CN110023572A - 用于增加自凝固糊状材料的强度的增强元件 - Google Patents

用于增加自凝固糊状材料的强度的增强元件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于增加自凝固糊状材料的强度的增强元件(10)，所述增强元件由可弯曲丝制成，其包括中央部分(12)，相应的臂(11)至少在三个方向上从该中央部分伸出并且每个臂(11)具有至少两根间隔开的丝(13)，并且臂(11)具有由相应的环(14)构成的外端部，所述环(14)是通过制造相关臂(11)的丝(13)的弯曲而形成的，并且在每个环(14)中，丝(13)之间的距离在丝(13)的尺寸的两倍到二十五倍之间，并且臂(11)以这样的方式布置：在由通过所述中央部分(12)的任何平面分开的任何半空间中布置有所述臂(11)中的至少一个。

Description

用于增加自凝固糊状材料的强度的增强元件
技术领域
本发明涉及一种由可弯曲丝制成的、用于增加自凝固糊状材料的强度的增强元件。
背景技术
EP 2 206 848 A1的现有技术部分的描述包括对于早期的用于增强混凝土以消除钢筋用作加强构件的缺点——即，消除对与在将糊状混凝土浇注到百叶窗中之前放置增强钢质元件有关的、昂贵的且困难的组装工作的需求——的解决方案的详细概述。
这些解决方案在混凝土仍处于糊状状态时将大量较小的增强元件馈送并混合到混凝土中，并且在混凝土凝固之后，所获得的结构具有比在没有所述元件的情况下更高的负载能力，但是它无法达到由合适地设计的钢质增强系统提供的强度。在该出版物中，将小的卷状件放入水溶性胶囊状物中，以防止卷状件在混合步骤期间的互连和堵塞。糊状混凝土中存在的水溶解所述胶囊状物，并且混合良好的元件可以增加结构的强度。
在US 5,858,082中，具有弯曲端部的线状件被折叠成U形，但是由记忆的线状件制成，并且在这些形状下它们经受热处理以保持其形状。将它们馈送并混合到糊状混凝土中并经受第二次热处理，其中温度升高到临界“记忆”温度之上，由此所述卷状件记住并再次呈现其原始的开口形状。
在文献US 2010/0101163A1中，使用了具有中心球形部分或主体的加强元件，臂从该中心球形部分或主体在向外方向上延伸，在所述臂的端部处布置有尺寸大于所述臂的头部，并且由于头部的存在，在混凝土与臂之间提供了更高的力传递的连接。在该解决方案中，具有在所有空间方向上伸出的多个臂的实施例存在的问题是中央部分占据大的空间，该元件具有高的重量并且由于大的主体和在几乎所有方向上伸出的若干臂，各个加强元件无法彼此靠近以达到高密度的插入。在混合步骤的情况下，由于臂的端部处的大量的较大头部，各个元件会不希望地彼此接合并且会发生附聚。存在具有平面的设计的实施例。在这些元件中，无法确保各元件在每次混合之后在所有空间方向上以均匀的方式定位，因此，由于元件可以在它们的平面处接合，可以发生高程度的各向异性。
在广泛使用的且可商购的用于混凝土的增强方案中，商品名为DRAMIX的元件值得一提，其包括长度为50或60mm且直径为0.8mm的钢丝，其中所述钢丝在其端部区域处呈阶梯状。例如在以下网址可以找到这种结构的数据表：
http://www.sinthaweethailaos.com/images/product/Stee-％20Fiber/- 1Steel％20Fibre％20-％-20DRAMIX％C2％AE/LOOSE％20Fibres/Dramix_Duo100_GB.pdf
