EP3919702A1 - Holz-beton-verbundbauteil und verfahren zur bildung eines holz-beton-verbundbauteils - Google Patents

Holz-beton-verbundbauteil und verfahren zur bildung eines holz-beton-verbundbauteils Download PDF

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EP3919702A1
EP3919702A1 EP21176428.7A EP21176428A EP3919702A1 EP 3919702 A1 EP3919702 A1 EP 3919702A1 EP 21176428 A EP21176428 A EP 21176428A EP 3919702 A1 EP3919702 A1 EP 3919702A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
concrete
wood
wooden
concrete composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP21176428.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Frohnmüller
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Werner Seim
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universitaet Kassel
Original Assignee
Universitaet Kassel
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitaet Kassel filed Critical Universitaet Kassel
Publication of EP3919702A1 publication Critical patent/EP3919702A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B5/00—Floors; Floor construction with regard to insulation; Connections specially adapted therefor
    • E04B5/16—Load-carrying floor structures wholly or partly cast or similarly formed in situ
    • E04B5/17—Floor structures partly formed in situ
    • E04B5/23—Floor structures partly formed in situ with stiffening ribs or other beam-like formations wholly or partly prefabricated
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D6/00—Truss-type bridges
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D2101/00—Material constitution of bridges
    • E01D2101/10—Wood
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B5/00—Floors; Floor construction with regard to insulation; Connections specially adapted therefor
    • E04B5/16—Load-carrying floor structures wholly or partly cast or similarly formed in situ
    • E04B5/17—Floor structures partly formed in situ
    • E04B5/23—Floor structures partly formed in situ with stiffening ribs or other beam-like formations wholly or partly prefabricated
    • E04B2005/232—Floor structures partly formed in situ with stiffening ribs or other beam-like formations wholly or partly prefabricated with special provisions for connecting wooden stiffening ribs or other wooden beam-like formations to the concrete slab
    • E04B2005/237—Separate connecting elements

Definitions

  • the present invention relates to a wood-concrete composite component, comprising at least one wood component, in particular a beam-shaped or flat wood component, and at least one concrete component, in particular a beam-shaped or plate-shaped precast concrete component.
  • the invention also relates to a method for forming such a wood-concrete composite component.
  • Wood-concrete composite components are used in supporting structures, in particular as floor slabs or bridges.
  • Wood-concrete composite components include wooden components and concrete components which are connected to one another in a shear-proof manner using a suitable connection method or a suitable connecting means and are therefore also referred to as hybrid components.
  • the wooden components are designed as wooden beams or cross-laminated timber panels and the concrete components as plate-shaped prefabricated components, whereby the wooden component is mainly subjected to tensile and bending loads, while the concrete component mainly absorbs compressive loads.
  • the joint between the wooden component and the concrete component must be suitable for transferring the corresponding shear forces.
  • Wood-concrete composite components are used both in the renovation or revitalization of old buildings, where old wood beam ceilings in particular are strengthened using the wood-concrete composite construction method, but also in new storey and new residential buildings and in bridge construction. In order to shorten the construction times, prefabricated concrete components are preferably used, which then only have to be connected to the wooden components on site.
  • connection between wooden components and concrete components can be implemented, for example, by means of adhesives, the use of polymer potting in particular for bonding components being known. So reveals the DE 20 2017 004 730 U1 a composite of a beam and a plate element, which is connected by means of an intervening potting compound made of a polymer potting material, in a tensile and shear-proof manner.
  • Polymer grouting also known as polymer mortar, synthetic resin mortar or reaction resin concrete, is based on a polymer binder instead of cement and contains mineral or organic aggregates, which are referred to as fillers or fillers.
  • a hardener is necessary and, in particular with the use of special accelerators, a significantly higher hardening speed can be achieved than with cement-based grouting.
  • the achievable strength of polymer mortar is superior to that of conventional mortars.
  • a particular advantage in connection with wood-concrete composite components is the formation of high-strength adhesive bonds between the polymer mortar, both with the concrete component and with the wood component.
  • the recommended polymer mortar has a general building authority approval with the number Z-10.7-282.
  • a disadvantage of a wood-concrete composite according to DE 20 2017 004 730 U1 are the high costs for the large quantities of polymer potting required for the full-surface bonding of the components
  • a glued wood-concrete composite is the gluing of precast concrete parts and wooden components with polymer mortar by laying the precast concrete part over the surface.
  • This method was investigated in a ZIM research project at the University of Kassel, wood construction and building preservation department (see also: Martin KITAner - On the load-bearing behavior of polymer mortar adhesive joints for use in road bridges in Wood-concrete composite construction, thesis, University of Weimar, December 17, 2019 ).
  • a polymer mortar is applied as an adhesive to the wooden component and the precast concrete component is placed in a second work step.
  • connection technology for wood-concrete composite components in the prior art is the use of mechanical connecting means, in particular screws.
  • This has the practical advantage that the connection can be established at any point in time after the positioning of the concrete components, but screwing is a disadvantageously time-consuming process and a connection that is much more flexible than gluing is achieved.
  • the technical teaching of the invention discloses a wood-concrete composite component, comprising at least one wood component, in particular a beam or plate-shaped wooden component, and at least one concrete component, in particular a beam or plate-shaped precast concrete component, the wooden component having a top side with a support section and a Having potting section, wherein the concrete component rests on the support section and forms an edge-side boundary of the potting section, whereby a potting joint is formed, and wherein a potting body made of a polymer mortar is introduced into the potting joint, such that the potting body has adhesive bonds with the wooden component and with the Has concrete component.
