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Baukörper oder Konstruktionsteil aus Beton oder aus einer anderen
Kunststeinmasse Die Erfindung erstreckt sich auf Baukörper, Konstruktionsteile und
alles, was aus Beton, Stahlbeton, Zement-, Zementmörtel-, Asbestzement-, Holzzement-
oder sonstiger zementhaltiger Masse oder aus Gips, gipshaltiger oder überhaupt irgendeiner
solchen Kunststeinmasse besteht, die aus einem ursprünglich weichen, formbaren Stoff
durch steinartige Erhärtung entstanden ist, und zwar gibt die Erfindung an, wie
diejenigen der genannten Baukörper usw. beschaffen bzw. ausgeführt sein sollen,
die zufolge ihres Zwecks, zufolge ihrer Benutzung oder aber bei Gelegenheit mechanischen
Druck-, Quetschdruck-, Knick- oder Stoßbelastungen oder ebensolchen Pulsätions-
oder Lastwechselbeanspruchungen unterworfen sind. Somit bezieht sich die Erfindung
unter anderem auf Ramm- und Gründungspfähle, Grubenstempel, Eisenbahnschwellen,
Maschinen-, Hochbau-, Mast- und Brückenlager-Fundamente, nicht zuletzt aber auch
auf die hochbelasteten Elemente des, Decken-, Straßen- und Rollfeldbaus.
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Der übliche Beton - und ähnliches gilt für die anderen genannten Kunststeinmassen
- ist ein recht unzulänglicher Werkstoff gegenüber Zug-und Biegebeanspruchungen,
weshalb zur besseren Beherrschung derselben bekanntlich der sogenannte vorgespannte
Stahlbeton und der Stählsaitenbeton entwickelt werden mußten. Am Beton treten auch
dann sehr ungünstige Erscheinungen zutage, wenn er häufigen Druckstößen, pulsierenden
Drücken
oder Lastwechseln ausgesetzt ist. Seine Dauerfestigkeit, auch Ursprungsfestigkeit
genannt, beträgt bei solchen Beanspruchungen nur einen kleinen Bruchteil der statischen
Würfeldruckfestigkeit, beispielsweise oft nur etwa 30°/o derselben, und dies sogar
dann, wenn die Spannungswechsel lediglich zwischen einer oberen Spannung und der
Spannungslosigkeit stattfinden, d. h. noch nicht einmal die Nullinie der Spannung
durchlaufen. Der Beton kann also nur sehr wenig solche Drucklast vertragen. Aber
selbst bei dieser noch relativ mäßigen Art der Beanspruchung, und selbst wenn die
Spannungsspitzen stets unterhalb der- Dauerfestigkeit verbleiben, pflegen sich im
Spannungs-Dehnungs-Diagramm noch weitere Mängel zu offenbaren: Mit steigender Zahl
der Lastwechsel läßt das Elastizitätsmaß immer mehr nach, und nebenher zeigt sich
auch, daß die bleibende spezifische Verkürzung ebenfalls mit der Lastwechselzähl
noch Änderungen unterliegt, d. h. mit ihr zunimmt.
