Robotergestützte, magnetische Ausrichtung von Mikro-Stahldrahtfasern in dünnwandigen UHPFRC-Bauteilen

Mithilfe der robotergestützten magnetischen Verteilung und Orientierung von Mikro-Stahldrahtfasern in UHPFRC (Ultra-High Performance Fiber-Reinforced Concrete) soll der Einsatz von Stahlfasern als dezidiert notwendige Zugbewehrung ermöglicht werden. Ziel ist es, durch die magnetische Ausrichtung der Stahlfasern in der Frischbetonmatrix leistungsfähige Betonbauteile herzustellen. Die vorgestellte Forschung führt Möglichkeiten digitaler und robotergestützter Bauteilfertigung auf der einen Seite mit den Potenzialen der Faserausrichtung zur Steigerung der Materialeffizienz von UHPFRC auf der anderen Seite zusammen. Die gewählte Methode zur Verteilung und Orientierung der Mikro-Stahldrahtfasern in UHPFRC basiert auf dem physikalischen Phänomen des Magnetismus. Da Mikro-Stahldrahtfasern ferromagnetisch sind, kann deren Lage im frischen Beton durch Nutzung magnetischer Felder gezielt verändert werden. Die Magnetbehandlung zielt darauf ab, die Lage der Mikro-Stahldrahtfasern in der Betonmatrix vor dem Erstarren entsprechend dem Kraftfluss in Richtung der Zugtrajektorien auszurichten. Erste Ergebnisse zeigen, dass die definierte Anordnung der Fasern in einem Bauteil die Effizienz des eingesetzten Faseranteils signifikant steigert und so neben einer verbesserten Verarbeitbarkeit des Frischbetons zu einer erheblichen Reduktion der eingesetzten Fasermenge führt, womit ein großes Einsparpotenzial an ökologischen und ökonomischen Ressourcen einhergeht.

Robot-assisted, magnetic alignment of microsteel fibers in thin-walled UHPFRC components
The robot-assisted magnetic distribution and orientation of microsteel fibers in UHPFRC (Ultra-High Performance Fiber-Reinforced Concrete) will be used to produce more resource-efficient concrete components in the future. Current research focuses on the possibilities of digital and robot-based component production on the one hand and the potential of fiber orientation to increase the material efficiency of UHPFRC on the other. The chosen method for the distribution and orientation of the micro steel fibers in UHPFRC is based on the physical phenomenon of magnetism. Since steel fibers are ferromagnetic, their position in fresh concrete can be specifically changed by using magnetic fields. This magnetic treatment aims to align the position of the micro steel fibers in the concrete matrix during the production process according to the flow of forces and the motto “Form Follows Force”. This defined arrangement of the fibers in a component is intended to significantly increase the effectiveness of the fiber content used and thus, in addition to improved processability, lead to a considerable reduction in the amount of fibers used, which offers great potential for saving ecological and economic resources.