Beton ist stark bei Druck. Beton ist schwach auf Zug. Risse können früh auftreten, manchmal innerhalb von Stunden nach dem Einbau. Risse können auch später unter Verkehr, Stößen oder Temperaturschwankungen wachsen. Polypropylenfasern (PP) werden verwendet, weil sie einige dieser Risiken mit einem einfachen Schritt verringern. Die Mannschaft fügt die Fasern während des Mischens hinzu. Die Fasern verteilen sich über das gesamte Volumen. Auf diese Weise entsteht eine “verteilte Bewehrung”, die die Risskontrolle und Zähigkeit bei vielen gängigen Arbeiten unterstützt.
PP-Fasern werden am häufigsten für die Kontrolle von Rissen im Frühstadium und für die Stabilität von Frischbeton verwendet. Sie werden auch bei der Brandbemessung für dichten Beton verwendet, insbesondere bei Tunnelbauten, wo PP-Fasern dazu beitragen, das Risiko explosiver Abplatzungen zu verringern.
Was sind Polypropylenfasern für Beton?
Polypropylen-Faser für Beton ist eine synthetische Faser, die der Betonmischung zugesetzt wird. Fasern können “mikro” oder “makro” sein. Die Größe verändert die Aufgabe, die die Faser erfüllen kann.
ACI definiert Mikrosynthetische Fasern als Fasern mit einem Äquivalentdurchmesser von weniger als 0,3 mm. ACI definiert makrosynthetische Fasern als Fasern mit einem Äquivalentdurchmesser von mehr als 0,3 mm. ACI weist auch darauf hin, dass Polypropylenfasern entweder mikrosynthetisch oder makrosynthetisch sein können.
Eine praktische Möglichkeit, dies vor Ort zu sehen, ist einfach:
- Mikro-PP-Faser zielt auf das Verhalten von Frischbeton ab. Es zielt hauptsächlich auf plastische Schwindrisse und plastische Setzungen ab.
- Makro-PP-Faser zielt auf das Verhalten von erhärtetem Beton ab. Es unterstützt die Zähigkeit sowie die Kontrolle der Nachrissbildung bei höheren Dosierungen.
Grund 1: Polypropylenfasern verringern die Schrumpfungsrisse im Kunststoff
Plastische Schwindrisse bilden sich bald nach dem Einbau, solange der Beton noch plastisch ist. NRMCA erklärt, dass plastische Schwindrisse wahrscheinlicher werden, wenn die Verdunstung der Oberfläche Wasser entzieht, bevor die Platte aushärtet. NRMCA weist auch darauf hin, dass die Kunstfaserbewehrung dazu beitragen kann, der Spannung zu widerstehen, während der Beton sehr schwach ist.
NRMCA empfiehlt auch, synthetische Fasern (ASTM C1116) als eine Methode zur Minimierung der plastischen Schwindungsrisse in Betracht zu ziehen.
Aus diesem Grund werden PP-Fasern häufig eingesetzt:
- Platten auf dem Boden bei heißem oder windigem Wetter
- dünne Beläge, die schnell trocknen
- Gehwege und Flächenbefestigungen mit großer Oberfläche
PP-Faser ersetzt nicht die Aushärtung. PP-Faser verringert das Risiko. Ein guter Nachbehandlungsplan entscheidet immer noch über das Endergebnis.
Grund 2: Polypropylenfasern verbessern die Kohäsion und verringern die Rissbildung bei plastischer Setzung
Viele Bauunternehmer kaufen PP-Mikrofasern aus einem bestimmten Grund. Sie wollen eine stabilere Mischung während des Einbaus.
Die Concrete Society erklärt, dass Polypropylen-Mikrofasern die Homogenität der Mischung erhöhen. Die Fasern tragen zur Stabilisierung der Bewegung von Feststoffpartikeln bei. Die Fasern blockieren die Entlüftungswasserkanäle. Dies verringert die Entlüftungskapazität, verlangsamt die Entlüftungsgeschwindigkeit und trägt zur Verringerung der plastischen Setzung bei.
Dieser Effekt ist wichtig, wenn das Mischgut empfindlich auf den Zeitpunkt der Fertigstellung reagiert. Er ist auch im Bereich der Bewehrung, der Einsätze und der Schalungsränder von Bedeutung, wo Setzungsrisse häufig auftreten. Die NRMCA nennt die Verringerung der plastischen Setzungsrisse sowie die verbesserte innere Stützung und Kohäsion als Hauptgründe für die Verwendung von Kunstfasern.
PP-Fasern werden also in Beton verwendet, wenn der Käufer dies wünscht:
- weniger Setzungsrisse um Bewehrungsstäbe
- stabilerer Oberflächenmörtel
- weniger blutungsbedingte Schwachstellen
Grund 3: Polypropylenfasern können die Zähigkeit und Schlagfestigkeit erhöhen
Einige PP-Faserprodukte konzentrieren sich auf die Zähigkeit und nicht nur auf die frühe Rissbildung. Dies ist in der Regel ein makrosynthetischer Ansatz.
