WO2011022849A1

WO2011022849A1 - Bewehrungsmatte für eine armierte mörtel- oder spritzmörtelschicht auf einer unterlage sowie verfahren zu deren einbau und damit erstellte armierte mörtelbeschichtung

Info

Publication number: WO2011022849A1
Application number: PCT/CH2010/000193
Authority: WO
Inventors: Josef Scherer
Original assignee: Josef Scherer
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2011-03-03
Also published as: CA2772089A1; CN102575473A; BR112012004407A2; US20120238163A1; IN2012DN02659A; EP2470732A1

Abstract

Diese Bewehrungsmatte (11) dient für eine armierte Mörtel oder Spritzmörtelschicht auf einer Unterlage (9). Sie schliesst als Besonderheit einzig in einer ausgezeichneten Richtung verlaufende Kohlefasern (3) ein, und zusammen mit billigen Stabilisierungsfasern (4) aus Glas oder Polyester, die in einer oder mehreren anderen Richtungen verlaufen, bildet sie ein Gewebe, ein Gelege oder ein Gewirk. Die Maschengrösse liegt bei wenigstens 10 mm, wobei die eingesetzten Kohlefasern (3) je ein Zug-E-Modul von mehr als 200 Giga-Pascal aufweisen. Sie wird verlegt durch folgende Verfahrensschritte: a) Aufrauen der Oberfläche der Unterlage (9); b) Aufbringen einer Ausgleichsschicht (10) aus zementösem Mörtel auf die raue Oberfläche der Unterlage (9); c) Befestigung der Bewehrungsmatte (11) durch Eindrücken derselben in die nasse, noch nicht abgebundene Ausgleichsschicht (10); d) Aufbringen einer Deckschicht (12) aus dem identischen zementösen Mörtel in die nasse, noch nicht abgebundene, armierte Ausgleichsschicht (10).

Description

BEWEHRUNGSMATTE FÜR EINE ARMIERTE MÖRTEL- ODER SPRITZMORTELSCHICHT AUF EINER UNTERLAGE SOWIE VERFAHREN ZU DEREN EINBAU UND DAMIT ERSTELLTE ARMIERTE

MÖRTELBESCHICHTUNG

[0001] Die Erfindung betrifft eine Bewehrungsmatte für eine armierte Mörtel- oder Spritzmörtelschicht, sowie auch das Verfahren zum Einbau einer solchen Bewehrungsmatte zur Erzielung einer armierten Mörtelbeschichtung, insbesondere auf Betonoberflächen. Mörtelbeschichtungen mit Armierungen finden breite Anwendung, unter anderem bei der Instandstellung von Bauwerken verschiedenster Art, insbesondere von rissbefallenen Betonoberflächen im Hoch- und Tiefbau, vor allem auch im Tunnelbau.

[0002] Aus der EP-A-O 106 986 sind Mörtel für Beschichtungen mit gitterförmiger textiler Armierung bekannt, bei denen diese Armierungen beabsichtigt weichelastisch ausgebildet sind, also einen niedrigen E-modul haben. Dadurch soll eine Neigung zur Rissbildung in der Aussenschicht infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnung bezüglich der Armierung vermieden werden. Diese Mörtel und ihre Armierungen sind insbesondere für Oberbeschichtungen von Hartschaumplatten in Aussendämmsystemen bestimmt, jedoch für tragfähige oder stärkeren mechanischen Beanspruchungen ausgesetzte Beschichtungen, z.B. für solche zur Rissüberbrückung an tragenden Betonbauten, kaum geeignet. [0003] Eine Weiterbildung einer solchen Armierung und das Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung gehen aus der EP 0 732 464 hervor. Das dort gezeigte Armierungsnetz besteht aus einem Gewebe oder Geflecht aus Fasersträngen. Die Faserbündel sind für das Eindringen von fliessfähigem oder pastösem Material, das später aushärtet, mindestens teilweise offen ausgebildet. Die einzelnen Fasern der Stränge werden dadurch ins Material eingebettet und eingeschlossen. Die Maschenweite wird mit ca. 12mm angegeben und die Reissfestigkeit mit mindestens 20 kN/m, mit einer Reissdehnung von höchstens 5%. Als Fasern, die hohe Zugkräfte aufnehmen können, eignen sich vorallem Kohlefasern. Die Kosten solcher Kohlefasern sind aber sehr hoch und liegen bei ca. CHF 30.- pro kg. Glas- oder Polyesterfasern kosten hingegen bloss etwa CHF 1.50 pro kg und sind daher um den Faktor 20 billiger.

[0004] Es sind Hybrid-Gitter bekannt, welche Kohlenstoff-Fasern in einer ersten Richtung aufweisen, und in der Querrichtung dazu Aramidfasern. Die Aramidfasem sind allerdings sogar noch teurer als die Kohlefasern, etwa doppelt so teuer, und deshalb laufen solche Hybrid-Gitter dem Bestreben zuwider, mit möglichst tiefen Kosten möglichst starke Armierungen zu erzielen, und dabei Kohlefasern nur so einzusetzen, dass diese auch wirklich in einer auf Zug belasteten Richtung zum Einsatz kommen.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist deshalb die Schaffung einer Bewehrungsmatte für eine armierte Mörtel- oder Spritzmörtelschicht auf einer Unterlage sowie ein Verfahren zu deren Einbau anzugeben, wobei diese Bewehrungsmatte für die Aufnahme grosser Zugkräfte in einer bestimmten Richtung für eine starke Bewehrung geeignet sein soll und gleichzeitig einen entscheidenden Kostenvorteil gegenüber bekannten Bewehrungsnetzen bieten soll. Ausserdem soll diese Bewehrungsmatte in einer speziellen Ausführung gegen alkalische Bestandteile der Ausgleichsschicht oder Deckschicht, insbesondere gegenüber im Zement enthaltenem Ca₃AI₂ besonders widerstandfähig und somit lange haltbar sein. Trotzdem soll diese Bewehrungsmatte vor Ort auf der Baustelle einfach appliziert und verbaut werden können. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine nach dem Verfahren erstellte armierte Mörtel-Beschichtung mit Endverankerung in festem Untergrund anzugeben.

