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Verfahren und Stahlverstärkungselement
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zur nachträglichen Armierung von Betonkonstruktionen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur nachträglichen Armierung von Betonkonstruktionen durch
schubfestes Ankleben eines Stahlverstärkungselementes sowie ein Stahlverstärkungselement
zur Ausführung des Verfahrens.
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Das Armieren von Betonbauteilen durch schubfestes Ankleben von Stahlplatten
an Stahlbetonteilen ist schon seit längerem bekannt. Hierzu wird auf sandgestrahlte
und rostgeschützte Stahllamellen ein Zweikomponentenkleber aufgetragen und auf ebenfalls
sandgestrahlten oder gestockten Beton mit einem gewissen Druck angepreßt. Nach Erhärten
des Klebers ergibt sich eine gute statische Verbindung beider Baustoffe, deren Wirksamkeit
mit einer in Beton verlegten Stahlbewehrung vergleichbar ist.
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Dieses Verfahren besitzt zahlreiche Nachteile. Die Montage des Stahls
und die Verarbeitung des Klebers ist temperaturabhängig, weil eine Aushärtung des
Klebers erst ab einer gewissen Temperatur erfolgt und der Kleber sich bei der Montage
auf dem Stahl befindet. Desweiteren kann es beim Andrücken an den Beton durch die
festere Konsistenz des Klebers zu Lufteinschlüssen kommen, die durch Abklopfen festgestellt
und von der Seite über die Klebeschicht injiziert werden müssen. Für ein erfolgreiches
Injizieren darf wiederum die Stahl lamelle nicht zu breit gewählt werden. Die Breite
der Stahllamelle ist überdies durch das Montagegewicht von Material und Kleber beschränkt.
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Der größte Nachteil ist aber in den Fällen gegeben, in denen eine
Armierung in zwei Dimensionen, z.B. bei Brücken und großen Einzellasten vorgenommen
werden soll. Bei derartigen Verstärkungen muß die Längs- und die Querbewehrung armiert
werden. Da man angeklebte Stahllamellen oder -platten nicht miteinander verschweißen
kann, weil durch die Erwärmung die Klebefestigkeit sehr nachläßt, ist es erforderlich,
die Stahlplatten bzw. Stahllamellen überlappend zu verkleben. Hierdurch ergeben
sich unschöne Stöße durch die damit verbundenen Verdickungen. Zudem lassen sich
durch das bekannte Verfahren nur längliche, relativ schmale Stahlbänder aufkleben,
die für eine Verstärkung in zwei Dimensionen mit Längs- und Querlamellen zu unschönen
und unwirtschaftlichen Kreuzungspunkten führen würden, bei denen die Zwischenbereiche
unterfüttert werden müßten und die Wirksamkeit in einer Richtung mit großer Wahrscheinlichkeit
eingeschränkt wäre. Ungünstig ist die dabei entstehende doppelte Lamellenhöhe auch
aus Gründen der Höheneinschränkung, z.B. bei einer Deckenverstärkung in niedrigen
Räumen.
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Das bekannte Verfahren zur Armierung von Betonkonstruktionen, bei
dem der Kleber auf die verklebende Lamelle vorher aufgetragen wird, ist auch z.B.
beiBügeln für Schub- und
Torsions- und bei Säulenverstärkungen nachteilig,
bei denen anschließend manschettenartige Bleche angeordnet werden müssen. Da man
nicht schweißen darf, ist eine Uberlappungsverklebung nötig, die wegen der relativ
großen Uberlappungslängen viel Material erfordert, an Stärke aufträgt und unschön
wirkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Armierung
von Betonkonstruktionen und ein Stahlverstärkungselement verfügbar zu machen, mit
dem die dargestellten Nachteile überwunden werden. Der Erfindung liegt insbesondere
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Armierung von Betonkonstruktionen durch
schubfestes Ankleben von Stahlverstärkungselementen zu schaffen, das auch bei größeren
Betonkonstruktionen eine sichere überlappungsfreie zweidimensionale Armierung ermöglicht.
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Erfindungsgemäß sind zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch 1 bzw.
