Mikrofaser in Beton bedeutet sehr kleine, kurze Fasern, die dem Beton beigemischt werden, um sein Verhalten zu verbessern, insbesondere in der Anfangsphase. In der aktuellen Normsprache bedeutet Polymer Mikrofasern sind in der Regel definiert als Fasern mit einem Durchmesser weniger als 0,30 mm. Die EN 14889-2 klassifiziert sie als Mikrofasern der Klasse I, mit Klasse Ia für monofile Fasern und Klasse Ib für fibrillierte Fasern. Der ACI-Leitfaden für faserverstärkten Spritzbeton verwendet dieselbe grundlegende Größenordnung und definiert Mikrofasern als Fasern mit einem Äquivalentdurchmesser von weniger als 0,3 mm.
Einfach ausgedrückt, sind Mikrofasern keine großen Strukturfasern. Sie sind feine, verteilte Fasern, die der Mischung hinzugefügt werden, um die Kunststoff-Schrumpfungsrissbildung, plastische Setzungsrisse, und Frischbetoninstabilität. Bei vielen praktischen Betonarbeiten, vor allem bei Platten und Flachbauten, ist das ihr Hauptwert.
Unter Ecocretefiber™, Der einfachste Weg, Mikrofasern zu erklären, ist folgender: Sie sind in der Regel ein frühzeitige Risskontrolle Faser, und nicht ein primäres strukturelles Verstärkungssystem. Diese Unterscheidung ist wichtig, weil viele Käufer Mikrofasern mit Makro-Kunstfasern oder Stahlfasern verwechseln. Die Aufgabe von Mikrofasern besteht normalerweise darin, den Beton zu verbessern, solange er noch jung und schwach ist, und nicht darin, Bewehrungsstäbe in einem Bauteil zu ersetzen.
Was “Mikrofaser” in Beton bedeutet
Das Wort “Mikro” bezieht sich hauptsächlich auf Größe. Nach EN 14889-2 werden Polymerfasern für Beton nach ihrer physikalischen Form unterteilt in Mikrofasern unter 0,30 mm Durchmesser und Makrofasern über 0,30 mm. In derselben Quelle heißt es, dass Makrofasern die Klasse sind, die verwendet wird, wenn eine Restbiegefestigkeit erforderlich ist, was bereits den praktischen Unterschied zwischen den beiden Gruppen zeigt. Mikrofasern sind die kleinere Klasse; Makrofasern sind die Klasse mit der höheren Beanspruchung.
Der ACI-Leitfaden für Spritzbeton gibt dieselbe Trennlinie auf sehr praktische Weise an. Darin heißt es, dass Mikrofasern einen äquivalenten Durchmesser von weniger als 0,012 Zoll oder 0,3 mm haben, während Makrofasern 0,3 mm und mehr sind. Außerdem heißt es, dass die in Spritzbeton verwendeten Mikrofasern normalerweise auf Polyolefinbasis, Aus diesem Grund sind Polypropylen-Mikrofasern auf dem Markt so weit verbreitet.
Wenn also jemand fragt: “Was sind Mikrofasern in Beton?”, lautet die treffendste kurze Antwort: eine sehr feine Faser, in der Regel mit einem Durchmesser von weniger als 0,3 mm, die dem Beton vor allem zur Bekämpfung von Frühbrüchen und zur Verbesserung der Stabilität des Frischbetons zugesetzt wird.
Wie Mikrofasern funktionieren
Mikrofasern funktionieren, weil sie gleichmäßig im Beton verteilt sind und während der ersten Zeit der Mischung ein kleines internes Netzwerk bilden. NRMCA erklärt, dass synthetische Fasern hemmen das Wachstum von Mikro-Schrumpfungsrisse durch eine mechanische Blockierwirkung, und dass ihr internes Stützsystem die Bildung von plastische Setzungsrisse. In demselben Dokument heißt es, die gleichmäßige Verteilung der Fasern verhindere die Bildung großer Kapillarkanäle, die zu Schwachstellen für spätere Rissbildung werden können.
Der NRMCA-Leitfaden über plastische Schwindrisse fügt einen wichtigen Punkt hinzu: Wenn der Beton noch sehr schwach ist, kann die Kunstfaserbewehrung dazu beitragen, der Spannung zu widerstehen, die entsteht, wenn die Oberfläche zu schnell trocknet. Aus diesem Grund werden Mikrofasern oft im Zusammenhang mit heißem Wetter, Wind, niedriger Luftfeuchtigkeit, schneller Verdunstung und Arbeiten an der Decke diskutiert.
Die Concrete Society erklärt denselben Mechanismus aus einem anderen Blickwinkel. Demnach erhöhen kurze Polypropylen-Mikrofasern die Homogenität der Mischung, stabilisieren die Bewegung von Feststoffpartikeln und blockieren die Kanäle für das Abflusswasser. Dadurch wird die Entleerungskapazität reduziert, die Entleerungsgeschwindigkeit verlangsamt und die Setzung von Kunststoffen verringert. Außerdem trägt die Filamentmatrix dazu bei, die Rissbildung durch plastische Schrumpfung zu verringern, wenn die Oberfläche schnell trocknet.
Die häufigsten Arten von Mikrofasern in Beton
In der konkreten Arbeit sind die häufigsten Mikrofasern synthetische Mikrofasern, insbesondere Polypropylen oder andere Produkte auf Polymerbasis. Laut NRMCA handelt es sich bei den in Beton verwendeten synthetischen Fasern um Materialien auf Polymerbasis wie Polypropylen, Nylon oder Polyethylen und sind so konzipiert, dass sie der alkalischen Umgebung von Beton langfristig standhalten.
Nach EN 14889-2 werden Polymer-Mikrofasern in zwei physikalische Untertypen unterteilt. Klasse Ia sind Monofilamente Mikrofasern, und Klasse Ib sind fibrilliert Mikrofasern. Das ist wichtig, denn zwei Produkte können beide als Mikrofasern bezeichnet werden und sich dennoch beim Mischen und bei der Risskontrolle etwas unterschiedlich verhalten. Monofilamente Produkte sind einsträngige Fasern, fibrillierte Produkte sind netzartige oder folienartig geteilte Formen.
Glas kann auch in Form von Mikrofasern auftreten. ACI 544.3R stellt fest, dass dispergierbare alkalibeständige Glasfasern im Beton schnell in einzelne Monofilamente zerfallen, werden als Mikrofasern, und werden hauptsächlich verwendet für Kontrolle von Schwindungsrissen. Das ist nützlich, weil es zeigt, dass “Mikrofaser” nicht nur auf Polypropylen beschränkt ist, auch wenn Polypropylen das bekannteste Beispiel in diesem Bereich ist.
Was Mikrofasern verbessern
Der erste und wichtigste Vorteil ist Kontrolle von Schwindungsrissen. NRMCA nennt die Verringerung von Schwindrissen als einen der Hauptvorteile von synthetischen Fasern, und die Concrete Society sagt, dass Polypropylen-Mikrofasern dazu beitragen, Schwindrisse zu verringern, wenn die Oberfläche zu schnell trocknet. Der ACI-Leitfaden für Spritzbeton besagt ebenfalls, dass Mikrosynthetikfasern hinzugefügt werden, um plastische Schwindungsrisse zu minimieren.
Der zweite große Vorteil ist plastische Setzungsrissreduzierung. Die NRMCA sagt, dass das interne Stützsystem der synthetischen Fasern Risse durch plastische Setzungen verhindert, und die Concrete Society sagt, dass Polypropylen-Mikrofasern das Ausbluten reduzieren und helfen, plastische Setzungen zu verringern, indem sie Partikel stabilisieren und Ausblaskanäle blockieren.
