DE19709535A1

DE19709535A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betonieren von Schienenstützpunkten für Feste Fahrbahn

Info

Publication number: DE19709535A1
Application number: DE19709535A
Authority: DE
Original assignee: Hochtief AG
Current assignee: Hochtief AG
Priority date: 1997-03-10
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 1998-09-17
Also published as: DE59704243D1; ATE204040T1; EP0864692B1; EP0864692A1

Description

Aufgabenstellung

Der Erfindung liegt folgende Aufgabenstellung zugrunde:
Ein Beton, der im fließfähiger Konsistenz (noch weicher als Fließbeton gemäß DIN 1045) in eine geometrisch unregelmäßig geformte Stülpschalung eingebaut wird, ist in weniger als 8 Minuten auf eine Druckfestigkeit von etwa 1 N/mm² zu bringen. Das heißt, der Beton muß nach der Behandlung eine Grünstandfestigkeit erreicht haben, die es erlaubt den Beton auszuschalen (die Stülpschalung zu entfernen). Das Verfahren soll im Bereich von 5 bis 30°C Beton- und Umgebungstemperatur anwendbar sein, ohne daß zusätzliche Manipulationen an der Betonrezeptur oder Veränderungen des Verfahrensablaufs erforderlich werden. Insbesondere ist eine Erwärmung des Betons vor und/oder nach seinem Einbau zwecks Abkürzung der Frist bis zum Ausschalen zu vermeiden.

(Anmerkung: Diese Einschränkung soll nicht ausschließen, daß im Zuge üblicher Winterbaumaßnahmen sowohl die erhärtete Betonfahrbahnplatte, auf die Stützpunkte aufbetoniert werden, als auch der Beton vor und nach dem Einbau erwärmt werden, um auch in der kalten Jahreszeit Feste Fahrbahnen bauen zu können).

Der erfindungsgemäß behandelte Beton ist so zusammenzusetzen und nachzubehandeln, daß er mindestens eine einem B 35 gemäß DIN 1045 entsprechende Druckfestigkeit und eine Dauerhaftigkeit erreicht, die eine 60-jährige Nutzung unter der von Hochgeschwindigkeitszügen verursachten dynamischen Beanspruchungen und dem aus der freien Bewitterung resultierenden Frostangriff erwarten läßt.

Lösung

Der Lösungsvorschlag stellt eine Erweiterung der in den Patentanmeldungen
Nr. 195 22 478.7 vom 21. 06.95
Nr. 196 16 649.7 vom 26. 04.95
Nr. 196 16 648.9 vom 26. 04. 95
beschriebenen Vorrichtungen dar.

Die in 195 22 478.7 beschriebenen Schalungselemente mit Filterliner werden so ausgebildet, daß zwischen Filterliner und Stahlform ein Hohlraum vorhanden ist, in bewirkt, daß Lufteinschlüsse und überflüssiges Zugabewasser beschleunigt aus dem Beton abgeführt werden. Die Abführung von Luft und Wasser hat eine Abnahme des in die Stülpschalung eingebrachten Betonvolumens zur Folge. Dies fehlende Betonvolumen wird aus einem Reservoir oberhalb der Stülpschalung nachgefördert. Auf den Beton im Reservoir wird ein Druck von mehreren bar ausgeübt, um
Beton in die Stülpschalung nachzufördern,
die Abführung von Luft und Wasser durch den Fiterliner zu unterstützen und den Beton zu verdichten.

Sofern die Wirkung des Unterdrucks hinter den Filterliner und der Druck auf den Beton im Reservoir nicht ausreichen, die geforderte Grünstandfestigkeit in der angestrebten Zeit zu erreichen, wird in einer Variante der Vorrichtung/des Verfahrens die Stülpschalung durch daran angebrachte Rüttler in Schwingungen versetzt, die auf den Beton übertragen werden und so dessen innere Reibung herabsetzen. Dadurch wird die Verdichtung des Betons verbessert.

