DE3435850A1

DE3435850A1 - Faserbewehrter stahlbeton

Info

Publication number: DE3435850A1
Application number: DE19843435850
Authority: DE
Inventors: Alwin Dipl.-Ing. 7560 Gaggenau Merz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-09-29
Filing date: 1984-09-29
Publication date: 1986-04-17

Description

Faserbewehrter Stahlbeton
Die Erfindung bezieht sich auf Stahlbeton mit in dem Beton in gleichmäßiger Verteilung angeordneten kurzen Stahl fasern. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung der Stahl fasern.
In der Stahlbetontechnik ist es seit vielen Jahrzehnten bekannt, die Zugfestigkeit bzw. Biegezugfestigkeit, die bei unbewehrtem Beton sehr gering ist, durch Zugabe von Stahl fasern zu erhöhen. Dabei werden geradlinige draht- oder bandförmige, relativ kurze Fasern aus Stählen entsprechender Zugfestigkeit eingesetzt. Sie werden dem Beton während des Mischvorgangs oder unmittelbar vor dem Einbau zugegeben, wobei sie im erhärteten Zustand in regelmäßiger Verteilung, jedoch in Wirrlage, vorliegen. Die Erhöhung der Biegezugfestigkeit ergibt sich dadurch, daß die Zugkräfte auf die Stahl fasern übertragen und zumindest zu einem Teil von dieser aufgenommen werden.
In der Praxis hat sich dieser faserbewehrte Beton nur in geringem Umfang und auf bestimmte Anwendungsfälle beschränkt durchgesetzt. Die maßgeblichen Gründe hierfür sind folgende: Die Steigerung der Biegezugfestigkeit ist einerseits nicht allzu groß, andererseits nicht reproduzierbar, da sie stark von der Anordnung und Ausrichtung der Stahlfasern im Beton abhängig ist. Weiterhin ist von Nachteil, daß sich beim Einbringen des Betons stets eine gewisse An zahl an Stahl fasern an der Oberfläche befinden, es also an einer Betonüberdeckung fehlt mit der Folge, daß diese freiliegenden Stahl fasern bei entsprechender Bewitterung rosten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stahlbeton mit höheren Zug-bzw. Biegezugfestigkeit zu schaffen und die Gefahr der Zerstörung der Stahlfasern im oberflächennahen Bereich zu verringern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Stahifaser quer zu ihrer Längsausdehnung regelmäßig profiliert ist.
Während bei den bisher eingesetzten linearen Stahlfasern deren Wirksamkeit unter anderem sehr maßgeblich von den Haftkräften zwischen dem Beton und der Faser abhängt, sind bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen profilierten Stahlfaser die Haftkräfte nur von untergeordneter Bedeutung, da die Stahl faser aufgrund ihrer Profilierung im Beton verankert wird und somit auf ihrer gesamten Länge in definierter Weise wirksam ist. Fast ebenso bedeutsam wie die Erhöhung der Biegezugfestigkeit ist, wie Untersuchungen gezeigt haben, deren Reproduzierbarkeit, wodurch ein erfindungsgemäß hergestellter Stahlbeton der Normung zugänglich wird. Die Profilierung bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß an der ebenen Betonoberfläche die dort lagernden Stahl fasern stets nur mit einem sehr geringen Teil ihrer Oberfläche freiliegen können. Selbst werln die einzelne Stahlfaser an dieser freiliegenden Fläche durchrostet, bleibt der größere, im Beton eingebettete Teil der Stahlfaser wirksam.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Stahlfaser ein Wellenprofil auf. Ein solches Wellenprofil läßt sich in einfacher Weise aus einem Endlosdraht bzw. Endlosband herstellen.
In bevorzugter Ausführung weist die Stahlfaser wenigstens einen langgestreckten Abschnitt und mit Abstand voneinander angeordnete Wellen auf, deren Erstreckung in Längsrichtung kleiner ist als ihr Abstand voneinander. Besonders vorteilhaft ist dabei ein einziger langgestreckter Abschnitt und je eine Welle an dessen Enden.
