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Verfahren zur nerstellung eines opannbetonbauteils
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Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen an Spannbetonelementen
und betrifft insbesondere Spannbetonträger, -platten und dgl. Betonbauteile.
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rufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Spannbetonbauteils
sowie eines Verfahrens zu seiner Herstellung, bei dem der übliche Vorspannvorgang,
der normalerweise aufwendig, zeitraubend und die Fertigungskapazität einschränkend
ist, nicht benötigt wird0 Im Zuge dieser Aufgabe bezweckt die Erfindung die Schaffung
eines Spannbetonbauteils aus Gießbeton- und Schüttbetonteilen, die eine verbesserte
Belastbarkeit besitzen und bei denen die Trennfugen oder Verbindungsstellen zwischen
den Betonkomponen--ten des Trägers einen verbesserten Zusammenhalt besitzen, der
insbesondere auf die Unterbrechung der Hydratisierung des Betons im Gießbetonteil
zurückzuführen ist0
Die genannte Aufgabe wird bei einem Verfahren
zur Herstellung eines Spannbetonelements erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst
eine Betonschale geformt wird, die anschließend während einer vorbestimmten Zeitspanne
ausgehärtet wird, daß zumindest eine Oberfläche der Betonschale ausgetrocknet wird,
so daß die Hydratisierung in dieser Fläche voriibergehend unterbrochen wird, daß
ein oder mehrere Spannglieder in der Schale angeordnet und vorgespannt werden, um
die Schale in einem vorbestimmten Spannungs- oder Belastungsschema vorzuspannen,
daß danach die genannte Fläche angefeuchtet wird, daß hierauf die Schale mit Beton
gefüllt wird, so daß das oder die Spannglied-(er) bedeckt wird (werden), und daß
die Betonfüllung und die Betonschale gemeinsam ausgehärtet werden.
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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine flache Betonplatte
mit einem Spannbetonelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 ein
Fußbodensystem mit einem Spannbetonelement gemäß einer anderen Ausführungsform der
Erfindung, Figo 3 ein Fußbodensystem mit einem Spannbetonelement gemäß noch einer
anderen Ausführungsforin der Erfindung, Figo 4 ein Fußbodensystem mit den Spannbetonelementen
gemäß den Figo 1 und 2, in teilperspektivischer Ansicht, Fig. 5 eine schematische
Darstellung eines Verfahrens zum Bau einer freitragenden bzw. Auslegerbrücke unter
Verwendung eines Spannbetonelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
Fig.
6 eine schematische Darstellung nebst einer in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnittansicht
eines schichtweise aufgebauten Betonbauteils gemäß einer weiter abgewandelten Aus
führungsform der Erfindung0 Die Erfindung ist auf die Herstellung beliebiger Spannbetonelemente
anwendbar, beispielsweise auf Träger, Säulen, flache Platten, ein Spannbetonelement
für eine freitragende oder Auslegerbrückenkonstruktion, für schichtweise aufgebaute
Bögen oder Gewölbe (bowed arches), Straßendecken (roading) oOdglO Bei der derzeit
üblichen Herstellung solcher Betonelemente ist es erforderlich,die Betonelemente
während einer beträchtlichen Zeitspanne von z*BO 24 - 48 Stunden in einer Vorspannbettung
zu belassen, bis sie die gewünschte Übertragungsspannung (transfer stress) erreichen,
wobei dieses Vorgehen sowohl aufwendig und zeitraubend als auch bezüglich der Übertragungsspannung
einschränkend ist0 Erfindungsgemäß ist jedoch keine derartige Bettung erforderlich,
weil dabei zuerst ein Gießbetonelement gebildet wird, das während einer vorgewählten
Zeitspanne oder bis auf eine bestimmte Festigkeit aus gehärtet und zumindest an
oder dicht an seiner Oberfläche durch Erhitzen oder anderweitig ausgetrocknet wird,
um den im Oberflächenbeton stattfindenden Hydratisierungsprozeß vorübergehend anzuhalten,
worauf das Gießbetonelement mittels eines oder mehrerer Spannglieder vorgespannt
bzwo belastet und dann angefeuchtet wird, bevor die Schüttbetonfüllung (infilling
concrete) in das Element eingefüllt wird, Dieses Verfahren umfaßt eine unterbrochene
Hydratisierung des in den Oberflächenschichten des Betons des vorgegossenen Elements
enthaltenen Zements, so daß sich beim Anfeuchten der getrockneten Oberfläche und
beim Dartiberschütten von Schüttbeton die Hydratisierung im Oberflächenbeton der
Schale fortsetzt und zwischen beiden Teilen eine Verbindung hoher Festigkeit hergestellt
wird0 Da der Hydratisierungsprozeß im Gießbeton durch das Anfeuchten und auch durch
seinen
Kontakt mit dem frischen, nassen schüttbeton reaktiviert
wird, erfolgt eine Schnellaushärtung des achüttbetons. Der Ablauf der Zementhydratisierung
wird durch Beaufschlagung mit Wärme an der Oberfläche des vorgegossenen elements
vorübergehend unterbrochen, wodurch freies Wasser bei einer Temperatur unterhalb
derjenigen entfernt wird, bei welcher eine Dehydratisierung bzw. Entwässerung des
Calciumhydroxids auftreten würde, so daß bei der Reaktivierung des Hydratisierungsprozesses
eine Bindung zwischen dea Gießbetonelement und dem Schüttbeton auftritt. Diese Wärmeanlegung
oder -bestrahlung erfolgt vorzugsweise in Form der Infrarotstrahlung des natürlichen
Sonnenlichts, obgleich dann, wenn die klimatischen Bedingungen ungünstig sind, eine
künstliche Wärmequelle, wie überhitzter Dampf, angewandt werden kann, Das Vorhandensein
von Poren oder Hohlräumen in der Oberfläche des Gießbetonelements begünstigt die
Bildung einer festen Bindung mit dem einzufüllenden Schüttbeton0 Es wird angenommen,
daß zwischen dem Schüttbeton und der Oberfläc'ne der vorgegossenen bzw.
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Gießbetonschale unter Herstellung der Bindung zwischen ihnen eine
Art "autogene Heilung" ("autogenous healing") stattfindet, wie dies in nThe Structural
Engineer", So 242 - 243, September 1954, The Journal of the United Kingdom Institute
of Structural Engineers; Civil Engineers Handbook, Ausgabe 1970 - Gilkey; Chemistry
of Cement and Concrete, 3o Auflage -Lea; Proceedings of the American Concrete Institute,
1963, Band 60, S. 465 - T,T,C, HSU und FçOo Slate, beschrieben ist0 In einer Ausführungsform
der Erfindung besitzt ein Spannbetonbauelement eine Verbundkonstruktion aus vorgegossenen
bzw.
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Gießbeton- und an Ort und Stelle gegossenen bzw, Schüttbetonelementen.
Das Gießbetonelement kann dabei mindestens eine Mulde mit einem zOBo U- oder W-förmigen
Querschnitt besitzen0 Das Gießbetonelement wird nach dem Formen während einer beliebigen
Zeitspanne ausgehärtet, beispielsweise innerhalb von 3 bis 28 Tagen, und durch Wärme,
wie natürliches Sonnenlicht,
ausgetrocknet, so daß der im Beton
stattfindende Hydratisierungsprozeß bis zur Reaktivierung vorübergehend unterbrochen
wird, wie dies noch näher erläutert werden wirdo Das Fertig-oder Gießbetonelement
kann jedoch erforderlichenfalls nur etwa ii Stunden lang ausgehärtet und unter Verwendung
von überhitztem Dampf ausgetrocknet werden, bevor es vorgespannt, angefeuchtet und
mit dem Schüttbeton gefüllt wird0 Das Gießbetonelement wird daraufhin mittels üblicher,
zweckmäßiger Spann- oder Armierungselemente, zçBo einer Anzahl von Stahldrähten
oder -stäben, vorgespannt, wonach die Innenfläche der vorher genannten Mulde mit
einem feinen Wassersprühstrahl Oodglo angefeuchtet und in das Innere der Mulde des
Gießbetonelements dann eine Schicht Beton eingeschüttet wird, so daß sie augenblicklich
das oder die Spannelement(e) verdeckt, Durch das Anfeuchten der Mulde(n) des Gießbetonelements
wird der Hydratisierungsprozeß im Beton dieses Elements reaktiviert, so daß sich
eine feste Bindung zwischem dem eingefüllten Schüttbeton und dem Beton an der Innenfläche
der Mulde bildet0 Dabei hat es sich gezeigt, daß bei dieser Bindung die Betonmatrix
tatsächlich zwischen beiden Teilen verläuft, so daß in dem auf diese Weise hergestellten
Verbundbetonelement eine einheitliche Bindung oder Verblockung großer Festigkeit
gebildet wird0 Zin wesentliches Merkmal der Erfindung besteht damit in der Reaktivierung
des Hydratisierungsprozesses im Gießbetonelement sowie, wie ebenfalls noch näher
erläutert werden wird, in der Lastentspannungslänge (load release length) des einen
bpannglieds oder der Anzahl von Spanngliedern und auch in ihrer Beziehung zu den
anderen Bauteilen des BetonelementsO v.-ie noch näher erläutert werden wird, kommen
notwendigerweise noch andere bedeutsame Faktoren in Betracht, insbesondere die Anordnung
des Spannglieds bzwt der Spannglieder im Gießbetonelement sowie die Menge und Beschaffenheit
des in das Gießbetonelement eingefüllten SchüttbetonsO Diese weiteren Faktoren
werden
durch das filodulverhältnis der Festigkeiten des für das Gießbetonelement verwendeten
Betons und des Schüttbetons sowie durch das Verhältnis zwischen Bindungskontaktfläche
und Betonoberfläche bestimmt, so daß beim Entfernen der Verankerungsplatten, mit
deren Hilfe die Spannglieder in der Gießbetonschale vorgespannt werden, die Spannbelastung
auf den Schüttbeton freigesetzt bzwO übertragen wird, ohne dal3 eine spätere Rißbildung
im ,Schüttbeton oder ein Bruch der Bindung zwischen der Gießbetonschale und der
Füllung auftritt, auch wenn man den Festigkeitsunterschied (differential strength)
über die Bindung hinweg berücksichtigt.
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Bei der Freisetzung der auf die Spannglieder einwirkenden Belastung
auf den Schüttbeton bzw. die Bctonfüllung verlagern sich die Spannglieder, nämlich
ein oder mehrere Stäbe oder Drähte, von der Außenfläche der Schale aus einwärts,
wobei sie sictj so ausdehnen, daß in der Betonfüllung eine Keil- oder Klemmwirkung
erzeugt wird, bis die Belastung von der Eetonfüllung, doho vom Schüttbeton aufgenommen
wird0 Die Strecke, über welche diese Lastaufnahme auftritt, ist im folgenden als
"Lastentspannungslänge" (load release length) bezeichnet, und dieser ausdruck wird
in der folgenden Beschreibung durchgehend in diesem Zusammenhang benutzt0 Die Betonfüllung
dei-nt (strains) sich einwärts um die Spannglieder herum, aber an ihrer Berührungsfläche
mit dem Spannglied auswärts, und die Schale des Gießbetonelements verlagert sich
auswärts, wenn die auf sie durch die Spannglieder, die mit den genannten Spannplatten
oder Verankerungsplatten verbunden sind, durch welche die Schale und die Spannglieder
vorgespannt werden, ausgeübte Belastung aufgehoben wird. Als Ergebnis dieser Auswärtsverlager
rung der Schale entsteht an der Grenzfläche zwischen der Füllung und der Schale
-über eine gewisse Strecke hinweg im Schüttbeton bzwO in der Betonfüllung eine Zugspannung,
die je nach den vorher genannten Verhältnissen nach einer bestimmten Strecke innerhalb
des Verbundelements allmählich auf einen
"Nullpunkt" abfällt Es
hat sich als wesentlich erwiesen, daß der "Nullpunkt" der Spannung oder Beanspruchung
zwischen diesem Zugspannungsbereich an der Grenzfläche zwischen der Betonfüllung
und der Schale in einer Position vorderhalb des Zentroids der "Lastentspannungslänge"
der Vorspannteile liegt, enn kein Riß über die Füllung hinweg entstehen soll, muß
der Abstand der Spannglieder von der Oberfläche der Schale, wie sich gezeigt hat,
zwischen einem Drit-tel und zwei Dritteln der Breite der die Spannglieder enthaltenden
Füllung liegen, Es is-t jedoch zu beachten, daß diese kegel wählbar ist, und obgleich
stets zwischen einem opanngliea und einem anderen Spannglied ein Abstand entsprechend
dem Dreifachen seines Durchmessers vorhanden sein sollte, kann selbstverständlich
je nach der Art und der Konstruktion des Verbundbetonelements ein wesentlich weiterer
Bereich angewandt werden.
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Es hat sich gezeigt, daß aufgrund des entstehenden Spannungsschemas
eine erhöhte Duktilität der Teile des Verbundbetonelements erhalten wird. Genauer
gesagt: Infolge der an der Außenschale erhaltenen Spannung in Verbindung mit dem
von der Verwendung der Schale für die Aufnahme ihres gesamten Eigengewichts erhaltenen
Spannungsschema tritt auch eine Verschiebung der Neutralachse auf. Hierdurch entsteht
eine "Verdübelungswirkung" bei einer Rißbildung im Beton und bei einem Nachgeben
der Stränge oder Stäbe der Spannglieder0 Das Ergebnistist eine vergrößerte Plastizitätsgrenze
(plastic length) bei Bruch eines Elements, was bedeutet, daß eine größere Energievernichtung
beim Nachgeben der Stränge o.dgl. vorhanden ist0 Da aber die Außenenergie gleich
der Innenenergie sein muß und die Vorspannung an der Außenfläche erhalten bleibt,
ruft die verzögerte Rißbildung eine geringere Durchbiegung oder auslenkung hervor,
so daß die Träger duktiler sind und tatsächlich um 10 biD ZO, höhere Belastungen
als die genaue ti-leoretische, anhand der Versuchsfestigkeit der Drähte oder Stäbe
berechnete Belastung aufzunehmen vermögen.
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Diese erhöhte Duktilität ist im Hinblick auf das Verhalten der Betonelemente
bei Erdbeben und unter akuilichen seismischen Bedingungen von besonderer Bedeutung,
Es wurde weiterhin festgestellt, daß die Fläche der Betonfüllung, die vorhanden
sein mu3, damit die Bindung zwischen Schale und Füllung unter Vernachlässigung ihrer
zusätzlichen Festigkeit infolge der unterbrochenen Hydratisierung nicht aufbricht,
wie folgt berechnet werden kann: 1. 80% der auf die Füllung zu übertragenden Belastung
werden durch die Fläche der Füllung dividiert 2. Die aufgrund von Berechnung (i)
erhaltene Zahl wird mit dem 0,7-fachen des Roisson-Verhältnisses multipliziert und
dann von 80% der Belastung abgezogen. Das Poisson-Verhältnis für Beton wird nach
der Formel M = 2G - 1 berechnet, in welcher M die Poissonsche Zahl, E den Elastizitätsmodul
und G den Steifheitsmodul bedeuten, 3o Die aus Rechnung (2) erhaltene Zahl wird
dann mit dem Modulverhältnis der beiden unterschiedlichen Betonfestigkeiten berichtigt
und danach durch die Füllfläche oder das auf deren Grundlage berechnete Füllungsspannungsschema
dividiert, Dieses Ergebnis wird mit der Zahl verglichen, die durch Dividieren der
auf die Schale einwirkenden Gesamtbelastung durch die Schalenfläche erhalten wird.