Stülpschalung

Gemäß Patentanmeldung Nr. .. . besteht die Stülpschalung aus einer geschlossenen Form aus, z. B. Graphitguß, mit einer Einfüllöffnung und einem am unteren Rand befindlichen Dicht- und Höhenausgleichsrahmen, der gleichzeitig dazu dient, die Pappeinlage zu fixieren. Weiterhin wird die Pappeinlage mit den Fahrbahndübeln und einem Schraubring an der Einfüllöffnung fixiert. Diese vorhandene Einrichtung wird ergänzt durch ein an der Einfüllöffnung angeschlossenes Betonreservoir, das mit einem Deckel luftdicht verschlossen werden kann. Am Deckel befindet sich ein Luftanschluß, mit dem ein Druck von bis zu 8 bar auf die Betonoberfläche ausgeübt werden kann. Die Größe des Betonreservoirs wird so gewählt, daß das durch Absaugen und Pressen des Betons durch die Pappschalung entweichende Volumen vollständig ausgeglichen werden kann. Die mit der Pappeinlage in Berührung stehende Fläche der Stülpschalung wird als netzartig verbundener Hohlraum ausgebildet, so daß eine an diesen Hohlraum angeschlossene Vakuumpumpe einen Unterdruck in diesem Bereich erzeugen kann. Dazu wird entweder ein Kunststoff- oder Drahtgewebe in diesem Bereich auf der Form angebracht. Die Maschenweite dieses Gewebes wird so gewählt, daß die Pappe sich unter dem auf den Beton wirkenden Druck nicht störend verformt. Dazu wird eine lichte Maschenweite des Gewebes zwischen 0,5 und 6 mm, vorzugsweise 2 mm gewählt. In einer Variante der Vorrichtung wird der Hohlraum durch ein in die Form eingeprägtes Netzwerk von Hohlräumen erzeugt. Die entsprechenden Nuten haben eine Breite von 0,5 bis 6 mm, vorzugsweise 2 mm. Ihre Tiefe beträgt 2 bis 10 mm vorzugsweise 5 mm. Das Hohlraumsystem endet bei beiden Varianten jeweils unmittelbar vor den Klemmvorrichtungen für die Pappe (unterer Rahmen, Fahrbahndübel, Schraubring am Einfüllstutzen). Die an diesen Stellen eingeklemmte Pappe bildet, nachdem sie durch den eingeflossenen Beton angefeuchtet ist, eine Abdichtung, dies es erlaubt, den erforderlichen Unterdruck aufrecht zu erhalten.

Betonrezeptur

Die Vorrichtung und das Verfahren können mit jeder beliebigen Betonrezeptur ausgeführt werden, die zu Beginn eine so weiche Konsistenz aufweist, daß sie die geometrisch komplizierte Form vollständig ausfüllt und die nach dem verfahrensgemäßen Abführen von Wasser und Luft eine Druckfestigkeit, wie sie aus statischen Gründen erforderlich ist, erreicht (bei der festen Fahrbahn ist ein B 35 erforderlich). Diese Rezeptur kann zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit und des Widerstandes gegen dynamische Lasten mit Stahlfasern oder Kunststoff-Fasern unterschiedlicher Abmessungen versehen werden. Vorzugsweise werden Stahlfasern von 25 mm Länge und 0,5 mm Durchmesser eingesetzt. Es sind jedoch alle anderen handelsüblichen Faserlängen verwendbar, solange die Förderung des Betons noch möglich ist. Ein Kennzeichen des Verfahrens ist, daß auf sämtliche Betonzusatzmittel, die eine Beschleunigung der Erhärtung bewirken, oder auf Spezialzemente, die ebenfalls auf eine schnelle Erhärtung eingestellt wurden, sowie auf die Erwärmung des Betons zur Beschleunigung der Erhärtung verzichtet werden kann. Dies ist ein Vorteil, weil Änderungen der Rezeptur oder der Verfahrensschritte in Anpassung an unterschiedliche Temperaturen während der Verarbeitung und der Erhärtung überflüssig werden. Solche Manipulationen sind fehleranfällig und schwer steuerbar, da die Temperatur im allgemeinen keine Konstante ist. Die Verwendung von normalen Betonen ohne Zusatzmittel erleichtert auch die Pflege der eingesetzten Geräte wie Mischmaschinen, Pumpentrichter, Rohrleitungen usw. Hier sind frühzeitige Materialanbackungen bei schnell reagierenden Rezepturen möglich, während das hier beschriebene Verfahren nur die üblicherweise im Betonbau notwendigen Reinigungsvorgänge erforderlich macht.

