DE202004006742U1

DE202004006742U1 - Support element and support element arrangement, in particular for concrete structures and concrete components

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Publication number: DE202004006742U1
Application number: DE202004006742U
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Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2014-04-28
Also published as: WO2005102955A2; WO2005102955A3; EP1819644A2

Abstract

Tragelement, insbesondere für Betonbautwerke und Betonbauteile, das wenigstens eine in einen Binder eingebettete Tragfaseranordnung aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
a) der Binder enthält mindestens eine Polymerkomponente, die im ausgehärteten Zustand einen Schub-Emodul G von mindestens 3000 N/mm² und eine Zugfestigkeit von mindestens 10 N/mm² aufweist;
b) der Binder enthält mindestens einen die Tragfaseranord-nung wenigstens teilweise durchsetzende Kristallitanteil, und hat im ausgehärteten Zustand seiner Polymerkomponente einen Betriebswert der Diffusionswiderstandszahl μ für Wasserdampf von höchstens 18000.Support element, in particular for concrete structures and concrete components, which has at least one embedded in a binder supporting fiber arrangement, characterized by the combination of the following features:
a) the binder contains at least one polymer component which has a shear modulus G of at least 3000 N / mm ² and a tensile strength of at least 10 N / mm ² in the cured state;
b) the binder contains at least one crystallite part which at least partially passes through the carrier fiber arrangement, and in the cured state of its polymer component has an operating value of the diffusion resistance coefficient μ for water vapor of at most 18,000.

Description

Die Erfindung betrifft ein Tragelement sowie eine Tragelementanordnung, insbesondere. für Betonbauwerke und Betonbauteile, wobei das Tragelement wenigstens eine in einen Binder eingebettete Tragfaseranordnung umfasst. Bei der zum Erfindungsgegenstand gehörenden Tragelementanordnung ist das Tragelement durch eine Verklebung mit einem Bauwerk oder Bauteil verbunden.The Invention relates to a support element and a support element arrangement, especially. For Concrete structures and concrete components, wherein the support element at least a carrier fiber assembly embedded in a binder. at belonging to the subject invention Tragelementanordnung is the support element by a bond with a Building or component connected.

Tragelemente und Tragelementanordnungen dieser Art sind bekannt, z.B. in Form von Gelegen oder Geweben aus hochfesten Fasern, die mit einem Binder in der Zugspannungszone einer Betonoberfläche auflaminiert sind. Auch kommen entsprechend vorgefertigte Laminate zum Einsatz, die in der Zugspannungszone einer Betonoberfläche aufgeklebt sind. Der Einsatz erstreckt sich auf Reparaturen an Riss- und Bruchstellen von tragenden Betonbauten, aber auch auf die. Verstärkung von an sich noch intakten Bauten für aufgestockte Belastungen sowie auf Neukonstruktionen für konzentrierte Belastungen, vor allem bei z.B. räumlich eingeschränkten Gegebenheiten. Bei diesen und anderen Anwendungen ist im allgemeinen im Untergrund der Laminat-Tragelemente Beton mit mehr oder weniger hohem Feuchtigkeitsgehalt vorhanden. Auch können in Beschichtungen und Zwischenschichten Gehalte an Wasser und anderen Feuchtmedien vorhanden sein, deren langfristiges Ausdiffundieren in Form entsprechender Dämpfe durch die flächenhaft ausgedehnten Tragelemente bzw. deren ausgehärtete Binder-Polymerkomponenten nicht behindert werden sollte.supporting elements and support element arrangements of this type are known, e.g. in shape of mantles or woven fabrics made of high-strength fibers with a binder are laminated in the tensile zone of a concrete surface. Also According prefabricated laminates are used, which in the Tensile zone of a concrete surface are glued. The use covers repairs to cracks and fractures of load-bearing concrete structures, but also on the. reinforcement of still intact buildings for increased loads as well on new constructions for concentrated loads, especially at e.g. spatially limited conditions. In these and other applications is generally underground the laminate support elements concrete with more or less high moisture content available. Also can in coatings and interlayers levels of water and others Feuchtmedien be present, their long-term out-diffusion in the form of appropriate vapors through the areal extended support elements or their cured binder polymer components should not be hindered.

