Stahlfaserverstärkter Beton ‒ häufig gestellte Fragen
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1. Was ist stahlfaserverstärkter Beton? (Steel Fiber Reinforced Concrete, SFRC)
2. Können der Fertigmischanlage Stahlfasern hinzugefügt werden?
3. Wie viel Mischzeit ist erforderlich, wenn Stahlfasern zu einem Fertigmischwagen hinzugefügt werden?
4. Können Stahlfasern vor Ort hinzugefügt werden?
5. Können Stahlfasern zu jeder Mischung hinzugefügt werden?
6. Ballen sich die Stahlfasern in der Mischung zusammen?
7. Wie beeinflussen Stahlfasern meine Betonrezeptur?
8. Beeinflussen Stahlfasern die Setzung?
9. Kann stahlfaserverstärkter Beton gepumpt werden?
10. Rosten die Stahlfasern?
11. Werden Fasern aus der Matrix herausragen, nachdem vor Ort gegossene Formen entfernt wurden?
12. Wann wird bei stahlfaserverstärktem Ortbeton die Innenschwingung, wann die Formschwingung verwendet?
13. Treten beim Gießen von stahlfaserverstärktem Beton gegen eine wasserdichte Membran Probleme auf?
14. Ist der Beton elektrisch leitfähig und besteht die Gefahr eines elektrischen Schlags?
15. Gibt es Sicherheitsrisiken für Betonfertiger?
16. Wie kann ich die Unterschiede zwischen verschiedenen Stahlfasern quantifizieren?
17. Was bedeutet Restfestigkeit?
18. Ist die Abnutzung von Formen oder Werkzeugen bei stahlfaserverstärktem Beton größer als bei Normalbeton?
19. Welchen Vorteil hat die Verwendung von Stahlfasern gegenüber synthetischen Mikrofasern?
20. Welchen Vorteil hat die Verwendung von Stahlfasern gegenüber synthetischen Makrofasern?
21. Kilo für Kilo kosten Stahlfasern mehr als Bewehrungsstangen oder -matten. Warum sollte ich für Stahlfasern mehr bezahlen?
Antworten
1. Was ist stahlfaserverstärkter Beton? (Steel Fiber Reinforced Concrete, SFRC)
In bestimmten Anwendungsbereichen ist stahlfaserverstärkter Beton eine Alternative zu herkömmlichem bewehrtem Beton. Stahlfasern bilden eine diskontinuierliche, dreidimensional orientierte, isotrope Bewehrung, sobald sie in den Beton eingemischt sind. Stahlfasern überbrücken Risse bei sehr geringen Rissbreiten, übertragen Belastungen und entwickeln im Beton Nachrissfestigkeit.
Eine Vielzahl von Faserarten (Material, Form, Größe usw.) mit unterschiedlicher Wirkung im Beton steht zur Verfügung. Daher sollte stahlfaserverstärkter Beton nie vereinfacht als “Beton mit Stahlfasern” dargestellt werden. Stahlfasern können in fünf Gruppen unterteilt werden:
- Typ I ‒ kaltgezogener Draht
- Typ II ‒ Einzelblatt
- Typ III ‒ schmelzextrahiert
- Typ IV ‒ geschabter kaltgezogener Draht
- Typ V ‒ aus Blöcken gefräst
Die überwiegende Mehrheit gehört zur Gruppe I. Der gängigste und leistungsfähigste Verankerungstyp ist das “Hakenende”. Bei der gleichen Faserart haben Länge/Durchmesser und Zugfestigkeit den größten Einfluss auf die Faserleistung. Je höher die Schlankheit L/D, desto besser die Leistung des stahlfaserverstärkten Betons.
2. Können der Fertigmischanlage Stahlfasern hinzugefügt werden?
Ja. Bringen Sie die Stahlfasern ein, nachdem sich alle anderen Bestandteile bereits im LKW befinden. Stellen Sie den Fahrmischer auf die Ladegeschwindigkeit und geben Sie die Fasern langsam in den Mixer. Mischen Sie ca. 5 Minuten lang bei Ladegeschwindigkeit.
Die Stahlfasern können auch zum Zuschlagstoff-Förderband hinzugefügt werden, wenn ein sicherer Zugang vorhanden ist.
3. Wie viel Mischzeit ist erforderlich, wenn Stahlfasern zu einem Fertigmischwagen hinzugefügt werden?
Bekaert empfiehlt, das Mischen mit der höchsten Trommelgeschwindigkeit etwa 4 bis 5 Minuten lang fortzusetzen, nachdem alle Stahlfasern zum LKW hinzugefügt wurden.
4. Können Stahlfasern vor Ort hinzugefügt werden?
Ja, es ist auch möglich, Fasern vor Ort zum Fahrmischer hinzuzufügen. Dosieren Sie die Fasern in die Mischung. Dies erfolgt gewöhnlich über ein Förderband.
5. Können Stahlfasern zu jeder Mischung hinzugefügt werden?
Stahlfasern können in Beton, Mörtel und Einpressmörtel verwendet werden. Im Allgemeinen können grobe Mischungen, die eine sehr geringe Menge an Feinstoffen enthalten und/oder bei einem höheren Faservolumen eine schwankende Sieblinie aufweisen, Misch- und Verteilungsprobleme verursachen. Werden die Stahlfasern einfach in beliebigen Beton gemischt, so werden sich die positiven Eigenschaften der Fasern auf den Beton nicht in vollem Umfang entfalten können. Die Betonmischung muss an die Art und Menge der Fasern angepasst werden.
Zum Beispiel:
- Anteil der Feinteile erhöhen
- Anpassen der Sieblinie
- Anpassen der Weichmachermenge
Für eine Betonfestigkeit bis zu einer tatsächlichen Festigkeit von etwa 8000 psi (55 MPa) sind typische Fasern mit normalfestem Draht ausreichend (Mehrzahl der Anwendungen). Für höhere Betonfestigkeiten als mittlere Festigkeit oder für hohe Festigkeit können Fasern erforderlich sein, um ein sprödes Verhalten zu vermeiden. Wenn spezielle Zemente, Zuschlagstoffe oder Zusatzmittel verwendet werden (dies ist selten der Fall), wird ein vorläufiger Misch-/Pumpentest empfohlen.
6. Ballen sich die Stahlfasern in der Mischung zusammen?
Eine richtige Betonmischung ist wichtig, um eine Faserballung zu vermeiden. Um das Potenzial für Faserballenbildung in Verbindung mit Fasern mit einer hohen Schlankheit (L/D) (d. h. hochleistungsfähige Fasern) zu vermeiden, wurde die Technik der geklebten Fasern entwickelt. Die geklebten Faserbündel werden auf “Makroebene” gleichmäßig verteilt. Beim Mischen trennen sich die Bündel dann in einzelne Fasern. Im Wesentlichen verringert das geklebte Bündel die Schlankheit (L/D) der Fasern vorübergehend und erleichtert so das Mischen. Auf diese Weise kann die Ballung vermieden und eine homogene Mischung von hochleistungsfähigem stahlfaserverstärktem Beton erzielt werden.
7. Wie beeinflussen Stahlfasern meine Betonrezeptur?
Stahlfasermischungsrezepturen ähneln denen, die üblicherweise für einfache Betonmischungen verwendet werden. Empfohlene Zuschlagsabstufungen und Mischungsverhältnisse sind in lokalen Normen enthalten. Die Verwendung des größten praktischen Zuschlags und eines gut abgestuften kombinierten Zuschlaggemischs im Gegensatz zu einem Gemisch mit Ausfallkörnung kann die Schrumpfung minimieren. Stahlfasern können wegen ihrer Steifigkeit eine Verringerung der Setzung verursachen. Dies entspricht nicht unbedingt einer Verringerung der Verarbeitbarkeit. Je nach Umgebungstemperatur und Aufbringungsmethode werden üblicherweise Midrange-Betonverflüssiger verwendet, um die Verarbeitbarkeit von Mischungen mit mehr als 18 bis 24 kg/m3 Stahlfasern zu verbessern.