11 genannten Merkmale vorgesehen. Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft
weiterbilden, sind in den nachgeordneten Ansprüchen enthalten.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in vorteilhafter Weise eine
Trennung zwischen der Montage des Stahlverstärkungselementes und dem Aufbringen
des Klebematerials vorgenommen, indem zunächst das Stahlverstärkungselement mit
einem Klebefugenabstand an der Betonkonstruktion befestigt und abgedichtet und erst
dann das Klebematerial eingebracht wird. Hierdurch wird erreicht, daß das Stahlverstärkungselement
auch bei tieferen Temperaturen montiert werden kann. Außerdem ist es jetzt möglich,
bei der Montage des Stahlverstärkungselementes oder vor Einbringen des Klebematerials
Schweißungen im Stahlverstärkungselement vorzunehmen, um beispielsweise für eine
großflächige Armierung mehrere Teile zu einem Stahlverstärkungselement überlappungsfrei
zusammenzuschweißen. Es lassen
sich somit für eine zweidimensionale
Armierung auch wirkungsvolle großflächige Verklebungen ohne Überlappungen oder Kreuzungspunkten
erreichen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Stahlverstärkungselement
eignet sich nicht nur für großflächige Verklebungen,sondern auch für umschließende
Verstärkungen, wie beispielsweise bei Säulen, Muster usw. Bei derartigen Armierungen
entsteht keine Verstärkungsnaht, da sich das Stahlverstärkungselement aus mehreren
stumpf aneinanderschweißbaren Teilen zusammensetzen läßt, die die Säule etc. in
dem vorgesehenen Klebefugenabstand umgeben.
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Vorzugsweise werden in das Stahlverstärkungselement und/ oder die
Außenrandabdichtung verschließbare Löcher zum Einführen des Klebematerials und zum
Entlüften, bevorzugt regelmäßig beabstandet, eingearbeitet. Desweiteren ist es zur
Ausführung des Verfahrens von Vorteil, wenn die Löcher zum Einführen des Klebematerials
mit Anschlüssen für Injizierschläuche oder Injizierschläuchen versehen werden.
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Zur Einhaltung eines Klebefugenabstandes,der auf die Konsistenz des
jeweilig verwendeten Klebematerials abgestimmt wird, wird in günstiger Weise das
Stahlverstärkungselement über Abstandshalter an der Betonkonstruktion befestigt.
Das vorgesehene Klebematerial wird bevorzugt mit Pressen eingedrückt und breitet
sich über den ganzen Zwischenraum zwischen sandgestrahltem oder gestocktem Beton
und der entsprechend vorbehandelten Klebematerialhaftfläche des Stahlverstärkungselements
aus. Bevorzugt wird das Klebematerial nacheinander über mehrere Löcher eingepreßt,
wobei das fortschreitende Einpressen des Klebematerials durch dessen Austreten an
offenen Löchern kontrolliert wird und wobei die betreffenden Löcher dann vorzugsweise
mit Schnellabbindematerial geschlossen werden.
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Hierdurch braucht der Einpreßdruck in günstiger Weise nicht zu sehr
gesteigert zu werden,und das Befüllen mit dem Klebematerial wird schrittweise wiederholt,
bis der Zwischenraum zwischen der Betonkonstruktion und dem Stahlverstärkungselement
bis zu der ebenfalls mit einem Schnellabbindematerial hergestellten Abdichtung des
Außenrandes mit Klebematerial ausgefüllt ist. Vorzugsweise werden dabei auch in
die Außenrandabdichtung verschließbare Löcher zum Einführen des Klebematerials und
zum Entlüften eingearbeitet.
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Das erfindungsgemäße Stahlverstärkungselement zur Armierung von Betonkonstruktionen
zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus wenigstens einem eine
Klebematerial-Haftfläche und einen Abdichtungsau Benrand aufweisenden Stahlprofil,
wobei jedes Stahlprofil wenigstens ein verschließbares Klebematerialeinführloch
und ein verschließbares Entlüftungsloch sowie auf der Klebematerial-Haftfläche angeordnete
Abstandshalter besitzt. Mit dem erfindungsgemäßen Stahlverstärkungselement lassen
sich auch größere Betonkonstruktionen wirkungsvoll überlappungsfrei zweidimensional
armieren, wobei ein auf die Außenfläche der Betonkonstruktion abgestimmtes Stahlprofil
einsetzbar ist, und sich das gesamte Stahlverstärkungselement vorzugsweise aus mehreren
überlappungsfrei am jeweiligen aneinanderstoßenden Außenrand miteinander verschweißten
Stahlprofilen zusammensetzen läßt.
