DE2326278A1

DE2326278A1 - Verstaerktes bauwerk oder bauwerksteile und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2326278A1
Application number: DE19732326278
Authority: DE
Inventors: Valere Debeuckelaere
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 1972-06-01
Filing date: 1973-05-23
Publication date: 1973-12-13
Also published as: FR2186585B1; GB1395748A; BE800104A; FR2186585A1; IT985648B; CH586331A5

Description

567-20.788p(2o. 789H) 232627a

PirtentanwlMt· Dlpi-*ng. R. OEETZ «en. ■ ■ 23. Mai I973 DIpMn-. K. LAMPnSCHT

Qr.-lna. K. EJ t- E T Z Jr. • Mönchen 22, 8tein*dorfetr. 10

N. V. BEKAERT S. Ao, Zwevegem (Belgien)

Verstärktes Bauwerk oder Bauwerksteile und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bauwerk, bestehend aus einem unter Verwendung eines Wasser-aktivierten Bindemittels, wie Zementmörtel, Beton od. dgl., hergestellten Materials, dessen Dicke sehr viel geringer als seine Länge und Breite ist.

Die Bauwerksform braucht nicht notwendigerweise flach und in einer Ebene verlaufen. Sie kann vielmehr auch eine gebogene oder eckige Gestalt zum Bau eines kompletten Gebäudes oder eines Gebäudeteiles haben. Der Ausdruck "Gebäude" ist in seinem breitesten Sinne für beliebige Konstruktionen zu verstehen und nicht auf Häuser für Personen

309850/0423

567-(534)-Sd-r (8)

beschränkt. Im allgemeinen ist die Form der Fläche, eckig, gebogen oder nicht, so ausgeführt, daß über die gesamte Fläche eine Dicke eingehalten werden kann, die sehr viel geringer ist als die der beiden anderen rechtwinklig zu dieser verlaufenden Dimensionen, das bedeutet, geringer als z, B, 1/6 der beiden Dimensionen, in welchen die Fläche liegt«

Zur Herstellung derartiger Bauwerke wird im allgemeinen zuerst ein Substrat-Platten-Rahmen von der Form des Gebäudes hergestellt und danach mindestens eine Fläche des Plattenrahmens mit einer Lage von weichem Material beschichtet= Typische, unter Verwendung derartiger Bauteile hergestellte Gebäude können Badebaracken, Umkleideräume für Sportplätze und kleine Hütten sein, Für diese Zwecke besonders geeignete Substratplatten sind solche, die in die gewünschte Form geschnitten und gefaltet werden können, um einen Plattenrahmen zu bilden, unabhängig, ob site einzeln oder Seite an Seite miteinander und anderen Platten verbunden verwendet werden. Die Bauwerkstruktur gemäß der Erfindung besteht aus einer Grundplattenstruktur, die sich längs einer Fläche annähernd senkrecht zur Dicke erstreckt und an der mindestens auf eine Seite eine Schicht aufgebracht ist, die aus einem unter Verwendung eines Wasser-aktivierten Bindemittels hergestellten Materials besteht. Solche Materialien sind beispielsweise Zementgürtel oder Beton«

Eine bekannte Ausführung solcher Grundplatten bestehen aus einer durch eine erste Lage paralleler Drähte an einer Seite und durch eine zweite Lage paralleler, rechtwinklig zur ersten Lage verlaufender Drähte ander

309850/0423

232627a

anderen Seite verstärkte Pappe. An den Drahtkreu^urigspunkten -weist die Pappe .Durchbrüche auf, durch, weiche hindurch die Kreuzungspunkte der Drähte zusammengeschweißt sind» XJm die Haftung des Mörtels oder des Betons an der Platte zu vergrößern, sind diese Durchbrüche groß genug, um ein Umfließen der Drahtkreuzungsstellen in jeder Öffnung aurch den Mörtel oder Beton zuzulassen» Die Pappe ist von einer Art3 an der Mörtel oder Beton haftet und die im feuchten Zustand nicht leicht einreißt» Andere Ausführungen von Grundplatten, wie gerecktes Metall oder kleinmaschige Drahtgitter können ebenso verwendet werden, wenn Mörtel oder Beton auf sie aufgebracht und verstrlchea werden kann und haftet, und solange sie geschnitten und gefaltet werden können, um die gewünschte Form der Grundplattenstruktur zu erhalten und die trotzdem ausreichend fest sind, um den Mörtel und Beton ohne Einreißen zu tragen=

