Betontechnik: Stahlfaserbeton

Nenne die gebräuchlichen Stahlfasertypen.

Welche Eigenschaftsunterschiede gibt es hinsichtlich Dicke, Länge und Zugfestigkeit?

• Drahtfasern
  • Dicke: 0,4 - 1,2 mm
  • Länge: 12-60 mm
  • Zugfestigkeit: 1000-2000 N/mm²
• Blechfasern
  • Dicke: 0,3 - 0,5 mm
  • Länge: 20-40 mm
  • Zugfestigkeit: 270-1000 N/mm²
• (Gefräste Stahlfasern)
• Edelstahlfasern

Wie hoch ist der Fasergehalt bei normalfestem und ultrahochfestem Beton?

• Normalfester Beton
  • 20-80 kg/m³ ( 0,3-1,0 Vol-%)
• Ultrahochfester Beton
  • 160-240 kg/m³ ( 2,0-3,0 Vol-%)

Welche Eigenschaften haben Stahlfasern hinsichtlich Tragfähigkeit/Effektivität und Verarbeitbarkeit?

• Je länger die Faser und je feiner die Faser, desto besser ist die Verankerung.
• Je feiner die Faser ist, desto teurer ist sie.
• Je höher die Schlankheit l/d ist, desto höher ist die Gefahr einer Igelbildung
  • schlechtere Verarbeitbarkeit
• Je mehr Fasern (kg/m³) eingesetzt werden, desto eher ergibt sich ein Problem mit der Verarbeitbarkeit.
• Je länger eine Faser ist, desto schlechter ist der Beton pumpbar.

Wie ist das Zugtragverhalten von Stahlfaserbeton im Vergleich zu unbewehrtem und normalen Stahlbeton?

Wie ist die Tragwirkung von Stahlfasern einzuschätzen?

• Sie begrenzen den Fortschritt von Mikrorissen
• übertragen Kräfte über Rissufer hinweg
• Faserorientierung bzw. Lage der Faser zum Riss und Verbundwirkung sind maßgebend
• Versagen durch Reißen oder Ausziehen der Fasern
  • (Verbundlänge, Verbundbedingungen, Endverankerung)

Wie unterscheidet sich das Biegetragverhalten von StFB zu normalem Beton?

StFB kann 10 bis 20mal größere Durchbiegungen tolerieren ohne zu Versagen

Wie wirkt sich ein höherer Fasergehalt auf das Drucktragverhalten aus?

Ein höherer Fasergehalt erhöht die Duktilität des Betons

• Kaum Einfluss im ansteigenden Ast
• Nennenswerter Einfluss im abfallenden Ast

Wodurch unterscheidet sich ein Beton mit dünnen Stahlfasern mit einer hohen Schlankheit und dicken Stahlfasern mit einer geringen Schlankheit?

(Bei gleicher Menge und Länge der Stahlfasern)

Der Beton kann mit dünnen Stahlfasern nach einem Riss eine größere Belastung über die noch tragenden Stahlfasern aufnehmen als mit dickeren Stahlfasern.

Warum müssen die Betonfestigkeit und die Faserzugfestigkeit aufeinander abgestimmt werden?

• Für eine optimale Ausnutzung der Faserfestigkeit müssen beide Festigkeiten aufeinander abgestimmt werden.
  • Das reißen der Fasern soll vermieden werden

Wirken sich längere oder kürzere Fasern bei gleicher Schlankheit besser oder schlechter auf das Tragverhalten aus?

Längere wirken sich besser auf das Tragverhalten auf.

Nenne die Vor- und Nachteile von Stahlfasern

Pro Tragwirkung:

• Hohe Schlankheiten (l/d) ergeben große Verbundlängen der Fasern (Verbesserung durch Endverankerungen)
• Hohe Fasergehalte (Erhöhung der Fasertragwirkung)

Contra Verarbeitung:

• Hohe Schlankheiten (l/d) wirken als „ungünstig geformter“ Zusatzstoff (Hoher Wasser-, bzw. Zementleimanspruch)
• Hohe Fasergehalte (Deutlicher Einfluss auf die Verarbeitbarkeit)
• Gefahr der „Igelbildung“

--> Reduzierung der Fasergehalte und -schlankheiten
--> Erhöhter Feinanteil (Mehlkorn) bzw. Leimgehalt in der Rezeptur

Wodrin ist Stahlfaserbeton bisher geregelt und was sind die bisherigen Regelungen?

