Faserbeton ist ein Verbundwerkstoff, der aus Fasermaterial besteht, das seine strukturelle Integrität erhöht. Er umfasst Mischungen aus Zement, Mörtel oder Beton und diskontinuierlichen, diskreten, gleichmäßig verteilten geeigneten Fasern. Fasern werden in der Regel in Beton verwendet, um die Rissbildung aufgrund des plastischen Schwindens und des Trockenschwindens zu kontrollieren. Sie vermindern auch die Durchlässigkeit des Betons und reduzieren damit das Ausbluten von Wasser.

Vorteile von faserverstärktem Beton

• Faserverstärkter Beton kann nützlich sein, wenn eine hohe Zugfestigkeit und eine geringere Rissbildung erwünscht sind oder wenn eine herkömmliche Bewehrung nicht angebracht werden kann
• Sie verbessert die Schlagfestigkeit des Betons, begrenzt das Risswachstum und führt zu einer größeren Belastbarkeit des Verbundmaterials
• Für industrielle Projekte werden makrosynthetische Fasern verwendet, um die Dauerhaftigkeit des Betons zu verbessern. Diese aus synthetischen Materialien hergestellten Fasern sind lang und dick und können als Ersatz für Stab- oder Gewebebewehrung verwendet werden
• Die Zugabe von Fasern zum Beton verbessert dessen Frost-Tau-Widerstand und trägt dazu bei, dass der Beton über einen längeren Zeitraum stark und attraktiv bleibt.
• Verbessert die Kohäsion der Mischung und verbessert die Pumpfähigkeit über lange Strecken
• Erhöht den Widerstand gegen plastisches Schwinden während der Aushärtung
• Minimiert die Anforderungen an die Stahlbewehrung
• Kontrolliert die Rissbreiten eng und verbessert so die Dauerhaftigkeit
• Reduziert Entmischung und Ausbluten
• FRC, Die Zähigkeit ist etwa 10- bis 40-mal so hoch wie die von Normalbeton
• Die Zugabe von Fasern erhöht die Ermüdungsfestigkeit
• Fasern erhöhen die Scherkapazität von Stahlbetonbalken

Unterschiedliche Arten von faserverstärktem Beton

Fasern für Beton gibt es in verschiedenen Größen und Formen. Die wichtigsten Faktoren, die die Eigenschaften von faserverstärktem Beton beeinflussen, sind der Wasser-Zement-Wert, der Prozentsatz der Fasern, der Durchmesser und die Länge der Fasern. Im Folgenden werden verschiedene Arten von faserverstärktem Beton aufgeführt, die im Bauwesen verwendet werden.

Stahlfaserverstärkter Beton

Stahlfasern sind eine Metallbewehrung. Eine bestimmte Menge an Stahlfasern im Beton kann qualitative Veränderungen in den physikalischen Eigenschaften des Betons bewirken. Sie können die Riss-, Stoß-, Ermüdungs- und Biegefestigkeit, die Zähigkeit, die Dauerhaftigkeit und andere Eigenschaften erheblich verbessern. Zur Verbesserung des Langzeitverhaltens, der Festigkeit, Zähigkeit und Belastbarkeit wird SFRC in Bauwerken wie Fußböden, Häusern, Fertigteilen, Brücken, Tunneln, Schwerlastbelägen und im Bergbau eingesetzt. Die Arten von Stahlfasern sind in der ASTM A820 definiert: Typ I: kaltgezogener Draht, Typ II: geschnittenes Blech, Typ III: schmelzextrahiert, Typ IV: gewalzt und Typ V: modifizierter kaltgezogener Draht

Polypropylenfaserverstärkter (PFR) Beton

Polypropylenfaserverstärkter Beton ist auch als Polypropen oder PP bekannt. Es handelt sich um eine synthetische Faser, die aus Propylen hergestellt wird und in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt wird. Diese Fasern werden in der Regel in Beton verwendet, um die Rissbildung aufgrund des plastischen Schwindens und des Trockenschwindens zu kontrollieren. Außerdem verringern sie die Durchlässigkeit des Betons und reduzieren so das Ausbluten von Wasser. Polypropylenfasern gehören zur Gruppe der Polyolefine und sind teilkristallin und unpolar. Sie hat ähnliche Eigenschaften wie Polyethylen, ist aber härter und hitzebeständiger. Es handelt sich um ein weißes, robustes Material mit hoher chemischer Beständigkeit. Polypropylen wird aus Propylengas in Gegenwart eines Katalysators wie Titanchlorid hergestellt. Polypropylenfasern haben gute wärmeisolierende Eigenschaften und sind sehr beständig gegen Säuren, Laugen und organische Lösungsmittel.