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DieErfindung ermöglicht es nun, daß einer eigentümlichen Belastungsart,
also einer solchen durch Drücke oder Stöße - wie sie beispielsweise beim Rammpfahl
in Längs- und Knickrichtung desselben oder bei der Eisenbahnschwelle in Querrichtung
derselben und hier unter den Füßen der Schienen auftritt -, jeweils auch wirklich
passende Eigenschaften des Stofflichen entgegengestellt werden können. Das wird
erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in die Beton- oder Kunststeinmasse Formstücke
originär, gleichwie der Zuschlagstoff, fest eingebunden sind, nämlich. Kerne, Säulen,
Stiele, Stützen oder ähnliche möglichst einfache Formstücke, deren Anordnung im
Gefüge allerdings nicht wahllos ist, sondern die in der ungefähren Richtung der
angreifenden Drucklasten, also etwa parallel zur sogenannten Drucknormale ausgerichtet,
den betreffenden Körper ganz und gar durchsetzen.- Diese Formstücke in Gefügeeinheit
mit der sie umschließenden Beton- oder Kunststeinmasse, indem sie aus besonderem
Werkstoff sind, haben nun jene mechanischen Eigenschaften zu bieten, die das sonstige
normale Beton- oder Kunststeingefüge des Baukörpers nicht zu bieten vermag. Die
Formstücke sind einzeln oder als Gruppe vorwiegend nur in denjenigen Bezirken des
betreffenden Baukörpers usw. angeordnet, in denen er Quetschungen, Prellungen usw.,
d. h. Druckbeanspruchungen auszuhalten hat, bei der Eisenbahnquerschwelle also sinngemäß
nur im Bereiche der Schwellenköpfe, bei dem Rammpfahl dagegen gleichsam als Seele,
die ihn in der Längsrichtung gänzlich durchsetzt. Diese Formstücke sind ganz oder
teilweise vorfabriziert, jedenfalls vorfabriziert gegenüber dem Betonkörper, dem
sie dann angehören. Da ihre Größe bzw. Masse gegenüber dem ganzen Betonkörper, z.
B. der Bahnsch-,velle, eine viel kleinere ist und ihre Form eine einfache sein kann,
vermag ihre Fabrikation auch dann relativ billig zu erfolgen, wenn besonders hochwertiges
Material und raffinierte Herstellungsmethoden für sie aufgewendet werden. Werden
also diese Formstücke ihrerseits aus - Beton oder aus irgendeiner ähnlichen, durch
Erhärtung entstehenden Kunststeinmasse hergestellt, was unter anderem im Rahmen
der Erfindung liegt, so muß man bezüglich dieses Betons bzw. dieser Kunststeinmasse
daher wesentlich andere technologische Gesichtspunkte walten lassen als bei gewöhnlichem
Beton.
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In den Erfindungsbereich gehört es auch, daß die Werkstoffe beider
Partner gegebenenfalls im Spannungs-Dehnungs-Diagramm bezüglich der erstmaligen
Belastung einen völlig oder annähernd gleichen Kurvenverlauf zeigen und den gleichen
oder annähernd gleichen Anfangswert des Elastizitätsmaßes aufweisen. In diesem Ausführungsfalle
kann der Zweck darin bestehen, die Ermüdung oder die bleibende Formänderung hintanzuhalten,
wenn nämlich für die eingebundenen Formstücke ein 'solcher Werkstoff gewählt wurde,
der als ermüdungsfest bekannt ist, oder aber ein Werkstoff, der selbst bei hoher
Lastwechselzahl noch keiner nennenswerten Zunahme der plastischen Verkürzung unterliegt.
Schließlich gehört es auch in den Erfindungsbereich, wenn bei einem Baukörper der
gesamte räumliche Bezirk, auf den sich die Druck-, Stoß- und Ermüdungsbelastungen
konzentrieren, also beispielsweise bei der Eisenbahnschwelle der gesamte Bezirk
jeweils unterhalb der Fahrschiene, durchweg im hochwertigeren Werkstoff ausgeführt
ist, also ein einziges Formstück bildet, das vom Beton des Gesamtkörpers eingebunden
ist.
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Es erscheint nun angebracht, das eingebundene Formstück (Kern, Säule,
Stiel, Stütze) kurz als »Entlastungselement« zu bezeichnen, nachdem klargestellt
ist, daß es prinzipiell- in verschiedener Beziehung zur Entlastung des allgemeinen
Werkstoffs des Baukörpers oder Konstruktionsteils dienen soll.