NRMCA nennt als Anwendungsfall für synthetische Fasern “größere Zähigkeit und Stoßfestigkeit”.
Der ACI stellt außerdem fest, dass die Zugabe von Fasern Eigenschaften wie Schlagzähigkeit, Zähigkeit und Duktilität verbessern kann, je nach Fasermaterial, Geometrie und Zugabemenge.
Dieser Wert ist praktisch in:
- Lagerböden mit Gabelstaplerverkehr
- Platten, die Falllasten ausgesetzt sind
- Beläge mit harten Radlasten
- Fertigteile, die bei der Handhabung splittern
Ein Käufer sollte seine Erwartungen an den Fasertyp anpassen. Mikro-PP-Fasern haben nach Angaben der Concrete Society in vielen Mischungen eine begrenzte Duktilität nach dem Riss.
Makro-PP-Fasern können auf die Risskontrolle abzielen, aber sie erfordern die richtige Dosierung und eine Testdokumentation.
Grund 4: Polypropylenfaser unterstützt schwierige Platzierungsmethoden
Manche Betoneinbauten scheitern, weil die Mischung bei der Anlieferung nicht “zusammenhält”. Manche Einbauten scheitern, weil die Mannschaft steile Hänge, dünne Abschnitte oder Sprühaufträge benötigt.
NRMCA nennt interne Unterstützung und Kohäsion als Grund für die Verwendung von Kunstfasern. NRMCA hebt die Verwendung bei steilen Gefällen, Spritzbeton und gleitenden Einbauten hervor.
Dies ist keine Marketingtheorie. Dies ist ein Vorteil für den Arbeitsablauf vor Ort. Die Faserverstärkung kann unter bestimmten Bedingungen das Entmischungsrisiko verringern. Außerdem kann sie das Mischgut nachsichtiger machen, wenn es schnell eingebaut werden muss.
Gängige Beispiele sind:
- Spritzbetonsanierungsarbeiten
- Hangsicherung
- Gleitschalungspflaster
- dünne Schichten
Grund 5: Polypropylenfasern verringern das Risiko explosiver Abplatzungen im Brandfall
Dies ist einer der wichtigsten Gründe für die Verwendung von PP-Fasern, gilt aber vor allem für dichten Beton.
Bei einem Brand verwandelt sich die Feuchtigkeit im Beton in Wasserdampf. In Beton mit geringer Durchlässigkeit kann sich Dampfdruck aufbauen. Dies kann zu Abplatzungen führen. In einem technischen Dokument über PP-Fasern heißt es, dass die Verwendung von Polypropylenfasern zur Verhinderung von explosionsartigen Abplatzungen in vielen Teilen der Welt zur gängigen Praxis wird, wobei der Tunnelbau eine wichtige Rolle spielt.
In der Fachliteratur wird auch berichtet, dass die Zugabe von PP-Fasern vielversprechende Ergebnisse bei der Verringerung von Abplatzungen bei Brandeinwirkung liefert.
Der Mechanismus ist in einfachen Worten erklärt. Wenn die Temperatur steigt, schmelzen die PP-Fasern. Dadurch können verbundene Wege für das Entweichen von Dampf geschaffen werden. Dadurch wird der Aufbau von Porendruck verringert. In dem Übersichtsartikel wird erörtert, wie PP-Fasern den Porendruck verringern und wie die Durchlässigkeit in Fasermischungen mit der Temperatur rasch zunimmt.
Aus diesem Grund enthalten viele Spezifikationen PP-Mikrofasern für:
- Tunnelverkleidungen
- Hochleistungsbetonelemente mit Brandschutzanforderungen
- dichte Mischungen, bei denen die Gefahr des Abplatzens bekannt ist
Typische Dosierung: was Käufer in realen Projekten verwenden
Die Dosierung hängt von der Fasergröße und dem angestrebten Nutzen ab.
Mikro-PP-Faser für die Kontrolle von Rissen im Frischbeton
Die Concrete Society stellt fest, dass Polypropylen-Mikrofasern normalerweise bei etwa 0,9 kg/m³. Außerdem wird erklärt, dass ihre Hauptaufgabe darin besteht, die Frischbetoneigenschaften zu verändern, wie z. B. die Kontrolle von Entlüftungskanälen und die Reduzierung plastischer Setzungen.
ACI nennt einen typischen Bereich für mikrosynthetische Fasern von 0,05% bis 0,2% nach Volumen. ACI bietet auch einen äquivalenten Massenbereich von 0,44 bis 1,8 kg/m³ für mikrosynthetische Fasern.
Makro-PP-Faser für Zähigkeit und Nachrisskontrolle
Laut NRMCA sind makrosynthetische Fasern dicker und werden mit einer höheren Dosierung von etwa 5 lb/yd³, die etwa 3,0 kg/m³.
ACI nennt typische Dosierungen für makrosynthetische Fasern von 0,2% bis 1% nach Volumen, sowie einen äquivalenten Massenbereich von 1,8 bis 9 kg/m³.
Ein guter Käufer rät nicht bei der Dosierung. Ein guter Käufer verknüpft die Dosierung mit dem Problem und überprüft sie dann durch Probeausgüsse oder Leistungstests.