[0006] Diese Aufgabe wird gelöst von einer Bewehrungsmatte für eine armierte Mörtel- oder Spritzmörtelschicht auf einer Unterlage, die sich dadurch auszeichnet, dass die Bewehrungsmatte einzig in einer ausgezeichneten Richtung verlaufende Kohlefasern einschliesst, die zusammen mit Polyester- oder Glasfasern, die in einer oder mehreren anderen Richtungen verlaufen, ein Gewebe, ein Gelege oder ein Gewirk bilden, welches eine Maschengrösse von wenigstens 10mm aufweist, wobei die eingesetzten Kohlefasern je ein Zug-E- Modul von mehr als 200 Giga-Pascal aufweisen.

[0007] Die Aufgabe wird weiter gelöst von einem Verfahren zum Einbau einer Bewehrungsmatte nach Anspruch 1 bis 8 zur Erstellung einer armierten Mörteloder Spritzmörtelschicht auf einer Unterlage aus vorwiegend Beton, mit folgenden Verfah renssch ritten :

a) Aufrauen der Oberfläche,

b) Aufbringen einer Ausgleichsschicht aus zementösem Mörtel auf die raue Oberfläche,

c) Befestigung der Bewehrungsmatte durch Eindrücken derselben in die nasse, noch nicht abgebundene Ausgleichsschicht,

d) Aufbringen einer Deckschicht aus dem identischen zementösen Mörtel in die nasse, noch nicht abgebundene, armierte Ausgleichsschicht.

[0008] Schliesslich wird die Aufgabe gelöst von einer armierten Mörtelbeschichtung, erstellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 14, die sich dadurch auszeichnet, dass ihre Bewehrungsmatte mindestens auf einer Seite ihrer Zugbelastung mittels eines im Untergrund mittels Dübeln verankerten korrosionsbeständigen Profils gesichert ist, welches Profil mindestens einmal von der Bewehrungsmatte umwickelt ist.

[0009] In den Zeichnungen wird die Bewehrungsmatte in verschiedenen Ausführungen dargestellt und nachfolgend wird ihr Aufbau und ihr Einbau zum Erstellen einer armierten Mörtel- oder Spritzmörtelschicht beschrieben und erklärt. Es zeigt:

Figur 1 : Eine Bewehrungsmatte als Gewebe mit einzig in einer ausgezeichneten Richtung verlaufenden Kohlefasem;

Figur 2: Eine Bewehrungsmatte als Gelege mit einzig in einer ausgezeichneten Richtung verlaufenden Kohlefasern;

Figur 3: Eine Bewehrungsmatte als Gewirk mit einzig in einer ausgezeichneten Richtung verlaufenden Kohlefasern;

Figur 4: Eine Bewehrungsmatte gerollt für die Lagerung und den Transport;

Figur 5: Eine armierte Spritzmörtelschicht auf einer in Perspektive dargestellten Wand, in einem Querschnitt darstellt;

Figur 6: Eine Endverankerung mittels Endverankerungs-Profil;

Figur 7: Eine Endverankerung der Bewehrungsmatte mittels

Endverankerungs-Profil in einer Gebäudeecke.

[0010] In Figur 1 ist in einer ersten Variante gezeigt, wie diese Bewehrungsmatte 11 ausgeführt sein kann. Es handelt sich um ein Gewebe. Die Kettfäden 1 bestehen aus„endlosen" Kohlefasern, während in diese hinein beim Herstellen des Gewebes die Schussfäden 2 in Querrichtung eingetragen werden, in Form von kostengünstigen Glasfasern oder Polyesterfasern. Das Gewebe kann zu einer Rolle aufgerollt werden und die Karbon- oder Kohlefasern verlaufen dann stets nur in einer ausgezeichneten Richtung, nämlich in der Abrollrichtung, während die das Gewebe stabilisierenden billigen Fasern quer zur Abrollrichtung einer solchen Geweberolle verlaufen. Damit werden die teuren Kohlefasern im Vergleich zu herkömmlichen Bewehrungsmatten einzig in einer ausgezeichneten Richtung verlaufend eingesetzt, nämlich in der Richtung, in welcher das Gewebe später effektiv auf Zug beansprucht wird. In allen anderen Richtungen kommen bloss weit billigere Stabilisierungsfasern zum Einsatz.