在D.A.Scott等人于2015年8月公布的题为“Impact of Steel Fiber Size andShape on the Mechanical Properties of Ultra-High Performance ConcreteGeotechnical and Structures Laboratory(钢纤维尺寸和形状对超高性能混凝土岩土的力学性能的影响和结构实验)”的论文中描述了通过小增强元件增强的混凝土管的检查。该论文可以在以下网址找到：http://www.dtic.mil/get-tr-doc/pdf？AD＝ADA620738。
在已知的复合增强元件的缺点之中可以提到如下缺点(不以完整性为目的)：在混合过程中，元件倾向于彼此粘附，由此它们的空间分布将是不均匀的。此外，由于增强元件的材料是比混凝土或复合材料重的钢，因此在将混合物浇注到最终模具中之后，它们在硬化之前倾向于在材料中下沉并且沿着高度的分布会变得不均匀。又一缺点在于，增强元件不具有与复合材料的形状配合连接，而是仅通过在增强元件与复合材料之间建立的表面附着来连接，并且这种连接不如形状配合连接那么牢固。又一缺点是这样增强的材料的各向异性的强度，因为元件的形状不能保证在所有方向上的相同特性，因此不能提前精确地计算强度。所述元件易于腐蚀，并且腐蚀通常在结构的边缘表面或其开裂表面处开始，这迟早会使强度劣化，同时在外表面上将可见生锈的线状件，这使其外观变差。
发明内容
本发明的任务是提供一种用于增加自凝固糊状材料的强度的增强元件和一种将元件馈送到糊状材料中的方法，其可以减少或甚至消除已知解决方案的所列出的缺点和其它缺点。
根据本发明，提供了一种用于增加自凝固糊状材料的强度的增强元件，增强元件由可弯曲丝制成，并且根据本发明，该元件包括中央部分，相应的臂至少在三个方向上从该中央部分伸出，每个臂具有至少两根间隔开的丝，并且臂的外端由相应的环构成，所述环通过制造相关臂的丝的弯曲而形成，在每个环中丝之间的距离在丝尺寸的两倍到二十五倍之间，并且臂以这样的方式布置，即在由通过中央部分的任何平面分开的任何半空间中布置至少一个臂。
优选的是，臂的长度最多是其宽度的十倍。
一个优选实施例包括偶数个臂，并且至少在相反的空间方向上延伸的成对的臂是通过弯曲单根丝而形成的。
优选的是，臂的数量是四个，在其中每一臂对是通过单根丝的弯曲而形成的，并且各个臂对的环在中央部分中基本上落入公共平面中，构成所述臂的臂对当投射在所述公共平面中时基本上落入各自的互为延伸部的公共直线中，并且每个臂对中的所述臂在所述公共直线的相反的方向上伸出，并且由臂构成的臂对中的一对从公共平面沿向上的方向弯曲预定角度，而所述臂的另一对从公共平面沿相反(即向下的)方向以相同或几乎相同的方式弯曲。
优选的是，臂相对于公共平面的弯曲角度在20°到50°之间。
又一优点是，两对臂通过将形成其中一对的丝在中央部分处进行弯曲而彼此固定。
在一个优选实施例中，丝具有圆形横截面。
非常有利的是增强元件通过单根丝的弯曲构成。
丝的材料可以是钢、铜、碳纤维、塑料、玻璃、玄武岩纤维或这些材料的组合。
该设计的又一些优点是，丝包括用于腐蚀防护和/或增加强度的涂层。
如果增强元件具有平均密度，所述平均密度通过所述涂层的厚度来控制，以与所述糊状材料的密度相等或几乎相等，则空间分布将更均匀。
如果涂层由借助于粘结剂材料与丝结合的碳纤维纱线或玻璃纤维纱线制成，则可以增加强度。
在一个优选实施例中，丝由双丝制成。
根据本发明，还提供了一种用于由模制材料制造具有增加的强度的结构的方法，该方法包括以下步骤：当材料处于糊状状态时将来自几种组分的材料混合，然后将其浇注到百叶窗/百叶窗形件(jalousie)或具有所需形状的模具中，然后使材料凝固或定型，并且根据本发明，该方法包括以下步骤：在材料仍处于糊状状态时将至少80kg/m3的量的如上所述制造的增强元件馈送到所述材料，并且将添加的增强元件混合以均匀地分布在其中，然后执行所述浇注步骤。
