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Titel: Vorgespannter Zugstab aus Beton
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Die Erfindung betrifft einen vorgespannten Zugstab aus Beton mit mindestens
einem kunstharzgebundenen Glasfaserstab als Vorspannbewehrung.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, als Bewehrung für Beton- und
Spannbetonbauteile kunstharzgebundene Glasfaserstäbe zu verwenden. Da diese Glasfaserstäbe
Jedoch einen sehr niedrigen Elastizitätsmodul haben, sind damit bewehrte Betonbauteile
als Biegeglieder kaum zu verwenden. Dagegen eignen sich mit kunstharzgebundenen
Glasfaserstäben bewehrte, vorgespannte Betonbauteile gut als Zugglieder, da die
Schwind- und Kriechverkürzung des Betons infolge der hohen Elastizität der Spannglieder
aus kunstharzgebundenen Glasfaserstäben nur einen sehr geringen Einfluß auf die
Vorspannkraft hat.
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Bei vorgespannten Bauteilen, insbesondere vorgespannten Zugstäben,
treten im Bereich der Einleitung der im Spannglied wirksamen Spannkraft in den Beton
sowohl bei Vorspannung mit nachträglichem Verbund als auch bei Vorspannung mit sofortigem
Verbund hohe, innere Querzug-und Lägszugspannungen auf, die bei apannstahlarmierten
Betonteilen durch eine Ringzugbewehrung in Form von wendelförmigen Stahlstäben,
Stahldrahtumwicklungen od.dgl.
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aufgenommen werden. Bei Betonbauteilen mit kunstharzgebundenen Glasfaserstäben
als Bewehrung ist eine solche Ringzugbewehrung aus Stahl ansich zwar auch möglich,
Jedoch aus Gründen der stofflichen Einheit aller Bewehrungseinlagen
unerwünscht
und auch dort nicht möglich, wo die vorgespannten Bauteile in einer Umgebung eingesetzt
sind, die auf Stahl eine hohe Korrosionswirkung ausübt. Dies ist beispielsweise
bei Berührung der Bauteile mit Säuren und salzhaltigem Wasser der Fall.
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Außerdem ist es oft schwierig, in kleinen Betonquerschnitten eine
ausreichende Ringzugbewehrung aus Stahl unterzubringen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, mit sehr einfachen und wirksamen Maßnahmen
den schädlichen Einfluß der inneren Quer- und Längszugspannungen in vorgespannten
Zugstäben aus Beton ohne Verwendung von Stahleinlagen auszuschalten.
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Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Aufnahme
von örtlichen Quer- und Längszugspannungen der Glasfaserstab mindestens im Bereich
seiner Enden von ungerichteten, kurzen Galsfasern umgeben ist, die in den den GEsfaserstab
umhüllenden Beton eingemischt sind.
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Eine andere Lösung der Aufgabe besteht darin, daß zur Aufnahme von
örtlichen Quer- und Längszugspannungen der Beton mifldestens im Bereich der Enden
des Glasfaserstabes einen Zusatz von unverseifbaren Kunststoffdispersionen, z.B.
von Acrylsäureester aufweist.
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Durch den Zusatz einer ausreichenden Menge von Glasfasern oder vernetzten
Reaktionsharzen gelingt es tberraschenderweise, dem Beton eine so hohe Zug- und
Schubfestigkeit zu verleihen,daß er örtlich auftretende Querzugspannungen,
namentlich
Querzugspannungen im Einleitungsbereich der Vorspannkräfte aufnehmen kann. Die ungerichtet,
kreuz und quer übereinanderliegenden Glasfasern im Beton oder die in diesen eingemischten
Kunststoffe bilden hierbei gleichsam ein Bewehrungsgerüst, welches die Querzugkräfte
aufnimmt.
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Ferner ist die Zugabe von zu kurzen Fasern gehäckselten Glasfasern
oder Kunststoff zum Beton sehr einfach und die zugegebenen Stoffe erfordern im Beton
keinen zusätzlichen Montageraum, wie dies bei einer Ring- oder Spaltzugbewehrung
aus Stahl der Fall ist.
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Es ist deshalb möglich, Spannbetonstäbe mit sehr kleinen Querschnitten
herzustellen, Ein weiterer, besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß
dem Beton auf ganzer Länge des Zugstabes ein Häcksel aus Glasfasern zugegeben und
im Spannbett vorgespannte, vorgefertigte Spannbetonzugstäbe später in kürzere Stücke
zerschnitten werden können. Die Spanngliedteile der neugebildeten Zugstababschnitte,
welche ihre Spannkraft im Bereich der neugebildeten Enden der Zugstababschnitte
in den Beton einleiten, haben dann stets die dort eriorderliche Bewehrung zur Aufnahme
der dann an diesen Stellen auftretenden Querzugkräfte.
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Bei vorgefertigten, vorgespannten Zugstäben mit genau vorbestimmter
Länge ist eine Zugabe von gehäckselten Glasfasern und/oder Kunststoff natürlich
nur im Bereich der Einleitungslängen der Spannkraft erforderlich.
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Um örtliche Querzugspannungen nicht zu hoch ansteigen zu lassen, ist
es besonders zweckmäßig, anstelle eines einzeln sehr starken YorJpanatliedes mehrere,
Uber den Quersohnitt des Zugstabes verteilte Glasfaserstäbe anzuordnen.
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Die kurzen, ungerichteten Glasfasern bzw. die Kunststoffdispersionen
werden zweckmäBig in einer Menge von 50 kg bis 100 kg/m3 Festbeton zugegeben.
