FAQs

Stahlfaserbeton ist ein Beton, der nach EN 206 hergestellt ist und dem zum Erreichen einer Nachrissfestigkeit Stahlfasern zugegeben werden. Durch die Kombination von Beton und Stahlfasern entsteht ein duktiler und makroskopisch isotroper Verbundbaustoff mit neuen verbesserten Eigenschaften. Typische Stahlfaserdosierungen liegen zwischen 15 und 50 kg/m³. Für tragende Anwendungen kann die Dosierung auf bis zu 100 kg/m³ erhöht werden. Stahlfasern beeinflussen das Schwindverhalten von Beton. Sie kontrollieren und überbrücken Risse im Beton und garantieren dadurch ein gewisses Niveau an Nachrissfestigkeit wobei verhindert wird, dass sich aus den Mikrorissen, welche immer im Beton vorhanden, Makrorisse entwickeln. Für typische Dosierungen ist dieses Nachrissverhalten im Allgemeinen nur teilweise duktil. Für höhere Dosierungen und Premiumfasern kann die volle Duktilität, inklusive Materialverfestigung, erreicht werden.

Stahlfasern sind normalerweise Drähte, die an ihren Enden oder über ihre komplette Länge verformt sind. Diese Verformungen ermöglichen eine verbesserte Verankerung der Faser in der Betonmatrix als dies durch die alleinige Reibung zwischen Stahl und Beton möglich wäre. Stahlfasern sind überall im Beton mehr oder weniger einheitlich verteilt. Ihre Ausrichtung ist räumlich. Der typische Abstand zwischen zwei benachbarten Fasern beträgt zwischen 10 und 25 mm. So können Stahlfasern Mikrorisse gleich nach ihrer Entstehung blockieren und sie nachher davon abhalten sich zu Makrorissen weiter zu entwickeln. Darüberhinaus vernähen sie die Rißufer und können Kräfte über diese übertragen.

Die Leistung von Stahlfaserbeton kann auf verschiedene Weisen anhand standardisierter Belastungsversuche ermittelt werden. Die heute gängigste Prüfmethode ist am einfach gelagerten Prüfbalken mit einem Querschnitt von 150 x 150 mm². Mögliche Normwerke hierzu sind u.a, die holländische CUR 35, das deutsche DBV-Merkblatt (bald DAfStB-Richtlinie), die österreichische Faserbetonrichtlinie oder die RILEM Richtlinie. Eine andere Weise Stahlfaserbeton zu prüfen, umfasst kreisrunde oder quadratische Stahlfaserbetonplatten, welche unter einer zentrischen Punktlast oder einer Linienlast zu Bruch gefahren werden. Dieser Typ von Prüfung führt im Allgemeinen zu verlässlicheren Resultaten mit geringerer Streuung als bei der Balkenprüfung. Die am meisten verwendeten Richtlinien hinsichtlich Plattenprüfung sind das EFNARC Verfahren, die schweizerische SIA 162/6 oder die französische BEFIM Richtlinie.. Bei allen Versuchen wird das Last-Verformungsverhalten während der Prüfung registriert, um daraus das Nachrissverhalten von Stahlfaserbeton zu charakterisieren und entsprechende Bemessungswerte herzuleiten.

Mikrosynthetische Fasern sind sehr dünne kurze Kunststoffasern die in erster Linie aus Polypropylen hergestellt werden. Typische Dosierungen reichen von 600 bis 900 g pro Kubikmeter Beton. Im Unterschied zu Stahlfasern verbessern mikrosynthetische Fasern das Nachrissverhalten des Betons nicht. Beton mit mikrosynthetischen Fasern bleibt genauso spröde wie unbewehrter Beton. Mikrosynthetische Fasern haben vor allem einen positiven Einfluß auf den frischen Beton. Durch die Zugabe von Mikrofasern kann das Bluten des frischen Betons verhindert und das plastische Schwinden reduziert werden. Nach Erhärtung des Betons geben die Fasern das gespeicherte Wasser wieder teilweise zurück und tragen somit zur kontinuierlichen Hydratation bei. Die Verdunstung von Feuchtigkeit an der Betonoberfläche wird somit abgebremst. Dieselbe Wirkung kann jedoch auch mit Stahlfasern erzielt werden, indem nur die wirklich benötigte Anmachwassermenge zugegeben wird unter Zugabe von Fliessmitteln und indem eine ausreichende Nachbehandlung schnellstmöglich durchgeführt wird.

