DE60102148T2

DE60102148T2 - Zusammenstellung für walzverdichteten beton mit faserbewehrung und verfahren zur herstellung von strassen mit diesem beton

Info

Publication number: DE60102148T2
Application number: DE60102148T
Authority: DE
Inventors: Benoît FICHEROULLE; Marc Henin
Original assignee: CHAUSSEES TECH INNOVATION PARI; CHAUSSEES TECHNIQUES INNOVATION
Current assignee: CHAUSSEES TECH INNOVATION PARI; CHAUSSEES TECHNIQUES INNOVATION
Priority date: 2000-05-03
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2021-04-28
Also published as: AU2001256431A1; CN1122130C; SK15622002A3; CN1363008A; PL206537B1; WO2001054471A2; DE60102148D1; EP1278925A2; BE1014022A3; FR2808522A1; HU223747B1; HUP0300620A2; FR2808522B1; TR200401157T4; EP1278925B1; WO2001054471A3; ES2217143T3; ATE260386T1; JP2003531794A; CZ301483B6

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung von walzverdichtetem Beton mit Faserbewehrung und ein Verfahren zur Herstellung kontinuierlicher Fahrbahnen und nahtloser Industrieflächen aus dieser Zusammensetzung.
Die Zusammensetzungen von walzverdichtetem Beton unterscheiden sich von den klassischen Gussbetonen oder Innen-Rüttelbetonen dadurch, dass sie, um ähnliche mechanische Eigenschaften zu erzielen, einen geringeren Anteil an Zement sowie einen geringeren Gehalt an Wasser benötigen. Mit diesem geringeren Wassergehalt wird eine ausreichende Tragfähigkeit erzielt, um das Material mit Straßenbaugeräten einzusetzen, so dass man es mit Hilfe eines Rüttelstampfers oder einer Walze verdichten und anschließend ohne Verzögerung wieder dem Verkehr zur Verfügung stellen kann. Die Konsistenz von Gussbeton erfordert den Einsatz herkömmlicher Verfahren mit Straßenbaumaschinen mit Gleitschalungen oder von Rüttelbohlen und gestattet eine Wiederaufnahme des Verkehrs erst nach einer ausreichenden Abbindezeit, die im Allgemeinen mindestens 7 Tage beträgt.
Bei den beiden vorgenannten Arten von klassischem Beton ist das Einbringen metallischer Fasern bekannt. Die bei industriellen Plattierungsarbeiten verwendeten metallischen Fasern sind meistens gezogene Fasern, die im Allgemeinen aus Drähten von 1 mm Durchmesser bestehen. Die verschiedenen vorhandenen Fasern unterscheiden sich voneinander durch die Art der aktiven Verankerung in der Betonmatrix. Es werden Fasern mit einer sogenannten verformbaren Verankerung hergestellt, z. B. Fasern mit Haken wie diejenigen, die von der Gesellschaft Bekaert unter der Marke „Dramix" vertrieben werden, oder wellige Fasern wie diejenigen, die durch die Gesellschaft Trefil Arbed vertrieben werden. Diese Gesellschaft stellt auch eine unter der Marke „Twincone" vertriebene Faser her, die an jedem ihrer Enden einen nicht verformbaren Verankerungskonus besitzt. Diese Art der Verankerung ist viel fester als die durch Haken oder Wellen erhaltene Verankerung, daher wird sie auch „totale" Faserverankerung genannt.
Nach der Verstärkung durch Stahlfasern ermöglichen die herkömmlichen Innen-Rüttelbetone oder Gussbetone die Herstellung von Industrieplattierungen (oft abgedeckt und somit weniger ungünstigen Witterungseinflüssen und Temperaturschwankungen ausgesetzt als die Fahrbahnen) in großen Dimensionen, die nahtlos bis zu 2000 m² erreichen können, wobei die Eigenschaften der Fasern den Abstand zwischen den Nähten ermöglichen. Diese Betone konnten jedoch bis heute nicht effektiv zur Herstellung nahtloser kontinuierlicher Fahrbahnen verwendet werden, trotz des durch eine solche Anwendung gegebenen Interesses. Tatsächlich erzeugen die relativ hohen Anteile an Zement und an Wasser in diesen Betonen eine hydraulische Schrumpfung, zu der die thermische Schrumpfung hinzukommt. Die mechanischen Beanspruchungen sind derart, dass die Fasern diese nicht unter Kontrolle halten können. Daraus folgt, dass die Schrumpfungserscheinungen des Betons eine Rissbildung hervorrufen, die deutlich gravierender als bei Plattierungsarbeiten ist und die einen nicht akzeptablen Grad an Öffnungen aufweist, der meistens 1 mm Öffnung übersteigt. Es ist daher notwendig, bei diesen Fahrbahnen aus Faser-Innen-Rüttelbeton Nähte vorzusehen, um die Auswirkungen der Schrumpfung einzudämmen und die Rissöffnungen zu vermindern, wodurch die wirtschaftlichen Vorteile einer kontinuierlichen Fahrbahn verloren gehen und was die Entwicklung von Faserbetonen bei Fahrbahnen beträchtlich bremst.