[0011] Die Kohlefasern sind ja hoch zugfest und bieten Zug-E-Module von 230 bis 240 Giga-Pascal. Bei diesen Fasern spricht man von sogenannten Rovingen. Es sind Faserbündel oder Faserstränge von endlosen, unverdrehten, gestreckten Fasern (Filamente). Werden Einzelfilamente aus Glas, Aramid oder Kohlenstoff ohne Drehung zusammengefasst, spricht man zuerst von einem glatten Filamentgarn, und ab einer gewissen Stärke (Feinheit > 68 tex) von einem Roving. Solche Rovings werden nach ihrer Filamentanzahl oder ihrem Längengewicht (Tex-Zahl) bezeichnet. Bei der Filament-Bezeichnung wird die Anzahl in vollen 1000 Filamenten (1k) angegeben. Übliche Lieferformen sind: 1k (1000 Filamente), und ebenfalls 3k, 6k, 12k und 24k Filamente. Die Tex-Zahl hat die Einheit g/km. Sie hängt von der Dichte des verwendeten Materials ab. Ein 12k Kohlenstofffaser- Roving hat ein Längengewicht von etwa 800 tex. Übliche solche 800er-Rovinge wiegen daher 800 Gramm pro Kilometer oder 0.8 Gramm pro Laufmeter. Aus zwei 800er-Rovingen entsteht ein 1600er-Roving mit dann 1.6 Gramm pro Laufmeter etc. Für übliche Spritzmörtelbewehrungen bringt man ca. 200 Gramm Kohlefasern pro m² ein. Das ergibt dann beim Einsatz eines Doppelfadens aus 2 x 1600- Rovingen entsprechend 2 x 1.6 Gramm pro Laufmeter = 3.2 Gramm pro Laufmeter. Daher: 200 gr./m² geteilt durch 3.2 gr./m = 62,5 Abschnittstücke/m, was also auf einen Meter einen Abstand von Roving zu Roving von 1.6cm als Maschenweite ergibt, denn 1.6cm x 62.5 = 100cm.

[0012] Die im Schuss verlegten eingewobenen Glas- oder Polyesterfasern können dabei abwechslungsweise die mit ca. 1.6cm beabstandeten Kettfasern 1 aus Kohlefasern überfahren und unterfahren, oder auch jeweils zwei oder mehr Kettfäden 1 überfahren und hernach wieder zwei oder mehr Kettfäden 1 unterfahren, um ihre Biegung zu minimieren. Der nächstfolgende Schussfaden 2, also die nächstfolgende parallel verlaufende Faser kann gleichfalls zwei oder mehr Kettfäden 1 aus Kohlefaser im Schuss unterfahren und hernach wieder die gleiche Zahl von Kettfasern 1 überfahren. Die Wechsel von Überfahren zu Unterfahren der Kettfäden 1 können von Schuss zu Schuss versetzt sein, um die Stabilität des Gewebes zu erhöhen. Das Gewebe wird hernach beschichtet, wie später noch beschrieben wird. Hauptvorteil einer solchen Bewehrungsmatte 11 ist, dass die Zug-arm ierenden Kohlefasern ausschliesslich in der hierfür nötigen Richtung verlaufen, nämlich in Richtung der Kettfäden 1 des Gewebes, und in anderen Richtungen, die am Bauwerk nicht auf Zug beansprucht werden, komplett eingespart werden. Bei gleichen Kosten für die Kohlefasern können somit doppelt soviele Kohlefasern in Zug-Armierungsrichtung eingesetzt werden, das heisst im Vergleich zu einer Bewehrungsmatte 11, bei welcher wie herkömmlich praktiziert alle Fasern aus Kohlefasern bestehen, können glatt die Hälfte derselben eingespart werden und durch billige Polyester- oder Glasfasern ersetzt werden, welche für die Beanspruchung in Querrichtung zur Zug-Armierung völlig ausreichend sind. Sie haben nur die Funktion, die Kohlefasern bis zum Einbau und der Aushärtung des Mörtels in ihrer Lage festzuhalten.

[0013] Die Figur 2 zeigt eine Bewehrungsmatte 11 in Form eines Geleges mit einzig in einer ausgezeichneten Richtung verlaufenden Kohlefasern 3. Hier werden also auf einer Reihe von parallel verlegten Kohlefasern 3 quer zu denselben verlaufend die Glas- oder Polyesterfäden oder -fasern 4 aufgelegt - daher der Begriff „Gelege" - und aufkaschiert. Die Glas- oder Polyesterfasern 4 dienen einzig für das Halten der Kohlfasem 3 an Ort und Stelle innerhalb des Geleges für die spätere Zug-Armierung. Es wird der gleiche Effekt für die Zugarmierung erzielt wie mit einem Gewebe. Auch ein solches Gelege, bei welchem die Kreuzungspunkte 5 von Kohlefasern 3 und Kunststoff-Fasern 4 verklebt werden, kann hernach beschichtet werden, wie das noch beschrieben wird.

[0014] Die Figur 3 zeigt schliesslich eine Bewehrungsmatte 11 in Form eines Gewirkes 6 als Träger für die Zug-armierenden Kohlefasem 3, die dann einzig in einer ausgezeichneten Richtung verlaufen. Ein solches Gewirk 6 ist in Mattenform erhältlich und weist unregelmässig grosse Leerräume oder Durchgänge von wenigen bis einigen Millimetern Grosse auf. Die einzelnen Kohlefaser-Abschnitte 3 können parallel zueinander verlaufend auf ein solches Gewirk 6 aufgelegt und aufkaschiert werden, oder aber parallel zueinander verlaufend durch das flach liegende Gewirk 6 gesteckt werden, sodass sie darin durch Reibkraft in ihrer Lage festgehalten sind. Das Gewirk 6 dient also bloss zum Festhalten der Zugarmierenden Kohlefaser-Abschnitte 3, bis diese Bewehrungsmatte 11 im aushärtenden Mörtel verbaut ist.

