NO863749L - Spennstenger med forsinket binding og fremgangsmaate ved spenning av betong samt forspente betongelementer. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en spennstang omfattende en spennbar kjerne, en hylse dannet av en herdbar blanding, og et skall hvor den herdbare blanding har en smørevirkning og herder etter at kjernen er blitt spent.

Slike spennstenger er generelt kjente. Europeisk patentsøknad nr. 83.810.431.3 (publikasjonsnr. 0105 839) beskriver slike spennstenger som er sammensatt av en kjerne rundt hvilken en herdbar blanding er plassert, som igjen er innkapslet i et syntetisk materialsjikt herdet ved stråling. Når spennstangen er blitt brakt på plass, spennes kjernen og oppvarmes så ved å føre elektrisk strøm gjennom den, slik at det herdbare sjikt rundt kjernen herdes. Slike kjerner brukes for å lage f.eks. betongkonstruksjoner .

For å lage slike betongkonstruksjoner kan to forsterknings-metoder normalt brukes.

Ifølge den første metode, som vi skal kalle den vanlige metode, spennes en streng, rep eller stang på en trekkbenk;

deretter tilføres betongmørtel rundt denne spente streng, rep eller stang, og betongen får herde. Den herdede betong inneholder da en strukket spennstang slik at motstanden mot bend av for eksempel den således fremstilte bjelke er betydelig forbedret.

En annen metode benytter den såkalte etterstrekking av spennstenger. Et rep innkapslet i en skjerm plasseres i en form for å fylles med betongmørtel. Så strekkes repet opp til den ønskede spenning. I en videre operasjon injiseres sementmørtelen mellom repet og skjermen, slik at man får en binding mellom skjermen og repet i midten så snart mørtelen er herdet. En slik fremgangsmåte er spesielt egnet for arbeider på stedet.

Med denne type etter-spenning vil innsiden av skjermen fortrinnsvis være profilert for å forsterke forankringen mellom repet og skjermen. Så snart betongmørtelen rundt skjermen og sementmørtelen inne i skjermen er herdet, kan ankrene som brukes for spenning av repet fjernes.

En annen fremgangsmåte for forspenning består i å bruke et spennrep innkapslet i en skjerm eller hylse, hvor spennrepet er fritt bevegelig inne i hylsen (ikke-bundne spennstenger). På stedet plasseres spennstengene i en form som skal fylles med betongmørtel og spennes deretter. Betongmørtelen støpes så og får herde. Strekkankrene forblir på plass og gir det ønskede strekk i spennstengene gjennom hele konstruksjonens levetid. Denne metoden gir den fordel at i visse tilfeller kan strekket justeres senere hvis dette skulle være ønskelig. En åpenbar ulempe er at hvis et anker brekker, kan hele spennet forsvinne med alle sine konse-kvenser .

Det er et mål for foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe

et alternativ til fremgangsmåten for etterspenning av rep; imidlertid uten å kreve den kompliserte operasjon å injisere sementmørtel i hylsen, hvori repet er innkapslet.

En lignende forbedring tilsiktes også i den forannevnte europeiske patentsøknad nr. 105.839. En viktig ulempe ved spennstengene og deres anvendelser som omtales i denne patentsøknad, er at det syntetiske materiale må herdes ved hjelp av varme.

Ifølge søknaden tilveiebringes denne varme ved å føre en elektrisk strøm gjennom den midtre spennbare kjerne eller gjennom et motstandselement som spesielt er anbragt i systemet.

Imidlertid må elektrisk strømoppvarming for slike spenn-konstruksjoner anses som ekstremt farlige, da dette i noen tilfeller kan føre til styrkenedsettelser. Det er åpenbart at enhver risiko for nedsatt styrke i slike konstruksjoner er fullstendig uakseptabelt, slik at oppvarming av kjernene i slike elementer må unngås.

Det er et mål for denne oppfinnelse å frembringe en spennstang av den ovenfor nevnte type som imidlertid ikke krever tilførsel av varme til systemet, men hvori ikke desto mindre, utmerket herding av den herdbare blanding mellom den strukkede kjerne og hylsen oppnås.

