DE4439534A1 - Betonkörper mit Verstärkung - Google Patents
Betonkörper mit VerstärkungInfo
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- E04—BUILDING
- E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
- E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
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- E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
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- E04C5/012—Discrete reinforcing elements, e.g. fibres
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Betonkörper, insbesondere
einen Betonkörper mit Betonstabelementen gemäß Anspruch 1. Die
Erfindung betrifft weiterhin Betonstabelemente, die als
Zuschlagsmaterial in Umgebungsbeton einbringbar sind, sowie ein
Herstellungsverfahren dafür.
Es ist bekannt, Beton zur Erhöhung der Zugfestigkeit und der
Zähigkeit mit Fasern zu durchsetzen. Dazu werden Stahlfasern,
üblicherweise mit 0.15 bis 2 mm Durchmesser und Längen von 10 bis
50 mm, verwendet oder es kommen dünne Fasern aus Glas oder
Kunststoff zur Anwendung. Die Fasern werden meistens in den Beton
eingemischt. Dabei zeigt sich eine Grenze für die Verarbeitbarkeit
des Betons, die je nach Fasertyp bei 3 bis 5 Vol% liegt. Mit
speziellen, nur begrenzt verwendbaren Verfahren lassen sich
Fasergehalte von ca. 15 Vol% erreichen. Bei diesen Verfahren
werden die Fasern nicht eingemischt, sondern der Beton wird in die
Fasern infiltriert.
Faserzusätze im Beton können mit unterschiedlichen Zielsetzungen
beigegeben werden. Wenn die Zähigkeitserhöhung, wie bei
Industriefußböden, das Ziel ist, werden relativ lange Fasern
zugegeben, die auch bei großer Betondehnung noch Kräfte über die
Risse hinweg übertragen können. Diese Fasern haben einen Schlupf
im Verbund oder sind mit Endverstärkungen ausgebildet und haben
dadurch eine große Dehnlänge. Diese Art von faserverstärkten Beton
ermöglicht große Dehnungen und führt zu einer gleichmäßigen
Rißverteilung.
Eine andere Zielsetzung bei der Faserverstärkung von Beton ist die
Erhöhung der Zugfestigkeit des Betons. Die dazu notwendigen Fasern
haben einen sehr guten Verbund und große Steifigkeit, damit die
Mikrorisse des Betons reduziert werden. Beispiele für diese Art
der Anwendung sind Fassadenplatten. Dieser faserverstärkte Beton
hat nur eine geringe Zähigkeit, d. h. nach dem überschreiten der
Zugfestigkeit reißt er durch. Die verwendeten Fasern sind kurz und
haben eine rauhe Oberfläche.
Fasern wirken um so besser, je höher der Fasergehalt, je höher die
Fasersteifigkeit d. h. der E-Modul und je besser der Verbund
zwischen Faser und Betonmatrix ist. Bei den üblichen Fasergehalten
ist der Beton schon gerissen bis die Fasern so viel Dehnung
erfahren haben, daß sie Kräfte aufnehmen können, d. h. heute
übliche Fasern bewirken eine Verbesserung des gerissenen Betons,
sie sind aber nicht steif genug, die Rissbildung zu verzögern.
Betonstabbewehrungen für Betonbauteile sind bekannt. Sie haben
gegenüber anderen Bewehrungen durch die Vorspannung des Betons im
Gebrauchszustand eine hohe Steifigkeit und durch das günstige
Verhältnis aufnehmbare Kraft zu Umfang ein sehr günstiges
Verbundverhalten. Die Zähigkeit des Betons kann jedoch mit
Betonstabbewehrungen nicht verbessert werden
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Betonkörper bereitzustellen,
die eine hohe Zugfestigkeit und Zähigkeit aufweisen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Betonkörper aus einer ersten
Betonmatrix vorgeschlagen mit ungeordneten oder teilweise
orientiert eingebetteten, länglichen vorgespannten
Betonstabelementen aus einer zweiten Betonmatrix mit in
Längsrichtung der Betonstabelemente angeordneten Spannelementen,
wobei die Längserstreckung der Betonstabelemente relativ zu den
Abmessungen des Betonkörpers klein ist.
Die rauhe Betonoberfläche der Betonstabelemente ergibt eine
schlupffreie Verbindung zwischen Betonstabelement und der
Betonmatrix des Betonkörpers. Damit ist bis zum Aufreißen der
vorgespannten Betonstabelemente ein sehr guter Verbund und hohe
Steifigkeit gegeben, wie sie zur Erzielung hoher
Betonzugspannungen erforderlich ist. Nach dem Aufreißen der
Betonstabelemente wird die freie Dehnlänge des Spannelementes
maßgebend für die Dehnfähigkeit der Betonstabelemente. Damit ist
die Voraussetzung für eine duktile Betonkonstruktion gegeben. Die
Betonstabfasern gemäß vorliegender Erfindung bewirken also beides,
sowohl die Erhöhung der Betonzugfestigkeit, als auch die Erhöhung
der Zähigkeit. Um diesen Effekt zu verstärken werden die
Spannelemente vorzugsweise mit Endverankerungen ausgebildet.
