DE102016111176A1

DE102016111176A1 - Betonbewehrungsgitterelement, Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung

Info

Publication number: DE102016111176A1
Application number: DE102016111176.7A
Authority: DE
Inventors: Roy Thyroff; Hans-Peter Mauch
Original assignee: V Fraas GmbH; W Zimmermann GmbH and Co KG
Current assignee: W. ZIMMERMANN GMBH & CO. KG, DE; WILHELM KNEITZ TEXTILE GRUPPE GMBH, DE
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2016-12-22

Abstract

Die Erfindung betrifft Betonbewehrungsgitterelement (1), insbesondere zur Bewehrung von Baustoffen, aufweisend wenigstens eine Lage, welche eine Vielzahl an zueinander beabstandet angeordneter Faserbündel (2; 4) aufweist, wobei wenigstens eine erste Art an Faserbündeln (2) und wenigstens eine zweite Art an Faserbündeln (4) die Lage aufspannen und wobei wenigstens eine Art an Faserbündeln (2; 4) wenigstens ein Bewehrungsmittel (10) aufweist, welches derart ausgebildet ist, dass es das Faserbündel (2; 4) zumindest teilweise umwindet sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Betonbewehrungsgitterelement, insbesondere zur Bewehrung von Baustoffen, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung.
Im Hoch- und Tiefbau ist der Bedarf nach Baustoffen, insbesondere Beton und/oder auch Kunststoffen ungebrochen. Beton weist nach dem Abbinden sehr hohe Druckfestigkeiten auf. Zugleich wird allerdings die Zugfestigkeit durch die Porenbildung innerhalb des abgebundenen Materials deutlich erniedrigt, so dass im Gebäude- oder auch im Straßenbau Bewehrungselemente benötigt werden, um Rissbildungen aufgrund der niedrigen Zugfestigkeit zu reduzieren. Bekannter Weise werden hierzu Stahlträger in den flüssigen Beton eingebracht.
Derartige Stahlträger erweisen sich in der Praxis aber mehr als nachteilig, da sie aufgrund ihrer Materialeigenschaft starr und unflexibel ausgebildet sind. Zudem ist es nötig, diese Stahlbewehrungen von ausreichend Beton umgeben vorzusehen, da sonst kein ausreichender Schutz vor Korrosion erfolgen kann. Folglich sind bei Stahl-Beton immer Betonschichten von hohen Dicken und folglich hohem Gewicht nötig. Dies ist aber gerade in der modernen Architektur nicht mehr gewünscht.
Auch sind aus dem Stand der Technik Ansätze bekannt, bei welchen Fasergitter zur Bewehrung von Stuck eingesetzt werden. Dies offenbart die DE 694 07 359 T2 . Hierbei wird vorgeschlagen einzelne Faserbündel mit unterschiedlicher räumlicher Orientierung mit einem losen Schnürgarn mit einer vorbestimmbaren Spannung zu umwinden. Die Fixierung der Faserbündel erfolgt dann mit einem Kunstharz. Das hier beschriebene Gitterelement erweist sich dahingehend als nachteilig, da bei zu großer Spannung des Schnürgarns Brüche und Risse in den Faserbündeln entstehen, welche deren Stabilität stark beeinflussen.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Betonbewehrungsgitterelement bereitzustellen, welches dünnere, leichtere Bewehrungen, als aus dem Stand der Technik bekannt, ermöglicht. Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Betonbewehrungsgitterelement bereitzustellen, welches selbst in seiner Form veränderbar ausgebildet ist und welches verbesserte Haftungsverbundeigenschaften zum zu bewehrenden Material aufweist. Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum schonenden Fixieren der Faserbündel des Betonbewehrungsgitterelements bereitzustellen, bei welchem die Bruchausbildung der einzelnen Fasern vermieden wird.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie des nebengeordneten Patentanspruches 8 gelöst.
Erfindungsgemäß weist das hier beschriebene mit Kunststoff beschichtetes Betonbewehrungsgitterelement wenigstens eine Lage auf, welche eine Vielzahl an zueinander beabstandet angeordneter Faserbündel aufweist, wobei wenigstens eine erste Art an Faserbündeln und wenigstens eine zweite Art an Faserbündeln die Lage aufspannen und die Faserbündel der ersten Art und die Faserbündel der zweiten Art zueinander im Winkelbereich von 0° bis 180° angeordnet sind, und wobei wenigstens eine Art an Faserbündeln wenigstens ein Bewehrungsmittel aufweist, welches derart ausgebildet ist, dass es das Faserbündel zumindest teilweise umwindet.
Unter Faserbündeln ist vorteilhaft wenigstens eine Faser, vorteilhafter aber eine Vielzahl an einzelnen Fasern, zu verstehen, welche chemisch und/oder physikalisch zumindest teilweise unterschiedlich ausgebildet sind.
Ferner weist das Betonbewehrungsgitterelement eine Vielzahl an Faserbündeln von wenigstens zwei Arten auf. Dies ist selbstverständlich nicht beschränkend zu verstehen, so dass auch drei, vier, fünf oder mehr unterschiedliche Arten an Faserbündeln eingesetzt werden können, um das Betonbewehrungsgitterelement aufzuspannen.
Unter „Art“ ist hierbei vorteilhaft wenigstens ein Unterscheidungsmerkmal zu verstehen, in welchem sich die Faserbündel voneinander unterscheiden. So kann „Art“ beispielsweise eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung der Faserbündel sein und/oder die Faserbündel können unterschiedliche physikalische Eigenschaften, wie beispielsweise Materialstärke, Faserstärke, Durchmesser der Faserbündel, Elastizitätseigenschaften, Festigkeitsmodul oder dergleichen, aufweisen.
Zudem können unterschiedliche Arten an Faserbündel auch derart ausgebildet sein, dass sich die Faserbündel in ihrer chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften gleichen, aber unterschiedlich in das Betonbewehrungsgitterelement eingetragen sind. So kann beispielsweise eine erste Art an Faserbündeln als Kettfäden vorgelegt werden. Die Faserbündel zweiter Art, welche die gleiche chemische Zusammensetzung aufweisen wie die erste Art, sind als Schussfäden, vorteilhaft in einem vorbestimmbaren Winkel zu den Kettfäden, eingetraqen und bilden zusammen mit den Kettfäden eine Lage des Betonbewehrungsgitterelement aus. Beide Arten an Faserbündeln sind in Kreuzungsabschnitten, welche auch als Bindungen bezeichnet werden, miteinander in Verbindung und Zusammenhalt. Im einfachsten Fall sind die Kettfäden (Faserbündel erster Art) mit den Schussfäden (Faserbündel zweiter Art) verschlauft ausgebildet, so dass die Schussfäden die Kettfäden in den Kreuzungsabschnitten zumindest teilweise verschlauft über- und untergreifen und/oder mit diesen in den Kreuzungsabschnitten miteinander verwoben sind.
Zwischen den Faserbündeln bedingen sich Durchlassöffnungen.
Vorteilhaft sind die Faserbündel gleicher und/oder unterschiedlicher Art zueinander regelmäßig beabstandet, vorteilhaft im Bereich von 0.5 cm bis 50 cm, vorteilhafter im Bereich von 1 cm bis 8 cm. Dieser Abstand der Faserbündel zueinander entspricht im Wesentlichen der Kantenlänge der Durchlassöffnungen. Dies ist vorteilhaft, da durch diese Durchlassöffnungen das flüssige, zu bewehrende Material, beispielsweise Beton, Zement oder Kunststoff, hindurchströmen kann und sich sehr gut mit dem Betonbewehrungsgitterelement verbindet. Die Anordnung der Faserbündel ist selbstverständlich nicht beschränkend zu verstehen.
Darüber hinaus weisen die einzelnen Faserbündel sowie auch die Lagen selbst ein sehr geringes Eigengewicht auf. Dies ist insbesondere im Leichtbau und in der modernen Architektur von Vorteil, wo gerade schmale Wandungen aus Beton und/oder Kunststoffen gewünscht sind.
