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Konstruktiver Makroglasfaserbeton für Bodenplatten und Industrieböden

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[Quelle: http://d-nb.info]

Im konstruktiven Betonbau haben sich Kurzfasern in Form von Makrofasern zur isotropen Verstärkung vorwiegend statisch unbestimmter Bauteile etabliert. Diese Fasern werden dem Frischbeton konventionell beigemischt und verleihen dem Festbeton bei üblichen Fasergehalten von etwa 1 Vol.-Prozent die Eigenschaft, auch nach erfolgter Rissbildung einen gewissen Grad an Zugspannungen im Riss übertragen zu können. Die dabei übertragbaren Spannungen nehmen in der Regel mit zunehmender Rissweite ab. Das Hauptanwendungsgebiet stellen daher Bodenplatten und Industrieböden dar, deren Systemtragfähigkeit aufgrund ihrer hohen statischen Unbestimmtheit nicht auf die Querschnittstragfähigkeit begrenzt ist. Da die Tragwerk-Baugrund-Interaktion ein komplexer Prozess ist, gestaltet sich eine Aussage zu den Mindestanforderungen an das Entfestigungsverhalten konstruktiver Faserbetone zur Gewährleistung eines duktilen und überkritischen Systemtragverhaltens schwierig. Die Regelungen zur Akzeptanz und zum Einsatz von Faserprodukten für konstruktive Betonbauteile sind zudem insbesondere im deutschsprachigen Raum durch präskriptive Vorgaben wie in der DAfStb-Richtlinie "Stahlfaserbeton" auf die Anwendung von Stahlfasern begrenzt. International können dagegen durch leistungsbezogene Normen, wie dem fib Model Code 2010, auch andere Fasermaterialien eingesetzt werden, sofern diese mit der Betonmatrix verträglich sind. Kurzfasern aus Glas dürfen im konstruktiven Betonbau momentan nicht auf die Tragfähigkeit von Bauteilen angerechnet werden. Insbesondere längere Makroglasfasern erscheinen aber als geeignet, Spannungen auch bei größeren Rissöffnungen übertragen zu können und insbesondere Betonbodenplatten eine höhere Tragfähigkeit und Duktilität zu verleihen. In dieser Arbeit wurde die Verwendung von Makroglasfasern mit einer Länge von 36 mm im Kontext ihrer Leistungsfähigkeit auf Material- und Bauteilebene untersucht. Auf Basis von Drei- und Vier-Punkt-Biegezugversuchen wurden Finite-Elemente-Modelle entwickelt und die Leistungsfähigkeit der Faserbetone auf Materialebene durch inverse Analysen bestimmt. Zusätzlich wurde ein eigener Ansatz für dieses Vorgehen entwickelt, mit dem einige der in den Regelwerken verankerten Parameter hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit für Makroglasfaserbeton neu kalibriert wurden. Durch experimentelle und numerische Versuche an Decken- und Bodenplatten wurde das Materialverhalten des Makroglasfaserbetons auf Bauteilebene untersucht. Die im Vorfeld ermittelten Materialkennwerte bildeten die Eingangswerte für die Simulation der Bauteilversuche. Abschließend verdeutlichte eine Parameterstudie den Einfluss der Leistungsfähigkeit des Faserbetons und der Bodensteifigkeit auf die Tragfähigkeit von Bodenplatten.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

HPFRCC-7
Proceedings of the 7th RILEM Workshop on High Performance Fiber Reinforced Cement Composites
2015, 536 S., num. figs. and tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Zementgebundene Hochleistungsfaserverbundwerkstoffe (engl. High Performance Fiber Reinforced Cement Composites, HPFRCC) stellen eine Klasse von Zementkompositen dar, die dehnungsverfestigend sind, eine hohe Bruchdehnung aufweisen und vor Erreichen der Höchstlast zahlreiche Risse zeigen. Neben dieser mechanischen Definition können weitere Merkmale Höchstleistung charakterisieren, wie z. B. gute Verarbeitbarkeit, Dauerhaftigkeit und Robustheit. Der Hauptanlass dieses internationalen Workshops war, eine hochkarätige Plattform für neueste Ergebnisse und Entwicklungen auf dem Gebiet von HPFRCC zu schaffen. Über 60 Beiträge von leitenden Weltexperten sind in dem Band vertreten, die den Stand der Forschung wiedergeben. Einzelkapitel betreffen den frischen und erhärtenden Zustand, selbstverdichtende Komposite, interne Nachbehandlung und Selbstheilung, mechanisches Verhalten unter Zug, Druck und Schub, kombinierte Wirkungen von Last und Klima, Ermüdung, Impact, Brand, konstruktive Anwendungen, Verstärkung. Einige Beiträge befassen sich auch mit Textilbeton und Höchstleistungskompositen.

