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Verfahren zur Herstellung von vorgespanntem Beton
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von vorgespanntem Beton.
Der Ausdruck "vorgespannter Beton" wird hier allgemein verwendet und bedeutet, dass in einer bewehrten
Betonkonstruktion der Beton unter Druck und die Bewehrungen unter Zug stehen. Dabei ist es gleichgültig, auf welche Weise die Vorspannung erzeugt wurde. Die Vorspannung kann durch"vorangehendes Spannen" erzeugt werden, wobei die Bewehrungen gestreckt oder unter Zug gesetzt werden, bevor der Beton eingebracht wird, oder durch "nachträgliches Spannen", wobei die Bewehrungen gestreckt oder gespannt werden, nachdem der Beton erhärtet ist.
In vielen Fällen ist ein nachträgliches Spannen des Betons dem vorangehenden Spannen vorzuziehen.
Einige der Vorteile des nachträglichen Spannens sind die folgenden : Die Verwendung besonderer Schalungen ist nicht erforderlich, da der Beton im Zeitpunkte des Spannens genügend erhärtet ist, um seine Form unter der vollen Spannkraft beizubehalten. Die Zugbewehrungen können nach beliebigen Kurven gebogen sein, um Druckkräfte im Beton an den gewünschten Stellen zu erzeugen, während vorangehend gespannte Zugbewehrungen im wesentlichen gerade sind. Ein weiterer Vorteil, der sich aus der Vermeidung besonderer Schalungen ergibt, ist der, dass der Spannvorgang direkt am Arbeitsstück ausgeführt werden kann ; daher können wesentlich grössere Platten oder andere Bauteile aus Beton erzeugt werden als dies mit vorangehendem Spannen möglich ist.
Beim nachträglichen Spannen werden die Zugbewehrungen zwischen Punkten in einem gewünschten Muster aufgehängt, und Betonmaterial in seinem plastischen Zustand wird in das Muster eingegossen, um die Zugbewehrungen zu bedecken. Die Zugbewehrungen bilden unter ihrem Eigengewicht Kettenlinien, und durch Änderung der in den aufgehängten Bewehrungen wirksamen Zugkräfte können die von den Bewehrungen eingenommenen Kurven so eingestellt werden, dass die sich ergebenden Druckspannungen im Beton dort gross sind, wo dies mit Rücksicht auf die zu erwartenden äusseren Belastungen erwünscht ist.
Nachdem der Beton in solchem Masse abgebunden hat, dass er den durch das Spannen der Zugbewehrungen hervorgerufenen Beanspruchungen widerstehen kann, wird das eigentliche Spannen durchgeführt. Während diesem Spannen ergibt sich eine Relativbewegung zwischen den Zugbewehrungen und dem Beton, und wenn keine Mittel zur Beseitigung oder beträchtlichen Herabsetzung der Reibung zwischen den Zugbewehrungen und dem Beton vorgesehen sind, kann ein richtiges nachträgliches Spannen nicht durchgeführt werden.
Auch beim vorangehenden Spannen ist es in vielen Fällen erwünscht, eine Verbindung zwischen dem Beton und Teilen der Zugbewehrungen vorübergehend oder dauernd zu verhindern, insbesondere um die sonst entstehenden störenden "Endspannungen" an den Enden der Zugbewehrungen zu vermeiden.
Es sind verschiedene Verfahren bekanntgeworden, um eine Verbindung zwischen dem Beton und wenigstens einem bestimmten Teil einer Zugbewehrung vorübergehend oder dauernd zu verhindern bzw. um die Reibung zwischen dem Beton und der Zugbewehrung herabzusetzen.
So ist es bekannt, ein in den Beton eingegossenes Führungsrohr zu verwenden, durch welches die Zugbewehrung hindurchgezogen wird. Die Zugbewehrung kann dann im Rohr gleiten. Wenn dieses Gleiten später nicht mehr möglich sein muss, wird das Rohr mit Zementbrei od. dgl. gefüllt. Dabei ist es jedoch schwierig, sicherzustellen, dass das Rohr vollständig mit Zementbrei gefüllt ist und die erwünschte Verbindung zwischen der Bewehrung und dem Rohr überall zustande kommt. Wenn im Rohr unerwünschterweise noch Wasser eingeschlossen wird, so hat dies später eine Schwächung und allenfalls Zerstörung
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der Zugbewehrung durch Korrosion zur Folge.
