Textilbeton

Faserbeton ist Beton, dem zur Verbesserung seiner Eigenschaften spezielle Fasern zugegeben werden. Dies führt u. a. zur Verbesserung der Zugfestigkeit (Nachrißzugfestigkeit) und der Duktilität, und damit des Bruch- und Rissverhaltens.

Eigenschaften

Die zugegebenen Fasern sind in der Matrix (Zementstein) eingebettet. Sie wirken als Bewehrung. Bei Zugbeanspruchungen (Zwang, Last), die über der Biegezugfestigkeit des Betons liegen, treten Risse im Beton auf. Durch die Verwendung eines Faserbetons bleibt die Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit des Bauteils erhalten, da sich die Risse in viele sehr schmale und damit normalerweise unschädliche Risse verteilten. Im Idealfall erfolgt eine Spannungsumlagerung.

Herstellung

Es können kurze oder lange in Zugbeanspruchungsrichtung eingelegte Fasern für den Beton verwendet werden. Lange Fasern werden meist in Form von Glasfasertextilmatten eingesetzt. Man spricht dann von textilbewehrtem Beton ^[1] oder auch Textilbeton.^[2]

Mögliche Fasern sind:

Glasfasern

Normales E-Glas ist in der hochalkalischen Umgebung des Betons nicht dauerhaft. Deshalb müssen alkaliresistente Glasfasern (AR-Glas) verwendet werden.

Stahlfasern

Es werden Stahlfasern verschiedenster Art verwendet: Kaltgezogene Stahldrahtfasern, Blechfasern, Spanfasern und weitere weniger bedeutende Arten. Das Material ist entweder Baustahl, nichtrostender Stahl oder verzinkter Stahl. Bei der wirkungsvollsten Art, der kaltgezogenen Stahldrahtfaser, unterscheidet man unterschiedlichste Geometrien: Stahldrahtfasern mit Endhaken, mit Paddel, gewellte Fasern etc. und sehr selten auch gerade Fasern ohne spezielle mechanische Verankerung.

Kunststofffasern (Mikro Fasern / meist PP)

Zur Vermeidung bzw. Reduzierung von Schwindrissen. Diese haben jedoch keine statisch relevanten Eigenschaften. Bestimmte Kunststofffasern (z. B. PP-Fasern) können den Feuerwiderstand von Beton erhöhen. Sie schmelzen und erhöhen so die Porosität des Betons. Dadurch kann verdampfendes Wasser besser entweichen und die Gefahr von Abplatzungen sinkt.

Makro-Kunststofffasern

zeigen ähnliche statische Eigenschaften wie Stahlfasern, kriechen jedoch unter Dauerlast.

Durch Verwendung von zwei verschiedenen Fasern erhält man einen Hybridfaserbeton. Dabei gibt es zwei Möglichkeiten:

• Mischung von zwei Fasern desselben Materials, aber unterschiedlicher Größe und Gestalt, meist Stahlfasern. Die unterschiedlichen Fasern werden bei verschiedenen Rissöffnungsweiten aktiviert und können darum die Betoneigenschaften über eine große Verformungsspannweite beeinflussen.

• Mischung von zwei Fasern etwa derselben Größe, aber unterschiedlichen E-Moduls, wobei die Eigenschaften des Hybridfaserbetons eine Mischung der entsprechenden Einzelfaserbetons darstellen. Beispielsweise existieren erfolgreiche Versuchsergebnisse zu Beton mit Stahlfasern (Erhöhung der Höchstzugfestigkeit) und Polypropylenfasern (Erhöhung der Duktilität).

Die Bemessung (wie viel kg braucht man je m3 Beton) von Stahlfaserbeton wird nun im Buch "Stahlfaserbeton" von Bernhard Wietek im Verlag Vieweg-Teubner 2008 aufgezeigt, wobei hier sämtliche Beanspruchungen berechnet werden. Somit kann der Stahlfaserbeton auch bei konstruktiven Bauteilen wie Wänden, Säulen, Trägern und Decken angewendet werden. Besonders die Schubfestigkeit dieses Baustoffes ist überzeugend, da hier der Lastfall Durchstanzen kaum entscheidend ist.

Verwendung

Die Verwendung von Faserbeton in tragenden Bauteilen ist in den verschiedenen Ländern unterschiedlich geregelt. Das jeweilige Baurecht ist zu beachten. In Österreich beispielsweise befindet sich die Richtlinie Faserbeton derzeit in der Überarbeitung. In Deutschland gibt es neben den Zulassungen verschiedener Stahlfaserhersteller für Bauteile wie Fundamentplatten im Wohnungsbau oder Kellerwände noch das DBV-Merkblatt Stahlfaserbeton vom Oktober 2001. Dort ist die Verwendung des Baustoffs übergangsweise geregelt. Die Richtlinie liegt in Deutschland momentan im Gelbdruck vor. Sie ist noch nicht bauaufsichtlich eingeführt. Für Industrieböden aus Stahlfaserbeton liegen im Allgemeinen keine baurechtlichen Einschränkungen vor, so daß der Baustoff dort am Häufigsten verwendet wird. Der Trend geht derzeit zu fugenarmen Systemen mit Feldgrößen bis zu 40 x 40 Metern. In der Schweiz wird Stahlfaserspritzbeton zur Vorsicherung im Tunnelbau oder zur Baugruben- und Hangabsicherung häufig eingesetzt. Dieses sehr wirtschaftliche Verfahren ist in Österreich und Deutschland im Kommen.

Die meisten Stahlfaserhersteller bieten umfangreiche und kostenfreie technische Beratung. Dort erhält man auch Bemessungen und Dosierungsangaben. Die meisten Hersteller und Lieferanten in Deutschland sind im Verband Deutscher Stahlfaserhersteller e.V. engagiert. Unter www.vdsev.de werden verschiedene technische Inhalte erläutert und Forschungsergebnisse veröffentlicht.

Literatur

Bernhard Wietek: Stahlfaserbeton : Grundlagen und Praxisanwendung. Vieweg + Teubner, Wiesbaden 2008, ISBN 978-3-8348-0592-8.

Regelwerke

Faserbeton wird unter anderm in folgenden Normen und Richtlinien geregelt:

• Merkblatt Stahlfaserbeton des DBV (Deutscher Betonverein)
• Richtlinie Faserbeton des ÖVBB (Österreichische Vereinigung für Beton und Bautechnik).
• Merkblatt Glasfasermodifizierter Beton (FMB) - Herstellung, Verarbeitung, Frischbetonprüfung (Fachvereinigung Faserbeton e.V.)

Einzelnachweise

1. ↑ Sonderforschungsbereich 532 „Textilbewehrter Beton - Grundlagen für die Entwicklung einer neuartigen Technologie“ der RWTH-Aachen
2. ↑ Sonderforschungsbereich 528 „Textile Bewehrungen zur bautechnischen Verstärkung und Instandsetzung“ der TU Dresden sowie Deutsches Zentrum Textilbeton