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Spannglied und Verfahren zum Vorspannen von Beton und
Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf das Vorspannen von Betonkonstruktionen und insbesondere auf ein verbessertes Spannglied zum Vorspannen von Beton, bestehend aus einem die Bewehrung aufnehmenden Füllstoff, der bei gewöhnlicher Temperatur starr ist und an der Bewehrung fest haftet ; sie bezieht sich weiters auf ein Verfahren zur Herstellung dieses Spanngliedes und auf die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung eines Spannbetonbauelementes.
Nach einem bekannten Verfahren zum Spannen der Bewehrung von Stahlbetonbauteilen werden die Stahleinlagen mit einem Stoff umhüllt, der bei gewöhnlicher Temperatur starr ist und sowohl am Beton als auch am Stahl fest haftet, der aberbei Erwärmung der Stahleinlagen zum Zwecke des Spannens weich wird und eine Ausdehnung der Stahleinlage gestattet. Die Umhüllung kann beispielsweise aus Blei, einer Blei-, Zinn-, Wismut oder sonstigen Legierung, einem harten Bitumen, Kunstharz, Schwefel od. dgl. bestehen. Der verwendete Stoff muss im Normalzustand so hart sein und so fest am Beton und Stahl haften, dass er in der Lage ist, die in die Stahleinlage eingeleitete Spannung auf den Beton zu übertragen. Die Schmelztemperatur des Umhüllungsstoffes kann zwischen 100 und 3000 C liegen.
Damit erreicht man eine Spannung, wie sie nach den heutigen Erkenntnissen auf dem Gebiete des vorgespannten Betons vollkommen unzureichend ist.
Zur Ausübung einer Vorspannkraftauf Betonbauelemente werden gewöhnlich Spannglieder verwendet, die aus einer Anzahl von zu Gruppen zusammengefassten Drähten von hoher Zugfestigkeit bestehen. Solche Spannglieder werden gewöhnlich in offene Fugenspalte oder in geschlossene Gleitkanäle eingelegt, die später mit Zementschlämme gefüllt werden.
Durch die Vergrösserung der Zahl der jedes einzelne Spannglied bildenden Drähte lassen sich gewisse Vorteile erzielen. Beispielsweise sind die Ummantelungskosten einer Anzahl von Spanngliedern, von denen jedes eine grosse Anzahl von Drähten aufweist, geringer als die Kosten der Ummantelung der gleichen Anzahl von Drähten, die in einer grösseren Anzahl kleiner Spannglieder eingeschlossen sind. Ferner können im allgemeinen Drähte mit kleinerem Durchmesser aus Stahl von höherer Zugfestigkeit hergestellt werden als Drähte von grösserem Durchmesser, so dass bei einer gegebenen Stahlquerschnittsfläche ein aus einer grossen Anzahl von Drähten kleineren Durchmessers gebildetes Spannglied eine grössere Zugkraft aus- übt als ein Spannglied, das aus einer kleineren Anzahl von Drähten von grösserem Durchmesser hergestellt ist.
Der Nachteil der Verwendung einer grösseren Zahl von Drähten in einem einzigen Spannglied besteht in der Schwierigkeit, diese Drähte gegen Korrosion zu schützen und sicherzustellen, dass die Zugkraft in den Innendrähten im Spannglied durch die Verankerung auf das vorzuspannende Betonbauelement übertragen wird, da bei einer grösseren Anzahl, von Drähten, die durch Reibung gehalten werden, die Gefahr besteht, dass die Innendrähte im Spannglied schlupfen.
Das übliche Verfahren zum Schutz der Drähte gegen Korrosion sowie zur haftenden Verbindung der Drähte miteinander und mit der Wandung des Fugenspaltes oder Gleitkanals besteht darin, eine Schlempe aus einem Gemisch von Zement, beispielsweise Portlandzement, und Wasser unter Druck in die Zwischenräume zwischen den gesonderten Drähten des Spanngliedes und zwischen dem Spannglied und der Wandung des Gleitkanals oder Fugenspalte zu injizieren. Dies geschah bisher immer nach dem Festmachen des Spanngliedes im Betonbauelement und fast unveränderlich, nachdem das Kabel gespannt worden war.
