Compact Reinforced Concrete CRC Applications of fiber-reinforced high-performance concrete

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1 Compact Reinforced Concrete CRC Applications of fiber-reinforced high-performance concrete Anwendungen von hochfestem Faserbeton 18 Autoren Bendt Aarup is manager of CRC Technology and R & D manager of Hi-Con. He has 20 years experience in working with high performance and fi ber reinforced concrete. Lars Rom Jensen is Senior Engineer at Hi-Con. He has 35 years experience in working with structural applications including 15 years experience of working with CRC. Address/Anschrift Hi-Con A/S Hjallerup Erhvervspark Hjallerup/Denmark Tel.: Fax: Compact Reinforced Composite (CRC) is the designation of a special type of fiber-reinforced concrete developed in 1986 that provides high compressive strengths of 150 to 400 N/mm 2. CRC is typically used in combination with steel fibers and conventional rebars. During the last ten years, it has been used in structural applications mainly for precast elements such as balcony slabs and staircases. Hi-Con, a Danish precast producer which started producing CRC in 2001, has been one of the main drivers in developing new applications for fiber-reinforced high-performance concrete (FRHPC) together with CRC Technology, a supplier of a special cement for FRHPC. This article describes the properties of this material, outlines some examples of its use and discusses prospects in terms of new applications and new markets. High-strength or high-performance concretes (HSC or HPC) are increasingly being used for a range of structural applications. In a number of countries, applicable standards are currently being revised so as to incorporate these newly developed materials in the new versions. However, the use of these materials is not entirely unproblematic as HSC is often also more brittle than conventional concrete. This issue of brittleness can be resolved in various ways. For example, a fiber reinforcement can improve the ductility of the material. Previously, fiber-reinforced concretes (FRC) have mostly been used in non-structural applications, such as slabs-on-grade, floors and architectural concrete. In the more recent past, however, a new generation of concretes has been developed that combines a fiber reinforcement with ultra-high performance. CRC was the first of these concretes [1], other brands include Ductal and BSI [2, 3]. Compact Reinforced Composite (CRC) was developed Fig. 1 Cantilevered CRC balcony slabs. Abb. 1 Balkon-Kragplatten aus CRC. 1 CRC Compact Reinforced Composite ist die Bezeichnung für einen speziellen hochfesten Faserbetontyp mit Druckfestigkeiten von 150 bis 400 N/mm 2, der 1986 entwickelt wurde. CRC wird in der Regel in Verbindung mit Stahlfasern und herkömmlichen Bewehrungsstäben verwendet. In den vergangenen zehn Jahren wurde er für konstruktive Bauteile eingesetzt, und zwar vorwiegend für Betonfertigteile wie Balkonplatten und Treppen. Der dänische Fertigteilhersteller Hi-Con, der im Jahr 2001 mit der Produktion von CRC begonnen hatte, war gemeinsam mit CRC Technology, dem Zulieferer eines speziell für diesen Zweck entwickelten Zements, maßgeblich an der Entwicklung neuer Anwendungen für hochfesten Faserbeton beteiligt. Im vorliegenden Artikel werden die Eigenschaften dieses Baustoffs erläutert, einige Anwendungsbeispiele dargestellt und Perspektiven im Hinblick auf neue Anwendungen und Märkte erörtert. Hochfeste Betone oder Hochleistungsbetone werden zunehmend für eine Reihe konstruktiver Anwendungen eingesetzt. Einige Länder überarbeiten geltende Normen, sodass in den Neufassungen diese neu entwickelten Baustoffe berücksichtigt werden. Der Einsatz dieser Materialien ist jedoch nicht völlig problemlos, da hochfester Beton häufig auch spröder ist als Normalbeton. Für diese Problematik der Sprödheit gibt es verschiedene Lösungen. So kann durch eine Faserverstärkung die Duktilität erhöht werden. Faserbetone wurden früher vorwiegend in nicht konstruktiven Anwendungen eingesetzt, zum Beispiel für Gitterrostdecken, Fußböden und Sichtbeton. In der jüngeren Vergangenheit wurde jedoch eine neue Generation von Betonen entwickelt, die eine Faserbewehrung mit den Hochleistungseigenschaften verbindet. Der erste dieser Betone war CRC [1], weitere Markennamen