Entwicklung
Stahlfaserbeton kommt in Deutschland ungefähr seit Mitte der 1970er-Jahre zum Einsatz. Er wurde zur Herstellung von Fuß- und Industrieböden sowie zur temporären Gewölbesicherung im Tunnelbau verwendet. Bis heute sind dies wesentliche Einsatzgebiete für Stahlfaserbeton.
Die fortschreitende Entwicklung hat seitdem zu einer Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten von Stahlfaserbeton geführt. Von entscheidender Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die stärkere Eigenschaftsorientierung der verwendeten Stahlfaserbetone. Mit der Veröffentlichung des Merkblattes Stahlfaserbeton des Deutschen Beton- und Bautechnikvereins e.V. im Oktober 2001 wurde die Grundlage zur Anwendung, Bemessung, Herstellung, Prüfung und zum Einbau von eigenschaftsorientiertem Stahlfaserbeton geschaffen.
Sie diente ebenso als Vorlage für die voraussichtlich in Kürze erscheinende Richtlinie Stahlfaserbeton des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb)
Eigenschaften und Anwendungen
Im Gegensatz zu unbewehrtem Beton ist Stahlfaserbeton ein duktiler Baustoff. Durch die eingebrachten Stahlfasern können Kräfte im gerissenen Zustand übertragen werden. Die Leistungsfähigkeit des Stahlfaserbetons wird neben dem Stahlfasergehalt ebenso von der Stahlfaserart sowie von der Qualität des Ausgangsbetons bestimmt. Zu beachten ist, dass bei üblichen Stahlfaser gehalten (20kg/m³ bis ca. 50kg/m³) in der Regel mit einem unterkritischen Materialverhalten zu rechnen ist. Die zum Erstriss führende Spannung kann vom Stahlfaserbeton nicht komplett aufgenommen werden. Sie wird in geringer belastete Bauteilabschnitte verteilt und führt zu einer optimalen Ausnutzung des Tragsystems. Der konstruktive Einsatz von ausschließlich mit Stahlfasern bewehrtem Beton beschränkt sich daher grundsätzlich auf statisch unbestimmte Systeme – z.B. Bodenplatten. Eine statische Berechnung zur Verwendung von Stahlfaserbeton ist immer erforderlich.
Stahlfaserbeton kann ebenso in schlaff bewehrten Bauteilen zum Einsatz kommen. Die Leistungsfähigkeit von Stahlfaserbeton kann beispielsweise zur Begrenzung der Rissbreite für wasserundurchlässige Konstruktionen herangezogen werden. Bei stark bewehrten Bauteilen kann der Bewehrungsgehalt reduziert und das Bauteil problemloser betoniert werden. Die Bauteilqualität wird so erhöht.
Durch die Verwendung von Stahlfasern können weitere Eigenschaften des Betons verbessert werden. Stahlfaserbeton besitzt eine höhere Grünstandsfestigkeit, eine erhöhte Schlagzähigkeit, ein verbessertes Dauerschwingverhalten sowie einen erhöhten Verschleißwiderstand. Weiterhin sind Bauteile aus Stahlfaserbeton bis in die Randzone bewehrt. Zum einen schützt dies Bauteilkanten und -ecken vor Beschädigungen durch Schlag. Zum anderen führt die positive Beeinflussung der Rissneigung und -entwicklung in der Randzone zu einem dichteren Betongefüge. Dadurch kann die Dauerhaftigkeit von Bauteilen gesteigert werden.
Technologie
In der Praxis wird üblicher Weise die Leistungsfähigkeit von Stahlfaserbeton ausschließlich durch Angabe des Stahlfasergehaltes festgelegt. Dieser Ansatz kann jedoch unsicher oder unwirtschaftlich sein, da er nicht alle Einflussfaktoren für die Leistungsfähigkeit von Stahlfaserbeton berücksichtigt. Der Ansatz entspräche der Festlegung der Betondruckfestigkeit durch die Vorgabe eines Zementgehaltes, ohne zusätzliche Parameter wie Wasserzementwert, Sieblinie oder aber den Einsatz von Zusatzmitteln zu berücksichtigen. Für einen sicheren und wirtschaftlichen Einsatz von Stahlfaserbeton wird daher ein eigenschaftsorientierter Ansatz dringend empfohlen.