8. Beeinflussen Stahlfasern die Setzung?
Ja, die Zugabe von Stahlfasern bei typischen Dosierungen von 15 bis 39 kg/m3 reduziert die offensichtliche Setzung um 2,5 bis 7,6 cm. Dies entspricht jedoch nicht unbedingt einer Verringerung der Verarbeitbarkeit. Durch den Einsatz der Vibrationsverdichtung wird die Verarbeitbarkeit des stahlfaserverstärkten Betons wieder hergestellt.
9. Kann stahlfaserverstärkter Beton gepumpt werden?
Ja, aber Sie sollten je nach der Stahlfaser-Dosisleistung, den Umgebungstemperaturen und der Schlauchlänge mit einem Setzungsverlust von 1 bis 3 cm durch den Schlauch rechnen. Ein Midrange-Betonverflüssiger (Mid-Range Water Reducer, MrWr) wird üblicherweise verwendet, um die Verarbeitbarkeit und die Fließfähigkeit durch die Pumpleitungen zu verbessern. In einigen Fällen sind Highrange-Betonverflüssiger (High-Range Water Reducers, HrWr) erforderlich. Normalerweise wird ein Schlauch mit einem Durchmesser von 10 cm benötigt.
10. Rosten die Stahlfasern?
Bei Innenanwendungen wie Tunnel und Lagerhallen: Nein. Bei Anwendungen im Außenbereich, z. B. auf Bürgersteigen, kann es zu geringfügigem Rosten kommen. Erfahrungen mit Autobahnen und Industriepflaster zeigen, dass einzelne Fasern an der Oberfläche korrodieren, jedoch keine Flecken auf der Betonoberfläche verursachen. Ästhetik und Gebrauchstauglichkeit bleiben erhalten, selbst wenn einzelne Fasern korrodieren. Anwendungen in Innenräumen: Unter normalen Umgebungsbedingungen bleiben Oberflächenfasern in typischen Tunneln oder in Fertigungshallen blank und glänzend.
Anwendungen in Außenbereichen ohne Risse: Die Erfahrung hat gezeigt, dass bei Beton die Korrosion von Fasern auf die Oberflächenhaut des Betons begrenzt ist, wenn dieser Beton mit einer 28-Tage-Druckfestigkeit von über 3000 psi (21 MPa) spezifiziert ist, mit Standardverhältnissen von Wasser/Zement vermischt wird und mit Methoden, die für eine gute Verdichtung sorgen, installiert wird. Wenn Oberflächenfasern korrodieren, gibt es ab 0,02 cm unter der Oberfläche keine Ausbreitung der Korrosion. Da die Fasern kurz und unterbrochen sind und einander kaum berühren, gibt es keinen kontinuierlichen Weg für Streu- oder induzierte Ströme zwischen verschiedenen Bereichen des Betons. Anwendungen in Außenbereichen mit Rissen: Labor- und Feldtests von gerissenem stahlfaserverstärktem Beton in Umgebungen, die Chloride enthalten, haben gezeigt, dass die Risse im Beton zur Korrosion der Fasern führen können, die durch den Riss hindurchgehen. Kleine Risse (Rissbreiten von < 0,02 cm) erlauben jedoch keine Korrosion von Stahlfasern, die durch den Riss hinweg verlaufen. Sind die Risse breiter als 0,02 cm und in der Tiefe begrenzt, dann sind die Konsequenzen dieser lokalisierten Korrosion nicht strukturell bedeutsam.
11. Werden Fasern aus den Fugen herausragen, nachdem vor Ort gegossene Formen entfernt wurden?
Fasern können nur an Fugen aus Formen herausragen. Sie können nicht in der Mitte einer Form herausragen. Dies kann minimiert werden, wenn die Fugen vor dem Betonieren gekittet werden. Es ist jedoch nicht immer möglich, alle Fugen zu kitten. Die Anzahl der hervorstehenden Fasern ist eine Funktion der Präzision der Fugen und der Faserdosierung.
