DE2629373A1

DE2629373A1 - Verbundbaustoff aus kunststoff-hartschaum mit bewehrungseinlagen aus stahl

Info

Publication number: DE2629373A1
Application number: DE19762629373
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Dyckerhoff and Widmann AG
Current assignee: Walter Bau AG
Priority date: 1976-06-30
Filing date: 1976-06-30
Publication date: 1978-01-12
Also published as: FR2356498A1; AT358246B; DE2629373B2; ATA462877A; FR2356498B1

Description

DIPL.-ING. Γ. STOEPEL- DIPL.-IXG.W.GOLLWITZBR · DIPJCi.-IXG-.F.W. MOLI₄

TEL·. 00341/3000, 60 35 · TELEX 453 333 POSTSCHECK: 67 LUDWIGSHAFEN 27562-676 · BANKi DEUTSCHE BANK 674 LANDAU-PFALZ

29. Juni 1976

Mr.

Dyckerhoff & Widmann Aktiengesellschaft, München

Verbundbaustoff aus Kunststoff-Hartschaum mit Bewehrungseinlagen aus Stahl

In der letzten Zeit haben Kunststoff-Schaumstoffe in zunehmendem Maße Eingang in das Bauwesen gefunden. Infolge ihrer geringen Dichte und ihres geringen Gewichts sowie der daraus resultierenden guten Wärmedämmeigenschaften werden solche Schaumstoffe vorwegend zur Schall- und Wärmedämmung eingesetzt.

Es ist auch schon die Möglichkeit untersucht worden, Baukonstruktionen unter Verwendung harter Schaumstoffe herzustellen ("KUNSTSTOFFE", Band 53, Heft 10, Seite 766 bis 777). Dabei liegt das

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Schwergewicht aber auf sog. Leichtkern-Verbundkonstruktionen, bei denen die Dichteverteilung über den Querschnitt in etwa dem Spannungsverlauf bei einer Biegebeanspruchung angepaßt ist. Ein Beispiel für diese Bauweise ist die Sandwich-Konstruktion, in der ein Leichtstoff-Kern dünne Deckschichten weitgehend stabilisiert. In diesem Zusammenhang ist es auch schon bekanntgeworden, den Schaumstoffkörper mit Bewehrungseinlagen zu versehen.

Nachteilig an derartigen Leichtkern-Verbundkonstruktionen ist,.daß sie in statischem Sinne nur für untergeordnete Konstruktionsaufgaben als tragende Bauteile eingesetzt werden können. Soweit BewehrungseinlageiTverwendet wurden, bildeten sie ein die Hauptlasten selbständig aufnehmendes Innengerüst, oder nur eine konstruktive Verstärkung der Randzonen zur Verringerung der Einbruchgefahr. Eine Verbundwirkung zwischen Bewehrungseinlage und Schaumstoff kam nur· mit '"" großen Schwierigkeiten durch Verkleben erreicht werden.

Überdies ist es schwer, das elastische und plastische Verformungsverhalten der Hartschaumteile exakt zu bestimmen, was aber eine Voraussetzung dafür ist, wenn s,ie für tragende Aufgaben eingesetzt werden sollen.

Hartschaum unterliegt bei Belastung elastischen und plastischen Verformungen, über deren Größe zwar Grundwerte bekannt sind, die jedoch nicht über jeden Zweifel hinaus gesichert sind. Zweifelhaft ist auch die Dauerstandfestigkeit des Materials, d.h. die Frage, ob und in welchem Maß sich die Festigkeit des Materials

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mit der Zeit ändert und ob diese Änderung unter Umständen zu einem Versagen des Bauteils führt.

