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Verfahren zur Herstellung von Spannbetonkonstruktionen mit
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nachträglichem Verbund Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Spannbetonkonstruktionen mit nachträglichem Verbund.
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Die Vor spannung des Betons mit Hilfe von Spanndrähten hat sich als
ein besonders leistungsfähiges Verfahren zur Erstellung weit gespannter Bauwerke
und Hängekonstruktionen erwiesen. Der Beton ist ein Werkstoff mit vergleichsweise
geringer Zugfestigkeit.
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Deshalb wird die Vorspannung so vorgenommen, daß die Zonen, die infolge
der äußeren Lasten Zugbeanspruchungen erhalten, durch die Vorspannung Druckbeanspruchungen
erfahren. Ein inniger Verbund zwischen den Spanndrähten und dem Beton bewirkt bei
einer möglichen überbeanspruchung einer Konstruktion eine Verteilung der dann im
Beton entstehenden Risse und damit die für einen ausreichenden Korrosionsschutz
erforderliche Beschränkung der Rißweiten. Fehlt der Verbund zwischen den Spanndrähten
und dem Beton, dann entstehen einzelne klaffende Risse, die zu einer starken Reduktion
der Tragfähigkeit einer Konstruktion führen und eine Korrosion des korrosionsempfindlichen
Spannstahls ermöglichen.
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Deshalb ist man bestrebt, einen möglichst guten Verbund zwischen den
Spanndrähten und dem Beton herzustellen.
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Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal der bekannten Spannverfahren
besteht aus diesem Grund in der Güte des Verbundes. Man unterscheidet Spannverfahren
ohne Verbund, mit teilweisem Verbund und mit vollem Verbund. Bei den beiden letzteren
wird noch unterschieden, wann der Verbund wirksam wird. Fertigteile können um bereits
angespannte Drähte herum betoniert werden. Nach dem Abbinden des Betons ist dann
auch der Verbund hergestellt. Man spricht deshalb hier von Vorspannung mit sofortigem
Verbund.
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Bei den örtlich, d.h. an der Baustelle hergestellten Spannbetonkonstruktionen
besteht meist nicht die Möglichkeit, die Spanndrähte vor dem Betonieren des Bauteils
anzuspannen. Dann werden meist sogenannte Hüllrohre in den Beton eingelegt.Die Spanndrähte
werden in diesem Fall einzeln oder in Bündeln in den Hüllrohren verlegt, so daß
sie sich in den Hüllrohren frei verschieben lassen.
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Nach dem Abbinden des Betons können die Spannglieder nun gegen den
erhärteten Beton angespannt werden. Hierdurch erhält der Beton bei entsprechender
Spanngliedführung die beabsichtigte Druckvorspannung in den späteren Zugzonen. Anschließend
werden die verbleibenden Hohlraume in den Hüllrohren durch Einpressen von feinem
Mörtel oder Kunststoffen ausgefüllt. Die Spanndrähte sollen dabei möglichst vollständig
vom Mörtel umhüllt werden. Nach dem Erhärten des Einpreßmörtels oder des eingepreßten
Kunststoffes ist über das meist gewellte Hüllrohr der Verbund Zwischen den Spanndrähten
und dem Bauteilbeton hergestellt. Man spricht deshalb hier von Vorspannung mit nachträglichem
Verbund.
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Die verwendeten Mörtel bestehen aus Zement-Wasser-Gemischen mit oder
ohne Zusätzen von feinem Sand, Traß, Kieselgur, Quarzmehl, Kalksteinmehl, SiO2-reicher
Flugasche u.a. sowie chemischen Zusatzmitteln mit treibender, benetzender oder verzögernder
Wirkung. In Entwicklung und Erprobung sind auch Kunststoffe als Verbundmittel. Dabei
wird versucht, die benötigte Menge der meist aus zwei Komponenten zusammengesetzten
Kunststoffe durch die Zugabe von Füllmaterial wie Ouarzmehl, Sand u.a. zu vermindern
oder die Eigenschaften der Kunststoffe zu verbessern. Kunststoffe haben'sich bisher
aber wegen des relativ hohen Preises als Auspreßmaterial nicht durchsetzen kannen
Das Auspressen der Hüllrohre mit Mörtel ist mit einem hohen Arbeitsaufwand verbunden.
