DE19903304A1 - Gewebematte als Mikrobewehrung mit integrierten Verdrängungskörpern - Google Patents
Gewebematte als Mikrobewehrung mit integrierten VerdrängungskörpernInfo
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Abstract
Gewebematten mit integrierten Verdrängungskörpern (Bild 1) sind die Basis für einen mikrobewehrten Hochleistungsbeton. Das gewünschte Materialverhalten, ob hohe Tragfähigkeit und/oder extrem großes Plastifizierungsvermögen in Kombination mit Rissefreiheit, hoher Dauerhaftigkeit, großer Energieabsorption, Dichtheit, hoher Schlagfestigkeit, hoher Wärmeleitfähigkeit kann durch Variation im Mattenaufbau zielsicher eingestellt werden. Das Herstellungsverfahren des Verbundwerkstoffes ist durch Auslegen der Gewebematten mit anschließender Mörtelinfiltration gekennzeichnet. Die integrierten Verdrängungskörper ermöglichen durch Variation der Rohdichte eine Gewichtsregulierung von extrem leicht bis ultra schwer. Die Ausführung einer Matte mit Hohlkörpern bewirkt die größtmögliche Gewichtsreduzierung des Bauteils und ermöglicht größere Mattenabmessungen für den Einbau per Hand oder größere vorgefertigte Betonelemente, wodurch der Baufortschritt beschleunigt wird. Die Ausführung einer Matte mit Schwerzuschlag ist sinnvoll für Bauteile, bei denen ein hohes Gewicht gefordert wird, z. B. zur Auftriebssicherheit von unter Wasser stehenden Bauteilen oder Strahlenschutzbeton. DOLLAR A Die freie Formbarkeit der Matten und ein entsprechender Mattenstoß eröffnen Ausführungen als Baukastensysteme (Bild 9) oder als beliebige Querschnitte (Bild 10, 11). DOLLAR A Die Materialeigenschaften des mikrobewehrten Verbundwerkstoffes, basierend auf einer Gewebematte mit integrierten Verdrängungskörpern, und die hohe ...
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine vorzugsweise aus Mikrogeweben bestehenden Matte mit
integrierten Verdrängungskörpern zur Bildung tragender und abdichtender Betonbauteile durch
Infiltration von Zementmörtel. Das Gesamtsystem ist ein Verbundwerkstoff, bestehend aus dem
vorgestellten Mattensystem mit einem hydraulischen Bindemittel. Durch Variation der
geometrischen Form und des Gewichtes der Verdrängungskörper sowie des Gewebematerials
kann je nach Anforderung das Materialverhalten des Verbundwerkstoffes eingestellt werden.
Der Werkstoff des Gewebes ist beliebig wählbar. Vorzugsweise besteht die Matte aus Metall
oder Kunststoff.
Ziel: Optimierung von mikrobewehrten, zementgebundenen Bauteilen durch Gewichts
reduzierung bei gleichbleibend hoher Verschleißfestigkeit, hoher Schlagfestigkeit, hoher
Dauerhaftigkeit, hoher Tragfähigkeit, hoher Duktilität, minimalen Rißbreiten und die
Nichtbrennbarkeit etc. des Verbundmaterials. Verdrängungskörper dienen zur
Gewichtsregulierung des Verbundwerkstoffes und gleichzeitig als Abstandhalter der
Mikrobewehrung.
Die Herstellung des herkömmlichen Stahlfaserbetons erfolgt über die Zugabe von Fasern zum
Beton während des Mischvorganges. Die Anforderungen an die Verarbeitbarkeit des Betons
verlangen eine obere Begrenzung des Fasergehaltes auf ca. 2,0 Vol.-%. Dieser geringe
Fasergehalt führt zu keinen nennenswerten Steigerungen der Festigkeiten gegenüber
faserfreiem Beton. Erst durch die Entwicklung des SIFCON-Verfahrens [1] mit hohen
Fasergehalten von 10-20 Vol.% konnten im Vergleich zum faserfreien Beton die
Materialeigenschaften, wie Festigkeit, Duktilität, Energieabsorption, Dauerhaftigkeit deutlich
verbessert werden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlfasern erst
ausgestreut werden und anschließend in das entstandene Fasergerüst ein fließfähiger Mörtel
infiltriert wird. Allerdings ist die Herstellung von SIFCON durch das Ausstreuen und Nivellieren
des Faserbettes sehr zeitaufwendig und kostenintensiv und nimmt daher nur eine
Nischenfunktion für vereinzelte Sonderanwendungen im Betonbau ein. Zudem ist der
Fasergehalt nicht unmittelbar zielgerichtet steuerbar. SIFCON ist durch den Einsatz von
Fasermatten zu SIMCON (Slurry Infiltrated Mat CONcrete) [2] modifiziert worden. Der geringe
Stahlgehalt dieses Fasermattensystems von Vf ≦ 3,0 Vol.% für horizontale Bauteile, die häufig
unebene Mattenoberfläche mit herausstehenden Fasern, das schwierige Handling und das
spröde Materialverhalten bei SIMCON machen eine Neuentwicklung erforderlich.
