Welche Wirkung haben Polypropylenfasern in Beton?

Polypropylen (PP)-Fasern sind synthetische Fasern, die man in frischen Beton mischt. Ihre Hauptwirkung ist Risskontrolle, besonders in jungen Jahren. Es verbessert auch Zähigkeit und Schlagfestigkeit in vielen Mischungen. Es kann die Kohäsion während des Einbaus verbessern. Bei höherem Leistungsniveau kann es auch dazu beitragen, die Explosionsgefahr durch Abplatzungen im Brandfall, hauptsächlich in dichtem, hochfestem Beton.

Auf die richtigen Erwartungen kommt es an. PP-Fasern sind keine magischen Festigkeitsverstärker. Sie sind kein vollwertiger Ersatz für Baustahlbewehrung. Die Leitlinien der Industrie sind in diesem Punkt eindeutig.

Polypropylenfasern in Beton: eine kurze Definition

Polypropylenfasern in Beton sind kurze PP-Fasern, die in der Mischung verteilt sind. Die Fasern bilden ein verteiltes Bewehrungsnetz. Dieses Netz funktioniert sowohl im plastischen als auch im ausgehärteten Zustand. NRMCA stellt fest, dass synthetische Fasern Setzungsrisse und Schwindrisse reduzieren und die Zähigkeit und Schlagfestigkeit erhöhen können.

PP-Fasern werden in der Regel geliefert als Mikrofasern (dünne, kurze Fasern) oder Makrofasern (dickere, längere Fasern). Mikrofasern zielen hauptsächlich auf die frühe Rissbildung ab. Makrofasern können bei höherer Dosierung mit entsprechender Dokumentation und Prüfung zur Rissnachbehandlung beitragen.

Effekt 1: Weniger plastische Schwindungsrisse in jungem Alter

Plastische Schwindrisse treten bald nach dem Einbau auf, solange der Beton noch plastisch ist. Sie sind wahrscheinlicher, wenn die Verdunstung hoch ist, so dass die Oberfläche trocknet, bevor der Beton aushärtet.

PP-Fasern helfen in diesem schwachen Fenster. NRMCA erklärt, dass die Kunstfaserbewehrung helfen kann, frühen Spannungen zu widerstehen, wenn der Beton sehr schwach ist.

In einem TRB-Papier heißt es außerdem, dass Polypropylenfasern vor allem deshalb so beliebt wurden, weil sie die Rissbildung in jungen Jahren bei begrenzter plastischer Schrumpfung verringern.

Was Sie vor Ort sehen, ist in der Regel einfach:

• weniger frühe Haarrisse auf Platten und Gehwegen
• engere Rissmuster, wenn dennoch Risse auftreten
• weniger kosmetische Beschwerden von Eigentümern

Diese Vorteile zeigen sich am deutlichsten bei breiten, ebenen Flächen, bei heißem Wetter und bei Mischungen mit geringerem Ausbluten.

Effekt 2: Bessere Zähigkeit und Schlagzähigkeit

Beton ist druckfest, aber spröde bei Zug. Wenn sich ein Riss bildet, kann einfacher Beton schnell an Kapazität verlieren. Fasern ändern dieses Verhalten, denn sie überbrücken Risse und helfen der Matrix, zusammenzuhalten.

Die NRMCA nennt als Hauptvorteile von Kunstfasern eine erhöhte Zähigkeit, Energieabsorption und Widerstandsfähigkeit gegen Stoßkräfte.

Das ist wichtig:

• Lagerböden mit Gabelstaplerverkehr
• Harte Stände mit wiederholten Radlasten
• Beläge mit Fugenbelastung
• Fertigelemente, die bei der Handhabung splittern

Mikro-PP-Fasern bieten bescheidene Vorteile in Bezug auf die Zähigkeit bei niedriger Dosierung. Makro-PP-Fasern können einen stärkeren Nachrisseffekt bewirken, wenn die Dosierung und der Fasertyp entsprechend ausgewählt werden.

Effekt 3: Verbesserte Kohäsion, reduzierte Überlaufkanäle, bessere Platzierungsstabilität

PP-Mikrofasern können dafür sorgen, dass sich frischer Beton “zusammenhängender” anfühlt. Dies ist ein praktischer Effekt, den die Crews bemerken.

NRMCA erklärt, dass gleichmäßig verteilte Synthetikfasern große Kapillarkanäle verhindern, die durch die Migration von Blutwasser an die Oberfläche entstehen. Diese Kanäle können zu Schwachstellen für spätere Rissbildung werden.

NRMCA beschreibt auch ein “internes Stützsystem”, das dazu beiträgt, plastische Setzungsrisse zu verhindern.

