DE3485807T2

DE3485807T2 - Vorspannstahlmaterial.

Info

Publication number: DE3485807T2
Application number: DE19843485807
Authority: DE
Inventors: Eiji C O Itami Works Of S Inoo; Mikio C O Itami Works Of Mizoe; Kanji C O Itami Works Wanatabe
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1983-12-16
Filing date: 1984-12-14
Publication date: 1992-12-10
Anticipated expiration: 2004-12-15
Also published as: EP0298524B1; AU571913B2; AU1214788A; AU3667784A; DE3485571D1; EP0298524A2; EP0146126B1; EP0146126A2; NZ210568A; CA1243501A; DE3485807D1; EP0298524A3; EP0146126A3; AU582321B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft langgestreckte (längliche) Vorspannelemente, die in Spannbeton eingebettet sind, der durch nachträgliches Spannen vorgespannt wird.
Beton weist eine verhältnismäßig geringe Zugfestigkeit bzw. Biegefestigkeit auf. Um diesen Nachteil zu überwinden, wurde Spannbeton entwickelt. Mittels hochfester Stahldrähte, Stahlstäbe oder Stahlstränge wird ein Betonelement vorgespannt (vorverdichtet). Wenn das Bauteil eine Last aufnimmt, entfällt die Vorspannung auf diesem Teil, der normalerweise gespannt wäre.
Es gibt zwei generelle Verfahren zum Vorspannen, nämlich das vorherige Spannen und das nachträgliche Spannen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Stahlmaterialien für die Verwendung zusammen mit Beton des Typs, der durch nachträgliches Spannen vorgespannt wird.
Strukturelemente, die verwendet werden, um einen direkten Kontakt zwischen Stahlmaterialien und dem umgebenden Spannbeton zu vermeiden, sind in den Figuren 1 und 2 erläutert. Das in Fig. 1 dargestellte Strukturelement kann angewendet werden unabhängig davon, ob das Stahlmaterial in Form eines Drahtes, eines Stabes oder eines Stranges vorliegt. Ein Stahlelement 1 mit einem Fettüberzug 2 ist umhüllt von einem PE(Polyethylen)-Rohr bzw. -Schlauch 3. Wenn das Stahlelement 1 mit dem PE-Rohr 3 innerhalb eines Betonabschnittes 4 angeordnet ist, reduziert der Schmiereffekt des dazwischenliegenden Fettüberzugs 2 den Reibungskoeffizienten zwischen dem Stahlelement und dem Beton bis herunter auf einen Wert zwischen 0,002 und 0,005 m&supmin;¹. Wegen dieses niedrigen Reibungskoeffizienten kann das in Fig. 1 dargestellte Bauelement leichter dazu verwendet werden, ein langes Stahlkabel in Beton nachträglich zu spannen. Wenn jedoch das Stahlmaterial von geringer Länge ist, bereitet die Notwendigkeit, ein Austreten von Fett an einem Ende des PE-Rohres zu verhindern, große Schwierigkeiten bei der Herstellung und Handhabung des Stahlmaterials. Da die Stahlelemente Gewinde oder Köpfe an beiden Enden aufweisen, ist es ferner schwierig, sie kontinuierlich herzustellen.
Das in der Fig. 2 gezeigte Stahlelement 1, das in Asphalt 5 eingekapselt ist, weist einen etwas höheren Reibungskoeffizienten auf als die in Fig. 1 dargestellte Struktur. Dieser Aufbau wird in großem Umfang angewendet zusammen mit verhältnismäßig kurzen Stahlmaterialien, da er einfach in der Konstruktion ist, frei von Lecks ist und eine leichte Entflechtung (unbonding) zwischen dem Stahlmaterial und dem Beton erlaubt, selbst wenn das Stahlelement Gewinde oder Köpfe an den Endabschnitten aufweist.
Ein Problem, das bei dem in Fig. 2 dargestellten Aufbau auftritt, besteht darin, daß durch die Anwesenheit des Asphalts (oder alternativ eines Farbanstriches) die Arbeitsumgebung in nachteiliger Weise beeinflußt werden kann, weil darin ein flüchtiges organisches Lösungsmittel eingeschlossen ist. Darüber hinaus kann der Boden verunreinigt werden durch das Verspritzen des Asphalts oder des Farbanstriches. Als weiteres Problem treten große Schwierigkeiten auf bei der Handhabung des beschichteten Stahlmaterials während der Trocknung oder Positionierung innerhalb eines Rahmengestells (Fachwerks) und es kann leicht eine Trennung des Asphaltüberzugs auftreten, wenn nicht äußerste Sorgfalt angewendet wird bei der Sicherstellung der gewünschten Beschichtungsdicke.