Aus dem Patent US 5,865,000 ist ein klassischer Beton mit Stahlfaserbewehrung bekannt, der so modifiziert wurde, dass seine Druckfestigkeit bis zu einem Wert oberhalb von 80 N/mm² erhöht ist. Zur Erhöhung dieser Festigkeit umfasst der Beton zum einen 5 bis 10% des Zementgewichts an ultrafeinen Anteilen wie Siliziumdioxid-Stäube, was das Ausfüllen der Hohlräume im Beton ermöglicht.
Andererseits wird, da Wasser eine Verringerung der Festigkeit des Betons bewirkt, das Verhältnis Wasser/Zement unterhalb von 0,4 gehalten. Nach diesem US-Patent ist es somit notwendig, eine erhöhte Menge an Fließmittel hinzuzufügen, da diese Art von Adjuvans den geringen Wasseranteil zu kompensieren vermag, während allein das Vorhandensein ultrafeiner Anteile eine erhöhte Menge Wasser erfordern würde. In den Beispielen 2 und 3 dieses US-Patents ist die Menge an hydraulischem Bindemittel (Zement + Micro-Puzzolan) erhöht (440 kg/m³), was dem Erfordernis eines geringeren Zementanteils für einen walzverdichteten Beton widerspricht, und die Menge an Fließmittel (2,5%) ist stark erhöht, wohingegen ein solcher Anteil für einen walzverdichteten Beton mit einem ähnlichen Verhältnis Wasser/Zement nicht notwendig ist.
Zur Herstellung dauerhafter nahtloser Fahrbahnen aus Gussbeton ist ein Verfahren bekannt, Verfahren mit kontinuierlich bewehrtem Beton („BAC") genannt, bei dem Stahlstangen, im Allgemeinen mit einem Durchmesser von 16 mm, kontinuierlich über die gesamte Länge der Fahrbahn miteinander verbunden werden. Sobald die Stahlstangen in ihre Lage gebracht worden sind, wird der Beton aufgebracht, im Allgemeinen unter Verwendung einer Straßenbaumaschine mit Gleitschalung. Der kontinuierlich bewehrte Beton bleibt derzeit ein schwer einsetzbares und kostspieliges Verfahren.
Aufgrund der mit den walzverdichteten Betonen erzielten Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Gussbetonen, Innen-Rüttelbetonen oder extrudierten Betonen wurden verschiedene verdichtete Betone mit Faserbewehrung vorgeschlagen, bei denen die Zusammensetzung in angemessener Weise angepasst worden ist und die Fasern so ausgewählt wurden, dass eine kontinuierliche Fahrbahn oder Industriefläche aus Beton erhalten wird, bei der die Rissbildung regelmäßig verteilt ist und die Öffnungen begrenzt sind.
Die Ergebnisse einer Vergleichsstudie über beobachtete Risse auf Fahrbahnteilen, die einerseits mit einem verdichteten „Twincone"-faserbewehrten Beton mit „totaler" Verankerung und zum anderen mit einem verdichteten mit welligen Fasern bewehrten Beton hergestellt wurden, im Vergleich zu einem kontinuierlich bewehrten Beton, sind in der folgenden Tabelle I dargestellt:
Tabelle I
Der kontinuierlich bewehrte Beton, der hinsichtlich des kontinuierlichen nahtlosen Betons den Bezugspunkt bildet, weist eine feine und zusammengerückte Rissbildung auf. Bei dem verdichteten mit welligen Fasern bewehrten Beton sind die Risse weiter voneinander entfernt aber groß. Bei der Verwendung der „Twincone"-Fasern ist die Summe der Rissöffnungen um 30% kleiner als die im Fall der welligen Fasern beobachtete. Angesichts dieser Studie scheint es, dass das Verhalten von durch Fasern mit „totaler" Verankerung bewehrtem Beton demjenigen eines kontinuierlich bewehrten Betons angenähert ist, wobei diese Faser eine leistungsfähigere Verankerung ermöglicht als diejenige, die mit der welligen Faser erreicht wird. Im Rahmen der Studie mit dem Gegenstand der Tabelle 1, haben die Versuche gezeigt, dass die Entwicklung von Rissen in walzverdichtetem durch „Twincone"-Fasern bewehrtem Beton derjenigen Rissbildung entspricht, die bei kontinuierlich bewehrtem Beton auftritt. Andererseits zeigt die 1 der beigefügten Zeichnungen die Ergebnisse eines vergleichenden Trennungstests („Pull-out Test") einer „Twincone"-Faser A mit „totaler" Verankerung und einer Faser B mit verformbarer Verankerung, wobei die zwei Fasern einen identischen Durchmesser von 1 mm aufweisen. Aus dieser Grafik geht hervor, dass die Verwendung von Fasern mit „totaler" Verankerung notwendig ist, um kontinuierliche nahtlose Fahrbahnen herzustellen, da diese eine bessere Begrenzung der Rissöffnungen ermöglichen.
