03/04/2014 - Beton mit Stahlfasern verstärkt, auch für konventionelle Bauarbeiten

Menéame

Beton mit Stahlarmaturen zu verstärken ist eine sehr häufige Praxis im Bau. Der Industrieingenieur Aimar Orbe Mateo (UPV/EHU) hat die mögliche Verwendung eines Materials für diese Arbeiten untersucht, das für andere Anwendungen verwendet wird: Beton mit Stahlfasern.

Wie aus der Studie hervorgeht, hat dieses Material einige Vorteile gegenüber konventionellem Stahlbeton, unter anderem, dass es weniger zerbrochen wird und für Anwendungen wie z. B. die Herstellung von zylindrischen Befestigungsbehältern verwendet werden kann.

Aimar Orbe Mateo, Forscher und Professor an der Technischen Hochschule für Ingenieurwesen in Bilbao, erklärte, dass es von Anfang an offensichtlich sei, dass "es etwas sein müsse, was praktische Anwendung hätte, nicht nur eine Forschungsarbeit." Das Team entwickelte daher als Forschungselement ein Material, das im Bau verwendet werden könnte: den mit Stahlfasern verstärkten selbstkompakten Beton (HACRF).

Es handelt sich um Materialien, die bereits im Bau verwendet werden, die aber "andere Anwendungen haben. Selbstkompaktbeton wird beispielsweise in Fertigerzeugnissen verwendet. Bei der Verwendung in konventionellen Baustellen ist es schwierig, sie zu dosieren, da dieser Beton sehr flüssig, sehr flüssig ist. Diese Textur ermöglicht es hingegen, auf Verfahren zu verzichten, die mit dem konventionellen Beton (Vibration, Schleppen mit Schaufeln...) verwendet werden, da er sich bewegt und kompakt von selbst ist," so Orbe.

Es werden auch Stahlfasern verwendet, um das Glas zu stärken, "aber vor allem zur Herstellung von Nebenelementen: Bodenbelag aus Industriepolygonen, Tunneln, Kanalisationskanälen und dergleichen," fügt er hinzu. Diese Fasern sind klein, sowohl in der Länge (50 mm) als auch im Durchmesser (1 mm), die den Abmessungen eines offenen Clips ähneln.

3D-Ausdruck der Verteilung der Stahlfasern. (Quelle: UPV/EHU)

Vom Labor zur Realität
 

Zusammen mit den Labortests hat das Team auch die Verwendung des genannten Materials in der Realität geprüft. Zu diesem Zweck wurde eine drei Meter hohe und sechs Meter lange Wand errichtet und in 380 Proben aufgeteilt, mit denen verschiedene zerstörerische und nichtzerstörerische Prüfungen durchgeführt wurden, "um die strukturellen Kapazitäten der Stahlfasern und im Allgemeinen die Widerstandsfähigkeit der Wand zu bestimmen," betont Orbe.
Da die Festigkeit der Struktur von der Ausrichtung und Verteilung der Fasern im Beton abhängt (nicht mit bloßem Auge zu beobachten), wandte sich das Forschungsteam an ein Magnetsystem.

Zunächst wurde ein Magnetfeld in den Proben erzeugt; anschließend wurden die Veränderungen in diesem Feld analysiert. Daher war die Frage, welche Achse die Fasern am ehesten ausgerichtet waren, und die Frage, wie viel Faser in jeder Probe vorhanden war, geklärt. "Die Fasern sind in die Richtung ausgerichtet, die uns dank der Fluidität des selbstkompakten Betons am Herzen liegt," so der Forscher. Zusätzlich zu den oben genannten Tests führte das Team Computersimulationen der Fluiddynamik durch. "Diese Simulationen haben gezeigt, dass die Orientierung, die die Fasern einnehmen, vorhersehbar ist. So können wir im Voraus die Schwachstellen und die unangemessenen Betonverfahren erkennen," so der Forscher.

Andere Untersuchungen zeigten, daß die Stahlfasern die Risse, die sich beim Trocknen des Betons öffnen können, besser kontrollieren als herkömmliche Stahlbetonrüstungen. "Es gibt Tausende von Fasern, die über die gesamte Masse verteilt sind und diese ständig verdichten," so der Ingenieur.

Prüfungen und Prüfungen mit Proben, die aus der angehobenen Wand entnommen wurden. (Quelle: UPV/EHU)

Er ist der Ansicht, dass das Material mit diesen Untersuchungen "einen Reifepunkt erreicht" habe und dazu beitragen könne, einige Bauarbeiten einfacher zu machen. Insbesondere schlägt er vor, sie für die Herstellung von zylindrischen Haltetanks für die Wassergewinnung zu verwenden. Angesichts der Fähigkeit des HACRF, die Risse und die Ergebnisse anderer Analysen dieses Forschungsteams besser zu kontrollieren, "ist die Schlussfolgerung wie folgt: Sie ist wirtschaftlich und nachhaltiger als herkömmliches Strukturdesign," so Orbe.

Aber ihre Verwendung (sowohl für die vom Forschungsteam vorgeschlagenen als auch für andere Zwecke) erfordert, dass "die Auftragnehmer sich der Vorteile dieses Materials bewusst sind. Und es ist schwierig, die Auftragnehmer davon zu überzeugen, dass sie die traditionellen Stahlstäbe nicht anbringen, dass alles in den Beton gemischt werden muss, der so verstärkt wird... Es ist auch ein Grund zu Misstrauen, daß man beim Trocknen des Betons nicht erkennen kann, wo die Fasern sind, ob sie gut verteilt oder richtig ausgerichtet sind. Darüber hinaus - subraya Orbe - gibt es nur wenige Beispiele für Konstruktionen, die mit diesem System durchgeführt werden."

Weitere Informationen

Diese Forschung ist Teil der Dissertation des Industrieingenieurs Aimar Orbe Mateo. Die meisten Untersuchungen wurden im ETSI in Bilbao durchgeführt, aber auch von mehreren Mitgliedern der Tecnalia, der Universitat Polytechnique de Catalunya (UPC), Arcelormittal, Finanz- und Bergbau (Italcementi Group) und dem Forschungsteam des Jean le Rond d'Alembert-Instituts.

Die These wird Erresistentzia moderatuko ohiko aplicazioetan altzairu zuntzez indarturiko amemoi autotrinkotzailearen erabilerare optimiertia (Optimierung der Verwendung von selbstkompakten Betonen verstärkt mit Stahlfasern in konventionellen Anwendungen von moderaten Widerstanden).

Bibliographische Angaben

A. Orbe, E. Rojí, R. Losada, J. Cuadrado. 2014. "Calibration patterns for predicting residual strengths of steel fibre reinforced concrete (SFRC)", Composites Part B: Engineering, 58: 408-417, http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.10.086. (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359836813006616)
A. Orbe, J. Cuadrado, R. Losada, E. Rojí, 2012. "Framework for the design and analysis of steel fiber reinforced self-compacting concrete structures", Construction and Building Materials, 35: 676-686, ISSN 0950-0618, http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.04.135. (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095006181200339X)

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UPV/EHU

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