Polyesterfasern können dazu beitragen, dass eine Betonmischung Risse überbrückt und bei Verformung des Materials ihre gewünschten Eigenschaften beibehält. Ihre Wirkung hängt von der Faserqualität, der Form, der Menge, der Verteilung und der Haftung an der Zementmatrix ab. Für Bauunternehmer und Hersteller stellt sich die wichtige Frage, welche messbaren Eigenschaften die fertige Mischung aufweisen muss.
Bei Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. liefern wir Ecocretefiber™-Bewehrungsfasern und unterstützen unsere Kunden dabei, Materialien für ihre jeweilige Anwendung zu vergleichen. Dieser Leitfaden erläutert die potenziellen Vorteile von Polyesterfasern in Zementbeton, wie deren Dosierung festgelegt wird und was beim Mischen und bei der Prüfung zu beachten ist. Außerdem wird die langfristige Alkalieinwirkung behandelt, die eine Rolle spielt, wenn Polyester in ein zementartiges Material eingebettet wird.
Was ist Polyesterfaser für Beton?
Unter Polyesterfaser versteht man in diesem Zusammenhang üblicherweise Polyethylenterephthalat (PET). Sie kann in Form von fein geschnittenen Filamenten, größeren technischen Verstärkungsfasern oder als verarbeitetes Recyclingmaterial hergestellt werden. Diese Formen weisen unterschiedliche Abmessungen, Oberflächen und mechanische Eigenschaften auf. Eine aus einer PET-Flasche geschnittene Faser sollte nicht als dasselbe Produkt betrachtet werden wie ein speziell hergestelltes Filament mit kontrollierter Qualität.
Polyester und Polypropylen sind ebenfalls unterschiedliche Polymere. Daten zu PET-Fasern von Avient gibt für seine aufgeführten PET-Sorten ein spezifisches Gewicht von etwa 1,38 an. Das entspricht etwa 1380 kg/m³ und liegt damit über der Dichte von Wasser. PET ist zwar wesentlich leichter als Stahl, doch macht ein geringer Faserzusatz gewöhnlichen Beton nicht automatisch zu Leichtbeton. Die Dichte des Betons wird durch die Anteile von Zuschlagstoffen, Luft, Zementleim und die Gesamtmischungsverhältnisse bestimmt.
Vergleichen Sie die Zugfestigkeit, Steifigkeit, Dehnung, Geometrie und die Verbundfestigkeit der Fasern. Die Angabe einer hohen Zugfestigkeit allein rechtfertigt nicht die Behauptung, dass PET Bewehrungsstäbe ersetzen kann. Verteilte Fasern und durchgehende Stahlbewehrung verhalten sich unterschiedlich, und ein Ersatz erfordert eine genehmigte Tragwerksplanung sowie geeignete Leistungsdaten für den Verbundwerkstoff.
Welche Vorteile bietet Polyesterfaser?
Rissüberbrückung und Zugverhalten
Fasern, die einen sich bildenden Riss durchqueren, können Spannungen zwischen dessen Flanken übertragen. Je nach System kann dies die Rissöffnung begrenzen oder die Ausbreitung der Schäden verändern. Feine Filamente und größere Bewehrungsfasern erfüllen nicht unbedingt dieselbe Funktion. Stellen Sie fest, ob das Projekt auf frühe Schwindrisse, das Zugverhalten in ausgehärtetem Beton oder die Resttragfähigkeit nach der Bildung eines Biegerisses abzielt.
Wählen Sie einen Prüfversuch, der diesem Ziel entspricht. Ein Ergebnis der Spaltzugfestigkeit, ein Ergebnis der eingeschränkten Schwindung und ein Ergebnis der Restbiegefestigkeit beschreiben unterschiedliche Verhaltensweisen. Keines dieser Ergebnisse sollte als allgemeiner prozentualer Anstieg der “Rissbeständigkeit” dargestellt werden. Die Faserausrichtung, die Einbettungstiefe und die Dispersion können das Ergebnis beeinflussen.
Zähigkeit und Schlagverhalten
Durch Faserausreißen, Dehnung und Ablösung kann ein gerissener Probekörper möglicherweise zusätzliche Energie aufnehmen. Daher sind Zähigkeit und Schlagverhalten wichtige Untersuchungsbereiche bei einem PET-Versuch. Ein Werkstoff kann gegenüber Rissen widerstandsfähiger werden, ohne dass sich seine Erstbruchfestigkeit wesentlich erhöht.
