EP2912239A1 - Armierungselement zur herstellung vorgespannter betonbauteile, betonbauteil und herstellverfahren - Google Patents

Armierungselement zur herstellung vorgespannter betonbauteile, betonbauteil und herstellverfahren

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EP2912239A1
EP2912239A1 EP12766940.6A EP12766940A EP2912239A1 EP 2912239 A1 EP2912239 A1 EP 2912239A1 EP 12766940 A EP12766940 A EP 12766940A EP 2912239 A1 EP2912239 A1 EP 2912239A1
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EP
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fibers
reinforcing element
concrete
elements
reinforcing
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Josef Peter Kurath-Grollmann
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CPC AG
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Publication date
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    • E04B2103/00—Material constitution of slabs, sheets or the like
    • E04B2103/02—Material constitution of slabs, sheets or the like of ceramics, concrete or other stone-like material

Definitions

  • the present invention relates to a reinforcing element for producing prestressed concrete components. Further
  • the invention relates to a prestressed concrete component and method for producing the reinforcing element and the
  • Prestressed concrete slabs are known from the prior art.
  • US 2002/0059768 Al discloses a method for producing a prestressed concrete slab by means of tensioned wire ropes. To generate the voltage, the wire ropes are wound around respective opposing bolts and then by moving apart of the
  • the object of the present invention is to provide an improved reinforcing element for the production
  • prestressed concrete components an improved concrete component and improved manufacturing methods for the reinforcing element and the prestressed concrete component specify.
  • the present invention relates to a
  • Concrete members comprising a plurality of fibers and a plurality of support members passing through the fibers
  • Holding elements can be stretched in their longitudinal direction.
  • the fibers are fastened to the holding elements in such a way that, in the tensioned state, the fibers open substantially in a straight line into the holding elements. This will provide both high preload and efficient,
  • fiber includes both a single or multiple elongate and flexible reinforcing elements for
  • a single filament - also called monofilament or monofilament - or a bundle of filaments - also multifilament, multifilament, yarn or - in stretched filaments - called roving.
  • the term fiber also includes a single wire or multiple wires.
  • the fibers may also be coated individually or jointly and / or the fiber bundle may be stranded or twisted.
  • the net cross-sectional area is the
  • Fibers smaller than about 5 mm 2 and is in particular in a range of about 0.1 mm 2 to about 1 mm 2 .
  • the elastic extensibility of the fibers is greater than about 1%.
  • the tensile strength of the fibers, based on their net cross-sectional area, is greater than about 1000 N / mm 2 , in particular greater than about 1800 N / mm 2 .
  • Fiber parts are non-positively connected to the concrete and virtually no relative shift between them
  • the non-positive connection is based - among other things - on the
  • this connection is designed in such a way that over the mechanical thrust connection after 200 mm, in particular after 100 mm, further, in particular 70 mm, insertion length (i.e., concreting length of the fibers) the full
  • the fibers of the reinforcing element according to the invention can be produced from a multiplicity of different materials, in particular from non-corrosive materials
  • this material is a polymer such as carbon but also glass, steel or natural fiber.
  • the fibers are made of carbon.
  • Carbon fibers have the advantage that they are very durable, which means that even over decades are no
  • carbon fibers are corrosion resistant, in particular they do not corrode on the surface of the concrete components, and are virtually invisible. Thus, the carbon fibers can often be left on the surface of the concrete components. But they can also be removed with ease, for example by canceling or simply stripping off.
  • the attachment of the fibers "in” the holding elements comprises a variety of mounting possible, in particular the attachment of the fibers "on” or “on” the holding elements, for example, a lamination of the fibers without further coverage.
  • the solution according to the invention achieves both high prestressing of the concrete components and efficient, reliable and simple handling of the reinforcing elements. This allows the
  • transverse stresses in the fibers are largely avoided. Such transverse stresses often lead to fiber breaks and occur for example in kinks, congestion or narrow
  • Curve radii so typically deflecting webs, pulleys or guide pins. Thanks to the
  • inventive fastening of the fibers with the good introduction of the acting forces in the holding element can be achieved without increasing the risk of breakage, a high tensile force and thus a high bias of the concrete components.
  • This is particularly advantageous in the case of carbon fibers, in particular in the case of impregnated carbon fibers, since these are particularly susceptible to breakage with respect to transverse stresses.
  • Fibers are stretched. This is a cost-effective production of very stable, large and thin
  • Concrete components is particularly advantageous in carbon fibers, since carbon fibers have a different expansion behavior than concrete.
  • the thickness of the concrete component to be produced is in the range of about 10 mm to 60 mm, in particular about 15 mm to 40 mm. In another example, the
  • the length of the concrete component is at least about 6 m, more particularly at least about 12 m.
  • the reinforcing elements can be produced as intermediate products at a first location, optionally packed in corresponding transport containers, and transported to another location for producing the concrete parts become. In the other place, for example in one
  • roving is understood to mean a bundle of elongated filaments. Such roving, also referred to as drawn yarn, typically includes several thousand filaments, in particular about 2000 to about 16 ⁇ 000 filaments. By roving the tensile forces acting on the fibers are largely uniformly distributed over a plurality of filaments, so that local
  • Fiber diameter so that a correspondingly large surface-diameter ratio and thus a good bond between the concrete and the filaments is achieved. Furthermore, a good shear transfer and a good distribution of tensile load on the concrete can be achieved.
  • the fibers are made from an array of multiple rovings comprising 2 to 10, especially 2 to 5, individual rovings. Thus, they have
  • Fibers about 4,000 to about 160 ⁇ 0000 filaments.
  • the holding elements have guide elements for the fibers, in particular a clamping device and / or a carrier for laminating the fibers in the end region, in particular a fiber-reinforced polymer matrix, more particularly a polyester matrix.
  • a fiber-reinforced polymer matrix more particularly a polyester matrix.
  • the holding elements can also as
  • Double adhesive tape be formed.
  • the fibers form a substantially planar position in the holding elements, and in particular are arranged substantially parallel to one another and / or substantially uniformly spaced from one another.
  • the reinforcing element in the form of a track or a harp This form is easy to stack or unroll, optionally using
  • Such a harp-shaped reinforcing element has the advantage over a grid that no knots occur and thus very high tensile load can be achieved.
  • the reinforcing element has additional spacers which connect the fibers to one another, for example in the form of transverse threads and / or a woven fabric, so that there is a spacing between the individual fibers even if the reinforcing element is not or only partially tensioned.
  • Spacers thus serve as mounting aid and / or
  • the spacers take virtually no tensile loads.
  • the reinforcement spacing is approximately 5 mm to approximately 40 mm, in particular approximately 8 mm to approximately 25 mm, and / or respectively at least 10, in particular at least 40, fibers are fastened in the retention elements.
  • the Arm istsabstand that is, the distance between two adjacent fibers, less than or equal to twice the thickness of the concrete component.
  • fibers with an alkali-resistant polymer in particular:
  • Vinylester resin impregnated. This will make a higher
  • the fibers are coated with a granular material, in particular with sand.
  • the fibers are fastened to the holding elements in such a way that the fibers in the tensioned state continue largely in a straight line in the holding elements, in particular via one
  • the holding elements have a force distribution means, in particular a curvature and / or a profiling, extending in particular transversely to the direction of the fibers.
  • the curvature of the holding element is designed such that the curved fibers each define layers arranged largely parallel, in particular perpendicular to the position of the fibers, planes. For example, if the fibers are arranged in a horizontal position, their fiber ends are curved vertically downwards or upwards.
  • the profiling is a good
  • the profiling is arranged on at least one of those surfaces of the holding element which is provided for fastening the holding element in a clamping device.
  • the Profiling wavy or jagged, in particular sawtooth.
  • Armiansselements whose width is greater than 0.4 m, in particular greater than 0.8 m, and / or whose length is greater than 4 m, in particular greater than 12 m. This achieves efficient production of large concrete components. For example, a 20 m x 20 m large
  • the present invention relates to a method for producing a reinforcing element for prestressed concrete components, the method comprising the steps: - providing tensioned fibers by common
  • the holding element is severed, in particular in the middle, so that the two parts produced in turn form two holding elements for two successively produced reinforcing elements.
  • the first section forms the end of a first reinforcing element and the second section forms the beginning of the subsequent reinforcing element.
