Die Erfindung betrifft ein Schalungselement mit einem gewinkelten Profil, bestehend aus einer hydraulisch abgebundenen Matrix, in der textile Fasern eingebettet sind.
In der DE 44 22 448 A1 wird ein Schalungselement beschrieben, das aus Kurzfaserbeton hergestellt ist, einem Verbundwerkstoff, nämlich Feinbeton mit einer Faserverstärkung. Die bekannten Schalungselemente stellen relativ dünne aber feste Bauteile dar, da die Faserverstärkung relativ hohe Zug- und Biegezugspannungen aufnehmen kann. Die Faserverstärkung ist im gesamten Bauelement statistisch gleichmäßig verteilt und in allen Richtungen gleichmäßig belastbar. Sie folgt auch komplizierteren Formen und Strukturen des Schalungselements.
Aus der DE-A-26 58 622 ist ein Schalungselement mit einem gewinkelten Profil bekannt. Das bekannte Schalungselement besteht im Wesentlichen aus einer hydraulisch abgebundenen Matrix aus Beton, in der textile Fasern eingebettet sind.
Das bekannte Schalungselement wird durch Aufspritzen eines Gemischs aus dem Beton und den Fasern auf eine Formoberfläche gebildet. Die Fasern sind dabei willkürlich orientiert und insgesamt als Einzelfasern nicht zusammenhängend angeordnet. An der der Formoberfläche abgewandten Seite weist das Schalungselement nach seiner Herstellung eine rauhe Oberfläche auf, von der einzelne Fasern abstehen. Die abstehenden Fasern ermöglichen eine leichte und gute Verbindung mit Ortbeton, der mit dem Schalungselement zur Herstellung eines Bauwerks in Kontakt gelangt. Durch die willkürlich orientierten Fasern ist eine im Wesentlichen in alle Richtungen gleichmäßige Druck- bzw. Zugfestigkeit des Schalungselements erreicht.
Aus der EP-A-0 135 374 ist ein Fertigbauelement bekannt, das im Wesentlichen aus einer hydraulisch abgebundenen Matrix besteht, in die textile Fasern eingebettet sind. Das Fertigbauelement weist des Weiteren eine Bewehrung auf, die ein zumindest in einer Richtung zusammenhängendes textiles Gebilde umfasst, das aus den textilen Fasern gebildet wird. Die bekannten Fertigbauelemente sind plattenförmig ausgebildet, wobei zur Bildung unterschiedlicher Gegenstände einzelne Platten aneinandergefügt werden können. Dies kann zum einen mittels einer Verschraubung erfolgen. Zum anderen könnten aus jeweils einer Matrix hervorstehende Fasern überlappend angeordnet werden und anschließend beispielsweise mittels Zement verbunden werden. Dabei ist das aus den textilen Fasern gebildete textile Gebilde jedoch an der Anschlussstelle nicht zusammenhängend, sondern lediglich überlappend angeordnet.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Schalungselement der in Rede stehenden Art so auszugestalten und weiterzubilden, dass es bei leichter, dünnwandiger Bauform zumindest in einer Richtung, nämlich der Richtung, in der das Bauelement erhöhten Druck- bzw. Zugbelastungen ausgesetzt ist, höheren Druck- bzw. Zugbelastungen standhält.
Das erfindungsgemäße Schalungselement löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Danach ist das eingangs genannte Schalungselement so ausgestaltet, dass das Schalungselement als Fertigbauelement mit einer Bewehrung in Form eines zumindest in einer Richtung zusammenhängenden textilen Gebildes ausgebildet ist, das aus den textilen Fasern gebildet wird, und dass sich das textile Gebilde zumindest über einen Teil der winklig aneinandergrenzenden Abschnitte des Profils erstreckt, so dass das textile Gebilde eine dreidimensionale Bewehrung bildet.
Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass Textilfasern hohe Zugspannungen aufnehmen können und sich insofern nicht nur als Komponente eines Verbundwerkstoffs, sondern auch zur Realisierung von eigenständigen Bewehrungselementen eignen. Es ist ferner erkannt worden, dass sich mit Hilfe von textilen Bewehrungselementen äußerst belastbare aber dennoch sehr dünnwandige Schalungselemente realisieren lassen, da die textilen Bewehrungselemente nicht rosten und daher keine Mindestüberdeckung derartiger Bewehrungselemente eingehalten werden muss. Aufgrund ihrer Dünnwandigkeit sind die erfindungsgemäßen Schalungselemente relativ leicht, wodurch sowohl der mit dem Transport als auch der mit der Montage dieser Schalungselemente verbundene Aufwand in Grenzen gehalten werden kann. Schließlich ist noch ausgehend von den bekannten Schalungselementen mit einer statistisch gleichmäßig verteilten Faserbewehrung erkannt worden, dass die Belastbarkeit eines Schalungselements zumindest in einer Richtung bei vergleichbarem Materialaufwand erheblich erhöht werden kann, wenn die textilen Fasern gerichtet in die hydraulisch abgebundene Matrix des Schalungselements eingebettet werden, wenn also zumindest in Richtung der zu erwartenden Zugspannung zusammenhängende Fasern vorgesehen sind. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein Schalungselement mit einer textilen Bewehrung in Form eines zumindest in einer Richtung zusammenhängenden textilen Gebildes zu versehen.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Schalungselement in werkstofftechnologischer Hinsicht zu variieren. So könnte ein textiles Gelege, d.h. eine nicht geordnete aber dennoch zusammenhängende Zusammenballung von Fasern, als Bewehrung dienen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Bewehrung durch ein textiles Gewebe, also ein Gebilde aus senkrecht sich kreuzenden, ordnungsgemäß miteinander verflochtenen Fäden, gebildet wird. Ein solches Gewebe ist insbesondere in Richtung der Kett- und Schussfäden besonders belastbar. Außerdem lassen sich mit modernen Webmaschinen heute bereits sehr großflächige Gewebe unterschiedlichster, auch dreidimensionaler Struktur realisieren. Als textile Bewehrung kommen schließlich auch Geflechte in Frage.
Das textile Gebilde des erfindungsgemäßen Schalungselements könnte bspw. aus Glasfasern hergestellt sein bzw. Glasfasern umfassen. Die Beständigkeit einer derartigen Bewehrung hängt stark von den chemischen Eigenschaften der hydraulisch abgebundenen Matrix des Schalungselements ab. So beträgt die Lebensdauer von Glasfasern im alkalischen Milieu lediglich 50 bis 100 Jahre. Im Hinblick darauf, dass als hydraulisch abgebundene Matrix oftmals Zement oder Beton verwendet wird, ist daher die Verwendung von textilen Gebilden mit Kohlenstoff-Fasern und/oder Aramid-Fasern vorteilhaft, die von dem alkalischen Milieu nicht angegriffen werden. Als Matrix des erfindungsgemäßen Schalungselements wird, wie bereits angedeutet, vorzugsweise eine zementgebundene Matrix verwendet, da diese sehr hohen Stabilitätsanforderungen entspricht. Möglich ist aber auch die Realisierung des erfindungsgemäßen Schalungsetements mit einer anderen mineralisch gebundenen Matrix.
Als besonders vorteilhaft erweist sich die Verwendung von erfindungsgemäßen Schalungselementen im Rahmen von integrierten Schalungssystemen bei der Herstellung von Betonbauwerken.
Mit den einzelnen Schalungselementen wird praktisch eine Gussform für den zu erstellenden Betonkörper hergestellt, indem die äußere Form des zu erstellenden Betonkörpers nachgebildet wird. Dazu muss jedes einzelne Schalungselemente in seiner Position ab- bzw. unterstützt werden, so dass die Schalung neben ihrem Eigengewicht auch das Gewicht des nassen Betons zusammen mit einer etwaigen Bewehrung des Betonkörpers sowie weitere während der Bauphase auftretende Belastungen trägt. Die Schalung muss den Beton außerdem während der Aushärtphase vor dem Austrocknen schützen.
