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Die Erfindung betrifft einen Ankermetallstift, der im Wesentlichen als Zuschlagstoff zu Beton zur Erhöhung von dessen Belastbarkeit sowie zur Reduzierung der Schrumpfrissbildung beigegeben wird. In verkürzter Schreibweise können diese Ankermetallstifte auch als Ankermetall bezeichnet werden.
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Es ist seit langem aus der Praxis sowie aus der Literatur bekannt, dass beim Einsatz von Beton im Bauwesen Metall in Form von Moniereisen, Stahlmatten, Stahlfasern und dergleichen eingebaut bzw. zugesetzt wird, um die bekanntermaßen geringe Belastbarkeit des Betons auf Zugbeanspruchung zu gewährleisten oder zu verbessern. Da die Druckbelastbarkeit von Beton demgegenüber um ca. den Faktor 10 höher ist, wird diesbezüglich meist kein besonderer Aufwand getrieben, da dies in der Regel als völlig ausreichend angesehen wird.
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Gleichwohl kann insbesondere bei der heutigen Bautechnik mit weiter zunehmenden Anforderungen auch die Druckbelastung von Beton an ihre Grenzen kommen, so dass zukünftig der Frage einer erhöhten Druckbelastbarkeit eine wachsende Bedeutung zukommen kann. Andererseits kann eine Erhöhung der Druckbelastbarkeit von Beton unter Umständen zu Einsparungen beim Materialeinsatz führen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen und Möglichkeiten vorzuschlagen, durch die eine Erhöhung der Druckbelastbarkeit von Beton im merklichen Umfang erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass zur Verbesserung der Druckfestigkeit des aus Gesteinskörnern und diese miteinander verbindendem Zementstein bestehenden Betons die in den Zementstein eingelagerten Ankermetallstifte mit jeweils wenigstens zwei Ankerknoten versehen sind, wobei der zwischen den Ankerknoten gebildete Schaftbereich eine gegenüber den Ankerknoten geringere Querschnittsfläche aufweist.
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Der Zementstein ist im Vergleich zu den Gesteinskörnern weicher und damit auch weniger stark belastbar. Daher zeigt sich bei hoher Beanspruchung – nicht nur bei Zugbelastung, sondern auch bei Druckbelastung – eine Rissbildung, die sich bevorzugt im Zementstein ausbildet. Insbesondere bilden sich bei übermäßiger Druckbeanspruchung Schiebungsbrüche aus, die in der Tendenz in einem Winkel von ca. 45° zur Druckkraftrichtung verlaufen. Beim Schiebungsbruch werden die beiden Rissoberflächen unter Druck gegeneinander verschoben.
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Der durch die Erfindung erreichte Vorteil besteht im Wesentlichen darin, dass es durch die Beigabe der Ankermetallstifte gelingt, die durch Risse voneinander getrennten Zementsteinbereiche quasi miteinander zu verbinden, so dass sich anschließend der Schiebungsbruch im Zementstein nicht mehr ungestört weiter ausbilden kann. Er muss sich vielmehr einen anderen, weiteren Weg suchen, wozu mehr Energie, also eine größere Kraft notwendig wird, wodurch sich die Druckbelastbarkeit des Betons erhöht.
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Entscheidend für die Koppelung von Zementsteinbereichen ist dabei, dass die geschaffene Verbindung im jeweiligen Bereich auch verankert wird. Dazu weist der Ankermetallstift mehrere über die Länge verteilt angeordnete, unterschiedlich große Querschnitte (Schaftbereich und Ankerknoten) auf. Dabei wirkt der Ankermetallstift im Wesentlichen erst dann, wenn sich ein Schiebungsbruch in der Entstehung befindet. Liegt der Ankermetallstift dann in der Ebene des Schiebungsbruches, so wirken die Ankerflächen als Bremse gegenüber den unter großem Druck aufeinander liegenden Rissoberflächen, die sich gegeneinander bewegen möchten. Liegt der Ankermetallstift dagegen quer oder in einem Winkel zur Rissoberfläche, so wird der Ankermetallstift auf Scherung beansprucht und blockiert damit das Verschieben der Rissoberflächen gegeneinander, wodurch sich der Schiebungsbruch nicht ungestört ausbilden kann.
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Darüber hinaus reduzieren die Ankermetallstifte bei entsprechender Einsatzmenge und dem Einsatzzweck angepasster Gestaltung die Ausbildung von Schrumpfrissen im Beton.
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Die Ankermetallstifte können insbesondere durch die in den Patentanmeldungen
WO 2008/135002 , P 10 2008 034 650 und P 10 2009 048 751 beschriebenen Verfahren herstellt werden.
