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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewehren von Teilen aus Beton, wobei das Bewehren mittels einer textilen Bewehrung erfolgt, und ein Betonteil aus ausgehärtetem Beton.
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Textile Bewehrungen für Beton erreichen erst mit einer polymeren Beschichtung die erforderlichen Dauerhaftigkeits- und Festigkeitswerte. Nach dem Stand der Technik werden diese Beschichtungen vor der Einbettung in den Beton vollständig ausgehärtet. Dies kann auf einer Beschichtungsanlage direkt oder in einem separaten Prozessschritt erfolgen. Bei der direkten Aushärtung wird von einem einstufigen Prozess, bei einem weiteren separaten Prozessschritt wird von einem zweistufigen Prozess gesprochen. Die vollständige Aushärtung der textilen Bewehrung führt zu einer mangelnden Drapierfähigkeit der textilen Bewehrung. Zudem ergeben sich geringe radiale Verbundkräfte zwischen der Bewehrung und dem Beton.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Bewehren von Teilen aus Beton, wobei das Bewehren mittels einer textilen Bewehrung erfolgt, wobei ein Aushärten der textilen Bewehrung nach einer Einbettung in den Beton erfolgt, sodass eine Drapierfähigkeit der textilen Bewehrung während der Einbettung gewährleistet ist. Dadurch kann die radiale Anbindung des Betons an die getränkte Bewehrung signifikant verbessert werden.
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Folgendes Begriffliche sei erläutert:
„Beton” umfasst insbesondere ein Gemisch aus Zement, Gesteinskörnung bzw. Betonzuschlag wie Sand, Kies oder Splitt und Anmachwasser. Zudem kann der Beton Betonzusatzstoffe und Betonzusatzmittel aufweisen. Dabei dient der Zement als Bindemittel, um die anderen Bestandteile zusammenzuhalten. Die Festigkeit des Betons entsteht durch Auskristallisierung der Klinkerbestandteile des Zements, wodurch sich kleinste Kristallnadeln bilden, die sich fest ineinander verzahnen. Dieses Kristallwachstum hält über Monate an, sodass die endgültige Festigkeit erst lange nach dem Betonguss erreicht wird. Es wird, wie in der DIN 1164, angenommen, dass bei normalen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen nach 28 Tagen die Normfestigkeit erreicht ist.
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Als Betonzusatzstoffe können pulverförmige oder flüssige Zusätze betrachtet werden, über die bestimmte Eigenschaften des Betons beeinflusst werden. Diese Betonzusatzstoffe sind bei der Erstellung der Rezeptur des Betons als Volumenbestandteile zu berücksichtigen. Zu den Betonzusatzstoffen gehören mineralische Feinstoffe, wie inerte Feinstoffe oder puzzolanische Stoffe, wie Steinkohlenflugasche, Tuff, Trass und Silica-Staub, organische Stoffe, wie Kunstharzdispersionen und Farbpigmente oder Fasern.
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Zu den Betonzusatzmitteln zählen in Wasser gelöste oder aufgeschlämmte Stoffe, die dem Beton beigemischt werden, um durch physikalische und/oder chemische Wirkung die Eigenschaften des Frisch- oder Festbetons zu verändern. Zu diesen Eigenschaften zählen zum Beispiel Bearbeitbarkeit, Abbindverhalten, Erhärten oder Dauerhaftigkeit. Betonzusatzmittel sind in der europäischen Normenreihe EN 934 (Zusatzmittel für Beton, Mörtel und Einpressmörtel) definiert, welche in allen CEM-Mitgliedsländern verbindlich gilt. Der Teil 2 der EN 934 enthält die Definition und Anforderungen an Betonzusatzmittel. Dabei sind folgende Wirkungsgruppen umfasst: Betonverflüssiger, Fließmittel, Stabilisierer, Luftporenbildner, Erstarrungsbeschleuniger, Erhärtungsbeschleuniger, Verzögerer, Dichtungsmittel, Verzögerer/Betonverflüssiger, Verzögerer/Fließmittel und erstarrungsbeschleunigende Betonverflüssiger.
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Die „Bewehrung”, auch Armierung genannt, ist die Verstärkung eines Objekts durch ein anderes, welches eine höhere Druck- oder insbesondere Zugfestigkeit bzw. eine größere Haltbarkeit gegenüber weiteren Einflüssen der Umwelt besitzt.
