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Die
Erfindung betrifft eine Baueinheit für die Gestaltung befahr- und
betretbarer Oberflächen
im Tiefbau.
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Bei
der bautechnischen Gestaltung von Oberflächen, wie z.B. bei Plätzen, Strassen,
Wegen, und Einrichtungen zur Oberflächenbewässerung finden Baueinheiten
Verwendung, die im wesentlichen Unterschied zu flächig aufgebrachten
Belägen
weitergehenden funktionalen Zwecken dienen. Hierbei handelt es sich
beispielsweise um Abdeckungen von Kanälen, Gullydeckeln zur Oberflächenentwässerungen,
Abdeckungen zu unterirdischen Zugängen, Kennzeichnungen, Beschilderungen.
Je nach Funktionszweck sind derartige Baueinheiten wasserdurchlässig oder
-undurchlässig
gestaltet. Als Baustoffe finden Stahl, Beton, Stein, Asphalt und
Verbindungen daraus Verwendung.
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Soll
eine Oberflächenversiegelung
aus umwelttechnischen Aspekten vermieden werden, sind aufwändige Drainagen
in der Baueinheit vorzusehen. Kommen hinsichtlich Herstellbarkeit
vor Ort anspruchsvollere Baustoffe wie beispielsweise Kunststoffe
zur Anwendung, schränken
diese die Verbaubarkeit vor Ort ein und erhöhen den Preis.
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Häufig spielt
eine ästhetisch
ansprechende Oberflächengestaltung
bei der Auswahl des Baustoffes eine Rolle da Baustoffe wie Beton
oder Asphalt diesbezüglich
keine Akzeptanz finden.
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Weiter
erfordern die Baueinheiten eine je nach Funktionszweck unterschiedliche
konstruktive Bauweise und spezifisch für den Verwendungszweck ausgewählte Baustoffe.
Diese Spezialisierung schränkt
jedoch häufig
eine Herstellung oder Fertigstellung der Baueinheit vor Ort ein,
da jede Bauweise für
sich eine umfangreiche Ausstattung an Werkzeugen, Baumaschinen und
Geräten
erfordert. Zu dem erfordert eine hohe Spezialisierung in der Bauweise qualitativ
hoch spezialisierte Fachleute am Bau, die nicht immer überall zur
Verfügung
stehen und den Herstellungspreis ungünstig beeinflussen.
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Verbaut
werden Baueinheiten entweder vorgefertigt oder es findet eine Herstellung
vor Ort statt. Bei den bekannten Baustoffen ist jedoch eine Herstellung
vor Ort aufwändig,
da teilweise umfangreiches Gerät
für die
Herstellung erforderlich ist. Bei einer Verbauung mit vorgefertigten
Baueinheiten wird häufig
entweder die flexible Adaption der Baueinheit an die lokalen Einbauverhältnisse
eingeschränkt oder
es ist ein erhöhter
logistischer Aufwand in der Bauplanung erforderlich um u.a. die
Bemessung korrekt zu erfassen und diese bei der fabrikseitigen Fertigstellung
der Baueinheit einzuplanen.
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Weitere
Anforderungen werden hinsichtlich bautechnischer Eigenschaften gestellt.
Diese betreffen das Verhalten bei Feuchtigkeit, Resistenz gegen Schädlinge,
schalltechnische Eigenschaften, Verhalten gegen chemische Einflüsse und
gegen Feuer. Die Dauerhaftigkeit eines Bodens spielt als wichtigste Anforderung
eine große
Rolle, wobei Eigenschaften wie Druckfestigkeit, Biegezugfestigkeit,
Verschleißfestigkeit
gegen Schleifen, Rollen, Stoß und
Schlag, Festigkeit gegen Einpressen wesentliche bautechnische Parameter
darstellen.
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Für Sonderanwendungen,
wie beispielsweise der Reit- und Sportplatzbau haben sich Gitterplatten
aus Kunststoff bewährt.
Derartige Gitterplatten sind aus der
DE 197 20 006 C2 bekannt. Durch eine ausgeklügelte Struktur
von Erhebungen und Öffnungen
ermöglichen
Gitterplatten einerseits eine begeh- oder befahrbare Oberflächenbefestigung
und andererseits vermeiden sie durch deren Wasserregulierungsfähigkeit
eine Versiegelung.
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Beläge mit einer
gleichmäßigen und
optisch ansprechenden Oberflächenstruktur
sind aus der
DE 197
33 588 A1 bekannt. Der wasserdurchlässige Belag wird aus mineralischen
Zuschlagstoffen und organischen Klebern hergestellt. Das Gemisch
wird im noch nicht ausgehärteten
und verformbaren Zustand verbaut. Als, Klebstoff kommen meist organische Klebstoffe
in Frage, der zusammen mit mineralischen Zuschlagstoffen zu einer
Charge vermischt und noch vor Aushärtung verarbeitet wird.
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Nachteilig
bei diesen Belägen
aus gebundenen, mineralischen Zuschlagstoffen ist die fehlende Anbindung
zum Baugrund, die bei Außenböden die mechanische
Beanspruchung gerade bei Frost-Tau-Wechsel beeinträchtigt.
Hieraus kann eine chemische, physikalische und biologische Baustoffkorrosion,
Verwitterung, Zerstörung
des darunter liegenden Unterbodens resultieren.
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Hievon
ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Baueinheit
anzugeben, die eine einfache, optisch ansprechende und temperaturwechselbeständige Bauweise
bei universeller Verwendungsmöglichkeit
im Tiefbau ermöglicht.
Zudem ist ein Bausatz zur Herstellung einer Baueinheit anzugeben,
die eine einfache Fertigstellung der Baueinheit vor Ort bei geringem
Geräteeinsatz
auch von unqualifizierten Personen gestattet.
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Erfindungsgemäß die Aufgabe
hinsichtlich der Baueinheit durch die im Anspruch 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
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Demnach
wird die Baueinheit aus einer Verbindung aus verdichteten, mineralischen
Zuschlagstoffen und organischen Klebstoffen gebildet wird und weist
eine versteifende Struktur auf, die mit der Verbindung verbunden
ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis
21.
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Die
Erfindung erlaubt eine integrale Verbindung der Struktur mit dem
erhärteten
Baustoff aus Zuschlagstoffen und Klebstoff und kann somit als Baueinheit
in vielen bautechnischen Einsatzfällen Anwendung finden. Der
Verbund zeichnet sich durch eine hohe mechanische Beanspruchbarkeit
auch bei Frost-Tau-Wechsel aus. Die Baueinheit lässt sich industriell maßgerecht
vorfertigen, sodass diese vor Ort ohne weitere Bearbeitung verbauen
lässt.
In der Regel ist die Baueinheit daher scheibenförmig ausgebildet und weist
einen entsprechend der Anwendung angepassten kreisförmigen,
polygonen oder rechteckigen Grundriss auf. In dieser geometrischen Gestaltung
kommt die hohe Druckfestigkeit σu des Baustoffes von über 16 MN/m2 besonders
zur Geltung. Diese Druckfestigkeit wurde an einer Probe aus einem
Baustoff mit Colorquarz der Körnung
2-3,5 mm nachgewiesen.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der offenporige Verbindung
der Baueinheit, die zu hohen Reibkoeffizienten auf der Oberfläche führt, sodass die
Baueinheit ein Gleiten verhindert und damit die Unfallgefahr vermindert.
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Die
Struktur ist vorzugsweise gitterförmig ausgebildet und bildet
somit einen optimalen Verbund mit dem Baustoff. Vorteilhaft sind
streifenförmige
Strukturelemente aus welchen die Struktur zusammengesetzt ist. In
der Regel werden die Strukturelemente durch Schweißen gefügt. Weist
die Struktur einen Rahmen auf, der den Umfang der Baueinheit und
damit im Wesentlichen die äußere Kontur
bildet, so schützt
dies den Baustoff vor Schlag- und Stoßbelastungen die gerade während des
Transports und Verbaus der Baueinheit auftreten können. Ist
der Rahmen bandförmig
ausgebildet, so kann die Baueinheit am Umfang geschlossen werden,
so dass beispielsweise ein Flüssigkeits-
order Gasdurchtritt nur in Achsenrichtung vorbestimmt werden.
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Durch
Ausfüllen
der Zwischenräume
der Struktur von durch den Baustoff bis zur Oberseite der Baueinheit
lässt sich
ein stabiler Verbund herstellen ohne dass oberflächenseitig Elemente der Struktur sichtbar
sein müssen.
Der ästhetische
Gesamteindruck des Baustoffes wird im eingebauten Zustand der Baueinheit
nicht durch hervorragende Strukturelemente gestört. In den meisten Anwendungsfällen lässt sich
eine formschlüssige
Verbindung zwischen Baustoff und Struktur herstellen, die die Gesamtfestigkeit
und Beanspruchbarkeit erhöht.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung betrifft die oberflächenseitig sichtbare Gestaltung
der Baueinheit. Je nach Anwendungs- und Einbauverhältnissen
ist ein oberflächenbündiger Verbau
der Baueinheit vorgesehen. Die dann noch sichtbare überwiegend
vom Baustoff gebildete Oberfläche,
eignet sich in besonderer Weise zur optisch markanten Gestaltung.
Dies ist beispielsweise durch eine unterschiedliche Körnung und/oder
Färbung
oberflächenseitiger
Bereiche möglich.
Symbole, Buchstaben und/oder Ziffern können somit dargestellt werden. Besonders
einfach lassen sich derartige Bereiche gestalten in dem diese in
einem im übrigen
Baustoff eingebetteten Einsatz ausgebildet werden, dessen Füllung sich
vom umgebenden Baustoff in Körnung und/oder
Färbung
unterscheidet. Auch hier kann der Einsatz zur Verbesserung der Standfestigkeit
mit der Struktur und/oder mit der umgebenden Verbindung verbunden
werden, wobei auch die Ausführung
als Bestandteil der Struktur zweckmäßig ist.
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Eine
besonders gute Verträglichkeit
mit dem Baustoff zeigt die Verwendung von Baustahl als Werkstoff
der Struktur und/oder des Einsatzes.
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Auf
Verkehrsflächen
wie Fahrbahnen und Wege lassen sich somit auch Verkehrszeichen einsetzen.
Ebenfalls bietet sich die Ausführung
der Baueinheit als Schachtabdeckung für Kanäle von Oberflächenentwässerungen
an, wobei die Schachtabdeckung auch gleich im vorgenannten Sinn
als Verkehrszeichen gestaltet werden kann. Hierzu kann ein Anteil
der Zuschlagstoffe der Verbindung coloriert werden, wobei der Anteil
vorzugsweise aus Quarzsand besteht. Architekten wissen die mögliche Farbgestaltung
wirkungsvoll einzusetzen.
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Besonders
interessante Anwendungsmöglichkeiten
ergeben sich wenn die Körnung
der Zuschlagstoffe derart gewählt
ist, dass die Baueinheit wasserdurchlässig ist. Günstige Werte für die Körnung der
Zuschlagstoffe kZ liegen zwischen 1 und
7 mm. Gerade bei Ausgestaltung der Baueinheit als Gullydeckel lassen
sich so hohe Durchflusswerte von über 1,4 cm/s erzielen.
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Bei
einer Probenlänge
von 4,29 cm und einem Probenquerschnitt von 173,2 cm2 ergaben
sich Durchflusswerte k von über
1,4 cm/s. Dabei kann auf zusätzliche
Siebe im Ablauf der Kanalisation verzichtet werden, da der Baustoff
aufgrund seiner feinen Körnung
Feststoffe nicht hindurch lässt.
Das Sieb ist somit integral in der Baueinheit ausgebildet. Gerade Kommunen
können
mit dieser Erfindung hohe Unterhaltskosten bei der Reinigung ihrer
Kanalisationen einsparen. Dabei versprechen hervorragende Durchflusswerte
einen ungestörten
Ablauf des Oberflächenwassers.
Einen günstigen
Einfluss auf den Durchflusswert hat der hohe Hohlraumanteil der
Verbindung, der bis zu 45% beträgt.
