EP0018491A2 - Faserförmige Bewehrung für zement- und bitumengebundene Bauteile und Beläge - Google Patents

Faserförmige Bewehrung für zement- und bitumengebundene Bauteile und Beläge Download PDF

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EP0018491A2
EP0018491A2 EP80101468A EP80101468A EP0018491A2 EP 0018491 A2 EP0018491 A2 EP 0018491A2 EP 80101468 A EP80101468 A EP 80101468A EP 80101468 A EP80101468 A EP 80101468A EP 0018491 A2 EP0018491 A2 EP 0018491A2
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EP
European Patent Office
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fibers
fiber
fibrous reinforcement
different
reinforcement according
Prior art date
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EP0018491A3 (en
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Adolf Arnheiter
Rudolf Enzler
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Inter-Forta AG
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Publication of EP0018491A3 publication Critical patent/EP0018491A3/de
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    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/07—Reinforcing elements of material other than metal, e.g. of glass, of plastics, or not exclusively made of metal
    • E04C5/073—Discrete reinforcing elements, e.g. fibres
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24942—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/10—Scrim [e.g., open net or mesh, gauze, loose or open weave or knit, etc.]
    • Y10T442/184—Nonwoven scrim
    • Y10T442/188—Metal or metal-coated fiber-containing scrim

Definitions

  • the invention relates to a fibrous reinforcement for cement and bitumen-bound components and coverings.
  • fibers for the reinforcement and reinforcement of materials, the so-called fiber reinforcement, is generally known.
  • the following fibers in general, in the form of monofilament fibers, are currently considered to be particularly useful for the use mentioned: steel fibers, glass fibers, plastic fibers (e.g. polypropylene, polyethylene, polyamide, aramid (highly aromatic polyamide), PVC, carbon fibers, asbestos fibers, natural fibers.
  • plastic fibers e.g. polypropylene, polyethylene, polyamide, aramid (highly aromatic polyamide), PVC, carbon fibers, asbestos fibers, natural fibers.
  • the fibrous reinforcement is selected such that at least two different groups of fiber structures are present, at least one of which is in the form of a closed fiber network, the fibers of which are resilient and have a gathered shape in the state before being introduced into the mix.
  • the advantages achieved by the invention are essentially to be seen in the fact that the reinforcement elements can be introduced into the mix together with the additives.
  • the reinforcement elements are evenly distributed over the cross-section of the reinforced component. Aggregations do not occur.
  • This reinforcement element has the shape of a closed fiber network made of polypropylene and is shown in FIGS. 1 and 2.
  • This fiber network is a one-piece structure, two different fiber thicknesses being present in the embodiment shown.
  • First fibers 1 are each connected to one another by second fibers 2, the cross section of the second fibers 2 being smaller than the cross section of the first fibers 1.
  • These fiber nets added to the mix now also tend to stick to one another, in particular due to the mixing, for example due to the static charging thereof, such that no uniform distribution in the concrete would occur.
  • the fine polypropylene fibers are resilient, for example all the second fibers 2 act as springs which keep the first fibers 1 apart from one another, overcoming the mutual attraction forces, so that the fibers self-distribute in the mix or in the concrete.
  • individual fiber ends 3 loop around the grains of the material to be mixed, which additionally counteract the aggregation of the fiber network during and immediately after mixing.
  • the net-shaped reinforcement element in the final state does not describe the flat plane shown in FIG. 1, but is deformed in space in all three dimensions.
  • the state of the reinforcement element before it is introduced into the mix is shown in FIG. 2.
  • the reinforcement element is wound wound in a string, the number of turns being predetermined.
  • the reinforcement element in the gathered form shown in FIG. 2 is entered together with the mix into the concrete mixing machine and the mixing is then carried out carried out in the usual manner and during the standardized period. During this period, the cord shape of the reinforcement element is opened and after this time period the reinforcement element is in the three-dimensionally distributed network form.
  • the mixing time in the production of concrete is standardized. Therefore, the number of turns of the cord piece in order to obtain a three-dimensional network after mixing can be precisely determined. If the mesh is not completely open after the mixing process has ended, its effect on the reinforcement is limited.
  • the mesh If the mesh is fully open before mixing is complete, it will be torn apart during the remaining mixing period, take the form of the known split fibers, and also lose its effect as a reinforcement element.
  • the reinforcement element in the present gathered form according to FIG. 2, it is now possible to use the reinforcement element in practice without difficulty, since it does not require any additional devices for introducing it into the mix (in particular it does not have to be sprinkled in) and, in addition, there is no additional monitoring of time periods necessary.
