as a result, a higher fire resistance can be achieved. Throughout the working life, intumescent coatings are aged by climatic factors. To predict durability for several years, the behaviour of the intumescent coatings is extrapolated based on accelerated artificial ageing. The established German and European assessment procedures to test and predict durability assume a working life of at least 10 years. For an extended period, additional evidence is required; yet the procedure and specifications to justify this are not described. Available in situ methods to assess the thermal performance of intumescent coatings are currently limited in their information content. Therefore, BAM is conducting a research project to develop a minimally invasive in situ test procedure to determine the fire resistance of existing steel structures with applied intumescent coating. The paper will describe the test setup, the developed prototype furnace, and the results of the performed test programme with uncoated and coated steel specimens. Based on this, recommendations for the test procedure are given. T2 - Structures in Fire 2024 CY - Coimbra, Portugal DA - 19.06.2024 KW - In situ KW - Intumescent coating KW - Steel structures KW - Test procedure PY - 2024 SN - 978-989-35292-2-5 DO - https://doi.org/10.30779/cmm_SIF24 SP - 1217 EP - 1228 AN - OPUS4-61258 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fürst, Richard A1 - Häßler, Dustin A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Hothan, Sascha T1 - Development of an in situ test method to assess the fire resistance of steel members with applied intumescent coating N2 - Intumescent coatings are commonly used in civil engineering to improve the fire resistance of steel constructions. Exposed to fire, the intumescent coating reacts and forms a thermal protective char around the steel member. Thus, the heating of the steel is delayed, and a higher fire resistance can be achieved. Generally, the scope of application and the durability of intumescent coatings are described in national approvals or European Technical Assessment (ETA) documents. Due to environmental conditions, intumescent coatings are subjected to ageing effects, which can reduce their durability and thermal protection performance. Available in situ methods to investigate the performance of applied intumescent coatings, such as visual inspection, flame exposure testing, adhesive tensile tests or chemical analysis, are not fully conclusive. Therefore, in the civil engineering practice, there is an increasing demand to verify the fire resistance of existing steel structures with applied intumescent coatings necessary in several cases, e.g., the working life is exceeded, the visual appearance of the intumescent coating changed or the information about the applied product is missing. The research presented in the paper shows the progress of the ongoing research project "INSIST" at BAM, where a new in situ method is being developed to assess the actual fire resistance of existing steel structures with applied intumescent coating. The investigation is based on a development of the in situ test procedure and a mobile prototype furnace. T2 - 10th Symposium Structural Fire Engineering – TU Braunschweig 2024 CY - Braunschweig, Germany DA - 24.09.2024 KW - In situ KW - Intumescent coating KW - Steel structures KW - Test procedure PY - 2024 AN - OPUS4-61261 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fürst, Richard A1 - Häßler, Dustin A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Hothan, Sascha T1 - In situ test procedure to determine the fire resistance of existing steel structures with aged intumescent coating N2 - BAM is conducting a research project to develop a minimally invasive in situ test procedure to determine the fire resistance of existing steel structures with applied intumescent coating. In presentation and submitted paper is describe the test setup, the developed prototype furnace, and the results of the performed test programme with uncoated and coated steel specimens. Based on this, recommendations for the test procedure are given. T2 - Structures in Fire 2024 CY - Coimbra, Portugal DA - 19.06.2024 KW - In situ KW - Intumescent coating KW - Steel structures KW - Test procedure PY - 2024 AN - OPUS4-61257 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kobe, André A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Hothan, Sascha A1 - Zehfuß, Jochen T1 - Der Einfluss der Prüfbedingungen auf das Abplatzverhalten von Beton im Brandfall T1 - The influence of the test conditions on the spalling behaviour of concrete due to fire exposure N2 - Die Durchführung von realmaßstäblichen Bauteilversuchen zur Analyse des Abplatzverhaltens von Beton im Brandfall ist aufwendig, material‐ und kostenintensiv und setzt die Verfügbarkeit von Großbrandversuchsständen voraus. Daher wird die Abplatzneigung von Beton vorwiegend an kleinformatigen Prüfkörpern untersucht. Mit der Reduktion der Prüfkörpergröße verringert sich der thermische und hygrische Gradient im Randbereich, wodurch sowohl die thermisch induzierten Schädigungen im Beton als auch die Abplatzungen verringert werden. Für ein besseres Verständnis dieser komplexen Zusammenhänge wurde das Abplatzverhalten kleinformatiger Betonprüfkörper (Ø = 0,47 m; h = 0,29 m) mit verschiedenartigen Ummantelungen und unterschiedlichen Feuchtezuständen der Betonrandzone für zwei Normalbetone analysiert. Am Prüfkörper applizierte Stahlringe behinderten dabei die thermische Ausdehnung sowie den Wasserverlust über die Mantelfläche. Die Ergebnisse zeigen, dass die Abplatzungen infolge der Prüfkörperummantelung zunehmen und die Größenordnung vergleichender Großbrandversuche erreichen. Dies lässt den Schluss zu, dass die Ummantelung eines kleinformatigen Prüfkörpers mit Stahlring die Prüfbedingungen in der Mitte der brandbeanspruchten Fläche eines großformatigen Bauteils nachstellen kann. Des Weiteren führt die Vortrocknung der Betonrandzone zur Verzögerung bzw. Verringerung von Abplatzungen. N2 - Investigating the spalling behaviour of a concrete mixture using large scale members is complex and expensive. Thus, the susceptibility to spalling of concrete is investigated by means of fire tests on small format 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 thermomechanical and thermohydraulic damage and therefore, lower the risk of spalling. Thus, this study investigated the influence of different restraint and moisture conditions on the spalling behaviour of small format specimens (Ø = 0.47m; h = 0.29m) for two ordinary concrete mixtures. Applied steel rings restrained the thermal expansion of the specimen and prevented the water loss during the fire test. The results show that increased spalling occurred to a similar extend as in large scale fire tests because of a restrained expansion of the specimen. Further, a pre-dried boundary zone led to a delayed or rather a prevention of spalling compared to the non-dried specimens. To determine the susceptibility to spalling of a concrete mixture, the test conditions in the centre of a large scale member can be simulated by restraining the expansion of a small format specimen with applied steel rings. KW - Beton KW - Brand KW - Abplatzen KW - Zwang PY - 2025 DO - https://doi.org/10.1002/best.202400104 SN - 1437-1006 SP - 1 EP - 10 PB - Wiley AN - OPUS4-62732 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rai, Alena A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Weise, Frank A1 - Wieland, M. T1 - 3D-Analyse von Betonfahrbahnoberflächen mit Grinding- und Groovingtextur mittels Streifenlichtprojektion N2 - Die Oberflächentexturierung der Betonfahrbahndecken mittels Grinding- und Grooving steht seit einigen Jahren im Mittelpunkt der Forschung und Entwicklung des Betonstraßenbaus in Deutschland. In den vergangenen Jahren wurden die vorteilhaften Oberflächenperformances derartiger Texturen wie z.B. Griffigkeit, Ebenheit, Lärmminderung in zahlreichen Forschungsprojekten umfassend untersucht und daraus die Technologie „Texturgrinding“ entwickelt. Im Kontext des gegenwärtig verfolgten ganzheitlichen performanceorientierten Ansatzes liegt der Fokus nun verstärkt auf der Analyse und Charakterisierung der Oberflächentopografie von Grinding- bzw. Groovingtexturen. Insbesondere gilt ein Hauptaugenmerk hierbei der zeitlichen Entwicklung der Oberflächentexturen in Abhängigkeit von äußeren Einwirkungen durch Klima und Verkehr. Dieser Beitrag zeigt, dass durch den Einsatz eines auf Streifenlichtprojektion basierenden Messsystems, eine hochaufgelöste dreidimensionale Erfassung der Oberflächentopografie verschiedenartiger Grinding- und Groovingtexturen möglich ist. Darauf aufbauend wurden messtechnische Voraussetzungen zur Gewährleistung reproduzierbarer Messungen geschaffen, die eine Dokumentation der zeitlichen Texturveränderungen infolge klimatischer Beanspruchung ermöglichen. Anschließend wurden Auswerteroutinen zur quantitativen und statistischen Charakterisierung der Oberflächentextur entwickelt und angewandt, um exemplarisch die Veränderungen der Oberflächentopografie infolge klimatischer Beanspruchung quantitativ abzubilden. KW - Betonfahrbahndecken KW - Grinding KW - Grooving KW - Oberflächentexturierung KW - Streifenlichtprojektion PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1002/best.202000015 SP - 1 EP - 9 PB - Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG CY - Berlin AN - OPUS4-51012 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Sperlich, Tim A1 - Häßler, Dustin A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Hothan, Sascha T1 - In situ Prüfmethode zur Untersuchung des Feuerwiderstands von bestehenden Stahlkonstruktionen mit reaktivem Brandschutzsystem N2 - Der Beitrag beschreibt die Entwicklung eines neuartigen in situ Nachweisverfahrens zur Beurteilung des Feuerwiderstandes von bestehenden Stahlkonstruktionen mit gealtertem reaktivem Brandschutzsystem (RBS). Derzeit ist ein solcher Nachweis ausschließlich anhand eines Bauteilbrandversuchs möglich. Hierzu muss ein Bauteil aus der Bestandskonstruktion entnommen und einer zerstörenden Brandprüfung unterzogen werden. In Zusammenhang mit der Dauerhaftigkeitsbewertung von RBS für Zeiträume von mehr als 10 Jahren besteht in der Praxis vermehrt der Bedarf an einem minimal invasiven Prüfverfahren, mit dessen Hilfe sich direkt am Bestandsbauwerk die tatsächlich vorhandene Leistungsfähigkeit des gealterten RBS überprüfen lässt. Durch einen erfolgreichen Funktionsnachweis wäre eine Weiternutzung der Bestandkonstruktion bei Aufrechterhaltung des bestehenden Sicherheitsniveaus möglich. T2 - Symposium Heißbemessung - Structural Fire Engineering CY - Braunschweig, Germany DA - 05.09.2023 KW - Brandschutz KW - Stahlbau KW - reaktives Brandschutzsystem KW - Prüfmethode KW - Brandversuch PY - 2023 SP - 1 EP - 16 PB - TU Braunschweig CY - Braunschweig AN - OPUS4-58180 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eiz Eddin, Ahmad A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Häßler, Dustin A1 - Hothan, Sascha T1 - Zum Feuerwiderstand von filigranen Deckenelementen aus vorgespanntem Carbonbeton N2 - Der Einsatz von hoch zugbeanspruchbarem und korrosionsbeständigem Carbongelege anstelle von herkömmlichem Spannstahl ermöglicht es Beton vorzuspannen und gleichzeitig die Betondeckung auf ein für den Verbund nötiges Minimum zu reduzieren. Das Carbongelege besteht aus Carbonfasern in einer Kunststoffmatrix. Mit dieser Bauweise können dünnwandige und damit ressourcenschonende Deckenelemente realisiert werden. Der Wechsel von massiven zu filigranen und vergleichsweise leichten Bauteilen führt jedoch aufgrund der geringeren Masse und der damit einhergehenden schnelleren Erwärmung zu einer Abnahme des Feuerwiderstands. Ferner führt die Erweichung der Matrix im Brandfall zu einer Abnahme der Verbundfestigkeit zwischen Carbongelege und Beton. Die Brennbarkeit des Carbongeleges sowie die Abplatzneigung des verwendeten Feinbetons stellen weitere Herausforderungen für den baulichen Brandschutz dar. Der Beitrag stellt Versuchsergebnisse zum Abplatz- und Hochtemperaturverhalten von Carbonbeton vor, die im Rahmen des Verbundvorhabens „Vorgespannte Carbonbetondecken mit reduzierten Querschnitten“ (CaPreFloor) erzielt wurden. Für die Untersuchung der Tragfähigkeit bei hohen Temperaturen wurden 4-Punkt-Biegeversuche an balkenförmigen Prüfkörpern (150 x 30 x 6 cm³) mit einlagiger Carbonbewehrung und instationärer Temperaturbeanspruchung durchgeführt. Neben dem Vorspanngrad des Carbongeleges wurde auch der Gelegetyp variiert. Im Bereich der konstanten Biegezugzone erfolgt die einseitige Erwärmung mittels elektrisch betriebener Heizmatten. Während der kontinuierlichen Erwärmung werden die Prüfkörper mit einer konstanten Kraft belastet, deren Betrag aus zuvor durchgeführten Biegeversuchen bei Raumtemperatur abgeleitet wurde. Die Abplatzversuche werden mit Einheits-Temperaturzeitkurve an rechteckigen (60 x 60 x 6 cm³) und kreisrunden (Ø 47 x 6 cm³), plattenförmigen Prüfkörpern am 1m³-Ofen der BAM durchgeführt. Die kreisrunden Prüfkörper sind zusätzlich mit einem Stahlring zur Behinderung der thermischen Dehnung des Betons versehen. Um den Einfluss des Geleges auf das Abplatzverhalten zu analysieren, werden sowohl Prüfkörper mit Carbongelege als auch unbewehrte Prüfkörper untersucht. Die daraus resultierenden Erkenntnisse fließen in die weitere Entwicklung der vorgespannten Carbonbetondeckenelemente ein. Anhand von realmaßstäblichen Brandversuchen wird der Feuerwiderstand dieser Bauteile im weiteren Projektverlauf bestimmt. T2 - Symposium Heißbemessung 2024 CY - Braunschweig, Germany DA - 24.09.2024 KW - Carbonbeton KW - Feuerwiderstand KW - Brandversuch KW - Carbon PY - 2024 SP - 23 EP - 39 AN - OPUS4-61253 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Stelzner, Ludwig T1 - Oberflächentextur und ihre Bedeutung für die Drainageleistung N2 - Der Vortrag stellt Einflussfaktoren auf die Drainageleistung von Fahrbahnoberflächentexturen in Kombination mit deren messtechnischer Ansprache vor. T2 - Forschungskolloquium Betonstraßenbau CY - Stuttgart, Germany DA - 06.02.2025 KW - Betonfahrbahn KW - Drainage KW - Oberflächentexturen KW - Dreidimensionale Erfassung PY - 2025 AN - OPUS4-63396 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pittrich, Tim A1 - Weise, Frank A1 - Stelzner, Ludwig T1 - The impact of blended cements on the spalling behavior of concrete at elevated temperatures: a review