应该注意的是，本文也涉及作为复合材料的自凝固糊状材料。
优选的是，糊状材料是品质至少为C50并且优选地高于C100的混凝土，但是它也可以是聚酰胺、聚碳酸酯或任何其它类似的塑料材料或陶瓷、玻璃或金属。
附图说明
现在将结合本发明的优选实施例来描述本发明，其中将参考附图。在附图中：
图1是根据本发明的增强元件的实施例的俯视图；
图2是图1所示的实施例的正视图；
图3是图1所示的实施例的侧视图；
图4是图1所示的实施例的相应视图；
图5是具有六个分支的实施例的透视图；
图6是增强元件的一个实施例的从上方观察的透视图；
图7示出了形成增强元件的双丝的细节；
图8是形成包括塑料涂层的增强元件的丝的细节；
图9示出了由碳纤维覆盖的丝24的透视图；
图10示出了用于测量根据本发明制造的传统试样26的测试装置的概图；
图11示出了图10的放大剖面细节；
图12示出了使用类似于图10所示的试样的根据本发明制造的试样31的测量装置的概图；
图13示出了使用不同试样执行的载荷-位移图；
图14是由通过Dramix元件增强的试样立方体35制成的分层X射线图片；
图15示出了试样立方体35中的增强元件的数量的根据高度的分布；
图16类似于图14，并且示出了在根据本发明制备的试样立方体37上做出的记录；以及
图17示出了试样立方体37中的增强元件的数量的根据高度的分布。
具体实施方式
参考图1至图4，其示出了根据本发明的具有四个臂的增强元件10的一个实施例。增强元件10具有这样的空间构型：其具有预定数量的从中央部分12向不同的空间方向伸出的臂11。此外，增强元件10的特点在于，相应的臂11由丝/丝状件/长丝/细丝(filament)13或线状件/金属线(wire)制成，使得相应的环14由丝13弯曲而成并且在环14的分支15之间保持了预定距离。该距离介于丝13的尺寸(直径)的两倍到十二倍之间(并且在使用非圆丝的情况下，该尺寸是丝的横向尺寸)。这里，上限并不重要，因为也可以使用更大的距离，但是在这种情况下，增强元件10的刚度将降低。对应于双倍尺寸的下限是必需的，因为在糊状粘合材料可以容易地渗透到在分支15之间限定的空间中并且可以填充由这些分支形成的空间时，环14可以提供所需的效果。当用碳纤维或碳带增强时，丝13的材料优选为钢、铜、塑料或这些材料的一种形式，并且其直径或其最大横向尺寸小于约3mm。这些极限值并不太重要。丝13必须具有适当高的拉伸强度以抵抗作用在其上的载荷，然而它应该至少在其形成期间是可弯曲的，使得它应该能够使增强元件10或其至少一些臂11弯曲。
图中，可以观察到增强元件10的中央部分12基本上位于一个平面中，并且在图2和3中可以看出，落在该平面16中的直线由点划线绘制。在离开中央部分12之后，对向的臂11在一个方向上与该平面成一角度α。在图2中可以看出，两个臂11a和11b从平面16在向下的方向上倾斜角度α。另外两个臂11c和11d也从平面15但在相对的半空间中(即在向上的方向上)倾斜相同的角度α。弯曲的起始线可以紧接在中央部分12之后，如图中所示，但是该起始线可以在向外方向上进一步远离。
所有臂与假想平面16成角度α(作为绝对值)。该角度α的值优选地在20°到50°之间，然而使用25°到35°之间的角度范围是最优选的。
图1至4所示的增强元件10的又一形式特征是臂11的长度，即它们的突出程度。在通常使用期间，增强元件10被大量馈送到自凝固的糊状或部分液态的材料中并与之混合。目的是确保在混合结束时增强元件10在糊状材料中的均匀分布，不应发生局部附聚，并且各增强元件10的角位置将在可能的方向中均匀地分布。混合的质量基本上受臂11的长度和角度α的影响。对于建议的角度范围，优选的是臂11不长于分支15之间距离的十倍。这并非绝对限制，但是如果臂11比这个尺寸短，则臂之间相互接合的危险更小。当然，臂的长度也具有逻辑下限，但是从混合质量的角度来看该下限不是太重要，然而在任意接近地定位的增强元件的臂之中的臂太短的情况下很重要。