Diese
Zahl wird ebenfalls mit den Modulverhältnis der beiden unterschiedlichen
Betonfestigkeiten berichtigt, und die dabei erhaltenen Resultate dürfen um nicht
mehr als 50% voneinander abweichen.
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Die Belastung im spannglied wird nunmehr durch das Dreifache seiner
breite, multipliziert mit der Breite der Füllung und auch mit der Länge der Bindungslinien
zwischen Füllung und Schale, dividiert, und die resultierende Bindungsspannung muß
iit den Betonvorschriften übereinstimmen, die für das Betonelement gelten, beispielsweise
mit den Vorschriften gemäß A.C.I. Code in Neuseeland bzw. den anderen, in den betreffenwen
bändern geltenden Vorschriften.
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Liei der @inzufügung von in-situ- bzwO Schüttbeton zum Verbundelement,
ull seine Neutralachse zur die hochverdichtete Zone in der vorgegossenen Außenschale
anzuheben, tritt im endgültigen Biegezustand, wie erwähnt, ein "Verdübelungswirkung"
gegenüber jeglicher Rißbildung des Verbundbetonelements auf, da sich der Riß durch
die Verdichtungszone der schale erstrecken muß, die auf der Neutralachse liegt.
Hierdurch wird ein Nachgeben (yield) an dieser speziellen Stelle des Spanndrahts
oder -stabs vermieden und das Auftreten einer "Einschnürung" ("necking") verhindert.
Als Ergebnis tritt eine Rißbildung all einer anderen, längs des Elements weiter
auf Abstand liegenden stelle auf, so daß eine wesentlich vergrößerte "plastische"
Lange bei Bruch und eine herausziehende Bruchspannung des Drahts o0dgl. pannglieds
gewährleistet wird, welche seine $en@gültige Belastung und mithin diejenige des
Spannglieds insgesamt um etwa 10 bis 20% erhöht.
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Bei einer typischen Konstruktion eines Beton-Fußbodenrippenoer -trugerelements
wurden 91, kg an 3/8-Granitzuschlagstoff mit 34,5 kg groben Flußkieses oder -sanas
und 34,0 kg feinen Maurersands vermischt. Bezüglich der Feinheit des Sands soll
eine
Siebanalyse ergeben, daß mindestens 8% des gesamten Feinsands ein Sieb mit einer
Maschenweite von 0,063 mm (200 British mesh) passieren, Hierdurch wird erreicht,
daß die feinen Jandteilchen unter einer Schwingungs- oder Rüttelleistung von 3 bis
5 PS im Gemisch thixotrop werden und sich bereits im Gemisch mit Wasser verflüssigen,
so daß der Beton in dünnen Querschnitten bei niedrigem Wasser/ Zement-Venhältnis
aufgebracht werden kann. Das Viasser/Zel-aent-Verhältnis liegt in einem sehr niedrigen
Bereich von 0,2 bis 0,3, so daß sehr wenig Wärme nötig ist, um die Hydratisierung
im Gemisch vorübergehend anzuhalten, wobei die vorübergehende Unterbrechung der
H-ydratisierung eine Bedingung ist, die in Abhängigkeit vom verwendeten Zement variabel
ist und die für grob gemahlenen Portland-Zement im Bereich von 0,18 liegen sollte,
die jedoch als der Punkt definiert werden kann, an welchem das Wasser/Zement-Verhältnis
an der Bindungsfläche oder überall dort, wo die Bindungsfläche Feuchtigkeit in Dampfform
aufsaugen kann, auf etwa 0,18 abgesunken ist0 Dem Gemisch wurden auch 45,4 kg Zement
und 9,09 1 Wasser zusammen mit 0,223 kg Pozzolith (eingetr.
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Warenzeichen), d.h; einem hohen Anfangszuschlag (high early additive),
zugegeben. Nach der Bildung des Betonelements wurde dieses drei Tage lang an der
Sonne ausgehärtet und getrocknet, so daß zumindest der Oberflächenbeton in den im
Element gebildeten Mulden so ausgetrocknet war, daß die Hydratisierung vorübergehend
unterbrochen wurde. Das Wasser/Zement-Verhältnis bei diesem speziellen Gemisch betrug
0,27.