Von anderer Seite wurde vorgeschlagen, die Zugbewehrung einzufetten oder mit Papier od. dgl. zu umhüllen, um die Verbindung zwischen dem Beton und der Zugbewehrung zu verhindern. Dieses Verfah- ren ist nur in jenen Fällen anwendbar, in welchen die Verbindung zwischen Beton und Zugbewehrung dau- ernd verhindert bleiben kann. Dabei besteht immer die Gefahr, dass der Überzug, d. h. das Fett, Papier od. dgl., während des Verlegens der Bewehrung zufällig und unbemerkt stellenweise entfernt wird. Auch bei diesem Verfahren kann leicht um die Zugbewehrung herum Wasser eingeschlossen werden, welches die Zugbewehrung korrodiert und welches auch bei hohen Temperaturen oder bei Frost den Beton beschä- digt.
Weiter ist es bekannt, die Zugbewehrungen mit einem thermoplastischen Stoff zu überziehen, wel- cher durch Erhitzen plastisch gemacht wird, um eine Relativbewegung zwischen dem Beton und der Be- wehrung zu ermöglichen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, relativ kompliziert zu sein, indem beson- dere Heizeinrichtungen verwendet werden müssen. Auch kann mit den meisten thermoplastischen Stoffen im kalten Zustand nur eine ungenügende Verbindung zwischen dem Beton und der Bewehrung erzielt wer- den.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird ein Überzug der Zugbewehrungen aus einer polymer- sierbaren plastischen Masse verwendet, die nach einer gewissen Zeit erhärtet. Auch solche Massen errei- chen kaum die erwünschte Festigkeit und ergeben keine ausreichende Verbindung zwischen dem Beton und der Bewehrung. Zudem müssen bei diesem Verfahren die Bewehrungen rasch verwendet werden, sobald sie überzogen sind, da sonst der Überzug zu früh erhärtet ; dies ist in vielen Fällen sehr nachteilig.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von vorgespanntem Beton, bei welchem wenig- stens eine Zugbewehrung mindestens teilweise mit einem Überzug überzogen und Beton um die Bewehrung gegossen wird, wobei die Bewehrung vor oder nach dem Erhärten des Betons gespannt wird und der Über- zug ein Gleiten der Bewehrung im erhärtenden bzw. erhärteten Beton ermöglicht. Die Erfindung setzt sich zum Ziel, ein solches Verfahren so zu gestalten, dass die erwähnten Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden. Das erfindungsgemässe Verfahren soll zudem äusserst einfach und billig durchführbar sein. Um diese Ziele zu erreichen, ist das erfindungsgemässe Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass ein Überzug der Zugbewehrungen verwendet wird, der einen Betonabbindeverzögerer enthält.
Damit wird erreicht, dass der um die Zugbewehrung herumgegossene Beton in unmittelbarer Nähe der
Zugbewehrung nicht sofort abbindet und erhärtet, sondern mindestens während einer gewissen Zeit plastisch bleibt. Während dieser Zeit, in welcher der übrige Beton schon erhärtet, kann die überzogene Zugbewehrung bzw. der überzogene Teil der Zugbewehrung im Beton frei gleiten. Bei dem erfindungsgemä- ssen Verfahren werden keine Führungsrohre, Zementbrei, Einhüllungen u. dgl. verwendet, so dass kein zusätzliches Fremdmaterial in der Betonkonstruktion verbleibt. Die Gefahr von Wassereinschlüssenbzw. des Eindringens von Wasser längs der Bewehrung ist auf ein Minimum herabgesetzt.
Als Zugbewehrungen können im erfindungsgemässen Verfahren glatte Drähte oder Stangen aus Stahl verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung von Zugbewehrungen in der Form von gedrehten Kabeln, die aus einer Mehrzahl von stangenartigen Gliedern hergestellt sind, wobei der Betonabbindeverzögerer beim Überziehen in die Spalte zwischen diesen Gliedern eindringt.
Es ist klar, dass beim nachträglichen Spannen die ganze Zugbewehrung überzogen sein muss, während beim vorangehenden Spannen vorzugsweise nur die Enden der Zugbewehrung überzogen werden, um den mittleren Teil der Bewehrung von Anfang an fest mit dem Beton zu verbinden.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. l ein schematisches Schaubild einer Betonplatte, die in Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung nachträglich gespannt wurde. Fig. 2 einen Querschnitt durch die Betonplatte mit einer der nachträglich gespannten Zugbewehrungen, Fig. 3 ein Schaubild in grösserem Massstab eines Teiles der verwendeten Zugbewehrung und Fig. 4 einen Querschnitt der Zugbewehrung nach Fig. 3 im Schnitt nach der Linie 4 - 4, nach Aufbringen des Überzuges.
