Einfluss der Faserorientierung und des Fasergehalts auf die Druckfestigkeit von ultrahochfestem Beton

Abhängig von Geometrie und Herstellmethodik können sich in Bauteilen aus faserbewehrtem Beton (lokal) sehr unterschiedliche Faserorientierungen einstellen. Der Faserbeton verhält sich in der Folge nicht mehr isotrop, sondern zeigt je nach Beanspruchungsrichtung ein unterschiedliches Zug- und Drucktragverhalten. Für ultrahochfesten Beton (UHFB) ist dieser Aspekt von besonderer Relevanz, da UHFB in der Anwendung meist hohe Fasergehalte aufweist. Während der Einfluss der Faserorientierung auf das Zugtragverhalten von UHFB bereits Gegenstand zahlreicher Studien war, fehlten bislang aussagekräftige Daten, um die auf die Faserbewehrung zurückzuführende Anisotropie im Drucktragverhalten größenmäßig fassen zu können. Im Rahmen einer Versuchsreihe wurde daher der Einfluss der Faserorientierung und des Fasergehalts auf das Bruchverhalten und die Druckfestigkeit von Fein- und Grobkorn-UHFB eingehend untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Druckfestigkeit bei überwiegend unidirektionaler Ausrichtung der Fasern in der Ebene senkrecht zur Belastungsrichtung mit steigendem Fasergehalt deutlich zunimmt. Dagegen ist der Einfluss des Fasergehalts bei einer überwiegend unidirektionalen Ausrichtung der Fasern in Belastungsrichtung gering. Abhängig von der Belastungsrichtung unterscheidet sich die Druckfestigkeit am Würfel um bis zu 26 N/mm2 bzw. 14 %. Die Differenz zwischen Würfel- und Zylinderdruckfestigkeit nimmt mit steigendem Fasergehalt zu. Auf Basis der Ergebnisse erfolgt eine Empfehlung zur Festlegung von Betonfestigkeitsklassen für die DAfStb-Richtlinie “Ultrahochfester Beton”.

Effect of Fibre Orientation and Fibre Volume Fraction on the Compressive Strength of Ultra-High Performance Concrete
Depending on the geometry and casting method, structural members made of fibre reinforced concrete may (locally) show very different fibre orientation. As a result, the fibre reinforced concrete no longer behaves isotropically, but shows different tensile and compressive behaviour depending on the direction of loading. This aspect is of special importance for ultra-high performance concrete (UHPC), since UHPC is typically applied with high fibre volume fraction. While the influence of fibre orientation on the tensile behaviour of UHPC has already been subject of numerous studies, there was a lack of meaningful data so far in order to be able to quantify the anisotropy in compression caused by the fibres. Thus, the influence of fibre orientation and fibre volume fraction on the failure pattern and on the compressive strength of fine- and coarse-grained UHPC was investigated in a series of tests. The results show that with predominantly unidirectional alignment of fibres in the plane perpendicular to the loading direction, the compressive strength increases significantly with increasing fibre volume fraction. In contrast, the influence of fibre volume fraction is marginal with predominantly unidirectional alignment of fibres in the direction of loading. Depending on the loading direction, the compressive strength tested on cubes differs by up to 26 MPa and 14 %, respectively. The difference between cube and cylinder compressive strength increases with increasing fibre volume fraction. Based on the results, a proposal for classifying UHPC in the DAfStb Guideline “Ultra-High Performance Concrete” is provided.