Experimentelle Untersuchungen zur Anwendbarkeit von recycelten Kohlenstofffasern in Faserbeton

Im Massivbau werden vor allem in massigen Konstruktionen sowie auch in statisch unbestimmten Bauteilen mit Kurzfasern bewehrte Betone eingesetzt. Diese Fasern übertragen auch nach Rissbildung Zugspannungen. In Deutschland ist vorwiegend der Einsatz von Stahlfasern durch Vorgaben der DAfStb‐Richtlinie „Stahlfaserbeton“ geregelt. Die internationale Norm fib Model Code 2010 und das fib Bulletin 105 lassen auch andere Fasermaterialien zu. In dieser Arbeit wird die Verwendung von recycelten Kohlenstofffasern als Bewehrung in Faserbeton untersucht, um dessen Tragfähigkeit und Duktilität zu erhöhen. Angesichts des zunehmenden Anteils von kohlenstofffaserverstärkten Polymeren (CFK) im Materialkreislauf, insbesondere in der Windenergiebranche, konzentriert sich diese Arbeit auf die Wiederverwendung von CFK‐Abfällen. Zwei Mischungen recycelter Kohlenstofffasern werden auf ihre Leistungsfähigkeit in Faserbeton mit variierenden Volumengehalten untersucht. Aufbauend auf einer Analyse der Fasermischungen werden durch experimentelle Untersuchungen Kennwerte ermittelt, die das Festigkeitsverhalten sowie die Frischbetoneigenschaften des mit Kohlenstofffasern bewehrten Betons (CFRC) beschreiben. Im 3‐Punkt‐Biegezugversuch kann der faserverstärkte Beton mit 2 Vol.‐% eine Steigerung der Biegezugfestigkeit von +60 % gegenüber dem unbewehrten Beton erreichen. Zudem zeigen die Untersuchungen, dass die Zugabe von Kohlenstofffasern die Verarbeitbarkeit beim Betoniervorgang erschwert.

In structural concrete, concretes reinforced with short fibres are mainly used in massive structural concrete components as well as in statically indeterminate components. These fibres also transfer tensile stresses after cracking. In Germany, the use of steel fibres is primarily regulated by the DAfStb guideline “Steel fibre reinforced concrete”. The international standard fib Model Code 2010 and the fib Bulletin 105 also permit the use of other fibre materials. In this work, the use of recycled carbon fibres as reinforcement in carbon fibre‐reinforced concrete (CFRC) is investigated in order to increase its load‐bearing capacity and ductility. Given the increasing proportion of carbon fibre reinforced polymers (CFRP) in the material cycle, particularly in the wind energy industry, this paper focuses on the reuse of CFRP waste. Two mixtures of recycled carbon fibres are investigated for their performance in fibre‐reinforced concrete with varying volume contents. Based on an analysis of the fibre mixtures, experimental investigations are carried out to determine values that describe the strength behaviour and fresh concrete properties of the CFRC. In three‐point flexural tensile tests, the fibre‐reinforced concrete with 2 % by volume can achieve an increase in flexural strength of +60 % compared to unreinforced concrete. The tests also show that the addition of carbon fibres impairs workability during the concreting process