EP0625621A1

EP0625621A1 - Verfahren zum Einbau von Betonplatten

Info

Publication number: EP0625621A1
Application number: EP94107462A
Authority: EP
Inventors: Alwin Merz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-05-21
Filing date: 1994-05-13
Publication date: 1994-11-23
Anticipated expiration: 2014-05-13
Also published as: DE4317070A1; DE59401573D1; ATE147818T1; EP0625621B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbau von Betonplatten durch Aufbringen von fließfähigem oder feuchtem Beton auf eine Tragschicht, beispielsweise eine Sand- oder Kiesschicht. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des sich erwärmenden Betons durch Erhöhung des Wärmeabflusses in Richtung auf die Tragschicht durch Vergrößern der Wärmeleitfähigkeit und/ oder des dem Wärmeabfluß (Q) zur Verfügung stehenden Abströmfläche (A) der Tragschicht auf etwa gleichem Niveau wie die Temperatur der Tragschicht gehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbau von Betonplatten durch Aufbringen von fließfähigem oder feuchtem Beton auf eine Tragschicht, beispielsweise eine Sand- oder Kiesschicht.
Beim Einbau von Betonplatten auf eine Tragschicht entwickelt sich durch die Hydration (chemischer Abbindevorgang des Zements) Wärme, die gegenüber der Herstellungstemperatur durchaus 20 Grad C bis 30 Grad C höher liegen kann.
In der Erwärmungsphase des Betons hat die Betonplatte das Bestreben, sich auszudehnen, wird aber durch die Reibung auf der Tragschicht an der Ausdehnung gehindert und erfährt dadurch unschädliche Druckspannungen. Nach ca. 25 Stunden wird etwa die höchste Temperatur der Hydratationswärme erreicht, wobei sich die Betonplatte von diesem Zeitpunkt an wieder langsam abkühlt und nun das Bestreben hat, sich zusammenzuziehen bzw. zu verkürzen. Diesem Verkürzungsvorgang wirken die Reibkräfte auf der Tragschicht entgegen und erzeugen in der Betonplatte Zugspannungen, die, wenn sie überschritten werden, zu unerwünschten, manchmal sogar zu unerlaubten Rissen fuhren.
Aus diesem Grunde hat man in den Beton künstliche Fugen eingebracht, welche die durch den Temperaturrückgang erzeugten Zugspannungen ausgleichen sollen.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe Zugrunde, ein Verfahren zum Einbau von Betonplatten durch Aufbringen von fließfähigem oder feuchtem Beton auf eine Tragschicht, beispielsweise eine Sand- oder Kiesschicht, zu schaffen, mit dem nicht nur qualitativ bessere Betonplatten hergestellt werden können, sondern bei dem auch die bei den bisherigen Methoden vorgesehenen, eingeschnittenen Scheinfugen entfallen.
Die Lösung der gestellten Aufgabe geschieht durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1.
Eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht nach Anspruch 2 darin, daß die Vergrößerung der Wärmeleitfähigkeit λ der Tragschicht durch Tränken derselben mit Wasser mit einer Temperatur von ca. 12 Grad C bis 15 Grad C, also der Temperatur des Leitungswassers, erreicht wird.
Gemäß Anspruch 3 kann in einer abgewandelten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Abströmfläche durch Verkleinern der Korngröße der Tragschicht vergrößert werden.
Anhand der Zeichnungen soll das Verfahren gemäß der Erfindung näher erläutert werden.
In der Zeichnung zeigt

Fig. 1: ein Prinzipschema einer Betonplatte im Schnitt.
Fig. 2: zeigt den Temperaturverlauf der Betontemperatur während des Abbindens.