Glasfaserbeton

Glasfaserbeton ist ein Material, das aus zahlreichen extrem feinen Glasfasern besteht. Glasfasern haben in etwa vergleichbare mechanische Eigenschaften wie andere Fasern, z. B. Polymere und Kohlenstofffasern. Obwohl sie nicht so steif sind wie Kohlenstofffasern, sind sie bei der Verwendung in Verbundwerkstoffen wesentlich billiger und weniger spröde. Glasfasern werden daher als Verstärkungsmaterial für viele Polymerprodukte verwendet, um ein sehr starkes und relativ leichtes faserverstärktes Polymer (FRP) zu bilden, das als glasfaserverstärkter Kunststoff (GRP) bezeichnet wird und im Volksmund auch als „Fiberglas“ bekannt ist. Dieses Material enthält wenig oder gar keine Luft oder Gase, ist dichter und ein viel schlechterer Wärmeisolator als Glaswolle.

Polyesterfasern

Polyesterfasern werden in faserverstärktem Beton für Industrie- und Lagerböden, Gehwege und Beläge sowie Fertigteile verwendet. Mikro- und Makrofasern aus Polyester werden in Beton verwendet, um im Vergleich zu geschweißtem Drahtgewebe eine bessere Beständigkeit gegen die Bildung plastischer Schwundrisse zu bieten und um die Zähigkeit bzw. die Fähigkeit, die strukturelle Kapazität zu liefern, zu verbessern, wenn sie richtig ausgelegt sind. Mikro- und Makrofasern aus Polyester werden in Beton verwendet, um im Vergleich zu geschweißtem Drahtgewebe einen besseren Widerstand gegen die Bildung plastischer Schwindungsrisse zu bieten und um die Zähigkeit und die Fähigkeit, die strukturelle Kapazität zu liefern, zu verbessern, wenn sie richtig ausgelegt sind.

Kohlenstofffasern

Kohlenstofffasern sind Fasern mit einem Durchmesser von etwa 5-10 Mikrometern, die hauptsächlich aus Kohlenstoffatomen bestehen. Kohlenstofffasern haben mehrere Vorteile, darunter hohe Steifigkeit, hohe Zugfestigkeit, geringes Gewicht, hohe chemische Beständigkeit, hohe Temperaturtoleranz und geringe Wärmeausdehnung. Kohlenstofffasern werden in der Regel mit anderen Materialien kombiniert, um einen Verbundwerkstoff zu bilden. Wenn sie mit einem Kunststoffharz imprägniert und gebacken werden, entsteht ein kohlenstofffaserverstärktes Polymer (oft als Kohlenstofffaser bezeichnet), das ein sehr gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht aufweist und extrem steif, wenn auch etwas spröde ist. Kohlenstofffasern werden auch mit anderen Materialien wie Graphit zusammengesetzt, um verstärkte Kohlenstoffverbundstoffe zu bilden, die eine sehr hohe Hitzetoleranz aufweisen.

Makrosynthetische Fasern

Makrosynthetische Fasern bestehen aus einer Mischung von Polymeren und wurden ursprünglich entwickelt, um eine Alternative zu Stahlfasern in einigen Anwendungen zu bieten. Zunächst wurden sie als potenzielle Alternative zu Stahlfasern in Spritzbeton identifiziert, aber zunehmende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zeigten, dass sie bei der Planung und dem Bau von Bodenplatten und einer breiten Palette anderer Anwendungen eine Rolle spielen können. Sie eignen sich besonders für die nominelle Bewehrung in aggressiven Umgebungen, wie z. B. bei Bauwerken im Meer und an der Küste, da sie nicht unter den Problemen von Fleckenbildung und Abplatzungen leiden, die durch die Korrosion von Stahl entstehen können. Da sie nicht leitend sind, wurden sie außerdem bei der Entwicklung von Straßen- und Stadtbahnen eingesetzt.