Makrosynthetische Fasern sind Fasern aus Polypropylen oder anderen Kunststoffen, die eine ähnliche Geometrie wie Stahlfasern haben. Typische Dosierungen liegen zwischen 2 und 10 kg/m³. Makrosynthetische Fasern verhelfen Beton zu einer gewissen Nachrissfestigkeit ohne jedoch das Leistungsniveau von Stahlfasern zu erreichen. Durch die hohe spezifische Oberfläche der Kunststofffasern steift der Beton stark zurück. Dies kann zu Verarbeitungsproblemen führen. Aufgrund des ziemlich niedrigen elastischen Moduls und des innewohnenden Kriechens des Materials stellt das Langzeitverhalten von makrosynthetischen Fasern ein echtes Problem dar.

Im Allgemeinen machen Ingenieure eine Unterscheidung zwischen tragenden und nichttragenden Anwendungen. Anwendungen werden als tragend betrachtet, wenn ein globales oder partielles Versagen eines gegebenen Elements zu einem Folgeversagen anderer Elemente führt oder zu Gefahr für Leib und Leben der Benutzer. Industriefussböden sind zum Beispiel nichttragende Elemente, da eine Rissbildung nicht zum Einsturz der daraufstehenden Konstruktion. Im Gegensatz dazu sind Fundamentplatten tragende Elemente da hier eine unkontrollierte Rissbildung sehr wohl zum Einsturz führen kann.

Um die Verarbeitbarkeit des Betons zu garantieren, muss im Normalfall mehr Wasser als für die chemische Reaktion, auch Hydratation genannt, notwendig ist, zugegeben werden. Dieses Wasser verbleibt in physischer Form im Beton. Der größte Teil davon entweicht durch Verdunstung während des Trocknens des Betons. Das führt zu einer Schrumpfung die Schwinden genannt wird. Wenn sich das Betonelement nicht frei bewegen kann, entstehen dabei im Beton interne Zug- und Biegespannungen, die zum Reissen führen können. Schwinden ist vor allem beim noch grünen Beton ein Problem. Der Schwindvorgang verlangsamt sich im Laufe der Zeit und kommt schliesslich nach 2 bis 3 Jahren fast komplett zum Stillstand. Schwinden ist eine normale Eigenschaft des Betons. Durch geeignete Nachbehandlungsverfahren oder eine optimierte Zusammensetzung des Betons kann das Schwindmass entscheidend reduziert werden. Die Hauptparameter, die es beeinflussen, sind der Wassergehalt, das W/Z-Verhältnis, der Gehalt an Feinelementen (Zement, Flugasche, Mikrosilika, …) und der Zementtyp.

Wenn Stahlfaserbeton richtig gemischt wird, wird die Faserverteilung ziemlich gleichförmig sein. Die Faserverteilung kann als uniform betrachtet werden, wenn jede einzelne Messung der Faserdosierung nicht mehr als 20 % vom angegebenen Sollwert abweicht und wenn der Mittelwert aus mehreren Messungen nicht mehr als 10 % von demselben Wert abweicht. Messungen sollen an Frischbetonproben von mindestens zehn (10) Litern und Serien von mindestens drei (3) Messungen erfolgen. Die Stahlfaserbetonproben sollen in folgenden Intervallen beim Entladen des Mischers genommen werden: ungefähr nach Entladen eines Drittels, nach halber Entladung sowie kurz vor der kompletten Entleerung. Es sollten keine Proben ganz zu Schluss genommen werden.

Ja. Stahlfasern können in SVB verwendet werden. Der Nutzer sollte sich jedoch bewußt sein, dass aufgrund der hohen Fliessfähigkeit von SVB sich die Fasern in hohem Maße in Fliessrichtung ausrichten können. Falls sich diese Richtung von der Richtung der Hauptzugspannungen unterscheidet, sollte er davon Abstand nehmen, Stahlfasern als alleinige Bewehrung einzusetzen.

Ja. Die Zugabe von Stahlfasern führt zu einer Versteifung des Betons. Es kann angenommen werden, dass mit typischen Faserdosierungen von 25 kg/m³ die Betonkonsistenz um eine Klasse reduziert wird. Um diese reduzierte Verarbeitbarkeit zu kompensieren, muss Stahlfaserbeton immer Fliessmittel zugegeben werden. Die Zugabe von zusätzlichem Anmachwasser ist grundsätzlich zu untersagen.

