DE19815301A1

DE19815301A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Fertigen von Betonstrukturen durch Oberflächenhärtung

Info

Publication number: DE19815301A1
Application number: DE1998115301
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr Brosig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1998-04-06
Publication date: 1998-10-01
Also published as: DE19829718A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft die rationelle Fertigung von Betonstrukturen, besonders solcher, die sich in eine Richtung erstrecken.

Stand der Technik

Gängigste Praxis im Betonbau ist es, Schalungen zu erstellen, diese Scha lungen mit Beton zu füllen und nach hinreichendem Erhärten des Betons die Schalungsteile zu entfernen. Nachteil ist die große Menge an verwendetem Schalungsmaterial, dessen Auf- und Abbau und Reinigung. Durch Verwen dung von verlorenen Schalungen erspart man sich den Abbau und die Reini gung, dafür benötigt man mehr Schalungen.

Im "Beton Lexikon" (1990, Beton-Verlag GmbH, Düsseldorf) und im "Lexikon Bauingenieurwesen" (1991, VDI-Verlag GmbH) werden auch Kletterschalun gen beschrieben, die für ein im Grundriß im wesentlichen gleichbleibendes turmartiges Gebäude in regelmäßigen Taktzeiten absatzweise nach oben ge zogen werden. Gleichfalls werden Gleitschalungen beschrieben, die vertikal Türme, Hochhauskerne oder Wände und horizontal Fahrbahnplatten erzeu gen. Bei vertikal gleitender Schalung beträgt dabei die Gleitgeschwindigkeit 20 bis 80 cm/Std. Höhere Geschwindigkeiten sind wegen der noch nicht er folgten Aushärtung des Betons dabei nicht möglich.

Ein Spezialfall horizontaler Gleitschalungen sind auch Ziehschalungen (waagerecht auf dem Boden bewegte Teilschalungen), die in Betonwerken für die Herstellung von balken- und plattenförmigen Erzeugnissen verwendet werden.

Speziell für Fahrbahnen existieren schon Gleitfertiger (Gleitschalungs fertiger), die mehr als 100 Meter Fahrbahn pro Tag erstellen können, doch sind diese für den Bau fester Fahrbahnen unter Gleisen zu ungenau. Be sonders nach Stillstandszeiten und Betonwechsel ergeben sich nämlich bei herkömmlichen Gleitfertigern Schwankungen von mehr als 1 Zentimeter, wo hingegen die erlaubten Toleranzen nur 1 bis 2 Millimeter sind. Daher ist bis her beim Einsatz von Gleitfertigern für feste Fahrbahnen eine aufwendige Nachbearbeitung der hinter dem Gleitfertiger austretenden Bahn im festen oder noch weichen Zustand nötig, bevor die Schienen aufgebracht werden können.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welches bzw. welche es erlaubt, Betonstrukturen ohne viele Schalungsteile zu errichten. Eine spezielle Aufgabe der Erfindung ist es, dies mit gleitenden Schalungsteilen zu tun, und zwar genauer und schneller als bisher, wobei diese Betonstrukturen sich bei gleichbleibendem oder wenig verändertem Querschnitt in einer Dimension mehr oder weniger lang erstrecken. Speziell bei festen Fahrbahnen soll das Verfahren vor allem die Genauigkeit bei der Fertigung verbessern.

Darstellung der Erfindung

Das Grundprinzip des Verfahrens besteht in einer schnellen Oberflächenhär tung des Betons. Dadurch wird ein noch weicher Betonkern von einer schon erhärteten Schale umgeben, welche ähnlich einer verlorenen Schalung wirkt, mit dem Unterschied allerdings, daß kein scharfer Übergang zwischen Schale und weichem Kern existiert, sondern ein Übergangsbereich durch alle Festig keitszwischenbereiche. Durch den relativ breiten Übergangsbereich zwischen schneller Härtung außen und langsamer Härtung im Inneren treten daher auch keine großen Spannungen auf.