So definiert die Patentanmeldung FR 2 684 397 eine Betonzusammensetzung zur Herstellung nahtloser Fahrbahnen, die eine bestimmte Zusammensetzung aufweist, die Fasern mit nicht verformbarer Verankerung einschließt wie diejenigen, die in den europäischen Patentanmeldungen EP 130 191 und EP 098 825 beschrieben sind.
Unter diesem Gesichtspunkt waren die Haken dieser Fasern abgeflacht, um die Verankerung der zylindrischen Fasern mit Haken, der sogenannten ersten Generation, die im Gussbeton verwendet wurden, zu verbessern. Solche Fasern werden insbesondere unter der Marke „Dramix FL 45/50" vertrieben und sind Gegenstand der Patentanmeldung WO 97/11239.
Somit besteht eine aktuelle Tendenz zur Verwendung von Fasern mit „totaler" Verankerung oder mit einer sehr festen Verankerung, um kontinuierliche nahtlose Fahrbahnen herzustellen, und die Fasern mit weniger fester Verankerung wie die mit welligen Fasern oder mit Fasern mit Haken werden ausschließlich bei Zusammensetzungen aus Innen-Rüttelbeton zur Herstellung von Industrieplattierungen oder für Spritzbeton verwendet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Zusammensetzung aus walzverdichtetem Beton mit Faserbewehrung, der eine Begrenzung vorhandener Risse ermöglicht, wobei eine Kontrolle der Rissöffnungen sichergestellt wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung von walzverdichtetem Beton mit Faserbewehrung, umfassend Zuschläge, einen hydraulischen Binder und Metallfasern mit verformbarer Verankerung, dadurch gekennzeichnet ist, dass die Metallfasern aufgebaut sind aus im Wesentlichen zylindrischen Drähten, die einen zentralen longitudinalen, im Wesentlichen geradlinigen Teil aufweisen, der auf jeder Seite mittels eines Zwischenstücks durch einen gebogenen äußeren Teil verlängert wird, dessen Form so beschaffen ist, dass eine Annäherung zweier benachbarter Fasern verhindert wird, wobei die Drähte

– einen Durchmesser im Bereich zwischen 0,38 und 1,05 mm,
– eine Gesamtlänge im Bereich zwischen 19 und 80 mm,
– eine Länge der äußeren Teile im Bereich zwischen 1,5 und 4 mm,
– eine Querverschiebung zwischen dem zentralen Teil und jedem äußeren Teil von mindestens 0,75 mm,
– einen stumpfen Winkel (α, α') von weniger oder gleich 160° zwischen jedem Zwischenstück und dem zentralen Teil,
– einen stumpfen Winkel zwischen jedem Zwischenstück und äußeren Teil, und
– eine minimale Zugfestigkeit von 900 N/mm²,

Erfindungsgemäß besteht der hydraulische Binder aus einer Kombination von Klinker, gemahlener Schlacke, Flugaschen, Gips (phosphathaltiger Gips oder Anhydrit) und ultrafeinen Anteilen (Siliziumdioxid-Stäube, Puzzolane).
Die für die vorliegende Erfindung zum Einbringen in eine Zusammensetzung aus walzverdichtetem Beton ausgewählten Fasern führten überraschend zu verbesserten Ergebnissen hinsichtlich der Begrenzung und Kontrolle der Rissbildung. Die Verwendung von Fasern, wie oben definiert, mit gebogenen äußeren Teilen und im Wesentlichen zylindrisch über die gesamte Länge in einer Zusammensetzung von walzverdichtetem Beton führt überraschenderweise dazu, dass ein ausgewogenes Gleichgewicht zwischen der Begrenzung der Anzahl von Rissen und der Begrenzung der Öffnungen der vorhandenen Risse erreicht wird.
Die Fasern mit „totaler" Verankerung oder sehr fester Verankerung weisen eine starke Verankerungsfestigkeit bis zu einer Rissöffnung von 1 mm auf. Wenn sich der Riss trotzdem weiter öffnet, wird ein Abriss der Fasern und eine sehr schnelle Verschlechterung des Nahteffekts an den Seiten des Risses unterstützt.
