Einfluss der Faserorientierung auf die mechanischen
Eigenschaften von ultrahochfestem Stahlfaserbeton

Bei Stahlfaserbeton hat nicht allein der Fasergehalt, sondern maßgeblich die Faserorientierung Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften. Dies gilt besonders für das Verhalten unter Zug. Hier hängt die zentrische Nachrisszugfestigkeit entscheidend von der Orientierung der Fasern in Bezug zur Zugrichtung ab. Aber auch für die Druckfestigkeit und das Nachbruchverhalten des Betons ist die Faserorientierung von Bedeutung, da die Fasern das Mikrorisswachstum parallel zur Druckrichtung verzögern und Makrorisse nach Eintritt des Bruchs „vernähen“.

Allgemein wird die Orientierung einer Faser durch den sogenannten Faserorientierungsbeiwert charakterisiert. Dieser entspricht dem Cosinus des Winkels zwischen der Achsrichtung der Faser und der Normalenrichtung der betrachteten Querschnittsebene. Der Faserorientierungswert kann Werte zwischen 0 (Orientierung der Faser in der Querschnittsebene) und 1 (Orientierung der Faser normal zur Querschnittsebene) annehmen. Die Auswertung der Faserorientierung kann mit unterschiedlichen Verfahren erfolgen, die als Ergebnis entweder explizit den Faserorientierungsbeiwert oder lediglich eine Aussage über die mittlere anteilige Ausrichtung der Fasern in den drei Raumrichtungen bzw. die Vorzugsrichtung der Fasern liefern.

Da sich die Fasern bevorzugt in Strömungsrichtung des Frischbetons und parallel zu Schalungsflächen ausrichten, hängt die Faserorientierung wesentlich von der Geometrie des Probekörpers oder Bauteils, der Frischbetonkonsistenz und der Einfüllmethode ab. Innerhalb eines Betonvolumens können sich so lokal sehr unterschiedliche Faserorientierungen einstellen. Der Faserbeton verhält sich dann nicht mehr isotrop, sondern zeigt – je nach Beanspruchungsrichtung – ein unterschiedliches Zug- und Drucktragverhalten. Mit zunehmendem Fasergehalt ist die Anisotropie stärker ausgeprägt. Für ultrahochfesten Stahlfaserbeton (UHFB) ist dieser Aspekt von besonderer Relevanz, da UHFB in der Anwendung meist hohe Fasergehalte aufweist.