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Biopolymerbeton - Substitution von Polyesterharzen durch nachwachsende Rohstoffe
Die Bundesrepublik Deutschland verfügt über ein weitläufiges Abwasserkanalnetz, das zu einem großen Teil aus Betonrohren besteht. Insbesondere bei Säureangriff ist die erforderliche Resistenz der Betonrohre zum gegenwärtigen Zeitpunkt teilweise gar nicht oder nur ungenügend gewährleistet. An Betonbauteilen in den Bereichen Abwasserableitung und -behandlung kommt es bereits frühzeitig zu einer nachhaltigen Schädigung der Bindemittelmatrix. Die Ursachen der starken Säurebelastung an diesen Betonoberflächen sind mikrobiologischer Natur. In allen oben genannten Einsatzgebieten herrschen ideale Wachstumsbedingungen für bakterielle Mikroorganismen. Die von ihnen produzierten anorganischen Säuren führen zur Zersetzung der C-S-H Phasen. Der in dieser Studie vorgestellte Polymerbeton Polycrete ist ein Zweikomponenten-Verbundwerkstoff, der aus trockenen Füllstoffen (Sand, Kies) und Reaktionsharzen als Bindemittel hergestellt wird. Hierbei erfüllen die Reaktionsharze (Polyester, Epoxide, Methacrylate, Phenole, Furane, Vinylester) die gleichen Aufgaben wie der Zementleim bei herkömmlichem Beton. Das bisher zur Herstellung von Polymerbeton verwendete ungesättigte Polyesterharz ist jedoch lösungsmittelhaltig und somit umweltbelastend. Dementsprechend ist die Verarbeitung gesundheits- und umweltgefährdend. Das Ziel der Forschungsarbeiten bestand darin, einen Biopolymerbeton basierend auf epoxidierten Pflanzenölen und mineralischen Komponenten zu entwickeln, der als Konstruktionswerkstoff für Rohre und Schächte geeignet ist. Dieser neue Konstruktionswerkstoff muss die gleichen anwendungstechnischen Eigenschaften aufweisen, wie der bisher verwendete Polymerbeton auf UP-Harz-Basis. Auf Grund ihrer hohen chemischen Funktionalität und Einheitlichkeit eignen sich insbesondere Leinöl, Sojaöl und Drachenkopföl als Ausgangsmaterial zur Herstellung eines nativen Polymerbetons. Als eine geeignete chemische Modifizierung von Pflanzenölen wird die Epoxidierung der ungesättigten Einheiten angesehen. Um eine hohe Vernetzungsdichte (hohe mechanische Festigkeit, Chemikalienbeständigkeit zu erreichen, sollte eine nahezu vollständige Epoxidierung der C-C-Doppelbindungen der Pflanzenöle angestrebt werden. Zur Aushärtung von epoxidierten Pflanzenölen können verschiedene Möglichkeiten wie z. B. Säurehärtung, Aminhärtung, Anhydrithärtung, sauer bzw. basisch katalysierte Polymerisation der Epoxygruppen Anwendung finden. Der Vergleich von Normalbeton, Polymerbeton und Biopolymerbeton zeigt, dass bei der Untersuchung der Druckfestigkeit, Biegezugfestigkeit und Restfestigkeit nach Kurzzeit-Säureprüfung der Biopolymerbeton wesentlich bessere Werte erzielt als der Normalbeton und bei den Festigkeitswerten 90 % der Werte des Polymerbetons erzielt. Der Einstieg in die industrielle Nutzung des Naturöls kann demnach neue Perspektiven für die Landwirtschaft eröffnen, da die zurzeit favorisierte Ölpflanze Drachenkopf ausgesprochen geringe Ansprüche an die Bodenqualität stellt und in Deutschland angebaut werden kann.