[0015] Wie die Figur 4 zeigt, kann eine solchermassen hergestellte Bewehrungsmatte 11 um die Verlaufachse der in ihr enthaltenen, parallel zueinander verlaufenden Schussfäden 2, das heisst der Kunststoff-Fasern, gerollt werden. Damit können aso die quer dazu verlaufenden Kohlefasern 3 bzw. die Kettfäden 1 praktisch endlos aufgerollt werden und somit können fast beliebig lange Bewehrungsmatten 11 mit den Zug-armierenden Kohlefasern 3 in ihrer Längsrichtung verlaufend hergestellt werden. Diese Rollen 8 bieten den Vorteil, dass sie kompakt gelagert und transportiert werden können.

[0016] Die Figur 5 zeigt eine Spritzmörtelschicht an einer Wand 7, die in Perspektive dargestellt ist, wobei ihr Aufbau vorne im Bild in einem Querschnitt gezeigt ist, und wobei diese Spritzmörtelschicht mit einer erfindungsgemässen Bewehrungsmatte 11 armiert ist. Zum Einbau der Bewehrungsmatte 11 wird zunächst die auszurüstende Unterlage 9, die vorwiegend aus Beton besteht, mittels einer Sandstrahlung, mittels Wasserstrahl-Bearbeitung oder mittels Anfräsung aufgeraut. Hernach erfolgt das Aufbringen einer Ausgleichsschicht 10 aus zementösem Mörtel auf diese aufgeraute Oberfläche. Je nach Bedarf kann ein Kunststoff-vergüteter zementöser Mörtel eingesetzt werden. Das Aufbringen dieser Ausgleichsschicht 10 von 0.5cm bis 1cm Stärke kann im Nass- oder Trocken-Spritzverfahren erfolgen, oder der Mörtel wird manuell oder maschinell aufgetragen. Im Nass-Spritzverfahren wird der nasse Mörtel mittels einer Pumpe in einem Schlauch zu einer Düse gepumpt, wo unter Zugabe von Druckluft der Mörtel beschleunigt und aufgespritzt wird. Beim Trockenspritzverfahren hingegen wird der Mörtel trocken und pulverförmig bis zur Düse gepumpt, wo dann Druckwasser zugegeben wird, und der Mörtel vom Wasserstrahl erfasst mit hoher Geschwindigkeit auf die zu beschichtende Fläche gespritzt wird, was vor allem im Tunnelbau zum Einsatz kommt. Jedenfalls solange die aufgebrachte Ausgleichsschicht 10 noch nass ist, das heisst noch nicht ausgehärtet und somit weich ist, wird die Bewehrungsmatte 11 , hier mit horizontal verlaufenden Kohlefasern 3, in diese Ausgleichsschicht hineingedrückt, wodurch sie darin sicher gehalten ist. Hernach wird durch wiederum manuelles Aufbringen oder maschinelles Aufspritzen von identischem zementösen Mörtel auf die immer noch nasse, noch nicht abgebundene armierte Ausgleichsschicht 10 die Deckschicht 12 erzeugt. Insgesamt beträgt dann die Gesamtstärke einer solchermassen erstellten Spritzmörtelschicht aus Ausgleichschicht 10 und Deckschicht 12 ca. 0.5cm - 3.0cm. Optional kann die Bewehrungsmatte 11 zusätzlich mittels Haltenägeln 13 mechanisch an der Unterlage 9 befestigt werden, wenn sie in die Ausgleichsschicht 10 verlegt wird. Das Setzen der Haltenägel 13 erfolgt vorteilhaft pneumatisch, mit Hilfe einer Druckluftanlage.

[0017] Die eingesetzten Kohlefasern 3 können offene Kohlefaserbündel sein, sodass deren Faserzwischenräume und Kapillaren also nicht durch Bindemittel oder Klebstoffe ausgefüllt werden oder versperrt sind. Infolgedessen kann die fliessfähige oder pastöse Beschichtungsmasse, das heisst im Normalfall der Beton oder kunststoffvergütete Mörtel in die Faserzwischenräume eindringen und nach dem Aushärten mit dem Fasergefüge eine Mikroverzahnung bilden, d.h. einen hochwirksamen Formschluss erzeugen. Ausserdem ergibt sich schon bei einigermassen geeigneter Materialauswahl zwischen Beschichtungsmasse und Faseroberfläche eine beachtliche Stoffschlusshaftung, etwa durch Beschichtung oder Imprägnierung der Fasern, insbesondere mit einem wasserlöslichen Haftvermittler auf Polymerbasis. Der Haftvermittler wird in seiner Zusammensetzung zweckmässig so gewählt, dass er gleichzeitig eine Verstärkung der Kapillarwirkung bewirkt und damit das Eindringen der Beschichtungsmasse in die Faserzwischenräume unterstützt.

[0018] Ausreichend grosse Lücken oder Durchtrittsflächen in der Armierung sind für die Bildung einer unmittelbaren, stoffschlüssigen Verbindung zwischen Ausgleichschicht und Deckschicht wesentlich. Durch die Beton-Betonbindung im Maschenbereich und durch die Beton-Faserbündelbindung werden hohe Schubspannungen infolge Sehwindung und thermischer Dehnung sicher übertragen und damit Rissbildungen in der Oberfläche auch unter schwierigen Bedingungen vermieden. Mit der Armierungs- bzw. Bewehrungsmatte mit einer Reissfestigkeit von mindestens 20 kN/m und einer Reissdehnung von höchstens 5% kann die Gesamtbeschichtung auch beachtliche statische Funktionen übernehmen.

