EP1000209B1 - Verfahren zur befestigung einer flachbandlamelle an einer bauteiloberfläche - Google Patents

Verfahren zur befestigung einer flachbandlamelle an einer bauteiloberfläche Download PDF

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EP1000209B1 EP98941331A EP98941331A EP1000209B1 EP 1000209 B1 EP1000209 B1 EP 1000209B1 EP 98941331 A EP98941331 A EP 98941331A EP 98941331 A EP98941331 A EP 98941331A EP 1000209 B1 EP1000209 B1 EP 1000209B1
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Ernesto Schümperli
Werner Steiner
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Sika Schweiz AG
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Sika AG
Sika AG Vorm Kaspar Winkler and Co
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    • E04G2023/0251—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements by using fiber reinforced plastic elements

Definitions

  • the invention relates to a method for fastening one of a variety of into a binder matrix embedded, parallel to each other in the longitudinal direction of the slats aligned carbon fibers existing Flat ribbon lamella on a component surface, in which the flat strip lamella with a broad side over one applied in a pasty consistency, from a reaction resin existing adhesive layer against the component surface pressed and the adhesive layer under Production of an adhesive connection is cured.
  • Ribbon slats of this type are e.g. known from WO-A-96/21785 and are used to reinforce load-bearing or load-transmitting components. They are usually covered with an adhesive layer made of epoxy resin glued to the component surface. This procedure is often considered to be disadvantageous felt that for the curing of the adhesive a relative long time is required within that too reinforcing component or structure are not loaded may.
  • the invention is based on the object the procedure of the type specified in this regard to improve that with relatively simple means a significant acceleration of the curing process can be achieved.
  • the solution according to the invention assumes that the adhesive layer consisting of a reaction resin the faster the adhesive temperature, the faster it cures is.
  • the Invention proposed that at least by part the carbon fibers while heating the reinforcement lamella an electrical current passed through it the adhesive layer is heated via the reinforcing lamella becomes.
  • a certain have electrical conductivity for an ohmic Heating the flat ribbon lamella can be used can.
  • the adhesive layer is placed over the reinforcement lamella an average temperature of more than 40 ° C is heated. This can be done in the example of an epoxy resin adhesive at ambient temperature about one or two Days hardening time to one to two hours be reduced. Add to that curing at a higher temperature to a higher glass transition point and better strength properties of the Adhesive leads.
  • a preferred embodiment of the invention provides that at at least one point on the reinforcement lamella and / or the adhesive layer the temperature profile over time measured and by varying the over the Current source impressed electrical heating power set or regulate a predetermined course becomes.
  • the flat strip lamella 10 shown in the drawing is for the subsequent reinforcement of components 12, determined how reinforced concrete structures and masonry. They are with their one broadside 14 with the help of a preferably made of epoxy resin 16 attached to the surface of the component.
  • the flat strip lamella 10 has a composite structure a large number of parallel flexible or limp support fibers 26 made of carbon and from one the supporting fibers are shear-proof with each other connecting binder matrix 28 made of epoxy resin on.
  • the binder matrix 28 ensures that the Flat ribbon slat 10 is designed to be rigid.
  • a reaction adhesive preferably made of epoxy resin
  • the previously cut flat strip lamella 10 is then pressed against the component surface via the adhesive layer 16.
  • the flat strip lamella 10 is heated with the aid of an electric current.
  • metal plates 18 are pressed at the ends of the flat strip lamella against the lamella surface, so that an electrical contact is produced.
  • the fin ends can be roughened or ground beforehand with the exposure of some carbon fibers 26.
  • the metal plates 18 are connected via the lines 20 to a current source 22, so that an electrical current can be passed through the carbon fibers 26 contacted with the metal plates 18.
  • the carbon fibers 26 form a heating resistor for heating the flat strip lamella.
  • a dimmer controlled for example, according to the phase control method will be used for the heating power setting.
  • the flat strip slat can be used a temperature sensor 24 are coupled, the output signal to control or regulate the heating output can be used.