Die Ausrichtung der einzelnen Fasern in einem Faserbündel ist im Wesentlichen, vorteilhaft vollständig, parallel zueinander.
Weiterhin vorteilhaft umfasst ein Faserbündel eine Faseranzahl im Bereich von 1 bis 500.000 Fasern, vorteilhafter 5 bis 100.000 Fasern, noch vorteilhafter 50 bis 10.000 Fasern.
Zudem ist die wenigstens eine Lage, welche durch die Faserbündel aufgespannt wird, elastisch und/oder flexibel und/oder biegsam ausgebildet, so dass auch komplexe Beton- und/oder Kunststoffstrukturen, wie beispielsweise Rundungen, Kugelgeometrien oder auch polygonale Körper mit geringerem Materialeinsatz in deutlich dünnerer und leichterer Ausführung als bei Stahlbeton problemlos realisiert werden können.
Durch die vorteilhafte leichte und/oder dünne und/oder flexible Ausgestaltung des Betonbewehrungsgitterelements ist es möglich dieses auch oberflächennah in den Beton oder Kunststoff beispielsweise als Bewehrung oder Dämmung einzubringen. Hierdurch kann nochmals Betonmaterial, Zementmaterial oder Kunststoffmaterial zum Vergießen eingespart werden. Die Kosten reduzieren sich unter gleichzeitig erhöhter Sicherheit und deutlich vereinfachter Verarbeitung. So ist das hier beschrieben Betonbewehrungsgitterelement derart ausgebildet, dass es vor Ort auf der Baustelle oder in der Fertigung manuell ohne großen Kraftaufwand zuschneidbar ist. Dies kann beispielsweise mit einer Zange oder Schere erfolgen. Besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, ein Betonelement, beispielsweise für Gebäudewände oder -böden oder -decken, mit dem hier beschriebenen Betonbewehrungsgitterelement zu verstärken, wobei das Betonbewehrungsgitterelement in dem unteren Drittel des Betonelements, also ausgehend von dessen Oberfläche, angeordnet ist.
Dies ist vorteilhaft für den weitreichenden Einsatz der hier beschriebenen Erfindung beispielsweise bei Beton zur Biegeverstärkung in der Zugzone bei vorwiegend ruhender Belastung oder auch dynamischer Belastung und/oder auch bei Kunststoffen im Automobilbau.
Da insbesondere bei der Beton- und/oder Kunststoffbewehrung häufig große Flächen, wie beispielsweise Gebäudewände oder Brückenpfeiler bewehrt werden müssen, sind eine Vielzahl an biegsamen und/oder flexiblen Betonbewehrungsgitterelementen notwendig. Diese ermöglichen vorteilhaft leichte und dünne Bauteile, welche aber dennoch ausreichend bewehrt sind, um den gängigen Bauvorschriften zu entsprechen.
Ferner ist das Betonbewehrungsgitterelement mit wenigstens einer Kunststoffbeschichtung ausgebildet. Diese bewirkt einerseits, dass die Fasern der Faserbündel in ihrer Längserstreckung vollständig aneinander angeordnet sind. Insbesondere durch das Aufbringen wenigstens einer Beschichtung auf das Faserbündel und/oder die Faserbündel unterschiedlicher Arten wird der Zusammenhalt der Fasern untereinander und miteinander deutlich verstärkt und die Bewehrungseigenschaften zum Lastabtrag im späteren Beton- oder Zementbauteil ausgebildet werden. Somit entsteht ein verstärktes Betonbewehrungsgitterelement mit wenigstens einer Kunststoffbeschichtung.
Die Beschichtung ist beispielsweise als Mantel ausgebildet, welcher die einzelnen Fasern und/oder das jeweilige Faserbündel vorteilhaft vollständig umschließt und diese(s) somit dauerhaft als Verbund zusammenhält. Alternativ ist auch eine vollständige, homogene Durchtränkung der Faserbündel denkbar. Das beschichtete Faserbündel weist eine Kern-Mantel-Struktur auf, wobei der Kern aus einer Faser oder aus einer Vielzahl an Fasern zusammengesetzt sein kann, beispielsweise als Monofil oder Multifil. Insbesondere die wenigstens eine Polymerbeschichtung ist vorteilhaft, da somit die Korrosionsbeständigkeit der Fasern deutlich erhöht werden kann. Ist die Polymerbeschichtung als alkaliresistente Beschichtung ausgebildet, so ist dies insbesondere in der Betonbewehrung von Vorteil, da hierdurch die beschichteten Fasern und/oder Faserbündel durch den alkalischen Beton nicht angegriffen werden und korrosionsfrei verbleiben. Dies bedeutet erhöhte Stabilität des bewehrten Bauteils und längere Lebensdauer der Bewehrung.
Zugleich ist denkbar, dass die Kern-Mantel-Struktur die Beibehaltung der ursprünglichen Fasereigenschaften, insbesondere deren Flexibilität und/oder Biegsamkeit, ermöglicht. So ist eine einzelne Lage eines hier beschriebenen Betonbewehrungsgitterelements trotz der Vielzahl an mit Kunststoff beschichteter Faserbündeln weiterhin zumindest teilweise verdrillbar und/oder zumindest teilweise biegsam und/oder zumindest teilweise flexibel ausgebildet, so dass dies bereits einen deutlichen Vorteil gegenüber bekannten Stahlbetonbewehrungen darstellt.
Vorteilhaft bedingt die mantelartige Beschichtung, dass die einzelnen Fasern miteinander als Faserbündel unlösbar ausgebildet sind, so dass beispielsweise keine einzelne Faser dem Faserbündel entnommen werden kann. Dies dient der zusätzlichen Stabilisierung des Betonbewehrungsgitterelements.
Selbstverständlich ist die Alkaliresistenz nicht begrenzend zu verstehen, so dass auch andere Polymerbeschichtungen aufgebracht werden können, um beispielsweise die thermische und/oder elektrische Leitfähigkeit, die UV-Beständigkeit bei zumindest teilweise transluzenten Baustoffen o.ä. zu erhöhen und/oder die Brandschutzeigenschaften zu verbessern.
Die Faserbündel der ersten Art und die Faserbündel der zweiten Art sind zueinander im Winkelbereich von 0° bis 180° angeordnet. Die Faserbündel, welche das Betonbewehrungsgitterelement aufweist, sind zueinander in vorbestimmbaren Winkeln angeordnet. Im einfachsten Fall ist die erste Art an Faserbündeln, welche als Kettfäden eingebracht sind, senkrecht zu der zweiten Art an Faserbündeln, welche als Schussfäden in das Betonbewehrungsgitterelement eingebracht sind, angeordnet, so dass die Winkel zwischen den senkrecht aufeinander stehenden Faserbündeln 90° sind.
Es hat sich zudem als vorteilhaft erwiesen, insbesondere bei Beton und/oder Harz und/oder Kunststoffen als zu bewehrendem Material, die Faserbündel zueinander in von 90° verschiedenen Winkeln anzuordnen. Hierdurch kann eine deutlich erhöhte Gitterstabilität und Bewehrungsstabilität erreicht werden. Hierzu sind die Faserbündel multiaxial innerhalb der Lage des Betonbewehrungsgitterelements angeordnet, so dass die Faserbündel miteinander unterschiedliche geometrische Formen, wie vorteilhaft Rauten, Dreiecke oder andere polygonale Strukturen aufspannen. So ist denkbar, dass die Faserbündel unterschiedlicher Arten im Winkel von 30°, 45°, 60°, 120°, 135° oder auch 160° zueinander angeordnet sind. Werden weiterhin zusätzliche Arten an Faserbündeln vorgesehen, beispielsweise eine weitere Art, so kann diese weitere dritte Art ebenfalls als Schussfäden eingetragen werden, sich aber in der chemischen Zusammensetzung von den beiden anderen Arten an Faserbündeln unterscheiden. Sind die Faserbündel erster und zweiter Art senkrecht zueinander angeordnet, so kann die dritte Art an Faserbündeln vorteilhaft im Winkel von 45° und/oder 60° eingetragen werden, so dass sich dreieckige Durchlassöffnungen und ein sternförmiges Betonbewehrungsgitterelement bedingt.