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Vorzugsweise sind regelmäßig voneinander beabstandete Klebematerialeinführlöcher
vorgesehen, die bevorzugt Injizierschläuche aufweisen. Die Abstandshalter können
an dem Stahlprofil angeformt sein. Vorzugsweise sind separate Abstandshalter an
dem Stahlprofil befestigt, wobei ihre Größe in vorteilhafter Weise auf die vorgesehene
Klebefuge abstimmbar ist, deren Abmessung wiederum
von der Konsistenz
und den Materialeigenschaften des gewählten Klebematerials abhängt.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind dem
anschließenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem die Erfindung unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen Figur 1 eine teilweise
Unteransicht einer plattenförmigen Betonkonstruktion mit der erfindungsgemäßen Armierung;
Figur 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 2 - 2 in Figur 1 mit vergrößert dargestellter
Klebefuge; Figur 3 einen Ausschnitt aus einer säulenartigen Betonkonstruktion, die
mit einer erfindungsgemäßen Armierung versehen ist; und Figur 4 einen Schnitt entlang
der Schnittlinie 4 - 4 in Figur 3 mit vergrößert dargestellter Klebefuge.
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In Figur 1 ist ein Ausschnitt aus einer plattenartigen Betonkonstruktion
10, beispielweise einer Brückentragplatte oder einer Deckenplatte dargestellt. An
der plattenartigen Betonkonstruktion 10 ist ein Stahlverstärkungselement 12 schubfest
angeklebt. Das Stahlverstärkungselement 12 besteht aus mehreren plattenartigen Stahlprofilen
13, die überlappungsfrei am jeweilig aneinanderstoßenden Außenrand miteinander zur
Bildung des Stahlverstärkungselementes 12 verschweißt sind. Die Schweißstellen,
an denen die Stahlprofile 13 miteinander verschweißt sind, sind in Figur 1 mit 14
bezeichnet.
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Jedes Stahlprofil 13 besitzt eine Klebematerial-Haftfläche 16, die
für die vorgesehene Klebung entsprechend, beispielsweise durch Sandstrahl und Rostschutz,
vorbehandelt ist. Das Stahlverstärkungselement 12 weist einen Abdichtungsaußenrand
18 auf, der mit einem Schnellabbinde-
material, beispielsweise
einem Schnellbindezement, etc.
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zu Abdichtungszwecken an der plattenförmigen Betonkonstruktion befestigt
ist. Zwischen der Betonkonstruktion 10 und dem Stahlverstärkungselement 12 ist ein
Zwischenraum für eine Klebefuge gebildet, der durch die Größe von Abstandhaltern
20 bestimmt ist, wobei die Größe der Klebefuge von der Konsistenz und den sonstigen
Materialeigenschaften des verwendeten Klebstoffs, beispielsweise Epoxidharz abhängt.
Die Abstandshalter 20 sind an dem Stahlprofil 13 befestigt. Das Stahlverstärkungselement
12 selbst ist überdies an den mit 22 gekennzeichneten Stellen an der Betonkonstruktion
durch nicht dargestellte Schrauben und Dübel befestigt.
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Jedes Stahlprofil 13 weist mindestens ein verschließbares Ioch 24
zum Einführen von Klebematerial und mindestens ein verschließbares Loch 26 zum Entlüften
auf. Die Löcher 24 können auch nicht dargestellte Injizierschläuche besitzen. Verschließbar
sind die regelmäßig voneinander beabstandeten Löcher 24 und 26 in nicht dargestellter
Weise z.B. mit Schnellbindezement oder geeigneten fest!einsetzbaren Verschlußkappen.
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Das Verfahren zur Armierung der plattenförmigen Betonkonstruktion
10 läuft wie folgt ab. Zunächst werden die Stahlprofile 13 über Schrauben oder dergleichen
mit Hilfe der Abstandshalter 20 derart von der Betonkonstruktion beabstandet befestigt,
daB sich ein ausreichender Raum für eine Klebefuge ergibt. Anschließend werden die
aneinander grenzenden Außenränder der Stahlprofile 13 überlappungsfrei zusammengeschweißt.
Falls das Stahlverstärkungselement 12 noch eine ohnekeiteres zu handhabende Größe
besitzt, können auch zuerst die Stahlprofile 13 entsprechend zusammengeschweißt
und dann gemeinsam be-abstandet an der Betonkonstruktion befestigt werden.