  • the holding element is designed as a double holding element, wherein between the two
  • Parts of the double-holding element is an open intermediate region in which the fibers are exposed.
  • the above-mentioned severing of the holding element can be effected by a simple separation of the fibers in this intermediate region, for example by breaking.
  • an efficient separation in the production, in particular in the series production, the reinforcing elements is achieved.
  • Extracting the fibers in particular by moving the
  • Retaining element in synchronism with the movement of the fibers.
  • the fibers are arranged by laying the fibers on a first part of the holding element and fixing the fibers by adding a second part of the holding element and by compressing these two parts. As a result, the fibers are firmly enclosed by the retaining elements, so that a particularly strong and robust attachment is achieved.
  • the present invention relates to a prestressed concrete component, in particular a concrete slab using at least one inventive
  • Reinforcing element was prepared, wherein the bias of the concrete component is at least 80%, in particular at least 90%, of the breaking stress of the fibers.
  • this concrete component is produced using a plurality of reinforcing elements according to the invention, arranged in groups in particular.
  • the groupwise arrangement improves the fit achieved to the conditions of the concrete component.
  • Grouping can be achieved by one or more horizontal and / or vertical distances or by an angular, in particular rectangular, arrangement.
  • the biasing of the fibers is accomplished by sectioning, in particular individually for each of the reinforcing elements used. This allows the preload flexible to specific requirements
  • the reinforcement spacing i. of the
  • Distance between two adjacent fibers less than or equal to twice the thickness of the concrete component, in particular less than or equal to twice the plate thickness.
  • the present invention relates to a method for producing a prestressed concrete component, the method comprising the steps:
  • the inventive method is particularly suitable for the production of large prestressed concrete components, for example for concrete slabs of about 20 m wide and about 20 m in length.
  • these large prestressed concrete components can then be divided into smaller prestressed concrete components, as the
  • Preloading the concrete components while sharing is always maintained.
  • the smaller concrete components can then be individually tailored, for example by sawing, CNC milling or water jet cutting, for example, specially shaped floor panels, stair treads or plates for
  • Reinforcing elements in adjacent layers at an angle, in particular substantially at right angles, takes place. This achieves an efficient and flexible setup of a complex reinforcement. For example, this is done
  • this additionally comprises the step of introducing a separating element, in particular a foam, before the
  • a foam provides a very flexible, well-applicable and cost-effective subdivision.
  • the foam provides an aid to
  • a solid material can be used, for example
  • Method for producing the prestressed concrete component additionally comprises the step of separating the concrete component after concreting, in particular by
  • these parts can be from a
  • Production plant for concrete components to be distributed to other workplaces and brought there in the final form.
  • Embodiments or combinations of combinations may be the subject of a further combination. Only those combinations are excluded that would lead to a contradiction.
  • Fig. 1 is a simplified schematic representation of a
  • FIG. 2 is a simplified schematic detail view of a carrier 14 according to FIG. 1;
  • Fig. 3 is a simplified schematic representation of a
  • Fig. 5 is a simplified schematic representation according to
  • Carrier 14 according to FIG. 2 but this has a curvature.
  • Fig. 1 shows a simplified schematic representation of an embodiment of the inventive
  • Reinforcing element 10 in the extended state serves to produce prestressed concrete components.
  • the reinforcing element 10 comprises ten individual fibers, in this example as carbon fibers 12 (only partially and two holding elements in the form of two carriers 14.
  • the carriers 14 are spaced apart from one another and connected to one another by the ten carbon fibers 12.
  • the carbon fibers 12 can be tensioned by pulling the carriers 14 apart in their longitudinal direction T.
  • the carbon fibers 12 are fixed in the carriers 14 in such a way that the stretched carbon fibers 12 open in a straight line into the carriers 14. Furthermore, the form
  • Carbon fibers 12 a substantially planar position in which the carbon fibers 12 are arranged substantially parallel and substantially uniformly spaced from one another.
  • the Arm istselernent 10 has the shape of a harp.
  • the reinforcement spacing i. the distance between the parallel carbon fibers 12, about 10 mm and thus the width of the
  • Arming element 10 about 10 cm.
  • Each of the carbon fibers 12 each comprises a carbon roving, that is, a bundle of several thousand
  • the carbon fibers 12 are impregnated with an alkali-resistant resin in the form of vinyl ester resin, so that the carbon fibers 12 form a compact unit, similar to a metal wire.
  • the impregnation can, for example, by means of a Dipping bath through which the roving is pulled to produce the carbon fibers 12.
  • the carbon fibers 12 are coated with sand, so that an improved connection of fibers and concrete is achieved.
  • a first connection of fibers and concrete is achieved.
  • the carriers 14 each have two openings 16 (shown by dashed lines) by means of which the carrier 14 on a clamping device (not shown) can be positioned. With the tensioning device, the carbon fibers 12 can be precisely aligned during production of the concrete components, in particular without tensioning horizontal and / or vertical tilting.
  • the carrier 14 has a hole or a plurality of holes, in particular more than two holes
  • inexpensive materials are used to manufacture the carrier 14.
  • An exemplary material composition and the corresponding manufacture of the carrier 14 will be described with reference to FIG. 2.
  • Other materials may be used since the carrier 14 is not a part of the concrete component to be manufactured is and usually separated after concreting and removed.
  • FIG. 2 shows a simplified schematic detail view of a carrier 14 according to FIG. 1.
  • the carrier 14, also referred to as patch, comprises a fiber-reinforced polymer matrix in the form of a polyester matrix with fibers enclosed therein in the form of two glass fiber mats. This polyester matrix encloses the stretched carbon fibers 12 in their end regions.
  • the size of this polyester matrix is about 10 cm ⁇ 10 cm and the total thickness is about 2 mm.
  • the length extension is the
  • Polyester matrix in the direction of the carbon fibers 12 between about 10 cm and about 20 cm.
  • the fiber mats form a bottom and top layer with the stretched carbon fibers 12 interposed between these layers and secured therein by lapping with polyester therein.
  • the polyester matrix therefore forms a straight line for the carbon fibers 12
  • the carbon fibers 12 are fixed in their mutual arrangement, namely in a flat position, substantially parallel and uniformly spaced from one another.
  • the ends of the carbon fibers 12 protrude at the exit side of the carrier 14 a little way beyond the carrier 14.
  • the fibers 12 may also terminate in the carrier 14 or flush on its surface, for example when the carrier 14 has been separated from a larger unit.
  • such a carrier 14 is produced by the following steps:
  • Impregnating the carbon rovings by passing the carbon rovings through a vinyl ester resin dipping bath so that the carbon rovings form compact carbon fibers 12;
  • Fig. 3 shows a simplified schematic representation of an intermediate state in the manufacture of a
  • the intermediate state corresponds to an arrangement after completion of the
  • the arrangement comprises a concreting table (not
  • a hollow frame 30 disposed thereon and a plurality of identical, inventive
  • the hollow frame 30 forms, together with the surface of the concreting table, a casting mold for the concrete, also called a fitted bed.
  • the reinforcing elements 10 each have a multiplicity of carbon fibers 12 (for the sake of clarity, in some cases only the outer fibers are shown) and two carriers 14 and largely correspond in their construction to that of FIG.
  • the length of the carbon fibers 12 is about 20 m and the width of the carrier 14 about 1 m.
  • the reinforcement spacing corresponds to the preceding example, ie as in FIG. 1 about 10 mm, so that on the carriers 14 each about 100
  • Carbon fibers 12 are attached.
  • Passage channels are formed by corresponding spaces between the lower part and upper part of the hollow frame 30.
  • the hollow frame 30 of several
  • Carbon fibers 12 can be guided through the spaces between the individual strips.
  • the gaps may additionally be sealed with sponge rubber and / or brush hairs.
  • the height is the
  • the first half of the reinforcing elements 10 is in a first position, parallel and adjacent to each other and the second half of
  • Reinforcing elements 10 are thus stacked in separate layers and in the two adjacent Layers aligned at right angles to each other.
  • the reinforcing elements 10 therefore form both a
  • the carriers 14 are pulled apart, for example with a
  • Clamping device also called pretensioning system, or manually with a torque wrench (not shown).
