Stahlfaserbeton wird zunehmend für Anwendungen wie Industrieböden und Fertigteile verwendet. Dies liegt an seinen zahlreichen Vorteilen, darunter eine erhöhte Zug- und Biegezugfestigkeit sowie eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Abnutzung.

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Bei der Befestigung auf Stahlfaserverstärkten Untergründen ergibt sich aber ein Wiederspruch.  Nach Eurocode 2 ist es möglich Betonstrukturen mit Faser nach EN 14889 zu errichten (Bild 1).


Bild 1: EN 206 erlaubt die Verwendung von Fasern gemäß EN 14889 für Betonkonstruktionen

Die Befestigung in Betonuntergründe wird ebenfalls in der EN 1992 geregelt, allerdings in Teil 4. In der Veröffentlichung von 2019 findet man unter Punkt 1.5 folgende Passus: „Diese Europäische Norm gilt für Befestigungselemente, die in Bauteile aus verdichtetem Normalbeton ohne Fasern der Festigkeitsklassen im Bereich von C12/15 bis C90/105 nach EN 206 eingebaut sind. …“ [1]
In den Bewertungsdokumenten (ETAs) der Verankerungssysteme wird daher der Verankerungsuntergrund „verdichteter bewehrter und unbewehrter Normalbeton ohne Fasern…“ angegeben.
Wie gehen wir nun mit Dübelbefestigungen in Stahlfaserbeton um? Auf diese Frage wollen wir in diesem Artikel eingehen.

Um der wachsenden Nachfrage nach immer mehr Anwendungen gerecht zu werden, hat sich die EOTA Expert Group Fixings (EGF) in letzter Zeit darauf konzentriert, stahlfaserverstärkten Beton und die gesamte Bandbreite der in EN 1992-4:2018 [1] definierten Betonfestigkeitsklassen in die Europäischen Bewertungsdokumente (EADs) aufzunehmen. Die jüngsten Aktualisierungen der Qualifikation von Befestigungselementen, wie das EAD 330499-02-0601 [2] und die Variante EAD 330232-01-0601-v05 [3], führen Prüfprogramme für die Qualifikation von Befestigungselementen sowohl in Normalbeton (C12/15 - C90/105, gemäß EN 1992-4:2018) als auch in stahlfaserverstärktem Beton (SFRC; Festigkeitsklassen C20/25 bis C50/60) ein.

Die beiden oben genannten EADs wurden kürzlich von der Europäischen Kommission genehmigt. Diese Programme folgen der Logik der Prüfung von Normalbeton, enthalten jedoch zusätzliche Testreihen für SFRC, um die Gleichwertigkeit nachzuweisen.

Für Bemessungszwecke wird in den entsprechenden ETAs eine Erklärung abgegeben, die es ermöglicht, die Vorschriften der EN 1992-4 für ausreichend qualifizierte Befestigungsmittel in SFRC einzuhalten. Statische/quasistatische und seismische Beanspruchung sowie das Verhalten im Brandfall werden bereits in EAD 330232-01-0601-v05 berücksichtigt, während zyklische Ermüdungsbeanspruchungen in der EOTA derzeit nicht behandelt werden.
Für nicht geregelte Bedingungen, wie z. B. zyklische Ermüdungsbeanspruchung, besteht weiterhin die Möglichkeit einer Qualifizierung auf nationaler Ebene, wie z. B. durch eine Allgemeine Bauartgenehmigung in Deutschland.

Wie gezeigt ist die Qualifizierung von Verankerungen in SFRC nun geregelt. Von der Bemessungsseite muss dies nun in die Eurocodes aufgenommen werden. Die laufende Überarbeitung der Eurocodes im Nachfolgedokument zu EN 1992-1-1 wird die Bemessung von Stahlfaserbeton in einem neuen Anhang behandeln.

Faserbetone
Es gibt verschiedene Arten von Faserbetonen, die sich je nach den verwendeten Fasern und deren spezifischen Eigenschaften unterscheiden. Die gängigsten Typen sind:

• Stahlfaserbeton
• Glasfaserbeton
• Carbonfaserbeton
• Kunststofffaserbeton

Jeder dieser Faserbetone hat spezifische Eigenschaften und Anwendungsbereiche, die auf den Stärken und Schwächen der verwendeten Fasern basieren. Die Wahl der richtigen Faserart hängt von den Anforderungen des jeweiligen Bauprojekts ab. In der EN14889 sind nur die Stahlfasern (Teil 1) und die Polymerfasern (Teil 2) geregelt.

Stahlfasern werden in der EN 14889-1 in fünf Gruppen unterteilt:

• Gruppe I: kalt gezogener Stahldraht
• Gruppe II: aus Blech geschnittenen Fasern
• Gruppe III: aus Schmelzgut extrahierte Fasern
• Gruppe IV: von kalt gezogenem Draht gespante Fasern
• Gruppe V:  von Stahlblöcken gehobelte Fasern

Fasern der Gruppe I sind die am häufigsten verwendeten Stahlfasern. Aus diesem Grund hat sich Hilti auf die Qualifizierung der Verankerung in SFRC mit Fasern der Gruppe I konzentriert. In der ETA selbst findet man in Anhang B im Abschnitt Verankerungsgrund folgenden Passus:

• Die Verankerung darf in Stahlfaserbeton (SFRC) nach EN 206:2013 + A2:2021 angewendet werden. Die Stahlfasern müssen EN 14889-1:2006, Abschnitt, Gruppe I entsprechen. Der Fasergehalt darf maximal 80 kg/m³ betragen. [4], [5]

Was tun, wenn der Beton andere Fasertypen oder eine andere Stahlfasergruppe beinhaltet? Diese Verankerungen müssen Projektbezogen bewertet werden. In diesem Fall kann unsere Engineering Service Sie unterstützen, um eine passende Lösung zu finden.