Da der Auf- und Abbau von wiederverwendbaren Schalungssystemen sehr zeitintensiv ist und mit einem hohen Arbeitseinsatz verbunden ist, verwendet man in der Praxis häufig integrierte Schalungssysteme, also Schalungssysteme, die in bzw. an dem erstellten Betonbauwerk verbleiben. Derartige Schalungssysteme müssen auch optischen Anforderungen genügen, sich bspw. in das optische Erscheinungsbild des Betonbauwerks einfügen.
An dieser Stelle sei nochmals auf die auf die textile Bewehrung zurückzuführende hohe Belastbarkeit und Tragfähigkeit der erfindungsgemäßen Schalungselemente bei gleichzeitiger relativ leichter und dünnwandiger Bauweise hingewiesen. Die Schalungselemente können nicht nur selbsttragend realisiert werden, sondern auch so, dass sie höheren Belastungen standhalten und neben ihrem eigenen Gewicht auch noch zumindest einen großen Teil des Gewichts des zu erstellenden Bauwerks tragen können. Da eine Korrosion der textilen Bewehrungselemente auszuschließen ist, eine Mindestüberdeckung der Bewehrungselemente also nicht erforderlich ist, können die Bewehrungselemente zwar in die hydraulisch abgebundene Matrix eingebettet, aber dennoch möglichst weit an der Außenseite des Schalungselements angeordnet sein. Dadurch kann die Bewehrung auftretende Zugspannungen besonders effektiv aufnehmen. Durch Wahl eines geeigneten Materials für die Matrix des Schalungselements lässt sich eine gute Nachbehandlung des Betons gewährleisten. Im Falle einer integrierten Schalung lässt sich dadurch auch die Beständigkeit des Betonbauwerks verbessern. Außerdem können die Schalungselemente in die Statik des erstellten Bauwerks einbezogen werden.
Zunächst weisen Profilteile im Vergleich zu einfachen Platten eine höhere Flächenbelastbarkeit auf. Außerdem lassen sich aus Profilteilen einfach in Fertigbauweise größere Flächenelemente zusammensetzen, mit denen auch größere Spannweiten überbrückt werden können. Bei Verwendung eines Schalungselements mit einem gewinkelten Profil im Rahmen einer integrierten Schalung wirkt sich das gewinkelte Profil positiv auf die Herstellung einer Schubverbindung zwischen dem Schalungselement und dem zu erstellenden Betonkörper aus.
Selbstverständlich gibt es verschiedenste Ausgestaltungsmöglichkeiten zur Realisierung eines winkligen Profils für ein Schalungselement. In der Praxis haben sich Profile mit einem oder mehreren U-förmigen Abschnitten bewehrt.
Bereits voranstehend ist im Zusammenhang mit integrierten Schalungssystemen die Schubverbindung zwischen den Schalungselementen und dem Betonbauwerk angesprochen worden. Dazu wird als besonders vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Schalungselements ein Schalungselement vorgeschlagen, dessen textiles Bewehrungselement Fortsätze aufweist, die nicht in die hydraulisch abgebundene Matrix eingebettet sind. Diese Fortsätze ragen dann praktisch zunächst in die nasse Betonmasse und später in den ausgehärteten Betonkörper hinein. Dadurch lässt sich eine hervorragende Schubverbindung nach Art einer Verdübelung realisieren. Mit Hilfe von modernen textilverarbeitenden Maschinen, insbesondere modernen Webstühlen, lassen sich ganz unterschiedliche flächige textile Gebilde mit Fortsätzen, also letztendlich dreidimensionale textile Gebilde, herstellen. Diese Fortsätze könnten bspw. in Form von nasenartig abragenden Faserverbänden oder Gewebestücken realisiert sein. Eine andere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, ein textiles Gebilde mit einem Flausch in Form von abragenden einzelnen Fasern als Bewehrung zu verwenden. Nach dem Erstellen des Betonbauwerks ist der Flausch dann einseitig in die hydraulisch abgebundene Matrix des Schalungselements und auf der anderen Seite in den Betonkörper des Bauwerks eingebettet.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung dreier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt
Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Schalungselemente 1 sind Ausführungsbeispiele, die aus einer hydraulisch abgebundenen Matrix 2 bestehen, in der textile Fasern eingebettet sind.
