Die Erfindung betrifft ein Bewehrungselement für zementgebundene Bauteile, Teer und Bitumenbeläge.
In einem zementgebundenen Bauteil, z. B. einem Betonelement, welches Druck- und Zugspannungen aufnimmt und daher Druck- und Zugzonen aufweist, wird die Zugzone, weil der Werkstoff Beton nur kleine Zugkräfte aufnehmen kann, durch Bewehrungen aus stangenförmigem, metallischem Werkstoff, vorzugsweise Eisen, verstärkt, so dass auftretende Zugkräfte durch die Bewehrung aufgenommen werden. Weiterhin bilden sich in jedem belasteten Betonelement im Bereiche der Zugspannungen Risse, daher wird in der Fachsprache die Betonbauweise als gerissene Bauweise definiert. Entsprechend spricht man von gerissenen Zugzonen im Betonelement.
Weil der Werkstoff Beton keine nennenswerte elastische und plastische Verformungseigenschaften aufweist, aber ein aus Beton bestehendes Bauwerk trotzdem unter wechselnden Belastungen oder Temperaturschwankungen Formveränderungen unterworfen ist, müssen Risse im Beton vorhanden sein, wobei eine gegebene Formveränderung des Betonbauwerkes durch eine Querschnittsveränderung der Risse gebildet wird.
Die Lage eines einzelnen Risses in einem bewehrten Betonelement ist weitgehend zufällig und hängt von vielen, nicht vorher bestimmten Faktoren ab, wie beispielsweise die Güte des Vibrierens oder Stampfens eines Bereiches im gegossenen Betonelement.
Die Fachwelt ist bestrebt, eine möglichst gleichmässige Rissverteilung und möglichst kleine Haarrisse zu erhalten. Durch eine gleichmässige Verteilung einer Vielzahl kleiner Risse ist eine erwünschte gleichmässige innere Lastverteilung eines Betonelementes erreichbar.
Dieses Ziel kann dadurch erreicht werden, dass bezogen auf die Volumeneinheit des Betonelementes viele Bewehrungselemente kleinen Querschnitts eingebettet sind. Für die Aufnahme von Zugspannungen wird ein rechnerisch bestimmter Eisenquerschnitt benötigt. Dieser Eisenquerschnitt wird in möglichst viele Teilquerschnitte unterteilt, deren Summe den rechnerisch ermittelten Eisenquerschnitt aus wirtschaftlichen Gründen nicht übersteigen sollte. Aus weiteren wirtschaftlichen Herstellungsgründen ist aber auch ein Unterschreiten eines bestimmten kleinsten Querschnittes eines einzelnen stangenförmigen Bewehrungselementes nicht tragbar.
Eine weitere unerwünschte Rissbildung im Beton sind die sogenannten Quellrisse. Diese stammen daher, dass durch Bilden von Rost bei Temperaturschwankungen, beispielsweise Erwärmung, das Eisen sich mehr ausdehnt als der es umgebende Beton, so dass der Beton örtlich gesprengt wird und sich weitere Risse bilden.
Teer und Bitumen, welches Werkstoffe sind, die vor allem im Strassenbau zur Anwendung kommen, weisen eine temperaturabhängige Plastizität auf; d. h. mit abnehmender Temperatur nimmt die Plastizität ab, mit zunehmender Temperatur nimmt sie zu. Bei zu hoher Temperatur beginnt der Werkstoff unter Belastung zu fliessen, bei zu tiefer Temperatur bilden sich Risse, in welche Flüssigkeiten eindringen können.
Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere bei konstruktiven aus Gefelchten bestehenden Bewehrungen die Rissverteilung bei kleiner Maschenweite besser ist als bei grosser Maschenweite. Der Maschenweite, d.h. Feinheit der konstruk tiven Bewehrung, ist nach unten eine Grenze gesetzt, so dass man mit Bewehrungen gemäss dem heutigen Stand der Technik die erwünschte Feinrissverteilung nicht erzielen kann.
Es sind Versuche gemacht worden, Bewehrungen in anderer, fein verteilter Form in den Beton einzubringen.
Es wurden kurze, 20-100 mm lange Metallstäbe dem Beton beigemischt, und ebenfalls einzelne Metallstücke anderer Form dem Beton beigemischt. Damit konnte kein Erfolg erzielt werden, weil die derartig ausgebildeten Bewehrungselemente sich entweder in den unteren Bereich des Betonbauteiles absenkten, oder, in der Betonmischmaschine, sich klumpenartig zusammenballten. Daher ist gemäss dem Stand der Technik eine homogene Verteilung feiner Bewehrungselemente im Beton nicht erzielbar.
