Tragfähigkeit von nachträglichen Bewehrungsanschlüssen unter Brandeinwirkung - Zementmörtel FP-700

Die Brandeinwirkung auf Betontragwerke führt zu erheblichen Einbußen bei den mechanischen und physikalischen Eigenschaften des Betons, der nachträglich eingebauten Bewehrungsstäbe sowie der Verbundeigenschaften zwischen Mörtel und Beton.
Wussten Sie, dass es bisher kein einziges Injektionssystem für nachträgliche Bewehrungsanschlüsse gab, dass eine 1:1-Bemessung nach EN 1992-1-2 [1] für Betonbauwerke im Brandfall ermöglichte. Das ändert sich mit dem neuen Injektionsmörtel HIT-FP 700-R! Dieser zementbasierte Injektionssystem bietet maximalen Widerstand unter Brandbeanspruchung.
 
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Der Eurocode enthält mehrere Verfahren zur Bemessung von Betonbauteilen für den Brandfall, wobei hier nur zwei erörtert werden:
·        tabellarische Daten für bestimmte Bauteile
·        vereinfachte Rechenverfahren (z. B. 500°C-Isothermenmethode oder Zonenmethode) für bestimmte Arten von Bauteilen.
Es ist zu beachten, dass die tabellarischen Daten und die vereinfachten Rechenverfahren nicht uneingeschränkt für nachträgliche Bewehrungsstäbe verwendet werden dürfen. Dies liegt daran, dass das Verbundverhalten des nachträglich eingebauten Bewehrungsstabs im Verhältnis zu einem einbetonierten Bewehrungsstab, der einem Brand ausgesetzt ist, verstanden, beurteilt und quantifiziert werden muss.
Abbildung 1 zeigt die Beziehung zwischen der auf das Material einwirkenden Temperatur und der Abnahme der Tragfähigkeit. Die Kurven sind stark Materialabhängig. So ist die Resttragfähigkeit des Verbundes aller organischen Mörtelsysteme auf Harzbasis (gestrichelte Linien) bei einer Temperatur von 200 °C nur etwa 20 % bis 40 % des bei 20 °C gemessenen Wertes. Bei 400 °C kann keiner der organischen Mörtel auf Harzbasis einen Verbundfestigkeitswert angeben. Während alle organischen Systeme (gestrichelte Linien) ihre Verbundfestigkeit im Brandfall mit steigender Temperatur drastisch reduzieren, liefert der zementgebundene anorganische Mörtel Hilti HIT-FP 700-R (durchgezogene, schwarze Linie) bei 200°C Verbundfestigkeitswerte von ca. 80% der ursprünglichen Festigkeit. Bei 500°C beträgt die Resttragfähigkeit des Verbundes immer noch >60% verglichen mit der Verbundfestigkeit bei Raumtemperatur. Diese Abnahme ist vergleichbar mit der Abnahme der Beton- und Stahlfestigkeit bzw. der Verbundfestigkeit von einbetonierten Bewehrungsstäben.

Abbildung 1: Abnahme der Festigkeit bzw. Verbundfestigkeit für verschiedene auf dem Markt erhältliche Injektionssysteme, Stahl und Beton in Abhängigkeit von der Temperatur

 
Dieses Brandverhalten des zementgebundenen Injektionssystem Hilti HIT FP-700-R bietet im Vergleich zu organischen Systemen auf Harzbasis mehrere konstruktive Vorteile im Brandfall
·        Nur bei Planung mit Hilti HIT-FP 700-R können Sie die tabellierten Werte nach EN 1992-1-2 [1] uneingeschränkt nutzen, um schnell zu überprüfen, ob die Abmessungen, die sich aus einer Bemessung unter Normaltemperatur (Kaltbemessung) ergeben, unter Brandbedingungen akzeptabel sind. Beachten Sie, dass alle zusätzlichen Bedingungen für die Verwendung von Tabellenwerten erfüllt sein müssen.
·        Auch die vereinfachten Rechenverfahren (sofern von der Baubehörde Ihres Landes zugelassen) zur Ermittlung der Tragfähigkeit eines Querschnitts unter der jeweiligen Einwirkungskombination für Betonbauteile können bis zu 500°C angewendet werden.
Im Allgemeinen müssen alle tragenden / aussteifenden Wände, Stützen und Decken, die mit nachträglich eingemörtelten Bewehrungsstäben ausgeführt werden können, die statische Integrität für eine bestimmte Zeit unter Brandeinwirkung erfüllen. Allerdings sind nicht alle nachträglichen Bewehrungsanschlüsse brandschutztechnisch kritisch bzw. temperaturkritisch. In solchen Fällen (niedrige Temperatur im Stahl und Mörtel trotz Brandfall) kann die Ausführung des Anschlusses mit Hilti Kunstharzmörtel im Vergleich zu unserem zementgebundenen Injektionssystem eventuell wirtschaftlicher ausgeführt werden. Ob dies so ist, kann mit Hilti Profis Rebar, der Hilti Planungssoftware für nachträgliche Bewehrungsanschlüsse, einfach überprüft werden.
Wenn Sie eine Vorauswahl eines Mörtelsystems aufgrund einer speziellen Anforderung treffen wollen, können wir Ihnen eine Faustregel (Abbildung 2) anbieten, da die allgemeinen Anwendungsbedingungen einschließlich der statischen Belastung in Kombination mit Standard-Bewehrungsdurchmessern ohnehin von allen Hilti Injektionssystemen abgedeckt werden:
·        Hilti HIT-FP 700-R: Entwickelt für temperaturkritische Anwendungen wie oben beschrieben, längere Aushärtezeit im Vergleich zu harzbasierten Systemen
 
·        Hilti HIT-RE 500 V4: Langsam aushärtendes Injektionssystem für Standardanwendungen und Anwendungen, bei denen sehr große Bewehrungsdurchmesser, tiefe Bohrlöcher oder eine große Anzahl an Bohrlöcher erforderlich ist.
 
·        Hilti HIT-HY 200-R V3: Schnell aushärtendes Injektionssystem für Standradanwendungen. Im Allgemeinen können tatsächlich 80% aller nachträglich installierten Bewehrungsanschlüsse mit diesem Hilti Injektionssystem abgedeckt werden.
 
·        Hilti HIT-CT 1: Schnell aushärtendes Injektionssystem für Standardanwendungen oder Anwendungen, bei denen besonders umweltfreundliche Verbindungen ausgeführt werden sollen.

Abbildung 2: Hilti Injektionsportfolio (Auszug) für nachträglich installierte Bewehrungsanschlüsse

 
Fazit
Hilti kann nun einen Injektionsmörtel auf Zementbasis anbieten, der im Vergleich zu harzbasierten Mörteln und sogar zu einbetonierten Bewehrungsstäben bei 500°C eine deutlich geringere Abnahme der Verbundfestigkeit aufweist. Folglich können mit dem Hilti HIT-FP 700-R nachträglich installierte Bewehrungsanschlüsse im Brandfall nach EN 1992-1-2 [1] mit tabellarischen Daten und vereinfachten Berechnungsmethoden realisiert werden. In Kombination mit anderen Hilti Injektionssystemen sind wir überzeugt, dass wir mit diesem Portfolio nahezu alle Anforderungen an nachträglich installierte Bewehrungsstäbe wie sie in Bauprojekten gestellt werden, erfüllen können.
 
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[1] Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-2: General rules - Structural fire design; German version EN 1992-1-2:2004 AC:2008