Bei dieser bevorzugten Ausführung ist die Stahlfaser jeweils mittels der Wellen an ihren Enden im Beton verankert, während der langgestreckte Abschnitt in erster Linie für die Erhöhung der Biegezugfestigkeit wesentlich ist. Untersuchungen an einem solchermaßen bewehrten Stahlbeton haben gezeigt, daß dieser annähernd ein Hook#sches-Verhalten, d. h. eine lineare Abhängigkeit zwischen Spannung und Dehnung zeigt.
Die Verankerung und Wirksamkeit der Stahlfaser kann zusätzlich noch dadurch verbessert werden, daß das Wellenprofil Diskontinuitäten, also eine von einer kontinuierlichen Kurve abweichende Form aufweist.
In weiterer bevorzugter Ausführung ist die Stahlfaser quer zu ihrer Längserstreckung gewölbt. Hiermit wird erreicht, daß die Stahlfaser auch dann, wenn sie mit einem ihrer nicht profilierten Längsränder an der Oberfläche und parallel zu dieser angeordnet ist, allenfalls mit einem ihrer Enden oder aber mit dem Wölbungsscheitel freiliegt. Weist die Stahlfaser entsprechend der bevorzugten Ausführung nur zwei endständige Wellen und einen langgestreckten Abschnitt auf, so kann diese Stahlfaser im ungünstigsten Fall mit nur zwei Punkten bzw.
- bei flachem Querschntt - mit kurzen linienförmigen Bereichen an der Oberfläche freiliegen, nämlich entweder mit den beiden freien Enden oder mit den beiden Wellenscheiteln.
Wie bereits angedeutet, ist es bekannt, bandförmige Stahl fasern, also solche mit flachem Querschnitt zu verwenden. Erfindungsgemäß sind diese Stahl fasern im Querschnitt gewölbt, so daß auch dann, wenn sich die Wellenscheitel an der Oberfläche des Betons befinden, die Faser im wesentlichen nur punktförmig freiliegt.
Die Erfindung schlägt weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung der t3tahifasern vor. Sie zeichnet sich aus durch wenigstens zwei zahnradartig ineinander greifende, umlaufende Profilierräder, denen die Faser als Endlosband zugeführt wird, und wenigstens eine die profilierte Faser auf Wunschmaß ablängende Schheideinrichtung .
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich die Stahlfaser kontinuierlich und preisgünstig profilieren, wobei das Profil in einfacher Weise variiert werden kann. Die zahnradartigen Profilierräder benötigen nur einen einzigen Aritrieb und übernehmen zugleich den Transport des Endlosbandes.
Das Zahnprofil an den Profilierrädern braucht nur etwa dem Profil einer einzelnen Welle entsprechen, da es nur darauf ankommt, eine Welle zu erzeugen nicht aber darauf, eine exakte Profilform zu erreichen.
Soll die Stahlfaser einen langgestreckten Abschnitt und nur an ihren Enden eine Welle aufweisen, so ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wenigstens eines der beiden Profilierräder auf einer dem langgestreckten Abschnitt der Stahl faser entsprechenden Umfangslänge frei von Zähnen. Es braucherl demzufolge zur Erzeugung des langgestreckten Abschnittes keine miteinander korrespondierende Formteile an den Profilierrädern vorgesehen sein, vielmehr können beispielsweise in dem von Zähnen freien Abschnitt des einen Profilierrades - je nach Länge - zwei oder mehr Zähne an dem anderen regelmäßig verzahnten Profilierrad eingreifen. Auch hier kommt es nicht auf eine absolut exakte Forrngebung an, zumal die Faser ohnehin das Bestreben hat, ihre lineare Form beizubehalten.