Ziel der Erfindung ist, die angeführten Nachteile zu beheben.
Das erfindungsgemässe Bewehrungselement ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bewehrungselement ein zusammengeballtes, netzförmiges Faserwerk ist, das zu Bewehrungszwecken in eine geöffnete Form überführbar ist.
Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Bewehrungselement in zusammengedrehten Zustand, und
Fig. 2 das in der Fig. 1 aufgezeigte Bewehrungselement im auseinandergezogenen Zustand.
In der Fig. 1 ist das Bewehrungselement im versand-, bzw.
verarbeitungsfertigem Zustand aufgezeigt. Es ist ersichtlich, dass das Bewehrungselement die Form einer verdrehten Struktur aufweist. Es soll festgehalten werden, dass die aufgezeigte verarbeitungsfertige Form und Anordnung des Bewehrungselementes von den Eigenschaften des oder der dazu verwendeten Werkstoffe(s) abhängig und dementsprechend änderbar ist, wobei die aufgezeigte Form beispielsweise für den Werkstoff Polypropylen kennzeichnend ist.
Das Bewehrungselement in der in der Fig. 1 aufgezeigten Form wird nun unmittelbar den Betonzuschlagstoffen vor dem Mischen trocken beigegeben, wobei das Gewicht der zugegebenen Menge Bewehrungselemente für gegebene Werkstoffeigenschaften vom Volumen und den Werkstoffeigenschaften des herzustellenden Betons abhängig ist.
Das Gemisch wird in bekannter Weise in einer Betonmischmaschine zu gussfertigem Beton verarbeitet, wobei die Mischdauer derjenigen der behördlichen oder Normvorschriften gleich ist.
Falls das Bewehrungselement nicht in der in der Fig. 1 gezeigten Form dem Beton beigefügt wird, sondern in einem etwas geöffneten Zustand, vermindert sich die Zeitspanne, innerhalb welcher das Bewehrungselement im Mischapparat verarbeitet wird, dementsprechend.
Während dem Mischvorgang werden die Bewehrungselemente aufgedreht, wobei sie die in Fig. 2 dargestellte Netzform einnehmen. Selbstverständlich liegen die Fasern des Netzes nicht in derselben Ebene. Die netzförmigen Bewehrungselemente werden im Beton zu dreidimensionalen Strukturen verformt, wobei eine regelmässige Verteilung der Fasern in allen Richtungen eintritt. Dadurch sind die Fasern im Beton verankert und können nicht herausgezogen werden. Durch die Eigensteifigkeit des Werkstoffes entsteht eine entgegengerichtete Kraft, die grösser ist als alle Kräfte, die eine Zusammenballung der Fasern verursachen würden.
Die Zeitspanne der Mischung der Bewehrungselemente mit dem übrigen Mischgut ist von entscheidender Bedeutung und von der Werkstoffeigenschaft abhängig. Falls die Zeitspanne zu kurz ist, wird das Netz nicht vollständig geöffnet, so dass nicht alle Fasern im Beton verankert werden und sich im Beton geschwächte Stellen bilden. Falls die Zeitspanne zu lang ist, werden die Fasern voneinander getrennt, legen sich auf Grund elektrostatischer und anderer Kräfte parallel nebeneinander und sind daher nicht im Beton verankert. Deshalb ist die Form der Bewehrungselemente, die eingegeben wird, wichtig.
Weiterhin kann das Bewehrungselement im mischbereiten Zustand einen beispielsweise wasserlöslichen Haftstoff aufweisen, der die Fasern miteinander verbindet. Dieser Haftstoff wird dann während dem Mischen gelöst, so dass das Netz sich entfalten kann.
Das Bewehrungselement ist wie nachfolgend beschrieben herstellbar.
In einem bandförmigen Gegenstand aus zweckdienlichem Werkstoff werden Durchbrechungen musterförmig angeordnet.
Diese Durchbrechungen können schlitzförmig sein, wobei die Schlitze reihenweise angeordnet werden und die Schlitze benachbarter Reihen versetzt zueinander angeordnet sind. Die Schlitze können in beliebigem Winkel zur Längsausdehnung des Bandes verlaufen, beispielsweise parallel oder senkrecht dazu.
Ebenfalls können die Durchbrechungen ausgestanzt werden oder in jeder andern zweckdienlichen Weise ausgebildet und in jeder beliebigen Form, z. B. quadratisch, ausgebildet sein.