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Danach wird der Außenrand 18 des Stahlverstärkungselementes 12 ringsum
mit Hilfe eines Schnellabbindematerials, wie beispielsweise einem Schnellbindezement,
abdichtend mit der Betonkonstruktion verbunden, wobei gegebenenfalls auch in der
Abdichtung nicht dargestellte verschließbare Löcher zum Einführen des Klebematerials
und verschließbare Löcher zum Entlüften vorgesehen werden können. Entsprechende
Löcher 24 und 26 werden nun regelmäßig beabstandet in das Stahlverstärkungselement
12 bzw. die jeweiligen Stahlprofile 13 gebohrt, wobei die Löcher zum Einführen des
Klebematerials in nicht dargestellter Weise mit Anschlüssen für injizierschläuche
oder unmittelbar mit Injizierschläuchen versehen werden.
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Als nächstes wird das entsprechend viskose Kiebematerial mit Pressen
eingedrückt und breitet sich über den gesamten Zwischenraum zwischen sandgestrahlten
oder gestocktem Beton der Betonkonstruktion 10 und der Haftfläche 16 des Stahlverstärkungselementes
12 aus. Die zur Belüftung die in den Löchern 26 werden mit Schnellbindeabdichtungsmaterial
geschlossen, sobald das Klebematerial austritt.
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Zum gleichmäßigen Ausfüllen der Klebefuge wird durch aufeinanderfolgende
Löcher 24 Klebematerial eingepreßt, wobei die zuvor benutzten Löcher 24 durch Schnellbindezement
oder durch eine geeignete Kappe verschlossen werden.
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Bei senkrechten Bauteilen wird mit der Injektion von unten begonnen,
und der Kleber steigt auf. Sobald er bei dendariber liegenden Löchern austritt,
werden diese geschlossen. Damit der Druck nicht zu sehr gesteigert werden muß, wird
dann von dem nächsthöheren Loch wieder injiziert und dieser Vorgang wiederholt,
bis der Zwischenraum zwischen der Betonkonstruktion und dem Stahlverstärkungselement
ganz mit Kleber gefüllt ist.
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In den Figuren 3 und 4 ist eine Betonkonstruktion 30 ausschnittsweise
dargestellt, die einen runden Querschnitt
aufweist, wie beispielsweise
ein Betonpfeiler oder Betonmast. Das Stahlverstärkungselement 32 besteht aus schalenförmigen
Stahlprofilen 33, die eine nach innen weisende Klebematerial-Haftfläche 34 besitzen
und zu einer beispielsweise konischen Stahlhülse an ihren Außenrändern zusammengeschweißt
sind. Die endseitigen Außenränder 36 und 36' des Stahlverstärkungselementes 32 sind
gegenüber der Betonkonstruktion 30 mit Hilfe eines Schnellbindezementes abgedichtet.
In jedem einzelnen Stahlprofil 33 sind verschließbare Löcher 37 zum Einführen von
Klebematerial und verschließbare Löcher 38 zum Entlüften eingebohrt.
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Die in den überlappungsfrei an dem jeweiligen Außenrand miteinander
verschweißten Stahlprofilen eingebohtten Löcher sind regelmäßig voneinander beabstandet,
wobei die Löcher 37 in nicht dargestellter Weise Injizierschläuche oder Anschlüsse
für Injizierschläuche aufweisen können. Auf der Klebematerial-Haftfläche 34 sind
Abstandshalter 40 regelmäßig voneinander beabstandet befestigt, deren Größe auf
die vorgesehene Klebefuge abgestimmt ist.
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Die Größe der Klebefuge ergibt sich aus den Materialeigenschaften
des vorgesehenen Klebers und den statischen Anforderungen an den Kleber hinsichtlich
Schub-, Zug-, und Torsionsbeanspruchungen. Bei dem dargestellten Beispiel beträgt
die Größe der Klebefuge etwa 2 bis 3 mm.
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Das Vorgehen bei der Armierung mit dieser umschließenden Verstärkung
erfolgt wie im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschrieben. Es werden wiederum
zunächst die Stahlverstärkungselemente 33 in einem dem Klebematerial angepaßten
konstanten Abstand an der säulenartigen Betonkonstruktion in geeigneter Weise befestigt,
beispielsweise mittels Schrauben und Dübel. Dabei sorgen die Abstandshalter 40 bzw.
Abstandhöcker an den Stahlprofilen 33 für die Einhaltung des geforderten Maßes.