  • the invention is based on the idea of using the excellent technical properties of a polymer mortar on the one hand, namely its adhesive effect to form high-strength adhesive bonds both with the wooden component and with the concrete component, as well as with the mortar high shear strength, but on the other hand, the use of material for the polymer mortar is limited to the formation of a grouting body in the typically small-volume grouting joint. In effect, this results in a potting body to be applied subsequently, i.e. after the concrete component has been positioned on the support section of the wooden component, which forms shear-resistant connections to the wooden component and to the concrete component without the need for additional effort to form a form fit or to introduce mechanical fasteners would.
  • the concrete components used can, for example, extend between two wooden components each, i.e. rest on the edge side on the upper side of the wooden beams.
  • the contact surfaces with the concrete components on top represent the support section of the top of each wooden component and the area in between and not covered by the concrete components corresponds to the potting section of the top.
  • the grouting joint, into which the polymer mortar is introduced to form a grouting body, is formed by the grouting section and the edge-side end faces of the adjoining concrete components.
  • the concrete component can be dimensioned so large that it spans several wooden components, and in particular in this case the concrete component preferably comprises at least one recess, a contour of the grouting joint being formed by a contour of the recess .
  • the concrete component is positioned in such a way that the recess is arranged completely over the top of the wooden component, and the composite is produced by subsequent application of the polymer mortar into the recesses.
  • Such a rigid composite of the wood-concrete composite component is characterized by a high section modulus, low deflection in the center of the field and a high natural frequency. Compared to cross-sections that are not rigidly connected, advantages in terms of vibration behavior, deformation behavior and load-bearing behavior are achieved with the rigid connection.
  • Another advantage of the wood-concrete composite component according to the invention consists in its particularly favorable load-bearing behavior under constrained stresses from swelling and shrinking. Since wood and concrete have different thermal and hygric expansion coefficients, tensions can arise in the outer layers of the components. In a conventionally bonded composite, in which there is a flat layer of adhesive between the wooden component and the concrete component, expansion of the wooden component induces potentially supercritical shear stresses in the outer edge layer of the concrete component. In contrast to this, in the wood-concrete composite component according to the invention, the stresses from the wood component are transmitted as normal stresses into the concrete component via the potting body.
  • the grouting body made of polymer mortar is characterized by a significantly higher shear strength compared to concrete and is therefore predestined to absorb shear stresses from the expanding wooden component.
  • the potting body is preferably exposed on the upper side, which enables a visual inspection of the potting body. This can reduce the quality of the connection between the wooden component, potting body and Concrete component can be checked retrospectively and any necessary repairs can be made.
  • the wood-concrete composite component according to the invention has at least one metallic connecting means, which is received in sections in the wood component and extends into the potting body.
  • a connecting means serves as a redundant securing means to ensure a high level of shear strength of the composite and can, for example, be designed as a reinforcing rod or screw protruding essentially vertically from the top of the wooden component.
  • the wood-concrete composite component has at least one metallic reinforcement which is received in sections in the concrete component and extends in the potting body.
  • a reinforcement is used to redundantly secure the connection between the concrete component and the potting body and is designed, for example, as a reinforcement rod or a reinforcement grid that runs horizontally through a recess in the concrete component or protrudes from the edge of the concrete component.
  • the wood-concrete composite component preferably has a sealant which seals a bearing joint delimiting the potting section between the wood component and the concrete component.
  • a sealant which seals a bearing joint delimiting the potting section between the wood component and the concrete component.
  • Such a seal serves to prevent the freshly poured polymer mortar from undesirably escaping from the grouting joint, in particular in order to keep the underside visible area clean when the wood-concrete composite component is used as a floor slab.
  • the sealant is designed, for example, as a sealing tape or a sealing foam and is, for example, introduced into the bottom area of the grouting joint on the edge side before the polymer mortar is applied.
  • the wood-concrete composite component forms a floor slab or a bridge component.
  • the composite component can comprise a combination of prefabricated concrete components of different dimensions, and the casting joints accordingly have sections in which they are designed as recesses in concrete components or are delimited by the edges of adjacent concrete components.
  • the shape of the grouting joints formed is left to the choice of the user, whereby a wood-concrete bond that is as continuous as possible is recommended for reasons of statics and also due to the requirements for sound insulation and impermeability. Due to the high shear strength of the wood-concrete composite component according to the invention, it can in principle also be used as a wall.
  • the method according to the invention allows the tradespeople and suppliers to work independently, for example hanging up the concrete components are carried out for a large number of floor slabs and the introduction of the polymer mortar into the grouting joints formed takes place at a later point in time, for example only after completion of the shell and the introduction of the windows. In this way, constant climatic conditions can be created, which is necessary for reliable hardening of the polymer mortar.
  • the concrete component is preferably provided with at least one recess, a contour of the grouting joint being formed by a contour of the recess and the polymer mortar being applied into the recess after the concrete component has been placed.
  • at least two concrete components are provided and placed on the support section, the edge-side boundary of the grouting section, and thus the grouting joint, being formed by the edges of the concrete components.
  • the wooden component and / or the concrete component are provided with at least one position securing means, by means of which the concrete component is prevented from slipping on the support section of the wooden component before the polymer mortar is applied.
  • a positional securing can be formed, for example, by a form fit between the wooden component and the concrete component, for example by providing a step or a tongue and groove connection, or by a mechanical means which is inserted or introduced into holes in the wood and concrete component lying one above the other.
  • FIG. 1a shows a cross-sectional view and Figure 1b a corresponding top view of a first embodiment of a wood-concrete composite component 100 according to the invention, the section shown in the figures comprising two wooden components 1 in the form of wooden beams and three concrete components 2 in the form of plate-shaped precast concrete components.