In US-A-3 646 748 ist ein langgestrecktes (längliches) Vorspannelement beschrieben, das in Spannbeton eingebettet ist, wobei das Vorspannelement umfaßt ein Stahlelement und ein Kunstharz-Rohr, das die äußeren Oberflächen des Stahlelements umgibt und bei dem das Vorspannelement nachträglich gespannt wird in einem ungebundenen Zustand, in dem das Vorspannmaterial nicht gebunden ist an und frei beweglich ist in bezug auf den Beton und das Stahlelement nicht beweglich ist in bezug auf das Kunstharzrohr.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein in Spannbeton eingebettetes Stahlmaterial zu schaffen, das frei von den mit dem Stand der Technik verbundenen Problemen ist.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht durch ein Vorspann-Stahlmaterial, das in Spannbeton eingebettet ist und umfaßt ein Stahlelement und ein Kunstharz-Rohr bzw. -Schlauch, wobei das Vorspann-Stahlmaterial frei beweglich ist in bezug auf den Beton und das Stahlelement unbeweglich ist in bezug auf das wärmeschrumpfbare Kunstharzrohr, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Vorspann-Stahlmaterial umfaßt einen Stahlstrang, der aus einer Vielzahl von miteinander vertwisteten Stahldrähten besteht, wobei der Stahlstrang spiralförmige Rillen und ein diese Rillen ausfüllendes Harz aufweist und das Harzrohr aus einem wärmeschrumpfbaren Harz den Strang so bedeckt, daß das Harz und das wärmegeschrumpfte Rohr um den Strang herum einen innigen Kontakt zwischen dem Strang und dem Harzrohr ergeben, und das außerdem umfaßt ein Klebstoffmaterial zwischen dem Stahlelement und dem wärmeschrumpfbaren Kunstharzrohr, wobei bei Anwendung von Wärme das Rohr schrumpft, wenn der Klebstoff schmilzt, so daß das Stahlelement und das Harzrohr aneinander haften, bevor der Stahlstrang in den Spannbeton eingebettet wird, sowie
ein langgestrecktes (längliches) Vorspann-Stahlmaterial, das in Spannbeton eingebettet ist, wobei das Vorspann- Stahlmaterial umfaßt ein Stahlelement und ein Kunstharzrohr, das die äußeren Oberflächen des Stahlelements umgibt, wobei das Vorspann-Stahlmaterial in einem ungebundenen Zustand vorliegt und frei beweglich ist in bezug auf den Beton und das Stahlelement unbeweglich ist in bezug auf das wärmeschrumpfbare Kunstharzrohr, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Harzrohr aus einem wärmeschrumpfbaren Harz besteht und daß ein Klebstoffmaterial zwischen dem Stahlelement und dem wärmeschrumpfbaren Kunstharzrohr vorgesehen ist, so daß bei Anwendung von Wärme das Rohr schrumpft, wenn der Klebstoff schmilzt, so daß das Stahlelement und das Harzrohr aneinander haften, bevor das Stahlelement in den Spannbeton eingebettet wird.
Die Fig. 1 und 2 zeigen in schematischer Form den konventionellen Aufbau von Stahlmaterialien für Beton, der durch nachträgliches Spannen vorgespannt wird;
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stahlmaterials für die Verwendung zusammen mit Spannbeton; und
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch einen Stahlstrang, der erfindungsgemäß von einem Harzrohr umhüllt ist.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 im Detail beschrieben, in denen die Bezugsziffer 1 ein Stahlelement und die Bezugsziffer 6 ein wärmeschrumpfbares Kunstharzrohr darstellen.
Das Harzmaterial ist vorzugsweise ein Polyolefin, beispielsweise ein Polyethylen hoher Dichte.
Das Stahlelement ist von einem wärmeschrumpfbaren Kunstharzrohr umhüllt.
Das Stahlmaterial wird mit einem Klebstoffmaterial mit dem wärmeschrumpfbarenn Kunstharzrohr verbunden, um Rostverhinderungs- und Antikorrosionseffekte zu erzielen.
Wenn das Stahlelement ein Stab ist, wird ein wärmeschmelzbarer Kunstharzklebstoff auf die innere Oberfläche des Harzrohres oder auf die äußere Oberfläche des Stahlstabes aufgebracht oder aufgelegt und nachdem das Harzrohr über den Stahlstab gezogen worden ist, wird Wärme einwirken gelassen, um das Harzrohr zu schrumpfen, wenn der Harzklebstoff schmilzt zur Erzielung einer festen Haftung zwischen dem Stahlstab und dem Harzrohr. Durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß dieses Verfahren der einfachste und beste Weg zur Sicherstellung einer festen Bindung zwischen dem Stahlstab und dem Kunstharzrohr ist.
