Eine UHPC-Mischung sollte hinsichtlich der Leistungsfähigkeit des fertigen Bauteils zugelassen werden, nicht aufgrund einer Angabe auf einem Sack. Eine hohe Druckfestigkeit ist zwar wertvoll, sagt einem Ingenieur jedoch nichts darüber aus, wie eine Fuge nach dem Aufreißen die Zugspannung aufnimmt, ob eine dünne Platte ohne Hohlräume verfüllt werden kann oder ob sich die vorgeschriebenen Eigenschaften bei der Aushärtung auf der Baustelle entwickeln. Diese Fragen müssen beantwortet werden, bevor eine Brückenverbindung, eine Reparatur oder ein architektonisches Bauteil in die Produktion geht.
Bei Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. liefern wir Ecocretefiber™-Stahlfasern für Betonsysteme, darunter auch fein kupferbeschichtete Varianten für UHPC-Versuche. Wir betrachten die Auswahl der Fasern als einen Teil eines umfassenden Qualifizierungsplans. Dieser Leitfaden wandelt Anforderungen an Material, Mischung, Einbau, Nachbehandlung und Prüfung in praktische Fragen um, die Einkäufer, Hersteller und Ingenieure gemeinsam klären können.
Beginnen Sie mit einer Leistungsspezifikation
Ultrahochleistungsbeton ist eine Familie dichter zementartiger Verbundwerkstoffe und keine festgelegte Rezeptur. Der ACI definiert diese Klasse anhand mechanischer Eigenschaften und Dauerhaftigkeit, die über die von herkömmlichem Beton hinausgehen, darunter hohe Druckfestigkeit, geringe Durchlässigkeit und anhaltende Zugfestigkeit nach Rissbildung. Die Faserverstärkung spielt dabei in der Regel eine zentrale Rolle für dieses Zugverhalten. Der ACI PRC-239.1-24 UHPC-Technischer Hinweis ist ein nützlicher Ausgangspunkt, um die Materialklasse zu verstehen.
Eine Spezifikation sollte den Verwendungszweck und die erforderliche Prüfung zum jeweiligen Alter angeben. Eine vor Ort gegossene Brückenfuge, eine vorgefertigte Fassadenplatte und eine Sanierungsschicht können unterschiedliche Frühfestigkeiten, Zugverhalten, Fließfähigkeit, Witterungsbeständigkeit, Oberflächenqualität und Aushärtung erfordern. Eine einzige Zahl wie “UHPC über 100 MPa” kann all diese Entscheidungen nicht abdecken. Bei vielen Brückenanwendungen ist das Zugverhalten nach dem ersten Rissbildung der Grund für die Wahl von UHPC. Es verdient ein genau definiertes Abnahmekriterium.
Normen müssen durch Folgendes gekennzeichnet sein: ihr tatsächlicher Umfang und ihre Auflage. Chinas aktive GB/T 31387-2015 trägt den Titel Reaktiver Pulverbeton. Sie sollte nicht als “GB/T 31387-2025” zitiert werden, und es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass sie für jedes UHPC-Produkt gilt. ASTM C1856/C1856M-24 umfasst die Herstellung und Prüfung repräsentativer UHPC-Proben im Rahmen des festgelegten Geltungsbereichs. Der Ingenieur sollte in den Vertragsunterlagen die geltende Bemessungsnorm, die Werkstoffnorm, die Prüfverfahren sowie die projektspezifischen Abnahmewerte angeben.
„Materialien“ als kompatibles System auswählen
UHPC verdankt einen Großteil seiner Leistungsfähigkeit einer sorgfältig abgestuften Matrix mit geringem Gehalt an freiem Wasser. Zement, Feinzuschlagstoffe, zementäre Zusatzstoffe, Füllstoffe, Wasserreduzierer und Fasern müssen zusammenwirken. Das Ziel ist ein dichtes, verarbeitbares Material, das sich gleichmäßig anmischen und im Bauwerk einbringen lässt. Eine Liste beeindruckender Spezifikationen der Bestandteile beweist noch nicht, dass das gesamte System die Leistungsziele des Projekts erfüllen wird.