Führen Sie einen repräsentativen Schlag- oder Dauerbelastungstest durch, wenn diese Eigenschaften von Bedeutung sind. Halten Sie die Probe, die Auflagerung, das Belastungsverfahren, das Alter und das Versagenskriterium fest. Ein statischer Biegeversuch kann nicht jede Behauptung hinsichtlich Schlagfestigkeit oder Ermüdung belegen. Bei tragenden oder dauerbelasteten Anwendungen müssen bei der Auslegung auch Kriechen und die langfristige Rissöffnung berücksichtigt werden.
Wasseraufnahme und Widerstandsfähigkeit gegen das Eindringen von Wasser
Durch Risskontrolle lassen sich möglicherweise bestimmte Wege des Wasserflusses einschränken. In einer veröffentlichten Studie, in der Stahl, Polyester, Polypropylen und Normalbeton verglichen wurden, zeigte sich, dass die Polyester-Reihe unter den untersuchten Mischungen die geringste Kapillarabsorption aufwies. Dies ist jedoch ein Ergebnis, das sich auf diese Materialien und Mischungsverhältnisse bezieht, und stellt keine Garantie für alle PET-Mischungen dar. Siehe den Forschungsbericht der Forscher.
Die Zugabe von Fasern kann zudem die Verarbeitbarkeit beeinträchtigen oder zu Mängeln führen, wenn die Mischung nicht ausreichend verdichtet ist. Prüfen Sie die für das Projekt tatsächlich erforderlichen wasserbezogenen Eigenschaften. Wasseraufnahme, Wasserdurchdringung unter Druck und Chloridtransport sind unterschiedliche Messgrößen. Beachten Sie die vorgeschriebenen Fugen, Dichtbänder, Überdeckungen, Nachbehandlungs- und Abdichtungsmaßnahmen.
Frost-Tau-Verhalten
PET kann als Bestandteil einer Betonmischung geprüft werden, die für den Einsatz unter Kälteeinwirkung vorgesehen ist. Das Ergebnis hängt von der Sättigung, dem Zuschlagstoff, dem Luftporengefüge, der Nachbehandlung und dem Zustand der Faser-Matrix ab. Das Vorhandensein von Fasern garantiert keine Frostbeständigkeit und ersetzt auch nicht die vorgeschriebene Luftporenbildung.
Wenden Sie das festgelegte Frost-Tau-Verfahren und dessen Abnahmegrenzen an. Überprüfen Sie den Frischluftanteil und die relevanten Eigenschaften des ausgehärteten Betons vor und nach der Einwirkung. Die Anzahl der Laborzyklen sollte nicht in eine zugesicherte Anzahl von Wintern umgerechnet werden. Unterscheiden Sie außerdem zwischen der Beständigkeit gegen wiederholtes Einfrieren im Einsatz und dem Schutz von frisch eingebrachtem Beton bei kaltem Wetter.
Druckfestigkeit
Die Druckfestigkeit ist nach wie vor eine von der Matrix bestimmte Eigenschaft. Veränderungen des Wasser-Bindemittel-Verhältnisses, des Luftgehalts, der Verdichtung und der Aushärtung können den Effekt einer geringen PET-Zugabe überwiegen. Ein Versuch kann eine Zunahme, eine geringe Veränderung oder eine Abnahme der gemessenen Druckfestigkeit ergeben. Gehen Sie nicht davon aus, dass die Zugabe von mehr Polyester die Betonfestigkeitsklasse erhöht.
Kompression und Verhalten nach Rissbildung sollten als separate Abnahmeanforderungen behandelt werden. Dadurch wird vermieden, dass eine Mischung allein aufgrund der Tatsache, dass ihre Würfel oder Zylinder eine Festigkeitsprüfung bestanden haben, hinsichtlich ihrer Resttragfähigkeit abgenommen wird.