  • a voltage of at least about 30 kN / m or at least about 300 kN / m is generated, depending on the load requirements of the concrete slab
  • concrete can be poured into the hollow frame 30 prepared in this way in order to concretize the concrete slab 20 in one operation.
  • the parts of the stretched carbon fibers 12, which are located in the hollow frame 30 are enclosed by concrete and thus cast in concrete.
  • Particularly suitable is SCC
  • Fine concrete (at least C30 / 37 according to standard SIA SN505 262), which penetrates easily through the spaces between the carbon fibers 12
  • the concrete slab 20 can be removed from the hollow frame 30.
  • the Concrete carbon fiber 12 the static reinforcement of the concrete slab 20. The projecting from the concrete parts of
  • Carbon fibers 12 are broken off at the edges of the concrete slab 20 and removed together with the carriers 14.
  • the concrete slab produced is about 6 mx 2.5 m and the reinforcement content of this concrete slab 20 is more than 20 mm 2 / m width.
  • the concrete slab produced is about 7 mx about 2.3 m in size.
  • FIG. 4 shows a simplified schematic side view of a carrier 14 according to FIG. 2.
  • the carbon fibers 12 open into the carrier 14 in a straight line. Furthermore, the carbon fibers 12 continue in a straight line inside the carrier 14, so that the carrier 14 forms a straight-line guide for the carbon fibers 12.
  • the length extension of the carrier 14 in the direction of the carbon fibers 12 is about 3 cm.
  • FIG. 5 shows a representation according to FIG. 3, in the
  • the construction foam 40 provides a fixation of the fibers during concreting.
  • the concrete slab 20 can be broken along the foam compartment divisions into individual slabs. These raw plates can then be further processed, for example, by the raw plates are brought with a circular saw in the desired shape.
  • the concrete slab produced is about 20 mx about 20 m in size and the thickness is about 20 mm.
  • the concrete slab 20 By separating the concrete slab 20 according to the subdivision with the construction foam 40, there are 24 smaller slabs with a size of about 5 mx approx. 3 m. From these smaller plates can then be sawed, for example, each 3 table tennis.
  • FIG. 6 shows a simplified schematic side view of a carrier 14 according to FIG. 2, but this has a means for distributing force in the form of a curvature 18.
  • the carbon fibers 12 open straight into the carrier 14 and then run in the interior of the carrier 14, the curvature 18 of the carrier 14 accordingly, also with a curvature.
  • the carbon fibers are 12 in
  • Entry region of the support 14 is fixed such that the carbon fibers 12 over a distance d of 10 mm

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Armierungselement (10) zur Herstellung vorgespannter Betonbauteile, ein Betonbauteil und entsprechende Herstellverfahren. Das Armierungselement (10) umfasst eine Vielzahl von Faser (12) und mehrere Halteelemente (14), welche durch die Fasern (12) miteinander verbunden sind, so dass die Fasern (12) mittels der Halteelemente (14) in ihrer Längsrichtung (T) gespannt werden können. Dabei sind die Fasern (12) derart an den Halteelementen (14) befestigt, dass die Fasern (12) im gespannten Zustand weitgehend geradlinig in die Halteelemente (14) münden. Dadurch wird sowohl eine hohe Vorspannung als auch eine effiziente, zuverlässige und damit kostengünstige Herstellung der Betonbauteile erreicht.

Description

Armierungselement zur Herstellung vorgespannter Betonbauteile, Betonbauteil und Hersteilverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Armierungselement zur Herstellung vorgespannter Betonbauteile. Ferner
betrifft die Erfindung ein vorgespanntes Betonbauteil und Herstellverfahren für das Armierungselement und das
vorgespannte Betonbauteil. Vorgespannte Betonplatten sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart US 2002/0059768 AI ein Verfahren zur Herstellung einer vorgespannten Betonplatte mittels gespannter Drahtseile. Zur Erzeugung der Spannung werden die Drahtseile um jeweils gegenüberliegende Bolzen gewunden und anschliessend durch Auseinanderbewegen der
Bolzen unter Zugspannung gesetzt. Dadurch ergibt sich eine Vorspannung von ca. 70% der Bruchspannung der Drahtseile.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Armierungselement zur Herstellung
vorgespannter Betonbauteile, ein verbessertes Betonbauteil und verbesserte Herstellverfahren für das Armierungselement und das vorgespannte Betonbauteil anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Armierungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Betonbauteil und Herstellverfahren gemäss den zugehörigen Ansprüchen gelöst. Weitere erfindungsgemässe Ausführungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein
Armierungselement zur Herstellung vorgespannter
Betonbauteile, mit einer Vielzahl von Fasern und mehreren Halteelementen, welche durch die Fasern miteinander
verbunden sind, so dass die Fasern mittels der
Halteelemente in ihrer Längsrichtung gespannt werden können. Dabei sind die Fasern derart an den Halteelementen befestigt, dass die Fasern im gespannten Zustand weitgehend geradlinig in die Halteelemente münden. Dadurch wird sowohl eine hohe Vorspannung als auch eine effiziente,
zuverlässige und damit kostengünstige Herstellung der
Betonbauteile erreicht.
Der Begriff "Faser" umfasst sowohl ein einzelnes oder mehrere längliche und flexible Bewehrungselemente für
Betonbauteile, beispielsweise ein einzelnes Filament - auch Einzelfilament oder Monofil genannt - oder ein Bündel von Filamenten - auch Multifilament, Multifilgarn, Garn oder - bei gestreckten Filamenten - Roving genannt. Insbesondere umfasst der Begriff Faser auch einen einzelnen Draht oder mehrere Drähte. Ferner können die Fasern auch einzeln oder gemeinsam beschichtet sein und/oder das Faserbündel kann verseilt oder verdrillt sein. In einem Beispiel ist die Netto-Querschnittflache der
Fasern (d.h. ohne Harzimprägnierung) kleiner als ca. 5 mm2 und liegt insbesondere in einem Bereich von ca. 0.1 mm2 bis ca. 1 mm2. In einem anderen Beispiel ist das elastische Zugdehnungsvermögen der Fasern grösser als ca. 1%. In einem weiteren Beispiel ist die Zugfestigkeit der Fasern bezogen auf deren Netto-Querschnittflache grösser als ca. 1000 N/mm2, insbesondere grösser als ca. 1800 N/mm2.
Bei der Herstellung eines vorgespannten Betonbauteils werden beispielweise zuerst die erfindungsgemässen
Armierungselemente in einer Gussform verlegt und dann die Fasern mittels Auseinanderziehen der entsprechenden
Halteelemente gespannt. Anschliessend wird das Betonbauteil gegossen, wobei die im Innern der Gussform liegenden Teile der Fasern einbetoniert werden. Nach dem Erhärten des
Betons wird die zuvor an die Fasern angelegte Spannung gelöst, wobei die Spannung bei den einbetonierten Teilen der Fasern erhalten bleibt, da die einbetonierten
Faserteile kraftschlüssig mit dem Beton verbunden sind und praktisch keine Relativverschiebung zwischen diesen
Faserteilen und dem Beton stattfindet. Dabei basiert die kraftschlüssige Verbindung - unter anderem - auf dem
Verkeilen der Fasern in ihrer Betonummantelung (Hoyer- Effekt) . Die aus dem Betonbauteil ragenden spannungslosen Teile der Fasern können abgetrennt und zusammen mit den Halteelementen entfernt werden. Bei dem vorgespannten
Betonbauteil wird demnach die Vorspannung durch die
Spannung der einbetonierten Fasern erzeugt. Die Verbindung von Fasern und Beton kann mit
verschiedensten Mitteln verstärkt werden, zum Beispiel mit einer erhöhten Oberflächenrauigkeit der Fasern. In einem Beispiel ist diese Verbindung derart ausgebildet, dass über die mechanische Schubverbindung nach 200 mm, insbesondere nach 100 mm, weitere nach insbesondere 70 mm, Einbindelänge (d.h. einbetonierte Länge der Fasern) die volle
Dimensionierungszugkraft übertragen werden kann.
Die Fasern des erfindungsgemässen Armierungselementes können aus einer Vielzahl von verschiedenen Materialien hergestellt sein, insbesondere aus nicht-korrosivem
Material und weiter insbesondere aus alkalibeständigem Material. Zum Beispiel ist dieses Material ein Polymer wie Carbon aber auch Glas, Stahl oder Naturfaser.