  • the invention refers to a method of attaching a Flat strip lamella 10 on a component surface 12, in which the flat strip lamella 10 with a broad side 14 via a paste-like consistency, adhesive layer 16 consisting of a reaction resin against pressed the component surface and the adhesive layer 16 cured to produce an adhesive bond becomes.
  • the flat strip lamella 10 consists of a large number of embedded in a binder matrix 28 aligned parallel to each other in the longitudinal direction Carbon fibers 26.
  • To harden the adhesive layer to accelerate is proposed according to the invention that at least through some of the carbon fibers 26 while heating the flat strip lamella 10 an electrical current is passed through and over the flat strip lamella 10 heated the adhesive layer 16 becomes.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung einer aus einer Vielzahl von in eine Bindemittelmatrix eingebetteten, parallel zueinander in Lamellenlängsrichtung ausgerichteten Kohlenstoffasern bestehenden Flachbandlamelle an einer Bauteiloberfläche, bei welchem die Flachbandlamelle mit einer Breitseite über eine in pastöser Konsistenz aufgetragenen, aus einem Reaktionsharz bestehenden Kleberschicht gegen die Bauteiloberfläche gedrückt und die Kleberschicht unter Herstellung einer Klebeverbindung ausgehärtet wird.
Flachbandlamellen dieser Art sind z.B. aus WO-A-96/21785 bekannt und sind zur Verstärkung von lastaufnehmenden oder lastübertragenden Bauteilen bestimmt. Sie werden üblicherweise mit einer Kleberschicht aus Epoxidharz an der Bauteiloberfläche angeklebt. Bei diesem Verfahren wird oft als nachteilig empfunden, daß für die Aushärtung des Klebers eine relativ lange Zeit erforderlich ist, innerhalb der das zu verstärkende Bauteil oder Bauwerk nicht belastet werden darf.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß mit relativ einfachen Mitteln eine signifikante Beschleunigung des Aushärtungsvorgangs erzielt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Lösung geht davon aus, daß die aus einem Reaktionsharz bestehende Kleberschicht umso schneller aushärtet, je höher die Klebertemperatur ist. Um dies zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß zumindest durch einen Teil der Kohlenstoffasern unter Aufheizen der Verstärkungslamelle ein elektrischer Strom hindurchgeleitet und dabei über die Verstärkungslamelle die Kleberschicht aufgeheizt wird. Hierbei wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß die sich über die gesamte Länge der Flachbandlamelle erstreckenden Kohlenstoffasern eine gewisse elektrische Leitfähigkeit aufweisen, die für eine ohmsche Aufheizung der Flachbandlamelle genutzt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Kleberschicht über die Verstärkungslamelle auf eine mittlere Temperatur von mehr als 40 °C aufgeheizt. Dadurch kann bei dem Beispiel eines Epoxidharzklebers die bei Umgebungstemperatur etwa ein bis zwei Tage dauernde Aushärtungszeit auf eine bis zwei Stunden reduziert werden. Hinzu kommt, daß das Aushärten bei erhöhter Temperatur zu einem höheren Glasumwandlungspunkt und zu besseren Festigkeitseigenschaften des Klebers führt.
Zur Einleitung des elektrischen Stromes wird zweckmäßig gegen die Enden der Flachbandlamelle je eine an eine Stromquelle anschließbare metallische Kontaktplatte angepreßt. Gegebenenfalls ist es erforderlich, den Übergangswiderstand zwischen der Kontaktplatte und der Lamellenoberfläche zu reduzieren. Zu diesem Zweck kann vor dem Anpressen der Kontaktplatte die Lamellenoberfläche an der Kontaktstelle unter Freilegung von Kohlenstoffasern aufgerauht oder angeschliffen werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß an mindestens einer Stelle der Verstärkungslamelle und/oder der Klebstoffschicht der zeitliche Temperaturverlauf gemessen und durch Variation der über die Stromquelle aufgeprägten elektrischen Heizleistung auf einen vorgegebenen Verlauf eingestellt oder einreguliert wird.
