-
Die Erfindung betrifft einen Kunststoffstrang, der mit Fasern verstärkt ist. Sie betrifft weiterhin seine Verwendung in Beton.
-
Solche Kunststoffstränge sind an sich bekannt. Sie werden z. B. als Halbzeug für die Herstellung Profilen und Bauteilen mit Faserverstärkung eingesetzt und haben einen Durchmesser von 0,8 mm bis 1,0 mm. Die Herstellung der Kunststoffstränge ist z. B. in der
DE 10 2009 004 357 A1 beschrieben.
-
Weiterhin sind faserverstärkte Kunststoffe bekannt, bei denen relativ kurze Fasern in einer Kunststoffmatrix mehr oder weniger gleichmäßig verteilt sind.
-
Beton ist als Baustoff weit verbreitet. Er weist eine hohe Druckfestigkeit auf, während die Zugfestigkeit eher gering ist. Um die Zugfestigkeit von Beton-Bauteilen zu erhöhen, ist es bekannt, den Beton mit Bewehrung vorwiegend aus Stahl zu versehen.
-
Weiter neigt Beton zur Bildung von Schwindrissen und unter Einwirkung von Hitze bei z. B. einem Brand zu Abplatzungen. Um diese Nachteile zu vermindern ist es bekannt, dem Beton Kunststofffasern oder so genannte Stahlfasern beizumischen.
-
Diese Kunststofffasern sind z. B. aus Polypropylen und weisen einen Durchmesser von 32 μm auf; sie werden in einer Menge von 0,7 bis 0,9 kg pro m3 Beton zugegeben. Nachteil der Kunststofffasern ist, dass sie eine relativ schlechte Haftung zu dem Beton aufweisen und daher ein nur schlechter Verbund vorhanden ist.
-
Die Stahlfasern sind vergleichsweise teuer und müssen in Mengen bis zu 30 kg/m3 zugegeben werden, was die Kosten weiter erhöht. Weiterhin hat Stahl ein relativ hohes spezifisches Gewicht, was zu einem höheren spezifischen Gewicht des mit den Stahlfasern vermischten Betons führt.
-
Die bekannten Kunststoffstränge weisen einen über ihre Länge im Wesentlichen konstanten, glatten Querschnitt auf. Wie bei den Kunststofffasern führt dies zu einem schlechten Verbund zwischen den Kunststoffsträngen und dem Werkstoff, in den sie eingebettet sind und dessen Eigenschaften sie verbessern sollen. Eine Zugfestigkeit des Betons kann daher mit den bekannten Fasersträngen nicht wesentlich erhöht werden.
-
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die bekannten Kunststoffstränge so zu. verbessern, dass ein Verbund zwischen den Kunststoffsträngen und einem Material, in das sie eingebettet werden, verstärkt ist.
-
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Fasern weisen die Länge des Kunststoffstrangs auf. Dies bewirkt eine hohe Zugfestigkeit des Kunststoffstrangs; beim Einsatz in z. B. gegossenen Bauteilen wie Beton wird deren Zugfestigkeit entsprechend verbessert.
-
Der Kunststoffstrang weist beabstandete radiale Ausbuchtungen auf; hierdurch wird eine formschlüssige Haftung zwischen dem Kunststoffstrang und dem Bauteil hergestellt, was die Zugfestigkeit des Bauteils insgesamt verbessert. Die Ausbuchtungen sind paarweise mit gleichmäßigem gegenseitigem Abstand angeordnet und erstrecken sich vorzugsweise in einer Ebene. Im Bereich der Ausbuchtungen ist der Kunststoffstrang gegenüber einem bekannten Strang ohne Ausbuchtungen abgeflacht.
-
Die Fasern verlaufen durch die Ausbuchtungen, was deren Festigkeit erhöht und so den Formschluss dauerhaft gewährleistet.
-
Die Fasern sind aus einem Material, das einerseits eine hohe Zugfestigkeit aufweist und andererseits beständig gegen z. B. Laugen ist. Beispiele für das Material der Fasern sind Glas, Aramid, Karbon, Basalt, Stahl und bestimmte Naturfasern.
-
Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
-
In einer bevorzugten Alternative sind die Fasern Glasfasern. Diese sind preiswert erhältlich und weisen eine hohe Zugfestigkeit auf.
-
In einer weiteren Alternative ist der Kunststoff Polypropylen. Dieses ist relativ leicht, gut zu verarbeiten und verbessert die Eigenschaften des Materials, in das es eingebunden wird.