Besonders vorteilhaft erfolgt zunächst die Anordnung der einzelnen Faserbündel aneinander, um im Anschluss daran die Bewehrungsmittel einzutragen. Dies ist allerdings nicht begrenzend zu verstehen, so dass es auch möglich ist, bereits mit dem Bewehrungsmittel umwundene Faserbündel zu verwenden. Das hier beschriebene Betonbewehrungsgitterelement ist folglich leicht und kostengünstig herstellbar und weist eine deutlich erhöhte Reißfestigkeit sowie eine deutlich vergrößerte Oberfläche auf. Insbesondere durch die Oberflächenvergrößerung kann auf zusätzliche Haftvermittler zwischen Betonbewehrungsgitterelement und zu bewehrendem material verzichtet werden. Die Verwendung des Betonbewehrungsgitterelements zur Bewehrung von Beton und/oder Harz und/oder Kunststoff erfolgt somit haftmittelfrei.
Weiterhin weist das Betonbewehrungsgitterelement erfindungsgemäß wenigstens ein Bewehrungsmittel auf, welches als Faser und/oder Faserbündel ausgebildet ist. Dieses wenigstens eine Bewehrungsmittel ist derart angeordnet, dass es wenigstens eine Art an Faserbündeln zumindest teilweise umwindet. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine zusätzliche Strukturerhöhung im Sinne einer Oberflächenrauhigkeit eingeführt wird. Durch diese Oberflächenrauhigkeit erfolgt eine Oberflächenvergrößerung des entsprechenden Faserbündels. Das Bewehrungsmittel ist folglich derart ausgebildet, dass es die Oberfläche des zumindest teilweise umwundenen Faserbündels vergrößert. Dies ist deutlich von Vorteil, da hierdurch der Faserauszug aus dem Faserbündel erhöht wird.
Zudem werden durch die zusätzliche Oberfläche und/oder Oberflächenstruktur die Haftungseigenschaften zwischen Betonbewehrungsgitterelement und zu bewehrendem Material, wie beispielsweise Beton und/oder Zement deutlich verbessert, so dass höhere Kraftaufnahmen im bewehrten Bauteil unter gleichzeitiger Materialeinsparung realisiert werden können.
Darüber hinaus ist das Bewehrungsmittel zudem auch als Verstärkungselement ausgebildet. Durch die zumindest teilweise Umwicklung eines einzelnen Faserbündels hält das Bewehrungsmittel die einzelnen Fasern in kompakter Form zusammen, so dass die Reißfestigkeit der einzelnen Fasern und/oder Faserbündel und/oder Rovings signifikant erhöht wird. Hierin liegt auch der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung. Es hat sich überraschend als vorteilhaft erweisen, das als Faser und/oder Faserbündel ausgebildete Bewehrungsmittel zumindest teilweise, vorteilhafter vollständig, in einem geschrumpften Zustand auszubilden.
Zunächst ist die Ausbildung des Bewehrungsmittels als wenigstens eine Faser von Vorteil, da hierdurch eine leichte Verarbeitung gewährleistet wird. Die Faser ist in ihrem Durchmesser variabel ausgebildet. Vorteilhaft haben sich Fasern mit einem Nenndurchmesser im Bereich von 0,5 µm bis 5 mm erwiesen.
Weiterhin kann das Bewehrungsmittel auch mehrere Fasern aufweisen, welche nicht fest miteinander verbunden ausgebildet sind und sich zueinander lose verhalten. Dies ist von Vorteil, wenn insbesondere die Reißfestigkeit verbessert werden soll. Es ist denkbar, dass die einzelnen Fasern in einem Prozessschritt gemeinsam um das entsprechende Faserbündel umwickelt werden, beispielsweise nebeneinander liegend oder auch zumindest teilweise miteinander überlappend.
Ferner ist auch denkbar, die Fasern des Bewehrungsmittels miteinander verdrillt, verflochten oder in sonstiger Weise miteinander verbunden auszubilden. Hierdurch wird eine zusätzliche Sturkturerhöhung in das Betonbewehrungsgitterelement mit eingebracht und zugleich auch die Reißfestigkeit deutlich erhöht.
Unter Fasern des Bewehrungsmittels und/oder der Faserbündel sind hierbei alle Gebilde zu verstehen, welche in ihrer Längserstreckung deutlich länger ausgebildet sind als in ihrem Durchmesser und beispielsweise ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser im Bereich von 500:1 bis 50000:1 aufweisen. Vorteilhaft handelt es sich bei den Fasern des Bewehrungsmittels und/oder der Faserbündel um Filamente und/oder Spinnfasern.
Ferner sind die als Bewehrungsmittel ausgebildeten Fasern Naturfasern und/oder Chemiefasern.
Unter Naturfasern sind beispielsweise Pflanzenfasern, wie Sisalhartfasern oder Kokosfasern, und/oder anorganische, mineralische Fasern, wie beispielsweise Glasfasern oder Wollastonitfasern, zu verstehen.
Unter Chemiefasern sind alle künstlich hergestellten Fasern zu verstehen, wie beispielsweise Fasern aus natürlichen Polymeren, synthetischen Polymeren oder auch industriell erzeugte Fasern. Fasern aus natürlichen Polymeren können beispielsweise Zellulosefasern, Polylactidfasern oder auch Acetatfasern sein. Fasern aus synthetischen Polymeren können beispielsweise Fasern aus Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polyamid, Polyimid, Polyacrylnitril, Polypropylen, Polyurethan, Polyvinylchlorid und/oder eine Mischung hieraus verstanden werden.
Industriell erzeugte Fasern können vorteilhaft Glasfasern, Carbonfasern oder auch Keramikfasern, wie Aluminiumoxide oder Siliziumcarbid, sein. Die als Bewehrungsmittel eingesetzten Fasern zeichnen sich dadurch aus, dass sie elastisch ausgebildet sind und bruchfrei um die Faserbündel wickelbar sind, vorteilhaft unter einer vorbestimmbaren Zugspannung. Ferner zeichnen sich die Fasern dadurch aus, dass diese über Spinnmaschinen verarbeitbar sind. Dies ist von Vorteil für eine einfache und kostengünstige Herstellung des Betonbewehrungsgitterelements.
Ferner ist auch denkbar, das Bewehrungsmittel als Garn auszubilden. Dies ist von Vorteil, da bei dem Garn die einzelnen Fasern bereits miteinander in Wechselwirkung stehen und die Umwindung ebenfalls in einem Prozessschritt erfolgen kann. Die hier eingesetzten Garne können als Einfachgarne, gefachte garne, gezwirnte Garne oder auch als Core-Garne ausgebildet sein, wobei das jeweilige Garn eine Vielzahl an einzelnen Fasern aufweist. Für die Materialauswahl des Garnmaterials gelten die obigen Ausführungen des Fasermaterials analog.
Unter „geschrumpft“ ist vorteilhaft die Verkürzung des Bewehrungsmittels in seiner Längserstreckung und/oder Quererstreckung zu verstehen. Das Bewehrungsmittel zieht sich somit zusammen, so dass es sich verkürzt. Besonders vorteilhaft ist das Schrumpfen während des Herstellungsprozesses des Betonbewehrungsgitterelements kontrolliert durchgeführt. Aus dem Stand der Technik sind Umwindegarne bekannt, bei welchen das Umwindegarn um ein Faserbündel herum gewickelt wird. Bei dieser Fixierung des Umwindegarns wird auf das zu umwindende Faserbündel meist eine zu hohe Kraftbeaufschlagung ausgeübt, welche in den meisten Fällen zu groß für die Fasern des Faserbündels ist und diese folglich brechen. Dies führt zu einer deutlich verminderten Leistungsfähigkeit des Faserbündels und zu einer Einbuße der Bewehrungseigenschaften des gesamten Betonbewehrungsgitterelements.
