Betonfasern im Vergleich: Stahl, Kunststoff, Glas und Basalt, auch für Mörtel

Betonfasern sind kurze Fasern aus Stahl, Kunststoff (meist Polypropylen), alkaliresistentem Glas oder Basalt, die beim Mischen gleichmäßig im Beton oder Mörtel verteilt werden und entstehende Risse überbrücken. Mikrofasern (indikativ 0,6–1,0 kg/m³) verhindern frühe Schwindrisse; Makrofasern liefern Resttragfähigkeit und werden aus Kunststoff mit 2–6 kg/m³, aus Stahl mit 25–50 kg/m³ dosiert. Welche Betonfaser passt, entscheiden Belastung, Umgebung und Budget. Die Tabelle weiter unten stellt alle Arten nebeneinander.

Was sind Betonfasern und welche Arten gibt es?

Faserbeton (auch faserbewehrter Beton) ist der Sammelbegriff für Beton, dem beim Mischen lose Fasern zugesetzt werden. Wo konventionelle Bewehrung Zugkräfte an wenigen geplanten Positionen aufnimmt, verteilen sich Fasern als Zehntausende kleiner Bewehrungselemente über die gesamte Betonmasse. Sobald irgendwo ein Riss entsteht, überbrücken die Fasern, die den Riss kreuzen, die Bruchfläche, und der Beton trägt weiter Kraft: die sogenannte Resttragfähigkeit. Diese Resttragfähigkeit wird in Europa mit dem Biegeversuch nach EN 14651 gemessen; die Fasern selbst tragen die CE-Kennzeichnung nach EN 14889-1 (Stahlfasern) oder EN 14889-2 (Polymerfasern). Die EN 14889 gilt ausdrücklich für Fasern in Beton, Mörtel und Einpressmörtel; was auf dem Etikett stehen muss, erklärt der Beitrag EN 14889 und CE-Kennzeichnung.

Über alle Materialien hinweg gibt es eine Zweiteilung, die wichtiger ist als das Material selbst. Mikrofasern (dünn, meist aus Kunststoff) wirken in den ersten Stunden nach dem Betonieren und verhindern plastische Schwindrisse. Makrofasern (dicker und steifer, aus Stahl, Kunststoff oder Basalt) wirken im erhärteten Beton und liefern die konstruktive Resttragfähigkeit. Dieser Artikel ist der Überblick über die vier Materialgruppen; die vollständige Reihe vertiefender Artikel finden Sie in der Themenübersicht Faserbeton.

Betonfaser-Arten lassen sich nach drei Merkmalen einteilen:

• Material: Stahl, Kunststoff (Polypropylen, Polyolefin, seltener PVA), alkaliresistentes Glas und Basalt; daneben Nischenfasern wie Carbon- oder Zellulosefasern.

• Größe: Mikrofasern mit einem Durchmesser unter 0,30 mm (bei Polymerfasern nach EN 14889-2 Klasse Ia monofil, Klasse Ib fibrilliert) und Makrofasern über 0,30 mm (Klasse II).

• Form: gerade, mit Endhaken, gewellt, gedreht oder fibrilliert; die Form bestimmt, wie gut sich die Faser mechanisch in der Matrix verankert.

Das Wirkprinzip im Detail erklärt der Beitrag Wie Faserbewehrung im Beton funktioniert.

Stahlfasern: maximale Resttragfähigkeit für hochbelastete Bauteile

Stahlfaserbeton entsteht durch die Zugabe von etwa 0,3 bis 1 Volumenprozent Stahlfasern, in der Praxis meist 25 bis 50 kg pro m³. Stahlfasern sind steif und stark: High-Tensile-Stahlfasern aus gezogenem Draht erreichen Zugfestigkeiten von 1.345 bis 2.100 N/mm² und verankern sich über ihre Form mechanisch in der Betonmatrix, etwa mit einfachen oder doppelten Endhaken, gewellt oder mit gestauchten Enden. Die MPWG HT+ 50/0.90 mit doppelten Endhaken erreicht 2.100 N/mm². Mit High-Tensile-Fasern liegt die Dosierung oft am unteren Rand dieser Bandbreite oder darunter: Für die MPZG- und MPWG-Fasern nennt das Datenblatt 10–35 kg/m³, abhängig von der Berechnung. Dadurch tragen Stahlfasern schon bei kleinen Rissbreiten erheblich bei und können in vielen Anwendungen die konventionelle Bewehrung ganz oder teilweise ersetzen. Bauteile aus Stahlfaserbeton haben zudem stärkere Ecken und Kanten, einen höheren Verschleißwiderstand und platzen bei Anprall (etwa durch Gabelstapler) weniger ab.