除了臂11的长度之外，元件之间的聚集和相互接合还将由于作为弧形的臂端部的弯曲环的存在而防止，所述弧形的臂端部与丝的形成为锋利尖端的末端不同。环14很重要，因为除了确保均匀混合之外，臂11的间隔开的分支15的端部通过相应的弧形的环14的互连还在每个分支15中限定出相应的开口17。糊状模制材料可以穿过这些开口17并完全填充它们，并且在材料定型之后，环14将不仅通过模制材料与丝13之间的附着力保持，而且主要通过由最终在环14中定型并穿过环14的粘结材料所提供的形状配合连接来保持。这种连接的本质在于，由环14环绕的已定型材料与在邻近的增强元件10的臂上的环14一起构成单个主体，并且如果拉伸载荷作用于混凝土的给定横截面上，则增强元件10的其它臂将对混凝土施加压力并且混凝土具有良好的抗压性。当然，在增强元件10的丝13的某些部分中将产生拉力，但是增强元件10具有比混凝土高得多的拉伸强度。这正是由于增强元件10的存在而出现更高的负载耐受性的原因。另外，环14在自定型材料已经流入由臂11的分支15形成的开口17中之后包围该自定型材料的事实使得将在被包围材料与增强元件10之间产生力高得多(与如果连接仅通过丝13与自定型材料之间的附着力提供的情况相比)的配合连接。在经典设计的钢筋混凝土的情况下，这是钢筋与周围的混凝土材料之间的常见连接类型。这种连接将在传统的增强元件与周围的自定型材料之间建立。这种形状配合的包围型连接与构成增强元件10的丝13的类型和质量无关，因此，丝13也可以由对糊状材料具有较小附着力的特殊材料制成。该特性是几个优选特征的基础，将在本说明书的后面部分中解释这些特征。
图1至4所示的增强元件10具有重要特性，即它可以仅通过弯曲由单个连续丝13制成。该特性具有以下意义：增强元件10不具有应通过单独的方法步骤连接的单独部件，这提高了其强度和负载能力。尽管由单根丝制造具有若干优点，但其使用并不总是必要的。增强元件10的相应的臂或臂对可以制成为单独的部件，其可以通过传统方式连接(例如通过焊接、钎焊或使用粘结剂)。
尽管增强元件10的设计是优选的，但是图5至8示出了又一些替代实施例。
图5示出了具有六个臂18的增强元件9，其也可以由单根丝通过弯曲制成。相对的臂18基本上落在同一直线中并构成假想立方体的对角。臂的数量的进一步增加不是优选的，因为这可能阻止这种增强元件9彼此靠近地定位，结果是不可能从这些增强元件馈送所需的量并混合到预定体积的糊状材料中。当使用图1至4所示的实施例时，很难体验到增强元件彼此保持距离的这种效果，因为这些增强元件10具有更开放的形状，不会阻止其它类似元件彼此靠近的放置。
如果选择可以采取任何方向的、直线P可放置其中的空间假想平面，则可以使臂11的空间布置和数量可视化或被理解，该直线适合于增强元件10或9的中央部分12，并且在图5中用点划线示出该直线P。该平面将周围空间分成两半，并且大致相同数量的臂11应该落入每一半中。这种状态表明，增强元件的臂11在空间中以均匀分布的方式伸出，即臂11不存在这样的优选方向：在该优选方向上比在任何其它方向上延伸更多的臂。
图6示出了增强元件19，其与图5所示的增强元件19相比仅有三个全都弯曲的臂，但是在该图的给定投影中，臂的弯曲和倾斜角度没有清楚地示出，但是在前一段中定义的规则也适用于该实施例。