Bindemittel und Partikelpackung
Zement und Zusatzstoffe dienen als Bindemittel. Quarzstaub und andere feine Pulver können die Zwischenräume zwischen größeren Partikeln ausfüllen und die Hydratation sowie die Verarbeitbarkeit beeinflussen. Das optimale Mischungsverhältnis hängt vom Zement, der Korngrößenverteilung, den Zusatzmitteln, der Aushärtung und dem Prüfziel ab. In einigen Systemen wird fein sortierter Quarzsand und wenig oder gar kein herkömmlicher Grobzuschlag verwendet. In anderen kommen verschiedene lokale Materialien zum Einsatz. Die FHWA-Überprüfung durch die Brücken-Community berichtet über eine Reihe von UHPC-Rezepturen sowie über Forschungsarbeiten zu alternativen Bindemitteln und Zuschlagstoffen.
Machen Sie aus einer Laborrezeptur keine Regel, wonach jede Charge einen festen Silikastaubanteil oder eine bestimmte Sandfraktion enthalten muss. Erkundigen Sie sich beim Hersteller nach den tatsächlichen Materialqualitäten, Feuchtigkeitskorrekturen, Herkunftskontrollen und zugelassenen Toleranzen. Eine Änderung bei Zement, Silikastaub, Sand oder Füllstoff kann die Fließfähigkeit und die Faserdispersion verändern, selbst wenn die Nenngewichte gleich bleiben.
Wasserreduktionsmittel und Wasserhaushalt
Niedrige Wasser-Zement-Verhältnisse sind bei UHPC üblich. Die FHWA beschreibt vor Ort gegossene Systeme mit Verhältnissen unter etwa 0,25, doch ein Zielwert ist kein allgemeingültiges Rezept. Die Wasserbilanz muss die Feuchtigkeit des Zuschlagstoffs und flüssige Zusatzmittel berücksichtigen. Ein hochwirksamer Wasserreduzierer trägt dazu bei, bei geringem Wassergehalt eine brauchbare Fließfähigkeit zu erzielen. Seine chemische Zusammensetzung und Dosierung müssen mit dem gewählten Bindemittel und dem Verarbeitungsfenster kompatibel sein.
Mehr Wasserreduzierer ist nicht automatisch besser. Eine ungeeignete oder zu hohe Dosierung kann die Abbindezeit, die Entmischungsbeständigkeit und die für den Einbau verfügbare Zeit verändern. Der Hersteller sollte die Fließfähigkeit nach Beendigung des Mischvorgangs und erneut zum Zeitpunkt des Einbaus überprüfen. Die Umgebungsbedingungen und die verstrichene Zeit sind zu dokumentieren. Falls die Fließfähigkeit außerhalb des zugelassenen Bereichs liegt, sollte eine Anpassung durch ein qualifiziertes Verfahren erfolgen, anstatt vor Ort nicht protokolliertes Wasser hinzuzufügen.
Geometrie und Qualität von Stahlfasern
Die feinen Stahlfasern in vielen UHPC-Systemen überbrücken Risse und tragen dazu bei, dass der Verbundwerkstoff auch nach dem Auftreten erster Risse weiterhin Zugkräften standhält. Ihr Durchmesser, ihre Länge, ihre Form, ihre Festigkeit, ihre Oberflächenbeschaffenheit und ihre Dosierung beeinflussen das Mischverhalten, die Ausrichtung, das Ausreißen sowie das endgültige Zugverhalten. Die richtige Faser ist diejenige, die den Anforderungen des Bauteils entspricht. geprüfte kombinierte Anforderung mit zuverlässiger Handhabung in der Produktion.
Unser Ecocretefiber™ – mit Mikrokupfer beschichtete Stahlfaser Seitenlisten 10–20 mm Längen, 0,10–0,30 mm Durchmesser und die Zugfestigkeit des Produkts über 2.850 MPa für die dort aufgeführten Optionen. Es gibt 1,0–2,01 TP3T, bezogen auf das Volumen als Richtwerte für den Testbereich von UHPC- oder Hochleistungsbauteilen, vorbehaltlich der technischen Auslegung. Bitte überprüfen Sie die genaue Artikelnummer und das Zertifikat, bevor Sie diese Werte verwenden. Das auf dieser Seite aufgeführte Produktsortiment gilt nicht pauschal für alle UHPC-Produkte, und das Zugfestigkeitsergebnis einer einzelnen Faser entspricht nicht der Zugfestigkeit des gegossenen Bauteils.