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In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Größe der Querschnittsdifferenz zwischen Schaft und Ankerknoten im Bereich zwischen 5 und 45% liegt.
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Desweiteren hat es sich in der Praxis als vorteilhaft herausgestellt, wenn jeder Ankerknoten aus vorzugsweise vier Ankern besteht. Hierbei ist es zweckmäßig, dass die einzelnen Anker eines Ankerknotens orthogonal zueinander ausgerichtet sind.
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Weiter ist es von Vorteil, wenn die Ankerflächen winklig im Bereich zwischen 10° bis 90° zur Achsrichtung des Schaftes ausgerichtet sind.
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Unabhängig hiervor empfiehlt es sich, dass der Winkel der Ankerfläche in Abhängigkeit der Beschaffenheit des Zementsteins so gewählt ist, dass eine gut und schnell wirkende Verankerung statt findet.
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Im Hinblick auf die Erreichung einer maximalen Verankerung empfiehlt es sich weiter, dass jeweils im endseitigen Bereich an dem Ankermetallstift ein Ankerknoten vorgesehen ist.
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Sind dagegen drei oder mehr Ankerknoten je Ankermetallstift vorgesehen, so hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn diese gleichmäßig über die Länge der Ankermetallstifte verteilt angeordnet sind.
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Bei der Anwendung ist weiter zu beachten, dass die Länge des Ankermetallstifts abhängig von der Beschaffenheit des Zementsteins und ferner so gewählt ist, dass auch bei großer Zuschlagmenge an Ankermetallstiften eine Klumpenbildung der Ankermetallstifte zuverlässig vermieden wird.
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Weiter betrifft die Erfindung die Verwendung von Ankermetallstiften als Zuschlagsstoff in Beton, wobei die Verwendung vorsieht, dass zur Erhöhung der Druckfestigkeit des Betons diesem Ankermetallstifte beigegeben werden, die jeweils mit wenigstens zwei Ankerknoten versehen sind, wobei der zwischen den Ankerknoten gebildete Schaftbereich eine gegenüber den Ankerknoten geringere Querschnittsfläche aufweist.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Erhöhung der Druckbelastbarkeit von Beton, bei welchem zur Verbesserung der Druckfestigkeit des aus Gesteinskörnern und diese miteinander verbindendem Zementstein bestehenden Betons Ankermetallstifte beim Mischprozess beigegeben werden, die mit wenigstens zwei Ankerknoten versehen sind, wobei der zwischen den Ankerknoten gebildete Schaftbereich eine gegenüber den Ankerknoten geringere Querschnittsfläche aufweist.
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Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigen:
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1 einen Ankermetallstift nach der Erfindung in Seitenansicht,
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2 den Gegenstand nach 1 in Draufsicht,
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3 den Gegenstand der 1 und 2 in perspektivischer Darstellung,
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4 einen Schnitt durch den Gegenstand der 1 längs der Linie C-C.
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Der in der Zeichnung dargestellte Ankermetallstift ist vorgesehen als Zuschlagstoff für die Beimengung zu Beton, um dessen Druckbelastbarkeit zu erhöhen. Dazu ist dieser Ankermetallstift als Druckanker ausgebildet und dient der Verbesserung der Druckfestigkeit des aus Gesteinskörnern und diese miteinander verbindendem Zementstein bestehenden Betons. Weiter können diese Ankermetallstifte die Schrumpfrissbildung im Beton beim Trocknungsprozess reduzieren.
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Die Ankermetallstifte werden vorzugsweise aus Bandstahl gefertigt und können unterschiedlich dick, in unterschiedlichen Festigkeiten und Legierungen gefertigt und – entsprechend dem Einsatzzweck – so gestaltet sein, daß sie die Rißentstehung bzw. -ausbreitung merklich behindern. Die Länge der Ankermetallstifte wiederum sollte nur so groß sein, daß das Ankermetall als Schüttgut dem Beton zugesetzt werden kann. Die minimale Länge eines Ankermetallstifts ist in 2 durch die Ziffer 7 gekennzeichnet.
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Wenngleich die Druckbelastbarkeit von Beton im Ausgangszustand etwa um den Faktor 10 höher ist als die Zugbelastbarkeit, so ist es dennoch nicht grundsätzlich auszuschließen, dass der Beton auch hinsichtlich seiner Druckbelastbarkeit an seine Grenzen stößt. Hierbei ist zu beobachten, dass der die Gesteinskörner unterschiedlicher Größe verbindende Zementstein, der im Vergleich zu den Gesteinskörnern weicher und damit auch weniger belastbar ist, bei Überbeanspruchung durch Druckkräfte zu einer Rissbildung neigt. Im Einzelnen treten hierbei sogenannte Schiebungsbrüche auf, die in der Tendenz in einem Winkel von ca. 45° zur Druckkraftrichtung verlaufen. Unter weiterem Druck werden dann die beiden Rissoberflächen des Schiebungsbruchs gegeneinander verschoben.