Das Stahlmaterial für Spannbeton gemäß dieser Ausführungsform ist in der Fig. 3 erläutert, in der die Bezugsziffer 1 das Stahlelement und die Bezugsziffer 6 das wärmeschrumpfbare Kunstharzrohr, das in Form einer Schicht auf die Oberfläche des Stahlelements aufgebracht ist, darstellen. Bei einem bevorzugten Beispiel wird das Stahlelement 1 in ein vorgefertigtes wärmeschrumpfbares Kunstharzrohr eingeführt, das dann durch Heißluft, Wasserdampf oder mit einer IR (Infrarot)-Heizeinrichtung erhitzt wird, so daß es schrumpft und fest sitzt auf der Oberfläche des Stahlelements.
Die Wanddicke des wärmeschrumpfbaren Kunstharzrohres beträgt vorzugsweise mindestens 300 µm, um das Stahlelement 1 und die umgebende Betonschicht ausreichend gegeneinander zu isolieren, um ein gutes Gleiten zwischen den beiden Komponenten zu erzielen. Die Wanddicke des Kunstharzrohres nach der Wärmeschrumpfung kann aufgrund der folgenden Gleichung abgeschätzt werden:
t = (1/2)(((D + 2t&sub1;)² - D&sub1;² + D&sub0;²)½ - D&sub0;),
worin bedeuten:
t die Wanddicke (mm) nach der Wärmeschrumpfung
D&sub0; den Außendurchmesser (mm) des Stahlstabes
D&sub1; den Innendurchmesser (mm) des Rohres vor der Wärmeschrumpfung
t&sub1; die Wanddicke (mm) vor der Wärmeschrumpfung.
Wenn ein Stahlstab mit D&sub0; = 17 mm in ein Harzrohr mit einem Innendurchmesser von 20 mm und einer Wanddicke von 0,3 mm eingeführt wird und wenn das Rohr wärmegeschrumpft wird, um einen innigen Kontakt mit dem Stahlstab zu erzielen, hat das den Stahlstab umgebende Rohr eine Wanddicke von bis zu etwa 0,35 mm. Die Wärmeschrumpfung des wärmeschrumpfbaren Polyolefinrohres beträgt etwa 35 %. Der Innendurchmesser des Rohres kann daher ausgewählt werden aus dem Bereich des 1,1- bis 1,5-fachen des Außendurchmessers des Stahlstabes. Dieser ziemlich große Innendurchmesser des Polyolefinrohres erlaubt die sehr leichte Einführung des Stahlstabes durch das Rohr. Außerdem kann durch geeignete Auswahl des Innendurchmessers und der Wanddicke des wärmeschrumpfbaren Kunstharzrohres, das zusammen mit einem Stahlstab mit einem spezifischen Außendurchmesser verwendet werden soll, die gewünschte Wanddicke des Rohres, das um den Stahlstab herum nach der Wärmeschrumpfung vorliegt, erzielt werden.
Proben von Stahlmaterialien für die Verwendung zusammen mit Spannbeton, die Stahlelemente enthielten, die von einem wärmeschrumpfbaren Kunstharzrohr umgeben waren, wurden hergestellt und verschiedenen Tests unterworfen, um ihre Eigenschaften zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 3 angegeben. Tabelle 1 Grundeigenschaften der Proben Dimensionen des Stahlelements Harzrohr: Dichte: Zugfestigkeit: Dehnung: Wärmebeständigkeit: Salzwasserbeständigkeit: Alkalibeständigkeit: Säurebeständigkeit: Stab mit einem Außendurchmesser von 17 mm und einer Länge von 2830 mm Rohr aus Polyethylen hoher Dichte, das durch Vernetzung unter der Einwirkung eines Elektronenstrahls wärmeschrumpfbar gemacht wurde Tabelle 2 Reibungseigenschaften Probe Nr. Belastung gespannte Seite (Pi) (kgf) fixierte Seite (Po) Reibungsverluste (kgf) Reibungskoeffizient λ (m&supmin;¹) Bemerkungen Länge des Betonabschnittes =2,435 mm Probentemperatur : T=25ºC Reibungskoeffizient λ=(Pi/Po -1) 1/ Tabelle 3 Test Bedingungen Ergebnisse 1. Kontinuierli-Salzwasser-Sprühtest (2000 h) 2. Salzwassereintauchtest (2000 h) 3. Alkalibeständigkeitstest (2000 h) JIS Z 2371 5% wäßr. NaCl,35ºC eingetucht in eine 3 %ige wäßrige NaCl-Lösung bei 25ºC eingetaucht in eine 3 %ige wäßrige NaCl-Lösung bei 25ºC, die mit KOH auf pH 11 eingestellt wurde keine Rost- oder Blasenildung auf der Probenoberfläche kein Rost auf dem inneren Stahlstab
Die vorliegende Erfindung ist auch anwendbar auf einen Stahlstrang, der aus einer Vielzahl von vertwisteten Stahldrähten besteht, wie in Fig. 4 dargestellt. Der resultierende Stahlstrang weist sprialförmige Rillen auf, wie durch A und B in der Fig. 4 dargestellt. Diese Rillen erschweren nicht nur das nachträgliche Spannen des Stranges, sondern sie erhöhen auch den Reibungswiderstand auf dem Spannbeton. Um diese Probleme zu vermeiden, werden die Rillen mit einem Harz gefüllt. Dieses Füllen mit einem Harz kann erzielt werden durch Extrusion oder eine andere geeignete Technik. Anschließend wird der so behandelte Stahlstrang wie oben mit dem wärmeschrumpfbaren Kunstharzrohr umhüllt.
Das resultierende Stahlmaterial kann leicht hergestellt werden und kann während des Transports und der Installation leicht gehandhabt werden.

