DE102008026615A1

DE102008026615A1 - Hybride textile Bewehrung von Mauerwerk, textilbewehrte Bauelemente bzw. Verstärkungsschichten für Bauelemente und Verfahren zu deren Herstellung und Einsatz

Info

Publication number: DE102008026615A1
Application number: DE102008026615A
Authority: DE
Inventors: Helmut Zscheile; Heike Metschies; Reinhardt Helbig; Rolf Arnold; Christian Münich; Lothar Stempniewski
Original assignee: Saechsisches Textilforschungsinstitut STFI eV
Current assignee: Saechsisches Textilforschungsinstitut STFI eV
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-12-03
Also published as: DE202008017465U1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine hybride textile Bewehrung, textilbewehrte Bauelemente bzw. Verstärkungsschichten für Bauelemente, die insbesondere für ein erdbebensicheres Bauen zum Einsatz kommen. Die Bewehrung wird unter der Putzschicht eingesetzt und besitzt sowohl lastaufnehmende Elemente, die die Zugfestigkeit der mineralischen Baustoffe verbessern, als auch Elemente mit einer hohen Duktilität, die nach dem Bruch eine totale Zerstörung verhindern. Die Erfindung betrifft auch die Herstellung und den Einsatz dieser hybriden textilen Bewehrung, sowie die Herstellung daraus gefertigter textilbewehrter Bauelemente bzw. Verstärkungsschichten für Bauelemente aus mineralisch gebundenen Baustoffen, insbesondere Beton, bei denen als Bewehrungsmaterial gitterartige Textilstrukturen aus betonverträglichen Hochleistungsfasern und spezielle strangartige Elemente mit hoher Duktilität eingesetzt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hybride textile Bewehrung, textilbewehrte Bauelemente bzw. Verstärkungsschichten für Bauelemente, die insbesondere für ein erdbebensicheres Bauen zum Einsatz kommen. Die Bewehrung wird unter der Putzschicht eingesetzt und besitzt sowohl lastaufnehmende Elemente, die die Zugfestigkeit der mineralischen Baustoffe verbessern, als auch Elemente mit einer hohen Duktilität, die nach dem Bruch eine totale Zerstörung verhindern.
Die Erfindung betrifft auch die Herstellung und den Einsatz dieser hybriden textilen Bewehrung, sowie die Herstellung daraus gefertigter textilbewehrter Bauelemente bzw. Verstärkungsschichten für Bauelemente aus mineralisch gebundenen Baustoffen, insbesondere Beton, bei denen als Bewehrungsmaterial gitterartige Textilstrukturen aus betonverträglichen Hochleistungsfasern und spezielle strangartige Elemente mit hoher Duktilität eingesetzt werden.
Zur Erhöhung der Festigkeit in Betonelementen oder anderen Kunststeinen sind Stahlbewehrungen bekannt. Diese werden als vorgefertigte Elemente in Quer- und Längsrichtung mehrdimensional meist in Handarbeit eingelegt, die sehr arbeits- und kostenaufwendig ist. Des Weiteren ist bereits bekannt, zur Bewehrung textile oder andere hochpolymere Stoffe in Faser-, Strang- und Bandform sowie Fadenkonstruktionen und Faservliese einzusetzen.
Aus der DD 210 102 ist beispielsweise eine linienförmige Bewehrung in Form von Kernmantelkonstruktionen bekannt, die einen Zugbeanspruchung tragenden dehnbaren flexiblen, vorzugsweise textilen Kern aufweist, der von weiteren Bestandteilen umgeben und mit diesen kraftschlüssig verbunden ist. Bei dieser textilen Bewehrung handelt es sich ausschließlich um eine Transportbewehrung, die zu keiner Erhöhung der Biegezugfestigkeit führt. Zum anderen bestehen die Nachteile dieser bekannten Bewehrung darin, dass die Lagefixierung des Bewehrungsmaterials bei der Herstellung des Bauteiles aus Beton nicht ausreichend gewährleistet ist, was zu einer ungleichmäßigen Bewehrung innerhalb des Bauteiles führt.