Beispielsweise sind die Fasern aus Carbon hergestellt.
Carbon-Fasern haben den Vorteil, dass sie sehr beständig sind, das heisst selbst über Jahrzehnte sind keine
wesentlichen Einbussen der Festigkeit feststellbar. Zudem sind Carbon-Fasern korrosionsbeständig, insbesondere korrodieren sie nicht an der Oberfläche der Betonbauteile, und sind praktisch unsichtbar. Somit können die Carbon- Fasern an Oberfläche der Betonbauteile oftmals belassen werden. Sie können aber auch mit Leichtigkeit entfernt werden, beispielsweise durch Abbrechen oder einfaches Abstreifen. Die Befestigung der Fasern "in" den Halteelementen umfasst verschiedenste Befestigungsmöglichen, insbesondere auch die Befestigung der Fasern "an" oder "auf" den Halteelementen, zum Beispiel ein Auflaminieren der Fasern ohne weitere Abdeckung.
Überraschenderweise wird mit der erfindungsgemässen Lösung sowohl eine hohe Vorspannung der Betonbauteile als auch eine effiziente, zuverlässige und einfache Handhabung der Armierungselemente erreicht. Dadurch können die
Betonbauteile besonders kostengünstig hergestellt werden. Insbesondere wird Folgendes erreicht:
Durch das weitgehend geradlinige Einmünden der Fasern bezüglich ihrer Längsrichtung, also der gleichmässigen Weiterführung der Fasern, in die Halteelemente, werden Querspannungen bei den Fasern weitgehend vermieden. Solche Querspannungen führen oftmals zu Faserbrüchen und treten zum Beispiel bei Knickstellen, Stauungen oder engen
Kurvenradien auf, also typischerweise bei Umlenkstegen, Umlenkrollen oder Führungsbolzen. Dank der
erfindungsgemässen Befestigung der Fasern mit der guten Einleitung der wirkendenden Kräfte in das Halteelement kann ohne ein Erhöhen der Bruchgefahr eine hohe Zugkraft und damit eine hohe Vorspannung der Betonbauteile erreicht werden. Dies ist besonders vorteilhaft bei Carbon-Fasern, insbesondere bei imprägnierten Carbon-Fasern, da diese bezüglich Querspannungen besonders bruchgefährdet sind. In einem Beispiel können die Fasern, insbesondere die
Carbon-Fasern, mit einer Spannung von ca. 50% bis ca. 95% der Bruchspannung der Fasern gespannt werden. In einem weiteren Beispiel können die Fasern mit mindestens ca. 80%, insbesondere mindestens ca. 90% der Bruchspannung der
Fasern gespannt werden. Dadurch wird eine kostengünstige Herstellung von sehr stabilen, grossen und dünnen
Betonbauteilen erreicht. Eine hohe Vorspannung des
Betonbauteils ist bei Carbon-Fasern besonders vorteilhaft, da Carbon-Fasern ein anderes Ausdehnungsverhalten als Beton aufweisen.
Dank der erfindungsgemässen Armierungselemente können grosse und dünne Betonbauteile herstellt werden, welche sich bei Belastung praktisch nicht durchbiegen. In einem Beispiel liegt die Dicke des herzustellenden Betonbauteils im Bereich von ca. 10 mm bis 60 mm, insbesondere ca. 15 mm bis 40 mm. In einem andern Beispiel beträgt die
flächenmässige Ausdehnung des Betonbauteils mindestens ca. 10 m x 5 m, insbesondere mindestens ca. 10 m x 10 m, weiter insbesondere mindestens ca. 15 m x 15 m. In einem weiteren Beispiel beträgt die Länge des Betonbauteils mindestens ca. 6 m, weiter insbesondere mindestens ca. 12 m.
Des Weiteren können die Armierungselemente an einem ersten Ort als Zwischenprodukte hergestellt, gegebenenfalls in entsprechende Transportbehälter verpackt, und an einen anderen Ort zur Herstellung der Betonteile transportiert werden. An dem anderen Ort, zum Beispiel in einem
Betonfertigungswerk, stehen dann die angelieferten
Armierungselemente direkt als vorgefertigte Bauteile zur Verfügung.
Ferner wird durch die erfindungsgemässe Verbindung der Fasern mit den Halteelementen eine robuste und
platzsparende und damit eine gut transportierbare Einheit erreicht .
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Fasern individuelle Fasern und/oder umfassen ein oder mehrere Rovings, insbesondere Carbon-Rovings . Dadurch wird die Herstellung von besonders stabilen und leichten
Betonbauteilen erreicht. Unter individuellen Fasern sind einzelne, nicht unmittelbar zusammenhängende Fasern zu verstehen. Im Gegensatz dazu ist eine fortlaufende
Faseranordnung zu sehen, bei der die hin- und herlaufenden Teile der Faseranordnung über Schlaufen zusammenhängen.
Unter dem Begriff "Roving" ist ein Bündel von gestreckten Filamenten zu verstehen. Ein solcher Roving, auch als gestrecktes Garn bezeichnet, umfasst typischerweise einige tausend Filamente, insbesondere ca. 2 000 bis ca. 16Λ000 Filamente. Durch den Roving werden die auf die Fasern wirkenden Zugkräfte weitgehend gleichmässig auf eine Vielzahl von Filamenten verteilt, so dass lokale
Spitzenbelastungen weitgehend vermieden werden. Ferner weisen die Filamente des Rovings einen kleinen
Faserdurchmesser auf, so dass ein entsprechend grosses Oberflächen-Durchmesser-Verhältnis und damit ein guter Verbund zwischen dem Beton und den Filamenten erreicht wird. Ferner werden eine gute Schubübertragung und eine gute Verteilung der Zugbelastung auf den Beton erreicht.
In einem Beispiel sind die Fasern aus einer Anordnung von mehreren Rovings hergestellt, welche 2 bis 10, insbesondere 2 bis 5, einzelne Rovings umfasst. Somit weisen diese
Fasern ca. 4 000 bis ca. 160Λ0000 Filamente auf.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen die Halteelemente Führungselemente für die Fasern auf, insbesondere eine Klemmvorrichtung und/oder einen Träger zum Laminieren der Fasern im Endbereich, insbesondere eine faserverstärke Polymer-Matrix, weiter insbesondere eine Polyester-Matrix. Durch diese Führungselernente wird eine gute Kraftübertragung erreicht. Ausserdem wird durch das Laminieren eine besonders platzsparende, und robuste
Einheit erreicht. Die Halteelemente können auch als
Doppelklebeband ausgebildet sein.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bilden die Fasern in den Halteelementen eine im Wesentlichen ebene Lage, und sind insbesondere weitgehend parallel und/oder weitgehend gleichmässig beabstandet zueinander angeordnet. Dadurch weist das Armierungselement die Form einer Bahn oder einer Harfe auf. Diese Form ist leicht zu stapeln oder aufzurollen, gegebenenfalls unter Verwendung von
Zwischenblättern zum Getrennthalten der jeweiligen Fasern. Dadurch sind Armierungselemente gut zu transportieren.
Ein solches harfenförmiges Armierungselement hat gegenüber einem Gitter (Grid) den Vorteil, dass keine Verknotungen auftreten und somit sehr hohe Zugbelastung erreicht werden können. Ausserdem entfallen komplizierte Herstellschritte wie Weben oder Flechten und es besteht hohe Flexibilität bezüglich der Breite der Bahnen, da keine Maschinen zur Herstellung eines Gitters benötigt werden. Daher lassen sich sogenannte "Endlos Produkte" sowohl in Länge als auch in der Breite auf einfache Weise herstellen.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Armierungselement zusätzliche Abstandshalter auf, welche die Fasern untereinander verbinden, beispielsweise in Form von Querfäden und/oder einem Gewebe, so dass auch bei einem nicht oder nur teilweise gespannten Armierungselement ein Abstand zwischen den einzelnen Fasern vorhanden ist.
