DE19654564A1 - Aus Beton im Gießverfahren hergestelltes Bauelement oder Bauteil sowie Verfahren zur Herstellung dieses Bauelementes oder Bauteiles - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein aus Beton im Gießverfahren hergestelltes Bauelement oder Bauteil, welches durch Fasern verstärkt ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Ver­ fahren zum Herstellen eines solchen Bauteiles bzw. Bauelementes.

Es ist bekannt, Bauteile oder Bauelemente aus Faserbeton herzustellen. Die Fasern sind üblicherweise kleine Stäbe mit einer Länge von z. B. 60 mm. Die Enden sind gekröpft oder verdickt, damit sie fest in dem ausgehärteten Beton verankert sind. Die Fasern bestehen beispielsweise aus Stahl, Kohlenstoff, Glas oder auch Kunststoff. Sie werden benötigt, um die Belastbarkeit eines Bauteils bzw. Bauelementes zu erhöhen. Sie werden während des Mischvorganges der den Beton bildenden Bestandteile in den Mischer eingegeben, so daß man davon ausgehen kann, daß sie innerhalb des Bauteils gleichmäßig verteilt sind.

Es ist außerdem bekannt, daß im Hochbau sogenannte Fertigteildecken eingesetzt werden, die mit einer Stahlarmierung versehen sind. Diese Fertigteildecken bilden jedoch nicht das Bauteil Decke, sondern nach dem Auflegen auf die Auflage r wird noch eine weitere Schicht aus Beton gegossen. Zuvor wird jedoch eine Stahlarmie­ rung verlegt, die beispielsweise aus Matten und/oder Rundstäben bestehen kann. Das Verlegen dieser Stahlarmierung auf der Baustelle ist jedoch zeitaufwendig, so daß die Baukosten dadurch wesentlich erhöht werden. Das Erstellen einer Decke erfolgt bei der Verwendung von Fertigteildecken demzufolge in einem Betrieb und/oder auf der Baustelle.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein aus Faserbeton herge­ stelltes Bauteil oder Bauelement der eingangs näher beschriebenen Art so auszubil­ den, daß entweder bei einer gleichen Anzahl von Fasern die Belastbarkeit wesentlich erhöht wird, oder daß bei Beibehaltung der Belastbarkeit in umgekehrter Weise die Anzahl der Fasern verringert werden kann oder daß auf die bislang notwendige Stahlarmierung ganz oder teilweise verzichtet werden kann. Außerdem soll ein Ver­ fahren angegeben werden, mit dem die Bauteile nicht nur in einem Betrieb sondern auch auf der Baustelle in einfachster Weise erhöht werden können.

Die auf das Bauteil bzw. Bauelement gerichtete Aufgabe wird gelöst, indem die Fasern belastungsabhängig in bevorzugt einer Richtung verlaufen.

Bei den Bauteilen erfolgt die Krafteinwirkung üblicherweise in einer Richtung, bei­ spielsweise bei einer Geschoßdecke rechtwinklig zu deren Ebene. Die dann in Kraft­ richtung verlaufenden Fasern tragen zu einer Verstärkung nicht bei, sondern nur die schräg oder in der Ebene der Geschoßdecke verlaufenden Fasern, wobei die schräg verlaufenden Fasern nur die jeweilige Komponente aufnehmen. Nunmehr werden je nach Art des Bauteils bzw. Bauelements die Fasern so ausgerichtet, daß ein großer Teil der Fasern die infolge der Beanspruchungen auftretenden Kräfte aufnehmen können. Dadurch gibt es einen wesentlich geringeren Anteil als sonst üblich, der für die Abtragung der Kräfte unberücksichtigt bleibt.

Durch die nunmehr erfolgte Ausrichtung der Fasern kann beispielsweise beim Erstellen einer Geschoßdecke auf die auf die Fertigteildecke aufgebrachte Armierung ganz oder teilweise verzichtet werden, da ein höherer Anteil an Fasern zur Lastab­ tragung benutzt wird und die Fasern in entsprechender Menge während des Misch­ vorganges zugeschlagen werden können. Dadurch wird der Einsatz der menschli­ chen Arbeitskraft auf der Baustelle bzw. im Betrieb deutlich verringert. Das Herstellen dieses sogenannten Faserbetons, beispielsweise in einem Betonwerk, erfolgt in der bisher gewohnten Weise. Das Ausrichten der Fasern erfolgt in noch näher beschrie­ bener Weise im Zuge des Gießens dieses Betons.

