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Aspekte der kohäsiven und adhäsiven Eigenschaften von PCC

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Autor: Kay Andre Bode

Institut: Juniorprofessur Polymere Bindemittel und Baustoffe im Bauwesen
Fakultät: Fakultät Bauingenieurwesen
Dokumentart: Dissertation
Betreuer/Doktorvater: Dimmig-Osburg, Andrea (Prof. Dr.-Ing.)
Sprache: Deutsch
Erstellungsjahr: 2009
Publikationsdatum: 13.05.2009

Die Abkürzung PCC bezieht sie sich hier auf Polymer modified Cement Concrete, also mit Kunststoffen modifizierte Mörtel und Betone. Hierfür hat sich diese Abkürzung auch international durchgesetzt. Sie bezeichnet Baustoffe, die neben dem mineralischen Bindemittel Zement auch Kunststoffe enthalten. Zement und Kunststoff erzielen im späteren Mörtel bzw. Beton eine gemeinschaftliche Bindemittelwirkung.
Wiederholter Gegenstand von Schadensfällen ist das Versagen des Haftverbundes zu anderer Bausubstanz. Da PCC häufig als dünne Schutzschicht auf vorhandenen Beton aufgetragen werden, führt ein Versagen der Adhäsion früher oder später auch zu einem Versagen dieser Schutzfunktion. Umgekehrt kann ein Versagen des Schutzes infolge von Rissen im PCC auch im Nachhinein zum Ablösen der Beschichtung führen. Ursächlich für dieses kohäsive Versagen sind dabei i. d. R. die Auswahl falscher bzw. nicht aufeinander abgestimmter Baustoffsysteme oder schlicht Verarbeitungsfehler.
Das Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, welchen Einfluss die kohäsiven und adhäsiven Eigenschaften von PCC auf deren Dauerhaftigkeit, insbesondere bei der Anwendung als Beschichtungsmaterial, haben. Dazu wurden vier maßgebliche Schwerpunkte bearbeitet.
Eine zentrale Rolle für die Dauerhaftigkeit eines Beschichtungsmaterials spielt dessen Längenänderungsverhalten. Der Betrag der positiven und negativen Längenänderungen ist bestimmend für die Spannungen, die im Beschichtungsmaterial entstehen können. Sind die auftretenden Spannungen höher als die Zugfestigkeit des PCC erfolgt der Spannungsabbau durch Risse. Es kommt also zum Kohäsionsversagen im Mörtel. Wird der PCC als Beschichtungsmaterial genutzt, werden die Spannungen im Idealfall über die Verbundebene zum Beschichtungsuntergrund übertragen. Übersteigen dabei diese Spannungen die maximal aufnehmbaren Verbundspannungen, kommt es zum Adhäsionsversagen zwischen Beschichtung und Untergrund.
In Modellversuchen werden die Effekte des Längenänderungsverhaltens kunststoffmodifizierter Zementsteine auf den Haftverbund zu einer Gesteinskörnung untersucht. Dadurch werden Rückschlüsse auf die Kohäsion innerhalb der PCC durch die Beschreibung des adhäsiven Verbundes zwischen Zementsteinmatrix und Gesteinskörnung gezogen.
Neben der Längenänderung sind auch die Festigkeitseigenschaften der PCC bedeutsam für deren Dauerhaftigkeit. Es werden die Festigkeitseigenschaften kunststoffmodifizierter Mörtel und Betone nicht nur von der mechanischen Seite betrachtet. Der Focus liegt vielmehr auf der Beschreibung der durch die Kunststoffe beeinflussten kohäsiven Eigenschaften bei mechanischer Belastung. Es wird das Verhalten der polymeren Matrix nach einer Kurzzeitbelastung untersucht. Damit werden die Vorgänge, die letztlich zu einer Beeinflussung der Festigkeitseigenschaften führen, dargestellt. In diesem Zusammenhang wird auch der Einfluss der Temperatur auf die Festigkeit der PCC betrachtet.
Die Untersuchung des Frost-Taumittel-Widerstandes mittels CDF- bzw. CIF-Verfahrens ist eine gute Möglichkeit, neben der Beurteilung der Dauerhaftigkeit auch Rückschlüsse auf die kohäsiven als auch, im mikroskopischen Maßstab betrachtet, die adhäsiven Eigenschaften der PCC zu ziehen. Damit ist gemeint, dass die Kohäsion von PCC durch deren adhäsive Eigenschaften zwischen kunststoffmodifizierter Zementsteinmatrix und Gesteinskörnern maßgeblich bestimmt wird. Einerseits kann bei starkem Abfall des relativen dynamischen E-Moduls von einer geringeren Kohäsion des PCC ausgegangen werden. Dies würde dann bei einem Mörtel eher zu Rissen führen, über die wiederum betonaggressive Medien eindringen können. Im Gegensatz dazu deutet ein konstant bleibender relativer dynamischer E-Modul auf eine hohe Kohäsion und damit, bei Anwendung des PCC als Beschichtungsmaterial, auf ein höheres adhäsives Versagensrisiko der Beschichtung hin. Andererseits stellt eine höhere Abwitterung, also sozusagen das schichtenweise kohäsive Versagen, eine Gefahr bei dünnen Beschichtungen dar. Dies könnte noch durch die Anwendung anderer Taumittel (z. B. organischer) verstärkt werden. Unter diesen Gesichtspunkten wurden Untersuchungen auf der Basis des CDF-Testes sowie zur Lösungsaufnahmefähigkeit der PCC durchgeführt.
Der adhäsive Verbund von PCC zu Beton ist von vielen Faktoren abhängig. Bisher kaum betrachtet wurde die Art des Aufbringens oder der Einfluss der Probengeometrie bei Laborversuchen. Diese sowie der Einfluss einer Salzbelastung des Untergrundes bzw. der Beschichtung wurden untersucht.
Ein Teil der durchgeführten Untersuchungen wurde im Rahmen des Teilprojektes B3 „Dauerhaftigkeit polymermodifizierter Mörtel und Betone“ des von der DFG geförderten Sonderforschungsbereiches 524 „Werkstoffe und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bau-werken“ realisiert.

Quelle Abstract: Uni Weimar

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