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Dokumentenidentifikation DE102004055431A1 24.05.2006
Titel Verfahren zur Ermittlung mechanischer Eigenschaften eines Bauwerk-Bauteils
Anmelder Universität Kassel, 34125 Kassel, DE
Erfinder Schlimmer, Michael, Prof. Dr., 34225 Baunatal, DE;
Bieker, Cornelia, 34125 Kassel, DE
Vertreter Frhr. von Schorlemer, R., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 34117 Kassel
DE-Anmeldedatum 15.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004055431
Offenlegungstag 24.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.05.2006
IPC-Hauptklasse G01N 3/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01N 3/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G01N 1/28(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren zur Ermittlung mechanischer Eigenschaften eines aus Stein oder Beton hergestellten Bauwerks-Bauteils beschrieben. Aus einer dem Bauteil entnommenen, zylindrischen Probe (11) wird ein Prüfkörper (23) hergestellt, indem die Enden der Probe (11) mit Fügeteilen (24a, 24b) fest verbunden werden. Der Prüfkörper wird dann in eine Prüfmaschine eingespannt und in dieser axial auf Druck oder Zug und/oder in Umfangsrichtung auf Torsion beansprucht. Die mechanischen Eigenschaften des Bauteils werden aus den sich dadurch ergebenden Verformungen und/oder Spannungen (11) der Probe abgeleitet (Fig. 9).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung sowie die Anwendung eines Prüfkörpers zur Ermittlung mechanischer Eigenschaften eines Bauwerks.

Die Tragfähigkeit verschiedener Bauteile von bestehenden Bauwerken, insbesondere der tragenden Wände, Decken, Pfeiler od. dgl. von Gebäuden, müssen in der Regel durch Versuche nachgewiesen werden. Grund hierfür ist der Umstand, daß die Eigenschaften wie z. B. die Druckfestigkeit von Baumaterialien wie Mauersteinen oder Beton nicht nur in weiten Grenzen schwanken können, sondern unter anderem auch von der Art und der Güte der verwendeten Materialien abhängen. Bekannt ist es in diesem Zusammenhang, Versuche an großen Probestücken oder sogar an ganzen Bauteilen durchzuführen. Außerdem sind bevorzugte Prüfmethoden für Steine, Beton, Mörtel od. dgl. in zahlreiche DIN-Normen aufgenommen worden. Eine bekannte Prüfmethode ist z. B. auf die Ermittlung der Spaltzugfestigkeit gerichtet, wobei als Proben entweder aus Beton gefertigte Zylinder oder ganze Mauersteine verwendet werden. Die mechanischen Eigenschaften dieser Proben werden dadurch ermittelt, daß die Proben zwischen zwei ebenen Druckplatten einer Prüfmaschine eingespannt und dabei entweder mit den Zylinderachsen (Beton) oder mit ihren Breitseiten (Mauersteine) parallel zu den Druckplatten angeordnet und dann mit Druckkräften beaufschlagt werden (P. Schubert und H. Friede in "Spaltzugfestigkeitswerte von Mauersteinen", Die Bautechnik 1980, Band 57, S. 117 bis 122).

Daneben ist es z. B. im Zusammenhang mit Sanierungen, Umbauten oder Erdbebensicherungen von Bauwerken bekannt, zwar vorhandene, aber zu schwache Tragstrukturen wie tragende Wände od. dgl. nicht einfach abzureißen, sondern mit Lamellen, Geweben oder Gelegen aus faserverstärkten Kunststoffen, Stahl od. dgl. nachträglich zu verstärken (G. Schwegler in "Verstärkung von Mauerwerksbauten mit CFK-Lamellen", Sonderdruck aus Schweizer Ingenieur und Architekt, Nr. 44/1996). Die Applikation solcher nachträglicher Verstärkungen erfolgt z. B. durch Anwendung geeigneter Klebstoffe, insbesondere geeigneter Epoxidharze unterschiedlicher Viskositäten. Dadurch werden die vorhandenen Mauerwerks- oder Betonbauteile überwiegend auf Schub beansprucht. Für die Praxis und die kommerzielle Anwendung stellt sich daher einerseits die Frage, welche Trag- bzw. Belastungsfähigkeit das vorhandene Bauwerk (bzw. dessen Wand od. dgl.) noch hat und welche Kräfte in das bestehende Bauteil eingeleitet werden können, ohne daß ein oberflächennahes Abscheren der Verstärkungen im Mauerwerk/Beton eintritt. Eine weitere Frage ist, welche Haltbarkeit die Klebverbindung hat und welches Langzeitverhalten diese im Einzelfall unter dem Einfluß von z. B. Feuchtigkeit und Temperatur zeigt.

