Einfluss von Basaltfasern auf die Eigenschaften von durchlässigem Beton

BasaltfaserAls neuartiges anorganisches, leistungsstarkes und umweltfreundliches Material verbessert es die mechanischen Eigenschaften, die Dauerhaftigkeit und die Funktionalität von durchlässigem Beton signifikant. Im Folgenden wird eine multidimensionale Analyse seiner Auswirkungen und Optimierungsparameter dargestellt:

1. Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften

Verbesserte Druck- und Biegefestigkeit

   Basaltfaser Die Bewehrung erhöht wirksam die Druck- und Biegefestigkeit von durchlässigem Beton. Studien zeigen, dass die Fasern eine dreidimensionale Netzwerkstruktur bilden, die den Verbund zwischen Zuschlagstoffen und Zementleim verstärkt und gleichzeitig die Rissausbreitung hemmt. Zum Beispiel:

Druckfestigkeit: Bei 12 mm und 24 mm langen Fasern steigt die Druckfestigkeit zunächst an und sinkt dann mit zunehmendem Faseranteil wieder. Die optimale Dosierung liegt bei 0,1–0,15 Vol.-%, wobei 24 mm lange Fasern eine maximale Druckfestigkeit von 24,3 MPa (bei einer Dosierung von 0,1 Vol.-%) erreichen.

Biegefestigkeit: Die Faserlänge hat einen deutlicheren Einfluss auf die Biegefestigkeit. Beispielsweise erhöhen 18 mm lange Fasern die Biegefestigkeit im Vergleich zu unbewehrtem Beton um 66,44 %, da die Grenzflächenhaftung durch den verstärkten Kontakt zwischen Faser und Zuschlagstoff verbessert wird.

Verbesserte Zähigkeit und Duktilität

Der "Brückeneffekt" von BasaltfaserDie Zugabe von s verbessert die Zähigkeit und verändert das Bruchverhalten von spröde zu duktil. Mikroskopische Analysen zeigen, dass die Fasern die Skelettstruktur innerhalb der Zementmatrix stabilisieren und so das Risswachstum wirksam hemmen.

Auswirkungen auf die Durchlässigkeit

Reduzierter Permeabilitätskoeffizient

Durch den Zusatz von Fasern werden die Poren teilweise blockiert, wodurch die Durchlässigkeit verringert wird. Beispielsweise reduziert eine Erhöhung des Fasergehalts von 0,05 % auf 0,2 % den Durchlässigkeitskoeffizienten schrittweise, dennoch werden die Spezifikationen weiterhin erfüllt (z. B. Durchlässigkeit > 1 mm/s bei 20 % Porosität).

Ausgleich von Porosität und Faserparametern

Längere Fasern (z. B. 12 mm → 24 mm) erhöhen die Porosität leicht, verringern aber dennoch die Durchlässigkeit.

Durch die Kombination von Fasern mit mineralischen Zusätzen (z. B. Flugasche) wird die Porenstruktur optimiert, der Permeabilitätsverlust minimiert und gleichzeitig die Festigkeit erhalten.

3. Verbesserte Frostbeständigkeit

Basaltfasern Verbesserung der inneren Strukturintegrität und damit deutliche Steigerung der Frostbeständigkeit:

Nach 100 Gefrier-Tau-Zyklen weisen faserverstärkte Proben eine Massenverlustrate von nur 0,9 % auf und behalten 62,5 % ihres relativen dynamischen Elastizitätsmoduls.

Durch die Synergie mit Flugasche (z. B. 6 % Flugasche + 6 kg/m³ Fasern) wird eine optimale Frostbeständigkeit erreicht, da die Flugasche die Porenstruktur verfeinert, während die Fasern die Frost-Tau-Rissbildung unterdrücken.

4. Wichtige Optimierungsparameter

Faserlänge: Für ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit und Durchlässigkeit werden 24 mm Fasern empfohlen, wobei 18 mm Fasern eine hervorragende Biegefestigkeit aufweisen.

Dosierungsbereich: 0,1–0,15 Vol.-% (bzw. 2–6 kg/m³ Masse). Eine Überdosierung birgt das Risiko der Faserverklumpung und verminderten Verarbeitbarkeit.

Synergistische Materialien: Flugasche (6–15 %) oder Silicastaub (6–9 %) verbessern die mechanischen Eigenschaften zusätzlich und mindern den Permeabilitätsverlust.

5. Anwendungsempfehlungen

Anwendungsbereiche: Ideal für Fußgängerwege, Plätze und kalte Regionen, die sowohl Durchlässigkeit als auch Festigkeit erfordern.

Konstruktion: Verwenden Sie die Mischmethode mit zementbeschichtetem Zuschlagstoff, um eine gleichmäßige Faserverteilung zu gewährleisten und Verklumpungen zu vermeiden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Basaltfasern die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von durchlässigem Beton optimieren. Eine präzise Dosierung und die Einhaltung der Prozessparameter sind jedoch entscheidend, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit und Durchlässigkeit zu erzielen. Zukünftige Forschung sollte sich auf die Oberflächenmodifizierung der Fasern und die Synergieeffekte verschiedener Materialien konzentrieren, um die derzeitigen Leistungsgrenzen zu überwinden.