可以用于形成增强元件10、9、19的丝13的优选设计在图7至9中被示出。在图7中，示出了双丝22，其包括被彼此平行引导的一对丝13a和13b，丝13a和13b由塑料涂层20环绕并连接。在图8中，丝23被圆筒形柔性塑料涂层21环绕。涂层20、21的制造可以使用通常用于制造绝缘电缆的类似材料和技术，但优选的是涂层20、21的尺寸和质量以这样的方式进行选择，即以这种方式制造的丝22、23的最终密度将等于或几乎等于在使用过程中将环绕它们的糊状自定型粘结材料的密度。在混凝土作为糊状材料的情况下，如果丝13、13a或13b由钢制成并且涂层20、21由塑料材料制成，则涂层20、21的体积应优选地被选择为钢的体积的约2.6至2.8倍。当保持这种状态时，以这种方式制造的增强元件10的密度将与混凝土的密度相同，并且当元件10被供给到糊状混凝土中时，它们不会沉入周围介质中。
图9示出了具有钢质内丝13c的丝24，并且在该丝13c周围缠绕有带状物25，该带状物由纺成碳纤维或其它强力纤维制成，并且该纤维结构通过粘结剂与内丝13c结合。当选择该实施例时，丝24应被弯曲以在塑料粘结剂定型之前制造增强元件10。在暴露于非常高的负荷的混凝土结构中，该实施例的使用是优选的并且合适的，因为碳纤维增强材料具有约5000至8000MPa的拉伸强度，而钢的拉伸强度通常在800到1500MPa之间，即，丝24的拉伸强度至少比钢的拉伸强度高五倍，或甚至更高。如果由玻璃纤维、玄武岩(basalt)或其它塑料纤维制成的股线具有所需的强度，则可以使用它们代替碳纤维。
在丝13由钢制成的情况下，优选的是它涂覆或电镀有薄锌层，以保护其免受腐蚀。
丝13的外表面可以由对混凝土或其它自定型糊状材料具有小得多的附着力的材料制成，因为在使用增强元件10期间，通过环14的存在来进行力的传递，环包围一定小体积的自定型糊状材料，由此涂层与糊状材料之间的附着仅具有次要作用。
根据本发明的增强元件10的使用主要用于增加不同模制结构的强度。在自定型糊状材料之中，更常用的是混凝土，但是对由例如聚酰胺、聚丙烯、聚酯或其它具有相当性能的热塑性材料制成的增强塑料结构的需求日益增加。以类似的方式，可以以这种方式增强通过使用多组分自定型或热固性材料制成的复合材料。
在使用方法中，将糊状和部分液态的自定型材料在合适的容器中混合，并且在混合步骤期间，将预定量的增强元件10馈送到混合物中。继续混合直至达到所需的均匀性，然后将材料浇注到从下面和从所有侧面包围的空间和适当的百叶窗状件或模具中，然后在需要的情况下通过振动器处理材料以除去多余的气泡并且将模具保持在这种状态下直到它定型。在需要的情况下，对外表面进行喷淋(例如在混凝土的情况下需要)。
馈送的增强元件10的量影响这样制造的结构的强度，并且通过增加该量可以增加该强度直到给定的程度。可以添加的量仅受材料接纳这些元件的能力的限制。在混凝土的情况下，添加增强元件10的下限为约70-80kg/m3(在增强元件由钢制成的情况下)并且在约150至200kg/m3的剂量下达到所需的强度。混凝土的品质/质量应该足够好，优选范围的下限是C 50的品质，这并不排除使用品质较低的混凝土，但那样的话强度的增加将不太明显。品质没有上限，但使用品质高于约C500的混凝土没有意义，或者仅针对特殊用途有意义。
已经利用本发明的增强元件10进行了许多实验、测试和比较测量，以便更好地了解其特性并确定在所有情况下都存在这些特性。在详细描述经验之前，将描述一些测试和所获得的结果。
图10和12示出了用于检查弯曲强度的测试装置。为了测试制造了具有150×150mm的正方形横截面并且600mm的长度的试件。图10示出了以常规方式制造的试样26，其中在其下部放置了一对横向间隔开的钢丝27，其如图所示具有向后和向上弯曲的端部部分，并且钢丝的直径是8mm。混凝土的质量为C25。在试验期间，将一对支承圆柱体28、29以500mm的间距放置在水平支承表面上。载荷以竖直力F的形式作用在压力缸30上，并且测量作为力F的函数的试样26的最低中心点的竖直位移(弯曲)。