Fig. 1 zeigt eine Betonplatte 10 mit einer Mehrzahl von Gruppen von nachträglich gespannten Zugbewehrungen 11, 12, 13 und 14, die quer durch die Platte verlaufen. Der Abstand und die Anzahl der Zugbewehrungen sind eine Sache der Konstruktion und hängen von den besondern Festigkeitsanforderungen für die in Frage stehende Platte ab. Wie aus Fig. l ersichtlich ist, sind auch längsverlaufende Zugbewehrungen 15 vorgesehen, um die Zugfestigkeit in der Längsrichtung der Platte zu erhöhen. In gewissen Fällen können die Zugbewehrungen unter einem Winkel zwischen Quer-und Längsrichtung verlaufen, um Komponenten der Zugkraft in Quer- und Längsrichtung zu ergeben.
Fig. 2 zeigt eine Zugbewehrung 16 mit freiliegenden Enden 17 und 18. Die Zugbewehrung ist durch
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Endbefestigungen 19 und 20 gehalten und nimmt unter ihrem Eigengewicht eine Kettenlinienform an. Ob- wohl nur eine einfache Kettenlinie dargestellt ist, ist es klar, dass mehrfache Kettenlinien in beliebiger
Anzahl und Richtung gebildet werden können durch Unterstützung der Zugbewehrungen an den gewünsch- ten Stellen.
Nachdem eine oder mehrere Zugbewehrungen 16 in richtiger Weise im gewünschten Muster aufge- hängt sind, wird Beton eingegossen, um die Zugbewehrungen zu überdecken. Das Abbinden des Betons tritt in üblicher Weise ein, mit zugehörigem Schrumpfen desselben, so dass das Kabel 16 normalerweise dicht vom Beton umgeben ist. Dabei muss das Kabel 16 vor der Verbindung mit dem Beton geschützt wer- den, so dass nach dem Abbinden des Betons ein richtiges Spannen der Zugbewehrung stattfinden kann.
Dieses Spannen wird durch Zug an den Enden n und 18 der Zugbewehrung, wie durch die Pfeile angedeu- tet, durchgeführt, wodurch Spannungen in der Platte 10 erhalten werden. Im gewählten Beispiel nach
Fig. 2 besitzen diese Spannungen eine gegen oben gerichtete Komponente als Folge der Kettenlinienform der Zugbewehrung. Diese nach oben gerichtete Komponente ist erwünscht, wenn die Platte 10 als Träger zur Aufnahme von Belastungen auf seiner Oberseite benutzt wird.
Die Zugbewehrung ist vorzugsweise mit besonderer Aussenseite ausgebildet, welche eine nicht zylin- drische Oberfläche aufweist. So weist eine Zugbewehrung in der bevorzugten Ausführung nach den Fig. 3 und 4 eine Mehrzahl stangenartiger Glieder 21,22, 23,24 auf, die vorzugsweise zu einem Kabel zusam- mengewunden sind. Du. : ch diesen Aufbau weist die äussere Oberfläche des Kabels schraubenlinienförmig verlaufende Spalte 25 auf. Das gedrehte Kabel wird mit einem Überzug 26 überzogen, der einen Beton- abbindeverzögerer enthält und der zwischen die Spalte zwischen den stangenartigen Gliedern eindringt.
Diese schraubenlinienförmig verlaufenden Spalte oder Vertiefungen stellen ein wichtiges Merkmal dar, da sie Raum für das Schrumpfen des Betons während des Abbindevorganges ergeben und ein wirksames Ar- beiten des Betonabbindeverzögerers gestatten.
Wenn das überzogene Kabel für einen nachträglichen Spannvorgang verwendet wird, wie in Fig. 2 dargestellt, wird durch das Zusammenziehen oder Schrumpfen des Betons während des anfänglichen Abbindens um, das Kabel herum, der Zementbrei aus dem schrumpfenden Beton in die Vertiefungen hinein- gedrückt. Der Überzug 26 enthält einen Betonabbindeverzögerer in einer harzartigen Emulsion, welche mit dem alkalischen Wasser reagiert, das bei der Hydratisierung des Zementes in den Vertiefungen frei wird. Der Überzug selbst wird zerstört, wobei er den Verzögerer freisetzt, der einen molekularen Film um die Zementteilchen herum bildet. Mit andern Worten, der Überzug wird anfänglich in die Vertiefungen eindringen und sich mit der Zementpaste vermischen, die durch Schrumpfung in die Vertiefungen hineingepresst wird.