-
In einer weiteren Alternative sind die Ausbuchtungen durch Verwendung von Druck und bei kaltem Kunststoffstrang durch gleichzeitige Einwirkung von Wärme erzeugt sind, wobei gleichzeitig Einbuchtungen entstehen. Auf diese Weise ist der erfindungsgemäße Kunststoffstrang besonders einfach herstellbar aus den bekannten Kunststoffsträngen – besonders unmittelbar nach deren Fertigung, die dann noch heiß sind. Die bekannten Kunststoffstränge weisen z. B. einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. Durch den Druck und gegebenenfalls die Wärme wird der Kunststoff lokal dauerhaft verformt, wobei sowohl der Kunststoff als auch die Fasern seitlich ausweichen und die Ausbuchtungen formen; gleichzeitig entstehen in Wirkrichtung des Drucks Einbuchtungen, die den formschlüssigen Verbund mit dem Teil weiter verbessern.
-
Der erfindungsgemäße Kunststoffstrang ist besonders als Zuschlagstoff oder als Bewehrung in Beton geeignet.
-
Bei einer Verwendung einer Vielzahl von Stücken des Kunststoffstrangs mit einer Länge von 20 mm bis 50 mm wird eine Schwindrissbildung des Betons zumindest wesentlich vermindert; eine Feuerfestigkeit wird erhöht.
-
In einer alternativen Ausbildung weist bei diesen Stücken mindestens eine der Einbuchtungen eine derart große Tiefe auf, dass der Kunststoff in einem schmalen Bereich quer zu einer Längsachse des Kunststoffstrangs verdrängt ist. Eine Breite des schmalen Bereichs beträgt maximal 2 mm. Diese tiefen Einbuchtungen bewirken, dass die Stücke hier leicht knickbar sind, ohne dass wegen der Fasern die Zugfestigkeit wesentlich verringert wird. Die Knicke bilden sich beim Schütten des Betons und erhöhen den Verbund zwischen den Stücken und dem Beton.
-
In einer alternativen Verwendung ist der Kunststoffstrang endlos, und eine Vielzahl der Kunststoffstränge ist zu einem Seil gedreht und/oder geflochten. Dieses Seil kann bei geringerem Gewicht wie eine konventionelle Bewehrung aus Stahl eingesetzt werden.
-
In einer Alternative ist das Seil an gekrümmten Stellen wärmebehandelt. Hierdurch sind die Krümmungen dauerhaft fixiert.
-
Die Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnung weiter erläutert. Es zeigen
-
1 einen Längsschnitt durch einen Kunststoffstrang,
-
2 einen Längsschnitt rechtwinklig zu dem der 1,
-
3 ein Seil (Ansicht und Querschnitt) aus einer Vielzahl der Kunststoffstränge und
-
4 einen Teil einer Bewehrung aus Seilen der 3.
-
Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist ein Kunststoffstrang 1 mit Fasern 2, hier Glasfasern, verstärkt. Die Fasern 2 sind im Wesentlichen längs zur Längserstreckung des Kunststoffstrangs 1 angeordnet. Ein Anteil der Fasern an dem Kunststoffstrang 1 beträgt 60 bis 90%, vorzugsweise 80%. Es ist nur ein Teil der Fasern 2 dargestellt. In der Draufsicht der 1 weist der Kunststoffstrang 1 beidseitig regelmäßig beabstandete Ausbuchtungen 3 auf. Diese sind paarweise so angeordnet, dass sich jedes Paar der Ausbuchtungen 3 spiegelsymmetrisch auf einer Senkrechten zu der Längsachse des Kunststoffstrangs 1 erstreckt. Die Ausbuchtungen 3 sind einstückig, das heißt homogen mit dem Kunststoffstrang gebildet.
-
Jede der Ausbuchtungen 3 ist in der Draufsicht in etwa halbkreisförmig und weist einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, wobei dessen Schmalseiten gerundet sein können. Das bedeutet, dass eine Außenkontur der Ausbuchtungen 3 längs des Halbkreises rund sein kann, wie aus dem Querschnitt A-A besonders deutlich wird. Durch jede der Ausbuchtungen 3 verläuft ein Teil der Fasern 2, so dass die Ausbuchtungen 3 verstärkt und formstabil sind.
-
Im Bereich der Ausbuchtungen 3 weist der Kunststoffstrang 1 weiterhin Einbuchtungen 4 auf, die senkrecht zu den Ausbuchtungen 3 gebildet sind.
