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Die Erfindung betrifft eine bewehrte Betonwand und ein Herstellungsverfahren hierfür, wobei die Verwendung eines Gleitschalungsfertigers mit Gleitschalung vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Gleitschalungsfertiger und ein Reparaturverfahren für eine Betonwand.
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Gleitschalungsfertiger sind Baumaschinen, die zu den Betonfertigern gehören und vor allem zur Herstellung von Straßenbelägen und anderen Fahrbahnen verwendet werden, jedoch auch andere langgestreckte Betonbauteile unter Verwendung einer Gleitschalung mit dem vorgesehenen Querschnitt herstellen können. Dazu gehören vor allem Betonschutzwände zur Straßenbegrenzung, wobei die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist, sondern auch andere Betonwände umfasst, wie sie beispielsweise zum Schutz von Böschungen zum Einsatz kommen. Gleitschalungsfertiger sind zumeist selbstfahrend auf lenk- und höhenverstellbaren Kettenfahrwerken, und weisen häufig einen teleskopierbaren Maschinenrahmen auf, erhalten den zu verarbeitenden Beton in einen Aufnahmetrichter, der von dort aus in die Gleitschalung dosiert wird.
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Betonschutzwände oder Betonwände werden auch allgemein unter Rückhaltesysteme für Kraftfahrzeuge zusammengefasst. Diese Rückhaltesysteme sind häufig aus Metall oder Beton gefertigt. Sie sind vorrangig an einer Fahrbahnbegrenzung vorgesehen. Betonwände, insbesondere auch in Ortbetonbauweise hergestellt, dienen dabei dem passiven Schutz an Straßen oder Brücken.
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Um beim Aufprall eines Fahrzeugs an einer Stelle nicht zerbrochen und umgeworfen zu werden, wird gefordert, die Betonwände in der Fahrbahn zu verankern. Es hat sich nach Angabe der Druckschrift
EP 1 73923581 gezeigt, dass zur Erzielung einer Aufhaltestufe von H2 nach der einschlägigen Norm zuvor erzwingend erforderlich war, die Betonwand in die Fahrbahn einzuspannen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die beschriebene Betonwand nicht in die Fahrbahn eingespannt werden muss, wenn mehrere durchlaufende Bewehrungselemente, insbesondere Bewehrungsstäbe, vorgesehen sind. Die Bewehrungsstäbe dienen als durchgehendes Zugband mit den erforderlichen Verformungs- und Festigkeitseigenschaften (vgl. Abs. [009]).
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Um jedoch eine ausreichende Dauerhaftigkeit sicherzustellen, müssen die Betonwände und deren Bewehrungen gegenüber chemischen und physikalischen Einwirkungen aus der Umgebung resistent sein. Weiterhin muss eine schnelle und wirtschaftliche Herstellung der Betonwände ermöglicht werden, so dass Verkehrswege nach den durchgeführten Baumaßnahmen zeitnah wieder freigegeben werden können.
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Betonwände bzw. Betonschutzwände werden zu großen Teilen mit einem Gleitschalungsfertiger hergestellt und sind unmittelbar nach Verlassen der Form selbststehend und formstabil. Eine solche Betonwand ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 203 03 254 U1 (
1, Abs. [0039]) oder der Druckschrift
DE 203 03 254 U1 bekannt.
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Die Betonwände werden mit Stabstählen in endlichen Längen oder auch quasi endlos, aufgerollt auf Coils, armiert. Bei endlichen Größen, bei Übergängen und Stößen, müssen die Verbindungen verschweißt oder überlappend hergestellt werden, um ein durchgehendes Zugband zu realisieren.
