AT400841B - Verbindung zweier baustoffe mit geregelter haftung - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft die Verbindung zweier Baustoffe, wie sie   z. B.   im Bauwesen von grosser Bedeutung ist. Die erfindungsgemässe Verbindung beschäftigt sich mit solchen Anwendungsfällen, bei denen auf einen festen Untergrund, also   z. B.   bereits erhärteten Beton, keramische Erzeugnisse, Glas, Asphaltbeton oder auch Holz, ein hydraulisch gebundener Baustoff noch im ungeformten losen Zustand aufgebracht werden soll. Bei diesem hydraulischen Baustoff kann es sich   z. B.   um zementgebundenen Beton, Mörtel oder zementgebundene Putze handeln. Unter Zement im Sinne dieser Erfindung werden Portlandzemente   incl.   



  Sonderzemente wie sulfatbeständige Zemente und Schnellzemente, Weisszemente sowie gesinterte und geschmolzene Tonerdezemente verstanden. 



   Gemäss dem Stand der Technik wird die Haftung eines Baustoffverbundes   z. B.   durch Ermittlung der Haftzugfestigkeit   C7max     geprüft1).   Auch bruchmechanische Messungen wurden bereits   durchgeführt2) 3),   die eine Bestimmung der Brucharbeit GF des Verbundes ermöglichen. Aus diesen Messwerten kann eine sog. charaktenstische   Länge4)   
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 gebildet werden, in die auch der   Elastizitätsmodul   E des Verbundwerkstoffs eingeht. Bei konstanter Geometrie verhält sich der Werkstoff umso spröder, je kleiner die charakteristische Länge ist. Die 
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GFjeweiligen Belastung abhängig. Bei vorgegebener Last,   z. B.   durch das Eigengewicht eines Verputzes, soll eine ausreichende Festigkeit aman erzielt werden.

   Bei vorgegebener Dehnung   z. B.   durch Wärmespannungen ist oft ein wenig sprödes Verhalten mit hohen Werten für GF und Ich sinnvoller, da dann die Dehnungen ohne oder mit möglichst geringer Rissbildung aufgenommen werden können. Haftungsverbessernde Massnahmen beim Aufbnngen von hydraulischen Baustoffen auf feste Unterlagen sind gemäss dem Stand der Technik : a)   Oberflächenbehandlung, z. B.   durch Sandstrahlen, Wasserstrahlen, Nadelhammer, b) Aufbringen   haftungsvermittelnder   Schichten,   z. B.   dafür vorgesehener organischer Emulsionen oder
Epoxidharze, c) Oberflächengestaltung,   z.

   B.   in Form einer wellenförmigen Profilierung, d) Zusatz von haftungsverbessernden Additiven, insbesondere organischen Polymeradditiven, zum aufzubringenden hydraulisch erhärtenden Baustoff. 



  Es bleiben In dieser Aufzählung Massnahmen unberücksichtigt, die bereits bel der Herstellung des festen Untergrundes   ingeplant   werden müsse, wie   z. B.   herausragende Bewehrungseisen. sowie das nachträgliche Einsetzen mechanischer Verbindungselemente wie   z. B. Dübel.   



   Resultat der vorliegenden Untersuchungen von Verbindungen zwischen   altem   und neuem Beton (Fussnoten 2 und 3 Seite 1) ist, dass die unter a), b) und d) genannten Massnahmen Festigkeiten bis etwa 70% der Betonfestigkeit gestatten, jedoch nur maximal ca. 40% der Brucharbeit des aufgetragenen Betons. 



  Die in letzter Zeit entwickelte   wellenförmige Profilierung   gestattet Werte für Brucharbeit und Festigkeit, die fast bis an die des homogenen Betons heranreichen. Das ist sehr günstig, wenn die spezielle Oberflächenform gleich bel der Herstellung eines Betonuntergrundes berücksichtigt wird, erfordert aber in anderen   1) "Richtlinie Erhaltung und Instandsetzung   von Bauten aus Beton und Stahlbeton", Österr.   Betonverem,   1040 Wien, April 1994 
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    K.Wittmann     (Hrsg.) :   Fracture Toughness and Fracture Energy-Test methods for concrete and rock   ; A. A. Balke-     ma/Rotterdam/Brookfleld,   575-590 (1989) 

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 Fällen einen eigenen Bearbeitungsschritt. 