[0019] Das Fasermaterial der Bewehrungsmatte kann gegen den Angriff durch aggressive, insbesondere alkalische Bestandteile der Ausgleichsschicht oder Deckschicht geschützt werden, insbesondere gegen im Zement enthaltenen Ca₃A^_. Eine solche Bewehrungsmatte, egal ob es sich um ein Gewebe, ein Gelege oder ein Gewirk handelt, kann hierzu mit einer speziellen Beschichtung ausgerüstet werden. Hierfür eignet sich besonders Styrol-Butadien-Kautschuk SBR, wobei diese Abkürzung von der englischen Bezeichnung„Styrene Butadiene Rubber" abgeleitet ist. Es handelt sich um ein Copolymer aus 1 ,3-Butadien und Styrol. SBR enthält üblicherweise 23,5% Styrol und 76,5% Butadien. Bei höherem Styrolgehalt wird der Kautschuk thermoplastisch, bleibt aber vernetzbar. Wird die Bewehrungsmatte in einem SBR-Bad getränkt, so werden alle Fasern innig von diesem latexartigen synthetischen Gummi umschlossen und sind keinerlei Chemikalien mehr ausgesetzt, welche im Zement vorkommen. Die verbauten Bewehrungsmatten sind somit unbeschränkt haltbar. Ausserdem ist es sehr vorteilhaft, wenn im Zuge der Beschichtung dieselbe nach dem Verlassen des Bades mit einem amorphen Silikat (Flugasche) bestreut wird, oder dem Bad gleich solche Flugasche beigemischt wird, damit sich beim Einbau der überschüssige Kalk Ca des Kalkmörtels mit dem SiO₂ der Flugasche zu einem Kalziumsilikat- Hydrat verbindet und so eine erhöhte Haftung im Mörtel durch eine entstehende effektive Verzahnung entsteht.

[0020] In der praktischen Anwendung wird auf die vorbereitende Ausgleichsschicht 10 eine solche Bewehrungsmatte 11 ab Rolle in Form eines Geflechts oder Gewebes oder Gewirkes abgerollt, und zwar - und das ist sehr wichtig - mit in den Kohlefasern 3 in jener Richtung verlaufend, in welcher die Spritzmörtelschicht auf Zug beansprucht wird. Der zum Einsatz kommende Spritzmörtel kann für den harten Traggrund Beton geeignet sein, oder andererseits kann Putzmörtel für weiche Traggründe wie Mauerwerk aus Backsteinen, Kalksandstein, resp. historische Bausubstanz eingesetzt werden. Bewehrungsmatten der erfindungsgemässen Art haben eine hohe Zugfestigkeit, sind jedoch einfach und arbeitssparend zuzuschneiden, zu verlegen und zu befestigen. Sie sind hinsichtlich der Untergrundform anpassungsfähig und können an Kanten und Ecken sogar schadlos geknickt werden. Nach dem Anbringen der Bewehrungsmatte 11 wird eine Deckschicht 12 aufgebracht, die ebenfalls aus Spritzmörtel oder Putzmörtel besteht und in entsprechender Weise wie die Ausgleichsschicht aufgetragen werden kann. Im Beispiel bildet die Deckschicht 12 den äusseren Abschluss der Beschichtung. Gegebenenfalls kann aber ohne Weiteres eine weitere Schicht mit Bewehrungsmatten ausgerüstet werden, oder sogar eine Mehrzahl derselben kann vorgesehen werden, etwa mit bestimmter Schutzfunktion. Die Deckschicht weist in der Praxis oftmals eine Dicke zwischen 5 und 30mm auf.

[0021] Üblicher Spritzmörtel weist eine Zugfestigkeit von mehr als 1N/mm² auf. Wird zum Beispiel eine Bewehrungsmatte von 1000mm Breite über eine Bandbreite von 100mm mit Spritzmörtel überspritzt, so ergibt das eine Einbettungsfläche von 1000mm x 100mm und entsprechend nimmt diese Einbettung Zugkräfte von mehr als 1000 x 100 = 10⁵ N auf. Die hier vorgestellten Bewehrungsmatten können endseitig auf verschiedene Weise verankert werden. Bei einigen Applikationen werden die Bewehrungsmatten um ein Objekt gewickelt, etwa um eine Säule, oder sie werden um Ecken verlegt. Auf ebenen Flächen wird für die Verankerung eine hinreichende Überlappung mit einer festen Unterlage ausgeführt, sodass die Bewehrungsmatte über eine hinreichende Fläche im Spritzmörtel eingebettet ist. Eine herkömmliche Bewehrungsmatte, welche Kohlefasern in Querrichtung aufweist, muss im Minimum über 65cm mit dem festen Untergrund überlappt werden (ohne Sicherheitswerte), das heisst mit Sicherheitswerten ca. 100cm, damit die Kräfte in den Mörtel übertragen werden können. Da Gitterbahnen in Breiten von 1.5 - 4 m hergestellt werden, ist diese Überlappung sehr hoch und bedeutet grosse Materialverluste. Gerade diese oft nötigen grossen Überlappungen zeigen auf, dass dann die Kohlefasern, die quer zur Zugrichtung eingebettet werden, funktionell verloren gehen und trotzdem viel Geld kosten. Hier bringt die vorgestellte Bewehrungsmatte mit unidirektionalen ausschliesslich in die spätere Zugkraftrichtung verlaufenden Kohlefasern eine grosse Einsparung. Oftmals werden mehrere Lagen von Bewehrungsmatten verlegt, die je endseitig zu einer Überlappung mit dem festen Untergrund gebracht werden, sodass sich die Einsparung sogar multipliziert.

