Experimentelle Untersuchungen zum Auszugsverhalten von Stahlfasern in höherfesten Betonen

Stahlfaserbetone finden verstärkt auch in konstruktiven Betonbauteilen Eingang. Ein Beispiel sind Tübbinge für den Tunnelausbau, wobei hier die Besonderheit hinzukommt, dass dafür meist Betone mit Festigkeiten in der Größenordnung von 70 bis 90 N/mm2 verwendet werden. Damit weisen diese Betone ein vergleichsweises sprödes Verhalten mit geringer Bruchzähigkeit auf, sodass es des Öfteren zu Schädigungen in Form von Rissbildung und Abplatzung im Eck- oder Kantenbereich kommt. Die Zugabe von Stahlfasern kann hier erheblich zur Verbesserung der Duktilität beitragen. Dabei ist von wesentlicher Bedeutung, inwieweit die Stahlfaser im gerissenen Zustand des Betons Zugkräfte über den Riss hinweg übertragen kann bzw. inwieweit sie aus der Matrix ausgezogen wird.
Um das charakteristische Verbundverhalten zwischen Stahlfaser und Beton genau zu untersuchen, wurden Auszugsversuche an Einzelfasern durchgeführt, die in höherfesten Betonen eingebettet waren. Gezielt wurden dabei Stahlfasern bezüglich Form, Geometrie, Festigkeit und Oberflächenbeschaffenheit sowie Einbettungswinkel und Einbindelänge variiert. Basierend auf den experimentellen Ergebnissen wurden die Auswirkungen dieser Parameter auf das Auszugsverhalten von Stahlfasern im Hinblick auf das Kraft-Verschiebungs-Verhältnis, die Arbeit beim Ausziehen und den Ausnutzungsgrad der Faserzugfestigkeit sowie die Versagensbilder von Faser und Beton analysiert und diskutiert.

Experimental investigation of the pullout behavior of steel fibers in high-strength concrete
Steel-fiber-reinforced concretes are used more and more also in structural concrete elements. Examples for these are among others tunnel lining segments. In this case there is a specific characteristic, that concretes for such elements usually have a compressive strength between 70 and 90 N/mm2. These concretes are very brittle with only low fracture toughness, so that damages in form of cracking and spalling often occur in the periphery of the segments. By the addition of steel fibers the ductility of the concrete can be considerably improved. The primary question is, to which extend the stresses can be transferred in concrete cracks by the fibers bridging these cracks.
To investigate the bonding behavior between steel fiber and concrete matrix, single fiber pullout tests were performed in high-strength concrete matrix. Various parameters such as fiber shape, geometry, tensile strength, surface properties, inclination angle and embedment length were investigated. Based on the experimental results, the effect of those parameters on pullout force versus slip relationship, pullout work, fiber utilization and fiber/matrix failure mode were analyzed and discussed.