DE19729058A1 - Verbundelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus mindestens einer Holzschicht und einer mit dieser verbundenen Beton- oder Mörtelschicht bestehen­ den Verbundelements sowie ein nach dem Verfahren herge­ stelltes Verbundelement.

Holz-Beton-Verbundkonstruktionen stellen eine gemischte Bauweise dar, bei der die Querschnitte von Stützbautei­ len aus den beiden unterschiedlichen Materialien Holz und Beton bestehen, die meist durch mechanische Verbin­ dungsmittel nachgiebig miteinander verbunden sind. Bei der überwiegenden Anzahl der Anwendungen von Holz-Be­ ton-Verbundkonstruktionen befindet sich der Beton in der Biegedruckzone und das Holz in der Biegezugzone ei­ nes Biegetragelements. Damit können die Eigenschaften der beiden Baustoffe optimal ausgenutzt werden. Die Fe­ stigkeit und Steifigkeit des Betons sind bei Druckbean­ spruchung am größten. Wird Holz in der Zugzone einge­ setzt, so entfällt der in üblichen Stahlbetonquer­ schnitten vorhandene Beton in der Zugzone, der im ge­ rissenen Zustand nicht mitträgt und lediglich eine Be­ lastung darstellt. Dadurch können Querschnitte entste­ hen, die bei einem vergleichsweise geringen Eigenge­ wicht eine hohe Steifigkeit aufweisen. Die Tragfähig­ keit derartiger Konstruktionen wird beispielsweise im Vergleich mit einer reinen Holzbalkendecke etwa verdop­ pelt, die Biegesteifigkeit erreicht die drei- bis vier­ fachen Werte. Durch die Verwendung von Holz-Beton-Ver­ bunddecken wird die Nachgiebigkeit der Decke, die bei reinen Holzdecken oft als störend empfunden wird, deut­ lich verringert. Zudem ist die Dämpfung von Schwingun­ gen bei Holz-Beton-Verbunddecken wesentlich ausgepräg­ ter als bei Holzdecken, so daß Schwingungsnachweise für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit sehr viel leichter zu erfüllen sind. Durch das Aufbringen einer Betonplatte auf bestehende Holzbalkendecken wird auch der Schallschutz verbessert. Wegen der deutlich höheren Masse des Betons wird einerseits die Luftschallübertra­ gung verringert, andererseits wird durch die größeren Dämpfungswerte der Verbunddecke auch die Körperschall­ übertragung reduziert. Schließlich stellt die Beton­ platte bei einer Brandbeanspruchung eine wirksame Barriere gegen Feuerausbreitung dar. Damit wird der Feuerwiderstand der Konstruktion im Vergleich zu einer reinen Holzbalkendecke verbessert. Die Holzbalken selbst weisen außerdem eine größere Feuerwiderstands­ dauer auf als entsprechende Stahl- oder Stahlbetonfer­ tigteilträger.

Bei einem aus der EP-0 432 484 B1 bekannten Verfahren zur Herstellung eines Holz-Beton-Verbundelements wird der Verbund zwischen der Holzschicht und der Beton­ schicht durch in die Holzschicht eingeschraubte und über diese überstehende Armierungsschrauben erreicht. Hierzu wird auf eine freie Oberfläche einer Holzdecke zunächst eine Plastikfolie vollflächig ausgebreitet, die den später aufzugießenden Beton vollständig von der Holzoberfläche trennt, so daß keine Feuchtigkeit von dem Frischbeton in das Holz gelangen kann. Nach dem Auflegen der Plastikfolie werden die Armierungsschrau­ ben in die tragenden Holzbalken der Holzdecke einge­ schraubt, wobei ein Teil der Schaftlänge der Armie­ rungsschrauben über die Holzbalken überstehend ver­ bleibt. Auf die derart vorbereitete Holzdecke wird dann der Frischbeton gegossen, so daß nach dem Aushärten des Betons ein punktueller Verbund zwischen der Holzschicht und der Betonschicht entsteht. Bei diesem Verfahren wird als nachteilig empfunden, daß der Verbund zwischen der Holzschicht und der Betonschicht nicht vollflächig erfolgt. Die Belastbarkeit einer derartigen Konstruk­ tion ist gegenüber einem vollflächigen Verbund erheb­ lich reduziert.