Eine Beantwortung dieser Frage ist bei Anwendung der oben beschriebenen Prüfmethoden nicht möglich, da diese nicht die Eigenschaften einer nachträglichen Mauerwerks- oder Betonverstärkung berücksichtigen. Messungen z. B. der Spaltzugfestigkeit können zwar der Ermittlung von Druckfestigkeiten dienen, lassen aber keine Aussagen über mechanische Eigenschaften in Form von Zug, Torsion oder Schub zu. Die einzige bisher realisierbare Prüfmethode besteht daher darin, das zu verstärkende Bauteil im Labor nachzustellen und die Untersuchungen am nachgestellten Bauteil durchzuführen [R. Luciano; S. Marfia; E. Sacco in "Reinforcement of Masonry Arches by FRP Materials: Experimental Tests and Numerical Investigations", ICCI'02 Third International Conference on Composites in Infrastructure, June, San Francisco (2002)] . Der hiermit verbundene technische und finanzielle Aufwand mag zwar in Einzelfällen gerechtfertigt sein, ist bei üblichen Sanierungen jedoch in der Regel nicht tragbar. Abgesehen davon ist es kaum möglich, das Baumaterial, das in der zu verstärkenden Bausubstanz beispielsweise eines historischen Altbaus verwendet wurde, exakt nachzubilden, so daß eine derartige Prüfmethode mit vielen Unsicherheiten verbunden ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht das Problem der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines Verfahrens, das nicht auf die Prüfung der Spaltzugfestigkeit beschränkt, sondern insbesondere dazu geeignet ist, die für das Bauwerk relevanten mechanischen Eigenschaften bzw. Kennwerte von Baumaterialien zu ermitteln, auch diejenigen, die zum Anbringen nachträglicher Verstärkungen an Bauwerken wichtig sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale der Ansprüche 1 und 17.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß Zug-, Druck- und Torsionsversuche sowie Kombinationen davon ohne wesentliche Schädigung der Bausubstanz anhand der tatsächlich vorhandenen Materialien durchgeführt werden können. Daher eignet sich die Erfindung sowohl zur Untersuchung der Baumaterialien selbst als auch zur Untersuchung von Grenzschichten zwischen den Baumaterialien und den zum Anbringen der Verstärkungen vorgesehenen Klebstoffen, d. h. allgemein zur Prüfung der Klebeeignung verschiedener Klebstoffe auf Baumaterialien. Da außerdem auf die Grenzschichten bzw. die an diese grenzenden, der Probenoberfläche nahen Schichten diejenigen Kräfte ausgeübt werden, die nach dem Anbringen einer Verstärkung am überprüften Bauwerk tatsächlich auftreten, und die Proben alle Eigenschaften und Festigkeiten haben, die auch das zu verstärkende Bauwerk aufweist, führt die Erfindung zu realen, nicht durch fehlerhafte Nachahmungen od. dgl. verfälschten Werten. Wegen der geringen erforderlichen Größe der Proben sind außerdem Langzeituntersuchungen innnerhalb einer Klimakammer möglich, in der die Temperatur und die Feuchtigkeit beliebig variiert werden können. Dadurch lassen sich vorhandene Bausubstanzen auch im Hinblick auf veränderliche klimatische Verhältnisse untersuchen.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 schematisch je eine Vorder- und Seitenansicht eines Bauwerks in Form einer aus Mauersteinen hergestellten Wand;

2 in schematischen Vorderansichten vier mögliche Verstärkungen für die Wand nach 1;

3 einen schematischen Horizontalschnitt durch eine mit einer Verstärkung versehene Wand;

4 schematisch eine erfindungsgemäße, einer Wand entnommene Probe in Form eines Bohrkerns;

5 einen aus der Probe nach 4 hergestellten Prüfkörper;

6 die Vorderansicht einer Prüfmaschine für den Prüfkörper nach 5;

7 und 8 die erfindungsgemäße Herstellung eines Prüfkörpers aus einer in zwei Segmente unterteilten Probe;

9 den fertigen, aus den Segmenten nach 7 und 8 hergestellten Prüfkörper; und

10 eine vergrößerte Einzelheit X des Prüfkörpers nach 9.

