Stahl- und Kunststofffasern im Beton: Wirkprinzipien nach DIN EN 14889

Stahl- und Kunststofffasern sind kurze, im Frischbeton verteilte Verstärkungselemente, die Risse überbrücken, die Nachrisstragfähigkeit erhöhen oder plastische Schwindrisse sowie Brandabplatzungen mindern. Geregelt sind ihre Anforderungen in DIN EN 14889, die in Teil 1 Stahlfasern und in Teil 2 Polymerfasern für den Einsatz in Beton, Mörtel und Einpressmörtel normiert – sowohl für tragende als auch nicht tragende Zwecke. Welcher Fasertyp zum Einsatz kommt, hängt dabei weniger vom Material selbst als von Belastung, Umgebungsbedingungen, Oberflächenanforderung und Budget des jeweiligen Bauteils ab.

Wie unterscheiden sich Stahlfasern von Kunststofffasern?

Stahlfasern nach DIN EN 14889-1 werden nach Herstellungsart in drei Gruppen eingeteilt: kalt gezogener Stahldraht (Gruppe I), aus Blech geschnittene Fasern (Gruppe II) und aus Schmelzgut extrahierte Fasern (Gruppe III). Zulässig sind lose Fasern; zu Bündeln geklebte Fasern und Fasern in Dosierverpackung benötigen eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung. In Spannbeton sind Fasern mit Zinküberzug unzulässig. Polymerfasern nach DIN EN 14889-2 sind grundsätzlich nur mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung einsetzbar.

Kunststofffasern unterteilen sich in Polypropylen- und Polymerfasern. Der entscheidende Unterschied: Polymerfasern können als statisch relevante Bewehrung genutzt werden, Polypropylenfasern nicht. Polymerfasern werden gerade oder verformt aus extrudiertem, orientiertem und geschnittenem Material hergestellt. Kunststofffaserbeton bietet sich besonders für schmale, filigrane Bauteile an, bei denen die für den Korrosionsschutz von Stahlfasern nötige Betondeckung nicht eingehalten werden kann, sowie für Bauteile mit ständigem Wechsel zwischen Nass- und Trockenphasen.

Welche Rolle spielt die Einsatzphase bei der Faserwirkung?

Fasern wirken je nach Phase des Erhärtungsprozesses unterschiedlich:

Warum werden PP-Fasern im Tunnelbau eingesetzt?

Ist die Gaspermeabilität des Betons zu niedrig, können im Brandfall erhebliche Abplatzungen auftreten – im ungünstigen Fall bis zum Verlust der Tragfähigkeit der Tunnelkonstruktion. PP-Fasern schmelzen bei rund 160 °C und hinterlassen dabei Mikrokanäle im Betongefüge, die den Sättigungsdampfdruck in den Poren senken. Setzt sich die Temperatureinwirkung fort, zersetzen sich die Fasern weiter und fördern eine zusätzliche Mikrorissbildung, über die temperaturbedingte Eigen- und Zwangsspannungen abgebaut werden können. Wichtig für die Planung: Diese Mikrofasern übernehmen ausschließlich die Kontrolle plastischer Schwindrisse im jungen Beton – eine konstruktive Resttragfähigkeit, wie sie Makrofasern oder Stahlfasern liefern, besitzen sie nicht.

Welche Bauweise profitiert von welchem Fasertyp?

Für Tragwerksplaner ist die Unterscheidung zwischen Mikro- und Makrofunktion zentral: Nur Fasern, deren Resttragfähigkeit nach anerkannten Prüfverfahren nachgewiesen und in Leistungsklassen eingeteilt ist, dürfen in die statische Bemessung einbezogen werden. Bei Ausnutzung der Tragwirkung für tragende und aussteifende Bauteile gelten zudem über die Grundnormen hinausgehende Regelungen. Schmale, feuchtigkeitswechselnde oder korrosionskritische Bauteile – etwa in Abdichtungsschichten nahe der Oberfläche – sind klassische Einsatzfelder für Polymerfasern, während Stahlfasern dort an ihre Grenzen stoßen, wo die erforderliche Betondeckung aus Korrosionsschutzgründen nicht realisierbar ist.

Für die Planung von Bauteilen mit faserverstärktem Beton lohnt sich ergänzend ein Blick auf angrenzende Bewehrungskonzepte wie Carbonbeton oder klassischen Stahlbeton, sowie auf die Auswahl geeigneter Zusatzstoffe zur Verarbeitungssteuerung. Auch der Vergleich mit anderen Hochleistungsbetonen wie UHPC zeigt, wie unterschiedlich Faser- und Matrixdesign je nach Anwendungsfall kombiniert werden können.