Wenn eine Spezifikation für ein stahlfaserverstärktes Material erforderlich ist, ASTM A820/A820M-22 kann dabei helfen, die Art und die Eigenschaften der gelieferten Fasern zu bestimmen. Das Konstruktionsteam muss den UHPC-Verbundwerkstoff separat qualifizieren. Eine Kupferbeschichtung mag zwar ein Produktmerkmal sein, doch die Dauerhaftigkeit des gesamten Bauteils hängt nach wie vor von der Schutzschicht, der Matrix, der Witterungseinwirkung und der Detailgestaltung ab.
Steuerung der Durchmischung und Faserdispersion
UHPC erfordert oft mehr Mischenergie und Zeit als herkömmlicher Beton. Trockene Pulver müssen gleichmäßig vermischt werden, Wasser und Zusatzmittel müssen die gesamte Charge erreichen, und die Mischung muss den charakteristischen Übergang zu einer verarbeitbaren Paste durchlaufen. Anschließend werden Fasern nach einer bewährten Zuführungssequenz eingearbeitet, damit sie sich verteilen und keine Klumpen bilden. Die Kapazität des Mischers, die Geometrie der Mischflügel, die Chargengröße und der Zustand der Rohstoffe beeinflussen die Dauer der einzelnen Phasen.
Eine feste “Fünf-Minuten”-Mischregel oder eine einzige Sequenz mit drei Geschwindigkeitsstufen reicht nicht aus, um alle Anlagen zu qualifizieren. Testen Sie den jeweiligen Mischer mit einer repräsentativen Chargengröße, protokollieren Sie die Sequenz sowie gegebenenfalls die Leistung oder sichtbare Veränderungen und vergewissern Sie sich, dass die Mischung homogen ist. Ein feuchter Beutel mit Pulver oder eine plötzliche Zugabe von Fasern kann zu lokalen Klumpenbildung führen. Längere Fasern oder ein größeres Faservolumen können den Fließgrad verringern; eine höhere Dosierung ist jedoch nur dann sinnvoll, wenn die Mischung verarbeitbar ist und sich das getestete Zugverhalten verbessert.
Die Dispersion und Ausrichtung der Fasern hängen ebenfalls ab von wie der UHPC in die Schalung gelangt. Der Fließverlauf an einem Ende einer langen Fuge kann zu einer anderen Ausrichtung der Fasern führen als bei einer Mehrpunktfüllung. Ein in einer anderen Richtung gegossenes Laborprüfstück kann ein irreführendes Bild des fertigen Bauteils vermitteln. Untersuchungen der FHWA beschreiben bei einigen Geometrien erhebliche Orientierungseffekte auf das Biegeverhalten. Das Qualifizierungsmodell sollte die tatsächliche Form, den Fließweg, die Abmessungen, die Bewehrung und das Gussverfahren widerspiegeln.
Ein aussagekräftiges Chargenprotokoll enthält die Chargennummern der Materialien, Wasserkorrekturen, die Dosierung der Zusatzmittel, die Mischreihenfolge, die Zugabegeschwindigkeit der Fasern, die Chargengröße, die Mischzeit, die Frischbetonfließfähigkeit, die Temperatur und den Zeitpunkt des Einbaus. Anhand dieser Protokolle kann der Hersteller eine fehlgeschlagene Prüfung untersuchen, ohne raten zu müssen, welche Variable sich verändert hat.
Den Frischwasserdurchfluss mit der „Named“-Methode messen
Frischer UHPC muss durch enge Bauteile fließen, wobei die Fasern in der Suspension verbleiben müssen. Im Rahmen des Projekts sollten ein Fließfenster sowie ein Verfahren zu dessen Messung festgelegt werden. Einige Projektteams verwenden eine Messung nach dem Slump-Flow-Verfahren; andere schreiben das modifizierte Fließtischverfahren vor. Die von ihnen angegebenen Durchmesser betragen nicht austauschbar.