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Um dies möglichst gleich bei deren Entstehung zu verhindern, sind die in den Zementstein eingebrachten Ankermetallstifte mit jeweils wenigstens zwei Ankerknoten 8 versehen, wobei der zwischen dem Ankerbereich 5 bzw. den Ankerknoten 8 gebildete Schaftbereich 6 eine gegenüber den Ankerknoten 8 geringere Querschnittsfläche aufweist, wie dies aus der Zeichnung ummittelbar ersichtlich ist. Soweit die Ankermetallstifte nach dem in den o. g. Schutzrechten beschriebenen Verfahren hergestellt sind, weisen sie eine Walzbandoberfläche 1, eine Bruchzone 9 sowie eine durch Verwalzen gebildete Flanke 4 auf.
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Solange noch kein Schiebungsbruch aufgetreten ist, werden die Ankermetallstifte – je nach Ausrichtung zu der einwirkenden Druckkraft – ihrerseits auf Druck beansprucht. Befindet sich dann ein solcher Schiebungsbruch in der Entstehung, so kann die Wirkung dieser Ankermetallstifte je nach seiner Ausrichtung unterschiedlich sein: Liegt der Ankermetallstift in der Ebene des Schiebungsbruchs, so entwickeln die Ankerflächen 3.1, 3.2 eine Bremskeilwirkung gegenüber den unter großem Druck aufeinander liegenden Rissoberflächen, die sich gegeneinander bewegen möchten. Der Ankermetallstift wird hierbei durch die Ankerknoten 8 mit ihren Ankerflächen 3.1, 3.2 auf Zug und Druck beansprucht.
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Liegt dagegen der Ankermetallstift quer oder in einem Winkel zur Rissoberfläche, so wird der Ankermetallstift im Wesentlichen auf Scherung beansprucht und blockiert somit ebenso das Verschieben der Rissoberflächen gegeneinander, wodurch sich der Schiebungsbruch nicht ungestört ausbilden kann. Der Schiebungsbruch muss sich dann ggf. einen anderen, weiteren Weg suchen, wozu mehr Energie, also eine größere Kraft benötigt wird, so dass im Ergebnis hierfür eine größere Belastungskraft notwendig wird. In Folge dessen wird also auf diese Weise die Druckbelastbarkeit des Betons erhöht.
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Die Größe der Querschnittsdifferenz zwischen Schaft 6 und Ankerknoten 8 liegt hierbei zweckmäßigerweise im Bereich zwischen 5 und 45%, wobei weiter jeder Ankerknoten 8 aus vorzugsweise vier Ankern 3 besteht, wobei jeder Anker 3 mit einer Kerbe 2 versehen ist. Weiter ist es von Vorteil, wenn die einzelnen Anker 3 eines Ankerknotens 8 orthogonal zueinander ausgerichtet sind, da hierdurch eine Verankerung in jede der denkbaren Richtungen erfolgt. Die Ankerflächen sind hierbei winklig zur Achsrichtung des Schaftes ausgerichtet, wobei der Winkel W der Ankerflächen im Bereich zwischen 10° bis 90° liegen kann. Weiter kann der Winkel der Ankerfläche dem Anwendungsfall entsprechend gewählt sein, wobei insbesondere die Beschaffenheit des Zementsteins zu berücksichtigen sein wird, um eine gute und schnell wirkende Verankerung zu erreichen. Generell gilt hierbei, daß die Anzahl der Anker, deren Größe, Gestaltung und gegenseitiger Abstand zwar frei wählbar sind, gleichwohl auf den Einsatzzweck möglichst optimiert sein sollten.
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Da ein Schaftstück als freies Ende der Ankermetallstifte keine eigentliche Verankerung mehr darstellt, sondern lediglich hinsichtlich auftretender Scherkräfte von Wirkung sein kann, werden zweckmäßigerweise jeweils im endseitigen Bereich Ankerknoten 8 an den Ankermetallstiften vorgesehen. Sind drei oder mehr Ankerknoten 8 für die Ankermetallstifte vorgesehen, werden diese zweckmäßigerweise gleichmäßig über die Länge der Ankermetallstifte verteilt angeordnet.
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Schließlich ist auch die Länge der Ankermetallstifte abhängig von der Beschaffenheit des Zementsteins und dem Einsatzzweck des Betons zu wählen, wobei zusätzlich zu berücksichtigen ist, dass selbst bei großer Zuschlagsmenge an Ankermetall eine Klumpenbildung der Ankermetallstifte zuverlässig zu vermeiden ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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