Ein Fasergehalt von 3 Vol.% reicht nicht aus, um den Anforderungen an einen leistungsfähigen
Verbundwerkstoff für die in Tab. 1.3 genannten Anwendungen zu erfüllen. Der Fasergehalt läßt
sich nur durch ständige Komprimierung, beispielsweise mittels zweier Schaltafeln, auf 5,7 Vol.-%
steigern. Diese Maßnahme ist für eine flächenmäßige Ausführung nicht möglich. Gemäß den
Angaben des Herstellers sind aufgrund dieser Probleme bis Dato keine theoretischen
Anwendungen ausgeführt worden. Der Zusammenhalt der Fasermatte wird lediglich durch das
ineinander Verhaken der langen Fasern gewährleistet, so daß sich Matte bei einem Transport
per Hand sofort zerteilt.
Das SIMCON-Verfahren ist im Rahmen einer Forschungsarbeit des Erfinders [3] zu einem
technisch und wirtschaftlich sinnvollen System weiterentwickelt worden. Aus den in [3]
neuentwickelten Mattenaufbauten läßt sich eine weitere deutliche Verbesserung der
Mattensysteme durch Integration von Verdrängungskörpern und der optionalen Vorspannung
dieses Verbundwerkstoffes ableiten. (kein Stand der Technik)
- - dünne Gewebelagen umschließen die Verdrängungskörper
- - engmaschige Gewebe als Schablone zur Fixierung der Lage der Verdrängungskörper
- - Gewebelagen an Ober- und Unterseite der Matte gewährleisten Tragfähigkeit der Platte
- - Mattenstärken beliebig, vorzugsweise hMatte = 10 bis 100 mm
- - Befestigungen (Bild 2)
- 1. a) Befestigungsmittel können im Mattenaufbau integriert werden (Bild 2a).
- 2. b) Räumlich gewebtes Stahlgerüst benötigt keine zusätzlichen Befestigungen (Bild 2b).
- - Matte mit integrierten Verdrängungskörpern ermöglicht zusätzlichen Einbau von
Aussparungen für: Heizschläuche, Kabelkanäle etc. (Bild 7)
(Beispiel: Verdrängungskörpergröße hVK = 6-8 mm und Mattenstärke hM = 15 mm)
Gewebematerial und Festigkeitswerte beliebig wählbar (vorzugsweise Stahl, normalfest o.
hochfest)
- - Mehrlagiger Aufbau mit Verbindungsmitteln
Gewebe aus Streckmetall
Gewebelagen aus geschweißten oder geflochtenen Metallgittern - - Ganzheitlicher, räumlicher Aufbau
Erstellung eines räumlichen Stahlgerüstes durch entsprechende Webtechnik ohne zusätzliche Verbindungsmittel
Dichte: von extrem leicht (hohl) bis ultra-schwer
Form: beliebig (Kugel, Scheibe, kubisch etc.)
Größe: beliebig (reguliert Gesamtgewicht u. Mattenabstände)
Anordnung: beliebige Rasterformationen
Form: beliebig (Kugel, Scheibe, kubisch etc.)