  • the insertion form twisted into the cord is only pure, for example.
  • the gathered form can be formed by other deformations, and water-soluble adhesives can also be arranged to hold the gathered form together.
  • Such a uniform distribution can now be achieved when using such self-distributing mesh-shaped reinforcement elements, this together, ie in combination with other known fibrous reinforcement elements in the form of individual fibers such as glass fibers, steel fibers, plastic fibers, carbon fibers, asbestos fibers, natural fibers etc.
  • One or more of these types of fibers can be used together with the mesh reinforcement element, whereby the fiber lengths can be different, as will be explained in more detail below.
  • reinforcing fibers which are individual fibers
  • the fiber network self-distributing during mixing, the individual fibers are evenly distributed by the spreading networks.
  • the nets also prevent the individual fibers from clumping together, since the nets prevent the individual fibers from doing so purely mechanically.
  • the individual fibers are thus guided through the networks in such a way that a uniform distribution of the individual fibers, and obviously also of the fiber networks, is achieved in the reinforced concrete piece.
  • a test specimen was first made from unreinforced concrete. A bending tensile strength of approximately 32 kg / cm 2 was measured for this concrete body, which value is a common average value for concrete. Then another concrete test piece was produced, to which a calculated optimal amount of steel fibers, namely 144 kg, was added. A bending tensile strength of this concrete steel specimen, which was reinforced only with steel fibers, was measured at approximately 68 kp / cm 2 . Thus, the steel fibers caused the bending tensile strength to be improved by approximately 36 kp / cm 2 .
  • Another concrete test specimen was produced, in which a calculated optimal amount of 1 kg of the reticulated polypropylene fiber reinforcement of a plastic reticulated concrete test specimen of approximately 36 kp / cm 2 was measured. So the improvement in bending tensile strength was 4 kp / cm 2 .
  • the quality of the concrete also depends on the even distribution of the aggregates with different grain sizes. It is not only important how evenly a certain grain size (i.e. e.g. gravel bodies with a diameter of only 5 mm) is distributed in the poured concrete, but also what the proportions of the different grain sizes are.
  • a certain grain size i.e. e.g. gravel bodies with a diameter of only 5 mm
  • the aggregates for the production of concrete have to follow certain rules, among other things, with regard to grain sizes.
  • the curve the grain structure of the aggregates ie the so-called sieve curve
  • A denotes the residue in percent by weight
  • B the mesh size or round hole size in mm
  • C passage in percent by weight.
  • curve S indicates mean values with respect to permissible scatter ranges, which is known to the person skilled in the art. (The corresponding curve S according to DIN 1045 is defined as "particularly good”.)
  • This sieve curve which is based on purely technical conditions and knowledge, determines the percentage distribution of the aggregates of different grain sizes in order to obtain a (unreinforced) high-quality concrete.
  • fiber length instead of using only a predetermined length of the respective fibers, fibers of the same material with different lengths are used, however, analogously to the different grain sizes of the additives.
  • the percentage distribution of the amounts of the respective fiber lengths with respect to the grain sizes of the additives follows the recognized law.
  • Another property to be considered for reinforcement fibers is the modulus of elasticity of the materials from which the fibers are made. This means that the fiber reinforcement not only has to consist of only two fiber groups in accordance with the above (but can also be used in practice), but the polypropylene network together with steel fibers and / or glass fibers and / or carbon fibers and / or asbestos fibers and / or other plastic fibers, e.g. Aramid etc. is to be used.
  • the known sieve curve S according to FIG. 3 forms the basis of the percentage quantity distribution of the fiber reinforcements with respect to the elastic modulus, as shown in FIG. 5.
  • F means the amount in%
  • G the modulus of elasticity in kp / cm 2 , representing different substances
  • curve U again corresponds to curve S in FIG. 3.
  • the diagram in FIG. 5 shows that an optimal distribution of the quantities of respective reinforcement elements with respect to the modulus of elasticity is as follows:
  • the regularity of the quantity distribution with respect to the fiber length according to curve T of FIG. 4 is now combined with the regularity of the quantity distribution with regard to the modulus of elasticity according to curve U of FIG. 5.
  • predetermined proportions of fibers are selected with regard to fiber length and modulus of elasticity of the different materials.
  • the fibers are usually produced by (e.g. in the case of plastic fibers) dividing or cutting a film, so that either the closed fiber network, open fiber networks or individual fibers are produced, or (e.g. in the case of steel fibers or glass fibers), continuously produced wires are cut.
