DE102005048190A1

DE102005048190A1 - Beschichtung in verstärkten Verbundwerkstoffen

Info

Publication number: DE102005048190A1
Application number: DE200510048190
Authority: DE
Inventors: Edith Dr. Mäder; Rosemarie Dipl.-Chem. Plonka; Shang-Lin Dr. Gao; Christina Dipl.-Ing. Rothe
Original assignee: Leibniz Institut fuer Polymerforschung Dresden eV
Current assignee: Leibniz Institut fuer Polymerforschung Dresden eV
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-05

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Chemie und des Bauwesens und betrifft eine Beschichtung in verstärkten Verbundwerkstoffen, welche beispielsweise in faserverstärkten Hochleistungs-Betonverbunden zum Einsatz kommen kann. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beschichtung anzugeben, welche eine multifunktionale Wirkung aufweist. DOLLAR A Gelöst wird die Aufgabe durch eine Beschichtung in verstärkten Verbundwerkstoffen, wobei sich die Beschichtung auf Fasern, Fäden oder daraus hergestellten Materialien in Betonverbunden befindet, enthaltend mindestens eine Schlichte, mindestens bestehend aus Filmbildnern, Haftmitteln und oberflächenaktiven Mitteln, und mindestens ein weiteres Beschichtungsmittel, mindestens bestehend aus Polymerdispersionen, Haftmitteln und oberflächenaktiven Mitteln, und mindestens eine aus einem oder mehreren Bestandteilen der Schlichte und einem oder mehreren Bestandteilen des weiteren Beschichtungsmittels entstandene saure Barriereschicht, die in chemischer und/oder physikalischer Wechselwirkung mit alkalischen Gruppen der Betonmatrix steht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Chemie und des Bauwesens und betrifft eine Beschichtung in verstärkten Verbundwerkstoffen, welche beispielsweise in faserverstärkten Hochleistungs-Betonverbunden zum Einsatz kommen kann.

Bekanntermaßen werden faserverstärkte Verbundwerkstoffe im Bauwesen eingesetzt. Diese Verbundwerkstoffe bestehen oft aus alkaliresistenten Glas-Kurzfasern mit einem hohen ZrO₂-Anteil (15 Ma.-%), die in einem Anteil von 3–5 Vol.-% in Betonen enthalten sind. Durch den Einsatz der Fasern konnte allerdings die Tragfähigkeit nur wenig gesteigert werden, da die Fasern nicht beanspruchungsgerecht im Beton verteilt worden sind. Daher wurden die Filamentgarne zu Flächengebilden verarbeitet, die eine Ausrichtung der Fasern entsprechend der Belastung des Betonbauteiles besser ermöglichten. Durch die gestreckte Länge der Rovings können die Biege- und/oder Zugbeanspruchungen des Betons besser aufgenommen werden. Dadurch konnte bei gleichem Anteil an Fasern im Beton eine verbesserte Tragfähigkeit erreicht werden.

Die Materialeigenschaften von derartigem textilbewehrtem Beton werden im Wesentlichen durch die Eigenschaftskennwerte der Verstärkungsfasern, der Betonmatrix und der Grenzschicht zwischen Fasern und Beton bestimmt.

Dabei ist die Grenzschicht zwischen Faser und Beton für die Kraftübertragung verantwortlich, so dass diese so gestaltet werden soll, dass eine möglichst große Haftung zwischen Faser und Beton erreicht wird.

Bekanntermaßen werden dazu die Glasfasern, die bei der Glasfaserherstellung mit einer Schlichte (Finish, Präparation, Avivage) beschichtet sind, üblicherweise mit einem weiteren Mittel zur Verbesserung der Haftung beschichtet oder anderweitig oberflächenmodifiziert.

Die Eigenschaften der Glasfasern mit ZrO₂-Anteil und insbesondere ihre Zugfestigkeit werden trotz ihrer Alkaliresistenz durch die alkalische Umgebung der Zementprodukte und insbesondere durch die Anwesenheit von Calciumhydroxid, die zu einer Korrosion der Fäden führt, negativ beeinflusst. Dementsprechend wurden die Untersuchungen zu Eigenschaftsverbesserungen von alkaliresistenten Glasfasern auch bisher immer in Richtung der Verbesserung der Zugfestigkeit und Alkalibeständigkeit gemacht.

