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Oral-Poster-Präsentation

Steuerung der Faser-Matrix-Wechselwirkung in faserverstärkten Verbundmaterialien auf Zementbasis durch Oberflächenmodifizierung der Fasern

Mittwoch (26.06.2019)
14:25 - 14:28 Uhr

Die Eigenschaften von faserverstärkten Kompositen hängen in starkem Maße von der Wechselwirkung zwischen Faser und Matrix ab. Betone mit Kurzfaserbewehrung können sogar eine Verfestigung unter Zugbeanspruchung zeigen („hochduktiler Beton“) [1]. Voraussetzung dafür ist eine maßgeschneiderte Wechselwirkung zwischen Fasern und Matrix, die bewirkt, dass die Fasern Mikrorisse überbrücken und somit die Bildung größerer Risse verhindern. Ist die Adhäsion zu stark, reißen die Fasern bei Rissöffnung; ist die Adhäsion zu schwach, werden die Fasern aus der Matrix herausgezogen.

Ziel des beschriebenen Vorhabens war es, durch gezielte Modifizierung Fasern mit variabler Oberflächenladung und Benetzbarkeit zu erzeugen und damit den Einfluss dieser Eigenschaften auf die Wechselwirkung mit der Zementmatrix und die Festigkeit des faserverstärkten Materials systematisch zu untersuchen. Handelsübliche Polyvinylalkoholfasern wurden durch chemische Anbindung von Aldehyden und Adsorption von sauren und basischen Polyelektrolyten modifiziert. Die Kontrolle der Modifizierung und Oberflächencharakterisierung erfolgte mittels Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS), Zetapotential- und Kontaktwinkelmessungen. Die Wechselwirkung der Fasern mit einer typischen Zementmatrix wurde durch Einzelfaser-Auszugsversuche mit anschließender morphologischer Analyse der ausgezogenen Fasern sowie Zugversuchen an faserverstärkten Probenkörpern untersucht.

Die Oberflächenmodifikation lieferte Fasern mit einer breiten Variation des Säure/Base-Verhaltens und der Wasser-Kontaktwinkel. Die Faser-Matrix-Wechselwirkung wurde im Wesentlichen durch die Benetzbarkeit der Fasern bestimmt. Modifizierung mit unpolarem Butanal reduzierte die Adhäsion dramatisch und führte zu einem Auszug der Fasern bereits bei kleinen Zugkräften, während Fasern mit polaren Polyelektrolytmodifizierungen stark an der Matrix hafteten und im Auszugsversuch abrissen [2]. Dies belegt, dass die Faser-Matrix-Wechselwirkung in Verbunden auf Zementbasis durch Oberflächenmodifizierung der Fasern gesteuert werden kann. Die beschriebene Herangehensweise kann nicht nur für die Untersuchung der Wechselwirkungen in zementbasierten Materialien, sondern in verschiedensten faserverstärkten Kompositen genutzt werden.

[1] V. Mechtcherine, Hochduktiler Beton mit Kurzfaserbewehrung, Beton- und Stahlbetonbau 110 (2015), 50-58

[2] A. Drechsler et al., Applied Surface Science 2018, submitted

Sprecher/Referent:
Dr. Astrid Drechsler
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Ralf Frenzel
    Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.
  • Anja Caspari
    Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.
  • Stefan Michel
    Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.
  • Matthias Holzschuh
    Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.
  • Dr. Alla Synytska
    Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.
  • Iurie Curosu
    Technische Universität Dresden
  • Dr. Marco Liebscher
    Technische Universität Dresden
  • Prof. Dr. Viktor Mechtcherine
    Technische Universität Dresden