Bei der realen Vermittlungsarbeit kann die PP-Faser also helfen:

• Verringerung der Segregation in einigen Unterkünften
• Verringerung der Setzungsrisse um Stäbe oder Einsätze
• Stabilisierung von Spritzbeton oder Gleitschalungen, wo Kohäsion wichtig ist

Die Notwendigkeit einer guten Aushärtung oder eines guten Zeitplans für die Endbearbeitung entfällt dadurch nicht. Es reduziert nur das Risiko.

Effekt 4: Veränderungen der Festigkeit und Durchlässigkeit

PP-Fasern können die Festigkeitsergebnisse verändern, aber die Richtung hängt von der Dosierung, der Mischung und der Prüfmethode ab.

In einer frei zugänglichen Forschungsstudie wurden Polypropylenfaser-Volumenanteile von 0,10% bis 0,30% getestet. Sie berichtete über eine geringfügige Verringerung der Druckfestigkeit bei einem Fasergehalt von 0,1%, während die Zugfestigkeit bei demselben Gehalt deutlich anstieg. Auch die Rissbildung durch plastische Schrumpfung wurde stark reduziert.

In der gleichen Studie wurde auch berichtet, dass die Wasser- und Gasdurchlässigkeitskoeffizienten mit der Zugabe von Polypropylenfasern in ihrem Testprogramm zunahmen. Die Studie kam zu dem Schluss, dass die Mischung für flache Elemente, die für Schwund anfällig sind, besser geeignet ist, aber für wasserhaltende Strukturen eine sorgfältige Beurteilung erfordert.

Wie man das in der Praxis anwendet:

• Wenn Ihr Hauptziel die frühzeitige Rissbildung bei Platten ist, ist PP-Mikrofaser in der Regel ein Pluspunkt.
• Wenn Ihr Bauwerk wasserführend ist oder die Wasserdichtigkeit von entscheidender Bedeutung ist, sollten Sie die Durchlässigkeit und die Risskontrolle gemeinsam prüfen und nicht nur “Faser ja oder nein”.”

Effekt 5: Geringeres Risiko von explosiven Abplatzungen im Brandfall

Dies ist einer der wertvollsten “Spezialeffekte” von PP-Fasern, aber er gilt für bestimmte Betone.

Im Brandfall können dichte Betone einen Wasserdampfdruck aufbauen. Dies kann zu Abplatzungen führen. In einem Übersichtsartikel wird erklärt, dass die Zugabe von Polypropylenfasern eine vielversprechende Methode ist, um Abplatzungen zu verhindern. Darin wird der übliche Mechanismus beschrieben: Wenn die Temperatur steigt, schmelzen die Fasern und bilden ein Porennetz. Dies erhöht die Durchlässigkeit, lässt den Dampfdruck entweichen und mindert das Risiko von Abplatzungen.

In einem separaten technischen Vermerk heißt es außerdem, dass Polypropylenfasern weltweit eingesetzt werden, weil sie explosive Abplatzungen, insbesondere in Tunneln, verringern können.

Praktische Erkenntnisse:

• Dieser Vorteil ist vor allem bei hochfesten oder niedrigporigen Betonen von Bedeutung.
• Die Dosierung der PP-Fasern für die Abplatzungsbekämpfung wird in der Regel in den Brandschutzvorschriften angegeben. Sie sollte nicht erraten werden.
• Die Faser ersetzt nicht die Brandschutztechnik. Sie unterstützt die Reaktion des Materials.

Was Polypropylenfasern nicht können

PP-Fasern verbessern die Leistungsfähigkeit von Beton, haben aber klare Grenzen.

In den NRMCA-Richtlinien sind mehrere Punkte aufgeführt, in denen von der Verwendung synthetischer Fasern abgeraten wird. Sie besagt, dass synthetische Fasern nicht als Ersatz für eine momentumfeste oder strukturelle Stahlbewehrung verwendet werden sollten. Außerdem sollten sie nicht zur Erhöhung der Druck- oder Biegefestigkeit verwendet werden.

Die richtige Positionierung ist also:

• PP-Mikrofaser ist ein Risskontrollwerkzeug, sowie ein Tool für die Oberflächenleistung.
• Makro-PP-Fasern können ein Werkzeug zur Rissnachkontrolle wenn sie durch Testdaten und Entwurfsverfahren unterstützt werden.
• Bewehrungsstäbe sind nach wie vor die wichtigste Lösung für eine definierte Zugfestigkeit in den meisten Bauteilen.

Typische Dosierungs- und Mischtipps

Die Dosierung hängt von Ihrem Ziel ab.

Für PP-Mikrofasern, die hauptsächlich für die Schrumpfung von Kunststoffen verwendet werden, verweisen mehrere große Anbieter und Handbücher üblicherweise auf 0,6-0,9 kg/m³ als typisches Dosierband.

Für makrosynthetische Fasern stellt die NRMCA fest, dass sie in höherer Dosierung verwendet werden. Sie gibt eine typische Dosierung um 5 lb/yd³, die etwa 3,0 kg/m³.