[0022] Um die endseitige Verankerung zu verstärken, wenn etwa der Platz für eine grossflächige endseitige Einbettung fehlt, können spezielle Verankerungselemente verlegt werden. Eine solche Endverankerung ist in Figur 6 in einem Querschnitt dargestellt. Diese besteht aus einem Profil 8, welches in die Spritzmörtelschicht 10 eingebettet wird, nachdem dieses Profil 8 von der Bewehrungsmatte 11 ein oder mehrmals umwickelt wurde. Am besten eignet sich ein Profil 8 aus korrosionsbeständigem Material, etwa aus einem Komposit- Material oder aus Aluminium und von ca. 8mm Stärke und 40mm Breite, welches dann in handliche Abschnitte beliebiger Länge zugeschnitten und verlegt werden kann. Die Kanten dieser Profile 8 sollten einen Radius von 2mm nicht unterschreiten, damit die Kohlefasern 3 nicht allzu sehr umgebogen werden. In der Praxis wird zunächst eine Schicht Spritzmörtel 10 auf die Unterlage 9, das heisst auf den Traggrund aufgetragen und die Bewehrungsmatte 11 wird auf den noch weichen, feuchten Spritzmörtel 10 aufgebracht und fixiert, wo nötig mit Nägeln 13. Hernach wird das Profil 8 in den Endabschnitt der Bewehrungsmatte 11 eingerollt und die Matte wird hernach gespannt. Das Profil 8 weist Löcher 15 auf, durch die dann ein Betondübel 14 in die Unterlage 9 gesetzt wird, um das Profil 8 fest mit dem Traggrund zu verankern, unter Spannen der Bewehrungsmatte 11. Hernach wird das umwickelte Profil 8 komplett mit Spritzmörtel 10 überspritzt, sodass es dann fest in demselben eingebettet ist, zusätzlich zu seiner mechanischen Verankerung in der Unterlage 9.

[0023] Mit Standard-Spritzmörtelplatten von 60cm x 60cm Grosse und 10cm Stärke wurden Belastungsproben durchgeführt, um einen Vergleich mit einer Stahlarmierung anzustellen. Die Spritzmörtelplatten wurden in Holzrahmen hergestellt. Nach Auffüllen mit Spritzmörtel auf eine Höhe von 5cm wurde ein Armierungsnetz aus Stahldrähten mit 0 6mm und einer Maschenweite von 150mm eingelegt und hernach mit weiteren 5cm Spritzmörtelschicht überspritzt. Einer zweiten solchen Spritzmörtelplatte wurde nach Auffüllen von 2cm Spritzmörtel eine Bewehrungsmatte mit einem Fasergewicht von 200g/m und einer Zugfestigkeit (Bruch) von 4300 N/mm² eingelegt, und hernach wurde diese überspritzt bis zu einer Dicke der Spritzmörtelplatte von 8cm. In eine dritte Spritzmörtelplatte wurde nach Auffüllen von 2cm Spritzmörtel eine Bewehrungsmatte mit einem Fasergewicht von 200g/m und einer Zugfestigkeit (Bruch) von 4300 N/mm² eingelegt, und hernach wieder diese mit 2cm überspritzt und dann abermals eine solche Bewehrungsmatte eingelegt, und diese dann mit weiteren 4cm bis zu einer Dicke der Spritzmörtelplatte von 8cm überspritzt. Diese drei Prüflinge wurden 28 Tage trockengelagert. Dann wurde ihr Arbeitsvermögen gemessen, das heisst das Integral über die Durchbiegung bei zunehmender Belastung bis zum Bruch (Kraft mal Weg). Die Stahlarmierung erbrachte 800 Joule, die Variante mit einer einzigen Bewehrungsmatte 626 Joule, und jene mit zwei Bewehrungsmatten 1064 Joule. Allerdings ist die Verankerung der Bewehrungsnetze in diesen Spritzmörtelplatten wegen ihrer kleinen Ausdehnung zu gering. In einem Tunnelgewölbe zum Beispiel beträgt die Verankerungsfläche ein Vielfaches. Unter solchen Bedingungen darf mit einer einzigen Bewehrungsmatte ein Arbeitsvolumen von 1000 bis 1200 Joule erwartet werden, jedenfalls wesentlich mehr als mit einer Stahlarmierung mit einem Gitter von 0 6mm Stählen und einer Maschenweite von 150mm! Dazu kommt aber, dass eine solche Bewehrungsmatte sehr viel leichter ist und sehr viel einfacher zu verlegen ist als ein Stahl-Armierungsnetz. Ausserdem ist die Haltbarkeit der Bewehrungsmatte im Spritzmörtel praktisch unbeschränkt, vor allem wenn sie SBR-beschichtet ist, im Gegensatz zu einer Stahlarmierung, wo Korrosion immer ein Thema ist.

