Zwei-Komponenten-Bewehrungsfaser verschafft Beton 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 aus Mollis als Industriepartner eine neuartige, aus zwei verschiedenen Kunststoffen bestehende Faser, die Beton zusätzliche Duktilität*) verschafft.

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.

Der Kunststein Beton wird heute oft und gerne als Baustoff verwendet. Er ist ein Gemisch aus Kies, Sand und Wasser mit Zement als Bindemittel. Während Beton - einmal ausgehärtet - hohen Druck aushalten kann, versagt er schon bei niedriger Zugbeanspruchung. Als Baustoff wurde er daher erst interessant, als sich dieser Nachteil durch Armieren mit Stahl wesentlich verbessern ließ, da dieser die auftretenden Zugkräfte aufnehmen kann.

Fasern statt Stahlgitter

Überall dort, wo eine Armierung mit schweren und dicken Stahlgittern nicht nötig ist - etwa bei dünnen Kellerwänden, Industrieböden, Zementplatten, Spritzbeton, Tunnelauskleidungen, Fensterbänken - lassen sich die Schlag- und Biegezugfestigkeit des Betons durch Beigeben von Stahlfasern verbessern. Stahlfasern haben aber entscheidende Nachteile: sie können rosten, sind steif (Verletzungsgefahr) und schwer. Kunststofffasern stellen daher die interessante Alternative dar. Sollen nur Schwindrisse vermieden werden, reichen sogar Billigfasern mit beschränkten mechanischen Eigenschaften aus. Bei höheren Anforderungen waren bisher solche aus speziellen (und daher teuren) Polymeren nötig.

Der Empa-Physiker Josef Kaufmann und sein Team entwickelten nun in einem von der Förderagentur für Innovation (KTI) unterstützten Projekt zusammen mit der Fibrotec AG (ein Kleinstunternehmen, spezialisiert auf Faserentwicklungen) eine 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 speziellen, "massgeschneiderten" Polymer gefertigt wird, das chemisch und mechanisch für den Einsatz in zementgebundenen Baumaterialien bestens geeignet ist. Produziert werden die neuen Bikomponentenfasern von der Brugg Contec AG produziert und unter dem Namen "Concrix" vermarktet.

Bis zur Marktreife war es laut Kaufmann ein weiter Weg. Zunächst mussten geeignete Polymer-"Rezept" gefunden werden. Danach ging es darum, Oberflächenstruktur, Faserdurchmesser und -länge sowie das Verhältnis von Manteldicke zu Kerndurchmesser zu optimieren. Die Faserprototypen wurden jeweils im Empa-Labor der Abteilung "Beton/Bauchemie" getestet.

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 einfach zugefügt werden kann. Dieses löst sich beim Mischen des Betons auf, die einzelnen Fasern werden frei und verteilen sich gleichmäßig. "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" sagt Josef Kaufmann.

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

siehe auch für zusätzliche Informationen:

• Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt
• KTI - Förderagentur für Innovation
• Brugg Contec AG
• Fibrotec AG hat (noch) keine Homepage (Stand 4.1.2010)

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