Erfindungsgemäß kann der Betonkörper sowohl bei Gebrauch
hergestellt werden als auch als vorgefertigtes Bauteil verwendet
werden. Im Betonkörper können zur besseren Durchsetzung der
Betonmatrix in Menge und Abmessungen aufeinander abgestimmte
Betonstabelemente unterschiedlichen Querschnitts und
unterschiedlicher Länge verwendet werden.
Es ist weiterhin möglich, den Betonkörper mit zusätzlichen
Bewehrungselementen zu verstärken oder den Betonkörper selbst
zusätzlich vorzuspannen. Dabei sind als Fasern beispielsweise
Fasern aus Stahl, Glas, Kunststoff oder Carbon verwendbar.
Der Betonkörper kann vorzugsweise in Ortbeton hergestellt sein.
Vorzugsweise kann der Betonkörper als Rohr, Fassadenelement oder
Dachelement ausgebildet sein. Außerdem kann der Betonkörper als
ein flüssigkeitsdichtes Bauteil, Industriefußboden,
Straßenabschnitt oder Landebahn vorliegen.
Die erfindungsgemäßen, länglichen Betonstabelemente können
ungeordnet in den Umgebungsbeton (erste Matrix) eingebracht werden
und umfassen eine Betonmatrix (zweite Matrix) mit in Längsrichtung
angeordneten und vorgespannten Spannelementen. Die
Betonstabelemente können einen sehr kleinen Querschnitt von
vorzugsweise 1 bis 3 mm Durchmesser haben. In den
Betonstabelementen können als Bindemittel in der Betonmatrix ganz
oder teilweise Polymere vorliegen. Die Spannelemente der
Betonstabelemente können vorzugsweise Kunststoff, Glas, Stahl,
Carbon oder Keramik enthalten. Dabei bestehen die Vorspannelemente
vorzugsweise aus vielen einzelnen Drähten oder Filamenten, die zum
besseren Verbundverhalten sich möglichst gleichmäßig über den
Querschnitt verteilen. Die Vorspannelemente haben vorzugsweise an
ihren Enden als Verankerungen wirkende Verdickungen aus dem
gleichen oder einem anderen Material. Die Betonmatrix der
Betonstabelemente wird vorzugsweise in ihren Eigenschaften so
eingestellt, daß sie im eingebetteten Zustand durch
Kriechverkürzungen Kräfte auf die Betonmatrix des Betonkörpers
abgibt.
Die erfindungsgemäßen Betonstabelemente können nach einem
Verfahren hergestellt werden, bei dem lange Spannelemente gespannt
werden, Beton um die Spannelemente herum durch Benetzen oder
Extrusion in weichem Zustand aufgebracht wird und nach dem
Erhärten des Betons der erhaltene Verbundkörper zu einer Vielzahl
von Betonstabelementen durchtrennt wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und
Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 (a) eine Seitenansicht eines Längsschnitts durch ein
erfindungsgemäßes, vorgespanntes Betonstabelement;
Fig. 1 (b) eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen,
vorgespannten Betonstabelements;
Fig. 2 ein Querschnitt durch einen Betonkörper mit eingebetteten
Betonstabelementen und angedeuteter Rißbildung;
Fig. 3 ein weiterer Querschnitt durch einen Betonkörper mit
eingebetteten Betonstabelementen und angedeuteter Rißbildung.
Fig. 1 beschreibt ein vorgespanntes Betonstabelement. Die
Betonmatrix (1) umgibt das Spannelement (2). Als Betonmatrix
können sowohl sehr feinkörnige Betone, wie auch kunststoffhaltige
Betone eingesetzt werden. Das Spannelement (2) besteht
vorzugsweise aus nichtrostenden Materialien wie Glasfaser, Carbon,
Aramid oder vergleichbaren Materialien. Die Endverankerungen (3)
können durch Knoten, Schlingen oder Weben des Spannelements, oder
aber durch Kleben oder Verschweißen erzeugt werden. Dabei können
sowohl der Klebstoff selbst, als auch aufgeklebte Teile als
Endverankerung eingesetzt werden. Zwischen den Endverankerungen
entsteht eine Strecke mit relativ schlechtem Verbund, der sich
nach Aufreißen des Faserbetons löst und damit eine große freie
Dehnlänge des Spannelements ermöglicht. Verbunden mit dem geringen
E-Modul des Spannelements ergibt sich dadurch eine große
Dehnsteifigkeit. Das ermöglicht eine Verwendung von relativ kurzen
Betonstabelementen, die trotzdem eine hohe Dehnfähigkeit haben.