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Bernhard Wietek
Stahlfaserbeton
Praxis
2., überarb. Aufl.
2010, xiii, 269 S., XIII, 269 S. 240 mm, Hardcover
Vieweg+Teubner

 

 

Der Verbundbaustoff Stahlfaserbeton ist die jüngste Kombination zwischen Beton und Stahl im konstruktiven Ingenieurbau. Nachdem Stahlbeton und Spannbeton in der Praxis bereits verstärkt angenommen werden, hat auch der Stahlfaserbeton eine anwendungsreiche Zukunft vor sich. Der Autor erläutert hierzu die grundlegenden Eigenschaften der Einzelteile des Stahlfaserbetons. Dabei findet die notwendige Zusammensetzung der Bestandteile besondere Beachtung. Zahlreiche Beispiele erklären eine praxisnahe Anwendung. Aus dem Inhalt: - Baustoff - Verarbeitung - Materialkennwerte - Bemessungsverfahren - Bemessungstheorie - Bemessungsanwendung - Beilagen - Berechnung mit Tabellenkalkulation.

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Harald Schorn
Faserbetone für Tragwerke
Edition Detail
2010, 203 S., 101 Abb., 11 Taf. 23.5 cm, Softcover
VBT Verlag Bau u. Technik

 

 

Sind Faserbetone wirklich lngenieurbaustoffe? Dies behandelt der Autor vor dem Hintergrund eines breiten Wissens, das er in langjähriger Forschungs- und Fachgremientätigkeit erarbeitet und zusammengetragen hat. Damit wird erstmalig eine Gesamtschau möglich, die es bisher in dieser Form nicht gibt. Es werden dabei nicht nur die Arten von Faserbetonen vorgestellt, es wird auch die enge baustoffliche Verzahnung der Faserbetone mit Bauprodukten aus Faserzement und aus Textilbeton aufgezeigt. Die Erläuterung von beanspruchungsbedingten Wirkungsmechanismen ist ein besonderes Anliegen des Verfassers. Dabei ist vor allem die Fähigkeit von Fasern, Risse kräfteleitend zu überbrücken, von vorrangigem Interesse. Zwar sind diese Mechanismen bei Kurzfasern von denjenigen der bekannten Bewehrungswirkung signifikant verschieden; dennoch ist es unter bestimmten einschränkenden Bedingungen regelwerkskonform möglich, Fasern so zu behandeln, als seien sie ein konventioneller Bewehrungsbestandteil. Die Gründe dafür findet man aufgrund von Kenntnissen über betontypische Rissbildungs- und Rissöffnungsvorgänge. die vom Mikroriss zum Makroriss führen - und zwar bei Betonen generell, nicht nur bei faserhaltigen Betonen. Der Verfasser legt dies auf Grundlage von einschlägigen Forschungsergebnissen dar. Er erklärt damit die Möglichkeiten im heutigen technischen Regelwerk, die Wirksamkeit von Fasern in Faserbetonen mittels einfacher Materialprüfungen nachzuweisen und Klassifizierungen für diese Baustoffe herzuleiten. Europäische und nationale Normen nehmen sich der Faserbetone zurzeit noch eher zögerlich an. Zwar gibt es einige Normen sowie einige nationale Merkblätter und Richtlinien. Ein geschlossenes Regelwerk zu Faserbetonen fehlt allerdings noch weitgehend. Das Buch will dazu beitragen, diesem Mangel entgegenzuwirken und das Verständnis von Planern und von Betontechnologen für Faserbetone zu fördern - ein simples Rezeptbuch ist es nicht.

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Stahlfaserbeton
DBV-Heft, Band 7
Beispielsammlung zur Bemessung nach DBV-Merkblatt. (zurückgezogen)
2004, 162 S., zahlr. Abb. u. Tab.,

 

 

Im DBV-Merkblatt "Stahlfaserbeton" werden allgemeine Regelungen für die Herstellung, Bemessung und konstruktive Durchbildung, Bauausführung und Überwachung des Stahlfaserbetons, einschließlich der erforderlichen Prüfungen, auf der Basis des neuen Sicherheitskonzepts formuliert. Diese Regelungen ersetzen noch nicht die Zustimmung im Einzelfall oder allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen, werden aber deren Erlangung deutlich vereinfachen. Bei der Anwendung des Merkblatts zeigt sich, dass die neuen Bemessungsregeln und Begriffe ohne eine Erläuterung an Beispielen für den Tragwerksplaner relativ schwierig nachzuvollziehen sind. Daher wurde ein vom Deutschen Beton- und Bautechnik-Verein e.V., dem Verband deutscher Stahlfaserhersteller e.V. und dem Bundesverband der Deutschen Transportbetonindustrie e.V. gefördertes Forschungsvorhaben initiiert, dessen Ergebnis nunmehr mit dieser Beispielsammlung vorgelegt wird.

