DE602004007687T2

DE602004007687T2 - Metallfaserbeton

Info

Publication number: DE602004007687T2
Application number: DE602004007687T
Authority: DE
Inventors: Xavier Destree
Original assignee: Trefilarbed Bissen SA
Current assignee: ArcelorMittal Bissen and Bettembourg SA
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2024-12-11
Also published as: EP1544181A1; AU2004313706B2; US20070289502A1; WO2005068388A1; CA2547694C; AU2004313706A1; ATE367366T1; CA2547694A1; EP1694611B1; PL1694611T3; US7419543B2; BRPI0417713A; DE602004007687D1; ES2289603T3; EP1694611A1; DK1694611T3; PT1694611E

Description

Einleitung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Metallfaserbetongemisch für die Herstellung von Elementen aus Beton, insbesondere für strukturelle Anwendungen.
Stand der Technik
Die Bestandteile des Betons sind unter der Einwirkung von Zugbeanspruchungen und Stoßlasten sehr zerbrechlich, so dass der Beton stets verstärkt werden musste, um diesem Mangel an Duktilität Rechnung zu tragen. In vielen Fällen wird das Betonelement mittels einer Bewehrung aus gezackten Stäben oder Drahtgeflecht intakt gehalten. Bei bestimmten Anwendungen werden auch Fasern eingesetzt, gewöhnlich zusätzlich zur herkömmlichen Bewehrung.
In der Praxis stellt der notwendige Einsatz solcher Bewehrungen eher einen Zwang dar, insbesondere bei Bauwerken, bei denen die Betonelemente vor Ort in Schalungen gegossen werden. Bei der Herstellung von Bodenplatten in einem Gebäude zum Beispiel sind das Bearbeiten und Positionieren der Stahlstäbe oder Drahtgeflechte in der Schalung komplizierte Vorgänge, die bei der Planung jedes Gebäudestockwerks eine beträchtliche Ausführungszeit erfordern.
Um auf die herkömmliche Bewehrung bei der Herstellung von Böden verzichten zu können, wurde vorgeschlagen, Bodenplatten herzustellen, die nur mit Metallfasern verstärkt sind.
Eine derartige Technik wird häufig für die Herstellung von Industriebodenplatten auf schlechtem Baugrund eingesetzt, wobei die Bodenplatten zwecks stabiler Abstützung auf ein Raster aus Pfählen gegründet werden müssen, die im Baugrund, der in mehreren Hundert Metern Tiefe stabiler ist, verrammt sind. Bei dieser Technik liegt der nur mit Stahlfasern bewehrte Boden bei Dicken von jeweils 20–25 cm bis 30–40 cm auf Pfählen, die je nach Fall in einem Abstand von 2,40 bis 6 m angeordnet sind, was sich folglich durch ein Schlankheitsverhältnis (Spannweite/Dicke) von 15 bis 20 auszeichnet.
Ein solcher Fußboden wurde zum Beispiel mit unter dem Namen TWINCONE bekannten Fasern hergestellt, (gerade Fasern mit kegelförmig zugespitzten Enden), wie im Artikel "Twincone SFRC Structural Concrete" von Xavier Destrée beschrieben (cf. Fiber Reinforced Concrete, Modern Developments, Herausgeber: N. Banthia, S. Mindess, University of British Columbia, Vancouver, B. C. Canada, März 1995, S. 77–86). Es ist dort die Rede von einer Spannweite von 5,66 mal 6 m für eine Bodenplatte von 35 cm Dicke, d.h. einer Schlankheit von 600/35 = 17, mit einer Überdicke von 15 cm mal 1 m × 1 m über jedem Pfahl, unter Verwendung eines mit 45 kg/m³ TWINCONE-Stahlfasern bewehrten Betons.
Ein anderes Beispiel für einen solchen Boden wird in dem Artikel von Xavier Destrée mit dem Titel "Structural Application Of Steel Fibre As Principal Reinforcing: Conditions-Design-Examples" präsentiert (cf. RILEM Proceedings PRO 15, of the Fifth International Rilem Symposium, Fibre-Reinforced Concretes (FRC) BEFIB 2000, Lyon, Frankreich, 13.–15. September 2000, Herausgeber P. Rossi und G. Chanvillard, S. 291–301). Es wird dort die Realisierung einer Spannweite von 3,60 m mal 3,60 m eines 25 cm dicken Bodens beschrieben, d.h. eine Schlankheit von 360/25 = 14,4, der mit 45 kg/m³ Stahlfasern bewehrt ist. Für diese Anwendung wurden Stahlfasern von 54 bis 60 mm Länge und 1 mm Durchmesser eingesetzt, und zwar je nach Fall mit Gewichtsanteilen von 40 bis 50 kg/m³.
