@phdthesis{Sigruener2023, author = {Sigr{\"u}ner, Michael}, title = {Entwicklung von verstreckten Polypropylenfasern als Bewehrungsalternative f{\"u}r Beton}, doi = {10.14279/depositonce-16765}, school = {Technische Hochschule Rosenheim}, year = {2023}, abstract = {Nachhaltigkeit und Ressourceneinsparung sind die Themen der Stunde. Vor allem die Bauindustrie hat ein großes Potenzial, umweltfreundlicher zu agieren, da dieser Industriezweig einer der gr{\"o}ßten Kohlenstoffdioxid-Emitter ist. Durch die Verl{\"a}ngerung der Lebenszeit von Bauwerken und die Einsparung von Baumaterialien kann nachhaltiger und ressourcenschonender gearbeitet werden. Eine M{\"o}glichkeit, diese Ziele zu erreichen ist der Einsatz alternativer Beton-Bewehrungen. Der Grundbaustoff Beton hat sehr gute Druckfestigkeiten, weist allerdings Defizite bei der Zugfestigkeit auf. Zur Verbesserung der Zugfestigkeit wird dem Beton ein Material mit hoher Zugfestigkeit beigemischt. Dieses wird „Bewehrung" genannt. Stand der Technik in der Bauindustrie ist momentan die Bewehrung mit Stahlst{\"a}ben und -matten. Der Stahl begrenzt allerdings die Lebenszeit von Bauwerken, da es durch das Eindringen von Chloriden, Sulfaten oder Kohlendioxid fr{\"u}her oder sp{\"a}ter zu Korrosion kommt. Um den Korrosionszeitpunkt hinauszuz{\"o}gern, verwendet die Industrie eine dicke Betonschutzschicht, um den Stahl zu sch{\"u}tzen. Die Verwendung einer korrosionsbest{\"a}ndigen alternativen Bewehrung w{\"u}rde die Lebensdauer (Dauerhaftigkeit) von Bauwerken steigern und gleichzeitig eine Verringerung der verwendeten Baumaterialien bewirken. Dies w{\"u}rde einen Beitrag zu einer nachhaltigeren Bauindustrie leisten. Eine Substanz, die als Bewehrungsmaterial eingesetzt werden kann, ist Polypropylen (PP). Polypropylen ist ein sehr korrosionsbest{\"a}ndiges Polymer, das die gerade beschriebenen Effekte erzielen w{\"u}rde. Allerdings ist Polypropylen als Standardmaterial nicht f{\"u}r die Bewehrung von Beton geeignet. Seine mechanischen Eigenschaften sind nicht vergleichbar mit denen von Baustahl. Gleichzeitig ist die Adh{\"a}sion von Polypropylen zu Beton nicht ausreichend, um eine effiziente Verst{\"a}rkung erzielen zu k{\"o}nnen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, L{\"o}sungswege zu entwickeln, wie aus PP eine alternative Betonbewehrung hergestellt werden kann. Zuerst wurde sowohl das Problem der niedrigen mechanischen Eigenschaften von Polypropylen als auch die Schwierigkeit der geringen Adh{\"a}sion zu Beton getrennt untersucht. Im Anschluss wurden Methoden eruiert, mithilfe derer eine Kombination der mechanischen Eigenschaften mit der Adh{\"a}sion zu Beton bei gleichbleibenden Eigenschaften m{\"o}glich ist. Hierf{\"u}r wurde ein Reaktivextrusions- und ein Co-Extrusionsprozess untersucht. Die Zugfestigkeit von Polypropylen kann durch eine starke Orientierung der Molek{\"u}lketten signifikant erh{\"o}ht werden. Der daf{\"u}r n{\"o}tige Verstreckungsprozess ist die Basis f{\"u}r die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. In einem ersten Schritt wurden verschiedene PP-Typen auf deren Verstreckbarkeit untersucht und in der Folge mit makroskopischen und nanoskaligen F{\"u}llstoffen ausger{\"u}stet, um so die Zugfestigkeit und den Elastizit{\"a}tsmodul zu steigern. Im zweiten Schritt wurde der Einfluss von mehreren aufeinander folgenden Verstreckungsstufen auf die mechanischen Eigenschaften untersucht. Die hohe chemische Stabilit{\"a}t von PP verhindert eine gute Adh{\"a}sion zu Beton. Folglich wurde die nat{\"u}rliche Adh{\"a}sion von verschiedenen Polymeren zu Beton untersucht, um m{\"o}gliche andere Polymere als Additive zur Adh{\"a}sionsverbesserung zu identifizieren. Der Unterschied in der Polarit{\"a}t zwischen Beton und PP ist sehr hoch, weshalb der Einfluss einer Hydrophilierung von PP auf die Adh{\"a}sion zu Beton durch Van der Waals Kr{\"a}fte und Wasserstoffbr{\"u}ckenbindungen analysiert wurde. Dies ber{\"u}cksichtigend konnte ein Reaktivextrusionsprozess mit einem Vinylsilan entwickelt werden, der eine kovalente Bindung von PP zu Beton erm{\"o}glicht. Um eine optimierte PP-Faser zur Bew{\"a}hrung von Beton zu erhalten, mussten die zuvor erlangten Erkenntnisse hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften und der Adh{\"a}sion zu Beton in einer Faser vereint werden. Diesbez{\"u}glich wurde einerseits die Reaktivextrusion mit F{\"u}llstoffen und einem angepassten Verstreckungsprozess optimiert. Andererseits wurden verschiedene Materialien in einem Co-Extrusionsprozess kombiniert. ,Eine wichtige Erkenntnis besteht darin, dass eine Faser mit einer Verbundaußenschicht aus silanisiertem PP und Holzfasern in Kombination mit einem optimierten Verstreckungsprozess, eine signifikante Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der Adh{\"a}sion zu Beton erzielt. Zur differenzierten Beurteilung der Ergebnisse wurde ein spezieller Testaufbau basierend auf einem Einzelfaserauszugstest entwickelt, der die verschiedenen Adh{\"a}sionsmechanismen einer modifizierten PP-Faser zu Beton unterscheiden kann und dadurch wiederum eine Modifizierung der Faser speziell auf einzelne Adh{\"a}sionsmechanismen erm{\"o}glicht. Zusammenfassend konnten mit dieser Arbeit mehrere L{\"o}sungsans{\"a}tze aufgezeigt werden, wie eine alternative Bewehrungsfaser f{\"u}r Beton aus Polypropylen hergestellt werden kann.}, language = {de} } @article{FalknerEierleHenke2002, author = {Falkner, H. and Eierle, Benno and Henke, V.}, title = {HH-St{\"u}tzen, schlanke Betonfertigteile aus Hochleistungsbeton}, series = {Beton- und Fertigteil Jahrbuch 2003}, volume = {2002}, journal = {Beton- und Fertigteil Jahrbuch 2003}, publisher = {Bauverlag}, address = {G{\"u}tersloh}, year = {2002}, language = {de} }