Das Band ist dann in die in der Fig. 2 aufgezeigte Form ausstreckbar, wobei die Durchbrechungen mit der Bezugsziffer 1 und die somit entstehenden Fasern mit der Bezugsziffer 2 bezeichnet sind. Beim in der Fig. 1 aufgezeigten Band sind die Fasern 2 fadenförmig ausgebildet. Die Form dieser Fasern 2 ist jedoch entsprechend dem Abstand benachbarter Durchbrechungen änderbar. D. h., bei anwachsendem Abstand benachbarter Durchbrechungen werden die Fasern 2 breiter ausgebildet, so dass sie bandförmig werden.
In Abhängigkeit des verwendeten Werkstoffes weisen Fäden 2 zusätzliche kurze Fasern 3 auf.
Das Band, in welchem die vorerwähnten Durchbrechungen, z. B. Schlitze angeordnet sind, wird nachfolgend zusammengerollt und verdreht und in Abschnitte vorbestimmter Länge zerteilt.
Damit ist die Länge der einzelnen Fasern bestimmt. Die Faserlänge ist abhängig von der Korngrösse des Mischgutes und von der Mischanlage, bzw. dem Verfahren gemäss welchem das Bewehrungselement mit dem zu bewehrenden Material vermischt wird.
Ist die Faserlänge zu kurze, findet eine Verankerung der Faser im Material nicht statt, ist sie zu lang, können sich Faserknäuel bilden. Die Mischzeit bei der Betonherstellung ist gegeben und normiert. Die Formgebung der Bewehrungselemente muss nun dieser Zeitspanne entsprechend ausgebildet sein, dass die Fasern im Mischgut regelmässig verteilt werden, jedoch derart, dass die Fasern eines Bewehrungselementes nicht vollständig voneinander getrennt sind, so dass die Eigensteifigkeit des noch bestehenden Netzes einer Zusammenballung entgegenwirkt.
Es ist empririsch festgestellt worden, dass Faserlängen zwischen 0,5 cm bis 20 cm insbesondere zweckdienlich sind.
Um ein Haften der Bewehrungselemente im zu bewehrenden Material zu unterstützen, können die Oberflächen der Fasern und/oder die Bewehrungselemente als Ganzes strukturiert sein um damit eine grössere Reibung zwischen den Fasern und zu bewehrendem Material zu erzeugen.
Obwohl Kunststoff unter Belastung eine im Vergleich mit Metall viel grössere Dehnung aufweist, und daher bisher als Bewehrung für Betonelemente als denkbar ungünstig betrachtet wurde, ist er in mehreren Bereichen der konstruktiven Bewehrung zweckmässiger als eine herkömmliche Stahlbewehrung. Insbesondere kann er zusammen mit der äusserlichen Form nach ähnlich ausgebildeten Metallbewehrungen verwendet werden.
Kunststoff ist ein elastischer Werkstoff. Daher wird er bei Erwärmung von ihn umgebendem Beton am sich Ausdehnen verhindert und daher elastisch verformt, so dass kein Quellrisse im Beton auftreten können.
Da nun Kunststoff eine kleine Zugfestigkeit aufweist, können zusätzlich zu den Kunststoffnetzen metallische Netze dem Beton beigefügt werden.
Die von den Netzen bewirkte Feinrissverteilung, welche unabhängig von dem in den Netzen verwendeten Werkstoff ist, verbleibt beim teilweisen Ersetzen der Kunststoffnetze mittels
Metallnetzen unverändert. Hingegen wird damit die Zugfestig keit des Betonelementes, welches Kunststoffnetze enthält, erhöht, d. h. im Vergleich mit ausschliesslichen Metallbewehrung nicht vermindert.
Eine erfindungsgemässe konstruktive Bewehrung ist daher eine Bewehrung, welche dadurch, dass die Maschenweite unter Beibehaltung des rechnerisch ermittelten Eisenquerschnittes verkleinert werden kann, eine bessere Feinrissverteilung des Betonelementes zur Fole hat.
Die netzförmige Bewehrung in den Teer- und Bitumenbelägen verbessert die Zugfestigkeit und bewirkt eine verbesserte Feinrissverteilung. Durch die verbesserte Feinrissverteilung, d. h. Haarrissbildung, ist das Eindringen schädlicher Flüssigkeiten erschwert. Als Folge davon weist der Belag eine bessere Frostbeständigkeit auf.
Das Bewehrungselement ist auch aus Folienmaterial herstellbar, wobei in einer Folie obengenannte Durchbrechungen ausgebildet werden.