1 (vgl. z. B. G. Schwegler aao.) zeigt beispielhaft ein Bauwerks-Bauteil 1, das im Ausführungsbeispiel als eine übliche, als Scheibe oder Platte wirkende, aus Mauersteinen 2 hergestellte Wand eines Altbaus dargestellt ist. Bei den Mauersteinen kann es sich um natürliche oder künstliche Steine handeln. Das Bauteil 1 kann z. B. eine tragende Wand sein, die aufgrund einer Sanierungs- oder Umbaumaßnahme verstärkt werden muß. Da es für die Zwecke der Erfindung im Prinzip gleichgültig ist, um was für ein Bauteil eines Bauwerks es sich bei einer vorzunehmenden Verstärkung handelt (z. B. um eine Wand aus Mauersteinen oder aus Beton, einen Deckendurchbruch, einen Treppen- oder Aufzugsschacht, einen Stützpfeiler, ein Gewölbe, eine Brücke od. dgl.) und in welcher Weise dieses Bauteil benutzt wird, werden alle diese Bauteile nachfolgend unter dem Sammelbegriff "Bauwerks-Bauteile" zusammengefaßt.

Als Verstärkungselemente (vgl. G. Schwegler aao.), die in 2 mit den Bezugszeichen 3 bis 7 angedeutet sind, kommen vor allem vergleichsweise dünne Lamellen sowie Gewebe oder Gelege in Betracht. Die Lamellen (z. B. 3, 4 und 5) bestehen z. B. aus vergleichsweise dünnen, aus Stahl oder einem Faserverbundwerkstoff hergestellten Streben (z. B. sogenannten CFK-Lamellen), während die Gewebe oder Gelege (z. B. 6, 7) meistens aus faserverstärkten, insbesondere mit Glas- oder Kohlenstofffasern verstärkten Kunststoffen hergestellt sind und z. B. aus in ein Epoxidharz eingebetteten Fasern bestehen. Alle diese Verstärkungen werden bevorzugt stoffschlüssig unter Anwendung eines auf Stein oder Beton gut haftenden Epoxidharzklebstoffs mit dem Bauteil verbunden, wie exemplarisch 2 zeigt, wobei insbesondere die Lamellen meistens schräg bzw. diagonal angeordnet sind.

Bereits existierende Bauwerke bestehen häufig aus nicht eindeutig identifizierbaren und manchmal auch feuchten Materialien. Im Falle von z. B. Viehställen und ähnlichen Wirtschaftsgebäuden kommt hinzu, daß die Wände mit unbekannten Mengen an Salzen und Nitraten od. dgl. angereichert sein können. Daher ist es meistens nicht möglich, konkrete Aussagen über die Materialeigenschaften, die Klebeeignung und die Dauerfestigkeit der Bausubstanz insgesamt zu treffen. Sicher ist nur, daß die überwiegend vertikalen Flächen der Bauwerks-Bauteile durch die Verstärkungsmaßnahmen nach 2 vor allem auf Schub und Zug oder Druck beansprucht werden und die aufgebrachten Verstärkungselemente die Neigung haben, von den Bauteilen, an denen sie befestigt werden, durch Bauteilbewegungen abzuscheren. Für die Brauchbarkeit einer Verstärkungsmaßnahme kommt es daher gemäß 3 vor allem auf die mechanischen Eigenschaften und Kennwerte des Bauteils 1 im Bereich einer Grenzfläche 8 zwischen dem Bauteil 1 und einem Klebstoff 9, in den Grenzflächen 8 selbst und im Bereich einer Grenzfläche 10 zwischen dem Klebstoff 9 und den hier als Lamellen angedeuteten Verstärkungselementen 3 an. Da jedoch die Eigenschaften des Verbundes Klebstoff/Verstärkungselement weitgehend bekannt sind und ohne Schwierigkeiten ermittelt werden können, wird vorliegend ein Verfahren vorgeschlagen, das bevorzugt zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften des Bauteils 1 selbst, seiner oberflächennahen Zonen und der Grenzschicht 8 zwischen dem Klebstoff 9 und dem Bauteil 1 geeignet ist. Hierzu wird erfindungsgemäß wie folgt vorgegangen.