Erfindungsgemäß bilden die textilen Fasern eine Bewehrung 3 in Form eines zumindest in einer Richtung zusammenhängenden textilen Gebildes.
Bei den hier dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es sich bei der Bewehrung 3 jeweils um ein textiles Gewebe. Die dargestellten Schalungselemente 1 ließen sich aber genausogut mit einer Bewehrung in Form eines textilen Geleges oder Geflechts realisieren. Die Bewehrung 3 kann aus Glasfasern, Kohlenstoff-Fasern, Aramid-Fasem oder auch einem Gemisch aus diesen Fasern gebildet sein.
Die hydraulisch abgebundene Matrix 2 der Schalungselemente 1 wird in der Regel zementgebunden sein.
Die Schalungselemente 1 der dargestellten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich in der Form ihres gewinkelten Profils. In Fig. 1 ist ein im Wesentlichen U-förmiges Schalungselement dargestellt, das zum Überbrücken größerer Flächen auch mit weiteren gleichförmigen Schalungselementen zusammengespannt werden kann.
Fig. 3 zeigt eine Aneinanderreihung von zwei gleichförmigen Schalungselementen, die ebenfalls ein im Wesentlichen U-förmiges Profil aufweisen. Hier ist allerdings einer der Schenkel 4 länger als der andere und weist an seinem freien Ende einen im rechten Winkel angeordneten Fortsatz 5 auf, der sich bei Aneinanderreihung von mehreren gleichförmigen Profilen über den Schenkel 6 des angrenzenden Profils erstreckt. Mit den in Fig. 3 dargestellten Schalungselementen 1 kann so eine relativ dichte Schalung zusammengesetzt werden.
In Fig. 2 ist ein Schalungselement 1 im Form eines Großtafelelements mit integrierten Stegen 7 dargestellt, das praktisch bereits aus einer Aneinanderreihung von U-förmigen Abschnitten besteht. Die Länge der Stege 7 dieses Profils entspricht der Wandungsdicke des zu erstellenden Betonbauwerks. Dementsprechend ist das dargestellte Schalungselement 1 mit Ortbeton 8 aufgefüllt worden.
In allen drei dargestellten Ausführungsbeispielen erstreckt sich die textile Bewehrung 3, also das Gewebe, über alle Wandungsabschnitte des gewinkelten Profils der Schalungselemente 1. Bei der Herstellung der dargestellten Schalungselemente 1 kann entweder ein flächiges textiles Gebilde verwendet werden, das entsprechend gewinkelt gelegt und in die Matrix 2 des Schalungselements 1 eingebunden wird, oder es kann auch ein in der Form des Schalungselementes 1 hergestelltes textiles Gebilde, bspw. ein entsprechend gewebtes Gewebe, verwendet werden. Letztlich stellt das textile Gebilde dann eine dreidimensionale Bewehrung 3 dar.
Wie bereits einleitend erwähnt, sollte im Falle einer integrierten Schalung eine Schubverbindung zwischen den Schalungselementen und dem zu erstellenden Betonkörper hergestellt werden. Dazu könnten Teile des textilen Gebildes aus der Innenwandung des Schalungselements herausragen, so dass sie letztlich in den zu erstellenden Betonkörper eingebunden werden und so praktisch eine Verdübelung zwischen Schalungselement und Betonkörper bilden. Das textile Gebilde könnte dazu mit Fortsätzen in Form von Ausstülpungen, hervortretenden Gewebeteilen oder sonstigen Faserverbänden versehen sein oder auch mit einer Art Flausch aus einzelnen abragenden Fasern.
In den Fig. 1 und 2 ist angedeutet, dass auch das mit Hilfe der dargestellten Schalungselemente 1 zu erstellende Betonbauwerk mit einer eigenen Bewehrung, und zwar einer Stahlbewehrung versehen werden kann. Dazu werden entsprechende Bewehrungselemente 9 auf oder in der Schalung angeordnet bevor die Schalung selbst mit Ortbeton vergossen wird.