Es ist gewöhnlich nur möglich, die Schlempe von jedem Ende des Betonteiles zu injizieren und solange die Zahl der Drähte so gering ist, dass sie in Form eines einzigen Ringes angeordnet werden können, so dass sie
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einen axialen Kanal zwischen sich bilden, ist es sehr einfach, die Schlempe zu injizieren. Wenn mehr Drähte verwendet werden, als in Form eines einzigen Ringes in einem Spannglied von einem gegebenen Durchmesser angeordnet werden können, sind die Zwischenräume zwischen den Drähten sehr klein, so dass es schwierig ist, die Schlempe zwischen den Drähten und um alle Drähte herum über die volle Länge des Spanngliedes zum Eindringen zu bringen, so dass die Wahrscheinlichkeit besteht, dass viele der Drähte an Teilen ihrer Oberfläche ungeschützt bleiben und nicht haftend verbunden sind.
Aufgabe der Erfindung ist, diesen Nachteil weitgehend zu beseitigen.
Das erfindungsgemässe Spannglied ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrung durch eine Anzahl Drähte, die sich im geringen Abstand voneinander befinden und sich in Längsrichtung des Spanngliedes erstrecken, gebildet und als Füllstoff ein härtbares, Teilchenform aufweisendes Schüttmaterial inungehär- tetem Zustand vorgesehen ist, das die Zwischenräume zwischen den Drähten einnimmt. Es wird so herge- gestellt, dass die Drähte durch einen Vibrationskasten geführt werden, der das härtbare Schüttmaterial in Pulverform enthält, und die Drähte dadurch haftend miteinander verbunden werden, dass ein Band um den Körper aus Drähten gewickelt wird.
Mit diesem Spannglied wird zum Vorspannen von Beton gemäss der Erfindung so verfahren, dass in einem Betonbauelement od. dgl. ein Gleitkanal gebildet wird, in diesem Kanal das Spannglied angeordnet wird, das härtbare Schüttmaterial zum Härten gebracht und das Spannglied mit der Wandung des Kanals festhaftend verbunden wird. Vorteilhaft wird trockener Zement oder ein trockenes Gemisch aus Zement und Sand als Schüttmaterial verwendet, da ein solches Schüttmaterial leicht an den Orten zur Verfügung steht, an denen Spannbetonbauelemente hergestellt werden. Das Spannglied kann im Betonteil festgemacht werden, solange der Zement oder das Gemisch aus Zement und Sand noch trocken ist. In den Fällen, in welchen nun die Gefahr der Korrosion der Drähte durch Feuchtigkeit besteht, kann das Schüttmaterial trocken gelassen werden.
Wenn später dann Feuchtigkeit in das Kabel eindringt, verbindet sie sich mit dem Zement oder dem Gemisch aus Zement und Sand, so dass dieses abbindet und einen undurchlässigen Schutz in der gleichen Weise bildet, wie wenn die Räume zwischen den Drähten mit Schlempe gefüllt wordenwären. Wenn die Füllung trocken gelassen wird, besteht jedoch keine Sicherheit, dass eine haftende Verbindung zwischen den Drähten des Spanngliedes entsteht.
Gegebenenfalls kann ein schmaler Durchlass innerhalb oder um die Gruppe der das Spannglied bildenden Drähte gelassen werden, der sich über dessen volle Länge erstreckt. Nachdem das Spannglied eingesetzt worden ist, kann in diesen Durchlass entweder Wasser oder eine sehr dünne Schlempe aus einem Gemisch von Zement mit einem grossen Anteil Wasser injiziert werden. Das Wasser oder die sehr dünne Schlempe tritt durch den Durchlass hindurch und benetzt das trockene Schüttmaterial besser und leichter als ein normales dickes Schlempegemisch zwischen die Drähte eindringt.
Das Wasser vereinigt sich mit dem Schüttmaterial, so dass dieses abbindet. Wenn Wasser allein injiziert wird, können die Enden des Durchlasses nach Abschluss der Wasserinjektion durch einen Mörtelpfropfen abgeschlossen werden. Gegebenenfalls kann durch Injektion einer dünnen Schlempe oder durch nachfolgende Injektion von Schlempe in den Durchlass nach der Injektion von Wasser eine vollständige Füllung des Durchlasses erzielt werden. Das Wasser oder die Schlempe kann in den Durchlass im Spannglied zu irgendeinem Zeitpunkt, nachdem dieses festgemacht worden ist, und entweder vor oder nach dem Spannen injiziert werden.