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Die Erfindung wird durch die Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen
näher erläutert. s zeigt: Fig. 1 einen vorgespannten Zugstab nach der Erfindung
mit einem Spannglied im Längsschnitt, Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 in einem
Querschnitt nach Linie II - II, Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel eines vorgespannten
Zugstabes nach der Erfindung mit mehreren Spanngliedern im Längsschnitt, Fig. 4
den Gegenstand der Fig. 3 in einem Querschnitt nach Linie IV - IV und Fig. 5 den
Zugstab nach Fig. 3 in drei Teile zerschnitten in auseinandergezogener Darstellung
im Längsschnitt.
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In den Zbichnungen St mit 10 ein vorgespannter Zugstab aus Beton bezeichnet,
der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel quadratischen Querschnitt hat, Jedoch
auch einen kreisrunden, rechteckigen oder I-Querschnitt haben kann. In der Mitte
des Querschnittes ist ein einziges Spannglied angeordnet, das von einem kunstharzgebundenen
Glasfaserstab 11 gebildet wird. Der Glasfaserstab 11 setzt sich aus einer Vielzahl
von alkalifreien, gleichgerichteten E-Glasfasern zusammen, die in einem vernetzten
Reaktionsharz, vorzugsweise in einem ungesättigten
Polyesterharz
oder in einem Epoxydharz eingebettet sind0 Der Glasanteil des kunstharzgebundenen
Glasfaserstabes beträgt mindestens 60 Vol.% Bei dem vorgespannten Zugstab 10 handelt
es sich um einen vorgefertigten Zugstab, dessen Glasfaserstab 11 im Spannbett vorgespannt
und dann im Beton eingebettet wurde, wie dies bei Spannbetonteilen mit sofortigem
Verbund an sich bekannt ist.
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Nach Erhärten des Betons 12 und nach dem Lösen der Verankerung des
Glasfaserstabes 11 am hier nicht näher dargestellten Spannbett überträgt der als
Vorspannglied wirkende Glasfaserstab seine Zugkraft im Bereich seiner beiden Enden
11a und llb durch Haftverbund auf den Beton 12 des Zugstabes 10. Er benötigt hierzu
an Jedem Ende 11a bzw. lib die Einleitungslänge a.
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In dem durch die Einleitungslänge b festgelegten Bereich 13 der Enden
11a bzw. lib des Glasfaserstabes hat der Beton 12 einen Zusatz von Kunstharzdispersion
im vorliegenden Ausführungsbeispiel von Acrylsäureester.
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Dieser Kunststoff wird zweckmäßig dem Frischbeton in einer Menge von
50 kg bis 100 kg/m3 Festbeton hinzugegeben, mit diesem innig vermischt und dann
in die Schalung eingefüllt. Dieser Zusatz an Kunststoff befähigt den Beton 12, die
Querzugspannung aufzunehmen, die im Bereich der Einleitungsstrecken 14 der Spannkraft
des Spanngliedes 11 in dem Beton auftreten.
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Bei dem in Fig. 3, 4 und 5 dargestellten AusfUhrungsbeispiel hat der
vorgespannte Zugstab 10 ebenfalls quadratischen Querschnitt. Anstelle einee einzigen
Spanngliedes sind neun, über den Querschnitt des Zugstabes
verteilte,
kunstharzgebundene Glasfaserstäbe 11 vorgesehen.
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Auch bei diesem Zugstab wurden die kunstharzgebundenen Glasfaserstäbe
im Spannbett vorgespannt und dann mit Beton umhüllt (Vorspannung mit sofortigem
Verbund).
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Anders als bei dem vorher beschriebenen Ausfühuungsbeispiel sind dem
Beton 12 des ganzen Zugstabes 10 ungerichtete, kurze Glasfasern zugegeben, die dem
Frischbeton in einer Menge von 50 bis 100 kg/m3 Festbeton zugemischt wurden. Diese
Glasfasern, die in Fig. 3 durch eine Punktierung 15 angedeutet sind, stellen eine
Bewehrung zur Aufnahme der Querzugspannung im Bereich der Krafteinleitungsstrecken
14 dar, in denen die Spannkraft der Glastaserßtäbe 11 in den Beton 12 des Zugstabes
eingeleitet wird.
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Wird der Zugstab 10 nachträglich an den Stellen 16 und 17 in drei
Teile 10a, 10b und 10c zerschnitten, so bilden sich in Jedem dieser einzelnen Zugstäbe
neue Einleitungsstrecken 14a, 14b, 14c aus, in deren Bereich im Beton 12 wiederum
Querzugspannungen entstehen, welche von dem Häcksel aus ungerichteten, kurzen Glasfasern
in diesem Bereich 13a bzw. 13b bzw. 13c aufgenommen werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise
ist es möglich, auch die beim ersten Ausftlhrungsbeispiel verwendete Kunststoffdispersion
dem Beton des Zugstabes auf ganzer Länge zuzugeben. Ferner ist es umgekehrt auch
bei glasfaserverstärkten Zugstäben zweckmäßig, das Häcksel aus kurzen Glasfasern
nur im Bereich der Enden des Zugstabes zuzugeben, wenn dieser seine ursprungliohe
Länge behält, also nicht später in mehrere-StUcke zerschnitten wird. Ferner können
auch
kurze Glasfaser und unverseifbare Kunstharzdispersionen gemeinsam
zugegeben werden. Dies kann insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn Zugstäbe mit
sehr geringem Querschnitt eine sehr hohe Vorepannung erhalten. Die Erfindung ist
nicht nur bei Spannbetonbauteilen mit sofortigem Verbund, sondern auch bei solchen
mit nachträglichem Verbund mit Erfolg anwendbar. Der Zusatz an Kunststoff und/oder
kurzen, ungerichteten Glasfasern wird dann in demjenigen Bereich vorgesehen, wo
sich die Spannglieder gegen den Beton des Zugstabes abstützen.