Die bei der Herstellung von Hartschäumen, die in geschlossenen Formen ausgeschäumt werden, an den Außenflächen entstehende Schwarte hat zwar eine sehr hohe mechanische Festigkeit. Sie reicht aber aus den genannten Gründen nicht zur Aufnahme der bei statisch beanspruchten Bauteilen auftretenden Spannungen aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das elastische und plastische Verformungsverhalten von Hartschäumen beherrschbar zu machen, um solche Hartschäume auch für tragende Baukonstruktionen verwendbar zu machen.

Die Erfindung besteht in der Verwendung von in einer allseits geschlossenen Form aufgeschäumtem Kunststoff-Hartschaum, vorzugsweise Polyurethan-Hartschaum, mit eingeschäumten Bewehrungseinlagen aus Stahl, die an der Oberfläche mit Profilierungen versehen sind, z.B. Betonrippenstähle, als Verbundbaustoff zur Herstellung von tragenden Bauteilen.

Der Erfindung liegt die Erscheinung zugrunde, daß der Schäumvorgang wärmeabhängig verläuft. So entsteht beispielsweise die sogenannte Schwarte an den Außenflächen von in einer Form ausgeschäumten Schaumstoffkörpern im wesentlichen dadurch, daß dem Schaum während des Schäumvorgangs durch die Wände der Form Wärme entzogen wird. Deshalb werden die beim Schäumvorgang entstehenden Gasblasen kleiner und der Schaum dichter und somit härter. Diese Erscheinung zeigt sich auch, wenn in den Schaum Bewehrungseinlagen aus Stahl eingebettet werden.

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Dann entsteht um die Bewehrungseinlagen herum ein dichtes Schaumgefüge, das zusammen mit den Oberflächen- ' profilierungen der Bewehrungseinlagen einen guten . · Scherverbund ergibt. Die Herbeiführung eines Verbundes aber ist die Voraussetzung dafür, daß die Tragfähigkeit, das elastische und plastische Verformungsverhalten dieser Bauteile nach den Grundsätzen eines Verbundbaustoffes analog dem Verbundbaustoff Stahlbeton bestimmt werden kann.

Damit kann auch die Dauerstandfestigkeit des Hartschaumbauteils überschaubar gemacht werden, da sich der Hartschaum im Bereich der Gebrauchslasten nur zu einem verhältnismäßig geringen Prozentsatz an der Übertragung der Hauptkräfte beteiligt. Durch die eingebettete Bewehrung, die im Bauteil nach den für den .Stahlbetonbau entwickelten Grundsätzen angeordnet wird, und die Anpassung der Stahlquerschnitte an die jeweils auftretenden Belastungen, wird es möglich, den Querschnitt des Hartschaum-Bauteils hinsichtlich Abmessung, Gestalt und Kosten zu optimieren.

Nach der Erfindung lassen sich Hartschaum-Bauteile herstellen, deren Tragfähigkeit denjenigen von Bauteilen aus Stahlbeton entspricht, wobei ein weiterer Vorteil der Erfindung darin besteht, daß die Gewichte, dieser Hartschaum-Bauteile nur einen Bruchteil der Gewichte der Stahlbetonbauteile ausmacht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 bis H- in schernatischer Darstellung verschiedene Ausführungsbeisüiele für die Anordnung der Bewehrung,

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Fig. 5 einen Längsschnitt'und

Fig. 6 einen Querschnitt durch ein Bauteil in größerem Maßstab.

Die Herstellung von Bauteilen aus Hartschaum nach der Erfindung ist an das Vorhandensein von Schalungen gebunden, die in der Lage sind, die beim Aufschäumen entstehenden inneren Kräfte des Schaumes aufzunehmen. Stahl schalungen sind hierzu ohne weiteres in der Lage. Es entsteht dann, wenn ein Bauteil, z.B. ein Balken 1 in einer Form ausgeschäumt wird, an der Außenfläche eine dichtere und festere Schicht, eine sogenannte Schwarte 1' (Fig. 5 und 6). Die gleiche Schwarte l" entsteht um einen engebetteten Bewehrungsstab 2 herum, der mit Oberflächenprofilierungen versehen ist.. In den Fig. 5 und 6 ist ein BetonriOpensta'nl dargestellt, dessen Rippen 2' mit der Schwarte l" einen guten Scherverbund eingehen.