Bis zu einer Rissöffnung von 1 mm gewährleistet die erfindungsgemäße Faser einen starken Verankerungseffekt, der demjenigen der Faser mit „totaler" Verankerung praktisch entspricht. Das Verankerungsvermögen bleibt hingegen bei weitaus gravierenderen Rissöffnungen, die bis zu 3 bis 4 mm gehen, erhalten. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung weist ein Dehnbarkeitsniveau auf, das deutlich mehr absichert als den bei einer Faser mit „totaler" Verankerung oberhalb von 1 mm beobachteten Risseffekt, z. B. im Fall eines lokalen Absinkens der Oberfläche der Fahrbahn und einer Rissöffnung, die 2 mm übersteigen könnte.
Die Drähte, aus denen die Fasern bestehen, weisen vorteilhafterweise einen Durchmesser im Bereich zwischen 0,65 und 0,85 mm und ein Verhältnis von Gesamtlänge/Durchmesser im Bereich zwischen 65 und 85 auf. Insbesondere weisen die Fasern ein Verhältnis von Gesamtlänge/Durchmesser von etwa 80 auf. In einer Ausführungsform wird jeder gebogene äußere Teil aus einem geradlinigen Teil, der durch den genannten gebogenen, mindestens 2 Krümmungen umfassenden Teil mit dem zentralen Teil verbunden ist, gebildet.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Fasern weisen vorteilhafterweise einen Durchmesser von 0,75 mm, eine Gesamtlänge von 60 mm und eine Zugfestigkeit von wenigstens 1100 N/mm² auf. Diese Faser dient auch dem Zweck, bei gleichem Gewichtsanteil im Beton, eine gegenüber der Anzahl der traditionell verwendeten Fasern mit einem Durchmesser von 1 mm verdoppelte Anzahl an Fasern zu erreichen. Im Sinne einer erhöhten Verfestigung beim Drahtziehen weist der feinere Draht im übrigen eine höhere Elastitätsgrenze auf, die ihn leistungsfähiger als einen Draht von 1 mm Durchmesser macht.
Die bei Betonen, die ausgehend von der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erhalten wurden, beobachtete Rissbildung ist auf Werte im Bereich zwischen 0,3 und 1 mm begrenzt. Aus einer solchen Begrenzung der Risse folgt, dass die Betonaggregate, die die unregelmäßige Oberfläche der Seitenwände des Risses bilden, untereinander eingebunden und in Position gehalten werden, wobei der Einbindungseffekt durch die in der Betonmatrix auf der einen und der anderen Seite des Risses verankerten Fasern gewährleistet wird. Diese gegenseitige Blockierung der Granulate untereinander und der Fasern, die eine „Naht" der Ränder des Risses gewährleistet, bewirkt, dass der derart kontrollierte Riss keine wesentliche Schwächung der globalen Struktur der Fahrbahn hervorruft. Der Riss ist nicht aktiv, in dem Sinne, dass er sich unter den Beanspruchungen des Schwerverkehrs während der Dauer des Betriebs der Fahrbahn nicht weiterentwickelt. Die Ränder des Risses bleiben im übrigen durch die zwischengranulären Kontakte zwischen den Betonbestandteilen mechanisch eingebunden, sodass die Fasern daher weniger einer Ermüdung unterliegen, wodurch eine gute Dauerhaftigkeit der Fahrbahn gewährleistet wird.
Darüber hinaus konnte für den Fall, dass die Öffnung der Risse unterhalb 1 mm bleibt, gezeigt werden, dass das gegebenenfalls mit Salz zur Glatteisbeseitigung versetzte Wasser nicht in einen solchen Riss eindringt, selbst wenn dieser an der Oberfläche auftritt. Das Risiko der Korrosion der Fasern in dem Riss ist somit begrenzt.
Die verwendeten Aggregate weisen 70 bis 100% gebrochene Gesteinsmaterialien auf, die scharfe Kanten und eine annähernd quadratische Form sowie eine Kornverteilung im Bereich zwischen 0 und 14 mm aufweisen, sodass Auftrennungserscheinungen vermieden werden, d. h. die Abtrennung großer Teilchen. Die Betonzusammensetzung umfasst außerdem vorzugsweise ein Fließmittel, das die Verdichtung durch intergranuläre Schmierung erleichtert und durch das eine Dichte nahe 2400 kg/m³ des Betons erhalten wird, mit vorteilhaften Konsequenzen wie eine erhöhte Beständigkeit und die Möglichkeit, den Anteil an hydraulischem Binder zu verringern.
Der optimale Wassergehalt wird durch den modifizierten Test nach Proctor (Test „Proctor Modifié") bestimmt und variiert zwischen 4 und 6% der Trockenbestandteile des Betons.