Es ist dabei wichtig, dass das Schüttmaterial nicht erhärtet, bevor sich das Spannglied in seiner endgültigen Stellung im Betonteil befindet, da, wenn das Schüttmaterial sich einmal erhärtet hat, das Spannglied eine solche Steifigkeit haben würde, dass es sich nicht mehr leicht in die erforderliche Lage biegen lässt. Wenn es sich einmal in dieser Lage befindet, ist jedoch die Krümmungsver- änderung, die als Folge des Spannens des Spanngliedes auftritt, sehr geringfügig und bedeutet die Steifigkeit des Spanngliedes dann keinen Nachteil mehr.
Die Füllung der Zwischenräume zwischen den Drähten im Spannglied hält diese starr in ihrer Lage zueinander, unabhängig davon, ob das Schüttmaterial sich erhärtet hat oder nicht, vorausgesetzt, dass das Spannglied mit einem Umhüllungsmaterial von beträchtlicher Zugfestigkeit umwickelt worden ist, damit sich die Drähte nicht voneinander trennen.
Dies ermöglicht auch, dass die Gruppe von Drähten erfasst und an ihren Enden durch die Reibungswirkung von auf das Spannglied als Ganzes wirkenden Querkräften verankert werden kann. Diese Querkräfte werden auf die Innendrähte im Spannglied durch das Schüttmaterial übertragen, das zweckmässig ausser- ordentlich hart und mit einem hohen Reibungskoeffizienten an den Drähten gewählt wird, so dass unter dem Einfluss der Querkraftverankerung eine beträchtliche Reibungskraft in Längsrichtung an den Innendrähten im Spannglied erzeugt wird. Ein solches Schüttmaterial ist Tonerdezement.
Damit sich der Griff des
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Schüttmaterials möglichst gut entwickeln kann. ist es zweckmässig, dass das Schüttmaterial vollständig erhärtet ist, bevor die Querverankerungskraft auf die Aussenseite des Spanngliedes ausgeübt wird, so dass eine Haftung zusätzlich zur Reibung wirksam ist.
Wenn ein hydraulisches Bindemittel, z. B. Portlandzement oder ein Gemisch aus diesem Zement und Sand als Schüttmaterial verwendet wird, treten insofern Schwierigkeiten auf, als das vom Schüttmaterial in feuchtem Zustand eingenommene Volumen kleiner sein kann als wenn es trocken ist. Dies ist durch die als Schwellung bekannte Erscheinung bedingt. Es findet daher, wenn Wasser in den Zement oder in das Gemisch aus Zement und Sand injiziert wird, eine geringfügige Schrumpfung statt, so dass die Zwischenräume zwischen den Drähten des Spanngliedes nicht mehr vollständig gefüllt sind.
Diese Schwierigkeit kann in der einen oder andern nachstehend beschriebenen Weise vermieden werden : a) Jeder Draht im Spannglied kann vollständig von einer Schicht SchUttmaterial umgeben werden, das aus Zement oder aus Zement und Sand besteht, so dass alle Drähte voneinander durch eine geringe Dicke Schüttmaterial getrennt sind.
Da der Anteil des Gesamtquerschnitts des Spanngliedes, der vom Schüttgut eingenommen wird, im allgemeinen nur etwa 15% beträgt, ist die Gesamtschrumpfung klein und reisst das Schüttmaterial nicht von der Oberfläche der Drähte weg, da sich die Drähte infolge der Schrumpfung des Schüttmaterials zwischen ihnen näher zueinander bewegen, besonders wenn die Drähte von einer unter Zug stehenden Bindeumhüllung umgeben sind. b) Das Schüttmaterial kann mit einem Stoff gemischt werden, der beim Abbinden ein Treiben verursacht, beispielsweise mit Aluminiumpulver. Auf diese Weise wird durch die das Spannglied umgebende Umhüllung, wenn eine solche verwendet wird, beim Abbinden des Schüttmaterials eine zusammendrükkende Kraft ausgeübt.
