Wenn wir sagen würden, dass Beton das beliebteste und gebräuchlichste Baumaterial der Welt ist, gäbe es kein Argument. Beton ist nach Wasser das am häufigsten verwendete Material der Welt.
Faserbeton gehört zu den vielen Innovationen, die zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften und anderer Eigenschaften von Beton entwickelt wurden.
In diesem Artikel untersuchen wir faserverstärkten Beton, was dieser Beton ist, seine verschiedenen Arten und Vorteile und finden heraus, ob diese Betonmischung für Sie geeignet ist.
Was istFaserVerstärkter Beton?
Faserbeton (FRC) ist Frischbeton, der mit Faserstoffen verstärkt ist. Zum Beispiel lange Stahlfasern. Diese Bewehrungsmethode verbessert die Eigenschaften von Normalbeton.
Zur Herstellung von Faserbeton werden viele verschiedene Faserstoffe verwendet. Diese Art von Stahlbeton erfreut sich so großer Beliebtheit, dass je nach Anwendungsanforderungen verschiedene Versionen von Faserbeton hergestellt werden.
Woraus besteht Faserbeton?
Die Hauptbestandteile von Faserbeton sind:
Hydraulischer Zement
Der Hauptbestandteil von Faserbeton ist hydraulischer Zement, der durch Reaktion mit Wasser klebrig wird. Als hydraulischer Zement in Faserbeton wird üblicherweise Portlandzement verwendet.
Fasern
Durch die Zugabe von Langfasern verändern sich die Eigenschaften des Frischbetons je nach Art des verwendeten Fasermaterials. Bei der Herstellung von faserverstärktem Beton werden im Allgemeinen vier Kategorien von Fasern verwendet. Diese Betonfasern sind:
Stahlfasern
Glasfasern
Synthetische Fasern
Naturfasern
Aggregate
Ein Zuschlagstoff sorgt für die Bindungsfestigkeit im Beton und reduziert gleichzeitig die erforderliche Zementmenge. Einige übliche Zuschlagstoffe sind Sand, Schotter und Kies.
Kurze Geschichte von FRC
FRC gibt es schon seit langem, aber die Betonfasern wurden verbessert. In früheren Zeiten, als Gebäude aus Steinen errichtet wurden, diente Mörtel als Bindemittel, das sie zusammenhielt. Der Mörtel wurde mit Rosshaar verstärkt.
Auch beim Lehmziegelbau war Stroh das primäre Verstärkungsmaterial. Als Beton zu einem der am häufigsten verwendeten Baumaterialien wurde, wurden Asbestfasern als Verstärkung verwendet.
Im Laufe der Jahrzehnte wurden sich die Menschen jedoch der Gesundheitsrisiken von Asbest und seiner Krebsursache immer bewusster. In den 1960er Jahren gewannen anstelle von Asbest andere Fasern wie Stahl und Glas an Popularität.
Welche Wirkung haben Fasern auf Beton?
Das Hinzufügen von Fasern zu Beton führt zu mehreren Effekten. Deren Ausmaß variiert je nach den verwendeten Fasern. Die Verbesserung der Tragfähigkeit hängt von verschiedenen Faktoren ab, beispielsweise der Anzahl der Verstärkungsfasern im Verhältnis zum Gesamtvolumen, dem so genannten Volumenanteil, und dem Aspektverhältnis, das sich aus der Division der Faserlänge durch den Durchmesser der jeweiligen Faser ergibt.
Fasern dienen im Allgemeinen dem Hauptzweck, Risse im Beton zu reduzieren, indem sie dessen Biegefestigkeit verbessern. Risse im Beton entstehen durch Betonschrumpfung. Das Schwinden von Beton kann verschiedene Ursachen haben, zum Beispiel Trocknungsschwund und plastisches Schwinden.
Außerdem verringern Fasern die Durchlässigkeit von Beton und verhindern so das Eindringen von Wasser durch Betonkonstruktionen.
Welche verschiedenen Arten von Faserbeton gibt es?
