Wenig bekannte Tatsache: Beton kann explodieren. Und jetzt wissen Wissenschaftler warum.
In einer neuen Studie erhitzten Forscher von Empa, den Bundeslaboratorien für Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie, Beton auf 600 Grad Celsius und sahen zu, wie er kaboomte. Der Grund für die Explosionen war, wie die Forscher herausfanden, die Art und Weise, wie winzige Mengen an Feuchtigkeit, die im Beton eingeschlossen waren, beim Erhitzen verdampften und sich bewegten.
Betonexplosionen können laut Aussage besonders gefährliche Folgen von Bränden sein, die Brücken oder Tunnel betreffen. Im März 2017 stürzte eine Brücke auf der Interstate 85 in Atlanta teilweise ein, nachdem ein Brand in einer Lagereinheit unter der Brücke den Beton und den Stahl der Struktur beschädigt hatte. Im Jahr 2003 verursachte ein Brand den Einsturz eines Stahlbetongebäudes in Hengyang, China, und bei dem Vorfall kamen 20 Feuerwehrleute ums Leben.
Boom
Beton besteht in seiner einfachsten Form aus Zement, Sand und Wasser. Bei großen Bauprojekten wie Brücken, Tunneln und Wolkenkratzern werden jedoch Hochleistungsbetone verwendet, die zusätzliche Inhaltsstoffe enthalten, oder es werden spezielle Trocknungsmethoden verwendet, um ihre Haltbarkeit und Festigkeit zu verbessern.
Erhitzen Sie sie jedoch auf über 200 ° C, und Hochleistungsbetone werden anfällig. Sie können sogar explodieren und Betonbrocken vom Hauptblock wegschießen lassen.
Um herauszufinden, warum, haben Empa-Forscher gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universität Grenoble in Frankreich und des Laue-Langevin-Instituts in Grenoble beobachtet, wie Beton heiß wird. Die Forscher verfolgten das Innere des beheizten Betons in Echtzeit mithilfe der Neutronentomographie, die auf der Absorption von Neutronen beruht, um ein 3D-Bild zu erstellen.
Unter Druck
Die Bilder zeigten, dass Hochleistungsbeton aufgrund der gleichen Eigenschaften, die ihn stark machen, explodiert: Er hat nur sehr wenige Poren und diese Poren sind winzig. Beim Erhitzen bewegt sich im Beton eingeschlossenes Wasser von der Wärmequelle weg und verdampft. Weil der Beton so dicht und undurchlässig ist, bleiben Wasser und Dampf stecken. Ohne die Möglichkeit, den Druckaufbau abzulassen, blasen Teile des Blocks ab.
Selbst wenn die Wärmequelle entfernt wird, können die Explosionen nach Ansicht der Forscher immer noch auftreten, bis der Innendruck abfällt. In einem Experiment flog ein Stück Beton auf das Aufnahmegerät der Wissenschaftler zu, nachdem die Heizung ausgeschaltet worden war, und warf einen unschuldigen Timer um.
Die Ergebnisse sollen Wissenschaftlern helfen, zu verstehen, wie sich Feuchtigkeit bei katastrophalen Bränden bewegt, schrieben die Forscher letztes Jahr in der Zeitschrift Cement and Concrete Research.