Sollen nur Kennwerte der Bausubstanz selbst ermittelt werden, werden dem Bauteil 1 zunächst gemäß 4 zylindrische Proben 11 entnommen, beispielsweise mit einem Kernbohrer. Bei einer vertikalen Wand erfolgt die Kernbohrung dabei vorzugsweise senkrecht zur vertikalen ebenfalls Läufer- bzw. Ansichtsfläche, so daß Achsen 12 der erhaltenen Bohrkerne bzw. Proben 11 ursprünglich, d. h. vor dem Herausziehen aus dem Bauteil 1, ebenfalls senkrecht zur Läuferfläche angeordnet waren.

Aus den zylindrischen Proben 11 werden nun Probekörper 14 (5) hergestellt, indem z. B. Mantelflächen an den axialen Enden der Proben 11 mit Fügeteilen 15 versehen werden. Diese bestehen im Ausführungsbeispiel aus Hülsen, die koaxial auf die äußeren Mantelflächen der Proben 11 aufgeschoben und vorzugsweise durch Kleben fest mit diesen verbunden werden. Alternativ können auch andere Fügeteile vorgesehen werden, beispielsweise Stäbe, die in Bohrungen der Proben 11 koaxial eingebracht und durch Kleben fest mit diesen verbunden werden. Unabhängig von ihrer Ausgestaltung dienen die Fügeteile 15 dem Zweck, die Prüfkörper 14 gemäß 6 in eine allgemein mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnete Prüfmaschine einspannen zu können. Die Fügeteile 15 können daher auch als Adapter für die im Einzelfall vorhandenen Einspannmittel der Prüfmaschine bezeichnet werden. Im übrigen bestehen die Füge-teile 15 vorzugsweise aus einem Metall wie z. B. Stahl oder Aluminium.

Bei der Prüfmaschine 16 nach 6 handelt es sich um eine solche, die einerseits geeignete Klemm- bzw. Spannmittel 17 zum festen Einspannen der Fügeteile 15 aufweist und andererseits dazu geeignet ist, sowohl auf wenigstens eines der Fügeteile 15 eine Druck- oder Zugkraft in Richtung der Achse 12 auszuüben als auch wenigstens eines der Fügeteile 15 relativ zum anderen Fügeteil 15 um die Achse 12 zu drehen, d. h. eine Torsion zu erzeugen, wie in 6 durch Pfeile 18 bzw. 19 angedeutet ist. Zusätzlich dazu muß die Prüfmaschine 16 natürlich über geeignete Mittel verfügen, um die aus der Krafteinleitung resultierenden Spannungen und/oder Verformungen der Probe 11 zu messen bzw. Kennlinien aufzuzeichnen, die den Verlauf der Spannung &sgr; bzw. Torsion &tgr; in Abhängigkeit von der Dehnung &egr; bzw. dem Weg &ggr; zeigen, wobei die Schubspannung betreffende Werte mit Hilfe der Torsions- und Widerstandmomente aus den Torsionswerten &tgr; berechnet werden können. Zumindest muß durch die Prüfmaschine 16 angezeigt werden können, bei welchen Spannungen bzw. Torsionen die Probe 11 versagt bzw. zu Bruch geht. Zur Ermittlung der Bruchfestigkeit bzw. der zum Versagen der Probe führenden maximalen Zug-, Druck- bzw. Torsionskräfte reicht es dabei aus, wenn die Fügeteile 15 durch Form- und/oder Stoffschluß entsprechend fest mit den Probenenden verbunden werden.

Prüfmaschinen für die genannten Zwecke sind allgemein bekannt (z. B. PCT WO 03/048 741 A1) und brauchen den Fachmann daher nicht näher erläutert werden. Welche Prüfmaschine im Einzelfall verwendet wird und welche Fügeteile bzw. Adapter 15 mit der Probe 11 verbunden werden, um einen für die Prüfung in der Prüfmaschine geeigneten Prüfkörper 14 zu schaffen, kann weitgehend beliebig festgelegt werden.