Durch das Ausrichten der Fasern entsteht kein nennenswerter Mehraufwand beim Gießen des Faserbetons, da das Ausrichten durch einfache Werkzeuge oder Geräte erfolgen kann. Üblicherweise sind die Fasern gleichmäßig im Betonquerschnitt ohne besondere Orientierung verteilt. In Bezug auf die Beanspruchung werden die Fasern nicht optimal genutzt. Dabei kann es je nach Art des Bauteils auch passieren, daß die einzuleitenden Kräfte in verschiedenen Richtungen wirken. Es ist deshalb vorgese­ hen, daß die Fasern vorzugsweise entsprechend der im Bauteil herrschenden Bean­ spruchungsrichtungen orientiert sind.

Bei der Herstellung mehrachsig beanspruchter Bauteile bietet ein nach diesen Bean­ spruchungen ausgerichteter Verbund dann eine optimale Belastbarkeit. Beispiels­ weise bei der Herstellung von Geschoßdecken ergeben sich häufig relativ große Dicken. Es ist dann zweckmäßig, diese Betonschicht lagenweise zu gießen. Es ist dann zweckmäßig, daß über die Höhe bzw. Dicke der Betonschicht die ausgerichte­ ten Fasern nicht mehr gleichmäßig verteilt sind, sondern auch in mehreren Ebenen und Achsen liegen, wobei die Anzahl der Ebenen mit der Anzahl der gegossenen Schichten übereinstimmt. In Abwandlung davon ist es jedoch auch denkbar, daß nur in der zuletzt gegossenen, äußeren Schicht die Fasern eingebracht und ausgerichtet werden. Es kann auch zweckmäßig und vorteilhaft sein, daß die Fasern in den ein­ zelnen Schichten unterschiedlicher Gestalt und Art sind, d. h. auch aus verschie­ denen Materialien bestehen können.

Durch die unterschiedlichsten Gestaltungen der Bauteile ergeben sich viele Varianten für die Ausrichtung der Fasern innerhalb des ausgehärteten Bauteils. Wesentlich ist, daß eine größtmögliche Anzahl von Fasern für die Abtragung der Kräfte benutzt wird.

Die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird gemäß einem ersten Vorschlag gelöst, indem für die Ausrichtung der Fasern im Zuge des Gießens des Bauteils bzw. des Bauelementes ein Ausrichtrechen verwendet wird. Dieser Ausrichtrechen wird entsprechend der angestrebten Faserrichtung durch den Frischbeton gezogen. Unter Frischbeton wird in der Branche der noch fließfähige Beton verstanden. Die Ausrich­ tung erfolgt üblicherweise jedoch nicht nur durch die Ausrichtrechen, sondern auch durch das Rütteln des Frischbetons mittels eines Rüttlers. Es ist deshalb vorgese­ hen, daß der Ausrichtrechen mittels eines Schwingungserregers gleichzeitig die Rüttelung durchführt. Es ist jedoch auch möglich, daß beispielsweise die Schalform selbst eine Rüttelbewegung ausführt.

Um die Wirkung des Ausrichtrechens zu erhöhen, ist vorgesehen, daß dieser wenig­ stens eine Reihe von miteinander fluchtenden Zinken aufweist, wobei bei mehreren Reihen diese parallel und im Abstand verlaufen. Die aus den Zinken gebildete Reihe bzw. die Reihen stehen quer zur Bewegungsrichtung des Ausrichtrechens.

Die zuvor beschriebene Lösung ist für die industrielle Fertigung von Bauteilen in einem Betrieb besonders geeignet. Der Ausrichtrechen könnte dann mittels eines geeigneten, gesteuerten Antriebes bewegt werden und darüberhinaus vibrieren.

Gemäß einem zweiten Vorschlag wird die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe gelöst, indem das Rüttelwerkzeug als Betonverteiler ausgebildet ist, welches scha­ lungsseitig mit parallel und im Abstand zueinander verlaufenden Ausrichtformen ver­ sehen ist. Durch Vibration beispielsweise in Form von Rüttelenergie wird dann sichergestellt, daß die Fasern im Beton zwangsweise eine Orientierung erfahren und zwar in Richtung der durch die Ausrichtformen begrenzten Auslässe. Dabei ist es dann besonders vorteilhaft, wenn die Ausrichtformen im Querschnitt dreieckförmig gestaltet sind, da sich dann die dadurch begrenzten Auslässe in der Längsachse verjüngen und somit die Fasern besonders exakt ausgerichtet werden.

Dieser Betonverteiler ist gleichermaßen für das Ausrichten der Fasern beim Gießen einer Betonschicht einer Geschoßdecke auf Baustellen sowie für die Herstellung eines faserbewehrten Bauelementes oder Bauteiles im Betrieb geeignet. Die Aus­ richtung erfolgt durch die Vibrationsenergie in Verbindung mit den in besonderer Weise ausgebildeten und ausgerichteten Auslässen.