  • Each concrete component 2 rests with its edge regions on the upper sides 10 of adjacent wooden components 2, the respective support section 11 being formed by the contact surface between concrete component 2 and wooden component 1.
  • the grouting joints 30, the underside of which is formed by the grouting section 12 on the top 10 of the respective wooden component 1, extend between the front edge sides 21 of adjacent concrete components 2.
  • the wood-concrete composite part 100 represents a shear-resistant, rigid composite and is suitable for absorbing compressive, tensile and bending loads.
  • FIG. 2a shows a cross-sectional view and Figure 2b a corresponding top view of a second embodiment of a wood-concrete composite component 100 according to the invention, a larger-sized concrete component 2 being shown here, which spans the two wooden components 1.
  • the edge-side delimitation of the casting sections 12, and thus the casting joints 30, is formed by the various recesses 20 of the concrete component 2.
  • the lateral end faces of the concrete components 2 are also designed beveled.
  • Fig. 3 shows a cross-sectional view of a third embodiment of a wood-concrete composite component 100 according to the invention, which has a flat wood component 1, the formation of the grouting joints 30 and the grouting bodies 3 introduced therein corresponding to the description of the preceding figures.
  • Fig. 4 shows a cross-sectional view of a fourth embodiment of a wood-concrete composite component 100 according to the invention, which comprises a metallic connecting means 4, two metallic reinforcing means 5 and the sealing means 6 and 7.
  • the connecting means 4 is designed as a screw which is received in sections in the wooden component 1 and extends into the potting body 3.
  • the reinforcement means 5 are designed as horizontally arranged reinforcing bars, which are received in sections in the concrete component 2 and extend into the potting body 3.
  • such a reinforcement means can also be designed in the form of a reinforcement bar spanning the entire grouting joint 30, which also provides the possibility of handling, ie grasping, the concrete component 2 when it is positioned on the wooden component 1.
  • the sealing means 6 and 7 seal the bearing joints delimiting the potting section 12 between the wooden component 1 and the concrete component 2 and are arranged on both sides of the bearing joints before the polymer mortar is introduced.
  • Figures 5a and 5b show cross-sectional views to illustrate optional position securing means 71, 72, 73 and 74 which, on the process side, serve to prevent the concrete component 2 from slipping on the upper side 10 of the wooden component 1 before the polymer mortar is poured into the casting joint 30.
  • the formation of form-fitting connections is advantageous, which in the case of the position securing means 71 is realized by the provision of a planar or beveled step representing the support section 11 in the top 10 of the wooden component 1, or in the case of the position securing means 72 by suitable notches of the Support section 11 on the wooden component 1 and the concrete component 2 to form a tongue and groove connection.
  • the mechanical position securing means 73 and 74 are designed as preferably metallic connecting means.
  • the screw 73 is screwed into the wooden component 1 under the support section 11 through a recess provided in the concrete part 2.
  • the bolt 74 which can be used alternatively or in combination, is received in bores correspondingly assigned to one another in the wooden component 1 and in the concrete component 2.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Holz-Beton-Verbundbauteil (100), umfassend wenigstens ein Holzbauteil (1), insbesondere ein balken- oder plattenförmiges Holzbauteil, und wenigstens ein Betonbauteil (2), insbesondere ein balken- oder plattenförmiges Betonfertigbauteil, wobei das Holzbauteil (1) eine Oberseite (10) mit einem Auflageabschnitt (11) und mit einem Vergussabschnitt (12) aufweist, wobei das Betonbauteil (2) auf dem Auflageabschnitt (11) aufliegt und eine randseitige Begrenzung des Vergussabschnitts (12) bildet, wodurch eine Vergussfuge (30) gebildet ist, und wobei ein Vergusskörper (3) aus einem Polymermörtel in die Vergussfuge (30) ausgebracht ist, derart, dass der Vergusskörper (3) adhäsive Bindungen mit dem Holzbauteil (1) und mit dem Betonbauteil (2) aufweist. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Bildung eines Holz-Beton-Verbundbauteils (100).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Holz-Beton-Verbundbauteil, umfassend wenigstens ein Holzbauteil, insbesondere ein balkenförmiges oder flächiges Holzbauteil, und wenigstens ein Betonbauteil, insbesondere ein balken- oder plattenförmiges Betonfertigbauteil. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Bildung eines derartigen Holz-Beton-Verbundbauteils.
    • STAND DER TECHNIK
  • Holz-Beton-Verbundbauteile kommen in Tragwerken zum Einsatz, insbesondere als Geschossdecken oder Brücken. Holz-Beton-Verbundbauteile umfassen Holzbauteile und Betonbauteile, welche unter Verwendung eines geeigneten Verbindungsverfahrens bzw. eines geeigneten Verbindungsmittels schubfest miteinander verbunden sind und daher auch als hybride Bauteile bezeichnet werden. Beispielsweise sind dabei die Holzbauteile als Holzbalken oder Brettsperrholzplatten und die Betonbauteile als plattenförmige Fertigbauteile ausgebildet, wodurch das Holzbauteil überwiegend auf Zug und Biegung beansprucht ist, während das Betonbauteil überwiegend Druckbelastungen aufnimmt. Um eine Relatiwerschiebung der Einzelbauteile gegeneinander zu verhindern, muss die Verbundfuge zwischen Holzbauteil und Betonbauteil zum Abtrag entsprechender Schubkräfte geeignet sein.