Die aneinanderstoßend befestigten Stahlprofile 33'werden dann zusammen-
geschweißt,
wobei keine Verstärkungsnaht entsteht. Anschließend werden die Außenränder 36 und
36' mit Schnellbindezement abgedichtet. Die Abdichtung an den Rändern 36, 36' und
die Stahlprofile 33 erhalten dann in bestimmten Abständen Löcher oder Injizierschläuche.Anschließend
wird mit Pressen Klebematerial eingedrückt, das in seiner Viskosität entsprechend
dünnflüssig eingestellt ist. Dieses Klebematerial breitet sich über den gesamten
Zwischenraum zwischen der sandgestrahlten oder gestockten Betonkonstruktion und
der entsprechend durch Sandbestrahlung und Rostschutz vorbehandelten Klebematerial-Haftfläche
34 aus. Die zur Entlüftung dienenden Löcher 38 werden durch Schnellbindezement geschlossen,
sobald das Klebematerial austritt. Bei senkrecht angeordneten Bauteilen, wie Säulen
und Masten wird mit der Injektion von unten begonnen. Sobald das aufsteigende Klebematerial
aus dem darüberliegenden Loch austritt, wird dieses geschlossen.
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Damit der Druck nicht zu sehr gesteigert werden muß, wird dann von
dem nächsthöheren Loch wieder injiziert und dieser Vorgang wiederholt, bis der Zwischenraum
zwischen der säulenartigen Betonkonstruktion 30 und dem hülsenförmigen Stahlverstärkungselement
32 ganz bis obeh mit Kleber gefüllt ist.
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Statt der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Anwendung des Verfahrens
bei einer konisch ausgebildeten Säule läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren und
das erfindungsgemäße Stahlverstärkungselement selbstverständlich auch bei zylindrischen
Säulen verwenden. Die nachträgliche Armierung läßt sich überdies auch an Betonsäulen
mit quadratischem, rechteckigen, elliptischen oder in sonstiger Weise ausgebildeten
Querschnitten verwenden und läßt sich in idealer Weise auch bei sonstigen nachträglich
zu armierenden Betonkonstruktionen problemlos und überaus vorteilhaft und wirkungsvoll
einsetzen. Soweit in der obigen Beschreibung und in den Ansprüchen allgemein von
Stahlprofilen
gesprochen wird, soll diese Bezeichnung sowohl einfache Stahlplatten und Stahlbleche
und aus Flachstahl bestehende Verstärkungselemente umfassen, die in ihrer Form entsprechend
auf die Außenform der zu armierenden Betonkonstruktion abgestimmt sind.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Armierung von Betonkonstruktionen
und dem erfindungsgemäßen Stahlverstärkungselement können auch größere Betonkonstruktionen
durch schubfestes Ankleben von überlappungsfrei miteinander verschweißten Stahlverstärkungselementen
sicher und zuverlässig zweidimensional verstärkt werden. Die Montage von Stahl ist
temperaturunabhängig, und durch die entsprechend angepaßte Ausbildung der Stahlprofile
mit entsprechenden Löchern zum Einführen von Klebematerial und zum Entlüften wird
ein Klebefugenaufbau erreicht, der frei von Lufteinschlüssen ist. Das Montagegewicht
der einzelnen Profile ermöglicht eine problemlose Handhabung. Auf Grund des Aufbaues
des Verstärkungselementes aus einzelnen Stahlprofilen wird überdies eine hervorragende
Anpassungsmöglichkeit an Betonkonstruktionen nach Form und Größe ermöglicht, wobei
das Stahlverstärkungselement ohne überlappende Stahlprofile materialsparend und
optisch ansprechend ausgebildet werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Stahlverstärkungselement
besitzen besondere Vorzüge bei der Wiederherstellung oder Verstärkung der Biege-,
Zug-und Querkrafttragfähigkeit sowie der Torsionssteifigkeit, insbesondere von Decken,
Unterzügen, Dachbindern, Wänden, Brücken, Säulen und Masten. Die Einsatzmöglichkeit
umfaßt auch entsprechende Sanierungsvorhaben im Off-Shore-Bereich, insbesondere
an Säulen von Plattformen und an Stahlmanschetten, die teilweise oder vollständig
im Wasser liegen. Hierbei wird dann wie zuvor beschrieben unter Verwendung geeigneter
Materialien für die randseitige
Abdichtung verfahren, wobei das
sich in der mit Klebematerial zu füllenden Klebefuge befindliche Wasser durch das
Einpressen des Klebematerials vollständig aus dem für die Klebefuge vorgesehenen
Zwischenraum zwischen Stahlverstärkungselement und dem zu armierenden Konstruktionsbauteil
ausgepreßt wird.