Stahlfasern ersetzen Bewehrung

Die Arbeit verfolgt das Ziel Betonstahl ganzheitlich durch Stahlfaserbeton zu ersetzen. Auf der Materialebene werden die Stahlfasermenge für eine ausreichend hohe Tragfähigkeit maximiert und die Stahlfasern für eine größtmögliche Wirksamkeit gesteuert ausgerichtet. Dafür werden 140 kg/m³ Makrostahlfasern einem hochfesten Beton zugegeben. Die eindimensionale Ausrichtung der Stahlfasern gelingt direkt über ein neuartiges Innenschalungskonzept, welches einen Balken längs in Lamellen unterteilt, an denen sich die Fasern während der Betonage ausrichten. Für flächige Bauteile werden die Fasern indirekt über die Steuerung von Betonage und Bauteilgeometrie ausgerichtet. Bei einer horizontalen Betonage und der Begrenzung der Höhe des Bauteils richten sich Fasern automatisch in die beiden Haupttragrichtungen aus und ein Aufstellen wird verhindert. Validiert wird die Orientierung mithilfe induktiver Messmethoden. Die Tragfähigkeit des entwickelten Stahlfaserbetons wird in Vierpunkt-Biegezugversuchen als auch direkt in axialen Zugversuchen an knochenförmigen Probekörpern geprüft. Für Letztere wird ein Zugversuchsstand entwickelt und qualifiziert. Für realitätsnahe Zugfestigkeiten werden die Probekörper sowohl dem Kraftfluss als auch an die Gegebenheiten in einem flächigen Bauteil angepasst. Anschließend werden die gesteuerte Ausrichtung und die hohe Zugtragfähigkeit zu einem Bewehrungskonzept kombiniert. Dafür wird der Stahlfaserbeton als 10 cm dicke Platte gefertigt. Sie ersetzt dann die oberflächennahe Biegezugbewehrung in einem Einzelfundament. Das rein stahlfaserbewehrte Fundament wird einem betonstahlbewehrten Fundament gegenübergestellt. Es zeigen sich nahezu gleiche Tragfähigkeiten und gleichzeitig eine verbesserte Rissbildung beim Einsatz von Stahlfaserbeton.