Wenn Menschen fragen “Welche verschiedenen Arten von Stahlfasern gibt es?”, bedeuten sie in der Regel eines von zwei Dingen. Sie wollen vielleicht die Standard-Klassifikationen die in ASTM- oder EN-Normen verwendet werden. Oder sie wollen vielleicht die gemeinsame Marktformen die sie in Katalogen sehen, wie z. B. hakenförmige, gekräuselte, gerade oder gedrehte Fasern. Beide Arten sind korrekt. Die Normen klassifizieren Stahlfasern hauptsächlich nach ihrer Herstellungsart. Auf dem Markt werden sie oft nach Form und Verankerungsart beschrieben.
Aus diesem Grund kann das Thema zunächst verwirrend sein. Eine Faser kann genannt werden kaltgezogener Draht Stahlfaser unter einer Norm, aber dasselbe Produkt kann auch verkauft werden als hakenförmige Stahlfaser denn das ist die Form, die der Käufer zuerst wahrnimmt. Die beste Antwort ist also, beide Systeme auf einfache Art und Weise zu erklären.
Die kurze Antwort
Die Haupttypen von Stahlfasern werden in der Regel in zwei Gruppen eingeteilt:
- Nach Herstellungsverfahren: Kaltgezogener Draht, geschnittene Bleche, aus der Schmelze gezogener, gewalzter oder geschabter kaltgezogener Draht sowie modifizierter kaltgezogener Draht oder aus dem Block gefräste Fasern, je nachdem, welcher Norm Sie folgen.
- Nach Form: gerade, hakenförmige, gewellte oder gewellte, flache oder vergrößerte, gedrehte und andere verformte Formen, die zur Verbesserung der Verankerung im Beton hergestellt werden.
Wenn Sie sich nur an eine Sache erinnern, dann an diese: Die Normen konzentrieren sich darauf, woher die Fasern kommen und wie sie hergestellt werden, während Ingenieure und Einkäufer oft auf die Faserform und die Art und Weise, wie sie den Beton fassen, achten.
Stahlfaserarten nach Standardklassifizierung
Die am weitesten verbreitete Norm in Nordamerika ist ASTM A820/A820M. Sie definiert fünf Stahlfasertypen für faserverstärkten Beton. Diese sind Typ I kaltgezogener Draht, Typ II geschnittenes Blech, Typ III schmelzextrahierter Draht, Typ IV gewalzter Draht und Typ V modifizierter kaltgezogener Draht. Die ASTM gibt auch an, dass diese Fasern gerade oder verformt sein können.
Die wichtigste europäische Klassifizierung ist EN 14889-1. Sie verwendet ebenfalls fünf Gruppen, aber die letzten Kategorien sind etwas anders benannt. In EN 14889-1 sind die Gruppen I kaltgezogener Draht, Gruppe II geschnittene Bleche, Gruppe III schmelzextrahierter Draht, Gruppe IV geschabter kaltgezogener Draht und Gruppe V aus Blöcken gefräst aufgeführt. In der gleichen Norm heißt es auch, dass die Fasern gerade oder verformt sein können.
Wenn Sie also ASTM und EN vergleichen, sind die ersten drei Gruppen leicht übereinstimmend. Der Unterschied besteht in der Regel in den letzten beiden Kategorien. ASTM verwendet Fräsungen und modifizierter kaltgezogener Draht, verwendet, während EN geschabter kaltgezogener Draht und aus Blöcken gefräst. In der realen Einkaufsarbeit werden viele Lieferanten das Produkt immer noch zuerst nach der Form beschreiben, weil das für die Auftragnehmer leichter zu verstehen ist.
1. Kaltgezogener Draht Stahlfaser
Kaltgezogene Stahldrahtfasern sind eine der gängigsten Kategorien auf dem Markt. Nach ASTM handelt es sich um Typ I, nach EN um Gruppe I. Diese Fasern werden aus Stahldraht hergestellt, der auf die erforderliche Größe gezogen, dann auf Länge geschnitten und häufig zur besseren Verbindung verformt wird. Laut NPCA sind kaltgezogene Drähte aufgrund der hohen Zugfestigkeit des Ausgangsdrahtes die am häufigsten verwendeten Stahlfasern in Betonfertigteilen.
In diese Kategorie fallen viele der Produkte, die die Käufer bereits kennen, insbesondere Hooked-End und einige gerade Fasern. Sie sind sehr häufig in Fertigteilen, Platten und Spritzbeton zu finden. Wenn Sie viele Stahlfaserkataloge aufschlagen, wird ein großer Teil der Produktpalette auf kaltgezogenem Draht basieren.