Zum Beispiel, ASTM C1856/C1856M-24 legt einen Anwendungsbereich für UHPC mit einer festgelegten Druckfestigkeit von mindestens 120 MPa, nominale maximale Korngröße unter 5 mm, und ein 200–250 mm Fließverhalten, gemessen nach dem modifizierten Fließtischverfahren. Dies ist der Geltungsbereich dieser Musterpraxis und stellt keinen universellen Zielwert für das Fließverhalten im Frischzustand für jedes UHPC-Produkt dar. Ein separat ermittelter “Setzmaß-Spreizwert von 600–800 mm” sollte nicht mit diesem Wert verglichen werden, ohne zuvor die Geräte und die Methode zu überprüfen. Tragen Sie den Namen der Prüfung und den zulässigen Bereich gemeinsam auf dem Prüfprotokoll ein.
Sichtprüfungen sind nach wie vor wichtig. Der Prüfer sollte während des geplanten Einbauzeitraums auf Faserbüschel, austretende Masse, Entmischung, eingeschlossene Luft und Veränderungen im Fließverhalten achten. Der Wert für die Fließfähigkeit allein reicht nicht aus, um zu bestätigen, dass die Fasern gleichmäßig verteilt bleiben oder dass sich eine Fuge hinter den Stäben ausfüllt.
Verlegung, Fugen und Aushärtung
UHPC kann in einer zugelassenen Mischung selbstverdichtend sein, benötigt jedoch dennoch eine dichte Schalung, einen freien Entlüftungsweg und einen Arbeitsablauf, der das Bauteil vollständig ausfüllt. Die Schalung muss dem Druck des frischen Materials standhalten und das Austreten von Zementpaste verhindern. Die Oberfläche einer vor Ort gegossenen Verbindung muss gemäß den Vorgaben des Ingenieurs vorbereitet werden, damit das neue Material mit dem vorhandenen Beton verkleben kann. Eine frische Verbindung darf nicht bewegt werden, bis sie die erforderliche Abzugfestigkeit erreicht hat.
Die Einbringweise beeinflusst die Faserausrichtung, sodass eine Änderung der Gießrichtung oder der Einsatz ungeprüfter interner Vibrationen zu Veränderungen am Produkt führen kann. In der Überprüfung der FHWA wird darauf hingewiesen, dass Von internen Schwingungen wird generell abgeraten. Bei faserverstärktem UHPC kann eine begrenzte äußere Formvibration in Betracht gezogen werden, um eingeschlossene Luft zu entfernen, sofern dies Teil des zugelassenen Verfahrens ist. Weder eine einheitliche Schichtdicke noch eine einheitliche Vibrationsdauer gehören in jede UHPC-Spezifikation. Das Modell sollte den vorgesehenen Verlauf in Ecken, Öffnungen und dünnen Abschnitten veranschaulichen.
Die Aushärtung hat zwei miteinander verbundene Aufgaben: den Schutz der wasserarmen Matrix vor Feuchtigkeitsverlust und die Aufrechterhaltung eines Temperaturverlaufs, der die erforderlichen Eigenschaften entwickelt. Die erste Phase vor und unmittelbar nach dem Abbinden ist besonders empfindlich gegenüber Austrocknung. Einige Fertigteilbetriebe wenden nach einer anfänglichen Haltezeit eine Wärme- oder Dampfbehandlung an; bei vielen Ortbetonanwendungen wird eine zugelassene Aushärtung bei Umgebungstemperatur verwendet. Eine Wärmebehandlung kann die Eigenschaftsentwicklung beschleunigen, doch müssen Temperatur, Temperaturanstieg und Dauer für das jeweilige Produkt und die Elementgeometrie qualifiziert sein. Die FHWA-Überprüfung der Aushärtung von UHPC beschreibt verschiedene Aushärtungsverfahren, darunter auch Verfahren bei Raumtemperatur.
Halten Sie den Beginn der Aushärtung, den Feuchtigkeitsschutz, das Temperaturprofil sowie den Zeitpunkt der Schalungsentfernung oder der Belastung fest. Ein Laborprobekörper, der einer anderen Wärmebehandlung unterzogen wurde als die eingebaute Fuge, sollte nicht herangezogen werden, um zu behaupten, dass das Bauteil vor Ort die gleiche Festigkeit erreicht hat.