sind Ductal und BSI [2, 3]. Der Beton Compact Reinforced Composite (CRC) wurde 1986 im Zement- und Betonlabor von Aalborg Portland entwickelt. Er kombiniert die Eigenschaften eines Hochleistungsbetons mit einem hohen Faseranteil (üblicherweise kg/m 3 ) und herkömmlicher Stabstahlbewehrung. Ein Beispiel für eine typische Anwendung auskragende Balkonplatten ist in Abb. 1 dargestellt. Eigenschaften von CRC CRC bezeichnet einen speziellen Hochleistungs-Faserbeton (FRHPC) mit hoher Festigkeit ( N/mm 2 ). Die Matrix verfügt über einen sehr hohen Microsilica-Anteil, das w/z-verhältnis liegt typischerweise bei 0,16 oder darunter. Wegen des hohen Stahlfaseranteils weist die Matrix eine hohe Duktilität auf, sodass Bewehrungsstäbe weit effektiver eingesetzt werden können, ohne dass im

2 Produkt 1 at the Cement & Concrete Laboratory of Aalborg Portland in This concrete combines high-performance characteristics with a high fiber ratio (typically 150 to 475 kg/ m 3 ) and conventional reinforcing bars. An example of a typical application cantilevered balcony slabs is shown in Fig. 1. CRC properties CRC designates a special type of fiber-reinforced highperformance concrete (FRHPC) with high strengths (150 to 400 N/mm 2 ). The matrix has a very large microsilica content and a typical w/c ratio of 0.16 or lower. Because of its high steel fiber ratio, the matrix is very ductile, which makes it possible to utilize rebars much more effectively without large cracks occurring under service conditions. Properties vary with fiber content and depending on the type of aggregate used. For most applications, a typical quartz sand is used, and the concrete is cured at ambient temperature, resulting in compressive strengths of about 150 N/mm 2. For higher strengths, it is necessary to use special aggregates such as bauxite. When combining this aggregate with heat curing, strengths can be as high as 400 N/mm 2. The factors determining the distance between rebars and the required concrete cover are fiber size and the largest grains contained in the matrix. Both factors must be optimized in the slender structures enabled by CRC. For this reason, a mortar composition is normally used for CRC, as well as fibers with a length of 12 mm and a diameter of 0.4 mm. In most applications, the design includes a concrete cover of 10 to 15 mm and a similar spacing of individual rebars. Its high fiber content makes CRC particularly suitable for applications in the precast industry. In precast elements, the fiber content will typically vary from 2 to 4 vol.% (from 150 to 300 kg/m 3 ). However, to fill joints between elements consisting of conventional concrete, cast-in-situ concrete with 6 vol.% of fibers (i.e. 475 kg of fibers per m 3 ) has also been produced. An example of a typical joint is shown in Fig. 2 and Fig. 3 [4, 5]. Fig. 2 shows the joint before casting, Fig. 3 shows the testing of the joint. In this case, the failure occurs away from the joint in the conventional concrete. This shows that the concretefilled joint is the beam component with the highest strength even with a very short overlap. This product a Gebrauchszustand große Risse auftreten. Die Eigenschaften variieren je nach Faseranteil und Art des eingesetzten Zuschlags. Für die meisten Anwendungen wird ein typischer Quarzsand eingesetzt. Das Aushärten des Betons findet bei Umgebungstemperatur statt. So werden Druckfestigkeiten von ca. 150 N/mm 2 erreicht. Zur Erzielung höherer Festigkeiten müssen spezielle Zuschläge verwendet werden (z. B. Bauxit), in Verbindung mit einer Wärmebehandlung des Betons können dann Festigkeiten von bis zu 400 N/mm 2 erreicht werden. Maßgebliche Faktoren für die Abstände der Bewehrungsstäbe und die erforderliche Betondeckung sind die Fasergröße und das Größtkorn der Matrix. Beide Parameter müssen bei der schlanken Bauweise optimiert werden, die durch den Einsatz von CRC ermöglicht wird. Aus diesem Grund werden für CRC üblicherweise eine Mörtelrezeptur und Fasern in einer Länge von 12 mm mit einem Durchmesser von 0,4 mm eingesetzt. In den meisten Anwendungsfällen plant man eine Betondeckung von 10 bis 15 mm und einen ähnlichen Abstand zwischen den einzelnen Bewehrungsstäben. Durch seinen hohen Faseranteil ist CRC besonders für den Einsatz in der Fertigteilindustrie geeignet. Bei Fertigteilen liegt der Fasergehalt in der Regel zwischen 2 und 4 Vol.