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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verstärkungsgewebe für ein Gebäudebauteil, auf Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungsgewebes für ein Gebäudebauteil, und insbesondere auf eine Energiespeicherung in einem textilen Verstärkungssystem.
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HINTERGRUND
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Beton ist einer der weltweit am häufigsten verwendeten Baustoffe. Allein im Nicht-Wohnungsbau wurden 2017 187,4 Millionen Kubikmeter umbauter Raum fertiggestellt. Mit einem Anteil von 57% ist Beton der am häufigsten verwendete Baustoff in allen Bausektoren. Gesetze, Normen, Richtlinien und aktuelle Forschungsstudien, sowohl auf nationaler als auch auf internationaler Ebene, geben die erwartete Lebensdauer einer Betonkonstruktion nicht explizit vor. Bei der Planung wird üblicherweise davon ausgegangen, dass die Betonlebensdauer etwa 50-60 Jahre beträgt. Viele bestehende Bauwerke sind bereits über 50 Jahre alt. Sie weisen oft viele statische Mängel auf (u.a. Risse, verminderte Tragfähigkeit, Festigkeits- und Steifigkeitsverluste), haben Probleme mit der Dauerhaftigkeit und sind ineffizient in Bezug auf Energieverbrauch und Wärmedämmung.
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Es sind verschiedene Verfahren bekannt, die mechanischen Eigenschaften von Beton nachträglich zu verbessern. So offenbart beispielsweise das Dokument
EP 0 859 085 A1 ein Verfahren zum Reparieren oder Verstärken bestehender Gebäudestrukturen mit einem anisotropen Stoffgewebe. Das Dokument
WO 2019/091832 A1 beschreibt ein textiles Faserprodukt etwa aus Carbon- oder Glasfasern mit einer Synthesekautschukbeschichtung, das als Linien-, Flächen- oder Raumgebilde auf eine Oberfläche eines Betonbauteils aufgebracht werden kann, um das Betonbauteil gegen Lasten zu verstärken und gegen Umwelteinflüsse zu schützen.
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In den letzten Jahrzehnten wurden zudem verschiedene Verfahren entwickelt, bei denen Textilfasern in den Beton eingebracht werden (textilbewehrter Beton, engl. textile reinforced concrete TRC). TRC wird erfolgreich im Bereich der Verstärkung und seismischen Ertüchtigung von Beton- und Mauerwerksbauten eingesetzt. Er ist besonders geeignet für dünnwandige und leichte Bauelemente mit hoher Tragfähigkeit.
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9 zeigt links ein herkömmliches Verstärkungsgewebe, und rechts seinen Einsatz in textilbewehrtem Beton. Bei Textilfasern des Verstärkungsgewebes handelt es sich in der Regel um Carbon- oder Glasfasern, mitunter auch um andere Kunststofffasern. Dabei dient das Verstärkungsgewebe einer Aufnahme von Zugkräften, während der Beton vor allem Druckkräfte abträgt.
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Unabhängig von diesen Verfahren zur Verstärkung von Beton ist es im Baugewerbe bekannt, Baumaterialien insbesondere zur thermischen Isolierung auszubilden. Phasenwechselmaterialien, engl. phase change materials PCM, werden als eine mögliche Lösung für eine bessere thermische Performance und eine Reduzierung des Energieverbrauchs von Gebäuden eingesetzt. Indem sie Wärme innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs speichern und wieder abgeben, stabilisieren sie das Raumklima. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Integration von PCM in Beton mit einem Anteil von etwa 30 Vol.-% die Wärmespeicherkapazität des Betons auf 150 % erhöhen kann. So offenbart etwa
CN 106518142 A eine Einlagerung von PCM in einen Betonschaum. Nachteile dabei sind Lecks insbesondere in Kapseln eines mikroverkapseltem PCM, eine Schwierigkeit, das PCM im Kern des Betons zu aktivieren, und die signifikante Verschlechterung mechanischer Eigenschaften.
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Es besteht daher allgemein ein Bedarf nach Verbesserungen bei Gebäudebauteilen, insbesondere auch für Sanierungen in bereits bestehenden Gebäuden, welche die oben genannten Nachteile überwinden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Dieses Ziel wird zumindest teilweise durch ein Verstärkungsgewebe nach Anspruch 1, ein Gebäudebauteil nach Anspruch 6, ein Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungsgewebes nach Anspruch 9 und einem Verfahren zum Verstärken eines Gebäudebauteils nach Anspruch 10 erreicht. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der unabhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verstärkungsgewebe für ein Gebäudebauteil. Das Verstärkungsgewebe kann zu einer Herstellung von Textilbeton verwendet werden, es kann aber insbesondere auch nachträglich, also nach einem Einbau des Gebäudebauteils in einem Gebäude, zum Sanieren oder Verstärken des Gebäudebauteils aufgebracht werden. Das Verstärkungsgewebe umfasst Gewebefasern, die ausgebildet sind, um bei einem Anbringen des Verstärkungsgewebes in oder an dem Gebäudebauteil das Gebäudebauteil zu verstärken. Weiter umfasst das Verstärkungsgewebe ein in die Gewebefasern eingelagertes Phasenwechselmaterial, PCM, das ausgebildet ist, um durch einen Phasenübergang eine Temperaturschwankung auszugleichen. Weiter umfasst das Verstärkungsgewebe eine Ummantelung der Gewebefasern bzw. eines durch die Gewebefasern gebildeten Fadens oder Garns, wobei die Ummantelung ausgebildet ist, um das PCM in den Gewebefasern zu halten und ein Anbringen des Verstärkungsgewebes durch ein Bindungsmittel in oder an dem Gebäudebauteil zu begünstigen.
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Die Gewebefasern sind vorteilhafterweise pflanzliche Naturfasern, insbesondere Samen-, Bast- oder Hartfasern. Diese sind nicht hohl, weisen aber eine Vielzahl natürlicher Poren oder Öffnungen auf und sind dadurch saugfähig. Insbesondere weisen die Gewebefasern vorteilhafterweise ausreichende Hohlräume zur Aufnahme des PCM auf. In der Regel sind Naturfasern regenerative Ressourcen und umweltschonend zu gewinnen und zu entsorgen.
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Vorteilhafterweise bilden mehrere Gewebefasern ein Faden oder Garn (mit Durchmessern im Bereich von etwa einem halben bis 5 Millimetern); in bestimmten Fällen können sie je nach Anwendung auch dicke Stränge, etwa ein Zugseil mit einem Durchmesser von einem oder mehreren Zentimetern, bilden.
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Vorteilhafterweise bilden mehrere Fäden oder Garne ein Netz. Dabei können Abstände zwischen den Garnen beispielsweise etwa vier Millimeter betragen. In Anwendungsbeispielen können allerdings auch einzelne Stränge aus Gewebefasern zum Einsatz kommen. In weiteren Ausführungsbeispielen können die Fasern oder daraus gebildete Garne auch ein engmaschiges Netz bzw. ein Gewebe bilden, das durch die Ummantelung eine zweidimensionale Fläche bildet. Eine Zugfestigkeit der Gewebefasern oder der Fäden bzw. Garne ist vorteilhafterweise Anforderungen der Anwendung angepasst.
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Das PCM kann paraffin-basiert sein oder ein bio-basiertes PCM (beispielsweise auf einer Basis von Fettsäureestern) sein. Vorteilhaft sind PCM, die ansonsten auch in Bausubstanzen eingesetzt werden. Das Phasenwechselmaterial ist somit vorteilhafterweise ausgebildet, bei Anbringen des Verstärkungsgewebes auf dem Gebäudebauteil ein thermisches Verhalten des Gebäudebauteils zu verbessern und dadurch einen Energieverbrauch in einem Gebäude zu verringern. Dies kann insbesondere ein Verlangsamen einer Frequenz und ein Verringern einer Amplitude von Temperaturschwankungen in dem Gebäude umfassen. Dabei kann das PCM sowohl zur Minderung von Kälte- als auch von Wärmespitzen im Gebäude beitragen. Das PCM wirkt vorteilhafterweise nicht zersetzend auf die Gewebefasern und auf die Ummantelung.
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Die Ummantelung kann insbesondere einen Kautschuk bzw. ein Polymermaterial umfassen. Um das Anbringen in oder an dem Gebäudebauteil zu begünstigen, weist ein Material der Ummantelung insbesondere eine gute Haftung an ein Bindungsmittel (etwa ein mineralisches Bindungsmittel wie einen Beton, einen Zement oder einen Gips) auf. Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Ummantelung sind chemische Beständigkeit gegenüber dem PCM und gegenüber dem Bindungsmittel, eine feste Oberfläche und mechanische Belastbarkeit. Insbesondere kann die Ummantelung selbst, beispielsweise auch durch geeignetes Aushärten, zu der Zugfestigkeit bzw. Belastbarkeit des Verstärkungsgewebes beitragen.
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Optional weisen die Gewebefasern Jute auf und sind ausgebildet, um Zugspannungen von zumindest 80 Megapascal und insbesondere von 85 Megapascal zu widerstehen. Zudem sind sie ausgebildet, um Flüssigkeit eines Volumens von zumindest 200% und insbesondere von 300% eines Volumens der Gewebefasern aufzunehmen.
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Eine Verwendung von Jutefasern kann eine Druckfestigkeit eines Betons um bis zu 4,5 % und einer Biegesteifigkeit um bis zu 5,9 % erhöhen (bei Textilbeton beispielsweise durch 1,5 Volumenprozent von Jute im Beton). Zudem lässt eine Verwendung von Jutefasern im Vergleich zu konventionellem glas- oder carbonfaserbewehrtem Textilbeton oder auch zu Stahlbeton eine bessere Verwertung natürlicher Abfälle zu. Die Jutefasern sind als Naturfasern umweltverträglich zu gewinnen und besonders gut biologisch abbaubar.
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Optional ist das PCM in Mikrokapseln enthalten, die in die Gewebefasern eingelagert sind.
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Optional weist das PCM zumindest eine der folgenden Kenngrößen auf:
- - eine Schmelztemperatur in einem Bereich von 0 °C bis 80 °C, und insbesondere von ungefähr 25 °C,
- - in flüssigem Zustand eine Dichte in einem Bereich von 600 bis 800 g/l, und insbesondere von 770 g/l,
- - in einem festen Zustand eine Dichte in einem Bereich von 700 bis 900 g/l, und insbesondere von 880 g/l,
- - eine spezifische Wärmespeicherkapazität bzw. spezifische Übergangsenthalpie von mindestens 200 J/g.
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Der Schmelztemperaturbereich kann dabei an die bestimmungsgemäße Position bzw. Funktion des Gebäudebauteils angepasst werden. Ein Bereich hoher und/oder niedriger Temperaturen zwischen 0 °C und 80 °C kann insbesondere für ein Gebäudebauteil vorteilhaft sein, das zu einem Einsatz als Außenbauteil vorgesehen ist. Ist das Gebäudebauteil ein Innenbauteil, so kann ein Bereich von 20 °C bis 30 °C gewählt werden. Der besonders angegebene Wert von 25 °C kann ebenfalls insbesondere für ein Innenbauteil vorteilhaft sein.
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Insbesondere weist ein geeignetes PCM vorteilhafterweise eine möglichst hohe latente Wärme, eine hohe Wärmeleitfähigkeit, eine geringe Volumenänderung am Phasenübergang (etwa zwischen einer festen und einer flüssigen Phase), einen niedrigen Dampfdruck und eine hohe Zyklenstabilität auf.
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Optional weist die Ummantelung carboxylierten Styrol-Butadien-Kautschuk (engl. styrene butadiene rubber SBR) oder einen anderen Synthesekautschuk auf. Das Material der Ummantelung ist vorteilhafterweise insbesondere korrosionsbeständig gegenüber dem Bindungsmittel (z.B. Beton, Zement, Gips o.ä.) und dem PCM und beständig unter Zugkräften, die auf das Verstärkungsgewebe wirken. Weiter schließt die Ummantelung das PCM vorteilhafterweise auch nach mehreren Phasenübergängen sicher ein und weist eine gute Haftung an das Bindungsmittel auf.
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Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Gebäudebauteil, das durch ein Verstärkungsgewebe der vorhergehend beschriebenen Art verstärkt ist. Das Gebäudebauteil kann insbesondere ein Fertigbauteil sein. Das Gebäudebauteil ist vorteilhafterweise etwa zur Verwendung als Rahmen, als Wand, als Dach, als Boden als eine sonstige Begrenzung eines Innenraums oder als ein Teil solcher Strukturen in einem Gebäude vorgesehen. Dabei kann das Verstärkungsgewebe in einem Inneren des Gebäudebauteils, auf dem Gebäudebauteil auf einer Gebäudeaußenseite, aber auch auf dem Gebäudebauteil auf einer Gebäudeinnenseite angebracht sein. In Ausführungsbeispielen umfasst das Gebäudebauteil zumindest ein tragendes Bauteil, das außen durch das Verstärkungsgewebe verstärkt ist, und das Verstärkungsgewebe ist durch ein Bindungsmittel bzw. unter einer Deckschicht fixiert.
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Optional umfasst das Gebäudebauteil ein Betonbauteil. Ausführungsbeispiele des Verstärkungsgewebes eignen sich insbesondere zur Verstärkung von Betonbauteilen und unterstützen diese insbesondere bei Zugbelastungen, aber auch gegen Druckbelastungen, beispielsweise durch ein Verhindern von Bersten oder gegen Rissbildung im Beton.
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Optional ist das Gebäudebauteil ein Wärmedämmverbundsystem mit einem tragenden Bauteil, einer Dämmschicht und einer Abschlussschicht, wobei die Abschlussschicht ein Verstärkungsgewebe der vorhergehend beschriebenen Art aufweist. Beispielsweise kann die Abschlussschicht auf einer der Dämmschicht zugewandten Seite der Abschlussschicht zunächst das Verstärkungsgewebe aufweisen, das von einem Bindungsmittel fixiert ist. Die Abschlussschicht kann das Verstärkungsgewebe insbesondere in einem Finishing enthalten, das zudem einen Putz und weitere Armierungen umfassen kann. Als Bindungsmittel kann Zement, Kunststoff, Kunstharz oder auch ein mineralischer Hausputz verwendet werden. Zu einer Gebäudeaußenseite hin kann sich an das Finishing ein Außenfinishing anschließen, das wasserabweisend sein kann.
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Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungsgewebes für ein Gebäudebauteil. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- Bereitstellen von Gewebefasern;
- Erwärmen eines Phasenwechselmaterials in einen flüssigen Zustand;
- Tränken der Gewebefasern in dem Phasenwechselmaterial;
- Abkühlen der getränkten Gewebefasern, so dass das Phasenwechselmaterial in eine feste Phase übergeht; und
- Anbringen einer Ummantelung auf den Gewebefasern, um so das Verstärkungsgewebe herzustellen.
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Das in dem Verfahren hergestellte Verstärkungsgewebe kann für neu herzustellenden Textilbeton verwendet werden, oder es kann zum Sanieren oder Nachbessern bestehender Bauteile verwendet werden.
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Weiter beziehen sich Ausführungsbeispiele auf ein Verfahren zum Verstärken eines Gebäudebauteils mit einem Verstärkungsgewebe der vorhergehend beschriebenen Art. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- Aufbringen des Verstärkungsgewebes auf dem Gebäudeteil; und
- Fixieren des Verstärkungsgewebes auf dem Gebäudeteil durch ein Bindungsmittel.
- Das Verfahren dient insbesondere einer Sanierung oder Nachbesserung des Gebäudeteils.
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Dabei können die Verfahren auch durch datenverarbeitende Maschinen ausgeführt werden, die durch ein Computerprogramm gesteuert werden. Ausführungsbeispiele beziehen sich daher auch auf ein Speichermedium mit darauf gespeichertem Softwarecode, der geeignet ist, die vorangehend beschriebenen Verfahren auszuführen.
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Wesentliche Aspekte des hier vorgestellten Verstärkungsgewebes lassen sich wie folgt zusammenfassen: Das Verstärkungsgewebe nutzt einerseits die hohe Belastbarkeit natürlicher Fasern unter Zugkräften, andererseits die hohe Porosität natürlicher Fasern als Träger bzw. Behälter für PCM. Das Verstärkungsgewebe kann somit als Verstärkung eines Gebäudebauteils und gleichzeitig als Wärmespeicher verwendet werden.
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Gegenüber dem Stand der Technik bietet das Verfahren unter anderem folgende Vorteile: Das Verstärkungsgewebe verbindet eine Eignung zur mechanischen Verstärkung bzw. Nachrüstung von Bauteilen mit einer Eignung zur Speicherung thermischer Energie in Bauelementen und Gebäudehüllen. In Sanierungen lassen sich auch herkömmliche Verstärkungsgewebe durch das hier vorgestellte Verstärkungsgewebe ersetzen. In Wärmedämmverbundsystemen kann Dämmmaterial eingespart werden.
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Die Gewebefasern können pflanzliche Naturfasern und insbesondere Jutefasern sein, die bei guten mechanischen Eigenschaften deutlich kostengünstiger als Carbon- oder Glasfasern sein können. Zudem sind eine Produktion und auch eine Entsorgung der Gewebefasern in umweltverträglicher und insbesondere energiesparender Weise möglich.
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Das Verstärkungsgewebe eignet sich somit für eine nachhaltige und kostengünstige Nachrüstung größerer Zahlen von Konstruktionen und Gebäuden. Es kann so zur Erfüllung technischer Anforderungen an das Gebäudebauteil in Bezug auf mechanische Reaktionen, Dauerhaftigkeit, Wärmedämmung und Energieverbrauch beitragen. Neben der Zusammenführung verschiedener Einsatzmöglichkeiten werden Nachteile herkömmlicher Lösungen, insbesondere ein Auslaufen von (mikroverkapseltem) PCM, Probleme mit einer Aktivierung des PCM im Kern des Betons, signifikante Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und Einschränkungen bei der Rückverfestigung, durch das hier vorgestellte Verstärkungsgewebe überwunden.
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Figurenliste
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Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.
- 1 illustriert ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt mikroskopische Aufnahmen von Schnitten von Strängen verschiedener Ausführungsbeispiele.
- 3 zeigt Details zu den Gewebefasern, wie sie in Ausbildungsbeispielen des Verstärkungsgewebes verwendet werden können.
- 4 zeigt Kennwerte eines PCM für Ausführungsbeispiele des Verstärkungsgewebes.
- 5 illustriert eine Anwendung des Verstärkungsgewebes auf einem Gebäudebauteil.
- 6 zeigt Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Verstärkungsgewebes für ein Gebäudebauteil.
- 7 illustriert weitere Details für ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung des Verstärkungsgewebes.
- 8 zeigt weitere Details für das Anbringen der Ummantelung.
- 9 illustriert ein herkömmliches Verstärkungsgewebe für ein Gebäudebauteil.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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1 illustriert ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dargestellt ist ein Querschnitt durch einen einzelnen Strang 110 eines Verstärkungsgewebes für ein Gebäudebauteil. Das Verstärkungsgewebe kann insbesondere zum Sanieren benutzt werden, es kann also etwa auf ein bereits verbautes oder nur vorübergehend zu einer Nachrüstung aus einem Gebäude entfernten Gebäudebauteil aufgebracht werden.
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Der Querschnitt zeigt, jeweils ebenfalls im Querschnitt, mehrere Gewebefasern 120, die gemeinsam einen Faden oder ein Garn 115 bilden. Bei den Gewebefasern 120 kann es sich beispielsweise um Jutefasern handeln. In die Gewebefasern 120 ist ein Phasenwechselmaterial 130, PCM, eingelagert. Das PCM 130 füllt Räume zwischen den Gewebefasern 120 aus, bzw. der Faden 110 aus Gewebefasern 120 ist mit dem PCM 130 getränkt. Um die Gewebefasern 120 bzw. den Faden mit dem PCM 130 befindet sich eine Ummantelung 140.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bilden mehrere Stränge 110 aus Gewebefasern 120 ein Netz oder ein Gewebe, das eine Zugfestigkeit aufweist und daher geeignet ist, bei einem Anbringen des Verstärkungsgewebes an dem Gebäudebauteil das Gebäudebauteil zu verstärken.
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Das PCM 130 ist ausgebildet, um durch einen Phasenübergang eine Temperaturschwankung auszugleichen. Insbesondere kann dies eine Schwankung einer Innentemperatur eines Gebäudes sein, in dem das verstärkte Gebäudebauteil verbaut ist. Die Schwankung der Innentemperatur kann dabei etwa durch eine Schwankung einer Außentemperatur bedingt sein, etwa aufgrund natürlicher täglicher oder jahreszeitlicher Zyklen. Der Phasenübergang kann beispielsweise ein Übergang zwischen einer festen und einer flüssigen Phase des PCM 130 sein.
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Die Ummantelung 140 ist ausgebildet, um das PCM 130 in den Gewebefasern 120 zu halten und ein Anbringen des Verstärkungsgewebes durch ein Bindungsmittel an dem Gebäudebauteil zu begünstigen. Zunächst ist die Ummantelung 140 vorteilhafterweise dafür geeignet, das PCM 130, zusammen mit den Gewebefasern 120, leckfrei einzuschließen. Dies kann insbesondere wichtig sein, da das PCM 130 zumindest über bestimmte Zeiten in flüssiger Form vorliegen kann. Weiter kann die Ummantelung 140 vorteilhafterweise gute Haftbedingungen an das Bindungsmittel aufweisen. Zudem ist die Ummantelung 140 vorteilhafterweise beständig gegen Korrosion durch das PCM 130 und durch das Bindungsmittel. In Ausführungsbeispielen umfasst die Ummantelung 140 einen Synthesekautschuk, etwa Styrol-Butadien-Kautschuk, SBR. Dabei kann das Bindungsmittel ein mineralisches Material, etwa einen Beton, Zement oder Gips, umfassen.
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Ein Durchmesser des dargestellten Querschnitts hängt vom Ausführungsbeispiel ab. In Ausführungsbeispielen kann der Durchmesser des Strangs 110 etwa im Bereich eines Millimeters liegen.
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2 zeigt mikroskopische Aufnahmen von Schnitten von Strängen 110 verschiedener Ausführungsbeispiele des Verstärkungsgewebes.
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In einem Teil (a) der Figur bestehen die Gewebefasern 120 aus roher Jute und bilden ein Garn 115, in dessen Poren ein PCM 130 gefüllt ist. Das PCM 130 kann beispielsweise ein Paraffin oder auch einen Fettsäureester umfassen. Die Ummantelung 140 weist SBR und mikrokristalliner Cellulose, MCC, auf.
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In einem Teil (b) der Figur bestehen die Gewebefasern 120 ebenfalls aus roher Jute und bilden ein Garn 115, in dessen Poren ein PCM 130 gefüllt ist. Das PCM 130 kann beispielsweise ein Paraffin oder auch einen Fettsäureester umfassen. Die Ummantelung 140 weist SBR und Nanocellulose auf.
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3 zeigt Details zu den Gewebefasern 120, wie sie in Ausbildungsbeispielen des Verstärkungsgewebes verwendet werden können.
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Ein Teil (a) der Figur zeigt eine Aufnahme eines Jutegarn-Netzes 150. Eine Verwendung des Jutegarn-Netzes 150 in dem Verstärkungsgewebe bietet eine Verstärkung von Gebäudebauteilen beispielsweise gegen autogenes Schrumpfen, Rissbildung etwa durch Austrocknung, Wasserschäden oder Belastung, und zur Verbesserung des bruchmechanischen Verhaltens, insbesondere auch bei Tragwerk- oder Rahmenbauteilen sowohl unter longitudinalen Belastungen (bzw. Zugbelastungen) als auch unter senkrechten Belastungen (bzw. Druckbelastungen). Weiter kann durch das Aufbringen des Verstärkungsgewebes eine Deformationskapazität des Gebäudebauteils erhöht werden. Das Verstärkungsgewebe kann z.B. auch zu einer Verstärkung des Gebäudeteils zur Stärkung des Gebäudes gegen Erdbeben aufgebracht werden.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Jutegarn-Netz 150 einen mittleren Abstand der Garne 115 von 4 mm auf. In Ausbildungsbeispielen widerstehen die Gewebefasern 120 bzw. das Jutegarn-Netz 150 Zugbelastungen von etwa 85 Mega-Pascal (MPa). Vorteilhafterweise sind die Gewebefasern 120 geeignet, um eine große Flüssigkeitsmenge aufzunehmen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzen die Gewebefasern 120 bzw. das Jutegarn-Netz 150 eine Wasseraufnahme-Kapazität von etwa 300% ihres bzw. seines Volumens.
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Ein Teil (b) der Figur zeigt eine Aufnahme zur Darstellung mehrerer einzelner Garne 115 des Jutegarn-Netzes 150.
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Ein Teil (c) zeigt eine Aufnahme eines einzelnen Garns 115 des Jutegarn-Netzes 150. Vorteilhafterweise weist das Garn 115 relativ große Hohlräume bzw. Poren auf, in denen Flüssigkeit bzw. das PCM 130 gespeichert werden kann.
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Ein Teil (d) der Figur zeigt eine Aufnahme von einem Querschnitt einer einzelnen Jute-Gewebefaser 120. Auch die Gewebefaser 120 selbst weist vorteilhafterweise Hohlräume zur Einlagerung des PCM 130 auf.
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4 zeigt Kennwerte eines möglichen PCM 130 für Ausführungsbeispiele des Verstärkungsgewebes. Dargestellt sind Ergebnisse einer dynamischen Differenzkalorimetrie für ein paraffin-basiertes PCM 130 (das Produkt RT25 der Firma Rubitherm GmbH). Das PCM 130 weist eine Schmelztemperatur bei 25 °C, eine Dichte von 770 g/l in der flüssigen Phase und eine Dichte von 880 g/l in der festen Phase auf. Ober- und unterhalb einer Phasenübergangstemperatur, bzw. vor und nach dem Temperaturbereich des Phasenübergangs, besitzt es eine spezifische Wärmekapazität von 2 J/gK.
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Grundsätzlich können in Ausführungsbeispielen des Verstärkungsgewebes solche PCM 130 verwendet werden, die auch in anderen baulichen Anwendungen zur Verbesserung thermischer Eigenschaften benutzt werden können.
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Vorteilhafterweise verfügen zur Verwendung geeignete PCM 130 über ausgezeichnete thermische Eigenschaften wie etwa einer Schmelztemperatur in einem geeigneten Temperaturbereich, einer hohen latenten Wärme am Phasenübergang, einer hohen spezifische Wärme insbesondere im festen Zustand, und einer hohen Wärmeleitfähigkeit sowohl im festen als auch im flüssigen Zustand.
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Weiter verfügen zur Verwendung geeignete PCM 130 vorteilhafterweise über hervorragende physikalische Eigenschaften, insbesondere einer kleinen Volumenänderung am Phasenübergang (etwa zwischen einer festen und einer flüssigen Phase), und einem niedrigen Dampfdruck.
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Weiter verfügen zur Verwendung geeignete PCM 130 vorteilhafterweise über hervorragende chemische Eigenschaften, insbesondere eine lange Stabilität, reversible und über lange Zeiträume und häufige Phasenwechsel stabile Phasenübergänge (Zyklenstabilität), sowie eine Kompatibilität mit anderen Bausubstanzen - insbesondere sind die PCM 130 nicht-korrosiv, nicht-toxisch, schwer entzündbar und nicht-explosiv.
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Weiter verfügen zur Verwendung geeignete PCM 130 vorteilhafterweise über hervorragende kinetische Eigenschaften. Insbesondere weisen sie keine oder nur geringe Unterkühlungseffekte (z.B. Gefrier- oder Kondensationsverzögerung) auf und zeigen eine hohe Keimbildung und eine angepasste Kristallisierungsrate.
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Ein Teil (a) der Figur zeigt für das im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete PCM 130 Verläufe einer gemessenen spezifischen Wärmekapazität (in Joule pro Gramm und Kelvin) für Temperaturen zwischen 10 °C und 50 °C. Die unterschiedlichen Verläufe ergeben sich für verschiedene Aufheizgeschwindigkeiten zwischen 0.125 K/min und 10 K/min.
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Ein Teil (b) der Figur zeigt für das PCM 130 entsprechende Verläufe einer Übergangsenthalpie (in Joule pro Gramm) mit einer spezifischen Wärmespeicherfähigkeit von ca. 200 J/g.
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5 illustriert eine Anwendung des Verstärkungsgewebes 100 bei einem Gebäudebauteil 200. Das Verstärkungsgewebe 100 ist hier als Verstärkung in einem Wandsystem oder an einem äußeren Mauerwerk integriert. Es ist hierbei auf einem tragenden Bauteil 210, hier einem Betonbauteil, aufgebracht und wird dort von einem Bindungsmittel 220, hier insbesondere einer Deckschicht, fixiert und bedeckt. Ein linker Teil der Figur stellt dabei einen Aufriss, ein mittlerer Teil einen Querschnitt dar. In einem rechten Teil der Figur ist gezeigt, dass Deckschicht 220 und Verstärkungsgewebe 100 auch mehrfach, d.h. in mehrfachen Lagen, aufgetragen sein können.
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Das Verstärkungsgewebe 100 kann neben Wänden oder äußeren Mauerwerk auch beispielsweise in oder auf Dächern, historischen Gewölben oder anderen Gebäudeteilen 200 wie etwa vorgefertigten Betonbauteilen, Mörtel- Putz- oder Gipsbauteilen etc. angebracht werden. Insbesondere kann es sich bei dem Gebäudeteil 200 auch um ein Wärmedämmverbundsystem handeln.
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Vorteilhafterweise eignet sich das Verstärkungsgewebe 100 zur Nachbesserung oder nachträglichen Verstärkung von Gebäudeteilen 200. Es kann aber auch, beispielsweise bei vorgefertigten Betonbauteilen, noch während der Produktion bzw. zeitlich vor einem Verbauen des Gebäudeteils 200 auf- oder eingebracht werden.
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6 zeigt Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Verstärkungsgewebes 100 für ein Gebäudebauteil 200. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen S110 von Gewebefasern 120. Weiter umfasst das Verfahren ein Erwärmen S120 eines PCM 130 in einen flüssigen Zustand. Weiter umfasst das Verfahren ein Tränken S130 der Gewebefasern 120 in dem PCM 130. Weiter umfasst das Verfahren ein Abkühlen S140 der getränkten Gewebefasern 120, so dass das PCM 130 in eine feste Phase übergeht. Weiter umfasst das Verfahren ein Anbringen S150 einer Ummantelung 140 auf den Gewebefasern 120, um so das Verstärkungsgewebe 100 herzustellen.
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7 illustriert weitere Details für ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung des Verstärkungsgewebes 100. Dargestellt ist zunächst in einer ersten obersten Zeile in Teilschritten von links nach rechts das Tränken S130 der Gewebefasern 120, hier eines Netzes 150 eines natürlichen Textils, in einem Bad des erwärmten und so verflüssigten PCM 130.
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Gemäß Ausführungsbeispielen kann für das Tränken S130 bzw. Einbringen von PCM 130 in den Porenraum des Naturtextils bei Temperaturen, die höher sind als eine Schmelztemperatur des eingesetzten PCM 130, ein Direktimprägnierverfahren verwendet werden. Der textile Träger (das Netz) 150 wird zunächst vollständig getrocknet, danach wird er langsam (zur Vermeidung von Lufteinschlüssen im Porensystem und in der Verbundporenstruktur) in einen Behälter (bzw. ein Bad) mit flüssigem PCM 130 getaucht. Der Behälter wird bei einer Temperatur höher als der Schmelztemperatur des PCM 130 für (bis zu) 24 Stunden in einen Ofen gestellt. Es können alle 2 Stunden Proben entnommen und gewogen werden, um eine Gewichtsänderungen und einen PCM-Imprägnierungsgrad der Gewebefasern 120 bzw. des Netzes 150 zu bewerten. Dieser Prozess wird so lange fortgesetzt, bis ein maximaler Imprägnierungsgrad erreicht ist und die Gewichtsveränderung fast vernachlässigbar wird.
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Danach wird das Textil 150 aus dem Bad herausgehoben, und überschüssiges PCM 130 entfernt, beispielsweise unter Einwirkung der Schwerkraft abgetropft.
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Anschließend ist in einer zweiten Zeile der Figur das Kühlen S140 des Textils 150 dargestellt. Dies erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine Luftkühlung. Dabei geht das PCM 130 von der flüssigen in die feste Phase über.
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Für das Anbringen S150 einer Ummantelung 140 sind hier zwei Möglichkeiten dargestellt: In einer dritten Zeile der Figur ein Eintauchen S153 des PCMgetränkten Textils 150 in einen erhitzten und dadurch verflüssigten Polymer, und in einer vierten Zeile der Figur ein Aufsprühen S155 des verflüssigten Polymers auf das PCM-getränkte Textil 150. Die beiden Möglichkeiten können auch kombiniert werden, etwa, wenn eine Ummantelung 140 mit mehreren Schichten angebracht werden soll.
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In beiden Fällen erfolgt, wie in einer fünften Zeile der Figur dargestellt, ein Trocknen des Textils 150, um so die Ummantelung 140 zu fixieren und so das Verstärkungsgewebe 100 herzustellen.
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8 zeigt weitere Details für das Anbringen S150 der Ummantelung 140. Bei dem bereits beschriebenen Füllverfahren durch Tränken mit PCM 130 kann überschüssiges PCM 130 an der Außenfläche des Textils 150 bzw. der Gewebefasern 120 haften bleiben. Das PCM 130 beeinträchtigt in der Regel die mechanische Schnittstelle zwischen dem Gewebefaser-Netz 150 und dem Bindungsmittel 220 bzw. einer Bindungsmittelmatrix. Die Ummantelung 140 dient einer Förderung einer guten mechanischen Haftung und zu einer Vermeidung von PCM-Austritt aus dem Verstärkungsgewebe 100. Das Ummantelungsmaterial sollte eine gute Interaktion mit dem Gebäudebauteil 200 in Bezug auf physikalische, chemische oder mechanische Reaktionen aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass beispielsweise carboxyliertes SBR-Polymer (in Ausführungsbeispielen etwa das Produkt GC 552 der TRCC Europe GmbH) als Ummantelungsmaterial geeignet ist, da seine Zusammensetzung reaktive Carboxylgruppen aufweist und eine Haftung zu verschiedenen Bindungsmittelmatrizen fördern kann. Das Anbringen S150 des Ummantelungsmaterials kann in Ausführungsbeispielen durch Eintauchen S153 (Aufnahmen im oberen Teil der Figur) und/oder durch Aufsprühen S155 (Aufnahmen im unteren Teil der Figur) erfolgen. Durch das Anbringen S150 des Polymers bildet sich die Ummantelung 140, die das PCM 130 vor dem Auslaufen schützt. Die Ummantelung 140 weist vorteilhafterweise eine solide Oberfläche auf, um die Haftung an einem Bindungsmittel 220 (z. B. Beton, Zement, Gips usw.) und damit an dem Gebäudebauteil 200 zu gewährleisten.
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Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Verstärkungsgewebe
- 110
- Strang des Verstärkungsgewebes
- 115
- Garn oder Faden von Gewebefasern
- 120
- Gewebefaser
- 130
- Phasenwechselmaterial, PCM
- 140
- Ummantelung
- 150
- Netz
- 200
- Gebäudebauteil
- 210
- tragendes Bauteil
- 220
- Bindungsmittel
- S110, S120,...
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0859085 A1 [0003]
- WO 2019091832 A1 [0003]
- CN 106518142 A [0006]