利用根据本发明的方法，通过使用质量为C110的混凝土制造具有相同尺寸的试样31，并且在该混凝土中，以100kg/m3的量添加图1至4中所示的增强元件10。可以装配增强元件10的假想球体的直径为30mm，分支15的直径为0.9mm，臂11的分支15之间的距离为6mm，并且丝由钢制成。
为了进一步比较，通过添加密度也为200kg/m3的以商品名DRAMIX ZC-50/0.8销售的常规增强元件来制备类似尺寸的试样。钢筋元件的长度为50mm，直径为0.8mm，并且两端呈两级阶梯状。最后，通过使用由C25混凝土制成并且其中没有添加增强元件的混凝土件的相同尺寸的又一试样来进行进一步的测试。
结果显示在图13的图表中。由点划线绘制的曲线32涉及由传统钢棒增强的试样26。由细点划线绘制的曲线33涉及没有进行任何增强的混凝土试样，并且表明没有增强的混凝土仅能抵抗非常小的载荷并且很快就会破裂。由虚线绘制的曲线34涉及其中混凝土通过DRAMIX增强元件增强的试样。最后，由实线绘制的曲线35涉及根据本发明制造的试样31。可以在没有任何具体解释的情况下看出，包括增强元件10的混凝土具有突出的强度和耐性。它与传统的钢筋混凝土试样26相比的承载能力是90/60，即比传统的钢筋混凝土试样的承载能力高50％，并且在达到最大值后不会破裂，并且它可以更近一步地抵抗超过最大载荷的长的挠曲，在可能发生脉冲类载荷的情况下这是非常有利的特性。它的强度比通过DRAMIX元件增强的相同尺寸的混凝土高五倍，并且重要的是应注意到在来自任何方向的载荷的情况下保持了这种强度。
现在参考图14至17，其中将示出根据本发明的解决方案的又一特性。由前例中所述的通过Dramix元件增强的混凝土制成边长尺寸为150mm的试样立方体35，通过如试样31所述的根据本发明的增强的混凝土制成类似的试样立方体，并且通过计算机断层扫描检查边长为150mm的这两个立方体并在不同的横截面处制作大量X射线照片。图14示出了从由已知元件增强的试样立方体35取得的分层图片中的典型图片。
二次/二维记录图显示试样立方体35的处于与它在模具中相同的位置，即标号1至5表明高度，其中#1对应于最高高度带，#5对应于最低高度带。在记录图中，光斑是相关层中的增强元件的图片，其是部分小圆圈和部分更短或更长的条带，取决于元件在立方体中的位置。在不同高度处进行的记录使得可以对相关高度中的增强元件的数量进行计数。观察图14的图片，很明显，对应于增强元件的白色斑点在最低带5中具有较高密度，而在上面的带中可以看到的元件少得多。图15的图线36显示各个高度带中的增强元件的计数的数量。可以看出，在带#1中，仅数出约100个元件，并且该数量朝底部逐渐增加并在带#4和#5之间已经达到其最大值460个。变化(即不均匀程度)为4.7倍。这种在向下方向上的密度增加是由于钢筋元件比混凝土重，并且它们在糊状或液态的混凝土中倾向于下落。大多数元件不在最低高度的原因在于元件可以采取任何角度位置，并且当它们的一个端部到达百叶窗时它不能进一步向下移动。
图16是从包括根据本发明的增强元件10的试样立方体37进行的类似的层记录图。当观察图片时，可以立即看到并确定元件的分布沿高度均匀得多。白色斑点的不同尺寸表明，增强元件10采用不同位置，因此它们的投影斑点更小或更大。图17类似于图15，并且示出了在相应高度处计数的增强元件10的数量。图线38更多地显示更均匀的分布，并且同时元件的数量明显更高。最小数量为100，最高为1200，即与在控制情况下470％的值相比不均匀程度为32％。
应该注意的是，横向方向上的不均匀度在两个试样立方体35、37的情况下都小，因为在横向方向上，重力的影响不明显。