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Um das Eindringen von korrosionsfördernden Stoffen wie Tausalzen zu verringern, muss durch geeignete Maßnahmen einer Rissbildung entgegengewirkt werden. Dies kann unter anderem durch die Anordnung von planmäßigen Sollbruchstellen (Scheinfugen) geschehen. In diesem Bereich wird der Querschnitt des Betonkörpers geschwächt (z. B. durch Ansägen) und die so entstandene Fuge mit dauerelastischem Material verschlossen. Zusätzlich werden bei einigen Systemen die Bewehrungsstäbe in diesem Bereich mit Zusatzmitteln gegen Korrosion geschützt, z. B. durch Ummantelung oder Beschichtung. Bei der Ummantelung mit Schrumpfschläuchen wird die Verbundwirkung zwischen Beton und Bewehrung unterbrochen und die Zwangsbeanspruchung in der Sollbruchstelle konzentriert. Auf diese Weise wird einer unkontrollierten Rissausbreitung und einer möglichen Korrosionsgefährdung des nicht ummantelten Stahls zwischen den Scheinfugen entgegengewirkt. Durch die Ummantelung des Stahls im Bereich der Sollbruchstelle wird weiterhin der Korrosionsschutz verbessert. Die Anordnung von Sollbruchstellen und den erforderlichen zusätzlichen Korrosionsschutz wie die Ummantelung der Bewehrung sind mit einem deutlichen Mehraufwand beim Herstellungsprozess verbunden. Die Nutzung von endlichen Stabstählen führt durch die erforderlichen Schweißmaßnahmen zu einem zusätzlichen Mehraufwand. Weiterhin ist trotz der aufgezeigten Maßnahmen die Lebensdauer der Stahlbewehrung durch Frost und Taumittel stark begrenzt
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Herstellungsprozess von Betonwänden zu vereinfachen, die Lebensdauer der Konstruktion zu erhöhen und bei Material und Herstellung Kosten zu sparen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Betonwand mit als Zugband wirksamer Bewehrung, wobei als Bewehrung wenigstens ein Garn, aufweisend hochfeste Filamente, vorgesehen ist, das als quasi endlose Lage längs innerhalb der Betonwand verlegt ist.
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Vorteile ergaben sich vor allem, wenn als Garn ein Carbonroving vorgesehen ist. Carbonfasern weisen eine hohe Festigkeit auf und sind sehr beständig gegen chemische Einflüsse, die gerade an Straßen problematisch sind, wo Auftaumittel eingesetzt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Carbonroving als wenigstens ein Carbonbewehrungsstab in der Betonwand vorliegt. Günstig sind mehrere Bewehrungsstäbe, in der Regel zwei bis fünf. Auf eine stabile Anbindung vieler Fasern an die Betonmatrix kommt es hierbei nicht an, da der Carbonroving oder ein anderes Garn in der Betonwand als Zugseil wirkt und nicht als Bewehrung im herkömmlichen Sinn.
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Für den Fall, dass eine Bewehrung gewünscht ist, die eine durchgängig sehr gute Anbindung aller Fasern und auf der gesamten Länge der Betonwand an den Beton aufweist, sieht die Erfindung einen Carbonbewehrungsstab vor, der durch einen zusätzlichen Verfahrensschritt gewonnen wird. Hieraus resultiert auch eine höhere Gesamtzugfestigkeit, weil alle Filamente des Roving zwangsläufig und gleichermaßen auf Zug belastet werden. Daher verteilt sich die Zugspannung gleichmäßig auf alle Filamente und ein Versagen der Filamente nacheinander, das zu einem Versagen des Rovings insgesamt führen könnte, wird vermieden.
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Weiterhin kann eine verbesserte Verbundkraft zwischen den Fasern und dem Betonkörper hergestellt werden indem die Carbonfasern durch einen zusätzlichen Verfahrensschritt vor dem Einbringen in den Betonkörper besandet werden. Vorteile für einen verbesserten Verbund ergaben sich vor allem durch das Aufbringen einer Quarzsandschicht. Dies gilt gleichermaßen für andere Fasermaterialien, die anstelle oder zusammen mit Carbonfasern zum Einsatz kommen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung stellt eine Endverankerung der als Zugband vorliegenden Bewehrung dar. Diese sorgt für eine Bindung zwischen Beton und Garn bzw. Roving in den Anfangs- und/oder Endpunkten des Betonkörpers. Die Verankerung kann beispielsweise durch eine einfache Klemmvorrichtung oder durch eine Schlaufe realisiert werden. Dabei ergibt sich bei einer Endverankerung mittels Schlaufe eine vorteilhafte Krafteinleitung der Zugkräfte vom Garn bzw. Roving in den Betonkörper.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls gelöst durch einen Gleitschalungsfertiger, wie er nach dem Stand der Technik hinlänglich bekannt ist, wobei zumindest ein Spulensystem für wenigstens ein Garn und jeweils eine Garndüse zur Abgabe des Garns in eine Gleitschalung für eine Betonmasse vorgesehen sind. Das Spulensystem und die Garndüse ermöglichen das Einlegen des Garns in den Beton in der Gleitschalung.