Dadurch wird ein Verheddern der ungespannten Fasern
weitgehend oder vollständig verhindert. Diese
Abstandshalter dienen somit als Montagehilfe und/oder
Transporthilfe. Im einbetonierten Zustand übernehmen die Abstandshalter praktisch keine Zugbelastungen. In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beträgt der Armierungsabstand ca. 5 mm bis ca. 40 mm, insbesondere ca. 8 mm bis ca. 25 mm, und/oder sind in den Halteelementen jeweils mindestens 10, insbesondere mindestens 40, Fasern befestigt. Beispielsweise ist der Armierungsabstand, das heisst der Abstand zwischen zwei benachbarten Fasern, kleiner oder gleich der doppelten Dicke des Betonbauteils.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind Fasern mit einem alkalibeständigen Polymer, insbesonde:
mit einem Harz, weiter insbesondere mit einem
Vinylesterharz, imprägniert. Dadurch wird eine höhere
Zugfestigkeit der Fasern erreicht.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Fasern mit einem körnigen Material, insbesondere mit Sand, beschichtet. Dadurch wird eine Verbesserung des Verbundes zwischen Fasern und Beton und damit ein höhere
Beständigkeit der Vorspannung im Betonbauteil erreicht.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Fasern derart an den Halteelementen befestigt, dass sich die Fasern im gespannten Zustand weitgehend geradlinig in den Halteelementen fortsetzt, insbesondere über eine
Distanz von mindestens ca. 5 mm, weiter insbesondere mindestens ca. 10 mm. Dadurch wird eine gute
Kraftübertragung zwischen den Fasern und den Halteelementen erreicht . In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen die Halteelemente ein, insbesondere quer zur Richtung der Fasern verlaufendes, Mittel zur Kraftverteilung auf, insbesondere eine Krümmung und/oder eine Profilierung.
Dadurch wird eine gute Verteilung der wirkendenden Kräfte und damit eine hohe Zugspannung und/oder eine geringe
Belastung der Fasern während des Spannens erreicht.
Ausserdem wird dadurch ein Verkürzen der Einbindlänge erreicht, das heisst ein Verkürzen der benötigten Länge zur zuverlässigen Befestigung der Fasern an den Halteelementen.
In einem Beispiel ist die Krümmung des Halteelements derart ausgebildet, dass die gekrümmt verlaufenden Fasern jeweils weitgehend parallel angeordnete, insbesondere senkrecht zur Lage der Fasern stehende, Ebenen definieren. Bei einer Anordnung der Fasern in einer horizontalen Lage sind beispielsweise deren Faserenden vertikal nach unten oder nach oben gekrümmt.
Insbesondere wird durch die Profilierung eine gute
kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Halteelement und der Spannvorrichtung erreicht. Somit kann der Druck auf das Halteelement und/oder auf die Fasern reduziert werden. In einem Beispiel ist die Profilierung auf mindestens einer jener Flächen des Halteelements angeordnet, welche zur Befestigung des Halteelements in einer Spannvorrichtung vorgesehen ist. In einem anderen Beispiel ist die Profilierung wellenförmig oder zackenförmig, insbesondere sägezahnförmig.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemässen
Armierungselements ist dessen Breite grösser als 0.4 m, insbesondere grösser als 0.8 m, und/oder dessen Länge grösser als 4 m, insbesondere grösser als 12 m. Dadurch wird eine effiziente Herstellung von grossen Betonbauteilen erreicht. Beispielsweise kann eine 20 m x 20 m grosse
Betonplatte in einem Arbeitszyklus hergestellt werden.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Armierungselements für vorgespannte Betonbauteile, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - Bereitstellen von gespannten Fasern durch gemeinsames
Ausziehen einer Vielzahl von untereinander beabstandeten Fasern; und
- Befestigen eines Halteelements an den gespannten Fasern, insbesondere durch Klemmen und/oder Laminieren, um die Fasern in ihrer gegenseitigen Anordnung, insbesondere bezüglich Abstand und/oder Ausrichtung, zu fixieren.
Dadurch wird eine weitgehend parallele Verarbeitung der Fasern und damit eine sehr effiziente Herstellung des
Armierungselements und eine vorteilhafte Anordnung der Fasern erreicht, insbesondere auch in Hinblick auf die weitere Verwendung des Armierungselements, nämlich für das Spannen der Fasern vor und während des Einbetonierens . In einem Beispiel wird das Halteelement nach dem Verbinden mit den Fasern durchtrennt, insbesondere mittig, so dass die beiden erzeugten Teilstücke wiederum zwei Halteelemente für zwei aufeinanderfolgend hergestellte Armierungselemente bilden. Dabei bildet das erste Teilstück das Ende eines ersten Armierungselements und das zweite Teilstück den Anfang des nachfolgenden Armierungselements.
In einem anderen Beispiel ist das Halteelement als Doppel- Halteelement ausgebildet, wobei sich zwischen den beiden
Teilen des Doppel-Halteelements ein offener Zwischenbereich befindet, in welchem die Fasern freiliegen. Das zuvor genannte Durchtrennen des Halteelements kann durch ein einfaches Trennen der Fasern in diesem Zwischenbereich erfolgen, beispielsweise durch Brechen. Dadurch wird eine effiziente Vereinzelung bei der Herstellung, insbesondere bei der Serienherstellung, der Armierungselemente erreicht.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung des Armierungselements erfolgt das
Befestigen des Halteelements während des gemeinsamen
AusZiehens der Fasern, insbesondere durch Bewegen des
Halteelements im Gleichlauf zur Bewegung der Fasern.
Dadurch wird eine sehr effiziente Herstellung erreicht, insbesondere bei der Serienherstellung der
Armierungselemente . In einer Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung des Armierungselements erfolgt das
Befestigen des Halteelements durch Befestigen eines
Oberteils und eines Unterteils des Halteelements von entgegengesetzten Seiten der Fasern, insbesondere durch das Zusammenfügen von Glasfasermatten.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung des Armierungselements erfolgt das Anordnen der Fasern durch Auflegen der Fasern auf einen ersten Teils des Halteelements und das Fixieren der Fasern durch Hinzufügen eines zweiten Teils des Halteelements und durch Zusammendrücken dieser beiden Teile. Dadurch werden die Fasern von den Halteelementen fest umschlossen, so dass eine besonders kräftige und robuste Befestigung erreicht wird.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein vorgespanntes Betonbauteil, insbesondere eine Betonplatte, das unter Verwendung mindestens eines erfindungsgemässen
Armierungselements hergestellt wurde, wobei die Vorspannung des Betonbauteils mindestens 80%, insbesondere mindestens 90%, der Bruchspannung der Fasern beträgt.
In einem Beispiel wird dieses Betonbauteil unter Verwendung einer Vielzahl von, insbesondere gruppenweise angeordneten, erfindungsgemässen Armierungselementen hergestellt. Durch die gruppenweise Anordnung wird eine verbesserte Anpassung an die Gegebenheiten des Betonbauteils erreicht. Eine
Gruppierung kann durch einen oder mehrere horizontale und/oder vertikale Abstände oder durch eine winklige, insbesondere rechtwinklige, Anordnung erreicht werden.
In einem Beispiel erfolgt das Vorspannen der Fasern durch abschnittsweises Spannen, insbesondere individuell für jedes der verwendeten Armierungselemente . Dadurch kann die Vorspannung flexibel auf spezifische Anforderungen
eingestellt werden.
In einem Beispiel ist der Armierungsabstand, d.h. der
Abstand zwischen zwei benachbarten Fasern, kleiner oder gleich der doppelten Dicke des Betonbauteils, insbesondere kleiner oder gleich der doppelten Plattendicke.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines vorgespannten Betonbauteils, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- Bereitstellen mindestens eines erfindungsgemässen
Armierungselements /
- Spannen der Fasern des Armierungselements durch
Auseinanderziehen der zugehörigen Halteelemente; und
- Betonieren des Betonbauteils unter zumindest teilweisem Einbetonieren der gespannten Fasern.
Dadurch werden sehr effiziente und leicht zu handhabende Vorbereitungsarbeiten und damit eine kostengünstige Herstellung des Betonbauteils erreicht. Insbesondere entfallen aufwändige und komplizierte Verlege-Arbeiten einzelner Fasern, insbesondere filigrane Flechtarbeiten. Somit ist das erfindungsgemässe Verfahren sehr gut geeignet für die Herstellprozesse in einem Fertigungswerk für
Betonbauteile .
