Betonzusammensetzung von Faserbetonen

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Betonzusammensetzung von Faserbetonen

Damit die Dauerhaftigkeit von Glasfaserbetonen langfristig sichergestellt ist, bestehen nicht nur an die Glasfasern sondern auch an die Betonrezeptur besondere Anforderungen.

Bei Glasfaserbetonen ist die Gesteinskörnung eine Dimension kleiner. Diese muss so fein gewählt sein, dass die Betonmatrix die Bewehrung vollständig umfließt. Bei Textilbeton muss der Beton zum einen durch die Maschen der Gelege bzw. Gewebe gelangen, aber auch der Raum zwischen den mehreren Lagen Textil, der zuweilen sehr eng sein kann, muss vollständig vom Beton ausgefüllt werden. Zudem sind die Bauteile aus Glasfaserbeton meist wesentlich dünner als bei herkömmlichem Stahlbeton. Deswegen wird in der Regel das Größtkorn zwischen 1 mm und 2 mm gewählt, wodurch für die Mischung die Bezeichnung Mörtel wesentlich zutreffender wäre. Wegen der hohen Qualität des Produktes hat man sich auf die Bezeichnung Feinbeton geeinigt.

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Damit die vollständige Verteilung des Betons um die Bewehrung sichergestellt werden kann, sind neben den Anforderungen an die Gesteinskörnung auch besondere rheologische Eigenschaften gefordert. Das Ausfüllen aller Hohlräume gelingt nur, wenn der Beton ausreichend fließfähig ist, was durch den Einsatz von relativ großen Anteilen an Fließmitteln erreicht wird. Dabei ist zu beachten, dass je nach Herstellungsverfahren verschiedene Anforderungen an die Frischbetonkonsistenz bestehen. Beim Injektionsverfahren muss eine sehr hohe Fließfähigkeit gegeben sein, wohingegen beim Spritzverfahren, besonders an vertikalen Stellen, der Beton einen ausreichenden Zusammenhalt bieten muss, damit er in der gewünschten Position verbleibt. Zudem muss der Beton ausreichend lang verarbeitbar sein, was durch die Zugabe von Verzögerern erreicht werden kann.

Im Fokus steht zudem die Dauerhaftigkeit der Glasfasern im alkalischen Milieu. Der stark alkalische Zementstein greift auf Dauer die Oberfläche der Glasfasern an, wodurch mit der Zeit der Verbundwerkstoff an Festigkeit verliert. Durch die Anpassung des Betonentwurfs lässt sich dieser negative Vorgang jedoch beträchtlich verlangsamen bzw. einschränken.

Dauerhaftigkeit von Glasfasern im Beton

Ziel ist es also, durch Verwendung bestimmter Stoffe den pH-Wert im Beton zu senken. Dies kann durch die Verwendung von Compositzementen (CEM III) oder Hochofenzementen (CEM II) erreicht werden. Diese sind weniger alkalisch als der Portlandklinkerzement, der im konventionellen Stahlbetonbau genutzt wird, weil in diesem Fall ein hoher pH-Wert die Stahlbewehrung vor Korrosion schützt.

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Zu dieser Thematik wurde folgender Versuch durchgeführt. Es wurden zwei äquivalente Prüfkörper aus Glasfaserbeton hergestellt, einen aus stark alkalischem Portlandklinkerzement und einen zweiten aus einem Compositzement. Danach beschleunigte er die Alterung unter Anpassung der Umweltbedingungen auf 99 % Luftfeuchte und eine Temperatur von 40°C. Der darauf folgende Belastungsversuch zeigte deutlich, dass der Glasfaserbeton mit dem Portlandklinkeranteil dramatische Festigkeitsverluste durch Korrosion der Bewehrung aufweist, wobei im Vergleich dazu bei dem Probekörper mit Compositzement wesentlich geringere, fast zu vernachlässigende Festigkeitsverluste festzustellen waren.

Das macht deutlich, dass allein schon durch die Wahl des richtigen Bindemittels die Dauerhaftigkeit entscheidend verbessert werden kann. Weitere Verbesserungen sind durch eine Zugabe von Mikrosilika und Flugasche zu erreichen, weil dadurch die Alkalität zusätzlich reduziert wird. Durch ihre Zugabe werden Calciumhydroxid-Ionen gebunden, was zu einer Pufferung des pH-Wertes führt. Durch die beiden Puzzolane wird dabei auch die Verarbeitbarkeit des Frischbetons verbessert und die Neigung zum Bluten reduziert. Da die Flugasche sich aus mikroskopisch kleinen Bestandteilen zusammensetzt, werden durch ihre Zugabe auch sehr kleine Lücken im Betongefüge ausgefüllt, woraus zusätzlich eine Steigerung der Festigkeit des Betons resultiert.

Schwinden von Glasfaserbetonen

Aufgrund des hohen Feinanteils besteht bei Glasfaserbetonen eine stärkere Neigung zum Schwinden. Da dies gerade bei dünnen Bauteilen problematisch werden könnte, kann man den Vorgang zunächst durch den Einsatz von Schwindreduzierern abschwächen. Um dem Schwinden zusätzlich entgegenzuwirken, sollte der W/Z-Wert möglich gering gehalten werden, was sich zusätzlich positiv auf die Festigkeit des Betons auswirkt. Neben allen diesen speziellen Anforderungen an die Betonmatrix sind natürlich auch je nach Einsatzbereich herkömmliche Eigenschaften wie zum Beispiel der Frost-Tausalz-Widerstand zu berücksichtigen.

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