-
Verfahren zur Verbindung von Konstruktionselementen der Beton-Bautechnik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von Konstruktionselementen der
Beton-Bautechnik.
-
Aus Bestrebungen, die Vorteile zweier bekannter Verfahren zur Erstellung
von Wohn- und Zweckbauten, nämlich des Stein- oder Betonbaues und des Eisenskelettb
aues, in. einem neuen Verfahren zu vereinigen, entstand in den letzten Jahren die
Betonskelettbauweise.
-
Als Vorteile der Stein- oder Betonbaukonstruktion sind vor allem die
guten Isolationsverhältnisse, die Möglichkeit der Berücksichtigung ästhetischer
Richtlinien, die niedrigen Preise der Materialien und die gute Beschaffungsmöglichkeit
der zu verwendenden Materialien zu werten. Demgegenüber stehen als Nachteile der
hohe Lohnaufwand für den Aufbau der Gebäude, die verhältnismäßig lange Bauzeit und
die große Anfangsfeuchtigkeit der neu erstellten Bauten. Hierbei hat der Beton gegenüber
natürlichen und künstlichen: Steinen, z. B. Backsteinen, den Vorteil, daß er in.
größeren. Dimensionen hergestellt werden kann, wodurch der Betonbau eine kürzere
Bauzeit und, weniger Lohnaufwand erfordert als der Bau mit diesen. Steinen. Außerdem
ist die Herstellung von Beton wirtschaftlicher als die von Backsteinen, vor allem
hinsichtlich der bei der Herstellung benötigten Wärme.
-
Der Eisenskelettbau weist als Vorteile die überlegenen statischen
Eigenschaften des Eisens, die Möglichkeit, alle Bauteile als in Massen vorfabrizierte
Formen, Querschnitte und Längen auf den Bauplatz zu bringen, und das schn-ell@e
Montageverfahren
durch Verschweißen, Vernieten oder Verschrauben
der Stoßstellen dieser Bauteile auf. Nachteile sind der hohe Preis und die große
Wärmeleitfähigkeit des Eisens und die Schwierigkeiten bei der Anpassung von. Eisenkonstruktionen
an architektonische Prinzipien. Die Lebensdauer von Eisenkonstruktionen ist infolge
der großen Korrosionsanfälligkeitdes Materials kleiner als die von Stein- und Betonbauten.
-
Das Verfahren des Betonskelettbaues besteht bekanntlich darin, daß
ähnlich wie beim Eisenskelettbau die Bauteile als vorfabrizierte Bauelemente, beispielsweise
aus Beton-, Stahl. oder Vorspannbeton, Schaumbetonplatten mit Randversteifung, natürlichen
oder künstlichen Steinen od. dgl., auf den Bauplatz gebracht werden. Es vereinigt
dadurch die Vorteile der Eisenskelettbauweise mit denen der Stein- oder Betonbauweise,
mit Ausnahme der Möglichkeit einer schnellen und zuverlässigen Verbindung an den
Stoßstellen der verwendeten Bauelemente.
-
Die Erfindung ermöglicht es, für die Betonskelettbauweise zuverlässige
Verbindungen an den, Stoßstellen der verwendeten Bauelemente beschleunigt herzustellen,
indem sie ein Verfahren angibt zur Herstellung von Verbindungen zwischen Konstruktionselementen
der Beton-Bautechnik und eine nach diesem Verfahren hergestellte Verbindung beschreibt,
welche alle genannten muten Eigenschäften der Knoten des Eisenskelettbaues hinsichtlich
Aus= bildurig und Verfestigung derselben besitzt.
-
Die Erfindung besteht darin, daß an den Verbindungsstellen zwischen
Bauelementen ein Schmelzlot in der flüssigen Phase eingebracht wird, das -sofort
nach der Erstarrung eine Festigkeit und eine Haftfestigkeit mit den zu verbindenden
Elementen besitzt, welche mindestens angenähert gleich der Festigkeit der zu verbindenden.