N2 - The cement and concrete industries are striving to reduce the CO2 emissions caused by the production of Portland cement. An effective way to achieve this is to replace Portland cement clinker with more environmentally friendly supplementary cementitious materials (SCMs) to produce blended cements. A variety of different SCMs are used today, from fly ash to more exotic options such as rice husk ash or waste glass powder. Depending on its material properties, concrete exposed to fire may experience spalling caused by thermomechanical and thermohydraulic mechanisms. Severe spalling leads to a reduction in the cross-section and exposure of the reinforcement, jeopardizing the load-bearing capacity of the concrete element. The use of blended cements changes the concrete properties which can affect spalling behavior at high temperatures. The link between high temperature and spalling behavior of concrete with blended cements has been investigated in several studies. A review of the existing literature led to the conclusion that the cement type influences the spalling behavior of concrete. However, the relationship does not appear to be clear, as there are contradictions and inconsistencies between the evaluated results. Therefore, further in-depth studies will help to gain a more precise understanding of the effects of blended cements on the spalling behavior of concrete at elevated temperatures. KW - Fire-induced concrete spalling KW - Concrete KW - Blended cements KW - SCM KW - Filler PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-635182 DO - https://doi.org/10.1617/s11527-025-02713-x SN - 1359-5997 VL - 58 IS - 5 SP - 1 EP - 21 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-63518 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Neugum, Tim A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Häßler, Dustin A1 - Zehfuß, Jochen A1 - Hothan, Sascha T1 - Application of the substructure method to assess the fire resistance of thermally restrained columns N2 - Usually, the fire resistance of load-bearing structural elements is determined by single members testing. A mechanical load is applied to the member in a force-controlled manner and is maintained constant throughout the fire test. After applying the mechanical load, the thermal exposure starts according to the ISO 834 fire curve. In this conventional test method, no interaction between the tested member and the entire building structure is considered. In buildings, the surrounding structure can restrain the thermal expansion of a member in case of fire. This may have both positive and negative effects on the fire resistance of this structural element. Several years ago, the Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering (ISISE) at the University of Coimbra in Portugal and the Bundesanstalt für Materialforschung und prüfung (BAM) in Germany carried out fire tests on circular and square steel-reinforced concrete columns with restrained thermal expansion. BAM´s column test furnace allows the specimen to be subjected to thermal exposure and mechanical loading simultaneously. In addition, this device has a substructure test module, which can also provide restrained test conditions. In an ongoing research project at BAM and Technische Universität Braunschweig, the effect of restrained test conditions on the behaviour of steel-reinforced columns under fire exposure is further investigated. T2 - 8th International RILEM Workshop on Concrete Behaviour due to Fire Exposure CY - Krakow, Poland DA - 18.09.2025 KW - Substructure method KW - Surrounding structure KW - Fire resistance KW - Restrained columns KW - Concrete PY - 2025 SP - 1 EP - 2 AN - OPUS4-64582 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Neugum, Tim A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Häßler, Dustin A1 - Zehfuß, Jochen A1 - Hothan, Sascha T1 - Berücksichtigung der Tragwerksumgebung bei Brandversuchen an Stahlbetonstützen N2 - Das Tragwerk eines Gebäudes ist aus einzelnen Bauteilen zusammengesetzt. Insbesondere bei lokalen Brandereignissen bauen sich durch die Ausdehnung der vom Brand betroffenen Bauteile gegen das umgebende kältere Gesamttragwerk Zwangsbeanspruchungen auf. Bei konventionellen Brandprüfungen werden diese Zwangsbeanspruchungen in der Regel nicht berücksichtigt, da die Prüfsystematik auf Einzelbauteilprüfungen bei konstanter mechanischer Last ausgelegt ist. Die Prüfung komplexer, realmaßstäblicher Tragwerke ist oftmals nicht möglich. Die Interaktion des Einzelbauteils mit dem umgebenden Tragwerk kann sich sowohl positiv als auch negativ auf den Feuerwiderstand auswirken. Als nachteilig ist der thermische Zwang und die daraus resultierende Lasterhöhung zu nennen. Gleichzeitig kann eine Stauchung der Stütze zu einer Umlagerung von Kräften in das umgebende Tragwerk führen und damit den Versagenszeitpunkt der Stütze verzögern. Mit Hilfe der Substrukturtechnik kann das Verhalten einer Stütze im Brandfall unter Berücksichtigung der Interaktion mit dem umgebenden Tragwerk analysiert werden. In einem gemeinsamen DFG-Vorhaben der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und dem Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB) der TU Braunschweig werden 14 Stahlbetonstützen mit freier und behinderter axialer Ausdehnung untersucht. Auf Basis eines realen Gebäudes werden unter anderem die Steifigkeit, welche das umgebende Tragwerk repräsentiert, der Lastausnutzungsgrad und die Brandeinwirkung variiert. Mit dem Ziel das Stützenverhalten unter thermischem Zwang im Detail zu analysieren, erfolgen Brandversuche und numerische Simulationsberechnungen. Dabei werden die erforderlichen mechanischen Materialeigenschaften des Betons bei erhöhten Temperaturen aus experimentellen Daten abgeleitet. Der Beitrag liefert einen Einblick in die experimentellen und numerischen Ergebnisse. Es zeigt sich, dass die behinderte axiale Ausdehnung und die Möglichkeit einer Lastumlagerung bei Stauchung der Stütze einen erheblichen Einfluss auf das Versagen im Brandfall haben. Die mittels Substrukturtechnik erzeugte Zwängung des umgebenden Tagwerks führt zu einem Anstieg der Axialkraft in der Stütze sowie einer Abnahme der maximalen Stützenausdehnung. Gleichzeitig setzt die Stauchung der Stütze früher ein. Wird eine Stütze-Tragwerk-Interaktion auch für den Stauchungsbereich der Stütze angesetzt, kann der Vorteil einer Lastumlagerung genutzt werden. Somit kann trotz einer höheren mechanischen Belastung während der Ausdehnungsphase der Stütze ein späterer Versagenszeitpunkt als bei einer konventionell geprüften Stütze erreicht werden. T2 - Symposiums Heißbemessung – Structural Fire Engineering 2025 CY - Braunschweig, Germany DA - 29.09.2025 KW - Substrukturtechnik KW - Stahlbetonstützen KW - Feuerwiderstand KW - Stützenbrandversuche KW - Numerik PY - 2025 SP - 38 EP - 52 PB - TU Braunschweig AN - OPUS4-64581 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eiz Eddin, Ahmad A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Häßler, Dustin A1 - Hothan, Sascha T1 - Tragfähigkeit und Abplatzverhalten von Carbonbeton bei hohen Temperaturen N2 - Zur Bewertung der Biegetragfähigkeit dünnwandiger, carbonbewehrter Betonbauteile unter Temperatureinfluss wurden 4-Punkt-Biegeversuche