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Gemessen
wurde der Durchflusswert an einem runden Prüfkörper in Annäherung an die DIN 18130 für konstante
Druckhöhe.
Dabei wurde der Prüfkörper in
einen Plexiglas-Zylinder gegeben und an der Wandung gegen die Wandumläufigkeit
abgedichtet. Der Wasserzulauf erfolgte von oben und wurde so eingestellt,
dass sich ein 2 cm Wasserüberstau auf
der Probe eingestellt hat. Die Durchflussmenge wurde pro Zeit ermittelt
und zweimal wiederholt und daraus den K-Wert berechnet. Wegen der
sehr hohen Durchlässigkeit
des Prüfkörpers musste
die Probe von oben nach unten durchströmt werden. Für die Auswertung
wurde jeweils der gesamte Durchfluss von einer Minute aufgefangen
und ist in die Berechnung mit eingegangen.
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Einen
weiteren günstigen
Einfluss auf den Wasserschluckwert und Wasserregulierungsfähigkeit des
Bodens hat die Korngröße der mineralischen
Zuschlagstoffe. Gute Durchschnittskorngrößen dk liegen
in einer Bandbreite zwischen 1 bis 3 mm, 2 bis 3 mm, 2 bis 4 mm,
2 bis 5 mm oder 3 bis 7 mm. Wie zuvor erwähnt hat der Baustoff bzw. die
Verbindung einen günstigen
Einfluss auf die mechanischen Festigkeitswerte, so dass für die Durchschnittsgröße des Korns
sogar Werte von über
5 mm möglich
sind ohne dass eine wesentlich erhöhte Bruchgefahr eintritt. Mit diesem
Korndurchmesser kann die Versickerungsleistung weiter erhöht werden.
Darüber
hinaus bleibt bei diesen Werten der Abfall der Versickerungsleistung
durch Eintrag von mineralischen und organischen Feinanteilen mit
der Zeit gering.
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Geeignete
mineralische Zuschlagstoffe setzen sich aus einer Auswahl aus Quarzit,
Granit, Basalt und Quarz zusammen. Die mineralischen Zuschlagstoffe
weisen vorzugsweise eine Mischung aus rundem Korn und zumindest
einem Anteil von 20% kantigem Korn auf.
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Generell
wird die Korngrößenverteilung
nach DIN 66145 definiert. Der Parameter n beträgt mindestens 9 und wird unter
Vernachlässigung
von je 1 % Überkorn
und Unterkorn ermittelt.
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Beim
Klebstoff handelt es sich vorzugsweise um einen Zweikomponenten-Polyurethan-Klebstoff. Ebenso
verwendbar ist ein Zweikomponenten-Epoxydharz- oder ein Einkomponenten-Polyurethan-Klebstoff.
Ebenfalls können
Heißschmelzklebstoffe
verwendet werden. Geeignete Klebstoffe werden beispielsweise von
der Fa. TerraElast AG angeboten.
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Ein
wesentlicher Vorteil bei der Verwendung von Zweikomponenten-Epoxydharz-Klebstoff wird in seiner
Umweltverträglichkeit
gesehen. Die erfindungsgemäße Baueinheit
hat so keinerlei toxische Wirkung auf Schimmelpilze und gilt als
microbiell schwer abbaubar. Trotzdem können aus der Baueinheit eluierbare
Substanzen gut abgebaut werden, wie Materialversuche gezeigt haben.
Wie Waschversuche beweisen gibt es keine chemische Wechselwirkung
zwischen Oberflächenwasser
und der Verbindung. Schließlich
kann die erfindungsgemäße Baueinheit
nach seiner Nutzungsphase in einer Erd- oder Schotterwaschanlage
ohne negative Umweltauswirkungen entsorgt werden. Alternativ ist
nach einer Zerkleinerung auch eine Wiederverwendung als Granulat
möglich.
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Günstig für die Verwendung
der Baueinheit in Verbindung mit Fahrbahnen ist die auf den hohen Hohlraumanteil
zurückzuführende Schalldämmung Besonders
günstige
Werte ergeben sich bei einem Hohlraumanteil von 30 % bis 45 %.