-% (d. h. zwischen 150 und 300 kg/m 3 ). Für die Verfüllung von Fugen zwischen Elementen aus herkömmlichem Beton wurden jedoch auch schon Ortbetone mit 6 Vol.-% Faseranteil (475 kg Fasern pro m 3 ) hergestellt. Ein Beispiel einer typischen Fuge ist in Abb. 2 und Abb. 3 dargestellt [4, 5]. Abb. 2 zeigt die Fuge vor dem Einbringen des Betons, Abb. 3 die Prüfung der Fuge. In diesem Fall tritt das Versagen an einem von der Fuge entfernten Punkt im konventionellen Beton auf. Dies zeigt, dass selbst bei der sehr geringen Überlappung die ausbetonierte Fuge das Trägerteil mit der höchsten Festigkeit ist. Das hier verwendete Produkt ein Trockenmörtel ist unter dem Namen CRC JointCast eingeführt und wurde kürzlich bei mehreren Brückenbauprojekten eingesetzt. Bei einem dieser Bauvorhaben wurde an eine bestehende Brücke eine zusätzliche Fahrspur angebaut. Bei einem weiteren Projekt wurde in sehr kurzer Bauzeit ein neuer Überbau realisiert. CRC JointCast wurde zur Verbindung der Brückenplatten eingesetzt, sodass die Brücke nur wenige Tage nach dem Vergießen der Fugen wieder für die Nutzung freigegeben werden konnte. Fig. 2 Joint between two concrete beams with 80 mm overlap between 12-mm bars. Abb. 2 Fuge zwischen zwei Betonträgern mit 80 mm Überlappung von 12-mm-Stäben. Fig. 3 Joint tested in 3-point flexural bending. Failure occurs in the conventional concrete. Abb. 3 Prüfung der Fuge im Dreipunkt-Biegeversuch. Das Versagen tritt im herkömmlichen Beton auf. 19

3 Empfehlungen, die die Eigenschaften von Hochleistungs-Faserbeton berücksichtigen, wurden zwar veröffentlicht [6], galten jedoch sicher noch nicht, als CRC Ende der 1980er-Jahre entwickelt wurde. Damals war es somit erforderlich, die Eigenschaften des Baustoffs vor der Erwägung eines Einsatzes für konstruktive Anwendungen ausführlich zu dokumentieren. Daher war CRC auch Gegenstand einer Reihe von Forschungsvorhaben. In diesen Projekten wurden die mechanischen Eigenschaften, die Dauerhaftigkeit und der Feuerwiderstand untersucht Eigenschaften, die für die schlanken Konstruktionen mit Einsatz von CRC von immer größerer Bedeutung sind [7 10]. Fig. 4 A spiral staircase with cantilevered steps made of CRC. Abb. 4 Eine Wendeltreppe mit Kragstufen, hergestellt aus CRC. dry mortar is called CRC JointCast and has recently been used in a few bridge projects. In one of these projects,an extra lane was added to an existing bridge. In another, a new superstructure was erected in a very short period. CRC JointCast was used to connect the bridge slabs so that the bridge could be used again only a few days after the joints were cast. Although recommendations that take the properties of FRHPC into account have been published in the meantime [6], they were certainly not applicable when CRC had been developed in the late 1980s. As a result, it was therefore necessary, back then, to thoroughly document the properties of CRC before the material could be considered for structural applications. For this reason, CRC has been the subject of a number of research projects. These projects have investigated its mechanical characteristics, durability and fire resistance properties that are increasingly important for the slender structures designed in CRC [7 10]. Structural applications Due to its high strength and ductility, CRC had originally been designed for applications in heavily loaded structures such as long-span bridges, structures exposed to seismic loads or columns in high-rise buildings. While CRC does have properties that could eventually lead to applications in those areas, it was initially used for simpler structural elements such as drain covers, staircases and balcony slabs. These types of structural elements are secondary structures and not as critical to the building as beams and columns. The design of the elements is based on results of structural member tests and conventional design methods. If required, it is possible to carry out a full-scale test of a staircase or a balcony slab. In these elements, the advantages of CRC, such as its high strength, durability and good fire resistance, are utilized to produce very slender and lightweight elements as shown in Fig. 1 and Fig. 4. This has attracted interest especially from architects as Konstruktive Anwendungen Wegen