In der Fig. 1 ist das Bewehrungselement im Zustand vor der Beigabe zum Material, das damit bewehrt wird, als Abschnitt einer Schnur aufgezeigt, die verdreht ist. Das Bewehrungselement kann zusammengerollt, verdrillt, zusammengelegt oder sonstwie gefaltet, mit oder ohne Haftmittel versehen sein, wobei die genannten Formen vor der Beigabe zusammenfassend als zusammengeballte Form, oder zusammengeballter Zustand bezeichnet sind.
The invention relates to a reinforcement element for cement-bound components, tar and bitumen coverings.
In a cement-bonded component, e.g. B. a concrete element that absorbs compressive and tensile stresses and therefore has compression and tensile zones, the tensile zone, because the material concrete can only absorb small tensile forces, reinforced by reinforcements made of rod-shaped, metallic material, preferably iron, so that tensile forces that occur be absorbed by the reinforcement. Furthermore, cracks form in every loaded concrete element in the area of tensile stress, which is why concrete construction is defined as a cracked construction in technical language. Accordingly, one speaks of cracked tension zones in the concrete element.
Because concrete does not have any significant elastic and plastic deformation properties, but a structure made of concrete is nevertheless subject to changes in shape under changing loads or temperature fluctuations, cracks must be present in the concrete, with a given change in shape of the concrete structure being formed by a change in the cross section of the cracks.
The position of an individual crack in a reinforced concrete element is largely random and depends on many factors that have not been determined beforehand, such as the quality of the vibration or tamping of an area in the poured concrete element.
The professional world endeavors to obtain the most uniform possible crack distribution and the smallest possible hairline cracks. A desired, even internal load distribution of a concrete element can be achieved through an even distribution of a large number of small cracks.
This goal can be achieved by embedding many reinforcement elements with a small cross-section in relation to the volume unit of the concrete element. A calculated iron cross-section is required to absorb tensile stresses. This iron cross-section is divided into as many partial cross-sections as possible, the sum of which should not exceed the calculated iron cross-section for economic reasons. For further economic manufacturing reasons, however, falling below a certain smallest cross section of an individual rod-shaped reinforcement element is also not acceptable.
So-called swelling cracks are another undesirable crack formation in concrete. These originate from the fact that the formation of rust in the event of temperature fluctuations, for example heating, causes the iron to expand more than the concrete surrounding it, so that the concrete is locally blasted and further cracks form.
Tar and bitumen, which are materials that are mainly used in road construction, have a temperature-dependent plasticity; d. H. The plasticity decreases with decreasing temperature, and increases with increasing temperature. If the temperature is too high, the material begins to flow under load; if the temperature is too low, cracks form, into which liquids can penetrate.
It has been found that, particularly in the case of structural reinforcements consisting of braids, the crack distribution is better with a small mesh size than with a large mesh size. The mesh size, i.e. There is a lower limit to the fineness of the structural reinforcement, so that the desired fine crack distribution cannot be achieved with reinforcement according to the current state of the art.
Attempts have been made to introduce reinforcement in a different, finely divided form into the concrete.
Short, 20-100 mm long metal rods were added to the concrete, and individual pieces of metal of a different shape were also added to the concrete. This was unsuccessful because the reinforcement elements designed in this way either lowered themselves into the lower area of the concrete component or, in the concrete mixer, clumped together like lumps. Therefore, according to the prior art, a homogeneous distribution of fine reinforcement elements in the concrete cannot be achieved.
The aim of the invention is to remedy the stated disadvantages.
The reinforcement element according to the invention is characterized in that the reinforcement element is an aggregated, network-shaped fiber structure which can be converted into an open form for reinforcement purposes.
The subject matter of the invention is explained in more detail below using the drawings, for example. It shows:
1 shows a reinforcement element in the twisted state, and
FIG. 2 shows the reinforcement element shown in FIG. 1 in the expanded state.
In Fig. 1, the reinforcement element is in the shipping, or
ready-to-use condition shown. It can be seen that the reinforcing element has the shape of a twisted structure. It should be noted that the ready-to-use form and arrangement of the reinforcement element shown depends on the properties of the material (s) used for this purpose and can be changed accordingly, the form shown being characteristic of the material polypropylene, for example.
The reinforcement element in the form shown in FIG. 1 is now added dry to the concrete aggregates before mixing, the weight of the added amount of reinforcement elements for given material properties being dependent on the volume and material properties of the concrete to be produced.
The mixture is processed in a known manner in a concrete mixer to form ready-to-cast concrete, the mixing time being the same as that of the official or standard regulations.
If the reinforcement element is not added to the concrete in the form shown in FIG. 1, but in a somewhat opened state, the period of time within which the reinforcement element is processed in the mixer is reduced accordingly.