in drei thermischen Konfigurationen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass bei Raumtemperatur kein signifikanter Einfluss der Vorspannung auf die Bruchkraft vorliegt. Mit steigender Temperatur nimmt die Biegetragfähigkeit infolge des Festigkeitsverlustes von Beton und Carbonbewehrung sowie durch das Schmelzen der Tränkungsmatrix deutlich ab. Zwei Versagensmechanismen konnten identifiziert werden, d.h. Zugversagen bei hoher Vorspannung und Verbundversagen bei niedriger Vorspannung. Die Abnahme der Verbundfestigkeit ist auf das Erweichen der Tränkungsmatrix bei Überschreitung der Glasübergangstemperatur zurückzuführen. Bei Temperaturen oberhalb von etwa 200 °C ist keine Tränkungsmatrix und daraus resultierende Verbundwirkung mehr vorhanden. Darüber hinaus wurden im Rahmen von Abplatzversuchen drei Schutzmaßnahmen zur Vermeidung von Betonabplatzungen im Brandfall untersucht, d.h. reaktives Brandschutzsystem (RBS), zementgebundene Brandschutzplatten sowie Zugabe von Polypropylenfasern (PP-Fasern) zur Betonmischung. Die Ergebnisse zeigen, dass der Typ des Carbongeleges die Wirksamkeit der Schutzmaßnahmen beinflusst. Während die Zugabe von PP-Fasern das Abplatzen bei beiden untersuchten Gelegetypen verhindern konnte, war dies bei RBS und Brandschutzplatten nur bei einem Gelegetyp erfolgreich. Die Ursache der Abplatzungen ist auf das temperaturbedingte Schmelzen und die damit einhergehende Volumenzunahme der im Gelege Q85 vorhandenen Hilfsfäden zurückzuführen. Dies führt zu einer Rissbildung parallel zur brandbeanspruchten Betonoberfläche. Der Dampfdruck im Beton ist trotz reduzierter Erwärmungsgeschwindigkeit zu hoch, weshalb es zum Abplatzen kommt. Im Gegensatz dazu bewirkt das Schmelzen der PP-Fasern eine Erhöhung der Permeabilität des Betons. Dadurch kann der entstehende Wasserdampf frühzeitig entweichen, sodass der Dampfdruck unterhalb der kritischen Schwelle bleibt, die für das Abplatzen erforderlich wäre. T2 - Symposium Heißbemessung 2025 CY - Braunschweig, Germany DA - 29.09.2025 KW - Carbonbeton KW - Biegetragfähigkeit KW - Abplatzverhalten PY - 2025 SP - 1 EP - 13 PB - Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB), Technische Universität Braunschweig CY - Braunschweig, Deutschland AN - OPUS4-64882 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hothan, Sascha A1 - Häßler, Dustin A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Fürst, Richard A1 - Eiz Eddin, Ahmad T1 - Lösungsansätze für neue Herausforderungen im konstruktiven baulichen Brandschutz N2 - Der Klimawandel und die zunehmende Ressourcenknappheit stellen Herausforderungen dar, die in Zukunft grundlegende Anpassungen in der Art des Umgangs mit Rohstoffen, Energie und des Wirtschaftens an die Gesellschaft stellen werden. In der Leichtbaustrategie der Bundesregierung wird zusammenfassend festgestellt, dass der fortschreitende Klimawandel Technologien erfordert, die die Transformation der Wirtschaft, eine ressourcenschonende Wertschöpfung und eine nachhaltige und resiliente Rohstoffversorgung sicherstellen. Aus diesen für alle Wirtschaftszweige sehr allgemein formulierten Anforderungen und vor dem Hintergrund eines wachsenden Bedarfs schnell verfügbarer Bausubstanz, lassen sich konkrete Anforderungen für das Bauwesen ableiten. Es geht um die Reduktion des Ressourcenverbrauchs für die Errichtung und den Betrieb neuer Gebäude sowie die Nach- und Weiternutzung bestehender Bausubstanz. In der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) wurde im Themenfeld Infrastruktur das Aktivitätsfeld Leichtbau ins Leben gerufen, das die Forschungsaktivitäten zum Leichtbau bündelt. Im vorliegenden Beitrag werden ausgewählte Projekte in Bezug auf den konstruktiven baulichen Brandschutz vorgestellt und die besonderen Herausforderungen verdeutlicht sowie die daraus abgeleiteten technischen Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt. Als Beispiel einer Bauweise mit höchstmöglicher Effizienz in der Materialausnutzung sowie exzellenter Recyclingfähigkeit des Werkstoffs wird im Abschnitt „Einsatz reaktiver Brandschutzsysteme auf Stahlzuggliedern mit Vollprofil“ gezeigt, wie der Feuerwiderstand von Stahlzuggliedern mit minimalem Materialaufwand sichergestellt werden kann. Anhand des Beispiels der „Alten Aktienspinnerei“ verdeutlicht sich die Relevanz der Methode für die Nachnutzung historischer Bausubstanz. Im Abschnitt „In situ Überprüfung des Feuerwiderstands von Stahltragwerken mit gealterten reaktiven Brandschutzsystemen“ wird gezeigt, wie in Zukunft die minimalinvasive Überprüfung der Wirksamkeit bereits über Jahrzehnte in Nutzung befindlicher reaktiver Brandschutzsysteme (RBS) ermöglicht wird. Dies bildet die Grundvoraussetzung für eine Weiternutzung sowie möglicherweise erforderliche Instandsetzung auch nach Überschreitung der ursprünglich vorgesehenen Nutzungsdauer des RBS anhand einer quantitativen Aussage zum noch vorhandenen Feuerwiderstand. Eine wichtige Strategie im Betonbau zur Verringerung des CO2-Ausstoßes wird im Abschnitt „Feuerwiderstand von Leichtbaukonstruktionen aus vorgespanntem Carbonbeton“ vorgestellt. Das Verbundforschungsvorhaben verfolgt die Entwicklung eines neuen Deckensystems aus vorgespanntem Carbonbeton. Die angestrebte Leichtbauweise verringert den Einsatz von Zement durch Minimierung des erforderlichen Betonvolumens. Um einen möglichst dünnen Deckenspiegel zu erzeugen ist eine Reduzierung der Betondeckung erforderlich, weshalb für den Brandfall Maßnahmen zu ergreifen sind, die die Erwärmung der Carbonbewehrung und die damit einhergehende Degradation des Materials begrenzen. In diesem Zusammenhang sind auch wirksame Strategien zur Eindämmung von Beton-abplatzungen zu entwickeln. Abschließend wird im Abschnitt „Gebäude in Stahl-Modulbauweise mit selbstaussteifenden Raumzellen“ herausgearbeitet, wie diese Bauweise zukünftig noch effizienter werden kann, indem eine Nachweismöglichkeit der aussteifenden Wände in Leichtbauweise für den Brandfall geschaffen wird. T2 - Bauphysikertreffen 2025 - Hochschule für Technik Stuttgart CY - Stuttgart, Germany DA - 28.11.2025 KW - Klimawandel KW - Ressourcenknappheit KW - Bausupstanz KW - Brandfall PY - 2025 VL - Bauphysikertagung 2025 SP - 1 EP - 12 AN - OPUS4-65371 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Peters, Simon A1 - Pittrich, Tim A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Weise, Frank A1 - Meschke, Günther T1 - Concretes containing blended-cements with reduced carbon-dioxide emissions: A chemo-thermo-hygro-mechanical model for elevated temperatures N2 - A comprehensive analysis aimed at understanding and assessing the high-temperature behavior of concretes containing blended cements (CEM III/A, CEM II/B-Q, and CEM IV), characterized by low carbon-dioxide emissions (during clinker’s production) is necessary to reliably model the damage in the concrete, thermal spalling included. To this purpose, a numerical chemo-thermo-hygro-mechanical model is formulated, to investigate – among other phenomena – heat transmission and pore pressure for different aggregate types. Based on an available hydration model, a dehydration model is established to numerically investigate the evolution of dehydration and porosity at elevated temperatures. Based on