Faserverstärkte Polymermatrix-Verbundwerkstoffe

der Oberste Rat für öffentliche Arbeiten die „Richtlinien für die Identifizierung, Qualifizierung und Abnahmekontrolle von anorganischen Matrix-Faserverstärkten (FRCM) zur strukturellen Konsolidierung bestehender Gebäude“.

Dieser Standard erfordert verschiedene Umweltbeständigkeitstests an FRCM-Proben, darunter: künstliche Alterungstests, thermische Spannungsreaktionstests und zyklische Frost-Tau-Tests.

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Jeder Zyklus dauert mindestens 4 Stunden bei -18 °C, gefolgt von 12 Stunden in einer Feuchtekammer mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von mindestens 90 % und einer Temperatur von 38 °C.

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Referenzstandards

• CSLP (Oberer Rat für öffentliche Arbeiten) Richtlinien 2019 — Identifizierung, Qualifizierung und Abnahmekontrolle von anorganischen Matrix-Faserverstärkten (FRCM) für die strukturelle Konsolidierung.
• CNR-DT 200 R1/2013 — Anweisungen für die Planung, Durchführung und Kontrolle von statischen Konsolidierungsmaßnahmen mit faserverstärkten Verbundwerkstoffen.
• CNR-DT 215/2018 — Richtlinien für FRCM-Systeme zur Konsolidierung von Mauerwerks- und Stahlbetonkonstruktionen.
• EN 12467:2012+A2:2018 — Faserzement-Flachplatten, Frost-Tau- und Hitze-Regen-Beständigkeitsprüfungen.
• ASTM D7705/D7705M-22 — Alkalibeständigkeit von faserverstärkten Polymer (FRP) Matrix-Verbundstäben für den Betonbau.
• UNI EN ISO 9142:2004 — Klebstoffe, Leitfaden zur Auswahl beschleunigter Alterungsbedingungen im Labor für geklebte Verbindungen.

Autoritative Quellen

• Oberster Rat für öffentliche Arbeiten. Beratungsgremium des italienischen Innenministeriums, das Richtlinien für innovative Baumaterialien herausgibt.
• CNR – Nationaler Forschungsrat. Veröffentlicht technische Dokumente des CNR-DT über Faserverbundwerkstoffe (FRP) und Faserverbundwerkstoffe (FRCM) zur Strukturverstärkung.
• ASTM International. Amerikanische Normungsorganisation, die die Normenreihe D7705/D7617 für Bauverbundwerkstoffe pflegt.
• UNI – Italienische Normungsorganisation. Vertreibt die italienischen EN/ISO-Normen, die für die Bereiche Verbundwerkstoffe und Konsolidierung gelten.

Häufig gestellte Fragen zu FRCM-Verbundklimatests

Wie viele Gefrier-Tau-Zyklen schreiben die CSLP-Richtlinien für FRCM vor?

Die CSLP-Richtlinien für FRCM schreiben einen Frost-Tau-Beständigkeitstest vor, der in Zyklen standardisierter Dauer unterteilt ist. Jeder Zyklus umfasst mindestens 4 Stunden bei -18 °C in trockener Umgebung, gefolgt von 12 Stunden bei +38 °C mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von ≥ 90 %. Die Gesamtzahl der erforderlichen Zyklen hängt von der Umgebungsbelastung ab: Für Anwendungen im Innenbereich sind 20 Zyklen ausreichend, während für Außenanwendungen in Gebieten mit wiederkehrendem Frost 50 bis 100 Zyklen erforderlich sind. Nach der Behandlung werden die Proben Zug- und Haftfestigkeitsprüfungen unterzogen, um die Reduzierung der mechanischen Eigenschaften zu ermitteln. Diese darf 20 % der Ausgangswerte nicht überschreiten. Die verwendete Klimakammer muss eine Temperaturrampe von ≥ 3 °C/min und eine Temperaturhomogenität von ± 2 °C im gesamten Prüfvolumen gewährleisten.

Was ist der künstliche Alterungstest für FRCM-Systeme?

Der künstliche Alterungstest kombiniert die Einwirkung von Temperatur, Feuchtigkeit und gegebenenfalls UV-Strahlung, um die Degradation des Verbundsystems in situ schnell nachzubilden. Für FRCM empfehlen die CSLP-Richtlinien eine Exposition in einer Klimakammer bei +40 °C und 90 % RH über 1.000–3.000 Stunden, gegebenenfalls mit Befeuchtungs-Trocknungs-Zyklen. Parallel dazu wird ein thermischer Stresstest mit Zyklen zwischen +20 °C und +50 °C über 100–200 Wiederholungen durchgeführt. Die Proben werden vor und nach dem Test mittels Ausreiß-, Scher- und Zugversuchen gemäß CNR-DT 215 charakterisiert. Eine akzeptable Degradation wird im Allgemeinen als <25 % der anfänglichen Zugfestigkeit und <30 % der Haftung am Substrat definiert.

Worin besteht der Unterschied zwischen FRP und FRCM im Hinblick auf Klimatests?

Faserverstärkte Polymersysteme (FRP) verwenden duroplastische Polymermatrices (Epoxidharz, Vinylester) und reagieren empfindlich auf die Glasübergangstemperatur (Tg) und die von der Matrix aufgenommene Feuchtigkeit. Typische Klimaprüfungen (CNR-DT 200 R1) umfassen die Alterung in Wasser bei +40 °C, in alkalischer Lösung (pH 12,5) und Frost-Tau-Wechsel. Faserverstärkte Zementmatrixsysteme (FRCM) hingegen besitzen eine anorganische Zement- oder Puzzolanmatrix und weisen daher eine höhere Temperaturbeständigkeit auf, sind aber aufgrund der Porosität der Matrix anfälliger für Frost-Tau-Wechsel. Die CSLP-Richtlinien schreiben spezifische Frost-Tau-Beständigkeitsprüfungen für FRCM mit Zyklen von 4 h/-18 °C + 12 h/+38 °C/90 % RH, die deutlich strenger sind als die üblicherweise für FRP verwendeten. vor

Wie wird eine Klimakammer für die Prüfung von Strukturverbundwerkstoffen qualifiziert?

Die metrologische Qualifizierung erfordert das IQ/OQ/PQ-Verfahren gemäß UNI EN 60068-3-5mit der Kartierung von mindestens neun Messpunkten des Nutzvolumens. Für CSLP-Prüfungen an FRCM gelten folgende Anforderungen: Temperaturbereich -20 °C bis +60 °C, relative Luftfeuchtigkeit bis zu 95 %, Aufheiz- und Abkühlraten ≥ 3 °C/min, Gleichmäßigkeit ± 2 °C und Stabilität ± 0,5 °C. Die Kammer muss mit speziellen Probenhaltern ausgestattet sein, die den Luftstrom nicht behindern und eine korrekte Belichtung der Proben von allen Seiten ermöglichen. Die Kontroll- und Kartierungssonden müssen in ACCREDIA-akkreditierten Laboren (ISO/IEC 17025) mit einer Messunsicherheit von ≤ 0,3 °C für die Temperatur und ≤ 2 % für die RH. Die Proben müssen gemäß CNR-DT 215 mit standardisierten Abmessungen von 400×100 mm vorbereitet und RH vor der Prüfung 7 Tage lang