Der Beton für hohe Spannungen
Bei der Herstellung von Faserbeton werden zusätzlich zu den herkömmlichen Bestandteilen von Normalbeton Zement, Wasser und Bindemittel auch Fasern verarbeitet. Besonders Bauteile, die hohen Spannungen ausgesetzt sind, werden durch diesen Zusatz stabilisiert. Bei vielen Bauteilen dient der Faserzusatz sogar als Bewehrungsersatz. Das Prinzip des Faserbetons oder Faserzements gibt es bereits seit der Antike. Römer und Ägypter setzten den Baustoffen Stroh oder Haare zu und verbesserten durch diese Zugabe die mechanischen Eigenschaften. In Faserbeton können verschiedene Fasermaterialien verarbeitet werden. Je nach Einbausituation fungieren Faserbetone zum Beispiel als Stabilisator, erhöhen die Zugfestigkeit oder Druckfestigkeit oder dienen als Bewehrung, zum Beispiel in einer Bodenplatte aus Faserbeton.
Faserbeton besteht aus folgenden Ausgangsstoffen:
- Zement
- Zuschläge
- Wasser
- Betonzusatzmittel (Additiv)
- Fasern aus Glas, Kunststoff, Kohlenstoff (Carbon) oder Stahl
Der Fasergehalt verändert die Eigenschaften des Betons. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass die Fasern beim Abbinden des Betons Zugspannungen aus dem Schwindprozess aufnehmen können. Der Effekt: Der Beton bindet rissarm ab. Weitere Vorteile, die diese Betonarten bringen sind eine konstante Spannungsverteilung über den Zugbereich des Betonbauteils. Bei Faserbeton kommt es kaum oder gar nicht zu Korrosionserscheinungen, dadurch werden gleichzeitig Abplatzungen minimiert oder verhindert. Dies wiederum erhöht insgesamt die Lebensdauer des Materials im Vergleich zu Stahlbeton.
Durch die Verteilung der Fasern im gesamten Bauteilquerschnitt und die zufällige Ausrichtung der Fasern ist eine exakte Kräftewirkung schwierig zu bemessen. Aus diesem Grund ist die Anzahl der Berechnungsansätze hoch, allgemein gültige Rechenmethoden sind nicht vorhanden. Als Faustformel für die Berechnung von Stahlfaserbeton wird die Bedarfsmenge pro m³ Transportbeton auf der Grundlage der berechneten statischen Bewehrung ermittelt.
Der hauptsächlich für den Industriefußboden verwendete Stahlfaserbeton verfügt durch das integrierte Fasermaterial aus Stahl über ein verbessertes Arbeits- und Tragvermögen, die Fasern ersetzen durch ihre Wirkung die konstruktive Stahlbewehrung. Man unterscheidet drei Stahlfasertypen, nämlich:
- gefräste Stahlfasern mit sichelförmigem Querschnitt
- gebogene Drahtfasern
- verformte Blechfasern
Für Beton, der den Vorgaben der DIN EN 206-1/ DIN 1045-2 entspricht, können die Stahlfasern bei der Verarbeitung in verschiedenen Formen eingesetzt werden. Dies ist wiederum in der DIN EN 14889-1 festgelegt. Unterschieden werden:
- lose Stahlfasern
- bündelweise verklebte Fasern
- Stahlfasern in Dosierverpackung
Werden die Stahlfasern in Mengen bis zu 40 kg/m³ beigemischt, kann die ursprüngliche Rezeptur des verwendeten Betons unverändert beibehalten werden. Stahlfasern erhöhen die Biegezug- und Schubfestigkeit sowie das Riss- und Verformungsverhalten. Ebenso wird durch dieses Herstellverfahren die Schlagfestigkeit erhöht und die Verschleißtiefe verringert, die Wärmeleitfähigkeit des Bauteils steigt, da die Wärme gleichmäßiger und schneller verteilt wird. Hauptsächlich wird Stahlfaserbeton für Industriefußböden verwendet, seltener erfolgt der Einsatz in Betonstraßen, im Tunnelbau oder für Bodenplatten, Fundamente und Kellerwände im Wohnungsbau.
Alkaliresistente Glasfasern finden als Zusatzstoff in Glasfaserbetonen Verwendung. Sie dienen als statisch wirksame Bewehrung, in glasfasermodifiziertem Beton kommt ihre Wirkung als Mikrobewehrung zum Tragen. Bereits geringe Zusätze von Glasfasern verbessern die Gebrauchseigenschaften, die Wirkung kommt ab einem Anteil von 0,4 Vol.-% zum Tragen, beträgt der Glasfaseranteil 2,5 bis 5,0 Vol.-% spricht man von Glasfaserbeton, bei niedrigeren Werten hat sich die Bezeichnung glasfasermodifizierter Beton eingebürgert.
Durch die Korrosionsbeständigkeit der Glasfaser, die auch als Bewehrung dienen kann, können Betondeckungen entfallen und die Materialdicken von Betonbauteilen stark reduziert werden. So wird die Fertigung filigraner Bauteile mit hoher Tragfestigkeit möglich. Glasfasermodifizierten Beton findet man unter anderem im Fassadenbau, für Bedachungsplatten oder für Verkleidungen.
Eingeteilt und nach Eigenschaften klassifiziert sind Polymerfasern in der DIN EN 14889-2. Kunststofffaserbeton ist in der Regel eine Faser aus Polypropylen zugesetzt, dadurch wird zuverlässig die Rissebildung im Frischbeton verhindert. Dies gilt allerdings nur für die erste Aushärtphase. Polypropylenfasern werden deshalb immer dann zugesetzt, wenn rissfreie Oberflächen entstehen sollen, zum Beispiel bei Estrichen. Im Brandschutz verhindert dieser spezielle Faserbeton über einen längeren Zeitraum das Abplatzen von Betonteilen beim Brandfall. Dadurch wird die Bauteilbewehrung länger geschützt und das Betonbauteil behält seine Standfestigkeit.
Eine Variante der Kunststofffaser sind Textil- bzw. Carbonfasern. Textilbeton gilt als nachhaltiger Baustoff, da durch die Verwendung der Fasern als Bewehrung Stahl eingespart wird. Der Verbundwerkstoff aus Feinbeton und Hochleistungsfasern gilt als ausgesprochen innovativ und als Baustoff der Zukunft.
- Verlegarbeiten und Einbau der Bewehrung entfällt in vielen Fällen
- Komplexe Formen lassen sich leichter umsetzen
- Lagerplatz auf der Baustelle für Bewehrungsstahl für Ortbetonbauteile entfällt
- Materialersparnis durch den Einbau von Faserbeton als Spritzbeton und entfallende Betondeckung
- Wirtschaftlicher Preis durch reduzierte Verarbeitungszeiten und geringere Nebenkosten
Als Nachteil, insbesondere für Stahlfaserbetonbauteile, gilt die ausgesprochen schwere Bearbeitbarkeit. Muss ein solches Faserbetonbauteil nachträglich verändert werden, ist wirklich schweres Gerät notwendig.