Der Verzögerer reagiert dann mit der Zementpaste, indem er die Teilchen derselben überzieht, um deren tatsächliche Abbindeeigenschaften zu verzögern und einen zylindrischen Belag von verzögerter Zementpaste um die Zugbewehrung herum zu bilden, welcher Belag seinerseits eine unmittelbare Verbindung des Betons mit dem Kabel verzögert. Es ist daher eine freie Relativbewegung zwischen dem Kabel und dem das Kabel umgebenden Beton während des nachträglichen Spannes möglich.
Der Überzug 26 enthält als Betonabbindeverzögerer vorzugsweise eines oder mehrere Salze der Tetrahydroxy-Adipinsäure in einer harzartigen Emulsion. Ein passendes, schnell trocknendes Verdickungsmittel und vorzugsweise ein Farbstoff zur Erleichterung des Überwachens während des Überziehens können beigegeben werden. Die harzartige Emulsion ist in alkalischem Wasser löslich oder wird von demselben zerstört, so dass der Verzögerer, wie beschrieben, während der Hydratisierung des Zementes freigegeben wird.
Allgemein gesprochen kann jede Art Zementabbindeverzögerer bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung verwendet werden. Wie erwähnt, umfasst die bevorzugte Klasse Verzögerer Salze der Tetrahydroxy-Adipinsäure, wie in der USA-Patentschrift Nr. 2, 174,051 angegeben. Das Patent gibt ebenfalls weitere passende Materialien an, wie die allgemeine Klasse hydroxylierter organischer Verbindungen, die aliphatische Radikale enthalten, wie Weinsäure und Weinstein, Zitronensäure, Zuckersäure und andere hydroxylierte Carboxylsäuren.
Andere bekannte Verzögerer, die ebenfalls gut verwendbar sind, schliessen sulfonierte Ligninstoffe wie Ligninsulfosäure, Kalzium-und andere Metallsalze der Ligninsulfosäure, entweder in gereinigter Form oder in der Form von Sulfitablauge, zellulosische Stoffe einschliesslich Stärke und wasserlösliche Gummiarten wie Gummi-arabicum, Gambogegummi u. dgl., polyatomische, monobasische Phenolsäuren wie Gallsäure und gallitische Säure, die diatomische Phenole, wie Pyrocatechin, Resorcin, Hydrochinon und höhere Phenole wie Pyrogallolsäure, die Glucoside einschliesslich Gerbstoffe als Extrakt verschiedener Pflanzenstoffe wie Cutsch und Quebracho, die Kohlenhydrate wie Zucker, Cyanide, Cyanate, Cyanamide u. dgl., Borsalze, Zinksalze wie Magnesium-Zink-Silikafluoride und viele andere organische und anorganische Verbindungen.
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Der Betonabbindeverzögerer kann als solcher oder in wässeriger Lösung auf die Zugbewehrung aufge- tragen werden. Wenn der Verzögerer selbst nicht körperlich genug ist, wenn er in wässriger Lösung ver- wendet wird, sollte ein Verdickungsmittel, wie Carboxy-Methyl-Zellulose, Agar oder andere organi- sche wasserlösliche Verdickungsmittel, zugesetzt werden, um unkontrollierbares Abfliessen oder-tropfen des Überzuges während des Aufbringens zu vermeiden und die Bildung eines Überzuges der nötigen Dicke zu ermöglichen.
Das beste Verfahren ist aber wie angegeben das Aufbringen des Verzögerers in einer harzartigen Emul- sion oder Dispersion oder in Form einer alkoholischen Lösung des Verzögerers und eines filmbildenden
Mittels. In jedem Falle ist die harzartige Komponente wasserunlöslich, aber löslich und zerstörbar durch das alkalische Wasser im Beton. Ein Verdicker und ein Farbstoff können, wenn nötig, zugesetzt werden, um die Beobachtung zu erleichtern. Geeignete, kombinierte Verdicker und Farbstoffe sind die inerten
Oxyde, wie Eisenoxyd, Titandioxyd u. dgl.
Beispiele von wasserunlöslichen, mit Alkalien reagierenden
Harzen sind Kasein, Gummiarten wie Shellack, Manilagummi und Rosin, gelöst in Alkohol oder alkalischer Lösung, Trockenöle, synthetische verseifbare harzartige Verbindungen, wie teilweise ungesättigte modifizierte Alkyde, durch Rosin modifizierte Alkyde, vorzugsweise in aliphatischen oder aromatischen
Lösungsmitteln gelöst, u. dgl.