Mikro-Synthetikfasern

Mikro-Synthetikfasern bieten im Vergleich zu geschweißter Drahtbewehrung einen besseren Widerstand gegen die Bildung von plastischen Schwundrissen, sie können jedoch keinen Widerstand gegen weitere Rissbreiten bieten, die durch Trockenschwinden, strukturelle Belastung oder andere Formen der Beanspruchung entstehen. Dennoch sollten diese Produkte regelmäßig in jeder Art von Beton eingesetzt werden, um den Widerstand gegen Rissbildung, den Schutz vor Abplatzungen und die Frost-Tau-Beständigkeit zu verbessern und die Homogenität des Betons während des Einbaus zu erhöhen.

Naturfasern

Die Naturfaser ist direkt aus einer tierischen, pflanzlichen oder mineralischen Quelle erhältlich und kann in nicht gewebte Stoffe wie Filz oder Papier oder nach dem Spinnen in Garne in gewebte Stoffe umgewandelt werden. Eine Naturfaser kann weiter definiert werden als eine Anhäufung von Zellen, deren Durchmesser im Vergleich zur Länge vernachlässigbar ist. Die Natur ist reich an Fasermaterialien, insbesondere an Zellulosefasern wie Baumwolle, Holz, Getreide und Stroh. Die Verwendung von Naturfasern bei der Herstellung von Beton ist empfehlenswert, da mehrere Arten dieser Fasern lokal verfügbar und reichlich vorhanden sind. Die Idee, solche Fasern zur Verbesserung der Festigkeit und Haltbarkeit von spröden Materialien zu verwenden, ist nicht neu; so werden beispielsweise Stroh und Rosshaar zur Herstellung von Ziegeln und Gips verwendet. Naturfasern eignen sich zur Verstärkung von Beton und sind in Entwicklungsländern leicht erhältlich.

Zellulosefasern

Zellulosefasern werden aus Zelluloseethern oder -estern hergestellt, die aus der Rinde, dem Holz oder den Blättern von Pflanzen oder anderen pflanzlichen Materialien gewonnen werden können. Neben Cellulose können die Fasern auch Hemicellulose und Lignin enthalten, wobei unterschiedliche Anteile dieser Komponenten die mechanischen Eigenschaften der Fasern verändern. Die Hauptanwendungen von Zellulosefasern sind in der Textilindustrie, als chemische Filter und als faserverstärkte Verbundwerkstoffe, die aufgrund ihrer ähnlichen Eigenschaften wie technische Fasern eine weitere Option für Biokomposite und Polymerverbundwerkstoffe darstellen.

Anwendung von faserverstärktem Beton

Die Anwendungen von faserverstärktem Beton hängen vom Verarbeiter und Bauherrn ab, der die statischen und dynamischen Eigenschaften des Materials nutzen will. Einige seiner Anwendungsgebiete sind.

• Start- und Landebahnen
• Parkplätze für Flugzeuge
• Beläge
• Tunnelauskleidungen
• Böschungsstabilisierung
• Dünnschalen
• Wände
• Rohre
• Schächte
• Dämme
• Wasserbau
• Hochdecks
• Straßen
• Brücken
• Lagerhallenböden

Fazit

Dauerhaftigkeit bis Ästhetik Faser-bewehrter Beton kann für Ihr Projekt von Vorteil sein. Seitdem Bauunternehmer und Hausbesitzer die vielen Vorteile von faserverstärktem Beton erkannt haben, hat er in der Baubranche stark an Bedeutung gewonnen. Faserbeton stößt in der Betonbranche auf zunehmendes Interesse, da er die Bauzeit und die Arbeitskosten reduziert. Neben den Kosten sind auch Qualitätsaspekte für den Bau von größter Bedeutung, und Faserbeton erfüllt auch diese Anforderungen.