In Deutschland werden tragende Bauteile aus Stahlfaserbeton nach der DAfStb-Richtlinie Stahlfaserbeton bemessen, die die Nachrissbiegezugfestigkeit in Leistungsklassen angibt (etwa L1,2/0,9: ein Wert für kleine, einer für große Verformungen); in Österreich gilt die Richtlinie Faserbeton der Österreichischen Bautechnik Vereinigung (ÖBV, früher ÖVBB).

Der Schwachpunkt von Stahl ist die Korrosion: Fasern nahe der Oberfläche können Rostpünktchen verursachen. Statisch ist das selten ein Problem, weil eine einzelne Faser kein durchgehender Stab ist; für Sichtflächen zählt es jedoch. Typische Anwendungen sind Industrieböden, Montagehallen, Fundamentplatten und Straßensanierungen. Eine High-Tensile-Stahlfaser mit Endhaken wie die MPZG HT+ 35/0.55 ist der gängige Ausgangspunkt; was die Dosierung kostet und bringt, lesen Sie in Stahlfaserbeton: Preis, Dosierung und Anwendungen.

Kunststofffasern für Faserbeton: Mikro- und Makrofasern

Faserbeton mit Kunststofffasern ist die leichte, vollständig korrosionsfreie Variante: Kunststofffasern rosten nicht, sind nicht magnetisch und wiegen mit rund 0,91 g/cm³ weniger als ein Achtel von Stahl (7,85 g/cm³). Bei Kunststofffasern für Beton ist Polypropylen (PP) das mit Abstand am häufigsten eingesetzte Material; daneben gibt es Polyolefin-Mischungen und, für Spezialanwendungen, PVA (Polyvinylalkohol). Die EN 14889-2 unterscheidet Mikrofasern (Klasse Ia und Ib) von konstruktiven Makrofasern (Klasse II); beide Produkte haben völlig unterschiedliche Aufgaben.

Polypropylen-Mikrofasern

Polypropylenfasern in Mikro-Ausführung sind dünn, meist 10 bis 20 mm lang, und werden in relativ geringen Dosierungen zugesetzt: 0,5 bis 1,8 kg pro m³, in der Praxis oft 0,6–1,0 kg/m³. Sie bilden ein feinmaschiges Netzwerk, das den Frischbeton zusammenhält, solange er noch kaum Zugfestigkeit besitzt, und sind damit vor allem gegen frühe (plastische) Schwindrisse wirksam. Der Effekt hängt stark von Durchmesser, Länge, Oberflächenstruktur und Form ab: einfaches Monofilament oder netzförmig fibrilliert, Letzteres etwa für Zementestriche. Promicro ist eine monofile PP-Mikrofaser (12 mm, Klasse Ia nach EN 14889-2), Profib eine fibrillierte Faser (6 und 12 mm) für Zementestriche.

Ein weiterer Effekt: Im Brandfall schmelzen PP-Fasern bei etwa 160–170 °C und hinterlassen feine Kanäle, über die Wasserdampf entweichen kann; das verringert explosive Abplatzungen, etwa im Tunnelbau. Dafür ist allerdings eine deutlich höhere Dosierung nötig als gegen Schwindrisse: Die EN 1992-1-2 nennt für hochfesten Beton mehr als 2 kg/m³ monofile PP-Fasern; maßgeblich sind die Projektvorgaben. Wie Sie frühe Risse auf der Baustelle verhindern, lesen Sie in Schwindrisse im Beton vermeiden.

Kunststoff-Makrofasern

Makrofasern aus Kunststoff sind dicker und steifer und liefern, wie Stahl, Resttragfähigkeit im erhärteten Beton. Die Dosierungen liegen in der Regel zwischen 2 und 6 kg pro m³; die Zugfestigkeit hochwertiger PP-Makrofasern liegt indikativ bei 480–560 MPa. Kunststoff ist korrosionsfrei und leicht, was Transport und Umweltbilanz entlastet. In Berechnungen mit dem niederländischen Umweltkostenindikator MKI lag der Wert mit Kunststofffasern bei einer Fertigteil-Innenwand um 93 % und bei einer Betontreppe um 79 % niedriger als mit konventioneller Bewehrung (siehe MKI-Rechenbeispiel für Fertigteile).

Eine konstruktive Kunststoff-Makrofaser wie TwistR, eine hybride Makrofaser mit gedrehter Struktur für zusätzliche Verankerung, wird in Industrieböden, Hofbefestigungen und Fertigteilen eingesetzt. Eine monofile Polyolefin-Makrofaser wie die Wiking 4050 TR (48 mm, Ø 700 µm, 557 MPa, EN 14889-2 Klasse II) kommt vor allem in rauen Böden und in der Landwirtschaft zum Einsatz. Wann Kunststoff die logische Wahl ist, lesen Sie in Kunststofffaserbeton: Wann ist er die richtige Wahl?

