Verbundorientiertes Faserdesign in UHFB

Im Beitrag wird ein Ansatz für ein verbundorientiertes Faserdesign in ultrahochfestem Beton (UHFB) vorgestellt. Im Gegensatz zur bisherigen, weitgehend auf Erfahrungswerten und Eignungsprüfungen basierenden Methodik zur Wahl von Faserart, Fasergeometrie und Fasermenge werden in dem vorgestellten Ansatz das reale Faserauszugsverhalten in dem gewählten UHFB und mechanisch hinterlegte Effekte aus der Faserorientierung erfasst und berücksichtigt. Die Grundlage bilden Auszugversuche von hochfesten Mikrostahlfasern unter monoton steigender Belastung mit variierender Einbindetiefe und Orientierung. Der hieraus mit Bezug auf die Zugfestigkeit der Faser bestimmte Ausnutzungsgrad bildet den Grundwert für das Faserdesign. Bei schief orientierten Fasern muss darüber hinaus eine zusätzliche Biegebeanspruchung infolge der Umlenkwirkung an der Faseraustrittstelle berücksichtigt werden, die zu einer Erhöhung des Ausnutzungsgrads führt. Die konsistente und mechanisch begründete Berücksichtigung dieser Effekte stellt einen neuartigen Ansatz im Rahmen eines verbundorientierten Faserdesigns unter ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten dar.

The paper introduces a novel approach to designing bond‐oriented fibres for use in ultra‐high performance concrete (UHPC). Unlike traditional methods that rely heavily on empirical values and suitability tests to select fibre types, geometries and quantities, the approach incorporates real data on fibre pullout behaviour in the chosen UHPC mixture and accounts for mechanically deposited effects resulting from fibre orientation. The foundation of the approach is derived from pullout tests conducted on high‐strength micro‐steel fibres, subjecting them to monotonically increasing loads while varying bonding depths and orientations. The degree of fibre utilization, determined through these tests and referenced against the tensile strength of the fibre, serves as the fundamental metric for fibre design. In the case of obliquely oriented fibres, it is necessary to consider additional bending stresses resulting from the deflection effect at the fibre exit point, which further enhances the degree of fibre utilization. This comprehensive and mechanically justified approach to accounting for these effects represents a pioneering methodology in the realm of bond‐oriented fibre design, offering economic and ecological benefits.