Weiterhin ist es bekannt, eine vorgefertigte Betonplat­ te auf eine freie Holzoberfläche aufzukleben. Dies ist praktisch nur bei vorzufertigenden Holz-Beton-Verbund­ elementen sinnvoll, da es unmöglich ist, großflächige, vorgefertigte Betonplatten in bereits bestehende Gebäu­ de einzubringen. Da die einander zugewandten Oberflä­ chen der Holzschicht und der Betonschicht immer eine gewisse Unebenheit aufweisen, entstehen zudem kleine Hohlräume zwischen der Holzschicht und der Beton­ schicht, so daß auch hier kein vollflächiger Verbund gewährleistet ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Ver­ fahren zur Herstellung eines Holz-Beton-Verbundelements vorzuschlagen, das einfach durchzuführen ist und einen vollflächigen Verbund zwischen der Holzschicht und der Betonschicht gewährleistet. Weiterhin besteht die Auf­ gabe darin, ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Verbundelement bereitzustellen, das eine höhere Belastbarkeit als herkömmliche Verbundelemente aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Patentan­ sprüchen 1 und 10 genannten Merkmalskombinationen vor­ geschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil­ dungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung geht vor allem von dem Gedanken aus, daß ein vollflächiger Verbund zwischen der Holzschicht und der Betonschicht auf einfachste Weise dann erreichbar ist, wenn der Frischbeton unter Zwischenschaltung einer Klebstoffschicht direkt auf die Holzschicht gegossen wird. Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen, daß auf eine freie Oberfläche der Holzschicht ein Klebstoff in pastöser Konsistenz unter Bildung einer Klebstoff­ schicht flächendeckend aufgetragen wird, daß auf die Klebstoffschicht hydraulischer Frischbeton oder Frisch­ mörtel aufgegossen und unter Bildung der Beton- oder Mörtelschicht flächendeckend auf dieser verteilt wird und daß die Klebstoffschicht und die Beton- oder Mör­ telschicht in einer zeitweilig gemeinsamen Aushärtphase unter Erzeugung einer großflächigen Verbindung zwischen den Schichten zur Aushärtung gebracht werden. Wenn der hydraulische Frischbeton oder Frischmörtel auf die noch nicht ausgehärtete Klebstoffschicht aufgegossen wird, dringen Bestandteile des Betons, insbesondere darin enthaltene Kieselsteine, in die Klebstoffschicht ein und führen somit zu einer Verzahnung zwischen den Schichten. Durch das Aufgießen des Frischbetons oder Frischmörtels in flüssiger Form wird auf diese Weise in jedem Fall ein vollflächiger Verbund erreicht.

Bevorzugt wird der Klebstoff mit einer Schichtdicke von 0,1 bis 0,8 mm auf die Holzoberfläche aufgetragen. Eine derart geringe Schichtdicke ist bereits ausreichend, um die notwendige Verzahnung des Frischbetons mit der Klebstoffschicht zu erreichen. Der Klebstoff kann auf die Holzoberfläche aufgespritzt, aufgewalzt oder aufge­ spachtelt werden, letzteres vorzugsweise mittels eines Zahnspachtels, der der Klebstoffschicht eine Oberflä­ chenrauhigkeit vermittelt, die den Verzahnungseffekt noch weiter unterstützt. Als Klebstoff wird bevorzugt ein Zweikomponentenkleber aus der Gruppe der Epoxidhar­ ze oder Polyurethanharze verwendet. Derartige Klebstof­ fe sind hinreichend wasserunempfindlich, so daß die Klebstoffschicht beim Aufgießen des Frischbetons oder Frischmörtels erhalten bleibt. Der pastöse Klebstoff sollte hinreichend streichfähig, aber nicht zu dünn­ flüssig sein, so daß er beim Aufbringen des Frischbe­ tons oder Frischmörtels von diesem nicht von der Holz­ oberfläche verdrängt wird. Der Klebstoff sollte daher beim Aufbringen auf die Holzoberfläche und beim an­ schließenden Aufbringen des Frischbetons oder Frisch­ mörtels eine Viskosität von 20 bis 600 Pa.s aufweisen.