Gemäß einem dritten Vorschlag wird die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe gelöst, indem innerhalb der Kontur des zu gießenden Bauteiles bzw. Bauelementes eine Vielzahl von Zwischenwänden vorgesehen sind, die nach dem Einbringen des Frischbetons und gegen Ende des Verdichtens des Frischbetons aus dem Beton herausgezogen werden, wobei die Ausbildung dieser Zwischenwände auf die ver­ wendeten Verstärkungsfasern abgestimmt ist. Dieses Verfahren ist besonders für das Gießen von Bauelementen bzw. Bauteilen in einem Betrieb geeignet. Da die Abstände der Zwischenwände relativ gering sind und die Ausbildung dieser Zwi­ schenwände auf die verwendeten Verstärkungsfasern abgestimmt sind, werden die Fasern zwangsläufig in die von den Zwischenwänden begrenzten Gassen gedrängt. Auch bei dieser Lösung wird in die flache Schalform Rüttelenergie eingegeben, da die Rillen nach dem Herausnehmen der Zwischenwände geschlossen werden müs­ sen. Es erfolgt also nicht nur eine Rüttelung während des Befüllens der Schalform, sondern auch noch nach dem Herausnehmen der Zwischenwände, um die Verdich­ tung abzuschließen. Bei den zuvor beschriebenen Verfahren werden die Fasern immer während des Mischvorganges zugeführt. Es ist jedoch auch möglich, daß die Bauteile bzw. Bauelemente gemäß einem weiteren Vorschlag zunächst gegossen und anschließend die Fasern in entsprechender Ausrichtung auf die Frischbeton­ schicht ausgestreut werden. Die Oberfläche würde dann mit einer Rüttelbohle mit besonderer Ausbildung der Schnittfläche abgezogen. Denkbar wäre auch der nach­ trägliche Auftrag einer Deckschicht über die ausgestreuten Fasern. Demnach würden die Fasern während der Herstellung des Bauelementes bzw. Bauteiles mittels eines geeigneten Gerätes ausgestreut und in Verbindung mit Rüttelenergie ausgerichtet und festgelegt.

Bei den zuvor beschriebenen Verfahren erfolgt die Ausrichtung der Fasern mecha­ nisch. Zur Verbesserung der Ausrichtung ist in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, daß die Ausrichtung der Fasern durch Einwirkung eines Magnetfeldes unterstützt wird. Dieses Magnetfeld wird vorzugsweise von einem Elektromagneten erzeugt. Diese Möglichkeit ist besonders dann technisch umzusetzen, wenn die Fasern nicht gleichmäßig über die Höhe eines Bauteils, beispielsweise einer Ortbetonschicht ver­ teilt werden sollen, sondern in einer äußeren bzw. oberen Schicht konzentriert wer­ den sollen. Hierbei werden, wie bereits gesagt, die Fasern beim Mischvorgang in den Frischbeton für diese Schicht eingebracht.

Bei allen Verfahren wird jedoch in vorteilhafter Weise das Eintragen von Rüttelener­ gie in den Frischbeton in Verbindung mit den vorgeschriebenen zusätzlichen Maß­ nahmen für die Ausrichtung der Fasern ausgenutzt. Anhand der beiliegenden Zeich­ nungen wird die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausrichtrechen zur Ausrichtung der Fasern für den industriellen Einsatz und

Fig. 2 einen Betonverteiler vorzugsweise für den Einsatz auf einer Baustelle.

Der in der Fig. 1 dargestellte Ausrichtrechen 10 ist an eine nicht näher erläuterte Rüttelflasche 11 angesetzt, so daß er für den Ausrichtvorgang vibriert. Der Ausricht­ rechen 10 ist mit einer Vielzahl von Zinken 12 ausgerüstet, die gemäß dem Ausfüh­ rungsbeispiel in zwei parallelen Reihen angeordnet sind. Die Abstände zwischen den Zinken 12 sind größer als die Breiten der Zinken 12. Zum Ausrichten der Fasern wird der quer zu der aus den Zinken 12 gebildeten Reihen durch den Frischbeton bewegt.

Es ergibt sich aus der Fig. 1, daß die Ausrichtung der Fasern insbesondere durch die in Richtung der aus den Zinken 12 gebildeten Reihen verlaufenden Geschwindig­ keitskomponente erfolgt. Man kann davon ausgehen, daß die Fasern zwar nicht in einer geometrischen Linie zueinander liegen, daß jedoch die Abweichungen davon innerhalb eines engen Toleranzfeldes liegen. Im Gegensatz zu der dargestellten Ausführung könnte der Ausrichtrechen 10 auch mehr als zwei Reihen Zinken 12 auf­ weisen. Der Ausrichtrechen 10 wird in nicht näher erläuterter Weise zweckmäßiger­ weise von einem gesteuerten Antrieb bewegt.