seiner hohen Festigkeit und Duktilität wurde CRC ursprünglich für den Einsatz in Konstruktionen ausgelegt, die hohe Lasten aufnehmen müssen, z. B. weit gespannte Brücken, Bauwerke unter Erdbebenbeanspruchung oder Stützen in Hochhäusern. CRC weist zwar Eigenschaften auf, die schließlich zu seiner Anwendung auf diesen Gebieten führen könnten, wurde jedoch zunächst für einfachere konstruktive Bauteile eingesetzt, beispielsweise für Kanaldeckel, Treppen oder Balkonplatten. Diese Bauteile stellen Sekundärkonstruktionen dar und sind für die Standsicherheit des Gebäudes von geringerer Bedeutung als Träger oder Stützen. Die Bemessung der Elemente beruht hierbei auf Ergebnissen aus Bauteilversuchen und herkömmlichen Bemessungsverfahren. Bei Bedarf kann für eine Treppe oder Balkonplatte eine umfassende Prüfung durchgeführt werden. Bei den genannten Bauteilen werden die Vorteile von CRC wie hohe Festigkeit und Dauerhaftigkeit sowie guter Feuerwiderstand zur Herstellung von sehr schlanken und leichten Elementen genutzt, wie sie in Abb. 1 und Abb. 4 dargestellt sind. Dies hat insbesondere das Interesse von Architekten geweckt, da CRC-Bauteile neben Stahl und herkömmlichem Beton eine dritte Option für die Baustoffauswahl bieten. Mit dessen Einsatz können Planer einige Einschränkungen überwinden, denen sie beim Entwerfen mit Stahl oder Beton unterworfen sind. So können Elemente hergestellt werden, die im Vergleich zu konventionellen Betonbauteilen ein deutlich eleganteres Erscheinungsbild zeigen. Im Jahr 2003 wurde CRC in Dänemark für die Fertigung von t konstruktiver Bauteile verwendet. Im Jahr 2007 stieg diese Menge auf t. Wie bereits erwähnt, wird der Baustoff überwiegend für Balkonplatten und Treppen eingesetzt diese Elemente wurden vor zehn Jahren eingeführt. Jedoch kommt CRC nach einem kürzlich abgeschlossenen Forschungsprojekt von Hi-Con zur Anwendung bei schlanken Stützen [11] nun auch für Träger und Stützen zum Einsatz. In regelmäßigen Abständen werden neue Varianten von Treppen und Balkonplatten auf den Markt gebracht. Einer Herausforderung stellt man sich beispielsweise auch in einem Forschungsprojekt, das von Hi-Con gemeinsam mit den dänischen Unternehmen Cowi und Haucon sowie dem deutschen Hersteller Schöck Bauteile durchgeführt wird: In Dänemark gibt es ein recht erfolgreiches Bausystem, bei dem die Balkonplatten mit Laschen gefertigt werden. Diese Laschen sind an den Platten verschraubt, wobei zur Verhinderung der Entstehung einer Wärmebrücke über und unter der Lasche 20

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5 CRC elements provide a third option apart from steel and conventional concrete. By specifying CRC, some of the constraints architects or engineers are faced with when designing with steel or concrete can be overcome. As a result, elements can be manufactured that are much more graceful than conventional concrete products. In 2003, CRC was used to produce 2,500 tons of structural elements in Denmark. In 2007, this figure had increased to 8,000 tons. As mentioned above, the material is mainly used for balcony slabs and staircases these elements were introduced ten years ago. However, following the recent completion of a research project conducted by Hi-Con on the use of slender columns [11], CRC is also increasingly being used for beams and columns. At regular intervals, new designs of staircases and balcony slabs are introduced. One challenge is being dealt with in a research project conducted jointly by Hi-Con, the Danish companies Cowi and Haucon and the German supplier Schöck Bauteile. In Denmark, a system is used quite successfully in which the balcony slab is produced with flaps. These flaps are bolted to the deck slabs with an insulation layer fitted above and below the flap to prevent a thermal bridge. This very simple system is easy to produce and easy to install. In an effort to develop this system further and to include a thermal break in the flap itself to improve thermal and acoustic properties, a special thermal breaker suitable for the CRC elements is currently being developed. A slab being tested is shown in Fig. 5 and Fig. 6. One option to expand the market for CRC is to identify new applications and new products. Another approach could be to find application opportunities in other countries because almost all