Dies hat eine entsprechende Zusammendrückung in Querrichtung auf die Drähte und das Schlittmaterial zur Folge, wodurch die zwischen den gesonderten Drähten erzeugten Reibungskräfte in Längsrichtung verstärkt werden. c) Das Schüttmaterial kann mit einer Flüssigkeit gemischt werden, die kein Abbinden verursacht, wenn das Schüttmaterial in die Zwischenräume zwischen den Drähten eingebracht wird. Diese Flüssigkeit erleichtert dann die Verdichtung des Schüttmaterials und muss entweder ein flüchtiger Stoff sein, beispielsweise Tetrachlorkohlenstoff, so dass sie aus dem Schüttmaterial verdampft und später Wasser injiziert werden kann, oder sie muss mit Wasser mischbar sein, so dass später Wasser injiziert werden kann, das sich mit der Flüssigkeit vermischt und diese verdrängt.
Für diesen Zweck kann beispielsweise Glyzerin oder Alkohol verwendet werden. d) Das Schüttmaterial kann durch Druck verdichtet werden, beispielsweise dadurch, dass das Spannglied, nachdem das Schüttmaterial in die Zwischenräume zwischen den Drähten eingebracht worden ist, mit einem Bindeblech umwickelt wird, das unter Zug aufgebracht wird. Als Bindeblech kann für diesen Zweck Bandstahl verwendet werden. e) Die Füllung kann einer Vibrationsverdichtung von hoher Frequenz unterzogen werden. f) Der Zement, z. B. Portlandzement, kann mit gröberen Teilchen vermischt werden, so dass die Schrumpfung beim Abbinden verringert wird. Diese Teilchen können inert, z. B. aus Kieselerde oder Grobsand sein, oder sie können Selbsthärtungseigenschaften haben, wie z. B. gröber gemahlene Zementtelleben oder Teilchen aus puzzolanischen Stoffen, wie Flugasche.
Anstatt Zement oder eines Gemisches aus Zement und Sand als Schüttmaterial kann ein beliebiges Schüttmaterial in Pulverform, das bei Zusatz eines Härters erhärtet, verwendet werden. Verschiedene pulverförmige Kunstharze haben diese Eigenschaften und erhärten in Gegenwart eines Härters. Das Abbinden eines solchen Schüttmaterials kann durch Wärme beschleunigt werden, die entweder dadurch zugeführt werden kann, dass das eine Ende oder beide Enden des Spanngliedes nach dem Einsetzen in das Betonbauelement erhitzt werden, derart, dass eine Weiterleitung der Wärme längs des Spanngliedes erfolgt, oder durch Erhitzen des Spanngliedes über seine volle Länge durch Hindurchleiten von elektrischem Strom.
Ein erfindungsgemässes Spannglied kann in vorgespanntem Beton in beliebiger, an sich bekannter Weise verwendet und beispielsweise in eine starre Ummantelung eingesetzt werden, durch die es gegen eine haftende Verbindung mit dem Beton geschützt wird, in welchem es eingegossen wird, oder es kann durch einen vorgeformten Gleitkanal eingezogenwerden. In beiden Fällen kann das Wasser oder die andere Flüssigkeit, die erforderlich ist, um das Abbinden des Schüttmaterials im Spannglied herbeizuführen, langs des Ringraumes zwischen dem Spannglied und seiner Umhüllung oder dem Gleitkanal injiziert werden, wobei die Umhüllung des Spanngliedes ausreichend durchlässig gemacht werden kann, damit das Wasser oder der Härter durch die Drähte des Spanngliedes hindurchtreten kann.
Eine Umhüllung aus Bandstahl mit eng anliegenden Spiralen oder ein Gewebe eignen sich als Umhüllung für den beabsichtigten Zweck. Gegebenenfalls kann das Wasser oder der verwendete Härter in einen Kanal injiziert werden, der in Längs-
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richtung des Spanngliedes selbst gebildet worden ist, beispielsweise dadurch, dass einer der Drähte des Spanngliedes durch eine eng gewundene Spiralfeder ersetzt wird.
Zwischen dem vorangehend beschriebenen Spannglied und der Wandung der starren Ummantelung bzw. des Gleitkanals kann eine haftende Verbindung dadurch erzielt werden, dass in dem Ringraum zwischen dem Spannglied und der Umhüllung oder dem Gleitkanal eine Injektionsmasse, beispielsweise aus Zement und Wasser, injiziert wird. Die Haftung dieser Injektionsmasse am Spannglied kann durch Auf-
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verbessert werden.