  • Holz-Beton-Verbundbauteile kommen sowohl in der Sanierung oder Revitalisierung von Altbauten zum Einsatz, wo insbesondere alte Holzbalkendecken mittels der Holz-Beton-Verbundbauweise ertüchtigt werden, jedoch auch im Neu- Geschoss- und Wohnungsneubau und im Brückenbau. Zur Verkürzung der Bauzeiten wird dabei vorzugsweise auf Betonfertigbauteile zurückgegriffen, welche dann vor Ort auf der Baustelle lediglich noch mit den Holzbauteilen verbunden werden müssen.
  • Die Verbindung zwischen Holzbauteilen und Betonbauteilen kann beispielsweise mittels Klebstoffen ausgeführt sein, wobei insbesondere die Verwendung eines Polymervergusses zum Verkleben von Bauteilen bekannt ist. So offenbart die DE 20 2017 004 730 U1 einen Verbund aus einem Balken und einem Plattenelement, welcher mittels einer zwischenliegenden Vergussmasse aus einem Polymerverguss stoffschlüssig, zug- und schubfest verbunden ist.
  • Ein Polymerverguss, auch als Polymermörtel, Kunstharzmörtel oder Reaktionsharzbeton bezeichnet, basiert auf einem polymeren Bindemittel anstelle von Zement und enthält mineralische oder organische Zuschläge, welche als Füller oder auch Füllstoffe bezeichnet werden. Für den Aushärteprozess ist beispielsweise die Zugabe eines Härters erforderlich und insbesondere unter Verwendung von speziellen Beschleunigern kann eine wesentlich höhere Härtungsgeschwindigkeit als bei zementgebundenem Verguss erzielt werden. Zudem ist die erreichbare Festigkeit von Polymermörtel der von konventionellen Mörteln überlegen. Einen besonderen Vorteil im Zusammenhang mit Holz-Beton-Verbundbauteilen stellt die Bildung von hochfesten adhäsiven Bindungen des Polymermörtels sowohl mit dem Betonbauteil als auch mit dem Holzbauteil dar. Für einen in der DE 20 2017 004 730 U1 empfohlenen Polymermörtel liegt eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung mit der Nummer Z-10.7-282 vor.
  • Nachteilig an einem Holz-Beton-Verbund gemäß der DE 20 2017 004 730 U1 sind die hohen Kosten für die großen Mengen an für die vollflächige Verklebung der Bauteile benötigtem Polymerverguss
  • Eine mögliche Ausführungsvariante eines geklebten Holz-Beton-Verbundes ist das Verkleben von Betonfertigteilen und Holzbauteilen mit Polymermörteln durch flächiges Auflegen des Betonfertigteils. Dieses Verfahren wurde in im einem ZIM-Forschungsprojekt der Universität Kassel, Fachgebiet Holzbau und Bauwerkserhaltung untersucht (siehe auch: Martin Kästner - Zum Tragverhalten von Polymermörtel-Klebeverbindungen für die Anwendung bei Straßenbrücken in Holz-Beton-Verbundbauweise, Dissertation, Universität Weimar, 17.12.2019). Bei diesem Verfahren wird ein Polymermörtel als Klebstoff auf das Holzbauteil aufgetragen und das Betonfertigteil in einem zweiten Arbeitsschritt aufgelegt. Ein solcher Verbund ist in der Praxis jedoch vergleichsweise aufwändig, da eine sehr genaue zeitlichen Abstimmung zwischen dem Aufbringen des Polymerverguss auf die Holzbalken und dem anschließenden Auflegen der Betonplatten unter Berücksichtigung der Fügeteilunebenheiten notwendig ist. Darüber hinaus müssen zur Erhärtung des Polymermörtels erforderliche klimatischen Bedingungen auf der Baustelle geschaffen werden. Dies ist in der Regel nur möglich, indem auf der Baustelle eine ausreichend große, ggfs. eingehauste Lagerfläche zur Zwischenlagerung, Aushärtung und Verklebung vorhanden ist. Diese Randbedingungen sind auf den meisten Baustellen jedoch nicht vorhanden. Ein weiterer Nachteil ist, dass sich die Überwachung und Qualitätssicherung schwierig gestaltet, da die Klebefugen nach Auflegen der Betonplatte nicht mehr sichtbar sind.
  • Neben dem Aufbau von Klebeverbindungen besteht im Stand der Technik eine weitere etablierte Verbindungstechnik für Holz-Beton-Verbundbauteile in der Verwendung von mechanischen Verbindungsmitteln, insbesondere von Schrauben. Dies birgt den praktischen Vorteil, dass der Aufbau der Verbindung zu einem beliebigen Zeitpunkt nach dem Positionieren der Betonbauteile erfolgen kann, allerdings stellt das Verschrauben ein nachteiligerweise zeitaufwendiges Verfahren dar und es wird ein vielfach schubweichere Verbindung erzielt als durch Verklebung möglich ist.
  • Ein weiteres Verfahren zur Bildung des Verbundes nach Positionieren der Betonbauteile auf den Holzbauteilen offenbart die CH 713 461 A1 , worin ein Betonplattenelement mit einer Plattenaussparung bereitgestellt wird, und ein Füllelement aus frisch vergossenem Schnellzement oder Beton in der Plattenaussparung gebildet wird, welches eine Schubverbindung zwischen dem Plattenelement und einem Trägerelement aus Holz bildet. Aufgrund der fehlenden Klebewirkung des Füllelements mit dem Trägerelement aus Holz und dem Beton, ist es bei diesem Verfahren von Nachteil, dass zur Bildung einer schubbelastbaren Verbindung zwischen dem Füllelement und dem Trägerelement entweder eine formschlüssige Verbindung aufgebaut werden muss, wozu zusätzliche Bearbeitungsschritte am Trägerelement vorausgehen müssen, oder aber der Einsatz von zusätzlichen mechanischen Verbindungsmitteln vonnöten ist.
    • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Holz-Beton-Verbundbauteil sowie ein Verfahren zu seiner Bildung vorzuschlagen, wodurch die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik überwunden und ein ökonomischer und effizienter Aufbau von qualitativ hochwertigen, schubfesten Holz-Beton-Verbünden ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Holz-Beton-Verbundbauteil gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die technische Lehre der Erfindung offenbart ein Holz-Beton-Verbundbauteil, umfassend wenigstens ein Holzbauteil, insbesondere ein balken- oder plattenförmiges Holzbauteil, und wenigstens ein Betonbauteil, insbesondere ein balken- oder plattenförmiges Betonfertigbauteil, wobei das Holzbauteil eine Oberseite mit einem Auflageabschnitt und mit einem Vergussabschnitt aufweist, wobei das Betonbauteil auf dem Auflageabschnitt aufliegt und eine randseitige Begrenzung des Vergussabschnitts bildet, wodurch eine Vergussfuge gebildet ist, und wobei ein Vergusskörper aus einem Polymermörtel in die Vergussfuge eingebracht ist, derart, dass der Vergusskörper adhäsive Bindungen mit dem Holzbauteil und mit dem Betonbauteil aufweist.
  • Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, einerseits die vorzüglichen technischen Eigenschaften eines Polymermörtels zu nutzen, nämlich dessen Klebewirkung zur Bildung hochfester adhäsiver Bindungen sowohl mit dem Holzbauteil als auch mit dem Betonbauteil, sowie dessen hohe Schubfestigkeit, andererseits aber den Materialeinsatz des Polymermörtels auf die Bildung eines Vergusskörpers in der typischerweise kleinvolumigen Vergussfuge einzuschränken. Im Effekt ergibt sich somit ein nachträglich, d.h. nach dem Positionieren des Betonbauteils auf dem Auflageabschnitt des Holzbauteils, auszubringender Vergusskörper, welcher schubfeste Verbindungen mit dem Holzbauteil und mit dem Betonbauteil ausbildet, ohne dass ein zusätzlicher Aufwand zur Bildung eines Formschlusses oder zur Einbringung mechanischer Verbindungsmittel notwendig wäre.
  • Die verwendeten Betonbauteile können sich beispielsweise zwischen je zwei Holzbauteilen erstrecken, d.h. randseitig auf der Oberseite der Holzbalken aufliegen. Die Kontaktflächen mit den aufliegenden Betonbauteilen stellen den Auflageabschnitt der Oberseite eines jeden Holzbauteils dar und der dazwischenliegende, nicht von den Betonbauteilen überdeckte Bereich entspricht dem Vergussabschnitt der Oberseite. Durch den Vergussabschnitt und die randseitigen Stirnflächen der angrenzenden Betonbauteile ist die Vergussfuge gebildet, in welche der Polymermörtel unter Bildung eines Vergusskörpers eingebracht ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundbauteils kann das Betonbauteil so groß dimensioniert sein, dass es mehrere Holzbauteile überspannt, und insbesondere in diesem Fall umfasst das Betonbauteil vorzugsweise wenigstens eine Aussparung, wobei eine Kontur der Vergussfuge durch eine Kontur der Aussparung gebildet ist. Das Betonbauteil wird so positioniert, dass die Aussparung vollständig über der Oberseite des Holzbauteil angeordnet ist, und der Verbund wird durch anschließendes Ausbringen des Polymermörtels in die Aussparungen hergestellt.
  • Durch die Klebewirkung des Vergusskörpers aus Polymermörtel kann praktisch keine Relativverschiebung von Holzbauteil und Betonbauteil auftreten, wodurch die Bauteile schubstarr miteinander verbunden sind. Ein solcher starrer Verbund des Holz-Beton-Verbundbauteils ist durch ein hohes Widerstandsmoment, eine geringe Durchbiegung in Feldmitte und eine hohe Eigenfrequenz ausgezeichnet. Im Vergleich zu nicht schubstarr verbundenen Querschnitten werden beim starren Verbund also Vorteile hinsichtlich des Schwingungsverhaltens, des Verformungsverhaltens und des Tragverhaltens erzielt.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundbauteils besteht in seinem besonders günstigen Tragverhalten unter Zwangsspannungen aus Quellen und Schwinden. Da Holz und Beton unterschiedliche thermische und hygrische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, können Spannungen in den Randschichten der Bauteile entstehen. In einem konventionell verklebten Verbund, bei welchem sich eine flächige Klebstofflage zwischen Holzbauteil und Betonbauteil befindet, werden durch Ausdehnungen des Holzbauteils potenziell überkritische Schubspannungen in der äußeren Randschicht des Betonbauteils induziert. Im Gegensatz dazu werden in dem erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundbauteil die Spannungen aus dem Holzbauteil über den Vergusskörper als Normalspannungen in das Betonbauteil übertragen. Dabei ist der Vergusskörper aus Polymermörtel durch eine im Vergleich zu Beton deutlich höhere Schubfestigkeit gekennzeichnet und somit zur Aufnahme von Schubspannungen aus dem sich ausdehnenden Holzbauteil prädestiniert.
  • Vorzugsweise liegt der Vergusskörper oberseitig frei, wodurch eine Sichtkontrolle des Vergusskörpers ermöglicht ist. Dadurch kann die Qualität der aufgebauten Verbindung zwischen Holzbauteil, Vergusskörper und Betonbauteil nachträglich kontrolliert werden und es können gegebenenfalls notwendige Nachbesserungen vorgenommen werden.