再次参考图10，其中示出了传统试样26由传统的钢筋增强混凝土制成，其处于在负载的作用下稍微弯曲的略微失真的比例。由于混凝土的下层在负荷的作用下略微膨胀，因此增强钢棒也膨胀，并且由此在混凝土材料中会出现轻微的裂缝，这些裂缝以略微夸大的比例示出。图11以放大视图示出了这样的裂缝39，在其中可以观察到钢棒40和周围的砾石颗粒41。在承受负载的混凝土结构的经受膨胀的表面处存在裂缝39可以被认为是自然现象，而沿着裂缝39在环境空气中的湿气或存在局部潮湿的作用下，钢棒40经受腐蚀，随着时间推移这可能导致问题，特别是因为被腐蚀的铁的体积是钢的三倍。体积的局部增大会导致混凝土材料中的张力并导致更多裂缝，并且腐蚀过程会随着时间的推移而降低混凝土的强度。
与上述相反，根据本发明制造并如图12所示的结构没有形成裂缝，因为小增强元件10的膨胀在尺寸上小得多，并且它对周围的混凝土施加压力负载而不是拉力负载，从而排除了产生裂缝的原因。该效果使得降低或消除腐蚀的危险，并且大大提高了结构的使用寿命。如果丝13设有锌或塑料涂层，则腐蚀危险进一步降低。
分析和列出相对于已知增强元件共同带来有利效果的理由是值得的。以下不以重要性为顺序概述了这些理由。
前面已经提到过，增强元件10与周围的糊状材料之间的传递力的连接是由于已经流过环14的初始糊状材料与在材料已凝固之后保持材料的环14自身之间的连接，并且这种连接不同于丝13与环境介质之间的摩擦和附着连接。除了通过这种方式可以传递更高的力的原因之外，可能性还在于以耐腐蚀层覆盖丝13的材料或甚至以增加拉伸强度的纤维涂层覆盖丝13的材料或用塑料涂层覆盖丝13的材料，在这些耐腐蚀层或涂层的作用下得到的密度以所需的程度降低。
在不同方向上以不太大的角度伸出的增强元件的臂的存在对于在混合步骤期间是非常有用的，因为不会发生元件的局部附聚或相互接合。如果增强元件的臂在另一增强元件的臂的环中滑动，则在混合期间的力的作用下，它可以以容易的方式从其中滑出，因此相邻的增强元件在混合操作期间没有理由互相连接。而在所有已知类型的增强元件中都会经历增强元件的附聚。
又一问题的诱因是前面提到的增强元件沉没在流体介质中的危险。增强元件10的臂在所有方向上伸出并且充当降落伞的功能，这增加了抵抗在流体中的运动的阻力，并且不存在沿着其不能发生这种效果的特殊方向。此外，砾石/碎石(gravel)颗粒可以接触增强元件10的臂并提供局部支承并且防止它们在介质中移位。由于这里列出的原因，即使不通过使用调节比重的塑料涂层来降低比重，下沉效果也会更小。
通过排除附聚的危险，获得又一优点，即在单位体积中可以放置更多的增强元件，由此也增加了增强的效果。通过比较图16和18所示的数值，通过实验证实了这种效果，并且在使用本发明的混凝土样品中发现了多得多的增强元件。
增强元件10的臂14具有由相关的环14构成的端部，环14仅能够沿各自的点接触百叶窗状件。因此，在移除百叶窗状件之后，增强元件10的存在至多仅以小的斑点来指示而不是像已知的增强元件那样用长的线表面指示。延伸到现成结构的外表面的金属线状件同时是腐蚀中心并且它们显著破坏了外表面的外观。在使用根据本发明的增强元件10的情况下，即使不使用防腐蚀涂层，也只能看到小的斑点，但在镀锌或塑料涂层设计的情况下，不会出现生锈的危险。
下一个重要特性在于，在增强元件10的情况下，没有优选的方向，并且由于良好的混合和大数定律，臂面向所有方向，并且强度是充分地各向同性的，即在载荷来自任何方向的情况下都起作用。这是相比于先前使用的解决方案的一个突出优点，因为正是由于元件的附聚而存在具有局部各向异性的危险。
由于所列出的效果，使用根据本发明的增强元件10的结构可以针对任何给定的载荷确定尺寸和设计，并且不会发生承载性能改变并且取决于所使用的技术和制造环境的问题。
最后，应该提到的是，可以存在若干其它的有利特性，因为例如图13所示的图表已支持已经历了强度的显著增加，并且如果需要更高地增加负载能力，那么图9所示的碳纤维增强涂层可以获得更坚固的结构。