Warum die Alkalibeständigkeit eigene Nachweise erfordert
PET rostet nicht wie Kohlenstoffstahl. Sein Langzeitverhalten in Zement muss dennoch untersucht werden, da Polyester einer alkalischen Hydrolyse unterliegen kann. Die Intensität der Einwirkung, die Temperatur, die Feuchtigkeit, die Faserverarbeitung, die Oberflächenbehandlung und die Dauer beeinflussen das Ergebnis.
Im Rahmen einer Studie zu recycelten PET-Fasern in Portlandzement-Werkstoffen wurde Mörtel über einen Zeitraum von 164 Tagen getestet. Dabei wurde kein signifikanter Einfluss auf die Festigkeit oder den Elastizitätsmodul festgestellt, während die Zähigkeitskennwerte im Laufe der Zeit mit dem Abbau des PET abnahmen. Diese Ergebnisse zeigen, warum die Frühfestigkeit allein nicht ausreicht, um die langfristige Eignung von Fasern zu beurteilen. Lesen Sie die Originalstudie zur Haltbarkeit von PET.
Eine separate Untersuchung aus dem Jahr 2024 zu Teppichfasern aus Altmaterial ergab, dass die Eigenschaften von Fasern der PET-Familie bei starker Einwirkung von Laugen beeinträchtigt wurden. Da es sich bei dem Material um ein gemischtes Abfallfasersystem handelte, sollten die Ergebnisse nicht direkt auf jedes technische PET-Produkt übertragen werden. Dies unterstreicht jedoch die Notwendigkeit, das Polymer zu identifizieren und die verbleibenden Eigenschaften zu prüfen. Lesen Sie mehr über das Experiment zur Alkaliexposition.
Fragen Sie den Lieferanten nach der Einwirkungslösung, dem pH-Wert, der Temperatur, der Dauer und den verbleibenden Zugfestigkeitseigenschaften, die einer Angabe zur Alkalibeständigkeit zugrunde liegen. Wenn Fasern eine konstruktive Rolle spielen, fordern Sie zusätzlich Alterungsprüfungen des Verbundwerkstoffs an. Ein beschleunigter Badversuch ist ein Screening-Verfahren, dessen Relevanz für die vorgesehene Einsatzumgebung begründet werden muss. Ein erfolgreiches Bestehen nach kurzer Einwirkzeit sagt nichts über die gesamte Lebensdauer eines Bauteils aus.
Geben Sie die Dosierung der Polyesterfasern in eindeutigen Einheiten an
Ein Prozentsatz ist erst dann vollständig, wenn seine Bezugsgröße angegeben ist. Der Faseranteil kann bezogen auf das Betonvolumen, die Zementmasse, die Bindemittelmasse oder die Gesamtmasse der Mischung angegeben werden. Diese Größen können zu sehr unterschiedlichen Chargengewichten führen.
Für einen bestimmten Volumenanteil lautet die Umrechnung:
Fasermasse pro Kubikmeter = Faservolumenanteil × Faserdichte.
Wenn beispielsweise bei einem Versuch PET mit einer angenommenen Dichte von 1380 kg/m³ verwendet wird, ergibt ein Betonvolumenanteil von 0,21 TP3T 2,76 kg/m³ und ein Anteil von 0,51 TP3T 6,90 kg/m³. Dies sind rechnerische Beispiele und stellen keinen empfohlenen Dosierungsbereich dar. Verwenden Sie die tatsächliche Dichte der Betonsorte und die im Projekt festgelegten Versuchswerte. Je nach Abmessungen der Fasern und ihrer vorgesehenen Funktion kann eine andere Menge angemessen sein.
| Dosierungshinweis | Es fehlen noch Informationen | Korrekte Chargenprotokolle |
| 0,51 TP3T-Faser | Prozent von welcher Menge? | Geben Sie das Betonvolumen, die Bindemittelmasse oder eine andere festgelegte Grundlage an. |
| 0,51 TP3T bezogen auf das Betonvolumen | Genaue Faserdichte und Chargenausbeute | In das Gewicht der Fasern pro tatsächlicher Charge umrechnen. |
| 0,51 TP3T bezogen auf die Bindemittelmasse | Bindemittelmenge in der Charge | Multipliziere die Masse des Bindemittels mit 0,005. |
| Ein fester Wert in kg/m³ | Note, Mischung und Leistungsziel | Die Faseridentität erfassen und das Ergebnis in Versuchen überprüfen. |
Führen Sie eine Kontrollprobe sowie ausgewählte Fasermischungen mit denselben dokumentierten Materialien durch. Messen Sie das Verhalten im frischen Zustand und die Eigenschaften im ausgehärteten Zustand und berücksichtigen Sie dabei die gesamte Bandbreite der Ergebnisse und nicht nur die beste Probe. Eine Erhöhung des Faseranteils kann die Verteilung oder Verdichtung beeinträchtigen; daher sollte sie erst erfolgen, wenn ein nachweisbarer Nutzen vorliegt.
