RM Rudolf Müller
Textilbetonbrücke

Im sächsischen Oschatz steht seit 2006 die weltweit erste Fußgängerbrücke aus textilbewehrtem Beton. Foto: www.textil-beton.net

Grundstoffe des Bauens
18. Februar 2014 | Artikel teilen Artikel teilen

Faserbetone erobern zunehmend das Bauwesen

In den bisherigen Fachwissen-Texten zum Schwerpunkt Beton sind wir schon mehrfach auf die relativ geringe Zugfestigkeit des Kunststeins zu sprechen gekommen. Viele Versuche, den Baustoff durch Modifikationen zu verbessern, laufen darauf hinaus, diese Schwäche so weit wie möglich zu beheben. Das gilt auch für die so genannten Faserbetone, die deutlich zugfester als Normalbeton sind. Sie haben aber auch noch einige andere Vorteile.

Faserbeton ist weniger rissanfällig als Normalbeton, weil er durch Zusatzstoffe – meist Stahl- oder Glasfasern – verstärkt wird. Auf dieselbe Weise lässt sich auch die Festigkeit von Stahlbeton weiter erhöhen. Wobei die Widerstandsfähigkeit gegen Zugspannungen natürlich ihre Grenzen hat. Bei sehr großen Belastungen entstehen irgendwann doch Risse. Aber auch dann hat Faserbeton Vorteile. Im Vergleich zu Normalbeton sind die Risse nämlich meist weniger lang und damit weniger gefährlich für die Stabilität des Bauteils.

Um keine Missverständnisse aufkommen zu lassen: Die Fasern wirken zwar wie eine “Mikrobewehrung“, aber bei stark beanspruchten Bauteilen mit tragender Funktion sind sie kein vollwertiger Ersatz für eine herkömmliche Stahlbewehrung. Sie können diese aber ergänzen. Weniger stark beanspruchte Bauteile sind zudem auch aus “reinem“ Faserbeton möglich.

Übrigens sorgt die Faserbewehrung nicht nur für eine höhere Zugfestigkeit, sondern auch für eine Verbesserung der Schlagfestigkeit und für eine noch bessere Druckfestigkeit des Betons. Zudem wird die Elastizität des Baustoffs erhöht. Das (erhärtete!) Material lässt sich also stärker verformen, ohne dass es zu Schäden kommt.

Stahlfasern

Während die Geschichte des Stahlbetons bis in die Mitte des 19. Jahrhunderts zurückreicht, sind Faserbetone noch sehr jung. Erst seit den 1970er-Jahren wird die Entwicklung dieser Produkte verstärkt vorangetrieben. Am Anfang standen die Stahlfaserbetone, die heute bereits weitgehend ausgereift sind und vor allem für Industriefußböden und im Tunnelbau sowie zunehmend auch für Betonfertigteile verwendet werden.

Der relativ spröde Normalbeton wird durch die Zugabe von Stahlfasern zu einem deutlich zäheren Verbundwerkstoff. Dieser kann, je nach Anwendung, eine konstruktive Stahlbewehrung komplett ersetzen oder auch nur ergänzend zum Einsatz kommen. Neben den oben genannten Einsatzbereichen findet man das Material auch im Straßenbau sowie zunehmend im Wohnungsbau, wo Stahlfaserbeton etwa für Bodenplatten oder Kellerwände verwendet wird. Wenn das Material die klassische Bewehrung komplett ersetzt, ergibt sich ein Verarbeitungsvorteil, weil die Betonierung mit einem verbrauchsfertigen Produkt erfolgt und daher weniger arbeitsintensiv ist als der Einbau von Stahlbeton.

Das Ausmaß der stabilisierenden Wirkung der Fasern hängt letztlich davon ab, in welcher Menge sie dem Beton beigemischt und welche Stahlfasertypen verwendet werden. Zu beachten ist, dass ein sehr hoher Faseranteil Probleme bei der Verarbeitung verursachen kann: Nicht nur das Pumpen des Frischbetons, sondern vor allem auch die anschließende Verdichtung werden erschwert. Die Fasermenge muss also klug abgewogen werden. Zu viele Fasern bergen die Gefahr, dass die Festigkeit, die man durch die Zusatzstoffe stärken wollte, tatsächlich geschwächt wird, weil sich der Beton nicht mehr ausreichend verdichten lässt.

Übrigens wird die ohnehin relativ schlechte Wärmedämmung von Beton durch Stahlfasern weiter vermindert. Das muss aber kein Nachteil sein: Gerade im Estrichbereich ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit ja oft gewollt, zumindest wenn es um Fußbodenheizungen geht.

Glasfasern

Musterstück

Werden komplette Glasfasermatten in den Beton integriert, spricht man von Textilbeton. Foto: www.textil-beton.net

Auch Beton mit Glasfasern ist seit einigen Jahren auf dem Vormarsch. Manche Produkte haben einen sehr geringen Faseranteil (unter 0,4 Volumen-Prozent) und werden vor allem für weiße Wannen und Estriche eingesetzt. Die Fasern verbessern hier nur die Wasserundurchlässigkeit des Betons, übernehmen aber praktisch keine Bewehrungsfunktion.Das ist anders bei den Produkten mit relativ hohem Faseranteil (bis zu fünf Volumen-Prozent). Diese werden vor allem eingesetzt, wenn es darum geht, Betonbauteile mit dünnen, filigranen Formen herzustellen, die trotzdem sehr stabil sind. Da Glasfasern nicht rosten können, bedarf es keiner Mindestbetondeckung, wie sie bei Stahl- oder Stahlfaserbeton zum Schutz des Metalls notwendig ist. Stattdessen sind Bauteile mit nur wenigen Millimetern Dicke möglich.