Ist es erwünscht, nur oder zusätzlich Daten über die mechanischen Eigenschaften der Grenzfläche 8 zwischen dem Kleber 9 und dem Bauwerks-Bauteil 1 zu erhalten oder unterschiedliche Bindemittel für die Verstärkungen auf ihre Brauchbarkeit zu testen, wird vorzugsweise die dem Bauteil 1 zunächst einteilig entnommene Probe 11 (4) entsprechend 7 längs einer senkrecht zur Achse 12 verlaufenden Ebene in zwei Segmente 11a und 11b geteilt. Die beiden Segmente 11a, 11b werden in Achsrichtung vorzugsweise gleich lang ausgebildet, obwohl dies nicht zwingend erforderlich ist. Nach der Teilung werden die Segmente 11a, 11b an einander zugewandten Stirnseiten 21 bzw. 22 mittels eines Bindemittels fest miteinander verbunden und zur Bildung eines Prüfkörpers 23 (9) analog zu 5 an ihren von den Stirnseiten 21, 22 entfernten axialen Enden mit je einem Fügeteil 24a, 24b versehen. Alternativ ist es aber auch möglich, dem Bauteil 1 die beiden zylindrischen Segmente 11a, 11b als separate Bohrkerne zu entnehmen und jedes der Segmente 11a, 11b dann analog zu 9 mit einem der Fügeteile 24a, 24b zu versehen.

Um einen in 7 angedeuteten Winkelversatz der zu verbindenden Stirnseiten 21, 22 zu vermeiden, werden diese durch Drehen oder Schleifen zunächst exakt eben und senkrecht zu Achsen 12a, 12b der Segmente 11a, 11b ausgebildet, so daß sich Planflächen 21a, 22a (8) ergeben, die bei paralleler Anordnung der Achsen 12a, 12b ebenfalls exakt parallel zueinander liegen.

Im Anschluß daran werden die beiden Segmente 11a und 11b vorzugsweise möglichst genau koaxial zueinander ausgerichtet und aufeinander gelegt, wobei ein etwaiger, aus 8 ersichtlicher Versatz der beiden Achsen 12a, 12b vermieden werden sollte. Die koaxiale Anordnung wird dann mit Markierungen kenntlich gemacht, worauf die Segmente 11a, 11b wieder getrennt werden.

Vor der endgültigen Verbindung werden die Segmente 11a, 11b an ihren an die Planflächen 21a, 22a grenzenden Umfangsabschnitten mit je einer das verwendete Bindemittel abweisenden Umfangsschicht 23a, 23b versehen. Durch diese Schichten 23a, 23b soll vermieden werden, daß beim späteren Zusammendrücken der Planflächen 21a, 22a überschüssiges, radial nach außen entweichendes Bindemittel im Bereich der Trennfuge in die Mantelflächen der Segmente 11a, 11b bzw. der Probe 11 eintritt, dadurch das Probenmaterial verfestigt wird und sich als Folge davon Verfälschungen der Versuchsergebnisse bei der Ermittlung der mechanischen Eigenschaften ergeben.

Soll die Verbindung der beiden Segmente 11a, 11b nicht längs der gesamten Planflächen 21a, 22a erfolgen und/oder eine definierte Dicke für die Bindemittelschicht vorgegeben werden, wird zwischen die Planflächen 21a, 22a zweckmäßig wenigstens eine Zwischenschicht 25, 26 aus einem das Bindemittel abweisenden Material vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel nach 8 wird hierzu die eine Planfläche 21a mit einer vergleichsweise dünnen Schicht 25 und die andere Planfläche 22a mit einer vergleichsweise dicken Schicht 26 belegt. Auch andere Anordnungen sind möglich, wobei insbesondere eine der Schichten 25, 26 entfallen oder wenigstens eine weitere Schicht hinzukommen könnte. Bei den Schichten 25, 26 handelt es sich z. B. um kreisrunde Scheiben, die koaxial zu den Planflächen 21a, 22a angeordnet sind. Dadurch entstehen auf den Planflächen 21a, 22a Ringzonen, die die Schichten 25, 26 koaxial umgeben und eine definierte Größe und Dicke haben. Außerdem verhindern die Schichten 25 und 26, daß an diesen Stellen Bindemittel in die Segmente 11a, 11b eindringt und die Versuchsergebnisse beeinflußt. Zwischen die Schichten 25, 26 eindringendes Bindemittel ist dagegen unschädlich, da es an diesen nicht haftet und daher weder Reibung bei Torsionsbeanspruchungen noch zusätzliche Haftkräfte bei Zugversuchen verursacht.

