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Die Erfindung geht aus von einem Bauteil aus einem Verbund aus Beton und einem Bewehrungsgitter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, einer Baukonstruktion gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 18, und einem Verfahren zur Herstellung einer Baukonstruktion gemäß Patentanspruch 24.
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Aus dem Bauwesen sind Bauteile aus Verbundwerkstoffen, insbesondere aus Stahlbeton, hinlänglich bekannt. Da Beton gegen Zugkräfte nur gering widerstandsfähig ist, wird Stahl als Bewehrung, insbesondere in Form eines Bewehrungsgitters, in den Beton eingelegt. Das bedeutet, dass sich die Komponente Beton und die Komponente der Bewehrung im Verbund befinden.
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Wird das Bauteil auf Zug oder Druck belastet und der Beton ist noch ungerissen, so tragen die Komponenten entsprechend den Steifigkeitsanteilen gemeinsam die Kräfte ab. Bei weiterer Laststeigerung entstehen aufgrund der geringen Zugfestigkeit des Betons Risse im Bauteil oder im Bauwerk und die Zugkraft muss von der Bewehrung aufgenommen werden. Durch die Verbundwirkung zwischen den beiden Komponenten wird ein Teil der Kraft wieder zurück in den Beton übertragen.
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In einem Auflagerbereich eines Bauteils muss sichergestellt werden, dass die Bewehrung infolge der Rissbildung nicht aus dem Beton ausgezogen wird, das heißt, die Bewehrung muss im Beton endverankert sein. Dieses wird im Allgemeinen über eine ausreichend große Verankerungslänge sichergestellt. Das bedeutet, dass die Zugkraft in der Bewehrung kleiner als die Verbundkraft zwischen Beton und Bewehrung sein muss. Andernfalls wird die Bewehrung ausgezogen und die maximale Tragfähigkeit kann nicht erreicht werden.
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Ein Auflager ist eine Verbindung zwischen einem Körper und seiner Umgebung, wobei in dem Auflager diejenigen Kräfte übertragen werden, die die Umgebung einer Verschiebung entgegensetzen muss. Beispielsweise leiten tragende Bauteile wie Decken oder Balken ihre Lasten zu den Auflagern weiter.
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Die Verankerungslänge ist die Länge der Bewehrung ab Auflagerkante, die zur Übertragung der in der Bewehrung wirkenden Kraft in den umgebenden Beton benötigt wird.
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Die Stahlbetonbauweise ist heutzutage die weitverbreitetste Bauweise. Beim Stahlbetonbau wird eine Endverankerung der Bewehrung im Allgemeinen durch eine ausreichende Verankerungslänge realisiert.
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Reicht die vorhandene Verankerungslänge über dem Auflager nicht aus, weil beispielsweise die Breite des Auflagers zu gering ist, kann eine erforderliche Verankerungslänge durch geeignete Mittel verkürzt werden. Geeignete Maßnahmen zur Verringerung der erforderlichen Verankerungslänge sind umgeformte Endbereiche der Bewehrung in einem Verankerungsbereich, zum Beispiel das Anschweißen von Bewehrungsstäben senkrecht zur Belastungsrichtung, das Aufbiegen der Bewehrung oder das Anbringen von speziellen Ankerelementen.
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Jedoch ist eine Stahlbewehrung im Verbundwerkstoff korrosionsanfällig, weshalb die Bewehrung immer eine ausreichende Betondeckung aufweisen muss.
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Infolgedessen wurde in den letzten Jahren der neue Baustoff Textilbeton, insbesondere Carbonbeton, das heißt Textilbeton mit Carbonfasern, entwickelt, der die positiven Eigenschaften des Stahlbetons vereinbart. Aufgrund der Verwendung von hochleistungsfähigen Textilfasern anstelle von Stahl tritt das Problem der Korrosion beim Textilbeton nicht auf.
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Allerdings sind die beim Stahlbeton bekannten Maßnahmen zur Verringerung der erforderlichen Verankerungslänge beim Textilbeton aus folgendem Grund nicht möglich:
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Eine Grundvoraussetzung für den hochleistungsfähigen Werkstoff Textilbeton ist eine Imprägnierung des textilen Gebildes, damit alle Fäden innerhalb des Rovings gleichmäßig am Lastabtrag beteiligt werden, und somit das hohe Potential des Textils ausgenutzt werden kann. Das textile Gebilde besteht aus Rovings, die sich wiederum aus einer Vielzahl von Einzelfäden zusammensetzen.
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Zwischen den einzelnen Rovings und dem Beton müssen hohe Verbundkräfte übertragen werden, um eine ausreichende Verankerungslänge für die Endverankerung der Textilien zu gewährleisten. Eine bekannte Imprägnierung, die hohe Verbundkräfte aufweist und damit eine Endverankerung des Textils ermöglicht, ist eine Epoxidharz-Imprägnierung.
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Der gute Verbund der Epoxidharz-Imprägnierung führt aber zu einer Aufspaltung des Betons bei unzureichender Betondeckung, bekannt als Delaminationsversagen. Aus diesem Grund müssen die textilen Gebilde mit den Epoxidharz-Imprägnierungen immer eine große Betondeckung aufweisen, was zu einer Erhöhung des Betonverbrauchs führt.
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Ein weiterer Nachteil der Epoxidharz-Imprägnierung besteht darin, dass diese nicht verformbar oder flexibel, sondern steif sind. Daher kann ein Textil mit einer derartigen Imprägnierung seine Form nicht mehr verändern. Dies bedeutet, dass Endbereiche der textilen Bewehrung nicht umgeformt werden können, um eine Verankerungslänge im Verankerungsbereich zu verringern, was insbesondere bei Auflagern erforderlich wird, bei denen die Breite des Auflagers geringer als die benötigte Verankerungslänge ist. Die vom Stahlbeton her bekannten Maßnahmen zur Verringerung der Verankerungslänge können mit bekannten Imprägnierungen nicht angwendet werden.
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Außerdem ist eine Epoxidharz-Imprägnierung nicht temperaturbeständig.
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Hier setzt die Erfindung an, der die Aufgabe zu Grunde gelegen hat, ein Bauteil aus einem Verbund aus Beton und einem Bewehrungsgitter, bei dem wenigstens ein Endbereich in einem Verankerungsbereich umgeformt ist, weiterzubilden, um eine Endverankerung zu vereinfachen, insbesondere mit möglichst geringem Betonverbrauch zu erhalten. Eine weitere Aufgabe, die der Erfindung zu Grunde gelegen hat, ist die Verkürzung der Herstellungszeiten einer Baukonstruktion aus einem solchen Bauteil auf der Baustelle.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein gattungsgemäßes Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Baukonstruktion aus diesem Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 18, und ein Verfahren mit den Verfahrensschritten des Patentanspruchs 24.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Bauteil aus einem Verbund aus Beton und einem Bewehrungsgitter hat die folgenden Merkmale: Das Bauteil weist einen Verankerungsbereich auf. Das Bewehrungsgitter ist in dem Verankerungsbereich mit dem Beton endverankert und das Bewehrungsgitter ist in dem Verankerungsbereich in wenigstens einem Endbereich umgeformt. Erfindungswesentlich ist, dass das Bewehrungsgitter ein flexibles textiles Flächengebilde ist.
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Flexibel bedeutet dabei, dass ein Gegenstand die Eigenschaft aufweist, dass man die Form des Gegenstandes leicht, ohne großen Kraftaufwand, verändern kann, ohne dass dabei die Form zerstört wird.
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Textilien werden durch verschiedene Verfahren zu linien-, flächenförmigen und räumlichen Gebilden verarbeitet. Beispiele für textile Flächengebilde sind im Allgemeinen Gelege, Gewebe, Gestricke oder Geflechte. Als Bewehrungsgitter werden häufig Gelege eingesetzt.
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Vorzugsweise ist das Flächengebilde in Bezug auf wenigstens eine erste Hauptrichtung verformbar.
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Als Hauptrichtung wird die Richtung eines Fadensystems des Flächengebildes bezeichnet. Verformbar bedeutet, dass der Gegenstand ohne großen Aufwand in seiner Form verändert werden kann, z. B. durch Biegen, ohne den Gegenstand zu beschädigen. Ein verformbarer Gegenstand ist flexibel.
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Aufgrund der Verformbarkeit des textilen Flächengebildes kann dieses an dem Endbereich einfach derart umgeformt werden, dass die Endverankerung gewährleistet ist. Das flexible Bewehrungsgitter kann einfach in eine gewünschte Form gebracht werden. Bei dieser Art der Verankerung werden keine Stahlelemente verwendet, um der Korrosionsgefährdung entgegen zu wirken. Insbesondere können mit einer ausreichenden Verankerung der Bewehrung bei Textilbeton die einzelnen Komponenten des Verbundwerkstoffes effizienter eingesetzt werden. Die Erfindung ermöglicht es, verschiedene Neubauteile aus Textilbeton zu konzipieren und herzustellen mit einem geringeren Betonverbrauch. Somit können beispielswiese Betonplatten bei gleicher Festigkeit mit viel geringeren Bauteildicken hergestellt werden. Insbesondere können filigrane, jedoch hoch belastbare Deckenelemente geschaffen werden, die zu einer Betonreduktion und folglich zum Senken der Umweltbelastung, vor allem der CO2 Belastung im Bausektor, führen.
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Vorteilhafterweise weist das textile Flächengebilde eine wenigstens zweite Hauptrichtung auf, in der das textile Flächengebilde verformbar ist.
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Die Flexibilität des textilen Flächengebildes erlaubt es, verschiedene Ausführungsvarianten entsprechend des gegebenen Bauteils herzustellen, ohne großen Aufwand, ohne das Material zu schädigen und ohne aufwendige und kostspielige Zusatzmittel zu verwenden.
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Beispielsweise ist der Endbereich des textilen Flächengebildes wenigstens aus der ersten Hauptrichtung umgelenkt, vorzugsweise umgebogen oder umgeklappt.
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Alternativ ist der Endbereich des textilen Flächengebildes wenigstens aus der ersten Hauptrichtung umgerollt.
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Als ein weiteres Beispiel ist der Endbereich des textilen Flächengebildes wenigstens aus der ersten Hauptrichtung bügelförmig, spiralförmig, schlaufenförmig, oder kreisförmig oder dergleichen umgeformt.
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Derartige Umformungen zur Herstellung der Endverankerung und weitere denkbare Varianten, die aufgrund der Flexibilität des textilen Flächengebildes problemlos realisiert werden können, sind bei bisher bekannten Betonbewehrungen aufgrund der Steifigkeit der dort verwendeten Materialien nicht möglich.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist das textile Flächengebilde eine erste Lage und wenigstens eine zweite Lage auf. Damit können mehrere Lagen textiler Bewehrung in den Beton eingelegt werden. Um die erforderliche Endverankerung jeder Lage zu gewährleisten, kann jeder Endbereich einer Lage beispielsweise zu einer Spirale umgeformt werden, wobei die Spiralen dann zueinander versetzt angeordnet werden können.
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Eine weitere Möglichkeit die Endverankerung zu gewährleisten, besteht darin, dass die wenigstens zweite Lage durch Umformen der ersten Lage des textilen Flächengebildes in dem Endbereich gebildet und vorzugsweise gegenläufig zu der ersten Lage verlaufend angeordnet ist. Vorzugsweise erfolgt dabei die Umformung durch Umlenken in Schlaufenform. In Abhängigkeit eines gewählten Umlenkradius können bei dieser Vorgehensweise mehrere Lagen mit nur einem textilen Flächengebilde übereinander angeordnet werden.
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Vorteilhafterweise sind zwischen der ersten Lage und der wenigstens zweiten Lage Abstandshalter angeordnet. Mit Abstandshaltern können die jeweiligen Lagen in dem textilen Flächengebilde auf einfache Art und Weise fixiert werden.
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Bevorzugt weist das textile Flächengebilde mehrere Lagen auf, wobei die Lagen vorzugsweise in Schichten angeordnet sind. Somit können auch Bauteile mit hohen Bewehrungsgraden mit ausreichender Endverankerung hergestellt werden.
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Vorzugsweise ist der Endbereich des textilen Flächengegebildes ein Auflagerbereich des Bauteils, wobei durch Umformen des Endbereiches des textilen Flächengebildes eine Verankerungslänge des textilen Flächengebildes im Auflagerbereich des Bauteils reduziert ist. Durch das erfindungsgemäße Umformen ist die Endverankerung unabhängig von einer jeweiligen Breite des Auflagerbereichs, worin ein weiterer Kern der Erfindung liegt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das textile Flächengebilde eine flexible Imprägnierung auf, das heißt eine Imprägnierung, die nicht auf Epoxidharzbasis beruht. Die Imprägnierung sorgt für die erforderliche Flexibilität des textilen Flächengebildes, die mit bekannten Epoxidharz-Imprägnierungen aufgrund derer Steifigkeit nicht erreicht werden kann.
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Besonders bevorzugt ist die Imprägnierung eine Dispersion, vorzugsweise eine Styrol-Butadien-Imprägnierung. Der wesentliche Unterschied zwischen einer Styrol-Butadien-Imprägnierung und einer Epoxidharz-Imprägnierung ist, dass letztere nach dem Aushärten ihre Form nicht mehr verändern kann, ohne dabei zu brechen.
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Das textile Flächengebilde besteht vorteilhafterweise aus Rovings. Rovings sind Bündel aus parallel angeordneten Einzelfäden, die meist als Endlosfaser vorliegen. Nach der Rissbildung des Betons werden die Zugkräfte im Bauteil von den Rovings aufgenommen, die optimal in dem textilen Flächengebilde, also entlang eines Hauptlastpfades, ausgerichtet sind. Innerhalb eines Rovings erfolgt ein gleichmäßiger Lastabtrag in den Einzelfäden.
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Um einen Korrosionsschutz sicherzustellen, weist das textile Flächengebilde vorzugsweise nichtmetallische Fasern auf.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Fasern des textilen Flächengebildes Kunststofffasern, Kohlenstofffasern, alkaliresistente Glasfasern, Basaltfasern, Aramidfasern oder eine Kombination dieser Fasern. Diese Beispiele von sogenannten technischen Textilien zeichnen sich durch ihre jeweiligen Materialeigenschaften aus. Insbesondere Kohlenstofffasern, auch Carbonfasern genannt, zeichnen sich durch ihre Belastbarkeit aus.
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Vorzugsweise ist das Bauteil ein tragendes Bauteil, zum Beispiel eine Deckenplatte, mit einer vorbestimmten Dicke.
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Die erfindungsgemäße Baukonstruktion weist ein erfindungsgemäßes Bauteil und Aufbeton auf und zeichnet sich dadurch aus, dass der Aufbeton auf das Bauteil aufgebracht ist. Zur Reduktion des Eigengewichtes kann der Aufbeton aus Leichtbeton bestehen. Das Bauteil, beispielsweise eine Deckenplatte, beinhaltet bereits das Bewehrungsgitter als integrierte Bewehrung und die Endverankerung der Bewehrung. Dieses Bauteil kann bei der Baukonstruktion als Fertig- oder Halbfertigteilelement hergestellt werden, um anschließend auf der Baustelle mit Aufbeton in Form von Ortbeton verfüllt zu werden. Mit der Verwendung von Fertig- oder Halbfertigelementen können die Bauzeiten verkürzt und die Baukosten gesenkt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist bei der Baukonstruktion eine Fuge zwischen Randbereichen des Bauteils und dem Aufbeton ausgebildet. Die Fuge kann dabei verzahnt oder rau hergestellt werden, um eine ausreichende Schubkraftübertragung zu gewährleisten.
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Vorzugsweise ist der Aufbeton derart auf das Bauteil aufgebracht, dass Randbereiche des Bauteils frei von Aufbeton sind. Bei dieser Variante weist das Bauteil an den Randbereichen bereits eine gewünschte Bauteildicke auf. Damit kann Aufbeton in den Randbereichen eingespart werden.
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In einer vorteilhaften Weitergestaltung der erfindungsgemäßen Baukonstruktion ist das Bauteil eine Schalung mit Randbereichen, wobei der Aufbeton in die Schalung eingebracht ist. Das Bauteil kann dann als integrierte Schalung konzipiert werden, die an den Randbereichen bereits eine gewünschte Bauteildicke aufweist. Somit kann das Fertigelement auf der Baustelle als integrierte Schalung verwendet werden, um den Aufbetonverguss herzustellen. Dies führt wiederum zu einer Bauzeitverkürzung und Kostensenkung.
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Alternativ ist der Aufbeton über die Randbereiche der Schalung hinausgehend aufgebracht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Baukonstruktion zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus: Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Bauteils und Aufbringen von Aufbeton auf das Bauteil. Mit diesem Verfahren können vor allem Bearbeitungszeiten auf der Baustelle eingespart werden, da das Bauteil bereits als vorgefertigtes Teil zur Verfügung gestellt werden kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich erläutert. Es zeigen:
- 1a: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bauteils in Querschnittsdarstellung mit umgelenktem Endbereich;
- 1b: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bauteils in Querschnittsdarstellung mit umgeklapptem Endbereich;
- 1c: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bauteils in Querschnittsdarstellung mit umgebogenem Endbereich;
- 2a: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bauteils in Querschnittsdarstellung mit schlaufenförmigem Endbereich;
- 2b: das Ausführungsbeispiel der 2a in Vertikalschnittdarstellung;
- 3a: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bauteils in Querschnittsdarstellung mit spiralförmigem Endbereich;
- 3b: das Ausführungsbeispiel der 3a in Vertikalschnittdarstellung;
- 4: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bauteils in Querschnittsdarstellung mit zwei Lagen und spiralförmigem Endbereich in jeder Lage;
- 5a: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bauteils in Querschnittsdarstellung mit textilen Flächengebilde entlang einer ersten Hauptrichtung;
- 5b: das Ausführungsbeispiel der 5a mit umgeklapptem Endbereich;
- 5c: das Ausführungsbeispiel der 5b mit mehreren Lagen;
- 6a: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bauteils in Querschnittsdarstellung mit umgelenktem Endbereich im linken Auflagerbereich;
- 6b: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bauteils in Querschnittsdarstellung mit umgelenktem Endbereich im rechten Auflagerbereich;
- 6c: die Ausführungsbeispiele der 6a und 6b in Vertikalschnittdarstellung;
- 7a: ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baukonstruktion in Querschnittsdarstellung mit freistehendem Randbereich;
- 7b: das Ausführungsbeispiel der 7a in Vertikalschnittdarstellung;
- 7c: ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baukonstruktion in Querschnittsdarstellung mit Aufbeton auf dem Randbereich;
- 7d: das Ausführungsbeispiel der 7c in Vertikalschnittdarstellung;
- 8: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bauteils für die erfindungsgemäße Baukonstruktion in perspektivischer Ansicht mit Randbereichen;
- 9: das Ausführungsbeispiel der 8 mit aufgebrachtem Aufbeton und freistehendem Randbereichen in perspektivischer Ansicht;
- 10: das Ausführungsbeispiel der 8 mit aufgebrachten Aufbeton über die Randbereichen in perspektivischer Ansicht;
- 11: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bauteils als Schalung für die erfindungsgemäße Baukonstruktion in perspektivischer Ansicht und
- 12: das Ausführungsbeispiel der 11 mit in die Schalung eingebrachtem Aufbeton.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche Bezugsteile. Übersichtshalber werden in den jeweiligen Figuren nur die jeweils relevanten Bezugsziffern angegeben.
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Ohne Beschränkung der Allgemeinheit weisen textile Flächengebilde 14 der gezeigten Ausführungsbeispiele Kohlenstofffasern auf. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, anstelle von Kohlenstofffasern andere technische Textilien wie Kunststofffasern, zum Beispiel Polypropylen- oder Polymerfasern, alkaliresistene Glasfasern, Basaltfasern, Aramidfasern oder eine Kombination dieser Fasern zu verwenden. Im Folgenden wird für ein textiles Flächengebilde 14 aus Kohlenstofffasern der Begriff Carbongelege synonym verwendet. Carbongelege zeichnen sich durch ihre Leichtigkeit bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit aus. Ein Verbundwerkstoff aus Beton und Carbongelege wird Carbonbeton genannt.
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Die 1a, 1b und 1c zeigen jeweils in Querschnittdarstellung ein Bauteil 10 aus einem Verbundwerkstoff, der aus den Komponenten Beton 11 und textilen Flächengebilde 14 besteht. Das textile Flächengebilde 14 ist entlang einer Hauptrichtung 15 orientiert. Die Hauptrichtung 15 kann eine Hauptlastrichtung sein, entlang der dann von den Einzelfäden des textilen Flächengebildes 14, die zu Rovings zusammengefasst sein können, Zugkräfte aufgenommen werden.
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Dabei muss die Zugkraft in einem Bewehrungsgitter, also in dem textilen Flächengebilde 14, im Auflagerbereich kleiner als die Verbundkraft zwischen Beton 11 und Bewehrungsgitter sein. Andernfalls wird das Bewehrungsgitter bei Belastung aus dem Verbundwerkstoff ausgezogen und die maximale Tragfähigkeit kann nicht erreicht werden. Es ist also sicherzustellen, dass das textile Flächengebilde 14 in einem Verankerungsbereich 12 in dem Beton 11 endverankert ist. Bei Baukonstruktionen 20 nach den 9, 10 oder 12 ist der Verankerungsbereich 12 der Bereich, in dem das Bauteil 10 auf einem Auflager aufliegt. Um eine Endverankerung zu gewährleisten, muss ein Endbereich 13 des textilen Flächengebildes eine ausreichend große Verankerungslänge 16 aufweisen. Die Verankerungslänge 16 ist also die Länge, die zur Abgabe der auf das textile Flächengebilde 14 wirkenden Kraft im Verbundwerkstoff in dem Endbereich des Bauteils 10 benötigt wird. Die vorhandene Verankerungslänge 16 ist durch die Breite des Auflagers begrenzt. Ist das Auflager nicht breit genug, muss die Verankerungslänge 16 verkürzt werden. Die Endverankerung von Carbongelegen, insbesondere bei Neubauteilen, stellt eine große Herausforderung dar, wie nachfolgend beschrieben:
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Bei Carbonbeton wird zwischen Epoxidharx-imprägnierten und nicht Epoxidharz-imprägnierten textilen Flächengebilden 14 unterschieden. Die Endverankerung von Carbongelegen mit Epoxidharz-Imprägnierng ist in den meisten Fällen aufgrund der Epoxidharz-Imprägnierung durch eine ausreichende Verankerungslänge gewährleistet. Nachteilig an Epoxidharz-imprägnierten textilen Flächengebilden 14 ist jedoch, dass diese nicht flexibel oder formbar, sondern steif sind. Derartige Gelege können nicht Baupraxis gerecht, zum Beipsiel auf Endlosrollen, angeliefert werden, sondern müssen immer als steife Matten auf die Baustelle gebracht werden. Außerdem ist bei derartigen Gelegen eine große Betondeckung erforderlich. Nicht Epoxidharzimprägnierte Gelege sind zwar formbar, aber bisher reichte die erforderliche Verankerungslänge 16 über einem Auflager aufgrund den im Vergleich zu Epoxidharz-imprägnierten Gelegen geringeren Verbundspannungen nicht aus, wodurch eine Endverankerung nicht gewährleistet ist.
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Bei dem Bauteil 10 in den 1a, 1b und 1c ist jeweils der Endbereich 13 des textile Flächengebilde 14 in dem Verankerungsbereich 12 über dem Auflager umgeformt, und zwar durch einfaches Umlenken (1a), Umklappen (1b) und Umbiegen (1c) jeweils aus der Hauptrichtung 15. Diese Umformungen sind aufgrund der Verformbarkeit des textilen Flächengebildes 14 möglich, da dieses eine nicht Epoxidharz-Imprägnierung aufweist, vorzugsweise eine Styrol-Butadien-Imprägnierung. Chemisch betrachtet ist eine Styrol-Butadien Imprägnierung eine wässrige Dispersion. Die Styrol-Butadien Imprägnierung sorgt für die erforderliche Flexibilität des textilen Flächengebildes 14. Die Umformung des Endbereichs 13 führt zu einer Verringerung der Verankerungslänge 16. Eine bestimmte Umformung erlaubt dann unabhängig von einer vorhandenen Auflagerbreite eine Endverankerung der textilen Flächengebilde 14. Mittels dem Umformen im Endbereich 13 kann insbesondere die volle Zugtragfähigkeit von Carbongelgen in dem Bauteil 10 aktiviert werden. Außerdem ist es aufgrund der Verformbarkeit möglich, das textile Flächengebilde 14 in der Form von Endlosrollen auf eine Baustelle zu liefern.
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Die Flexibilität des textilen Flächengebildes 14 erlaubt es, verschiedene Ausführungsvarianten entsprechend des vorliegenden Bauteils 10 herzustellen. Die 2a zeigt beispielsweise eine Umlenkung des textilen Flächengebildes 14 in Schlaufenform. Die Schlaufenform ist in der 2b in Vertikalschnittdarstellung gezeigt.
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Durch die Verformbarkeit des textilen Flächengebildes ist es weiterhin möglich, das textile Flächengebilde aus einer ersten Lage 11, das heißt aus einer ersten flächenhaften Ausdehnung, in eine zweite Lage 12, das heißt in eine zweite flächenhafte Ausdehnung, umzulegen. Dabei kann die zweite Lage 12 in einem bestimmten Abstand h vertikal zu der ersten Lage 11 beabstandet sein. Insbesondere können die Lagen 11 und 12 in Schichten angeordnet sein. Das textile Flächengebilde 14 kann auch zu mehr als zwei Lagen 11 und 12 umgelenkt werden. Diese Umlenkung in mehrere Lagen ist nicht nur auf die Schlaufenform wie in 2a beschränkt, sondern ist beispielsweise auch bei den in den 1b und 1c gezeigten Umformungen und darüber hinaus bei allen ähnlichen Umformungen möglich.
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In 3a ist eine spiralförmige Umlenkung des Endbereichs 13 in Querschnittsdarstellung gezeigt. Die Vertikalschnittdarstellung in 3b verdeutlicht, dass das textile Flächengebilde 14 der 3a in einer Lage 11 angeordnet ist. Insbesondere die spiralförmige Konzeption gewährleistet die Endverankerung von einlagigen Bauteilen bei geringen Auflagerbreiten.
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Mit der spiralförmigen Umlenkung des Endbereichs 13 des textilen Flächengebildes 14 können mehrere Lagen auf einfache Art und Weise in den Beton 11 eingelegt werden, nämlich mittels einer versetzten Spiralanordnung wie in 4 in Querschnittsdarstellung gezeigt für beispielsweise zwei Lagen 11 und 12. Um die erforderliche Endverankerung jeder Lage zu gewährleisten, ist an jedem Ende einer Lage eine Spirale angeordnet.
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Neben einer spiralförmigen Umlenkung des Endbereichs 13 sind prinzipiell alle Formen denkbar, die mit einem verformbaren textilen Flächengebilde 14 möglich sind, zum Beispiel bügelförmige oder kreisförmige Anordnungen.
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In den 5a, 5b und 5c ist ein Verfahren zur Anordnung von mehreren Lagen 11, 12 und 13 übereinander in dem Bauteil 10 im Detail gezeigt. 5a zeigt als einen ersten Schritt ein Bauteil 10, bei dem bereits ein textiles Flächengebilde 14 entlang einer Hauptrichtung 15 in dem Beton 11 angeordnet ist. In Fig. 5b, die den zweiten Schritt darstellt, sind ein linker Endbereich 13 und ein rechter Endbereich 13 des textilen Flächengebildes 14 umgeklappt. 5c zeigt schließlich den dritten Verfahrensschritt, nach dem das Bauteil 10 mehrere Lagen 11, 12 und 13 aufweist, wobei die einzelnen Lagen übereinander angeordnet sind und gegenläufig zueinander verlaufen. Eine Fixierung des textilen Flächengebildes 14 in dem Bauteil 10 kann zwischen den Lagen 11, 12 und 13 durch Distanzstücke oder Abstandshalter 17, siehe Fig. 6c, in Form von Stiften oder Körben realisiert werden.
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Eine weitere Möglichkeit zur Gewährleistung einer Endverankerung stellen die in den 6a und 6b in Querschnittsdarstellung abgebildeten Ausführungsbeispiele dar. Bei diesen Gelegen werden die Endbereiche 13 in Schlaufenform in mehrere Lagen umgelenkt. In Abhängigkeit eines gewählten Umlenkradius r können mehrere Lagen mit einem einzigen textilen Flächengebilde 14 übereinander angeordnet werden. Mit mehreren Lagen kann ein Bauteil 10 mit hohen Bewehrungsgraden hergestellt werden. Durch die Schlaufenanordnung der Endbereiche 13 des textilen Flächengebildes 14 ist eine ausreichende Endverankerung erreicht. 6a zeigt die Schlaufenanordnung in einem linken Auflagerbereich. 6b zeigt die Schlaufenanordnung in einem rechten Auflagerbereich.
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Die 6c zeigt die Schlaufenanordnung der 6a und 6b in Vertikalschnittdarstellung. 6c verdeutlicht, dass durch die Schlaufenanordnung mehrere Lagen übereinander angeordnet sind. Gezeigt sind beispielsweise vier Lagen 11 bis 14.
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Die 7a, 7b, 7c und 7d zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baukonstruktion 20. Die 7a und 7c zeigen jeweils Querschnittsdarstellungen. Die 7b und 7c zeigen jeweils Vertikalschnittdarstellungen.
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Die Baukonstruktion 20 besteht aus zwei Konstruktionselementen. Ein erstes Konstruktionselement ist das Bauteil 10. Ein zweites Konstruktionselement ist der Aufbeton 21, der auf der Baustelle auf das Bauteil 10 aufgebracht wird. Aufbeton 21, der vor Ort aufgebracht wird, wie zum Beipsiel auf einer Baustelle, wird Ortbeton genannt. Zur Reduktion des Eigengewichts besteht der Ortbeton vorzugsweise aus Leichtbeton.
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Das Bauteil 10 ist bevorzugt ein Fertigteil, das bereits ein textiles Flächengebilde 14 als Bewehrungsgitter und eine Endverankerung in dem Beton 11 durch Umformung beinhaltet. Das Fertigteil, das beispielsweise eine Deckenplatte sein kann, wird auf der Baustelle mit Aufbeton 21 beziehungsweise Ortbeton vergossen. Die Reduktion des Betonverbrauchs führt zu einer geringeren CO2 Belastung. Außerdem kann das Potential von technischen Textilien, insbesondere von Kohlenstofffasern, in dem Beton 11 vollständig ausgeschöpft werden, da mit einer vollständigen Endverankerung die Gelege in Neubauteilen ihren mechanischen Kennwerten entsprechend verwendet werden können. Beispielsweise ist es möglich, Platten bei gleicher Festigkeit mit viel geringeren Bauteildicken als bisher herzustellen.
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Zwischen dem Bauteil 10 und dem Aufbeton 21 ist eine Trennfläche in Form einer Fuge 22 ausgebildet. Um eine ausreichende Schubkraftübertragung zu gewährleisten, kann die Fuge 22 verzahnt oder mit einer rauen Oberfläche hergestellt werden.
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In 7a haben Randbereiche 24 des Bauteils 10 bereits eine Dicke d, vergleiche 8, die das Bauteil 10 bei seiner jeweiligen Verwendung aufzuweisen hat. Ist das Bauteil 10 zum Beispiel eine Deckenplatte, dann können die Randbereiche 24 bereits eine gewünschte Dicke d aufweisen. Auf die Randbereiche 24 des Bauteils 10, die bereits eine vorbestimmte Dicke d aufweisen, ist kein Aufbeton 21 aufgebracht.
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Das Bauteil 10 der 7a ist in 8 perspektivisch dargestellt. In 8 sind zwei einander gegenüberliegende Randbereiche 24 des Bauteils höher ausgebildet als der Bereich des Bauteils 10 zwischen den Randbereichen 24.
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9 zeigt die Baukonstruktion 20 der 8, nachdem bereits Aufbeton 21 auf das Bauteil 10 aufgebracht wurde. Deutlich zu sehen sind die Randbereiche 24 des Bauteils 10, die nicht mit Aufbeton 21 vergossen sind.
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Als eine Alternative zu den Randbereichen 24, die bereits eine vorbestimmte Dicke d aufweisen, ist bei der Baukonstruktion 20 in 7c der Aufbeton 21 über das gesamte Bauteil 10, also auch über die Randbereiche 24, aufgebracht. Mit dieser Alternative lässt sich die Dicke d des Bauteils 10 einfach durch eine Dicke eines Aufgusses von Aufbeton 21 einstellen.
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10 zeigt die Baukonstruktion 20 der 7c in perspektivischer Ansicht. Der Aufbeton 21 ist über das gesamte Bauteil 10 aufgebracht. Die Randbereiche 24 des Bauteils sind mit Aufbeton 21 vergossen.
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Die 11 zeigt ein Bauteil 10, das ebenfalls als ein Fertigteil konzipiert ist, das heißt das Bauteil 10 beinhaltet bereits ein textiles Flächengebilde 14 als Bewehrungsgitter und eine Endverankerung in dem Beton 11 durch Umformung. Die vier Randbereiche 24 dieses Bauteils 10 sind höher ausgebildet als der Bereich des Bauteils 10 zwischen den Randbereichen. Insbesondere können die vier Randbereiche 24 eine vorbestimmte Dicke d aufweisen. Der Vorteil des Bauteils 10, dessen Randbereiche 24 alle jeweils eine vorbestimmte Dicke d aufweisen, liegt darin, dass dieses Bauteil 10 als eine integrierte Schalung 23 verwendet werden kann, in die Aufbeton 21 direkt eingegossen werden kann ohne zusätzliche Maßnahmen zur Verschalung. Die integrierte Schalung 23 führt zu einer Verkürzung der Bauzeit und zu einer Kostensenkung für die Herstellung der Baukonstruktion 20.
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Ferner kann die Endverankerung durch Umformen dazu genutzt werden, Halbfertigbauelemente in Carbonbetonbauweise zu entwickeln. Denkbar ist, dass eine Biegezugbewehrung mit entsprechender Endverankerung in einem Werk vorgefertigt hergestellt wird und auf die Baustelle angeliefert wird.
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Halbfertig- oder Fertigteilen gewährleisten eine hohe Ausführungsqualität und führen bei Anlieferung auf die Baustelle zu einer Bauzeitverkürzung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bauteil
- 11
- Beton
- 12
- Verankerungsbereich
- 13
- Endbereich
- 14
- Flächengebilde
- 15
- Hauptrichtung
- 16
- Verankerungslänge
- 17
- Abstandshalter
- 11
- Lage
- 12
- Lage
- 13
- Lage
- 14
- Lage
- r
- Umlenkradius
- h
- Abstand
- d
- Dicke
- 20
- Baukonstruktion
- 21
- Aufbeton
- 22
- Fuge
- 23
- Schalung
- 24
- Randbereich