2. Schnitt Stahlblech Faser
Geschnittene Stahlblechfasern werden aus Stahlblech hergestellt, das in schmale Faserstücke geschlitzt oder geschnitten wird. ASTM führt dies als Typ II auf. EN führt sie als Gruppe II auf. Diese Fasern können glatt oder verformt sein, genau wie andere Kategorien.
Geschnittene Fasern sind ein anerkannter Standardtyp, aber sie werden in vielen alltäglichen Produktgesprächen weniger häufig diskutiert als kaltgezogener Draht. Dennoch sind sie nach wie vor Teil der beiden wichtigsten Normen, und sie werden immer noch verwendet, wenn die Produktgeometrie und der Preis für die Aufgabe geeignet sind.
3. Schmelzextrahierte Stahlfasern
Schmelzextrahierte Stahlfasern werden direkt aus geschmolzenem Stahl hergestellt. ASTM listet sie als Typ III. EN listet sie als Gruppe III.
Diese Fasern haben oft eine andere Oberfläche und einen anderen Querschnitt als drahtbasierte Produkte. In der Norm EN 14889-1 wird darauf hingewiesen, dass Fasern der Gruppe III einen unregelmäßigen Querschnitt haben, was ein Grund dafür ist, dass die Prüfmethode für die Zugfestigkeit anders gehandhabt wird als bei den ersten beiden Gruppen.
4. Werksgeschnittene Stahlfasern oder geschabter kaltgezogener Draht
Hier ändert sich die Namensgebung je nach Norm. ASTM verwendet Typ IV Frässchnitt. DE verwendet Gruppe IV geschabter kaltgezogener Draht.
Diese Bezeichnungen bedeuten nicht, dass jedes Produkt in den beiden Normen identisch ist. Beide beschreiben jedoch Fasern, die nicht die typische Grundform eines kaltgezogenen Drahtes haben. In der Praxis ist dies ein Grund, warum Ingenieure sowohl den Standardtyp als auch das Produktblatt prüfen, bevor sie eine Faser freigeben. Der Standardtyp gibt Aufschluss über die Herkunft und den Produktionsweg. Das Produktblatt gibt Aufschluss über die tatsächliche Geometrie, die Länge, das Seitenverhältnis und die Verankerungsform.
5. Modifizierter kaltgezogener Draht oder aus dem Block gefräste Stahlfaser
ASTM Typ V ist modifizierter kaltgezogener Draht. DE Gruppe V ist aus Blöcken gefräst.
Dies ist ein weiterer Punkt, bei dem die Käufer genau lesen müssen. Bei dem Etikett handelt es sich nicht nur um eine kleine Änderung des Wortlauts. Es spiegelt eine andere Normensprache wider. Auf dem Markt werden viele Leute diese Fasern jedoch immer noch anhand der endgültigen Form beschreiben, die sie sehen, wie z. B. verformt, verdreht oder eine andere Art der Verankerung, weil sie so besser beurteilen können, wie sich die Faser im Beton verhalten könnte.
Stahlfaserarten nach Form
Für die meisten Bauunternehmer, Konstrukteure und Käufer ist die formgebundene Antwort einfacher zu handhaben. Das liegt daran, dass die Faserform die Verankerung, den Ausziehwiderstand, das Mischverhalten und die endgültige rissüberbrückende Wirkung beeinflusst. Das Sika-Handbuch listet die wichtigsten Stahlmakrofaserformen wie folgt auf hakenförmige Enden, flache Enden, gewellte oder kontinuierlich verformte und gerade Fasern. In der Übersicht über den Straßenbelag des Bundesstaates Iowa wird auch festgestellt, dass Stahlfasern auf dem Markt üblicherweise gerades, hakenförmiges, verformtes oder erweitertes Ende.
Gerade Stahlfaser
Eine gerade Stahlfaser ist die einfachste Form. Sie hat weder einen Haken noch eine Welle. Einige gerade Fasern können noch eine aufgeraute Oberfläche oder einen besonderen Querschnitt haben, aber der Faserkörper bleibt gerade.
Gerade Fasern sind leicht zu verstehen, aber sie beruhen in der Regel mehr auf Haftung und Reibung als auf einer mechanischen Endverankerung. Deshalb sind viele moderne handelsübliche Stahlfasern nicht mehr nur glatte, gerade Drähte. Bei vielen Produkten wird jetzt eine Art Verformung vorgenommen, um die Ausreißfestigkeit und die Leistung nach einem Riss zu verbessern.
Hooked-End Stahlfaser
Die Stahlfaser mit Hakenende ist eine der bekanntesten kommerziellen Formen. Die Enden sind hakenförmig gebogen, um die Verankerung im Beton zu verbessern. Sika weist darauf hin, dass viele Stahlfasern zur besseren Verankerung hakenförmige oder flache Enden aufweisen. Das Lehrmittel der ETH Zürich weist auch darauf hin, dass Fasern mit Hakenende für viele Anwendungen Standard sind, weil der Haken für eine mechanische Verankerung sorgt, während bei geraden Fasern der Verbund allein ausschlaggebend ist.