Als Klebstoffe eignen sich in Verbindung mit Steinen und Beton vor allem zahlreiche Epoxidharzklebstoffe, die je nach Fall mehr oder weniger viskos und z. B. in Lamellen aus einem Faserverbundmaterial integriert sein können. Bei ihrer Anwendung bestehen die Umfangsschichten 23a, 23b und die Zwischenschichten 25, 26 vorzugsweise aus Teflon. Alternativ können diese Schichten aber auch aus einem üblichen Doppelklebeband gebildet werden, dessen eine Seite auf die Segmente 11a, 11b geklebt wird, während die die zweite Seite abdeckende Abdeckfolie die das Bindemittel abweisende Schicht bildet. Anstelle von Klebstoffen können schließlich je nach Bedarf auch andere Bindemittel, insbesondere z. B. verschiedene Mörtel wie z. B. Dünnbettmörtel in Kombination mit denselben oder anderen Schichten 23a, 23b, 25 und 26 verwendet werden.

Nach der beschriebenen Vorbehandlung, bei der die Reihenfolge der verschiedenen Arbeitsschritte weitgehend beliebig ist, werden die Segmente 11a und 11b im Bereich ihrer Planflächen 21a, 22a bzw. der von den Schichten 25, 26 freigelassenen Ringzonen mit einem Bindemittel 27 (z. B. Klebstoff oder Mörtel) belegt, zusammengedrückt und ggf. mit einer Klammer bis zum Aushärten des Bindemittels 27 fixiert. Es entsteht dadurch der in 9 und 10 gezeigte Prüfkörper 23, bei dem die Segmente 11a, 11b und das beide zusammenhaltende Bindelmittel 27 die eigentliche Probe bilden.

Im Hinblick auf die Fügeteile 24a, 24b ist bei kraft- bzw. stoffschlüssiger Verbindung lediglich zu beachten, daß sie mit einem Klebstoff od. dgl. an den Segmenten 11a, 11b befestigt werden, der für die Kombination Stein/Beton mit Stahl/Aluminium od. dgl. geeignet ist. Um bei den späteren Versuchen ein Versagen im Bereich der Einspannstellen der Fügeteile 24a, 24b zu vermeiden, sollten die Segmente 11a, 11b bis zu einer solchen Tiefe mit den z. B. als Hülsen oder Stäbe ausgebildeten Fügeteilen 24a, 24b verbunden werden, daß die Verbindungsflächen größer als die zu prüfende, von der Bindemittelschicht 27 eingenommene Fläche ist. Außerdem ist darauf zu achten, daß die Segmente 11a, 11b in Richtung der Planflächen 21a, 22a so weit über die Fügeteile 24a, 24b überstehen, daß im Grenzfall ein oberflächennahes Abscheren bzw. Aufbrechen der Segmente 11a, 11b bzw. der Klebefläche eintritt, d. h. ein Versagen des einen oder anderen Segments 11a, 11b in unmittelbarer Nähe der Planflächen 21a, 22a erfolgt, wie dies auch in der Praxis der Fall sein wird.

Nach der Herstellung des Prüfkörpers 23 (9) wird dieser in die Prüfmaschine 16 gemäß 6 eingespannt. Die Ermittlung der im Einzelfall interessierenden mechanischen Eigenschaften erfolgt dann in der oben anhand des Prüfkörpers 14 der 5 beschriebenen Weise durch einachsige Zug-, Druck- und/oder Torsionsbelastungen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Insbesondere ist es möglich, die Dimensionen der aus den Bauwerks-Bauteilen 1 gezogenen Kerne bzw. Proben 11 unterschiedlich groß zu wählen. Bohrkerne mit einem Durchmesser von ca. 50 mm haben sich als zweckmäßig erwiesen. Die axiale Länge bzw. Höhe der Proben bzw. Segmente kann in Abhängigkeit vom Material unterschiedlich gewählt werden, wobei in Versuchen den aus einer Läuferfläche entnommenen Proben eine Höhe von ca. 11 cm und den aus einer Lagerfläche entnommenen Proben eine Höhe von ca. 7 cm gegeben wurde. Diese geringen Abmessungen ermöglichen u. a. auch ohne weiteres Langzeituntersuchungen innerhalb einer Klimakammer. Weiter werden die Proben 11 bzw. Segmente 11a, 11b vorzugsweise jeweils einer fugenlosen Zone des Bauwerks-Bauteil 1 entnommen. Hauptgrund hierfür ist der Umstand, daß etwaige Fugen in der Regel nicht zur Haftfähigkeit der Verstärkungen beitragen und daher die Meßergebnisse allenfalls verfälschen würden. Monolithische Proben sind daher am besten geeignet.

