Ein guter, genauer Blick auf Pre

Dec 18, 2023

Wenn man eine durchschnittliche Auffahrt oder einen durchschnittlichen Gehweg betrachtet, sieht es vielleicht so aus, als sei Beton dazu bestimmt, Risse zu bekommen. Aber wenn Beton so anfällig für Risse ist, wie können wir ihn dann in so vielen hochbelasteten Anwendungen wie Brücken und Wolkenkratzern einsetzen? Diese Frage entstand, als ich für einen Artikel über 3D-gedrucktes Thermit recherchierte. Thermit wird häufig zum Schweißen von Eisenbahnschienen verwendet, und ich habe ein Video verlinkt, in dem frische Gleise mit Betonschwellen geschweißt werden. Ich wusste, dass ich herausfinden musste, wie Beton hergestellt werden kann, um dem Druck von Güterzügen standzuhalten.

Beton ist für sich genommen spröde und überhaupt nicht nachgiebig. Das heißt aber nicht, dass es nicht stark ist. Obwohl Beton eine gute Druckfestigkeit aufweist, ist die Zugfestigkeit recht gering. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts kam jemand auf die Idee, Betonspannweiten mit Bewehrungsstäben aus Stahl, besser bekannt als Bewehrungsstäbe, zu verstärken. Stahl kann sich dehnen, das Hinzufügen von Stahlstangen verleiht dem Beton zusätzlich zu seiner Druckfestigkeit eine gewisse Zugfestigkeit. Bewehrungsstäbe ermöglichen auch die Verwendung dünnerer Platten und anderer Elemente.

Bewehrungsstahl oder Maschenbeton eignet sich gut für Dinge wie Parkplatzblöcke und Straßen, aber er versagt trotzdem, bevor er sollte. Tatsächlich muss es normalerweise reißen, bevor der Bewehrungsstab seine Zugfestigkeit verlieren kann.

Bei hochbeanspruchten Betonanwendungen wie Brücken und Wolkenkratzern ist es äußerst wichtig, eine Durchbiegung zu vermeiden – das heißt, ein Betonelement biegt sich unter Last. Die Durchbiegung kann unter anderem dazu führen, dass die modernen Glashäute von Wolkenkratzern abspringen.

Auf einer soliden, starren Brücke lässt es sich viel angenehmer gehen, fahren oder mit dem Fahrrad fahren als auf einer Brücke, die im Wind schwankt. Aber wie baut man eine starre Brücke? Eine Lösung besteht darin, Spannungen auf den Beton auszuüben, bevor er jemals die Last von Autos und Lastwagen oder einen festen Fahrplan von Güterzügen tragen kann.

Vorgespannter Beton ähnelt Bewehrungsbeton, verfügt jedoch über die zusätzliche Kraft der eingebauten Spannung. Durch die Belastung des Betons vor seiner Inbetriebnahme wird die Durchbiegung verringert oder möglicherweise ganz eliminiert. Durch die Hinzufügung der Zugfestigkeit kann mehr Eigenfestigkeit des Betons zum Tragen kommen.

Spannbeton wird hergestellt, indem Spannglieder durch ein Betonelement oder daneben geführt werden und dann die Spannglieder von den Verankerungspunkten aus gespannt werden, um Spannung zu erzeugen. Diese Sehnen bestehen normalerweise entweder aus hochfestem Stahl, Kohlefaser oder Aramidfaser, die in antiballistischen Stoffen verwendet wird. Sie sind entweder monosträngig oder mehrsträngig angeordnet und wirken ein wenig wie Gummibänder.

Das Vorspannen von Beton hat zur Folge, dass zukünftige Druckkräfte dazu führen, dass sich das Servicemitglied wie Superbeton verhält, und zukünftige Zugkräfte dazu führen, dass es sich eher wie hochfester Stahl verhält. Mit anderen Worten: Spannbeton hält Druck und sogar Verwindung viel besser stand als normaler Beton. Es ist im Wesentlichen programmierbar, da es auf eine berechnete Weise vorgespannt wird, die die Belastungen nachahmt, denen es im Betrieb ausgesetzt sein wird.

Das „Vor“ in der Vorspannung bedeutet, dass die Vorspannung erfolgt, bevor das Betonbauteil in Betrieb genommen wird. Das Spannen selbst kann entweder vor dem Gießen des Betons oder nach dem Abbinden erfolgen. Es gibt verschiedene Gründe, die eine oder andere Methode zu verwenden, aber hinsichtlich der Ergebnisse sind sie ziemlich gleich.

Dies ist die älteste Methode zur Vorspannung von Beton und stammt aus dem späten 19. Jahrhundert. Vorspannung wird typischerweise bei der Herstellung von Balken, Bodenplatten, Balkonen, Wassertanks und Betonrohren verwendet. Bevor der Beton gegossen wird, werden die Spannglieder zwischen Endverankerungen befestigt, unabhängig davon, ob die Spannglieder im Beton oder direkt daneben enden.

Wenn der Beton aushärtet, haftet er an den Spanngliedern und die Spannung der Spannglieder wird auf den ausgehärteten Beton übertragen. Nach dem Lösen bleiben die Stangen gespannt und werden vom Beton an Ort und Stelle gehalten. Das Vorspannen erfolgt häufig im Vorfeld eines Bauprojekts und die fertigen Teile werden zur Baustelle verschifft. Auf diese Weise können mehrere Exemplare auf einmal in einer großen Form, einem sogenannten Gussbett, hergestellt werden. Diese werden mit mehrgliedrigen Spanngliedern aufgestellt und nach dem Aushärten des Betons abgetrennt.

Wie Sie sich vorstellen können, erfolgt die Vorspannung nach dem Aushärten des Betons. Beim Vorspannen befinden sich die Spannglieder in Hülsen aus Kunststoff oder verzinktem Stahl, und der Beton wird mit aufgesetzten Hülsen gegossen. Nach dem Betonieren werden die Spannglieder durch die Verankerungen wie unter Vorspannung gespannt.

Es gibt zwei Möglichkeiten, die Vorspannung durchzuführen: mit Verbund und ohne Verbund. Bei der Verbundvorspannung wird vor dem Spannen ein Vergussmörtel auf die Spannbewehrung aufgetragen und diese dadurch dauerhaft mit dem Beton verbunden. Dies bewirkt drei Dinge: Es schützt vor Korrosion, es verriegelt das Spannglied, bevor es gespannt wird, und es verbessert das strukturelle Verhalten des Betons, sobald das Bauteil draußen seine Arbeit verrichtet. Bei der Vorspannung ohne Verbund befinden sich die Spannglieder in einer mit Lithiumfett gefüllten Umhüllung und können sich so im Beton in Längsrichtung bewegen. Diese werden in der Regel extern und im Voraus vorbereitet.

Schauen Sie sich das konkrete Experiment im Video unten an. Die vor- und nachgespannten Betonbauteile können doppelt so viel Kraft aushalten wie das Bauteil mit herkömmlicher Bewehrung. Es ist nicht so, dass Spannbeton von Zauberhand stärker ist, sondern nur, dass er sein Festigkeitspotenzial besser ausschöpfen kann. Bleiben Sie nach dem Experiment unbedingt hier, um einen dramatischen Einblick in den Herstellungsprozess von Eisenbahnschwellen aus Beton zu erhalten.