Für die Binder stehen bekannte Polymere auf Urethanbasis zur Verfügung, die im ausgehärteten Zustand eine fair die vorliegenden Zwecke ausreichende Dampfdurchlässigkeit aufweisen. Solche Binder haben jedoch einen im Vergleich zu den Modulen der hochfesten Laminatfasern sehr niedrigen Schub-Emodul. Infolgedessen kann in vielen Fällen die Faserfestigkeit nicht voll ausgenutzt werden, weil der zwischen dem zu entlastenden Untergrund und den Laminatfasern sowie zwischen den Laminatfasern selbst befindliche, schubweiche Binder die Kraftübertragung auf die Fasern auf zu niedrige Werte begrenzt. Dies gilt besonders für vorgespannte Faseranordnungen Andererseits haben bekannte Binderpolymere mit für die vorliegenden Zwecke passenden Modulwerten, insbesondere die bekannten Epoxybinder, im ausgehärteten Zustand praktisch keine Dampfdurchlässigkeit.For the binders known urethane-based polymers are available which in the cured Condition a fair steam permeability adequate to the present purposes exhibit. However, such binders have one compared to the Modules of high-strength laminate fibers very low shear modulus. As a result, in many cases the Fiber strength can not be fully exploited because of the between the surface to be relieved and the laminate fibers and between The laminate fibers themselves, shear-soft binder the power transmission limited to too low values on the fibers. This is especially true for toughened Fiber arrangements On the other hand, known binder polymers have for the present module values, in particular the known epoxy binders, in the cured Condition virtually no vapor permeability.

Eine erste Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Tragelementes, das wenigstens eine in einen Binder eingebettete Tragfaseranordnung umfasst und sich durch hohe Dampfdurchlässigkeit bei gleichzeitig hohen Festigkeits- und Emodulwerten auszeichnet. Bezüglich der weiterführenden, auf eine Tragelementanordnung gerichteten Erfindungsaufgabe gilt entsprechendes für die Verklebung zwischen Untergrund und Tragelement. Die erfindungsgemässe Lösung der ersten Erfindungsaufgabe ist bestimmt durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, diejenige von weiterführenden Erfindungsaufgabe durch die Merkmale der nachgeordneten Patentansprüche.A The first object of the invention is therefore to provide a support element, the at least one embedded in a binder support fiber assembly covers and is characterized by high vapor permeability at the same time high Strength and Emodulwerte distinguished. Regarding the continuing, applies to a support element arrangement directed invention task corresponding for the bonding between substrate and support element. The inventive solution of first invention task is determined by the features of the claim 1, that of continuing Invention task by the features of the subordinate claims.

Beim erfindungsgemässen Tragelement wird zunächst eine Binder-Polymerkomponente vorausgesetzt, die – für sich genommen – im ausgehärteten Zustand eine relativ hohe Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl μ aufweist. Dieser genormte Beiwert ist eine dimensionslose Zahlengrösse und gibt an, wievielmal grösser der Wasserdampf-Diffusionsdurchlasswiderstand einer Schicht des betreffenden Stoffes ist als derjenige einer gleich dicken ruhenden Luftschicht gleicher Temperatur. Es handelt sich also um einen materialspezifischen Kennwert für Wasserdampfdiffusion.At the invention Support element is first a binder polymer component provided that - taken alone - in the cured state has a relatively high water vapor diffusion resistance number μ. This standardized coefficient is a dimensionless number size and indicates how many times bigger the water vapor diffusion passage resistance of a layer of the subject matter is the same as that of an equally thick, stationary layer of air Temperature. It is therefore a material-specific characteristic value for water vapor diffusion.

Z.B. für ausgehärtete Epoxyharze liegt der μ-Wert bei etwa 10⁵, was praktisch Undurchlässigkeit bedeutet und. diese Harze als Binder für Zwecke der Bauverstärkung mit relevanter Nachtrocknung des Untergrundes ungeeignet macht. Andererseits haben Epoxyharze jedoch ein hohes Potenzial hinsichtlich Zug- und Schubfestigkeit sowie auch hinsichtlich des Schub-Emoduls (hohe Schubsteifheit), was sie als Binder in Verstärkungslaminaten, besonders bei Konstruktionen mit hoher Faservorspannung, bevorzugt geeignet macht.For example, for cured epoxy resins, the μ value is about 10 ⁵ , which means virtually impermeability and. these resins as binders for purposes of building reinforcement with relevant subsequent drying of the substrate unsuitable. On the other hand, however, epoxy resins have high potential in terms of tensile and shear strength as well as thrust modulus (high shear stiffness), which makes them preferred as binders in reinforcing laminates, especially in high fiber stress designs.

