In dem Beitrag wird eine zweifache Optimierungsstrategie vorgeschlagen, um die Leistung von Stahlfaserbeton (SFB) zu verbessern, indem zum einen die Fasermenge nur in den Zugzonen der Bauteile lokal erhöht und zum anderen die Fasern entlang der erwarteten Zugspannungstrajektorien ausgerichtet werden. Das wurde mit einer speziellen, auf dem Prinzip der Extrusion basierten Betoniervorrichtung erreicht, die die Faserorientierung mithilfe von Vibration steuert und das Betonieren verschiedener Betone in derselben Schalung ermöglicht. Bei Tests im kleinen Maßstab an herausgesägten Balken wurde im Vergleich von gleichmäßiger Verteilung von Fasern eine Steigerung der Nachrissbiegezugfestigkeit um 70 % festgestellt, wenn mit der Vorrichtung betoniert wurde. Zur Validierung wurde eine Platte im Realmaßstab betoniert. Die Studie unterstreicht die entscheidende Rolle der Faserorientierung für die Leistung von SFB und die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Betoniermethode.
Hybrid concreting process with targeted orientation and placement of fibers
The contribution proposes a twofold optimization strategy to improve the performance of steel fiber reinforced concrete by firstly increasing the amount of fibers locally only in the tensile zones of the structural members and secondly aligning the fibers along the expected tensile stress trajectories. To control the fiber orientation, a special extrusion-based concreting device was first developed. It uses vibration to align the fibers in the direction of flow and ensure that the fibers are aligned along the desired paths in the component, which rapidly increases the effectiveness of the material. Secondly, a high performance SCC with aligned fibers is only used in areas where high tensile stresses occur. All other areas are made with conventional SCC with lower fiber quantity and lower tensile strength. The experiments show that the components produced with the novel concreting method achieve up to 70 % higher performance than conventional ones and are even more than twice as strong as elements with particularly misaligned fibers. The fiber orientation can be controlled along a (largely) arbitrary continuous path, even curved. Thanks to the combination of very stiff and usually soft consistencies, different concretes could be concreted side by side in the same formwork, which significantly improves the ratio of material input to achieved load-bearing capacity of components made of steel fiber reinforced concrete.