  • the fiber structures can now be twisted before cutting to produce the fibers of a predetermined length (the wires are twisted before cutting or are connected to one another by means of adhesives), so that there are several cord-shaped structures with different materials. All these cord-like structures are then twisted together again, so that a thicker cord made of the most varied reinforcement materials is present, which cord is then finally cut into individual pieces. will cut.
  • these pieces of cord retain their shape due to the pretension, friction etc. imparted during twisting, or water-soluble adhesives are used.
  • the number of twists, the adhesive etc. is predetermined from tests and selected in such a way that the reinforcement cords can be entered into the concrete mixing machine together with the additives, and after the standardized concrete mixing time has ended due to the self-distributing fiber network that is always present, uniform over the Cross section of the reinforced concrete body are distributed.
  • the fiber reinforcement described can also be used for tar and bitumen coverings in order to prevent large cracks from forming and a crack pattern. to produce fine cracks, into which cracks no water can enter and freeze, so that frost damage can largely be prevented on roads etc.

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Abstract

Durch die Bewehrung soll eine verbesserte Feinrissverteilung und höhere Festigkeit des bewehrten Bauteiles erzielt werden, indem ein Zusammenballen von Einzelfasern verhindert und eine gleichmässige Verteilung derselben selbst Ober den Querschnitt des Bauteils erzielt wird.
Die Einzelfasern werden zusammen mit einem Fasernetz und den Zuschlagstoffen in die Mischmaschine eingebracht. Vor dem Einbringen weist das Fasernetz eine geraffte, schnurförmige Form auf und verteilt sich während des Mischens selbst.
Es werden Fasern unterschiedlicher Länge und aus unterschiedlichen Stoffen verwendet. Dabei sind die Relationsmengen bezüglich der Faserlänge und bezüglich der E-module der Fasern derart gewählt, dass sie der Gesetzmässigkeit folgen, die durch die Siebkurve bezüglich der Korngrössen derZuschlagstoffe zur Erzeugung der optimalen relativen Korngrössenverteilung im Beton gegeben ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine faserförmige Bewehrung für zement- und bitumengebundene Bauteile und Beläge.
  • Die Verwendung von Fasern zur Bewehrung und Verstärkung von Werkstoffen, die sogenannte Faserbewehrung ist allgemein bekannt. Gegenwärtig werden insbesondere folgende Fasern, allgemein, in der Form von monofilen Fasern, zur genannten Verwendung als zweckdienlich erachtet: Stahlfasern, Glasfasern, Kunststoffasern (z.B. Polypropylen, Polyäthylen, Polyamid, Aramid (hocharomatisches Polyamid), PVC, Kohlenstoffasern, Asbestfasern, Naturfasern.
  • 'Eine offensichtliche Forderung an Bewehrungsfasern ist die gleichmässige Verteilung derselben über den Querschnitt des damit bewehrten Bauteiles, um dessen Rissbild zweckmässig zu verbessern. Jedoch weisen die bekannten Fasern üblicherweise den Nachteil auf, dass sie sich im zu bewehrenden Stoff, beispielsweise aufgrund elektrostatischer Aufladung, zusammenballen und daher keine gleichmässige Verteilung derselben entsteht. Somit wird ihre Dosierung im Querschnitt verhältnismässig hocHBewählt und die Einbringungstechniken, z.B. Einrieseln, wohl unter Laborbedingungen durchführbar, jedoch sehr aufwendig und in der Praxis nur schwer, falls überhaupt, durchführbar. Somit sind wirtschaftlich tragbare Lösungen bezüglich Faserbewehrungen äusserst beschränkt anwendbar.
  • Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Dazu ist die faserförmige Bewehrung derart gewählt, dass mindestens zwei unterschiedliche Gruppen Fasergebilde vorhanden sind, wovon mindestens eine die Form eines geschlossenen Fasernetzes aufweist, dessen Fasern federelastisch sind und im Zustand vor dem Einbringen in das Mischgut eine geraffte Form aufweist.
  • Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass die Bewehrungselemente zusammen mit den Zuschlagstoffen in das Mischgut eingebracht werden können. Die Bewehrungselemente verteilen sich von selbst gleichmässig über den Querschnitt des bewehrten Bauteils. Zusammenballungen treten nicht auf.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1 ein Bewehrungselement in Form eines Kunststofffasernetzes,
    • Fig. 2 das Bewehrungselement der Fig. 1 in der Zustandsform vor dem Einbringen,
    • Fig. 3 eine genormte Siebkurve für die Zuschlagstoffe zur Betonherstellung,
    • Fig. 4 ein Diagramm der Verteilung des prozentualen Anteils verschiedener Bewehrungsfasern bezogen auf die Faserlänge, und
    • Fig. 5 ein Diagramm der Verteilung des prozentualen Anteils verschiedener Bewehrungsfasern bezogen auf der E-Modul.
