“Das ”Beste" hängt vom konkreten Problem ab, und das Problem muss an erster Stelle stehen
Ein Bauunternehmer fragt oft: “Was ist die beste Faser für Beton?” Auch ein Verfasser von Spezifikationen stellt diese Frage. Ein Einkäufer möchte eine Antwort, weil er schnell und eindeutig sein muss.
Ein Team erzielt immer noch bessere Ergebnisse, wenn es zuerst eine kleine Frage stellt. Das Team sollte fragen: “Welches Problem müssen wir verringern?” Ein Team für Platten braucht vielleicht weniger frühe Oberflächenrisse. Ein Tunnelteam braucht vielleicht weniger Abplatzungen im Brandfall. Ein Fertigteilteam braucht vielleicht stärkere Kanten und weniger Abplatzungen. Ein Pflasterteam benötigt vielleicht eine höhere Zähigkeit bei wiederholten Radlasten.
Die meisten modernen Faserleitfäden gehen von demselben Ausgangspunkt aus. Ein Team sollte trennen Mikrofasern und Makrofasern. ACI 544.3R definiert mikrosynthetische Fasern als Fasern mit einem Durchmesser von weniger als 0,3 mm (oder gleichwertig) und makrosynthetische Fasern als Fasern mit einem Durchmesser von mehr als 0,3 mm, und ACI gibt an, dass Polypropylenfasern entweder mikrosynthetisch oder makrosynthetisch sein können.
Diese Aufteilung ist hilfreich, weil Mikrofasern und Makrofasern unterschiedliche Aufgaben im Beton erfüllen. Mikrofasern helfen hauptsächlich in den ersten Stunden nach dem Einbau. Makrofasern helfen vor allem nach Beginn der Rissbildung, sie tragen die Last und kontrollieren die Rissöffnung.
Mikrofasern: die “beste” Wahl für frühe Risse in frischem Beton
Eine frische Platte kann reißen, noch bevor sie die endgültige Aushärtung erreicht. Eine Platte kann reißen, wenn Wind und Hitze Wasser von der Oberfläche ziehen. Eine Platte kann auch rissig werden, wenn sich der Beton um Bewehrungsstäbe und große Zuschlagstoffe herum absetzt. Dies sind Risse im Frühstadium, die bei Flachbauten häufig auftreten.
Viele Teams wählen Mikro-Polypropylen (PP)-Fasern aus diesem Grund. NRMCA beschreibt synthetische Fasern als Materialien, die zur Überbrückung und Ausbreitung von Rissen beitragen können, und stellt einen Zusammenhang zwischen dem Nutzen und der Rissbildung aufgrund von Schrumpfung, Temperatur und Biegung her.
Ein Netz aus Mikro-PP-Fasern funktioniert gut, weil sich die Fasern in der Paste ausbreiten und dazu beitragen, die Mischung zusammenzuhalten, während der Beton noch schwach ist. Mikro-PP-Fasern passen auch zu den Gegebenheiten auf der Baustelle, da sie bei den meisten Arbeiten ohne Änderung des Bewehrungsplans hinzugefügt werden können.
Wenn Ihr Hauptproblem die Schrumpfungsrisse im Kunststoff sind, sind Mikro-PP-Fasern oft die beste erste Wahl. Dies ist auch der Grund, warum Mikro-PP-Fasern in vielen Platten und Belägen für den Wohn- und Geschäftsbereich verwendet werden.
Makrofasern: die “beste” Wahl, wenn Sie Leistung nach dem Riss benötigen
Ein anderes Problem beginnt, wenn der Beton Risse bekommt. Eine Platte kann durch Rad- und Regallasten und Fugenbewegungen Risse bekommen. Ein Straßenbelag kann bei wiederholter Belastung reißen. Spritzbeton kann durch Bodenbewegungen reißen. Für diese Probleme sind Zähigkeit und Restfestigkeit nach der ersten Rissbildung erforderlich.
Makrofasern zielen auf diesen Bedarf ab. Im Sika-Handbuch für faserverstärkten Beton heißt es, dass zu den gängigen Fasermaterialien Stahl und Polyolefinfasern wie Polypropylen gehören, und es wird betont, dass die Leistung aus dem Verbundverhalten und nicht nur aus einer einzelnen Fasereigenschaft resultiert.