Es ist notwendig. Substrat- oder Grundplatten von einer Festigkeit zu verwenden, die nicht so sehr durch das Halten des Mörtels oder Betons ohne Einreißen, sondern vielmehr durch den gewünschten Verstärkungseffekt der Plattenstruktur im Mörtel oder Beton bestimmt wird. Derartig feste Platten sind jedoch sehr schwierig zu schneiden und in die gewünschte Form zu falten.»

Aufgabe der Erfindung ist es, einen besseren Ausgleich zwischen dem Erfordernis einer Verstärkung der Gebäudestruktur und dem eines leichten Schneidens und FaI-tens der Substratplatte zu erreichen» Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der weiteren Beschreibung.

Erfindungsgemäß besteht die Lage des auf einer JTläehe

3Q98 5Q/0 423

der Grundplatte aufgebrachten Materials aus einem Material, in welchem eine Vielzahl kurzer Drahtelemente verteilt sind» Es ist bekannt, daß viele kurze Metalldrahtelemente eine verstärkende Wirkung im Material ausüben, die sich bei einem gegebenen Typ von Drahtelementen meist linear zur Menge der eingeschlossenen Drahtelemente vergrößert. Gemäß der Erfindung ist die zumindest teilweise durch die Drahtelemente erzielte Verstärkungswirkung in einer Weise erreicht, daß die Grundplattenstruktur bei einer gegebenen Endfestigkeit des Bauwerkes geringer sein kann. So ist es ein besonderer Vorteil der Erfindung, daß Grundplatten verwendet werden.können, die leichter zu schneiden und zu falten sind, als bisher verwendete, die vergleichsweise steif sein mußten, um dem unverstärkten weichen Mörtel oder Beton eine ausreichende Anfangsfestigkeit zu verleihen« Bei der Verwendung von Grundplattenelementen einer bevorzugten Art mit gekreuzten Drähten, die durch Öffnungen einer mittleren Pappe hindurch miteinander verbunden sind, zeigt sich ein weiterer Vorteil, daß die Drahtverstärkungselemente die Haftung zwischen dem Mörtel oder Beton und dem Plattenelement wesentlich erhöht, weil der Mörtel oder Beton um die Drahtkreuzungspunkte fließt und der Mörtel oder Beton durch die Drahtelemente verstärkt wird. Eine ähnliche Haftungsverbesserung tritt ein, wenn die verstärkten Mörtel- oder Betonmischungen auf andere Grundplatten aufgebracht werden, die Ansätze oder Unregelmäßigkeiten der einen oder anderen Art aufweisen. Darüber hinaus unterliegt der auf eine relativ gering steife Grundplatte aufgebrachte' Mörtel oder Beton beim Trocknen einer ungleichmäßigen Schrumpfung, welcher das Substratplattenelement nachgeben muß, was zu kleinen über die Flächenschicht verteilten Rissen führt. Die Draht-

3 09 85 0/042 3

verstärkung verhindert jedoch das Auftreten derartiger Risse»