  • Es ist einleitend erwähnt worden, dass eine der grossen Schwierigkeiten von Faserbewehrungen ,z.B. des Betons darin liegt, dass es in der Praxis wirtschaftlich kaum möglich ist, eine auf den Querschnitt des zu bewehrenden Bauteils gleichförmige Verteilung derselben zu erreichen, um unter anderem eine gleichförmige Rissbildung zu.erzeugen. Dies rührt daher, dass sich die einzelnen Fasern aufgrund von elektrostatischen Anziehungskräften zusammenballen, oder aufgrund anderer technischer Einflüsse, z.B.. unterschiedlichem, spezifischem Gewicht, entweder auf den Grund eines soeben gegossenen Körpers absinken, oder bei seiner Oberfläche oben aufschwimmen.
  • Um nun diese aus Einzelfasern bestehenden Bewehrungselemente gleichmässig über den Querschnitt zu verteilen, werden sie gemäss des Erfindungsgedankens erstlich zusammen mit einem besonders ausgebildeten Bewehrungselement verwendet, das nachfolgend beschrieben wird.
  • Dieses Bewehrungselement weist die Form eines geschlossenen Fasernetzes aus Polypropylen auf, und ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Dieses Fasernetz ist ein einstückiges Gebilde, wobei bei der gezeigten Ausführungsform zwei unterschiedliche Faserdicken vorhanden sind. Dabei sind erste Fasern 1 jeweils durch zweite Fasern 2 miteinander verbunden, wobei der Querschnitt der zweiten Fasern 2 ein kleineres Mass als der Querschnitt der ersten Fasern l aufweist. Auch diese dem Mischgut zugegebenen Fasernetze neigen nun dazu, insbesondere aufgrund des Mischens, aneinanderzuhaften, beispielsweise durch dieistatische Aufladung derselben, derart, dass keine gleichmässige Verteilung im Beton auftreten würde. Weil jedoch die feinen Polypropylenfasern federelastisch sind, wirken beispielsweise alle zweiten Fasern 2 als Federn, die die ersten Fasern l, die gegenseitigen Anziehkräfte überwindend, im Abstand voneinander halten, so dass eine Selbstverteilung der Fasern im Mischgut, bzw. im Beton erfolgt. Zudem schlingen sich einzelne Faserenden 3 um die Körner des Mischgutes, welche zusätzlich dem Zusammenballen des Fasernetzes während des Mischens und unmittelbar nachher entgegenwirken. Offensichtlich beschreibt das netzförmige Bewehrungselement im Endzustand nicht die in der Fig. 1 gezeigte, flache Ebene, sondern ist in allen drei Dimensionen im Raum verformt.
  • Der Zustand des Bewehrungselementes vor dem Einbringen in das Mischgut ist in der Fig. 2 gezeigt. Das Bewehrungselement ist schnurförmig zusammengerollt verwunden, wobei die Anzahl Windungen vorbestimmt ist. Zur Herstellung des bewehrten Bauteils wird das Bewehrungselement in der in der Fig. 2 gezeigten, gerafften Form zusammen mit dem Mischgut in die Betonmischmaschine eingegeben und darauf das Mischen in der üblichen Weise und während der genormten Zeitspanne durchgeführt. Während dieser Zeitspanne wird die Schnurform des Bewehrungselementes geöffnet und nach Ablauf dieser Zeitdauer liegt das Bewehrungselement in der drei dimensional verteilten Netzform vor. Bekanntlich ist die Mischdauer bei der Betonherstellung genormt. Daher lässt sich die Zahl der Windungen des Schnurstücks, um nach dem Mischen ein dreidimensionales Netz zu erhalten, genau bestimmen. Ist nämlich das Netz nach Beendigung des Mischvorganges nicht vollständig geöffnet, ist seine Wirkung bezüglich der Bewehrung eingeschränkt. Ist das Netz vor Beendigung des Mischens vollständig geöffnet, wird es während der verbleibenden Mischzeitspanne zerrissen, nimmt die Form der bekannten Splitfibres an, und büsst ebenfalls seine Wirkung als Bewehrungselement ein. In der vorliegenden gerafften Form gemäss Fig. 2 ist es nun möglich, das Bewehrungselement ohne Schwierigkeiten in der Praxis zu verwenden, da es keine zusätzliche Vorrichtungen zum Einbringen in das Mischgut benötigt, (insbesondere muss es nicht eingerieselt werden) und zudem ist keine zusätzliche Ueberwachung von Zeitspannen notwendig. Es muss noch erwähnt werden, dass die zur Schnur verzwirnte Einbringform lediglich rein beispielsweise ist. Die geraffte Form kann durch andere Verformungen gebildet sein, und es können auch wasserlösliche Haftstoffe zum Zusammenhalten der gerafften Form angeordnet sein.