Die zur Verarbeitung erforderliche flüssige Konsistenz des Ausgangsbetons kann durch Zugabe von ausreichend Wasser, aber auch durch eine geringere Wassermenge und die gleichzeitige Zugabe eines Betonverflüssigers bzw. eines Fließmittels erzeugt werden. Maßgebend für die Festbetoneigenschaften ist der Wassergehalt des Betons nach Abschluß der Behandlung. Der Wasserzementwert des Ausgangsbetons kann zwischen 0,4 und 0,6 liegen. Nach dem Absaugen beträgt er noch 0,3 bis 0,35. Vorzugsweise wird Beton mit 8 mm Größtkorn und einem w/z-Wert von 0,55 eingesetzt. Nach der Behandlung beträgt der w/z-Wert vorzugsweise etwa 0,34.

Verfahrensablauf

In die gereinigte Stülpschalung wird eine Pappeinlage eingesetzt und mit den zuvor beschriebenen Elementen fixiert. Die so bestückte Stülpschalung wird in ihre Soll-Lage gebracht und so abgestützt, daß sie durch die beim Betonieren und Verdichten des Betons auftretenden Kräfte nicht aus ihrer Soll-Lage verdrängt wird.

Durch den Einfüllstutzen, der gleichzeitig das Betonreservoir bildet, wird flüssiger Beton in die Form eingefüllt. Dazu wird entweder eine Pumpe benutzt, die höchstens einen Druck von 1 bar erzeugt. Dieser mäßige Druck ist erforderlich, um sicherzustellen, daß sich die Pappeinlage überall an den Formkörper (an die Stülpschalung) anschmiegt. Es ist auch möglich, den Beton durch einen Trichter im freien Fall einlaufen zu lassen und anschließend mit einer zusätzlichen Vorrichtung, z. B. Druckluft von 1 bar, die oben auf den im Einfüllstutzen befindlichen Beton aufgebracht wird, zu verwenden. Danach wird soviel Beton in das Reservoir eingefüllt, wie erforderlich ist, um den Volumenverlust, der durch das Abführen von Wasser und Luft aus dem in der Stülpschalung befindlichen Beton entsteht, auszugleichen. Nunmehr wird das Betonreservoir mit einem Deckel luftdicht verschlossen und durch einen in diesem Deckel befindlichen Stutzen Luftdruck von 1 bis 8 bar, vorzugsweise 2,5 bar erzeugt. Gleichzeitig wird an der Stülpschalung, der hinter der Pappeinlage befindliche Hohlraum unter einem Unterdruck versetzt. Der Unterdruck beträgt 0,3 bis 0,9 bar, vorzugsweise 0,8 bis 0,9 bar. Druck auf dem Beton und Unterdruck an der Pappeinlage werden 1 bis 8 min lang aufrecht erhalten, vorzugsweise 2 min. Unmittelbar anschließend wird die Stülpschalung in Richtung der lotrechten Achse des Stützpunktkörpers abgehoben. Der Beton hat zu diesem Zeitpunkt Grünstandfestigkeit erreicht, d. h. er ist nunmehr in der Lage sein Eigengewicht ohne störende Verformungen zu tragen. Es wird eine Druckfestigkeit von etwa 1 N/mm² angestrebt.

In einer Variante des Verfahrens wird zur Verkürzung der Behandlungszeit und/oder zur Verbesserung der Grünstandfestigkeit der Beton in der Stülpschalung in der Schlußphase der Behandlung unter Rüttelverschwingungen versetzt. Die Rüttelschwingungen führen zu einer Herabsetzung der inneren Reibung des Betons, das Abführen von Luft und Wasser wird erleichtert und der Beton noch besser verdichtet, als es mit Druck und Unterdruck allein möglich ist. Da die von der Form in den Beton eingeleiteten Rüttelschwingungen, insbesondere die mit der Form in Kontakt stehende Randzone des Betonkörpers verdichten, wird diese Rüttelung erst gegen Ende der Behandlung angewandt, um zu gewährleisten, daß bis dahin auch Wasser aus dem Inneren des Betonkörpers abgeführt werden kann. Durch den Rüttelvorgang wird also eine im Vergleich zum Beton inneren dichtere und festere Außenzone erzeugt. Zur Erzeugung der Rüttelschwingungen werden ein oder mehrere Rüttler an der stählernen Stülpschalung angebracht. Frequenz und Amplitude der Schwingungen sowie die Rütteldauer werden aufgrund von Versuchen der jeweiligen Betonrezeptur angepaßt.