Soll die Stahlfaser, wie vorzugsweise vorgesehen, quer zu ihrer Längserstrekkung gewölbt sein, so sind erfindungsgemäß die Profilierräder als Kegelräder ausgebildet. Aufgrund der radial unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeit der Kegelräder ergibt sich bei Durchlauf eines Endlosbandes mit flachem Querschnitt eine in Querrichtung unterschiedliche Beanspruchung des Bandes mit dem Erfolg, daß die Stahlfaser quer zu ihrer Längserstreckung gebogen wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß wenigstens drei miteinander kämmende Kegelräder, von denen eines angetrieben ist, vorgesehen sind und daß jedem Eingriffsspalt zumindest ein Endlosband zugeführt wird. Bei drei Kegelrädern lassen sich also mit einem einzigen Antrieb gleichzeitig zwei Endlosbänder verarbeiten. Gegebenenfalls können auch vier Kegelräder zu einem gemeinsamen Block zusammengeschlossen sein, so daß in allen vier Eingriffsspalten eine Profilierung vorgenommen werden kann. Auch ist es möglich, durch einen Eingriffsspalt mehrere Endlosbänder parallel laufend hindurchzuführen.
Bei einem weiteren Merkmal der Erfindung weist wenigstens eines von zwei miteinander kämmenden Profilierrädern Schneidmesser auf, deren Abstand voneinander in Umfangsrichtung der Länge der Stahlfaser entspricht. Mit dieser Ausbildung läßt sich in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nur die Profilierung vornehmen, sondern es kann die Stahlfaser zugleich abgelängt werden.
Mit Vorteil sind die Schneidmesser jeweils an den Zähnen des Profilierrades angeordnet, beispielsweise in deren Zähne eingesetzt, wobei sie dann den Zahnkopfkreis zumindest mit ihrer Schneide überragen.
Bei dieser Ausführungsform dient der Zahngrund an dem einen Profilierrad als Widerlagerfür die Schneide am Zahn des anderen Profilierrades.
Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbei spielen beschrieben.
In der Zeichnung zeigen: Figur 1 eine erste Ausführungsform der Stahlfaser in Seitenansicht; Figur 2 eine zweite Ausführungsform in Seitenansicht; Figur 3 eine dritte Ausführungsform in Seitenansicht; Figur 4 eine Draufsicht auf die Stahlfaser gemäß Figur 3; Figur 5 einen Querschnitt der Stahlfaser; Figur 6 eine schematische Seitenansicht einer Profiliervorrichtung zur Herstellung von Stahl fasern gemäß Figur 3 und Figur 7 eine schematische Ansicht einer Frofiliervorrichtung mit einem Kegelräderblock.
Figur 1 zeigt eine Stahlfaser mit einem gleichmäßigen Wellenprofil, d. h.
Wellenbergen 2 und Wellentälern 3. Die Stahlfaser weist eine relativ kurze Länge von wenigen Zentimetern auf. Sie ist im Bereich eines Wellenbergs bzw. Wellentals abgelängt. In Figur 1 ist, wie auch in den Figuren 2 bis 5 mit strichpunktierter Linie jeweils die Betonoberfläche bei ungünstigster Lage der Stahlfaser wiedergegeben. Aus Figur 1 ist ersichtlich, daß die wellenförmig profilierte Stahlfaser im ungünstigsten Fall an den Scheiteln der Wellenberge 2 punktförmig (bei einem runden Draht) bzw. linienförmig (bei einem Flachband) freiliegt.
Die Stahlfaser 1 gemäß Figur 2 weist einen langgestreckten unverformten Abschnitt 4 auf und ist nur an ihren Enden zu je einer Welle 5 bzw. 6 verformt.
