Was Tg für ein Strukturepoxidharz bedeutet
Die Glasübergangstemperatur (Tg) eines Epoxidharzes ist der Temperaturbereich, in dem das ausgehärtete Harz von einem starren, glasartigen Feststoff in einen weicheren, gummiartigen Zustand übergeht. Unterhalb der Tg ist das Polymernetzwerk steif und lasttragend; oberhalb der Tg fällt der Modul stark ab, das Kriechen beschleunigt sich, und der Klebstoff kann keine Kraft mehr zuverlässig zwischen der Kohlefaser und dem Untergrund übertragen. Für extern aufgeklebte CFK-Systeme setzt die Tg des Klebstoffs daher die Obergrenze für die Betriebstemperatur, die die Verstärkung aushalten kann. Die Spezifikation eines Strukturepoxidharzes ohne Bestätigung seiner Tg ist einer der häufigsten – und folgenreichsten – Fehler bei CFK-Projekten.
Warum Tg die CFK-Leistung bestimmt
Bei einer nasslaminierten CFK-Umwicklung übernimmt das Tränkungsepoxidharz drei Aufgaben: Es tränkt das Gewebe, es verbindet den Verbundwerkstoff mit dem Beton und es überträgt Schub zwischen Fasern und Untergrund. Alle drei hängen davon ab, dass das Harz steif bleibt. Wenn sich die Harztemperatur der Tg nähert, kann sein Speichermodul um eine Größenordnung fallen, die Verbundfestigkeit sinkt und die effektive Dehnung in den Fasern fällt weit unter den Bemessungswert nach ACI 440.2R. Das Ergebnis ist ein stiller Kapazitätsverlust, der oft unbemerkt bleibt, bis ein Belastungsereignis an einem heißen Tag eintritt. Tg ist keine Marketingzahl – es ist die Temperaturklippe, von der sich die Bemessung fernhalten muss.
Normative Anforderungen und die Tg-Marge
ACI 440.2R verlangt, dass die maximale dauernde Betriebstemperatur des verstärkten Bauteils mit einem sicheren Abstand unter der Tg des Klebstoffs bleibt. Die weitgehend übernommene Konvention ist eine Marge von 15 °C: Die Bemessungsbetriebstemperatur sollte Tg minus 15 °C nicht überschreiten. Die ICC-ES-Zulassungskriterien und GB 50367 nehmen eine ähnliche Position ein und verlangen, dass die Tg des Klebstoffs mittels DMA (ASTM E1640 / ISO 6721) angegeben wird und die Bemessungstemperatur um einen definierten Betrag übersteigt. Für die meisten Gebäudeinnenräume und geschützten Außenbauteile erfüllt eine Tg von mindestens 60 °C diese Regel bei einer typischen Spitzenoberflächentemperatur von 45 °C.
FSE 322 Tränkungsklebstoff: Tg mindestens 60 °C
FidStrong FSE 322 ist das Strukturepoxidharz zur Tränkung, das bei der Nasslaminierung von FSC-Kohlefasergewebe verwendet wird. Es ist für die baustellenseitige Nasslaminierung formuliert und hat eine Tg von mindestens 60 °C bei Aushärtung unter Standardbedingungen (7 Tage bei 23 °C oder äquivalent). Dies macht es für die meisten Gebäude- und Brückenverstärkungsanwendungen geeignet, bei denen die Bemessungsoberflächentemperaturen unter 45 °C bleiben. Bei kühleren Aushärtebedingungen oder schnelleren Zeitplänen bestätigen Sie die erreichte Tg mittels DMA an baustellengehärteten Proben, da die Tg empfindlich auf die tatsächliche Aushärtetemperatur und -zeit reagiert – ein Harz mit einer Tg-Bewertung von mindestens 60 °C bei 23 °C/7d erreicht eine niedrigere Tg, wenn es bei 10 °C ausgehärtet wird.
Auswahl des richtigen Klebstoffs nach Betriebstemperatur
| Bemessungsoberflächentemperatur | Erforderliche Tg (mindestens) | Empfohlenes System |
|---|---|---|
| Bis 40 °C (innen, beschattet) | 55 °C | FSE 322 + FSE 302 Epoxidgrundierung |
| Bis 45 °C (außen, geschützt) | 60 °C | FSE 322 (Standardaushärtung) |
| Bis 55 °C (direkte Sonne, dunkle Oberfläche) | 70 °C | FSE 322 mit Nachhärtung oder Variante mit hoher Tg |
| Über 55 °C (industrielle Heißzonen) | gemäß Analyse | Konsultieren Sie FidStrong; erwägen Sie mechanischen Schutz |
Für die Plattenverklebung hat FSE 362 Plattenklebstoff seine eigene Tg-Bewertung – bestätigen Sie, dass er dieselbe Margenregel erfüllt, bevor Sie ihn für heiße Umgebungen spezifizieren.
Überprüfung der Tg vor Ort
Die auf einem technischen Datenblatt angegebene Tg bezieht sich auf einen bestimmten Aushärtezyklus. Die Baustellenbedingungen stimmen selten genau überein. Für kritische oder heiße Umgebungen gießen Sie Balkenproben aus der tatsächlichen Mischcharge, härten Sie sie parallel zu den Arbeiten aus und testen Sie mittels DMA oder DSC. Eine Nachhärtung von 24–48 Stunden bei 40–50 °C erhöht die erreichte Tg von FSE 322 in Richtung ihres vollen Potenzials und ist eine gute Praxis, wenn die Bemessungstemperatur sich der Tg-Grenze nähert. Dokumentieren Sie immer die Aushärtegeschichte zusammen mit dem Tg-Ergebnis.
Häufig gestellte Fragen
Kann ich ein Epoxidharz oberhalb seiner Tg verwenden?
Nicht zur Lastübertragung. Oberhalb der Tg verschlechtern sich Verbund und Schubübertragung rapide. Wenn die Spitzenbetriebstemperatur Tg minus 15 °C überschreitet, wählen Sie entweder einen Klebstoff mit höherer Tg, fügen Sie thermischen Schutz hinzu oder reduzieren Sie das System erheblich.
Senkt eine schnellere Aushärtung die Tg?
Ja. Die Tg hängt vom Aushärtegrad ab. Eine schnelle Aushärtung bei niedriger Temperatur hinterlässt das Netzwerk unterausgehärtet und die Tg niedriger als den TDS-Wert. Bestätigen Sie immer die Tg an Proben, die unter dem tatsächlichen Baustellenplan ausgehärtet wurden.
Welche Tg benötige ich für brandexponierte Konstruktionen?
Die Tg von Epoxidharz allein kann CFK bei einem Brand nicht schützen. Für brandschutztechnisch bemessene Bauteile kombinieren Sie einen normgerechten Klebstoff mit einer Brandschutzabdeckung, die für die erforderliche Dauer ausgelegt ist, und gehen Sie davon aus, dass das CFK während des Brandereignisses inaktiv ist.