Vorteilhafterweise umfasst die Zusammensetzung einen Gehalt an hydraulischem Binder nahe 250 bis 300 kg/m³ Beton, einen Wassergehalt von 4 bis 6 Gew.-% der Trockenbestandteile des Betons, entsprechend ungefähr 100 bis 150 Liter Wasser pro m³ Beton, einen Anteil metallischer Fasern im Bereich zwischen 25 und 50 kg, vorzugsweise zwischen 30 und 40 kg/m³ Beton. Beispielsweise umfasst die Zusammensetzung 280 kg hydraulischen Binder und 110 Liter Wasser/m³ Beton.
Der Gehalt an Fließmittel beträgt vorteilhafterweise mindestens 0,3% des Gewichts an hydraulischem Binder. Man kann einen intergranulären Schmiereffekt mit Hilfe einer niedrigen Dosierung an Fließmittel erzielen, z. B. 0,3 bis 0,5% des Gewichts an hydraulischem Binder. Der verzögernde Effekt beim Abbinden des Betons, wenn das gleiche Produkt für den verflüssigenden und verzögernden Effekt verwendet wird, kann hingegen nur mit höheren Anteilen an Fließmittel erzielt werden, z. B. mindestens 0,7% des Gewichts an hydraulischem Binder, wenn man die Handhabbarkeit des frischen Betons für ungefähr 20 Stunden erhalten möchte, z. B. für eine Weiterverarbeitung am nächsten Tag auf dem Beton des Vorabends.
Die erfindungemäße Betonzusammensetzung kann zur Herstellung oder Verstärkung von Fahrbahn- oder Industrieflächenstrukturen verwendet werden, die schwere rollende Lasten tragen müssen, wie diejenigen, die z. B. durch häufige Passagen von Lastkraftwagen, schweren Maschinen oder Großraumflugzeugen hervorgerufen werden.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung erzeugt eine Betonschicht, die über einer ausgedehnten Fläche von Öffnungen durch Rissbildung, z. B. von 0 bis 4 mm, eine kontinuierlich variable Biegfestigkeit ohne Reißen der Fasern aufweist. In einer Ausführungsform variiert die Festigkeit über der Fläche um weniger als 20% in Bezug auf ihren Nominalwert.
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Materials erfolgt mittels eines Straßenfertigers für Betonplatten, bei dem es sich um ein allgemein verwendetes Gerät zum Einsatz bituminöser Materialien handelt, oder mittels eines Planiergeräts. Der Beton wird anschließend durch einen Verdichter von mehreren Tonnen, der eine oder zwei vibrierende Walzen aufweist, verdichtet. An diese Verdichtung kann eine knetende Wirkung angeschlossen werden, die durch die Einwirkung einer Walze vermittelt wird, die z. B. eine Last von 3 bis 5 Tonnen pro Rad aufwendet.
Der verdichtete Beton mit Faserbewehrung kann anschließend direkt von einer bituminösen Rollschicht bedeckt werden, die Nachbehandlung kann durch eine Emulsion an splitthaltigem Bitumen ausgeführt werden. Eine Fahrbahn, die aus einer Basisschicht aus erfindungsgemäßem Beton, die anschließend durch eine bituminöse Rollschicht bedeckt wurde, besteht, hat den Vorteil einer Trennung von Funktionen, wobei der Zementbeton eine lange Lebensdauer der Struktur unter Schwerverkehr gewährleistet und die bituminöse Beschichtung zu einer Matte führt, die erhöhte spezifische Qualitäten aufweist, z. B. eine trocknende Beschichtung, die das Regenwasser absorbiert und/oder eine akustische Beschichtung, die die Fahrgeräusche begrenzt. Die Betonschicht kann gleichermaßen von einem Sandasphalt, der stark mit Zement versetzt ist, bedeckt werden, wobei der Sandasphalt aus einer Mischung von 3 Komponenten besteht, d. h. Zement, ein mit Füller angereicherter Sand (umfassend einen wesentlichen Anteil feiner Teilchen) und einen Sand mit geringem Feinanteil, wobei der mit Füller angereicherte Sand mindestens 10 bis 20 Feinanteile von weniger als 0,080 mm aufweist.
Über die Anwendung zur Herstellung neuer kontinuierlicher nahtloser Fahrbahnen mit sehr guten Haltbarkeitseigenschaften hinaus kann der erfindungemäße walzverdichtete Beton mit Faserbewehrung zur Verstärkung von Fahrbahnen verwendet werden. Gleichzeitig mit einer Verstärkung kann dieses Verfahren auch die Probleme der Spurrillenbildung bituminöser Fahrbahnen durch Aufbringung einer dünnen Schicht von 5 bis 18 cm, bedeckt von einer dünnen oder sehr dünnen bituminösen Beschichtung, regulieren.