  • Es ist bereits erwähnt worden, dass an die faserförmigen Bewehrungen die Forderung gestellt wird, dass sie gleichmässig über den Querschnitt des bewehrten Bauteils verteilt werden, da schliesslich die Rissbildung, das Rissbild gleichmässig sein muss.
  • Eine solche gleichmässige Verteilung lässt sich nun bei einer Verwendung solcher sich selbst verteilender netzförmiger Bewehrungselemente erzielen, dies zusammen, d.h. in Kombination mit anderen bekannten faserförmigen Bewehrungselementen in der Form von Einzelfasern so z.B. Glasfasern, Stahlfasern, Kunststoffasern, Kohlonstofasern, Asbestfasern, Naturfasern etc.Dabei können eine oder mehrere dieser genannten Faserarten zusammen mit dem netzförmigen Bewehrungselement verwendet werden, wobei die Faserlängen unterschiedlich sein können, wie dies weiter unten noch im Einzelnen erläutert sein wird. Werden Bewehrungsfasern, die Einzelfasern sind, zusammen mit dem Fasernetz in das Mischgut eingebracht, wobei sich das Fasernetz beim Mischen selbstverteilt, werden die Einzelfasern durch die sich ausbreitenden Netze gleichmässig verteilt. Auch hindern die Netze ein Zusammenballen der Einzelfasern, da letztere rein mechanisch durch die Netze daran gehindert werden. Die Einzelfasern werden somit durch die Netze geführt, derart, dass eine gleichförmige Verteilung der Einzelfasern, und offensichtlich auch der Fasernetze, im bewehrten Betonstück erreicht wird.
  • Es wird nun nachfolgend ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem in Beton netzförmige Bewehrungselemente aus Polypropylen mit Stahlfasern kombiniert sind.
  • Es wurde zuerst ein Prüfkörper aus unbewehrtem Beton hergestellt. Bei diesem Betonkörper wurde eine Biegezugfestigkeit von ungefähr 32 kp/cm2 gemessen, welcher Wert ein üblicher Durchschnittswert für Beton ist. Dann wurde ein weiterer Betonprüfling hergestellt, dem eine rechnerisch ermittelte optimale Menge Stahlfasern, nämlich 144 kg zugegeben wurde. Es wurde eine Biegezugfestigkeit dieses ausschliesslich stahlfasernbewehrten Betonprüflings von ungefähr 68 kp/cm2 gemessen. Somit bewirkten die Stahlfasern eine Verbesserung der Biegezugfestigkeit um ungefähr 36 kp/cm2. Ein weiterer Betonprüfling wurde hergestellt, in welchem eine rechnerisch ermittelte optimale Menge von 1 kg der netzförmigen Polypröpylenfasernbewehrung eines kunststoffnetzbewehrten Betonprüflings von ungefähr 36 kp/cm2 gemessen. Also war die Verbesserung der Biegezugfestigkeit 4 kp/cm2.
  • Eine Verwendung von Kunststoffnetzen zusammen mit Stahlfasern ergäbe somit rechnerisch eine Verbesserung der Biegezugfestigkeit von 36 + 4 = 40 kp/cm2, also hätte ein Betonprüfling mit beiden genannten Bewehrungen eine Biegezugfestigkeit von 32 + 40 = 72 kp/cm 2.
  • Jetzt erzeugt aber die erfindungsgemässe Verwendung von Stahlfasern zusammen mit Fasernetzen aufgrund der verteilenden Wirkung der Fasernetze eine nicht zu erwartende, bedeutsame Verbesserung der Biegezugfestigkeit.
  • Es wurde nun ein Betonprüfling hergestellt, der mit 144 kg der obigen Stahlfasern und mit 1 kg der Fasernetze bewehrt wurde, und dann die Biegefestigkeit gemessen. Der gemessene Wert betrug ungefähr 100 kp/cm2, welcher Wert im Vergleich mit den rechnerisch ermittelten 72 kp/cm2 unvergleichlich höher ist. Diese Prüfergebnisse sind zusammen mit weiteren gemessenen Daten in der nachstehenden Tabelle dargestellt:
    Figure imgb0001
  • Aus dieser Tabelle geht hervor, dass die in den Versuchen ermittelten, tatsächlichen Daten des Betons, der mit den genannten unterschiedlichen Fasern bewehrt ist, von den rechnerisch zu erwartenden überraschend abweicht.