Sicherung gegen abhebende Kräfte

Durch den Druck, der auf dem Beton im Reservoir an der Stülpschalung aufgebracht wird, entsteht entsprechend der Grundfläche der Stülpschalungsform eine entsprechende abhebende Kraft. Um die Form in ihrer Soll-Lage zu halten, muß entweder die gesamte Vorrichtung ein Gewicht haben, das größer als diese abhebende Kraft ist, oder die Haltevorrichtung ist mechanisch an der bereits erhärteten Betonfahrbahnplatte zu verankern, beispielsweise durch seitlich angebrachte Klemmvorrichtungen oder durch in den Beton eingebrachte Anker. Weiterhin ist es möglich, Vakuumsaugplatten auf der Betonoberfläche anzubringen, an welcher die Stützvorrichtungen für die Stülpschalung befestigt werden.

Nachbehandlung

Die Erhärtung des Betons ist ein mehrere Wochen dauernder Vorgang. Während dieses als Hydratation bezeichneten Vorgangs bindet der Zement Wasser. Damit hierfür ausreichend Wasser zur Verfügung steht, muß verhindert werden, daß während dieser Phase Wasser aus dem Beton herausverdunsten kann. Das bedeutet, daß unmittelbar nach dem Ausschalen eine Nachbehandlung einsetzen muß. Diese Nachbehandlung kann durch das Aufsprühen eines sog. Nachbehandlungsfilms, der die Wasserabgabe vollständig oder weitgehend verhindert, geschehen. Genausogut ist es möglich, die Stülpschalungen mit Folie abzudecken. Eine Nachbehandlung durch Zuführung von Wasser ist zwar sehr wirksam, könnte hier jedoch erst einsetzen, wenn der Beton erhärtet ist. Der frische grünstandfeste Beton würde durch Wasser angelöst und Zement könnte an der Oberfläche ausgewaschen werden.

Im folgenden werden das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung anhand der beiliegenden (unmaßstäbliche Systemskizze) erläutert:

Schritt 1

Setzen und Justieren der Stülpschalung auf die Fahrbahnplatte.

Schritt 2

Einbringen von flüssigem Beton in die Schalung bis zu einer vorher durch Versuch definierten Höhe. Das einge füllte Betonvolumen ist mindestens um dasjenige Volumen grö ßer, das der Wassermenge entspricht, die aus dem flüssigen Beton abgesaugt wird, um einen grünstandfesten Beton zu errei chen (siehe Schritt 3 und 4).

Schritt 3

- Druckluftbeaufschlagung mit 2,5 bar im Betonreservoir,
- Unterdruckbeaufschlagung im Schalungsraum 0,8 bis 0,9 bar,
- infolge Druck und Vakuum wird Wasser aus dem flüssigen Be ton abgesaugt. Das Volumen, das das Wasser vorher im Beton eingenommen hat, wird durch das Druckgefälle aus dem Beton reservoir in den Schalungsraum eingedrückt.
Dauer vorzugsweise 2 Minuten. Die Zeit ist abhängig von der Druckhöhe im Betonreservoir.

Schritt 4

(Variante) Rüttelschwingungen der Stülpschalung.

Die Rüttelschwingung wird ca. die letzten 30 Sekunden während der Druck-Saugbeaufschlagung zusätzlich durchgeführt. Das Verfahren funktioniert auch ohne Rütteln. Das Rütteln kann aber den Vorgang des Entwässerns zusätzlich noch unterstützen.

Schritt 5

Abheben der Stülpschalung

Claims

1. Verfahren zum Betonieren von Schienenstützpunkten für die Feste Fahrbahn, wobei auf eine Fahrbahnplatte eine Stülpscha lung mit einem dem Schienenstützpunkt entsprechenden Hohlraum dicht aufgesetzt wird, wobei danach über einen Einfüllstutzen ein Beton mit einem Wasser/Zement-Wert zwischen 0,4 und 0,6 in die Stülpschalung eingefüllt wird, und wobei anschließend der im Einfüllstutzen befindliche Beton unter einen Überdruck und der an der Innenwandung der Stülpschalung anliegende Be ton einem Unterdruck ausgesetzt wird, bis Grünstandfestigkeit erreicht ist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bestehend aus einer Stülpschalung mit Hohlraum, der über einen Einfüllstutzen mit Beton füllbar und unter Überdruck setzbar ist und über einen Unterdruckstutzen an eine Unter druckquelle anschließbar ist.