[0024] Es ist ein Grundsatz des Bauwesens, dass Bauwerke von innen nach aussen weicher werden sollen. Entsprechend ist auf einem weichen Traggrund (Mauerwerk) ein harter Spritzmörtel nicht erwünscht. Der Spritzmörtel dient dazu, die Kräfte aus der Kohlefaserarmierung in den Traggrund einzuleiten. Die Einleitung der Kräfte in den Traggrund ist aber nur möglich, wenn die Zugfestigkeit des Traggrundes genügend stark ist. Konkret ist die Zugfestigkeit des Traggrundes massgebend dafür, wieviel Zugkäfte eingeleitet werden können, denn die Zugkräfte des Spritzmörtels und der Anschlussfuge sind im Normalfall immer höher als jene des Traggrundes. Entsprechend wird der Spritzmörtel auf die Qualität des Traggrundes abgestimmt. Die Zugfestigkeit von Beton, ermittelt mit einem Haftzuggerät, beträgt üblicherweise 1.2 - 5.0 N/mm². Und der Zugelastizitätsmodul eines Betons liegt üblicherweise zwischen 20 - 35 GPa. Auf diesen harten Traggrund wird entsprechend ein Spritzmörtel auf Zementbasis allenfalls modifiziert mit Kunststofffasern oder/und anderen Zusätzen verwendet. Der Spritzmörtel weist im erhärteten Zustand folgende Qualitätsmerkmale auf: Zugfestigkeit 3 - 10 N/mm², Zugelastizitätsmodul 20 - 30 GPa.

[0025] Die Zugfestigkeit des Mauerwerks, ermittelt mit einem Haftzuggerät, ist andrerseits üblicherweise > 0.3 - 1.0 N/mm². Auf diesen weichen Traggrund wird entsprechend ein Spritzmörtel auf Zement- oder Kalkbasis mit entsprechenden Zusätzen verwendet. Dieser Spritzmörtel weist im erhärteten Zustand folgende Qualitätsmerkmale auf: Zugfestigkeit 1 - 5 N/mm², Zugelastizitätsmodul 8 - 20 GPa. Besonders sensibel muss mit historischem Mauerwerk umgegangen werden. Solches hat meistens eine Zugfestigkeit von bloss etwas mehr als 0.3 N/mm2. Auf einen solchen weichen Traggrund wird entsprechend ein Spritzmörtel auf der Basis von hydraulischem Kalk mit entsprechenden Zusätzen verwendet. Dieser Spritzmörtel weist im erhärteten Zustand folgende Qualitätsmerkmale auf: Zugfestigkeit 0.5 - 3 N/mm², Zugelastizitätsmodul 2 - 15 GPa.

[0026] Es ist von ausschlaggebender Bedeutung, dass die Kohlefaser- Armierungen, welche aussen oder innen auf ein bestehendes Mauerwerk mit einem Spritzmörtel appliziert werden, im benachbarten Bauteil verankert werden. Speziell bei seismischer Nachverstärkung werden Zugkräfte auch in Vertikalrichtung anfallen. Unter Erdbebeneinwirkung hebt sich das Bauwerk ab und dadurch kann bei zusätzlicher horizontaler Lasteinwirkung das Bauwerk frühzeitig versagen. Ein Mauerwerk, welches zwischen zwei Betonplatten (Bodenplatte sowie Decke) resp. zwischen Bodenplatte oder Fundament und einer Holzdecke liegt, wird mit dem Verankerungselement in den Anschlussbauteilen verankert. Die Figur 7 zeigt, wie so eine Verankerung realisiert wird, anhand einer Gebäudeecke, von oben im Grundriss gesehen. Das Verankerungselement in Form eines Profils 8 aus Aluminium oder Kompositmaterial wird in den Randbereich der Bewehrungsmatte 11 eingewickelt und hernach mit dem festen Untergrund 9, sei das Beton, Holz oder Stahl, mit starken Dübeln 14 oder Schrauben verankert. Diese Verdübelung leitet einzig durch den zusätzlichen Anpressdruck Kräfte ein. In dieser Weise kann über die ganze Breite des Kohlefasergitters ein solches Verankerungselement, vorzugsweise ein gelochtes Aluminiumprofil, mittels Verankerungsschrauben 14 in den Beton, in das Holz oder den Stahl appliziert werden. Die Bewehrungsmatte 11 wird in den nassen Spritzmörtel 10 eingearbeitet. Im nassen Zustand wird das Verankerungselement, nämlich das Profil 8 appliziert, und der Spritzmörtel 10 somit mit Druck gegen die Bewehrungsmatte 11 verankert. Danach wird das Verstärkungselement nass in nass mit dem identischen Spritzmörtel 10 zugedeckt. Es versteht sich, dass solche Bewehrungsmatten 11 auch kreuzweise übereinanderliegend verlegt und mit Spritzmörtel 10 überdeckt werden können, um Zugkräfte beliebiger Richtung in das Gebäude oder den Untergrund 9 einzuleiten.

Claims

Patentansprüche

1. Bewehrungsmatte (11) für eine armierte Mörtel- oder Spritzmörtelschicht auf einer Unterlage (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungsmatte (11) einzig in einer ausgezeichneten Richtung verlaufende Kohlefasern (3) einschliesst, die zusammen mit Polyester- oder Glasfasern (4), die in einer oder mehreren anderen Richtungen verlaufen, ein Gewebe, ein Gelege oder ein Gewirk bilden, welches eine Maschengrösse von wenigstens 10mm aufweist, wobei die eingesetzten Kohlefasern (3) je ein Zug-E-Modul von mehr als 200 Giga-Pascal aufweisen.

2. Bewehrungsmatte (11) für eine armierte Mörtel- oder Spritzmörtelschicht auf einer Unterlage (9) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungsmatte (11) als Gewebe ausgeführt ist, mit den einzig in einer ausgezeichneten Richtung verlaufenden Kohlefasern (3) als Kettfäden (1), wobei die Schussfäden (2) aus Polyester- oder Glasfasern (4) bestehen.