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Demnach ist der neuartige Baukörper oder Konstruktionsteil aus Beton
od. dgl., also z. B. die neuartige Eisenbahnschwelle oder der neuartige Rammpfahl,
dadurch gekennzeichnet, daß er - und zwar zumindest innerhalb oder nahe der räumlichen
Einwirkungsbezirke von Druckbeanspruchungen -mit einem, mehreren oder vielen ganz
oder teilweise vorfabrizierten Entlastungselementen in originärem Verband mit seinem
Gefüge ausgestattet ist, wobei diese Entlastungselemente ihn parallel oder ungefähr
parallel zu den wesentlichen Druckkomponenten gänzlich durchsetzen. Der Verband
zwi-. sehen vorfabrizierten Entlastungselementen und übriger Beton- oder Kunststeinmasse
kommt also dadurch zustande, daß die Elemente beispielsweise in der Stampf-, Rüttel-,
Gieß- oder sonstigen Herstellungsform, die der Anfertigung der Baukörper usw. dient,
oder in einem entsprechenden Schalungsraum, in fixierter Lage eingelegt, mit der
erdfeuchten, plastischen, weichen oder flüssigen Beton-oder Kunststeinmasse umstampft,
umpreßt, umschüttet, umgossen oder sonstwie umbettet werden. Die Ausführung ist
jedenfalls so einfach, daß jeder Fachmann sie vollziehen kann und es keiner weiteren
Beschreibung mehr bedarf. Der erhärtete Baukörper oder Xo.nstruktionsteil enthält
demnach
die Entlastungselemente von Ursprung an, der Verband ist
somit als typisch originär anzusehen.
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Immer wird bei Anwendung der Erfindung die Erhöhung der Haltbarkeit
erwünscht sein, nicht immer dagegen, um nur ein Beispiel zu nennen, eine Erhöhung
des Widerstandes gegen federndes Zusammendrücken. Bezüglich der Erhöhung der Haltbarkeit
sollte man erfindungsgemäß nun grundsätzlich gerade solche Werkstoffe für die Entlastungselemente
nehmen, bei denen die Zugfestigkeit keine schlechte ist, bezogen auf die Druckfestigkeit.
Das gilt insbesondere dann, wenn Schwingungsbeanspruchungen aufgenommen werden müssen
oder wenn Stoßkräfte beim Rückgang über die Nullinie hinwegschwingen. Der neuartige
Baukörper oder Konstruktionsteil kann daher auch noch dadurch gekennzeichnet sein,
daß der Quotient »Statische Zugfestigkeit/Statische Druckfestigkeit« sich im Werkstoff
der Entlastungselemente größer vorfindet als im sonstigen Gefüge. Die Ausführung
dieser Regel, d. h. die Wahl der geeigneten Werkstoffe für die Entlastungselemente
bei gegebenen Werkstoffen für das einbettende Gefüge, ist jedermann ohne weiteres
möglich, da doch für jedes gängige :Material gerade die Daten der Zug- und Druckfestigkeit
bekannt zu sein pflegen.
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Damit insbesondere auch bei Belastungen mit hoher Lastwechselzahl
die Querschnitte der Entlastungselemente verhältnismäßig klein sein können, gilt
bezüglich der Wahl geeigneter Werkstoffe nunmehr aber auch die Erfindungsregel,
daß der Quotient »Dauerfestigkeit/Statische Würfeldruckfestigkeit« beim Werkstoff
des Entlastungselements zweckmäßig größer sein soll als beim übrigen Werkstoff des
betreffenden Baukörpers. Die Auswahl eines genügend dauerfesten Stoffes und seiner
Abmessung, d. h. die Benutzung auch dieser eben genannten Erfindungsregel, ergibt
für den Fachmann keine Schwierigkeiten, weil nicht- nur für die verschiedenartigen
Materialien die Daten ihrer Dauerfestigkeit veröffentlicht, sondern auch die technologischen
Methoden zur Herstellung besonders dauerfester Materialien, bei Metallen auch die
Verfahren zur diesbezüglichen Vergütung bekannt sind.