Dies ist ein Grund, warum Fasern mit Hakenende so häufig in Industrieböden, Fertigteilen, Tunnelauskleidungen und SFRC-Strukturen eingesetzt werden. Die Käufer mögen sie, weil die Form leicht zu erkennen ist und der Leistungsgedanke leicht zu verstehen ist: Der Haken hilft der Faser, über einen Riss hinweg in Eingriff zu bleiben.
Gekräuselte oder gewellte Stahlfasern
Gekräuselte Stahlfasern haben einen wellenförmigen oder gewellten Körper. In einigen Dokumenten wird dies auch als deformierte oder gewellte Form bezeichnet, je nach der genauen Geometrie. Die Iowa State's pavement overview stellt fest, dass Stahlfasern verformt werden können, und Sika beschreibt gewellte oder kontinuierlich verformte Stahlfasern als eine der Hauptformen von Stahlmakrofasern.
Diese Form wird verwendet, um die Verklebung und Ausreißfestigkeit über die gesamte Faserlänge zu verbessern, nicht nur an den Enden. In Projekt- und Forschungsberichten werden gekräuselte Fasern oft als separate Testkategorie neben den Fasern mit Hakenende und gedrehten Fasern aufgeführt. In einer kürzlich von der Verkehrsforschung finanzierten Studie über Brückendecks wurden beispielsweise Stahlfasern mit hakenförmigem Ende, gekräuselte und gedrehte Fasern als drei verschiedene Formen getestet.
Stahlfaser mit flachem oder vergrößertem Ende
Stahlfasern mit flachem Ende sind ein weiterer marktüblicher Typ. Diese Fasern bleiben meist gerade, aber die Enden sind vergrößert, abgeflacht oder anderweitig geformt, um die Verankerung zu verbessern. Sika führt Fasern mit flachem Ende als eine der wichtigsten Stahlmakrofaserformen auf und weist darauf hin, dass flache Enden die Verankerung verbessern. In der Übersicht von Iowa State wird auch der Begriff "enlarged-end" für marktübliche Formen verwendet.
Dieser Typ kann nützlich sein, wenn der Lieferant einen geraden Körper wünscht, aber dennoch einen stärkeren mechanischen Halt am Riss wünscht. Einfach ausgedrückt, handelt es sich um einen Mittelweg zwischen einer einfachen geraden Faser und einer stärker verformten Faser.
Verdrillte Stahlfaser
Gedrehte Stahlfasern sind ein weiterer wichtiger Typ auf dem Markt, insbesondere bei Betonsystemen mit höherer Leistung. In Berichten aus der Verkehrsforschung werden verdrillte Fasern als separate Form neben hakenförmigen und gekräuselten Fasern getestet. In der akademischen und technischen Literatur werden verdrillte Fasern ebenfalls als eigenständige Geometrie behandelt, da die Verdrillung das Verbund- und Ausreißverhalten verändert.
Gedrehte Fasern sind nicht immer die erste Wahl für jede Standardbetonplatte, aber sie sind in der fortgeschrittenen Faserbetonbauweise gut bekannt. In der Marktsprache werden sie oft gewählt, wenn eine stärkere mechanische Verriegelung und ein höherer Beitrag nach dem Riss gewünscht wird.
Andere verformte Stahlfasern
Nicht jedes Produkt passt genau in eine der gängigen Bezeichnungen. In Industrie- und Forschungsquellen werden viele andere verformte Formen beschrieben, darunter spiralförmige, geprägte, gepolsterte, knopfartige, gewickelte und andere spezielle Formen, die die Bindung oder Verankerung verbessern sollen. Ein klassischer Bericht von Naaman stellt fest, dass Fasern glatt, gekerbt, verformt, gekräuselt, gewickelt, verdreht oder mit Endhaken, Paddeln oder Knöpfen versehen sein können. In einer kürzlich erschienenen ASCE-Vorschau werden auch gerade, gewellte, spiralförmige, verdrehte und hakenförmige Enden als gängige geometrische Kategorien aufgeführt.
Dies ist wichtig, weil es bei der Konstruktion von Stahlfasern nicht nur um das Metall selbst geht. Es geht auch darum, wie die Faser die Zementmatrix nach dem Beginn der Rissbildung festhält. Aus diesem Grund verwenden so viele kommerzielle Produkte eine modifizierte Geometrie anstelle einer einfachen Drahtform.