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Wahlweise kann anstelle des natürlichen Sonnenlichts eine elfstündige
Einwirkung von künstlicher Wärme, zoBo in Form von überhitztem Dampf, angewandt
werden0 2 Die Schale wurde über eine Schalenfläche von 127,75 cm hinweg 2 auf 211
kg/cm vorgespannt, und die Schale besaß an ihrer Basis eine Dicke von 28,58 mm und
an ihren Seitenwänden eine Dicke von 25,4 mmO Die so gebildeten Rippen wurden für
einen Fußboden mit einer Spannweite von 6,1 m benutzt und für eine Belastung von
181 kg pro 0,09 m2 ausgelegt,
Das ochütt- oder Füllungsbetongemisch
wurde aus 79,4 kg an 3/8-Granitzuschlagstoff, 29,5 kg grobem Flußsand bzwO -kies
und 38,6 kg feinem Maurersand sowie 45,4 kg Zement zusammen mit 17,2 1 wasser hergestellt0
Das für den Schüttbeton vorgesehene Gemisch sollte so ausgelegt sein, daß es eine
Festigkeit etwa entsprechend der Restaushärtungsfestigkeit (remaining cure strength)
nach der Unterbrechung der Hydratisierung in der Schale liefert, so daß die Hydratisierung
und die Schrumpfung beim Aushärten miteinander ablaufen, Nach dem Austrocknen auf
beschriebene Weise wurde die Schale vorgespannt, bevor sie mit einem feinen Nebelsprühstrahl
gründlich befeuchtet bzwO benetzt wurde, wobei zwar der Oberflächenbeton gründlich
benetzt wurde, jedoch kein Wasser innerhalb der Rippe zurückblieb. Das Schüttbetongemisch
wurde unmittelbar danach in die Mulden der Rippe eingeschüttet, wobei ein praktisch
schlagartiges Abbinden (flash set) des Betons auftrat und sich eine feste Bindung
zwischen der Oberflächenbeton der Mulden der schale und der Betonfüllung bildete.
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Es wurde ein Versuch mit einem 6,1 m langen Fußbodenträger unternommen,
der nach der Erfindung hergestellt und mit einer 63,5-mm-Betonabdeckung aus Beton
mit einer Nenn-Sollfestigkeit von 281 kg/cm2 abgedeckt war. Die zum Prüfzeitpunkt
gemessene Betonfestigkeit variierte zwischen 288 kg/cm2 und 298,2 kg/cm2. Die Breite
der Probe betrug 91,4 cm bei einer Tiefe von 177,8 mm, einer Breite von 120,65 mm
an der Basis und von 171,45 mm an der Oberseite sowie einer Schalendicke von 28,58
nun am Boden und an den Seiten, die längs der zeiten von 25,4 mm auf 28,58 mm an
einer 51 mm von der Oberseite entfernten stelle überging, an welcher sich die Schale
gemäß den Figuren verbreitert0 Das mittels eines Dynainometers ermittelte Gewicht
der Probe betrug 1,87 t (1,9 British tons), und die Probe wurde zunächst mit einer
verteilten Belastung von 8,60 t (8,745 British tons) belastet. Dabei wurden Stützen
zur
Ermöglichung eines freien Verkippens vorgesehen, und das Belastungsmaterial wurde
au beschriebene Weise zur Verninderung einer Bogenbildung (arcning) auf Abstände
verteilt. Das endgültige statische Moment aufgrund dieser Belastung betrug 877,076
"kp inches". Anhand einer theoretischen Spannungsblocktiefe, die unter Berücksichtigung
der Modulverhältnisunterschiede in den Betonfestigkeiten mit 19,53 mm berechnet
wurde, wurde eine Gesamt-Stahlkraft von 101,9857 kp errechnet; bei Abzug der vom
Drahtmaschcngewebe der schale getragenen Belastung und nach uividieren dieser Zahl
zwischen den beiden Festigkeiten ergab sich eine Belastung von 50,314 kp pro strang.
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Die vom Hersteller angegebene Bruchlast des Strangs betrug 3),4 kp;
die bberlastung betrug daher unter statischen Bedingungen 27,7% der vom Hersteller
angegebenen Bruchlast. An einem Punkt uninittelbar nach der theoretischen Endlast
der einheit bei Hinzufügung der letzten Last zeigte der Prüfling Anzeichen von Stahlstreckung,
wobei sich die Durchbiegungen ohne weitere Lasthinzufügung allmählich vergrößerten
und sich Risse im allgemeinen über die Rißlänge hinweg aufweitetenO Nach einer derartigen
Durchbiegung von etwa 50,8 mm verlangsamte sich jedoch diese Streckung, um dann
aufzuhörenO Die Last wurde daher umgeordnet und zur Mitte der Einheit hin konzentriert,
um dadurch sowohl Biegemoment als auch Scherbelastung zu vergrößern0 Der Prüfling
überstand diese zusätzlichen Belastungen mit nur normaler elastischer Durchbiegung,
die bei erhöhter Belastung zu erwarten warO Bei einer endgültigen Konzentration
der Belastung vollständig auf die Mitte der Spannweite, mit Ausnahme einer Belastung
von 1,014 t in einem Abstand von 1,2 m zu beiden Seiten der Mittenbelastung, blieb
die Durchbiegung des Prüflings stabil Ein Versuch, den Prüfling zum Bruch zu bringen,
indem eine obere Lastpalette mit einem Gewicht von 1,58 t etwa 381 mm weit angehoben
und entsprechend der natürlichen oder Eigenperiode des Prüflings mit einer Geschwindigkeit
von 76,25 m/min fallengelassen wurde, führte lediglich zu etwa 63,5 mm betragenden
Aufwärts- und
Abwärtsauslenkungen des Elements bei sehr geringer
scheinbarer Dämpfung Der Prüfling überstand diese dynamische Belastung mehrere Minuten
lang, und nach Aufhebung der Belastung schienen sich die Risse im Element zu schließen,
doch verblieb dabei in den meisten Hissen ein Spalt von etwa 0,8 mmO Der anfängliche
Bruchpunkt lag bei 77,8% der anhand der Bruchbelastung des Spannglied-Strangs berechneten
theoretischen Endlast, und die Rißlänge (cracking length) betrug 3,813 m, Während
der beschriebenen plastischen Streckungsstufe schienen sich die Elemente oder Einheiten
über diese Länge hinweg ziemlich gleichmäßig zu strecken bzwo nachzugeben, obgleich
zwei Risse in der Mittenzone deutlich breiter waren0 Anhand der obigen und ähnlicher
Versuche wird geschlossen, daß die vorher ernannte "erdübelungswirkung" auftritt
und daß die hierdurch gewährleistete zusätzliche plastische Länge eine weitere Einspannung
des Drahts und eine erhöhte Gesamtbelastbarkeit ergibt, wie dies durch eine Versuchsbelastung
bei einem Strang der Einheit aufgezeigt wird, der eine Bruchlast von etwa 46,5 kp
besaß, der jedoch in den Spannklemmen aufgrund einer "Einschnürmng" oder "Einkerbung"
durch die Spannklemmen während des Versuchs bracht Fig. 1 zeigt einen Querschnitt
durch einen Teil der vorgegossenen Bodenschale einer Betonplatte 1, wobei in der
Schale mehrere Mulden 2 mit praktisch rechteckigem Querschnitt vorgesehen sind.