Zur Fixierung der Bewehrungseinlagen 2 in der Schalung können, wie im Stahlbetonbau, Abstandhalter verwendet werden. Es ist aber auch möglich, die Bewehrungseinlagen in der Schalung durch Bolzen zu sichern, die von außen her durch die Schalung gesteckt und während des AufSchäumens zurückgezogen werden. In diesem Zeitpunkt hat der Schaum bereits eine ausreichende Festigkeit erreicht, um die Bewehrungseinlagen in der vorgesehenen Lage zu halten, ist aber noch nicht so ausgehärtet, daß die durch das Zurückziehen der Bolzen entstandenen Hohlräume im Schaum nicht noch wieder geschlossen werden könnten.

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Für Bauteile von untergeordneter Belastung reicht es aus, wenn in einen Balken 1 aus Hartschaum nur in der Zugzone eine Stahlbewehrung 2 eingebettet wird, wie das in Fig. 1 im Längs- und Querschnitt schematisch dargestellt ist. Schub- und Biegedruckkräfte werden hier allein vom Hartschaum aufgenommen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Balken 3 ist eine Bewehrung 4 in der Biegezugζone und eine Bewehrung 5 in der Biegedurckzone angeordnet. Hier werden nur die schiefen Hauptzug- und Druckkräfte dem Hartschaum zugewiesen.

Bei stärkeren Belastungen kann der Balken 6.neben einer Bewehrung 7 in der Zugzone und einer Bewehrung 8 in der Druckzone mit senkrechten Bügeln 9 versehen werden, so daß dem Hartschaum nur noch die schiefen Hauütdruckkräfte zugewiesen zu werden brauchen. Die Bewehrung, braucht insgesamt kein steifes, für sich tragfähiges Gebilde zu sein. Es reicht aus, wenn die Bewehrungsteile 7 und 8 und die Bügel 9 mit Bindedraht zusammengehalten sind.

Wird eine fachwerkartige Ausbildung der Bewehrungseinlagen vorgesehen, wie in Fig. k angedeutet, dann werden_sowohl die schiefen Hauptzug- und Druckkräfte, wie auch die Biegezug- und Druckkräfte mit Bewehrungseinlagen abgedeckt. Im Balken 10 sind hier eine Bewehrung 11 der Zugzone, eine Bewehrung 12 der Druckzone und zick-zack-förmig verlaufende Diagonalen IJ vorgesehen. - ' .

In all diesen Beispielen* die noch beliebig erweitert werden könnten, beteiligt sich der Hartschaum

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selbstverständlich im Verhältnis der Flächen und der Elastizitätsmoduli an der Tragwirkung. Voraussetzung dafür ist allerdings, daß durch das Aufschäumen des Hartschaums in einer geschlossenen Form eine entsprechende Dichte des Hartschaums erzeugt wird, welche die Festigkeit bestimmt, und daß eine einxvandfreie Verbundwirkung zwischen·den Bewehrungseinlagen und dem Hartschaum herbeigeführt wird. Das kann, ähnlich wie im Stahlbetonbau, durch eine geeignete Profilierung der Oberfläche der Stabeinlagen erreicht werden, wie sie beispielsweise bei Betonrippenstählen gegeben ist«

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Leerseite

Claims

Patentanspruch

Verwendung von in einer allseits geschlossenen Form ausgeschäumtera Kunststoff-Hartschaum, vorzugsweise Polyurethan-Hartschaum, mit eingeschäumten Bewehrungseinlagen aus Stahl, die an der Oberfläche mit Profilierungen versehen sind, zum Beispiel Betonrippenstähle, als Verbundbaustoff zur Herstellung von tragenden Bauteilen.

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ORlQlNAL INSPECTED