Glasfaserbeton: AR-Glasfasern für dünne Betonteile

Glasfaserbeton verwendet beschichtete Mikro-Glasfasern, die dem Beton eine deutlich höhere Spaltzugfestigkeit verleihen als unbewehrtem Beton. Von Glasfaserbeton im engeren Sinn spricht man bei einem Glasfaseranteil von etwa 2,5 bis 5 Vol.-%; schon ab rund 0,4 Vol.-% verbessern sich Zug- und Schlagfestigkeit. Wichtig: In der basischen Betonmatrix hält nur alkaliresistentes (AR-)Glas mit Zirkoniumdioxid-Anteil dauerhaft stand; Standard-E-Glas degradiert und wird deshalb allenfalls zur kurzfristigen Rissminderung in der Frühphase eingesetzt.

Glasfaser ist nicht korrosiv und interessant, wo hohe Zugfestigkeit bei dünnen Bauteilen gefragt ist. Typische Betonteile aus Glasfaserbeton sind Fassadenplatten, Fensterbänke, Brüstungen, Sichtbetonelemente und dünnwandige Fertigteile; die Wanddicke lässt sich bis auf wenige Millimeter reduzieren. Wie das in der Vorfertigung aussieht, zeigt der Abschnitt Glasfaserbeton für Fassadenpaneele. Im Ortbeton spielen Glasfasern eine Nebenrolle; für Böden und Infrastruktur bleiben Stahl-, Kunststoff- und Basaltfasern die breitere Wahl.

Basaltfaser: mineralisch, leicht und hitzebeständig

Die neueste Ergänzung der Palette: die Basaltfaser, gewonnen aus geschmolzenem Vulkangestein. Das Basaltfilament kombiniert eine sehr hohe Zugfestigkeit (3.000–4.000 MPa) mit geringer Dichte (~2,7 g/cm³, fast dreimal leichter als Stahl), Einsatztemperaturen bis rund 600 °C (indikativ; Herstellerangaben teils höher) und guter Recycelbarkeit. Diese Werte gelten für das Filament; für fertige Faserprodukte, etwa harzgebundene Makrofasern, ist das Datenblatt maßgeblich. Basalt ist nicht korrosiv; allerdings ist es, anders als mitunter behauptet, nicht vollständig alkalibeständig, und die Schlichte oder Beschichtung der Faser bestimmt die Dauerhaftigkeit in der basischen Betonmatrix. Wählen Sie deshalb eine Faser, die speziell für Beton entwickelt wurde.

Basalt gibt es in zwei Größen: als kurze Mikrofaser gegen Schwindrisse (Basalt Chopped, 4 mm; Basalt Roving, 8 und 12 mm; jeweils 0,6–1,0 kg/m³, auch für Mörtel) und als konstruktive Makrofaser (Basalt Wave, 50 mm, Ø 1,2 mm, mit Epoxidharz-Matrix).

Für tragende Aufgaben gibt es eine gewellte Basaltfaser für konstruktive Anwendungen: Das 3D-Wellenprofil der Basalt Wave sorgt für die mechanische Verankerung, die geraden Mineralfasern fehlt. Anwendungen liegen unter anderem bei konstruktiven Böden, Fertigteilen, Spritzbeton und Tunnelkonstruktionen; gerade im Tunnelbau machen Korrosionsfreiheit und Hitzebeständigkeit den Unterschied.

Betonfaser-Arten im Vergleich: Tabelle mit Werten

Die Kerneigenschaften je Betonfaser-Art im Überblick (indikativ, abhängig von Produkt und Datenblatt):

Achten Sie beim Vergleich nicht nur auf die Zugfestigkeit der Faser selbst: Die Leistung im Beton wird durch die Kombination aus Zugfestigkeit, Verankerung (Endhaken, Wellen- oder Drehprofil), Steifigkeit und Dosierung bestimmt. Eine Faser mit geringerer Zugfestigkeit, aber besserer Verankerung kann im EN-14651-Versuch besser abschneiden.

Was die einzelnen Faserarten pro Kilo und pro Kubikmeter Beton kosten, zeigt unsere Preisübersicht Betonfasern: Preise pro kg und pro m³.

Fasern für Mörtel und Estrich: Welche Arten eignen sich?