In der DD 275 008 ist ein Verfahren zur Lagefixierung linienförmiger flexibler Bewehrungselemente beschrieben, das bei der vertikalen Fertigung von plattenförmigen Bauelementen angewendet wird. Dabei werden linienförmige flexible Bewehrungsseile parallel zueinander in Abständen mit einem Flächengebilde verbunden. Dieses Verfahren ist nur für die vertikale Herstellung von Bauteilen anwendbar, da das Flächengebilde als Trägerelement für die Bewehrungsseile nur in einem entspannten Zustand eingesetzt werden kann. Die Lagefixierung der Bewehrungsseile erfolgt direkt beim Einfüllen des Baustoffes in die Form, weil der Baustoff das Flächengebilde in der Form strafft. Die Anwendung dieses Verfahren für eine horizontale Fertigung von Bauteilen bzw. gewölbten oder anderweitig verformten Bauteilen ist damit nicht möglich.
Aus der DE 197 19 049 A1 ist eine Methode bekannt, die starre Bewehrungselemente wie glasfaserverstärkte Polyesterstäbe in ein textiles Gitter einbringt und fixiert. Diese sind zur lastaufnehmenden Bewehrung geeignet, führen aber durch ihr geringes duktiles Bruchverhalten auch zum Totalversagen des Bauwerkes.
Aus der KR 2004 002 1018 ist eine Methode bekannt, die eine erdbebensichere Verstärkung von Betonsäulen beschreibt. Hierbei werden die Betonsäulen in regelmäßigen Abständen vertikal mit Karbonfaserschichten verstärkt und horizontal mit Glassfasertextilien umwickelt, was eine material- und kostenintensive Methode darstellt. Mehrlagige textilbewehrte Betonumhüllungen nach ähnlicher Methode werden auch in der DE 102 32 142 A1 beschrieben.
In der JP 2005 068 669 wird das erdbebengerechte Verstärken von Erdwällen mit Geotextilien beschrieben. Diese Methode ist nicht auf Mauerwerk übertragbar.
Das Ziel bei erdbebensicherem Bauen ist es, die verheerenden Folgen bei in sich zusammenstürzenden Bauwerken abzumildern bzw. den Einsturz selbst weitestgehend zu vermeiden. Nach dem Versagensbruch ist der totale Kollaps des Bauwerkes zu verhindern, um den Insassen die Möglichkeit zu geben, aus dem Bauwerk zu flüchten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine textile Bewehrung, textilbewehrte Bauelemente bzw. Verstärkungsschichten für Bauelemente zu schaffen, bei dem die hybride textile Bewehrungsstruktur entsprechend der geforderten Form und Funktion des fertigen Bauelementes tragende Elemente aufweist und zusätzlich zu den lastaufnehmenden Elementen mit Elementen versehenen ist, die eine hohe Duktilität besitzen und so ein duktiles, mehrstufiges Bruchverhalten einer hybriden textilen Bewehrung erlauben.
Zur Verbesserung der Erdbebensicherheit, insbesondere von Mauerwerk, wird eine hybride textile Bewehrung vorgeschlagen, die erfindungsgemäß aus einem hochzugfesten und gering dehnbaren alkaliresistentem Glas- oder Carbongitter besteht, welches in bestimmter Rasterung angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße hybride textile Bewehrungsstruktur besitzt zusätzlich zur o. g. textilen Grundstruktur mehrere in Abständen angeordnete Fadenstrukturen, die eine extrem hohe Duktilität, d. h. Dehnung und plastische Verformbarkeit besitzen.
Die erfindungsgemäße hybride textile Bewehrungsstruktur wird ähnlich wie bekanntes Putzträgergitter auf das Mauerwerk aufgebracht und in einen Spezialmörtel eingebettet.
Durch günstige Auswahl des Materialeinsatzes der Bewehrungselemente und der Textilstruktur kann nach einer wirtschaftlich effektiven Flächenbildungstechnologie vorgefertigt werden. Der Einbau kann ohne zusätzliche Hilfsmittel und Arbeitsprozesse zur Lagefixierung in der Materialmatrix unabhängig von der Form und Größe der herzustellenden Bauteile erfolgen, wodurch anschließend mit dem Baustoff ein inniger Verbund entsteht.
Gelöst wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 beschriebene hybride textile Bewehrungsstruktur. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, das im Erdbebenfall (hohe dynamische Belastung der Mauerwerksteile) die textile Bewehrung mit den eingearbeiteten AR-Glas- oder Carbon-Anteilen zunächst die entstehenden Kräfte aufnimmt, wobei gleichzeitig die Rissbildung minimiert wird.