Aus der DE 29 00 116 C2 ist ein Verfahren zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit von Glasfasern zur Betonverstärkung bekannt. Danach werden alkaliresistente Glasfasern mit einer 2 bis 25 Gew.-%igen wässrigen Lösung von Bleinitrat, Zinnchlorid und/oder Zinnsulfat behandelt. Damit wurde die Alkalibeständigkeit verbessert und eine Verzögerung der Abnahme der vorhandenen Zugfestigkeit erreicht.

Nach der DE 25 59 056 A1 ist eine Beschichtungszusammensetzung für alkaliresistente Glasfasern bekannt, die ein teilweise gehärtetes A-Stufen-Phenol-Formaldehyd-Harz vom mit Wasser verdünnten Resoltyp enthält. Die Beschichtung wird auf Glasfasern aufgebracht, bei erhöhter Temperatur gehärtet und nachfolgend werden die Glasfasern in einen Portlandzementbrei eingebracht. Die Prüfung erfolgte nach dem Aushärten des Zementes und einem 28-tägigem Belassen in Wasser bei 50 °C. Dabei konnte eine mindestens 10 %-ige Verbesserung der Zugfestigkeit der Probe im Vergleich zu einer Probe ohne Glasfaserbeschichtung festgestellt werden.

Der Nachteil bekannter Beschichtungen der alkaliresistenten Glasfasern besteht darin, dass die Alkaliresistenz und die Haftung insbesondere für Hochleistungsverbunde noch nicht ausreichend sind.

Dementsprechend wurden Haftmittel zur Verbesserung der Haftung als Beschichtungen auf die Fasern aufgebracht.

Lösungen dafür wurden beispielsweise nach der GB 1 316 160 durch Aufrauhen der Oberfläche der Glasfasern mittels Eintauchen in eine Alkalilösung oder nach C. C. Agbim (Mag. Concrete Res. 16 (1964) 49, S. 195–202) und nach M. Krüger (Dissertation, Universität Stuttgart 2004) durch Bestreuen der Glasoberfläche mit Sand zur Haftungsverbesserung vorgeschlagen. Eine andere Möglichkeit zur Haftungsverbesserungen durch den Einsatz von Kunststoffschlichten mit eingebetteten feindispersen Quarzkörnern wurde von M. Ovessen (Sprechsaal 103 (1970) 24, S. 1103) angeben. Außerdem wurde in der US-PS 4018964 und von G. Rehm (Betonwerk+Fertigteil-Technik 39 (1973) 9, S. 638–641) vorgeschlagen, eine Haftungsverbesserung durch die mechanische Verankerung der Fasern oder kontinuierlichen Verbund durch aufgerauhte, profilierte oder gewellte Oberflächen zu erreichen.

Nachteilig bei diesen bekannten Haftmitteln ist, dass sie keine multifunktionale Wirkung, also keine Verbesserung der Alkalibeständigkeit und gleichzeitig die Erhöhung der Zugfestigkeit erreichen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beschichtung in verstärkten Verbundwerkstoffen anzugeben, welche eine multifunktionale Wirkung, also eine Verbesserung der Alkalibeständigkeit bei gleichzeitiger Erhöhung der Zugfestigkeit und Bruchenergie des faserverstärkten Verbundwerkstoffes, aufweist.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Beschichtung in verstärkten Verbundwerkstoffen befindet sich auf Fasern, Fäden oder daraus hergestellten Materialien in Betonverbunden. Sie enthält mindestens eine Schlichte, wobei die Schlichte aus mindestens Filmbildnern, Haftmitteln und oberflächenaktiven Mitteln besteht. Weiterhin enthält die Beschichtung mindestens ein weiteres Beschichtungsmittel, welches mindestens aus Polymerdispersionen, Haftmitteln und oberflächenaktiven Mitteln besteht. Ebenfalls enthält die Beschichtung mindestens eine aus einem oder mehreren Bestandteilen der Schlichte und einem oder mehreren Bestandteilen des weiteren Beschichtungsmittels entstandene saure Barriereschicht, die in chemischer und/oder physikalischer Wechselwirkung mit alkalischen Gruppen der Betonmatrix steht.