Die Schale 1 wird nach dem Gießen während einer vorbestimmten Zeit ausgehärtet,
und der Beton wird zumindest an den Nulden-Oberflächenschichten der Schale durch
natürliches Sonnenlicht oder eine andere Wärmequelle ausgetrocknet, so daß der Hydratisierungsprozeß
des Betons in diesen Bereichen vorübergehend unterbrochen wird0 Sodann werden Spannglieder
4 in die vorgegossene Betonschale 1 eingesetzt, worauf Spannplatten an beiden Enden
angebracht werden und eine Vorspannung an die Spannglieder und somit an die Schale
1 angelegt wird0 Nach dem Formen kann auf die Innenflächen der Mulden 2 ein das
Abbinden des Betons verzögerndes Mittel, zçBo
SILANOL (eingetrO
Warenzeichen), nämlich eine schwache Sulphatlösung, aufgetragen werden, doch wird
dieses Mittel vor dem Austrocknen und vor dem Spannen der Spannglieder zur Freilegung
des Aggregats bzw. Füllstoffs innerhalb der Mulden abgewaschen, Der Beton an den
Innenflächen der Mulden 2 wird dann mit einem feinen Wassersprühstrahl gründlich
angefeuchtet, worauf unmittelbar danach eine Schicht Füll- oder Schüttbeton 3 eingeschüttet
wird9 so daß sie die Spannglieder 4 bedeckt.
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Durch die Befeuchtung der Innenflächen der Mulden 2 wird der Hydratisierungsprozeß
wieder eingeleitet, so daß sich eine feste Bindung oder Verblockung zwischen der
Betonfüllung und den Betonoberflächen der i:Iulden 2 bildet und ein praktisch schlagartiges
Aushärten oder Abbinden der Betonfüllung auftritt0 Aus der Betonfüllungsschicht
3 ragen hochstehende Bügel 5 nach außen,die sich einwärts erstrecken und von einer
Betondeckschicht bedeckt werden, die auf die Anordnung aufgeschüttet wird, um das
angestrebte Boden- oder Wandelement gemäß Figo 1 zu bilden, Nach dem Aushärten der
Verbundbetonplatte, einschließlich der Betonfüllung 3, kann das Element in ein Fußbodensystem
eingesetzt werden, wobei Deck- und Füll- oder Schüttbeton an der Baustelle auf die
Betonplatten aufgeschüttet werden0 Diese zusätzliche Betonschicht ist in Fig. 1
bei 6 angedeutet0 Die Oberseite der Betonfüllung 3 innerhalb der Mulden 2 der vorgegossenen
Schale 1 ist bei der dargestellten Ausführungsform angerauht, so daß die Bindung
zwischen der Betonfüllung 3 und dem am Bauplatz aufgegossenen Beton 6 verbessert
wird0 Gemäß Figo 2, in welcher den Teilen von Figo 1 entsprechende Teile mit den
gleichen Bezugsziffern wie letztere bezeichnet sind, ist ein Betonträger 7 mit einer
im wesentlichen rechteckigen Mulde 2 vorgesehen, wobei zumindest die Oberflächenbetonschicht
der Mulde auf die beschriebene Weise ausgetrocknet und mit einer Betonfüllung 3
der beschriebenen Art gefüllt worden ist, so daß sich bei der Reaktivierung des
Hydratisierungsprozesses
im Gießbetonträger 7 eine feste Bindung
zwischen dem Träger 7 und der Betonfüllung 3 entwickelt. Aus der Betonfüllung 3
ragen Bügel 5 nach außen, die dann durch eine Schüttbetonschicht 6 und eine Deckbetonschicht
11 abgedeckt werden0 Von den Spannbetonträgern 7 werden Fliesen bzwo Formstücke