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Vorzüge resultieren auch aus einer Ausführungsform, bei der das Spulensystem von dem Gleitschalungsfertiger abmontierbar und bei Bedarf wieder anmontierbar ist. Dann kann der Gleitschalungsfertiger sowohl herkömmliche Betonwände fertigen, als auch Betonwände mit Garn als Bewehrung nach der Erfindung.
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Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Betonwand mit als Zugband wirksamer Bewehrung unter Verwendung eines Gleitschalungsfertigers, wobei der Gleitschalungsfertiger wenigstens ein Spulensystem mit Garndüse aufweist, wobei mit Hilfe dieses Spulensystems das Garn während des Gleitvorgangs in eine Gleitschalung für eine Betonmasse eingelegt wird.
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Vorteile ergaben sich vor allem, wenn als Garn ein Roving, aufweisend Carbonfasern, vorgesehen ist.
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Bei der Herstellung von Schutzwänden mittels Gleitschalung und Gleitschalungsfertiger wird die herkömmliche Stahlbewehrung durch ein textiles Garn, insbesondere Carbonfasern ersetzt. Wenn das Garn oder die Carbonfasern als sogenannte Rovings aufgespult vorliegen, ist dies besonders günstig, weil es sich dabei um ungedrehtes Garn handelt, bei dem Zugkräfte direkt von den Fasern übernommen werden, was die Belastbarkeit nochmals verbessert.
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Der aktuelle Herstellungsprozess wird dahingehend erweitert, dass dem Gleitschalungsfertiger ein Spulensystem vorgelagert wird. Mit Hilfe dieses Spulensystems wird die Carbonfaser während des Gleitvorgangs in den Betonkörper eingelegt.
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Bei einer besonders bevorzugten Lösung werden zur Herstellung von Betonwänden Bewehrungen aus Carbonfasern als Garn eingesetzt. Beim Herstellungsprozess werden dabei keine vorgefertigten Stäbe verwendet, sondern ein sogenannter Carbonroving. Dieser ist auf Spulen aufgewickelt und ermöglicht die Herstellung eines praktisch endlosen Zugbandes ohne Verbindungs- oder Stoßstellen in kurzen Abständen. Die in großen Abständen erforderlichen Verbindungen der Rovings werden mittels mechanischer Verbindungen oder Klebungen realisiert.
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Carbon ist gegenüber chemischen und physikalischen Einwirkungen deutlich resistenter als Stahl. Dadurch werden Korrosionsschutzmaßnahmen, welche bei Stahl notwendig sind, hinfällig. Die Betondeckung muss keinen Korrosionsschutz mehr leisten, was eine oberflächennahe Verlegung der Bewehrung ermöglicht und damit Vorteile bei der mechanischen Beanspruchbarkeit liefern kann. Weiterhin können größere Rissbreiten zugelassen werden. Scheinfugen und Sollbruchstellen werden somit kaum bis gar nicht mehr benötigt, und das Anbringen von Schrumpfschläuchen erübrigt sich.
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Durch die Endlosfertigung und das direkte Einlegen der Carbonbewehrung ist eine schnelle und genaue Einbringung der Bewehrung in die Betonwand möglich.
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Weitere Vorteile hinsichtlich einer Bewehrung mit einer durchgängig sehr guten Anbindung aller Filamente des Rovings auf der gesamten Länge der Betonwand an den Beton verspricht ein Carbonbewehrungsstab, der ebenfalls von der Erfindung umfasst ist und durch einen zusätzlichen Verfahrensschritt gewonnen wird. Dazu wird der Roving vor dem Eintritt in die Gleitform gespreizt, die einzelnen Filamente werden mit einem geeigneten Matrixmaterial, insbesondere Feinbeton, benetzt und zu einem Betonroving zusammengeführt. Damit ist nicht nur eine dauerhafte, beständige Bindung der Filamente untereinander gewährleistet, sondern auch an das Matrixmaterial, der Beton, aus dem die Betonwand besteht.
