Faserverstärkte KunststoffverstärkungFaserverstärkte Kunststoffe (FVK) ersetzen aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer hohen Festigkeit und ihrer Korrosionsbeständigkeit zunehmend die traditionelle Stahlbewehrung im Bauwesen. Ihre Dauerhaftigkeit wird jedoch durch verschiedene Umwelteinflüsse beeinträchtigt, weshalb folgende Schlüsselfaktoren und Gegenmaßnahmen zu berücksichtigen sind:
1. Luftfeuchtigkeit und Wasserumgebung
Einflussmechanismus:
Feuchtigkeit dringt in das Substrat ein, verursacht Quellungen und schwächt die Verbindung zwischen Faser und Substrat.
Bei Glasfasern (GFK) kann es zu einer Hydrolyse kommen, die mit einem erheblichen Festigkeitsverlust einhergeht; Kohlenstofffasern (CFK) sind weniger betroffen.
Wechsel zwischen Nässe und Trockenheit beschleunigen die Ausbreitung von Mikrorissen und führen so zu Delamination und Ablösung.
Schutzmaßnahmen:
Wählen Sie Harze mit geringer Hygroskopizität (z. B. Vinylester); Oberflächenbeschichtung oder Imprägnierungsbehandlung.
In langfristig feuchter Umgebung ist CFRP vorzuziehen.
2. Temperatur und Temperaturwechsel
Auswirkungen hoher Temperaturen:
Die Harzmatrix erweicht (oberhalb der Glasübergangstemperatur), was zu einer Verringerung der Steifigkeit und Festigkeit führt.
Hohe Temperaturen beschleunigen die Hydrolyse- und Oxidationsreaktion (z. B.AramidfaserAFRP ist anfällig für thermische Zersetzung.
Auswirkungen niedriger Temperaturen:
Matrixversprödung, Neigung zu Mikrorissen.
Thermische Zyklen:
Der Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Faser und Matrix führt zur Ansammlung von Grenzflächenspannungen und löst eine Ablösung aus.
Schutzmaßnahmen:
Auswahl hochtemperaturbeständiger Harze (z. B. Bismaleimid); Optimierung der thermischen Anpassung zwischen Faser und Substrat.
3. Ultraviolette (UV-)Strahlung
Einflussmechanismus:
UV-Strahlung löst eine Photooxidationsreaktion des Harzes aus, was zu Oberflächenkreidebildung, Versprödung und verstärkter Mikrorissbildung führt.
Beschleunigt das Eindringen von Feuchtigkeit und Chemikalien und löst so einen synergistischen Abbau aus.
Schutzmaßnahmen:
Fügen Sie UV-Absorber (z. B. Titandioxid) hinzu; bedecken Sie die Oberfläche mit einer Schutzschicht (z. B. Polyurethanbeschichtung).
Regelmäßig prüfenGFK-Komponentenin exponierten Umgebungen.
4. Chemische Korrosion
Saures Milieu:
Erosion der Silikatstruktur in den Glasfasern (GFK-empfindlich), was zum Faserbruch führt.
Alkalische Umgebungen (z. B. Porenflüssigkeiten in Beton):
Stört das Siloxannetzwerk der GFRP-Fasern; die Harzmatrix kann verseifen.
Kohlenstofffaser (CFK) besitzt eine ausgezeichnete Alkalibeständigkeit und eignet sich für Betonkonstruktionen.
Salznebelumgebungen:
Das Eindringen von Chloridionen beschleunigt die Grenzflächenkorrosion und verstärkt in Synergie mit der Luftfeuchtigkeit die Leistungsverschlechterung.
Schutzmaßnahmen:
Auswahl chemikalienbeständiger Fasern (z. B. CFRP); Zugabe korrosionsbeständiger Füllstoffe zur Matrix.
5. Gefrier-Auftau-Zyklen
Einflussmechanismus:
In Mikrorisse eindringende Feuchtigkeit gefriert und dehnt sich aus, wodurch der Schaden vergrößert wird; wiederholtes Einfrieren und Auftauen führt zur Rissbildung in der Matrix.
Schutzmaßnahmen:
Die Wasseraufnahme des Materials kontrollieren; eine flexible Harzmatrix verwenden, um Sprödigkeitsschäden zu reduzieren.
6. Langzeitbelastung und Kriechen
Auswirkungen statischer Lasten:
Durch das Kriechen der Harzmatrix kommt es zu einer Umverteilung der Spannungen, wodurch die Fasern höheren Belastungen ausgesetzt sind, was zum Bruch führen kann.
AFRP neigt stark zum Kriechen, CFRP weist die beste Kriechfestigkeit auf.
Dynamisches Laden:
Ermüdungsbelastung beschleunigt die Ausbreitung von Mikrorissen und verringert die Ermüdungslebensdauer.
Schutzmaßnahmen:
Bei der Konstruktion einen höheren Sicherheitsfaktor berücksichtigen; CFK oder hochmodulige Fasern bevorzugen.
7. Integrierte Umweltkopplung
Realweltszenarien (z. B. Meeresumgebungen):
Feuchtigkeit, Salznebel, Temperaturschwankungen und mechanische Belastungen wirken synergistisch und verkürzen die Lebensdauer drastisch.
Reaktionsstrategie:
Bewertung von beschleunigten Alterungsexperimenten mit mehreren Faktoren; Umweltrabattfaktor für die Auslegungsreserve.
Zusammenfassung und Empfehlungen
Materialauswahl: Bevorzugter Fasertyp je nach Umgebung (z. B. CFRP gute Chemikalienbeständigkeit, GFRP kostengünstig, benötigt aber Schutz).
Schutzkonzept: Oberflächenbeschichtung, Versiegelungsbehandlung, optimierte Harzformulierung.
Überwachung und Instandhaltung: Regelmäßige Erkennung von Mikrorissen und Leistungsverschlechterungen, rechtzeitige Reparatur.
Die Haltbarkeit vonFaserverbundverstärkungDies muss durch eine Kombination aus Materialoptimierung, Konstruktionsplanung und Bewertung der Umweltverträglichkeit gewährleistet werden, insbesondere in rauen Umgebungen, wo die Langzeitleistung sorgfältig überprüft werden muss.
Veröffentlichungsdatum: 02.04.2025