Diese Ausführungsbeispiele für Strukturelemente aus nur mit Metallfasern verstärktem Beton sind ziemlich begrenzt und betreffen Schlankheitsverhältnisse (Spannweite/Dicke) von 15 bis 20. Bei den verwendeten Faseranteilen handelt es sich in der Praxis zudem um maximal mögliche Anteile unter Baustellenverhältnissen mit einer optimalen Betonrezeptur, mit der noch eine Verarbeitbarkeit erzielt werden kann, die mit den Misch-, Transport- und Einbautechniken von Beton auf der Baustelle vereinbar ist.
Diese Bodenplatten-Technik auf Pfählen ist zwar für die Herstellung von Industrieböden interessant, lässt sich aber zum Beispiel nicht auf den Bau von Bodenplatten für Gebäude übertragen, wo man es mit höheren Schlankheitsverhältnissen in der Größenordnung von 25 bis 35 zu tun hat.
Um Bodenplatten mit einer Schlankheit von 25 bis 35 zu versehen, müsste folglich die Effizienz der durch die Stahlfasern erzielten Verstärkung erhöht werden. Der umfangreichen wissenschaftlichen Literatur über stahlfaserbewehrte Betone zufolge scheint ein wesentlicher Faktor die Erhöhung des Formbeiwerts (Länge/Durchmesser) der Fasern zu sein (cf. Perumalsamy N. Galaguru, Surendrah P. Shah in "Fiber Reinforced Cement Composites", 1992 McGraw-Hill, S. 54, Kapitel 3), wodurch sich die Leistung erhöht. Nach der üblichen Praxis müsste man demnach den Formbeiwert durch einen kleineren Durchmesser und eine größere Länge der Fasern erhöhen, wobei man zudem ihre Verankerung verbessern oder auch den Gewichtsanteil an Stahlfasern erhöhen könnte.
Bei den hier weiter oben beschriebenen bekannten Anwendungen von Strukturplatten mit Stahlfasern als alleinige Bewehrung ist es in der Praxis nicht möglich, den Formbeiwert und den Faseranteil zu erhöhen, ohne den Beton wegen Unverarbeitbarkeit und mangelhafter Mischung der Fasern unter Baustellenverhältnissen unbrauchbar zu machen.
Weitere Versuche (cf. "Bending Test and Interpretation" von Lucie Vandewalle und David Dupont, Rilem proceedings PRO31 "Test and Design Methods for Steel Fibre Reinforced Concrete – Background and Experiences", 2003, herausgegeben von B. Schnütgen und L. Vandewalle, S. 1–13) haben gezeigt, dass die zu den Hochleistungsbetonen gehörenden Faserbetone vom Typ C25/30 mit 75 kg/m³ Fasern von 0,9 mm Durchmesser und 60 mm Länge (L/d = 65) bei Biegeversuchen vom Typ P-Cmod (crack mouth opening displacement) lediglich eine 30%ige Erhöhung der Endfestigkeit in Bezug auf die Rissbeständigkeit herbeiführen.
Diese ziemlich begrenzte zusätzliche Festigkeit trotz der erheblichen Erhöhung des Faseranteils und Formbeiwerts gestattet es nicht, den maßtechnischen Anforderungen eines Plattenbodens mit einer Schlankheit von 25 bis 35 zu nachzukommen.
Da die bei den Biegungsmomenten entstehende Biegebeanspruchung in einem Plattenboden proportional zu (I/h)², d.h. dem Quadrat des Verhältnisses Spannweite zu Dicke ist, müsste die Biegefestigkeit folglich mehr als verdoppelt werden, um ein Schlankheitsverhältnis von 25 bis 30 zu ermöglichen. Deshalb konnten mit herkömmlichen Faserbetonen bisher keine Strukturelemente mit einer solchen Schlankheit hergestellt werden.
Letzten Endes bleibt der Einsatz von Metallfaserbeton für die Herstellung von Strukturelementen sehr beschränkt. Man ist nämlich allgemein der Auffassung, dass Fasern keine Alternative zur konventionellen Verstärkung darstellen können, sondern lediglich als zusätzliche Verstärkung dienen. Der allgemeinen Praxis zufolge muss demnach die konventionelle Verstärkung mit Stahlstäben so eingelegt werden, dass sie Zug-, Quer- und Druckkräfte aufnimmt, während die Fasern dazu dienen, die Festigkeit der Matrix zu verbessern. Bei diesen herkömmlichen Metallfaserbetonen beträgt die Faserdosierung typischerweise etwa 30 bis 50 kg/m³ und es werden Fasern mit einem Formbeiwert von 50 bis 100 verwendet.