(tiles) 9 getragen, während in das Fußbodensystem auch andere Formstücke 10 zoBo
Leichtformstücke, einbezogen sind0 Ein Armierungs-Naschendraht, z.Bo HoRoco 668-Maschendraht
oder ein stärkerer Maschendraht, ist bei der dargestellten Ausführungsform zwischen
die Deckbetonschicht 11 und die Schüttbetonfüllung 6 eingelegt. Weiterhin sind in
der Schüttbetonschicht 6 Verankerungs- oder Sattelstäbe 13 vorgesehen, die sich
längs der Träger 7 erstrecken0 Gemäß Figo 3 weist eine Gießbetonschale 14 mit W-förmigem
Querschnitt Mulden 2 auf, in welche die Betonfüllwlg 3 und die Spannglieder 15 auf
vorher beschriebene Weise eingebracht werden, bevor die Schüttbetonfüllung 6 und
die Deckbetonschicht 11 sowie der Armierungs-Maschendraht 12 auf die Anordnung aufgebracht
werden0 Hierbei sind für das Fußbodensystem ebenfalls Fliesen oder Formstücke 10
zusammen mit einem praktisch L-förmigen Endformstück 16 vorgesehen, welches sich
an eine Oberseite des W-förmigen Betonträgers 14 anlegt. Nach außen ragende Bügel
5 sind um Verankerungsstäbe 13 oOdglO herumgehakt, die in der Schüttbetonschicht
6 angeordnet sind0 Von der einen Seite des W-Betonträgers 14 gehen Blöcke 17 ab,
die zur Leitungs- oder Kanal- und Netzbildung (reticulation) praktisch hohle Kerne
aufweisen, Figo 4 zeigt in teilweise auseinandergezogener Darstellung ein Fußbodensystem,
bei dem sich die W-förmigen ßetonträger 14 senkrecht zu den vorgegossenen bzw. Gießbetonrippen
oder -trägern 7 erstrecken und wobei die Formstücke 9, die Schüttbetonschicht 6,
der Armierungs-Naschendraht 12 und die Deckbetonschicht
11 über
diese Anordnung aufgebracht sind0 Die Füllungs-Bügel 5 erstrecken sich von der Betonfüllung
3 nach außen, die in die in den Rippen bzw. Trägern 7 ausgebildeten Mulden eingefüllt
ist0 Die Figuren veranschaulichen die Verwendung der Betonbauelemente bei einem
Bausystem, z0B. einem Fußbodensystem, obgleich darauf hinzuweisen ist, daß die Erfindung
in einem Verfahren zur Herstellung von Betonelementen besteht, bei dem durch die
unterbrochene Hydratisierung eines vorgegossenen bzwo Gießbetonelements eine feste
Bindung zwischen der Betonfüllung und dem Oberflächenbeton mindestens eines Teils
der Schale gebildet werden kann, und wobei eine Bindungsgrenzfläche zwischen dem
Gießbetonelement und der Betonfüllung vorgesehen ist, in welcher sich die Matrizes
sowohl des Gießbetonelements als auch der Betonfüllung miteinander verblocken und
eine Bindung hoher Festigkeit bilden, Die Vereinigung oder Verschmelzung wird noch
verbessert, wenn Aggregat bzwo Zuschlagstoff unmittelbar nach dem Gießen leicht
in die Schalenoberfläche eingepreßt wird0 Ein erforderliches Merkmal der Erfindung
besteht also darin, daß der im Gießbetonelement stattfindende Hydratisierungsprozeß
an einer zweckmäßigen Stufe durch WErmeeinwirkung, z.B. mittels natürlichen Sonnenlichts,
vorübergehend unterbrochen und nach dem Einfüllen der Betonfüllung wieder eingeleitet
oder reaktiviert wird, so das sich die genannte feste Bindung zwischen diesen Betonschichten
entwickelt.