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Unter „Drapierfähigkeit” wird die sphärische Verformbarkeit von Textilien verstanden, wodurch die Eigenschaft von Geweben und Gelegen so beeinflusst werden, dass sie sich an die Kontur eines dreidimensionalen Gebildes anpassen können.
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Unter „Einbetten” ist insbesondere das Eindringen der textilen Bewehrung in den flüssigen oder fließfähigen Beton zu verstehen, sodass der Beton zumindest Teile der textilen Bewehrung vollständig umschließt. So können die textilen Bewehrungen in die auszugießende Form eingebracht werden, wobei anschließend ein Ausfüllen der Form mittels Beton erfolgt.
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Unter „Aushärten” kann ein Verspröden und/oder Vernetzen verstanden werden, welches zu einer höheren Steifigkeit führt. Für das Aushärten bieten sich insbesondere Polymersysteme an. Ein „Aushärten” ist insbesondere dann gegeben, wenn der E-Modul des Polymersystems oder der Tränkungsmasse nach der Einbettung um mehr als 10% wächst.
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Fasern der „textilen Bewehrung” können sowohl Endlosfasern als auch kürzere Faserschnipsel umfassen, welche zu Geweben, Gelegen, Gewirken, Gestricken, Geflechten, unidirektionalen Strukturen, ähnlichen Strukturen oder zu Faser-Matrix-Halbzeugen weiterverarbeitet werden.
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In einer Ausgestaltungsform des Verfahren kann das Aushärten mittels eines zweistufigen Prozesses erfolgen, wobei in der ersten Stufe ein Vorimprägnieren der textilen Bewehrung mit einem Vorimprägniermittel, insbesondere mit einem Polymersystem, unter Gewährleistung der Drapierfähigkeit und in der zweiten Stufe ein Vernetzen erfolgen, sodass anschließend die textile Bewehrung ausgehärtet ist.
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Dadurch können Prepregs bereitgestellt werden, welche beispielsweise industriell gefertigt werden und deren Weiterverarbeitung am Ort der Baustelle erfolgt. Dadurch dass das Vernetzen und letztendlich die damit einhergehende Festigkeit nach dem Gießen des Betons erfolgt, können mit den textilen Bewehrungen vor Ort eine Vielzahl von Geometrien und bauliche Anpassungen vor Ort realisiert werden.
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Um Alternativen für das Vernetzen bereitzustellen, kann das Vernetzen chemisch indiziert und/oder physikalisch indiziert erfolgen. Bei dem chemisch indizierten Vernetzen erfolgt das Vernetzen durch einen dem Beton beigefügtem oder dem Prepeg hinzugefügtem Stoff. Bei dem physikalisch indizierten Vernetzen kann das Vernetzen mittels des Änderns physikalischer Parameter erfolgen. Dabei ist „Indizieren” insbesondere so zu verstehen, dass der Prozess des Aushärtens und/oder das Vernetzens gestartet wird.
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In einer weiteren Ausprägungsform kann das chemisch indizierte Vernetzen mittels einer Alkalität des Betons oder mittels Wasser im Beton erfolgen. Insbesondere bei der Verwendung von Polyurethan und/oder Polyisocyanat und/oder Silikon bewirkt das Wasser im Beton ein Vernetzen und somit ein Aushärten der textilen Bewehrung. Ebenfalls können Epoxidharz-Systeme eingesetzt werden, bei denen die Alkalität des Betons das Aushärten und somit das Vernetzen der textilen Bewehrung bewirkt.
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Um verschiedene physikalisch indizierte Vernetzungsmethoden bereitzustellen, kann das physikalisch indizierte Vernetzen mittels Wärmeeintrag, Lichteintrag, Bestrahlung oder Stromeintrag, insbesondere durch Induktion, oder deren Kombination erfolgen. So kann der Wärmeeintrag beispielsweise dadurch erfolgen, dass der gegossene Beton mit den textilen Bewehrungen in einem Ofen erwärmt wird. Bei der Verwendung von Carbonfasern kann der Wärmeeintrag durch Anlegen einer Wärmequelle oder durch das Einbringen eines Stromes erfolgen, wobei der Strom aufgrund der Widerstandswirkung der Carbonfaser eine Erwärmung bewirkt. Weiterhin kann bei der Verwendung von Glasfasern durch das Einkoppeln von UV-Licht und in den Glasfasern angebrachten Streupartikeln ein Aushärten und somit Vernetzen der textilen Bewehrung erfolgen. Weiterhin können kationische Epoxidharze verwendet werden, bei denen eine UV-Licht Bestrahlung und anschließend das Vernetzen erfolgt. Carbonfasern umfassen für den gesamten Text sämtliche Arten von Kohlestofffasern.