Nach dem Versagen der textilen Grundstruktur (Bruchstufe 1) des Bewehrungsgitters, kommen die Elemente zum Einsatz, die eine extrem hohe Duktilität, d. h. Dehnung und plastische Verformbarkeit besitzen (Bruchstufe 2)
Damit wird eine Bruchsicherung erzielt, d. h. es wird das Nachbruchverhalten verbessert, indem die Mauerwerksteile nicht völlig in ihre Einzelteile zerlegt werden (Schaffung von Überlebensnischen) und damit die Überlebenschance von im Gebäude befindlichen Personen erhöht.
Als hochdehnbares duktiles Material werden bevorzugt KEMAFIL^® Fäden eingesetzt. Es handelt sich hierbei um gebündelte hochdehnbare Faserstränge, die durch die radialen Schnürkräfte eines Maschenmantels kompakt verbunden sind. Bei hoher Krafteinwirkung kommt es zum Gleiten der innen liegenden Fadengruppen, was zu einer wesentlichen Verbesserung der Duktilität führt.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung liegen in der Nutzung der Korrosionsbeständigkeit der textilen Bewehrungskonstruktion und damit in der Verringerung der bei der Stahlbewehrung erforderlichen Betonabdeckung. Dadurch können die textilen Bewehrungen oberflächennah besonders günstig in der Zugzone eingesetzt werden. Außerdem kann die verwendete textile Bewehrung unabhängig vom Verarbeitungsort und der Verarbeitungszeit hergestellt werden, da sie besonders günstig lager- und transportfähig ist. Die Anpassung an unterschiedliche Abmessungen und Formen der verschiedenen Bauelemente ist ebenfalls gewährleistet.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in
1 zeigt eine hybride biaxiale Bewehrungsstruktur (1) mit in 0° und 90° Richtung parallel angeordneten Bewehrungselementen (2) und dazu parallel in 0° und 90° Richtung parallel angeordneten duktilen Elementen (3),
2 ist eine hybride textile Bewehrungsstruktur mit triaxialem Fadenverlauf.
Die in 1 dargestellte textile biaxiale Bewehrungsstruktur (1) besteht aus AR-Glas 1200 tex mit einer Maschenweite von 12 mm gefertigt auf einer Kettenwirkmschine mit Parallelschusseinrichtung. Der Abstand der Parallel- und Schussfäden aus hochfestem Bewehrungs-Material (2), das vorzugweise aus Carbon-Fäden oder Glas besteht, beträgt 12 mm.
Der Abstand der Parallel- und Schussfäden und Längsfäden aus hochdehnbaren duktilen Materialien (3) in der Ausführung von KEMAFIL^®-Fäden beträgt 60 mm. Anstelle von KEMAFIL^® kann auch anderes Kern-Mantel-Material oder gebündelte Fadenstrukturen eingesetzt werden.
Beide Fadensysteme werden durch das Wirkverfahren fest in die biaxiale Struktur eingebunden.
Die Längsschussfäden aus hochfestem, dehnungsarmen Material sind völlig gestreckt ohne jegliche Strukturdehnung als Stehschuss eingebunden. Das hochdehnbare, duktile Material kann zur Erzeugung einer zusätzlichen Strukturdehnung in Längsrichtung als Schuss unter 1 eingebunden werden. Hierdurch entsteht eine leichte Ondulation, die sich bei hoher Belastung günstig auf die Duktilität auswirkt. Für Beanspruchungen, die in unterschiedliche Richtungen gerichtet sind, ist der Einsatz von triaxialen oder multiaxialen Strukturen vorteilhaft (siehe 2).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DD 210102 [0004]
- DD 275008 [0005]
- DE 19719049 A1 [0006]
- KR 20040021018 [0007]
- DE 10232142 A1 [0007]
- JP 2005068669 [0008]

Claims

Hybride textile Bewehrungsstruktur für Mauerwerk, textilbewehrte Bauelemente bzw. Verstärkungsschichten für Bauelemente aus mineralisch gebundenen Baustoffen, insbesondere aus Beton, bei dem als Bewehrungsmaterial gitterartige Textilstrukturen aus betonverträglichen Hochleistungsfasern verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die gitterartigen Textilstruktur (1) gleichzeitig hochfeste Bewehrungselemente (2) in Längs- und/oder Querrichtung besitzt und zudem in Längs- und/oder Querrichtung mit Elementen (3) ausgestattet ist, die eine hohe Duktilität besitzen.