-
Im Bereich der Einbuchtungen 4 und der Ausbuchtungen 3 ist ein Querschnitt des Kunststoffstrangs 1 im Wesentlichen rechteckig; im Übrigen ist der Querschnitt des Kunststoffstrangs 1 im Wesentlichen kreisförmig. Der kreisförmige Teil weist einen Durchmesser von 0,5 mm bis 3 mm, insbesondere 0,8 mm bis 1,0 mm auf; eine Dicke der Ausbuchtungen 3 und im Bereich der Einbuchtungen 4 entspricht in etwa der Hälfte des Durchmessers des kreisförmigen Teils; eine Tiefe der Einbuchtungen 4 entspricht hier also 25% des Durchmessers.
-
Der Kunststoffstrang 1 ist vorzugsweise endlos gefertigt, wobei ein Basismaterial Polypropylen (PP) ist, in das die endlosen Fasern 2 eingebettet sind.
-
Zur Herstellung wird zunächst der Kunststoffstrang
1 ohne die Ausbuchtungen
3 und Einbuchtungen
4 im Endlosverfahren gefertigt, wie es insbesondere in der
DE 10 2009 004 357 A1 beschrieben ist, deren Offenbarungsgehalt explizit in diese Beschreibung aufgenommen ist. Nach der Herstellung werden die Ausbuchtungen
3 und die Einbuchtungen
4 geformt. Dies erfolgt entweder direkt nach der Herstellung an dem noch heißen Kunststoffstrang
1 z. B. mittels Stempeln. Oder die Ausbuchtungen
3 und die Einbuchtungen
4 werden bei erkaltetem Kunststoffstrang durch örtlichen Einsatz von Wärme und Druck, z. B. mittels erwärmter Stempel, gebildet. Hierbei wird das Basismaterial plastifiziert und entsprechend dem Druck so verdrängt, dass die Einbuchtungen
4 und die Ausbuchtungen
3 gebildet werden. Gleichzeitig wird durch die Verdrängung auch ein Teil der Fasern
2 derart umgelenkt, dass diese umgelenkten Fasern
2 durch die Ausbuchtungen
3 verlaufen.
-
Der erfindungsgemäße Kunststoffstrang 1 ist besonders für die Verwendung in Beton geeignet.
-
Bei einer ersten Verwendung in Beton ist der endlose Kunststoffstrang 1 zu kurzen Stücken mit einer Länge von 25 mm bis 40 mm geschnitten. Diese Stücke werden entweder einem Zement oder einer Betonmischung so zugegeben, dass der fertige Beton einen Gehalt der Stücke des Kunststoffstrangs 1 von 1 bis 10 kg pro m3 Beton aufweist, vorzugsweise von 3 bis 5 kg/m3.
-
In einer zweiten Anwendung in Beton ist eine Vielzahl der endlosen Kunststoffstränge 1 zu einem Seil 5 gedreht und/oder geflochten, wie in den 3 und 4 gezeigt ist. Eine Anzahl der Kunststoffstränge 1 pro Seil 5 richtet sich dabei nach einer geforderten Zugfestigkeit des Seils 5.
-
Für die Verwendung des Seils 5 in Beton wird es zu Abschnitten mit einer vorbestimmten erforderlichen Länge geschnitten, gegebenenfalls gebogen und dann – wie herkömmliche Bewehrung aus Stahl – in einer Schalung angeordnet. An Berührungsstellen von zwei oder mehr Seilen 5 sind diese durch z. B. Verschmelzen und/oder Verkleben (in der 4 als schwarze Flächen dargestellt) oder durch Bindedraht miteinander verbunden.
-
Gebogene Stellen der Seile 5 sind bevorzugt mit Wärme oder durch Injektion von erwärmtem fließfähigem Kunststoff oder von Klebstoff behandelt – in der 4 als schraffierte Flächen dargestellt. Auf diese Weise werden die gebogenen Stellen in eine dauerhafte Form gebracht, was besonders für die Bewehrung von Säulen oder Stützen von Vorteil ist.
-
Bei Bedarf können die Seile 5 vor dem Einlegen in die Schalung als sogenannte Matten und/oder Körbe vorgefertigt sein.
-
Sobald die Bewehrung aus den Seilen 5 in der Schalung fertig gestellt ist, wird wie bekannt die Schalung mit Beton aufgefüllt, der dann erhärtet. Die Seile 5 gewährleisten die erforderliche Zugfestigkeit des Betons, wobei ein inniger Verbund zwischen den Seilen 5 und dem Beton durch eine Rippung der Seile 5 und zusätzlich durch die Ausbuchtungen 3 und die Einbuchtungen 4 gewährleistet ist. Somit werden auf den Beton einwirkende Zugkräfte auf die Seile 5 übertragen und von diesen aufgenommen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009004357 A1 [0002, 0033]