• DBV–Merkblatt (Fassung 2001) (DIN 1045)

Bisherige Regelung

• Einsatz von Stahlfaserbeton für Bauteile, die nicht der Bauordnung (Gefahr für  Leib und Leben) unterliegen
• Bei baurechtlichen Anforderungen ist eine bauaufsichtliche Zulassung oder eine Zustimmung im Einzelfall notwendig.
• Detaillierte Ausarbeitung über Bemessung und Ausführung

Das DBV-Merkblatt verliert gegenüber der DAfStb-Richtlinie zunehmend an
Bedeutung.

Welches Regelwerk gilt aktuell für Stahlfaserbeton als Baustoff?

• DAfStb-Richtlinie Stahlfaserbeton
  • Ergänzung zur DIN 1045, DIN EN 206-1
  • bauaufsichtlich eingeführt

Was regelt die DAfStb-Richtlinie Stahlfaserbeton nicht?

Richtlinie gilt nicht für:

• Stahlfaserbeton XS2, XS3, XD2 und XD3 ohne Kombibewehrung
• Stahlfasern ohne formschlüssige, mechanische Verankerung
• Bauteile aus vorgespanntem Stahlfaserbeton
• Leichtbeton
• Hochfesten Beton der Druckfestigkeitsklassen ab C55/67
• Selbstverdichtender Beton
• Stahlfaserspritzbeton (DIN 18551 2014-08, Nationale Anwendungsregeln zur DIN EN 14487 und Regeln für die Bemessung von Spritzbetonkonstruktionen)

Welche Baustoffkenngrößen sind in der DAfStb-Richtlinie für Stahlfaserbeton angegeben?

• Analoge Spannungs-Dehnungs-Beziehung zum Stahlbeton (z. B. Spannungsblock)
• Ermittlung einer Nachrisszugfestigkeit (verschmierte Risstheorie) im gerissenen Zustand
• Ermittlung der Nachrisszugfestigkeiten an 4-Punkt-Biegeversuchen
  • Prüfergebnis: Nachrissbiegezugfestigkeit)
• Einteilung der Stahlfaserbetone in Leistungsklassen

Was wird beim 4-Punkt-Biegebalkenversuch untersucht?

Die Nachrissbiegezugfestigkeit Leistungsklasse 1 und 2

Verformung --> Dehnung

d1 = 0,5 mm --> ect = 3,5 ‰
d2 = 3,5 mm --> ectu = 25,0 ‰

Was sind die allgemeinen Anwendungsbedingungen von Stahlfaserbeton?

• Stahlfasern müssen „im Herstellwerk” zugegeben werden
• Konformität der Stahlfasern gemäß dem System „1“ nach DIN EN 14889-1 erforderlich
• Festlegung der Leistungsklassen des Stahlfaserbetons nach statischen Erfordernissen vom Tragwerksplaner: (Beispiel: C30/37 L1,2/0,9 XC1,W0)
• Stahlfaserbeton nach Richtlinie ist stets ein Beton nach Eigenschaften
• Hersteller legt die Betonzusammensetzung einschließlich Faserart und -menge fest
• Hersteller muss die Einhaltung der Leistungsklassen sicherstellen

Wo darf Stahlfaserbeton angewendet werden?

Wo kann Stahlfaserbeton ohne baurechtliche Anforderungen angewendet werden?

(keine tragenden Bauteile nach DIN 1045)

• Industriefußböden
• Kellerfußböden
• Verkehrs- und Freiflächen

• Keine Sauberkeitsschicht / Bewehrungsabstandshalter
• häufig Verzicht auf Betonpumpen möglich

Wo kann Stahlfaserbeton mit untergeordneten baurechtlichen Anforderungen angewendet werden?

(unbewehrte Bauteile nach DIN 1045)

• dünnwandige Fertigteile
• Fundamente (Wohnungsbau)

Einsatz von Stahlfasern zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften