Computertomografie versus Optoanalytik: Bestimmung der Faserverteilung und ‐orientierung in stahlfaserbewehrtem UHFB

Faserverteilung und ‐orientierung beeinflussen die Nachrisszugfestigkeit von stahlfaserbewehrtem ultrahochfestem Beton. Zu ihrer Bestimmung stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, darunter das optoanalytische Verfahren an Schnittflächen und die dreidimensionale Mikro‐Computertomografie (μCT). Mit beiden Verfahren können Einzelfasern in Querschnitten bzw. Volumen detektiert und daraus Lage und Ausrichtung der Fasern berechnet werden. Für den vorliegenden Beitrag wurden beide Verfahren vergleichend an drei Probenvolumen angewendet, bei denen der Größtkorndurchmesser und die Herstellmethode variierten. Ermittelt wurden die Faseranzahl, der Fasergehalt und die Faserorientierung durch Schnittflächenanalyse sowie in virtuellen Schnitten der rekonstruierten Volumenstruktur. Die μCT‐Analyse zeigte, dass sich der Fasergehalt für verschiedene Schnitte innerhalb eines Probenvolumens bereits auf kurzer Distanz deutlich unterscheiden kann. Des Weiteren wurden mittels μCT Effekte sichtbar, die auf einen Zusammenhang mit dem Größtkorndurchmesser schließen lassen. Der Vergleich der Ergebnisse beider Analyseverfahren ergab eine insgesamt gute Übereinstimmung. Für Fasern, die annähernd normal zur betrachteten Schnittebene orientiert waren, lieferte die optische Analyse tendenziell etwas zu niedrige Faserorientierungsbeiwerte, da der Querschnitt der in der Schnittfläche detektierten Faser als stärker elliptisch erkannt wurde.

Fibre distribution and orientation influence the post‐cracking tensile strength of ultra‐high performance fibre‐reinforced concrete. Various methods are available for determining this data, including the optoanalytical method of sections and the three‐dimensional micro‐computed tomography (μCT). Both methods can be used to detect individual fibres in cross‐sections or volumes and to calculate the position and orientation of the fibres. For the present article, both methods were applied comparatively to three sample volumes for which the maximum aggregate size and the casting method varied. The number of fibres, the fibre volume fraction, and the fibre orientation were determined by cross‐sectional analysis and in virtual sections of the reconstructed volume structure. The μCT analysis showed that the fibre volume fraction within a sample volume can differ significantly for different sections even at short distance. Furthermore, the μCT analysis revealed effects that suggest a correlation with the maximum aggregate size. The comparison of the results of both analysis methods showed good overall agreement. For fibres that were oriented approximately normal to the considered section plane, the optical analysis tended to provide slightly too low fibre orientation coefficients, as the cross‐section of the fibre detected in the section surface was recognised as more elliptical.