previous projects using this material have been realized in Denmark. There have been a few applications in Scandinavia and England where CRC was used yet the elements were always produced by Hi-Con. This is a feasible solution as long as only a few special projects are being implemented. The next step, however, is for a suitable local precast producer to start up production of CRC. eine Dämmung angebracht ist. Dieses sehr einfache System kann problemlos gefertigt und eingebaut werden. Zur Weiterentwicklung dieses Systems und zur Schaffung einer thermischen Trennung in der Lasche selbst (zur Verbesserung der Wärme- und Schalldämmeigenschaften) wird gegenwärtig eine spezielle, für CRC- Bauteile geeignete Wärmedämmung entwickelt. Eine Versuchen unterzogene Platte ist in Abb. 5 und Abb. 6 dargestellt. Eine Möglichkeit, den Markt für CRC zu vergrößern, besteht in der Ermittlung neuer Anwendungen und Produkte. Weiterhin könnten Einsatzmöglichkeiten in anderen Ländern lokalisiert werden, denn bisher wurden nahezu alle Projekte mit diesem Material in Dänemark realisiert. In einigen Fällen wurde CRC in Skandinavien und England eingesetzt, die Elemente wurden dabei allerdings immer von Hi-Con gefertigt. Diese Lösung ist praktikabel, solange nur eine kleine Anzahl von Sonderprojekten ausgeführt wird. Der nächste Schritt jedoch ist die Aufnahme der Produktion von CRC durch einen geeigneten Fertigteilhersteller vor Ort. Produktion In Dänemark wird CRC von vier Fertigteilherstellern produziert. Das größte dieser Unternehmen die Hi-Con A/S hat etwas mehr als 70 % Marktanteil und produziert ausschließlich CRC (siehe Abb. 7). Alle Hersteller setzen für CRC eine ähnliche Rezeptur ein: CRC-Zement kg Sand 0 5 mm kg Wasser kg Stahlfasern kg Sie verwenden Sand aus in der Nähe befindlichen Lagerstätten. Die unterschiedlichen Stahlfaseranteile hängen von der jeweiligen Anwendung ab, für die der Beton eingesetzt wird. Keines der Unternehmen nutzt spezielle Erhärtungs- oder Mischverfahren. Ein herkömmlicher Zwangsmischer kann zwar eingesetzt werden, muss jedoch relativ leistungsstark sein, da der Beton aufgrund Fig. 5 Balcony slab supported by flaps bolted to a support. The load applied at this point of the test is 6.5 tons. The thermal insulation a Schöck Isokorb is highlighted in white on the flap. Abb. 5 Balkonplatte mit Abstützung durch Laschen, die an einer Stütze verschraubt sind. Zu diesem Zeitpunkt liegt die im Versuch aufgebrachte Last bei 6,5 t. Die Wärmedäämmung ein Schöck-Isokorb ist auf der Lasche weiß markiert. Fig. 6 Tests at the testing facility of the German manufacturer Schöck. The slab and the Isokorb were subjected to breaking tests in order to determine their behavior under loads slightly below the failure limit. Abb. 6 Prüfung in der Versuchseinrichtung des deutschen Herstellers Schöck. Die Platte und der Isokorb wurden Bruchversuchen unterzogen, um das Verhalten bei einwirkenden Lasten knapp unter der Versagensgrenze zu ermitteln. 22

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7 ion In Denmark, there are four precast producers making CRC. The largest of these Hi-Con A/S (see Fig. 7) has slightly more than 70% market share and produces only CRC. All producers use a similar CRC mix design: CRC cement kg Sand 0 5 mm 1,300 1,350 kg Water kg Steel fibers kg They use a type of sand that is available locally. The variation in the steel fiber content depends on the type of application the mix is to be used for. None of the producers uses special curing or mixing methods. While a normal pan mixer can be used, it should be relatively powerful as the mix can easily stick to the wall due to its high microsilica content in the cement and the low w/c ratio. Also, immediately after feeding the fibers into the mixer, there is some resistance until an uniform fiber distribution has been achieved. This is one of the reasons why a mixing time of 8 minutes is used in the production of CRC. While the mix is almost self-leveling at least with fiber ratios from 2 to 3% vibration is always used to compact CRC. Due to the slender elements that can be produced using CRC, architects have played around with the different types of design in the first few years. Recently, however, there have been more and more requests to produce colored CRC in addition to the normal gray