Vorteilhafterweise enthält die Schlichte alkaliresistente Filmbildner aus der Gruppe der Epoxidharzdispersionen, Acryldispersionen, Styrol-Butadien-Copolymeren und/oder polykationische Polymere, besonders vorteilhafterweise als polykationisches Polymer Chitosan.

Weiterhin vorteilhafterweise sind als Haftmittel in der Schlichte Verbindungen mit basischen aminofunktionellen Gruppen vorhanden.

Ebenfalls vorteilhafterweise sind als oberflächenaktive Mittel in der Schlichte kationenaktive und nichtionogene oberflächenaktive Mittel vorhanden.

Auch vorteilhafterweise weist die Schlichte weiterhin einen nanodispersen Zusatz in Form von Carbon-Nanotubes auf.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die weitere Beschichtung 2–20 Vol.-% organische Bestandteile aufweist.

Auch vorteilhaft ist es, wenn die Polymerdispersionen der weiteren Beschichtung aus carboxylierten, selbstvernetzenden Styrol-Butadien-Dispersionen und/oder hochmolekularen Epoxydharzdispersionen bestehen, noch vorteilhafterweise, wenn die Polymerdispersionen einen T_g-Bereich von 0–35 aufweisen und/oder einen geschlossenen Film aufweisen.

Von Vorteil ist es auch, wenn als Haftmittel im weiteren Beschichtungsmittel Alkysilan hoher Kettenlänge vorhanden ist.

Weiterhin von Vorteil ist es, wenn als oberflächenaktives Mittel im weiteren Beschichtungsmittel benetzungsverbessernde nichtionogene Tenside vorhanden sind.

Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die weitere Beschichtung weiterhin einen nanodispersen Zusatz in Form von Schichtsilikaten aufweist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist es, wenn die Faserbündel des Rovings in Inneren chemisch und/oder physikalisch miteinander verbunden sind und die Randfasern mit der sauren Barriereschicht und teilweise mit den alkalischen Gruppen der Betonmatrix in chemischer und/oder physikalischer Wechselwirkung stehen.

Vorteilhafterweise sind physikochemische Wechselwirkungen Säure-Base-Wechselwirkungen.

Und auch vorteilhafterweise sind chemische Wechselwirkungen kovalente Bindungen.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn sich die Beschichtung auf aus Fasern und/oder Fäden mittels textiler Technologien hergestellten Materialien befindet.

Von Vorteil ist es auch, wenn die Fasern und/oder Fäden aus alkaliresistentem Glas oder Kohlenstoff bestehen.

Die erfindungsgemäße Beschichtung befindet sich auf Fasern, Fäden oder daraus hergestellten Materialien, die sich in einem verstärkten Verbundwerkstoff mit einer Betonmatrix befinden. Dabei sind die aus den Fasern oder Fäden hergestellten Materialien vorzugsweise mittels textiler Technologien hergestellt.

Bei der erfindungsgemäßen Beschichtung bestehen einerseits zwischen Bestandteilen der Schlichte und Bestandteilen der weiteren Beschichtung starke chemische und/oder physikalische Wechselwirkungen, die sich bis in das Fadeninnere und in das Innere von aus Fasern oder Fäden hergestellten Materialien erstrecken und so zu einer Verbesserung der Zugfestigkeit und Bruchenergie der Bauteile mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung führen. Zusätzlich verbessert die erfindungsgemäße Beschichtung die Biegefestigkeit vieler Bauteile.

Andererseits bestehen auch chemische und/oder physikalische Wechselwirkungen zwischen der aus den Bestandteilen von Schlichte und von weiterer Beschichtung entstandenen sauren Barriereschicht und den alkalischen Gruppen der Betonmatrix. Dadurch kommt es zu einer Verbesserung der Alkalibeständigkeit, da durch die Wechselwirkungen alkalische Gruppen der Betonmatrix gebunden sind, die nicht mehr für die Korrosion der Fasern, Fäden oder daraus hergestellten Materialien zur Verfügung stehen.