3. Bewehrungsmatte (11) für eine armierte Mörtel- oder Spritzmörtelschicht auf einer Unterlage (9) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungsmatte (11) als Gelege ausgeführt ist, mit den in einer einzigen ausgezeichneten Richtung verlaufenden Kohlefasem (3) auf die in anderen Richtungen verlaufende Polyester- oder Glasfasern (4) aufgelegt und mit denselben durch Aufkaschieren verbunden.

4. Bewehrungsmatte (11) für eine armierte Mörtel- oder Spritzmörtelschicht auf einer Unterlage (9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungsmatte (11) als Gewirk (6) ausgeführt ist, mit den in einer einzigen ausgezeichneten Richtung verlaufenden Kohlefasern (3) auf ein Gewirk (6) aus Polyester- oder Glasfasern (4) aufkaschiert oder in dieses Gewirk (6) eingesteckt.

5. Bewehrungsmatte (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelege oder Gewebe eine Maschenweite zwischen 0.5cm und 5.0cm aufweist, mit quadratischen oder rechteckförmigen Maschen-Freiräumen .

6. Bewehrungsmatte (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des Geleges, Gewebes oder Gewirks eine wasserlösliche Haftvermittlungsbeschichtung auf Polymerbasis aufweisen.

7. Bewehrungsmatte (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des Geleges, Gewebes oder Gewirks mit einer latexartigen Beschichtung aus Styrol-Butadien-Kautschuk SBR ausgerüstet sind, welche mit einem amorphen Silikat (Flugasche) versetzt ist.

8. Bewehrungsmatte (11) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Bewehrungsmatte (11) in der ausgezeichneten Richtung der enthaltenen Kohlefasem (3) eine Zugkraft von minimal 20 kN/m und maximal 800 kN/m aufweist, und eine Bruchdehnung von höchstens 2%.

9. Verfahren zum Einbau einer Bewehrungsmatte (11) nach Anspruch 1 bis 8 zur Erstellung einer armierten Mörtel- oder Spritzmörtelschicht auf einer Unterlage (9) aus vorwiegend Beton, mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Aufrauen der Oberfläche der Unterlage (9),

b) Aufbringen einer Ausgleichsschicht (10) aus zementösem Mörtel auf die raue Oberfläche der Unterlage (9),

c) Befestigung der Bewehrungsmatte (11) durch Eindrücken derselben in die nasse, noch nicht abgebundene Ausgleichsschicht (10), d) Aufbringen einer Deckschicht (12) aus dem identischen zementösen Mörtel in die nasse, noch nicht abgebundene, armierte Ausgleichsschicht (10).

10. Verfahren nach Anspruch 9 zum Einbau einer Bewehrungsmatte (11) nach Anspruch 1 bis 8 zur Erstellung einer armierten Mörtel- oder Spritzmörtelschicht auf einer Unterlage (9) aus vorwiegend Beton, mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Aufrauen der Oberfläche der Unterlage (9) durch Sandstrahlen, Wasserstrahl-Bearbeitung oder Anfräsen,

b) manuelles Aufbringen oder maschinelles Aufspritzen einer Ausgleichsschicht (10) aus zementösem Mörtel auf die raue Oberfläche der Unterlage (9) im Nass- oder Trockenspritzverfahren,

c) Befestigung der Bewehrungsmatte (11) durch Eindrücken derselben in die nasse, noch nicht abgebundene Ausgleichsschicht (10), d) Manuelles Aufbringen oder maschinelles Aufspritzen einer Deckschicht (12) aus dem identischen zementösen Mörtel im Nass- oder Trockenspritzverfahren in die nasse, noch nicht abgebundene, armierte Ausgleichsschicht (10).

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10 zum Einbau einer Bewehrungsmatte (11) nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass soviel zementöser Mörtel aufgebracht wird, dass die Gesamtstärke der Spritzmörtelschicht (Ausgleichschicht und Deckschicht) 0.5cm - 3.0 cm beträgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 zum Einbau einer Bewehrungsmatte (11) nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoff-vergüteter zementöser Mörtel als Ausgleichs- (10) und Deckschicht (12) aufgebracht wird, mit einer Gesamtstärke der Spritzmörtelschicht (Ausgleichschicht und Deckschicht) von 0.5cm - 3.0 cm.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12 zum Einbau einer Bewehrungsmatte (11) nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass unter c) die Bewehrungsmatte (11) zusätzlich mittels Haltenägeln (13) mechanisch an der Unterlage befestigt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13 zum Einbau einer Bewehrungsmatte (11) nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass unter c) die Bewehrungsmatte (11) endseitig um ein Verankerungsprofil in Form eines korrosionsbeständigen Profils (8) mit Kanten von minimal 2mm Radius gewickelt wird, welches mit der bereits aufgebrachten Spritzmörtelschicht und der Unterlage (9) verdübelt wird und hernach mit gleichem Spritzmörtel überspritzt wird.

15. Armierte Mörtelbeschichtung, erstellt nach dem Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Bewehrungsmatte (11) mindestens auf einer Seite ihrer Zugbelastung mittels eines im Untergrund (9) mittels Dübeln (14) verankerten korrosionsbeständigen Profils (8) gesichert ist, welches Profil (8) mindestens einmal von der Bewehrungsmatte (11) umwickelt ist.