PP-Faser (Polypropylen) und PVA-Faser (Polyvinylalkohol) sind beides synthetische Fasern für zementhaltige Materialien. Jede Faser löst ein anderes Problem.
PP-Fasern sind normalerweise die erste Wahl für Frühzeitige Risskontrolle. PP-Fasern werden auch häufig verwendet für Entschärfung von Brandabplatzungen in dichtem Beton, da PP bei ca. 170°C schmilzt, was zum Abbau des Dampfdrucks beiträgt.
PVA-Fasern werden häufig gewählt für hohe Haftkraft mit Zement. PVA-Fasern sind hydrophil, so dass sie eine starke Adhäsion zur Matrix bilden. Dies unterstützt enge Rissbreiten in hochduktilen Mischungen wie ECC.
Was ist eine PP-Faser?
PP-Fasern sind synthetische Polypropylenfasern, die dem Beton beigemischt werden. Die Mischung trägt die Fasern durch das gesamte Volumen. Dadurch entsteht eine verteilte Bewehrung.
Das American Concrete Institute definiert zwei praktische Größengruppen für synthetische Fasern. Mikrosynthetische Fasern haben einen Äquivalenzdurchmesser von weniger als 0,3 mm. Makrosynthetische Fasern haben einen Äquivalentdurchmesser von über 0,3 mm. In demselben Leitfaden heißt es, dass Polypropylenfasern mikro- oder makrotechnisch sein können. Außerdem wird das spezifische Gewicht von PP mit 0,91 angegeben.
PP-Fasern werden hauptsächlich für den Einsatz im frühen Alter verwendet:
- reduzierte plastische Setzungsrisse
- reduzierte plastische Schrumpfungsrisse
- verbesserte Zähigkeit und Schlagfestigkeit (stärker bei höherer Dosierung)
Die National Ready Mixed Concrete Association erklärt die Logik der Baustelle. Fasern blockieren das Wachstum von Mikrorissen. Die Fasern verhindern auch, dass sich große Kanäle mit auslaufendem Wasser bilden. Dadurch werden schwache Ebenen, die später zu Rissen werden, verringert.
Was ist eine PVA-Faser?
PVA-Fasern sind synthetische Fasern aus Polyvinylalkohol, die in zementbasierten Materialien verwendet werden. Viele Käufer entscheiden sich für PVA, weil es sich stark mit Zementleim verbindet.
Kuraray nennt die wichtigsten Eigenschaften von PVA-Fasern, auf die es beim Beton ankommt: hohe Festigkeit, hoher Modul, starke Haftung am Zement und gute Alkalibeständigkeit.
Die PVA-Faser ist auch für ihre Hydrophilie bekannt. In der Fachliteratur wird PVA als hydrophil beschrieben, was zu einer starken chemischen Bindung mit zementartigen Matrizen in ECC-Systemen führt.
Diese starke Bindung ist ein zweischneidiges Instrument:
- Es unterstützt enge Rissbreiten.
- Es kann auch dazu führen, dass die Fasern reißen, wenn die Bindung für den Ansatz der Mischungsgestaltung zu stark ist.
Bindung ist der größte Unterschied
Die Bindung steuert, wie die Fasern nach der Bildung eines Risses arbeiten. Die Bindung bestimmt auch, wie sich das Rissmuster entwickelt.
PP-Fasern werden in der Regel als hydrophob beschrieben. Einige Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die Verbesserung der Schnittstelle, da hydrophobes PP ohne Oberflächenbehandlung eine schwächere Bindung aufweist.
PVA-Fasern werden in der Regel als hydrophil beschrieben. In der Forschung zu ECC wird die starke chemische Bindung zwischen PVA-Faser und zementärer Matrix aufgrund der Hydrophilie hervorgehoben.
Was dies vor Ort bedeutet:
- PP-Fasern neigen dazu, wie ein “blockierendes” Netzwerk zu wirken, das frühe Mikrorisse verlangsamt.
- PVA-Fasern neigen dazu, wie eine “hochgriffige” Brücke zu wirken, die Risse festhält, insbesondere in technischen Mischungen.