Elemente sind. -Weiterhin muß .das Lot, das den. wichtigsten Bestandteil der Erfindung
bildet, einen Erstarrungspunkt besitzen, der genügend hoch über den normalen atmosphärischen
Temperaturen liegt und doch nicht so hoch ist, d'aß die Festigkeit der zu verbindenden
Elemente beim Löten durch thermische Beanspruchung herabgesetzt wird. Es muß also
ein Lot zur Anwendung kommen, dessen. Erstarrungspunkthöher als roo' C liegt, aber
40o° C nicht überschreiten darf. Das Lot muß ferner, wenn es in die Stoßfuge zwischen
-den zu verbindenden Elementen eingegossen wird, eine derartige starke Wärmeabfuhr
besitzen-, daß es in der Zeit von wenigen Minuten. erstarrt. Eine weitere Anforderung,
die an das Lot gestellt wird., besteht darin, daß es sowohl .gleichartige als auch
ungleichartige Baustoffe, wie z. B. Eisen und Beton,, fest miteinander verbindet.
Das Lot muß also Elemente fest miteinander verbinden, die aus Beton bestehen, es
muß aber auch Elemente innig miteinander verbinden,, die aus Eisen hergestellt sind.
Weiterhin wird an das Lot die Anforderung gestellt, daß durch dasselbe Elemente
eine feste Verbindung eingehen, die zum Teil aus Beton und zum Teil aus Eisen--
oder Stahl oder anderen Metallen-hergestellt sind. Eine weitere Anforderung, die
an das Lot gestellt wird, verlangt, daß das Lot als Sehnellbinder wasserundurchdringlich,
frostsicher, volumenbeständig, säurefest ist und .geringe Wasseraufnahmefähigkeit
besitzt. Um allen diesen Anforderungen, die an das Lot gestellt werden, entsprechen
zu können, weist das Lot Schwefel in der Form von Schwefelblume auf, der in, einem
bestimmten Verhältnis mit einem oder mehreren Füllstoffen, vermischt ist.
-
Als solche Füllstoffe können beispielsweise in Betracht kommen: gemahlener
Pyrit, Pyritasche oder Pyrrhotit. Es können aber auch Metall oder nichtmetallische
Materialien, wie Metalloxyde in, Pulverform, zur Anwendung kommen. .
-
Sehr bewährt hat sich! ein Lot, bestehend aus 5 Volumteilen Schwefelblume
und 2 Volumteilen gemahlener Pyritasche in, inniger Vermischung.
-
Da für das Element Schwefel in der monoklinen Modifikation SII der
natürliche Erstarrungspunkt bei r r¢,5°' C liegt, wobei die Schmelze 3,611/o der
unlöslichen Modifikation Su enthält, könnte erfindungsgemäß ein Lot verwendet werden,
das mindestens teilweise aus freiem Schwefel besteht.
-
Um @ aber zu verhindern, daß beider Abkühlung unterhalb des Erstarrungspunktes
durch den Übergang in ,die rhombische Modifikation SI .des Schwefels das Lot seine
Festigkeit zu einem wesentlichen Teil verliert, ist es vorteilhaft, den Schwefel,
der beispielsweise in der Form von Schwefelblume verwendet werden kann, in einem
bestimmten Verhältnis mit einem oder mehreren Füllstoffen zu vermischen, wie bereits
oben erwähnt wurde.
-
Das erfindungsgemäße Lot wurde von der Eidgenössischen Materialprüfungsanstalt
in Zürich einer eingehenden Prüfung unterworfen, und von derselben wurde laut Bericht
Nr. 23 oio vom 16. April 1947 folgendes festgestellt: Die Festigkeitszahlen sind
folgende: Biegefestigkeit 127 kg/cm2 und Druckfestigkeit 7o2 kg/cm2. Zum
Vergleich wird darauf hingewiesen, daß Portlandzementstampfbeton nach 28 Tagen folgende
Druckfestigkeitswerte aufweist: bei zoo kg Zement 70 kg/cm2, bei Zoo kg Zement
zgo kg/cm@ und bei 25o kg Zement 28o kg/cm2. Bei Rüttelbeton können diese Druckfestigkeiten
gesteigert werden bis auf roo bzw. 22o bzw. 300 und bei 35o kg Zement bis
auf 5zö kg/cm2. Die Biegezugfestigkeit des Stampfbetons ist bei P 2,5o = 6o kg/cm2.