Die Oberflächenhärtung geschieht bevorzugt chemisch mittels Abbindebe schleunigern, wie sie z. B. im Spritzbeton oder anderen schnell abbindenden Betonsorten eingesetzt werden, doch ist im Falle von Polymerbeton auch z. B. eine Strahlungshärtung möglich. Oberflächenhärtung durch Hitzeeinwirkung (z. B. auch durch Mikrowellen) beschleunigt unerwünschte Nebenreaktionen und erzeugt Spannungen und ist bei Beton selbst nicht praktikabel.

Im einfachsten Falle wird der Abbindebeschleuniger einfach auf die Betonoberfläche aufgesprüht und dann mit einem flächigen Rüttler darüber gefahren. Dies ist jedoch nur bei solchen Strukturen möglich, bei denen der Beton nicht wegfließt (im wesentlichen also horizontale Strukturen). Für Strukturen, die sich bei im wesentlichen gleichbleibendem Querschnitt in einer Richtung erstrecken, empfiehlt sich die Verwendung von Vorrichtungen ähnlich denen von Gleitschalungen oder Gleitfertigern.

Da der hinten aus der Gleitschalung austretende Beton dann keine Formän derungen mehr erfährt, ist es bei Anwendung exakt gearbeiteter und genau geführter Gleitschalungen möglich, mit sehr geringen Toleranzen Betonstruk turen, z. B. Brückenpfeiler, aber auch feste Fahrbahnen, herzustellen.

Prinzipiell ist es dabei auch denkbar, daß die Gleitschalung während ihres Vormarsches ihren Querschnitt sukzessive ändert.

Die Oberflächenhärtung des Betons erfolgt, wie bereits erwähnt, bevorzugt auf chemischem Wege durch Abbindebeschleuniger. Der Beschleuniger wird dabei durch Zuführungen, z. B. Düsen oder Öffnungen in der Gleitschalung, bevorzugt erst ab solchen Stellen des Gleitfertigers auf oder in die Beton oberfläche eingebracht, ab denen keine Verkleinerung des Querschnitts der Schalung bis zur Austrittsöffnung mehr stattfindet; dies beugt einem mögli chen Verstopfen der Vorrichtung bei zu schnellem Festwerden (oder bei Stillstand der Maschine) vor. (Auch ein Aufsprühen ist möglich, an das sich ein Eindiffundieren in die Oberfläche oder Einmischen in die Oberfläche an schließt.)

Bis zur Stelle der Zuführung des Abbindebeschleunigers sollte der Beton schon weitgehend die gewünschte Dichte und Form erreicht haben. Die Schalung sollte auch bevorzugt ab etwa der Einbringstelle des Abbinde beschleunigers für festen Beton schlecht haftend ausgebildet sein, so daß auch nach einem freiwilligen oder unfreiwilligen Stillstand der Gleitschalung, z. B. bei einer Betonnachfüllung oder irgendwelchen Schwierigkeiten, der sich rasch verfestigende Beton nicht mit der Gleitschalung verbindet. Als Antihaft beschichtungen eignen sich in einer billigen Variante schon einfache Polye thylen oder Polypropylen-Beschichtungen oder Platten (vorzugsweise aus tauschbar).

Bessere Antihaft-Beschichtungen sind aus der Küchentechnik bekannt. Te flon ist ein Beispiel.

Es ist auch möglich, dünne Folien zwischen Gleitschalung und schnell erhär tendem Beton abzurollen.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß der Teil der Gleitschalung hinter den Zuführungen für den Abbindebeschleunigers relativ zur Betonoberfläche in Bewegung gehalten wird, auch wenn die Gleitschalung als ganze steht. Dies ist z. B. durch eine Konstruktion ähnlich wie bei einem Bandschleifer möglich, bei dem ein Band über eine ebene Anpreßfläche gezogen wird.

Eine bandschleiferähnliche Konstruktion ermöglicht aber auch gerade das umgekehrte, nämlich, daß das (Anti-Haft-)Band sich gerade mit solcher Ge schwindigkeit in Gegenrichtung zur Vormarschrichtung des Gesamtgerätes bewegt, daß Band und Beton relativ zueinander still stehen (oder nur eine geringe Relativbewegung ausführen).