Typische Größen und Eigenschaften
Stahlfasern werden auch beschrieben durch Länge, Durchmesser, Seitenverhältnis, Zugfestigkeit und Querschnitt, nicht nur nach der Typenbezeichnung. Die Concrete Society stellt fest, dass übliche Stahlfasern in der Regel in den Bereich von etwa 19 bis 60 mm in der Länge, mit Seitenverhältnissen um 30 bis 100, und Zugfestigkeiten um 345 bis 1700 N/mm². Außerdem werden gängige Querschnitte wie rund und flach sowie Verformungen wie gerade, wellig und Endhaken beschrieben.
Zwei Fasern können also beide als hakenförmige Stahlfasern bezeichnet werden und sich dennoch unterschiedlich im Beton verhalten. Eine kann länger sein. Eine kann ein höheres Seitenverhältnis haben. Eine kann einen stärkeren Stahldraht verwenden. Die eine kann sich im Mischer besser verteilen. Aus diesem Grund geben gute Lieferanten mehr als nur die Form an. Sie geben auch die Größe, die Zugfestigkeit, die Dosierungsanleitung und die Leistungsdaten an.
Welcher Typ ist der häufigste?
Auf die Frage, welcher Typ in der konkreten Arbeit am häufigsten vorkommt, lautet die Antwort meist kaltgezogener Draht Stahlfaser, häufig in einer verformten Form wie z. B. einem Haken verkauft. Laut NPCA ist kaltgezogener Draht die am häufigsten verwendete Stahlfaser in Betonfertigteilen. Im Handbuch von Sika heißt es außerdem, dass Fasern der Gruppe I oder des Typs I die am häufigsten verwendeten Stahlfasern in Beton sind und dass sie oft als gerade oder verformte Produkte in loser oder geklebter Form geliefert werden.
Das bedeutet nicht, dass die anderen Typen unwichtig sind. Es bedeutet lediglich, dass kaltgezogener Draht dem Markt ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit, Verfügbarkeit und Herstellbarkeit bietet. Aus diesem Grund basieren viele der Fasern, die die Käufer am häufigsten sehen, auf dieser Art von Draht.
Wie man den richtigen Stahlfasertyp auswählt
Welcher Stahlfasertyp am besten geeignet ist, hängt von der jeweiligen Aufgabe ab. Wenn das Projekt eine vertraute und weithin verfügbare Option benötigt, sind kaltgezogene Drahtfasern mit Hakenende oft eine gute Ausgangsbasis. Wenn das Projekt ein anderes Ausziehverhalten oder ein bestimmtes Leistungsziel erfordert, kann es sich lohnen, Produkte mit gewelltem, flachem oder gedrehtem Ende zu vergleichen. Die Form ist wichtig, da die Verankerung bestimmt, wie die Faser Risse überbrückt und wie viel Restfestigkeit nach einem Riss verbleibt.
Es ist auch sinnvoll, zuerst die Norm zu prüfen. Wenn die Projektspezifikation nach ASTM A820 verfasst ist, sollte die Faser dem ASTM-Typensystem entsprechen. Wenn das Projekt nach EN 14889-1 beschrieben ist, sollte das Produkt dem EN-Gruppensystem entsprechen. Danach sollte der Käufer die tatsächliche Produktgeometrie, die Größe, die Zugfestigkeit, den Korrosionsschutz, falls erforderlich, und die Testdaten des Lieferanten überprüfen.
Unter Ecocretefiber™, Dies ist der praktische Weg, den Markt zu lesen. Ein Käufer sollte nicht nur nach einem Foto oder einem kurzen Etikett auswählen. Die richtige Wahl ergibt sich aus der Übereinstimmung von Fasertyp, Form und Leistungsdaten mit der tatsächlichen Aufgabe. Das ist der Weg Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. nähert sich der Stahlfaserauswahl für Böden, Fertigteile, Spritzbeton und andere anspruchsvolle Betonanwendungen.
Schlussfolgerung
Welche verschiedenen Arten von Stahlfasern gibt es also? Die eindeutigste Antwort ist diese: Nach der Norm werden Stahlfasern hauptsächlich in kaltgezogenen Draht, geschnittenes Blech, schmelzextrahierten, gewalzten oder geschabten kaltgezogenen Draht und modifizierten kaltgezogenen Draht oder gefräste Fasern aus Blöcken unterteilt. Nach ihrer Form werden sie üblicherweise in gerade, hakenförmige, gewellte, flache, gedrehte und andere verformte Formen unterteilt.
Für die meisten Käufer ist es am sinnvollsten, sich mit beiden Systemen vertraut zu machen. Der Standardtyp gibt Auskunft darüber, wie die Faser hergestellt ist. Die Form gibt Aufschluss darüber, wie die Faser im Beton verankert werden kann. Wenn Sie beides verstanden haben, wird die Wahl der richtigen Stahlfaser viel einfacher. Bei den meisten alltäglichen Betonprojekten werden Sie am häufigsten kaltgezogene Drähte sehen, insbesondere in Form von Hakenenden.