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In einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Vorimprägnieren mittels eines Epoxidharzes und das Vernetzen mittels eines Härters.
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Um die Drapiereigenschaften zu beeinflussen, kann die vorimprägnierte textile Bewehrung vor dem Vernetzen gewalkt werden.
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In einer weiteren Ausprägungsform kann die textile Bewehrung Fasern aus Glas, Carbon, Aramid, und Steinfasern, insbesondere aus Basalt, Baumwollfasern, Hanffasern, Bastfasern, Jutefasern, Ramiefasern, Flachsfasern, Kenaffasern und Hartfasern, insbesondere Fasern aus Sisal, Abaca, Kokos, Bromelia, Palme, Gras, und Lilie, und Asbest- und Viskosefasern oder Seide aufweisen, welche insbesondere zu einem Gewebe verbunden werden. Somit sind unterschiedlichste textile Bewehrungen realisierbar.
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In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Betonteil aus ausgehärtetem Beton, insbesondere ein Fertigteil, welches vor dem Aushärten des Betons nach einem zuvor beschriebenen Verfahren mit einer textilen Bewehrung bewehrt wurde.
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Damit können Betonteile bereitgestellt werden, deren Form am Ort der Entstehung beeinflussbar ist. Betonteile der hier genannten Art können Fertigteile, Betonmauern, Betonwände, Betondecken, Betonsäulen, Kunstwerke aus Beton, Betongebäude, Betonbrücken oder Bauwerke mit Teilen aus Beton umfassen.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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In einem ersten Beispiel werden vorimprägnierte Carbonfasern in länglichen Matten mit einer Breite von 30 cm und einer Länge von 3 m verwendet. Das verwendete Polymersystem für das Vorimprägnieren der Carbonfasermatten ist so ausgewählt, dass bei einem Wärmeeintrag ein Vernetzen und somit ein Verfestigen der Carbonfasern erfolgt
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In einer ausgeschalten Spannbrückenkonstruktion werden die vorimprägnierten Matten so ausgelegt, dass über die gesamte Brücke hinweg die Carbonfasern elektrisch leitend verbunden sind und eine Bewehrung gewährleistet wird.
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Anschließend erfolgt das Gießen einer ersten Betonschicht. Auf diese Betonschicht werden abermals vorimprägnierte Carbonfasermatten so angeordnet, dass sich ein weitender Verbund ergibt. Es erfolgt ein weiteres Ausgießen mit Beton. Die vorbeschriebenen Schritte werden so lange wiederholt, bis eine ausreichende Dicke der Brücke gewährleistet ist.
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Nach zwei bis vier Tagen werden die überstehenden Enden der Carbonfasermatten bestromt, sodass der Widerstand der Carbonfasern zu einer Erwärmung und somit zu einem Vernetzen der textilen Bewehrung führt.
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In einem weiteren Beispiel werden Glasfasermatten mit einem Polyurethan-System vorimprägniert. Der Wasseranteil im Beton wurde um den Wasseranteil erhöht, welcher für das Vernetzen des Polyurethan-Systems benötigt wird.
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Die Glasfasern werden mit dem Polyurethan-System beaufschlagt und gewalkt, sodass ein Drapieren der Glasfasern und der daraus hergestellten textilen Bewehrung möglich ist.
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Die vorimprägnierte textile Bewehrung wird beispielsweise ebenfalls für das Herstellen einer Betonbrücke verwendet. In die Schalung werden die Glasfaserbewehrungen eingebracht. Der Beton wird mit dem entsprechenden Wasseranteil versetzt und auf die Bewehrung gegossen. Nach dem Bedecken der Schicht erfolgen wiederum das Auslegen neuer vorimprägnierter Glasfasern und erneutes Gießen. Dieser Schritt wird so lange wiederholt, bis die erforderliche Dicke der Brücke erreicht ist.
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Nach 28 Tagen wird die für beide Beispiele die Schalung entfernt und die Brücke ist fertig.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 1164 [0005]
- EN 934 [0007]
- Teil 2 der EN 934 [0007]