EP0625621B1

EP0625621B1 - Verfahren zum Einbau von Betonplatten

Info

Publication number: EP0625621B1
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: 1997-01-15
Anticipated expiration: 2014-05-13
Also published as: DE59401573D1; DE4317070A1; EP0625621A1; ATE147818T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbau von Betonplatten durch Aufbringen von fließfähigem oder feuchtem Beton auf eine aus einer Sand- und/oder Kiesschicht bestehende Tragschicht.
Beim Einbau von Betonplatten auf eine Tragschicht entwickelt sich durch die Hydratation (chemischer Abbindevorgang des Zements) Wärme, die gegenüber der Herstellungstemperatur durchaus 20° C bis 30° 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 führen.
Aus diesem Grunde hat man in den Beton künstliche Fugen eingebracht, welche die durch den Temperaturrückgang erzeugten Zugspannungen ausgleichen sollen.
Aus dem Buch "Baukonstruktionslehre", Teil 1, von Frick/Knöll/Neumann/Weinbrenner, 30. Auflage, B. G. Teubner Stuttgart 1992, Seiten 60, 61, 70, 71, 366 und 367, ist es bekannt, eine aus Beton bestehende Fundamentplatte entweder unter Zwischenschaltung einer ebenfalls aus Beton bestehenden Sauberkeitsschicht oder direkt auf ein Grobkies- oder Kies-/Sandbett aufzubringen. Da die Sauberkeitsschicht in jedem Fall aus Beton der Festigkeitsklasse B ≧ 5 ist und die Fundamentplatte bewehrt sein soll, wurden gemäß dem vorbekannten Einbau die wesentlichen physikalisch-wärmetechnischen Gesichtspunkte in bezug auf die Betonplatte durch diese Vorveröffentlichung nicht berücksichtigt.
Aus der US-A-2 331 311 ist es bekannt, die Wärmeverhältnisse des Betons bei entsprechenden hohen Außentemperaturen im Sommer durch Kühlung des Wassers für die Betonmischung, und damit der Zuschläge in dem Beton, zu lösen.
Dies kann aber nicht in jedem Fall durchgeführt werden, zumal bei einer Erhöhung der Wasserzufuhr zum Beton die Konsistenz des Betons sich verändert, da im allgemeinen das Wasser nur zur Hydratation des Betons benötigt wird und überschüssige Wassermengen daher schädlich für den Beton sind.
Außerdem müssen vor allem in den Sommermonaten Kühlaggregate vorhanden sein, um das Wasser auf die erforderlichen Temperaturen abzukühlen. Ein befriedigender Erfolg war auch mit diesem vorbekannten Verfahren nicht zu erzielen.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einbau von Betonplatten durch Aufbringen von fließfähigem oder feuchtem Beton auf eine aus einer Sand- und/oder Kiesschicht bestehenden Tragschicht 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 besteht in einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Temperatur des sich beim Einbau der Betonplatte auf die Tragschicht erwärmenden Betons dadurch auf etwa dem gleichen Niveau wie die Temperatur der Tragschicht gehalten wird, daß der Wärmeabfluß aus dem Beton in Richtung auf die Tragschicht durch Vergrößem der Wärmeleitfähigkeit der Tragschicht erhöht wird, indem die Tragschicht mit einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, tränkbar ist und ihre Wärmeleitfähigkeit durch Tränken mittels Wasser mit einer Temperatur von ca. 12° C bis 15° C vergrößert wird.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, daß bewußt die Temperatur des sich erwärmenden Betons auf der Temperatur der Tragschicht gehalten wird, indem die Tragschicht mit Wasser von ca. 12° C bis 15° C getränkt wird, wird der große Vorteil erzielt, daß große Betonplatten hergestellt werden können, ohne Scheinfugen zwischen ihnen vorzusehen.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die zum Tränken der Tragschicht benötigte Wassermenge pro Quadratmeter der Oberfläche der Tragschicht ca. 20 l bis 30 l mit einer Temperatur, die etwa der Temperatur des Leitungswassers entspricht.
Gemäß Anspruch 3 kann auch in einer abgewandelten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich die Abströmfläche der Tragschicht vergrößert werden, indem die Korngröße der Tragschicht gegenüber der Sieblinie des normalen Kieses verkleinert wird.
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 $Δℓ = αt(to - tu ) · \frac{ℓo}{2}$
Wenn nun $(to - tu) = ΔT$
gesetzt wird, ergibt sich die Gleichung $Δℓ = αt · ΔT · \frac{ℓo}{2}$
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 $Δℓ = \frac{ℓo · σ}{2 · E}$
Wenn man nun Δℓ aus Gleichung (3) und Gleichung (4) einander gleichsetzt, erhält man Gleichung (5) $αt · ΔT · \frac{ℓo}{2} = \frac{ℓo · σ}{2 · E}$
daraus $αt · ΔT = \frac{σ}{E}$
Hieraus erhält man Gleichung (6) $σ = E · αt · ΔT$
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) $Q = \frac{to}{tu} · λ · A$
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 m². Läßt man aber diese Polyäthylenfolie entfallen und betrachtet ebenfalls wiederum eine Fläche von 1 x 1 m, ist die Übertragungsfläche erheblich größer als 1 m² , weil die spezifische Oberfläche mit kleiner werdender Korngröße der Tragschicht immer größer wird und unter Umständen sogar ein Mehrfaches von 1 m² 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 m² (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,-- /lfm Fuge, das sind ca. DM 6,60 /m² 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/m² ergibt Einsparungen von DM 16,-- bis DM 25,-- /m².

Claims

Verfahren zum Einbau von Betonplatten durch Aufbringen von fließfähigem oder feuchtem Beton auf eine aus einer Sand- und/oder Kiesschicht bestehende Tragschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des sich beim Einbau der Betonplatte auf die Tragschicht erwärmenden Betons dadurch auf etwa dem gleichen Niveau wie die Temperatur der Tragschicht gehalten wird, daß der Wärmeabfluß aus dem Beton in Richtung auf die Tragschicht durch Vergrößern der Wärmeleitfähigkeit der Tragschicht erhöht wird, indem die Tragschicht mit einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser tränkbar ist und ihre Wärmeleitfähigkeit durch Tränken mittels Wasser mit einer Temperatur von ca. 12° C bis 15° C vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Tränken der Tragschicht benötigte Wassermenge pro Quadratmeter der Oberfläche der Tragschicht ca. 20 l bis 30 l beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Wärmeabfluß (Q) zur Verfügung stehende Abströmfläche (A) der Tragschicht vergrößert wird, indem die Komgröße der Tragschicht gegenüber der Sieblinie von normalem Kies verkleinert wird.