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Bauwerksteile von sehr viel geringerer Dicke als die beiden anderen Dimensionen herzustellen, indem ein verstärktes Netzwerk der gleichen Form gebaut und auf mindestens eine seiner Flächen eine Materialschicht aus Z₀ B₀ Mörtel oder Beton aufgebracht wird, in der·eine Vielzahl kurzer Stahldrahtelemente verteilt ist (Technical Report No«, 2-46 "Response of fibrous-reinforced concrete to explosive loading". Department of the Army, Ohio River Division Laboratories, Corps of Engineers, Cincinnati, Ohio, January 1966)0 Das zusammen mit den Faserelementen verwendete verstärkte Netzwerk großer Maschenweiten hatte jedocri. nur den Zweck einer zusätzlichen Verstärkung der Faserelemente und war nicht ausreichend lichtundurchlässig, um als Substratoder Grundplattenelemente verwendet werden zu können» Eine spezielle Abdeckung der gleichen Form muß hergestellt werden, auf welcher das verstärkte Netzwerk und die Betonschicht aufgebracht und die nach Aushärtung danach wieder entfernt werden müßte. Diese Ausführung hat den Vorteil einer kombinierten Verstärkung der Haupt-Strukturebene durch das Netzwerk und einer Armierung gegen Biegungen durch die Faserelementeο Das Netzwerk ist jedoch nicht ausreichend lichtundurchlässig, um die Vorteile der Kombination mit Substratplatten zu erhalten.

Das Verfahren zur Herstellung einer Bauwerksstruktur gemäß der Erfindung wird demzufolge wie oben beschrieben ausgeführt, nämlich zuerst durch Ausbilden einer Substratplatten-Struktur und danach durch Bedecken mindestens ei-

309850/0423

near Fläche der JPlattenstruktur mit einer Lage von weichem Material, in das eine Vielzahl kurzer Metalldrahte als Verstärkungselemente eingemischt sind»

Vorteilhaft wird das Verfahren in der Weise ausgeführt, daß das Material, z. B₀ Mörtel od. dgl, auf eine Fläche der Plattenstruktur, z„ Bo durch eine Kanone oder durch eine andere geeignete Einrichtung aufgebracht wird, wobei die verstärkenden Metallelemente vor dem Aufbringen in die Mischung eingemischt werden„ Durch Verwendung einer geeigneten Auftragskanone ist es auch möglich, das Material auf die Fläche der Plattenstruktur aufzubringen und gleichzeitig die Verstärkungselemente in die aufgebrachte Mörtel- oder Betonmischung einzulagern.,

Die Ballaststoffe des bei der Herstellung eines Bauwerkes gemäß der Erfindung verwendeten Mörtel- oder Betongemisches können von feinem Sand zu groben Substanzen je nach den praktischen Umständen variieren« Die Verstärkungselemente werden vorteilhafterweise in das Mörteloder Betongemisch beim Mischen des Zementes mit den Zuschlagstoffen und Wasser eingemischt. Ist die Länge der Verstärkungselemente sehr viel geringer als die Lage des aufgebrachten Materials, in dem sie verteilt sind, dann sind sie in der fertigen Bauwerksstruktur gleichmäßig verteilt und wirr ausgerichtet. Ist jedoch die Länge der Verstärkungselemente der Schichtdicke des aufzutragenden Materials mindestens gleich, dann werden sie nicht wirr, sondern vorzugsweise parallel zur Oberfläche der Schicht ausgerichtet, was bedeutet, daß sie nach statistischer Wahrscheinlichkeit mehr in paralleler Ausrichtung zur Schichtoberfläche als in wirrer Verteilung liegen. Das

309850/0423

Herstellen einer Schicht von wesentlich größerer Dicke als die Länge der Verstärkungselemente bei.gleichzeitiger Ausrichtung der Elemente vorzugsweise parallel zur Schichtoberfläche kann durch nachfolgendes Herstellen mehrerer dünner Schichten erzielt werden»

Es ist bekannt, daß die Verstärkungswirkung einer Drahtelementverstärkung im Mörtel oder Beton ausgeprägter ist, weil das Metall feiner im gesamten verstärkten Material verteilt liegt» Dies ist zum Teil auf die Tatsache zurückzuführen, daß eine bestimmte Menge von Verstärkungs-Metall in Form von dünnen Drahtelemanten eine größere Haftungsfläche zum Mörtel als bei Verwendung einer gleichen Menge von dicken Stäben besitzt, Aus diesem Grunde kann stahlfaserverstärkter Beton eine gleiche Zugfestigkeit besitzen, wie durch durchlaufende Stähle verstärkter Beton in Längsrichtung« Gute Ergebnisse werden mit Stahldrahtelementen von kreisförmigem Querschnitt