Die folgende detailliert erläuternde Beschreibung einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die beigefügte schematische Zeichnung dient einer besseren Veranschaulichung der Erfindung und weitere Zielsetzungen, Details, Charakteristika und Vorteile treten deutlicher hervor.
In dieser Zeichnung bedeutet:
1 ein Diagramm, das den Stand der Technik darstellt und die Ergebnisse von Trennungstests einer Faser mit „totaler" Verankerung und einer Faser mit verformbarer Verankerung, die beide einen Durchmesser der Drähte von 1 mm aufweisen, darstellt;
2 eine schematische Teilansicht von der Seite einer in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung verwendbaren Faser; und
3 ein Diagramm, das die Versuche zur Verbiegung mehrerer Prismen, die ausgehend von einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung erhalten wurden, im Vergleich mit Zusammensetzungen gemäß dem Stand der Technik darstellt.
Gemäß 2 umfasst die erfindungsgemäße Zusammensetzung metallische Fasern, die aus mit gebogenen äußeren Teilen 12 versehenen Drähten 10 bestehen. Die Drähte sind im Wesentlichen zylindrisch über ihre gesamte Länge L und umfassen einen im Wesentlichen geradlinigen zentralen Teil 11, der auf jeder Seite durch ein gebogenes Zwischenstück 13, welches in das genannte äußere Teil 12 übergeht, verlängert wird. Jeder Teil 12 wird durch einen geradlinigen Teil gebildet, der durch das genannte gebogene Zwischenstück 13, das mindestens zwei Krümmungen aufweist, mit dem zentralen Teil 11 verbunden ist. Die Drähte weisen einen Durchmesser d im Bereich zwischen 0,38 und 1,05 mm, eine Gesamtlänge L im Bereich zwischen 19 und 80 mm und eine minimale Zugfestigkeit von 900 N/mm² auf.
Die zwei äußeren Teile 12 eines Drahtes können eine unterschiedliche oder ähnliche Form aufweisen. Die Länge l, l' der geradlinigen Teile der äußeren Teile 12 kann unterschiedlich oder ähnlich sein und liegt im Bereich zwischen 1,5 und 4 mm. Das gebogene Stück 13 jedes äußeren Teils bildet mit dem zentralen geradlinigen Teil 11 einen stumpfen Winkel α oder α', der gleich oder kleiner als 160° ist. Die zwei so definierten Winkel α, α' können identisch oder unterschiedlich sein. Das eine der Zwischenstücke eines äußeren Teils liegt nicht notwendigerweise in der durch das andere Zwischenstück und den zentralen Teil 11 gebildeten Ebene. Im übrigen liegt jedes äußere Teil nicht notwendigerweise in der durch sein Zwischenstück und den zentralen Teil gebildeten Ebene. Die Querverschiebungen h, h' zwischen dem zentralen Teil 11 und jedem äußeren Teil können identisch oder verschieden sein und betragen mindestens 0,75 mm. In dem hier beschriebenen Beispiel umfasst die erfindungsgemäße Zusammensetzung unter der Marke „Dramix 80/60" vertriebene Fasern. Die Faser „Dramix 80/60" ist durch eine Gesamtlänge L von 60 mm bei einem Durchmesser d von 0,75 mm gekennzeichnet, entsprechend einem Verhältnis λ von 80, und besitzt eine Zugfestigkeit von mindestens 1100 N/mm². Die beiden Winkel α, α' sind im Wesentlichen identisch und die Zwischenstücke, die äußeren Teile und der zentrale Teil 11 sind im Wesentliche in derselben Ebene.
Verschiedene Zusammensetzungen wurden entsprechend Tabelle II realisiert, wobei die Zusammensetzungen 1, 2 und 4 sich ausschließlich durch die Art der in ihnen enthaltenen Fasern voneinander unterscheiden. Die Zusammensetzung 1 umfasst „Twincone"-Fasern mit „totaler" Verankerung, die Zusammensetzung 2 umfasst „Dramix FL 45/50"-Fasern mit an den äußeren Enden abgeflachten Haken, und die erfindungsgemäße Zusammensetzung 4 umfasst „Dramix 80/60"-Fasern. In diesen drei Zusammensetzungen beträgt der Anteil an Fasern 30 kg/m³. Die Zusammensetzung 3 umfasst „Dramix FL 45/50"-Fasern wie die Zusammensetzung 2, hier jedoch in einem Anteil von 35 kg/m³.
Tabelle II
Die Formulierung der Betonzusammensetzungen wurde so definiert, dass sie einem Kriterium der Druckfestigkeit in der Größenordnung von 50 bis 60 MPa genügt, entsprechend dem für walzverdichtete Betone gültigen Kornverteilungsmaß (NF P 98–128). Die an Zylindern der Größe 16 × 32 cm, entsprechend der gültigen Norm, gemessene Druckbeständigkeit ist in Tabelle III wiedergegeben. Die Versuche wurden an drei Betonzylindern für jede Zusammensetzung 1 bis 4 durchgeführt.
