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Zwei-Komponenten-Bewehrungsfaser verschafft Faserbeton zusätzliche Duktilität

(4.1.2010) Bereits zum vierten Mal verlieh die Empa ihren mit 5.000 Franken dotierten Innovationspreis. Die Preisträger Josef Kaufmann, Jörn Lübben und Walter Trindler entwickelten zusammen mit dem Faserspezialisten Eugen Schwitter von der Fibrotec AG als Industriepartner eine aus zwei verschiedenen Kunststoffen bestehende Faser, die Beton zusätzliche Duktilität*) verschaffen soll.

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Ein Paket macht den Beton duktiler: Die neu entwickelten Fasern sind so gepackt, dass sie als "Powerpaket" einfach in den noch plastischen Beton eingebracht werden. Die "Verpackung" löst sich dann auf und die Fasern verteilen sich beim Mischen des Betons gleichmäßig.

Beton wird oft und gerne als Baustoff verwendet. Während das Gemisch aus Kies, Sand und Wasser mit Zement als Bindemittel - einmal ausgehärtet - hohen Druck aushalten kann, versagt er bereits bei niedriger Zugbeanspruchung. Als Baustoff wurde er daher erst relevant, als sich dieser Nachteil durch Stahlarmierungen wesentlich verbessern ließ, indem Stahlstäbe die auftretenden Zugkräfte aufnahmen.

Fasern statt Stahlgitter

Überall dort, wo eine Armierung mit vergleichsweise schweren und dicken Betonstählen bzw. Stahlgittern nicht nötig oder möglich ist - etwa bei besonders schlanken Wänden, Industrieböden, Zementplatten, Spritzbeton oder Fensterbänken -, lassen sich die Schlag- und Biegezugfestigkeit von Beton durch Beigeben von Stahlfasern verbessern. Stahlfasern haben aber die wohlbekannten Nachteile: sie können rosten, sind steif (Verletzungsgefahr) und schwer. Kunststofffasern rücken damit als interessante Alternative in den Fokus. Sollen beispielsweise nur Schwindrisse vermieden werden, reichen sogar Billigfasern mit beschränkten mechanischen Eigenschaften aus. Bei höheren Anforderungen waren bisher allerdings Fasern aus speziellen (und daher teuren) Polymeren gefragt.

Der Empa-Physiker Josef Kaufmann und sein Team entwickelten nun zusammen mit der Fibrotec AG (ein Kleinstunternehmen, spezialisiert auf Faserentwicklungen) eine recht preiswerte Polymerfaser, die auch mechanisch hohen Anforderungen gerecht wird. Dabei kam ihnen ein neues Fertigungsverfahren zugute, das die Herstellung von Fasern aus zwei Komponenten ermöglicht. Der „Trick“ dabei ist nämlich, dass der Faserkern aus kostengünstigem Polyproylen (PP) besteht, während nur der Fasermantel aus einem hochwertigen Polymer hergestellt wird, das chemisch und mechanisch für den Einsatz in zementgebundenen Baumaterialien geeignet ist. Produziert werden die neuen Bikomponentenfasern von der Brugg Contec AG. Die Vermarktung erfolgt unter dem Namen „Concrix“.

Das Endprodukt: ein „Powerpaket“

Für eine einfache Anwendung und Dosierbarkeit wurden die Fasern zu einem „Powerpaket“ gepackt, das beim Betonhersteller oder im Fahrmischer dem Frischbeton zugefügt werden kann. Dieses löst sich beim Mischen des Betons auf, die Fasern werden frei und verteilen sich. „Mit nur fünf Kilogramm dieser Fasern können wir dreißig Kilogramm Stahlfasern ersetzen, wobei unsere Bikomponentenfasern um rund zehn Prozent günstiger zu stehen kommen als herkömmliche Stahlfasern“ resümiert Josef Kaufmann.

Weitere Informationen können per E-Mail an Dr. Josef Kaufmann angefordert werden.

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*)  Das Wort "Duktilität" kommt aus dem Lateinischen - ducere: ziehen, führen, leiten. Duktilität beschreibt die Eigenschaft eines Werkstoffes, sich bei Überbelastung plastisch zu verformen, bevor er versagt. Beispielsweise bricht Glas ohne erkennbare Verformungen; Stahl hingegen kann sich um bis zu 26% plastisch verformen (je nach Stahlsorte), bevor er reißt. Gold ist so duktil, dass es sich auf eine Dicke von wenigen Atomlagen austreiben lässt.

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