Wofür sollten Polypropylenfasern nicht verwendet werden?
PP-Fasern sind kein Ersatz für jedes Verstärkungssystem. Einkäufer brauchen diese Klarheit, bevor sie eine Spezifikation schreiben.
NRMCA listet Punkte auf, für die keine synthetischen Fasern verwendet werden dürfen. Dazu gehört der Ersatz jeglicher schwingungsarmer oder struktureller Stahlbewehrung. NRMCA sagt auch, dass synthetische Fasern nicht für die Entwicklung einer höheren strukturellen Druck- oder Biegefestigkeit verwendet werden sollten.
Die richtige Botschaft ist also direkt:
- PP-Fasern tragen zur Risskontrolle und zur Zähigkeit bei.
- Bewehrungsstäbe tragen in den meisten Bauteilen immer noch strukturelle Spannungen.
- Ein Plattenentwurf erfordert immer noch die richtige Dicke, den richtigen Unterbau und einen Fugenplan.
Polypropylenfasern im Vergleich zu anderen Fasern: warum PP oft die erste Wahl ist
Einige Projekte benötigen eine Faser mit hoher Steifigkeit und höherem Zugmodul für die Lastübertragung. Bei einigen Projekten muss die Brandabplatzung eingedämmt werden. Einige Projekte benötigen eine frühzeitige Risskontrolle zu geringen Kosten.
Im Faserhandbuch von Sika heißt es, dass Polypropylen das am häufigsten verwendete Material ist, wenn es darum geht, das Schwinden des Kunststoffs und die Setzungsrisse zu verringern. Sika begründet dies mit der Verfügbarkeit und der wirtschaftlichen Tragfähigkeit. Im gleichen Handbuch wird darauf hingewiesen, dass für den Brandschutz und die Verringerung von Abplatzungen Fasern mit einem niedrigen Schmelzpunkt, wie Polypropylen oder PVA, erforderlich sind.
Das ergibt eine saubere Kauflogik:
- Wählen Sie PP-Mikrofaser wenn das Hauptziel die frühe Risskontrolle und die Stabilität des frischen Mischguts ist.
- Wählen Sie PP-Makrofaser wenn das Hauptziel die Zähigkeit oder die Kontrolle der Rissbildung in Platten ist. Verwenden Sie Dokumentation und Tests.
- Wählen Sie PP-Mikrofaser für Entschärfung von Brandabplatzungen in dichten Mischungen, wenn die Konstruktion dies erfordert.
Expertenrat: Wie man PP-Fasern mit weniger Problemen vor Ort spezifiziert
Die meisten “Faserprobleme” sind keine Faserprobleme. Sie sind Prozessprobleme. Die Lösung ist ein einfacher Arbeitsablauf.
- Definieren Sie das Versagen, das Sie reduzieren wollen: Kunststoffschwund, Setzungen, Stöße oder Brandabplatzungen.
- Wählen Sie anhand klarer Definitionen zwischen Mikro und Makro. ACI gibt den Grenzwert von 0,3 mm an.
- Legen Sie eine Dosierung fest, die dem Ziel entspricht. Verwenden Sie anerkannte Orientierungsbereiche.
- Kontrollierte Dispersion. Eine kontrollierte Zugabemethode anwenden. Verlängern Sie die Mischzeit, falls erforderlich. Der ACI betont die Notwendigkeit von Mischtechniken, die eine gleichmäßige Mischung ergeben.
- Strenge Nachbehandlung. Fasern verringern das Risiko, aber das Aushärten verhindert immer noch Trockenstress.
Ecocretefiber™ | Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd.
Ecocretefiber™ unterstützt zunächst die Projektabstimmung. Wir helfen unseren Kunden bei der Auswahl von PP-Mikrofasern oder PP-Makrofasern auf der Grundlage der tatsächlichen Ziele vor Ort. Anschließend unterstützen wir sie mit Dosierungsvorschlägen, Mischungsanleitungen und einer Dokumentation für den Vertrieb oder die Ausschreibung.
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Schlussfolgerung
Polypropylenfasern werden in Beton verwendet, weil sie häufige, kostspielige Probleme mit einer einfachen Änderung bei der Dosierung lösen können. Sie verringern die Rissbildung durch plastisches Schwinden, während der Beton noch schwach ist.
Es verbessert die Kohäsion und trägt zur Verringerung der plastischen Setzungsrisse bei, indem es die Feststoffe stabilisiert und die Ausflusskanäle blockiert.
Sie kann die Zähigkeit und Schlagfestigkeit verbessern, wenn Art und Dosierung der Fasern auf dieses Ziel ausgerichtet sind.
Es wird auch häufig verwendet, um das Risiko von explosiven Abplatzungen bei Bränden von dichtem Beton zu verringern, insbesondere bei Tunnelanwendungen.
Um optimale Ergebnisse zu erzielen, sollte der Käufer den Fasertyp auf die Aufgabe abstimmen, die Dosierung mit glaubwürdiger Anleitung festlegen und dann das Mischen und Aushärten vor Ort kontrollieren.