Um reproduzierbare Aufheizzeiten zu erhalten, wird gemäß der Erfindung empfohlen, vor dem Aufheizvorgang den elektrischen Widerstand der sich zwischen den metallischen Kontaktplatten erstreckenden Flachbandlamelle zu messen und die elektrische Spannung und/oder die Stromstärke an der Stromquelle nach Maßgabe einer vorgegebenen flächenbezogenen Leistungsdichte unter Berücksichtigung des gemessenen Widerstands auf einen definierten Wert einzustellen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1a
eine Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einer Flachband-Lamelle;
Fig. 1b
einen Schnitt entlang der Schnittlinie B-B der Fig. 1a in vergrößerter Darstellung;
Fig. 2
einen Schnitt durch ein Bauteil, an welchem eine Verstärkungslamelle nach Fig. 1a und b unter Aufheizung des Klebers angeklebt wird.
Die in der Zeichnung dargestellte Flachband-Lamelle 10 ist zur nachträglichen Verstärkung von Bauteilen 12, wie Stahlbetonkonstruktionen und Mauerwerk bestimmt. Sie werden mit ihrer einen Breitseite 14 mit Hilfe eines vorzugsweise aus Epoxidharz bestehenden Klebers 16 an der Oberfläche des Bauteils befestigt.
Die Flachband-Lamelle 10 weist eine Verbundstruktur aus einer Vielzahl von parallel zueinander ausgerichteten, biegsamen oder biegeschlaffen Tragfasern 26 aus Kohlenstoff und aus einer die Tragfasern schubfest miteinander verbindenden Bindemittelmatrix 28 aus Epoxidharz auf. Die Bindemittelmatrix 28 sorgt dafür, daß die Flachband-Lamelle 10 steifelastisch ausgebildet ist.
Zur Befestigung der Flachband-Lamelle 10 am Bauteil 12 wird zunächst ein vorzugsweise aus Epoxidharz bestehender Reaktionskleber in pastöser Form auf die Oberfläche des Bauteils 12 aufgetragen. Sodann wird die zuvor abgelängte Flachband-Lamelle 10 über die Kleberschicht 16 gegen die Bauteiloberfläche gedrückt. Um die Aushärtungszeit des Klebers zu beschleunigen, wird die Flachband-Lamelle 10 mit Hilfe eines elektrischen Stroms aufgeheizt. Zu diesem Zweck werden an den Enden der Flachband-Lamelle Metallplatten 18 gegen die Lamellenoberfläche gepreßt, so daß ein elektrischer Kontakt entsteht. Um den Kontaktwiderstand zu vermindern, können die Lamellenenden zuvor unter Freilegung einiger Kohlenstoffasern 26 aufgerauht oder angeschliffen werden. Die Metallplatten 18 werden über die Leitungen 20 an eine Stromquelle 22 angeschlossen, so daß ein elektrischer Strom durch die mit den Metallplatten 18 kontaktierten Kohlenstoffasern 26 hindurchgeleitet werden kann. Die Kohlenstoffasern 26 bilden einen Heizwiderstand zur Aufheizung der Flachband-Lamelle. Um die Heizleistung der gewünschten Aufheizzeit entsprechend einstellen zu können, können die Spannung und die Stromstärke der Stromquelle variiert werden. Da die Länge der anzuklebenden Flachband-Lamelle und der effektive Leitungsquerschnitt der in den Stromkreis eingekoppelten Kohlenstoffasern von Fall zu Fall erheblich variieren können, ist es von Vorteil, wenn zunächst mit Hilfe eines Widerstandsmeßgeräts der ohmsche Widerstand R der anzubringenden Lamelle gemessen und aus dem Meßwert die anzulegende Spannung U oder die erwünschte Stromstärke I wie folgt ermittelt wird: U = q·l·b·R I = q·l·b/R wobei R den gemessenen Widerstand, 1 und b die Länge und die Breite der anzubringenden Flachband-Lamelle und q eine empirisch zu ermittelnde flächenbezogene Wärmeleistungsdichte bedeuten. In der Regel wird die Wärmeleistungsdichte q in einem Bereich von 1 bis 20 W/cm2 ausgewählt.
Grundsätzlich ist es möglich, auch einen Dimmer, der beispielsweise nach dem Phasenanschnittverfahren gesteuert wird, für die Heizleistungseinstellung zu verwenden.