Ifølge oppfinnelsen er en spennstang av den ovenfor beskrevne typekarakterisert vedat den herdbare blanding er et herdbart materiale som ikke krever tilførsel av varme, og hvor bestanddelene eller forproduktene er fordelt over forskjellige adskilte faser;

at i det minste en kontinuerlig fase av den herdbare blanding frembringes med smørevirkning som forsvinner i det vesentlige etter herdeprosessen, og at det også frembringes et barrieresjikt som regulerer hastigheten av herdereaksjonen til den herdbare blanding.

I en spennstang ifølge oppfinnelsen er det en kombinasjon av tre viktige egenskaper: (a) bestanddelene i den herdbare blanding er fordelt over forskjellige adskilte faser; (b) i det minste én fase av blandingen har smørevirkning; (c) hastigheten av herdereaksjonen til den herdbare blanding reguleres ved nærvær av et barrieresjikt.

Et spennrep ifølge oppfinnelsen kan utsettes for betydelig forlengelse av kjernen under strekk; for eksempel 5% forlengelse. Som det skal beskrives senere mer detaljert, strekkes ikke repet før betongen er hard, slik at under denne prosessen beveger kjernen seg i forhold til den omgivende betong.

Som et resultat av den profilerte kjerneoverflate og dens bevegelse i forhold til betongen og barrieresjiktet som er bundet til denne, vil det være en blanding av fasene av den herdbare blanding, slik at etter herding av systemet oppnås en homogen herdet binding mellom den omgivende betong og kjernen. Blandings-graden av fasene til den herdbare blanding under spennprosessen kan også påvirkes av kjernens art med hensyn til forlengelse og overflateprofil.

Ved valg av barrieresjiktet er det mulig å regulere nøyaktig hastigheten til herdingsreaksjonen av den herdbare blanding som er fordelt over flere faser.

I en første foretrukket utførelsesform av spennelementene ifølge oppfinnelsen utgjør hylsen barrieresjiktet som består av et hydrolyserbart syntetisk materiale.

Mer spesifikt består dette sjikt av et syntetisk materiale som er hydrolyserbart i et vandig alkalisk miljø, for eksempel 100% forestret polyvinylacetat. Fortrinnsvis er materialet så

tynt som mulig for å forhindre smørevirkning etter hydrolyse, men på den annen side må det være tilstrekkelig tykt til å tjene som et barrieresjikt gjennom detønskede tidsrom.

Det er fordelaktig at den herdbare blanding i dette tilfelle dannes av et sjikt nær kjernen som inneholder en passende epoksyharpiks og et tilstøtende sjikt som inneholder polyisocyanat.

Virkningen av et slikt system kan beskrives som følger.

Spennstangen plasseres i en hylse, betongmørtelen helles i hylsen og betongen får herde. Etter herdeprosessen spennes den spennbare kjerne ved hjelp av jekker og ankere. Som kjent inneholder betongen under herdeprosessen en mengde sterkt alkalisk vann; en pH-verdi på 13 er normalt. Skjermen som består av et sjikt basert på for eksempel polyvinylacetat vil i tidens løp hydrolysere i det alkaliske vannet i betongen. Deretter kommer det alkaliske vann i kontakt med polyisocyanat-epoksy-harpikssystemet som ligger direkte under barrieresjiktet. Under innflytelse av alkali og vann vil polyisocyanatet omdannes til en forbindelse som inneholder aminogrupper så som for eksempel det tilsvarende primæramin. I kombinasjon med epoksyharpiksen i systemet vil dette aminet nå danne et epoksyharpiks-herdingssystem, hvorunder herdingens varighet vil avhenge av tykkelsen til polyvinylacetatsjiktet og av konsentrasjonen av polyisocyanat i det polyisocyanat-holdige sjikt.

Det er åpenbart at epoksyharpiksen i det epoksyharpiksholdige sjikt rundt kjernen må ha et hydroksyltall 0 for å unngå for tidlig reaksjon mellom polyisocyanat-komponenten i toppsjiktet og epoksyharpiksen.