Fig. 2 zeigt die in ein Betonkörper (10) eingemischten
Betonstabelemente (11) und (13). Die Lage der Betonstabelemente
ergibt sich beim Mischen und Einbringen des Betons. Die
Betonstabelemente wirken gleichmäßig in alle Richtungen. In Fig.
2 ist der Beton des Betonkörpers (10) unter äußerer Belastung
bereits gerissen. Die Risse werden jedoch durch die
Betonstabelemente gestoppt, da diese eine höhere Zugfestigkeit
haben. Es kommt zu einer Erhöhung der Zugfestigkeit des
Betonkörpers.
Fig. 3 zeigt den Zustand, in dem die äußere Belastung so groß
geworden ist, daß die Rißlast der Betonstabelementen (21)
überschritten wurde. Die Risse (22) aus dem Betonkörper (20)
setzen sich in den Betonstabelementen fort (23). In diesem Zustand
kommt die volle Dehnungslänge des Spannelements (24) zur Wirkung
und es stellt sich für den gesamten Betonkörper gegenüber dem
Zustand ohne Betonstabelemente eine Erhöhung der Dehnfähigkeit
ein.
Claims (20)
1. Betonkörper (10) aus einer ersten Betonmatrix mit ungeordneten
oder teilweise orientiert eingebetteten länglichen vorgespannten
Betonstabelementen (1, 11, 13, 21, 23) aus einer zweiten Betonmatrix
mit in Längsrichtung der Betonstabelemente angeordneten Spannele
menten, wobei die Längserstreckung der Betonstabelemente relativ
zu den Abmessungen des Betonkörpers klein ist.
2. Betonkörper (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zur besseren Durchsetzung der Betonmatrix in Menge und Abmes
sungen aufeinander abgestimmte Betonstabelemente unterschiedli
chen Querschnitts und unterschiedlicher Länge verwendet werden.
3. Betonkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß er zusätzlich mit Bewehrungselementen ver
stärkt ist.
4. Betonkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß er durch in die erste Betonmatrix eingelegte
Spannglieder vorgespannt ist.
5. Betonkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß er zusätzlich Fasern aus Stahl , Glas, Kunst
stoff oder Carbon enthält.
6. Betonkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß er als vorgefertigtes Bauteil vorliegt.
7. Betonkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß er in Ortbeton hergestellt ist.
8. Betonkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß er als Rohr ausgebildet ist.
9. Betonkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß er als Fassadenelement ausgebildet ist.
10. Betonkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß er als Dachelement ausgebildet ist.
11. Betonkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß er als flüssigkeitsdichtes Bauteil vorliegt.
12. Betonkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß er als Industriefußböden, Straßenabschnitt oder
Landebahn vorliegt.
13. Als ungeordnet in Umgebungsbeton einbringbares Zuschlagsma
terial verwendbare längliche Betonstabelemente (1) aus einer
Betonmatrix mit in Längsrichtung angeordneten und vorgespannten
Spannelementen (2).
14. Betonstabelemente (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich
net, daß die Elemente einen sehr kleinen Querschnitt von vorzugs
weise 1 bis 3 mm Durchmesser haben.
15. Betonstabelemente (1) nach einem der Ansprüche 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel in der Betonmatrix
ganz oder teilweise Polymere vorliegen.
16. Betonstabelemente (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß sie Vorspannelemente aus Kunststoff,
Glas, Stahl, Carbon oder Keramik enthalten.
17. Betonstabelemente (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich
net, daß die Spannelemente (2) aus vielen einzelnen Drähten oder
Filamenten bestehen, die zum besseren Verbundverhalten sich mög
lichst gleichmäßig über den Querschnitt verteilen.
18. Betonstabelemente (1) nach einem der Ansprüche 13, 14, 16, 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die Betonmatrix der Verstärkungsele
mente in ihren Eigenschaften so eingestellt ist, daß sie im ein
gebetteten Zustand durch Kriechverkürzungen Kräfte auf die Umge
bungsbetonmatrix abgibt.
19. Betonstabelemente (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, da
durch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (2) an ihren Enden
als Verankerungen wirkende Verdickungen (3) aus dem gleichen oder
einem anderen Material aufweisen.
20. Verfahren zur Herstellung der Betonstabelemente (1) nach
einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß lange
Spannelemente (2) gespannt werden, der Beton um die Spannelemente
herum durch Benetzen oder Extrusion in weichem Zustand angebracht
wird und nach dem Erhärten des Betons der erhaltene Verbundkörper
zu einer Vielzahl von Betonstabelementen durchtrennt wird.
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- 1994-11-04 DE DE4439534A patent/DE4439534A1/de not_active Withdrawn
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1995
- 1995-10-27 DE DE59510089T patent/DE59510089D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-10-27 EP EP95116996A patent/EP0712972B1/de not_active Expired - Lifetime
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EP0712972B1 (de) | 2002-03-06 |
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