Tabelle III
Zur Bestimmung der durch die Fasern vermittelten Fähigkeit, eine Restlast bei Auftreten eines Rissbildungsmechanismus im Material auszuhalten, wurden Versuche zur Biegung an Prismen durchgeführt. Die Prismen wurden bei zirkulärer Biegung getestet. Unter Berücksichtigung der Größe der Fasern wurden Prismen mit großen Abmessungen ausgewählt, mit einer Länge von 70 cm, einer Höhe von 20 cm und einer Dicke von 15 cm. Die Entfernung zwischen den Stützpunkten bei der Biegung betrug 60 cm und die Entfernung zwischen den Punkten, an denen die Last aufgewendet wurde, betrug 20 cm. Jedes Prisma wurde vorher im zentralen Querschnitt eingekerbt, um den Riss zu lokalisieren. Ein Messfühler sondierte diese Einkerbung und ermöglichte, die Untersuchung direkt auf die Rissöffnung auszurichten. 3 zeigt die Ergebnisse vergleichender Biegeversuche, die ausgeführt wurden, um die Leistungsfähigkeit der verschiedenen Fasern zur Kontrolle der Rissbildung des Betons zu bewerten.
Die Kurven 1 bis 4 entsprechen jeweils den zuvor definierten Zusammensetzungen 1 bis 4. Das Auftreten des Risses erfolgt unterhalb eines Lastniveaus von etwa 25 kN bei den verschiedenen Zusammensetzungen.
Das mit der „Twincone"-Fasern enthaltenden Zusammensetzung 1 erhaltene Prisma weist einen Lastverlust nach Auftreten des Risses bis etwa 0,2 mm Öffnung auf, danach gestatten die Fasern eine Wiederaufnahme der Belastung. Ab einem Riss von 1 mm bei der Biegung, entsprechend der maximalen Tragfähigkeit, beginnen die Fasern zu brechen, was sich in sukzessiven Sprüngen der Last und einer sehr schnellen Abnahme der Tragfähigkeit des Prismas ausdrückt.
Das Prisma der erfindungsgemäßen Zusammensetzung 4 weist einen leichten Lastverlust bei Auftreten des Risses auf, dann eine Wiederaufnahme der Belastung. Die maximale Tragfähigkeit wird bei Rissöffnung im Bereich zwischen 1 und 1,5 mm erreicht. Die Tragfähigkeit verringert sich anschließend rasch fortschreitend.
Für die „Dramix FL 45/50"-Fasern in einem Anteil von 30 kg umfassende Zusammensetzung 2 zeigt das Prisma einen sehr starken Abfall der Last (von etwa 50%) nach dem Auftreten des Risses. Oberhalb einer bestimmten Rissöffnung von etwa 1,8 mm sind Sprünge der Last in der Kurve sichtbar. Diese Sprünge bedeuten Risse der Fasern wie im Fall der Zusammensetzung 1.
Für die die „Dramix FL 45/50"-Fasern in einem Anteil von 35 kg umfassende Zusammensetzung 3 sind die Ergebnisse ähnlich wie diejenigen, die mit der Zusammensetzung 2 erhalten wurden, wobei allein die Erhöhung des Anteils der Fasern eine erhöhte Belastungsfähigkeit erlaubt.
Die Fähigkeit der Wiederaufnahme der Belastung nach Rissbildung liegt im Wesentlichen in derselben Größenordnung für die Zusammensetzungen 1, 3 und 4. Die Fasern weisen im Wesentlichen dasselbe Potential hinsichtlich der Rissbildung bei auf 1 mm beschränkten Öffnungen auf. Oberhalb davon modifiziert das intrinsische Verhalten der Fasern, das zu einem Reißen oder einer Trennung führt, das Verhalten eines gerissenen Teilstücks. Die „totale" Verankerung zeigt die stärkste Verankerungsfestigkeit bis zu einer Rissöffnung von 1 mm. Wenn sich der Riss weiter öffnet, wird jedoch ein Reißen der Fasern und eine sehr schnelle Verschlechterung des Nahteffektes an den Rändern des Risses unterstützt. Bis zu einer Rissöffnung von 1 mm zeigt die erfindungsgemäße Faser eine leicht schwächere Verankerungsfestigkeit von etwa 7% wie diejenige, die mit einer Faser mit „totaler" Verankerung erhalten wird. Hingegen wird die Leistungsfähigkeit der Verankerung bei weitaus wesentlicheren Rissöffnungen von bis zu 3 bis 4 mm erhalten, was bei der Verwendung von Fasern mit „totale" Verankerung oder anderer Fasern nicht der Fall ist.