Dabei ist die Formgebung so gewählt, daß der langgestreckte Abschnitt 4 und die freien Enden 7, 8 nicht in einer Ebene liegen, so daß - wie wiederum mit strichpunktierten Linien angedeutet - in der ungünstigsten oberflächennahen Lage der Stahlfaser 1 entweder nur die Scheitel der beiden Wellen 5, 6 oder die freien Enden 7, 8 freiliegen, während in jedem Fall gewährleistet ist, daß der langgestreckte Abschnitt 4, der für die Biegezugfestigkeit in besonderem Maß bedeutsam ist, innerhalb des Betons liegt.
Figur 3 zeigt eine Variante der Figur 2, die vor allem herstellungstechnisch besonders günstig ist. Auch diese Stahlfaser weist wiederum einen langgestreckten Abschnitt 4 und zwei wellenartige Profile der Enden 5, 6 auf. Das Profil entspricht dabei etwa der Form eines Evolventenzahns. Die freien Enden 7, 8 liegen wiederum in einer anderen Ebene als der langgestreckte Abschnitt 4.
In der ungünstigsten oberflächennahen Lage ergeben sich die gleichen Verhältnisse wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 2.
Die Stahlfaser 1 kann in den verschiedenen Ausführungsformen der Figuren 1 bis 3 zusätzlich quer zu ihrer Längserstreckung gewölbt sein, wie dies in Figur 4 in der Draufsicht erkennbar ist. Damit liegt die Stahlfaser auch dann, wenn sie mit ihren Längsränder parallel zur Betonoberfläche angeordnet ist, an maximal zwei Punkten frei.
Prinzipiell kann der Querschnitt der Stahlfaser beliebig, also rund, oval oder rechteckig sein. Bei einer rechteckigen Form empfiehlt es sich, die Stahlfaser auch im Querschnitt zu wölben, wie dies in Figur 5 gezeigt ist. Die Vereinigung der in den Figuren 3 bis 5 gezeigten Formgebungen führt dazu, daß die Stahlfaser auch bei Bandquerschnitt maximal an zwei Punkten an der Betonoberfläche freiliegen kann.
In den Figuren 6 und 7 ist eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Herstellung von Stahl fasern, die etwa mit Bezug auf Figur 3 beschrieben worden sind, wiedergegeben. Im einfachsten Fall besteht die Vorrichtung aus zwei Profilierrädern 9, 10, von denen eines auf einer Antriebswelle sitzt. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Profilierrad 9 als Stirnrad mit einer Evolventenverzahnung ausgebildet, also an seinem Umfang in gleichbleibendem AbL stand mit gleichförmigen Zähnen 11 versehen. Das andere Profilierrad hingegen weist weniger Zähne 12 auf, die jeweils paarweise angeordnet sind, so daß zwischen jedem Zähnepaar 12 eine größere Umfangslänge 13 frei von Zähnen ist. An den' voll mit Zähnen besetzten Profilierrad 9 sind an einzelnen Zähnen 14 Schneiden 15 angeordnet, die jeweils in den Grund zweier benachbarter Zähne 12 am Profilierrad 10 eingreifen und zum Ablängen des von einer Seite her zugeführten Endlos-Stahlbandes nach dem Profiliervo?gang dienen.
Wie Figur 6 anhand der rechts aus der Vorrichtung herausfallenden Stahl fasern 1 erkennen läßt, können mit den Profilierrädern 9, 10 in einfacher Weise Profile gemäß Figur 3 hergestellt werden.
In Figur 7 ist eine abgewandelte Vorrichtung wiedergegeben, bei der die Profilierräder aus Kegelrädern 17 gebildet sind, von denen beim gezeigten Ausführungsbeispiel vier Stück zu einem Block zusammengesetzt sind. Einet der Kegelräder 17 sitzt auf einer Antriebswelle 18, während die anderen Kegelräder auf Achsen 19 gelagert sind.