CRC shown in Fig. 1. The dark CRC is relatively easy to produce as the pigment is just added to the mix an example is shown in Fig. 8. For white CRC, this process is slightly more complex. By replacing the normal microsilica used in CRC with a white microsilica, it is also possible to produce a white CRC with the same properties as the gray material. Examples are shown in Figs. 8, 9 and 10. In all cases, a normal quartz sand has been used so that the finished product appears very light rather than white. For about 70% of the CRC produced, regular steel fibers are used, which means that they corrode on the surface of the elements. For the white elements, stainless steel fibers are therefore typically used. Due to the need Fig. 7 Picture taken inside the new production facility of Hi-Con, Hjallerup (Denmark). Abb. 7 Aufnahme aus der neuen Produktionsanlage von Hi-Con in Hjallerup, Dänemark. des hohen Microsilicagehaltes des Zements und des niedrigen w/z-wertes leicht an der Wandung anhaften kann. Darüber hinaus entsteht unmittelbar nach der Beschickung des Mischers mit den Fasern ein gewisser Widerstand, bis diese sich gleichmäßig verteilt haben. Dies ist einer der Gründe für die bei der CRC-Herstellung erforderliche Mischdauer von 8 Minuten. Der Beton ist zwar nahezu selbstnivellierend zumindest bei einem Faseranteil von 2 bis 3 % jedoch erfolgt die Verdichtung des CRC stets im Rüttelverfahren. Für die schlanken Bauteile, die aus CRC gefertigt werden können, hatten die Architekten in den frühen Jahren der Anwendung verschiedenste Entwurfskonzepte realisiert. Jedoch gab es in jüngster Zeit eine zunehmende Nachfrage nach der Herstellung von eingefärbtem Beton zusätzlich zum normalen grauen CRC, wie er in Abb. 1 dargestellt ist. Dunkler CRC kann relativ einfach produziert werden, da das Pigment dem Gemenge zugesetzt wird ein Beispiel findet sich in Abb. 8. Bei weißem CRC ist der Prozess jedoch etwas aufwändiger. Durch Aus- Fig. 9 White CRC balconies, where corner balconies are partly supported by CRC columns. Abb. 9 Weiße CRC-Balkonplatten die Eckbalkone werden teilweise von CRC-Stützen getragen. Fig. 8 Balcony slabs produced in dark CRC. Abb. 8 Balkonplatten aus dunklem CRC. 24

8 Produkt 1 for making a special mix with white microsilica, the white elements are more expensive than the gray design anyway. However, despite the higher price of these products, there is a significant growth in demand for white CRC to be used for special structures, high-profile buildings or offices. Outlook and discussion For the first few CRC applications, a very extensive documentation had to be submitted to the relevant authorities. Since CRC has now been used in a number of projects, a simple overview of the properties is usually sufficient to establish the basis of the design calculations. One of the reasons for this situation is that, as described in the section on production, a standard matrix is invariably used where only the content of steel fibers changes from one project to another, thus providing an effective quality control. Another reason is that the design of CRC structures is established by applying conventional design methods, so that any construction engineer can carry out the design exercise. The tensile strength of the matrix is not taken into account in the ULS design but the fibers ensure ductility, control cracking, and allow a very short anchoring length and closely spaced reinforcement. If shear stresses are below 5 N/mm 2, as is usually the case, they are taken up by the fibers so that no additional shear reinforcement is needed. Other modifications implemented allow for a higher compressive strength or a concrete cover of the reinforcement of 10 to 15 mm in an aggressive environment. This design approach is rather conservative but it is relatively easy, in most applications, to achieve the strength needed even without taking the tensile strength of the matrix into account. For this reason, some of the factors determining the design of the typically slender structures are deformations under service loads and fire resistance. While the failure load of balcony slabs, such as those shown in Fig. 1, Fig. 8 and Fig. 9, may be much higher than actually needed, it is also important to ensure a sufficient degree of stiffness to avoid large long-term deformations