Даже если бетон не является легковоспламеняющимся, он может быть опасным при пожаре, например в тоннеле: бетон может взорваться при высоких температурах. Хотя это явление хорошо известно, физика, стоящая за ним, еще не до конца прояснена. Исследователи Empa впервые сделали видимыми процессы внутри бетона, используя нейтронную рентгенографию и томографию в реальном времени.

Пожары в туннелях приводят к разрушению потолков. Адская температура до 1000 градусов по Цельсию так нагревает бетон, что он может взорваться. Тем не менее, процесс еще не полностью понят. Ясно, что вода, содержащаяся в высокоэффективном бетоне, начинает двигаться и испаряться, но не может вырваться. Огромное давление паров в мелких порах бетона и тепловое напряжение в материале могут привести к взрыву. Происходят ли такие взрывы на самом деле и насколько серьезны последствия, зависит от многих факторов, которые трудно предсказать.

Чтобы лучше понять физику взрыва бетона, исследователи Empa и команда из Университета Гренобля и Института Лауэ-Ланжевена впервые применили нейтронную томографию для получения трехмерных изображений внутренней части нагреваемого бетона в реальном времени. Исследования стали возможны только благодаря использованию мощного источника нейтронов в Институте Лауэ-Ланжевена. Ученые делали до 500 снимков в минуту и ​​создали уникальную трехмерную модель отколовшегося бетона.

До сих пор специалисты считали, что вода в бетоне удаляется от источника тепла и накапливается в других частях. Таким образом, влага действует как барьер и препятствует выходу водяного пара. Следовательно, давление пара будет расти до такой степени, что материал рано или поздно взорвется. Используя новую экспериментальную установку, исследователи Empa и их коллеги смогли «вживую» наблюдать этот барьер из воды внутри бетона.

Бетон состоит из смеси песка, цемента и воды. Между цементом и водой происходит химическая реакция, которая связывает воду, а затем смесь затвердевает. Если температура при пожаре превышает 200 градусов по Цельсию, цемент в бетоне обезвоживается, а связанная вода превращается в пар. Высокопроизводительный бетон обычно имеет очень низкую пористость. Это свойство имеет большое преимущество, поскольку оно обеспечивает высокую прочность и исключительную долговечность, делая бетон практически неуязвимым для внешних загрязнений. Однако низкая проницаемость высокопрочного бетона оказывается недостатком в случае пожара с очень высокими температурами, потому что водяной пар создает внутри бетона чрезвычайно высокое давление, которое приводит к взрыву.

Исследователи Empa уже разработали и запатентовали новые добавки, которые противодействуют взрыву бетона. Это еще один шаг к разработке безопасных строительных материалов с большей стойкостью к самым высоким температурам.