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich besonders für die Herstellung von grossen vorgespannten Betonbauteilen, beispielsweise für Betonplatten von ca. 20 m Breite und ca. 20 m Länge. In einem darauf folgenden Arbeitsgang können diese grossen vorgespannten Betonbauteile dann in kleinere vorgespannte Betonbauteile unterteilt werden, da die
Vorspannung der Betonbauteile beim Teilen stets erhalten bleibt. Die kleineren Betonbauteile können dann individuell zugeschnitten werden, beispielsweise durch Sägen, CNC- Fräsen oder Wasserstrahltrennen, um beispielsweise speziell geformte Bodenplatten, Treppentritte oder Platten für
Tischtennistische herzustellen. Eine solche Unterteilung kann - wie weiter unten genauer beschrieben - durch
Verwendung von Trennelementen, insbesondere eines Schaums, erreicht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung des vorgespannten Betonbauteils erfolgt das Bereitstellen des mindestens einen
Armierungselements durch Anordnen mehrerer der
Armierungselemente in einer Lage, insbesondere durch weitgehend paralleles und/oder benachbartes Nebeneinanderlegen. Dadurch wird ein effizientes Einrichten von grossen Flächen erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung des vorgespannten Betonbauteils erfolgt das Bereitstellen des mindestens einen
Armierungselements durch Anordnen der Armierungselemente in mindestens zwei Lagen, wobei die Ausrichtung der
Armierungselemente in benachbarten Lagen in einem Winkel, insbesondere weitgehend rechtwinklig, erfolgt. Dadurch wird ein effizientes und flexibles Einrichten einer komplexen Armierung erreicht. Beispielsweise erfolgt das
Bereitstellen des mindestens einen Armierungselernents durch ein Übereinanderschichten mehrerer der Armierungselemente.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung des vorgespannten Betonbauteils umfasst dieses zusätzlich den Schritt des Einbringens eines Trennelements, insbesondere eines Schaums, vor dem
Betonieren des Betonbauteils. Dadurch wird eine
wirkungsvolle Unterteilung des Betonbauteils erreicht.
Insbesondere bietet ein Schaum eine sehr flexible, gut anwendbare und kostengünstige Unterteilung. Als weitere Funktion bietet der Schaum ein Hilfsmittel zur
Positionierung der Fasern und/oder eine Fixierung der
Fasern während des Betonierens. Als Trennelement kann auch ein festes Material verwendet werden, zum Beispiel
Kautschuk oder Styropor. In einer weiteren Ausgestaltung des vorangehenden
Verfahrens zur Herstellung des vorgespannten Betonbauteils umfasst dieses zusätzlich den Schritt des Trennens des Betonbauteils nach dem Betonieren, insbesondere durch
Brechen und/oder Zersägen. Da der Schaum keinen
nennenswerten Beitrag zur Festigkeit leistet, werden die einzelnen Unterteilungen des Betonbauteils praktisch nur durch die Fasern zusammen gehalten. Somit können die
Betonbauteile leicht, insbesondere durch einfaches Brechen, getrennt werden. Dadurch wird auf bequeme und sehr
effiziente Weise eine Aufteilung in gut handhabbare Teile erreicht. Zum Beispiel können diese Teile von einem
Fertigungswerk für Betonbauteile an weitere Werkplätze verteilt und dort in die endgültige Form gebracht werden.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass jede
Kombination der zuvor genannten Beispiele und
Ausführungsformen oder Kombinationen von Kombinationen Gegenstand einer weiteren Kombination sein können. Es werden nur jene Kombinationen ausgeschlossen, die zu einem Widerspruch führen würden.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen
Armierungselements 10 mit Carbon-Fasern 12, die mittels zweier Träger 14 gespannt werden können; Fig. 2 eine vereinfachte schematische Detailansicht eines Trägers 14 gemäss Fig. 1;
Fig. 3 eine vereinfachte schematische Darstellung eines
Zwischenzustands bei der Herstellung einer vorgespannten Betonplatte 20 mittels einer
Vielzahl von Armierungselementen 10 gemäss Fig. 1;
Fig. 4 eine vereinfachte schematische Seitenansicht des
Trägers 14 gemäss Fig. 2;
Fig. 5 eine vereinfachte schematische Darstellung gemäss
Fig. 3, jedoch zusätzlich mit einem Bauschaum 40 zur Unterteilung der Betonplatte 20 und Fixierung der Carbon-Fasern 12; und
Fig. 6 eine vereinfachte schematische Seitenansicht des
Trägers 14 gemäss Fig. 2, wobei dieser jedoch eine Krümmung aufweist.
Die nachfolgenden Ausführungen sind Beispiele und sollen die Erfindung in keiner Weise beschränken.
Fig. 1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen
Armierungselements 10 im gestreckten Zustand. Ein solches Armierungselement 10 dient der Herstellung vorgespannter Betonbauteile .
Das Armierungselement 10 umfasst zehn einzeln Fasern, die in diesem Beispiel als Carbon-Fasern 12 (nur teilweise bezeichnet) ausgebildet sind, und zwei Halteelemente in Form von zwei Trägern 14. Die Träger 14 sind beabstandet zueinander angeordnet und durch die zehn Carbon-Fasern 12 miteinander verbunden. Die Carbon-Fasern 12 können durch Auseinanderziehen der Träger 14 in ihrer Längsrichtung T gespannt werden.
Erfindungsgemäss sind die Carbon-Fasern 12 derart in den Trägern 14 befestigt, dass die gestreckten Carbon-Fasern 12 geradlinig in die Träger 14 münden. Ferner bilden die
Carbon-Fasern 12 eine im Wesentlichen ebene Lage, bei der die Carbon-Fasern 12 weitgehend parallel und weitgehend gleichmässig beabstandet zueinander angeordnet sind.
Dadurch hat das Armierungselernent 10 die Form einer Harfe. In diesem Beispiel beträgt der Armierungsabstand, d.h. der Abstand zwischen den parallel angeordneten Carbon-Fasern 12, ca. 10 mm und somit beträgt die Breite des
Armierungselements 10 ca. 10 cm.
Jede der Carbon-Fasern 12 umfasst jeweils ein Carbon- Roving, das heisst ein Bündel von einigen tausend
gestreckten, nebeneinander angeordneten und im Wesentlichen gleich ausgerichteten Filamenten (ca. 2λ000 bis ca. 16 000 Filamente) . Diese Filamente und damit auch die Carbon- Fasern 12 sind mit einem alkalibeständigen Harz in Form von Vinylesterharz imprägniert, so dass die Carbon-Fasern 12 eine kompakte Einheit bilden, ähnlich einem Metalldraht. Das Imprägnieren kann beispielsweise mittels eines Tauchbads erfolgen, durch das der Roving zur Herstellung der Carbon-Fasern 12 gezogen wird.
Ausserdem sind die Carbon-Fasern 12 mit Sand beschichtet, so dass eine verbesserte Verbindung von Fasern und Beton erreicht wird. In diesem Beispiel kann bei einer
Einbindelänge von 100 mm über die mechanische
Schubverbindung die volle Dimensionierungszugkraft
übertragen werden.
Ferner weisen die Träger 14 jeweils zwei Öffnungen 16 auf (gestrichelt gezeichnet) mittels denen die Träger 14 auf einer Spannvorrichtung (nicht dargestellt) positioniert werden können. Mit der Spannvorrichtung können die Carbon- Fasern 12 bei der Herstellung der Betonbauteile präzise ausgerichtet, insbesondere ohne horizontales und/oder vertikales Verkanten, gespannt werden. In einem anderen Beispiel weist der Träger 14 ein Loch oder eine Vielzahl von Löchern, insbesondere mehr als zwei Löcher zur
Positionierung des Trägers 14 auf.
In einem Beispiel werden für die Herstellung des Trägers 14 kostengünstigen Materialien verwendet. Eine beispielhafte Materialzusammensetzung und die entsprechende Herstellung des Trägers 14 wird anhand von Fig. 2 beschrieben. Es können auch andere Materialien verwendet werden, da der Träger 14 nicht ein Teil des herzustellenden Betonbauteils ist und in der Regel nach dem Betonieren abgetrennt und entfernt wird.
Fig. 2 zeigt eine vereinfachte schematische Detailansicht eines Trägers 14 gemäss Fig. 1.