Mechanische Rolle ist anders
PP-Fasern werden häufig für die Bekämpfung von Frühausbrüchen eingesetzt, da sie einfach zu dosieren und leicht zu verteilen sind und bei großen Gießmengen kostengünstig sind. NRMCA nennt als Hauptvorteile die Verringerung der plastischen Setzungsrisse und der plastischen Schwindungsrisse, wobei das Verhalten bei höherer Dosierung zäher ist.
PVA-Fasern werden häufig gewählt, wenn der Käufer eine starke Rissüberbrückung im gehärteten Material wünscht. Dies ist bei ECC-ähnlichen Deckschichten, Reparaturschichten, dünnen Platten sowie Hochleistungsmischungen, die auf feine Rissmuster abzielen, üblich. Die Forschung beschreibt PVA-Fasern als hydrophil mit starker chemischer Bindung, die das Rissverhalten und die Zugbelastbarkeit in technischen Zementverbundwerkstoffen verändert.
Eine praktische Zusammenfassung:
- PP-Fasern sind in der Regel ein Werkzeug der “ersten Stunde”.
- PVA-Fasern sind oft ein Werkzeug für die “Lebensdauer-Rissbreite”.
Das Brandverhalten ist nicht dasselbe
PP-Fasern haben einen besonderen Wert in Brandszenarien. In einem von Fachleuten begutachteten Bericht wird erklärt, dass PP-Fasern bei etwa 170 °C schmelzen. Dies liegt unterhalb des Temperaturbereichs, in dem der maximale Wasserdampfdruck in Beton auftritt. Dieses Schmelzen trägt dazu bei, Wege für die Freisetzung von Dämpfen zu schaffen, was das Risiko von Abplatzungen verringert.
PVA-Fasern spielen in den meisten Spezifikationen nicht die gleiche Rolle bei der Vermeidung von Abplatzungen wie PP. Viele Ansätze für feuerbedingte Abplatzungen konzentrieren sich auf PP, da die Schmelztemperatur gut mit dem Dampfdruckzeitpunkt übereinstimmt.
Der Käufer nimmt das mit:
- In den Spezifikationen für Tunnel- oder Brandschutzauskleidungen werden häufig PP-Mikrofasern gefordert.
- Eine rissbreitenabhängige Deckschichtspezifikation erfordert oft PVA in technischen Mischungen.
Die Dosierungsbereiche sind in der Regel sehr unterschiedlich
Die Dosierung hängt von der Faserart und dem Leistungsziel ab. Sie sollten die Dosierung als Konstruktionsparameter betrachten, nicht als Gewohnheit.
Der ACI-Leitfaden enthält typische Dosierungsbereiche nach Fasergröße:
- Mikrosynthetische Fasern: 0,05% bis 0,2% nach Volumen, was etwa 0,44 bis 1,8 kg/m³ entspricht.
- Makrosynthetische Fasern: 0,2% bis 1% nach Volumen, das entspricht etwa 1,8 bis 9 kg/m³.
NRMCA weist darauf hin, dass Makrosynthetikfasern in höherer Dosierung verwendet werden als typische Mikrofaserdosierungen. NRMCA weist auch darauf hin, dass Makrosynthetikfasern dicker sind und die Dosierung in ihrem Leitfaden bei etwa 5 lb/yd³ liegt.
Für PVA in ECC-Materialien werden in vielen veröffentlichten Studien Faservolumenanteile von etwa 1% bis 2% in technischen Zementverbundwerkstoffen verwendet, da für die ECC-Konstruktion eine anhaltende Überbrückung und Belastbarkeit erforderlich ist.
Praktische Auslegung:
- Die Dosierung von PP-Mikrofasern ist in der Regel gering. Das Ziel ist eine frühzeitige Risskontrolle.
- Die PVA-Dosierung in duktilen Systemen kann volumenmäßig viel höher sein. Das Ziel ist das Zugverhalten nach dem Riss.