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Schließlich kann die Auswahl des Materials für die Entlastungselemente,
wenn diese den Baukörper vor nachteiliger Formänderung und Ermüdung durch frequente
Stöße auf die Dauer genügend entlasten sollen, erfindungsgemäß auch nach der Regel
vorgenommen werden, daß das prozentuale Nachlassen des Elastizitätsmaßes mit steigender
Lastweehselzahl sowohl wie die Zunahme der bleibenden spezifischen Verkürzung im
Werkstoff der Entlastungselemente geringer sein soll als beim übrigen Werkstoff
des betreffenden Baukörpers oder Konstruktionsteils. Auch durch diese Regel werden,
soweit die entsprechenden Werte für gängige Materialien nicht ohnedies bekannt oder
vorherzusehen sind, dem Fachmann zumindest die Bedingungen angegeben, unter denen
er zu fabrizieren und das Fabrizierte zu kontrollieren hat, falls für die Entlastungselemente
aus irgendeinem Grunde nicht handelsübliche Materialien, sondern spezieller Beton,
Zement-, Zementmörtel-, zementhaltige Masse oder eine andere Kunststeinmasse verwendet
werden soll. -Im letzteren Falle wird man die Entlastungselemente erfindungsgemäß
am besten unter Anwendung von mehr oder weniger hohem Druck während der Erhärtung
(Kompressionsdruck) oder im Schleuderverfahren herstellen. Wenn die Entlastungselemente
aber speziell zur Vermeidung bleibender Verkürzung dienen sollen, wird man sie erfindungsgemäß
außerdem noch unter Dampfhärtung hergestellt und bzw. oder endgültig abgebunden
(abgelagert) zur Anwendung bringen. Die Erfindung kann auch so durchgeführt werden,
daß der Baukörper in seinem Gefüge Entlastungselemente aus erschmolzenem Naturstein,
z. B. aus Schmelzbasalt, oder aber aus gesintertem Naturgestein oder aus entsprechenden,
d. h. erschmolzenen oder gesinterten steinartigen Kunstprodukten aufweist.
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In solche Entlastungselemente, ebenso in die aus Beton oder aus anderem
Kunststein, können erfindungsgemäß auch noch Einlagen oder Seelen aus Metall, insbesondere
aus Stahl und Eisen, in originärem, engem Verbande mit dem Gefüge eingebettet sein,
insbesondere in der Weise, daß die metallischen Einlagen oder Seelen die Entlastungselemente
in genau oder ungefähr derjenigen Richtung durchsetzen, in der diese Entlastungselemente
den Baukörper oder Konstruktionsteil durchsetzen.
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Offensichtlich ermöglicht es die Erfindung also, selbst bei sperrigen
und schweren Betonfertig- und Konstruktionsteilen die technischen Errungenschaften
der subtileren betontechnologischen Methoden wirtschaftlich anzuwenden, indem nämlich
nunmehr lediglich die ermüdungs- und ähnlich beanspruchten Gefügeteile, also die
für diese bestimmten Entlastungselemente, nicht aber das Ganze nach solchen subtileren
Methoden verfertigt werden.
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Schließlich muß noch erwähnt werden, daß die Erfindung mit besonderem
Vorteil auch bei solchen Baukörpern oder Konstruktionsteilen, insbesondere bei Bausteinen
oder Bauplatten angewendet werden kann, die aus porigem Beton oder porigem Kunstgestein
bestehen, und überhaupt bei allen Leichtbausteinen, indem so die sonst sehr niedrige
pauschale Druckfestigkeit erheblich erhöht sein kann. Auch diese Ausführungsform
stellt einen technischen Fortschritt von bedeutendem praktischem Nutzen dar.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des neuartigen Baukörpers
oder Konstruktionsteils schematisch dargestellt.
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Fig. r zeigt den Querschnitt durch einen neuartigen Rammpfahl aus
hochwertigem Schwerbeton a. Mit b ist das Entlastungselement bezeichnet;
welches hier aus hochwertigem Stahl besteht, insbesondere aus solchem von extrem
kleiner Dehnung, z. B. aus gehärtetem Stahl. Diese Seele b ist genau zentral gelagert,
und bei der Produktion solcher Rammpfähle sind Vorkehrungen zu treffen, daß die
Längsachse von b immer genau in der
Geraden verbleibt. Die Masse
des Betons a ist nach dynamischen Gesichtspunkten so zu berechnen, daß infolge der
Massenträgheit, also infolge des Beharrungsvermögens dieser- Masse, eine ausreichende
Querstützung gegen Ausknicken der Seele b bei den Rammschlägen vorliegt. Mit c ist
der eiserne Rammkopf und mit d die stählerne Spitzenbewehrung bezeichnet.
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In Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch eine Eisenbahn-Betonschwelle
dargestellt, bei der es sich übrigens um eine durch Bolzen e vorgespannte Stahlbetonschwelle
handelt. Mit a ist hier wiederum die Hauptmasse des Betons bezeichnet, mit b', b",
b"' und b"" vier Entlasfungselemente; diese vorfabrizierten und originär in a eingebundenen
Formstücke bestehen aus unter Kompression von etwa 5o atü erhärtetem und bei wenig
über zoo° C erhöhter Dampftemperatur nachgehärtetem Zementmörtel-Kunststein. Der
für den Zementmörtel-Kunststein verwendete Zement ist ein anormal fein gemahlener
Portlandzement, der Zuschlag ist vorwiegend ein Sand mit maximaler Korngröße von
4 mm, der Wasser-Zement-Faktor ist besonders niedrig und das Gemisch verhältnismäßig
fett, jedenfalls so, daß der Kunststein einen relativ hohen Quotienten »Statische
Zugfestigkeit/Statische Würfeldruckfestigkeit« aufweist, ebenso einen sehr hohen
Quotienten »Dauerfestigkeit/Statische Würfeldruckfestigkeit«. Vor allem ist die
Fabrikation dieser Entlastungselemente b' b", b"' und b"" so vorzunehmen
und sie selbst sind dabei durch Modellversuche so zu überwachen, daß bei ihnen eine
besonders geringe Ermüdungstendenz gewährleistet ist. Ihr Querschnitt bzw. ihre
Lastaufnahmeflächen sind durch Versuche so zu bemessen, daß sie sich mit dem Betongefüge
a etwa hälftig in die Drucklast teilen und in den Verkürzungen mit a harmonieren.
Der Hauptzweck besteht im vorliegenden Falle in einer Steigerung des Widerstandes
gegen Ermüdung. Mit f' und f" sind die eisernen Schienen-Unterlagsplatten,
mit g' und g" die Fahrschienen angedeutet.
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In der Fig.3 ist ein einziges Entlastungselement h, ebenfalls für
eine Eisenbahn-Betonschwelle bestimmt, im Querschnitt dargestellt, welches einen
Hohlraum für den Holzdübel i aufweist, in den die hier nicht gezeichnete Schienenschraube
eingeschraubt wird. Mit a ist wiederum die Betonmasse der Schwelle benannt. Dieses
Entlastungselement h ist so einfach geformt, daß es auch aus Schmelzbasalt hergestellt
sein kann, und zwar nicht nur wegen der guten mechanischen Eigenschaften, sondern
auch wegen des hohen elektrischen Widerstandes dieses Materials, welcher aus signaltechnischen
Gründen erforderlich sein kann. Das Holz des Dübels i ist übrigens mit Bitumen gegen
Feuchtigkeitsaufnahme zu tränken.
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In Fig. 4 ist ein Porengips-Leichtbaustein schematisch dargestellt.
Das Porengipsgefüge k ist in bekannter Weise mit verdichteter Oberfläche l verfertigt.
Der Stein ist mit zwei Entlastungselementen m' und n%' in senkrechter Richtung und
in seiner Mittelachse wie gezeichnet versteift; diese Elemente verleihen dem Baustein
eine große pauschale Druckfestigkeit in der wichtigen Richtung. Auch diesen säulenförmigen
Entlastungselementen-m und ni' kommt die elastische Querabstützung gegen Knickung
durch das ,porige Gefüge k zugute, d. h., m und m" können mit relativ geringem
Querschnitt und damit gewichtsmäßig leicht bemessen sein. Die Entlastungselemente
m und m" sind unter Druckerhärtung aus Hartgips vorfabriziert und originär in das
Gefüge k und l eingebunden. Ihre Form ist an den Enden pilzförmig
im Querschnitt vergrößert.
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In der Zeichnung ebenso wie in der Beschreibung sind lediglich einige
wenige der vielen Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung dargestellt, und zwar nur
rein schematisch skizziert, um -dadurch das Wesentliche der Erfindung hervorzuheben.