Zwei Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt, u. zw. zeigen Fig. l einen Teilquerschnitt durch ein Betonbauelement, in welchem eine Ausfti-ungsform des erfindungsgemässen Spanngliedes angeordnet ist, und Fig. 2 eine ähnliche Schnittansicht, welche eine andere Aus- führungsform des Spanngliedes zeigt.
In Fig. l ist mit l einteilquerschnitt eines Betonbaueleinentej gezeigt, das mit einem sich in Längsrichtung erstreckenden Gleitkanal 2 zur Aufnahme eines Spanngliedes versehen ist.
Innerhalb des Gleitkanals 2 und in Abstand von dessen Wandung ist ein allgemein mit 3 bezeichnetes Spannglied angeordnet. Das Spannglieds wird durch eine Anzahl Drähte 4 von hoher Zugfestigkeit gebildet, die sich in geringem Abstand voneinander befinden oder sich berühren, wobei die Zwischenräume zwischen den Drähten mit trockenem Zement 5 gefüllt werden und das Spannglied mit einer durchlässigen Gewebeumhüllung 6 vervollständigtwird. Die Herstellung des Spanngliedes geschieht in der Weise, dass die Drähte von Vorratshaspel durch einen Vibrationskasten geführt werden, der mit trockenem Zementpulver gefüllt ist, worauf nach dem Austreten der mit Zement überzogenen Drähte aus dem Vibrationskasten die Umhüllung 6 mit Hilfe einer Bandwickelmaschine üblicher Art aufgebracht wird.
Nach dem Einsetzen des Spanngliedes in den Gleitkanal 2 wird Wasser in den Ringraum 7 zwischen der Umfangfläche des Spannglieds und der Wandung des Gleitkanals injiziert. Das Wasser durchdringt die Umhüllung 6 und vermischt sich mit dem Zementpulverüberzug der Drähte 4, so dass durch das nachfolgende Abbinden des Zements die Drähte haftend miteinander verbunden werden. Nachdem das Spannglied unter Spannung gesetzt ist, um den Beton vorzuspannen, wird eine Injektionsmasse aus Zement und Wasser in den Raum 7 injiziert, um das Spannglied mit der Wandung des Gleitkanals 2 haftend zu verbinden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird der Spanngliedaufnahmekanal durch eine starre Ummantelung 8 gebildet, die im Beton la eingebettet ist, während das Spannglied 9 durch eine Anzahl Drähte von hoher Festigkeit gebildet wird, die einen spiralig gewundenen Draht 11 umgeben, welcher einen Mittelkanal bildet, der sich in Längsrichtung des Spanngliedes erstreckt. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind die Zwischenräume zwischen den Drähten 10 mit Zementpulver gefüllt, jedoch sind bei der Ausführungsform nach Fig. 2 die Drähte mit einer Metallbandumhüllung 12 umgeben, die eine undurchlässige Abdeckung für das Spannglied bildet.
Nach dem Einsetzen des Spanngliedes 9 in die starre Ummantelung 8 wird Wasser an dem einen Ende oder an beiden Enden des mittigen durch den Spiraldraht gebildeten Kanals injiziert und hiedurch das Zementpulver angefeuchtet, das dann abbindet und die Drähte 10 miteinander und mit der Umhüllung 12 haftend verbindet.
Sodann wird Zementschlämme zwischen die Umhüllung 12 und der starren Ummantelung 8 injiziert, um das Spannglied mit der letzteren haftend zu verbinden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Spannglied zum Vorspannen von Beton, bestehend aus einem die Bewehrung aufnehmenden Füllstoff, der bei gewöhnlicher Temperatur starr ist und an der Bewehrung fest haftet, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrung durch eine Anzahl Drähte, die sich im geringen Abstand voneinander befinden und sich in Längsrichtung des Spanngliedes erstrecken, gebildet und als Füllstoff ein härtbares, Teilchenform aufweisendes Schüttmaterial in ungehärtetem Zustand vorgesehen ist, das die Zwischenräume zwischen den Drähten einnimmt.