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In Figo 5 ist eine freitragende bzw. Ausleger- oder Kragträgerbrückenkonstruktion
dargestellt, die leichte Schalen zur Aufnahme der anfänglichen Hub- und Baulast
verwendet, wobei die letzte Schale 18 eingebaut ist, die dann vorzugsweise mittels
einer Wärmequelle, wie natürliches Sonnenlicht, auf vorher beschriebene Weise ausgetrocknet
wird, bevor sie vorgespannt, angefeuchtet und mit einer Betonfüllungsschicht 27
und einer Deckbetonschicht 20 bedeckt wird0 Die Betonfüllung 27 bildet
dabei
infolge der unterbrochenen Hydratisierung der Schale 18 auf beschriebene Weise eine
Bindung oder Verblockung mit der vorgegossenen bzwO Gießbetonschale 18o Die Spannstränge
19 der Deckbetonschicht 20 der Brückenkonstruktion werden auf dargestellte Weise
nacheinander nach unten gezogen und an einer Ankerposition 21 verankert, bis die
Betonfüllung 27 und die Deckbetonschicht 20 zoBo mit Dampf ausgehärtet worden sind0
Eine Kopfankerplatte 22 dient zum Vorspannen der Betondecken-Armierungsdrähte, und
Spannplatten-Tragarme 28 sind ebenfalls vorgesehen0 Bei dieser Konstruktion ist
ein vorübergehend eingesetzter, bewegbarer Schalenträger 23 vorgesehen, welcher
die Schale 18 mit Hilfe von Gegengewichten in an sich bekannter Weise abstützt,
bis sie in der Auslegerbrückenkonstruktion in ihrer Einbaulage festgelegt worden
ist0 Während des genannten Austrocknungsvorgangs wird eine Abdeckung aus einem geeigneten
Isoliermaterial, zoBo SIZALATION (eingetrO Warenzeichen), über die Schale 18 gelegt
Das Gewicht der in die Einbaulage zu hebenden Brückensektion ist infolge dieser
Konstruktion wesentlich niedriger, so daß jeweils wesentlich größere Sektionen angehoben
werden können, Außerdem kann dabei jedes gewünschte Vorspannschema gewährleistet
werden, indem die Stellen vorgewählt werden, von denen aus die Spannglieder 19 vom
Deckenabschnitt 20 abwärts durch die abstehenden Stahlarmierungsschleifen verlaufen,
bevor der Schüttbeton, die Betonfüllung und die Betondecke gegossen werden0 In Figo
6 ist ein laminiertes bzw. schichtartig aufgebautes opannbetonelement 24 dargestellt,
das bei der dargestellten Ausführungsform so gebogen ist, daß es einen Bogen für
eine Brückenkonstruktion oder ein anderes Bauwerk bildet Das Schichtbetonelement
weist eine Anzahl von vorgegossenen Schalen 25 auf, die durch eine Betonfüllung
26 miteinander verbunden und auf Abstand voneinander angeordnet sind0 Die Betonfüllung
26
ist dabei mit Armierungen versehen, zoBo mit Faserarmierung, wie Glasfaser, oder
Maschendrahtarmierung, wie Geflügelzaunmaschendraht Selbstverständlich können jedoch
auch andere Armierungsarten für die Betonfüllung benutzt werden0 Das Schichtbetonelement
24 wird in einer Form gebildet, wobei jede Schale 25 auf beschriebene Weise ausgetrocknet
und ausgehärtet und mit Hilfe von Spanngliedern vorgespannt wird, bevor sie wieder
angefeuchtet und mit einer aufgebrachten Betonfüllschicht versehen wird und bevor
eine weitere ausgetrocknete Schale 25 auf die Anordnung aufgelegt wird, um das ,johichtbetonelement
24 gemäß Flug. 6 zu bilden, Das Austrocknen zumindest der Isluldenflächen jeder
Schale 25 vor dem Einschütten der betonfüllung gewährleistet die Vereinigung der
Betonfüllung 26 mit den zugeordneten Flächen der ausgetrockneten oder trokkengehärteten
Schalen 25 aufgrund der beschriebenen Wiedereinleitung des IIydratisierungsprozessesO
In den Schalen 25 sind außerdem Halteteile n0 vorgesehen, welche die Spannglieder
29 in der erforderlichen Position halten, Gemäß Figo 6 wird das Schichtelement zu
einem Betonbogenelement 24 geformt, indem die vorgegossenen Betonschalen 25 nach
dem Vorspannen derselben bogenförmig gewölbt werden. Jede Schale wird dann mit der
armierten Betonfüllungsschicht 26 vereinigt, so daß sich ein Bogen mit der gewünschten
oder erforderlichen Krümmung für ein Brückenbauwerk oder ein sonstiges Bauwerk ergibt.
Der Betonbogen besitzt dabei eine beträchtliche Festigkeit, weil die vorgegossenen
Spannbetonschalen 25 infolge der unterbrochenen Hydratisierung ihrer Verbindungsflächen
auf vorher beschriebene Weise miteinander vereinigt sind0 Darüber hinaus kann die
Erfindung auch in der Konstruktion eines Spannbetonelements verwirklicht werden,
das mit einer hohlen, zoBo zylindrischen, vorgegossenen Betonschale versehen
ist,
in welche die Betönfüllung eingeschüttet wird, nachdem zumindest die Innenflächen
der hohlen Schale auf geschilderte Weise getrocknet worden sind0 Obgleich die Erfindung
vorstehend anhand eines speziellen Beispiels und in Verbindung mit bevorzugten Husführungsformen
beschrieben ist, sind dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Änderungen und
Abwandlungen möglich, ohne daß der Rahmen und der Grundgedanke der Erfindung verlassen
werden.
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Zusammenfassend wird mit der Erfindung also ein Verfahren zur Herstellung
eines Spannbetonelements geschaffen, b dem zumindest bei einer Verbindungs- oder
Verblockungsfläche einer vorgegossenen bzwo Gießbetonschale der Hydratisierungsprozeß
durch Wärmeanlegung vorübergehend unterbrochen wird, so daß durch die Reaktivierung
des Hydratisierungsprozesses nach dem Vorspannen der Schale und vor dem Einschütten
einer Betonfüllung in die Schale eine feste Bindung zwischen der Verbindungsfläche
des Gießbetonelements (Schale) und der Betonfüllung gebildet wirde Die strukturellen
Trennfugen bzw. Verbindungsstellen zwischen der Betonfüllung und der Gießbetonschale
besitzen daher eine verbesserte Integrität bzwo einen besseren Zusammenhalt
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