So ist bei Stahlfaserbeton von einem höheren Bindemittelgehalt auszugehen. Dies kann zum einen die Anhebung des Zementgehaltes oder aber den Einsatz von Füllern wie Steinkohlenflugasche bedeuten. Dadurch soll eine gute Einbindung der Fasern in die Zementmatrix sichergestellt werden. Das verwendete Größtkorn sowie die eingesetzte Stahlfaser müssen aufeinander abgestimmt sein, um eine möglichst optimale Verankerung der Stahlfaser zu erreichen. Bei üblichen Faserlängen von 50 mm sollte das Größtkorn 16 mm nicht überschreiten. Ebenso spielt der Faserdurchmesser eine entscheidende Rolle, da mit abnehmendem Durchmesser die Anzahl der zur Verfügung stehenden Fasern je Kilogramm erhöht wird. Die zusätzliche Oberfläche der Stahlfasern führt zu einer steiferen Betonkonsistenz im Vergleich zum Ausgangsbeton. Daher ist die planmäßige Zugabe von Fließmitteln immer zwingend erforderlich. Übliche Zielkonsistenzen sind F3 bzw. F4. Bei der Herstellung von Stahlfaserbeton ist auf eine homogene Untermischung der Fasern zu achten. Am besten ist dies durch die Zugabe der Stahlfasern im Transportbetonwerk zu erreichen.
Festbetonprüfungen
Die Herstellung von Stahlfaserbeton sollte auf Grundlage des DBV-Merkblattes Stahlfaserbeton erfolgen. Sollen baurechtlich relevante Bauteile ausgeführt werden, muss auf entsprechende Allgemeine Bauaufsichtliche Zulassungen zurückgegriffen werden. Grundsätzlich sind die geforderten Stahlfaserbetoneigenschaften durch eine Erstprüfung nachzuweisen. Die Konformität ist durch eine entsprechende werkseigene Produktionskontrolle zu bestätigen.
Zur Prüfung der Leistungsfähigkeit von Stahlfaserbeton werden sogenannte Biegebalken verwendet. Für eine Prüfserie werden mindestens 6 Biegebalken empfohlen. Als Ergebnis der weggesteuerten Prüfung erhält man die Faserbetonklassen für den Verformungsbereich I und II. Sie charakterisieren das Arbeitsvermögen des Stahlfaserbetons. Die ermittelten Werte können zum Nachweis der Gebrauchstauglichkeit sowie der Tragfähigkeit vom Planer verwendet werden.
Herstellung im Transportbetonwerk
Stahlfaserbeton sollte in einem Transportbetonwerk hergestellt werden. Die Stahlfasern werden während des Herstellungsprozesses in den Fahrmischer dosiert und so optimal untergemischt. Die nachträgliche Zugabe der Stahlfasern auf dem Werksgelände ist ebenso möglich. Dafür bieten Dosierbänder sowie Einblasgeräte Vorteile, da mit moderater Mischleistung bereits eine optimale Durchmischung der Fasern im frischen Beton erreicht wird. Werden Aufzüge verwendet, ist auf eine ausreichende Mischzeit zu achten. Als Richtwert kann von einer Minute je Kubikmeter, mindestens jedoch 5 Minuten, ausgegangen werden.
Grundsätzlich sollte die Ausgangskonsistenz des Betons im Bereich plastisch bis weich liegen, um eine gute Vermischung der Stahlfasern zu erreichen.
Verarbeitung auf der Baustelle
Die Verarbeitungskonsistenz sollte zwischen F3 und F4 liegen. Eine steifere Konsistenz – z.B. zur Herstellung eines Gefälles – ist ebenso möglich. Stahlfaserbeton muss grundsätzlich verdichtet werden. Die Verdichtungsintensität ist auf die gewählte Konsistenz abzustimmen. Auf ein ausgiebiges Nachverdichten sollte möglichst verzichtet werden, um Sedimentationen oder ungewollte Faserorientierungen zu vermeiden. Im Zweifelsfall wird eine enge Abstimmung zwischen den Bauausführenden und dem Stahlfaserbetonlieferanten empfohlen. Nach Fertigstellung des Bauteiles ist unmittelbar mit der Nachbehandlung zu beginnen.
- neue Wörter -
1. temporär - 일시적인, 임시의
2. das Gewölbe - 돔 천정, 아치, 둥근 지붕
3. die Veröffentlichung - 공고, 고시
4. das Merkblatt - 설명서
5. voraussichtlich - 예측할 수 있는, 아마
6. duktil - 가연성의, 유연한
7. schlaff - 느슨한, 힘이 없는
8. heranziehen - 관련시키다, 끌어오다, 접근하다
9. die Schlagzähigkeit - 충격 강도
10. dringend - 분명한, 설득력 있는
11. zurückgreifen - 이용하다, 소급하다
12. werkseigen - 공장 소유의, 공장 부설의
13. untermischen - 섞다, 혼합하다
14. ausgiebig - 풍부한, 많은, 많이
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