Hier setzt nun der erfindungsgemässe Fortschritt ein. Er beruht auf der Erkenntnis, dass eine Kompositstruktur aus einer Tragfaseranordnung mit einem im viskosen Zustand eingearbeiteten Polymer-Binder mit einem Kristallitanteil auch dann die erstrebte Dampfdurchlässigkeit des verfestigten Komposits ermöglicht, wenn das Polymer für sich im abgebundenen Zustand nicht oder nur sehr gering dampfdurchlässig ist. Das erfindungsgemässe Tragelement verwirklicht eine solche Kompositstruktur. Dabei haben praktische Ausführungen und Erprobungen erwiesen, dass erfindungsgemäss μ-Werte deutlich unter 12000 bei Komposit-Tragelementen mit hochfesten Faseranordnungen und verfestigtem Binder erreichbar sind. Dies gilt gesichert reproduzierbar nicht nur bei Polymerbindern mit relativ niedrigen μ-Werten als Ausgangsmaterial, sondern ebenso bei hochgradig dampfsperrenden Polymeren wie Epoxyharzen mit μ-Werten von etwa 75000 und weit darüber als Binder.Here now sets the inventive Progress. It is based on the knowledge that a composite structure from a supporting fiber arrangement with a viscous incorporated Polymer binder with a Kristallitanteil then the desired vapor permeability the solidified composite allows if the polymer is for in the hardened state is not or only very slightly permeable to vapor. The inventive Support element realizes such a composite structure. Have along practical versions and tests proved that according to the invention μ values clearly below 12,000 in composite structural members with high strength fiber assemblies and solidified binder are reachable. This applies reliably reproducible not only at Polymer binders with relatively low μ-values as starting material, but also with highly vapor-blocking polymers such as epoxy resins with μ values from about 75,000 and far beyond as a binder.

Dabei ist wesentlich, dass gewisse Kristallite ihre den Dampf durchlass auslösende Wirkung innerhalb des Komposits erst dann entfalten, wenn tatsächlich ein Dampfdruck ansteht, also z.B. bei einem erfindungsgemässen Laminat, das an seiner Innenseite mit mehr oder weniger frischem Beton in Berührung steht.It is essential that certain crystallites unfold their vapor permeable effect within the composite only when a vapor pressure is actually pending, so for example in a laminate according to the invention, on its interior side is in contact with more or less fresh concrete.

Für den Kristallitanteil kommen erfindungsgemäss vor allem mikrokristalline mineralische Substanzen in Betracht, vorzugsweise solche mit alkalischer Reaktivität, so z.B, insbesondere silikathaltige Kristallitmaterialien. Für den Kristallitanteil sind daher pH-Wert im Bereich zwischen 9 und 12 vorteilhaft.For the crystal content come according to the invention especially microcrystalline mineral substances, preferably those having alkaline reactivity, such as, in particular, silicate-containing crystallite materials. For the Crystal content are therefore pH in the range between 9 and 12 advantageous.

Nach vollzogener Austrocknung des Untergrundes tritt der alkalische Kristallitanteil in feiner Verteilung innerhalb der Binder-Polymer- komponente mit von aussen eindiffundierender Luft in Berührung und kann die in dieser vorhandene Kohlensäure neutralisieren. Dies trägt dazu bei, den alkalischen Charakter im Beton aufrechtzuerhalten und damit Korrosionseffekte an Stahlarmierungen im Beton hintan zu halten.To As a result of the dehydration of the substrate, the proportion of alkaline crystal comes into contact in fine distribution within the binder polymer component with from outside diffusing air in contact and can in this neutralize existing carbonic acid. This carries to maintain the alkaline character in the concrete and thus corrosion effects on steel reinforcements in concrete to keep.

Auch hinsichtlich der Tragfaseranordnungen haben sich erfindungsgemäss Optimierungsmöglichkeiten für die vorliegende Anwendung ergeben. Neben Kohlenstoff- und anderen Hochfestigkeits-Fasern kommen daher insbesondere mit einer Binder-Polymerkomponente und einem Kristallitanteil durchsetzte, wenigstens teilweise aus hochfestem Polymer bestehende Faseranordnungen in Betracht, vor allem solche mit Fasern aus Aramid, Carbon und/oder alkaliresistentem Glas. Solche Faseranordnungen, und zwar bevorzugt mit einem Binder auf Epoxybasis, eignen sich hervorragend für die Erstellung von Tragfaseranordnungen mit Strängen und Gelegen, vor allem in unidirektionaler Anordnung, aber auch von Geweben und dergl. mit wenigstens teilweise in Bezug auf einander verdrillten Fasern oder Faserbündeln. Eine solche Ausbildung der tragenden Elemente begünstigt die Gleichförmigkeit der Schubkrafteinleitung auf die einzelnen Fasern bzw. Faserbündel und damit die Gleichförmigkeit der Spannungsverteilung über den Querschnitt der Tragfaseranordnung.Also With regard to the supporting fiber arrangements, according to the invention, optimization possibilities are possible for the present application. In addition to carbon and other high-strength fibers come therefore in particular with a binder polymer component and a crystallite part interspersed, at least partially made of high-strength polymer existing fiber arrangements into consideration, especially those with fibers made of aramid, carbon and / or alkali-resistant glass. Such fiber arrangements, and preferably with an epoxy-based binder are suitable excellent for the creation of supporting fiber arrangements with strands and loops, especially in unidirectional arrangement, but also of tissues and the like. at least partially with respect to each other twisted fibers or Fiber bundles. Such a training of the supporting elements favors the uniformity the introduction of thrust on the individual fibers or fiber bundles and hence the uniformity the voltage distribution over the cross section of the supporting fiber assembly.