Eine Ausnahme von den herkömmlichen Faserbetonen bildet der duktile Ultra-Hochleistungsbeton (UHPC), wie in WO 95/01316 beschrieben. Dabei handelt es sich um einen High-Tech-Beton mit besonderem Materialverhalten, der aus einem Gemisch aus Kornelementen von höchstens 800 μm Größe und Metallfasern von 4 bis 20 mm Länge hergestellt wird. Das Verhältnis zwischen der mittleren Länge der Fasern und der maximalen Dicke der Kornelemente beträgt mindestens 10 und das Metallfaservolumen liegt vorzugsweise bei etwa 2,5% des Betonsvolumens nach dem Hartwerden, d.h. bei etwa 200 kg/m³. Mit diesem Gemisch können Betonelemente ohne klassische Metallbewehrung hergestellt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass der UHPC nicht mit herkömmlichem Beton vergleichbar ist, da er keine herkömmlichen Zuschlagstoffe aufweist (seine mineralischen Bestandteile sind alle nicht größer als einige Millimeter) und kurze Fasern in einem Verhältnis enthält, das deutlich über dem Normalwert liegt. Der UHPC wurde bereits in einer gewissen Zahl von Referenzanwendungen eingesetzt, aber er bleibt natürlich ein High-Tech-Beton, der hohe Selbstkosten impliziert und deshalb für eine regelmäßige Anwendung in klassischen Bauwerken nicht geeignet ist.
Es ergibt sich also – abgesehen vom Fall des UHPC – dass Metallfaserbetone ohne passive Bewehrung nur begrenzt einsetzbar sind und insbesondere die Herstellung von Strukturelementen vom Typ Bodenplatte mit einer Schlankheit größer 20 nicht gestatten.
Es wäre günstig, über ein leicht zu verarbeitendes und kostengünstiges Metallfasergemisch zu verfügen, das die Herstellung von flach ausgebildeten Bauteilen mit hoher Schlankheit für Strukturanwendungen ermöglicht, und dies ohne jegliche traditionelle Bewehrung.
Allgemeine Beschreibung der beanspruchten Erfindung mit ihren wesentlichen Vorteilen
Erfindungsgemäß enthält ein Metallfaserbetongemisch auf Basis von Zement, Kornelementen und Wasser Metallfasern, die einen Durchmesser von 1,15 mm bis 1,8 mm und einen Formbeiwert von 35 bis 45 haben. Die Menge dieser Metallfasern in dem Gemisch ist so gewählt, dass ihre Masse mindestens 80 kg/m³ Festbeton beträgt. Die Metallfasermenge ist hierbei bezogen auf das Volumen des Festbetons (nach dem Hartwerden) angegeben, wie dies bei Betonen üblich ist.
Mit dem Ausdruck "Formbeiwert" wird das Verhältnis Länge zu Durchmesser der Faser bezeichnet. Wenn die Faser keine allgemein zylindrische Form besitzt, kann ein Durchmesser berücksichtigt werden, der dem eines Zylinders entsprechenden Querschnitts entspricht. Zudem kann für den Fall, dass die Faser nicht gerade ist, der gemessene Abstand zwischen den Enden als Länge verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Betongemisch wird in an sich bekannter Weise durch Mischen und Rühren der festen Bestandteile und Wasser hergestellt. Ein solches Gemisch ergibt nach Rühren, Gießen und Erhärten in einer Gießform oder Schalung einen Festkörper aus Metallfaserbeton.
Die vorliegende Erfindung betrifft also auch einen Metallfaserbeton mit einem Zementmatrixkörper mit eingebundenen Metallfasern, der durch Erhärten eines hydraulischen Gemisches auf Basis von Zement und Wasser hergestellt wird, bei dem die Metallfasern einen Durchmesser von wenigstens 1,15 mm und höchstens 1,8 mm und einen Formbeiwert von 35 bis 45 haben und in einer Menge von mindestens 80 kg/m³ Beton dosiert sind.
Bemerkenswert ist dabei, dass das erfindungsgemäße Betongemisch die Herstellung eines Metallfaserbetonelements mit einem Schlankheitsverhältnis größer als 20 und insbesondere von etwa 25 bis 35 gestattet, das eine gute Biege- und Querkraftverstärkung aufweist und deshalb bei Strukturanwendungen zum Einsatz kommen kann.