   Die erfindungsgemässe Verbindung eines festen Untergrundes mit einem hydraulisch erhärtenden Frischbeton hat die Aufgabe, hohe Werte für die Brucharbeit GF und die Festigkeit   amax   zu   ermöglichen,   sowie eine Einstellung des Verhältnisses   Gp/omax zu gestatten,   womit gezielt Werte für die charakteristische Länge erreicht werden, die eher duktilem oder auch eher sprödem Verhalten je nach Erfordernis entsprechen. Dabei soll jedoch ausser einer Reinigung nur dann eine Vorbehandlung des Untergrundes erforderlich sein. wenn dessen Oberfläche geschädigt ist und dadurch die Festigkeitseigenschaften in Oberflächennähe beeinträchtigt sind,   z. B.   durch Verwitterung, mechanische Beanspruchung oder Herstellungsmängel. In diesen Fällen wird eine Oberflächenschicht   z.

   B.   durch Sandstrahlen oder Bearbeitung mit einem Wasserstrahl oder Nadelhammer abgetragen. Ein Ziel der   erfindungsgemässen   Verbindung ist es weiters, dass als Untergrund nahezu beliebige einen festen Zustand einnehmende anorganische oder organische Werkstoffe möglich sind.   z. B.   bereits erhärteter Beton, keramische Erzeugnisse, Glas, Asphaltbeton, Metalle, Kunststoffe oder auch Holz. Eine schematische Dartsellung der erfindungsgemässen Verbindung zeigt Fig. 1. Die Verbindung nutzt die Tatsache, dass organische Klebstoffe, z. B. ein-oder mehrkomponentige Klebeharze, Verbindungen zwischen festen Werkstoffen ermöglichen, die die Zugfestigkeiten vieler Baustoffe wie   z. B.   



  Beton, Tonziegel und sonstige Mauerwerksbaustoffe, überschreiten. Durch eine solche Klebstoffschicht (2) wird eine Verbindung zwischen dem Untergrund (1) und einer Gesteinskörnung (3) geschaffen, die eine hohe Festigkeit aufweist. Als Gesteinskörnung (3) können üblicherweise für Betonzuschläge verwendete Gesteine verwendet werden. Die Grösse des Korns (3) liegt je nach Anwendungsfall zwischen ca. 1, 5 und 20 mm, die Stärke der Klebstoffschicht (2) zwischen 0. 5 und 6 mm. Das Korn muss aus der Klebstoffschicht herausragen. Dem Klebstoff können organische oder anorganische Fasern   (z. B. Polymerfasern,   Glasfasern) zugesetzt werden ; dadurch kann eine Rissbildung in der Klebstoffschicht z. B aufgrund einer Schwindung beim Erhärten hintangehalten werden. Nach Erhärten der Klebstoffschicht wird ein feinkörniger Zementmörtel (4) aufgetragen.

   Dieser kann mit der Körnung abschliessen oder diese auch überragen. Dieser Zementmörtel enthält in der Regel ausser dem   Bindemittel Zuschlagstoffe (z. B. Gesteinsmehl   oder feine Gesteinskörnungen), gewünschtenfalls die Verarbeitbarkeit regelnde Zusatzstoffe (z. B. Verflüssiger, Zusätze zur Erhöhung der Wasserretention und der Thixotropie) oder auch Zusätze zur Festigkeitssteigerung   (z. B.   



  Mikrosilika) und Haftungsverbesserung   (z.   Polymerdispersionen). Auf diesen Zementmörtel wird innerhalb kurzer Zeit - jedenfalls vor Erstarrungsbeginn nach der Vicatprüfung gemäss ÖNORM B 3310 - der hydraulische Baustoff (5) aufgebracht. Vor Belastung der Verbindung ist die Erhärtung des feinkörnigen   Zenmentmörtels   und des hydraulischen Baustoffs erforderlich. 



   Die Haftungsregelung der Verbindung geschieht durch Einstellung der Haftung zwischen   Körnung (3)-     /Klebstoff (2)   einerseits und dem feinkörnigen Zementmörtel (4) andererseits. Ist diese sehr hoch, so ist auch die Festigkeit der Verbindung sehr hoch. ein Bruch tritt dann häufig zwischen Klebstoff (2) und Körnung (3) ein, und das Bruchverhalten ist eher spröde. Ist diese Haftung demgegenüber gering, so tritt ein Bruch in der Regel an der Grenze zwischen Körnung (3) bzw. Klebstoff (2) und feinkörnigem Zementmörtel (4) ein. und das entspricht einem eher duktilen Verhalten, da die Brucharbeit GF aufgrund der rissüberbrückenden Wirkung der Körnung (3) hoch und   omax   aufgrund der verminderten Haftung relativ gering ist.

