DE10209873A1

DE10209873A1 - Material transmitting pressures and shear forces in building structures comprises pressure-hardened agglomerate of granular material and compressible binder

Info

Publication number: DE10209873A1
Application number: DE2002109873
Authority: DE
Inventors: Thomas Marks
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2003-09-25

Abstract

The material is a mixed agglomerate of solid granular material and a compressible binder. Setting is caused exclusively by compression.

Description

Werkstoffe zur Übertragung von Druck- und Scherkräften im Stahlbeton- und Mauerwerksbau sind als Fugen-, Verpress- oder Kunststoffmörtel bekannt. Der Mörtel wird in weichem Zustand eingebaut und verfestigt sich überwiegend durch zeitabhängige chemische oder physikalische Prozesse. Die Verbundwirkung resultiert aus Reibungsverbund, Haften oder Kleben. Materials for the transmission of pressure and shear forces in reinforced concrete and Masonry construction is known as grout, grout or plastic mortar. The mortar is in soft condition built in and solidifies mainly through time-dependent chemical or physical processes. The bond effect results from Friction bond, sticking or sticking.

Der Verfestigungsvorgang ist nicht reversibel. Öffnen einer vermörtelten Fuge führt zu Rissen und damit zu Verlusten bei Verbundwirkung und Wasserdichtigkeit. Abwechselndes Öffnen und Schließen der Fuge führt auf Dauer zum Totalverlust von Verbundwirkung und Wasserdichtigkeit. The hardening process is not reversible. Opening a grouted joint leads to Cracks and thus loss of bond and water resistance. Alternating opening and closing of the joint permanently leads to a total loss of Compound effect and waterproofness.

Bei Befestigungen im Stahlbetonbau wird Metall oder Kunststoff in Formgestalt von Dübeln oder Spreizhülsen als Werkstoff zur Übertragung von Druck- und Scherkräften verwendet. Der Werkstoff wird mechanisch gegen eine Lochwandung aus Beton gepresst. Bei hohem örtlichen Spreizdruck kann die Betonoberfläche durch lokales Plastizieren des Betons beschädigt werden. Die Verbundwirkung beruht auf Reibungsverbund zwischen dem Werkstoff und der Betonwandung. Wegen des unvollständigen oder nur kleinflächigen Reibungsverbundes zwischen Metall und Beton oder der meist geringeren Scherfestigkeit des Kunststoffmaterials gegenüber der des Betons kann die Scherfestigkeit von unbeschädigtem Beton nicht ausgenutzt werden. Metal or plastic is used in the form of reinforcements in reinforced concrete construction Dowels or expansion sleeves as a material for transferring pressure and shear forces used. The material is mechanically pressed against a perforated wall made of concrete pressed. At high local spreading pressure, the concrete surface can be damaged by local Plasticizing the concrete may be damaged. The compound effect is based on Friction bond between the material and the concrete wall. Because of the incomplete or just a small-area friction bond between metal and concrete or the most lower shear strength of the plastic material compared to that of the concrete can Shear strength of undamaged concrete cannot be exploited.

Bei der Befestigung von Maschinen auf Fundamentsockeln werden die Möglichkeiten eines Reibungsverbundes wenig genutzt. Statt dessen werden über eine Verschraubung oft hohe Dübel- und Vorspannkräfte in den Verbindungsmitteln erzeugt. When attaching machines to foundation bases, the possibilities of a friction network little used. Instead, be over Screw connection often generates high dowel and pretensioning forces in the connecting means.

Befestigungen an Rohren erfolgen zu einem hohen Anteil über Rohrschellen. Zur Mobilisierung von hohen Reibungswiderständen in einer Stahl-auf-Stahl-Fuge müssen große Ringzug- und Radialkräfte aufgebracht werden. To a large extent, pipe attachments are made using pipe clamps. to Mobilization of high frictional resistance in a steel-on-steel joint must be great Ring tensile and radial forces are applied.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen leistungsfähigen, preisgünstigen und wasserdichten Werkstoff durch dauerhaft verformbare Mischung von festem körnigen mit kompressiblem bindigen Material herzustellen und die zur Kraftübertragung erforderliche Verfestigung durch Kompression des Werkstoffs oder seines festen körnigen Materialanteils zu erzeugen. The invention specified in claim 1 is based on the object powerful, inexpensive and waterproof material through durable to produce a deformable mixture of solid granular with compressible binding material and the consolidation required for power transmission by compression of the To produce material or its solid granular material portion.

Ein erfindungsgemäßer Werkstoff kann preisgünstig als Mischung aus Sand und Wachs oder Bitumen hergestellt werden. A material according to the invention can be inexpensive as a mixture of sand and wax or bitumen.

Gemäß Stand der Technik in der Geotechnik verfestigt sich Sand unter Kompression, d. h. die Festigkeit eines Sandhaufwerks nimmt mit abnehmender Porenzahl zu. Komprimierter Sand erreicht eine hohe Scherfestigkeit, wenn eine Auflockerung durch Behinderung der Dilatation vermieden wird. Diese Bedingung ist bei erfindungsgemäßer Anwendung erfüllt. According to the state of the art in geotechnical engineering, sand solidifies under compression, d. H. the strength of a sand pile increases with decreasing number of pores. Compressed sand achieves high shear strength when loosened up by Obstruction of dilation is avoided. This condition is in accordance with the invention Application met.

Ein Bindemittel, z. B. Bitumen oder Silikonkautschuk, verbindet das lose Haufwerk zu einem formbaren Werkstück. Diese Werkstücke können, auch in Verbindung mit weiteren Trägermaterialien, zu baupraktisch anwendbaren Formteilen ausgestaltet sein. A binder, e.g. B. bitumen or silicone rubber, connects the loose pile to a malleable workpiece. These workpieces can, also in connection with further carrier materials to be configured to form parts that can be used in construction.

Der Zusammenhalt solcher Formteile über das Bindemittel ist nach Montage und Kompression des Werkstoffs statisch nicht mehr erforderlich. Es ist sogar vorteilhaft, wenn die einzelnen Sandkörner sich begrenzt gegeneinander verschieben und rotieren können und infolge der Kompression eine möglichst dichte Lagerung einnehmen. Eine geringfügige Verschieblichkeit der Körner gegeneinander ist sogar erforderlich, um das Dilatationsbestreben des Werkstoffs unter Scherbeanspruchung zu wecken. Der bei behinderter Dilatation entstehende Expansionsdruck vergrößert die Verbundwirkung des erfindungsgemäßen Werkstoffs. The cohesion of such molded parts via the binder is after assembly and Compression of the material is no longer required statically. It is even beneficial if the individual grains of sand move and rotate against each other to a limited extent can and as densely as possible due to the compression. A slight movement of the grains against each other is even necessary in order to achieve this Awaken dilatation efforts of the material under shear stress. The at expansion pressure resulting from disabled dilation increases the bond effect of the material according to the invention.

Eine Steigerung der Verbundleistung ist in Abhängigkeit von den Elastizitäts- oder Steifemodulen der die Dilatation behindernden Werkstoffe theoretisch bis zum Kornbruch des Sandmaterials möglich. Bei vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Werkstoffs, z. B. mit Quarzsand, wird die Bruchfestigkeit einer Betonoberfläche für die erzielbare Verbundfestigkeit maßgebend. An increase in bond performance is dependent on the elasticity or Rigid modules of the materials that hinder dilatation theoretically up to grain breakage of the sand material possible. In an advantageous embodiment of the invention Material, e.g. B. with quartz sand, the breaking strength of a concrete surface for the achievable bond strength is decisive.

Eine Mischung aus Split oder Kies als körniges festes Material und Bitumen als Bindemittel ist als Asphalt bekannt. Die Verfestigung resultiert aus Verdichten des Haufwerks und Abkühlen des heißen thermoplastischen Bindemittels. Das Bindemittel hat die Aufgabe, das körnige feste Material zu jedem Zeitpunkt zugfest zu verbinden. A mixture of split or gravel as a granular solid material and bitumen as Binder is known as asphalt. The consolidation results from the compacting of the aggregate and cooling the hot thermoplastic binder. The binder has the The task is to connect the granular solid material to tensile strength at all times.

Im Gegensatz dazu erfolgt die Verfestigung des erfindungsgemäßen Werkstoffs ausschließlich durch Kompression des Haufwerks unter Umgebungstemperatur. Es ist vorteilhaft, wenn das körnige feste Material möglichst beweglich in der Bindemittelmatrix eingebunden ist. Im verdichteten Arbeitszustand des erfindungsgemäßen Werkstoffs hat das Bindemittel keine Tragfunktion. In contrast, the material according to the invention is solidified exclusively by compressing the pile below ambient temperature. It is advantageous if the granular solid material is as flexible as possible in the binder matrix is involved. In the compressed working state of the material according to the invention the binder has no supporting function.

Zur Erzielung der gewünschten Festigkeits- und Dichtigkeitseigenschaften des erfindungsgemäßen Werkstoffs ist es vorteilhaft, das Mischungsverhältnis von Kornmaterial und Bindemittel auf den Anwendungsfall abzustimmen. Für hochfesten erfindungsgemäßen Werkstoff ist möglichst wenig Bindemittel einzusetzen. Der verbleibende Porenraum ist dann mit leicht komprimierbarer oder entweichfähiger Luft oder auspreßbarem Porenwasser gefüllt. Dies erleichtert die Kompression des Werkstoffs. Für wasserdichten erfindungsgemäßen Werkstoff ist das Bindemittelvolumen vorteilhaft so gewählt, das bei Arbeitsfestigkeit des Werkstoffs der verbleibende Porenraum zwischen den Körnern mit Wasser undurchlässigem Bindemittel ausgefüllt ist. Es ist denkbar, eine Kompressionsmethode zu wählen, bei der ausschließlich das feste körnige Material komprimiert und überschüssiges bindiges Material oder Porenwasser ausgefiltert wird. To achieve the desired strength and tightness properties of the The material according to the invention is advantageous in the mixing ratio of grain material and match binders to the application. For high strength Material of the invention is to use as little binder as possible. The remaining one Pore space is then with easily compressible or escapable air or squeezable Pore water filled. This facilitates the compression of the material. For waterproof material according to the invention the binder volume is advantageously chosen so that with working strength of the material the remaining pore space between the Grains are filled with water impermeable binder. It is conceivable one Choose a compression method that uses only the solid granular material compressed and excess cohesive material or pore water is filtered out.

Die zur Verfestigung erforderliche Kompression des erfindungsgemäßen Werkstoffs erfolgt je nach Anwendungsfall unterschiedlich. The compression of the material according to the invention required for solidification takes place differently depending on the application.

Der erfindungsgemäße Werkstoff kann zum wasserdichten Verbinden von Stahlbetontübbings im Tunnelbau eingesetzt werden. Die Problematik insbesondere bei den Tunnellängsfugen im Tübbingverbau besteht darin, dass die Kontaktpressung von Betonoberflächen nicht wasserdicht ist, und die zur Erzielung von Wasserdichtigkeit angeordneten Profilgummis keine Kräfte übertragen können. Mit der Anordnung von Fugenmaterial, dass sowohl wasserdicht ist, als auch Kräfte übertragen kann, werden wirtschaftlichere Tübbingabmessungen ermöglicht. Zudem wird die Umläufigkeit von Sickerwasser um die Profilgummis durch Poren und Mikrorisse des Konstruktionsbetons häufig unterschätzt. Eine Verlängerung des Sickerwegs durch eine infolge Anordnung des erfindungsgemäßen Werkstoffs insgesamt wasserdichtere Fuge vermindert den Wasserandrang ins Tunnelinnere. The material according to the invention can be used for the watertight connection of Reinforced concrete segments are used in tunnel construction. The problem especially with the Longitudinal tunnel joints in segmental lining are that the contact pressure of Concrete surfaces are not waterproof, and that is to achieve waterproofness arranged rubber profiles can not transmit forces. With the arrangement of Jointing material that is both waterproof and can transmit forces enables more economical segment dimensions. In addition, the ease of Leachate around the rubber profiles through pores and micro cracks in the construction concrete often underestimated. An extension of the drainage path by an arrangement the joint of the material according to the invention, which is more waterproof, reduces the Rush of water into the tunnel interior.

Der Werkstoff kann in Form von Platten auf die Tübbingoberflächen aufgeklebt werden. Die Kompression erfolgt automatisch z. B. durch wirksame Ringdruckkräfte zwischen den Tübbings oder kann manuell durch eine Verschraubung der Tübbings erzeugt werden. Das reversible Verfestigungs-/Dehnungsverhalten des erfindungsgemäßen Werkstoffs erlaubt Verformungstoleranzen ohne Tragfähigkeits- oder Dichtigkeitsverlust. The material can be glued to the tubbing surfaces in the form of plates. The compression takes place automatically e.g. B. by effective ring pressure forces between the tubbings or can be created manually by screwing the tubbings become. The reversible hardening / elongation behavior of the invention Material allows deformation tolerances without loss of load capacity or tightness.

Eine Anordnung des erfindungsgemäßen Werkstoffs in Form von Lagerplatten zwischen vorteilhaft profilierten Auflagerflächen von Maschinen und ihrem Fundamentsockel kann sich durch Reduktion der Vorspann- und Dübelkräfte wirtschaftlich vorteilhaft auf die Befestigung der Maschine auswirken. An arrangement of the material according to the invention in the form of bearing plates between advantageously profiled bearing surfaces of machines and their Foundation bases can be economically advantageous by reducing the preload and dowel forces affect the attachment of the machine.

Der erfindungsgemäße Werkstoff kann zur Herstellung von dauerhaften oder temporären Abdichtungskonstruktionen verwendet werden. Denkbar ist die Konstruktion von Klemmkonen, die sich in einem Bohrloch oder Hohlzylinder durch Flüssigkeits- oder Gasdruck selbsttätig festsetzen oder manuell festgesetzt werden. Bei Umhüllung des Werkstoffs mit einer elastischen, nicht adhäsiven Membran kann die Abdichtkonstruktion wegen des reversiblen Verfestigungsverhaltens des erfindungsgemäßen Werkstoffs wiederverwendet werden. The material according to the invention can be used to manufacture permanent or temporary sealing constructions can be used. The construction of Clamping cones that are in a borehole or hollow cylinder through liquid or Set gas pressure automatically or manually. When wrapping the Material with an elastic, non-adhesive membrane can Sealing construction because of the reversible hardening behavior of the material according to the invention be reused.

Nach dem gleichen Wirkprinzip ist die Konstruktion von Rohrschellen denkbar, um große Reibungskräfte auf Rohre in Längs- oder Tangentialrichtung aufbringen zu können. Der erfindungsgemäße Werkstoff kann in Form von Reibplatten zwischen einer dazu vorteilhaft profilierten Schelle und Rohr angeordnet werden. Bei erzielter gleicher Reibungsqualität können die Vorspannkräfte reduziert werden. Using the same principle of operation, the construction of pipe clamps is conceivable to to be able to apply large frictional forces to pipes in the longitudinal or tangential direction. The material according to the invention can be in the form of friction plates between one advantageous profiled clamp and pipe can be arranged. When the same is achieved Friction quality can reduce the preload forces.

Der erfindungsgemäße Werkstoff kann als Ersatz für Spreizhülsen bei handelsüblichen Befestigungen im Mauerwerks- und Stahlbetonbau eingesetzt werden. Das Komprimieren des Werkstoffs erfolgt mit analogen Mechanismen wie zum Festsetzen handelsüblicher Schwerlastbefestigungen. The material of the invention can be used as a replacement for expansion sleeves in commercially available Fastenings are used in masonry and reinforced concrete construction. The Compression of the material is carried out using analog mechanisms such as fixing commercial heavy-duty fastenings.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Werkstoffs ist der perfekte Verbund mit der Betonoberfläche, da sich das körnige Haufwerk des Werkstoffs formgenau an die Rauhigkeit der Betonoberfläche anpassen kann. Im Ergebnis wird bei gleicher aufgebrachter "Spreizarbeit" ein großflächigerer, gleichmäßigerer und damit leistungsstärkerer Verbund mit einer unbeschädigten Betonoberfläche bewirkt. A key advantage of the material according to the invention is the perfect bond with the concrete surface because the granular pile of the material adapts to the shape can adjust the roughness of the concrete surface. The result is the same applied "spreading work" a larger, more uniform and thus more powerful bond with an undamaged concrete surface.

Nach Einbau und Kompression des Werkstoffs verliert das Bindemittel seine Funktion. Die Verbundfestigkeit wird ausschließlich über den Sand geleistet. Sand ist naturgemäß korrosions- und feuerfest. Der erfindungsgemäße Werkstoff beeinträchtigt deshalb nicht die Gebrauchs- oder Tragsicherheit einer Hochlastbefestigung bezüglich Korrosions- oder Brandschutz. After installation and compression of the material, the binder loses its function. The bond strength is achieved exclusively over the sand. Sand is natural corrosion and fire resistant. The material according to the invention therefore does not impair the operational or load safety of a high-load fastening with regard to corrosion or fire protection.

Das Dilatationsbestreben des erfindungsgemäßen Werkstoffs unter Scherbeanspruchung vergrößert die Verbundfestigkeit proportional zur Last, was mit der Tragwirkung von bekannten Hinterschnittankern vergleichbar ist. Dadurch kann eine dauerhafte Tragsicherheit, vergleichbar mit der eines Hinterschnittankers, unter Verwendung eines zylindrischen Bohrlochs erzielt werden. The dilatation effort of the material according to the invention under Shear stress increases the bond strength proportional to the load, which with the load-bearing capacity is comparable to known undercut anchors. This can make it permanent Structural safety, comparable to that of an undercut anchor, using a cylindrical borehole can be achieved.

Der erfindungsgemäße Werkstoff kann als Ersatz für Verpreß- oder Kunststoffmörtel bei handelsüblichen Verbundankern oder chemischen Befestigungen verwendet werden. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Werkstoffs gegenüber den bei handelsüblichen Befestigungen verwendeten ist die sofortige Belastbarkeit der Befestigung nach dem Einbau. Ein weiterer Vorteil kann sich bei dynamischen Beanspruchungen der Verbindung bezüglich Tragsicherheit aus dem reversiblen Verfestigungsverhalten des erfindungsgemäßen Werkstoffs ergeben. The material according to the invention can be used as a substitute for grout or plastic mortar commercially available composite anchors or chemical fasteners can be used. A major advantage of the material according to the invention over the at Commercial fasteners used is the immediate resilience of the fastener after installation. Another advantage can be with dynamic loads the connection with regard to structural safety from the reversible hardening behavior of the material according to the invention.

Als einfachste Konstruktion eines erfindungsgemäßen Dübels kann z. B. ein mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff gefüllter Trinkhalm hergestellt werden. Zur Herstellung eines solchen Dübels kann ein Trink- oder Strohhalm in ein geschmolzenes Sand- Wachsgemisch getaucht werden. Der Halm lässt sich aus in der Geotechnik bekannten Gründen bis zu einer Länge des 6- bis 7-fachen Innendurchmessers stopfen. In ein passendes Bohrloch eingebracht, lassen sich handelsübliche Schrauben eindrehen und Nägel einschlagen. Je passender die Volumina von Bohrloch, Werkstoff und Befestigungsmittel aufeinander abgestimmt sind, desto größer sind die übertragbaren Dübel- und Zugkräfte. Zudem können bohrbedingte Lagetoleranzen zwischen Bohrloch und Werkstückposition ausgeglichen werden. As the simplest construction of an anchor according to the invention can, for. B. one with Filled straws according to the invention are produced. For the production such a dowel, a drinking or straw can be poured into a molten sand Wax mixture to be dipped. The stalk can be made from geotechnics Stuff up to a length of 6 to 7 times the inside diameter. In a suitable drill hole introduced, standard screws can be screwed in and Drive in nails. The more appropriate the volumes of borehole, material and Fasteners are coordinated, the larger the transferable dowel and tensile forces. In addition, drilling-related position tolerances between the borehole and Workpiece position to be compensated.

Zur industriellen Herstellung von erfindungsgemäßen "Öko"-Dübeln ist die Ummantelung eines Naturfaserkerns aus Hanf, Kokos, o. ä. mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff oder eine ähnliche Faserverbundkonstruktion denkbar. Bei einem Vertrieb als "Meterware" ist das bedarfsgerechte Ablängen und Anwenden und damit ein sehr wirtschaftlicher Einsatz des erfindungsgemäßen Werkstoffs möglich. For the industrial production of "eco" dowels according to the invention Sheathing a natural fiber core made of hemp, coconut, or the like with the invention Material or a similar fiber composite construction conceivable. With a sales as "By the meter" is cutting to length and using it according to requirements and thus a very great deal economic use of the material according to the invention possible.

Claims

1. Material for the transmission of pressure and shear forces in construction technology, in particular in reinforced concrete construction, consisting of a solidified material mixture, characterized in that the material mixture consists of a pile of solid granular material and at least one compressible, cohesive material, and the solidification only by compression the material mixture or the pile.

2. Material according to claim 1, characterized, that the pile of plastic, ceramic, diamond or glass fragments, mineral sand, quartz sand or metal chips or mixtures thereof.

3. Material according to claim 1 and 2, characterized, that the compressible cohesive material made of glue, wax, bitumen, rubber, Rubber, silicone rubber, polymer or adhesive or mixtures thereof or in a mixture with gas or liquid.

4. Material according to claim 1 to 3, characterized, that the material in connection with carrier materials to composite structures is designed.

5. Material according to claim 4, characterized, that at least one carrier material consists of synthetic or natural fibers.

6. Material according to claim 1 to 5, characterized, that the material is reusable.

7. Material according to claim 1 to 6, characterized, that the material between a profiled steel surface and a Concrete surface arranged and impervious to liquids.

8. Material according to claim 1 to 6, characterized, that the material is placed between two concrete surfaces and for Liquids are impermeable.

9. Material according to claim 1 to 6, characterized, that the material is placed between two material surfaces and for gases or liquids are impermeable.