Auf einen Blick
- Tg begrenzt die Gebrauchstemperatur jedes Epoxid-CFRP-Systems. ACI 440.2R begrenzt die Gebrauchstemperatur auf Tg − 15°C (Tg − 27°F), und die typische Tg von Strukturepoxidharz liegt nur bei 60–82°C — ein Standardsystem kommt daher auf maximal etwa 45–67°C.
- Verbund und Modul fallen in der Nähe von Tg stark ab, und im feuchten Einsatz muss die niedrigere feuchtkonditionierte Tgw verwendet werden, nicht der Trockenwert.
- HDT ist nicht Tg. Ein Datenblatt, das eine Wärmeformbeständigkeitstemperatur angibt (z. B. 65°C), hat Ihnen damit nicht die Glasübergangstemperatur mitgeteilt — fordern Sie beide Werte an, gemessen per DMA.
Die Glasübergangstemperatur (Tg) des Tränkharzes oder Lamellenklebers bestimmt die Temperaturobergrenze eines CFRP-Verstärkungssystems — und da typische Epoxidharze nur eine Tg von 60–82°C aufweisen, ist die Kenntnis dieses Werts vor der Spezifikation für jede warme oder industrielle Umgebung unerlässlich. Dieser Leitfaden erklärt, was Tg ist, die ACI-Regel zur Gebrauchstemperatur, warum HDT ein anderer Wert ist, und wie Tg überprüft wird. Für das umfassendere Bild zu Harzen siehe den Leitfaden zu Strukturepoxidharz-Klebstoffen.
Was ist Tg, und warum begrenzt es ein CFRP-System?
Tg ist die Temperatur, bei der die Epoxidharzmatrix von einem harten, glasartigen Feststoff in einen weichen, gummiartigen Zustand übergeht. Unterhalb von Tg ist das Harz steif und leitet Lasten weiter; nähert es sich Tg und überschreitet diese, fallen Modul und Verbund zum Beton stark ab — und in einem geklebten CFRP-System ist das Harz der Lastpfad vom Beton in die Faser. Daher bestimmt die Tg des Harzes — nicht die Kohlefaser, die weit höhere Temperaturen verträgt — die nutzbare Temperaturobergrenze des gesamten Systems. Dies ist eine Eigenschaft der organischen Matrix, weshalb FRCM — mit einer anorganischen mineralischen Matrix und ohne Glasübergang — keine solche Begrenzung kennt.
Welche Gebrauchstemperatur verträgt ein CFRP-System tatsächlich?
ACI 440.2R Abschn. 1.2.1.3 legt die Regel fest: Gebrauchstemperatur ≤ Tg − 15°C (Tg − 27°F). Die meisten bei Raumtemperatur aushärtenden Strukturepoxidharze haben eine Tg von 60–82°C (140–180°F) — ein Wert, in dem sich zwei getrennte ACI-Dokumente (440.2R-17 und 440.7R-22 §3.3.3) einig sind. Kombiniert man beides, ist ein üblicherweise vor Ort applizierbares System je nach Harz auf eine dauerhafte Gebrauchstemperatur von etwa 45–67°C begrenzt. Das genügt für die meisten Innenanwendungen, ist aber eine echte Einschränkung in der Nähe von Öfen, Brennöfen, Dampfleitungen oder auf einem dunklen Dach in heißem Klima — prüfen Sie zuerst die Tg des jeweiligen Harzes.
Ändert Feuchtigkeit den Wert?
Ja. Bei dauerhaft nassem oder feuchtem Einsatz verlangt ACI 440.2R von Planern, die feuchtkonditionierte Tg (Tgw) zu verwenden, die niedriger liegt als die trockene Tg (Luo & Wong 2002). Aufgenommene Feuchtigkeit plastifiziert das Harz und senkt den Übergang. Die Norm gibt die Regel vor, jedoch keine universelle numerische Reduzierung, daher sollten Sie bei feuchten Bereichen, Unterwasseranwendungen oder Spritzwasserzonen die feuchtkonditionierte Tg beim Hersteller anfragen, statt anzunehmen, dass der Trockenwert weiterhin gilt.
Ist HDT dasselbe wie Tg?
Nein — und beide zu verwechseln ist ein häufiger Spezifikationsfehler. Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT, ASTM D648) misst die Temperatur, bei der sich ein Harzstab unter definierter Last durchbiegt; Tg (gemessen per DMA) ist der thermodynamische Glasübergang. Beide hängen zusammen, sind aber nicht austauschbar, und ein Datenblatt gibt mitunter nur eine der beiden Größen an. FidStrongs FSE362-Lamellenkleber beispielsweise weist eine HDT von 65°C (ASTM D648) aus — eine nützliche Zahl, aber eben HDT, keine per DMA gemessene Tg. Fragen Sie beim Vergleich von Systemen für ein heißes Umfeld bei jedem Anbieter beide Werte an, geprüft nach einer benannten Methode.
| Tg (Glasübergang) | HDT (Wärmeformbeständigkeit) | |
|---|---|---|
| Was gemessen wird | Glasartig→gummiartig-Übergang | Durchbiegung unter Last bei Temperatur |
| Methode | DMA (oder DSC) | ASTM D648 |
| Verwendet für | Die ACI-Gebrauchstemperaturobergrenze (Tg−15°C) | Ein verwandter thermischer Indikator |
Zwei unabhängige Temperaturregeln, die zu prüfen sind
Bemessen Sie gegen beide. ACI 440.2R schreibt eine Obergrenze vor: Gebrauchstemp. ≤ Tg − 15°C. fib Bulletin 14 (§8.4.1.2) schreibt eine Untergrenze für den Klebstoff selbst vor: seine Tg muss ≥ 45°C betragen, oder die maximale Gebrauchslufttemperatur + 20°C, je nachdem, welcher Wert größer ist. Und beides ist getrennt vom Brandfall zu betrachten: ACI 440.2R Abschn. 9.2.1 geht davon aus, dass der FRP-Beitrag im Brandfall vollständig verloren geht, sofern nicht anders nachgewiesen, sodass das unverstärkte Bauteil den reduzierten Brandlastnachweis allein erfüllen muss.