Ja. Stahlfaserbeton kann bei herkömmlichen Dosierungen (bis 45 kg/m³) gepumpt werden. In bestimmten Fällen sind sogar Faserbeton mit Dosierungen bis zu 100 kg/m³ pumpbar. Wie bei anderen Pumpbetonen üblich, sollte der Beton ausreichend Feinanteile enthalten um die Stabilität während des Pumpens zu garantieren und als Schmiermittel in den Schläuchen zu wirken. Der minimale Schlauchdurchmesser sollte mindestens 100 mm betragen. Bei einer geeigneten Betonzusammensetzung ist auch das Pumpen durch Schläuche mit einem Durchmesser von 65 mm möglich.

Ein Stahlfaserigel ist ein Bündel von Fasern die sich während der Betonherstellung verhaken. Faserigel können die Betonpumpe blockieren und bedingen Taschen und Einschlüsse im Festbeton, wo dieser nicht richtig verdichtet ist, was zur Rissbildung führen kann. Es gibt zwei Typen von Igeln, die sogenannten Nassen und die trockenen Igel. Der trockene Faserigel ist die häufigste Form die sich während Faserbeimischung ausbildet. Die Fasern werden nicht richtig und schnell genug in die Matrix integriert, so daß Faserbündel mit Zementleim bedeckt werden und das Ganze sich dann durch die Rotation der Mischtrommel zu Kugeln ausbildet welche problemlos einen Durchmesser von 100 bis 150 mm erreichen können. Diese Igelbildung kann durch eine entsprechende Faserintegrationsmethode vermieden werden. Wenn man einen trockenen Faserigel öffnet, findet man im Innern nur Fasern und feinen Sand. Es soll auch zur Kenntnis genommen werden, dass verschiedene Faserformen (bei gleicher Schlankheit) eher zur Igelbildung neigen als andere und dass die Gefahr für einen jeden Typen mit zunehmender Schlankheit (Längen-Durchmesser-Verhältnis) steigt. Die Form und die Schlankheit sollten deshalb die zwei zu berücksichtigenden Parameter bei der Faserauswahl sein.
Nasse Igel bilden sich während des Mischens. Das kann geschehen, wenn die Mischzeit zu lang ist, bei Ausfallkörnungen oder wenn das Größtkorn zu groß ist, um eine gleichmässige Faserverteilung zu gewährleisten. Auch tritt es bei Betonsegregation auf. Da sich nasse Igel erst bilden, nachdem die Fasern bereits im Beton verteilt wurden, findet man im Innern der nassen Igel immer gemischten Beton mit Zuschlagstoffen jeder Grösse. Der Einsatz von geklebten Fasern ist keine Garantie um die Bildung von nassen Igeln auszuschliessen. Falls Igelbildung auftritt, ist es sehr wichtig zu bestimmen, welcher Typ von Igelbildung vorliegt um entsprechende Gegenmassnahmen zu treffen.

Am einfachsten lässt sich die Faserdosierung an frischem Beton bestimmen. Die zu untersuchende Betonmenge soll mindestens zehn (10) Liter betragen, um große Abweichungen in den erlangten Resultaten zu vermeiden. Der Zementleim wird aus dem frischen Beton ausgewaschen und die Fasern anschliessend magnetisch (möglichst mit geeignetem Gerät) aus den verbleibenden Zuschlagstoffen extrahiert. Die Fasern werden anschliessend getrocknet und gewogen um die entsprechende Dosierung zu berechnen. Die Bestimmung der Faserdosierung an erhärtetem Beton ist nicht sehr genau Der Beton muß zerstoßen werden um die Fasern herauslösen zu können. Das Risiko nicht alle Fasern zu erfassen ist ziemlich hoch ist. Heute gibt es auf dem Markt auch komplexere Methoden bei denen die Faserdosierung durch elektromagnetische Induktion an Würfeln aus Frisch- oder erhärtetem Beton ermittelt werden kann. Der Nachteil dieser Methoden ist, dass das einzusetzende Messinstrument relativ teuer ist und dass eine aufwendige Kalibrierung des Geräts mit der entsprechenden Faser im Vorfeld erfolgen muss.