2
von nicht größer als 1,0 mm und einem Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis zwischen 50 und 200 erzielt. Da die Armierung durch Drahtelemente auf der großen Zugfestigkeit und dem Elastizitätsmodul des Drahtmaterials gegenüber dem verstärkten Material beruht, ist es offensichtlich, daß auch andere Materialien als Stahl verwendet werden können und daß die entsprechenden Durchmesser und Längen-zu-Durchmesser-Verhältnisse von der Metallart abhängen.

Der Armierungseffekt ist auch teilweise auf die große Dichte der Draht-Armierungeelemente in dem verstärkten Material zurückzuführen. Jedes Drahtelement ist für eine umgebende Einflußzone verantwortlich, um der Entstehung von Rissen in dieser Zone entgegenzuwirken. Falls ein Riß trotz-

309850/0423

dem eine Zone durchläuft und auf die nächste Zone mit ihrem Drahtelement auftrifft, übt er dort eine Spannung aus, die im Verhältnis zu der bereits durchlaufenen Zone größer wird und zu einer weiteren Rißbildung führt. Daher soll die Einflußzone um jeden Draht einen so klein wie möglichen Querschnxttsbereich senkrecht zur Drahtlänge haben,, Zur Vereinfachung sei angenommen, daß jede Umgebungszone ein Zylinder von der Länge des Drahtes ist und daß V das Volumen einer Mörtel- oder Betonprobe, N die Anzahl der Drahtelemente in der Probe und L die mittlere Länge jedes Drahtelementes ist, dann beträgt der mittlere Querbereich einer die Drahtelemente umgebenden Einflußzone V
. Die Drahtverstärkungselemente im Mörtel oder Beton

für die erfindungsgemäße Verwendung haben einen außerordentlich guten Verstärkungseffekt, wenn die Ungleichung erfüllt ists

V 2
rrrr— < 2 cm

NL

Aus wirtschaftlichen Gründen haben die Drahtelemente

vorzugsweise einen Querschnitt von nicht größer als 1 mm .

Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Grenzen von 1 mm

2 ~
und 2 cm nicht die absoluten Grenzen der erfindungsgemäßen Anwendung darstellen, sondern daß sie als Werte anzusehen sind, innerhalb derer die Verstärkung des Mörtels oder Betons für alle praktischen Fälle in ausreichender Weise sichergestellt ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen;

309850/0473

Pig, 1 und 2 Ansichten von zwei Flächen einer Substratplatte mit einer einzigen Mörtel- oder Betonschicht gemäß der Erfindung?

Fig. 3 ein Gitterwerk zur Halterung der Substratplatte als Teil eines Gebäuderahmens;

Fig. h in die Rahmenstruktur eingebaute Substratplatten gemäß Fig_Q 2;

Fig. 5 den fertigen Bau in perspektivischer Darstellung,.

Fig. 1 zeigt eine Fläche einer mit einer Mörtel- oder Betonschicht versehenen Platte gemäß der Erfindung. In dieser Ausführung trägt nur eine Seite der Platte eine Schicht aus Mörtel oder Beton« Zur besseren Klarheit ist in dieser Figur ein Plattenteil ohne Mörtel- oder Betonschicht gezeigt, um die Struktur der Substratplatte kenntlich zu machen. Eine Platte besteht aus Wasser ohne Beschädigungen absorbierender Pappe 1, einer Serie von horizontalen Drähten 2 an einer Seite und einer Serie vertikaler Drähte 3 auf der anderen Seite. Die Pappe t besitzt regelmäßig verteilte Öffnungen h_% in denen die sich kreuzenden Drähte zusammengeschweißt sind. Der aufgebrachte Mörtel oder Beton fließt durch die Öffnungen 4 und umschließt bei 5 die Kröuzungsstellen der Drähte 2, 3 (Fig. 2) Dies führt nach dem Trocknen zu einer festen Verklebung der Mörtel- oder Betonschicht auf der Pappe.