In Fig. 1 wird von einer Betonplatte mit einer Gesamtlänge ℓo ausgegangen, die im Idealfall in ihrer Mitte, also bei ℓo/2, ihren Festhalte- bzw. Fixpunkt Fi hat. Die Verkürzung der Betonplatte in der Abkühlphase beträgt

${Δℓ = αt(to - tu )}^{.} \frac{ℓo}{2} (1)$

Wenn nun

$(to - tu) = ΔT (2)$

gesetzt wird, ergibt sich die Gleichung

${Δℓ = αt}^{.} {ΔT}^{.} \frac{ℓo}{2} (3)$

In dieser Gleichung bedeutet Δℓ die Verkürzung der Platte bei einer Temperaturdifferenz ΔT. αt stellt den Wärmeausdehnungskoeffizienten von Beton dar, der∼0,00001 m pro Meter Plattenlänge und 1 Grad Temperaturunterschied beträgt.
ℓo entspricht der Plattenlänge nach Fig. 2, Kurve 1, am Temperaturscheitel ca. 25 Stunden nach dem Betoneinbau.
Wenn es gelingt, das Temperaturmaximum nach Fig. 2, Kurve 2, zu verringern, wird auch die Verkürzung Δℓ kleiner werden. Nach dem Gesetz von Hook beträgt die Verkürzung der Platte

Wenn man nun Δℓ aus Gleichung (3) und Gleichung (4) einander gleichsetzt, erhält man Gleichung (5)

daraus

Hieraus erhält man Gleichung (6)

${σ = E}^{.} {αt}^{.} ΔT (6)$

Aus dieser Gleichung (6) ist leicht zu erkennen, daß bei einem kleinen ΔT, also bei geringer werdenden Temperaturunterschieden zwischen der Betonplatte mit der Temperatur to und der Tragschicht unterhalb der Betonplatte mit der Temperatur tu, die Spannungen ebenfalls immer geringer werden.
Eine Verringerung der Betontemperatur to ist z. B. zu erreichen, indem geeignete Zemente mit geringer Wärmeentwicklung verwendet werden, die aber regional nicht überall zur Verfügung stehen. Es bleiben dann aber immer noch Temperaturdifferenzen, die auch bei sorgfältiger Ausführung zu Rissen in der Betonplatte führen können.
Wenn es nun gelingt, die Betontemperatur ohne Anstieg auf dem gleichen Niveau wie die Temperatur der Tragschicht zu halten, gibt es keine Temperaturunterschiede, keine Verkürzungen, damit auch keinen Spannungsaufbau mit nachfolgenden Rissen, wodurch eine rissebeschränkende Bewehrung entfallen kann. Es bleibt dann nur noch die Verkürzung aus Schwinden, die im allgemeinen durch eine gründliche Nachbehandlung bewältigt werden kann.
Da die Wahl des Zementes für die Niveaugleichheit von Betontemperatur und Tragschicht nicht ausreicht, geht die Erfindung von der Überlegung aus welche Maßnahmen getroffen werden können, um Temperaturgleichheit zwischen Beton und Tragschicht zu erzielen, wobei dem sich erwärmenden Beton die Möglichkeit gegeben wird, durch einen Wärmeabfluß in Richtung Tragschicht auf niedrigem Temperaturniveau zu bleiben.
In Gleichung (7)