Normalt vil ankerne ikke fjernes etter herdeprosessen, selv om dette ville være mulig. Det er imidlertid viktig å merke seg at ankerne ikke lenger er vesentlige for spennstangens virkning. Dette betyr at skulle ankerne komme ut av funksjon på grunn av

for eksempel korrosjon, ville spennstangen beholde sin normale funksjon takket være tilstedeværelsen av det herdede bindende syntetiske materialet mellom kjernen av spennstangen og den harde betong.

Istedenfor en epoksyharpiks er det også mulig å anvende en polyalkohol i den ovenfor beskrevne utførelsesform, slik at etter hydrolyse av barrieresjiktet akselereres den langsomme reaksjon mellom polyalkoholen og polyisocyanatet med tilhørende dannelse av en polyuretanforbindelse under påvirkning av katalysevirkningen fra alkalimetallionene som er tilstede i vannet i betongen.

Ved anvendelse av et slikt polyuretansystem er det åpenbart at en sluttdag for bruk må være angitt.

I den ovenfor beskrevne utførelsesform av spennstangen

ifølge oppfinnelsen er det fordelaktig å innkapsle hele spennstangen i en gass- og væsketett mantel som kan fjernes før bruk.

Denne foranstaltning gjør det mulig å forhindre for tidlig reaksjon mellom polyisocyanatsjiktet med for eksempel vanndamp fra atmosfæren.

I en annen fordelaktig utførelsesform av spennstangen ifølge oppfinnelsen befinner barrieresjiktet seg mellom fasene av den herdbare blanding og skjermen eller hylsen dannes ved et ugjennomtrengelig inert profilert syntetisk materialsjikt.

I det tilfellet må man skille mellom to situasjoner:

a) fasene som er adskilt ved barrieresjiktet foreligger i form av sjikt på begge sider av barrieresjiktet; b) en av fasene foreligger i form av områder som er omgitt av et barrieresjikt i et kontinuerlig sjikt av den andre fasen.

I begge de ovenfor beskrevne tilfeller er det fordelaktig at barrieresjiktet regulerer diffusjonshastigheten av en eller flere komponenter i den herdbare blanding.

Med stor fordel inneholder en av fasene i et slikt tilfelle

en epoksyharpiks, mens en annen fase inneholder en aminforbindelse. Et passende barrieresjikt kan da bestå av polyetylenoksyd.

Det er åpenbart at barrieresjiktet istedenfor polyetylenoksyd kan bestå av et annet amin-diffuserbart sjikt; imidlertid er et krav at barrieresjiktet ikke inneholder noen grupper som utløser en reaksjon mellom barrieresjiktet og epoksyharpiksen.

Det er fordelaktig at i det minste en av fasene i den

herdbare blanding har smørevirkning. Dette kan oppnås ved å tilsette et eller flere smøremidler eller viskositetsreduserende midler så som inerte vokser, løsningsmidler, silikonprodukter eller polytetrafluoretylenprodukter til den aktuelle fase.

Ved lignende smøremidler eller viskositetsreduserende midler må man også passe på at de ikke kan reagere med bestanddelene i en eller flere faser av den herdbare blanding.

Som angitt ovenfor innenfor rammen av oppfinnelsen, er det åpenbart at med de herdbare blandinger må man passe på at herdingen av systemet ikke medfører en betydelig volumreduksjon. Faktisk kan mange herdbare syntetiske materialer ha den egenskap

at de krymper litt når de herdes. Normalt kan slike krympings-fenomener motvirkes effektivt ved å ta inn fylltilsatsstoffer i

en eller flere av fasene i den herdbare blanding. Slike fyllstoffer er kjente for enhver fagmann på området: kalsiumkarbonat, leire, diatomé-jord, polyetylen, polypropylenpulver, gips o.s.v.

I visse tilfeller skal imidlertid ikke tilsetnings-fyllstoffer kreves. Dette er faktisk tilfelle når den herdbare blanding dannes av et polyisocyanat og en epoksyharpiks. Under aktivering av polyisocyanatet, hvorunder som allerede nevnt et amin dannes, frigjøres et molekyl karbondioksyd pr. isocyanatgruppe. Under visse betingelser kan karbondioksydet forbli oppfanget i den herdbare blanding og således føre til en økning i volum under herdeprosessen. På denne måte er det klart at en utmerket oppfylling av hulrommet inne i hylsen oppnås.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for å spenne betong under anvendelse av en spennstang ifølge oppfinnelsen. Det er klart at spennstengene ifølge oppfinnelsen også kan brukes for å fremstille et forspent betongelement laget på vanlig måte i en fabrikasjon.