Claims (15)

1.一种用于增加自凝固糊状材料的强度的增强元件(10)，所述增强元件由可弯曲的丝制成，其特征在于所述增强元件(10)包括中央部分(12)，相应的臂(11)至少在三个方向上从该中央部分伸出并且每个臂(11)具有至少两根间隔开的丝(13)，并且臂(11)具有由相应的环(14)构成的外端部，所述环(14)是通过制造相关臂(11)的丝(13)的弯曲而形成的，并且在每个环(14)中，丝(13)之间的距离在丝(13)的尺寸的两倍到二十五倍之间，并且臂(11)以这样的方式布置：在由通过所述中央部分(12)的任何平面分开的任何半空间中布置有所述臂(11)中的至少一个。
2.如权利要求1所述的增强元件，其特征在于，所述臂(11)的长度最多是其宽度的十倍。
3.如权利要求1或2所述的增强元件，其特征在于，包括偶数个臂(11)，并且至少在相反的空间方向上延伸的成对的臂(11)是通过单根丝(13)的弯曲而制成的。
4.如权利要求1或2所述的增强元件，其特征在于，所述臂(11)的数量是四个，其中各个臂对通过单根丝(13)的弯曲而制成，并且各个臂对的环(14)在中央部分(12)中基本上落入公共平面中，构成所述臂(11)的臂对在投射到所述公共平面中时基本上落入各自的互为延伸部的公共直线中，并且每个臂对中的所述臂(11)在所述公共直线的相反的方向上伸出，由所述臂(11)构成的臂对中的一对从所述公共平面沿向上的方向弯曲预定角度(α)，而另一对臂(11)从所述公共平面在相反的、即向下的方向上以相同或几乎相同的方式弯曲。
5.如权利要求4所述的增强元件，其特征在于，所述臂(11)相对于所述公共平面的弯曲角度(α)在20°到50°之间。
6.如权利要求4或5所述的增强元件，其特征在于，两对臂(11)通过将形成所述臂对的一个的丝(13)在中央部分(12)处进行弯曲而彼此固定。
7.如权利要求1至6中任一项所述的增强元件，其特征在于，所述丝(13)具有圆形横截面。
8.如权利要求1至7中任一项所述的增强元件，其特征在于，所述增强元件通过单根丝(13)的弯曲而构成。
9.如权利要求1至8中任一项所述的增强元件，其特征在于，所述丝(13，13a，13b，22，23，24)的材料是钢、铜、碳纤维、塑料、玻璃、玄武岩纤维或这些材料的组合。
10.如权利要求1至9中任一项所述的增强元件，其特征在于，所述丝(13)包括用于腐蚀防护和/或用于增加强度的涂层。
11.如权利要求10所述的增强元件，其特征在于，所述增强元件具有平均密度，所述平均密度通过所述涂层的厚度来控制，以与所述糊状材料的密度相等或几乎相等。
12.如权利要求10或11所述的增强元件，其特征在于，所述涂层由碳纤维纱线或玻璃纤维纱线制成，所述纱线借助于粘结剂材料与所述丝(13)结合。
13.如权利要求1至12中任一项所述的增强元件，其特征在于，所述丝(13)由双丝制成。
14.一种由模制材料制造具有增加的强度的结构的方法，包括以下步骤：当包括若干组分的材料处于糊状状态时将所述材料混合，然后将其浇注到百叶窗或具有所需形状的模具中，然后使所述材料凝固或定型，其特征在于，在所述材料仍处于糊状状态时将至少80kg/m3的量的根据权利要求1至13中任一项制造的增强元件馈送到所述材料，并且将添加的增强元件(10)混合以均匀地分布在其中，然后执行所述浇注步骤。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述糊状材料是品质至少为C50并且优选高于C100的混凝土。
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