   Die Haftung zwischen   Körnung (3)/Klebstoff (2)   und feinkörnigem Zementmörtel kann durch - hohe Korngrösse der Körnung (3) - wasseraufnehmende Gesteine (z. B. Kalkstein) für die Körnung (3) - geringe Stärke der Klebstoffschicht (2) - geringes   Wasser/Zement-Verhältnis   des feinkörnigen Zementmörtels (4) - hohe Festigkeit des feinkörnigen Zementmörtels (4) - haftungsfördernde Zusätze zum feinkörnigen Zementmörtel (4) erhöht bzw. durch sinngemässe Umkehrung dieser Parameter vermindert werden. 



   Im folgenden wird ein Beispiel für die erfindungsgemässe Verbindung genannt. Auf einen bestehenden "alten" Beton (1) soll ein Beton (5) mit 16 mm Maximalkorn aufgebracht werden Die Verbindung soll duktilem Charakter haben. Der "alte" Beton wird gereinigt und auf die trockene Oberfläche eine ca. 2-3 mm starke Epoxidharzschicht (2) aufgebracht, in die eine Quarzkörnung (3) mit der Korngrösse 6-8mm eingebracht wird. Nach Aushärtung wird ein feinkörniger Zementmörtel (4) der folgenden Rezeptcharakteristik 
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 überragt die Quarzkörnung um ca. 1-3 mm. Unmittelbar danach wird der Beton (5) aufgetragen. Der hier verwendete Zementmörtel (4) weist aufgrund des hohen   Wasser/Zement-Verhältnisses   eine geringe Festigkeit und Haftung auf, jedoch eine gute Flexibilität durch den Polymerzusatz.

   Wie eine Haftzugprüfung im Labor zeigt, kommt es bei dieser Verbindung zu einer Rissbildung zwischen der Körnung (3) und dem Zementmörtel (4), wobei die rissüberbrückende Wirkung der Körnung (3) für eine relativ hohe Duktilität und 

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 eine entsprechende charakteristische Länge   ! ch   sorgt. 



  

Claims (1)

1. Patentansprüche 1. Verbindung zwischen einem beliebigen anorganischen oder organischen Baustoff (1) und einem hydraulisch gebundenen Baustoff (5), wobei der Baustoff (1) zum Zeitpunkt der Herstellung der Verbindung bereits geformt ist und einen festen Zustand einnimmmt, während der Baustoff (5) ungeformt ist und einen losen Zustand einnimmmt, durch mehrere haftungsregelnde Komponenten, dadurch gekennzeichnet, dass diese Komponenten aus a) einer organischen, auf dem Baustoff (1) aufgetragenen, erhärtenden Klebstoffschicht (2) b) einer darin eingebetteten Gesteinskörnung (3), die aus der Klebstoffschicht (2) herausragt, sowie c) einem feinkörnigem Zementmörtel (4) mit einem Masseanteil von über 80% unter 0, 5 mm bestehen. 2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Stärke der anorganischen Klebstoffschicht (2) zwischen 0, 5 und 6 mm, vorzugsweise zwischen 0. 8 und 3. 0 mm liegt, und über 80 Masse% der Gesteinskörnung (3) Korngrössen zwischen 1, 5 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 2, 5 und 8 mm aufweisen.

   3. Verbindung nach Ansprüchen 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der feinkörnige Zementmörtel (4) Gesteinsmehl mit einem Massenanteil von zumindest 80% unter 125u. m Korngrösse und/oder Polymeradditive in einer Menge bis zu 10%, vorzugsweise bis zu 5% bezogen auf die Gesamttrockenmasse, enthält.

   4. Verbindung gemäss einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der EMI3.1 sich bel der organischen Klebstoffschicht (2) um ein ein-oder mehrkomponentiges Kunstharz, vorzugs- weise um ein Epoxidharz handelt.

   6. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung gemäss einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Arbeitsgänge in der Reihenfolge a) nötigenfalls Abtragung einer mechanisch geschädigten Oberflächenschicht des Baustoffs (1) z.

   B. durch Sandstrahlen, Wasserstrahlbehandlung oder Nadelhammer, b) erfordelichenfalls Reinigen und nötigenfalls Trocknen der Oberfläche des Baustoffs (1), c) Auftragen der organischen Klebstoffschicht (2) gemeinsam mit der Körnung (3) oder nachträgli- ches Einbnngen der Körnung vor Erstarrung des Klebstoffs, d) Aushärtung des Klebstoffs, e) Auftragen des feinkörnigen Zementmörtels (4), f) Auftragen des hydraulisch gebundenen Baustoffs (5) vor Erstarrungsbeginn des Zementmörtels (4), g) Aushärten des Zementmörtels (4) und des hydraulischen Baustoffs (5) vor Belastung der Verbindung, durchgeführt werden.