Es gibt verschiedene Arten von Faserbetonverbundwerkstoffen, die häufig eingesetzt werden. Einige davon umfassen:
Stahlfaserbeton
Stahlfaserbeton ist einer der am weitesten verbreiteten FRC-Typen. Die Zugabe von Bewehrungsstahlfasern zum Beton führt bereits in geringen Mengen zu deutlichen Verbesserungen der Betoneigenschaften.
Stahlfaserbeton wird in Anwendungen mit hohen Betonanforderungen eingesetzt, wie z. B. Brücken, Böden, Tunnel, Bergbau, Fertigteile usw.
Es gibt viele verschiedene Arten von Stahlfasern, die zur Verstärkung von Beton verwendet werden, wie z. B. kaltgezogener Draht (Typ 1), geschnittene Stahlblechfasern (Typ 2), schmelzextrahierte (Typ 3), gewalzte (Typ 4) und modifizierte Kaltfasern gezogener Draht (Typ 5).
Polypropylenfaserverstärkter Beton (PFRC)
PFRC verwendet synthetische Fasern, sogenannte Polypropylenfasern, eine Art Thermoplast. Die Zugabe von Polypropylen zu Beton bietet viele verschiedene Vorteile, die wir im nächsten Abschnitt besprechen werden.
Polypropylen hat viele Eigenschaften mit Polyethylen gemeinsam, mit verbesserten Härtungseigenschaften, Biegefestigkeit und höherer Hitzebeständigkeit.
Darüber hinaus weist diese Faser eine hohe Beständigkeit gegen Chemikalien wie Säuren und organische Lösungsmittel auf und verleiht dem Beton ähnliche Eigenschaften.
Glasfaserverstärkter Beton (GFRC)
Eine glasfaserverstärkte Betonmischung enthält viele kleine Glaspartikel. Wie machen diese den Beton fester?
Während eine große Glasscheibe empfindlich ist, weist Glasfaser eine sehr hohe strukturelle Festigkeit auf. Zusätzlich zu dieser Festigkeit sind die Fasern ein kostengünstiger Zusatzstoff, der die endgültige Betonmischung kostengünstiger macht als Alternativen wie stahlfaserverstärkten Beton.
Die gleichen dem Kunststoff zugesetzten Fasern ergeben einen Glasfaserverbundwerkstoff mit hervorragenden Zugfestigkeitseigenschaften.
Polyesterfaserverstärkter Beton
Polyesterfasern für Faserbeton sind als Mikrofasern und Makrofasern erhältlich. Polyesterfasern tragen zur verbesserten Rissbeständigkeit dieser Art von Faserbeton bei.
Polyesterfaserbeton weist eine höhere Zähigkeit und eine höhere strukturelle Integrität auf. Aufgrund seiner verbesserten Haltbarkeit ist dieser Betontyp ideal für Industrieböden, Lagerböden, vorgefertigte Strukturen, Überzüge und ähnliche gewerbliche Anwendungen.
Kohlefaserverstärkter Beton
Haben Sie schon einmal von Kohlenstofffaserstahl gehört? Für kohlenstofffaserverstärkten Beton ist das Konzept ähnlich.
Während das Hinzufügen von Kohlefasern zu Beton ein komplexerer Prozess ist als das Hinzufügen von Zement oder Glas, weist der resultierende Beton eine hohe Steifigkeit und Festigkeit auf. Bei hoher Steifigkeit wird der Beton jedoch spröder (wie Kohlenstoffstahl).
Makro-SynthetikfaserVerstärkter Beton
Die Verwendung makrosynthetischer Fasern in Beton entstand als Alternative zur Stahlbewehrung. Schließlich kann eine Stahlbewehrung eine kostspielige Ergänzung zu Beton sein.
Mit zunehmender Verwendung wurden makrosynthetische Fasern zu mehr als nur einer Alternative. Diese Fasern haben viele eigene Anwendungen, insbesondere in bodengestützten Strukturen.