Im speziellen Anwendungsfall der Herstellung fester Fahrbahnen ist es damit bei genauer Prozeßführung auch möglich, noch vor dem Einbringen des Ab bindebeschleunigers in die Oberfläche z. B. maßgenau Dübel für spätere Schienenbefestigungen einzubringen, die dann nach der Verfestigung der Oberfläche immer noch an ihrem Platz sitzen. Bei Stillstand der Schalung kann dann das Band durch leichte Bewegung (z. B. hin und her) am Anhaften gehindert werden. Vorteil des mit Relativgeschwindigkeit 0 oder nahe 0 zum Beton mitlaufenden Bandes ist auch, daß kaum Reibungsverschleiß am Band auftritt. Dadurch können auch bessere und teurere Antihaftbeschich tungen verwendet werden. Nachteil ist aber weiterhin die aufwendigere Kon struktion.

Um auch beim einfachen Aufbau eines Gleitfertigers eine genaue Schienen befestigung zu erreichen, kann auf herkömmliche Weise nachher im oberflä chengehärteten oder durchgehärteten Beton gebohrt werden. Im oberflä chengehärteten Beton ist dies noch viel schneller, einfacher und mit weniger Verschleiß der Bohrer verbunden, als im durchgehärteten.

Es ist auch möglich, eine neue Art von Dübel zu verwenden: Dabei wird noch vor Einbringen des Abbindebeschleunigers in die Beton oberfläche ein Kunststoff- oder Holz- (bevorzugt Hartholz-)körper ungefähr an der späteren Stelle des Dübels in die Betonoberfläche eingesteckt. Der Körper hat eine solche Ausdehnung, daß er auch nach eventuellen Ver schiebungen während des Darübergleitens der Schalung noch so liegt, daß er als Befestigung dienen kann. In diesen Körper werden nachher die Boh rungen für die Bolzen maßgenau eingebracht (aufgrund des Materials sehr einfach, schnell und mit wenig Verschleiß), so daß der eingegossene Körper selbst zu einem (häufig etwas asymmetrischen) Dübel wird, in den der Bolzen unter Spannung eingedreht wird. Bei thermoplastischen Kunststoffen können auch mittels heißer Zapfen Löcher hergestellt werden.

Um eine gute und gleichförmige Oberflächenhärtung zu erzielen, muß der Beschleuniger homogen in der wäßrigen Phase des Betons an der Oberflä che verteilt werden. Dies geschieht durch zusätzliche Rüttler bzw. Vibratoren im Bereich der Zuführungen. Über die Frequenz(en) der Schwingungen kann dabei die Tiefe eingestellt werden, bis zu der eine Durchmischung eintritt, denn der Beton absorbiert Schwingungen unterschiedlicher Frequenz in un terschiedlichem Ausmaße. Niederige Frequenzen dringen tief ein, sehr hohe Frequenzen durchmischen nur sehr an der Oberfläche. Ultraschall wirkt oberflächlich, aber sehr schnell und homogen. Eine wichtige Rolle spielt die Dauer der Einwirkung. Bei langer Dauer, tiefeindringenden Schwingungen und nicht zu schnell wirkenden Abbindebeschleunigern ist es zumindestens bei dünneren Strukturen daher auch möglich, nicht nur die Oberfläche schnell zu härten, sondern auch durchgehend das ganze Objekt. Sehr schnelle Be schleuniger blockieren durch die schnelle Abbindung des Betons das tiefere Eindringen größerer Mengen von sich selbst und erzeugen eine Härtung nur nahe der Oberfläche.

Die Menge und Art des aufgebrachten Beschleunigers richtet sich nach der gewünschten Tiefe der Durchhärtung und der Geschwindigkeit der Durchhär tung. Häufig ist es besser, eher weniger als den theoretischen Wert aufzu bringen, um Überkonzentrationen zu vermeiden und dafür eine etwas längere Härtungszeit in Kauf zu nehmen. Es ist auch in Rechnung zu stellen, daß die Konzentration des Abbindebeschleunigers sich nicht sprunghaft von der harten Schale zum weichen Kern ändert, sondern ein kontinuierlicher Über gang stattfindet. Näherungsweise kann man für die gewünschte Schalendic ke etwa die halbe Menge, wie man sie für das Volumen der Schale berech nen würde, verwenden.

