DE4106309C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren für Spannbetonbauteile mit im Hüllrohr liegender Bewehrung mit nachträglichem Verbund nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bis 7.

Da die Zugfestigkeit von Beton im Vergleich zu seiner Druckfestigkeit sehr niedrig ist, werden bei Betonbauteilen die Bereiche, in denen Zugspannungen zu Übertragen sind, durch Stahleinlagen bewehrt. Eine Weiterentwicklung dieses Stahlbetons ist der Spannbeton, bei dem die Stahleinlagen oder andere Materialien wie Glasfaserstränge oder Kohlefaserstränge vorgespannt sind und somit Druckspannungen im Beton erzeugen, wodurch die Belastbarkeit dieses Bauteils erheblich gesteigert wird. Solche Spannbetonbauteile werden heutzutage in zahlreichen Bauwerken, insbesondere bei Brückenbauten und weitgespannten Deckenkonstruktionen eingesetzt, wo ein solches Spannbetonbauteil aufgrund der großen Spannweiten erheblichen Belastungen standhalten muß. Bei Spannbetonbauteilen unterscheidet man Bauteile mit und ohne Verbund. Bei Spannbetonteilen ohne Verbund liegen die Spannglieder frei neben oder innerhalb des eigentlichen Betonbauteiles in entsprechenden Hüllrohren. Die Spannseile sind dabei nur über die Endverankerung mit dem Betonkörper verbunden. Diese Spannbetonbauteile haben den Vorteil, daß die Spannglieder bei Beschädigung, wie sie beispielsweise durch Langzeitkorrosion oder infolge Ermüdung auftreten kann, mit verhältnismäßig geringem Aufwand ersetzt werden können. Ein erheblicher Nachteil dieser Bauart ist jedoch die im Vergleich zur Verbundkonstruktion deutlich niedrigere Grenztragfähigkeit des Spannbetonbauteils. In der Praxis bedeutet dies, daß Spannbetonbauteile ohne Verbund einen erheblich höheren Anteil an Bewehrung erfordern, wodurch die Konstruktion im Vergleich zu Spannbetonbauteilen mit Verbund erheblich aufwendiger und teurer wird. Spannbetonbauteile mit Verbund weisen dagegen einen festen Verbund zwischen den Spanngliedern und Beton über die gesamte Länge der Spannglieder auf. Bei dieser Ausführungsform unterscheidet man den sofortigen und den nachträglichen Verbund, wobei letztere bei Spannbetonträgern für den Brückenbau vorwiegend zum Einsatz kommt.

Bei dieser Bauweise sind innerhalb des Betonkörpers durchlaufende Hüllrohre angeordnet, in denen die Spannglieder verlegt und nach Aushärten des Betons vorgespannt werden. Nach Aufbringen der Vorspannung wird ein Einpreßmörtel ins Hüllrohr verpreßt wodurch der Verbund zwischen den Spanngliedern und dem Betonkörper hergestellt wird. Dem Einpreßmörtel werden häufig unterschiedlichste Mittel zugegeben, die die Fließfähigkeit oder das Verfestigungsverhalten des Verfüllmörtels beeinflussen oder die Durchlässigkeit gegenüber Korrosion fördernden Substanzen verringern. Bei diesen Zusätzen werden auch vielfach Kunststoffe zugegeben. Dieser Einpreßmörtel dient gleichzeitig als Korrosionsschutz. Doch für die Beurteilung der Sicherheit z. B. von Spannbetonbrücken ist es von entscheidender Bedeutung, ob sich möglicherweise bei einzelnen Bauwerken ein unbemerkter Ausfall oder eine unbemerkte Schwächung der Bewehrung nach mehrjähriger Nutzung ereignen kann. Mögliche Ursachen für einen solchen Ausfall können z. B. Spannstahlbrüche infolge von Ermüdung und/oder Korrosion sein. Ein Ausfall oder eine Schwächung der Bewehrung kann i.d.R. erst erkannt werden, wenn eine Schädigung des Bauteils bereits eingetreten ist.

Ein zerstörungsfreier Austausch von Bewehrung mit Verbund ist nach dem heutigen Stand der Technik nicht möglich. Sanierungen müssen deshalb z. B. mit dem aus statischer Sicht nachteiligen System der zusätzlichen Vorspannung ohne Verbund erfolgen.