During the mixing process, the reinforcement elements are unscrewed, taking the form of a network shown in FIG. Of course, the fibers of the network are not in the same plane. The net-like reinforcement elements are deformed into three-dimensional structures in the concrete, with a regular distribution of the fibers in all directions. This means that the fibers are anchored in the concrete and cannot be pulled out. The inherent stiffness of the material creates an opposing force that is greater than all forces that would cause the fibers to clump together.
The time it takes to mix the reinforcement elements with the rest of the mix is of crucial importance and depends on the material properties. If the time is too short, the mesh will not open completely, so that not all of the fibers will be anchored in the concrete and weakened areas will form in the concrete. If the time is too long, the fibers are separated from one another, lay parallel to one another due to electrostatic and other forces and are therefore not anchored in the concrete. Therefore, the shape of the reinforcement elements that is entered is important.
Furthermore, in the ready-to-mix state, the reinforcement element can have, for example, a water-soluble adhesive that connects the fibers to one another. This adhesive is then loosened during mixing, allowing the mesh to unfold.
The reinforcement element can be produced as described below.
Openings are arranged in a pattern in a strip-shaped object made of suitable material.
These openings can be slot-shaped, the slots being arranged in rows and the slots in adjacent rows being arranged offset from one another. The slots can run at any angle to the longitudinal extension of the tape, for example parallel or perpendicular thereto.
The openings can also be punched out or formed in any other expedient manner and in any desired shape, e.g. B. square, be formed.
The band can then be stretched out into the shape shown in FIG. 2, the perforations being designated by the reference number 1 and the fibers thus produced by the reference number 2. In the tape shown in Fig. 1, the fibers 2 are thread-shaped. The shape of these fibers 2 can, however, be changed according to the distance between adjacent openings. In other words, as the distance between adjacent openings increases, the fibers 2 are made wider so that they become band-shaped.
Depending on the material used, threads 2 have additional short fibers 3.
The band in which the aforementioned openings, e.g. B. slots are arranged, is subsequently rolled up and twisted and divided into sections of a predetermined length.
This determines the length of the individual fibers. The fiber length depends on the grain size of the material being mixed and on the mixing system or the method according to which the reinforcement element is mixed with the material to be reinforced.
If the fiber length is too short, the fiber will not be anchored in the material, if it is too long, fiber balls can form. The mixing time for concrete production is given and standardized. The shape of the reinforcement elements must now be designed according to this period of time so that the fibers in the mix are regularly distributed, but in such a way that the fibers of a reinforcement element are not completely separated from each other, so that the inherent rigidity of the still existing network counteracts agglomeration.
It has been empirically determined that fiber lengths between 0.5 cm to 20 cm are particularly useful.
To help the reinforcement elements stick to the material to be reinforced, the surfaces of the fibers and / or the reinforcement elements as a whole can be structured in order to generate greater friction between the fibers and the material to be reinforced.
Although plastic exhibits much greater elongation under load compared to metal, and has therefore been regarded as extremely unfavorable as reinforcement for concrete elements, it is more useful than conventional steel reinforcement in several areas of structural reinforcement. In particular, it can be used together with the external shape after similarly designed metal reinforcements.
Plastic is an elastic material. It is therefore prevented from expanding when the concrete surrounding it is heated and is therefore elastically deformed so that no swelling cracks can occur in the concrete.
Since plastic now has a low tensile strength, metallic nets can be added to the concrete in addition to the plastic nets.
The fine crack distribution caused by the nets, which is independent of the material used in the nets, remains when the plastic nets are partially replaced by means of
Metal nets unchanged. In contrast, the tensile strength of the concrete element, which contains plastic nets, is increased, d. H. not reduced in comparison with only metal reinforcement.
A structural reinforcement according to the invention is therefore a reinforcement which has a better fine crack distribution of the concrete element as a result of the fact that the mesh size can be reduced while maintaining the calculated iron cross-section.
The net-like reinforcement in the tar and bitumen coverings improves the tensile strength and results in an improved distribution of fine cracks. Due to the improved fine crack distribution, i. H. Hairline cracks make it difficult for harmful liquids to penetrate. As a result, the covering has better frost resistance.
The reinforcement element can also be produced from foil material, the above-mentioned openings being formed in a foil.
In Fig. 1, the reinforcement element is shown in the state before it is added to the material that is reinforced with it, as a section of a cord that is twisted. The reinforcement element can be rolled up, twisted, folded up or folded in some other way, provided with or without adhesive, the said shapes being referred to collectively as the agglomerated form or the agglomerated state before being added.