$Q = \frac{to}{tu}^{.} λ^{.} A (7)$

bedeutet λ die Wärmeleitfähigkeit der Tragschicht in Watt pro m und Grad Temperaturunterschied.
A ist die dem Wärmeabfluß zur Verfügung stehende Abströmfläche.
Aus dieser Gleichung ist erkennbar, daß bei einem großen Temperaturgefälle zwischen to und tu der erwünschte Wärmeabfluß Q aus der Betonplatte in die Tragschicht verbessert wird.
Wenn nun auch die Wärmeleitfähigkeit λ verbessert werden kann (großer λ-Wert bedeutet größeren Wärmeabfluß, kleiner λ-Wert bedeutet kleineren Wärmeabfluß), wird hierdurch ebenfalls der Wärmestrom in die Tragschicht erhöht.
Auch die Übertragungsfläche A läßt sich beeinflussen, wobei bei einer größeren Übertragungsfläche auch ein größerer Wärmeabfluß aus dem Beton in die Tragschicht stattfinden kann. Im allgemeinen werden auf der Tragschicht vor dem Betoniervorgang Polyäthylenfolien ausgelegt. Bei dieser Lösung ist die Übertragungsfläche eines betrachteten Quadrates von 1 x 1 m = 1 m ² . Laßt man aber diese Polyäthylenfolie entfallen und betrachtet ebenfalls wiederum eine Fläche von 1 x 1 m, ist die Übertragungsfläche erheblich größer als 1 m ² , weil die spezifische Oberfläche mit kleiner werdender Korngröße der Tragschicht immer größer wird und unter Umständen 2 sogar ein Mehrfaches von 1 m ² betragen kann.
Die wünschenswerte Vergrößerung der Wärmeleitfähigkeit λ wird erreicht durch Tränkung der Kies- bzw. Sandtragschicht mit Wasser, wobei durch diese Maßnahme gleichzeitig der Wärmeabfluß fördernde Temperaturunterschied zwischen Betontemperatur to und Tragschichttemperatur tu vergrößert wird. Aus der einschlägigen Fachliteratur ist bekannt, daß die mittlere Temperatur einer Betonplatte im Außenbereich, betrachtet über den Jahres- bzw. Tagesverlauf, ca. 22 Grad C, im Innenbereich ca. 16 Grad C beträgt. Es muß demzufolge angestrebt werden, den Wärmeabfluß Q über die Werte to/tu, λ und A so zu steuern, daß die Betontemperaturen von Anfang an, also vom Einbau an beginnend, so nahe wie möglich bei ca. 22 Grad C bzw. bei ca. 16 Grad C liegen.
Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens hat sich ergeben, daß die Wassertemperatur ca. 12 Grad C bis 15 Grad C betragen kann, also etwa dem Leitungswasser entspricht.
Ferner beträgt die Menge des Wassers pro Quadratmeter ca. 20 l bis 30 l.
Praxisversuche haben ergeben, daß es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich ist, Betonplattengrößen, die in ihrer Grundrißfläche so quadratisch wie möglich sein sollen, von über 2.000 m ² (Tagesbetonierleistung einer guten Betoniermannschaft) herzustellen, wobei die sonst übliche weitere Unterteilung durch geschnittene Scheinfugen in Feldgrößen von ca. 6/6 m völlig entfallen kann und auf eine rissebeschränkende Bewehrung verzichtet werden kann.
Es handelt sich hierbei also um eine neue, qualitativ bessere und erheblich wirtschaftlichere Methode zur Herstellung von großflächigen, monolithischen, fugenlosen Betonfahrbahnplatten.
Bei der bisherigen Methode von Einzelfeldern ca. 6/6 m, hergestellt durch geschnittene Scheinfugen, die ca. 25 bis 30 Stunden nach dem Betonieren auf 1/3 der Betondicke tief eingesägt werden und danach mit einer dauerelastischen Masse gefüllt werden mußten, entstanden alleine durch die Fugenherstellung mit dem nachfolgenden Verguß Kosten von um die DM 20,-- /1fm Fuge, das sind ca. DM 6,60 /m ² Es ist bekannt, daß im späteren Gebrauch solche Fugen sehr schadensanfällig sind und fortlaufende Folgekosten nicht vermieden werden können.
Die bei richtiger Plattenbemessung entfallende, oben- und untenliegende, rissebeschränkende Bewehrung von ca. 9 bis 14 kg/m ² ergibt Einsparungen von DM 16,-- bis DM 25,-- /m².

Claims

Verfahren zum Einbau von Betonplatten durch Aufbringen von fließfähigem oder feuchtem Beton auf eine Tragschicht, beispielsweise eine Sand- oder Kiesschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des sich erwärmenden Betons durch Erhöhung des Wärmeabflusses in Richtung auf die Tragschicht durch Vergrößern der Wärmeleitfähigkeit λ und/ oder des dem Wärmeabfluß (Q) zur Verfügung stehenden Abströmfläche (A) der Tragschicht auf etwa gleichem Niveau wie die Temperatur der Tragschicht gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung der Wärmeleitfähigkeit der Tragschicht durch Tränken derselben mit einer Temperatur von ca. 12 Grad C bis 15 Grad C, die etwa der Temperatur des Leitungswassers entspricht, erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmfläche (A) durch Verkleinerung der Korngröße der Tragschicht vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassermenge pro Quadratmeter ca. 20 l bis 30 l beträgt.