the properties of concrete and cement constituents on multiple scales, an analytical homogenization process is proposed to predict the thermal conductivity of the concrete. This process is later validated and implemented into a macroscopic modeling framework. Chemo-thermo-hygro-mechanical analyses show that the dehydration characteristics of blended low carbon-dioxide release cements may increase pore pressure in the concrete by up to 13% compared to the concrete containing ordinary Portland cement. In addition, aggregates exhibiting high thermal conductivity may contribute to a further increase (even more than 35%) in pore pressure compared to aggregates with low thermal conductivity. Last but not least, the proposed model provides the basis for the reduction of the number of the parameters commonly required in the chemo-thermo-hygro-mechanical modeling of cementitious materials. KW - Concrete at high temperature KW - Dehydration KW - Multiscale modeling KW - Thermal conductivity KW - Chemo-hygro-thermal analysis KW - Micromechanics PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-635894 DO - https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2025.106163 SN - 0958-9465 VL - 163 SP - 1 EP - 17 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-63589 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pittrich, Tim A1 - Jansen, Daniel A1 - Weise, Frank A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Dehn, Frank T1 - Thermal decomposition in blended cement systems and its effect on fire-induced concrete spalling: Insights from XRD and TGA N2 - Blended cements are gaining increasing popularity due to their lower CO2-footprint in comparison to ordinary Portland cement (OPC). However, this growing use raises the potential risk of buildings made with blended cement concrete being exposed to fire, which can lead to heavy damages caused by explosive concrete spalling. It has already been shown that the cement type strongly influences the fire-induced concrete spalling and the thermally induced moisture transport, however, to understand the mechanisms behind these findings the thermal decomposition behavior of the cementitious matrix must be investigated more systematically. Therefore, the phase content of three blended cement pastes (CEM II/A-LL, CEM III/A and CEM II/B-Q) was studied in comparison with a Portland cement paste (CEM I) after temperature exposure to 20 ◦C, 105 ◦C, 300 ◦C and 500 ◦C. Clear differences in the initial phase composition and their dehydration behavior between the individual cement types were recognized. In conclusion, blended cements showed lower amounts of AFt and AFm phases and additionally lower amounts of portlandite and C-(A)-S-H were found in CEM III/A and CEM II/B-Q pastes. The results suggest that higher AFt and AFm contents in CEM I, which are associated with greater water release at relatively low temperatures may ultimately reduce the spalling risk. Furthermore, C-(A)-S-H in CEM III/A and CEM II/B-Q showed increased thermal stability and large amounts of non-hydrated phases were found in every blended cement paste. Both of those aspects might contribute to thermomechanical spalling and the overall increased spalling susceptibility observed in blended cement concrete. KW - Fire concrete spalling KW - High temperatures KW - Blended cements KW - Dehydration KW - XRD KW - TGA PY - 2026 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-653698 DO - https://doi.org/10.1016/j.cscm.2026.e05784 SN - 2214-5095 VL - 24 SP - 1 EP - 14 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-65369 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kruschwitz, Sabine A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Telong, Melissa A1 - Schmidt, Wolfram A1 - Bintz, Thilo A1 - Fladt, Matthias A1 - Stelzner, Ludwig T1 - The NMR core analyzing TOMograph: A multi-functional tool for non-destructive testing of building materials N2 - NMR is becoming increasingly popular for the investigation of building materials as it is a non-invasive technology that does not require any sample preparation nor causes damage to the material. Depending on the specific application it can offer insights into properties like porosity and spatial saturation degree as well as pore structure. Moreover it enables the determination of moisture transport properties and the (re-)distribution of internal moisture into different reservoirs or chemical phases upon damage and curing. However, as yet most investigations were carried out using devices originally either designed for geophysical applications or the analysis of rather homogeneous small scale (< 10 mL) samples. This paper describes the capabilities of an NMR tomograph, which has been specifically optimized for the investigation of larger, heterogeneous building material samples (diameters of up to 72 mm, length of up to 700 mm) with a high flexibility due to interchangeable coils allowing for a high SNR and short echo times (50 - 80 m s). KW - Fire spalling KW - Moisture transport KW - Concrete KW - Cement hydration KW - Sensitivity KW - Supplementary cementitous materials KW - Frost salt attack PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-573755 DO - https://doi.org/10.1016/j.mrl.2023.03.004 SN - 2097-0048 VL - 3 IS - 3 SP - 207 EP - 219 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-57375 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bintz, Thilo A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Lauinger, Robert A1 - Schmidt, Wolfram A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - An NMR tomograph for building materials - applications, experimental studies and limitations - N2 - A summary of the possibilities, technical limitations and application examples for a unique NMR tomograph at BAM. T2 - 13th International Conference on Electromagnetic Wave Interaction with Water and Moist Substances (ISEMA), 2021 CY - Kiel, Germany DA - 27.06.2021 KW - Relaxation time distribution KW - NMR imaging KW - Capillary suction PY - 2021 SN - 978-1-7281-8738-9 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. SP - 106 EP - 110 PB - IEEE AN - OPUS4-53116 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Spilker, A. A1 - Stelzner, Ludwig T1 - Analyse der thermischen Dehnung von Fahrbahndeckenbetonen aus dem BAB-Netz N2 - Die Kenntnis von Materialeigenschaften spielt bei der Entwicklung oder Optimierung von Betonen und Bauweisen für den Straßenbau sowie der Qualitätskontrolle und -sicherung eine bedeutende Rolle. Gleichermaßen bilden physikalische Materialkennwerte die Grundlage für die rechnerische Dimensionierung und die Restsubstanzbewertung von Betonfahrbahndecken. Einen relevanten Kennwert bei der Untersuchung thermisch induzierter Spannungsund Verformungszustände stellt der thermische Ausdehnungskoeffizient von Beton dar. Dieser beeinflusst beispielsweise maßgeblich das Längsdehnungsverhalten des Deckensystems sowie das Ausmaß von Plattenkrümmungen und Fugenbewegungen. Im Zuge der systematischen Weiterentwicklung der rechnerischen Dimensionierung aber auch im Zusammenhang mit der gezielten Verbesserung der Gebrauchseigenschaften von Fahrbahndecken gilt es zu hinterfragen, ob lastunabhängige Formänderungseigenschaften, wie