Der dritte Vorteil ist eine bessere Frischbeton-Kohäsion. NRMCA nennt als Anwendungsvorteile von Kunstfasern die innere Stützung und den Zusammenhalt, insbesondere bei Beton für steile Hänge, Spritzbeton und gleitenden Einbau. Die Concrete Society verweist ebenfalls auf die Verwendung in Spritzbeton zur Verbesserung der Anfangseigenschaften und zur Verringerung von Abblättern und Rückprall.
Mikrofasern können auch einige sekundäre Vorteile bieten, die über die ersten Stunden der Lebensdauer des Betons hinausgehen. Nach Angaben der Concrete Society können Polypropylenfasern die Abriebfestigkeit an der Oberfläche erhöhen, die Verteilung von Schlagbeanspruchungen unterstützen und die Frostbeständigkeit verbessern. Die NRMCA führt ebenfalls eine erhöhte Zähigkeit, Schlagfestigkeit und Energieabsorption als Vorteile von synthetischen Fasern im Allgemeinen an, obwohl sie klarstellt, dass höhere Dosierungen erforderlich sind, wenn die Risskontrolle bei Festbeton zum Ziel wird.
Eine weitere wichtige Spezialanwendung ist Brandschadensbegrenzung, besonders bei Polypropylen-Mikrofasern. Der ACI-Leitfaden für Spritzbeton besagt, dass bei der Verwendung von Mikrofasern zur Verringerung von explosiven Abplatzungen bei Bränden durch Schmelzen und Schaffung von Hohlräumen Polypropylenfasern mit sehr feinen Durchmessern und kurzen Längen verwendet werden sollten. Die Concrete Society sagt auch, dass Polypropylen-Mikrofasern nachweislich das Abplatzen von Beton im Brandfall verringern.
Was Mikrofasern nicht tun
Dies ist der Teil, den viele Käufer missverstehen. Mikrofasern sind nicht dasselbe wie Makrofasern, und sie sind in der Regel nicht sie sollen Bewehrungsstäbe ersetzen oder eine größere strukturelle Tragfähigkeit nach dem Riss bieten. EN 14889-2 trennt Mikro- und Makrofasern durch die 0,30-mm-Grenze und verbindet Makrofasern ausdrücklich mit der Rolle der Restbiegefestigkeit.
Die Concrete Society stellt dies für Polypropylen-Mikrofasern ganz klar fest. Sie sagt, sie haben eine begrenzte Auswirkungen auf die Eigenschaften von Festbeton und bieten keine signifikante Duktilität nach dem ersten Riss. Er weist darauf hin, dass diese kurzen Fasern von größeren synthetischen Makrofasern unterschieden werden müssen, die je nach Dosierung ähnliche strukturelle Vorteile wie Stahlfasern bieten können.
Die NRMCA ist ebenso direkt. In ihren Anwendungsleitlinien heißt es, dass Kunstfasern nicht zur Kontrolle der Rissbildung durch äußere Kräfte verwendet werden, sollten nicht eine Erhöhung der strukturellen Druck- oder Biegefestigkeit zu erwarten ist, und sollte nicht die Bewehrung für den Moment oder den Baustahl ersetzen. Das ist eine sehr nützliche Regel für das Schreiben und für die Verkaufskommunikation. Wenn die Faser als typische Mikrofaser verwendet wird, handelt es sich in der Regel um eine frühere Kontrollfaser und nicht um einen Ersatz für Baustahl.
Typische Dosierung und praktische Anwendung
Die typische Dosierung von Mikrofasern ist im Vergleich zu Makrofasersystemen recht niedrig. Laut NRMCA werden synthetische Fasern in der Regel mit etwa 1 bis 2 lb/yd³, und stellt fest, dass die Betonmischung bei diesen Raten in der Regel nicht modifiziert werden muss, obwohl höhere Zugabemengen die Verarbeitbarkeit verringern können und möglicherweise Wasserreduzierer erforderlich sind, um das Fließmaß zu erhalten.