Die harzartige Emulsion des Betonabbindeverzögerers oder ein anderer verzögernder Überzug wird auf das gedrehte Kabel aufgebracht, bevor das Kabel am Werkstück verlegt wird. Die harzartige Emulsion ist für gewöhnliches Wasser undurchlässig und schützt daher das Kabel vor Rost oder Korrosion. Andererseits zersetzt sich. die Emulsion in Gegenwart von alkalischem Wasser aus hydratisiertem Zement und wird deshalb die Wirkung des Betonabbindeverzögerers nicht behindern, wenn die Kabel als Zugbewehrung gebrauchtwerden. Der verwendete Farbstoff erleichtert die Beobachtung während des Überziehens, so dass die ganze Oberfläche des Kabels richtig bedeckt und geschützt ist. Wenn es erwünscht ist, kann selbstverständlich ein gebräuchlicher, korrosionsfester Überzug auf dem Kabel oder der Stange vor dem Aufbringen des Verzögerers angebracht werden.
Nach dem Verlegen der Kabel und dem Einbringen des Betons genügt ein anfängliches Erhärtenlassen des Betons, z. B. während etwa vierzehn Tagen, um demselben zu gestatten, den in Betracht kommenden Beanspruchungen zu widerstehen. Ungefähr neunzig Tage nach dem Spannen wird der Beton genügend abgebunden haben und die Verzögerungswirkung des Überzuges wird so weit abgeschlossen sein, dass eine unmittelbare mechanische Reibungs- oder Adhäsionsverbindung zwischen dem Beton und dem Kabel erzielt wird. Tatsächlich wird diese Verbindung mit dem Altern verbessert. Es ist aber zu verstehen, dass die gegebenenfalls erzeugte Verbindung nicht wesentlich ist.
In der Tat wird, abhängig von der Überzugsmenge, dem Drahtdurchmesser, der Art der Betonmischung usw., in gewissen Fällen richtige, adhäsive Verbindung nie erfolgen, aber dies hat keine bedeutungsvollen nachteiligen Eigenschaften zur Folge.
Ein spezifisches Beispiel für eine verzögernde Überzugszusammensetzung in Form einer wässrigen Lösung oder Dispersion ist das folgende : 648 Milligramm Gerbsäure werden 3,78 Litern Wasser zugegeben und 100 Gramm Kornstärke hinzugefügt, worauf das Ganze gekocht wird bis die Körner der Stärke zu einer viskosen, kolloidalen Paste aufgegangen sind, die passenderweise mit einer Bürste oder, wenn gewünscht, in anderer Weise aufgetragen wird.
Ein spezifisches Beispiel einer harzartigen Emulsion oder Lösung ist das folgende : 900 Gramm gelber Shellack und 1020 Gramm Manilagummi werden in etwa 3,9 Litern Methylalkohol aufgelöst und unter Umrühren ein Gemisch von 7 Gramm Aluminiumchlorid, 170 Gramm Magnesiumsacharat und 56 Gramm Magnesiumchlorid in 0, 23 Liter Wasser hinzugefügt. Das Gemisch ergibt etwa 3,78 Liter eines Produktes, welches mittels Bürsten oder in anderer Weise in einer Dicke bis zu 9,5 mm auf eine Zugbewehrung aufgetragen werden kann.
Ein weiteres spezifisches Beispiel enthält das gleiche Gemisch wie im vorstehenden Absatz, wobei die Aluminium- und Magnesiumsalze durch das Natriumsalz der Tetrahydroxy-Adipinsäure ersetzt sind und wobei 170 Gramm Titanoxyd hinzugefügt sind.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass durch das Verfahren gemäss der Erfindung ein nachträgliches Spannen ohne zusätzliches oder fremdes Material das im Beton verbleibt, durchgeführt werden kann. Überdies ist die Notwendigkeit einer Zementbreiinjektion vollständig vermieden und damit die Möglichkeit des Einschlusses von Wasser, welches Rost bilden oder bei hohen Temperaturen den Beton zerstören könnte, ausgeschlossen. Das ganze Verfahren ist äusserst einfach, und eine beträchtliche Zeitund Arbeitseinsparung ist zufolge der Vermeidung verschiedener bisher als notwendig erachteter Schritte Für nachträgliche Spannvorgänge erzielbar.