Diese erfindungsgemäße Beschichtung stellt eine neue Form einer Grenzschicht zwischen Fasern, Fäden oder daraus hergestellten Materialien und der Betonmatrix dar, die sowohl in die Fäden und daraus hergestellten Materialien hinein und andererseits in die Betonmatrix hinein wirkt und somit zu einer wesentlichen Verbesserung des Tragverhaltens und gleichzeitig verbesserter Alkalibeständigkeit führt.

Die erfindungsgemäße Beschichtung wird folgendermaßen erzeugt.

Auf Fasern, Fäden oder daraus hergestellten Materialien befindet sich einerseits aufgrund ihres Herstellungsverfahrens bereits eine Schlichte mit den erfindungsgemäß notwendigen Bestandteilen, oder es wird beispielsweise mittels Tauch-, Sprüh- oder Spritzverfahren eine wässrige Schlichte mit den erfindungsgemäßen Bestandteilen aufgebracht. Nachfolgend wird das weitere wässrige Beschichtungsmittel mit den erfindungsgemäßen Bestandteilen ebenfalls beispielsweise mittels Tauch-, Sprüh- oder Spritzverfahren auf die mit Schlichte bereits beschichteten Fasern, Fäden oder daraus hergestellten Materialien aufgebracht. Anschließend werden die so beschichteten Fasern, Fäden oder daraus hergestellten Materialien getrocknet. Im noch nicht getrockneten Zustand hat sich aufgrund der vorhandenen Schlichtebestandteile und der Bestandteile der weiteren Beschichtung innerhalb der aufgebrachten Gesamtbeschichtung der Fasern, Fäden oder der daraus hergestellten Materialien eine saure Barriereschicht ausgebildet. Die so beschichteten Fasern, Fäden oder daraus hergestellten Materialien werden dann in einen Betonbrei eingearbeitet oder mit diesem beschichtet. Vor dem Aushärten des Betons findet die chemische und/oder physikalische Wechselwirkung zwischen mindestens der sauren Barriereschicht und den alkalischen Gruppen der Betonmatrix statt. Diese chemischen und/oder physikalischen Wechselwirkungen sind im wesentlichen Säure-Base-Wechselwirkungen und kovalente Bindungen.

Besonders günstig ist der Einsatz von Fasern oder Fäden aus alkaliresistenten Gläsern mit einem ZrO₂-Anteil von mindestens 15 Vol.-% oder aus Kohlenstoff.

Besonders wichtig für die erfindungsgemäße Beschichtung ist die Abstimmung der Bestandteile der Schlichte und des weiteren Beschichtungsmittels aufeinander. Da häufig die Schlichte auf Glasfasern bereits vorhanden ist, sind die Bestandteile des weiteren Beschichtungsmittels so darauf abzustimmen, dass eine saure Barriereschicht entsteht, die dann mit der Betonmatrix wechselwirken kann. Dabei ist eine möglichst vollständige Ausbildung der Barriereschicht um die Fasern, Fäden oder daraus hergestellte Materialien besonders vorteilhaft. Eine nicht vollständig ausgebildete Barriere führt aber auch schon zu deutlichen Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik.