Hinsichtlich Verarbeitbarkeit von Stahlfaserbeton sind die Hauptparameter die Faserform, das Längen-Durchmesser-Verhältnis, die Faserlänge und die Anzahl Fasern pro m³ Beton. Im Allgemeinen verringern Parameter, welche die Leistungsfähigkeit des Stahlfaserbeton steigern, gleichzeitig die Verarbeitbarkeit. Es gilt daher einen Kompromiß zu finden zwischen Verarbeitbarkeit und Leistung.

Mit Ausnahme der Twincone™ Faser werden alle zur Zeit auf dem Markt erhältlichen Stahlfasern im Versagensstadium aus der Betonmatrix ausgezogen. Da die Mehrheit der Fasern eine verformte Geometrie aufweist, muss das Material in diesen Verformungen fliessen damit dieser Auszug stattfinden kann. Je höher die Zugfestigkeit des Drahtes ist, desto höher wird auch der Verankerungswiderstand der Faser in der Matrix sein. Hochfeste Premium-Fasern erreichen somit eine höhere Leistung als normalfeste Fasern Deshalb macht es auch oft Sinn, diese Fasern in höherfesten Betonen einzusetzen.

Beton ist ein sprödes Material. Wenn Beton auf Zug beansprucht wird, zeigt es ein elastisches Verhalten bis zum Erreichen der Bruchgrenze. Sobald jedoch ein Riss entsteht, tendiert der Widerstand gegen Null, was bedeutet, dass ein sehr plötzliches Versagen eintritt. Um solch ein unberechenbares Materialverhalten zu vermeiden, wird das spröde Material Beton mittels traditionellen Betonstahl oder Stahlfasern verstärkt. Auf diese Weise kann garantiert werden, dass kein totaler Traglastverlust nach Auftreten eines Risses auftritt. Diese partielle oder volle Duktilität wird als Nachrissverhalten bezeichnet. Volle Duktilität bedeutet, dass der gerissene Querschnitt einen höheren Widerstand hat als der ungerissene Querschnitt und somit eine Materialverfestigung auftritt. Wenn während des Nachrissverhaltens, die Last jedoch gegenüber der Erstrisslast reduziert wird, spricht man von einer partiellen Duktilität. Mit traditionellen Faserdosierungen erhält man beim Stahlfaserbeton normalerweise eine partielle Duktilität, wobei das Niveau der Duktilität von der Leistung der gewählten Faser und der Dosierung besagter Faser abhängt. Mit höheren Dosierungen und/oder Premium-Fasern ist es möglich, die volle Duktilität zu erreichen.

Insofern die Rissbildung zum teilweisen Verlust der Traglast führt, kann Stahlfaserbeton nur für nichttragende Anwendungen oder als temporäre Baumassnahme verwendet werden um die traditionelle Bewehrung komplett zu ersetzen. Für den Einsatz in tragenden Anwendungen wird die volle Duktilität verlangt, um ein Versagen des Bauteils nach dem Erstriss zu verhindern. Jedoch auch bei Erfüllen dieser Bedingung, bleibt der Einsatz auf Tragelemente mit niedriger oder mittlerer Biegung sowie Elemente die mehrachsig gespannt sind, wie z.B. Platten, beschränkt. Bei Elementen mit hoher einachsiger Biegebeanspruchung, wie z.B. Balken ist der alleinige Einsatz von Stahlfasern nicht möglich. Dies ist hauptsächlich durch die beschränkte Länge der einzelnen Faser und die damit verbundenen Verankerungsmöglichkeiten sowie die Abwesenheit ausreichender Momentenumlagerungen bedingt. Dennoch kann in diesen Fällen der Einsatz von Stahlfasern immer in Kombination mit traditioneller Bewehrung erfolgen.

Die Faserform und deren Schlankheitsgrad haben einen großen Einfluß auf die Verarbeitungswilligkeit der Stahlfaser. Entscheidend ist die Projektierung des Betons. Die Zuschlagmaterialsiebkurve sollte kontinuierlich sein und das Größtkorn sollte so gewählt werden, dass in der Betonmatrix ausreichend Platz ist um die Stahlfasern aufzunehmen. Weiterhin von Bedeutung  ist die Mischzeit bei Zugabe in den Fahrmischer. Normalerweise wird eine (1) Minute pro m3 Beton als minimale Mischzeit benötigt um eine gleichmässige Faserverteilung zu garantieren. Die Mischtrommel sollte mit voller Geschwindigkeit rotieren und die Gesamtmischzeit soll fünf (5) Minuten nicht unterschreiten. Auch bei der  Zugabe in den Zwangsmischer sollte eine ausreichende Gesamtmischzeit nach Faserzugabe gewährleistet sein. Allgemein geht man davon aus, dass die Faserverteilung „uniform“ ist, wenn alle Einzelwerte der Dosierungsmessungen (basierend auf einer Kontrollmenge von zehn (10) Litern Frischbeton) weniger als 20 % von dem Sollwert abweichen und der Mittelwert der Messungen nicht mehr als 10% gegenüber dem Sollwert schwankt.

