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Die Erfindung betrifft ein Textilbetonelement mit mindestens einer in eine Betonmatrix eingebetteten Textilbewehrung, die ein Gewebe, ein Gewirk oder ein unidirektionales Gelege aufweist, wobei das Gewebe, das Gewirk oder das unidirektionale Gelege einen Kettfaden und einen Schussfaden aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Textilbetonelements sowie eine Textilbewehrung.
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Stahlbeton wird im Bauwesen sehr häufig verwendet, da durch den Verbund aus einer Betonmatrix mit einer Stahlbewehrung die Zugfestigkeit des Betons durch die Stahlbewehrung signifikant erhöht werden kann. Nachteilig ist allerdings eine erhöhte Korrosionsanfälligkeit des Stahlbetons, wodurch eine Mindestüberdeckung des Stahls durch Beton erforderlich wird, die zu einem erhöhten Gewicht des Verbunds führt.
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Um die Korrosionsanfälligkeit zu reduzieren, ist die Verwendung einer Textilbewehrung anstelle der Stahlbewehrung bekannt. Weiterhin ermöglichen textile Bewehrungsstrukturen aufgrund der nicht notwendigen Mindestüberdeckung an Beton die Herstellung filigraner Bauteile. Derartiger Textilbeton weist ein gutes Verhältnis von Tragfähigkeit und Gewicht auf und ist bereits erfolgreich im Fassadenbereich eingesetzt worden.
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In der
DE 202 07 945 U1 wird ein Textilbetonelement mit mindestens zwei Textilbewehrungen, die über ein Verbindungsmittel beabstandet zueinander angeordnet sind, offenbart. Die Textilbewehrungen sind als flächige Textilgelege ausgeführt, wobei mindestens in einer Richtung parallel zueinander angeordnete Textilfasern oder Textilfaserbündel angeordnet sind. Alternativ kann auch ein dreidimensionales Abstandsgewirk vorgesehen sein. Dabei besteht die Textilbewehrung aus Glasfasern und/oder Carbonfasern.
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Die
DE 10 2014 000 316 B4 offenbart eine Textilbewehrung aus Glasfasern, Carbonfasern, Aramidfasern oder Basaltsfasern oder einer Mischung aus diesen Fasern, die zu einem Gewebe verwoben sind.
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Die
EP 2 530 217 B1 offenbart ein Textilbetonelement mit einer Textilbewehrung aus Glasfasern, Keramikfasern, Aramidfasern oder Carbonfasern. Die Textilbewehrung kann ein Gelege, ein Gewebe, ein Drehergewebe, ein Gestrick oder ein Gewirk sein.
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Ein Verfahren zur Herstellung einer Textilbewehrung ist in den
DE 10 2016 100 445 A1 offenbart. Die Textilbewehrung besteht dabei aus unidirektionalen, biaxialen oder multiaxialen Gelegen aus Rovings Glas, Aramid oder Kohlenstoff. Durch eine Verlegeeinrichtung, zum Beispiel ein Verlegeroboter, werden die Rovings direkt in einer Schalung abgelegt und in einen Grundrahmen eingespannt, womit die Textilbewehrung direkt im Produktionsprozess für das Bauteil konfektioniert wird.
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Weitere aus dem Stand der Technik bekannte Textilbetonelemente weisen Textilbewehrungen bestehend aus biaxialen Gelegen oder Gitterstrukturen aus Glasfasern oder Carbonfasern auf. Die geometrische Formbarkeit bzw. Drapierbarkeit der aus dem Stand der Technik bekannten Textilbewehrungen ist jedoch stark begrenzt, wodurch auch die Formgebung der Textilbetonelemente stark eingegrenzt ist.
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Es ist daher die objektive Aufgabe der Erfindung, ein Textilbetonelement bereitzustellen, das in seiner Form im westlichen unbeschränkt ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Textilbetonelement mit den Merkmalend des Anspruchs 1 gelöst. Der nebengeordnete Anspruch 12 beschreibt ein entsprechendes Verfahren und der nebengeordnete Anspruch 15 eine entsprechende Textilbewehrung. Vorteilhafte Ausführungsformen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Gewebe, das Gewirk oder das unidirektionalen Gelege einen elastischen Kettfaden oder einen elastischen Schussfaden aufweist, wobei der jeweils andere Faden ein unelastischer Faden ist. Dadurch wird eine Textilbewehrung bereitgestellt, die leicht formbar und drapierbar ist. Insbesondere ermöglicht die vorliegende Erfindung die Realisierung von Textilbetonelementen mit einer doppeltgekrümmten Oberfläche. Dadurch werden dem Textilbeton mannigfaltige Einsatzmöglichkeiten auch weit über den Einsatz im Bauwesen hinaus erschlossen, etwa im künstlerischen Bereich. Besonders bevorzugt kann das Textilbetonelement ein Fassadenelement sein.