  • Aus dem obigen Beispiel geht also hervor, dass eine Bewehrung eines m3 Betons mit 144 kg Stahlfasern und mit 1 kg Kunststoffasernetzen eine Biegezugfestigkeit von 100 kp/cm2 ergibt, wobei die sich genannten Anteile der unterschiedlichen Fasern als optimal erwiesen haben.
  • Es wurden weitere Versuche durchgeführt mit folgenden Bewehrungselementer: 67% "Splitfibre" (Kunststoffasern, in offener Netzform), 29% Kunststoffasern der eingangs genannten, geschlossenen Netzform und 4% monofile Aramidfasern (Aramid = hocharomatisches Polyamid). Diese Kombination ergab eine Verdoppelung der Biegezugfestigkeit des unbewehrten Betons, also wieder ein rechnerisch nicht erwartetes Ergebnis.
  • Aus den mit den vorgenannten Ausführungsbeispielen gemachten Versuchen geht hervor, dass eine zwangsweise erfolgende, gleichförmige Verteilung der Bewehrungseinzelnfasern eine unerwartete Verbesserung der Güte des bewehrten Betons zur Folge hat.
  • Zurückkehrend zum unbewehrten Beton ist nun weiter in Betracht zu ziehen, dass die Güte des Betons auch von der gleichmässigen Verteilung der Zuschlagstoffe mit unterschiedlichen Korngrössen abhängt. Es ist nicht nur entscheidend, wie gleichmässig eine bestimmte Korngrösse (d.h., z. B. Kieskörper von ausschliesslich einem Durchmesser von 5 mm) im gegossenen Beton verteilt ist, sondern auch welches die Mengenverhältnisse der verschiedenen Korngrössen sind.
  • Bekanntlich müssen die Zuschlagstoffe für die Herstellung von Beton unter anderem in bezug auf die Korngrössen bestimmten Regeln folgen. Insbesondere muss die Kurve des Kornaufbaus der Zuschlagstoffe, d.h., die sogenannte Siebkurve, innerhalb vorbestimmten Grenzen liegen und einen vorbestimmten Verlauf nachweisen, wie beispielsweise in der Schweiz im Art. 2.02 der SIA-Normen festgelegt ist, welche Siebkurve ihrem Verlauf nach auch der DIN-Norm l045 bezüglich der Zuschlagstoffe für Beton entspricht.
  • Die in der Fig. 3 gezeichnete Siebkurve S, die auch Granulationskurve genannt wird, schreibt die nach SIA anzustrebende prozentuelle Verteilung der Korngrössen also die Kornverteilung vor.
  • In der Fig. 3 bezeichnet A: den Rückstand in Gewichtsprozenten, B: die Maschenweite, bzw. Rundlochweite in mm, C: Durchgang in Gewichtsprozenten. Der Vollständigkeithalber soll erwähnt sein, dass die Kurve S Mittelwerte bezüglich zulässiger Streubereiche angibt, welches dem Fachmann bekannt ist. (Die entsprechende Kurve S nach DIN 1045 ist als "besonders gut" definiert.)
  • Diese Siebkurve, die auf rein technischen Gegebenheiten und Erkenntnissen hervorgegangen ist, bestimmt also die prozentuelle Mengenverteilung der Zuschlagstoffe unterschiedlicher Korngrösse um einen (unbewehrten) Beton hoher Güte zu erhalten.
  • Nun ist erkannt worden, dass dieselbe Gesetzmässigkeit ebenfalls auf die Faserbewehrungen zutrifft.
  • Eine der dabei in Betracht zu ziehenden Eigenschaften ist die Faserlänge. Anstatt nur eine vorbestimmte Länge der jeweiligen Fasern zu verwenden, werden Fasern aus demselben Werkstoff jedoch mit unterschiedlichen Längen verwendet, analog zu den unterschiedlichen Korngrössen der Zuschlagstoffe. Dabei folgt nun die prozentuelle Verteilung der Mengen jeweiliger Faserlängen bezüglich der Korngrössen der Zuschlagstoffe erkannten Gesetzmässigkeit.