Bei einer typischen Anwendung der Erfindung wird ein Mörtelgemisch folgender Zusammensetzung verwendet χ

309850/0423

Portlandzement nach der belgischen Bezeichnung P 400, Sand!¹ Betonsand 0 - 2 mm,

Drahtelementet Durchmesser 0,35 mm, Gesamtlänge 30 mm,

Sand-Zement-Verhältniss zwischen 0,5 und 3>0 zu 1, Fasser-Zement-Verhältnisä zwischen 0,3 und 0,6 zu 1, Konzentration der Drahtelementes 1 bis 2 Vol„-Prozent,

Das zweckmäßigste Längen-zu-Burchmesser-Verhältnis der Drahtelemente liegt im Bereich zwischen 50 - 200 zu 1„ Die Enden der Drähte sind vorzugsweise eingebogen, wobei jedoch mindestens eine gerade mittlere Länge von der halben Drahtlänge verbleibtc Es muß eine gewisse Sorgfalt aufgewendet werden, damit die Bogenenden nicht eine Form erhalten, die zu einer wirren Verhakung der Elemente beim Mischen führt. Es können auch gerade Drähte von abgeflachten oder runden Querschnitten verwendet werden. Der Mörtel oder Beton kann entweder von Hand, z. B. mit einer Kelle oder - wenn er ausreichend fließfähig ist - durch eine Hochdruckkanone aufgebracht werden. Geeignete Mörtelspritzen sind vom Verputzen her bekannt. Sie enthalten eine Pumpe, die die Mischung unter einen Druck von 20 bis 30 at setzt, und eine Spritzkanone zum Abfördern der Mischung. Es gibt insbesondere für feuchte und grobe Agglomerate geeignete Typen für Korngrößen über 30 mm Durchmesser, wie z. B. den Typ ¹¹MIXOKRET MZ 150 DK" der Firma Putzmeister, der zusammen mit einem Hochdruckleitungsschlauch von 50 nun Durchmesser verwendet werden kann. Es ist natürlich darauf zu achten, daß die Drahtverstärkungs-

309850/0423

elemente die Spritzenöffnung nicht verstopfen. FaIXs erforderlich, können die Drahtelemente und das Mörtel- oder Betongemisch getrennt, jedoch gleichzeitig auf den gleichen Auftreffpunkt, beispielsweise mit Hilfe eines Gebläses, aufgebracht werden»

Das Auftragen des Mörtels oder Betons und der Drahtelemente auf diese Weise hat den Vorteil der Ausbildung einer rauhen Oberfläche mit vorstehenden Drahtenden, die einen guten Haftungsuntergrund für eine folgende Endschicht aus Verputz, Kunstharz, Fliesen od„ dglo bildet_o Eine von Hand verstrichene Mischung kann jedoch auch bereits die Endschicht darstellen. In diesem Fall werden die Drahtelemente vor dem Verstreichen der Mörtel- oder Betonschicht so weit gemischt, bis sie gleichmäßig in der Schicht verteilt und ausgerichtet sind» Dann wird die Mischung auf die gitterverstärkte Pappe gestrichen, so daß in der Endstruktur die Drahtelemente gleichmäßig verteilt und willkürlich ausgerichtet sind. Obwohl die Außenhaut der Schicht in der Ebene der Außenflächen orientierte Drahtelemente enthält, kann doch gesägt werden, daß die Drahtelemente weitestgehend gleichmäßig verteilt und wirr ausgerichtet sind. Es ist jedoch klar, daß bei geringen Schichtdicken die Drahtelemente vorzugsweise in der Ebene der Schicht ausgerichtet sind.