Somit lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Betongemisch Betonelemente für strukturelle Zwecke und Anwendungen mit hoher Schlankheit herstellen, und dies ohne traditionelle Bewehrungen. Die vorliegende Erfindung, die folglich eine Verstärkung allein mit Metallfasern vorschlägt, anstatt diese zusätzlich zu Metallstäben oder Drahtgeflechten zu verwenden, benutzt zudem eine ungewöhnliche Faserabmessung. Denn überraschenderweise und entgegen der üblichen Praxis wird das Materialverhalten des erfindungsgemäßen Betons mit Metallfasern erzielt, die einen geringen Formbeiwert und einen größeren Durchmesser als sonst üblich haben. Die Fasern werden zudem in deutlich größeren Mengen als in der gewöhnlichen Praxis zugesetzt.
Bemerkenswert ist weiterhin, dass mit dem erfindungsgemäßen Betongemisch ein bewehrter gebrauchsfertiger Beton hergestellt werden kann, der eine gute Verarbeitbarkeit und eine hohe Pumpfähigkeit aufweist und daher mit den Misch-, Transport- und Einbautechniken von Beton auf der Baustelle vereinbar ist.
Obwohl allgemein die Auffassung gilt, dass traditionelle unbewehrte Faserbetone nicht als Strukturbetone eingesetzt werden können, d.h. für die Herstellung von Balken, Stützen oder Platten, stellt der erfindungsgemäße Beton hingegen einen Werkstoff dar, der für solche Anwendungen besonders gut geeignet ist. Zu bemerken ist auch, dass der erfindungsgemäße Beton durch sein verbessertes Materialverhalten besonders für flache Strukturelemente wie Bodenplatten geeignet ist, deren Schlankheitsverhältnis bis zu 35 betragen kann. Das erfindungsgemäße Betongemisch ist somit vorteilhaft für die Herstellung von Bodenplatten einsetzbar, die vor Ort in Schalungen gegossen werden, so dass eine traditionelle Bewehrung unnötig ist und die Herstellung zahlreicher Konstruktionen vereinfacht wird.
Durch die Angabe eines Gemischs zur Herstellung solcher Betonelemente setzt sich die vorliegende Erfindung über das Vorurteil hinweg, wonach eine Verstärkung mit Fasern allein für Strukturanwendungen nicht ausreicht. Zudem stehen die gewählten Metallfaserabmessungen und die gewählte Dosierung für die Herstellung des erfindungsgemäßen Betongemischs im Gegensatz zu den üblichen Ausführungen, die eine Erhöhung des Formbeiwerts empfehlen, um die Wirksamkeit der Verstärkung zu steigern. Schließlich ist es durch die Abmessungen der Fasern in dem erfindungsgemäßen Gemisch möglich, mit hohen Dosierungen zu arbeiten, ohne die Verarbeitbarkeit des Gemischs zu beeinträchtigen.
In der Praxis führt die Beseitigung der Stahlstäbe und Drahtgeflechte zu einer deutlich vereinfachten Herstellung von Betonelementen. Dies ist besonders schätzenswert bei der Herstellung von Teilen, die vor Ort in Schalungen gegossen werden, da die Baustellenbedingungen schwierig sein können, aber auch für vorgefertigte Teile.
Die Metallfasern haben vorzugsweise einen Formbeiwert von etwa 40 und ihre Länge beträgt 45 bis 65 mm. Die Metallfasermenge ist vorzugsweise so gewählt, dass sie bevorzugt 80 bis 180 kg/m³ Festbeton ausmacht. Ein auf diesen bevorzugten Werten basierendes Betongemisch ermöglicht es insbesondere, eine gute Verarbeitbarkeit und Pumpfähigkeit des Gemischs zu gewährleisten. Dies wiederum ermöglicht einen leichten Einsatz des erfindungsgemäßen Gemischs in der Art eines Fertigbetons.
Es werden bevorzugt Metallfasern aus Stahldraht verwendet, die zum Beispiel durch Drahtziehen oder Walzen hergestellt werden. Obwohl gezogene, gerade und glatte Stahlfasern bevorzugt werden, können verschiedenste Metallfasern mit unterschiedlicher Form und Oberflächenrauheit verwendet werden, wenn sie einen erfindungsgemäßen Formbeiwert und Mindestdurchmesser besitzen. Es können zum Beispiel gewellte, gezackte, mit Haken versehene Fasern oder Fasern mit abgeflachten Enden verwendet werden, oder auch Fasern, die eine Kombination aus diesen Verankerungsmitteln aufweisen.