tausch des im CRC verwendeten normalen Microsilica gegen ein weißes Mineral kann auch ein weiß gefärbter CRC mit denselben Eigenschaften des grauen Materials hergestellt werden. Beispiele finden sich in Abb. 9, Abb. 10 und Abb. 11. In allen Fällen wurde ein normaler Quarzsand verwendet, sodass das fertige Produkt eher sehr hell als wirklich weiß erscheint. Für etwa 70 % des produzierten CRC werden normale Stahlfasern eingesetzt, was bedeutet, dass diese auf der Außenfläche der Bauteile korrodieren. Bei den weißen Bauteilen werden daher in der Regel Fasern aus Edelstahl eingesetzt. Die weißen Elemente sind ohnehin kostenintensiver als graue Bauteile, da eine spezielle Rezeptur mit weißem Microsilica herzustellen ist. Trotz des höheren Preises dieser Erzeugnisse steigt die Nachfrage nach weißem CRC bei Spezialbauten, Bauwerken von besonderer Bedeutung oder Bürogebäuden erheblich an. Ausblick und Diskussion Für die ersten CRC-Anwendungen musste den zuständigen Behörden eine eher aufwändige Dokumentation vorgelegt werden. Da der Baustoff jedoch mittlerweile bei einer ganzen Reihe von Projekten eingesetzt wurde, ist eine einfache Übersichtsdarstellung der Eigenschaften in der Regel ausreichend für die Erarbeitung der Bemessungsgrundlagen. Einer der Gründe dafür besteht darin, dass stets eine Standardmatrix zum Einsatz kommt, in der sich von Projekt zu Projekt lediglich der Stahlfaseranteil ändert, sodass eine effektive Qualitätskontrolle möglich ist. Ein weiterer Grund liegt darin, dass für die Bemessung von CRC-Bauten herkömmliche Bemessungsverfahren zu Grunde gelegt werden, sodass jeder Bauingenieur die Berechnung durchführen kann. Die Zugfestigkeit der Matrix wird bei der Bemessung für den Grenzzustand der Tragfähigkeit nicht berücksichtigt, jedoch gewährleisten die Fasern eine hohe Duktilität, begrenzen die Rissbildung und ermöglichen eine sehr kurze Verankerungslänge sowie eine in engen Abständen eingebrachte Bewehrung. Wenn Querkraftbeanspruchungen wie es üblicherweise der Fall ist unter 5 N/mm 2 liegen, werden Fig. 11 Staircase in white CRC: Loads are transferred via the steps themselves so that no additional beams are required. No points of support need to be provided on the wall. Abb. 11 Treppe aus weißem CRC: Der Lastabtrag erfolgt über die Stufen selbst, sodass keine zusätzlichen Träger erforderlich sind; an der Wand sind keine Auflagerpunkte notwendig. Fig. 10 Balcony slabs in white CRC. Abb. 10 Balkonplatten aus weißem CRC. 25

9 or uncomfortable vibration, which is quite difficult to achieve with long spans and small thicknesses. International guidelines and recommendations for using fiber-reinforced high-performance concrete are currently being prepared by the fib group TG 8.6 Ultrahigh performance fiber-reinforced concrete. The first meeting of the group was held in Delft in May A draft guideline should be finalized in With the new guidelines, the number of FRHPC applications is expected to increase. However, since any engineer can already design CRC structures based on traditional design methods, it is anticipated that we will see the first applications of CRC in Germany in The initial reference projects in England, Ireland and Scandinavia will pave the way to more applications in those countries as architects become aware of the existing opportunities. Since some projects using FRHPC have already been realized in most of these countries [12], they also have large interest to trying new materials. CRC was invented in 1986, and as such is a relatively old concept, but new applications and new markets are still being developed. It appears as if the production requirements for CRC, which are relatively low-tech compared to those of the new hybrid FRCs, will put CRC in a position where the material will definitely enjoy a market niche for several years to come. This niche will continue to grow as architects realize the options to design more daring and elegant structures. References/Literatur [1] Bache, H. H.: Compact Reinforced Composite, Basic Principles. CBL Report No. 41, Aalborg Portland, 1987, 87 pp. [2] Richard, P.; Cheyrezy, M.H.: Reactive Powder Concretes with High Ductility and MPa Compressive Strength. Concrete Technology: Past, Present and Future, SP-144, American Concrete Institute, Detroit, 1994, pp [3] Resplendino, J.: First Recommendations for Ultra-High-Performance Concretes and Examples of Application. Proceedings of the International Symposium on Ultra High Performance Concrete, Kassel University Press, Kassel, Germany, 2004, pp [4] Aarup, B.: CRC JointCast, a technical note that can be downloaded from the documentation page at [5] Aarup, B.; Jensen, B. C.: Bond Properties of High-Strength Fibre Reinforced Concrete. ACI-publication SP-180, Bond and Development of Reinforcement, 1998 [6] Ultra High Performance Fibre-Reinforced Concretes, Interim Recommendations, January 2002, AFGC/SETRA, France [7] Aarup, B.: CRC a description, a technical note that can be downloaded from the documentation page at [8] Andrade, M. C.; Frias, M.; Aarup, B.: Durability of Ultra-High Strength Concrete: Compact Reinforced Composite. BHP96 Fourth International Symposium on Utilization of High-Strength/ High-Performance Concrete, May 1996, Paris, France [9] Jensen, B. C.; Aarup, B.: Fire resistance of fi bre reinforced silica fume based concrete. BHP96 Fourth International Symposium on Utilization of High-Strength/High-Performance Concrete, May, 1996, Paris, France [10] Juvas, K.; Jumppanen, U.-M.; Aarup, B.: High Performance Concrete at High Temperatures. Proceedings of Nordic Concrete Research Meeting, 3 6 August 1999, Reykjavik, Iceland [11] Rom, L.; Ellegaard, P.; Aarup, B.: Slender CRC Columns, Nordic Concrete Research no. 34, 2 nd issue, 2005, also available for download at the documentation page of [12] Fehling, E., et al.: The Gaertnerplatzbruecke : Design of First Hybrid UHPC-Steel Bridge across the River Fulda in Kassel, Germany. Second International Symposium on Ultra High Performance Concrete, March 5 7, 2008, Kassel, Germany sie von den Fasern aufgenommen, sodass keine zusätzliche Querkraftbewehrung erforderlich ist. Weitere umgesetzte Modifikationen bewirken eine höhere Druckfestigkeit oder eine Betondeckung der Bewehrung von 10 bis 15 mm in aggressiver Umgebung. Diese Art der Bemessung ist eher konservativ, jedoch kann für die meisten Anwendungen die erforderliche Festigkeit selbst ohne Berücksichtigung der Zugfestigkeit des Betons relativ einfach erreicht werden. Zu den Faktoren, die für die Bemessung dieser in der Regel schlanken Bauteile maßgeblich sind, gehören daher Verformungen im Gebrauchszustand und der Feuerwiderstand. Zwar kann die Bruchlast der in den Abb. 1, 8 und 9 dargestellten Balkonplatten weit höher als eigentlich erforderlich sein, jedoch ist auch die Erzielung einer ausreichenden Steifigkeit wichtig, um große dauerhafte Verformungen oder unangenehme Schwingungen zu verhindern, was bei großen Spannweiten und geringen Dicken nicht unbedingt einfach zu realisieren ist. Internationale Richtlinien und Empfehlungen zum Einsatz von Hochleistungs-Faserbeton werden gegenwärtig von der fib-arbeitsgruppe TG 8.6 Faserverstärkter Hochleistungsbeton erarbeitet. Die erste Sitzung der Arbeitsgruppe fand im Mai 2004 in Delft statt, ein Richtlinienentwurf soll 2009 vorliegen. Es wird davon ausgegangen, dass die neuen Richtlinien zu einer größeren Zahl von Anwendungen dieses Betons führen werden. Da jedoch jeder Bauingenieur bereits CRC-Konstruktionen auf Grundlage herkömmlicher Bemessungsverfahren planen kann, wird CRC in Deutschland vermutlich erstmalig im Jahr 2009 eingesetzt. Erste Referenzprojekte in England, Irland und Skandinavien werden den Weg für weitere Anwendungen in diesen Ländern bereiten, sobald die Architekten die bestehenden Chancen erkennen. Da in der Mehrzahl der Länder bereits einige Objekte mit Hochleistungs-Faserbeton umgesetzt wurden [12], gibt es dort auch großes Interesse gegen die Erprobung neuer Baustoffe. CRC wurde im Jahr 1986 erfunden und ist an sich ein relativ altes Konzept, jedoch werden weiterhin neue Anwendungen und Märkte entwickelt. Offenbar führen die im Vergleich zu anderen Materialien wie den neuen Hybrid-Faserbetonen eher auf der Low-Tech -Seite liegenden Anforderungen an die Produktion von CRC auch dazu, dass es für CRC sicher auf Jahre hinaus eine Marktnische gibt. Diese Nische wird weiter wachsen, sobald sich die Architekten des Potenzials bewusst werden, das für den Entwurf gewagterer und eleganterer Konstruktionen besteht. Bendt Aarup, Lars Rom Jensen; Hi-Con, Dänemark 26

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