Stahlbewehrungen können in Bereichen mit hoher Luftfeuchtigkeit, wie z. B. in Meeresumgebungen, korrodieren, und bei Glasfasern besteht die Gefahr des Abplatzens. Makrosynthetische Fasern bieten einen hohen Widerstand gegen diese Faktoren und sind daher in diesen Umgebungen eine wertvolle Ergänzung zu Beton.
Naturfaserverstärkter Beton
Naturfasern stammen aus Pflanzen, Tieren und natürlichen Mineralien. Wie wir im Abschnitt über die Geschichte von FRC erwähnt haben, werden Naturfasern seit der Antike im Bauprozess verwendet.
Ganz gleich, wo der Beton verwendet wird, es sind reichlich Naturfasern vorhanden. Diese Fasern tragen auch dazu bei, die Herstellungskosten von FRC zu senken.
Zu den Naturfasern gehören Baumwolle, Stroh, Holz und Getreide.
Welche Vorteile bietet die Verwendung von Faserbeton?
Das Hinzufügen verschiedener Fasern zu Beton führt zu verschiedenen Vorteilen. Faserbeton wird anhand der zugesetzten Fasern klassifiziert. Die spezifischen Vorteile von FRC hängen von der Art des verwendeten FRC ab.
Im Allgemeinen sind hier die Vorteile aufgeführt, die mit einigen gängigen Arten von Faserbeton verbunden sind:
Glasfaserverstärkung
Glasfaserverstärkung erhöht die strukturelle Festigkeit des Betons, ohne die Kosten wesentlich zu erhöhen. Glas ist eines der günstigsten Fasermaterialien.
Diese Art der Bewehrung wird verwendet, um die Ästhetik der Betonkonstruktion zu verbessern. Die kurzen Einzelfasern sind nach dem Trocknen in der Betonstruktur sichtbar.
Diese Verstärkungsmethode erhöht die Zugfestigkeit in allen Bereichen, im Gegensatz zur herkömmlichen Verstärkung mit Stahlstäben, bei der die Zugfestigkeit auf die Richtung der Stäbe beschränkt ist.
Stahlfaserverstärkung
Stahl bietet die höchste strukturelle Festigkeit in faserverstärktem Beton.
Durch die Zugabe von Stahlfasern benötigt der Beton weniger Stahlbewehrungen.
Fasern sorgen für eine höhere Schlagfestigkeit gegen Stöße und Abrieb.
Verbesserte Tauwetterbeständigkeit und andere Temperatureigenschaften des Gebäudes.
Verringert das Risiko von Rissen, indem die Breite der Risse verringert wird.
Verstärkung aus Polypropylenfasern und Nylonbeton
Bietet die Möglichkeit, den Beton über eine lange Distanz zu pumpen, indem die Kohäsionseigenschaften erhöht werden.
Verbessert die Temperatureigenschaften (z. B. Tauwetterbeständigkeit).
Verbessert die Duktilität von Beton und verringert seine Sprödigkeit.
Im Brandfall sind Betonkonstruktionen mit Polypropylenfasern und Nylonfasern beständig gegen explosionsartige Abplatzungen.
Erzielt eine hohe Schlagfestigkeit und Abriebfestigkeit.
Welche Anwendungen gibt es für Faserbeton?
Der verwendete FRC-Typ kann je nach Bauprojekt variieren. Im Allgemeinen nutzen die meisten Tiefbauprojekte FRC. Zum Beispiel::
Wände
Bodenbelag
Dämme
Landebahnen
Straßen
Betonrohre
Brücken
Lagerböden
Mannlöcher
Tunnel
Gehwege
Wie beschafft man faserverstärkten Beton?
Wie Sie inzwischen wissen, ist Faserbeton nicht nur ein Produkt. Es gibt unterschiedliche Betone mit unterschiedlichen Verstärkungstechniken, die zu spezifischen verbesserten Eigenschaften führen.
Es gibt hochfeste Stahlfasern, die die strukturelle Integrität des Betonverteilers verstärken. Auch Glas und synthetische Fasermaterialien bieten eine mäßige Festigkeit, sind aber kostengünstiger.
VON Daniel Arkin
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 07.04.2023