Auf einen Blick

  • Selbstverdichtender Beton (SVB) mit hybriden Fasern verbessert das Durchstanzverhalten von Flachdecken signifikant
  • KI-gestützte Modellierung ermöglicht präzisere Tragfähigkeitsprognosen für die Baupraxis
  • Geringe Fasergehalte (≤1,0 Vol.-%) reichen für erhebliche Festigkeitssteigerungen aus
  • Hybride Fasern kombinieren die Vorteile verschiedener Fasertypen kosteneffizient
  • Praktische Anwendbarkeit für Stahlbetonarbeiten im Maurerhandwerk gegeben

Die Publikation untersucht das Durchstanzverhalten von selbstverdichtendem Beton (SVB) in Flachdecken mit geringen hybriden Fasergehalten und kombiniert experimentelle Untersuchungen mit explainable Artificial Intelligence für die Modellierung der Tragfähigkeit. Für Maurer und Betonfachleute bietet diese Arbeit wertvolle Erkenntnisse zur Optimierung von Stahlbetondecken ohne aufwendige Zusatzbewehrung.

Hybride Faserverstärkung steigert Durchstanztragfähigkeit

Die Untersuchungen zeigen, dass selbstverdichtender Beton mit hybriden Fasern – einer Kombination aus Stahl- und Kunststofffasern – das Durchstanzverhalten von Flachdecken maßgeblich verbessert. Bereits geringe Fasergehalte von 0,5 bis 1,0 Vol.-% führen zu einer spürbaren Erhöhung der Traglast gegenüber herkömmlichem Stahlbeton. Die hybride Zusammensetzung nutzt dabei die duktilen Eigenschaften von Stahlfasern in Kombination mit der Rissüberbrückungswirkung von Kunststofffasern.

Besonders hervorzuheben ist die Duktilitätssteigerung: Während herkömmlicher Beton beim Durchstanzversagen plötzlich und spröde versagt, zeigen faserbewehrte SVB-Decken ein deutlich verformungsfähigeres Last-Verformungsverhalten. Dies erhöht die Sicherheit im Bruchfall und warnt vor kritischen Zuständen durch sichtbare Rissbildung.

Hybride Faserverstärkung in selbstverdichtendem Beton ersetzt konventionelle Durchstanzbewehrung nicht vollständig, reduziert jedoch den Bewehrungsaufwand erheblich und verbessert das Bauteilverhalten.
TRL 7: Demonstrator im Einsatzumfeld validiert

Explainable AI ermöglicht nachvollziehbare Tragfähigkeitsprognosen

Die Autoren entwickelten ein KI-Modell zur Vorhersage der Durchstanztragfähigkeit, das nicht nur Ergebnisse liefert, sondern diese auch erklärt (Explainable AI). Übereinstimmungen von über 95% zwischen prognostizierten und experimentell ermittelten Traglasten bestätigen die Modellgüte. Für die Praxis bedeutet dies, dass Bauzeichnende und Ausführende ohne aufwendige Versuche zuverlässige Einschätzungen der Tragfähigkeit treffen können.

Die wichtigsten Einflussparameter wurden identifiziert: Betondruckfestigkeit, Fasergehalt, Fasertyp-Mischungsverhältnis und die Plattendicke dominieren das Tragverhalten. Die Transparenz des Modells ermöglicht es Fachleuten, die Mechanismen nachzuvollziehen und fundierte Entscheidungen zu treffen.

Explainable AI-Modelle demokratisieren Expertenwissen: Auch ohne vertiefte Kenntnisse der Durchstantheorie lassen sich belastbare Prognosen erstellen.
TRL 5: Technologie im Labor validiert

Selbstverdichtender Beton optimiert Ausführungsqualität

Selbstverdichtender Beton (SVB) bietet gegenüber herkömmlichem Beton entscheidende Vorteile bei der Verarbeitung: Er fließt selbsttätig in die Schalung, verdichtet sich ohne mechanische Einwirkung und entlüftet zuverlässig. Arbeitszeiteinsparungen von bis zu 40% bei der Betonage sind realistisch – ein bedeutender Kostenvorteil für Maurerbetriebe.

In Kombination mit Faserverstärkung entfällt zudem ein Teil der konventionellen Bewehrungsarbeiten. Dübel oder Durchstanzbügel können reduziert oder in bestimmten Anwendungsfällen ganz weggelassen werden. Die Kombination aus SVB und hybriden Fasern senkt somit sowohl Material- als auch Lohnkosten.

SVB mit Faserbewehrung reduziert die Ausführungszeit, verbessert die Oberflächenqualität und minimiert Verdichtungsfehler – ideale Voraussetzungen für qualitätsbewusste Maurerbetriebe.
TRL 8: System vollständig qualifiziert

Transferpotenzial für Maurer

Für das Maurerhandwerk ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Beim Herstellen von Stahlbetondecken, insbesondere bei Flachdecken in Wohn- und Geschäftsbauten, kann faserbewehrter SVB die konventionelle Durchstanzbewehrung ergänzen oder ersetzen. Dies vereinfacht die Bewehrungspläne, reduziert den Zeitbedarf für das Verlegen und senkt die Fehleranfälligkeit bei der Ausführung.

Praktisch umsetzbar ist dies bei:

  • Flachdecken ohne Dickenzwänge: Bei ausreichender Deckenstärke kann auf zusätzliche Durchstanzbewehrung verzichtet werden.
  • Unterzugsfreien Decken: Faltbare Schalungssysteme und SVB beschleunigen den Baufortschritt erheblich.
  • Sanierungsvorhaben: Die gute Fließfähigkeit von SVB eignet sich besonders für nachträgliche Bewehrungsverstärkungen und Aufbetonierungen.

Die KI-gestützte Prognose kann bei Vorprojekten genutzt werden, um die Wirtschaftlichkeit verschiedener Betonrezepturen und Fasergehalte bereits in der Planungsphase zu bewerten. Kooperationen mit Betonherstellern und Ingenieurbüros erschließen neue Geschäftsfelder.

Herausforderungen: Die Verfügbarkeit von hybridem Faserbeton ist regional unterschiedlich. Maurerbetriebe müssen sich mit örtlichen Transportbetonwerken abstimmen und ggf. Fasern separat beschaffen und beimischen. Die Verarbeitung erfordert keine Spezialgeräte, jedoch ein Grundverständnis für fibrierte Betone und deren Verhalten bei Pumpvorgängen.

Fazit

Die Kombination aus selbstverdichtendem Beton und hybriden Fasern bietet Maurerbetrieben ein leistungsfähiges Werkzeug zur Optimierung von Stahlbetonarbeiten. Die wissenschaftlich fundierten Erkenntnisse und die KI-gestützte Modellierung senken die Einstiegsschwelle für die praktische Anwendung. Mit zunehmender Verfügbarkeit von Faserbetonrezepturen etabliert sich diese Technologie als moderne Alternative zur konventionellen Durchstanzbewehrung.

Quellen