In den Eingriff zwischen jeweils benachbarten Kegelrädern kann jeweils ein Endlosband 16, wie es in Figur 6 gezeigt ist, zugeführt werden. Durch die unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeit im Bereich des einen Längsrandes des Stahl bandes gegenüber dem anderen Längsrand ergibt sich die in Figur 4 gezeigte Verwölbung der Stahifaser 1 quer zu ihrer Längsausdehnung. Um die Kegelräder gleichmäßig zu belasten und einen gleichmäßigen Verschleiß zu gewährleisten, wird das Endlosband, wie schematisch mit dem Bezugszeichen 20 angedeutet, in jedem Eingriffsspalt in unterschiedlichem radialem Abstand zugeführt. Es können gegebenenfalls in einen Eingriffsspalt auch mehrere Endlosbänder parallel nebeneinander zugeführt werden. Die Profilierräder können - gleichviel ob Stirn- oder Kegelräder - eine Gerad-, Schräg-oder Spiralverzahnung aufweisen, wodurch weitere Variationen in der räumlichen Formgebung der Stahifaser möglich sind.

Claims

Patentansprüche 1. Stahlbeton mit in dem Beton in gleichmäßiger Verteilung angeordneten kurzen Stahlfasern, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stahlfaser quer zu ihrer Längsausdehnung regelffläßig profiliert ist.
2. Stahlbeton nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlfaser (1) ein Wellenprofil (2, 3) aufweist.
3. Stahlbeton nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die StBhlfaser (1) wenigstens einen langgestreckten Abschnitt (4) und mit Abstand voneinander angeordnete Wellen (5, 6) aufweist, deren Erstreckung in Längsrichtung kleiner ist als ihr Abstand voneinander.
4. Stahlbeton nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlfaser (1) einen einzigen langgestreckten Abschnitt (4) und an den Enden je eine Welle (5, 6) aufweist, wobei die freien Enden (7, 8) und der langgestreckte Abschnitt (4) in verschiedenen Ebenen liegen.
5. Stahlbeton nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenprofil Diskontinuitäten aufweist.
6. Stahlbeton nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlfaser (1) quer zu ihrer Längserstreckung gewölbt ist.
7. Stahlbeton nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Stahlfaser einen flachen bandförmigen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet daß die Stahifaser (1) im Querschnitt gewölbt ist.
8. Vorrichtung zur Herstellung von Stahlfasern für einen Stahlbeton gemäß einem der Ansprüche 1 bis7, gekennzeichnet durch wenigstens zwei zahnradartig ineinander greifende, umlaufende Profilierräder (9, 10), denen die Faser als Endlosband (16) zugeführt wird, und durch wenigstens eine die profilierte Faser (1) auf Wunschmaß ablängende Schneideinrichtung (15).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnprofil an den Profilierädern (9, 10) etwa dem Profil einer einzelnen Welle (5, 6) entspricht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, insbesondere zur Herstellung von Stahlfasern für einen Stahlbeton nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der beiden Profilierräder (10) auf einer dem langgestreckten Abschnitt (4) der Stahlfaser (1) entsprechenden Umfangslänge (13) frei von Zähnen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, insbesondere zur Herstellung von Stahlfasern für einen Stahlbeton gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierräder als Kegelräder (17) ausgebildet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei miteinander kämmende Kegelräder (17), von denen eines angetrieben ist, vorgesehen sind und daß jedem Eingriffsspalt zumindest ein Endlosband (20) zugeführt wird.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Endl osbänder (20) an jedem Eingriffsspalt der Kegelräder (17) in unterschiedlichem radialem Abstand zugeführt werden.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines von zwei miteinander kämmenden Prbfilierrädern (9) Schneidmesser (15) aufweist, deren Abstand voneinander in Umfangsrichtung der Länge der Stahlfaser (1) entspricht.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidmesser (15) jeweils an den Zähnen (14) des Protilierrades (9) angeordnet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidmesser (15) in die Zähne (14) des Profilierrades (9) eingesetzt sind und deren Kopfkreis zumindest mit ihrer Schneide über -ragen.