Für jedes Spannglied sind Einpreß- und Entlüftungsanschlüsse sowie erforderlichenfalls
Bntwässerungsrohre am Hüllrohr vorzusehen. Der Einpreßvorgang ist bei großen Hüllrohren
in zwei Stufen vorzunehmen. Lange Hüllrohre müssen wegen der Gefahr des Verstopfens
von verschiedenen Tiefpunkten aus verpreßt werden.
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Wenn Hüllrohre beim Verlegen zusammengequetscht werden, besteht beim
Auspressen an diesen Stellen Verstopfungsgefahr. Der Einpreßmörtel
muß
durch umfangreiche Eignungsprüfungen überwacht werden.
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Wegen den genannten Nachteilen bei den bekannten Verfahren mit nachträglichem
Verbund hat man schon seit langem nach anderen Verfahren gesucht.
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Bekannt sind Verfahren, bei denen die Spanndrähte vor dem Einbau mit
einem gleitfähigen Material wie z.B. mit weichem Bitumen, Wachs, Fetten, Kunstharzen
oder anderen gleitfähigen Materialien beschichtet oder mit diesen Materialien getränkten
oder beschichteten Papieren, Pappen, Stoffen und ähnlichem umwickelt werden.
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Nach dem Abbinden des die Spanndrähte umgebenden Betons werden dann
die Spannglieder gegen den Beton vorgespannt. Um die Gleitfähigkeit der Spanndrähte
oder der Spannglieder zu erhöhen, werden die Spanndrähte bei einigen Verfahren vor
oder während des Spannvorganges erhitzt. Die Nachteile dieser Verfahren bestehen
darin, daß entweder die Gleitwiderstände beim Anspannen durch die meist gekrümmt
verlaufenden Spannglieder und die hieraus resultierenden Querpressungen zwischen
Spannglied und Beton so groß sind, daß das Anspannen Schwierigkeiten bereitet oder
daß die Verbundwirkung zwischen Spannstahl und Beton nicht ausreicht. Insbesondere
bei Verwendung kriechfähiqer Materialien werden unter hohen Belastungen klaffende
Risse auftreten, die die Tragfähigkeit der Bauteile stark reduzieren. Die zuletzt
genannten Verfahren sind aus den genannten Gründen bisher kaum angewandt worden.
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Durch die Erfindung sollen die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden
werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß die Spannglieder
in Hüllrohren angeordnet werden und die Hüllrohre vor dem Anspannen der Spannglieder
mit einem erst nach dem Anspannen erhärtenden Mörtel oder Kunststoff ausgepreßt
werden.
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Das Auspressen der. Hüllrohre kann bereits bei der Herstellung der
Spannglieder im Herstellerwerk oder von der Baufirma in der Lagerhalle vorgenommen
werden.
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Die Hüllrohre können aber auch erst auf der Baustelle, vor, während
oder nach dem Verlegevorgang verpreßt werden. Das Auspressen der Hüllrohre kann
abschnittweise erfolgen. Die Hüllrohre können auch nur in einzelnen Abschnitten
ausgepreßt sein, wenn hierdurch ein besseres Tragverhalten erreichbar ist.
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Das Verfahren setzt Mörtel oder Kunststoffe voraus, deren Abbindevorgang
im gewünschten Umfang verzögert werden kann. Bei Zementmörtel ist dies bereits mit
den heute auf dem Markt befindlichen Abbindeverzögerern möglich. Die Dosierung der
Abbindeverzögerer richtet sich nach der Zementart, Zementgüte, den Temperaturen
beim Lagern und nach dem Betonieren des Bauteils, den sonstigen Zusätzen und selbstverständlich
dem jeweiligen Abbindeverzögerer. Aus Sicherheitsgründen sollte man den Abbinde-
oder Erhärtungsvorgang um das Zwei- bis Dreifache der voraussichtlich benötigten
Zeit zwischen Auspressen der Hüllrohre und Anspannen im Bauwerk verzögern.
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Damit wird gewährleistet, daß sich die Spannglieder beim Anspannen
noch frei im Hüllrohr verschieben können.