Bei einer Tragelementanordnung als besonderem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Laminat-Tragelement oder eine Mehrzahl derselben durch Verklebung mit einem Bauwerk verbunden. Diese Verklebung enthält eine Polymerkomponente, die für sich, d.h. ohne Kristallitanteil, im ausgehärteten Zustand eine relativ hohe Diffusionswiderstandszahl μ von z.B. mindestens 20000 aufweist, jedoch vorteilhaft hohe mechanische Elastizitäts- und Festigkeitswerte, nämlich z.B. einen Schub-Emodul G von mindestens 5000 N/mm² und eine Zugfestigkeit von mindestens 10 N/mm². Unter erfindungsgemässem Einschluss eines Kristallitanteils ergibt sich dann eine Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl μ von höchstens 10000.In a support element arrangement as a particular embodiment of the invention, a laminate support element or a plurality of the same is connected by bonding to a building. This bond contains a polymer component which, by itself, ie without crystallite content, in the cured state has a relatively high diffusion resistance factor μ of, for example, at least 20,000, but advantageously high mechanical elasticity and strength values, namely, for example, a shear modulus G of at least 5000 N / mm ² and a tensile strength of at least 10 N / mm ² . The inclusion according to the invention of a proportion of crystallite then results in a water vapor diffusion resistance factor μ of at most 10,000.

Eine Besonderheit einer solchen Tragelementanordnung ist darin zu sehen, dass die Verklebung des Tragelementes mit dem Untergrund dampfdurchlässig ausgebildet ist. Dies hat für die Praxis wesentliche Bedeutung, insbesondere für vorgefertigte und in festem Zustand mit einem Bauteil oder Bauwerk zu verbindende Laminat-Fasertragelemente, die selbst ebenfalls mehr oder weniger dampfdurchlässig sein kennen. Ohne die nun vorliegende Dampfdurchlässigkeit der Verklebung selbst würde der Gesamt-Dampfdurchlass weitgehend entfallen.A Particularity of such a support element arrangement can be seen therein that the bonding of the support element to the substrate is vapor-permeable is. This has for the practice is essential, especially for prefabricated and fixed Condition with laminate fiber support elements to be connected to a component or structure, which themselves are also more or less permeable to vapor know. Without the now present vapor permeability of the bond itself would the Total steam passage largely eliminated.

Claims

Supporting element, in particular for concrete structures and concrete components, which has at least one embedded in a binder support fiber assembly, characterized by the combination of the following features: a) the binder contains at least one polymer component in the cured state, a thrust Emodul G of at least 3000 N / mm ² and has a tensile strength of at least 10 N / mm ² ; b) the binder contains at least one crystallite part which at least partially passes through the carrier fiber arrangement, and in the cured state of its polymer component has an operating value of the diffusion resistance coefficient μ for water vapor of at most 18,000.

Supporting element according to claim 1, characterized that of the crystallite portion, on the polymer component of the cured binder based, maximum 42% by volume.

Supporting element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the crystallite fraction is based on the cured binder polymer component is at least 4% by volume.

Support element according to claim 3, characterized in that the proportion of crystallite on the cured binder polymer component is at least 10% by volume.

Supporting element according to one of the preceding claims, characterized by a crystalline component with alkaline reactivity.

Supporting element according to claim 5, characterized by a crystal content with a pH in the range between 9 and 12th

Supporting element according to one of the preceding claims, characterized by a silicate-containing crystalline component,

Supporting element according to one of the preceding claims, characterized by an at least partially made of epoxy resin binder poly merkomponente.

Supporting element according to one of the preceding claims, characterized by interspersed with a binder polymer component and a crystallite fraction, at least partially made of high strength polymer supporting fiber assembly.

Supporting element according to claim 9, characterized by one with a binder polymer component and a crystallite moiety interspersed, at least partially made of aramid fiber carrying fiber assembly.

Supporting element according to claim 9, characterized by one with a binder polymer component and a crystallite moiety interspersed, at least partially made of carbon fiber carrying fiber assembly.

Supporting element according to claim 9, characterized by one with a binder polymer component and a crystallite moiety interspersed, at least partially made of alkali-resistant glass fibers existing support fiber assembly.

Support element arrangement with at least one support element according to one of the preceding claims, wherein the support element is connected by a bond to a building or component, characterized by the combination of the following features: a) the bond contains at least one polymer component which in the cured state a thrust Emodul G. of at least 5000 N / mm ² and a tensile strength of at least 10 N / mm ² ; b) the bond contains a crystallite fraction which forms, with the bonding polymer component, a solid-state dispersoid having an effective diffusion resistance μ for steam of at most 18,000.