  • In vorteilhafter Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Holz-Beton-Verbundbauteil wenigstens ein metallisches Verbindungsmittel auf, welches abschnittsweise in dem Holzbauteil aufgenommen ist und sich in den Vergusskörper erstreckt. Ein solches Verbindungsmittel dient als ein redundantes Sicherungsmittel zur Gewährleistung einer hohen Schubfestigkeit des Verbundes und kann beispielsweise als eine im Wesentlichen vertikal aus der Oberseite des Holzbauteils herausstehende Bewehrungsstange oder Schraube ausgebildet sein.
  • Mit weiterem Vorteil weist das Holz-Beton-Verbundbauteil wenigstens ein metallisches Bewehrungsmittel auf, welches abschnittsweise in dem Betonbauteil aufgenommen ist und sich in dem Vergusskörper erstreckt. Ein solches Bewehrungsmittel dient der redundanten Absicherung der Verbindung zwischen Betonbauteil und Vergusskörper und ist beispielsweise als eine Bewehrungsstange oder ein Bewehrungsgitter ausgebildet, welches horizontal durch eine Aussparung des Betonbauteils verläuft bzw. randseitig aus dem Betonbauteil herausragt.
  • Vorzugsweise weist das Holz-Beton-Verbundbauteil ein Dichtmittel auf, welches eine den Vergussabschnitt begrenzende Lagerfuge zwischen dem Holzbauteil und dem Betonbauteil abdichtet. Eine solche Abdichtung dient dazu, ein unerwünschtes Austreten des frisch vergossenen Polymermörtels aus der Vergussfuge zu verhindern, insbesondere um bei einer Verwendung des Holz-Beton-Verbundbauteils als eine Geschossdecke den unterseitigen Sichtbereich sauber zu halten. Das Dichtmittel ist dabei beispielsweise als ein Dichtband oder ein Dichtschaum ausgebildet und wird beispielsweise vor dem Ausbringen des Polymermörtels in den Bodenbereich der Vergussfuge randseitig eingebracht.
  • Insbesondere bildet das Holz-Beton-Verbundbauteil eine Geschossdecke oder ein Brückenbauteil. Beispielsweise kann das Verbundbauteil dabei eine Kombination von Betonfertigbauteilen unterschiedlicher Abmessungen umfassen, und die Vergussfugen weisen dementsprechend Abschnitte auf, in welchen sie als Aussparung in Betonbauteilen ausgebildet sind oder durch die Randseiten benachbarter Betonbauteile begrenzt werden. In der Praxis ist die Gestalt der gebildeten Vergussfugen der Wahl des Anwenders überlassen, wobei ein möglichst durchgehender Holz-Beton-Verbund aus Gründen der Statik und auch aufgrund von Anforderungen an Schallschutz und Dichtigkeit empfohlen wird. Aufgrund der hohen Schubfestigkeit des erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundbauteils ist prinzipiell auch eine Verwendung als Wand möglich.
  • Zur Lösung der gestellten Aufgabe betrifft die Erfindung des Weiteren ein Verfahren zur Bildung eines Holz-Beton-Verbundbauteils umfassend wenigstens ein Holzbauteil, insbesondere einen Holzbalken, und wenigstens ein Betonbauteil, insbesondere ein plattenförmiges Betonfertigbauteil, wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte umfasst:
    • Bereitstellen des Holzbauteils mit einer Oberseite, welche einen Auflageabschnitt und einen Vergussabschnitt aufweist,
    • Auflegen des Betonbauteils auf den Auflageabschnitt unter Bildung einer randseitigen Begrenzung des Vergussabschnitts, wodurch eine Vergussfuge gebildet wird,
    • bringen eines Polymermörtels in die Vergussfuge,
    • Aushärten des Polymermörtels unter Bildung eines Vergusskörpers mit adhäsiven Bindungen mit dem Holzbauteil und mit dem Betonbauteil, und
    • Erhalt des Holz-Beton-Verbundbauteils.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt in der Praxis ein unabhängiges Arbeiten der Gewerker und Zulieferer, beispielsweise kann das Auflegen der Betonbauteile für eine Vielzahl von Geschossdecken durchgeführt werden und das Einbringen des Polymermörtels in die gebildeten Vergussfugen erfolgt zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise erst nach Abschluss des Rohbaus und Einbringen der Fenster. Somit können konstante, klimatische Verhältnisse geschaffen werden, was zur sicheren Aushärtung des Polymermörtels erforderlich ist.
  • Vorzugsweise wird das Betonbauteil mit wenigstens einer Aussparung bereitgestellt, wobei eine Kontur der Vergussfuge durch eine Kontur der Aussparung gebildet wird und wobei der Polymermörtel nach dem Auflegen des Betonbauteils in die Aussparung ausgebracht wird. Alternativ oder in Kombination werden wenigstens zwei Betonbauteile bereitgestellt und auf den Auflageabschnitt aufgelegt, wobei die randseitige Begrenzung des Vergussabschnitts, und somit der Vergussfuge, durch Randseiten der Betonbauteile gebildet wird.
  • In vorteilhafter Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das Holzbauteil und/oder das Betonbauteil mit wenigstens einem Lagesicherungsmittel bereitgestellt, mittels welchem ein Verrutschen des Betonbauteils auf dem Auflageabschnitt des Holzbauteils vor dem Ausbringen des Polymermörtels verhindert wird. Eine solche Lagesicherung kann beispielsweise durch einen Formschluss zwischen Holzbauteil und Betonbauteil gebildet werden, etwa durch Vorhalten einer Stufe oder einer Feder-Nut-Verbindung, oder durch ein mechanisches Mittel ausgebildet werden, welches in übereinanderliegende Bohrungen in Holz- und Betonbauteil eingelegt oder eingebracht wird.
    • BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
    • Fig. 1a
    eine Querschnittsansicht eines ersten erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundbauteils,
    Fig. 1b
    eine Draufsicht zu Fig. 1a,
    Fig. 2a
    eine Querschnittsansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundbauteils,
    Fig. 2b
    eine Draufsicht zu Fig. 2a,
    Fig. 3
    eine Querschnittsansicht eines dritten erfindungsgemäßen Holzverbundbauteils,
    Fig. 4
    eine Querschnittsansicht eines vierten erfindungsgemäßen Holzverbundbauteils, und
    Fig. 5a, 5b
    Querschnittsansichten zur Darstellung von optionalen Lagesicherungsmitteln.
  • Fig. 1a zeigt eine Querschnittsansicht und Fig. 1b eine entsprechende Draufsicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundbauteils 100, wobei der in den Figuren dargestellte Abschnitt zwei Holzbauteile 1 in Form von Holzbalken, sowie drei Betonbauteile 2 in Form von plattenförmigen Betonfertigbauteilen umfasst. Jedes Betonbauteil 2 liegt mit seinen Randbereichen auf den Oberseiten 10 benachbarter Holzbauteile 2 auf, wobei durch die Kontaktfläche zwischen Betonbauteil 2 und Holzbauteil 1 der jeweilige Auflageabschnitt 11 gebildet ist. Zwischen den stirnseitigen Randseiten 21 benachbarter Betonbauteile 2 erstrecken sich die Vergussfugen 30, deren Unterseite der Vergussabschnitt 12 auf der Oberseite 10 des jeweiligen Holzbauteils 1 bildet. Der in die Vergussfugen 30 ausgebrachte Polymermörtel bildet die Vergusskörper 3, welche hochfeste adhäsive Bindungen sowohl mit den Holzbauteilen 1 als auch mit den Betonbauteilen 2 ausbilden. Das erfindungsgemäße Holz-Beton-Verbundteil 100 stellt einen schubfesten starren Verbund dar und ist zur Aufnahme von Druck-, Zug- und Biegebelastungen geeignet.
  • Fig. 2a zeigt eine Querschnittsansicht und Fig. 2b eine entsprechende Draufsicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundbauteils 100, wobei hier ein größer dimensioniertes Betonbauteil 2 dargestellt ist, welches die beiden Holzbauteile 1 überspannt. In diesem Fall wird die randseitige Begrenzung der Vergussabschnitte 12, und damit der Vergussfugen 30, durch die diversen Aussparungen 20 des Betonbauteils 2 gebildet. Die seitlichen Stirnflächen der Betonbauteile 2 sind zudem angeschrägt ausgeführt.
  • Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundbauteils 100, welches ein flächiges Holzbauteil 1 aufweist, wobei die Ausbildung der Vergussfugen 30 und der darin eingebrachten Vergusskörper 3 entsprechend der Beschreibung der vorstehenden Figuren entspricht.
  • Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundbauteils 100, welches ein metallisches Verbindungsmittel 4, zwei metallische Bewehrungsmittel 5 sowie die Dichtmittel 6 und 7 umfasst. Das Verbindungsmittel 4 ist als eine Schraube ausgebildet, welche abschnittsweise in dem Holzbauteil 1 aufgenommen ist und sich in den Vergusskörper 3 erstreckt. Die Bewehrungsmittel 5 sind als horizontal angeordnete Bewehrungsstäbe ausgebildet, welche abschnittsweise in dem Betonbauteil 2 aufgenommen sind und sich in den Vergusskörper 3 erstrecken. Beispielsweise kann ein solches Bewehrungsmittel auch in Form eines die gesamte Vergussfuge 30 überspannenden Bewehrungsstabes ausgebildet sein, wodurch zusätzlich eine Möglichkeit zum Handling, d.h. Ergreifen, des Betonbauteils 2 beim Positionieren auf dem Holzbauteil 1 gegeben ist. Die Dichtmittel 6 und 7 dichten die den Vergussabschnitt 12 begrenzenden Lagerfugen zwischen dem Holzbauteil 1 und dem Betonbauteil 2 ab und werden vor dem Einbringen des Polymermörtels beidseitig an den Lagerfugen angeordnet.
  • Fig. 5a und Fig. 5b zeigen Querschnittsansichten zur Darstellung von optionalen Lagesicherungsmitteln 71, 72, 73 und 74, welche verfahrensseitig dazu dienen, ein Verrutschen des Betonbauteils 2 auf der Oberseite 10 des Holzbauteils 1 vor dem Ausbringen des Polymermörtels in die Vergussfuge 30 zu verhindern. Zu diesem Zwecke ist die Ausbildung von formschlüssigen Verbindungen vorteilhaft, welche im Falle des Lagesicherungsmittels 71 durch das Vorhalten einer den Auflageabschnitt 11 darstellenden planen oder angeschrägten Stufe in der Oberseite 10 des Holzbauteils 1 realisiert wird, bzw. im Fall des Lagesicherungsmittels 72 durch geeignete Einkerbungen des Auflageabschnitts 11 am Holzbauteil 1 und des Betonbauteils 2 zur Bildung einer Feder-Nut-Verbindung. Die mechanischen Lagesicherungsmittel 73 und 74 sind als vorzugsweise metallische Verbindungsmittel ausgebildet. Die Schraube 73 ist durch eine im Betonteil 2 vorgehaltene Aussparung in das Holzbauteil 1 unter dem Auflageabschnitt 11 eingeschraubt. Der alternativ oder in Kombination verwendbare Bolzen 74 ist in entsprechend einander zugeordneten Bohrungen in dem Holzbauteils 1 und in dem Betonbauteil 2 aufgenommen.
  • Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
    • Bezugszeichenliste:
    • 100
    Holz-Beton-Verbundbauteil
    1
    Holzbauteil
    10
    Oberseite
    11
    Auflageabschnitt
    12
    Vergussabschnitt
    2
    Betonbauteil
    20
    Aussparung
    21
    Randseite
    3
    Vergusskörper
    30
    Vergussfuge
    4
    Verbindungsmittel
    5
    Bewehrungsmittel
    6, 7
    Dichtmittel
    71, 72
    formschlüssiges Lagesicherungsmittel
    73, 74
    mechanisches Lagesicherungsmittel

Claims (11)

  1. Holz-Beton-Verbundbauteil (100), umfassend wenigstens ein Holzbauteil (1), insbesondere ein balken- oder plattenförmiges Holzbauteil, und wenigstens ein Betonbauteil (2), insbesondere ein balken- oder plattenförmiges Betonfertigbauteil, wobei das Holzbauteil (1) eine Oberseite (10) mit einem Auflageabschnitt (11) und mit einem Vergussabschnitt (12) aufweist, wobei das Betonbauteil (2) auf dem Auflageabschnitt (11) aufliegt und eine randseitige Begrenzung des Vergussabschnitts (12) bildet, wodurch eine Vergussfuge (30) gebildet ist, und wobei ein Vergusskörper (3) aus einem Polymermörtel in die Vergussfuge (30) eingebracht ist, derart, dass der Vergusskörper (3) adhäsive Bindungen mit dem Holzbauteil (1) und mit dem Betonbauteil (2) aufweist.
  2. Holz-Beton-Verbundbauteil (100) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Betonbauteil (2) wenigstens eine Aussparung (20) umfasst, wobei eine Kontur der Vergussfuge (30) durch eine Kontur der Aussparung (20) gebildet ist.
  3. Holz-Beton-Verbundbauteil (100) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Vergusskörper (3) oberseitig freiliegt, wodurch eine Sichtkontrolle des Vergusskörpers (3) ermöglicht ist.
  4. Holz-Beton-Verbundbauteil (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Holz-Beton-Verbundbauteil (100) wenigstens ein metallisches Verbindungsmittel (4) aufweist, welches abschnittsweise in dem Holzbauteil (1) aufgenommen ist und sich in den Vergusskörper (3) erstreckt.
  5. Holz-Beton-Verbundbauteil (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Holz-Beton-Verbundbauteil (100) wenigstens ein metallisches Bewehrungsmittel (5) aufweist, welches abschnittsweise in dem Betonbauteil (2) aufgenommen ist und sich in den Vergusskörper (3) erstreckt.
  6. Holz-Beton-Verbundbauteil (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Holz-Beton-Verbundbauteil (100) ein Dichtmittel (6, 7) aufweist, welches eine den Vergussabschnitt (12) begrenzende Lagerfuge zwischen dem Holzbauteil (1) und dem Betonbauteil (2) abdichtet.
  7. Holz-Beton-Verbundbauteil (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Holz-Beton-Verbundbauteil (100) eine Geschossdecke oder ein Brückenbauteil bildet.
  8. Verfahren zur Bildung eines Holz-Beton-Verbundbauteils (100), umfassend wenigstens ein Holzbauteil (1), insbesondere ein balken- oder plattenförmiges Holzbauteil, und wenigstens ein Betonbauteil (2), insbesondere ein balken- oder plattenförmiges Betonfertigbauteil, wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte umfasst:
    - Bereitstellen des Holzbauteils (1) mit einer Oberseite (10), welche einen Auflageabschnitt (11) und einen Vergussabschnitt (12) aufweist,
    - Auflegen des Betonbauteils (2) auf den Auflageabschnitt (11) unter Bildung einer randseitigen Begrenzung des Vergussabschnitts (12), wodurch eine Vergussfuge (30) gebildet wird,
    - Einbringen eines Polymermörtels in die Vergussfuge (30),
    - Aushärten des Polymermörtels unter Bildung eines Vergusskörpers (3) mit adhäsiven Bindungen mit dem Holzbauteil (1) und mit dem Betonbauteil (2), und
    - Erhalt des Holz-Beton-Verbundbauteils (100).
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Betonbauteil (2) mit wenigstens einer Aussparung (20) bereitgestellt wird, wobei eine Kontur der Vergussfuge (30) durch eine Kontur der Aussparung (20) gebildet wird, und wobei der Polymermörtel nach dem Auflegen des Betonbauteils (2) in die Aussparung (20) eingebracht wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass wenigstens zwei Betonbauteile (2) bereitgestellt und auf den Auflageabschnitt (11) aufgelegt werden, wobei die randseitige Begrenzung des Vergussabschnitts (12) und der Vergussfuge (30) durch Randseiten (21) der Betonbauteile (2) gebildet wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Holzbauteil (1) und/oder das Betonbauteil (2) mit wenigstens einem Lagesicherungsmittel (71, 72, 73, 74) bereitgestellt werden, mittels welchem ein Verrutschen des Betonbauteils (2) auf dem Auflageabschnitt (11) des Holzbauteils (1) vor dem Ausbringen des Polymermörtels verhindert wird.
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