Mineral-Based Coating of Plasma-Treated Carbon Fibre Rovings for Carbon Concrete Composites with Enhanced Mechanical Performance

Abstract

Surfaces of carbon fibre roving were modified by means of a low temperature plasma treatment to improve their bonding with mineral fines; the latter serving as an inorganic fibre coating for the improved mechanical performance of carbon reinforcement in concrete matrices. Variation of the plasma conditions, such as gas composition and treatment time, was accomplished to establish polar groups on the carbon fibres prior to contact with the suspension of mineral particles in water. Subsequently, the rovings were implemented in a fine concrete matrix and their pull-out performance was assessed. Every plasma treatment resulted in increased pull-out forces in comparison to the reference samples without plasma treatment, indicating a better bonding between the mineral coating material and the carbon fibres. Significant differences were found, depending on gas composition and treatment time. Microscopic investigations showed that the samples with the highest pull-out force exhibited carbon fibre surfaces with the largest areas of hydration products grown on them. Additionally, the coating material ingresses into the multifilament roving in these specimens, leading to better force transfer between individual carbon filaments and between the entire roving and surrounding matrix, thus explaining the superior mechanical performance of the specimens containing appropriately plasma-treated carbon roving.

Neue Carbonfaserbewehrung für digitalen automatisierten Betonbau

“…B. mit je ca. 50 000 Einzelfilamenten) benötigt, um eine ausreichende Tragfähigkeit und Steifigkeit der Bewehrungsstrukturen zu gewährleisten . Beim Imprägnierungsprozess mit mineralischen Suspensionen ergibt sich durch eine hohe Filamentanzahl eine Art Filterwirkung, die ein vollständiges Eindringen der mineralischen Feinstoffpartikel in das Garninnere erschwert.…”

3‐D‐Druck mit Beton: Sachstand, Entwicklungstendenzen, Herausforderungen

“…B. ). Derzeit laufen weltweit in mehreren Gruppen Arbeiten an der Implementierung solcher Komposite und Bewehrungen für die digitale Fertigung, auch an der TU Dresden.…”

Stabbewehrung aus Carbonfaserverstärktem Beton (CFB) für den Betonbau

“…Zwar kann durch die Verwendung modifizierter Schlichten das Benetzungsverhalten der Carbonfilamente dahingehend angepasst werden, jedoch nur zu Lasten der Temperaturbeständigkeit. Ein sehr attraktiver Ansatz, um das Benetzungsverhalten von Carbon zu verbessern, ist die Behandlung mit Plasma , wodurch zum einen die organische Schlichte der Filamente entfernt, zum anderen die chemische Reaktionsfreudigkeit der Carbonoberfläche infolge einer chemischen Veränderung erhöht wird.…”