Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Die geringe Zugfestigkeit von zementgebundenen Materialien kann durch die Zugabe von Fasern maßgeblich verbessert werden. Ziel eines gemeinsamen Verbundprojekts mit einem Industriepartner war die Erhöhung der Leistungsfähigkeit von kurzen Polymer- und Carbonfasern durch eine Verbesserung des Verbundes zwischen Faseroberfläche und Zementsteinmatrix.
Von der IONYS AG wurde dazu eine spezielle Funktionalisierung entwickelt, die über eine Hydrophilisierung der Faseroberfläche eine chemische Anbindung an die Zementsteinmatrix gewährleistet. Aufgabe der BAM war es, die Effizienz der neuen Beschichtung bezüglich der Erhöhung der Nachrissbiegezugfestigkeit und der Reduzierung der Schwindrissbildung während der Erhärtungsphase zu quantifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Funktionalisierung die Neigung zur Schwindrissbildung für die Carbonfasern und in noch stärkerem Maße für die Polymerfasern reduziert.
Eine Erhöhung der Nachrissbiegezugfestigkeit konnte dagegen nur für die deutlich steiferen Carbonfasern nachgewiesen werden.
Die geringe Zugfestigkeit von zementgebundenen Materialien kann durch die Zugabe von Fasern maßgeblich verbessert werden. Ziel eines gemeinsamen Verbundprojekts mit einem Industriepartner war die Erhöhung der Leistungsfähigkeit von kurzen Polymer- und Carbonfasern durch eine Verbesserung des Verbundes zwischen Faseroberfläche und Zementsteinmatrix.
Von der IONYS AG wurde dazu eine spezielle Funktionalisierung entwickelt, die über eine Hydrophilisierung der Faseroberfläche eine chemische Anbindung an die Zementsteinmatrix gewährleistet. Aufgabe der BAM war es, die Effizienz der neuen Beschichtung bezüglich der Erhöhung der Nachrissbiegezugfestigkeit und der Reduzierung der Schwindrissbildung während der Erhärtungsphase zu quantifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Funktionalisierung die Neigung zur Schwindrissbildung für die Carbonfasern und in noch stärkerem Maße für die Polymerfasern reduziert.
Eine Erhöhung der Nachrissbiegezugfestigkeit konnte dagegen nur für die deutlich steiferen Carbonfasern nachgewiesen werden.
The low tensile strength of cement-based materials can be improved by the addition of fibres. In a joint research project, an industrial partner designed special coatings for polymer and carbon fibres by integrating surfactants and hydrophilic compounds. Aim of the developed functionalization was to ensure an even coverage of the fibre surfaces and to anchor them chemically in the cement-based matrix. Task of the BAM was to quantify the effect of the improved bond. In a first step a workable mortar adjusted to the strength of the tested fibres was developed and the fibre distribution assessed by light microscopy and computed tomography. To test the new coating for its efficiency to prevent cracking during hardening and to improve the loadbearing behaviour new test setups were developed or existing methods were adjusted.
The experiments showed that the functionalization leads to a reduction of the crack area measured after the exposure of the wet mortar to strong drying conditions in the wind channel. Regarding the Efficiency to mitigate shrinkage cracks the functionalisation turned out to be more efficient for fibres made from polyacrylonitrile (PAN) than for carbon fibres. An improvement of the tensile strength after cracking of the cementitious matrix could only be documented for the coated carbon fibres. It could be quantified, however, only in the three-point bending tests because the fibres turned out to be too brittle for the applied single fibre pull-through test.
Shrinkage measurement of miniaturized low temperature co-fired
ceramics (LTCC) samples under load typically leads to a collapsing of
the sample due to the softening of the glassy phase, which hampers
the characterization of shrinkage up to full densification. In practical
sintering processes in contrast, LTCC panels are sintered under axial
loads of up to 1 MPa without lateral shrinkage or collapsing of the
structure. To characterize the shrinkage behavior during such
processes, a measurement setup was developed, which allows for in-situ
thickness shrinkage measurements of practical, large LTCC panels
during pressure-assisted sintering in a sintering press. Using this setup,
the shrinkage behavior of two commercial LTCC tapes (GreenTape 951
and Ceramtape GC) has been measured under loads of up to 1 MPa.
No crushing of the specimens was observed and reproducible
characterization of shrinkage up to full densification has been
performed. Based on comparisons to thermomechanical analyzer
measurements in this and other studies, it is concluded that the in-situ
approach is much better suited for shrinkage characterization of LTCC
under load.
Shrinkage measurements of miniaturized low temperature co-fired ceramics (LTCC) samples under load typically lead to collapsing of the samples, which hampers the characterization of shrinkage up to full densification. In this paper, a measurement setup is presented, which allows for in situ shrinkage measurements of practical, large LTCC panels during pressure-assisted sintering in a sintering press. The shrinkage behavior of two commercial LTCC systems (GreenTape 951 and Ceramtape GC) has been measured under loads of up to 1 MPa. No crushing of the specimens was observed and reproducible characterization of shrinkage up to full densification has been performed. Based on comparisons to thermomechanical analyzer measurements in this and other studies, it was found that the in situ approach is much better suited for shrinkage characterization of LTCC under load.
Reproducibility and accuracy of the method are discussed and practical as well as more academic applications are proposed.