Abgesehen von den Metallfasern handelt es sich bei den anderen Betonkomponenten um solche herkömmlicher Betone. Der Zement hat dabei typischerweise eine Korngröße von 1 bis 100 μm und die Kornelemente enthalten feine und grobe Elemente wie zum Beispiel Sand mit einer Korngröße von 1 bis 5 mm sowie Zuschlagstoffe in der Größe von 5 bis 25 mm (von denen die Zuschlagstoffe in der Größe von 5/15 mm vorzugsweise zwei Drittel der Masse der groben Elemente ausmachen).
Das erfindungsgemäße Gemisch kann außerdem eine gewisse Zahl von Zusatzmitteln enthalten, wie Betonverflüssiger, Fließmittel, Erstarrungsbeschleuniger, Abbindeverzögerer, Luftporenbildner, etc.
Das erfindungsgemäße Betongemisch ist neben dem besonderen Beispiel der Bodenplatten für die Herstellung verschiedenartigster Betonelemente geeignet, seien es Struktur- oder Dekorelemente. Besonders interessant erweist sich die Erfindung aber für Strukturelemente, da der Einsatz traditioneller Bewehrungen nicht mehr notwendig ist. Zu beachten ist also, dass das erfindungsgemäße Gemisch für die Herstellung von Betonelementen vom Typ Bodenplatte, Wand, Stützmauer, Fundamentplatte, Balken oder Säule verwendet werden kann.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Beton betrifft die allgemeinen Bausohlen, die aus einer allgemeinen Platte bestehen, auf der die Säulen oder Wände über der Fundamentebene errichtet werden. Die Bausohle wird unter der gesamten Baufläche des Gebäudes hergestellt, d.h. über seine gesamte Länge und Breite. Die Stärke der Sohle hängt im Wesentlichen auch von der Beschaffenheit des Baugrundes und der vom Gebäude bewirkten Überlast ab. Im Allgemeinen beträgt die Stärke für gewöhnliche Gebäude 300 bis 1000 mm. Eine solche Bausohle kann mit einem erfindungsgemäßen Betongemisch hergestellt werden, bei dem der faserbewehrte Beton den herkömmlichen stahlbewehrten Beton vollständig ersetzt.
Beschreibung anhand der Figuren
Weitere Besonderheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der ausführlichen Beschreibung einiger vorteilhafter Ausführungsarten, die nachstehend zur Erläuterung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen präsentiert werden. Es zeigen:
1 eine Last-Durchbiegungskurve einer kreisförmigen Platte (A) von 1,50 m Durchmesser, hergestellt mit dem Gemisch 1;
2 eine Last-Durchbiegungskurve einer kreisförmigen Platte (A) von 1,50 m Durchmesser, hergestellt mit dem Gemisch 2;
3 eine Last-Durchbiegungskurve einer kreisförmigen Platte (B) von 2,00 m Durchmesser, hergestellt mit dem Gemisch 1;
4 eine Last-Durchbiegungskurve einer kreisförmigen Platte (B) von 2,00 m Durchmesser, hergestellt mit dem Gemisch 2.
Einige Ausführungsbeispiele für Platten, die mit einem erfindungsgemäßen Beton hergestellt wurden, sollen im folgenden näher beschrieben werden.
Diese aus bevorzugten Varianten des vorliegenden Betongemischs hergestellten Platten bestehen aus Zement, feinen und groben Kornelementen sowie Wasser und enthalten Metallfasern, die einen Durchmesser im Bereich von 1,15 bis 1,8 mm und einen Formbeiwert von 35 bis 45 haben und in einer Menge von mindestens 80 kg/m³ Hartbeton dosiert sind.
Ein mit einem erfindungsgemäßen Gemisch hergestelltes Betonelement weist eine hohe Rissfestigkeit bei Schlankheiten bis zu 35 auf und kann mit Vorteil als Bodenplatte, Wand, Stützmauer, Balken, Säule, Fundamentplatte, Sohle oder für beliebige Struktur- oder Dekorelemente verwendet werden.
Beispiel 1
Es wurden zwei Typen von erfindungsgemäßen Gemischen (Gemische 1 und 2) für die Fertigung kreisförmiger Platten hergestellt, mit 1,50 m Durchmesser und 15 cm Dicke (Typ A) einerseits und 2,00 m Durchmesser und 20 cm Dicke (Typ B) andererseits.