Ist das Bewehrungsmittel als ein schrumpfbares Umwindebewehrungsmittel ausgebildet, so wird dessen Fixierung an dem entsprechenden Faserbündel zunächst lose erfolgen. Erst mit kontrolliert einwirkender Beaufschlagung von außen, beispielsweise durch Temperaturänderung, pH-Wert-Änderung, Ultraschall, UV-Strahlung oder Mikrowellenstrahlung, wird das Bewehrungsmittel in seiner Längserstreckung und/oder Quererstreckung verändert, vorteilhaft geschrumpft. Hierdurch wird eine vorbestimmbare und kontrollierte Kraftbeaufschlagung auf das umwundene Faserbündel im Umwindungsbereich ausgeübt und eben der aus dem Stand der Technik bekannte Bruch der Faserbündel vollständig vermieden, da das Bewehrungsmittel langsam und gleichmäßig über seine gesamte Längserstreckung schrumpft. Es werden also kurze, starke Kraftbeaufschlagungen der umwundenen Faserbündel vermieden. Die Fasern des entsprechend umwundenen Faserbündels werden folglich durch das kontrollierte Schrumpfen des Bewehrungsmittels langsam und gleichmäßig aufeinander zu bewegt und fixiert. Ferner ermöglicht das geschrumpfte Bewehrungsmittel während des Schrumpfens eine breite Kraftverteilung entlang des gesamten Faserbündels, so dass auch hierdurch Brüche vermieden werden.
Durch das Schrumpfen des Bewehrungsmittels ändert sich dessen Längserstreckung und/oder Durchmesser zumindest abschnittsweise, so dass sich das zunächst lose Bewehrungsmittel kontrolliert, langsam und gleichmäßig an das Faserbündel anschmiegt und die einzelnen Fasern als Faserbündel fixiert.
Besonders vorteilhaft hat sich ein Schrumpfverhalten des Bewehrungsmittels gezeigt, wenn dieses zumindest Polypropylen und/oder Polyethylen enthält. Hierbei ist ein Schrumpfverhalten im Bereich von 5 bis 75%, noch vorteilhafter im Bereich von 50% bis 65%, noch vorteilhafter von 60% vorteilhaft. Dieses wird durch ein Zeitintervall von bis zu 0,1 min bis 10 min und einer zeitglichen Temperaturbeaufschlagung zwischen 60°C und 250°, vorteilhafter von 100°C bis 175°C gewählt. Die Temperaturbeaufschlagung kann über das Zeitintervall konstant sein, sich linear verändern oder auch einen Verlauf einer Rampe annehmen. Dies ist abhängig von der Größe des Betonbewehrungsgitterelements und dessen Faserbündeln. Auch ist die abhängig von der gewählten Faser des Bewehrungsmittels.
Darüber hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, die wenigstens eine Faser und/oder das Faserbündel des Bewehrungsmittels vorgeschrumpft auszubilden und vorgeschrumpft einzusetzen. In diesem Fall wird das Bewehrungsmittel vor dem Umwinden der Faserbündel bereits mit einer Temperatur im Bereich von 60 °C bis 250°C, vorteilhafter von 100 °C bis 175°C beaufschlagt. Durch dieses Vorschrumpfen sind die Umwindeeigenschaften des Bewherungsmittels verbessert, wodurch auch Brüche der Faserbündel vermieden werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist es aber auch denkbar, dass die Faserbündel des Betonbewehrungsgitterelements nur lose mit dem Bewehrungsmittel umwunden sind und zunächst so die Gitterstruktur des Betonbewehrungsgitterelements ausgebildet wird. Das Schrumpfen erfolgt bei dieser Alternative erst nach Aufbringen der Kunststoffbeschichtung, und zwar bei deren Trocknung bzw. Aushärtung. Somit können zwei Verfahrensschritte vorteilhaft zusammengefasst werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Bewehrungsmittel derart ausgebildet, dass es das jeweilige Faserbündel in wenigstens zwei Windungen, welche in Längserstreckung der Faser voneinander beabstandet angeordnet sind, umschließt. Dies ist von Vorteil, da hierdurch das Faserbündel eine Kraftbeaufschlagung von außen erfährt. Das Bewehrungsmittel beaufschlagt vorteilhaft das Faserbündel durch das kontrollierte Schrumpfen mit einer Zugkraft und hält dieses so in Form und Stabilität. Dies erfolgt durch das kontrolliert ausgeführte Schrumpfen des Bewehrungsmittels während des Herstellungsverfahrens des Betonbewehrungsgitterelements. Je nach Ausführung werden die losen Fasern des Faserbündels ausgerichtet und bilden miteinander gemeinsame Kontaktflächen aus. Besonders vorteilhaft sind die Fasern des Faserbündels dann im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet.
In einer anderen Ausführungsform ist es aber auch denkbar, dass die zunächst losen Fasern des entsprechenden Faserbündels durch dem Schrumpfprozess des Bewehrungsmittels aufeinander zugeführt werden und die Kraftbeaufschlagung derart groß ist, dass es zu kontrollierten Einschnürungen des Faserbündels kommt. Somit weist das Faserbündel eine gewellte Oberflächenform auf. Dies verbessert deutlich die Hafteigenschaften des Betonbewehrungsgitterelements mit dem zu bewehrenden Material, beispielsweise in zementär und/oder nicht-zementär gebundenen Matrizes. Unter „kontrolliert“ ist vorteilhaft ein gleichmäßiger Krafteintrag zu verstehen, welcher derart gering ausgebildet ist, dass Faserbrüche im mit dem Bewehrungsmittel umwundenen Faserbündel vermieden werden. Dieser gleichmäßige Krafteintrag erfolgt durch vorbestimmte Zeit- und Temperaturwerte.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Anzahl an Umwindungen des Bewehrungsmittels um das entsprechende Faserbündel im Bereich von 2 bis 10000 Umwindungen pro laufenden Meter Betonbewehrungsgitterelement vorzusehen, vorteilhafter im Bereich von 100 bis 750 Umwindungen pro laufenden Meter Betonbewehrungsgitterelement. Die Umwindungen können sowohl symmetrisch ausgebildet sein und sich in zueinander regelmäßigen Abständen wiederholen.
Ferner ist auch denkbar, das Bewehrungsmittel in unterschiedlichen Umwindungsabständen zueinander anzuordnen. Soll das Betonbewehrungsgitterelement aufgrund der bautechnischen Anforderungen in einem vorbestimmbaren Abschnitt sowohl reißfest, als auch mit vergrößerter Oberfläche ausgebildet sein, so ist denkbar in diesem Abschnitt eine höhere Anzahl an Windungen vorzusehen, welche dann einen geringeren Abstand zueinander aufweisen als in den daran sich anschließenden Abschnitten des Betonbewehrungsgitterelements. Vorteilhaft entspricht eine Windung einmal dem Umfang des Faserbündels.
Im einfachsten Fall ist wenigstens eine Art an Faserbündeln mit einem Bewehrungsmittel zumindest teilweise umwunden ausgebildet. Dies ist selbstverständlich nicht begrenzend zu verstehen, so dass es auch denkbar ist, dass beispielsweise alle Faserbündel mit wenigstens einem und/oder auch mehreren Bewehrungsmittel(n) zumindest teilweise umwunden ausgebildet sind.
Auch ist denkbar, dass die unterschiedlichen Arten an Faserbündeln mit unterschiedlichen Bewehrungsmitteln zumindest teilweise umwunden ausgebildet sind. So könnte beispielsweise die erste Art an Faserbündeln mit einem Bewehrungsmittel aus einer Vielzahl an losen Polymerfasern mit einem geringen Nenndurchmesser zumindest teilweise umwunden sein, wohingegen die zweite Art an Faserbündeln mit einem Bewehrungsmittel aus texturiertem Garn mit einem, im Vergleich zu den einzelnen Fasern, vergrößerten Nenndurchmesser zumindest teilweise umwunden ausgebildet sind. Somit ist es vorteilhaft möglich, dass das Betonbewehrungsgitterelement die für die Bautechnik notwendigen Eigenschaften gezielt und verlässlich aufweist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umschließt das Bewehrungsmittel das jeweilige Faserbündel zumindest teilweise schraubenförmig. Diese Umwicklungsart ist von Vorteil, da hierdurch während des Schrumpfens eine gleichmäßige Zugkraftbeaufschlagungsverteilung auf die Fasern der Faserbündel erfolgt, so dass diese keine Quetschungen oder Brüche erleiden und zugleich die Reißfestigkeit deutlich erhöht wird. Ferner werden hierdurch insbesondere Verknäuelungen der Faserbündel vermieden, wie sie vorkommen, wenn das Bewehrungsmittel mit zu großer Kraftbeaufschlagung um die einzelnen Faserbündel gewunden wird. Durch die schraubenförmige Anordnung und das anschließende Schrumpfen des Bewehrungsmittels, vorteilhaft thermisch, erfährt das gesamte umwickelte Faserbündel zeitgleich in allen Umwindungsbereichen eine Kraftbeaufschlagung, welche die Faser aufeinander zu führt und aneinander fixiert. Dies ist eine mögliche Ausführung.
