Stahlfaserbeton
Stahlfaserbeton kommt in Deutschland ungefähr seit Mitte der 1970er-Jahre zum Einsatz – die erste Anwendung gab es in einer Untertageanlage, später dann für Betonböden und im Tunnelbau. Die Zugabe von Stahlfasern beeinflusst vor allem die Biegezug- und Schubfestigkeit, sowie das Riss- und Verformungsverhalten des Betons positiv.
1. Stahlfasertypen und Verarbeitung
Gebräuchlich sind folgende Stahlfasertypen:
a) gefräste Stahlfasern mit sichelförmigem Querschnitt, in der Längsachse tordiert
b) Drahtfasern, gebogen und geschnitten oder gestanzt, zur besseren Verankerung in der Betonmatrix mit Endhaken und gelegentlich mit zusätzlicher Prägung ausgestattet
c) Blechfasern werden aus Blechen geschnitten und dabei verformt, z.T. mit Prägungen zur Verbesserung des Verbunds
Bei der Zugabe von Stahlfasern in den üblichen Mengen von bis zu 40 kg/m³ (Ortbeton: 20 bis 50 kg/m³, Spritzbeton: 30 bis 80 kg/m³) sind i. d. R. keine wesentlichen Änderungen der Betonzusammensetzung erforderlich.
2. Beeinflussung der Betoneigenschaften
Die Wirkung der Stahlfasern steigt mit zunehmendem Fasergehalt. Allerdings wird dann auch die Verarbeitung des Frischbetons durch schlechtere Pumpbarkeit und die so genannte „Igelbildung“ erschwert. Zudem erfordert Stahlfaserbeton aufgrund des geringeren Ausbreitmaßes einen erhöhten Aufwand beim Verdichten, da sonst die Qualität des fertigen Betons durch unzureichend verdichtete Stellen leiden kann.
Entscheidend ist allerdings die deutliche Verbesserung der Eigenschaften beim Festbeton:
Steigerung der Druckfestigkeit
Bei praxisüblichen, noch problemlos zu verarbeitenden Dosierungen von bis zu 1 Vol.-% wird eine Steigerung der Druckfestigkeit um bis zu 7% erreicht.
Verbesserung von Biegezug- und Schubfestigkeit, Riss- und Verformungsverhalten
Die Zugabe von Stahlfasern kann die Rissbildung im frischen Beton und im Festbeton verhindern. Im frischen Beton bilden sich im Grenzbereich zwischen Mörtel und Gesteinskörnung Mikrorisse, die sich im Zementstein fortsetzen. Die Stahlfasern nehmen die dabei auftretenden Spannungen auf und behindern so die Rissbildung. Auch das Entstehen von Schwindrissen wird minimiert. Stahlfasern wirken aber auch nach der Rissbildung stabilisierend, denn sie ermöglichen eine Kraftübertragung über die Risse hinweg. Die Verzahnung der Rissufer wird wesentlich verbessert.
Höhere Belastbarkeit / Schlagfestigkeit
Die Schlagfestigkeit ist dadurch definiert, wie oft ein definiertes Gewicht auf der Betonoberfläche auftreffen muss, bis es zum Bruch kommt. Bei Stahlfaserbeton ist die Schlagfestigkeit bis zu 20 mal höher als bei vergleichbaren Betonen ohne Stahlfasern.
Erhöhung des Verschleißwiderstands
Abnutzungserscheinungen zum Beispiel bei Fußböden lassen sich bei einer Dosierung von 1,0 Vol.-% Stahlfasern um bis zu 25% verringern.
Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit
Wärme wird in Stahlfaserbeton gleichmäßiger und schneller verteilt. Dies wirkt sich besonders bei Heizestrichen und beheizten Industrieböden vorteilhaft aus.
3. Anwendungsbereiche für Stahlfaserbeton
Industrieböden sind derzeit das Hauptanwendungsgebiet von Stahlfaserbeton. Beim Bau werden Kosten und Zeit gespart, da die Sauberkeitsschicht entfallen kann und zum Betonieren leistungsfähige Laserscreeds eingesetzt werden können. Flächen von bis zu 2000 m² können damit pro Tag betoniert werden.
Weitere Anwendungsgebiete sind Betonstraßen, Tunnelbau und auch der Wohnungsbau, wo Stahlfaserbeton zunehmend bei Bodenplatten, Fundamenten und Kellerwänden eingesetzt wird.
Betonfertigteile aus Stahlfaserbeton
Bei der Produktion von Fertigteilen im Werk ist der Herstellungsprozess einfacher zu überwachen; eine homogene Verteilung der Stahlfasern wird leichter erreicht. Deshalb können bei Fertigteilen die Materialeigenschaften des Stahlfaserbetons sogar noch besser ausgenutzt werden. Fertigteile aus Stahlfaserbeton können z. B. sein: Rohre, Elementwände, Tübbings oder Fertiggaragen.
4. DAfStb-Richtlinie „Stahlfaserbeton“
Die im Juni 2021 erschienene neue Fassung der DAfStb-Richtlinie „Stahlfaserbeton - Ergänzungen und Änderungen zu DIN EN 1992-1-1 in Verbindung mit DIN EN 1992-1-1/NA, DIN EN 206-1 in Verbindung mit DIN 1045-2 und DIN EN 13670 in Verbindung mit DIN 1045-3" mit Ihren drei Teilen:
Teil 1: Bemessung und Konstruktion
Teil 2: Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität
Teil 3: Hinweise für die Ausführung
legt einen allgemeinen Standard für Bemessung, Herstellung, Verarbeitung und Prüfung von Stahlfaserbeton fest, definiert Leistungsklassen und schafft damit die Grundlage, um Stahlfaserbeton als einen statisch bewehrten Baustoff einzusetzen. Ergänzend hierzu ist das DBV-Merkblatt „Industrieböden aus Stahlfaserbeton“, Fassung Juli 2013, zu empfehlen.