Die Herstellungsstufen für eine kleine» Kabine oder ein Ferienhäuschen sind in den Fig. 3 bis 5 gezeigt. Zuerst werden mehrere Pfosten aufgerichtet und durch Holme und Querstäbe zu einem Rahmenwerk 6 verbunden» Danach werden eine entsprechende Anzahl von Substratplatten 7 geschnitten, in eine geeignete Form gefaltet und Seite an

Seite am Rahmenwerk befestigt (Figo h). Auf diese Weise wird die gesamte Form der Hütte ausgeführt und die Öffnungen für Fenster, Türen und auch solche Unregelmäßigkeiten wie Fenster, Sitze und Türstufen ausgebildet» Schließlich wird das drahtverstärkte Mörtel- oder Betongemisch auf die Substratplattenstruktur aufgebracht, wobei das Ergebnis in Figo 5 gezeigt ist_o Es sei hervorgehoben, daß die Außenwände der Hütte durch zwei innere und äußere Sätze paralleler Substratplatten gebildet werden, von denen jeder eine Mörtel- oder Betonschicht auf der von der anderen entfernten Seite trägt, so daß sich ein Hohlraum zwischen den Platten bildet, der mit Isolationsmaterial gefüllt werden kann» Die Unterteilungswände im Inneren der Hütte können nur aus einer Lage von Platten bestehen, die an jeder Seite mit einer Mörteloder Betonschicht bedeckt sind»

Wasserfeste Bauwerke, wie z„ B. monolithische Schwimmbäder, können auch nach der Erfindung hergestellt werden. Eine Seite der Substrat-Gitterplatte wird mit drahtverstärktem Mörtel oder Beton und die andere Seite - die Innenfläche des Schwimmbeckens - danach mit einer Lage beschichtet, bei der zumindest die Außenfläche wasserundurchlässig ist, und die beispielsweise aus Epoxy-Zement besteht.

Das erfindungsgemäße Prinzip ist nicht nur auf die Anwendung bei kompletten Bauwerken beschränkt= Sie kann ebenso bei Bauelementen, wie z. B= ebenen Platten, eckigen Bauelementen oder anderen Artikeln angewendet werden, die aus verstärktem Mörtel oder Beton herzustellen sind.

■3Q9850/lH?3

Claims

Patentansprüche

( 1«,) Bauwerk, bestehend aus einem unter Verwendung eines wasseraktivierten Bindemittels, wie Zementmörtel, Beton od, dgl» hergestellten Materials, dessen Dicke sehr viel geringer als seine Länge und Breite ist und das eine Grundplatte an einer Breitseite und eine Schicht des Bindemittels auf mindestens einer Seite der Grundplatte aufweist, dadurch gekennzeichnet ," daß in der Bindemittelschicht eine Vielzahl kurzer Drähte als Verstärkungse.lemente verteilt sind»
2. Bauwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Verstärkungselemente wesentlich kleiner als die Dicke der Schicht ist»
3. Bauwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente im Material der Schicht weitgehend gleichmäßig verteilt und wirr ausgerichtet sind«
4. Bauwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einige Verstärkungseiemente aus der freien Oberfläche der Schicht herausragen.
5· Bauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (i) an ihrer Außenfläche eine Materialschicht aufweist, welche zumindest in ihrem äußersten Bereich wasserdicht ist.

309850/0423

7326278
6. Bauwerk nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Grundplatten miteinander verbunden sind, über die sich die verstärkte Materialschicht gleichmäßig erstreckt»
7· Verfahren zur Herstellung eines Bauwerkes nach
einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von kurzen Metalldrähten als Verstärkungselemente in das weiche Bindemittel gemischt und dieses auf mindestens eine Seite der Grundplatte aufgebracht wird ο
8. Verfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungs.elemente in das Bindemittel vor dem Aufbringen auf die Fläche gemischt werden»

9· Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel in weichem Zustand auf die Grundplattenfläche aufgetragen und gleichzeitig die Verstärkungselemente in das aufgetragene Mörtel- oder Betongemisch
eingebracht werden.

309850/0423

Le e rs e ite