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Im Gegensatz zur Druckfestigkeit weisen zementgebundene Werkstoffe i. a. nur geringe Zugfestigkeiten auf. Ein Weg, Zugfestigkeiten zementgebundener Werkstoffe zu erhöhen und Rissbildung aufgrund von Zugspannungen zu verringern, besteht in der Einarbeitung von Fasern, die diese Spannungen aufnehmen. Häufig eingesetzt werden Stahlfasern, obwohl synthetische Polymerfasern leichter und meist beständiger gegenüber chemischen Angriffen und Korrosion sind. Die Polymerfasern zeigen allerdings meist einen deutlich schwächeren Haftverbund, was an der hydrophoben Faseroberfläche liegt. Um nun eine Anbindung der Fasern an die mineralische Matrix zu erreichen, müssen die Faseroberflächen modifiziert werden, ohne dass die mechanischen Eigenschaften negativ beeinflusst werden. Eine Herausforderung besteht somit in einer Oberflächenmodifikation durch eine schonende Behandlung der Fasern zur Erzeugung von anbindungsfähigen Gruppen. Durch eine Behandlung von modifizierten Fasern mit geeigneten Polymerlösungen werden die Oberflächeneigenschaften verändert und erlauben eine Anbindung an die Zementsteinmatrix. Der Einsatz von Tensiden als grenzflächenaktive Verbindungen ermöglicht in diesem Zusammenhang eine Vermittlung zwischen Polymeroberflächen und mineralischen Werkstoffen.
Im Gegensatz zur Druckfestigkeit weisen zementgebundene Werkstoffe i. a. nur geringe Zugfestigkeiten auf. Ein Weg, Zugfestigkeiten zementgebundener Werkstoffe zu erhöhen und Rissbildung aufgrund von Zugspannungen zu verringern, besteht in der Einarbeitung von Fasern, die diese Spannungen aufnehmen. Häufig eingesetzt werden Stahlfasern, obwohl synthetische Polymerfasern leichter und meist beständiger gegenüber chemischen Angriffen und Korrosion sind. Die Polymerfasern zeigen allerdings meist einen deutlich schwächeren Haftverbund, was an der hydrophoben Faseroberfläche liegt. Um nun eine Anbindung der Fasern an die mineralische Matrix zu erreichen, müssen die Faseroberflächen modifiziert werden, ohne dass die mechanischen Eigenschaften negativ beeinflusst werden. Eine Herausforderung besteht somit in einer Oberflächenmodifikation durch eine schonende Behandlung der Fasern zur Erzeugung von anbindungsfähigen Gruppen.
Durch eine Behandlung von modifizierten Fasern mit geeigneten Polymerlösungen werden die Oberflächeneigenschaften verändert und erlauben eine Anbindung an die Zementsteinmatrix. Der Einsatz von Tensiden als grenzflächenaktive Verbindungen ermöglicht in diesem Zusammenhang eine Vermittlung zwischen Polymeroberflächen und mineralischen Werkstoffen.
This paper focuses on the experimental evaluation of one of the key microstructural Parameters of a short-fiber reinforced composite – the orientation distribution of fibers. It is shown that computed tomography (CT) produces results suitable for reconstruction of the orientation distribution function. This function is used for calculation of the effective elastic properties of polymer-fiber reinforced concrete. Explicit formulas are derived for overall elastic moduli accounting for orientation distribution in the frameworks of the noninteraction approximation, the Mori–Tanaka–Benveniste scheme, and the Maxwell scheme.
The approach illustrated can be applied to any kind of composite material.
The reinforcement of concrete with polymer fibers provides resistance to crack formation. The orientation distribution of these fibers has a significant influence on the mechanical behavior of the material. To optimize material performance, micromechanical models that are capable of making accurate predictions of the mechanical behavior of composite materials are needed. These models must be calibrated using experimental results from microstructural characterization. For the fiber orientation distribution analysis in the present study, computed tomography (CT) data were used to evaluate the properties of a fiber-reinforced cement mortar. The results have indicated that the fibers in this material have highly anisotropic orientation characteristics and that there is a clear tendency for the polymer fibers to agglomerate during mixing and casting. The incorporation of this experimental data into micromechanical models will increase the accuracy of those models for material simulation and optimization.
