Untersuchungen zur Beständigkeit von Basaltfasern in unterschiedlichen Milieus

Abstract

Der Einsatz von Basaltfasern ist für das Bauwesen von Interesse, da diese Fasern im Gegensatz zu Stahl nicht rosten. Dennoch kommt es auch bei Basaltfasern zu Schädigungen im Laufe der Zeit. Versuche zeigen, dass die Schädigungsprozesse unterschiedlich ausfallen und durch die umgebenden Stoffe selbst definiert werden. So können auch saure Medien den Fasern Schaden zufügen. Das Ausmaß dieser Auswirkungen wird durch Versuche bestimmt, bei welchen die Fasernden Medien in einer flüssigen Lösung ausgesetzt werden, wobei durch Erhöhung der Temperatur dieser Prozess beschleunigt wird.Diese Arbeit beschäftigt sich mit der künstlichen Alterung von Basaltfasern unter dem Einfluss von zement-, kaolinit-, wasser-, und zitronensäurehaltigen Lösungen. Insbesondere der Einfluss von Kaolinit und Zitronensäure auf Basaltfasern wurde in bisherigen Untersuchungen nicht bzw.nur vereinzelnd untersucht. Die Versuche wurden bei Raumtemperatur (20°C) und erhöhterTemperatur (60°C) durchgeführt, um Rückschlüsse auf die beschleunigte künstliche Alterung bzw.das Langzeitverhalten der Fasern zu erhalten. Mit den gewonnenen Daten sind Regressionsgeraden auf Grundlage der festgestellten Zugfestigkeitsänderung und des Massenverlustes der Fasern erstellt und gegenübergestellt worden, um einen Einblick in den Schädigungsverlauf zu erhalten.Die Auswertung der Messdaten zeigt, dass die Reduktion der Zugfestigkeit über die Zeit für alle Lösungen am Besten durch eine dekadische Logarithmusfunktion und eine Potenzfunktionan genähert werden kann. Die Modelle führen zwar zu jeweils unterschiedlichen Vorhersagen der Versuchsdauer, jedoch mit einer sehr ähnlichen Zugfestigkeitsentwicklung. Mithilfe einer Exponentialfunktion konnten die Messwerte aller Lösungen sehr schlecht abgebildet werden,weshalb diese nicht weiter behandelt wurde. Modelle auf Basis der Massenänderung scheinen nur bei den Wasser- und Zitronensäureversuchen vernünftige Ergebnisse vorherzusagen. Die Ursache hierfür ist noch unklar und bedarf weiterer Untersuchungen. Bei der Kaolinitlösung wurdezudem eine Gewichtszunahme beobachtet, welche scheinbar keinen Einfluss auf die Änderung der Zugfestigkeit hat.Die Auswertung der Regressionsmodelle zeigt, dass die Abnahme der Zugfestigkeit mit zunehmenden pH-Wert steigt. So haben die Versuche mit Zementlösung den höchsten Zugfestigkeitsverlust und jene mit Wasser den niedrigsten. Aufgrund der Zugfestigkeitserhöhung, die Fasern durchdie Zitronensäurelösung erfahren haben, kann nicht unverfälscht abgeschätzt werden wie dessen Langzeitentwicklung aussehen wird. Zudem kann durch diese Versuche gezeigt werden, dass Basalfasern gegenüber kaolinithaltigen Medien eine gute Beständigkeit aufweisen.

The use of basalt fibers is of interest in the construction industry, as these fibers, unlike steel, donot rust. However, basalt fibers also experience damage over time. Experiments show that the damage processes vary and are defined by the surrounding environment. For example, acidicmedia can also harm the fibers. The extent of these effects is determined through experiments in which the fibers are exposed to the media in a liquid solution, with the process being accelerated by increasing the temperature.This work deals with the artificial aging of basalt fibers under the influence of cement-, kaolinite-,water-, and citric acid-containing solutions. In particular, the influence of kaolinite and citricacid on basalt fibers has either not been investigated or only examined sporadically in previous studies. The experiments were conducted at room temperature (20°C) and elevated temperature(60°C) to draw conclusions on the accelerated artificial aging and long-term behavior of the fibers. Based on the collected data, regression analysis was conducted for the reduction in tensile strength and mass loss of the fibers to gain insight into the damage progression.The evaluation of the measurement data shows that the reduction in tensile strength over time for all solutions can best be approximated by a logarithmic function as well as a power function.While the models lead to different predictions of the experiment duration, they show very similartrends in tensile strength development. The data from all solutions were poorly represented byan exponential function, so it was not further considered. Models based on mass change seem to provide reasonable predictions only for the water and citric acid experiments. The cause for this is still unclear and requires further investigation. Additionally, a weight increase was observed in the kaolinite solution, which seemingly had no impact on the change in tensile strength.The evaluation of the regression models shows that the decrease in tensile strength increases with rising pH values. The tests with the cement solution exhibited the highest loss in tensile strength, while those with water showed the lowest. Since the kaolinite- filtered solution also exhibited a substantial lowe ph-value. Due to the initial increase in tensile strength that the fibers experienced in the citric acid solution due to a process called chemical prestressing, it isnot possible to accurately predict their long-term development. Additionally, these experiments demonstrate that basalt fibers show good resistance to kaolinite-containing media.