Regeln für das Mischen und die Verarbeitbarkeit:

• Fügen Sie die Fasern kontrolliert hinzu, nicht in einem Rutsch.
• Mischen Sie so lange, bis sich das Produkt vollständig verteilt hat.
• Bei höheren Zugabemengen ist mit einer Veränderung der Verarbeitbarkeit zu rechnen. NRMCA weist darauf hin, dass die Verarbeitbarkeit bei höheren Zugabemengen reduziert werden kann, so dass wasserreduzierende Zusatzmittel erforderlich sein können, um das Ausmaß beizubehalten.
• Die Verarbeitbarkeit darf nicht durch unkontrollierte Wasserzugabe “repariert” werden. Das erhöht das Risiko des Schrumpfens.

Wo Polypropylenfasern den größten Nutzen bringen

PP-Faser bietet den besten Wert, wenn das Problem teuer und häufig ist.

Am besten geeignete Anwendungen:

• Bodenplatten mit hohem Verdunstungsrisiko
• Beläge, Estriche, dünne Reparaturen, die schnell trocknen
• Industrieböden, bei denen es auf Stoßfestigkeit ankommt
• Spritzbeton- und Gleitschalungseinbauten, die von einer zusätzlichen Kohäsion profitieren
• hochfester Beton, bei dem die Vermeidung von Brandabplatzungen durch die Spezifikation vorgeschrieben ist

Anwendungen mit geringerer Passgenauigkeit:

• Strukturelemente, bei denen es vor allem auf die Zugfestigkeit von Stahl ankommt
• wasserdichten Tanks ohne Probevalidierung, da die Auswirkungen der Durchlässigkeit je nach Mischung variieren können

Beratung durch Experten: Wie Sie die richtige PP-Faser für Ihre Mischung auswählen

Beginnen Sie mit einer Frage: Für welches Versagen zahlen Sie heute?

Wenn es sich um frühe Risse in Platten handelt, sind Mikro-PP-Fasern normalerweise der erste Schritt.

Wenn es sich um einen Schlagschaden oder um die Leistung nach einem Riss handelt, benötigen Sie möglicherweise Makro-PP-Fasern sowie Daten aus Leistungstests.

Wenn es sich um das Risiko von Brandabplatzungen in Tunneln handelt, benötigen Sie eine feuerbeständige Spezifikation und einen Validierungspfad.

Ein praktischer Auswahl-Workflow:

• Festlegung der Einbauart (Platte, Spritzbeton, Fertigteil)
• das Rissrisiko-Fenster (plastische Phase, Trocknungsphase, Betriebslastphase) zu definieren
• auf der Grundlage dieses Fensters zwischen Mikrofaser und Makrofaser wählen
• Dosierung auf der Grundlage der technischen Anleitung festlegen, dann durch Versuche bestätigen

Ecocretefiber™ Polypropylen-Faserträger

Wenn Sie stabile Ergebnisse erzielen wollen, brauchen Sie eine stabile Faserqualität, eine stabile Dosierung und eine klare Mischanleitung.

Ecocretefiber™ ist die Fasermarke von Shandong Jianbang Chemical Fiber Co, Ltd.. Wir unterstützen Distributoren, Fertigteilwerke und Bauunternehmer mit:

• PP-Mikrofaseroptionen für die Kontrolle von Kunststoffschwund und Setzungsrissen
• PP-Makrosynthetische Optionen für Ziele der Risskontrolle, unterstützt durch den richtigen Dokumentationspfad
• Dosierungsvorschläge, die sich an den üblichen Praxisbereichen orientieren und dann in Versuchen überprüft werden
• Misch- und Veredelungsanleitung, die das Klumpenrisiko reduziert und die Oberflächenqualität schützt

Verwandte Produkte

• PP-Mikrofaser (Monofilament / Fibrilliert)
• PP Makro-Synthesefaser
• PVA-Faser für zementgebundene Verbundwerkstoffe
• Glasfaser für GRC-Anwendungen

Schlussfolgerung

Die Wirkung von Polypropylenfasern in Beton besteht hauptsächlich in der Verbesserung der Leistung in Bereichen, die auf der Baustelle Zeit und Geld kosten. Sie verringern das Risiko von Schwindrissen. Sie unterstützen die Kohäsion und verringern das Risiko von Setzungsrissen. Sie verbessern die Zähigkeit und Schlagfestigkeit in vielen Mischungen.

In dichten, hochfesten Betonen, die einem Feuer ausgesetzt sind, können PP-Fasern auch das Risiko von Explosionsabplatzungen verringern, da schmelzende Fasern Permeabilitätspfade schaffen, die den Dampfdruck abbauen.

Gleichzeitig sind PP-Fasern kein Ersatz für Baustahlbewehrung. In den Leitlinien der Industrie heißt es, dass PP-Fasern nicht als Ersatz für die Bewehrung verwendet werden sollten, die dem Moment standhält, oder um selbst eine höhere strukturelle Festigkeit zu erreichen.