Beim neuen Schnellbindemittel sind die Festigkeitswerte also etwa doppelt so groß
wie bei einem guten Stampfbeton, wobei aber als, der wesentliche Vorteil die sofortige
endgültige. Abbindung hervorsticht. Eine Verbindung von zwei Kalksandsteinen mit
dem Lot brach bei Belastung mit 140 1g durch Abreißen der Steinoberfläche, und ein
mit dem Lot in einem Betonbalken eingelöteter Eisenstab von z cm Durchmesser konnte
nicht ausgerissen werden, da die Zugfestigkeit des Eisens überschritten wurde. Da
es sich hier um einen Übergang von der flüssigen in die feste Phase, somit um einen
Wechsel des Aggregatzustandes des Lotes handelt, geht die Verfestigung nahezu sprunghaft
vor sich, im Gegensatz zu der
Verfestigung eines Mörtels, die in
einer langsamen Trocknung besteht.
-
In einem weiteren Untersuchungsbericht der Eidgenössischen IN aterialprüfungs-
und Versuchsanstalt Zürich von, 13. April 1949 werden noch bessere Resultate bestätigt
als der Bericht vom 16. April 1947 angibt. Laut diesem Bericht vom 13. April 1949
wurden an drei Betonwürfeln von =o cm Länge, 2o cm Breite und 2o cm Höhe, in «-elche
je eine Schraube von 1,8 cm Durchmesser i6 cm tief mittels des Eingußmaterials Novofix
eingegossen, war, Ausziehversuche angestellt, welche folgende Resultate ergaben:
Während beim ersten Würfel der Betonlörpeer durch die Ausziehversuche zersprengt-
wurde, wurde beim zweiten Würfel der Ankerstab an seinem aus dem Würfel hervorstehenden
Teil mit einer Maximalbelastung von 896o kg abgerissen.. Bei dem dritten Würfel
fand dieses Abreißen des Ankers an dem aus dem Würfel hervor stehenden Teile bei
einer Maximalbelastung von 9700 kg statt.
-
Da flüssiger Schwefel bei Erwärmung oberhalb des Erstarrungspunktes
.durch noch nicht völlig aufgeklärte Modifikationsänderungen bis etwa i8o° C viskoser
wird und dadurch die Verarbeitung erschwert, ist es von: Vorteil, die Temperatur
des Lotes vor dem Einbringen in die Verbindungsstelle auf i2o bis 135° C zu bringen.
-
Zur Vergrößerung der Haftfestigkeit können erfindungsgemäß die Verbindungsflächen
der zu verbindenden Elemente vor der Verlötung getrocknet werden.
-
Es können in Betonteile Pfropfen aus dem Lotmaterial eingegossen werden,
die im erstarrten Zustande daselbst verbleiben. Zum Festhalten von Dübelzapfen werden
letztere so hoch erhitzt, daß sie beim Einführen in. die Pfropfen letztere zum Schmelzen
bringen. Im erstarrten Zustande des Lotes sitzen die Zapfen fest in dem Pfropfen.
-
Die Erfindung ist in verschiedenen beispielsweisen Ausführungsformen.
in der Zeichnung dar: gestellt, und es bedeuten, in Anwendungsgruppen zusammengef
aß t Fig. i bis 4 Konstruktionen, bei denen das erfindungsgemäße Lot Elemente aus
Beton verbindet, Fig.5 eine Konstruktion, bei welcher Elemente aus Eisen miteinander
verbunden werden, Fig. 6 bis i i Konstruktionen, bei :denen das Lot Elemente verbindet,
die zum Teil aus Beton und zum Teil aus Eisen bestehen, Fig. r2 bis 15 Konstruktionen,
bei denen ,das Lot Elemente aus Beton und Eisen verbindet, um lösbare und zusammensetzbare
Konstruktionsteile zu erzeugen, und Fig. 16 eine Konstruktion aus Beton mit eingeschmolzenen
Loteinlagen, in welche Dübelzapfen mit einer Temperatur, welche das Lot zum Schmelzen
bringt, eingeführt werden und nach dem Erstarren des Lotes in den Einlagen festgehalten
werden.