Die Concrete Society gibt eine sehr ähnliche praktische Zahl für kurze Polypropylen-Mikrofasern an und sagt, dass sie normalerweise bei etwa 0,9 kg/m³. Dies ist nützlich, weil es das allgemeine Marktbild bestätigt: Mikrofasern sind im Allgemeinen niedrig dosierte Zusatzstoffe, die zur Verbesserung der Leistung im frühen Alter verwendet werden, und keine hoch dosierten strukturellen Verstärkungssysteme.
Dieselbe praktische Anleitung erklärt auch eine häufige Vorsichtsmaßnahme auf der Baustelle: Fasern können die Einbruch weil sie als Verdickungsmittel wirken. Obwohl Mikrofasern in der Regel einfach hinzuzufügen sind, beeinflussen sie das Verhalten von Frischbeton und sollten als echter Bestandteil des Mischungsentwurfs und nicht als unsichtbares Extra behandelt werden.
Wo Mikrofasern üblicherweise eingesetzt werden
Mikrofasern sind häufig in Platten, Flachbau, Wohnbeton, Beläge und Spritzbeton, besonders dann, wenn das Projekt weniger frühe Oberflächenrisse haben soll. Der NRMCA-Leitfaden zum plastischen Schwinden erklärt, warum dies bei horizontalem Beton so häufig vorkommt: Plastische Schwindrisse bilden sich kurz nach dem Einbringen, wenn die Verdunstung die Geschwindigkeit übersteigt, mit der das Sickerwasser die Oberflächenfeuchtigkeit ersetzen kann. Unter diesen Bedingungen helfen die synthetischen Fasern, der Spannung zu widerstehen, während der Beton noch schwach ist.
Sie sind auch häufig in Spritzbeton. Laut ACI werden dem Spritzbeton mikrosynthetische Fasern zugesetzt, um plastische Schwindrisse zu minimieren, und die Concrete Society sagt, dass Polypropylen-Mikrofasern in Spritzbeton verwendet werden, um die Anfangseigenschaften zu verbessern und Abblättern und Rückprall zu verringern.
Für eine praktische Erklärung des Anbieters bedeutet das, dass Mikrofasern dort am nützlichsten sind, wo der Käufer bessere Risskontrolle im frühen Alter, bessere Mischungsstabilität und eine kleine, einfache Verstärkungsstufe, die während der Dosierung hinzugefügt wird. Deshalb bleiben Mikro-PP-Fasern eine Standardproduktkategorie in der Betonversorgung. Unter Ecocretefiber™, Dies ist der praktischste Weg, um sie zu positionieren: eine Frischbeton-Leistungsfaser, nicht eine strukturelle Ersatzfaser.
Schlussfolgerung
Mikrofaser in Beton bedeutet eine sehr feine, kurze Faser - typischerweise weniger als 0,30 mm im Durchmesser, die dem Beton beigemischt werden, um die Leistung zu verbessern, insbesondere in der Anfangsphase. In den meisten praktischen Betonarbeiten werden Mikrofasern vor allem zur Reduzierung Kunststoff-Schrumpfungsrissbildung, reduzieren plastische Setzungsrisse, verbessern Kohäsion, und unterstützen eine bessere Frischbetonstabilität. Die gebräuchlichsten Beispiele sind Polypropylen und andere synthetische Mikrofasern, Einige alkalibeständige Glasprodukte fallen jedoch auch in die Kategorie der Mikrofasern.
Der wichtigste Unterschied ist der folgende: Mikrofasern sind in der Regel nicht dasselbe wie Makrofasern. Mikrofasern sind hauptsächlich Fasern zur Risskontrolle im frühen Alter. Makrofasern sind die größeren Fasern, die verwendet werden, wenn Restfestigkeit und strukturelle Leistung nach dem Riss erforderlich sind. Die klarste Antwort auf den Titel ist also einfach: Mikrofasern in Beton sind fein verteilte Fasern, die hauptsächlich dazu dienen, dass junger Beton weniger Risse bekommt und sich vor und während der frühen Erhärtung besser verhält. Das ist die Definition, die sowohl den Normen als auch der tatsächlichen Verwendung des Materials auf der Baustelle entspricht.