Claims

1. Vorspannstahlmaterial, eingebettet in Spannbeton (4), umfassend ein Stahlteil und ein synthetisches Harzrohr bzw. -schlauch (6), worin das Vorspannstahlmaterial frei beweglich ist mit Bezug auf den Beton und das Stahlteil nicht beweglich ist mit Bezug auf das wärmeschrumpfbare synthetische Harzrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannstahlmaterial einen Stahlstrang, umfassend eine Mehrzahl von Stahldrähten , die miteinander verdreht sind, umfaßt, wobei der Stahlstrang spiralförmige Rillen (A,B) besitzt, ein Harz die Rillen füllt und das Harzrohr (6) aus einem wärmeschrumpfbaren Harz, das den Strang und das Harz bedeckt, hergestellt ist und um den Strang wärmegeschrumpft ist, um einen innigen Kontakt zwischen dem Strang und dem Harzrohr zu ergeben, und weiterhin einen Klebstoff umfaßt, der zwischen dem Stahlteil und dem wärmeschrumpfbaren synthetischen Harzrohr vorgesehen ist, worin bei Wärmeanwendung das Rohr schrumpft, wenn der Klebstoff schmilzt, um das Stahlteil und das Harzrohr zu kleben, bevor der Stahlstrang in dem Spannbeton eingebettet wird.

2. Verlängertes Vorspannstahlmaterial, eingebettet in Spannbeton, worin das Vorspannstahlmaterial ein Stahlteil und ein synthetisches Harzrohr bzw. -schlauch, das die Außenoberflächen des Stahlteils umgibt, umfaßt, worin das Vorspannstahlmaterial in einem ungebundenen Zustand ist und frei beweglich ist mit Bezug auf den Beton und das Stahlteil nicht beweglich ist mit Bezug auf das wärmeschrumpfbare synthetische Harzrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Harzrohr aus einem wärmeschrumpfbaren Harz hergestellt ist und daß ein Klebstoff zwischen dem Stahlteil und dem wärmeschrumpfbaren synthetischen Harzrohr vorgesehen ist, worin bei Wärmeanwendung das Rohr schrumpft, wenn der Klebstoff schmilzt, um das Stahlteil und das Harzrohr zu kleben, bevor das Stahlteil in dem Spannbeton eingebettet wird.

3. Stahlmaterial nach Anspruch 1 oder 2, worin die Wanddicke des Harzrohrs wenigstens 300 µm beträgt.

4. Stahlmaterial nach Anspruch 1 oder 2, worin das Harzmaterial ein Polyolefin ist.

5. Stahlmaterial nach Anspruch 1 oder 2, worin das Harz ein Polyethylen hoher Dichte ist.