-
Die einzelnen. Figuren zeigen folgende Konstruktionen Fig. i die Aufstellung
von Ständern, Fig. 2 ein Detail gemäß Fig. i in größerem Maßstab, Fig. 3 und .4
Knotenpunkt zweier Dachsparren, Fig. 5 Zusammensetzung von Hauswandtafeln, Fig.
6 ein Teil eines Skeletts, Fig. 7 und 8 Details gemäß Fig. 6 in größerem Maßstabe,
wobei Fig. 8 ein Schnitt nach der Linie I-1 der Fig.7 ist, Fig. 9 und io Schnitte
durch zwei miteinander durch das erfindungsgemäße Lot verbundene Träger, wobei Fig.
io ein Schnitt mach Linie II-II der Fig.9 ist, Fig. i i einen Trägerknotenpunkt
mit angelöteten Knotenverstärkungsstücken, Fig. 12 und 13 ineinandersteckbare Gerüstteile,
Fig. 14 und 15 Details gemäß Fig. 13 in -rößerem Maßstabe, wobei Fig. 15 ein Schnitt
nach Linie III-III der Fig. 12 ist und Fig. 16 ineinandersteckbare Gerüstteile.
-
In Fig. i ist die Aufstellung von Ständern i nebst Kranzbalken. 2
dargestellt. Die Ständer i werden mit ihren Fußdollen 3 in entsprechenden Aussparungen
des Banketts 4 eingelassen und nach maßgerechter und lotrechter Ausrichtung mit
dem Schnellbinder ausgegossen. Zu diesem Zwecke sind gemäß Fig. 2 die Aussparungen
im Bankett 4 etwas größer gewählt, so daß der Zwischenraum 5 mit der Schnellbindermasse
ausgefüllt werden. kann. Die einzelnen Kranzbalken 2 werden auf die Kopfdollen 6
der Ständer i aufgesetzt und nach genauer Ausrichtung ebenfalls im Bereich der Dollen
vergossen. Hier empfiehlt es sich ebenfalls, d-ie Enden der Kranzbalken nicht satt
aneinanderstoßen zu lassen, sondern ,einen Zwischenraum 7 entstehen zu lassen, der
bequem vergossen werden kann. Um auch eine Längsschubsicherung zu erreichen, können
die Dollen 6 schlitzartige Aussparungen 8 aufweisen, so daß sich nach Ausgießen
des Schlitzes 7 und der Aussparung 8 eine innige Verklammerung derKranzbalken undderStänderköpfe
ergibt. Sinngemäß kann beiden Windsteifen 9 verfahren werden.
-
In Fig. 3 und 4 ist der Knotenpunkt zweier Dachsparren dargestellt.
Die Sparren 1o und ii überlappen sich im Firstbereich derart, daß die beiden Lappen
i2 und 13 einen Spalt 14 miteinander einschließen. Nach Aufrichtung wird dieser
Spalt mit dem Schnellbinder vergossen, und alsdann wird, falls unbedingt als erforderlich
erachtet, der Bolzen 15 eingezogen. Das Vergießen gibt den größeren Vorteil, daß
die Sparren in. der maßgerechten Lage sogleich verharren.
-
Bei den Konstruktionen nach Fig. i bis 4 verbindet das Lot Elemente
aus Beton.
-
In Fig. 5 ist das Zusammensetzen von fabrikmäßig gelieferten großformatigen
Hauswandplatten dargestellt. In einem U-Blechrahmen. 16 ist Schaumbeton 17 eingelassen,
der sich im Rahmen verankert und durch diesen gegen Bruch gesichert ist. Sofort
nach Aufstellen und Ausrichten der Platten werden punktschweißartig die Spalte i8
und i9 mit dem Schnellbinder überbrückt, so daß bereits etwa i Minute nach erfolgter
Fixierung ein Ausgießen
der von dem Rahmen 16 .gebildeten rohrartigen
Ausweitung 2o mit Schaumbeton erfolgen kann. Bisher war man genötigt, nach erfolgter
Aufstellung der Wandplatten eine Schalung im Bereich .der Stöße vorzusehen und das
Abbinden der Füllung 2o abzuwarten. Die 'hierdurch bedingten, im Rahmen der Schnellbauweise
recht beachtlichen Wartezeiten entfallen beim erfindungsgemäßen Verfahren vollständig.