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Forschungsberichte

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Oliver Fischer, Josef Landler
Innovativer Hochleistungsfaserbeton zur deutlichen Steigerung der Durchstanztragfähigkeit von Flachdecken
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3224
2021, 148 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Bereich des Decken-Stützen-Knotens von Flachdecken sind i. d. R. hohe Biegemomente in Kombination mit beachtlichen Auflagerkräften zu übertragen. Zur Verstärkung dieses Knotenpunkts haben sich verschiedene Durchstanzbewehrungsformen auf dem Markt etabliert, die jedoch zahlreiche systembedingte Nachteile aufweisen. Ziel dieses Vorhabens war es, die Eignung moderner Hochleistungsstahlfasern als Alternative zu konventioneller Durchstanzbewehrung zu untersuchen und die Qualität der Bauausführung durch vereinfachte Bauabläufe bei Beton- und Bewehrungseinbau zu verbessern.

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Oliver Fischer, Dirk Volkmer, Philipp Lauff, Manuel Hambach, Matthias Rutzen
Zementgebundener kohlenstofffaserverstärkter Hochleistungswerkstoff (Carbonkurzfaserbeton)
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3178
2019, 109 S., 69 Abb. u. 29 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Seit längerem gibt es intensive Bestrebungen, den volkswirtschaftlich außerordentlich bedeutsamen Verbundwerkstoff Stahlbeton weiterzuentwickeln und dazu vor allem die Zugfestigkeit von Beton zu erhöhen. Mit dem an der Universität Augsburg entwickelten Herstellungsverfahren, bei dem die Ausrichtung beigemischter Kohlenstofffasern durch eine Düse gezielt eingestellt werden kann, ist es gelungen, mit handelsüblichen Ausgangsstoffen und im Grunde praxisgerechten Verfahren eine signifikante Erhöhung des Verhältniswertes von Zug- und Druckfestigkeit bei Zementsteinproben zu erreichen. In den Untersuchungen zur Materialentwicklung konnte gezeigt werden, dass die hohen Festigkeiten der faserverstärkten Prüfkörper auch mit kürzeren Fasern erreicht werden können und somit besser verarbeitbare Mörtel gleicher Festigkeit herstellbar sind. Ein sowohl preisliches als auch in der Ökobilanz günstigeres System konnte ohne Festigkeitsverlust realisiert werden, indem teure neuwertige Fasern durch günstigere Recyclingprodukte ersetzt wurden.

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Oliver Fischer, Nicholas Schramm, Jörg Jungwirth
Nachhaltiges Bauen mit vorgespannten Tragelementen aus ultrahochfestem Beton (UHPC); Anwendung für Parkhäuser. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3104
2018, 332 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ultrahochfester faserbewehrter Beton birgt sowohl in wirtschaftlicher als auch in ökologischer Hinsicht große Potentiale für den Fertigteilbau. Mit Hilfe dieses innovativen Werkstoffs können gegenüber üblichen Betonbauweisen der Ressourcenverbrauch und die Eigenlasten deutlich reduziert werden, während sich gleichzeitig die Dauerhaftigkeit erhöht. Der Parkhausbau stellt somit ein ideales Anwendungsgebiet für den vielversprechenden Werkstoff dar. Mit dem Forschungsvorhaben konnten die Vorteile von ultrahochfestem faserbewehrten Beton, wie z.B. die exzellenten Dauerhaftigkeitseigenschaften sowie die Reduktion von Eigengewicht, für eine Anwendung im Parkhausbau aufgezeigt werden. Das entwickelte Tragsystem aus vorgespannten Längsträgern und filigranen Plattenelementen weißt dabei, bei gleichbleibender Tragfähigkeit, extrem geringe Querschnittsabmessungen auf. Dadurch und aufgrund des entwickelten Fügeprinzips ohne Anschlussbewehrung und Beschichtungen ergäben sich erhebliche Vorteile bei der Verlegung. Aufgrund der exzellenten Dauerhaftigkeitseigenschaften kann auf jegliche (im Parkhausbau übliche) Beschichtungen verzichtet werden.