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Erfindungsgemäß wird die
gestellte Aufgabe hinsichtlich des Bausatzes zur Herstellung einer
Baueinheit vor Ort durch die Merkmale des Anspruchs 22 gelöst. Demnach
umfasst der Bausatz vorgefertigte Strukturelemente für eine Fertigstellung
der Baueinheit vor Ort.
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Der
Bausatz gestattet eine weitere Optimierung des Bauprozesses, wonach
einerseits die Struktur industriell effizient, beispielsweise durch
Schweißautomaten
in einer Werksatt vorgefertigt wird und der Baustoff mit den meist
vor Ort vorhandenen mineralischen Zuschlagstoffen und mit dem bereitgestellten Klebstoff
angemischt und zur fertigen Baueinheit verarbeitet werden kann.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
schematische Ansicht einer Baueinheit,
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2 eine
Explosions-Ansicht einer Struktur einer Baueinheit,
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3 eine
Ansicht einer Struktur für
eine Baueinheit,
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4 eine
Ansicht eines Bausatzes für
eine Schachtabdeckung mit eingearbeitetem Verkehrszeichen und
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5 ein
Längsschnitt
durch einen Kanalschicht mit einer als Schachtabdeckung ausgeführten Baueinheit.
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1 zeigt
anschaulich eine kreisscheibenförmige
Baueinheit 1 mit einer Struktur 2. Die Struktur 2 setzt
sich aus einem kreisringförmigen
Rahmen 3 und aus innerhalb des Rahmens 3 sich
erstreckenden, streifenförmigen
Strukturelementen 4 zusammen. Die aus rostfreiem Baustahl
ausgeführten Strukturelemente 4 sind
mit dem Rahmen 3 verschweißt und geben der Struktur eine
hohe Steifigkeit. Der den Außenumfang
der Baueinheit 1 bildende Rahmen 3 prägt in dieser
Ausführungsform
die Geometrie der Baueinheit 1.
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Die
Struktur 2 ist mit einem Baustoff 5 aus einem
mineralischem Zuschlagstoff und einem organischem Klebstoff ausgefüllt. Der
Klebstoff ist im fertigen Zustand der Baueinheit ausgehärtet und
bildet somit eine massive Füllung,
die die Zwischenräume der
Struktur 3 ausfüllt.
Die ebene Ober- und Unterseite 6 bzw. 7 der Baueinheit 1 wird
von dem Baustoff 5 ausgebildet, der sich aus der erhärteten Verbindung aus
dem mineralischem Zuschlagstoff und dem organischen Klebstoff ergibt.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
handelt es sich um ein mit Klebstoff vermischtes Gemenge von mineralischen
Zuschlagstoffen, welches im noch verformbaren Zustand verarbeitet
wird. Als Zuschlagstoffen kommen eine Auswahl aus Quarzit, Granit, Basalt
und Quarz in Frage, bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kommt eingefärbter Granit
zur Anwendung. Die Durchschnittsgröße des Granitkorns liegt im
Bereich zwischen 2 und 5mm. Die Korngrößenverteilung definiert sich
nach DIN 66145, bei einem Parameter von mindestens 9 und unter Vernachlässigung
von je 1 % Über-
und Unterkorn.
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Nach
dem Auftragen des Gemenges wird dieses verdichtet und geglättet. Nach
der Verdichtung erfolgt das Aushärten
der Verbindung. Danach ist die Baueinheit einbaufertig und belastbar.
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Die
in 2 gezeigte Struktur ist kassettenförmig ausgebildet,
wobei parallel zueinander angeordnete, streifenförmige Strukturelemente 4 auf
einem Stab 8 unter Einhaltung eines Abstandes aufgefädelt. Die
kassettenförmige
Struktur gibt nach Fertigstellung der Baueinheit einen rechteckigen
Grundriss.
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In 3 ist
eine Ausführungsform
der Baueinheit mit einer gitterförmigen
Struktur 2 dargestellt. Dabei wird die Struktur 2 erneut
von streifenförmigen Strukturelementen 4 gebildet.