Die durch Lot punktgelöteten Verbindungen können in einem Material eingebettet werden,
das, erst nach längerer Zeit eine genügende Festigkeit erreicht, doch diese auch
bei Temperaturen beibehält, bei welchen .das Lot schon erweicht. Als Einbettungsmaterial
eignet sich Zementmörtel.
-
Bei der Konstruktion nach Fig. 5 verbindet das Lot Elemente aus Eisen.
-
Fig. 6 zeigt eine teilweise Ansicht einer Betonskelettkonstruktion
mit den vertikalen Ständern 28, auf welche der Kranz 25, 26 aufgelegt ist. Auf .diesem
Kranz stehen die vertikalen Ständer 27. Zur Armierung der Knotenpunkte sind
die Armierungen 29 vorgesehen.
-
Fig. 7 und 8 zeigendem Knotenpunkt im Schnitt, wobei die Armierung
29 die Ständer 27, 28 und die Kranzteile 25, 26 miteinander verbindet. Die Aussparung
30 wird mit dem Lot ausgegossen.
-
Fig. 9 und io zeigen die Verbindung des Ständers 35 mit dem Träger
34 unter Vermittlung der Armierung 32. Durch die Eingußöffnung 33 wird das Lot in
die Aussparung 36 eingegossen. Die Aussparung 36 ist durch die Deckplatte 31 abgeschlossen.
Dieses Abschließendes Lotes durch eine Deckplatte geschieht unter folgender Erwägung:
Um der Tatsache zu begegnen, daß das Lot bei mäßig hohen Temperaturen seine Festigkeit
verliert, reicht es in vielem Fällen aus, das Lot nahezu ganz in dem Material der
verbundenen Elemente einzuschließen.
-
Fig. z i zeigt die Knotenpunktverstärkungsstücke 48, welche an die
zu verbindenden Träger 44, 45, 46 und 47 mittels des erfindungsgemäßen Schmelzlotes
in den Ecken angelötet sind. Auch hier sind Armierungen vorgesehen.
-
Fig. 12, bis 15 zeigen zusammenfügbare und voneinander lösbare Gerüstteile,
bei @denen in Hülsen 37, 38 des einen Gerüstteiles einführbare Zapfen 39 des anderen
Gerüstteiles vorgesehen sind. Die aus Eisen bestehenden, Elemente 37, 38 und 39
sind durch. das Sdhm-elzlot des Erfindungsgegenstandes mit den Betonträgern 40,
44 42 und 43 verbunden. Das Schmelzlot wird durch den Kanal 51 in die Aussparung
49 eingegossen. In der Aussparung 5o wird das Lot direkt eingegossen.
-
In Fig. 16 ist der Fall angedeutet, daß ein Tür-oder Fenstergewände
21 an Stelle von Holzdübeln mit Schnellbindernesterm a2 versehen ist. In. diese
werden die Bankeisen 2-3 -der Fenster- oder Türrahmen 24 dadurch leicht und( schnell
eingesetzt, daß die Eisen 23 auf eine Temperatur erhitzt werden, die ausreichend
ist, um die Schnellbindermasse der Nester Zia zum Erweichen zu bringen. Nach erfolgtem
Eindrückern der Bankeisern 23 erfolgt praktisch sofort das Wiedererkalten der Nester
und damit das unverrückbare Festhalten der Tür- oder Fensterrahmen.
-
Die Idee des Erfindungsgegenstandes kann noch in anderer Weise, als
in den Figuren dargestellt, zur Ausführung gelangen, und es sollen die dargestellten
und, beschriebenen Konstruktionen lediglich als Beispiele dienen.