Der Träger 14, auch als Patch bezeichnet, umfasst eine faserverstärkte Polymer-Matrix in Form einer Polyester- Matrix mit darin eingeschlossenen Fasern in Form zweier Glasfasermatten. Diese Polyester-Matrix umschliesst die gestreckten Carbon-Fasern 12 in deren Endbereichen.
Beispielsweise beträgt die Grösse dieser Polyester-Matrix ca. 10 cm x 10 cm und die gesamte Dicke ca. 2 mm. In einem anderen Beispiel beträgt die Längenausdehnung der
Polyester-Matrix in Richtung der Carbon-Fasern 12 zwischen ca. 10 cm und ca. 20 cm. Die Fasermatten bilden eine untere und eine obere Lage, wobei die gestreckten Carbon-Fasern 12 zwischen diese Lagen angeordnet und durch Läminieren mit Polyester darin befestigt sind. Die Polyester-Matrix bildet daher für die Carbon-Fasern 12 ein geradliniges
Führungselement (durch gestrichelte Linien angedeutet) , wobei sich die Carbon-Fasern 12 innerhalb der Polyester- Matrix, d.h. innerhalb des Trägers 14, weitgehend
geradlinig fortsetzen. Mittels des Trägers 14 sind die Carbon-Fasern 12 in ihrer gegenseitigen Anordnung fixiert, nämlich in einer ebenen Lage, weitgehend parallel und gleichmässig beabstandet zueinander. Die Enden der Carbon-Fasern 12 ragen an der Austrittsseite der Träger 14 ein Stück weit über die Träger 14 hinaus. Die Fasern 12 können aber auch im Träger 14 oder bündig auf dessen Oberfläche enden, beispielsweise wenn der Träger 14 von einer grösseren Einheit abgetrennt wurde.
Beispielsweise wird ein solcher Träger 14 durch folgende Schritte hergestellt:
- Bereitstellen einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden und untereinander beabstandeten Carbon-Rovings durch weitgehend gleichzeitiges Abziehen der Carbon-Rovings von einer entsprechenden Anzahl von Vorratsrollen;
- Imprägnieren der Carbon-Rovings mittels Durchleiten der Carbon-Rovings durch ein Vinylesterharz-Tauchbad, so dass die Carbon-Rovings kompakte Carbon-Fasern 12 bilden;
- Gemeinsames Ausziehen der Carbon-Fasern 12,
gegebenenfalls mittels eines bereits zuvor angebrachten Trägers 14, so dass die Carbon-Fasern 12 gespannt werden;
- Anlegen zweier mit Polyester getränkter Glasfasermatten an die gespannten Carbon-Fasern 12, eine von unten und die andere von oben;
- Zusammenfügen der beiden Glasfasermatten, gegebenenfalls unter Hinzufügen einer zusätzlichen Menge des Polyesters, so dass die getränkten Glasfasermatten und der Polyester die gespannten Carbon-Fasern 12 umschliessen; und
- Erhärtenlassen des Polyesters, so dass die Carbon-Fasern 12 kraftschlüs.sig im Träger 14 befestigt sind. Durch dieses Laminieren bildet der Träger 14 zusammen mit den Carbon-Fasern 12 eine kompakte und robuste Einheit.
Fig. 3 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Zwischenzustands bei der Herstellung einer
vorgespannten Betonplatte 20, beispielsweise in einem Fertigteilwerk für Betonplatten. Dabei entspricht der Zwischenzustand einer Anordnung nach Abschluss der
Vorbereitungsarbeiten, jedoch noch vor dem Betonieren der Betonplatte 20.
Die Anordnung umfasst einen Betoniertisch (nicht
dargestellt) , einen darauf angeordneten Hohlrahmen 30 und eine Vielzahl von identischen, erfindungsgemässen
Armierungselementen 10 (teilweise nur schematisch
angedeutet) . Der Hohlrahmen 30 bildet zusammen mit der Oberfläche des Betoniertischs eine Gussform für den Beton, auch Spannbett genannt.
Die Armierungselemente 10 weisen jeweils eine Vielzahl von Carbon-Fasern 12 (der Übersicht halber sind teilweise nur die aussenliegenden Fasern dargestellt) und zwei Träger 14 auf und entsprechen in ihrem Aufbau weitgehend den
Armierungselementen 10 gemäss Fig. 1. In diesem Beispiel beträgt die Länge der Carbon-Fasern 12 jedoch ca. 20 m und die Breite der Träger 14 ca. 1 m. Der Armierungsabstand entspricht dem vorangehenden Beispiel, d.h. wie bei Fig. 1 ca. 10 mm, so dass auf den Trägern 14 jeweils ca. 100
Carbon-Fasern 12 befestigt sind.
Beim Anordnen der Armierungselemente 10 werden die Träger 14 jeweils auseinandergezogen, so dass sich die Carbon- Fasern 12 im Hohlrahmen 30 im gestreckten Zustand befinden. Dabei werden die Carbon-Fasern 12 durch den Hohlrahmen 30 nach aussen geführt, so dass sich die Enden der Carbon- Fasern 12 und die Träger 14 ausserhalb des Hohlrahmens 30 befinden, beispielsweise mit 30 cm Abstand vom Hohlrahmen 30. Bei einem zweiteiligen Hohlrahmen 30 können die
Durchlasskanäle auch durch entsprechende Zwischenräume zwischen Unterteil und Oberteil des Hohlrahmens 30 gebildet werden. Dabei ist der Hohlrahmen 30 aus mehreren
übereinanderliegenden Leisten aufgebaut, so dass die
Carbon-Fasern 12 durch die Zwischenräume der einzelnen Leisten geführt werden können. Die Zwischenräume können zusätzlich mit Moosgummi und/oder Bürstenhaaren abgedichtet sein. In einem Beispiel beträgt die Höhe der
übereinanderliegenden Leisten 3 mm, 12 mm und 3 mm.
Bei der dargestellten Anordnung liegt die erste Hälfte der Armierungselemente 10 in einer ersten Lage, parallel und benachbart nebeneinander und die zweite Hälfte der
Armierungselemente 10 in einer zweiten Lage, ebenfalls parallel und benachbart nebeneinander, jedoch rechtwinklig zu den Armierungselementen 10 der ersten Lage. Die
Armierungselemente 10 sind somit in getrennten Lagen übereinandergeschichtet und in den beiden benachbarten Lagen rechtwinklig zueinander ausgerichtet. Die Armierungselemente 10 bilden daher sowohl eine
Längsarmierung als auch eine Querarmierung, jedoch ohne individuelle Verflechtung der einzelnen Carbon-Fasern 12.
Nach dem Anordnen der Armierungselemente 10 werden die Träger 14 auseinander gezogen, zum Beispiel mit einer
Spannvorrichtung, auch Vorspannanlage genannt, oder manuell mit einem Drehmomentschlüssel (nicht dargestellt) .
Beispielsweise wird eine Spannung von mindestens ca. 30 kN/m oder mindestens ca. 300 kN/m erzeugt, abhängig von den Belastungs-Anforderungen an die Betonplatte
(Dimensionierungskraft) .
Anschliessend an die dargestellte Situation kann in den derart vorbereiteten Hohlrahmen 30 Beton gegossen werden, um die Betonplatte 20 in einem Arbeitsgang zu betonieren. Dabei werden die Teile der gespannten Carbon-Fasern 12, welche sich im Hohlrahmen 30 befinden vom Beton umschlossen und damit einbetoniert. Besonders geeignet ist SCC-
Feinbeton (mindestens C30/37 gem. Norm SIA SN505 262) der leicht durch die Zwischenräume der Carbon-Fasern 12
durchfHessen kann. Der Beton kann aber auch durch Spritzen oder Spachteln in den Hohlrahmen 30 eingebracht und durch Vibrieren gleichmässig verteilt werden.
Nach dem Aushärten des Betons kann die Betonplatte 20 dem Hohlrahmen 30 entnommen werden. Dabei bilden die einbetonierten Carbon-Fasern 12 die statische Armierung der Betonplatte 20. Die aus dem Beton ragenden Teile der
Carbon-Fasern 12 werden an den Rändern der Betonplatte 20 abgebrochen und zusammen mit den Trägern 14 entfernt. In diesem Beispiel ist die hergestellte Betonplatte ca. 6 m x 2.5 m gross und der Armierungsgehalt dieser Betonplatte 20 beträgt mehr als 20 mm2/m Breite. In einem anderen Beispiel ist die hergestellte Betonplatte ca. 7 m x ca. 2.3 m gross.