Für Mörtel und die meisten Estriche eignen sich kurze, dünne Mikrofasern von etwa 4 bis 12 mm Länge: Die Schichten sind oft nur wenige Zentimeter dick und das Größtkorn ist klein; Makrofasern von 35 bis 60 mm Länge lassen sich darin nicht sinnvoll verarbeiten. Diese Mörtelfasern kommen infrage:

• PP-Mikrofaser, monofil (z. B. Promicro, 12 mm): gegen plastische Schwindrisse in Estrich; 0,6–1,0 kg/m³. Für Reparatur- und Putzmörtel wählen Sie kürzere Fasern nach Angabe des Mörtelherstellers.

• PP-Faser, fibrilliert (z. B. Profib, 6 und 12 mm): die klassische Estrichfaser für erdfeuchten Zementestrich; 0,9–1,0 kg/m³.

• Basaltfaser, geschnitten (Basalt Chopped, 4 mm; Basalt Roving, 8 und 12 mm): die mineralische Alternative für Mörtel und Beton; 0,6–1,0 kg/m³.

• AR-Glasfaser (für Mörtel indikativ meist 6 bis 12 mm): für Dünnschicht- und Spachtelmörtel sowie Glasfaserbeton-Fertigteile; E-Glas ist in Zementmörtel nicht dauerhaft beständig.

• PVA- und Zellulosefasern: vor allem in Werktrockenmörteln und Spezialmörteln. Tierhaare und Stroh waren die historischen Vorläufer in Putzmörteln.

Die Dosierung bezieht sich auf das Frischmörtelvolumen: 1,0 kg/m³ entspricht 1 g Fasern pro Liter Mörtel. Enthält ein Werktrockenmörtel bereits Fasern, geben Sie nur nach Freigabe des Herstellers zusätzliche Fasern zu. Wie Schwindfasern im Estrich wirken und wie viel Sie für eine Fläche brauchen, zeigt der Beitrag Schwindfasern im Zementestrich.

Hybride Faserlösungen: Typen kombinieren

In der Praxis werden Fasertypen auch kombiniert. Eine häufig eingesetzte Kombination ist Makrofaser plus Mikrofaser: Die Makrofaser (Stahl oder Kunststoff) liefert die Resttragfähigkeit im erhärteten Beton, die Mikrofaser deckt die plastische Schwindphase in den ersten Stunden ab. Auch Stahlfasern zusammen mit Kunststofffasern kommen bei schweren, dynamisch belasteten Bauteilen vor: die Festigkeit von Stahl für mechanische Belastung, ergänzt durch die Schwindrissbeherrschung von Kunststoff. Daneben gibt es hybride Makrofasern, bei denen ein Produkt mehrere Wirkprinzipien vereint. Rechnen Sie bei hybriden Lösungen die Dosierung je Komponente getrennt durch: Die praktischen Dosierungsrichtlinien für Betonfasern liefern dafür die Bandbreiten je Fasertyp.

Welche Betonfaser passt zu Ihrem Projekt?

Es gibt keine „beste“ Betonfaser im allgemeinen Sinne: Die richtige Wahl folgt aus Belastung, Umgebung und Budget. Als Faustregel:

• Schwer und dynamisch belastet (hohe Punktlasten, Gabelstapler, Regallager): Stahlfaser.

• Korrosionsgefährdete oder chemisch belastete Umgebung (Landwirtschaft, Keller, Küste): Kunststoff-Makrofaser oder Basaltfaser.

• Nur Schwindrissbeherrschung in der Frischphase: PP-Mikrofaser, gegebenenfalls neben einer Makrofaser.

• Hitze, Tunnel oder Unterwasserarbeiten: Basaltfaser.

• Dünne Fertigteile mit hoher Zugfestigkeitsanforderung: AR-Glasfaser.

• Mörtel, Estrich und dünne Schichten: kurze Mikrofasern aus PP, Basalt oder AR-Glas.

Die Abwägung zwischen den beiden größten Kandidaten behandeln wir separat in Stahlfasern versus Kunststoff-Makrofasern. Dort vergleichen wir beide bei Leistung, Preis und Umweltkosten. Schwanken Sie zwischen Lieferanten oder Spezifikationen, lesen Sie auch Worauf Sie bei der Wahl eines Lieferanten für Faserbewehrung achten.

Ein wichtiger Vorbehalt: Fasern ersetzen konventionelle Bewehrung nicht immer vollständig. Bei konstruktiven Bauteilen gehört eine Berechnung durch den Tragwerksplaner dazu, der anhand der Leistungsklassen nach DAfStb-Richtlinie (Deutschland) bzw. der Restfestigkeitsklassen aus dem EN-14651-Biegeversuch bestimmt, welcher Teil der Bewehrung entfällt. Sie möchten schnell eine erste Orientierung? Der Produktberater übersetzt Ihre Anwendung in wenigen Schritten in einen Fasertyp, und das vollständige Betonfaser-Sortiment zeigt je Produkt die Spezifikationen und Datenblätter.