Gesteuerte Faserausrichtung für Stahlfaserbetonbauteile

Die Faserorientierung beeinflusst maßgeblich die Tragfähigkeit von Bauteilen aus stahlfaserverstärktem Beton (SFB). Zur Optimierung der Ausrichtung wurde eine Betoniermethodik auf Basis der Extrusion mit schmalen, parallelen Kanälen entwickelt, was eine nahezu eindimensionale Steuerung der Faserorientierung ermöglicht. Das Verfahren eignet sich insbesondere für die lokale Verstärkung hochbelasteter Bereiche von Fertigteilen, um Spannungsspitzen zu widerstehen, wie etwa bei Tübbings im Lasteinleitungsbereich von Pressenkräften. Im Bereich dominierender Zugspannung von Lasteinleitungen wird dazu ein SFB mit hohem Fasergehalt von 120 kg/m³ (60 + 60 kg/m³ Mikro- und Makrofasern) in Richtung der Hauptnormalspannungen extrudiert, um eine möglichst effektive Faserausrichtung zu erreichen. An allen anderen Stellen wird ein konventioneller Stahlfaserbeton mit 40 kg/m³ Stahlfasern eingesetzt (hybrider Materialeinsatz). Das Verfahren wurde an einem derart hybrid bewehrten Tübbing mit konzentrierter, doppelsymmetrischer Belastung gezeigt (Abb. 1 links). Das Bauteil besitzt dadurch eine 50 % höhere Tragfähigkeit als ohne gesteuerte Faserorientierung.

Im Experiment stellt sich ein lokales Druckstrebenversagen im
Lasteinleitungsbereich ein, während die Spaltzugkräfte durch den Faserbeton aufgenommen werden können. Dies zeigt auch ein Vergleichsversuch eines konventionell hochbewehrten Tübbings mit gleicher maximaler Bruchlast, bei dem die Zugkräfte durch Stabstahlbewehrung abgetragen werden. Der optimierte, hybride Tübbing
zeigt jedoch eine vielfach bessere Rissentwicklung. Der dominante Spaltzugriss weist eine 40 % geringere Rissöffnungsweite auf, bevor weitere Tragreserven aktiviert werden (Abb. 1 rechts). Durch die optimierte Faserausrichtung kann somit eine Verbesserung sowohl der Tragfähigkeit als auch der Gebrauchstauglichkeit, z. B. im Hinblick auf Dichtigkeitsanforderungen, erzielt werden.