Beste Anwendungsfälle: PP vs. PVA
PP-Fasern für den besten Gebrauch
- Bodenplatten, die weniger plastische Schwindungsrisse benötigen
- Beläge, Estriche und dünne Schichten, die schnell trocknen
- Spritzbetoneinbau, wo Kohäsion wichtig ist
- Verringerung von Brandabplatzungen in dichtem Beton, insbesondere in Tunneln
PVA-Fasern, die am besten geeignet sind
- ECC-ähnliche Deckschichten und Reparaturschichten, die auf eine geringe Rissbreite abzielen
- dünne, leichte Zementplatten und leistungsstarke Fertigteilkonzepte
- UHPC-ähnliche Systeme, bei denen eine starke Faserbindung und Alkalibeständigkeit wichtig sind (systemabhängig)
Wie wählt man zwischen PP-Faser und PVA-Faser?
Verwenden Sie eine einfache Entscheidungslogik. Dieser Ansatz vermeidet falsche Erwartungen.
- Wann beginnen die Risse? Wenn die Risse in den ersten Stunden auftreten, ist PP-Mikrofaser oft der einfachste Weg. Die NRMCA nennt die Verringerung der Schrumpfungsrisse von Kunststoffen als einen der wichtigsten Vorteile.
- Benötigen Sie enge Rissbreiten im Betrieb? Wenn Sie dichte Risse in gehärtetem Material benötigen, wird PVA wegen seiner hydrophilen Bindung und Rissüberbrückung häufig in technischen Verbundwerkstoffen eingesetzt.
- Ist das Risiko von Brandabplatzungen ein Faktor für die Konstruktion? Wenn die Gefahr von Brandabplatzungen bekannt ist, ist PP klar im Vorteil, da es bei 170 °C schmilzt und den Dampfdruck abbaut.
- Ist das Mischgut auf Duktilität ausgelegt? Bei ECC-Mischungen ist PVA üblich, doch muss die Bindungsstärke kontrolliert werden. In der Literatur wird darauf hingewiesen, dass PVA sehr stark haften kann, was sich auf das Auszugsverhalten auswirkt.
- Was verlangt der Codepfad? Fasern ersetzen in den meisten Bauteilen keinen Bewehrungsstahl. NRMCA listet dies eindeutig unter “Do Not Use Synthetic Fibers For” auf, einschließlich des Ersatzes von momentumfester Stahlbewehrung.
Fachkundige Anleitung
Ein Faserprojekt ist erfolgreich, wenn die Auswahl der Fasern dem Ausfallmodus entspricht.
Eine gute Unterstützung umfasst:
- Auswahl der Fasern auf der Grundlage des Risszeitpunkts und der angestrebten Rissbreite
- an das Leistungsziel gebundener Dosierungsvorschlag, plus Probedosierung
- Mischanleitung zum Schutz von Dispersion und Verarbeitbarkeit
- Unterstützung bei der Dokumentation von Beschaffungsspezifikationen und Projektvorlagen
- klare Grenzen für den strukturellen Verstärkungsbedarf
Ecocretefiber™ bietet zunächst allgemeine Unterstützung bei der Auswahl. Dann stimmen wir den Fasertyp auf das Auftragsziel ab. Auch bei Nachbestellungen unterstützen wir eine stabile Versorgung.
Marke: Ecocretefiber™
Unternehmen: Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd.
Verwandte Produkte
- Polypropylen-Mikrofaser (Risskontrolle in Frischbeton)
- Polypropylen-Makro-Synthesefaser (Nachrisskontrolle für Platten, projektabhängig)
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Schlussfolgerung
PP-Fasern und PVA-Fasern können beide die Risskontrolle verbessern, allerdings auf unterschiedliche Weise. ACI definiert PP-Fasern in Mikro- und Makro-Kunststoffkategorien, wobei die typischen Dosierungsbereiche an die Fasergröße gebunden sind.
PP-Fasern werden häufig zur frühzeitigen Risskontrolle und zur Minderung von Brandabplatzungen eingesetzt, da PP bei etwa 170 °C schmilzt und den Dampfdruck abbauen hilft.
PVA-Fasern werden häufig für eine hohe Bindung mit Zement verwendet. In der Literatur wird eine starke chemische Bindung aufgrund der Hydrophilie beschrieben, die bei richtiger Auslegung der Mischung enge Rissbreiten in technischen Zementverbundwerkstoffen unterstützt.