Konstrukteure überprüfen den Beitrag der Makrofasern häufig mit Biegeversuchen. Die ASTM C1609 besagt, dass die Prüfung die Biegeeigenschaften von faserverstärktem Beton anhand von Parametern aus der Last-Durchbiegungskurve eines Trägers bewertet, der unter Dreipunktbelastung geprüft wurde.
Wenn Ihr Hauptanliegen die Tragfähigkeit nach dem Riss ist, sind Makrofasern oft am besten geeignet, und die Testdaten müssen mit dem Konstruktionsziel übereinstimmen. Makro-PP-Fasern können eine gute Wahl sein, wenn das Korrosionsrisiko hoch ist und wenn es auf eine einfache Handhabung ankommt, und Stahlfasern können eine gute Wahl sein, wenn sehr hohe Restfestigkeiten erforderlich sind.
Stahlfasern: die “beste” Wahl, wenn eine hohe Restfestigkeit im Vordergrund steht
Stahlfasern haben eine lange Tradition in faserverstärktem Beton. Stahlfasern können eine hohe Überbrückungsfestigkeit bieten, da Stahl eine hohe Zugfestigkeit und Steifigkeit aufweist. Stahlfasern bieten auch klare Standardrahmen für Produkttypen und Klassifizierung.
Die ASTM A820 legt fest, dass die Spezifikation Mindestanforderungen an Stahlfasern für faserverstärkten Beton enthält, und definiert Stahlfasertypen wie kaltgezogenen Draht, geschnittenes Blech und schmelzextrahierte Fasern.
Einige Projekte entscheiden sich für Stahlfasern, weil die Konstrukteure damit hohe Restfestigkeitsklassen erreichen können, und weil die Konstrukteure sie in bodengestützten Platten, Tunnelauskleidungen und Industriebelägen einsetzen können. Einige Projekte entscheiden sich auch deshalb für Stahlfasern, weil Stahlfasern in einigen Plattensystemen Matten reduzieren oder ersetzen können, wenn die Entwurfsmethode dies unterstützt.
Stahlfasern haben immer noch ihre Tücken. Stahlfasern können unter bestimmten Expositionsbedingungen korrodieren. Einige Teams möchten auch vermeiden, dass Stahlfasern bei bestimmten Oberflächenbehandlungen an der Oberfläche hervorstehen. Diese Kompromisse machen Stahlfasern nicht “schlecht”. Diese Kompromisse bedeuten nur, dass die Auftragsbedingungen darüber entscheiden, ob Stahlfasern die beste Wahl sind.
Polypropylen (PP)-Fasern: oft die “beste” Wahl, wenn es um Haltbarkeit, geringes Korrosionsrisiko und einfache Handhabung geht
Viele Teams entscheiden sich für Polypropylenfasern, weil Polypropylen ein beständiges Polymer in der Betonumgebung ist und nicht rostet. Die ASTM C1116 enthält einen Hinweis darauf, dass Fasern wie Polyolefine, einschließlich Polypropylen, in Beton nachweislich haltbar sind.
PP-Fasern werden auch in Mikro- und Makrokategorien unterteilt, und diese Unterteilung entspricht den wichtigsten Anwendungsfällen.
- Mikro-PP-Fasern zielen oft auf frühzeitige Rissbildung und Oberflächenintegrität ab. ACI 544.3R definiert mikrosynthetische Fasern mit der 0,3 mm Linie.
- Makro-PP-Fasern zielen oft auf die Festigkeit und Zähigkeit nach dem Riss ab, und die Teams bewerten diesen Effekt oft mit Tests wie ASTM C1609.
PP-Fasern können in bestimmten Fällen auch das Brandverhalten unterstützen. Bei einigen Tunnelprojekten und Hochleistungsbetonprojekten werden PP-Mikrofasern verwendet, um das Risiko von explosionsbedingten Abplatzungen zu verringern. In einer Übersichtsarbeit über das Risiko von Abplatzungen heißt es, dass die Zugabe von PP-Fasern zum Beton das Risiko von Abplatzungen aufgrund von Feuer verringern kann.