Nach dem heutigen Stand der Technik werden zur Verlängerung der Lebensdauer der Bauwerke vor allem folgende Schutzmaßnahmen getroffen:

• - Die Beschichtung der Bewehrung mit Kunstharzen, vor allem Epoxiden, ergibt einen absoluten Korrosionsschutz, falls die Beschichtung genügend dick und während des Verlegens der Bewehrungselemente nicht verletzt wird, was praktisch nicht zu realisieren ist. Die Nachteile sind: sehr hohe Kosten, keine Haftung des Betons auf der Schutzschicht, elektrischer Isolator und bei Fehlstellen Bildung von Lokalelementen, welche zu partiell beschleunigter Korrosion führen.
• - Galvanisierte, in der Regel verzinkte Eisen, geben einen guten Korrosionsschutz. Es ist jedoch bekannt, daß die Zinkbeschichtung durch die Alkalität des Zementes aufgelöst wird. Die Schutzwirkung ist deshalb zeitlich beschränkt.
• - Als dritte Methode ist der sogenannte kathodische Korrosionsschutz bekannt. Dabei wird durch Anlegen einer bestimmten Spannung die Korrosion an der Bewehrung verhindert. Die Nachteile dieser Methode liegen aber darin, daß je nach Salzkonzentration und Spannungsabfall im Beton für einen optimalen Korrosionsschutz örtlich verschiedene Spannungen angelegt werden müssen. Dies ist in der Praxis weder durchführ- noch kontrollierbar. Falsch angelegter kathodischer Korrosionsschutz kann zu einem Verlust der Haftung der Bewehrung oder sogar zu einer beschleunigten Korrosion führen.
• - Als vierte Methode wurde dem Verfüllmaterial die Korrosion zurückdrängende (Korrosionsinhibitoren) Zusatzstoffe zugegeben.

Alle diese Methoden können zwar die Lebensdauer der Bauwerke oder Bauteile mehr oder weniger verlängern, aber eine auf längere Zeit überprüfbare Sicherheit kann nicht gewährleistet werden.

Wenn auch die nach diesen Verfahren hergestellten Spannbetonbauteile bei optimaler Ausführung eine hohe Tragfähigkeit aufweisen, so sind sie in Hinsicht der Langzeitstabilität und Praktikabilität unbefriedigend und bergen ein hohes Gefahrenpotential in sich.

Aus o. g. Erläuterungen ergibt sich klar die Notwendigkeit zur Erfindung eines Verfahrens, daß es ermöglicht, eingelegte Bewehrung zu einem beliebigen Zeitpunkt zum Zweck der Auswechslung oder der Kontrolle entnehmen zu können.

So wurde durch die deutsche Offenlegungsschrift DE-OS 3 73 122 ein Verfahren zum Auswechseln von im Hüllrohr liegender vorgespannter Bewehrung mit nachträglichem Verbund in Spannbetonteilen vorgeschlagen, bei dem ein schmelzbares thermoplastisches Kunststoffmaterial als Verbundmaterial dient, welches zu einem beliebigen Zeitpunkt bei Temperaturerhöhung seine Verbundeigenschaften derart verändert, daß die zuvor schubfest mit dem Betonkörper verbundene Bewehrung gegebenenfalls leicht entnommen oder kontrolliert werden kann. Bei diesem Verfahren wird der noch zusätzlich eingebrachte Verpreßmörtel umständlich durch ein Fräs- bzw. Bohrverfahren beseitigt.

Ein weiteres Verfahren zum Austausch der in Hüllrohren liegenden Bewehrung mit nachträglichem Verbund, das aber nicht ohne die Zerstörung von Teilen des Betonkörpers funktioniert, wird in der Offenlegungsschrift DE-OS 37 23 883 angegeben. Weiterhin ermöglicht das o. g. Verfahren keinen Verbund über die gesamte Bauteillänge.

Beim momentanen Stand der Technik wird ein Auswechselverfahren eingesetzt, bei dem eine Kunststoffummantelung nur durch thermisches Aufheizen seine Verbundeigenschaften ändert, die eines hohen elektrischen Energieaufwands bedarf. Beim Entnehmen der gelösten Spannglieder verbleiben im Hüllrohr noch Reste von Kunststoffen und von zusätzlich eingesetztem Verpreßmörtel, die nur umständlich entfernt werden können.

Ausgehend vom letztgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Auswechselverfahren derart zu verbessern, daß bei eventuell auftretenden Schäden oder zur Kontrolle beim Auswechselvorgang die Verpreßmaterialien vollständig aus dem Hüllrohr mit einfachen Mitteln und mit technisch vertretbarem Aufwand entfernt werden können.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch Verfahren mit den in den Ansprüchen 1, 6 oder 7 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Derartige Lösungen kombinieren die Vorteile der leichten Auswechselbarkeit der Spannglieder, wie sie bei der Bauweise ohne Verbund und dem Verfahren nach Offenlegungsschrift DE-OS 37 31 221 gegeben sind, mit den statischen und finanziellen Vorteilen der Bauweise mit nachträglichem Verbund. Hierzu werden bevorzugt die in Anspruch 2 aufgelisteten Thermoplaste eingesetzt.