Größe: beliebig (reguliert Gesamtgewicht u. Mattenabstände)
Anordnung: beliebige Rasterformationen
- - Hohlkörper, Leichtzuschlag ⇒ zur Gewichtsreduzierung des Verbundmaterials
- - Normalzuschlag ⇒ zur Reduzierung des Feinkornanteils und des schwindfähigen Materials
- - Schwerzuschlag ⇒ Bsp. Stahl- o. Bleikugeln zur Erhöhung des Eigengewichtes und des Strahlenschutzes
- - beliebige Formen möglich (Bild 8)
- - Kugelförmige Verdrängungskörper passen sich dem Mattenraster an (Bild 3)
- - Scheiben und kubische Körper
bei Dichtheitsanforderungen sind Umlauflippen vorzusehen, um den Fließweg des flüssigen Mediums zu verlängern (Bild 8).
- - beliebig einstellbar (vorzugsweise zwischen 4 und 40 mm)
- - als Abstandshalter der Bewehrungslagen
- - reguliert das Eigengewicht des Verbundwerkstoffes
- - Die Anordnung der Körper steuert den Lastabtrag der Platte (Trägerrost) und das Gewicht:
- 1. a) mehraxialer Trägerrost ⇒ höhere Tragfähigkeit (Bild 3)
b) diagonaler Trägerrost ⇒ maximale Verdrängungsraumausnutzung des Raster systems = Platte mit geringstem Gewicht bei Hohlkörpern bzw. größtem Gewicht bei Schwerzuschlag (Bild 3)
- 1. a) mehraxialer Trägerrost ⇒ höhere Tragfähigkeit (Bild 3)
An dieser Stelle werden stichpunktartig die Wirkungsweisen der Einzelbestandteile und die
Vorteile gegenüber bestehenden Systemen aufgelistet.
- - Einzelbestandteile
Bei dem Verbundwerkstoff werden die Merkmale der Einzelbestandteile Hochfester Mörtel +
Mikrobewehrung mit integrierten Verdrängungskörpern in Kombination gebracht.
- - hohe Druckfestigkeit
- - dichtes Gefüge
- - hohe Abriebfestigkeit
- - hohe Dauerhaftigkeit
- - hohe Oberflächenbeständigkeit
- - hohe Biegezugfestigkeit
- - Reduzierung der Rißneigung
- - Rißüberbrückung
- - Sicherung der Zugzone
- - Erhöhung der Energieabsorption
- - Erhöhung der Duktilität
- - verbessertes Schwindverhalten
- - hoher Plastifizierungsgrad
Vorteile des Gesamtsystems gegenüber bestehenden Systemen (SIFCON)
- - gezielte Bewehrungsführung
- - glatte Mattenoberfläche ohne herausstehende Fasern
- - Stahlgehaltsspektrum von 0,5 bis 12 Vol.% wird zielsicher abgedeckt
- - oberflächennahe Bewehrung
- - Vergleichbare Materialeigenschaften wie SIFCON mit 50% des Stahlgehaltes
- - problemlose Ausführung von vertikalen Bauteilen
- - Variable Mattenaufbauten herstellbar
- - Mattenstoß
- - Sonderlösungen möglich:
Heizung, Vorspannung, Umschnürung von Bauteilen - - Eigenschaften:
hochduktil, hohe Festigkeiten, praktisch rissefrei, geringe Streuung im Materialverhalten
- - geringer Herstellaufwand
⇒ ca. 30-40% günstiger als SIFCON - - geringerer Stahlgehalt
- - Hohlkörper als Verdrängungskörper
⇒geringeres Eigengewicht = größerer Matten abmessungen möglich ⇒ weitere Beschleunigung der Herstellung, geringere Transportkosten - - wesentlich kürzere Verlegezeiten
⇒ kurze reparaturbedingte Ausfallzeiten - - Elementbauweise
⇒ Baukastensystem mit qualitativ sicherer Ausführung ohne Spezialausbildung des Personals
Ziel: Nutzung des vorhandenen Aufbaus zur Vorspannung von Betonbauteilen.
Abweichung zu bestehenden Systemen ist die gezielte Nutzung mehrerer Lagen der
Mikrobewehrung zur Vorspannung von extrem dünnen, hydraulisch gebundenen
Bauteilen. Die Vorspannung begünstigt größere Spannweiten und eine weitgehend
rissefreie Konstruktion.
= Vorspannung im Spannbettverfahren
- a) Exzentrische Vorspannung durch gezieltes Anspannen einzelner Gitterlagen aus hochfestem Stahl oder anderen Spannmedien (Bild 5).