Der in der Fig. 2 dargestellte Betonverteiler 13 ist in nicht dargestellter Weise an einen Schwingungserzeuger angeschlossen. Der Einsatz des Betonverteilers 13 erfolgt in vorteilhafter Weise auf der Baustelle. An der unteren, der Schalung zuge­ wandten Seite ist er mit mehreren Ausrichtformen 14 versehen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel im Querschnitt dreieckförmig ausgebildet sind. Der Betonvertei­ ler 13 wird beim Gießen der Ortbetonschicht einer Geschoßdecke in Längsrichtung der Ausrichtformen 14 bewegt. Die Ausrichtformen 14 begrenzen nicht näher erläu­ terte Durchlässe, die sich durch die dreieckförmige Ausbildung der Ausrichtformen 14 in Flußrichtung des Frischbetons verjüngen, d. h. im Querschnitt sind die Auslässe trapezförmig gestaltet. Der Frischbeton wird in den Betonverteiler in nicht näher erläuterter Weise eingebracht.

Es ergibt sich aus der Fig. 2, daß auch dadurch die Fasern ausgerichtet werden, so daß deren Richtungen im ausgehärteten Beton übereinstimmen. Sollen die Fasern in mehreren Richtungen verlaufen, müßten nacheinander der Ausrichtrechen 10 oder der Betonverteiler 13 in den entsprechenden Richtungen bewegt werden.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind beispielhaft zu sehen, da die jeweilige Gestaltung von der Form des Bauelementes bzw. Bauteiles und von der gewünsch­ ten Anordnung der Fasern abhängt.

Claims (13)

1. Aus Beton im Gießverfahren hergestelltes Bauelement oder Bauteil, welches durch Fasern verstärkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern bela­ stungsabhängig in bevorzugt einer Richtung verlaufen.

2. Aus Beton im Gießverfahren hergestelltes Bauelement oder Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern vorzugsweise ent­ sprechend im Bauteil bzw. Bauelement herrschenden Beanspruchungsrich­ tungen orientiert sind.

3. Aus Beton im Gießverfahren hergestelltes Bauelement oder Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in zwei vorzugsweise rechtwinklig zueinander verlaufenden Richtungen angeordnet sind.

4. Aus Beton im Gießverfahren hergestelltes Bauelement oder Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in mehreren, im Abstand zueinander stehenden Schichten liegen.

5. Aus Beton im Gießverfahren hergestelltes Bauelement oder Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in den einzelnen Schichten unterschiedlicher Gestalt und Art sind.

6. Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Bauelementes oder Bauteiles aus Beton, insbesondere nach Anspruch 1, bei dem im Zuge des Herstellens des Bauelementes ein Rüttelwerkzeug verwendet wird, gekennzeichnet durch ein nach Art eines Ausrichtrechens (10) gestaltetes Ausrichtwerkzeu­ ges während des Rüttelvorganges.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausrichtre­ chen (10) mit einem Schwingungserreger gekoppelt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausrichtre­ chen (10) wenigstens eine Reihe von fluchtend zueinander stehenden Zinken (12) aufweist, wobei bei mehreren Reihen diese parallel und im Abstand zueinander verlaufen.

9. Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Bauelementes oder Bauteiles aus Beton, insbesondere nach Anspruch 1, bei dem im Zuge des Herstellens des Bauelementes bzw. des Bauteiles ein Rüttelwerkzeug verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rüttelwerkzeug als Betonverteiler (13) ausgebildet ist, welches schalungsseitig mit parallel und im Abstand zueinan­ der verlaufenden Ausrichtformen (14) versehen ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtfor­ men (14) im Querschnitt dreieckförmig gestaltet sind und sich in Fließrichtung des Frischbetons verjüngende Auslässe begrenzen.

11. Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Bauelementes oder Bauteiles aus Beton, insbesondere nach Anspruch 1, bei dem während des Gießens des Bauelementes oder des Bauteiles ein Rüttelwerkzeug verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalungsform parallel und im Abstand zueinander verlaufende Trennwände aufweist, die aus dem Frischbeton wäh­ rend des Rüttelns entfernbar sind.

12. Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Bauelementes oder Bauteiles aus Beton, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Bauelement bzw. das Bauteil aus faserfreiem Beton gegossen wird und anschließend die Fasern in entsprechender Ausrichtung auf die Frischbetonschicht ausgestreut und in Verbindung mit Rüttelenergie ausge­ richtet werden.

13. Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Bauelementes oder Bauteiles aus Beton nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausrichtung der Fasern im Frischbe­ ton ein vorzugsweise von einem Elektromagneten erzeugtes Magnetfeld ver­ wendet wird.