Oppfinnelsen skal nå videre tydeliggjøres under henvisning

til tegningen, hvor:

Figur 1 er et tverrsnitt av en spennstang ifølge krav 1 til

7 ;

Figur 2 er et tverrsnitt av en spennstang ifølge krav 7 til

11, og

Figur 3 er en annen avbildning av en annen utførelsesform av

en spennstang ifølge krav 8 til 11.

Figur 1 er en spennbar kjerne vist med henvisningstall (1); henvisningstall (2) representerer den første fase av den herdbare blanding rundt kjernen, mens henvisningstall (3) representerer en andre fase av den herdbare blanding. Henvisningstall (4) refererer til et barrieresjikt som er anbrakt rundt begge faser av den herdbare blanding, hvilket sjikt (4) i dette tilfelle også fungerer som en hylse eller en skjerm. Fortrinnsvis påføres dette barrieresjikt (4) en meget tynn ytterligere mantel.

På figur 2 angir henvisningstall (5) en spennbar kjerne; en første fase (6) av den herdbare blanding er tilført rundt denne kjerne; et barrieresjikt (7) er tilført rundt denne første fase,

og en andre fase (8) av en herdbar blanding er tilført rundt dette barrieresjikt (1); et sjikt (9) er tilført på utsiden.

I figur 3 viser henvisningstall (10) igjen den spennbare kjerne; henvisningstall (11) viser til en første fase av den herdbare blanding og henvisningstall (12) til den andre fase av den herdbare blanding. Henvisningstall (13) viser til barrieresjiktet som befinner seg mellom begge faser av den herdbare blanding.

Under henvisning til figur 1 anbringes spennstangen som følger. Etter å ha blitt befridd for den ytterste tynne inerte mantel, om sådan foreligger, plasseres spennstangen i en form som skal fylles med betong; betongmørtelen støpes rundt spennstangen og begynner å herde; etter fullstendig herding av betongen er kjernen spent. Under herdingsprosessen av systemet, idet sistnevnte eventuelt blandes på grunn av spenningen, inneholder betongmørtelen vann med en høy pH-verdi, for eksempel en pH på ca. 13. Ved disse høye pH-verdier vil barrieresjiktet 4, f.eks. polyvinylacetat hydrolysere. Under hydrolysen av det hydrolyserbare sjikt kommer det alkaliske vann i betongen i kontakt med et polyisocyanat fra sjiktet 3, slik at polyisocyanatet omdannes i en blanding av aminforbindelser. Disse forbindelsene kan igjen reagere med epoksyharpiksen fra sjiktet 2, slik at sammen med aminet som er dannet fra isocyanatet, danner epoksyharpiksen et fast hardt syntetisk materiale. I figur 2 er situasjonen litt forskjellig. Her innkapsles en kjerne 5 av f.eks. et aminholdig sjikt 6, som igjen innkapsles i et barrieresjikt 7, bestående hovedsaklig av polyetylenoksyd. Rundt dette anbringes et epoksyharpikssjikt 8; på utsiden av elementet er det til slutt et ugjennomtrengelig inert syntetisk materialsjikt 9 med profilert overflate. Etter fremstilling av repet vil diffusjonsprosessen av aminet opp gjennom barrieresjiktet 7 starte og fortsette inntil all epoksyharpiks er blitt omdannet. Under anvendelse av et slikt rep vil det være nødvendig gjennom valg av barrieresjiktets 7 tykkelse å ta hensyn til både det nødvendige tidsrom mellom spenning av repet og slutten på herdeprosessen, og til tidsrommet mellom fremstillingen av spennstangen og plasseringen av repet. Også i dette tilfellet er det mulig å oppnå ved et riktig valg av kjernens profil og forlengelsen under spenningen av kjernen, at en blanding av sjiktene oppnås. I dette tilfelle kan en betydelig akselerering av herdeprosessen oppnås hvis man under spenn-operasjonen passer på at barrieresjiktet brytes ned.