- b) Zentrische Vorspannung durch Anspannen aller Gitterlagen oder gezieltes Anspannen unter Beibehaltung der Symmetrie zur Querschnittsachse (Bild 6).
Bild 1 Aufbau des Gewebes mit integrierten Verdrängungskörpern (räumlich)
Bild 2 Aufbau des Gewebes mit integrierten Verdrängungskörpern zzgl.
Verbindungsmitteln (Ansicht)
Bild 3 Anordnung der Verdrängungskörper (Draufsicht)
Bild 4 Mattenaufbau mit mehrlagiger Anordnung von integrierten Verdrängungskörpern
(Ansicht)
Bild 5 Systemaufbau im Spannbett mit exzentrischer Vorspannung mittels Gewebe
lagen (Ansicht)
Bild 6 Systemaufbau im Spannbett mit zentrischer Vorspannung mittels Gewebelagen
(Ansicht)
Bild 7 Standardmattenaufbau mit zusätzlich integrierten Leerrohren (Kabelkanäle,
Heizschläuche) (Ansicht)
Bild 8 Standardmattenaufbau mit verschiedenen Verdrängungskörperformen (Ansicht)
Bild 9 Mattenelemente als Grundlage für ein Baukastensystem (räumlich)
Bild 10 Mattenelemente für Kreisquerschnitte (Rohre, Behälter) und kubische
Querschnitte (Kästen, Behälter)
Instandsetzung, Verstärkung und Abdichtung von alternder Bausubstanz sowie Neuanfertigung
von Bauteilen mit hoher Lebensdauer sind wesentliche Bauaufgaben der Zukunft. Ideale
Anwendungsgebiete lassen sich neben der hohen Wirtschaftlichkeit aus den positiven
Materialeigenschaften dieses Verbundmaterials, wie hohe Festigkeiten, Duktilität,
Dauerhaftigkeit, Dichtheit, Energieabsorption, Schlagfestigkeit, Wärmeleitfähigkeit,
Rißüberbrückung und Reduzierung der Rißneigung ableiten.
Bevorzugte Anwendungen des Verbundmaterials (Gewebematten + Infiltrationsmörtel) sind
dünne Platten als Verschleißplatten (hM ≦ 70 mm), Aufbetonschichten, Fassadenelemente,
integrierte Schalungen oder beliebige Profile. Die Ausnutzung der guten thermischen
Leitfähigkeit dieses Werkstoffes gegenüber unbewehrtem Beton ermöglicht eine Nutzung als
Direktheizung und sichert damit die Schnee- und Eisfreiheit von Verkehrsflächen. Durch
entsprechende Ausbildung des Mattenstoßes wird bei Neuerstellung eine fugenlose
Konstruktion gewährleistet. Des weiteren wird durch Anfertigung von Standard-, Winkel- und
Eckelementen der Matten ein Baukastensystem geschaffen, dass eine qualitativ sichere
Ausführung mit gleichbleibender Qualität ohne spezialisiertes Personal gewährleistet (Bild 9).
Wesentlicher Bestandteil werden vorgefertigte Betonelemente sein, die beliebige geometrische
Formen der Matten zulassen, wie Rohre, Behälter, U + T + Kastenprofile etc. Die
Vorspannung von dünnen Platten unter hoher Beanspruchung eröffnet schlanke, rissefreie
Konstruktionen. Die Ausführung mit einer Spezialschalung resultiert in einer extrem glatten
Plattenoberfläche, die beispielsweise mittels eines Farbanstriches aufwendige, gestalterische
Zusatzmaßnahmen erübrigt.