Es ist vorteilhaft, beim Einsatz von derartigen Thermoplasten und im besonderen bei Verwendung von duroplastischem Verfüllmaterial nach Anspruch 3 die Veränderung des Verbundverhaltens durch einen Lösungsvorgang des Verbundmaterials herbeizuführen.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform nach Anspruch 1, also die Veränderung der Verbundmaterialien durch den Einsatz von Mikroorganismen herbeizuführen, hat den Vorteil, daß selbst gegenüber Säuren und Laugen oder anderen Lösungsmitteln beständige Duroplaste, die sich durch ihre hervorragenden mechanischen und dauerhaften Verbundeigenschaften auszeichnen, eingesetzt werden können. Es ist vorteilhaft, bei Spanngliedern, die aus Stahl bestehen, als Lösungsmittel entweder die Korrosion nicht beeinflussende Lösungsmittel nach Anspruch 4 oder oxidierende Säuren oder starke Laugen zu verwenden, da sie den Spannstahl entweder nicht angreifen oder durch die oxidierende Wirkung oder durch das alkalische Milieu den Stahl passivieren und so vor Korrosion schützen.

Eine Auswechselbarkeit der Bewehrung kann auch in vorteilhafter Weise durch die in Anspruch 6 und 7 beschriebenen Ausführungsformen herbeigeführt werden, wobei die dynamische Krafteinwirkung auf das Spannglied entweder durch das Wegnehmen der Vorspannkraft oder durch einen starken ruckartigen Kraftwechsel herbeigeführt werden kann.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele und Verfahrensbeschreibungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Spannbetonbauteil, hier ein Träger;

Fig. 1b einen Querschnitt durch ein Spannbetonbauteil mit zusätzlichem Rohr bzw. Kanal als Zugangsmöglichkeit für Lösungsmittel oder Mikroorganismen;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Spannbetonbauteil mit Umwälzpumpe und/oder Destillationskolonne zur Lösungsmittelkonvektion und/oder Regenerierung des beladenen Lösungsmittels und den bei Bedarf vorzusehenden weiteren Zugangswegen;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Spannbetonbauteil mit eingebauten Elektroden zur Erhärtung eines elektroviskosen Mediums;

Fig. 3a einen Querschnitt durch ein Spannbetonbauteil mit zusätzlich eingebauten Elektroden;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Spannbetonbauteil mit eingebauter Ankoppelungsvorrichtung zur Einleitung der Beanspruchung.

Die gezeigten Spannbetonbauteile in den Fig. 1 bis 4 sind stark vereinfacht dargestellt, wobei zur besseren Übersicht jeweils nur ein Spannglied - im Gegensatz zur Baupraxis üblich - dargestellt ist. Auch die Pump- und Destillationseinheit ist nur schematisch dargestellt. In Längsrichtung ist das Spannbetonbauteil mit Spanngliedern 3 oder anderen Spannsträngen aus Materialien (z. B. Glas- oder Kohlefasern), die in einem Hüllrohr 2 verlegt sind, durchsetzt. Wie bei Spannbetonbauteilen 1 üblich, ist jedes Spannglied 3 an seinen Enden über Verankerungen 7 im Beton verankert, so daß über die Zugspannungen in den Spanngliedern 3 Druckspannungen im Beton hervorgerufen werden. Die Spannglieder 3 liegen, wie in Fig. 1 bis 4 veranschaulicht, in Hüllrohren 2, die sich über die gesamte Länge des Spannbauteils 1 erstrecken. Weiterhin wird in das Hüllrohr 2 ein weiterer Zugang 4, der ein auflösbares zusätzliches Rohr 4b darstellt, mit in das Hüllrohr 2 vor dem Verfüllen eingelegt. Verfestigt sich das Verbundmaterial, so ist der Verbund hergestellt sowie die Spannglieder 3 vor Korrosion oder anderen Beschädigungen geschützt.