Die jeweiligen Anteile für diese beiden Gemische sind in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführt.

	Mischung 1	Mischung 2
Zementanteil	360 kg/m³	360 kg/m³
Zuschlagstoffe 0 bis 15 mm	1800 kg/m³	1800 kg/m³
Wasser-Zement-Verhältnis	0,50	0,50
Fließmittel	1% der Zementmenge	1% der Zementmenge
Stahlfasern (gewellter Stahldraht mit einer Zugfestigkeit von 850 N/mm²)
Dosierung:	120 Kg/m³	100 Kg/m³
Durchmesser:	1,15 mm	1,3 mm
Länge:	45 mm	50 mm

Tabelle 1

Es ist anzumerken, dass diese Rezepturen im Hinblick auf die herkömmlichen Betonbestandteile, nämlich Zement, Zuschlagstoffe und Wasser, relativ klassisch sind. Die hergestellten Gemische wiesen eine Fluidität auf, die den Einbau und das Pumpen des Betons ohne jegliche Schwierigkeit gestatten.
Die aus den beiden Gemischen hergestellten kreisförmigen Platten wurden Biegeversuchen unterworfen. Dabei wurden die Platten an ihrem Rand entlang abgestützt und einer mittigen Punktlast ausgesetzt, wobei die Durchbiegung in ihrer Mitte aufgezeichnet wurde. Die Ergebnisse der Versuche sind in 1 bis 4 dargestellt, in denen die Zeichen 1, 2 und 3 die Risslast, die aufgezeichnete Höchstlast bzw. die Restlast bei einer Durchbiegung von 15 mm bzw. 20 mm angeben.
Die Biegeversuche an den kreisförmigen Platten zeigen, dass sich punktuelle Erstrisslasten von 90 kN für den Durchmesser 1,50 m mit den Gemischen 1 und 2 (siehe 1 und 2) und 180 kN für den Durchmesser 2,00 m mit den Gemischen 1 und 2 (siehe 3 und 4) ergeben.
Weiter ergeben sich punktuelle Bruchlasten von 180 kN bzw. 350 kN.
Bei gemessenen Deflexionen von mehr als 15 bzw. 20 mm für die Platte mit dem Durchmesser 1,50 m bzw. 2,00 m lag die punktuelle Restlast noch deutlich über der Erstrisslast.
Es ist weiterhin zu beachten, dass die Umfangsfläche der Platten nach Ende des Versuchs in allen Fällen 15 bis 30 Radialrisse hatte und dass schließlich in allen Fällen keine Durchdrückung der Platten festgestellt wurde.
Diese Feststellungen zeigen ein stabiles und kontrolliertes Verhalten dieser Platten auf, das weit über die Dehngrenzen hinausgeht und diese um mehr als 100% überschreitet, also nicht nur um 30% gemäß der älteren Faserverstärkungstechnik, die im Artikel "Bending Test and Interpretation" von Lucie Vandewalle und David Dupont (siehe oben) beschrieben wird.
Ein Betongemisch vom Typ 1 und 2 eignet sich zum Beispiel für die Herstellung einer 20 cm starken Standard-Bodenplatte für Stockwerke, die von Säulen mit einem Querschnitt von 25 cm × 25 cm und einem Abstand von 6 m in den zwei Richtungen x und y getragen wird. Dieser Boden hält eine Betriebslast von mindestens 7 kN/m² aus.
Beispiel 2
Ein weiteres Beispiel für einen erfindungsgemäßen Beton gestattet die Herstellung einer 20 cm starken Bodenplatte, die von Säulen mit einem Querschnitt von 25 cm × 25 cm und einem Abstand von 7 m in x- und y-Richtung getragen wird. Dieser Boden wird einer verteilten Last von 10 kN/m² ausgesetzt.
Der Beton hat dabei die gleiche Rezeptur wie im vorhergehenden Fall (Beispiel 1), ist aber mit 150 kg/m³ gewellten Fasern von 1,6 mm Durchmesser und 60 mm Länge bewehrt.
Beispiel 3
Ein drittes Beispiel betrifft eine Fundamentsohle unter einem Büro- oder Wohngebäude mit insgesamt 11 Stockwerken, wobei die Säulen bzw. die Wände 6 m voneinander beabstandet sind und die Fundamentsohle auf einem Baugrund liegt, der einen Betriebsdruck von 0,1 N/mm² zulässt. Die Überlast auf den Säulen beträgt in diesem Fall 3500 kN. Eine Sohle mit einer Dicke von 600 mm ist vorgesehen.
Die Anteile des Gemischs sind die folgenden:

• Zement: 350 kg/m³
• Zuschlagstoffe: Sand 0/4 mm: 800 kg/m³ Gestein 4/14 mm: 800 kg/m³ Gestein 7/20 mm: 250 kg/m³
• Wasser: 175 kg/m³
• Fließmittel: 5 kg/m³
• Stahlfasern: Durchmesser 1,3 mm, Länge 50 mm, gewellte Ausführung und Stahldraht mit 800 N/m², Dosierung: 100 kg/m³.

Zur Gewährleistung guter Pumpbedingungen enthält diese Rezeptur vorzugsweise mindestens 450 kg/m³ feinkörnige, ein 200 μm-Sieb passierende Stoffe, einschließlich Zement. Bei Bedarf kann ein Mangel an feinkörnigen Stoffen durch die Zugabe eines geeigneten Betonfüllers kompensiert werden.
Beispiel 4
Nachstehend wird ein weiteres erfindungsgemäßes Betongemisch vorgeschlagen:
Zement: 350 kg/m³, Rest wie in Beispiel 3, jedoch bewehrt mit 1,5 mm starken und 60 mm langen Stahlfasern gewellter Form oder mit abgeflachten Enden, die in einer Menge von 140 kg/m³ beigemischt sind, zur Herstellung eines Stockwerkbodens mit:

– Säulen 300 × 300 mm
– einer Spannweite zwischen den Säulen von 7 m
– einer Plattenstärke von 220 mm
– einer Nutzlast von 8 kN/m².

Claims

Metallfaserbetongemisch auf Basis von Zement, Kornelementen und Wasser, enthaltend Metallfasern mit: einem Durchmesser von 1,15 mm bis 1,8 mm, einem Formbeiwert von 35 bis 45, und bei dem die Menge dieser Metallfasern so gewählt ist, dass ihre Masse mindestens 80 kg/m³ Festbeton beträgt.
Betongemisch nach Anspruch 1, bei dem die Metallfasern einen Formbeiwert von etwa 40 haben.
Betongemisch nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Metallfasern eine Länge von 45 bis 65 mm haben.
Betongemisch nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Metallfaserdosierung 80 bis 180 kg/m³ beträgt.
Betongemisch nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Zement eine Korngröße von 1 bis 100 μm hat.
Betongemisch nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kornelemente Sand mit einer Korngröße von 1 bis 5 mm enthalten.
Betongemisch nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kornelemente grobe Elemente von 5 bis 25 mm Dicke enthalten.
Betongemisch nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Metallfasern Fasern aus Stahldraht sind.
Betongemisch nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Metallfasern eine gerade, wellige, gezackte oder hakige Form oder eine Kombination daraus haben.
Metallfaserbetonelement, hergestellt durch Gießen und Erhärten eines Betongemischs nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche.
Betonelement nach Anspruch 10, welches durch Gießen in eine Schalung oder Gießform hergestellt wird.
Betonelement nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Element eine allgemein flache Form und ein Schlankheitsverhältnis von bis zu 35 hat und keine herkömmlichen Bewehrungen aufweist.
Verwendung eines Betonelements nach irgendeinem der Ansprüche 10 bis 12 als Struktur- oder Dekorelement in einem Bauwerk, insbesondere als Bodenplatte, Wand, Stützmauer, Balken, Säule, Fundamentplatte oder Sohle.
Verwendung eines Betongemischs nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9 für die Herstellung – durch Gießen in eine Gießform oder Schalung – eines Strukturelements aus Beton, wie einer Bodenplatte, einer Wand, einer Stützmauer, einer Fundamentplatte, einer Sohle, eines Balkens oder einer Säule.
Verwendung eines Betongemischs nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9 als Fertigbeton.