ArcelorMittal hat auch ausgewählte verzinkte Stahlfasern in seinem Produktionssortiment. Eine Verzinkung wird normalerweise für Stahlfasern nicht benötigt, da sogar nach Eintreten der Karbonatisierung eine Betonüberdeckung von ungefähr 2 mm ausreichend ist um die Fasern vor Korrosion zu schützen. In chloridreicher Umgebung kann die erforderliche Ueberdeckung auf bis zu 7 mm zunehmen. Fasern können oberflächennah korrodieren und gegebenenfalls Rostverfärbungen verursachen. Dieses Problem ist jedoch rein ästhetisch. Eine Beeinträchtigung der Dauerhaftigkeit ist damit nicht gegeben. Aus diesem Grund sollen einfache Stahlfasern allerdings nicht bei hohen Sichtbetonan¬forderungen verwendet werden.

Der Hauptgrund um Fasern mit wasserlöslichem Leim zu verkleben, ist die Faserzugabe in den Beton zu vereinfachen und eine eventuelle Igelbildung zu vermeiden. Ein vergleichbarer Effekt kann auch durch den Einsatz geeigneter Dosiergeräte erreicht werden, was allerdings mit Zusatzkosten verbunden ist. Manche Kleber enthalten einen gewissen Anteil an Luftporenbildner wodurch der Gesamtluftporengehalt erhöht werden kann. Beim Einsatz von einem externen LP-Mittel zusammen mit geklebten Fasern, sollte der Benutzer deshalb darauf achten, dass der totale Luftgehalt nicht zu hoch wird, da dies einerseits die Betonfestigkeit mindert und andererseits zu Probleme beim Pumpen führen kann respektive zu Oberflächenfehlern durch aufplatzende Luftblasen bei Industriefussböden.

Stahlfaserbeton ist in Österreich ein geregelter Baustoff (ÖBV – Richtlinie Faserbeton). In Deutschland ist er dies noch nicht. Erst mit der für 2010 erwarteten bauaufsichtlichen Einführung der Richtlinie des DAfStB „Stahlfaserbeton“ ist er es auch in Deutschland werden. Bis dahin kann Stahlfaserbeton bei bauaufsichtlich untergeordneten Bauteilen oder solchen mit einer „Allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung“ des DIBt bzw. einer Zustimmung im Einzelfall eingesetzt werden. Stahlfasern unterliegen einer CE-Kennzeichnung System 1 (externe Ueberwachung). Das Produkt Stahlfaser ist in der EN 14889-1 geregelt.

Diese Frage lässt sich nicht so ohne weiteres beantworten, da es hierbei auch auf die Elementstärke so wie auf die Beanspruchungsart (Zug, Biegung,...) ankommt. Bei einer konstruktiven Bewehrung kann man Stahlbeton auf Stahlfaserbeton umrechnen. Im Gegensatz zum Stahlbeton wo dem Betonstahl und dem Beton getrennte Widerstände zugeordnet werden, geht man beim Stahlfaserbeton von einem Verbundmaterial aus dem entsprechende Druck- und Zugfestigkeiten zugeordnet werden. Somit können aus der Spannungsverteilung im Querschnitt die entsprechenden Traglasten ermittelt werden. Entsprechende Tabellen oder Nachweise werden von ArcelorMittal gesondert zur Verfügung gestellt.

Es spricht nichts dagegen Stahlfaserbeton auch im Aussenbereich einzusetzen. Der Planer sollte sich jedoch bewusst sein, dass Fasern an der Oberfläche im Aussenbereich gegebenenfalls schneller rosten und damit zu ästhetischen Problemen führen können. Bei vielen Anwendungsfällen kann dies aber vernachlässigt werden.