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Jürgen Schnell, Florian P. Ackermann
Innovative Verbunddeckensysteme mit stahlfaserbewehrten Betonen
Bau- und Wohnforschung, Band F 2531
2009, 250 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Konventionelle Stahl-Verbunddecken haben sich als eine äußerst rationelle und kostengünstige Deckenvariante im Industrie- und Hochbau etabliert. Die wesentlichen Vorteile liegen in den niedrigen Baukosten und vor allem in der Zeitersparnis während des Herstellungsprozesses. An der Technischen Universität Kaiserslautern wurden in der Vegangenheit zahlreiche Versuche und Forschungsvorhaben im Bereich des Stahl-Verbundbaus realisiert. Aufbauend auf diesen Untersuchungen entstand die Idee, die konventionelle Bewehrung bei Verbunddecken durch den Einsatz von Stahlfaserbeton zu reduzieren bzw. komplett zu ersetzen. Durch diese Substitution ergibt sich ein großes Einsparpotenzial. So entfallen sämtliche die Bewehrung betreffenden Arbeiten. Dementsprechend werden auch Bewehrungspläne und eine Abnahme der Bewehrung auf der Baustelle, die häufig zu Verzögerungen führt, überflüssig. Auch das arbeits- und zeitintensive Zuschneiden und Verlegen der Bewehrung kann so entfallen. Hierdurch können ein enormer Zeitvorteil und damit eine kürzere Bauzeit und somit Kosteneinsparungen erreicht werden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden umfangreiche experimentelle Untersuchungen an einfeldrigen und durchlaufenden stahlfaserbewehrten Verbunddecken durchgeführt. In den Versuchen wurden einzelne Parameter variiert. So wurden u.a. unterschiedliche Deckenstärken, unterschiedliche Profilblechgeometrien sowie unterschiedliche Stahlfaserbetonmischungen untersucht. Für die Berechnung und Bemessung werden die im Verbundbau üblichen Nachweisverfahren aufgegriffen und modifiziert. Die Traganteile des Stahlfaserbetons werden über den Ansatz von Spannungsblöcken implementiert. Für die einzelnen Nachweise wurden in Parameterstudien Bemessungsdiagramme und -tabellen erstellt. Es werden zwei mögliche Bemessungsmodelle entwickelt, mit denen die Tragfähigkeit von stahlfaserbewehrten Verbunddecken nachgewiesen werden kann. Dabei kann der Nachweis entweder nach den Verfahren Elastisch-Plastisch oder Plastisch-Plastisch erfolgen.

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Frank Schuler, Tetyana Sych
Analyse der Faserorientierung in Betonen mit Hilfe der Computer-Tomographie
Bauforschung, Band T 3218
2009, 78 S., 48 Abb., 32 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für die Festbetoneigenschaften von Faserbetonen sind die Fasermenge, Faserorientierung und Faserverteilung ausschlaggebend. Dies macht eine Überwachung dieser Parameter notwendig, sei es zur Qualitätssicherung auf der Baustelle oder im Bereich der Forschung zur Weiterentwicklung solcher Betone. Ziel des vom Deutschen Beton- und Bautechnik-Vereins finanzierten Forschungsprojektes war es, Tomographiebilder von faserverstärkten Betonproben so erzeugen und auswerten zu können, dass eine Analyse der Faserverteilung, Faserausrichtung und des Faservolumens möglich wird. Hierzu wurden Probekörper unterschiedlicher Geometrie aus Faserbetonen (stahlfaserverstärkte ultrahochfeste Betone, Textilbetone, hochduktile Betone mit Polyvinylalkohol-Fasern, u. a.) hergestellt bzw. aus Bauteilen entnommen und tomographiert. In zusätzliche Versuchen sollten die Ergebnisse der CT-Analyse mit dem an der TU Braunschweig in Zusammenarbeit mit der Firma Hertz-Messtechnik entwickelten Verfahren (Messgerät BSM 100), das die ferromagnetischen Eigenschaften der Stahlfasern nutzt, verglichen werden.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Tietze, Matthias; Kirmse, Susanne; Kahnt, Alexander; Schladitz, Frank; Curbach, Manfred
The ecological and economic advantages of carbon reinforced concrete - Using the C³ result house CUBE especially the BOX value chain as an example (kostenlos)
Civil engineering design, 2022

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May, Maximilian; Schumann, Alexander; May, Sebastian
The new approval for the sustainable strengthening of existing structures with carbon reinforced concrete
Civil engineering design, 2022

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Metje, Kevin; Leutbecher, Torsten
Zur Querkraftbemessung von Biegeträgern aus stahlfaserverstärktem ultrahochfesten Beton - Teil 1: Bemessungsansatz und Datenbank
Bauingenieur, 2022

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Briegleb, Till
Das erste seiner Art. Concrete House, Sussex/Großbritannien. In Sussex realisierte eine Familie mit dem Büro Raw Architecture ein brutalistisches Passivhaus mit üppiger Begrünung
Häuser, 2022

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Voß, Karl-Uwe
Oberflächeneffekte bei der Verwendung von Stahlfaserbetonen. Es droht die Beeinträchtigung der Gebrauchstauglichkeit
Der Bausachverständige, 2022

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Highlights aus dem Programm 2022