In einem technischen Dokument über die Widerstandsfähigkeit gegen explosive Abplatzungen heißt es, dass die Verwendung von Polypropylenfasern zur Verhinderung explosiver Abplatzungen im Brandfall in vielen Teilen der Welt, insbesondere im Tunnelbau, gängige Praxis ist.
Wenn Ihr Auftrag Risskontrolle, Haltbarkeit und geringe Korrosionsprobleme erfordert, sind PP-Fasern oft die beste Allround-Option. Die genaue Antwort hängt immer noch davon ab, ob Sie Mikroverhalten oder Makroverhalten benötigen.
Glasfasern: die “beste” Wahl für GFK und dünne Platten, die eine Zugverstärkung benötigen
Bei einigen Projekten werden Fasern nicht hauptsächlich für Risse in der Decke verwendet. Bei einigen Projekten werden Fasern zur Herstellung dünner Betonplatten und architektonischer Formen verwendet. Glasfaserverstärkter Beton (GFRC) ist ein gutes Beispiel dafür.
AR-Glasfasern sind für die alkalische Zementumgebung konzipiert. Concrete Network gibt an, dass die Alkalibeständigkeit von AR-Glasfasern durch den Zusatz von Zirkoniumdioxid erreicht wird, und weist darauf hin, dass die besten Fasern einen Zirkoniumdioxidgehalt von 19% oder mehr aufweisen.
Eine praktische GFK-Referenz besagt auch, dass AR-Glasfaser die primäre Verstärkung in GFK ist.
Wenn Ihr Auftrag GFK-Platten und dünne Schalen umfasst, AR-Glasfaser ist oft die beste Wahl für Fasern. Ein Team sollte die Faserlänge und die Dispersionsmethode auf den GFK-Prozess und das Mischungsdesign abstimmen.
Basaltfasern: die “beste” Wahl, wenn Haltbarkeit und chemische Beständigkeit wichtig sind und wenn die Konstruktion Änderungen der Verarbeitbarkeit zulässt
Basalt-Fasern sind Mineralfasern, die die Zähigkeit, die Risskontrolle und einige Dauerhaftigkeitsindikatoren verbessern können. Basaltfasern finden auch in Diskussionen über die Exposition gegenüber Wasser und Industrie Beachtung.
In einer Übersicht über basaltfaserverstärkten Beton werden die Vorteile von Basaltfasern wie hoher Elastizitätsmodul, hohe Bruchfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und gute Frostbeständigkeit beschrieben.
In einem PMC-Bericht über basaltfaserverstärkten Beton heißt es, dass basaltfaserverstärkter Beton Vorteile wie eine hohe Zugfestigkeit und einen hohen Elastizitätsmodul sowie eine höhere Säurebeständigkeit bieten kann. Es wird aber auch auf Nachteile wie geringere Fließeigenschaften und einen höheren Preis im Vergleich zu einigen Alternativen hingewiesen.
Wenn Ihr Auftrag einer aggressiven Belastung ausgesetzt ist und Sie zusätzliche Risskontrolle und Haltbarkeit benötigen, können Basaltfasern in der richtigen Mischung die beste Wahl sein. Ein Team sollte dennoch Probeläufe durchführen, da Änderungen der Verarbeitbarkeit den Erfolg der Platzierung beeinflussen können.
PVA-Fasern und ECC: die “beste” Wahl, wenn extreme Duktilität und geringe Rissbreiten das Ziel sind
Bei manchen Projekten geht es um mehr als “weniger Rissbildung”. Manche Projekte benötigen ein Material, das sich unter Spannung dehnen kann und dennoch die Last trägt und die Rissbreiten kontrolliert. Engineered Cementitious Composites (ECC) ist ein wichtiges Beispiel dafür, und PVA-Fasern sind in ECC-Systemen üblich.
Frontiers beschreibt ECC als ultra-duktile faserverstärkte zementartige Verbundwerkstoffe und stellt eine Verbindung zwischen dem Zugverfestigungsverhalten von ECC und der Mikromechanik zwischen Faser und Matrix und der Grenzfläche her.