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Das Verfahren setzt außerdem dichte Hüllrohre und weitgehend dichte
Anschlüsse an den Verankerungen der Spannglieder voraus.
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Die Abdichtung an den Verankerungen kann durch Vergießen mit Bitumen,
Wachs, Fett, weichen Kunststoffen oder ähnlichen Materialien erreicht werden. Eine-andere
Möglichkeit besteht darin, die Anschlußstellen durch Dichtungen abzuschließen. Die
Form und Anordnung solcher Dichtungen muß sich nach der Ausbildung und Form der
Verankerungskonstruktion richten. Bei Endverankerungen besteht auch die Möglichkeit,
den eigentlichen Verankerungskörper durch ein in diesem Bereich erweitertes Hüllrohr
mit zu umschließen. Vor dem Anspannen ist dann der über die Verankerung hinausragende
Teil des Hüllrohrs zu entfernen.
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Das vorgeschlagene Verfahren besitzt gegenüber den bekannten Verfahren
viele Vorteile. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß das Auspressen nicht
mehr unter den rauhen Baustellenbedingungen erfolgen muß. Bei dem Auspressen in
stationären, witterungsgeschützten Werkstätten ist eine bessere Qualität sicherzustellen.
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Die Überwachung und Kontrolle vereinfacht sich. Beim Auspressen können
die Hüllrohre mit konstanter Neigung gelagert werden, so daß sie vom tiefsten Punkt
aus risikolos ausgepreßt werden können.
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Bei kürzeren Spanngliedern können die Hüllrohre zum Auspressen vertikal
aufgehängt werden. Dann ist eine besonders zuverlässige Umhüllung der Spanndrähte
mit Mörtel möglich. Die verpreßten Hüllrohre sind beim Transport und der Montage
unempfindlicher gegen örtliches Zusammenquetschen, insbesondere wenn der eingepreßte
Mörtel unter Überdruck steht.
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Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die korrosionsempfindlichen
Spanndrähte nicht mehr der Witterung ausgesetzt sind, sondern durch den umgebenden
Mörtel oder Kunststoff sofort zuverlässig gegen Korrosion geschützt werden. Dies
setzt allerdings voraus, daß die verwendeten Zuschlagstoffe und Zusatzmittel chemisch
neutral oder basisch reagieren und daß ihre korrosionshemmende Wirkung erprobt ist.
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Unter der Voraussetzung, daß der Erhärtungsprozeß des Einpreßmörtels
oder -kunststoffs zum Zeitpunkt der Vor spannung noch nicht begeonnen hat, ergeben
sich beim Vorspannen geringere Reibungsverluste als beim Vorspannen unverpreßter
Hüllrohre, bei denen die Spanndrähte an den Hüllrohrwänden entlanggleiten müssen
und die trockene Reibung zwischen dem Hüllrohr und dem an der Oberfläche profilierten
Spanndrähten beim Anspannen überwunden werden muß. Durch das vorherige Auspressen
der Hüllrohre entsteht zwischen den Spanndrähten und dem Hüllrohr eine gleitfähige
Schicht aus dem eingepreßten Material, die beim Anspannen im Bereich von Krümmungen
nur allmählich verdrängt werden kann.
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Schrifttum (1] Leonhardt, F.: Spannbeton für die Praxis. 1. Aufl.,
Berlin, 1955, 2. Aufl., Berlin, 1962.
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(2J Rüsch, H. u. Kupfer, H.: Bemessung von Spannbetonbauteilen und
Anwendung des Spannbetons. Beiträge in den Betonkalendern 1959 bis 1976.
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(3) Spannbeton, Richtlinien für Bemessung und Ausführung -DIN 4227.
Ausgabe 1953. In: Beton-Kalender 1971 - I, S. 937 - 979. Ausgabe 1973. In: Beton-Kalender
1976 - II, S. 285 - 324.
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[4] Richtlinien für das Einpressen von Zementmörtel in Spannkanäle.
Fassung Juni 1973. In: Beton-Kalender 1975 - II, S. 341.
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(s) Müll, H.: Spannbeton. Stuttgart, 1954.