dünne Platten, Rohre, Kästen, dünne Profile u. Schalen, Behälter, vorgespannte Fertigteile
Integrierte Schalung, dünne Platten (Fassaden, Megafliesen), Straßenbeläge, Industriefußböden,
Start- u. Landebahnen, Tanktassen, Faßlager, Abfüllflächen, Tosbecken, Ladezonen, Müllbunker
Aufbetonschichten, Inlays, Ummantelungen als nachträgliche Verstärkungen (Stützen, Unterzüge)
Silos, Schornsteine, Druckbehälter, Flüssiggasbehälter, Strahlenschutzbeton
Fahrbahnrampen, Start- u. Landebahnen, Brücken, Waschstraßen,
Hubschrauberplattformen, Rohrleitungen, Wohnungsbau
oberflächennahe Bewehrung, Panzerschränke, Brandschutzplatten, Verbundbau
1 Lankard, D. R: Slurry Infiltrated Fiber Concrete (SIFCON), Concrete International, V.6, No.12, 1984
2 Hackman, Farrell, Dunham: Slurry Infiltrated Mat Concrete (SIMCON), Concrete International, Dec. 92
3 Hauser S.: "Hochfester Fasermattenbeton - SIMCONNEU
2 Hackman, Farrell, Dunham: Slurry Infiltrated Mat Concrete (SIMCON), Concrete International, Dec. 92
3 Hauser S.: "Hochfester Fasermattenbeton - SIMCONNEU
/DUCON -, Entwicklung, experimentelle
Untersuchungen, Bemessung",
Dissertation 1999 (noch nicht veröffentlicht, in Bearbeitung, geplante Fertigstellung Mai 1999), Institut für Statik, TU Darmstadt
Dissertation 1999 (noch nicht veröffentlicht, in Bearbeitung, geplante Fertigstellung Mai 1999), Institut für Statik, TU Darmstadt
Claims (9)
1. Aus Mikrogeweben bestehende Matte mit integrierten Verdrängungskörpern zur Bildung
tragender und abdichtender Betonbauteile durch Infiltration von Zementmörtel, dadurch
gekennzeichnet, dass die Matte aus mindestens zwei einen Abstand voneinander
aufweisenden Mikrogeweben mit dazwischen angeordneten Verdrängungskörpern besteht.
Die Verdrängungskörper übernehmen neben der Funktion der Gewichtsregulierung
zusätzlich die Funktion eines Abstandhalters und eröffnen einen zielsicheren Aufbau. Die
Lage der Verdrängungskörper kann durch Wahl der Maschenweite der Gewebe zielgenau
eingestellt werden.
2. Matte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrogewebe vorzugsweise aus
Stahl mit gestanzten, geschweißten oder geflochtenen Knotenpunkten bestehen, die durch
Wahl der Verdrängungskörper (1) und der Anzahl der Gewebelagen (2, 3) sowie mit
Verbindungselementen (4), umschließenden Gitterlagen (5) oder räumlicher Verwebung (6)
eine Matte mit wählbarer Dicke bilden. Die Mattenstärken werden vorzugsweise zwischen
10 mm und 100 mm eingestellt.
3. Matte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Anzahl der
Gewebelagen, dem Durchmesser der Gewebestränge und der Maschen- bzw. Lochweite
der Stahlgehalt mit einem Volumengehalt zwischen 0,5 und 12,0 Volumen-Prozent zielgenau
eingestellt werden kann.
4. Matte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der
Gewebestränge (2, 3) vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 2,0 mm beträgt.
5. Matte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochweite des Streckmetalls
bzw. Maschenweite der Gitter (2, 3) zwischen 5 mm und 50 mm beträgt.
6. Matte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Geweben aus gestanzten und
gestreckten Blechen oder aus anderen Materialien abweichende Strangformen auftreten
können.
7. Matte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohdichte der Verdrängungs
körper (1) durch Verwendung von Hohlkörpern bis hin zu Vollquerschnitten aus Blei
zielgenau eingestellt werden kann.
8. Matte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufbau mit mehrlagiger
Anordnung der Verdrängungskörpern (1) und innenliegenden Geweben (7) ausgeführt
werden kann.
9. Matte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung eines hochfesten
Stahles durch Anspannen einzelner Gitterlagen im Spannbettverfahren eine gezielte
Vorspannung des Verbundkörpers erzielt wird. Der Aufbau ermöglicht eine exzentrische
Vorspannung (8) und eine zentrische Vorspannung (9).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999103304 DE19903304A1 (de) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | Gewebematte als Mikrobewehrung mit integrierten Verdrängungskörpern |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1999103304 DE19903304A1 (de) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | Gewebematte als Mikrobewehrung mit integrierten Verdrängungskörpern |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19903304A1 true DE19903304A1 (de) | 2000-08-03 |
Family
ID=7895621
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999103304 Withdrawn DE19903304A1 (de) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | Gewebematte als Mikrobewehrung mit integrierten Verdrängungskörpern |
Country Status (1)
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DE (1) | DE19903304A1 (de) |
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