Til slutt viser figur 3 at fasen 12 av den herdbare blanding er en kontinuerlig fase, mens fasen 11 er en diskontinuerlig fase som er fordelt i den kontinuerlige fase 12. Mellom begge faser er det alltid et barrieresjikt i form av en mantel 13. Med hensyn til tidsrommet mellom herdingen av det således formede herdbare system og fremstillingen av spennstangen kreves samme tidskontroll som beskrevet figur 2.

Claims (15)

1. Spennstang omfattende en spennbar kjerne, en hylse dannet av en herdbar blanding og en skjerm, hvorunder den herdbare blanding har en smørevirkning og herder etter at kjernen har blitt spent, karakterisert ved at den herdbare blanding herder uten varmetilførsel, hvorunder dens bestanddeler eller forprodukter er fordelt over flere adskilte faser (2, 3, 6, 8, 11, 12); at minst én kontinuerlig fase i den herdbare blanding har smørevirkning, som etter herding i det vesentlige forsvinner, og at det også foreligger et barrieresjikt (4, 7, 13) som regulerer hastigheten av herdingsreaksjonen til den herdbare blanding.

2. Spennstang ifølge krav 1, karakterisert ved at skjermen danner barrieresjiktet (4) og består av et hydrolyserbart syntetisk materiale.

3. Spennstang ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at det hydrolyserbare sjikt (4) er et syntetisk materiale som er hydrolyserbart i et alkalisk vandig miljø.

4. Spennstang ifølge krav 3, karakterisert ved at det hydrolyserbare syntetiske materiale er polyvinylacetat.

5. Spennstang ifølge krav 1 til 4, karakterisert ved at den herdbare blanding er formet som et sjikt (2) nær kjernen og inneholder en hensiktsmessig epoksyharpiks og et omgivende sjikt (3) av polyisocyanat.

6. Spennstang ifølge krav 1 til 4, karakterisert ved at den herdbare blanding er formet som et sjikt (2) inntil kjernen og inneholder en hensiktsmessig polyalkohol og et omgivende sjikt (3) som inneholder polyisocyanat.

7. Spennstang ifølge et eller flere av kravene 1 til 6, karakterisert ved at spennstangen er fullstendig omgitt av en gass- og væsketett mantel som fjernes før bruk av spennstangen.

8. Spennstang ifølge krav 1, karakterisert ved at barrieresjiktet (7, 13) foreligger mellom fasene av den herdbare blanding og at skjermen er formet av et ugjennomtrengelig inert profilert syntetisk materialsjikt (9, 14).

9. Spennstang ifølge krav 8, karakterisert ved at en eller begge faser av den herdbare blanding er kontinuerlig(e).

10. Spennstang ifølge krav 8 og 9, karakterisert ved at barrieresjiktet (7, 13) er et sjikt som regulerer diffusjonshastigheten av en eller flere av komponentene i den herdbare blanding.

11. Spennstang ifølge et eller flere av kravene 8 til 10, karakterisert ved at en av fasene inneholder epoksyharpiks, den andre fasen er en aminforbindelse, og at barrieresjiktet i det vesentlige inneholder polyetylenoksyd.

12. Spennstang ifølge et eller flere av kravene 1 til 11, karakterisert ved at minst en av fasene er forsynt med smørevirkning ved å blande denne fasen med et eller flere smø remidler eller viskositetsreduserende midler, så som inerte vokser, løsningsmidler, silikonprodukter eller poly-tetrafluoretylen-produkter.

13. Spennstang ifølge et eller flere av kravene 1 til 12, karakterisert ved at minst én av fasene som danner den herdbare blanding inneholder et fyllmateriale.

14. Fremgangsmåte for spenning av betong, karakterisert ved at en spennstang ifølge et eller flere av kravene 1 til 13 anvendes.

15. Forspent betongelement erholdt på kjent måte ved anvendelse av en spennstang ifølge et av kravene 1 til 13.