Brandgefährlich: Wenn Hochleistungsbeton explodiert

Hochleistungsbeton kann bei Bränden äusserst gefährlich sein: Er kann explodieren. Wie es genau dazu kommt oder vielmehr was im Innern des Materials geschieht ist nicht ganz klar. Einem Forscherteam der Empa ist es nun gelungen, diesen Prozess mittels Neutronenradiographie und -tomographie sichtbar zu machen.

Quelle: www.ifa-swiss.ch

Bei Tunnelbränden kann Beton zu einer grossen Gefahr werden, auch für die Rettungsgruppen. 

Ob Gotthard, Montblanc oder San Bernardino – bei Tunnelbränden stürzen die Decken von äusserst stabil erscheinenden Betonröhren ein. Dies, weil Temperaturen von bis zu tausend Grad das Material an seine Grenzen bringen und es in der Folge explodieren kann. Wie es dazu genau kommt, ist bis heute nicht ganz klar. Fest steht, dass dabei im Hochleistungsbeton enthaltenes Wasser in Bewegung gerät, verdampft und nicht entweichen kann. Der enorme Dampfdruck in den feinen Betonporen und die thermische Belastung des Materials können dafür sorgen, dass Teile bersten. Ob es aber tatsächlich zu einer Explosion kommt und wie schwerwiegend die Folgen sind, hängt von unterschiedlichen Faktoren ab und ist schwierig vorauszusagen.

Neutronenquelle am Laue-Langevin Institut

Um die Physik berstenden Betons besser zu, konnten Empa-Forscher mit einem Team der Universität Grenoble und vom dortigen Laue-Langevin-Institut nun erstmals dreidimensionale Bilder aus dem Inneren von aufgeheiztem Beton mittels Neutronentomographie in Echtzeit erstellen. Die Untersuchungen waren nur möglich dank der starken Neutronenquelle am Laue-Langevin Institut. Dabei schossen die Wissenschaftler in einer Minute bis zu 500 Bilder und konstruierten daraus ein dreidimensionales Modell des abplatzenden Betons.

Bis anhin vermuteten Experten lediglich, dass sich Wasser im Beton von einer Hitzequelle wegbewegt und sich anstaut. Man stellte sich vor, dass die Feuchtigkeit wie eine Barriere wirkt und so den entstehenden Wasserdampf am Entweichen hindert. Damit stiege der Dampfdruck so stark an, dass das Material schliesslich explodiert. Die Experimente am Laue-Langevin Institut bestätigte dies.

Neue Additive

Empa-Forscher hätten bereits neue Additive entwickelt und patentiert, die dem Abplatzen von Beton entgegenwirken, heisst es in der Medienmitteilung der Empa. Die neuen Ergebnisse sollten nun einen weiteren Schritt hin zur Entwicklung von Baumaterialien mit grösserer Beständigkeit selbst bei höchsten Temperaturen wie bei einem Tunnelbrand führen.(mai/mgt)