Überprüfen Sie die Eigenschaften, die das Design steuern
Ein umfassender Abnahmeplan unterscheidet neue Immobilien, mechanische Eigenschaften, und Haltbarkeit. Darin sind Probenahme, Probengeometrie, Gussausrichtung, Aushärtung, Alter, Anzahl der Prüfungen sowie Ausschluss- und Wiederholungsprüfungsregeln festgelegt. Die erforderlichen Werte richten sich nach der Konstruktion des Ingenieurs und der Expositionsklasse. Eine Tabelle mit allgemeinen “UHPC-Mindestwerten” ist kein Ersatz für diesen Plan.
| Anforderung | Projektfrage | Anzufordernde Nachweise |
| Frische Verarbeitbarkeit | Kann der Mix dieses Element während des Platzierungsfensters ausfüllen? | Prüfungen hinsichtlich Durchflussmethode, Zeit, Temperatur, Entmischung und Faserverteilung |
| Druckfestigkeit | Wann kann das Element freigegeben, angeschlossen oder geladen werden? | Repräsentative Proben, Aushärtungsverlauf, festgelegtes Alter und Abnahmeschwelle |
| Zugverhalten | Behält das Material nach dem Reißen seine Festigkeit bei? | Direktspannungsverfahren und mit der Auslegung verbundene Bewertungskriterien |
| Faserzufuhr | Entspricht die gelieferte Güteklasse der vereinbarten? | Abmessungen, Typ, Dosierung, Rückverfolgbarkeit der Charge und Materialzertifikat |
| Haltbarkeit | Passen die Matrix und die Detailwiedergabe zur Belichtung? | Projektspezifische Transport-, Gefrier-Auftau- oder sonstige Belastungsprüfungen |
| Fertiges Element | Stimmt die Geometrie des Bauzustands mit der Planung überein? | Aufzeichnungen zu Fugenvorbereitung, Verfüllung, Abdeckung, Toleranzen, Oberflächenbeschaffenheit und Aushärtung |
ASTM C1856/C1856M-24 passt die Probenherstellung und -prüfung an UHPC an. Wenn bei der Tragwerksplanung direkte Zugfestigkeitseigenschaften herangezogen werden, AASHTO T 397 behandelt die einachsige Zugprüfung von UHPC. Ein Biegebalkenverfahren wie beispielsweise ASTM C1609/C1609M-24 kann das Verhalten von faserverstärkten Verbundwerkstoffen beschreiben, wenn dies im Rahmen des Projekts erforderlich ist; ein Biegewert sollte jedoch nicht als Ersatz für eine direkte Zugfestigkeitseigenschaft herangezogen werden, sofern kein anerkanntes Zusammenhangsverhältnis vorliegt.
Eine geringe Permeabilität ist ein häufiger Vorteil von UHPC, bedeutet jedoch keine Garantie für einen vollständigen Schutz vor Chlorideintritt, vor Karbonatisierung oder für eine festgelegte Lebensdauer von 100 oder 200 Jahren. Die Witterungseinwirkung, der Risszustand, die Fugen, die Aushärtung und das Prüfverfahren spielen allesamt eine Rolle. Geben Sie das Dauerhaftigkeitskriterium und das Verfahren an, mit dem es nachgewiesen wird. Bei Mischungen mit Metallfasern ist zudem zu prüfen, ob ein elektrischer Transporttest für die jeweilige Faseranordnung geeignet ist, bevor das Ergebnis interpretiert wird.
Eine Checkliste für Käufer von UHPC-Stahlfasern
Bevor Sie ein Preisangebot einholen, senden Sie dem Lieferanten die Anwendungsbeschreibung und die Leistungsvorgaben zu. Geben Sie an, ob die Faser in einer vor Ort gegossenen Brückenverbindung, einem Fertigteil, einer Überdeckung, einer dünnen Architekturplatte oder einer Reparatur zum Einsatz kommt. Teilen Sie dem Lieferanten das Bindemittelsystem, den Mischertyp, die voraussichtliche Einbringmethode, den Vergussweg, den Aushärtungsplan sowie die erforderlichen Zug- oder Biegeprüfungen mit.
1. Bestimmen Sie die genaue Faser. Einigung über Materialart, gerade oder hakenförmige Ausführung, Länge, Durchmesser, Seitenverhältnis, Oberfläche und Verpackung.
2. Legen Sie die Dosis nach Volumen und Masse fest. Notieren Sie die Dichte und die Umrechnung. Ein Volumenprozentsatz kann nicht als Massenprozentsatz übernommen werden.