Fig. 4 zeigt eine vereinfachte schematische Seitenansicht eines Trägers 14 gemäss Fig. 2. Dabei münden die Carbon- Fasern 12 geradlinig in den Träger 14. Ferner setzen sich die Carbon-Fasern 12 im Inneren des Trägers 14 geradlinig fort, so dass der Träger 14 eine gradlinige Führung für die Carbon-Fasern 12 bildet. In diesem Beispiel beträgt die Längenausdehnung des Trägers 14 in Richtung der Carbon- Fasern 12 ca. 3 cm.
Der Träger 14 kann zusätzlich eine Profilierung 16
aufweisen (gestrichelt gezeichnet) . In diesem Beispiel ist auf einer ersten (oberen) Fläche und auf der dazu
gegenüberliegenden (unteren) Fläche des Trägers 14 eine zackenförmige Profilierung 16 angeordnet. Diese Flächen sind für das Befestigen des Trägers 14 in einer
Spannvorrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen,
beispielsweise durch Festklemmen. Durch die zackenförmige Profilierung 16 wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Träger 14 und der Spannvorrichtung in Form einer Verzahnung erreicht. Fig. 5 zeigt eine Darstellung gemäss Fig. 3, bei den
Armierungselementen 10, wird zusätzlich jedoch eine
Unterteilung vorgenommen, indem ein Bauschaum 40 (als
Wellenlinie dargestellt) als Trennelement sowohl auf den Boden der Hohlform als auch unter und über die Carbon- Fasern 12 geschäumt wird. Durch diese Unterteilung kann keine oder nur eine vernachlässigbare Menge des
eingefüllten Betons in jenen Raum eindringen, der durch die Unterteilung ausgefüllt wird. Somit werden lediglich die Teilräume des Hohlrahmens mit den darin befindlichen
Faserteilen betoniert. Zudem bietet der Bauschaum 40 eine Fixierung der Fasern während des Betonierens.
Nach dem Erhärten des Betons kann die Betonplatte 20 entlang den Bauschaum-Unterteilungen in einzelne Rohplatten gebrochen werden. Diese Rohplatten können dann weiter verarbeitet werden, beispielsweise indem die Rohplatten mit einer Kreissäge in die gewünschte Form gebracht werden.
In diesem Beispiel ist die hergestellte Betonplatte ca. 20 m x ca. 20 m gross und deren Dicke beträgt ca. 20 mm. Durch das Trennen der Betonplatte 20 gemäss der Unterteilung mit dem Bauschaum 40 ergeben sich 24 kleinere Platten mit einer Grösse von ca. 5 m x ca. 3 m. Aus diesen kleineren Platten können dann beispielsweise jeweils 3 Tischtennisplatten gesägt werden. Fig. 6 zeigt eine vereinfachte schematische Seitenansicht eines Trägers 14 gemäss Fig. 2, wobei dieser jedoch ein Mittel zur Kraftverteilung in Form einer Krümmung 18 aufweist. Die Carbon-Fasern 12 münden geradlinig in den Träger 14 und verlaufen dann im Inneren des Trägers 14, der Krümmung 18 des Trägers 14 entsprechend, ebenfalls mit einer Krümmung. Dabei sind die Carbon-Fasern 12 im
Eintrittsbereich des Trägers 14 derart befestigt, dass sich die Carbon-Fasern 12 über eine Distanz d von 10 mm
weitgehend geradlinig in den Träger 14 fortsetzen. Durch diese Form wird sowohl eine gute Einleitung der Fasern in den Träger 14 als auch eine gleichmässig Verteilung der aufzunehmenden Kräfte erreicht.

Claims

Patentansprüche
Armierungselement (10) zur Herstellung vorgespannter Betonbauteile, mit einer Vielzahl von Fasern (12) und mehreren Halteelementen (14), welche durch die Fasern (12) miteinander verbunden sind, so dass die Fasern (12) mittels der Halteelemente (14) in ihrer
Längsrichtung (T) gespannt werden können,
wobei die Fasern (12) derart an den Halteelementen (14) befestigt sind, dass die Fasern (12) im
gespannten Zustand weitgehend geradlinig in die
Halteelemente (14) münden.
2. Armierungselernent (10) nach Anspruch 1, wobei die
Fasern (12) individuelle Fasern sind und/oder ein oder mehrere Rovings, insbesondere Carbon-Rovings,
umfassen.
Armierungselement (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Halteelemente (14) Führungselemente für die Fasern (12) aufweisen, insbesondere eine Klemmvorrichtung und/oder einen Träger zum Laminieren der Fasern (12) im Endbereich, insbesondere eine faserverstärke
Polymer-Matrix, weiter insbesondere eine Polyester- Matrix .
4. Armierungselement (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fasern (12) in den Halteelementen (14) eine im Wesentlichen ebene Lage bilden, und insbesondere weitgehend parallel und/oder weitgehend gleichmässig beabstandet zueinander angeordnet sind.
5. Armierungselement (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Armierungsabstand ca. 5 mm bis ca. 40 mm, insbesondere ca. 8 mm bis ca. 25 mm, beträgt und/oder in den Halteelementen (14) jeweils mindestens 10, insbesondere mindestens 40, Fasern (12) befestigt sind.
Armierungselement (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fasern (12) derart an den
Halteelementen (14) befestigt sind, dass sich die Fasern (12) im gespannten Zustand weitgehend
geradlinig in den Halteelementen (14) fortsetzen, insbesondere über eine Distanz (d) von mindestens ca 5 mm, weiter insbesondere mindestens ca. 10 mm.
Armierungselement (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Halteelemente (14) ein,
insbesondere quer zur Richtung der Fasern (12)
verlaufendes, Mittel zur Kraftverteilung aufweisen, insbesondere eine Krümmung (18) und/oder eine
Profilierung (16) .
8. Armierungselement (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei dessen Breite grösser als 0.4 m, insbesondere grösser als 0.8 m, und/oder dessen Länge grösser als 4 m, insbesondere grösser als 12 m, ist.
Verfahren zur Herstellung eines Armierungselements für vorgespannte Betonbauteile (20) , umfassend die
Schritte :
- Bereitstellen von gespannten Fasern (12) durch
gemeinsames Ausziehen einer Vielzahl von
untereinander beabstandeten Fasern (12) ; und
- Befestigen eines Halteelements (14) an den
gespannten Fasern (12), insbesondere durch Klemmen und/oder Laminieren, um die Fasern (12) in ihrer gegenseitigen Anordnung, insbesondere bezüglich Abstand und/oder Ausrichtung, zu fixieren.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Befestigen des Halteelements (14) während des gemeinsamen AusZiehens der Fasern (12) erfolgt, insbesondere durch Bewegen des Halteelements (14) im Gleichlauf zur Bewegung der Fasern (12) .
Betonbauteil (20), insbesondere Betonplatte,
hergestellt unter Verwendung mindestens eines
Armierungselements (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vorspannung des Betonbauteils (20) mindestens 80%, insbesondere mindestens 90%, der
Bruchspannung der Fasern (12) beträgt.
12. Verfahren zur Herstellung eines vorgespannten
Betonbauteils (20), umfassend die Schritte:
- Bereitstellen mindestens eines Armierungselements (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8;
- Spannen der Fasern (12) des Armierungselements (10) durch Auseinanderziehen der zugehörigen
Halteelemente (14) ; und
- Betonieren des Betonbauteils (20) unter zumindest teilweisem Einbetonieren der gespannten Fasern (12) .
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bereitstellen des mindestens einen Armierungselements durch Anordnen mehrerer der Armierungselemente (10) in einer Lage erfolgt, insbesondere durch weitgehend paralleles und/oder benachbartes Nebeneinanderlegen.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das
Bereitstellen des mindestens eines Armierungselements (10) durch Anordnen der Armierungselemente (10) in mindestens zwei Lagen erfolgt, wobei die Ausrichtung der Armierungselemente (10) in benachbarten Lagen in einem Winkel, insbesondere weitgehend rechtwinklig, erfolgt .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei dieses zusätzlich den Schritt umfasst: Einbringens eines Trennelements, insbesondere eines Schaums (40) , vor dem Betonieren des Betonbauteils (20) .
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