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Bachelorarbeit Philipp Schäfer

Einfluss der Faserverteilung und Faserorientierung auf das Trag- und Verformungsverhalten höherfester Betone

Anlass: Aufgrund der hohen Druckfestigkeiten und des geringen plastischen Verformungsvermögens zeigen höherfeste Betone und Kaltkeramiken eine äußerst spröde Versagenscharakteristik. Durch den gezielten Einsatz von Faserzusätzen lässt sich die Zugfestigkeit der Werkstoffe signifikant verbessern. Insbesondere Stahlfaserzusätze sollten jedoch wegen ihrer aufwendigen Herstellung – vor allem hinsichtlich der Ökobilanz und der Produktkosten – möglichst ökonomisch verwendet werden. Der Erforschung gezielter Beeinflussungsmöglichkeiten zur orientierten Anordnung der Faserzusätze anhand vorgegebener Spannungsverläufe kommt daher eine große wirtschaftliche Bedeutung zu.

Ziele: Ziel der Bachelorthesis ist es, anhand unterschiedlicher Betonagetechnologien eine Ableitung zur Faserverteilung und -orientierung zu gewinnen. Andererseits soll ein Zusammenhang gefunden werden zwischen der Faserorientierung und dem Trag-­ und Verformungsverhalten.

Eckdaten

Zeitraum:
SoSe 2016

Beteiligte:
Prof. Dr.-Ing. Michael Küchler
Prof. Dr.-Ing. Bernd Naujoks
Philipp Schäfer  (B. Eng.)


 

Methode: Neben der experimentellen Modifikation der Fließwege sind Probekörper zu erstellen, an deren Schnittbilder photooptische Auswertungen zur Bestimmung der Faserorientierung durchgeführt werden. Durch einen bruchmechanischen Versuch sollen zusätzlich die mechanischen Kennwerte bestimmt werden und in Korrelation zu den Faserorientierungsbeiwerten gesetzt werden.

Ergebnis: Die Untersuchungen dieser Arbeit sind zunächst eine Grundlage, um weitere Untersuchungen anzutreiben. Es kann sehr sicher behauptet werden, dass sich Stahlfasern in der verwendeten Mörtelmischung nach bestimmten Mustern ausrichten. D. h. das Zugrunde legen einer zufälligen Faserorientierung 2D mit einem Faserorientierungsbeiwert von 0,637 kann sich als sehr konservativ erweisen.

Nur an den Probekörpern, welche um 90° gedreht geprüft wurden, war eine Faserorientierung von < 0,637 zu messen. Alle Versuche, welche stehend und in Befüllrichtung geprüft wurden, besaßen eine Faserorientierung von 0,72‐0,83.

Das bedeutet einen circa 10‐20 % höheren Ausnutzungsgrad, welcher sich auf den zuzugebenden Fasergehalt anrechnen ließ. Somit könnten bei korrekter Betonage und kontrollierten Einfüllbedingungen theoretisch 10‐20 % Fasern eingespart werden, um die gleiche Tragfähigkeit zu erreichen.

Faserorientierung