Breitere Fugen fangen mehr Fasern ein als engere Fugen. Nach dem Entfernen der Schalung können die Fasern mit einem Handschleifstein oder einem kleinen Winkelschleifer schnell beseitigt werden.
12. Wann wird bei stahlfaserverstärktem Ortbeton die Innenschwingung, wann die Formschwingung verwendet?
Für den Ortbeton ist die Innenvibration die am häufigsten verwendete Option zur Verfestigung des Betons. Formvibration wird im Allgemeinen in der Fertigteilindustrie verwendet.
Wenn Stahlfaserbeton in Formwerkzeuge gegossen wird, sorgt eine geringe Vibration der Formen dafür, dass die Fasern die Formen nicht berühren und daher nach dem Entfernen der Formen auch nicht sichtbar sind. Beispielsweise werden die Formen während des Gießens von stahlfaserverstärkten Fertigteilstrukturen vibriert, um den Beton zu verfestigen. Dieser Vorgang führt zu einer nahezu faserfreien Oberfläche der Strukturen. Eine kurze Zeit der Formvibration in allen Ortbetonstrukturen zusätzlich zur inneren Vibration (wenn möglich) liefert die beste fertige Oberfläche.
13. Treten beim Gießen von stahlfaserverstärktem Beton gegen eine wasserdichte Membran Probleme auf?
Ausfälle der Kunststoffauskleidung aufgrund von Fasereinstichen wurden noch nie festgestellt. Der Abrieb von scharfen Zuschlägen während des Betonierens stellt eine ebenso große Bedrohung für die Auskleidung dar wie die Stahlfasern. Nach dem Betonieren neigen die Fasern dazu, sich während der Vibration zu bewegen und sich neu auszurichten. Dadurch wird der eventuelle Druck, den eine einzelne Faser beim Gießen auf die Auskleidung ausgeübt hat, verringert. Viele Projekte, bei denen stahlfaserverstärkter Beton zum Einsatz kommt, werden mit Ortbeton und Spritzbeton konstruiert, der direkt mit wasserdichten Membranen in Kontakt kommt.
14. Ist der Beton elektrisch leitfähig und besteht die Gefahr eines elektrischen Schlags?
Typischer stahlfaserverstärkter Beton enthält weniger als 0,5 Vol.-%. Stahlfasern und kaum mehr als 0,75 Vol.-%. Diese Fasern sind unterbrochen und nicht miteinander verbunden. Versuche zeigen aufgrund der Zugabe von Stahlfasern nur eine leichte Abnahme des spezifischen elektrischen Widerstands. Der Widerstand gegen den Stromfluss ist jedoch immer noch beträchtlich. Die Einflüsse des Feuchtigkeitsgehalts und der Zuschlagszusammensetzung spielen eine viel größere Rolle als der Zusatz von Stahlfasern.
15. Gibt es Sicherheitsrisiken für Betonfertiger?
Nein, bei guten Baustellensicherheitsverfahren gibt es bei Stahlfasern keine Sicherheitsbedenken. Weitere Informationen sind unseren Sicherheitsdatenblättern zu entnehmen.
16. Wie kann ich die Unterschiede zwischen verschiedenen Stahlfasern quantifizieren?
Die Nachrissfestigkeit von Stahlfaserbeton ist eine Materialeigenschaft, die üblicherweise verwendet wird, um die Faserleistung zu unterscheiden. Sie wird gewöhnlich durch einen Biegeversuch bestimmt und oft als Restbiegefestigkeit bezeichnet (siehe unten). Bei der gleichen Betonzusammensetzung ist die Stahlfaserleistung eine Funktion der Faserlänge, des Durchmessers, der Schlankheit L/D, der Verankerung und der Zugfestigkeit. Eine Faserdosierung allein weist überhaupt keinen leistungsbezogenen Wert auf. AStM international verfügt über zwei Biegetestverfahren für bewehrten Beton. Die beiden Prüfverfahren sind AStM c1399 Standardprüfmethode zur Ermittlung der mittleren Restfestigkeit von faserverstärktem Beton und AStM c1609 Standardprüfmethode für die Biegefestigkeit von Faserbeton. Bekaert schlägt die Verwendung von AStM c1609 vor. AStM c1399 kann aufgrund der günstigen Faserorientierung und der Verwendung einer Stahlplatte zur Kontrolle der Energiefreisetzung des ersten Risses nach der Rissbildung zu überhöhten Biegefestigkeiten führen.