3. Überprüfen Sie die Kompatibilität. Führen Sie einen Test mit der Faser in Kombination mit dem tatsächlichen Bindemittel, dem Wasserreduzierer, dem Mischer und der Schalung durch. Beobachten Sie die Verteilung und den Fließverhalten über den Einbauzeitraum hinweg.
4. Testen Sie den Verbundwerkstoff. Verwenden Sie repräsentative UHPC-Proben und die im Projekt festgelegte Prüfmethode für Druck-, Zug- und Dauerhaftigkeitsprüfungen.
5. Änderungen an der Steuerung. Verlinken Sie die zugelassene Faserqualität, die Mischung, das Gussverfahren und die Aushärtung mit dem Produktionschargenprotokoll. Führen Sie eine erneute Qualifizierung durch, wenn eine Material- oder Prozessänderung das akzeptierte Ergebnis beeinflussen könnte.
Ecocretefiber™ kann aktuelle Informationen zur ausgewählten Mikrostahlfasersorte bereitstellen und Fragen zu Testmengen und Verpackung klären. Unsere Aufgabe ist es, dem Produktionsteam dabei zu helfen, mit einer definierten, rückverfolgbaren Faser zu beginnen. Der Ingenieur und der Hersteller legen die Mischungs- und Abnahmewerte für das jeweilige Bauteil fest. Weitere Informationen zum praktischen Ablauf finden Sie in unserem Leitfaden zum Mischen, Einbringen und Aushärten von UHPC sowie zu Stahlfasern.
Häufig gestellte Fragen
Ist jede Betonmischung mit einer Festigkeit über 100 MPa UHPC? Nein. UHPC wird als Materialsystem bewertet. Neben der Druckfestigkeit spielen auch das Zugverhalten, die Dauerhaftigkeit und die Projektanforderungen eine Rolle.
Muss UHPC immer bei 90 °C mit Dampf ausgehärtet werden? Nein. Bei einigen Produkten und Fertigteil-Spezifikationen kommt eine Wärmebehandlung zum Einsatz, während vor Ort gegossener UHPC für die Aushärtung bei Umgebungstemperatur zugelassen werden kann. Verwenden Sie das zugelassene Verfahren und Prüfkörper, die entsprechend ausgehärtet wurden.
Ist eine Stahlfasermenge von 2%, bezogen auf das Volumen, eine Standarddosierung? Nein. In manchen Formulierungen kann es sich um eine Testdosierung handeln. Die Faserstruktur, die Fließfähigkeit, die angestrebte Zugfestigkeit und das Herstellungsverfahren bestimmen die geeignete Dosierung.
Kann ein Fasarzertifikat die Zugprüfung von UHPC ersetzen? Nein. Das Zertifikat bezieht sich auf die gelieferte Faser. Das strukturelle Zugverhalten bezieht sich auf den gemischten, gegossenen und ausgehärteten Verbundwerkstoff.
Kann ich zwei Lieferanten allein anhand des Slump-Flow-Durchmessers vergleichen? Nur wenn dieselbe festgelegte Prüfmethode und dieselben Prüfbedingungen angewendet wurden. Fließverhalten, Faserverteilung, Einbauzeitfenster und mechanische Eigenschaften müssen gemeinsam berücksichtigt werden.
Das Element validieren, dann die Produktion hochfahren
Die technischen Anforderungen an UHPC entfalten ihre Wirkung am besten als zusammenhängende Kette. Die Materialauswahl bestimmt die Partikelpackung und die Verarbeitbarkeit. Das Mischen und Gießen beeinflussen die Faserverteilung und -ausrichtung. Die Aushärtung bestimmt die Entwicklung der Eigenschaften. Die Prüfungen müssen das fertige Bauteil widerspiegeln und die Fragen des Ingenieurs zur Auslegung beantworten.
Shandong Jianbang kann diese Kette mit einem Ecocretefiber™ – Feinstahlfasern für eine bestimmte Studie. Kontaktieren Sie unser Team mit der Elementzeichnung, der Sollantwort, der vorgeschlagenen Mischung und dem Prüfplan. Wir unterstützen Sie gerne bei der Auswahl der geeigneten Faseroption und erstellen die Qualitätsdokumente für die Qualifizierung.
