Auf einen Blick

  • PP-Fasern (Polypropylen) erhöhen die Spaltzugfestigkeit um bis zu 97,25% bei 9mm Fasern und 0,6% Gehalt
  • Selbstverdichtender Geopolymerbeton (SCGC) verliert ab 0,3% PP-Fasergehalt seine Fließfähigkeit
  • Glasfasern erhalten die Selbstverdichtung, verschlechtern jedoch mechanische Eigenschaften bei höheren Gehalten
  • PP-Fasern verbessern die Wasserdichtigkeit um 40,96%, reduzieren aber die Hochtemperaturbeständigkeit massiv
  • Für Hochtemperatureinsatz: PP-Fasern vermeiden, Glasfasern bevorzugen

Die wissenschaftliche Publikation untersucht, wie sich PP-Fasern und Glasfasern auf die mechanischen und Dauerhaftigkeitseigenschaften von selbstverdichtendem Geopolymerbeton (SCGC) auswirken. Geopolymerbeton gilt als nachhaltige Alternative zum klassischen Zementbeton, da er industrielle Nebenprodukte nutzt und weniger CO₂ emittiert. Die Forschungsarbeit adressiert praktische Schwachstellen – Schwindrisse und geringe Zähigkeit – und liefert konkrete Anwendungsempfehlungen für den Baustelleneinsatz.

Mechanische Leistungsfähigkeit: PP-Fasern als Türöffner

Die zentralen mechanischen Kennwerte zeigen deutliche Unterschiede zwischen den Faserarten. Während PP-Fasern (Polypropylen) bei moderaten Gehalten die Zähigkeit signifikant verbessern, führt ein zu hoher Glasfasergehalt zu Leistungseinbußen. Besonders hervorzuheben: bei einem Gehalt von 0,6% und 9mm Länge erreicht die Spaltzugfestigkeit nach 28 Tagen einen Wert, der um 97,25% höher liegt als bei der Referenzmischung ohne Fasern. Die Zugabe von Fasern wirkt dabei als „Brücke“ zwischen Mikrorissen und verhindert deren Ausbreitung.

Moderate PP-Fasergehalte (0,3–0,6%) mit 9mm Länge maximieren die Spaltzugfestigkeit und Zähigkeit, während Glasfasern bei höheren Anteilen kontraproduktiv wirken.
TRL 4: Validierung im Labor

Verarbeitbarkeit: Selbstverdichtung bleibt kritisch

Die Selbstverdichtung ist eine empfindliche Größe. PP-Fasern dämpfen die Fluidität bereits bei geringen Gehalten – ab mehr als 0,3% PP-Fasergehalt geht die Selbstverdichtung vollständig verloren. In der Praxis bedeutet dies: klassisches Verdichten (Rütteln) wird trotz vorgesehenem SCGC erforderlich. Glasfasern hingegen beeinflussen die Fließfähigkeit kaum und eignen sich für Anwendungen, bei denen die Selbstverdichtung erhalten bleiben muss.

Für selbstverdichtende Anwendungen (z.B. filigrane Schalungen, bewehrte Bauteile) sollten Glasfasern statt PP-Fasern eingesetzt werden, um die Verarbeitbarkeit zu sichern.
TRL 4: Validierung im Labor

Dauerhaftigkeit: Wasserdichtigkeit ja, Temperaturbeständigkeit nein

In Bezug auf die Dauerhaftigkeit zeigen die Untersuchungen zwei gegensätzliche Effekte. PP-Fasern verbessern die Wasserdichtigkeit: die Wasserseepage-Höhe der MP6-0,3-Gruppe liegt um 40,96% niedriger als bei der faserfreien Referenz. Das macht PP-Fasern geeignet für Bauteile mit hohen Dichtigkeitsanforderungen (Fundamente, WU-Beton). Allerdings fallen PP-Fasern bei hohen Temperaturen durch: nach 600°C beträgt der Festigkeitsverlust der MP6-0,6-Gruppe 73,85%. Glasfasern bieten hier eine thermisch stabilere Alternative.

PP-Fasern bevorzugt für wasserundurchlässige Bauteile, für Brandlast oder Hochtemperaturanwendungen jedoch meiden und stattdessen Glasfasern verwenden.
TRL 4: Validierung im Labor

Transferpotenzial für Maurer

Für den Maurer eröffnen sich folgende Anwendungen:

  • Fundamente und erdberührte Bauteile: PP-Faserverstärkter SCGC mit 0,3–0,6% Gehalt und 9mm Länge für verbesserte Wasserdichtigkeit und Rissbreitenkontrolle.
  • Bewehrte Konstruktionen: Bei filigraner Bewehrung und komplexer Schalung sind Glasfasern zu bevorzugen, um die Selbstverdichtung zu erhalten und Entmischungen zu vermeiden.
  • Nachhaltigkeitsaspekt: Geopolymerbeton nutzt Industrie-Nebenprodukte wie Flugasche oder Hüttensand und reduziert den CO₂-Fußabdruck im Vergleich zu herkömmlichem Zementbeton.
  • Qualitätssicherung: Mischungsprotokolle müssen Faserart, -länge und -gehalt exakt dokumentieren, um Verarbeitungs- und Dauerhaftigkeitsprobleme zu vermeiden.
  • Ausschreibungshinweise: Leistungsverzeichnisse sollten explizit zwischen PP- und Glasfasern unterscheiden und die Einsatzgrenzen (Temperatur, Selbstverdichtung) benennen.

Fazit

Die Untersuchung liefert handfeste Empfehlungen für den praktischen Einsatz faserverstärkten Geopolymerbetons im Maurerhandwerk. PP-Fasern punkten bei mechanischer Festigkeit und Wasserdichtigkeit, scheiden aber bei hohen Temperaturen aus. Glasfasern bewähren sich, wenn die Selbstverdichtung Priorität hat. Die Ergebnisse stammen aus Laborstudien – für die breite Einführung sind weitere praxisnahe Validierungen (Baustellenerprobung, Dauertest unter Realbedingungen) erforderlich. Die Transferbarrieren liegen in der Verfügbarkeit der Ausgangsstoffe, den höheren Materialkosten und dem zusätzlichen Abstimmungsbedarf bei der Mischungszusammensetzung.

Quellen

  • Primär: o.A.: Study on mechanical and durability properties of fiber-reinforced self-compacting geopolymer concrete (2025). Proceedings of SPIE. DOI: 10.1117/12.3106544