Zement-Polymer Prepreg Kohlenstofffasergewebe fuer das Verstaerken von Betonbauteilen (2010)

Zur Instandsetzung und Verstaerkung von Betonbauten werden unter anderem auch Kohlefaserlamellen und Kohlefasergewebe verwendet, bei denen die einzelnen Fasern untereinander mit Kunstharzen verklebt werden. Die Verwendung von Kunstharzen hat einige Nachteile bei Bauteilen im Freien, wie die Einwirkungen von Feuchte, Temperaturwechsel und UV-Einstrahlung und die Kohlefaserlamellen und -matten selbst sind auch nicht einfach zu applizieren. An Versuchsergebnissen wird aufgezeigt, dass sich diese Nachteile vermeiden lassen, wenn statt des rein organischen Binders eine anorganische Zementsteinmatrix mit Polymerzusaetzen verwendet wird. Untersuchungen haben aber gezeigt, dass der Verbund der Fasern in solch einer Matrix geringer ist als in einer Kunstharzmatrix. Ein Weg, die Verbundfestigkeit wieder zu erhoehen, bietet die Vorimpraegnierung der Fasern oder des aus Fasern hergestellten Gewebes. Dieser Moeglichkeit wurde in einem Forschungsvorhaben nachgegangen, das umfangreiche Versuche beinhaltete. Die Versuche konzentrierten sich auf die Entwicklung einer Zement-Polymer-Matrix auf Wasserbasis. Fuer die verwendeten Zementmischungen wurde Zement CEM II verwendet. Den Zementmischungen wurden zwei verschiedene wasserdispergierbare Polymertypen zugegeben, naemlich Vinylacetat und ein wasserloesliches Zweikomponenten-Epoxidharz. Ein Vergleichsversuch erfolgte fuer eine Zementmischung ohne Polymerzugabe. Die Gewebe aus Kohlefasern wurden von Hand mit einer Buerste mit dem Matrixmaterial bestrichen, wobei die eine Haelfte des so behandelten Gewebes mit einem Roller gepresst wurde, sodass das Material besser zwischen die Fasern eindringen konnte. Die so hergestellten Gewebeplatten (Textilbeton) wurden nach 7 Tagen Lagerung bei Raumtemperatur und einer Luftfeuchte von 40 Prozent auf vollstaendig erhaertete Moertelplatten mit einer Haftbruecke aus einem Polymer-Zement-Gemisch aufgebracht und auf die Moertelplatten gepresst. Um den Grad der Fuellung des Gewebes mit der Zement-Polymer-Matrix festzustellen, wurden mikroskopische Untersuchungen durchgefuehrt. Diese Untersuchungen zeigten bei allen Probekoerpern ein gutes Eindringen der Matrix, insbesondere bei den fluessigen Varianten der Matrix. Die durchgefuehrten Dreipunkt-Biegeversuche ergaben in allen Faellen eine Erhoehung der Tragfaehigkeit. Der Einfluss der unterschiedlichen Applikationstechnik war unbedeutend. Insgesamt laesst sich aus den Versuchsergebnissen ableiten, dass mit der entwickelten Matrix ein kostenguenstiges, gut zu verarbeitendes und wenig anfaelliges Material fuer die Instandsetzung und Verstaerkung von Betonkonstruktionen zur Verfuegung steht, verglichen mit Kohlefasern in einer reinen Kunstharzmatrix. ABSTRACT IN ENGLISH: Fiber reinforced polymers (FRP) have been successfully used in rehabilitation of aged concrete structures, but still little research have been undertaken to develop compatible, durable and cost-saving technologies for structural conservation of monumental buildings. A preliminary study on the use of fiber reinforced cement-polymer matrix composites using prepreg technology is presented. An experimental program has been developed to define a new waterborne polymer-added cement matrix in order to cast pre-impregnated carbon fiber fabrics. Several variables, including different types of water-redispersible polymers, polymer/cement content ratios and application procedures have been investigated to obtain a pre-impregnated fiber mat to be used on site. The impregnated textiles were therefore applied onto standard prismatic mortar samples, by a cement-polymer based grout by hand lay-up technique and subjected to three-point bending tests after room temperature and relative humidity curing. The results, compared to those obtained applying a reference epoxy-based system, exhibited promising applicability and mechanical properties. (A)