Dresdner Wissenschaftler erforschen verbesserte Anwendungen für Carbonfasern in Beton

Großer Übersichtsartikel in renommierter Fachzeitschrift erschienen

05.01.2023 - Dresden

Dresdner Wissenschaftler erforschen verbesserte Anwendungen für Carbonfasern in Beton

Kohlenstofffasern bzw. Carbonfasern (CF) werden aufgrund ihrer sehr hoher Steifigkeit und Festigkeit immer häufiger in Verbundwerkstoffen genutzt – in den letzten Jahren auch verstärkt in der Bauindustrie. Für Beton ist diese Verbindung insbesondere bei höheren Temperaturen nicht immer ausreichend stabil. Dabei gilt Carbonbeton als ein Baustoff der Zukunft: Leicht, flexibel und deutlich weniger Ressourcenverbrauch als bei Stahlbeton.

Das Institut für Baustoffe und das Institut für Statik und Dynamik der TU Dresden haben in Zusammenarbeit mit der Shanghai Jiao Tong Universität in China erforscht, mit welchen Methoden eine stabilere Verbindung möglich ist. Dazu gehören sowohl technologische als auch physikalisch-chemische Ansätze, die eine verbesserte Faser-Matrix-Wechselwirkung bei verschiedenen Temperaturen erzielen können.

Dabei wurden sowohl textiltechnische Ansätze, wie beispielsweise geeignete Beschichtungs- oder Imprägnierungsmaterialien als vielversprechend identifiziert, als auch physikalisch-chemische Ansätze mittels Plasmabehandlungen oder elektrochemischer Abscheidung.

In einem großen Übersichtsartikel der renommierten Fachzeitschrift „Progress in Materials Science“, einem Journal mit außergewöhnlich hohem „Impact Factor“, konnten die Wissenschaftler der TU Dresden und der Shanghai Jiao Tong Universität nun einer großen Fachöffentlichkeit die verschiedenen Modifizierungsmethoden, die eine verbesserte Lastübertragung zwischen Kohlenstofffasern und zementbasierten Matrices ermöglichen sollen, vergleichend vorstellen.

Für die Dresdner Wissenschaftler ist der Beitrag in der international viel beachteten Zeitschrift ein großer Erfolg. Die Veröffentlichung in dem Fachmagazin ist ein Hinweis, dass die Problemstellung des besseren Faserverbunds in zementbasierten Matrices, die bisher hauptsächlich in Forschungsarbeiten von Bauingenieuren relevant war, auf ein Grundlagenniveau gebracht wurde, das nun für eine weit größere Fachcommunity an Bedeutung gewonnen hat.

Progress in Materials Science

A review of carbon fiber surface modification methods for tailor-made bond behavior with cementitious matrices

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0079642522001219

Abstract

Insufficient bonding behavior between intrinsically hydrophobic carbon fibers and water-based suspensions restricts the application of carbon fiber (CF) reinforced cements and other mineral building materials. To resolve this issue several researchers have investigated physical and chemical modification methods for enhanced load transfer from mineral matrices to CFs. Polymer impregnations and temperature-stable mineral suspensions have been used to tailor the interphase zone between CF rovings and surrounding matrices, achieving, e.g., better pullout behavior. Additionally, surface modification approaches such as oxidation, electrophoretic deposition, plasma, and grafting treatments as well have been applied to improve fiber–matrix interactions.

In this article these approaches are systematically reviewed and compared to describe and recommend appropriate methods for achieving tailor-made interfacial bonding behavior. Finally, suitable approaches to characterization are discussed to provide a comprehensive overview of the related methodology and to assist in studying the characteristics of the carbon fiber itself and its bonding behavior toward mineral matrices.

Kontakt
Dr. Marco Liebscher
TU Dresden
Institut für Baustoffe
Fakultät Bauingenieurwesen
+49 351463-42853
marco.liebscher@tu-dresden.de

Quelle: Technische Universität Dresden, Foto: Technische Universität Dresden / Marco Liebscher

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