Geschäftsfeld Sicherheit

FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR KURZZEITDYNAMIK, ERNST-MACH-INSTITUT, EMI

Werkstoffdesign und Energieabsorption

Polymerbeton für die Dämpfung von Stosswellen


Spröde Materialien wie Beton versagen sehr schnell bei Explosionseinwirkungen.
Wenn Stoßwellen sich im Beton ausbreiten und an der Bauteilrückseite reflektiert werden kommt es zu Spannungen, die die Zugfestigkeit überschreiten und damit zu Rissen, Abplatzungen oder zum Durchstanzen. Dies tritt bei Beton äußerst schnell auf, da die Zugfestigkeit nur ca. ein Zehntel der Druckfestigkeit beträgt und während der Rissöffnung nur wenig Energie dissipiert. Des Weiteren ist Beton ein poröser Baustoff, der beim Durchgang einer Stoßwelle, kompaktiert, d.h. dass seine innere Struktur bricht und er damit seine Tragfähigkeit verliert. Wenn es nun gelingt die hohen kurzzeitigen Spannungen zu reduzieren, können innere Schädigungen, Risse oder Abplatzungen vermieden werden. Dies ist möglich durch eine zwischen Struktur und Explosionsort geschaltete Dämpfungsschicht. Durch die Dämpfung wird der Druck-Zeitverlauf verlängert und die Druckspitze reduziert (vgl. Abbildung).

Für die Dämpfung der Stoßwellen ist am EMI Polymerbeton entwickelt worden.
Polymerbeton besteht aus porösen organischen Füllstoffen (Maisspindeln) und
organischen Fasern zur Verstärkung (Flachsfasern) und ist damit auch aus
umwelttechnischen Gesichtspunkten sinnvoll. Verklebt werden die Fasern mit
Epoxydharz. Durch das hohe Porenvolumen der Füllstoffe erreicht Polymerbeton
eine Porositat von 46 % und dadurch ein sehr hohes Energieabsorptionsvermögen.

Anstelle der dämpfenden Maßnahmen sind zur Effizienzsteigerung Bauteilverstärkungen durch spezielle Faserbetone wie zum Beispiel SIFCON, DUCON oder Verbundskonstruktionen (Beton/Profilstahl) vorzunehmen. Damit wird vor allem die Standsicherheit/ Widerstandsverhalten der wesentlichen Bauteile wie Stützen oder aussteifende Wände erhöht und Gebäudekollaps verhindert.