Biopolymerbeton - Substitution von Polyesterharzen durch nachwachsende Rohstoffe
Die Bundesrepublik Deutschland verfügt über ein weitläufiges Abwasserkanalnetz, das zu einem großen Teil aus Betonrohren besteht. Insbesondere bei Säureangriff ist die erforderliche Resistenz der Betonrohre zum gegenwärtigen Zeitpunkt teilweise gar nicht oder nur ungenügend gewährleistet. An Betonbauteilen in den Bereichen Abwasserableitung und -behandlung kommt es bereits frühzeitig zu einer nachhaltigen Schädigung der Bindemittelmatrix. Die Ursachen der starken Säurebelastung an diesen Betonoberflächen sind mikrobiologischer Natur. In allen oben genannten Einsatzgebieten herrschen ideale Wachstumsbedingungen für bakterielle Mikroorganismen. Die von ihnen produzierten anorganischen Säuren führen zur Zersetzung der C-S-H Phasen. Der in dieser Studie vorgestellte Polymerbeton Polycrete ist ein Zweikomponenten-Verbundwerkstoff, der aus trockenen Füllstoffen (Sand, Kies) und Reaktionsharzen als Bindemittel hergestellt wird. Hierbei erfüllen die Reaktionsharze (Polyester, Epoxide, Methacrylate, Phenole, Furane, Vinylester) die gleichen Aufgaben wie der Zementleim bei herkömmlichem Beton. Das bisher zur Herstellung von Polymerbeton verwendete ungesättigte Polyesterharz ist jedoch lösungsmittelhaltig und somit umweltbelastend. Dementsprechend ist die Verarbeitung gesundheits- und umweltgefährdend. Das Ziel der Forschungsarbeiten bestand darin, einen Biopolymerbeton basierend auf epoxidierten Pflanzenölen und mineralischen Komponenten zu entwickeln, der als Konstruktionswerkstoff für Rohre und Schächte geeignet ist. Dieser neue Konstruktionswerkstoff muss die gleichen anwendungstechnischen Eigenschaften aufweisen, wie der bisher verwendete Polymerbeton auf UP-Harz-Basis. Auf Grund ihrer hohen chemischen Funktionalität und Einheitlichkeit eignen sich insbesondere Leinöl, Sojaöl und Drachenkopföl als Ausgangsmaterial zur Herstellung eines nativen Polymerbetons. Als eine geeignete chemische Modifizierung von Pflanzenölen wird die Epoxidierung der ungesättigten Einheiten angesehen. Um eine hohe Vernetzungsdichte (hohe mechanische Festigkeit, Chemikalienbeständigkeit zu erreichen, sollte eine nahezu vollständige Epoxidierung der C-C-Doppelbindungen der Pflanzenöle angestrebt werden. Zur Aushärtung von epoxidierten Pflanzenölen können verschiedene Möglichkeiten wie z. B. Säurehärtung, Aminhärtung, Anhydrithärtung, sauer bzw. basisch katalysierte Polymerisation der Epoxygruppen Anwendung finden. Der Vergleich von Normalbeton, Polymerbeton und Biopolymerbeton zeigt, dass bei der Untersuchung der Druckfestigkeit, Biegezugfestigkeit und Restfestigkeit nach Kurzzeit-Säureprüfung der Biopolymerbeton wesentlich bessere Werte erzielt als der Normalbeton und bei den Festigkeitswerten 90 % der Werte des Polymerbetons erzielt. Der Einstieg in die industrielle Nutzung des Naturöls kann demnach neue Perspektiven für die Landwirtschaft eröffnen, da die zurzeit favorisierte Ölpflanze Drachenkopf ausgesprochen geringe Ansprüche an die Bodenqualität stellt und in Deutschland angebaut werden kann.
Biopolymerbeton - Substitution von Polyesterharzen durch nachwachsende Rohstoffe
Leydolph, Barbara (author) / Schiecke, Steffen (author) / Volkmann, Karsten (author) / Wienhold, Uwe (author)
2009
9 Seiten, 13 Bilder
Conference paper
Storage medium
German
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