In einem PMC-Papier über die Dauerhaftigkeit von ECC wird auch darauf hingewiesen, dass ECC aufgrund seiner Zugverfestigungs- und Mehrfachrisseigenschaften immer mehr Beachtung findet, und es wird erwähnt, dass die Kosten für PVA-Fasern die breite Anwendung einschränken können.
Wenn Ihr Ziel eine hohe Duktilität und eine enge Risskontrolle für die Elastizität ist, können PVA-Fasern in ECC-Systemen die beste Wahl sein. Ein Team sollte mit höheren Materialkosten und mehr Anforderungen an die Mischungskontrolle rechnen.
Wie Normen und Designleitfäden Ihnen helfen, die “beste” Faser auszuwählen, ohne zu raten
Ein Käufer kann die Auswahl von Fasern vereinfachen, wenn er seine Wahl an Standardsprache und Standardtestdaten knüpft.
1) Verwenden Sie die Mikro- und Makroaufteilung für synthetische Fasern
ACI 544.3R gibt die 0,3 mm Teilung für mikrosynthetische und makrosynthetische Fasern an.
Diese Aufteilung ist hilfreich, weil sie direkt mit der Funktion verknüpft ist, und sie hilft einem Team, den Kauf einer Mikrofaser für eine Makroaufgabe zu vermeiden.
2) Verwenden Sie die Sprache der Haltbarkeit für synthetische Fasern
Die ASTM C1116 verlangt einen Nachweis über die Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und Alkalien im Zementstein und gegen die Einwirkung von Zusatzmitteln und stellt fest, dass Polyolefine wie Polypropylen sich in Beton als dauerhaft erwiesen haben.
Dieser Punkt ist wichtig, wenn eine Projektdatei eine saubere Übereinstimmungslinie benötigt.
3) Restfestigkeitsprüfung für Makroleistung verwenden
ASTM C1609 definiert die Bewertung des Biegeverhaltens anhand der Last-Durchbiegungskurve.
Der Käufer sollte nach dem Prüfverfahren und den angegebenen Restwerten fragen und diese Werte mit dem verwendeten Konstruktionsleitfaden abgleichen.
4) Verwendung eindeutiger Produkttypnormen für Stahlfasern
ASTM A820 definiert Stahlfasertypen und grundlegende Anforderungen.
Dadurch erhalten die Einkäufer ein gemeinsames Vokabular für die Beschaffung.
5) Verwenden Sie EN-basierte Erklärungen, wenn das Projekt EN-Praktiken verwendet
In einem Leitfaden aus Singapur heißt es, dass die Fasern der EN 14889-1 für Stahlfasern und der EN 14889-2 für Polymerfasern entsprechen müssen, und dass die Auslegung von faserverstärktem Beton an die Restfestigkeitsklassen gebunden ist.
In einem technischen Vermerk, der die EN 14889-2 erläutert, heißt es außerdem, dass der Hersteller das Faservolumen angibt, das die angegebene Restbiegefestigkeit bei den CMOD-Werten im EN-Prüfrahmen erreicht.
Diese Werkzeuge ersetzen nicht das technische Urteilsvermögen. Diese Werkzeuge verringern die Verwirrung und machen Anbietervergleiche fair.
Eine praktische “beste Faser”-Karte nach Anwendung
Ein Team kann diese Karte als schnelle Entscheidungshilfe verwenden.
Bodenplatten und Lagerböden
Ein Team wünscht sich oft weniger frühe Risse und eine bessere Betriebsleistung unter Verkehr. Mikro-PP-Fasern eignen sich oft für die Kontrolle von Frührissen, Makrofasern für die Anforderungen nach dem Riss. ACI definiert Mikro- und Makro-Kunstfasergruppen, und PP-Fasern können in beiden Gruppen enthalten sein.
Ein Team kann sich für Makro-PP-Fasern entscheiden, wenn es um Korrosion und Handhabung geht, und ein Team kann Stahlfasern wählen, wenn die Konstruktion eine höhere Restfestigkeit und Steifigkeit erfordert.
Tunnel und Gefahr von Brandabplatzungen
Ein Team verwendet häufig PP-Mikrofasern, um Abplatzungen in Hochleistungsbeton zu verhindern. In einem Übersichtsartikel wird bestätigt, dass PP-Fasern das Risiko von Abplatzungen durch Feuer verringern können, und in einem technischen Artikel wird darauf hingewiesen, dass diese Praxis im Tunnelbau üblich geworden ist.
Architektonische Platten und dünne Produkte
Ein Team verwendet häufig AR-Glasfasern für GFRC. AR-Glasfasern sind für alkalischen Beton konzipiert, und der Zirkoniumdioxidgehalt unterstützt die Alkalibeständigkeit.
Exposition und Dauerhaftigkeit in der Schifffahrt und Industrie
Ein Team kann Basaltfasern in Betracht ziehen, wenn es auf chemische Beständigkeit und Zähigkeit ankommt, und das Team sollte auch Prüfungen der Verarbeitbarkeit einplanen.
Erdbeben- und Stoßbelastbarkeit und enge Rissbreitenkontrolle
Ein Team kann PVA-Fasern in ECC-artigen Systemen in Betracht ziehen, wenn Duktilität und Mehrfachrissverhalten die wichtigsten Ziele sind, und das Team sollte höhere Kosten und eine strengere Mischungskontrolle einplanen.
Wo Ecocretefiber™ passt, wenn Sie ein “bestes” Ergebnis wollen, das auch einfach zu bauen ist
Ecocretefiber™ konzentriert sich auf Lösungen mit Polypropylenfasern für Beton, und unsere Produkte passen in den Mikro- und Makrorahmen, den die Fachleute bereits verwenden. ACI 544.3R gibt die 0,3 mm Teilung an und besagt, dass Polypropylenfasern mikrosynthetisch oder makrosynthetisch sein können.
Die ASTM C1116 stellt fest, dass Polyolefine wie Polypropylen in Beton nachweislich beständig sind, was das langfristige Vertrauen in die Verwendung von PP-Fasern stärkt.
ASTM C1609 gibt einen Standardpfad vor, um die Biegefestigkeit von Makrofasern anhand der Last-Durchbiegungskurve zu überprüfen.
Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. unterstützt die Einkäufer mit einer stabilen Versorgung, einer einheitlichen Fasergeometrie und einer klaren Dokumentation. Der Einkäufer kann dann die Faserauswahl auf den Auftrag abstimmen und eine wiederholbare Spezifikation erstellen, die über mehrere Gießvorgänge hinweg funktioniert.
Schlussfolgerung
Es gibt nicht die eine beste Faser für jeden Beton. Die beste Faser entspricht dem Problem, der Spezifikation und der Einbaumethode. Mikrofasern eignen sich oft am besten für die Risskontrolle im Frühstadium, während Makrofasern oft am besten für die Festigkeit und Zähigkeit nach dem Riss sind. ACI 544.3R legt eine einfache Unterteilung in Mikro- und Makrofasern bei 0,3 mm fest und besagt, dass Polypropylenfasern zu beiden Gruppen gehören können.
Stahlfasern eignen sich am besten, wenn es auf eine sehr hohe Restfestigkeit ankommt, und die ASTM A820 gibt einen Standardrahmen für Stahlfasertypen vor.
PP-Fasern sind oft am besten geeignet, wenn es auf Haltbarkeit, geringes Korrosionsrisiko und einfache Handhabung ankommt, und die ASTM C1116 bezeichnet Polyolefine wie Polypropylen als haltbar in Beton.
AR-Glasfasern eignen sich oft am besten für GFK, und der Zirkoniumdioxidanteil unterstützt die Alkalibeständigkeit.
Basaltfasern und PVA-Fasern eignen sich am besten für spezielle Fälle, in denen die Haltbarkeit oder Duktilität das Design bestimmen.
Wenn Sie sich für eine praktische Faser entscheiden möchten, die den gängigen Spezifikationen und den realen Arbeitsabläufen auf der Baustelle entspricht, kann Ecocretefiber™ von Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. Ihren Bedarf an Mikro- und Makro-Polypropylenfasern decken.