Daneben ist auch denkbar, die Umwindung in anderen geometrischen Formen auszubilden, wie beispielsweise in einer Zick-Zack-Windung, wobei diese Zick-Zack-Windung durch ein oder auch mehrere Bewehrungsmittel ausgebildet sein kann. Der Effekt des gleichmäßigen Schrumpfens und der somit ebenfalls gleichmäßigen Krafteinleitung in das entsprechende Faserbündel ist auch mit anderen Umwindungsformen sichergestellt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die wenigstens eine Faser oder das Faserbündel des Bewehrungsmittels thermisch geschrumpft ausgebildet. Die thermische Behandlung des Bewehrungsmittels und/oder des Faserbündels und/oder des Betonbewehrungsgitterelements ist besonders schonend und ermöglicht das langsame und gleichmäßige Zusammenführen der einzelnen Faser der Faserbündel und deren Fixierung als Faserbündel. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die thermische Beaufschlagung in Form einer Temperaturerhöhung auszubilden. Diese kann in Abhängigkeit von der Zeit konstant, linear zunehmend oder auch in wenigstens einem Rampenverlauf erfolgen. Als besonders vorteilhaft haben sich Bereiche zur thermischen Beaufschlagung von 60°C bis 250°C und vorteilhafter von 100°C bis 175°C erwiesen. Vorteilhafte Zeitintervalle hierfür sind Bereiche von 0,1 min bis 10 min und vorteilhafter von 0,2 min bis 0,5 min.
Alternativ ist auch denkbar, die einwirkende Temperatur in Form einer Rampe auszubilden, so dass zwei lineare Anstiege über ein Plateau, also einer konstanten Temperatur bei längerem Zeitintervall, mit einander verbunden sind.
Neben der thermischen Behandlung hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, das Betonbewehrungsgitterelement mit Ultraschall, vorteilhaft im Bereich von 25 bis 42kHz, zu beaufschlagen und zwar während und/oder nach dem Aufbringen der Kunststoffbeschichtung. Durch den in der Kunststoffbeschichtung enthaltenen Wasseranteil ist die Ultraschallbeaufschlagung besonders effektiv und bedingt ebenfalls ein kontrolliertes Schrumpfen des Bewehrungsmittels. Als besonders vorteilhaft haben sich pulsartige Abfolgen der Ultraschallwellen erwiesen, da hierdurch entsprechend Energie in das beschichtete Betonbewehrungsgitterelement eingebracht wird, um das Bewehrungsmittel zu erwärmen, so dass dieses wiederrum schrumpft. Nach erfolgtem, kontrolliert gleichmäßigen Schrumpfprozess des Bewehrungsmittels können weitere Pulse zum Aushärten der Kunststoffbeschichtung eingesetzt werden.
Sowohl für die thermische als auch für die Ultraschallbeaufschlagung haben sich Polypropylen und/oder Polyethylen als Fasern des Bewehrungsmittels als besonders vorteilhaft erwiesen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die wenigstens eine Faser oder das Faserbündel des Bewehrungsmittels aufgefächerte Abschnitte auf. Diese aufgefächerten Abschnitte sind das Ergebnis des gezielt kontrollierten thermischen Schrumpfens des Bewehrungsmittels. Dies wird vorteilhaft durch die Beschaffenheit des Bewehrungsmittels bei thermischer oder Ultraschallbeaufschlagung ermöglicht.
Ist das Bewehrungsmittel als eine einzige Faser ausgebildet, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Faser aus einem Block-Copolymer auszubilden. Hierdurch weist eine einzige Faser Bereiche mit unterschiedlichen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften auf. Im einfachsten Fall ist die Faser des Bewehrungsmittels aus Polypropylen-Polyethylen-Copolymer ausgebildet, wobei die Anteile (PP:PE) im Verhältnis 10:90 Gewichts-% bis 25:75 Gewichts% ausgebildet sind.
Durch thermische Beaufschlagung dieser Faser wird sich zunächst der Polyethylenanteil zusammenziehen. Die Faser schrumpft und verkürzt sich in ihrer Längserstreckung. Erst mit weiterer Temperaturzunahme, beispielsweise nach einem Plateau mit konstanter Temperatur für mehrere Minuten, verkürzen sich auch die Polypropylenabschnitte und die Faser zieht sich weiter zusammen. Während des Schrumpfens ziehen sich die Polypropylenbereiche der Faser derart zusammen, dass sich eine deutliche Zunahme in der Quererstreckung der Faser ergibt und sich fächerartige Flächenabschnitte ausbilden. Diese fächerartige Flächenabschnitte umgreifen das zu bewehrende Faserbündel und führen dessen Fasern aufeinander zu und fixieren diese letztendlich.
Die während des Schrumpfens auftretende Kraftbeaufschlagung auf das Faserbündel wird durch die aufgefächerten Flächenabschnitte großflächig verteilt und über das gesamte Faserbündel abgeleitet, da sich eine große Kontaktfläche zwischen Bewehrungsmittel und Faserbündel ausbildet. Somit werden Beschädigungen und Brüche des Faserbündels vermieden.
Ist das Bewehrungsmittel als Faserbündel ausgebildet, so hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, reine Polypropylenfasern vorzusehen, welche ebenfalls bei Temperaturbeaufschlagung wenigstens in ihrer Längserstreckung gleichmäßig schrumpfen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Vielzahl an Faserbündeln aus Hochleistungsfasern, beispielsweise aus Glasfasern und/oder Carbonfasern und/oder Aramidfasern und/oder Basaltfasern, ausgebildet. Vorteilhaft weist das hier beschriebene Betonbewehrungsgitterelement Fasern aus der Gruppe Mineralfasern, wie beispielsweise Glasfasern, Wollastonitfasern, Carbonfasern, Polymerfasern, Aramidfasern, Basaltfasern, Bastfasern, wie beispielsweise Bambusfasern, Hartfasern, wie beispielsweise Sisalfasern, (nicht) oxidische Keramikfasern, wie beispielsweise Aluminiumoxide, Siliziumcarbid und/oder eine Kombination hieraus auf.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Bewehrungsmittel oberflächenmodifiziert ausgebildet. Diese Oberflächenmodifikation erfolgt physikalisch und/oder chemisch. So kann die Oberfläche des Bewehrungsmittel mechanisch aufgeraut ausgebildet sein, um so die Haftung zum zu bewehrenden Material noch zu erhöhen. Auch ist denkbar, dass die einzelnen Fasern und/oder das Garn, welche das Bewehrungsmittel ausbilden selbst oberflächenmodifiziert, beispielsweise aufgeraut oder beschichtet, ausgebildet sind. Neben der Aufrauhung ist zudem vorteilhaft, die Oberfläche des Bewehrungsmittels chemisch zu modifizieren, beispielsweise mit Plasmabeaufschlagung, um so die Haftung zum zu bewehrendem Material zu verbessern.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung zudem ein Verfahren zu Herstellung eines Betonbewehrungsgitterelements, wenigstens die folgenden Schritte aufweisend:

a. Eintragung der Fasern zur Ausbildung von Faserbündeln;
b. Zumindest teilweise Umwindung einer vorbestimmbaren Anzahl und/oder Art an Faserbündeln mit wenigstens einem Bewehrungsmittel;
c. Ausbildung eines Betonbewehrungsgitterelements durch Eintragung einer ersten Art an Faserbündeln als Kettfäden und wenigstens einer zweiten Art an Faserbündeln als Schussfäden zum Ausbilden einer Lage; und
d. Zumindest teilweise Beschichtung der einzelnen Faserbündel zum Fixieren der einzelnen Fasern der Faserbündel aneinander, wobei zwischen Schritt a. und b. die Faserbündel und/oder zwischen Schritt c. und d. und/oder während des Schrittes d. das Betonbewehrungsgitterelement mit einer kontrollierten Temperaturänderung beaufschlagt werden/wird.