Hilti's Lösungen für Befestigungen in Stahlfaserbeton
Im November 2023 hat Hilti die erste ETA-18/0972, „Injektionssystem Hilti HIT-HY 200-A, HIT-HY 200-R, HIT-HY 200-A V3 und HIT-HY 200-R V3 mit HAS-D“ [4], für Befestigungen in Stahlfaserbeton erwirkt. Die ETA regelt statische und quasi statische Lasten. Wie schon erwähnt, ist die zyklische Belastung noch nicht in der EAD geregelt. Daher wurde speziell für die zyklische Belastung eine „Allgemeine Bauartgenehmigung“ auf nationaler Ebene erwirkt. Diese wurde im März 2024 ausgestellt. Im April 2024 folgte die ETA-20/0867 [5] für die Hilti Betonschraube HUS4.


Bild 2: ETA 18/0972 für Hilti HIT-HY 200-A, -R, -A V3 und -R V3 mit HAS-D [4]


Bild 3: aBG Z-21.3-2155 Injektionssystem Hilti HIT-HY 200 mit HAS-D zur Anwendung in Stahlfaserbeton unter ermüdungsrelevanter zyklischer Beanspruchung [6]


Bild 4: ETA-20/0867 Hilti Betonschraube HUS4 [5]

Bemessung wie gewohnt in PROFIS Engineering
Nach den im vorigen Abschnitt erwähnten ETA-Updates hat Hilti auch die PROFIS Engineering Software aktualisiert, um Stahlfaserbeton als neues Untergrundmaterial aufzunehmen.


Bild 5: PROFIS Engineering mit Stahlfaser-Option

Die Art des Betons kann nun über ein Dropdown-Menü ausgewählt werden (siehe Bild 5 oben). Der stahlfaserverstärkte Beton umfasst sowohl gerissenen als auch ungerissenen Beton und hat die gleichen Festigkeitsklassen wie normaler Beton. Nur die qualifizierten Dübel werden im Auswahlfenster angezeigt.
Auch auf dem Bericht wird nun als Untergrund Stahlfaserbeton ausgewiesen, wie in Bild 6 zu sehen.


Bild 6: PROFIS Engineering weist im Bericht Stahlfaserbeton als Untergrund aus

Fazit
In der Vergangenheit war der EC2 im Umgang mit Faserbeton nicht stringent. Generell ist die Verwendung von Fasern in Betonbauteilen erlaubt. Kommt es aber zur Befestigung nach EC2-4 war es nicht möglich in Faserverstärkten Beton Befestigungen ETA konform durchzuführen, da dieser ausgeschlossen wurde. Mit den neuen EADs ist begonnen worden diese Lücke zu schließen. Prüfkriterien sind geregelt und Verankerungssysteme können für Betone mit Stahlfasern nach EN 14889-1 Gruppe I qualifiziert werden.
Hilti hat die ersten ETAs für das Injektionssystem „Hilti HIT-HY 200-A, -R, -A V3 und -R V3 mit HAS-D“ und der Betonschraube Hilti HUS4 auf den Markt gebracht. Darüber hinaus wurde für das Injektionssystem „Hilti HIT-HY 200-A, -R, -A V3 und -R V3 mit HAS-D“ die ermüdungsrelevante zyklische Belastung in Stahlfaserbeton mit einer nationalen aBG geregelt.
Hilti Lösungen, die für den Einsatz in Stahlfaserbeton zugelassen sind, sind in PROFIS Engineering auswählbar, um Ihnen die Möglichkeit zu geben, schnell und effizient die geeigneten Befestigungssysteme zu identifizieren und zu bemessen.
Für die Faserverstärkten-Betone, die nicht in der ETA geregelt sind, bieten wir Ihnen wie gewohnt über unser Hilti Engineering Unterstützung an.

Die Reise für die geregelte Befestigung in Stahlfaserbeton hat begonnen und wir begleiten Sie gerne dabei.

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[1] EN 1992-4:2018, Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 4: Design of fasteninges for use in concrete, 2018.
[2] EAD 330499-02-0601: Bonded fasteners for use in concrete, Brussels: EOTA, 2022.
[3] EAD 330232-01-0601: Mechanical fasteners for use in concrete, Bussels: EOTA, 2019.
[4] ETA-18/0972: Injektionssystem Hilti HIT-HY 200-A, HIT-HY 200-R, HIT-HY 200-A V3 und HIT-HY 200-R V3 mit HAS-D, Berlin: DIBt, 2023.
[5] ETA-20/0867: Hilti Betonschraube HUS4. Mechanischer Dübel für die Verwendung in Beton, Berlin: DIBt, 2024.
[6] aBG - Z-31.3-2155: Injektionssystem Hilti HIT-HY 200 mit HAS-D zur Anwendung in Stahlfaserbeton unter e rmüdungsrelevanter zyklischer Beanspruchung, Berlin: DIBt, 2024.