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Eine weitere Lösung der Aufgabe der Erfindung stellt ein Verfahren zur Reparatur einer Betonwand mit als Zugband wirksamer Bewehrung unter Verwendung eines Gleitschalungsfertigers, wobei als Bewehrung wenigstens ein Garn, aufweisend hochfeste Carbonfilamente, die Carbonbewehrungsstäbe bilden, vorgesehen ist, das als quasi endlose Lage längs innerhalb der Betonwand verlegt ist und die Reparatur in den Schritten Durchtrennen des Betonkörpers, Freilegen der Bewehrung und Kleben oder mechanisches Kuppeln vorgenommen wird. In der Weise erfolgt eine Ausbildung von Stößen bei den Reparaturen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
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1: eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Betonwand mit zwei Strängen Bewehrung; und
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2: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleitschalungsfertigers; und
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3: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Betonwand mit verdeckt dargestellter Bewehrung einschließlich einer Endverankerung.
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1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Betonwand 1 mit zwei Strängen Bewehrung 2. Die Bewehrung 2 ist durchgängig verlegt und stellt somit eine durchgehende Kraft aufnehmende Verbindung der gesamten Betonwand 1 dar. Insbesondere im Fall eines Aufpralls, wenn der Beton zu versagen droht, nimmt die Bewehrung 2 Zugkräfte auf und verhindert, dass die Betonwand 1 unzulässig verformt oder durchbrochen wird.
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Während in herkömmlichen Betonwänden 1 die Bewehrung aus Stahl, in Einzelfällen aber auch aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht, sieht die Erfindung es vor, dass gemäß des dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels Rovings aus Carbonfasern hierzu eingesetzt werden. Diese sind nahezu endlos verfügbar, so dass kaum Verbindungen oder Überlappungen notwendig werden. Zudem ist das Material sehr korrosionsbeständig, so dass selbst unter widrigen Bedingungen an einer Straße mit einer sehr langen Lebensdauer gerechnet werden kann. Hinzu kommt der Umstand, dass selbst durch einen Riss in den Beton eindringende aggressive Stoffe dem Bewehrungsmaterial, der Carbonfaser keinen Schaden zufügen können.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleitschalungsfertigers 3, wie er nach dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt ist, hier jeder ergänzt um die Möglichkeit, deine Bewehrung auf Basis von Carbonfasern einbringen zu können.
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Der Gleitschalungsfertiger 3 bewegt sich in Fahrtrichtung 4 auf Fahrwerken 5. Dabei wird zugleich die Gleitschalung 6 vorwärts bewegt, die über einen Aufnahmetrichter 12 mit Betonmasse 11 gefüllt ist. Dabei entsteht kontinuierlich hinter dem Gleitschalungsfertiger 3 die Betonwand 1.
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Ein Spulensystem 7, angeordnet an dem Gleitschalungsfertiger 3, weist eine Spule 9 mit Garn 8, bevorzugt Rovings aus Carbonfaser, auf. Das Garn 8 wird in Richtung der Gleitschalung 6 von der Spule 9 abgewickelt und gelangt dort in eine Garndüse 10, die das Garn 8 in der Gleitschalung 6 an der vorgesehenen Position in die im Entstehen begriffene Betonwand 1 einbringt. Dadurch entsteht eine Bewehrung 2, hier als gepunktete Linie dargestellt. Wenn sich der Gleitschalungsfertiger 3 in Pfeilrichtung 4 fortbewegt, entsteht die als Strichellinie dargestellte zukünftige Betonwand 1‘.
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Eine Montageeinrichtung ermöglicht die Abnahme des Spulensystems von dem Gleitschalungsfertiger 3, wenn dieses nicht benötigt wird.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Betonwand 1 mit verdeckt dargestellter Bewehrung 2 einschließlich einer Endverankerung 14. Diese ist im Beispiel als Schlaufe ausgeführt, wozu das Ende des Rovings in einem Bogen an den Roving zurückgeführt und dort mit einer Klemme 15 angeklemmt wurde. Alternativ ist es auch vorgesehen, die Verbindung an dieser Stelle auf andere Weise herzustellen, beispielsweise durch Kleben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Betonwand, Betonkörper
- 1‘
- Betonwand (geplant)
- 2
- Bewehrung
- 3
- Gleitschalungsfertiger
- 4
- Fahrtrichtung
- 5
- Fahrwerk
- 6
- Gleitschalung
- 7
- Spulensystem
- 8
- Garn, Roving
- 9
- Spule
- 10
- Garndüse
- 11
- Betonmasse
- 12
- Aufnahmetrichter
- 13
- Montageeinrichtung
- 14
- Endverankerung
- 15
- Klemme
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 173923581 [0004]
- DE 20303254 U1 [0006, 0006]