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Das Drapieren ist als das Anpassen von flächigen textilen Halbzeugen an gekrümmte, dreidimensionale Oberflächen definiert. Demgemäß beschreibt die Drapierbarkeit die Verformbarkeit von textilen Flächengebilden ohne Faltenbildung. Textilien neigen zu einer Faltenbildung insbesondere bei der Belegung von doppelt gekrümmten Geometrien.
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Vorteilhafterweise kann der elastische Kettfaden oder der elastische Schussfaden einen Elastanfaden oder einen Elastomerfaden aufweisen. Besonders bevorzugt kann der elastische Kettfaden oder der elastische Schussfaden ein Silikonfaden sein oder aufweisen. Der elastische Kettfaden oder der elastische Schussfaden kann auch einen Polyesterfaden, einen Polyamidfaden oder einen Polypropylenfaden aufweisen. Weiterhin kann der elastische Kettfaden oder der elastische Schussfaden aber auch eine beliebige Kombination aus einem Elastanfaden, einem Elastomerfaden, einem Silikonfaden, einem Polyesterfaden, einem Polyamidfaden und/oder einem Polypropylenfaden aufweisen. So kann der elastische Kettfaden oder der elastische Schussfaden beispielsweise durch eine Verdrillung einer Elastomerfaser und einer Polyesterfaser gegeben sein.
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Vorteilhafterweise kann der unelastische Faden einen Elastizitätsmodul (E-Modul) größer als 55 GPa, bevorzugt größer als 80 GPa und weiter bevorzugt größer als 200 GPa aufweisen. Da Beton üblicherweise einen E-Modul von 40 GPa aufweist, können der durch die Textilbewehrung und die Betonmatrix gebildete Verbundwerkstoff und damit insbesondere das Textilbetonelement eine im Vergleich zu herkömmlichem Beton erhöhte Zugfestigkeit aufweisen.
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Bevorzugt weist der unelastische Faden mindestens eine Glasfaser, eine Aramidfaser, eine Carbonfaser, eine Basaltfaser oder mindestens ein Roving aus Glasfasern, Aramidfasern, Carbonfasern oder Basaltfasern auf. Der unelastische Faden kann auch eine beliebige Kombination einer Glasfaser, einer Aramidfaser, einer Carbonfaser und/oder einer Basaltfaser aufweisen. Auch das Roving kann eine beliebige Kombination aus den zuvor genannten Fasern aufweisen.
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Vorteilhafterweise kann die Textilbewehrung in Kett- und/oder Schussrichtung mechanisch vorgespannt sein. Durch die Vorspannung kann eine vorteilhaftere Spannungsbelastung im verbauten Textilbetonelement erzielt werden. Dies ist beispielsweise im Brückenbau, aber auch im Hoch- und Tiefbau vorteilhaft. Es ist aber auch denkbar, die Textilbewehrung ungespannt vorzusehen und zusätzliche gespannte Spannglieder aus beispielsweise Spannstahl in dem Textilbetonelement einzubringen, um das Textilbetonelement vorzuspannen. Es können auch ein oder mehrere Spannglieder selbst dann vorgesehen sein, wenn bereits die Textilbewehrung vorgespannt ist, um die gesamte Vorspannung entweder weiter zu erhöhen oder um die Textilbewehrung weniger vorspannen zu müssen.
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Der elastische Kettfaden oder der elastische Schussfaden kann aus einer an mindestens zwei Verbindungspunkten miteinander verbundenen elastischen Faser und einer unelastischen Faser bestehen, wobei in einem ungespannten Zustand die unelastische Faser zumindest abschnittsweise zwischen zwei Verbindungspunkten eine größere Bogenlänge als die elastische Faser aufweisen kann.
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Die Dehnbarkeit der Textilbewehrung kann in Kett- oder Schussrichtung mindestens bis zu 20% oder bis zu 40%, vorzugsweise jedoch mindestens bis zu 30% betragen. Die Dehnbarkeit ist die Eigenschaft der Textilbewehrung, unter Krafteinwirkung ihre Länge in Kett- oder Schussrichtung zu verändern, ohne dass die Textilbewehrung bricht oder reißt.