Die erfindungsgemäße Beschichtung führt zu einer Verbundbildung der inneren Fasern. Dadurch verbessern sich die Formbeständigkeit sowie Handhabbarkeit im praktischen Gebrauch als eine wichtige Voraussetzung zum Erhalt der Faserorientierung und somit des Erreichens maximaler Tragfähigkeiten. Mit der erfindungsgemäßen Beschichtung kann die Rauheit der Faseroberflächen systematisch variiert werden, womit einerseits die Haftung/Reibung im Zusammenhang steht und andererseits die Festigkeit erhöht werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Dabei zeigen
1: Rasterelektronenmikroskopische Bruchflächenaufnahme von Glasfasern (Beispiel 1)
und
2: Rasterelektronenmikroskopische Bruchflächenaufnahme von Kohlenstofffasern (Beispiel 2)
Beispiel 1
Mittels Düsenspinnverfahren werden alkaliresistente Glasfasern hergestellt, die unmittelbar nach Düsenaustritt mit einer Schlichte beschichtet werden, was zu einer in Abhängigkeit vom Filmbildungsverhalten des polymeren Filmbildners ungleichmäßigen Beschichtung mit maximalen Rauheiten von bis 150 nm führt. Die Glasfasern bestehen aus SiO₂ = 7,9 Ma.-%, Al₂O₃ = 0,7 Ma.-%, ZrO₂ = 15,5 Ma.-%, Na₂O = 12,1 Ma.-%, K₂O = 2,4 Ma.-%, TiO₂ = 6,3 Ma.-%.
Die Schlichte enthält einen Filmbildner aus 8 Ma.-% einer kommerziell erhältlichen wässrigen hochmolekularen Epoxidharzdispersion (Neoxil 8294, Fa. DSM). Als Haftmittel enthält die Schlichte 0,4 Ma.-% reaktives amino-/alkyl-funktionalisiertes Silan (HS 2909) und 0,2 Ma.-% N-beta-(Aminoethyl)-gamma-aminopropyltrimethoxysilan (A 1120, Fa. Cromton/OSI Specialities). Als kationisches Tensid sind 0,1 Ma.-% aliphatisches Amin (Neoxil 88710, Fa. DSM) und als nichtionogenes Tensid sind 0,3 Ma.-% Nonylphenolpolyglycolester (Arkopal N100, Fa. Clariant) enthalten. Der Schlichteansatz wird mit 91 Ma.-% entionisiertem Wasser auf 100 Ma.-% aufgefüllt. Aus den mit dieser Schlichte beschichteten Fasern wird ein Spinnfaden hergestellt, der mit einem Spinnkuchenwickler auf eine Manschette als Glasroving aufgewickelt und nachfolgend bei 130 °C getrocknet wird.
Auf die Fäden des Glasrovings wird dann die weitere Beschichtung mittels eines Foulards aufgebracht. Die weitere Beschichtung besteht aus 55 Ma.-% carboxyliertem Styren-Butadien-Latex (Plextol SB490, Fa. Polymerlatex), aus 0,2 Ma.-% N-Propyltrimethoxysilan (PTMO, Fa. Degussa) und aus 0,1 Ma.-% ethoxyliertem Nonylphenol (Igepal CO 630, Fa. Erbslöh KG). Der Beschichtungsansatz wird mit 44,7 Ma.-% entionisiertem Wasser auf 100 Ma.-% aufgefüllt.
Nach der Aufbringung der weiteren Beschichtung auf die Fäden des Glasrovings erfolgt eine Trocknung bei 135 °C.
An den mit Schlichte und der weiteren Beschichtung versehenen Glasrovings wurden Rovingzugversuche durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Aufbringung der weiteren Beschichtung und die damit einhergehende Verbundbildung der Fasern untereinander (Fadenschluss im Inneren) und mit der weiteren Beschichtung eine deutliche Erhöhung der Rovingzugfestigkeit von um die 70 % erreicht werden konnte.
Nachfolgend sind die Glasrovings mit der weiteren Beschichtung mit einer Feinheit von 640 tex in Portlandzementbrei mit einem pH-Wert von 13,7 beanspruchungsgerecht eingearbeitet und zu Prüfkörpern verarbeitet worden.
An den Prüfkörpern wurden unterbewehrte Zugversuche durchgeführt und anhand der Kraft-Verschiebungskurven die auftretende Maximalkraft F_max bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 enthalten. 1 (links) zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Glasfilamenten nach dem Stand der Technik nach dem Einbetten in Beton und anschließendem Aufbrechen des Verbundes. An den Filamenten befinden sich keine Matrixbestandteile, da es zwischen Faseroberfläche und Beton keine Wechselwirkungen gibt. 1 (rechts) zeigt Glasfilamente, die aufgrund der erfindungsgemäßen Beschichtung mit der Betonmatrix wechselgewirkt haben. An der Bruchfläche haften viele Partikel der Betonmatrix. Die Ergebnisse zeigen, dass die Maximalkraft bei den mit der erfindungsgemäßen Beschichtung versehenen Prüfkörpern um die 50 % höher ist.