  • Dieses ist in der Fig. 4 dargestellt. Dabei bezeichnet D die Menge in % und E die Faserlänge in mm. Die Kurve T, deren Verlauf geometrisch gleich der Siebkurve S der Fig. 3 ist, kann als "Längengranulationskurve" bezeichnet werden. Entsprechend dieser Kurve T hat eine beispielsweise optimale Faserlängenverteilung wie folgt zu sein:
    Figure imgb0002
  • Beim vorerwähnten Ausführungsbeispiel enthaltend das Plypropylenfasernetz und die Stahlfasern bedeutet dies,dass man sowohl beim Fasernetz, als auch bei den Stahlfasern unterschiedliche Faserlängen anwendet, wobei die prozentuellen Mengenanteile jeweiliger Faserlängen der "Längengranulationskurve" T entsprechen müssen, so dass die Güte des faserbewehrten Betons weiter verbessert ist.
  • Eine weitere in Betracht zu ziehende Eigenschaft der Bewehrungsfasern ist der E-Modul der Stoffe, aus denen die Fasern hergestellt sind. Das heisst, dass die Faserbewehrung nicht nur gemäss den obigen (in der Praxis jedoch auch verwendbaren) lediglich zwei Fasergruppen zu bestehen hat, sondern das Polypropylennetz zusammen mit Stahlfasern und/ oder Glasfasern und/oder Kohlenstoffasern und/oder Asbestfasern und/oder weiterer Kunststoffasern, z.B. Aramid etc. zu verwenden ist.
  • Auch hier bildet die bekannte Siebkurve S nach Fig. 3 die Grundlage der prozentuellen Mengenverteilung der Faserbewehrungen bezüglich des Elastizitätsmoduls, wie in der Fig. 5 gezeigt ist. In der Fig. 5 bedeutet F die Menge in %, G den E-Modul in kp/cm2, vertretend verschiedene Stoffe, und die Kurve U entspricht wieder der Kurve S der Fig. 3. Aus dem Diagramm der Fig. 5 geht hervor, dass eine optimale Verteilung der Mengen jeweiliger Bewehrungselemente bezüglich des E-Moduls die folgende ist:
    Figure imgb0003
  • Also sind die Bewehrungsfasern unterschiedlicher Stoffe gemäss obiger Gesetzmässigkeit zu verwenden.
  • Zur optimalen Bewehrung mittels der Fasern wird nun die Gesetzmässigkeit der Mengenverteilung bezüglich der Faserlänge gemäss der Kurve T der Fig. 4 mit der Gesetzmässigkeit der Mengenverteilung bezüglich des E-Moduls gemäss der Kurve U der Fig. 5 kombiniert. D.h., dass zur optimalen Bewehrung vorbestimmte Mengenanteile von Fasern bezüglich Faserlänge und E-Modul der verschiedenen Stoffe gewählt werden.
  • Weil immer mindestens ein geschlossenes Fasernetz vorhanden ist, welches alle Fasern während des Mischens gleichförmig verteilt und Zusammenballungen verhindert, ist das Einbringen jeglichen Faserstoffes und jeglicher Faserlänge ohne besonderen Aufwand durchführbar. Es müssen keine praxisfernen Einbringverfahren oder Beimischzeitspannen berücksichtigt werden.
  • Nachfolgend werden nun zwei Ausführungsbeispiele des Einbringens der Bewehrungsfasern beschrieben.
  • Ueblicherweise werden die Fasern hergestellt, indem (z. B. bei Kunststoffasern) eine Folie aufgeteilt, bzw. zerschnitten wird, so dass entweder das geschlossene Fasernetz, offene Fasernetze oder Einzelfasern erzeugt werden, oder (z.B. bei Stahlfasern oder Glasfasern) kontinuierlich hergestellte Drähte zerschnitten werden. Wie dies schon bei gewissen Kunststoffasern bekannt ist, können nun die Fasergebilde vor dem Schneiden zum Erzeugen der Fasern vorbestimmter Länge verzwirnt werden (die Drähte vor dem Zerschneiden verzwirnt oder mittels Haftstoffen miteinander verbunden werden), so dass mehrere bezüglich des Stoffes unterschiedliche schnurförmige Gebilde vorliegen. Alle diese schnurförmigen Gebilde werden dann miteinander nochmals verzwirnt, so dass eine dickere Schnur aus den unterschiedlichsten Bewehrungsstoffen vorliegt, welche Schnur dann endlich in einzelne Stücke zer-. schnitten wird. Je nach den verwendeten Stoffen behalten diese Schnurstücke ihre Form aufgrund der beim Verzwirnen erteilten Vorspannung, Reibung etc., oder es werden wasserlösliche Haftstoffe verwendet. Dabei ist die Zahl der Verwindungen, ist der Haftstoff etc. aus Versuchen vorbestimmt und derart gewählt, dass die Bewehrungsschnüre zusammen mit den Zuschlagstoffen in die Betonmischmaschine eingegeben werden können, und nach dem Beendigen der genormten Betonmischzeit aufgrund des immer vorhandenen, selbstverteilenden Fasernetzes gleichförmig über den Querschnitt des bewehrten Betonkörpers verteilt sind.
  • Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, bei dem der zu vergiessende Beton in bekannter Weise durch ein Druckrohr gefördert wird, werden zusammen mit den Zuschlagstoffen lediglich die geschlossenen Fasernetze in die Betonmischmaschine eingegeben. Unmittelbar vor dem Druckrohrende werden die restlichen Bewehrungsfasern in den Betonstrom eingebracht, dies'in ebenfalls bekannter Weise mittels einer strahlpumpenförmigen Anordnung. Auch hier ist die gleichmässige Verteilung der Einzelfasern sichergestellt, weil die Fasernetze ein Zusammenballen, ein Absinken oder Aufsteigen der Einzelfasern verhindern.
  • Obwohl die obige beispielsweise Beschreibung auf die Herstellung eines bewehrten Betonkörpers gerichtet ist, soll festgehalten werden, dass die beschriebene Faserbewehrung auch für Teer- und Bitumenbeläge verwendbar ist, um ein Entstehen grosser Risse zu verhindern und ein Rissbild aus. feinen Rissen zu erzeugen, in welche Risse kein Wasser eintreten und darin gefrieren kann, so dass bei Strassen etc. Frostschäden weitgehend verhindert werden können.

Claims (14)

1. Faserförmige Bewehrung für zement- und bitumengebundene Bauteile und Beläge, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei unterschiedliche Gruppen Fasergebilde vorhanden sind, wovon mindestens eine die Form eines geschlossenen Fasernetzes aufweist, dessen Fasern federelastisch sind und vor dem Einbringen in das Mischgut eine geraffte Form aufweist.
2. Faserförmige Bewehrung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei unterschiedliche Gruppen Fasergebilde die Form eines geschlossenen Fasernetzes mit federelastischen Fasern aufweisen, wobei die Länge der Fasern der einen Gruppe von der der anderen Gruppe verschieden ist.
3. Faserförmige Bewehrung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasergebilde unterschiedliche Faserlängen aufweisen.
4. Faserförmige Bewehrung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasergebilde in Form eines geschlossenen Fasernetzes aus Kunststoff ist.
5. Faserförmige Bewehrung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff Polypropylen ist.
6. Faserförmige Bewehrung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei unterschiedliche Gruppen Fasergebil- de vorhanden sind, wovon die erste Gruppe die Form des geschlossenen Fasernetzes mit federelastischen Fasern aufweist und die zweite Gruppe Stahifasern enthält.
7. Faserförmige Bewehrung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei unterschiedliche Gruppen Fasergebilde vorhanden sind, wovon die erste Gruppe die Form des geschlossenen Fasernetzes mit federelastischen Fasern aufweist, und von den weiteren Gruppen mindestens zwei jeweils Fasern aus demselben Stoff jedoch unterschiedlichen Längen und/oder Formen enthalten.
8. Faserförmige Bewehrung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei unterschiedliche Gruppen von Fasern aus jeweils verschiedenen Stoffen vorhanden sind.
9. Faserförmige Bewehrung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehr als zwei unterschiedliche Gruppen Glasfasern und/oder Stahlfasern und/oder Kunststoffasern und/oder Naturfasern aufweisen.
10. Faserförmige Bewehrung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen in das Mischgut alle Gruppen Fasergebilde miteinander verbunden sind.
ll. Faserförmige Bewehrung nach Anspruch lO, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen miteinander mechanisch verbunden sind.
12. Faserförmige Bewehrung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen miteinander verzwirnt sind.
13. Faserförmige Bewehrung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der prozentuellen Anteile der Gruppen Fasergebilde unterschiedlichen Faserlän- ` ge gleich der Verteilung der prozentuellen Anteile der verwendeten Zuschlagstoffe unterschiedlicher Korngrösse sind.
14. Faserförmige Bewehrung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasergebilde unterschiedliche Elastizitätsmodule aufweisen, und dass die Verteilung der prozentuellen Anteile der Gruppen Fasergebilde mit.unterschiedlichem Elastizitätsmodul gleich der Verteilung der prozentuellen Anteile der verwendeten Zuschlagstoffe unterschiedlicher Korngrösse sind.
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