Forschungsbereich Stahlbeton- und Massivbau | Institut für Tragkonstruktionen

Technische Universität Wien

Duktiler Faserbeton und Reduktion der notwendigen Mindestbewehrung

Bei Stahlbetonbauteilen muß ein duktiles Bauteilversagen und eine Beschränkung der Rissbreite im Beton gewährleistet werden. Dies ist nur möglich wenn die sogenannte Mindestbewehrung im Bauteil vorhanden ist. Mit den herkömmlichen Faserbetonen ist es nicht möglich die  Mindestbewehrung zu erreichen. Ein duktiles Materialverhalten und eine Beschränkung der Rissbreite bzw. Verteilung der Risse kann daher nicht gewährleistet werden. Die Fasern dienen lediglich als Rissbremse, die das Öffnen eines Risses geringfügig reduzieren können.

Ein Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die Zugfestigkeit der Fasern besser auszunutzen und so bei gleichem Fasergehalt den Mittelwert der Nachrißzugfestigkeit zu erhöhen und deren Streuungen zu reduzieren. Dies führt auch zu höheren Bemessungswerten für die Nachrißzugfestigkeit. Ein weiteres Ziel ist es, die notwendige Mindestbewehrung zu reduzieren. Kostengünstige Faserbetonbauteile sollen in Zukunft auch ein duktiles Verhalten aufweisen und die Verteilung der Risse, wie auch eine Beschränkung der Rissbreite ermöglichen.

Abb. 1: Faser mit Rissinitiator

Die Aktivierung der Fasern muß beim Erreichen der Betonzugfestigkeit erfolgen und gezielt gesteuert werden, damit die Fasern besser ausgenutzt werden können. Dies wird durch einen Rissinitiator der in Fasermitte angeordnet ist, erreicht. Der Rissinitiator bewirkt eine lokale Reduktion der Zugfestigkeit im Betongefüge und aktiviert so die Fasern vor Erreichen der Zugfestigkeit. Dies erhöht die Effizienz der Fasern und die mittlere Nachrißzugfestigkeit und verringert gleichzeitig die Streuung. Durch eine Reduktion der Zugfestigkeit des gesamten Bauteils ist auch weniger Mindestbewehrung notwendig.

Die Plättchenform ermöglicht zudem, dass zur Kraftrichtung günstig orientierte Fasern verstärkt aktiviert werden, da in dieser Richtung die wirksame Fläche des Rissinitiators am größten ist. Bilder von duktilem Faserbeton mit Rissinitiatoren sind in den Abbildungen 1 bis 4 dargestellt.

Abb. 2: Mischen des Betons mit Rissinitiatoren
Abb. 3: Versuchsdurchführung
Abb. 4: Bruchfläche des geprüften Probekörpers nach dem Belastungsversuch

Die Funktionsweise der Fasern mit Rissinitiatoren konnte in den Versuchen nachgewiesen werden. Es war dabei möglich höhere Nachrisszugfestigkeiten als mit einem Faserbeton mit gleichem Fasergehalt zu erreichen. Nach dem Versuch konnten an den gebrochenen Querschnitten eine Vielzahl von Rissinitiatoren festgestellt werden. Zusätzlich war es auch möglich die Betonzugfestigkeit zu reduzieren, wodurch die Mindestbewehrung geringer wird.

Derzeit werden Berechnungen auf Meso-Ebene durchgeführt um die Wirkung der Fasern mit Rissinitiatoren weiter zu verbessern.

Eine industrielle Herstellung der Fasern ist wirtschaftlich möglich. Die Verwendung und die Zugabe zum Beton kann dabei wie bei herkömmlichem Faserbeton erfolgen. Die Bemessung des neuen duktilen Faserbetons kann auf den Grundsätzen der Richtlinie Faserbeton erfolgen. Im ersten Schritt kann herkömmlicher Faserbeton mit dem neuen duktilen Faserbeton ersetzt werden. Durch die höhere Effizienz und damit auch Wirtschaftlichkeit ist es möglich neue Anwendungen zu erschließen. Diese Anwendungen können Betonbauteile mit relativ geringer Bewehrung sein.

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