Polyesterfasern vermischen, um eine gleichmäßige Verteilung zu erzielen
Die Additionsfolge näher erläutern
Die richtige Reihenfolge hängt davon ab, ob die Fasern lose, gebündelt, oberflächenbehandelt oder in einer anderen Verpackung angeliefert werden. Bei einigen Systemen erfolgt eine schrittweise Trockenzugabe in eine sich bewegende Mischung. Andere Systeme sehen möglicherweise einen separat qualifizierten Vorverteilungsschritt vor. Gehen Sie nicht davon aus, dass sich PET durch Einrühren in Wasser immer absetzt oder dass ein für Asphalt entwickeltes Verfahren für einen Zementmischer geeignet ist.
Nehmen Sie die sortenspezifischen Anweisungen des Lieferanten als Ausgangspunkt und überprüfen Sie den Prozess in der tatsächlichen Anlage. Notieren Sie Chargengröße, Mischbehälterfüllung, Zufuhrrate, Abfolge und Zeit. Untersuchen Sie Entnahmeproben aus verschiedenen Teilen der Charge auf Klumpen oder ungleichmäßige Konzentration. Vergewissern Sie sich, dass sich die Bündel wie vorgesehen geöffnet haben.
Die Verarbeitbarkeit kontrollieren, ohne die Wasserzufuhr unkontrolliert zu lassen
Fasern können das Fließverhalten, den Zusammenhalt und das Verarbeitungsverhalten beeinflussen. Passen Sie gegebenenfalls die Pastenkonsistenz, die Korngrößenverteilung und die geeigneten Zusatzstoffe im Rahmen kontrollierter Versuche an. Halten Sie das zugelassene Wasser-Bindemittel-Verhältnis ein und berücksichtigen Sie das Wasser, das durch eine eventuelle Vordispersionsflüssigkeit zugeführt wird. Eine nicht protokollierte Wasserzugabe verändert die zu qualifizierende Mischung.
Bei Pumpbeton sind die vorgesehene Rohrleitung, die Rohrbögen, die Förderleistung und das Auslaufverhalten zu prüfen. Ein erfolgreicher Pumpversuch ohne Fasern bedeutet nicht, dass eine angepasste Fasermischung geeignet ist. Die Verarbeitbarkeit ist über den voraussichtlichen Transport- und Einbauzeitraum hinweg zu überprüfen.
Die Mischung verdichten und aushärten lassen
Wenden Sie eine für das Bauteil und den Frischbeton geeignete Verdichtung an. Eine unzureichende Verdichtung kann zu Hohlräumen führen; übermäßige Vibration kann die Mischung zerstören. Überprüfen Sie freiliegende Oberflächen auf Faserbündel oder unzulässige Bearbeitungsspuren. Halten Sie die in der Konstruktion vorgeschriebenen Fugen- und Bewehrungsdetails ein.
Beginnen Sie unverzüglich mit der Aushärtung und halten Sie die für das Projekt geltenden Feuchtigkeits- und Temperaturanforderungen ein. Fasern ersetzen weder die Notwendigkeit der Hydratation noch den Schutz vor Austrocknung. Stellen Sie Laborproben und repräsentative Versuchselemente her, wobei die Einbau- und Aushärtungsbedingungen dokumentiert werden, damit der Vergleich aussagekräftig bleibt.
Ordne jede Aussage einem Abnahmetest zu
Vor der Festlegung der Produktionsmenge sind die Prüfverfahren, das Alter, die Probenvorbereitung und die Grenzwerte abzustimmen. Ein Versuchsplan sollte den geforderten Nutzen mit einem Messergebnis verknüpfen und den für PET relevanten Nachweis der Langzeitverträglichkeit enthalten.
| Projektfrage | Anzufordernde Nachweise | Was damit nicht festgestellt wird |
| Verhindert es frühzeitige Rissbildung? | Geeignete Prüfung zur Begrenzung der Kunststoffschrumpfung oder eine andere festgelegte Rissprüfung | Strukturelle Restkapazität |
| Hält rissiger Beton die Last? | Biege-Last-Durchbiegungs-Verhalten und festgelegte Restfestigkeiten | Jeder Stoß, jede Ermüdung oder jedes Kriechverhalten |
| Entspricht die Mischung ihrer Festigkeitsklasse? | Druckprüfungen gemäß der maßgeblichen Norm | Wasserdichtigkeit oder Haltbarkeit der Fasern |
| Hält es der Einwirkung stand? | Vorgeschriebene Wasserdurchdringungs- oder Frost-Tau-Prüfungen | Performance bei nicht zusammenhängenden Risiken |
| Wird die Faser ihre Rolle behalten? | Daten zur Alkali-Alterung und entsprechende Prüfungen an gealterten Verbundwerkstoffen | Eine aus einer kurzen Einweichzeit abgeleitete Lebensdauer |
ASTM C1609/C1609M-24 ist eine Möglichkeit, wenn der Vertrag eine Biegecharakterisierung von faserverstärktem Beton vorschreibt. Dabei wird die Reaktion beim ersten Spitzenwert von den Restfestigkeiten bei festgelegten Durchbiegungen unterschieden. Der Ingenieur sollte die relevanten Werte auswählen und diese im Rahmen der Bemessung des Bauteils auswerten.
Für Anforderungen hinsichtlich Schlagfestigkeit oder Ermüdung ist ein gesondert angegebenes Verfahren anzuwenden. Beim strukturellen Ersatz herkömmlicher Bewehrung ist das anzuwendende Bemessungsverfahren zu überprüfen und eine Genehmigung für das jeweilige Fasersystem einzuholen. Laborverbesserungen berechtigen nicht automatisch zum Entfernen von Bewehrungsstäben oder -matten.
Unterscheiden Sie zwischen Anwendungen mit Zementbeton und Asphalt
Der Begriff “Beton” kommt sowohl bei Zementbeton als auch bei Asphaltbeton vor. Diese unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Bindemittel, Verarbeitungstemperaturen, Faserverhalten und Witterungseinflüsse. Eine speziell für Asphalt entwickelte PET-Sorte erfordert vor dem Einsatz in zementären Bauwerken eine gesonderte Prüfung.
Unser Produktseite zu Ecocretefiber™-Polyesterfasern stellt eine für den Asphaltbereich bestimmte, gehackte PET-Sorte vor. Die Dosierung im Asphalt sowie das Trockenmischverfahren sollten ausschließlich im Rahmen der entsprechenden Asphaltspezifikation und nach entsprechenden Versuchen angewendet werden. Bitte wenden Sie sich an unser Team, um die aktuellen Daten und die Eignung für Ihr Zementbeton-Projekt zu bestätigen, anstatt diese Rezeptur einfach zu übernehmen.
Auch bei den thermischen Eigenschaften ist Vorsicht geboten. Ein Schmelzpunkt von etwa 256–257 °C ist eine Materialeigenschaft und keine Angabe für die kontinuierliche Betriebstemperatur der Struktur. Die Temperatur kann sich auf Schrumpfung, Steifigkeit und die vor dem Schmelzen verbleibende Festigkeit auswirken. Eine Angabe zur Leistungsfähigkeit bei 200 °C erfordert die Angabe der tatsächlichen Einwirkdauer sowie einen Verbundwerkstofftest. Der bloße Zusatz von PET-Fasern begründet weder Feuerbeständigkeit noch eine Lösung gegen Brandabplatzungen.
Vergleichen Sie bei einem Projekt auf Zementbasis qualifiziertes Polyester mit anderen geeigneten Materialien. Bewehrungsfasern für Beton. Mikro-PP, Makro-Kunststofffasern und Stahlfasern dienen unterschiedlichen Zwecken und erfordern zudem die richtige Güteklasse und entsprechende Nachweise. Die Auswahl erfolgt anhand der Projektanforderungen, der Beanspruchung und der Testergebnisse.
Eine Checkliste für Käufer bei Projektversuchen
Teilen Sie dem Lieferanten den Bindemitteltyp, die Faserfunktion, die Betonfestigkeit, die Korngrößenverteilung des Zuschlagstoffs, die Elementdicke, den Mischer, die Anlieferungsroute, die Einbauweise und die Witterungseinwirkung mit. Geben Sie etwaige Anforderungen hinsichtlich Restfestigkeit, Schlagfestigkeit, Durchlässigkeit oder Frostbeständigkeit an. Geben Sie an, ob für das Projekt neue technische Fasern oder ein kontrolliertes Recyclingprodukt benötigt werden.
Fordern Sie das aktuelle Datenblatt zur Qualität, die Abmessungen und Toleranzen, die Dichte, die mechanischen Eigenschaften, die Oberflächenbehandlung, die Rückverfolgbarkeit der Charge sowie relevante Alterungsberichte an. Bei recycelten Materialien sind die Polymeridentität, die Reinheit und die Konsistenz zu überprüfen. Legen Sie fest, wer die Proben liefert, wer die Prüfungen durchführt und welches Ergebnis die Produktionsqualität und -menge freigibt.
Bei Ecocretefiber™ können wir die Anwendungsmöglichkeiten besprechen und Informationen zu in Frage kommenden Produkten für die Auswahl im Rahmen von Testversuchen bereitstellen. Wir empfehlen, diese Eignungsprüfung vor dem Großeinkauf durchzuführen, insbesondere wenn davon auszugehen ist, dass eine Faser zur langfristigen Tragfähigkeit beiträgt.
Häufig gestellte Fragen
Ist Polyesterfaser leichter als Wasser?
Herkömmliches PET ist dichter als Wasser. Ein spezifisches Gewicht von etwa 1,38 entspricht etwa 1380 kg/m³. Verwenden Sie für Dosierungsberechnungen das aktuelle Produktdatenblatt. Die Zugabe geringer Mengen an PET sollte nicht als Verfahren zur Herstellung von Leichtbeton für tragende Bauteile beschrieben werden.
Ist 0,2–0,51 TP3T die richtige Dosierung für jede Mischung?
Nein. Legen Sie zunächst die prozentuale Basis fest und wählen Sie dann die Testkonzentrationen für die jeweilige Faser und die gewünschte Funktion aus. Überprüfen Sie die Verarbeitbarkeit, die Verteilung und die geforderten Eigenschaften im ausgehärteten Zustand.
Erhöht Polyester immer die Druckfestigkeit?
Nein. Die Druckfestigkeit kann je nach Mischung und Bauweise zunehmen, gleich bleiben oder abnehmen. Sie ist getrennt von den Anforderungen an die Zugfestigkeit, die Rissbeständigkeit und die Restfestigkeit zu prüfen.
Kann eine PET-Faser für Asphalt direkt in Zementbeton verwendet werden?
Die zementäre Anwendung erfordert eine eigene Gütezulassung, Mischversuche und den Nachweis der Verträglichkeit. Die Asphaltleistung sagt nichts über die Alkalibeständigkeit des Zements aus.
Garantiert eine rostfreie Faser eine lange Lebensdauer?
Nein. PET rostet zwar nicht, doch die alkalische Hydrolyse und das Verhalten der Fasermatrix unter Belastung müssen noch untersucht werden. Fordern Sie Nachweise an, die für die Einsatzumgebung und die vorgesehene Konstruktionsfunktion relevant sind.
Planen Sie Ihre Faseranalyse gemeinsam mit Shandong Jianbang
Polyesterfasern sollten in Betracht gezogen werden, wenn die festgelegten Anforderungen an die Risskontrolle oder die Zähigkeit mit der Fasersorte und den Einsatzbedingungen übereinstimmen. Die Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. liefert Ecocretefiber™-Faserlösungen und unterstützt Käufer dabei, Produktformen, Anwendungsbereiche und Anforderungen für Testversuche zu vergleichen. Kontaktieren Sie unser Team bitte geben Sie Ihr Bindesystem, Ihr Verlegeverfahren und Ihre Qualitätsanforderungen an, damit wir einen geeigneten Kandidaten und ein Muster besprechen können.