Im hier beschriebenen Herstellungsverfahren ist denkbar, dass im ersten Schritt a. die Fasern einzeln in Herstellungsanlage eingetragen werden und/oder aber auch dass alle Fasern, welche ein Faserbündel ausbilden, zugleich in die Anlage eingetragen werden. Vorteilhaft sind diese ersten Faserbündel als Kettfäden ausgebildet.
In einem weiteren Verfahrensschritt b. wird wenigstens eine vorbestimmbare Anzahl und/oder Art an Faserbündeln mit wenigstens einem Bewehrungsmittel zumindest teilweise umwunden. Das Bewehrungsmittel kann je nach Anforderungen mehrfach um die Faserbündel umwunden werden. Je mehr Umwindungen vorgesehen sind, desto größer ist die Strukturierung der Oberfläche und umso höher ist die Oberflächenvergrösserung des Betonbewehrungsgitterelements und desto besser sind die Hafteigenschaften zum zu bewehrenden Material. Es ist aber auch denkbar, bereits fertig umwundene Faserbündel einzusetzen.
In einem weiteren Verfahrensschritt c. werden Kett- und Schußfäden, also die unterschiedlichen Arten an Faserbündeln, eingetragen. Diese sind in Kreuzungsabschnitten miteinander verbunden, beispielsweise verschlauft, und bilden somit das Betonbewehrungsgitterelement aus.
Es ist aber auch denkbar, dass Kettfäden und Schussfäden abwechselnd nacheinander eingetragen werden. Vorteilhaft sind die Fasern der eingetragenen Faserbündel in Schritt a. und/oder c. noch lose und ohne feste Verbindung miteinander.
Im anschließenden Beschichtungsschritt d. werden die Faserbündel, welche das Betonbewehrungsgitterelement ausbilden, zumindest teilweise, vorteilhaft vollständig beschichtet, so dass das Beschichtungsmaterial die Faserbündel vorteilhaft vollständig umschließt und die einzelnen Fasern einschließt. Dieser Schritt ist vorteilhaft bei der Verwendung des Betonbewehrungsgitterelements zur Betonbewehrung, um beispielsweise Glasfasern und/oder Carbonfasern derart zu beschichten, so dass deren Alkaliresistenz erhöht wird. Im einfachsten Fall erfolgt der Beschichtungsschritt mittels Tauchbeschichtung und/oder Sprühbeschichtung und/oder Druckbeschichtung.
Um den Schrumpfprozess zu starten ist es zunächst denkbar, zwischen Schritt a. und b. die mit dem Bewehrungsmittel umwundenen Faserbündel mit einer kontrollierten, vorbestimmbaren Temperaturerhöhung zu beaufschlagen. Dies kann beispielsweise durch einen Heizbereich erfolgen, welchen die Faserbündel vor dem Legen zum Betonbewehrungsgitterelement durchlaufen. Hierdurch schrumpft das Bewehrungsmittel, wie bereits oben beschrieben und umgreift die Faserbündel fest, aber ohne diese zu beschädigen. Das Betonbewehrungsgitterelement wird somit aus bereits fixierten und stabilisierten Faserbündeln gelegt und weiter bearbeitet.
Alternativ oder zusätzlich ist auch denkbar den Schrumpfprozess zwischen Schritt c. und d. vorzusehen, so dass das gelegte Betonbewehrungsgitterelement mit einer kontrollierten Temperaturänderung beaufschlagt wird. Die nur lose zusammengehaltenen Faserbündel werden somit im fertig gelegten Zustand des Betonbewehrungsgitterelements kontrolliert thermisch geschrumpft. Dies dient der zusätzlichen Stabilisierung.
Nach dem Beschichtungsschritt d. schließt sich ein Trocknungsschritt an, bei welchem die Beschichtung, welche vorteilhaft aus Kunststoff ausgebildet ist, polymerisiert und aushärtet. Insbesondere der Trocknungsschritt ermöglicht eine Zusammenfassung von Verfahrensschritten, nämlich dem Aushärten der Kunststoffbeschichtung und dem Schrumpfen des Bewehrungsmittels. Hierbei wird die zum Aushärten des Kunststoffes notwendige Energie durch den Trocknungsprozess bereitgestellt. Dieser Energieeintrag in das Betonbewehrungsgitterelement in Form einer Temperaturbeaufschlagung, vorteilhafter einer Temperaturerhöhung, ist mehr als ausreichend, um zeitgleich auch das bisher noch lose angeordnete Bewehrungsmittel kontrolliert zu schrumpfen. Da das Bewehrungsmittel einen deutlich geringeren Gewichts%-Anteil als die Kunststoffbeschichtung einnimmt, reagiert die vorteilhaft aus Polypropylen und/oder Polyethylen ausgebildete Bewehrungsmittelfaser deutlich schneller auf die Temperatureinwirkung und schrumpft, während die wässrige Polymerdispersion der Kunststoffbeschichtung in der Nähe des Bewehrungsmittels noch unvernetzt vorliegt. Somit erfolgt zunächst das Schrumpfen der Bewehrungsfaser unter Fixierung der Fasern der Faserbündel, bevor die Kunststoffbeschichtung vollständig aushärtet. Fehlstellen und luftgefüllte Bereiche werden somit erfolgreich vermieden.
Ferner ist denkbar, dass nach und/oder während des Aushärtens der Polymerbeschichtung weitere Bewehrungsmittel eingeführt werden, um die mit Kunststoff beschichtetes Faserbündel des Betonbewehrungsgitterelements nochmals zu umwinden. Hierbei erfährt beispielsweise die noch nicht vollständig ausgehärtete Beschichtung eine Kraftbeaufschlagung durch das Umwinden. Das Bewehrungsmittel wird vorbestimmbar, in Abhängigkeit von Kraftbeaufschlagung und/oder Aushärtungsgrad, in die Beschichtung eingeführt. Dies bedingt einen weiteren vorteilhaften Verbund, da das Bewehrungsmittel eine zusätzliche Fixierung erfährt. Im ausgehärteten Zustand der Beschichtung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Bewehrungsmittel mit 5 bis 90% seines Nenndurchmessers aus der Beschichtung hervorsteht. Dies bedeutet, dass das Bewehrungsmittel zu 5 bis 90% seines Nenndurchmessers innerhalb der Beschichtung angeordnet bzw. von dieser umschlossen wird und hierdurch fixiert wird. Der Überstand des Bewehrungsmittels reicht für die Oberflächenstrukturierung und Haftverbesserung weiterhin aus.
Ferner ist denkbar, einen weiteren optionalen, vorteilhaften Verfahrensschritt vorzusehen, gemäß welchem auf das Bewehrungsmittel und die Bewehrungsmittel zumindest teilweise, vorteilhaft vollständig beschichtet werden, um auch deren Alkaliresistent oder auch andere Materialeigenschaften zu verbessern und die Lebensdauer zu erhöhen. Allerdings ist hier stets sichergestellt, dass die Dicke der Beschichtung geringer ausgebildet als der Überstand des Bewehrungsmittels, so dass die strukturierte Oberfläche beibehalten wird. Somit weist das hier beschriebene Betonbewehrungsgitterelement eine zweifache Kunststoffbeschichtung auf.
Weiterhin wird vorteilhaft die Temperaturrampe in einem Bereich von 60 bis 250 °C in einem Zeitintervall von 0,1 bis 10 min gefahren.
Darüber hinaus hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die hier beschriebenen Betonbewehrungsgitterelemente als Bewehrungselement und/oder als Armierungselement und/oder als Dämpfungselement und/oder als Leichtbauelement für Beton und/oder Harz und/oder Matrizes mit geringer Zugfestigkeit und/oder für die Automobilindustrie und/oder Möbelindustrie und/oder Hoch-/Tiefbau und/oder im Schiffsbau und/oder im Sportbereich, beispielsweise in einem Ski-Korpus zur Verstärkung, zu verwenden.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen:
1a eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Betonbewehrungsgitterelements;
1b, c schematische Schnittansichten einer Ausführungsform eines Faserbündels mit Bewehrungsmittel des Betonbewehrungsgitterelements vor und nach dem Schrumpfen;
2 einen schematischen Querschnitt eines Faserbündels;
3 einen schematischen Querschnitt eines weiteren Faserbündels;
4 eine schematische Darstellung eines Faserbündels mit Bewehrungsmittel;
5 einen schematischen Querschnitt eines Bewehrungsmittels;
6 eine weitere schematische Darstellung eines Faserbündels mit Bewehrungsmittel;
7 eine weitere schematische Darstellung eines Faserbündels mit Bewehrungsmittel;
8 eine schematische Schnittdarstellung eines Faserbündels mit Bewehrungsmittel;
9 eine weitere schematische Schnittdarstellung eines Faserbündels mit Bewehrungsmittel;
10 eine Darstellung eines weiteren Betonbewehrungsgitterelements; und
11 eine Darstellung eines weiteren Betonbewehrungsgitterelements.
In 1a ist ein Betonbewehrungsgitterelement 1 gezeigt, dessen Lage aus einer ersten Art an Faserbündeln 2, welche als Kettfäden ausgebildet sind, und einer zweiten Art an Faserbündeln 4, welche als Schussfäden ausgebildet sind. Die zweite Art an Faserbündeln wird senkrecht zu den Faserbündeln erster Art eingetragen, so dass sich rechteckige Durchgangsöffnungen 6 ausbilden. Diese Durchgangsöffnungen 6 sind vorteilhaft, da durch diese das flüssige zu bewehrende Material hindurch treten kann und sind mit dem Betonbewehrungsgitterelement bestmöglich verbinden kann. In diesem Beispiel sind die Durchlassöffnungen quadratisch ausgebildet. Dies ist aber nicht beschränkend zu verstehen. Die Form der Durchlassöffnungen 6 ist in Abhängigkeit der Eintragung der Faserbündel zweiter Art. Die Faserbündel erster und zweiter Art 2, 4 sind an den Kreuzungsabschnitten 8 miteinander verbunden, beispielsweise verschlauft. So ergibt sich eine stabile und haltbare Gitterstruktur.
Zur zusätzlichen Stabilitätserhöhung weisen beide Arten an Faserbündeln Bewehrungsmittel 10 auf. Die Bewehrungsmittel 10, welche als wenigstens eine Faser und/oder als Garn ausgebildet sind, umwinden die jeweiligen Faserbündel 2, 4 schraubenförmig. Dies verleiht den Faserbündeln zusätzliche Stabilität und Reißfestigkeit. Ferner erhöht das Umwinden der Faserbündel 2, 4 mit dem Bewehrungsmittel 10 deren Oberfläche, so dass das zu bewehrende Material besser haften kann und sich ein verbesserter Haftverbund zwischen Faserbündeln 2, 4, also Betonbewehrungsgitterelement 1, und zu bewehrendem Material ergibt.
In 1b ist eine erste Ausführungsform gezeigt. Die hier dargestellte schematische Schnittansicht offenbart beispielshaft ein Faserbündel 2, 4, welches mit einem thermischmodifizierbaren Bewehrungsmittel 10 umwunden ist. Das Bewehrungsmittel 10 ist hierbei selbst als Faserbündel aus Polypropylen und/oder Polyethylen ausgebildet. Das Bewehrungsmittel 10 umschlingt zunächst lose das Faserbündel 2, 4.
Wird nun das umwundene Faserbündel 2, 4 alleine oder im verlegten Zustand im Betonbewehrungsgitterelement 1 mit einer Temperaturerhöhung beaufschlagt, so schrumpft das Bewehrungsmittel 10 vorteilhaft in seiner Längserstreckung und zieht sich zusammen (1c). Die Fasern des Faserbündels 2, 4 werden durch die Temperaturbeaufschlagung nicht verändert. Durch dieses Zusammenziehen des Bewehrungsmittels 10, werden zugleich auch die Fasern des Faserbündels 2, 4 zusammengezogen und vom losen Zustand in einen fixierten Zustand überführt. Da die Temperaturbeaufschlagung auf das gesamte Bewehrungsmittel 10 zeitgleich einwirkt, ist somit auch der Schrumpfprozess kontrolliert gleichmäßig. Verknäuelungen des Faserbündels 2, 4 werden daher vollständig vermieden. Ferner ist der Schrumpfprozess, also insbesondere wie schnell sich das Bewehrungsmittel 10 zusammenzieht und in welchem Umfang das Zusammenziehen erfolgt, über die einwirkende Temperatur steuerbar und kontrollierbar. Vorliegend ist es vorteilhaft, das Bewehrungsmittel 10 langsam zu schrumpfen, da somit Brüche der Fasern des Faserbündels 2, 4 vollständig vermieden werden. Unter langsam sind vorteilhaft Zeitintervalle von bis zu 10 min zu verstehen. Vorteilhafte Temperaturen liegen im Bereich von 60 °C bis 175°C.
2 zeigt einen Querschnitt eines Faserbündels 2, 4. Das Faserbündel wird aus einer Vielzahl an einzelnen Fasern 12 ausgebildet. Diese werden in einem Beschichtungsschritt mit wenigstens einer Beschichtung 14, vorteilhaft einer Polymerbeschichtung, noch vorteilhafter mit einer alkaliresistenten Polymerbeschichtung, beschichtet. Die Beschichtung 14, beispielsweise durch Tauchbeschichtung aufgetragen, umschließt die einzelnen Fasern 12 und ordnet sich auch zwischen den Fasern 12 an. Somit ist eine hohe Korrosionsbeständigkeit sichergestellt. Die Beschichtung 14 umschließt den Kern der innenliegenden Fasern 12 schalen- oder mantelartig. Die Beschichtung 14 ist derart ausgebildet, dass sie eine kontinuierliche Oberfläche ausbildet und alle Fasern 12 überdeckt.
In 3 ist ein ähnlicher Querschnitt eines Faserbündels 2, 4 gezeigt, wobei hier die Zwischenräume 16 zwischen den innenliegenden Fasern 12 frei von Beschichtungsmaterial der Beschichtung 14 sind. Die Beschichtung 14 umspannt als Mantel lediglich die außenliegenden Fasern 12.
In 4 wird nun eine schematische Darstellung eines beschichteten Faserbündels 2, 4 gezeigt, welches mit einem Bewehrungsmittel 10 schraubenartig umwunden ist. Die jeweiligen Windungen um die Faserbündel 2, 4 in deren Längserstreckung sind im regelmäßigen Abstand D zueinander ausgebildet.
5 zeigt einen Querschnitt eines Bewehrungsmittels 10. Die wenigstens eine Faser und/oder die Vielzahl an Fasern können eine glatte, ebene Oberflächenstruktur aufweisen (nicht gezeigt). Es ist aber auch möglich, die Oberflächenstruktur der Fasern bereits vor dem Umwinden zu modifizieren oder diese bereits modifiziert einzusetzen. So ist denkbar, dass die Oberflächenstruktur, wie in 5 gezeigt, aufgeraut und uneben ausgebildet ist. Hierdurch werden die Hafteigenschaften des zu bewehrendem Materials noch verbessert. Zugleich sind die Oberflächenmodifikationen des Bewehrungsmittels 10 gering genug, dass es sich nicht nachteilig auf dessen Zugfestigkeit auswirkt.
6 zeigt eine weitere schematische Ansicht eines Faserbündels 2, 4. In diesem Ausführungsbeispiel ist das beschichtete Faserbündel 2, 4 mit einem Bewehrungsmittel 10 unregelmäßig umwunden. Die jeweiligen Windungen um die Faserbündel 2, 4 in deren Längserstreckung sind im Abstand E und F zueinander ausgebildet. Die Abstände E und F sind unterschiedlich groß. Es ist auch möglich, dass nicht nur ein Bewehrungsmittel, sondern mehrere Bewehrungsmittel 10, 11 eingesetzt werden, um die unterschiedlichen Windungsanforderungen zu erzielen. In 7 ist eine weitere Ausführungsform eines beschichteten Faserbündels 2, 4 gezeigt. Hier wird das Bewehrungsmittel 10 und/oder die Bewehrungsmittel 10, 11 in einer Zick-Zack-Windung um die Faserbündel 2, 4 umwickelt. Dies verleiht zusätzliche Reißfestigkeit und ebenfalls eine Oberflächenvergrößerung.
Zur verbesserten Veranschaulichung ist in 8 ein Querschnitt eines Faserbündels 2, 4 dargestellt. Die als Kern ausgebildeten, innenliegenden Fasern 12 werden von der Beschichtung 14 umschlossen. Auf dieser Beschichtung 14 wird nach deren Aushärten das Bewehrungsmittel 10 aufgebracht und das Faserbündel 2, 4 zumindest teilweise umwunden. Nachdem die Beschichtung bereits ausgehärtet bzw. durchpolymerisiert ist, liegt das Bewehrungsmittel 10 auf der Oberfläche der Beschichtung 14 auf. Soll nun ein noch beständiger Haftverbund ausgebildet werden, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Bewehrungsmittel 10 in das noch nicht voll ausgehärtete Beschichtungsmaterial 10 einzubringen. Dies ist in 9 gezeigt. Durch das Umwinden des Faserbündels 2, 4 erfährt die nur teilpolymerisierte Beschichtung 14 eine Kraftbeaufschlagung und das Bewehrungsmittel 10 wird zumindest teilweise in die Beschichtung 14 eingeführt. Im Anschluss härtet die Beschichtung 14 vollständig aus und das Bewehrungsmittel 10 verbleibt in einer vorbestimmbaren Tiefe innerhalb der Beschichtung 14 und übersteht diese zugleich in vorbestimmbarer Weise. In 9 ist dargestellt, dass das Bewehrungsmittel zu einem Drittel seines Nenndurchmessers in der Beschichtung 14 angeordnet ist und mit Zweidritteln diese übersteht. Somit ist sowohl eine Oberflächen Strukturierung der Faserbündel 2, 4 als auch eine Fixierung des Bewehrungsmittels 10 ermöglicht.
In 10 und 11 sind weitere vorteilhafte Betonbewehrungsgitterelemente 1 gezeigt. Das in 10 dargestellte Betonbewehrungsgitterelement 1 weist insgesamt drei Arten an Faserbündeln auf 2, 4, 18 auf. Die Faserbündel dritter Art 18 sind bezogen auf die Faserbündel erster Art im Winkel α von 45° eingetragen. Vorteilhaft erfolgt die Eintragung regelmäßig. In 11 ist zusätzlich zu den in 10 gezeigten Faserbündeln 2, 4, 18 noch eine vierte Art an Faserbündeln 20 im Winkel β von ebenfalls 45° eingetragen. Hieraus ergibt sich ein sternförmiges Betonbewehrungsgitterelement 1. Das Betonbewehrungsgitterelement 1 ist somit multiaxial innerhalb der Lage ausgebildet. In beiden 10 und 11 ist denkbar, dass die Faserbündel 2, 4, 18, 20 aus gleichem Material oder auch aus unterschiedlichem Material ausgebildet sein können. Auch ist es nicht zwingend, dass alle Faserbündel 2, 4, 18, 20 mit dem Bewehrungsmittel 10 umwunden sind, aber es ist vorteilhaft zwecks Haftverbund und Stabilität.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste

1: Betonbewehrungsgitterelement
2: Faserbündel erster Art
4: Faserbündel zweiter Art
6: Durchlassöffnung
8: Kreuzungsabschnitte
10: Bewehrungsmittel
11: weiteres Bewehrungsmittel
12: Faser
14: Beschichtung
16: Zwischenräume
18: Faserbündel dritter Art
20: Faserbündel vierter Art
D, E, F: Abstand Windungen

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

DE 69407359 T2 [0004]

Claims

Mit Kunststoff beschichtetes Betonbewehrungsgitterelement (1) aufweisend wenigstens eine Lage, welche eine Vielzahl an zueinander beabstandet angeordneter Faserbündel (2; 4) aufweist, wobei wenigstens eine erste Art an Faserbündeln (2) und wenigstens eine zweite Art an Faserbündeln (4) die Lage aufspannen und die Faserbündel der ersten Art (2) und die Faserbündel der zweiten Art (4) zueinander im Winkelbereich von 0° bis 180° angeordnet sind, wobei wenigstens eine Art an Faserbündeln (2; 4) wenigstens ein Bewehrungsmittel (10) aufweist, welches derart ausgebildet ist, dass es das Faserbündel (2; 4) zumindest teilweise umwindet dadurch gekennzeichnet, dass das Bewehrungsmittel (10) als wenigstens eine geschrumpfte Faser oder als wenigstens ein zumindest teilweise geschrumpftes Faserbündel ausgebildet ist.
Betonbewehrungsgitterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewehrungsmittel (10) derart ausgebildet ist, dass es das jeweilige Faserbündel (2; 4) in wenigstens zwei Windungen, welche in Längserstreckung der Faserbündel (2; 4) voneinander beabstandet angeordnet sind, umschließt.
Betonbewehrungsgitterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewehrungsmittel (10) das jeweilige Faserbündel (2; 4) schraubenförmig umschließt.
Betonbewehrungsgitterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Faser oder das Faserbündel des Bewehrungsmittels (10) thermisch geschrumpft und/oder durch Ultraschallwellen geschrumpft ist.
Betonbewehrungsgitterelement nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Faser oder das Faserbündel des Bewehrungsmittels (10) aufgefächerte Abschnitte aufweist.
Betonbewehrungsgitterelement nach wenigstens einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl an Faserbündeln (2; 4) aus Hochleistungsfasern, vorteilhaft aus Glasfasern und/oder Carbonfasern und/oder Aramidfasern und/oder Basaltfasern ausgebildet sind.
Betonbewehrungsgitterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewehrungsmittel (10) oberflächenmodifiziert ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Betonbewehrungsgitterelement (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, welches wenigstens die folgenden Schritte aufweist: a. Eintragung der Fasern (12) zur Ausbildung von Faserbündeln (2; 4); b. Zumindest teilweise Umwindung einer vorbestimmbaren Anzahl und/oder Art an Faserbündeln (2; 4) mit wenigstens einem Bewehrungsmittel (10); c. Ausbildung eines Betonbewehrungsgitterelements (1) durch Eintragung einer ersten Art an Faserbündeln (2) als Kettfäden und einer zweiten Art an Faserbündeln (4) als Schussfäden zum Ausbilden einer Lage; d. Zumindest teilweise Beschichtung der einzelnen Faserbündel (2; 4) zum Fixieren der einzelnen Fasern (12) der Faserbündel (2; 4) aneinander, wobei zwischen Schritt a. und b. die mit dem Bewehrungsmittel (10) umwundenen Faserbündel (2; 4) und/oder zwischen Schritt c. und d. und/oder während des Schrittes d. das Betonbewehrungsgitterelement (10) mit einer kontrollierten Temperaturänderung beaufschlagt werden/wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturrampe in einem 60 bis 250 °C in einem Zeitintervall von 0,1 bis 10 min gefahren.
Verwendung des Betonbewehrungsgitterelement (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1–8 oder Verwendung des Betonbewehrungsgitterelement hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9 als Bewehrungselement und/oder als Armierungselement und/oder als Dämpfungselement und/oder als Leichtbauelement für Beton und/oder Harz und/oder Zement und/oder Matrizes mit geringer Zugfestigkeit und/oder die Automobilindustrie und/oder Möbelindustrie und/oder Hoch-/Tiefbau und/oder Schiffsbau und/oder Sportbereich.