17. Was bedeutet Restfestigkeit?
Die Restbiegefestigkeit ist gleich der Nachrissbiegefestigkeit von Stahlfaserbeton, die in einem Biegeversuch einer bestimmten Biegung entspricht. Es handelt sich um einen Prüfwert, der für die Entwicklung von Stahlfaserbeton eingeführt wurde.
18. Ist die Abnutzung von Formen oder Werkzeugen bei stahlfaserverstärktem Beton größer als bei Normalbeton?
Nicht mehr als Beton.
19. Welchen Vorteil hat die Verwendung von Stahlfasern gegenüber synthetischen Mikrofasern?
Stahlfasern sind kein Ersatz für synthetische Mikrofasern und umgekehrt. Beide Fasertypen weisen im Beton sehr unterschiedliche Eigenschaften auf, so dass sich die Anwendungsfelder nicht überschneiden. Die beiden Fasertypen ersetzen sich nicht, sondern ergänzen sich. Während Stahlfasern eine Nachrissfestigkeit aufweisen und daher als Bewehrung wirken, reduzieren synthetische Mikrofasern die Rissbildung aufgrund von Kunststoffschrumpfung und verbessern die Feuerbeständigkeit von Beton. Sie bieten keine bewehrende Wirkung.
20. Welchen Vorteil hat die Verwendung von Stahlfasern gegenüber synthetischen Makrofasern?
Mechanisch verankerte Stahlfasern haben sich selbst bei strukturellen Anwendungen als Bewehrung bewährt. Stahlfasern werden aus einem Material mit bekannten technischen Eigenschaften (E-Modul, Querkontraktionszahl, Zugfestigkeit und Kriechen) hergestellt. Der E-Modul von Stahl ist größer als der von Beton. Daher nehmen die Stahlfasern die Belastung schnell auf und beeinflussen sofort die Rissbildung. Die langfristige Tragfähigkeit des stahlfaserverstärkten Betons ist beträchtlich. Stahlfasern verfügen über eine Materialspezifikation nach AStM A820. Makro-Synthesefasern sind sehr vielfältig und verfügen über sehr unterschiedliche Materialeigenschaften. Makro-Synthesefasern verfügen über keine Materialspezifikation nach AStM. Alle Makro-Synthesefasern haben einen niedrigeren E-Modul als Beton und relativ geringe Zugfestigkeiten. Daher benötigen Makro-Synthesefasern eine bestimmte Rissbreite, bevor sie sich im Beton betätigen können, und dann können nur mäßige Nachrissfestigkeitswerte erreicht werden. Makro-Synthetikfasern unterliegen ebenfalls einem Kriechen, wodurch die Langzeitbelastbarkeit der Faser geringer oder nicht vorhanden ist. Die Kriechgeschwindigkeit kann bei höheren Umgebungstemperaturen erhöht werden.
Bei der Prüfung der Bewehrung müssen mindestens vier Faktoren überprüft werden: Elastizitätsmodul, Querkontraktionszahl, Zugfestigkeit und Kriechen.
21. Kilo für Kilo kosten Stahlfasern mehr als Bewehrungsstangen oder -matten. Warum sollte ich für Stahlfasern mehr bezahlen?
Stahlfaserbeton beschleunigt den Bauablauf, ermöglicht alternative Bauweisen oder gestalterische Lösungen und erhöht die Lebensdauer. Wenn ein Projekt schneller und mit weniger Aufwand durchgeführt wird, werden die höheren Kosten der Stahlfasern durch die Einsparungen wettgemacht.
In bestimmten Anwendungen ist das Volumengewicht von Stahlfasern geringer als das von Bewehrungsstäben mit einem ähnlichen Bewehrungseffekt. Bei diesen Anwendungen sind die Kosten der Bewehrung mit Stahlfasern geringer.