Diese weisen in Längsrichtung
der Strukturelemente 4' und 4" beabstandete
Schlitze 9 auf, wobei die Schlitze 9 derart bei
den horizontal verlau fenden Strukturelemente 4' an der Unterseite
und bei den vertikal verlaufenden Strukturelemente 4" an der Oberseite
ausgeführt sind,
dass die Strukturelemente 4' und 4" zu der gitterförmigen Struktur 2 zusammengesteckt
werden können.
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Am
Außenumfang
weist die Struktur 4 einen kreisringförmigen Rahmen 3 auf,
der mit den innenliegenden Strukturelementen 4' und 4" verbunden ist. Hierzu
weisen die horizontal verlaufenden Strukturelemente 4' jeweils an
ihren Enden Schlitze 9 auf in welche der Rahmen 3 eingesetzt
ist.
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Bei
dieser Bauweise ist ein separates Fügen, wie z.B. durch Schweißen entbehrlich,
da durch das anschließende
Verfüllen
der Struktur 2 mit dem Baustoff 5 nach dem Aushärten des
Baustoffs ein fester Verbund vorliegt.
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Die
Baueinheiten nach den 2 oder 3 sind nach
dem Aushärten
als Schachtabdeckung verwendbar.
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In 4 ist
eine Baueinheit mit den Merkmalen nach 3 als Verkehrszeichen
ausgeführt,
welches vorliegend auch als Schachtabdeckung eingesetzt werden kann.
Das Verkehrszeichen mit der Zahl „30" wird aus zwei Einsätzen 10' und 10" gebildet. Jeder Einsatz 10' und 10' ist aus Blechzuschnitten, die
die Außenkontur
einer Ziffer bilden, gefertigt. Die Einsätze 10' und 10" liegen auf den gitterförmig angeordneten
Strukturelementen 4' und 4" auf. Der Rahmen 3 bildet
den Randstreifen des kreisrunden Verkehrszeichens.
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Beim
Verfüllen
der Struktur 4 werden die Einsätze 10' und 10" mit einer der Straßenverkehrsordnung
entsprechenden Farbe, z.B. rot, eingefärbten Baustoff aufgefüllt. Die
Färbung
ergibt sich durch das zumischen von colorierten Zuschlagstoffen,
hier handelt es sich um Quarzsand, und/oder durch Färben des
Klebstoffes.
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Ein
weiterer interessanter Anwendungsfall ergibt sich durch die Verwendung
von lumineszierendem oder phosphoreszierendem Quarzsand oder Klebstoff.
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5 zeigt
den Einbau einer nach den 3 oder 4 ausgeführten Schachtabdeckung 1' in einen Schacht 11.
In der Darstellung ist der Schachthals 12 des Schachtes 11 gezeigt,
der einen an der Oberfläche
mündenden
Ausgleichsring 13 aufweist, der auf einem konischen Schachtring 14 aufsitzt.
Der Ausgleichsring 13 nimmt die Schachtabdeckung 1' auf, die oberflächenbündig den
Schacht 11 abschließt.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung des
Baustoffes erübrigt
sich ein zusätzlicher Schmutzfänger, da
die Körnung
des Baustoffes ein Einspülen
größerer Schmutzpartikel
verhindert. Ein ganz wesentlicher hygienetechnischer Vorteil liegt zudem
darin, dass keine Kleintiere wie Ratten, Mäuse und Insekten in über den
Schacht in das Kanalsystem eindringen können.
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Eine
alternative Ausführungsform
der Baueinheit für
die Gestaltung befahr- und betretbarer Oberflächen im Tiefbau weist eine
Verbindung aus verdichteten, mineralischen Zuschlagstoffen und organischen
Klebstoffen auf, wobei die Baueinheit 1 oberflächenseitig
sichtbare Bereiche unterschiedlicher Körnung und/oder Färbung aufweist.
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- 1
- Baueinheit
- 2
- Struktur
- 3
- Rahmen
- 4,
4', 4"
- Strukturelement
- 5
- Baustoff
- 6
- Oberseite
- 7
- Unterseite
- 8
- Stab
- 9
- Schlitz
- 10'.10"
- Einsatz
- 11
- Schacht
- 12
- Schachthals
- 13
- Ausgleichsring
- 14
- Schachtring