Obwohl die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, versteht sich, dass sie in keiner Weise begrenzt ist und dass sie alle technischen Äquivalente der beschriebenen Mittel umfasst sowie deren Kombinationen, soweit diese den Rahmen der Erfindung betreffen, wobei der Schutzbereich durch den Inhalt der Ansprüche bestimmt wird.

Claims

Zusammensetzung von walzverdichtetem Beton mit Faserbewehrung, umfassend Zuschläge, einen hydraulischen Binder und Metallfasern mit verformbarer Verankerung, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfasern aufgebaut sind aus im Wesentlichen zylindrischen Drähten (10), die einen zentralen longitudinalen, im Wesentlichen geradlinigen Teil (11) aufweisen, der auf jeder Seite mittels eines Zwischenstücks (13) durch einen gebogenen äußeren Teil (12) verlängert wird, dessen Form so beschaffen ist, dass eine Annäherung zweier benachbarter Fasern verhindert wird, wobei die Drähte – einen Durchmesser (d) im Bereich zwischen 0,38 und 1,05 mm, – eine Gesamtlänge im Bereich zwischen 19 und 80 mm, – eine Länge (l, l') der äußeren Teile im Bereich zwischen 1,5 und 4 mm, – eine Querverschiebung (h, h') zwischen dem zentralen Teil und jedem äußeren Teil von mindestens 0,75 mm, – einen stumpfen Winkel (α, α') von weniger oder gleich 160° zwischen jedem Zwischenstück und dem zentralen Teil, – einen stumpfen Winkel zwischen jedem Zwischenstück und äußeren Teil, und – eine minimale Zugfestigkeit von 900 N/mm², aufweisen und die Zusammensetzung einen Gehalt an hydraulischem Binder im Bereich zwischen 180 und 400 kg pro Kubikmeter Beton, einen Wassergehalt im Bereich zwischen 90 und 150 Litern pro Kubikmeter Beton, einen Anteil Metallfasern im Bereich zwischen 25 und 60 Kilogramm pro Kubikmeter Beton und einen Gehalt an Fließmittel und/oder Verzögerer von höchstens 1,8 Gew.-% bezüglich des hydraulischen Binders aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Fasern aufbauenden Drähte (10) einen Durchmesser (d) im Bereich zwischen 0,65 und 0,85 mm und ein Verhältnis (λ) von Gesamtlänge/Durchmesser (L/d) im Bereich zwischen 65 und 85 aufweisen.
Zusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern ein Verhältnis (λ) von Gesamtlänge/Durchmesser in der Größenordnung von 80 aufweisen.
Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte eine Gesamtlänge von 60 mm, einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,75 mm und eine minimale Zugfestigkeit von 1100 N/mm² aufweisen.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder gebogene äußere Teil (12) aus einem geradlinigen, durch das mindestens zwei Krümmungen umfassende Zwischenstück (13) mit dem zentralen Teil (11) verbundenen Teil gebildet wird.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Gehalt an hydraulischem Binder im Bereich zwischen 250 und 300 kg pro Kubikmeter Beton, einen Wassergehalt von 4 bis 6 Gew.-% bezüglich der Betontrockenbestandteile, entsprechend etwa 100 bis 150 Liter Wasser pro Kubikmeter Beton und einen Anteil Metallfasern im Bereich zwischen 25 und 50 Kilogramm pro Kubikmeter Beton umfasst.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Fließmittel mindestens 0,3 Gew.-% bezüglich des hydraulischen Binders entspricht.
Verfahren zur Herstellung kontinuierlicher Fahrbahnen oder nahtloser Industrieflächen, dadurch gekennzeichnet, dass es, ausgehend von der Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einen Schritt zur Herstellung einer Schicht aus walzverdichtetem Beton mit Faserbewehrung umfasst, so dass man eine Betonschicht erhält, die über einer ausgedehnten Fläche von Öffnungen durch Rissbildung, z. B. von 0 bis 4 mm, eine kontinuierlich variable Biegefestigkeit ohne Reißen der Fasern aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeit über der Fläche um weniger als 20% in Bezug auf ihren Nominalwert variiert.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonschicht von einer bituminösen Deckschicht oder von einem Sandasphalt, bestehend aus einer Mischung von drei Komponenten, d. h. Zement, mit Füller angereicherter Sand, der mindestens 10 bis 20% Feinanteile von weniger als 0,080 mm aufweist, und Sand mit geringem Feinanteil, bedeckt ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Herstellungsschritt darin besteht, dass man die Schicht aus walzverdichtetem Beton mit Faserbewehrung mit einer Dicke von 5 bis 18 cm zur Verstärkung bituminöser Fahrbahnen oder, um Spurrillen entgegenzuwirken, herstellt.