Im Hinblick auf die Untersuchungen der Prüfkörper ist es weiterhin in vorteilhafter Weise möglich, die einachsigen Zug/Druck- bzw. Torsionsversuche wahlweise nacheinander oder gleichzeitig, d. h. kombiniert durchzuführen. Dabei wäre es auch möglich, eines der Segmente 11a, 11b aus einem anderen Material und insbesondere aus dem Material herzustellen, aus dem auch die Verstärkungselemente bestehen. Allerdings würde das zu vergleichsweise teuren Prüfkörpern führen und keine Verbesserung der Versuchsergebnisse mit sich bringen, da das Ziel der Erfindung die Ermittlung der Haftfähigkeit bzw. Bruchfestigkeit im Bereich des Bauwerks-Bauteils und nicht im Bereich der Verstärkungselemente ist. Schließlich versteht sich, daß die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden können.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Ermittlung mechanischer Eigenschaften eines aus Stein oder Beton hergestellten Bauwerks-Bauteils (1), wobei dem Bauteil (1) wenigstens eine zylindrische Probe (11) entnommen und aus dieser ein Prüfkörper (14, 23) hergestellt wird, indem die axialen Enden der Probe (11) mit Fügeteilen (15, 24a, 24b) fest verbunden werden, wobei der Prüfkörper (14, 23) dann mit Hilfe der Fügeteile (15) in eine Prüfmaschine (16) eingespannt und mittels dieser auf wenigstens ein Fügeteil (15, 23a, 24b) in Richtung der Achse (12) der Probe eine Druck- oder Zugkraft und/oder in Umfangsrichtung der Achse (12) ein Torsionsmoment ausgeübt wird, und wobei die mechanischen Eigenschaften des Bauteils (1) aus den sich dadurch ergebenden Verformungen und/oder Spannungen der Probe (11) abgeleitet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (11) dem Bauteil (1) mittels einer Kernbohrung entnommen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (11) dem Bauteil (1) einteilig entnommen und senkrecht zur Zylinderachse in zwei Segmente (11a, 11b) geteilt wird, und daß die Segmente (11a, 11b) dann an einander zugewandten Stirnseiten (21, 22) mittels eines Bindemittels (27) fest miteinander verbunden und zur Bildung des Prüfkörpers (23) mit je einem der Fügeteile (24a, 24b) versehen werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (11) aus zwei dem Bauteil (1) separat entnommenen, zylindrischen Segmenten (11a, 11b) zusammengesetzt wird, indem diese an einander zugewandten Stirnseiten (21, 22) mittels eines Bindemittels (27) fest miteinander verbunden werden, und daß die Segmente (11a, 11b) zur Bildung des Prüfkörpers (23) mit je einem der Fügeteile (24a, 24b) versehen werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Segmente (11a, 11b) mittels eines Klebstoffs miteinander verbunden werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Segmente (11a, 11b) mittels eines Mörtels miteinander verbunden werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Proben (11) bzw. Segmente (11a, 11b) einer fugenlosen Zone des Bauteils (1) entnommen werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (11a, 11b) vor dem Verbinden koaxial aufeinander ausgerichtet werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (11a, 11b) an den zu verbindenden Stirnseiten (21, 22) mit senkrecht zur Zylinderachse (12a, 12b) verlaufenden Planflächen (21a, 22a) versehen werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Stirnseiten (21, 22) vor dem gegenseitigen Verbinden wenigstens eine das Bindemittel (27) abweisende Zwischenschicht (25, 26) angebracht wird, die eine definierte, zum Aufbringen des Bindemittels (27) bestimmte Ringzone stehen läßt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenschicht (25, 26) eine kreisrunde und koaxial zu den Segmenten (11a, 11b) angeordnete Scheibe verwendet wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Segmente (11a, 11b) mit an die zu verbindenden Stirnseiten (21, 22) grenzenden, das Bindemittel (27) abweisenden Umfangsschichten (23a, 23b) versehen werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischen- und/oder Umfangsschichten (23a, 23b, 25, 26) aus einem Kunststoff, z. B. Teflon (PTFE) hergestellt werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Fügeteile (15, 24a, 24b) auf die Enden der Probe (11) aufgesteckte Hülsen verwendet werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Hülsen aus einem Metall verwendet werden.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen durch Kleben mit den Enden der Probe (11) verbunden werden.
  17. Anwendung eines Prüfkörpers (14, 23) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16 zur Ermittlung mechanischer Eigenschaften von Bauwerks-Bauteilen (1).
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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