Wie wird Tg vor Ort gemessen und überprüft?
Tg wird per DMA (dynamisch-mechanische Analyse) gemessen; die europäische (prEN 6032) und die amerikanische Methode laufen mit derselben Aufheizrate von 5°C/min und gelten als gleichwertig, wobei Unterschiede zwischen den Geräten mehr ausmachen können als die Methode selbst. Auf einem Projekt überprüft die Prüfliste von ACI 440.2R (Abschn. 7.2) den Aushärtegrad, indem die erreichte Tg kontrolliert wird (begleitet von Härte- und Klebrigkeitsprüfungen vor Ort) — ein unzureichend ausgehärtetes Harz zeigt eine erniedrigte Tg. Beachten Sie, dass ein Harz mit höherer Tg prozessabhängig erreichbar ist: FidStrongs werkseitig pultrudierter CFRP-Stab weist eine Tg ≥ 100°C auf, deutlich über der von vor Ort im Nasslaminierverfahren ausgehärtetem Epoxidharz — Tg ist eine Eigenschaft von Harz und Prozess, keine feste Konstante von “CFRP”.
Häufig gestellte Fragen
Welche Gebrauchstemperatur verträgt ein CFRP-Verstärkungssystem?
Die Gebrauchstemperatur muss bei oder unter Tg − 15°C bleiben (ACI 440.2R Abschn. 1.2.1.3). Da typische Strukturepoxidharze eine Tg von 60–82°C haben, begrenzt das den Dauerbetrieb im Allgemeinen auf etwa 45–67°C — prüfen Sie das Datenblatt des jeweiligen Harzes, bevor Sie es in der Nähe von Wärmequellen einsetzen.
Senkt Feuchtigkeit die zulässige Temperatur?
Ja. Verwenden Sie bei nassem oder feuchtem Einsatz die feuchtkonditionierte Tg (Tgw), die niedriger liegt als die trockene Tg (Luo & Wong 2002). ACI gibt die Regel vor, aber keine universelle numerische Reduzierung, daher sollten Sie für feuchte oder unter Wasser liegende Anwendungen die feuchte Tg beim Hersteller anfragen.
Ist die im Datenblatt angegebene HDT dasselbe wie Tg?
Nein. HDT (ASTM D648) ist die Durchbiegungstemperatur unter Last; Tg ist der Glasübergang, gemessen per DMA. Beide hängen zusammen, sind aber nicht austauschbar — ein Datenblatt gibt mitunter nur eine der beiden Größen an. Fragen Sie bei jedem Anbieter beide Werte an. FidStrongs FSE362-Klebstoff beispielsweise gibt eine HDT von 65°C an, was ein HDT-Wert ist, keine per DMA gemessene Tg.
Was geschieht mit einem CFRP-System im Brandfall?
ACI 440.2R Abschn. 9.2.1 verlangt von Planern, davon auszugehen, dass der FRP-Beitrag im Brandfall vollständig verloren geht, sofern das Brandverhalten nicht ausdrücklich nachgewiesen wird, sodass das unverstärkte Bauteil den reduzierten Brandlastnachweis allein erfüllen muss. Tg-Überschreitung und Brandfall sind getrennte Nachweise.
Kann ein CFRP-System für höhere Temperaturen ausgelegt werden?
Tg hängt von Harz und Prozess ab, daher gibt es Systeme mit höherer Tg — FidStrongs werkseitig pultrudierter CFRP-Stab weist eine Tg ≥ 100°C auf, gegenüber 60–82°C bei vor Ort im Nasslaminierverfahren ausgehärtetem Epoxidharz. Für ein wirklich heißes Umfeld kann ein anorganisches FRCM-System (ohne Glasübergang) die bessere Wahl sein als Epoxid-CFRP.
Woran erkenne ich, dass das Harz vor Ort seine volle Tg erreicht hat?
ACI 440.2R Abschn. 7.2 überprüft den Aushärtegrad, indem die erreichte Tg (per DMA) kontrolliert wird, gestützt durch Härte- und Klebrigkeitsprüfungen vor Ort — ein unzureichend ausgehärtetes Laminat zeigt eine erniedrigte Tg. Befolgen Sie den Aushärteplan des Herstellers; siehe Aushärtung von CFRP-Systemen.
FidStrong stellt Tränkharze und Lamellenkleber für die CFRP-Verstärkung her, mit thermischen Daten (z. B. FSE362 HDT 65°C, ASTM D648) auf jedem Datenblatt, unter ISO-9001-, -14001- und -45001-Systemen. Die Regel zur Gebrauchstemperatur folgt ACI 440.2R Abschn. 1.2.1.3; fordern Sie für jede heiße oder feuchte Anwendung die spezifische Tg (und feuchte Tg) an und bestätigen Sie dies anhand der maßgeblichen Norm und eines qualifizierten Ingenieurs.