Eine neuere Entwicklung ist der so genannte Textilbeton. Dieser enthält nicht einzelne Glasfasern, sondern zusammenhängende Glasfasermatten. Dadurch wird nicht nur die Zugfestigkeit, sondern vor allem auch die Tragfähigkeit noch einmal deutlich erhöht. Versuche an der TU Dresden haben zum Beispiel ergeben, dass die Tragfähigkeit von Stahlbetonteilen durch eine zusätzliche Schicht aus textilbewehrtem Beton um bis zu 125% erhöht werden kann.

Textilbeton ist aber auch bereits ohne klassische Stahlbewehrung ausgesprochen tragfest. Das zeigen Bauwerke wie die 2006 auf dem Gelände der Landesgartenschau im sächsischen Oschatz eröffnete weltweit erste Fußgängerbrücke aus textilbewehrtem Beton (siehe Foto). Diese Brücke hat eine Bauteildicke von nur drei Zentimetern und ein Gesamtgewicht von nur fünf Tonnen. Eine vergleichbare Brücke aus Stahlbeton hätte etwa 25 Tonnen gewogen.

Kunststofffasern

Auch Betone mit Kunststofffasern haben ihre Einsatzbereiche, die allerdings relativ begrenzt sind. So wird Polypropylen verwendet, um die Brandschutzeigenschaften von Stahlbeton weiter zu verbessern. Das funktioniert folgendermaßen: Der Kunststoff verbrennt im Falle eines Feuers und hinterlässt dabei kleine Kanäle. Durch diese kann der im Brandfall im Beton entstehende Wasserdampf einfacher entweichen, sodass es nicht so schnell zu Abplatzungen an der Oberfläche des Bauteils kommt. Dadurch ist die Stahlbewehrung länger vor dem Feuer geschützt. Polypropylenfasern bewirken zudem, dass bei der Erhärtung von Frischbeton weniger Risse entstehen. Diese Eigenschaft macht man sich insbesondere bei Estrichen gerne zunutze. Im ausgehärteten Beton haben die Kunststofffasern allerdings praktisch keine Wirkung auf die Druck- oder Zugfestigkeit des Materials.

Kohlenstofffasern

In jüngster Zeit sind auch Betone auf den Markt gekommen, die mit Kohlenstofffasern verstärkt werden. Diese werden auch als Carbonfasern bezeichnet und spielen bisher vor allem bei faserverstärkten Kunststoffen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobil- und Sportgerätebereich eine Rolle. Künftig sollen die Vorteile von Carbonfasern – eine hohe Elastizität und ein niedriges Gewicht bei gleichzeitig enormer Festigkeit – auch in Betonprodukten zum Tragen kommen. Nach Angaben des Herstellers SGL Group hat das bisher noch sehr teure Material in Zukunft sogar das Potenzial, den bisherigen Stahlbeton zu ersetzen. Die korrosionsfreien Carbonfasern würden dünnwandige Betonstrukturen ermöglichen, die mindestens genauso fest wie Stahlbeton, aber zugleich langlebiger und bis zu 75% leichter seien. Man darf also gespannt sein, ob sich diese neue Entwicklung in den nächsten Jahren oder Jahrzehnten im traditionell eher konservativen Bauwesen durchsetzt.



Über den Autor Roland Grimm ist seit Februar 2013 freier Journalist mit Sitz in Essen und schreibt regelmäßig Fachwissen-Artikel für BaustoffWissen. Zuvor war er rund sechs Jahre Fachredakteur beim Branchenmagazin BaustoffMarkt und außerdem verantwortlicher Redakteur sowie ab 2010 Chefredakteur der Fachzeitschrift baustoffpraxis. Kontakt: rgrimm1968@aol.com

 

Erklärt: Was passiert beim Erstarren von Frischbeton?

Um Beton herzustellen, mischt man das Bindemittel Zement mit Gesteinskörnungen und fügt Wasser hinzu. Als Ergebnis entsteht zunächst Frischbeton, der noch weich und verformbar ist. Er benötigt etwa 24 Stunden zum Erstarren, diese Spanne wird auch als Abbindezeit bezeichnet. Währenddessen findet die so genannte Hydratation statt: Zementleim ...

mehr »
 

Leichtbeton: Bims wird zunehmend durch andere Zuschläge ersetzt

Der „Bundesverband Leichtbeton e.V.“ trägt seinen Namen erst seit 2006. Zuvor hieß der Zusammenschluss deutscher Leichtbetonhersteller 75 Jahre lang „Verband...

mehr »
 

Porenbeton: Der Wärmedämmstein enthält Millionen kleinster Gasblasen

Vor ein paar Monaten machte der Chinese Chen Guangbiao mit einer neuen Geschäftsidee internationale Schlagzeilen: Er verkauft frische Luft in Dosen. Zwar war die Aktion des Multimillionärs aus dem Reich der Mitte vor allem ein PR-Gag, um auf die Smog-Problematik in den Großstädten seiner Heimat hinzuweisen, aber wenn man genauer darüber ...

mehr »
Nach oben
nach oben