z. B. der thermische Ausdehnungskoeffizient der verwendeten Betone, aktuell ausreichend Beachtung finden, ob allgemeine Literaturwerte für die heutigen Fahrbandeckenbetone stets Gültigkeit besitzen und ob deren Implementierung in moderne Rechenmodelle zu validen Ergebnissen führt. Für eine empirische Herangehensweise ist die Verfügbarkeit adäquater Prüfverfahren von entscheidender Bedeutung. In Deutschland existiert aktuell jedoch kein standardisiertes oder genormtes Verfahren für die prüftechnische Bestimmung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Beton. Daher wurden unter Beachtung straßenbauspezifischer Gesichtspunkte zwei Prüfansätze entwickelt, die in diesem Beitrag vorgestellt und hinsichtlich möglicher Messunsicherheiten und Messungenauigkeiten diskutiert werden. Außerdem erfolgt die Darstellung ausgewählter Ergebnisse aus Analysen an Bestandsbetonen aus dem BAB-Netz. Im Ergebnis sollen die Untersuchungen einen Beitrag zur Schaffung der prüftechnischen Voraussetzungen für eine abgesicherte Quantifzierung der thermischen Dehnung von Fahrbahndeckenbetonen leisten. T2 - Betonstraßentagung 2019 CY - Aschaffenburg, Germany DA - 26.09.2019 KW - Thermische Dehnung KW - Fahrbahndeckenbetone KW - Baustoffe PY - 2019 SN - 978-3-86446-260-3 SP - 1 EP - 13 AN - OPUS4-49485 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Powierza, Bartosz A1 - Oesch, Tyler A1 - Dlugosch, R. A1 - Weise, Frank T1 - Thermally-induced moisture transport in high-performance concrete studied by X-ray-CT and 1H-NMR N2 - The thermohydraulic damage mechanism is one of the primary causes for explosive spalling of highperformance concrete. This paper presents the spatially- and temporally-resolved analysis of the thermally-induced moisture transport and reconfiguration processes by means of X-ray-CT and 1HNMR. Thermal testing results for a high-performance concrete, which is sensitive to explosive spalling and which was prepared with and without added polypropylene fibres, are presented in this paper. These results indicate that the addition of fibres leads to a faster and deeper migration of the drying front and, thus, to a lower likelihood of vapour-pressure induced explosive spalling. KW - Explosive spalling KW - Thermally-induced moisture transport KW - X-ray-CT KW - 1H-NMR KW - High-performance concrete PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.07.065 SN - 0950-0618 VL - 224 SP - 600 EP - 609 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-48727 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Stelzner, Ludwig T1 - Explosionsartiges Abplatzen gefügedichter Betone im Brandfall N2 - Beton, der heutzutage meist verwendete Baustoff, weist neben gutem Festigkeits- und Dauerhaftig-keitsverhalten ebenfalls erhöhte Brandschutzeigenschaften auf. Jedoch zeigen zahlreiche Schadensfälle, dass vor allem gefügedichte Betone im Brandfall zu explosionsartigen Abplatzungen neigen. Diese führen zum Freilegen der vorhandenen Stahlbewehrung und zur Verminderung des tragfähigen Bauteilquer-schnitts. Das wiederum kann im schlimmsten Fall eine Gefährdung der Standsicherheit eines Bauwerks zur Folge haben. Nach derzeitigem Stand werden die explosionsartigen Abplatzungen auf thermomechanische und thermohydraulische Prozesse zurückgeführt. Letztere beruhen auf der Generierung hoher Wasserdampfdrücke in einseitig brandbeanspruchten Betonbauteilen, die zum einen auf die geringe Permeabilität des hochfesten Betons und zum anderen auf die Bildung einer wassergesättigten Zone, der sogenannten „moisture clog“ zurückzuführen sind. Die experimentelle Analyse der dabei ablaufenden Feuchtetransport- und Feuchteumlagerungsmechanismen ist Gegenstand des Vortrags. Dazu wurde an der BAM im Rahmen eines MI-Typ 2 Projektes (FB 7.1, 7.3, 8.5) ein Versuchsstand aufgebaut, der die dreidimensionale, simultane Analyse und Quantifizierung des Feuchtetransports an einsei-tig erwärmten, miniaturisierten Prüfkörpern aus gefügedichtem Beton mittels Röntgencomputertomographie erstmals ermöglicht. Zusätzlich wird die eindimensionale Feuchteverteilung im Prüfkörper mittels Nuclear Magnetic Resonance (NMR) Technik vor und nach einseitiger Erwärmung untersucht. Mithilfe dieser Prüfmethodologie ist es möglich, die Ausbildung einer Trocknungs- bzw. Dehydrationszone sowie einer tiefergelegenen Feuchteakkumulationszone zeitlich aufgelöst abzubilden. Darüber hinaus können die Einflüsse einer Polypropylenfaserzugabe auf den thermisch induzierten Feuchtetransport quantifiziert werden. T2 - Abteilungs-Vortragsseminar CY - Berlin, Germany DA - 30.04.2019 KW - Explosionsartiges Abplatzen KW - Moisture clog KW - X-ray-CT KW - 1H-NMR KW - High-performance concrete PY - 2019 AN - OPUS4-48729 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Weise, Frank A1 - Oesch, Tyler A1 - Dlugosch, R. A1 - Powierza, Bartosz T1 - Transport and reconfiguration of moisture in HPC due to unilateral heating N2 - Explosive spalling is caused by, among others, the thermohydraulic spalling mechanism. During this process, vaporization, dehydration, moisture-transport and condensation processes interact. As a result, a drying and dehydration zone as well as a saturated zone, known as a moisture clog, are observed inside the unilaterally-heated concrete. The presented research is focused on the experimental investigation of the underlying thermohydraulic processes. To investigate these, a test methodology based on X-ray computed tomography (CT) and nuclear magnetic resonance (NMR) was developed. Thereby, the X-ray CT scans are carried out simultaneously during the application of a defined unilateral-heating regime on a specially-constructed specimen. This miniaturized specimen, equipped with a double-layer casing, reproduces the condition within a planar, unilaterally-heated building component. A preliminary test methodology and the first experimental results were presented at the 5th International Workshop on Concrete Spalling in Borås, Sweden (2017). The contribution for the upcoming workshop presents an improved version of this test methodology and new results for a high-performance concrete (HPC) mixture exposed to temperatures up to 500 °C. Regarding the CT measurements, a higher time-resolution of 15 min was achieved and a quantification of the moisture changes was implemented. Due to an increase in signal quality of the NMR measurements, a pore-size specific moisture distribution can now be resolved. This allows to conclude about the moisture reconfiguration between small gel pores and larger interhydrate pores. Additionally, the NMR measurement are no longer limited to first 2.5 cm below the heated surface but a one-dimensional moisture distribution can now be estimated over the whole 10 cm long specimen. The presented results demonstrate that the combination of X-ray CT and NMR measurements enables to image and quantify the thermally-induced moisture transport and reconfiguration from small gel pores up to macro pores. This provides important insights into the thermohydraulic damage mechanism and leads to a better understanding of spalling avoidance strategies, like the addition of polypropylene fibres. T2 - 6th International Workshop on Concrete Spalling due to fire exposure CY - Sheffield, UK DA - 