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Bevorzugt kann die Gittergröße der Textilbewehrung mindestens 5 mm x 5 mm betragen. Damit kann flüssiger Beton die Textilbewehrung bzw. die aus dem unelastischen Faden und dem elastischen Kettfaden oder dem elastischen Schussfaden gebildeten Maschen gut durchdringen, wodurch sich nach dem Aushärten des Beton eine gute Kraftübertragung des Betons auf die Textilbewehrung und somit ein gutes Verbundverhalten ergibt.
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Besonders bevorzugt können die Textilbewehrung und mindestens eine Oberfläche des Textilbetonelements einfach gekrümmt oder doppeltgekrümmt sein. Je nach Verwendung des Textilbetonelements kann die einfach gekrümmte oder doppelgekrümmte Oberfläche eine Außen- oder Innenseite oder eine Ober- oder Unterseite sein, zu welcher die einfach oder doppelt gekrümmte Textilbewehrung parallel bzw. gleichmäßig beabstandet verläuft. Insbesondere kann die Oberfläche des Textilbetonelements der Oberfläche einer Kugel, eines Kegels, eines Zylinders, eines Ellipsoiden, eines Paraboloiden oder eines Hyperboloiden zumindest abschnittsweise ähnlich sein oder entsprechen. Weist das Textilbetonelement mehr als eine Textilbewehrung auf, so kann auch nur eine oder mehrere der Textilbewehrungen unabhängig voneinander einfach und/oder doppelt gekrümmt sein, während die übrigen Textilbewehrungen unabhängig voneinander einfach gekrümmt und/oder ungekrümmt sein können. Ebenfalls können auch alle Textilbewehrungen unabhängig voneinander einfach und/oder doppelt gekrümmt sein, falls das Textilbetonelement mehr als eine Textilbewehrung aufweist.
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Bevorzugt kann das Textilbetonelement mehrere Lagen Textilbewehrung aufweisen, wobei zwischen den Lagen Textilbewehrung Abstandhalter angeordnet sind. Damit kann die Dicke des Textilbetonelements besonders einfach variiert werden. Beispielhaft besteht das Textilbetonelement aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten Lage Textilbewehrung, wobei zwischen der ersten und der zweiten Lage und zwischen der zweiten und der dritten Lage jeweils ein Abstandhalter vorgesehen ist. Da die Textilbewehrung drapierbar ist, kann der Abstand zwischen den jeweiligen Lagen Textilbewehrungen variieren. Insbesondere können sich zwei beliebige Lagen Textilbewehrungen aufgrund der jeweiligen lokalen Krümmung einander annähern oder voneinander entfernen. Die Textilbewehrung kann aber auch als 3D-Abstandsgewebe, 3D-Abstandsgelege oder 3D-Abstandsgewirk ausgeführt sein, wodurch gegebenenfalls auf einen Abstandhalter verzichtet werden kann.
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Vorteilhafterweise kann mindestens eine Lage Textilbewehrung durchgängig und mindestens eine andere Lage Textilbewehrung nicht durchgängig bzw. unterbrochen ausgeführt sein. Da die Textilbewehrung drapierbar ist, müssen die jeweiligen Lagen sowie die Abstandhalter nicht zwingend durchgängig ausgeführt sein. So kann z.B. eine zweite Lage nur abschnittsweise, also nicht durchgängig vorgesehen sein; in den Abschnitten ohne zweite Lage kann dann ein Abstandhalter eine erste und dritte Lage beabstanden. Damit kann die Dicke des Textilbetonelements unkompliziert deutlich variiert werden. Zudem ist es damit möglich, unkompliziert das Textilbetonelement lokal weiter zu verstärken oder dessen Formgebung lokal auf einfache Art und Weise zu beeinflussen. Es können komplexe Geometrien modelliert werden. Beispielhaft kann z.B. auf derartige Art und Weise eine halbkugelförmige Textilbewehrung einfach auf einer ebenen Textilbewehrung appliziert werden, so dass das Textilbetonelement eine komplizierte Geometrie aufweist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass keine Lage Textilbewehrung durchgängig ausgeführt ist, sondern sich die einzelnen Lagen Textilbewehrungen jeweils abschnittsweise überlappen. Weiterhin können aber auch alle Lagen Textilbewehrung durchgängig ausgeführt sein.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Textilbetonelements beschrieben, das die folgenden Schritte aufweist:
- a. Bereitstellen einer Verschalung;
- b. Platzieren mindestens einer Textilbewehrung nach einem der vorangegangen Ansprüche in der Verschalung und beabstandet von einer Seite der Verschalung;
- c. Einbringen von flüssigem Beton in die Verschalung, wobei der Beton die mindestens eine Textilbewehrung umschließt,
dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach dem Platzieren die Textilbewehrung doppelt gekrümmt wird.
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Das Textilbetonelement kann in einem Gießverfahren hergestellt werden, wobei die Verschalung dann mindestens eine Eingießöffnung aufweist. Dabei wird der flüssige Beton durch die Eingießöffnung der Verschalung, die wesentlich kleiner als eine Innenabmessung der Verschalung ist, in die Verschalung gegossen.
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Mindestens eine Textilbewehrung kann beabstandet von einer Innenwand der Verschalung mittels mindestens eines Abstandhalters in der Verschalung platziert werden. Die Textilbewehrung kann aber auch als 3D-Abstandsgewebe oder 3D-Abstandsgelege ausgeführt sein, womit gegebenenfalls auf einen Abstandhalter verzichtet werden kann. Die Textilbewehrung kann aber auch z.B. durch ein Harz in der Verschalung in Form gehalten werden, womit gegebenenfalls auch auf einen Abstandhalter verzichtet werden kann. Danach wird flüssiger Beton durch die Öffnung der Verschalung gegossen. Nach dem Aushärten des Betons und Lösen der Verschalung ergibt sich das Textilbetonelement.
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In einem anderen Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Textilbetonelements kann der Beton aber auch laminiert oder aufgespritzt werden. Die Textilbewehrung kann auch nach dem Aufspritzen oder Laminieren einer ersten Schicht Beton in der Verschalung platziert werden. Zunächst kann eine erste Schicht Beton auf die Verschalung laminiert oder aufgespritzt werden. Anschließend kann eine Textilbewehrung auf der ersten Schicht Beton platziert und eine zweite Schicht Beton auf die Textilbewehrung laminiert oder aufgespritzt werden. Gegebenenfalls können abwechselnd weitere Textilbewehrungen platziert sowie weitere Schichten Beton laminiert oder aufgespritzt werden. Es kann auch vorgesehen sein, zunächst eine oder gegebenenfalls mehrere oder alle Textilbewehrungen voneinander und von der Verschalung mittels Abstandhaltern voneinander beabstandet zu platzieren, bevor der Beton aufgespritzt oder laminiert wird.
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Eine Textilbewehrung für ein Textilbetonelement kann einen alkaliresistenten Schuss- und Kettfaden aufweisen. Alkaliresistente Fäden sind vorteilhaft, um die Textilbewehrung vor dem schädlichen alkalischen Einfluss des Betons zu schützen. Weiterhin kann vorgesehen sein, den Kett- und/oder den Schussfaden mit einem alkaliresistenten Material zu ummanteln oder zu umhüllen. Die Textilbewehrung kann ein Gewirk, ein unidirektionales Gelege oder ein Gewebe, aber auch ein 3D-Abstandsgelege, ein 3D-Abstandsgewirk oder ein 3D-Abstandsgewebe sein.
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Für ein erfindungsgemäßes Textilbetonelement ergeben sich vielerlei Anwendungsbereiche. So kann das Textilbetonelement ein Gebrauchsgut, ein Strukturelement oder ein Bauteil sein. Gebrauchsgüter können dabei z.B. Möbelstücke, Fliesen, Wasch- oder Spülbecken, Armaturen, Aufbewahrungsbehälter oder Tankbehälter, Inneneinrichtungsgegenstände, Schmuckgegenstände, Verzierungen oder dergleichen sein. Strukturelemente können z.B. Fassadenelemente, Bodenelemente, Deckenelemente, Wandelemente, Balkonelemente, Straßenbauelemente, Tunnelelemente, Brückenelemente, Rohre bzw. Rohrabschnitte oder Verbindungsstücke sein. Das Textilbetonelement kann auch ein Bauteil z.B. im Maschinen- oder Anlagebau, oder in der Automobilproduktion sein. Selbstverständlich sind die aufgeführten Beispiele nicht vollständig; das Textilbetonelement kann auch für andere Anwendungen verwendet werden.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigt:
- 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Textilbetonelements mit einer Textilbewehrung;
- 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Textilbetonelements mit einer Textilbewehrung;
- 3 eine erfindungsgemäße Textilbewehrung;
- 4 ein erfindungsgemäßes ungekrümmtes Textilbetonelement;
- 5 ein erfindungsgemäßes einfach gekrümmtes Textilbetonelement;
- 6 ein erfindungsgemäßes doppeltgekrümmtes Textilbetonelement;
- 7 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Textilbetonelements mit einer doppeltgekrümmten Textilbewehrung;
- 8 einen Scherrahmenversuch zur Ermittlung der Scherfestigkeit von Textilien;
- 9 eine Ausführungsform eines elastischen Schussfadens;
- 10 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Textilbewehrung;
- 11 eine Ausführungsform erfindungsgemäßer Textilbewehrungen beabstandet mit Abstandhaltern; und
- 12 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Textilbetonelements mit mehreren Textilbewehrungen.
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Auch wenn die nachfolgenden Figuren und deren Beschreibung nur Ausführungsformen mit einem elastischen Schussfaden und einem unelastischen Kettfaden zeigen und diskutieren,
umfasst die Erfindung ausdrücklich auch Ausführungsformen mit einem elastischen Kettfaden und einem unelastischen Schussfaden. Insbesondere können beispielhafte Ausführungsformen mit einem elastischen Kettfaden und einem unelastischen Schussfaden den hier aufgeführten beispielhaften Ausführungsformen mit einem elastischen Schussfaden und einem unelastischen Kettfaden derart entsprechen, dass sich Unterschiede auf die verwendeten Fäden erschöpfen können.
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1 zeigt ein Textilbetonelement 1, das eine Textilbewehrung 2 aufweist. Die Textilbewehrung 2 kontaktiert eine Betonmatrix 9. Die Textilbewehrung 2 bildet gemeinsam mit der Betonmatrix 9 einen Verbundstoff, z.B. einen Textilbeton 1. Durch den Verbund der Textilbewehrung 2 mit der Betonmatrix 9 ergeben sich vorteilhafte Materialeigenschaften des Textilbetons 1. Wie in 1 gezeigt, muss die Textilbewehrung 2 nicht vollständig von dem Beton 9 überdeckt oder umfasst sein, sondern kann auch eine Außenfläche oder einen Teil einer Außenfläche des Textilbetonelements 1 sein oder über die Betonaußenfläche überstehen.
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Die in 1 beispielsweise gezeigte Ausführungsform der Textilbewehrung 2 des Textilbetonelements 1 ist durchgängig ausgeführt. Die Kettfäden 3 und Schussfäden 4 sind dabei über die Außenflächen des Textilbetonelements 1 geführt, auch wenn die Hinter- und teilweise die Rückseite in 1 nicht gezeigt ist. Die Textilbewehrung 2 wäre aber auch durchgängig ausgeführt, wenn die Kettfäden 3 und Schussfäden 4 an der Textilbetonelementaußenseite von Beton 9 überdeckt wären, solange die Überdeckung dünn im Vergleich zu den Abmessungen, insbesondere der betragsmäßig größten Dimension (Länge, Breite, Tiefe - d.h. mit Bezug auf 1 hier die Länge), des Textilbetonelements 1 ist. Die Textilbewehrung 2 kann vorgespannt sein, um das Textilbetonelement 1 bereits vor einer Belastung mit einer Spannung zu beaufschlagen. Durch die Überlagerung der Vorspannung mit den zusätzlich durch die Belastung aufgeprägten Spannungen kann sich für das belastete Textilbetonelement 1 ein vorteilhafter Spannungsverlauf ergeben. Es können sowohl die Kettfäden 3, die Schussfäden 4 oder die Kettfäden 3 und Schussfäden 4 vorgespannt sein. Es müssen nicht alle Kettfäden 3 und/oder Schussfäden 4 vorgespannt sein; es kann auch vorgesehen sein, nur einige oder einzelne Fäden vorzuspannen. Es kann auch vorgesehen sein, zusätzlich Spannelemente oder Spanndrähte aus Metall, Kunststoff oder einer Textilfaser vorzusehen, um entweder die Vorspannung des Textilbetonelements 1 zu erhöhen oder um eine Vorspannung des Textilbetonelements 1 ohne Vorspannen der Textilbewehrung 2 zu erzielen.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Textilbetonelements 1. Sowohl das Textilbetonelement 1 als auch die Textilbewehrung 2 sind doppeltgekrümmt.
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Vorteilhafterweise kann die Betonmatrix 9 aus einem Feinbeton bestehen. Zum einen kann Feinbeton wegen der geringen Korngröße besonders gut die Textilbewehrung 2 durchdringen. Zum anderen kann damit auch das Textilbetonelement 1 dünner ausgeführt werden, da damit auch die die Textilbewehrung 2 bedeckende Schicht wegen der geringeren Korngröße des Betons dünner sein kann. Weiterhin kann sich bei Verwendung von Feinbeton eine glattere Oberfläche ergeben. Es kann deshalb auch vorgesehen sein, nur die äußerste Schicht der Betonmatrix 9 aus Feinbeton auszuführen.
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Weiterhin kann vorteilhafterweise der Betonmatrix 9 ein Polymer zugegeben sein. Beispielsweise können Thermoplaste, Polyesterharze, Epoxidharze oder Polyurethan zugegeben sein oder die Betonmatrix 9 aus Polymerbeton bestehen. Damit kann die Betonmatrix 9 z. B. wasserabweisend sein, eine glatte Oberfläche aufweisen, chemisch resistent sein oder schnell aushärten.
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3 zeigt eine in 1 oder 2 verwendete Textilbewehrung 2 in ungespanntem und ungekrümmten Zustand. Die Textilbewehrung 2 ist dabei im Wesentlichen flächig. Die Textilbewehrung 2 ist entweder als unidirektionales Gelege oder als ein Gewebe ausgeführt. Der Schussfaden 4 des unidirektionalen Geleges oder des Gewebes ist elastisch. Damit ist die Textilbewehrung 2 drapierbar und kann insbesondere doppeltgekrümmt sein. Eine Krümmung der Textilbewehrung 2 senkrecht zur Kettrichtung bzw. zum Kettfaden 3 ist wegen des elastischen Schussfadens 4 möglich. Weiterhin erlaubt der elastische Schussfaden 4, jeden Kettfaden 3 im Wesentlichen unabhängig von den übrigen Kettfäden 3 entlang in Kettrichtung zu krümmen. Der Schussfaden 4 kann ein Elastomerfaden, ein Polyesterfaden oder ein Polyamidfaden sein. Insbesondere kann der Schussfaden ein Silikonfaden sein. Der Kettfaden 3 kann einen E-Modul größer als 55 GPa aufweisen; der E-Modul kann aber auch größer als 80 GPa oder größer als 200 GPa sein, wodurch die Zugfestigkeit des Verbundstoffes, d.h. des Textilbetonelements 1, im Vergleich zu Beton erhöht wird. Der Kettfaden 4 kann eine Glasfaser, eine Aramidfaser oder eine Carbonfaser oder eine beliebige Kombination dieser Fasern aufweisen. Der Kettfaden 4 kann aber auch ein Roving aus Glasfasern, Aramidfasern oder eine Carbonfasern oder eine beliebiege Kombination dieser Fasern aufweisen. Die Dehnbarkeit der Textilbewehrung 2 kann in Kett- und/oder Schussrichtung mindestens bis zu 20%, 30% oder 40% betragen, womit die Drapierbarkeit der Textilbewehrung 2 erhöht werden kann. Die Gittergröße der Textilbewehrung 2 kann mindestens 5 mm x 5 mm betragen. Der Begriff Gittergröße bezieht sich hier auf die Abmessung des von zwei benachbarten Kettfäden 3 und Schussfaden 4 gebildeten, im Wesentlichen rechteckigen, Zwischenraums, vgl. 2. Damit kann flüssiger Beton die Textilbewehrung 2 gut durchdringen und eine gute Kontaktierung der Textilbewehrung 2 mit dem Beton erreicht werden, so dass eine gute Kraftübertragung von Betonmatrix 9 auf Textilbewehrung 2 und umgekehrt erzielt wird. Es kann aber auch Feinbeton verwendet werden. In diesem Falle kann die Gittergröße auch kleiner ausgeführt werden, da durch den Feinbeton auch bei kleinerer Gittergröße eine gute Kontaktierung ermöglicht wird. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn eine erhöhte Dichte an Fasern erwünscht ist, z.B. um die Belastbarkeit oder Zugfestigkeit des Textilbetonelements 1 zu erhöhen.
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4 zeigt ein beispielhaftes ebenes Textilbetonelement 1, 5 ein beispielhaftes einfach gekrümmtes Textilbetonelement 1 und 6 ein beispielhaftes doppelgekrümmtes Textilbetonelement 1. Die Krümmung eines jeden Punktes auf einer beliebigen Fläche (z.B. die Krümmung der Textilbewehrung 2 oder die Krümmung einer Außenfläche des Textilbetonelements 1) ist durch die lokalen Werte der beiden Hauptkrümmungen k1 und k2 beschrieben, wobei per Definition k1 ≥ k2 ist. Die Hauptkrümmungen k1 und k2 sind dabei die Eigenwerte des Krümmungstensors ∂ni / axj, wobei ni der Normalenvektor lokal senkrecht zur Fläche ist. Für jeden Punkt auf einer beliebigen Fläche lässt sich die mittlere Krümmung H = (k1 + k2)/2 sowie die Gauss'sche Krümmung K = k1 * k2 bestimmen. Eine ebene Fläche ist damit hier dadurch gegeben, dass für jeden Punkt der Fläche H ≈ 0 und K ≈ 0 (d.h. |k1| ≈ 0 und |k2| ≈ 0) gilt. Damit ist für eine ebene Fläche nicht zwingend gefordert, dass sämtliche Krümmungen exakt verschwinden; die Hauptkrümmungen k1 und k2 sollen lediglich an jedem Punkt der Fläche annähernd null sein, vgl. 4. Eine einfach gekrümmte Fläche (vgl. 5) ist dadurch definiert, dass für mindestens einen Punkt auf der Fläche H ≠ 0 und K ≈ 0, während für alle verbleibenden Punkte auf der Fläche H ≈ 0 und K ≈ 0. In anderen Worten ist eine einfach gekrümmte Fläche dadurch definiert, dass an mindestens einem Punkt der Fläche eine der Hauptkrümmungen von null signifikant verschieden ist und die andere Hauptkrümmung annähernd verschwindet oder gleich null ist. Gleichermaßen ist eine doppeltgekrümmte Fläche (vgl. 6) dadurch definiert, dass K ≠ 0 für mindestens einen Punkt der Fläche (d.h. |k1| > 0 und |k2| > 0 an diesem Punkt) ist, während für die restlichen Punkte der Fläche jeweils H ≈ 0 und K ≈ 0 oder H ≠ 0 und K ≈ 0. In anderen Worten zeichnet sich eine doppeltgekrümmte Fläche dadurch aus, dass an mindestens einem Punkt der Fläche beide Hauptkrümmungen k1 und k2 von null signifikant verschieden sind, während für die anderen Punkte jeweils mindestens eine oder beide der Hauptkrümmungen k1 und k2 annähernd verschwinden oder gleich null sind. Die Wortwahl „an mindestens einem Punkt der Fläche“ impliziert selbstverständlich, dass auch mehrere oder alle Punkte der Fläche die beschriebenen Krümmungen aufweisen können.
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7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Textilbetonelements 1. Das Textilbetonelement 1 ist doppeltgekrümmt. Deutlich sichtbar ist eine kugelförmige Erhebung 12 sowie eine kugelförmige Vertiefung 13 der Oberfläche des Textilbetonelements 1. Das doppeltgekrümmte Textilbetonelement 1 kann nur eine Textilbewehrung 2 aufweisen, d.h. die doppeltgekrümmte Oberfläche des Textilbetonelements 1 kann durch eine entsprechende doppeltgekrümmte Textilbewehrung 2 bereitgestellt werden. Das Textilbetonelement 1 kann aber auch mehrere Textilbewehrungen 2 aufweisen. Diese können auch nur abschnittsweise ausgeführt sein. So kann z.B. die kugelförmige Erhebung 12 der Oberfläche durch eine mit Beton 9 überdeckte kugelförmige Textilbewehrung 2 mit ähnlichem Radius gegeben sein.
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Um die Textilbewehrung 2 ohne Faserbruch doppelt krümmen zu können, ist eine gute Drapierbarkeit der Textilbewehrung 2 wünschenswert. Die Drapierbarkeit lässt sich als die Verformbarkeit von textilen Flächengebilden ohne Faltenbildung definieren, bzw. an das Anpassen von flächigen textilen Halbzeugen an gekrümmte, dreidimensionale Oberflächen. Textilien neigen allerdings allgemein zu Faltenbildung bei der Belegung von doppelt gekrümmten Geometrien; damit stellt die faltenfreie Verformung textiler Strukturen bei der Auslegung und Gestaltung von textilverstärkten Bauteilen ein wesentliches Kriterium dar. Gütekriterien der Textilbewehrung 2 sind eine hohe Formgenauigkeit, d.h. Einhalten der geforderten Geometrie, das nicht-Auftreten von Falten, die lokale Faserorientierung und die lokale Gittergröße. Prüfstände zum Testen der Drapierbarkeit werden unter anderem von dem Unternehmen Textechno unter dem Namen Drapetest vertrieben. Als dominierender Deformationsmechanismus bei der Drapierung von textilen Strukturen über zweifach gekrümmten Geometrien gilt das Scherverhalten dieser Textilien. Mit einem in 8 gezeigten Scherrahmenversuch kann die Scherfestigkeit von Textilien ermittelt werden. Dabei wird das zu prüfende Textil in einen quadratischen Prüfrahmen 10 gespannt und anschließend in einer Zugprüfmaschine bis zur Faltenbildung verschert. Es lassen sich der Scherkraft-Scherwinkel-Verlauf sowie ein kritischer Scherwinkel bestimmen. Für die Textilbewehrung 2 hat sich dabei insbesondere ein Silikonfaden als Schussfaden 4 und Glasfasern als Kettfaden 3 als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Der Schussfaden 4 kann auch eine elastische Faser 6 und eine unelastischen Faser 7 aufweisen, wie in 9 gezeigt. Die elastische Faser 6 und die unelastische Faser 7 sind an Verbindungspunkten 5 miteinander verbunden. Die Bogenlänge der unelastischen Faser 7 zwischen zwei Verbindungspunkten 5 kann dabei länger als die Bogenlänge der elastischen Faser 6 in einem ungespannten oder nicht-gedehnten Zustand sein, vgl. 9. Mit Bogenlänge ist hier die Distanz zwischen zwei Verbindungspunkten 5 entlang der jeweiligen Faser gemeint. Die Bogenlänge der unelastischen Faser 7 kann auch länger als die Bogenlänge der ungespannten elastischen Faser 6 zwischen mehr als einem Verbindungspunktpaar sein. Wird der Schussfaden 4 nun gespannt, so kann sich die elastische Faser 6 ausdehnen, bis ihre Bogenlänge genau derjenigen der unelastischen Faser 7 entspricht. Damit kann eine maximale Ausdehnung des Schussfadens eingestellt werden. Gleichzeitig kann die unelastische Faser 7 bei Erreichen der maximalen Ausdehnung Zugbelastungen in Schussrichtung aufnehmen. Die unelastische Faser 7 muss nicht aus dem gleichen Material wie der Kettfaden 4 bestehen. Die unelastische Faser 7 kann auch lediglich einen höheren E-Modul als die elastische Faser 6 aufweisen.
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10 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Textilbewehrung 2, wobei die Textilbewehrung 2 ein 3D-Abstandsgewirk, 3D-Abstandsgestrick, oder ein 3D-Abstandsgelege sein kann. Die Textilbewehrung 2 ist somit nicht auf im Wesentlichen flächige Ausführungsformen beschränkt. Die Abstandsfäden 11 können einen Polyester-, Polyethylen-, Polyacrylsufan- oder Polyamidfaden oder einer beliebige Kombination derselben aufweisen. Insbesondere bei sehr dünnen Textilbetonelementen 1 kann damit auf einen Abstandhalter 8 verzichtet werden.
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11 zeigt zwei Textilbewehrungen 2 voneinander beabstandet mittels Abstandhalter 8. Ist eine oder sind beide Textilbewehrungen gekrümmt, so kann der Abstandhalter 8 auf die Krümmung angepasst sein. Der Abstandhalter 8 kann andererseits auch derart ausgelegt sein, dass seine Geometrie, insbesondere seine Höhe, die Krümmung der Textilbewehrung 2 vorgibt. Der Abstandhalter 8 ermöglicht, mehrere Textilbewehrungen 2 unter einem vorgegebenen Abstand anzuordnen. Damit können dicke Textilbetonelemente 1 ausgeführt werden. Zudem kann durch mehrere Lagen Textilbewehrung 2 die Stabilität des Textilbetonelements 1 erhöht werden. Der Abstandhalter 8 kann auch derart ausgelegt sein, dass er Kräfte senkrecht zu den Textilbewehrungen 2, d.h. in Normalenrichtung zu den im Wesentlichen flächigen Textilbewehrungen 2, aufnehmen kann. Der Abstandhalter 8 kann aus einem Stahl oder Kunststoff oder einer Textilie, einer Glasfaser, einer Carbonfaser oder einer Aramidfaser bestehen. Abstandhalter 8 können auch dann vorgesehen sein, wenn das Gelege oder Gewebe der Textilbewehrung 2 z.B. bereits als 3D-Abstandsgewebe oder 3D-Abstandsgelege ausgeführt ist, d.h. die Textilbewehrung 2 bereits ein im Wesentlichen quadratisches Volumen einnimmt.
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12 zeigt ein Textilbetonelement 1 mit mehreren Textilbewehrungen 2, die mittels nicht gezeigten Abstandshaltern 8 beabstandet sind. Die Abstände zwischen den jeweiligen Lagen Textilbewehrung 2 müssen dabei nicht gleich sein.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 20207945 U1 [0004]
- DE 102014000316 B4 [0005]
- EP 2530217 B1 [0006]
- DE 102016100445 A1 [0007]