Hybride textile Bewehrungsstruktur nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die hochfesten Bewehrungselemente (2) aus Fadensystemen mit hohem E-Modul, vorzugsweise aus AR-Glas oder Carbon bestehen, die in 0° und/oder 90° Richtung parallel angeordneten sind.
Hybride textile Bewehrungsstruktur nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die hochfesten Bewehrungselemente (2) aus Fadensystemen mit hohem E-Modul, vorzugsweise aus AR-Glas oder Carbon bestehen, die in 0° und/oder 90° Richtung parallel angeordneten sind und dass zusätzlich Diagonalfäden angeordnet sind.
Hybride textile Bewehrungsstruktur einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die hochfesten Bewehrungselemente (2) starr in Form von Stäben in Querrichtung oder flexiblem stab- bzw. rohrartigem Endlosmaterial in 0° und/oder 90° Richtung eingearbeitet sind.
Hybride textile Bewehrungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die hochfesten Bewehrungselemente (2) in unterschiedlichen Abständen eingearbeitet sind.
Hybride textile Bewehrungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die duktilen Elemente (3) aus Fadensystemen mit geringem E- Modul vorzugsweise aus Polypropylen oder Polyethylen bestehen, die in 0° und/oder 90° parallel angeordneten sind.
Hybride textile Bewehrungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass duktile Elemente (3) vorzugweise aus Kemafil^®-Fäden bestehen, die eine hohe plastische Verformbarkeit besitzen und die als paralleler Schuss in Querrichtung und/oder Schuss in Längsrichtung eingebunden sind.
Hybride textile Bewehrungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die duktilen Elemente (3) in Längsrichtung leicht onduliert und als Schuss unter 1 eingebunden sind.
Hybride textile Bewehrungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass zu den Elementen des Bewehrungsmaterial (2) und (3) weitere textile oder nichttextile Armierungen zwischen die Bewehrungselemente (2) und die duktilen Elemente (3) eingearbeitet sind.
Verfahren zur Herstellung einer hybriden textilen Bewehrungsstruktur nach den Ansprüchen 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die gitterartigen Textilstruktur (1) aus hochfesten Bewehrungselementen (2) in Längs- und/oder Querrichtung und duktilen Elementen (3) in Längs- und/oder Querrichtung, die eine hohe plastischen Verformbarkeit besitzen, auf einer Kettenwirkmaschine gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettenwirkmaschine vorzugsweise eine Raschelmaschine, eine Biaxial- oder eine Multiaxialmaschine ist.
Verfahren nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettenwirkmaschine starre Elemente vorzugsweise nach der DE 197 19 049 einarbeitet oder anderes Armierungsmaterial vorzugsweise nach der DE 196 31 791 einarbeitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die hybride textile Bewehrungsstruktur zur Versteifung einer Nachbehandlung mittels wässriger Dispersionen vorzugsweise Styrol/Butadien-Copolymerisat und einem anschließenden Trocknungsvorgang, vorzugsweise Infrarottrocknung, unterzogen wird.
Verfahren zur Einarbeitung einer hybriden textilen Bewehrungsstruktur nach Ansprüchen 1 bis 9 und hergestellt mit dem Verfahren nach Ansprüchen 10 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Textilstruktur in der dem fertigen Bauelement bzw. der Verstärkungsschicht entsprechenden Form und Abmessung gitter- oder rahmenartig gelegt oder gespannt in die Materialmatrix eingelegt wird, wobei die Bewehrungselemente (3) in ihrer Lage endgültig fixiert werden und anschließend die textile Bewehrungsstruktur (1) mit dem Grundbaustoff formschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die hybride textile Bewehrungsstruktur (1) oberflächennah im Bauelement eingebunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die hybride textile Bewehrungsstruktur (1) mehrschichtig im Bauelement eingebunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine endlos vorgefertigte hybride textile Bewehrungsstruktur (1) verwendet wird.
Einsatz der hybriden textilen Bewehrungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und die nach einem der Ansprüche 10 bis 16 hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet dass diese für Mauerwerksstrukturen eingesetzt wird, die in erdbebengefährdeten Gebieten neu errichtet werden oder in der Ertüchtigung bereits bestehender Mauerwerke verwendet wird oder in diesem Sinne für Fertigteilelemente verwendet wird.