19.09.2019 KW - Moisture clog KW - X-ray CT KW - NMR KW - Moisture transport KW - HPC 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 - 181 EP - 190 CY - Sheffield AN - OPUS4-49161 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Stelzner, Ludwig T1 - Transport and reconfiguration of moisture in HPC due to unilateral heating N2 - Explosive spalling is caused by, among others, the thermohydraulic spalling mechanism. During this process, vaporization, dehydration, moisture-transport and condensation processes interact. As a result, a drying and dehydration zone as well as a saturated zone, known as a moisture clog, are observed inside the unilaterally-heated concrete. The presented research is focused on the experimental investigation of the underlying thermohydraulic processes. To investigate these, a test methodology based on X-ray computed tomography (CT) and nuclear magnetic resonance (NMR) was developed. Thereby, the X-ray CT scans are carried out simultaneously during the application of a defined unilateral-heating regime on a specially-constructed specimen. This miniaturized specimen, equipped with a double-layer casing, reproduces the condition within a planar, unilaterally-heated building component. A preliminary test methodology and the first experimental results were presented at the 5th International Workshop on Concrete Spalling in Borås, Sweden (2017). The contribution for the upcoming workshop presents an improved version of this test methodology and new results for a high-performance concrete (HPC) mixture exposed to temperatures up to 500 °C. Regarding the CT measurements, a higher time-resolution of 15 min was achieved and a quantification of the moisture changes was implemented. Due to an increase in signal quality of the NMR measurements, a pore-size specific moisture distribution can now be resolved. This allows to conclude about the moisture reconfiguration between small gel pores and larger interhydrate pores. Additionally, the NMR measurement are no longer limited to first 2.5 cm below the heated surface but a one-dimensional moisture distribution can now be estimated over the whole 10 cm long specimen. The presented results demonstrate that the combination of X-ray CT and NMR measurements enables to image and quantify the thermally-induced moisture transport and reconfiguration from small gel pores up to macro pores. This provides important insights into the thermohydraulic damage mechanism and leads to a better understanding of spalling avoidance strategies, like the addition of polypropylene fibres. T2 - 6th International Workshop on Concrete Spalling due to fire exposure CY - Sheffield, UK DA - 19.09.2019 KW - Moisture clog KW - X-ray CT KW - NMR KW - Moisture transport KW - HPC PY - 2019 AN - OPUS4-49159 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Oesch, Tyler A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Weise, Frank ED - Herrmann, H. ED - Schnell, J. T1 - Non-destructive evaluation of the contribution of polymer-fibre orientation and distribution characteristics to concrete performance during fire N2 - Although concrete itself is not a combustible material, concrete mixtures with high density, such has high-performance concretes (HPCs), are susceptible to significant damage during fires due to explosive spalling. Past research has shown that the inclusion of polymer fibres in high density concrete can significantly mitigate this fire damage. The exact mechanisms causing this increased spalling resistance are not yet fully under-stood, but it is thought that the fibres facilitate moisture transport during fire exposure, which in turn contributes to relief of internal stresses in the spalling-susceptible region. In this study, X-ray Computed Tomography (CT) was applied to observe the interaction between polymer fibres and cracking during thermal exposure. For this purpose, two concrete samples containing different polymer fibre types were subjected to incremental application of a defined thermal exposure. CT images were acquired before and after each thermal exposure and powerful image processing tools were used to segment the various material components. This enabled a detailed analysis of crack formation and propagation as well as the visualization and quantification of polymer fibre characteristics within the concrete. The results demonstrated that the orientation of both fibres and cracks in polymer-fibre reinforced concrete tend to be anisotropic. The results also indicated that crack geometry characteristics may be correlated with fibre orientation, with cracks tending to run parallel to fibre beds. Clear quantitative relationships were also observed between heating and increasing cracking levels, expressed in terms of both crack surface area and crack volume. KW - X-ray Computed Tomography (CT) KW - Polypropylene Fibres KW - Fire Performance KW - Fibre-Reinforced Concrete (FRC) KW - Fibre Orientation Analysis PY - 2019 SN - 978-3-030-00868-0 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-030-00868-0 SP - 51 EP - 73 PB - Springer Nature Switzerland AG AN - OPUS4-47206 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Powierza, Bartosz A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Oesch, Tyler A1 - Gollwitzer, Christian A1 - Weise, Frank A1 - Bruno, Giovanni T1 - Water migration in one-side heated concrete: 4D in-situ CT monitoring of the moisture-clog-effect N2 - Explosive spalling due to fire exposure in concrete structures can lead severe damage and, in the worst case, to premature component failure. For this reason, an in situ investigation of water Migration in concrete due to surface heating was undertaken. During these experiments, a miniaturized concrete specimen within a confining and insulating double-hull was subjected to surface heating during simultaneous X-ray computed tomography (CT) scanning. Through the use of subtraction-based Image analysis techniques, it was possible to observe and quantify not only drying within areas of the concrete matrix close to the heated surface, but also the migration of moisture to both pore and matrix regions deeper within the specimen. It was also discovered that the correction of CT images for specimen deformation using DVC and variable detector performance using calibrated image filters significantly improved the quality of the results. This clearly demonstrates the potential of X-ray CT for evaluation of other rapid-density-change phenomena in concrete and other building materials. T2 - 8th Conference on Industrial Computed Tomography (iCT 2018) CY - Wels, Austria DA - 06.02.2018 KW - In-Situ X-ray CT KW - Digital Volume Correlation KW - Heated concrete KW - Water migration KW - Fire PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1007/s10921-018-0552-7 SN - 1573-4862 SN - 0195-9298 VL - 38 IS - 1 SP - 15, 1 EP - 11 PB - Springer US CY - New York / Heidelberg AN - OPUS4-47147 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pittrich, Tim A1 - Peters, Simon A1 - Meschke, Günther A1 - Weise, Frank A1 - Stelzner, Ludwig T1 - Thermally induced moisture transport in concrete with different types of blended Portland cement studied by 1H-NMR relaxometry N2 - Clinker-reduced cements are gaining in