Zur Bestimmung der Alkalibeständigkeit wurden die mit der weiteren Beschichtung versehenen Glasrovings in NaOH-Lösung bei Raumtemperatur 28 Tage gelagert, anschließend mit verdünnter Salzsäure und destilliertem Wasser gespült und getrocknet. Durch Messung des Glühverlustes nach DIN ISO 1887 wird der Anteil an organischen Bestandteilen der Glasfasern vor und nach der Alkalilagerung bestimmt. Im Ausgangszustand wiesen die Glasfasern 9,2 Ma.-% organische Bestandteile auf. Nach der Alkalilagerung waren noch 9,2 Ma.-% organischer Bestandteile vorhanden. Die Ergebnisse zeigen eine wesentlich verbesserte Alkaliresistenz der mit der erfindungsgemäßen Beschichtung versehenen Glasrovings.
Damit ist mit der erfindungsgemäßen Beschichtung sowohl die Zugfestigkeit und die Haftung/Bruchenergie als auch die Alkalibeständigkeit gleichzeitig verbessert worden.
Beispiel 2
Kohlenstofffaserrovings mit einer Feinheit von 800tex werden mit einer Epoxidharzschlichte beschichtet.
Auf die Fäden des Kohlenstofffaserrovings wird dann die weitere Beschichtung mittels eines Foulards aufgebracht. Die Beschichtung setzt sich zusammen aus einem Gemisch aus 50 Masse-% des carboxylierten Styren-Butadien-Copolymerisat (Lefasol VL31/1) mit einem T_g-Wert von 6, und 10 Masse-% (Lefasol VL26/05) mit dem T_g-Wert 35. Nach der Aufbringung der weiteren Beschichtung auf die Fäden des Kohlenstofffaserrovings erfolgt eine Trocknung bei 135 °C.
An mit Schlichte und der weiteren Beschichtung versehenen Kohlenstofffaserrovings wurden Rovingzugversuche durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Aufbringung der weiteren Beschichtung und die damit einhergehende Verbundbildung der Fasern untereinander (Fadenschluss im Inneren) und mit der weiteren Beschichtung eine deutliche Erhöhung der Rovingzugfestigkeit von bis zu 134 % erreicht werden konnte.
Nachfolgend sind die Kohlenstofffaserrovings mit der weiteren Beschichtung in Portlandzementbrei mit einem pH-Wert von 13,7 beanspruchungsgerecht eingearbeitet und zu Prüfkörpern verarbeitet worden.
An den Prüfkörpern wurden unterbewehrte Zugversuche durchgeführt und anhand der Kraft-Verschiebungskurven die auftretende Maximalkraft F_max bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 enthalten. 2 (links) zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Kohlenstofffasern nach dem Stand der Technik nach dem Einbetten in Beton und anschließendem Aufbrechen des Verbundes. An den Filamenten befinden sich keine Matrixbestandteile, da es zwischen Faseroberfläche und Beton keine Wechselwirkungen gibt. 2 (rechts) zeigt Kohlenstofffasern, die aufgrund der erfindungsgemäßen Beschichtung mit der Betonmatrix wechselwirken. An der Bruchfläche haften viele Partikel der Betonmatrix. Die Ergebnisse zeigen, dass die Maximalkraft bei den mit der erfindungsgemäßen Beschichtung versehenen Prüfkörpern um bis zu 119 % höher ist.
Nach dem Stand der Technik beschichtete Kohlenstofffasern bilden keine Grenzschicht zur Betonmatrix aus, die eine gute Haftung ermöglicht und sie besitzen daher nur eine geringe Haftung zur Betonmatrix. Es ist bekannt, dass sich bei alkalischer Matrix um die Fasern eine schalenartige Struktur aus Calciumsilikathydrat-Phasen und Calciumhydroxid-Phasen ausbildet. Dadurch werden die Grenzschicht und die Kohlenstofffasern geschädigt. Es kommt zu einem Versteifungseffekt durch die schalenartige Struktur und somit zu einer Versprödung der Kohlenstofffaser. Sie versagt dadurch bereits bei geringen Belastungen. Das Aufbringen der erfindungsgemäßen Beschichtung schützt die Kohlenstofffaser, da sie durch die saure Barriereschicht das Ausbilden der schalenartigen Struktur verhindert.
Damit ist mit der erfindungsgemäßen Beschichtung sowohl die Zugfestigkeit und die Haftung/Bruchenergie als auch die Alkalibeständigkeit gleichzeitig verbessert worden.
Tabelle 1
Tabelle 2