Zur Temperaturüberwachung kann an die Flachband-Lamelle ein Temperaturfühler 24 angekoppelt werden, dessen Ausgangssignal zur Steuerung oder Regelung der Heizleistung verwendet werden kann.
Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Befestigung einer Flachband-Lamelle 10 an einer Bauteiloberfläche 12, bei welchem die Flachband-Lamelle 10 mit einer Breitseite 14 über eine in pastöser Konsistenz aufgetragene, aus einem Reaktionsharz bestehende Kleberschicht 16 gegen die Bauteiloberfläche gedrückt und die Kleberschicht 16 unter Herstellung einer Klebeverbindung ausgehärtet wird. Die Flachband-Lamelle 10 besteht aus einer Vielzahl von in eine Bindemittelmatrix 28 eingebetteten, parallel zueinander in Längsrichtung ausgerichteten Kohlenstoffasern 26. Um die Aushärtung der Kleberschicht zu beschleunigen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß zumindest durch einen Teil der Kohlenstoffasern 26 unter Aufheizung der Flachband-Lamelle 10 ein elektrischer Strom hindurchgeleitet und dabei über die Flachband-Lamelle 10 die Kleberschicht 16 aufgeheizt wird.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Befestigung einer aus einer Vielzahl von in eine Bindemittelmatrix (28) schubfest eingebetteten, parallel zueinander in Längsrichtung ausgerichteten Kohlenstoffasern (26) bestehenden steifelastischen Flachbandlamelle (10) an einer Bauteiloberfläche, bei welchem die Flachbandlamelle (10) mit einer Breitseite über eine in pastöser Konsistenz aufgetragene, aus einem Reaktionsharz bestehende Kleberschicht (16) gegen die Bauteiloberfläche gedrückt und die Kleberschicht (16) unter Herstellung einer Klebeverbindung ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest durch einen Teil der Kohlenstoffasern (26) unter Aufheizung der Flachbandlamelle (10) ein elektrischer Strom hindurchgeleitet wird und dabei die Kleberschicht (16) über die eine Breitseite der Flachbandlamelle (10) aufgeheizt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kleberschicht (16) über die Flachbandlamelle auf eine mittlere Temperatur von mehr als 40 °C aufgeheizt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß gegen die Enden der Flachbandlamelle (10) je eine an eine Stromquelle (22) anschließbare metallische Kontaktplatte (18) angepreßt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Anpressen der Kontaktplatte (18) die Flachbandlamellenoberfläche an der Kontaktstelle unter Freilegung von Kohlenstoffasern (26) aufgerauht oder angeschliffen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer Stelle der Flachbandlamelle (10) und/oder der Klebstoffschicht (16) der zeitliche Temperaturverlauf gemessen und durch Variation der über die Stromquelle (22) aufgeprägten elektrischen Heizleistung auf einen vorgegebenen Verlauf eingestellt oder einreguliert wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufheizvorgang der elektrische Widerstand (R) der sich zwischen den metallischen Kontaktplatten (18) erstreckenden Flachband-lamelle (10) gemessen und die elektrische Spannung und/oder die Stromstärke nach Maßgabe einer vorgegebenen flächenbezogenen Heizleistungsdichte unter Berücksichtigung des gemessenen Widerstands auf einen definierten Wert eingestellt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stromquelle (22) eine elektrische Spannung nach der Beziehung U = q·l·b·R eingestellt wird, wobei l und b die Länge und die Breite der betreffenden Flachbandlamelle, R den gemessenen elektrischen Widerstand und q eine nach Maßgabe einer gewünschten Aufheizzeit auszuwählende Heizleistungsdichte bedeuten.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß über die Stromquelle (22) eine elektrische Stromstärke nach der Beziehung I = q·l·b/R eingestellt wird, wobei l und b die Länge und die Breite der betreffenden Flachbandlamelle, R den gemessenen elektrischen Widerstand und q eine nach Maßgabe einer gewünschten Aufheizzeit auszuwählende Heizleistungsdichte bedeuten.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Größe q ein Wert von 1 bis 20 W/cm2 gewählt wird.
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