Zur Kontrolle der Tauglichkeit der Spannglieder 3 oder zum Auswechseln schadhafter Spannglieder 3 wird das Verbundmaterial 5 zu einem beliebigen Zeitpunkt, z. B. bei Brückeninspektionen, durch ein Lösungsmittel herausgelöst. Löst man das Verbundmaterial 5 durch ein Lösungsmittel, so können die Strömungsbedingungen durch eine Pumpeinheit 8 gesteuert werden, und das Lösungsmittel kann bei Bedarf durch eine zwischengeschaltete Destillationskolonne 9 regeneriert werden. Sind für den Lösungsvorgang noch weitere Zugangswege 12 einzurichten, so können sie an geeigneten Stellen durch Anbohren zur Verfügung gestellt werden. Verwendet man als Verbundmaterial 5 ein elektroviskoses Medium, so muß zur Änderung der Verbundeigenschaften an zwei zusätzlichen Elektroden 13 eine elektrische Spannung durch einen Spannungsversorger 14 angelegt werden, die jederzeit für Kontrollzwecke oder für den Austausch verändert werden kann. Beim Ausnutzen des thixotropen Effektes bei Verwendung von Bentonit oder ähnlichen Substanzen als Verbundmaterial 5 können durch Aufbringen einer dynamischen Belastung an einer hierzu vorgesehenen Ankoppelungsvorrichtung 15 die Verbundeigenschaften verändert werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Auswechseln oder zur Kontrolle von im Hüllrohr liegender vorgespannter Bewehrung mit nachträglichem Verbund in Spannbetonteilen, bei der ein Kunststoffmaterial als Verbundmaterial dient, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoffmaterial ein lösbares thermoplastisches oder ein lösbares duroplastisches Kunststoffmaterial verwendet wird, welches zu einem beliebigen Zeitpunkt durch einen Lösungsvorgang mit einem Lösungsmittel oder durch den Einsatz von kunststoffverdauenden Mikroorganismen seine Verbundeigenschaften derart ändert, daß die zuvor schubfest mit dem Betonkörper verbundene Bewehrung leicht entnommen oder kontrolliert werden kann, daß ein Zugang, den ein weiteres Rohr oder ein zusätzlicher Kanal im Hüllrohr darstellt, mit eingebaut ist, der das Heranführen des Lösungsmittels oder der Mikroorganismen gewährleistet, so daß die Veränderung der Verbundeigenschaften des Verbundmaterials von außen durch die Strömungsverhältnisse des Lösungsmittels geregelt werden kann, und/oder daß ein Zugang durch zusätzlich installierte Zugangswege, wie z. B. durch Anbohren des Verbundmaterials, von den Bauteilrändern oder Fugen oder Entlüftungsstellen oder Abschnittsgrenzen her gewährleistet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastisches Kunststoffmaterial Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyamid, Polyethylenimine, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyacrylharze, Polyvinylether oder lineare Polyurethane, deren Erweichungstemperaturen zwischen 150 und 400°C liegen, verwendet wird bzw. werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als duroplastisches Kunststoffmaterial Phenol-Formaldehydharze, Kresol-, Xylenol-, Resorcinharze, Furanharze, Melamin-Formaldehydharze, Polyesterharze, Allylesterharze, Aminoplaste, Epoxidharze, Siliconharze, vernetzte Polyurethanharze oder Vulkanfiber verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel entweder eine stark oxidierende Säure oder eine starke Lauge oder eine organische Flüssigkeit, wie aliphatische Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Ester, Ether, Aldehyde, Amine, Mineral- und andere Öle oder Terpentin und andere Mischprodukte verwendet wird bzw. werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel in einem Kreislauf bis zur Sättigung umgepumpt wird und/oder durch einen Destillationsschritt regeneriert wird.

6. Verfahren zum Auswechseln oder zur Kontrolle von im Hüllrohr liegender vorgespannter Bewehrung mit nachträglichem Verbund in Spannnbetonteilen, dadurch gekennzeichnet, daß ein thixotropes silikatisches Material wie Bentonit als Verbundmaterial verwendet wird, welches zu einem beliebigen Zeitpunkt durch aufgebrachte Belastungen, z. B. durch Wegnahme der Vorspannkraft, seine Verbundeigenschaften derart ändert, daß die zuvor schubfest mit dem Betonkörper verbundene Bewehrung gegebenenfalls ohne Zerstörung leicht entnommen oder kontrolliert werden kann.

7. Verfahren zum Auswechseln oder zur Kontrolle von im Hüllrohr liegender vorgespannter Bewehrung mit nachträglichem Verbund in Spannbetonteilen, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektroviskoses Öl als Verbundmaterial verwendet wird, welches zu einem beliebigen Zeitpunkt durch Änderung des elektrischen Feldes, das zwischen zwei zusätzlich in das Hüllrohr eingebrachten Elektroden anliegt, seine Eigenschaften derart ändert, daß die zuvor schubfest mit dem Betonkörper verbundene Bewehrung leicht entnommen oder kontrolliert werden kann.