popularity as part of efforts to lower the construction industry’s CO2 footprint. Past studies showed that utilization of these cements negatively influences the fire-induced spalling behavior of concrete, which is highly influenced by thermohydraulic damage mechanisms. Therefore, thermally induced moisture transport in normal strength concretes made with different types of blended cements (CEM I, CEM II/A-LL, CEM III/A and CEM II/B-Q) was investigated by means of 1H-NMR relaxometry in combination with supportive side investigations concerning permeability and porosity. In addition, a numerical model was used to analyze in-situ moisture development during high temperature exposure. The results show that the cement type influences both initial moisture content and pore size-specific moisture distribution. This was primarily reflected in an increased water content in CEM III/A and CEM II/B-Q concretes as well as a comparable high gel pore water fraction in CEM II/B-Q concrete before heating. After heating, a similar degree of pore coarsening from gel to capillary pore was observed in all samples. Although the measurements were only conducted after, not during, high temperature exposure, the depth of the drying front and the extent of the moisture clog could be determined. With the additional numerical analysis, it can be assumed that during high temperature load, the drying front is less advanced and the moisture clog even more pronounced. In conclusion, it can be stated that the increased spalling susceptibility in blended cement concrete is caused by the lower initial permeability and increased moisture content. KW - Fire concrete spalling KW - Thermally induced moisture transport KW - Blended cements KW - 1H-NMR PY - 2026 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-656846 DO - https://doi.org/10.1617/s11527-026-03025-4 SN - 1359-5997 VL - 59 IS - 3 SP - 1 EP - 20 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-65684 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Kobe, André A1 - Pittrich, Tim T1 - Konstruktiver Brandschutz: Abplatzverhalten von Beton, Innovativer Versuchsaufbau und klinkereffiziente Zemente N2 - Bauteile aus Beton besitzen in der Regel ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen aufgrund ihrer großen Masse, der Nichtbrennbarkeit des Baustoffs sowie der geringen Wärmeleitfähigkeit einen hohen Feuerwiderstand. Jedoch kann der Querschnitt durch Abplatzungen im Brandfall reduziert und die Bewehrung freigelegt werden. Dies kann zum frühzeitigen Verlust der Standsicherheit und in der Folge insbesondere bei Infrastrukturbauwerken zu massiven ökonomischen Folgeschäden führen. Der Beitrag präsentiert aktuelle Forschungsarbeiten der BAM zur Analyse des Abplatzverhaltens von Beton. Auf Basis experimenteller Untersuchungen zum Einfluss der Prüfkörpergröße auf das Abplatzverhalten wird eine weiterentwickelte Prüfmethodik vorgestellt. Diese ermöglicht es, die Abplatzneigung von Betonrezepturen mittels kleinformatiger Prüfkörper zu analysieren. Abschließend wird unter Anwendung dieser Methode der Einfluss verschiedener Zementarten auf das Abplatzverhalten eines normalfesten Betons untersucht. T2 - STUVA-Tagung 2025 – Internationales Forum für Tunnel und Infrastruktur CY - Hamburg, Germany DA - 25.11.2025 KW - Explosionsartiges Abplatzen KW - Brandfall KW - Klinkereffiziente Zemente PY - 2025 SN - 978-3-96892-327-7 SP - 437 EP - 444 AN - OPUS4-65685 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Stelzner, Ludwig T1 - Konstruktiver Brandschutz: Abplatzverhalten von Beton, Innovativer Versuchsaufbau und klinkereffiziente Zemente N2 - Bauteile aus Beton besitzen in der Regel ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen aufgrund ihrer großen Masse, der Nichtbrennbarkeit des Baustoffs sowie der geringen Wärmeleitfähigkeit einen hohen Feuerwiderstand. Jedoch kann der Querschnitt durch Abplatzungen im Brandfall reduziert und die Bewehrung freigelegt werden. Dies kann zum frühzeitigen Verlust der Standsicherheit und in der Folge insbesondere bei Infrastrukturbauwerken zu massiven ökonomischen Folgeschäden führen. Der Beitrag präsentiert aktuelle Forschungsarbeiten der BAM zur Analyse des Abplatzverhaltens von Beton. Auf Basis experimenteller Untersuchungen zum Einfluss der Prüfkörpergröße auf das Abplatzverhalten wird eine weiterentwickelte Prüfmethodik vorgestellt. Diese ermöglicht es, die Abplatzneigung von Betonrezepturen mittels kleinformatiger Prüfkörper zu analysieren. Abschließend wird unter Anwendung dieser Methode der Einfluss verschiedener Zementarten auf das Abplatzverhalten eines normalfesten Betons untersucht. T2 - STUVA-Tagung 2025 – Internationales Forum für Tunnel und Infrastruktur CY - Hamburg, Germany DA - 25.11.2025 KW - Explosionsartiges Abplatzen KW - Brandfall KW - Klinkereffiziente Zemente PY - 2025 AN - OPUS4-65686 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Hothan, Sascha A1 - Häßler, Dustin A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Kremberg, Jan A1 - u. a., T1 - CO2 Einsparung durch Ressourceneffizienz als Folge von Materialsubstitution bei hochbeanspruchten Zuggliedern im Brückenbau - Netzwerkbogenbrücken mit Zuggliedern aus Carbon N2 - Für die hoch beanspruchten Zugglieder von Netzwerkbogenbrücken stellt der Einsatz von Carbonzuggliedern eine technisch innovative und vorteilhafte Lösung dar. Im Rahmen von ersten Pilotanwendungen konnte ein ausreichender Ermüdungswiderstand für den jeweiligen Einsatz nachgewiesen werden – der tatsächlich vorhandene Ermüdungswiderstand wurde bislang jedoch nicht erforscht. Die Aufgabenstellung des Verbundforschungsvorhabens umfasst die Gewinnung einer Datengrundlage für statistisch abgesicherte Bauteilkennlinien und Traglasten auf Grundlage von statischen Versuchen. Der Schwerpunkt liegt auf der Gewinnung einer Datengrundlage an realmaßstäblichen Bauteilversuchen unter Ermüdungsbelastung zur Bestimmung einer Ermüdungsversagensfunktion (S-N-Kurve), welche durch Kleinversuchsserien und faseroptische Messungen zur isolierten Betrachtung einzelner Einflussgrößen begleitet wurde. Direkt übertragbare Erkenntnisse zum Tragverhalten bei Brandbeanspruchung lagen ebenfalls nicht vor und sollten im Zuge von Bauteilversuchen unter Last und gleichzeitiger Brandbeanspruchung gewonnen werden zur Vergleichbarkeit des Verhaltens mit herkömmlichen Zuggliedern aus Stahl. Die Aufgabenstellung wurde in 9 Arbeitspaketen und insgesamt 29 Teilarbeitspaketen aufgegliedert. Diese beinhalten die Schaffung einer gemeinsamen Wissens- und Arbeitsbasis, die Erarbeitung von Versuchsparametern, die Planung und Herstellung der Versuchskörper und der Versuchsstände, statische Versuche, Ermüdungsversuche bis zum Bruch, Ermüdungsversuche mit Bestimmung der Resttragfähigkeit, Versuche zur Untersuchung des Tragverhaltens bei erhöhter Temperatur und Brandbeanspruchung bei simultaner mechanischer Zugbelastung, faseroptische Messungen und Kleinprobenversuche sowie die Zusammenführung und Auswertung der Ergebnisse. KW - Brandschutz KW - Carbon KW - Zugglied PY - 2026 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-657994 DO - https://doi.org/10.34657/32958 SP - 1 EP - 179 AN - OPUS4-65799 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -