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Verwendung von Walzdraht für Verbundsysteme Die Erfindung bezieht
sich auf Walzdraht aus Massenstahl, der in Verbundsystemen mit Haftverbund Verwendung
finden soll. Massenstahl bezeichnet dabei z03. Stahl der folgenden grundsätzlichen
Zusammensetzungen: C Si Mn S P N % % % % % % % 0,15 o,os 0,80 0,030 0,040 o,oo8
0,10 0,05 0,50 0,030 0,040 0,005 Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.
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Verbundsysteme im Sinne der Erfindung sind beispielsweise, aber nicht
beschränkend, mit Kunststoff ummantelter Stahldraht, verzinkter Stahldraht, Stahlbeton,
auch vorgespannter Stahlbeton Allgemein möge der den Stahldraht umgebende Werkstoff,
gleichgültig ob es sich um eine dünne oder dicke Ummantelung bzwc Einbettung handelt,
als Einbettungswerkstoff bezeichnet werden. Der Stahldraht kann zur Verwendung in
solchen Verbundsystemen runden oder auch anders profilierten Quers¢hnStt aufweisen,
beispielsweise als Rippenstahldraht mit oder ohne Torsion ausgeführt sein. Werden
gleichzeitig für den Stahldraht hohe Streckgrenze und gute Dehnung verlangt und
mit den bei Walzdraht üblichen Maßnahmen angestrebt, so wird der Verbund Stahldraht
/ Einbettungswerkstoff beeinträchtigt. Das ist besonders dann der Fall, wenn We¢hseldehnungs-
oder Wechselbiegebeanspruchungen aufzunehmen sind Stets gilt das Problem, eine gute
Haftung zwischen Stahldraht und Einbettungswerkstoff zu erzeugen. Dieses Problem
ist dann besonders schwer zu lösen, wenn der eing2bettete Stahldraht, um besonders
hohe Festigkeitswerte zu erreichen, kalt verformt wurde (beispielsweise durch Ziehen)
und dadurch eine sehr glatte und zur Haftung ungeeignete Oberfläche erhalten hat.
Man hat dieses Problem dadurch zu lösen versucht, daß man den Stahldraht an seiner
Oberfläche profiliert. Diese Profilierung kann auf verschiedene Arten erfolgen,
z.B bei der Warmwalzung mit profilierten Walzen oder durch Aufdrücken eines Profils
auf bereits kaltverformtes, z.B.
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gezogenes Material. Nach Aufbringen eines Profils durch Warmwalzen
entsteht wegen der rauhen Oberfläche des warmgewalzten Materials in Verbindung mit
dem Profil ein guter Haftverbund. Dieser Haftverbund wird auch nicht beeinträchtigt,
wenn
z. B. profilierter Stahldraht oder Walzdraht einer Kaltverformung, die das Profil
unbeschädigt läßt, z.
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B. durch Verdrillen zur Verfestigung unterzogen wird. - So arbeitet
man insbesondere bei Stahldraht, der für Stahlbeton bestimmt ist. Nach der beschriebenen
Methode lassen sich Jedoch, wenn man keine kostspieligen Legierungsmetalle verwenden
will, nur Stahldrähte bis zu einer Streckgrenze von etwa 42 kg/mm2 erzeugen. Auch
der Zusatz von Kohlenstoff zur Vergrößerung der Festigkeit bringt hier keinen Ausweg,
da sich dann die Schweißbarkeit verschlechtert. Infolgedessen werden vielfach Stahldrähte
höherer Festigkeit vor dem Profilieren kaltverformt. Dabei verringert sich Jedoch
die Dehnung erheblich, so daß er gegen Kerbwirkungen empfindlich wird. Außerdem
wird die Oberfläche sehr glatt und damit im Prinzip für einen Verbund ungeeignet.
Beim Eindrücken des Profils in kalten Stahldraht entstehen außerdem am uebergang
des Profils in dem unverformten Querschnitt Spannungsspitzen, die einen Bruch an
dieser Stelle fördern. Man hat infolgedessen versucht, an dieser kritischen Stelle
scharfe Ubergänge zu vermeiden und bestimmte Krümmungsradien vorgeschrieben, ohne
Jedoch diesen Fehler vermeiden zu können.
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Außerdem hat man bei Z@ z. 3. Betonstahl die Profilierung schräg
zur Stabachse angeordnet, um beim Biegen des Stabes einen Bruch in der Profilkerbe
zu vermeiden.
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Grundsätzlich wird von einem für Verbundsysteme geeigneten Stahl verlangt,
daß sein Spannungs-Dehnungsdiagramm bis zu möglichst hohen Spannungen dem Hooketschen
Gesetz folgt, d. h. linear verläuft. Üblicherweise definiert man die Belastbarkeit
durch Angabe der "Streckgrenze", d. h. Angabe
des Punktes, an dem
die Spannungs-Dehnungs-Linie um 0,2 % Dehnung vom linearen Verlauf abweicht. Diese
Forderung ist besonders wichtig auch für das Verbundsystem von Stahl mit Beton.
Xaltverformter Stahl erfüllt diese Bedingung zwar recht gut, ist Jedoch verbesserungsfähig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch das Drahtziehen
und/oder Kaltwalzen bedingten Nachteile mit einfachen Mitteln und geringem Aufwand
zu vermeiden bzw. zu vermindern. Es soll der Praxis ein Walzdraht zur Verfügung
gestellt werden, der auch bei hoher Dehnung und hohen Dehnungsbeanspruchungen, selbst
Wechseldehnungs oder Wechselbiegebeanspruchungen, in Verbundsystemen der eingangs
beschriebenen Art guten Haftverbund zeigt.
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Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Walzdraht im Bereich
der eingangs angegebenen Analyse, der durch Biege- oder Torsionsverformung eine
Kaltverfestigung in der Randzone und danach ein Anlassen bei Temperaturen von 100
-3000 c errahren hat >für Verbundsysteme mit Haftverbund zwischen dem Stahldraht
und einem Einbettungswerkstoff bei hoher Streckgrenze sowie Dehnung des Strahldrahtes.
Der Walzdraht kann rund oder profiliert sein, insbesondere kann es sich um Rippenstahldraht
handeln. - Der bei der erfindungsgemaßen Verwendung erreichte Verbund ist überrarrhend
gut, und zwar auch dann, wenn hohe Dehnungsbeanspruchungen aufzunehmen sind. Nach
bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird im Rahmen der erfindungsgemäßen Verwendung
mit erhöhtem Stickstoffgehalt des Werkstoffes für den Walzdraht, vorzugsweise mit
Stickstafgehalt von über 0,008 Gew.
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% gearbeitet. Optimale Eigenschaften des gut haftfähigen Walzdrahtes
erreicht man, wenn in Kombination zu den beschriebenen Maßnahmen der Walzdraht vor
der Kaltverfestigung aus der Walzhitze heraus mit einer AbkUhlungsgeschwindigkeflt
(durchschnittlich) von mehr als 100 C/Min auf 150-550Q C abgekUhlt worden ist, weitere
Abkühlung an Luft Dazu wird zweckmäßigerweise mit einem Fließbett aus fluidisierten
Wärmeträgern gearbeitet. Wird im Rahmen der elftndungsgemäßen Verwendung Biegeverformung
eingesetzt, so empfiehlt die Erfindung, daß die Randbiegedehnung mindestens 1 %,
bevorzugt Jedoch sogar etwa 10 % beträgt. Im Rahmen der Erfindung reicht häufig
ein einziger Biegevorgang. Homogenere Eigenschaften und auch höh-ere Verfestigung
erreicht man, wenn bei Biegeverformung die Biegung um zwei parallele Biegeachsen
mit unterschiedlichem Biegesinn erfolgt. Biegesinn bezeichnet dabei die Richtung
der Biegung, mathematisch den Krümmungsradius der in einer Richtung positiv und
in dazu entgegengesetzter Richtung negativ definiert werden möge. Optimale Homogenität
und Verfestigung bei Xtimaler Neigung zu Haftverbund erreicht man im Rahmen der
erfindunB8-gemäßen Verwendung dadurch, daß die Biegung um zueinander um 900 versetzte
Biegeachsen> vorzugsweise um vier verschiedene Biegeachsen, deren Je zwei zueinander
parallel orientiert sind, erfolgt.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind in dem einwandfreien
und allen Beanspruchungen, selbst extremen Dehnungsbeanspruchungen und Wechseldehnungs
sowie Wechselbiegebeanspruchungen gewachsenen Verbund zwischen Stahldraht und
Einbettungswerkstoff
im Rahmen der erfindungsgemäßen Verwendung zu sehen. Gleichzeitig erreicht man für
den Stahldraht gegenüber den bekannten Maßnahmen erhöhte Streckgrenze sowie erhöhte
Dehnung, so daß die Verbundsysteme auch hohe Dehnungsbeanspruchungen aufzunehmen
in der Lage sind oder der Stahldraht im Verbundsystem (z. B. bei Spannbeton) mit
sehr großer Dehnung eingesetzt werden kann. - Die Oberfläche eines zur erfindungsgemäßen
Verwendung behandelten Walzdrahtes ist als technisch zunderfrei anzusehen.
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Ihre Oberflächenfeinheit ist infolge durchgedrückter Körner des Gefüges
noch rauher als am nicht behandelten Walzdraht, worauf der überraschend gute Verbund
zurückgeführt wird. Die Oberflächengrobgestalt eines warmeingewalzten Profils verändert
sich durch die Biege- oder Torsionsverformung praktisch nicht. Im Gegenteil; vorste
nnde Profile zeigen in besonders starkem Maße Aufrauhung durch '|durchgedrtokte
K6rnerßfs was sich für den Verbund besonders vorteilhaft auswirkt.
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Von Vorteil ist fernerhin, daß bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise
die Härtung des Materials vorwiegend in dem Bereich starker Kaltverformung an der
Oberfläche des Stahles erfolgt. Im Kern bleibt eine hohe Dehnung infolge der geringeren
Verfestigung erhalten. Die Kombination von weichem Kern mit nfester" Randzone bewirkt
über raschend einen besonders günstigen Verlauf des Spannungs-Dehnungsdiagramms,
d. h. der Verlauf folgt ohne Abweichung bis zu hohen Spannungen exakt einer Hooketvehen
Geraden.
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Dieser exakt gerade Verlauf wird mit klassisch kaltverformtem Material,
wie Ublichem Betonstahl, nicht erreicht
und bedingt besonders gtinstige
Verbundeigenschaften des erfindungsgemäß behandelten Stahldrahtes, speziell mit
Beton.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs beispieles
ausführlicher erläutert: Ein Stahl mit 0,15 % C, 0,05 % Si, 1,0 % Mn, 0,040 % P,
0,025 % S und 0,015 % N wurde auf 12 mm Durchmesser zu als Stabstahl bezeichnetem
Walzdraht gewalzt und bei der Walzung wurde von 1050 ° C auf 9000 C mit Wasser und
anschließend in einem Fließbett auf 4500 C gekühlt. Die mittlere Abkühlgeschwindigkeit
von 10000 C auf 4500 C betrug 15° C/sec. Es ergaben sich folgende mechanische Werte:
Zugfestigkeit Streckgrenze Bruchdehnung (lOxd) kg/mm2 kp/arm2 56 37 25 Anschließend
wurde der Walzdraht zweimal um eine Rolle von 80 mm pl gebogen mit einem Umschlingungswinkel
von 1800, -wobei die Biegeachsen um 900 versetzt waren. Nach dieser Kaltverformung
(Randverformung 10 %) ergaben sich folgende mechanische Werte: Zugfestigkeit Streckgrenze
Bruchdehnung (10cd) kg/mm2 kg/mm2 63 53 13
Nach der Biegung wurde
das Material in einer BUgelrichtmaschine gerichtet. Das Richten führte erwartungsgemäß
zu einem Abfall der Festigkeitswerte: Zugfestigkeit Streckgrenze Bruchdehnung (lOxd)
kg/mm2 kg/mm2 62 47 18 Die gerichteten Stäbe wurden bei 2200C 5 min. angelassen
(Verweilzeit im Ofen 30 min). Auf diese Anlaßbehandlung kann au
ver in aer beschriedenen weise vorBereStete walzdraht wurde in einen Betonklotz
der Güteklasse B 300 nach DIN eingebettes. Gleichzeitig würde ein Walzdraht identisch
gleichen Durchmessers, der in der eingangs beschriebenen klassischen Weise vorbereitet
worden war, mit Rippenprofil kalt aufgewalzt, in den Betonklotz eingebettet. Nach
Erhärten des Betons wurden die Stäbe aus dem Betonklotz herausgezogen. Die dazu
erforderliche Kraft wurde gemessen. Bei dem erfindungsgemäß verwendeten Walzdraht
lag diese Kraft um 50 % höher als bei dem in klassischer Weise vorbereiteten und
durch Kaltwalzen mit Rippenprofil versehenem Stab.
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In einem weiteren Versuch wurde ein in der beschriebenen Weise erfindungsgemäß
vorbereiteter Stab mit einer Kunststoffumfüllung aus hart-eingestelltem Polyvinylchlorid,
Dicke etwa 2 mm, umgeben. Danach wurde dieser Stab bei einer Dehnung von 10 % einer
Wechselbiegebeanspruchung unterworfen. Die
Zahl der Lastwechsel
bis zum Abplatzen der Ummantelung wurde gemessen. Sie lag um 75 % höher als bei
einem in klassischer Weise vorbereiteten und durch Kaltwalzen mit Rippenprofil versehenen
Stab gleichen Durchmessers und gleicher Profilierung.
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Ansprüche -