Der Schalungsteil hinter den Zuführungen des Abbindebeschleunigers bis zur Austrittsöffnung ist bevorzugt länger als der theoretisch nötige Wert, um ge gen Unregelmäßigkeiten der Aushärtegeschwindigkeit gewappnet zu sein. Ein Faktor zwei ist in dem allermeisten Fällen voll ausreichend. Um hohe Ge nauigkeiten der Abmessungen der Betonstruktur zu erreichen, ist dieser Be reich auch besonders biegesteif und vorzugsweise auch schwer ausgeführt, da eine hohe Masse sich durch ihre schiere Größe Störungen im Verfahrens ablauf, wie z. B. Schwingungen oder Ruckeln des Gerätes, passiv wider setzt.

Bei einer Härtungszeit der Oberfläche von 2 Minuten und einer Länge von den Zuführungen des Abbindebeschleunigers bis zur Austrittsöffnung von 2 Metern (doppelter theoretischer Wert), kann der Gleitfertiger somit mit einer Geschwindigkeit von 1 Meter/2 Minuten, d. h. 30 Meter pro Stunde fortschrei ten. Bei 10 Arbeitsstunden sind das 300 Meter am Tag. Wird rund um die Uhr gearbeitet, so erreicht man 720 Meter pro Tag. Wird die Aushärtezeit auf eine Minute halbiert, verdoppelt sich die Geschwindigkeit in diesem Ausführungs beispiel.

Von besonderem Vorteil ist es, vor allem beim Betonieren von Säulen und anderen vertikalen tragenden Strukturen, wenn die Schnellverfestigung bis in den Bereich der Bewehrung reicht, da dann der schnell verfestigte Beton auch schon Zugkräfte aufnehmen oder Druckkräfte in Zugkräfte umwandeln und weiterreichen kann.

Im Falle von Polymerbeton kann eine Oberflächenhärtung auch durch Be strahlung oder Erwärmen stattfinden. In diesem Falle weist die Gleitschalung ab der Stelle, ab der keine Querschnittsänderung mehr stattfindet, starke UV- Beleuchtungsanlagen (bevorzugt durch Quarzglas hindurch) oder Heizele mente (Strahlung oder Wärmeleitung) auf.

Wärme dringt dabei tiefer ein als Strahlung. Durch kationische Katalysatoren läßt sich jedoch die Polymerisation auch bei Beleuchtung in die Tiefe brin gen, da die entstehende reaktive, die Polymerisation startende Spezies rela tiv langlebig ist und durch Konvektion beim Vorübergleiten der Schalung in tiefere Bereiche befördert wird.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Betonstrukturen, dadurch gekennzeichnet, daß der noch weiche Beton einer Betonstruktur an seiner Oberfläche oder Teilen seiner Oberfläche wesentlich, nämlich mindestens zwei mal, schneller gehärtet wird als in seinem Inneren, wo durch eine Betonstruktur mit harter Schale und weichem Kern entsteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenhärtung durch Abbindebe schleuniger erfolgt, die auf die Oberfläche der Struktur aufgetragen wer den.

3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbindebeschleuniger durch Rütt ler/Vibratoren in die Oberfläche eingerüttelt werden.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbindebeschleuniger bei einer Gleit schalung ab etwa einer Stelle, ab der keine Querschnittsänderung der Schalung mehr stattfindet, der Betonoberfläche zugeführt wird.

5. Gleitschalung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens folgende Komponenten aufweist:

a) eine Betonzuführung
b) Schalungsteile, die dem Beton eine Form verpassen
c) Rüttler, die den Beton verdichten
d) Zuführungen für Abbindebeschleuniger
e) Rüttler/Vibratoren, die den Abbindebeschleuniger in die Oberfläche einmischen.

6. Gleitschalung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß hinter den Zuführungen des Abbindebe schleunigers noch exakt bemessene Schalungsteile sitzen, die den Beton während des Oberflächenaushärtungsprozesses in der gewünschten Form halten.