Claims

Beschichtung in verstärkten Verbundwerkstoffen, wobei sich die Beschichtung auf Fasern, Fäden oder daraus hergestellten Materialien in Betonverbunden befindet, enthaltend mindestens eine Schlichte, mindestens bestehend aus Filmbildnern, Haftmitteln und oberflächenaktiven Mitteln, und mindestens ein weiteres Beschichtungsmittel, mindestens bestehend aus Polymerdispersionen, Haftmitteln und oberflächenaktiven Mitteln, und mindestens eine aus einem oder mehreren Bestandteilen der Schlichte und einem oder mehreren Bestandteilen des weiteren Beschichtungsmittels entstandene saure Barriereschicht, die in chemischer und/oder physikalischer Wechselwirkung mit alkalischen Gruppen der Betonmatrix steht.
Beschichtung nach Anspruch 1, bei der die Schlichte alkaliresistente Filmbildner aus der Gruppe der Epoxidharzdispersionen, Acryldispersionen, Styrol-Butadien-Copolymeren und/oder polykationische Polymere enthält.
Beschichtung nach Anspruch 2, bei der als polykationisches Polymer Chitosan vorhanden ist.
Beschichtung nach Anspruch 1, bei der als Haftmittel in der Schlichte Verbindungen mit basischen aminofunktionellen Gruppen vorhanden sind.
Beschichtung nach Anspruch 1, bei der als oberflächenaktive Mittel in der Schlichte kationenaktive und nichtionogene oberflächenaktive Mittel vorhanden sind.
Beschichtung nach Anspruch 1, bei der die Schlichte weiterhin einen nanodispersen Zusatz in Form von Carbon-Nanotubes aufweist.
Beschichtung nach Anspruch 1, bei der die weitere Beschichtung 2–20 Vol.-% organische Bestandteile aufweist.
Beschichtung nach Anspruch 1, bei der die Polymerdispersionen der weiteren Beschichtung aus carboxylierten, selbstvernetzenden Styrol-Butadien-Dispersionen und/oder hochmolekularen Epoxydharzdispersionen bestehen.
Beschichtung nach Anspruch 8, bei der die Polymerdispersionen einen T_g-Bereich von 0–35 aufweisen.
Beschichtung nach Anspruch 8, bei der die Polymerdispersionen einen geschlossenen Film aufweisen.
Beschichtung nach Anspruch 1, bei der als Haftmittel im weiteren Beschichtungsmittel Alkysilan hoher Kettenlänge vorhanden ist.
Beschichtung nach Anspruch 1, bei der als oberflächenaktives Mittel im weiteren Beschichtungsmittel benetzungsverbessernde nichtionogene Tenside vorhanden sind.
Beschichtung nach Anspruch 1, bei der die weitere Beschichtung weiterhin einen nanodispersen Zusatz in Form von Schichtsilikaten aufweist.
Beschichtung nach Anspruch 1, bei der die Faserbündel des Rovings in Inneren chemisch und/oder physikalisch miteinander verbunden sind und die Randfasern mit der sauren Barriereschicht und teilweise mit den alkalischen Gruppen der Betonmatrix in chemischer und/oder physikalischer Wechselwirkung stehen.
Beschichtung nach Anspruch 1, bei der physikochemische Wechselwirkungen Säure-Base-Wechselwirkungen sind.
Beschichtung nach Anspruch 1, bei der chemische Wechselwirkungen kovalente Bindungen sind.
Beschichtung nach Anspruch 1, bei der sich die Beschichtung auf aus Fasern und/oder Fäden mittels textiler Technologien hergestellten Materialien befindet.
Beschichtung nach Anspruch 1, bei der die Fasern und/oder Fäden aus alkaliresistentem Glas oder Kohlenstoff bestehen.