Um sicherzustellen, daß sich beim Aufgießen des Frisch­ betons oder Frischmörtels keine Luftblasen bilden, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens vor, daß die Beton- oder Mörtelschicht vor dem Aushärten vorzugsweise durch Rütteln verdichtet wird.

Eine weitere Steigerung der Festigkeit und Belastbar­ keit des Verbundelements wird dadurch erreicht, daß beim Aufbringen des Frischbetons oder Frischmörtels Bewehrungsmaterial, wie Baustahl oder Fasermaterial, in die Beton- oder Mörtelschicht eingebettet wird.

Elektrische Leitungen und Sanitärrohre werden üblicher­ weise unter Putz verlegt. Um dies zu erleichtern, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens vorgesehen, daß bereits beim Aufbrin­ gen des Frischbetons oder Frischmörtels Leerrohre für die Elektro- und/oder Sanitärinstallation in die Beton- oder Mörtelschicht eingebettet werden.

Um eine Deckungsgleichheit der Beton- bzw. Mörtel­ schicht mit der Holzschicht zu erreichen, wird die Holzschicht vorteilhafterweise in eine abnehmbare Scha­ lung für den Frischbeton oder Frischmörtel eingelegt oder mit einer solchen Schalung versehen.

Das erfindungsgemäße Verbundelement besteht im wesent­ lichen aus Holz und Beton- oder Zementmörtel mit minde­ stens einer Holzschicht und einer Beton- oder Mörtel­ schicht und einer zwischen der Holzschicht und der Be­ ton- oder Mörtelschicht angeordneten, dünnwandigen Haftbrücke aus einem Zweikomponenten-Kunstharzkleber. Die dünnwandige Haftbrücke sollte dabei eine Wandstärke von 0,1 bis 0,8 mm aufweisen und kann aus einem Zwei­ komponenten-Epoxidharzkleber oder einem Zweikomponen­ ten-Polyurethankleber bestehen. Zur weiteren Erhöhung der Belastbarkeit des Verbundelements kann in die Be­ ton- oder Mörtelschicht eine vorzugsweise aus Baustahl oder Fasermaterial bestehende Bewehrung eingebettet sein. Zusätzlich können in die Beton- oder Mörtel­ schicht Leerrohre für die Elektro- und/oder Sanitärin­ stallation eingebettet sein.

Gemäß einer bevorzugten Verwendung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens wird dieses zur Herstellung von vorge­ fertigten Decken-, Boden- oder Wandelementen für Gebäu­ de, insbesondere für Fertighäuser angewandt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher dargestellt und erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Verbundelement;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Verbundele­ ments gemäß Fig. 1 im Bereich der Haftbrücke.

Das in der Zeichnung dargestellte, insgesamt mit 10 be­ zeichnete Verbundelement besteht im wesentlichen aus einer Holzschicht 12 und einer Beton- oder Mörtel­ schicht 14, die mittels einer Klebstoffschicht 16 flä­ chig mit der Holzschicht 12 verbunden ist. Der Kleb­ stoff 16 ist auf die Holzoberfläche in einem pastösen Zustand aufgespritzt, aufgewalzt oder aufgespachtelt und weist eine sehr geringe Schichtdicke im Bereich von etwa 0,5 mm auf. Die Beton- oder Mörtelschicht 14 ist auf die Klebstoffschicht 16 aufgegossen, so lange diese noch nicht ausgehärtet ist. Hierdurch kommt es, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, zu einem Ein­ dringen von gröberen Bestandteilen der Beton- oder Mör­ telschicht 14 in die Klebstoffschicht 16 bzw. zu einer gewissen Durchmischung der beiden Schichten, wodurch sich nach dem Aushärten beider Schichten eine über die gesamte Fläche wirksame, haftvermittelnde Verzahnung ergibt.

Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfin­ dung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus mindestens einer Holzschicht und einer mit dieser ver­ bundenen Beton- oder Mörtelschicht bestehenden Verbund­ elements sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Ver­ bundelement. Um eine hohe Belastbarkeit des Verbundele­ ments durch eine vollflächige Haftung der Beton- oder Mörtelschicht auf der Holzschicht zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß auf eine freie Oberfläche der Holzschicht 12 ein Klebstoff 16 in pa­ stöser Konsistenz unter Bildung einer Klebstoffschicht flächendeckend aufgetragen wird. Anschließend wird auf die Klebstoffschicht 16 hydraulischer Frischbeton oder Frischmörtel aufgegossen und unter Bildung der Beton- oder Mörtelschicht 14 flächendeckend auf dieser ver­ teilt. Die Klebstoffschicht 16 und die Beton- oder Mör­ telschicht 14 werden in einer zeitweilig gemeinsamen Aushärtphase unter Erzeugung einer großflächigen Ver­ bindung zwischen den Schichten zur Aushärtung gebracht.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung eines aus mindestens ei­ ner Holzschicht und einer mit dieser verbundenen Beton- oder Mörtelschicht bestehenden Verbundele­ ments, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine freie Oberfläche der Holzschicht (12) ein Klebstoff in pastöser Konsistenz unter Bildung einer Klebstoff­ schicht (16) flächendeckend aufgetragen wird, daß auf die Klebstoffschicht (16) hydraulischer Frisch­ beton oder Frischmörtel aufgegossen und unter Bil­ dung der Betön- oder Mörtelschicht (14) flächen­ deckend auf dieser verteilt wird und daß die Kleb­ stoffschicht (16) und die Beton- oder Mörtelschicht (14) in einer zeitweilig gemeinsamen Aushärtphase unter Erzeugung einer großflächigen Verbindung zwi­ schen den Schichten zur Aushärtung gebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff mit einer Schichtdicke von 0,1 bis 0,8 mm auf die Holzoberfläche aufgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzei­ chnet, daß der Klebstoff auf die Holzoberfläche aufgespritzt, aufgewalzt oder vorzugsweise mittels eines Zahnspachtels aufgespachtelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebstoff ein Zweikomponen­ ten-Kleber aus der Gruppe Epoxidharz oder Polyur­ ethanharz verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der pastöse Klebstoff beim Auf­ tragen auf die Holzoberfläche und beim anschließen­ den Aufbringen des Frischbetons oder Frischmörtels eine Viskosität von 20 bis 600 Pa.s aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beton- oder Mörtelschicht (14) vor dem Aushärten vorzugsweise durch Rütteln verdichtet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufbringen des Frischbe­ tons oder Frischmörtels Bewehrungsmaterial, wie Baustahl oder Fasermaterial, in die Beton- oder Mörtelschicht (14) eingebettet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufbringen des Frischbe­ tons oder Frischmörtels Leerrohre für die Elektro- und/oder Sanitärinstallation in die Beton- oder Mörtelschicht (14) eingebettet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Holzschicht (12) in eine abnehmbare Schalung für den Frischbeton oder Frischmörtel eingelegt oder mit einer solchen Scha­ lung versehen wird.

10. Verbundelement aus Holz und Beton- oder Zementmör­ tel mit mindestens einer Holzschicht (12) und einer Beton- oder Mörtelschicht (14) und einer zwischen der Holzschicht (12) und der Beton- oder Mörtel­ schicht (14) angeordneten, dünnwandigen Haftbrücke (16) aus einem Zweikomponenten-Kunstharzkleber.

11. Verbundelement nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die dünnwandige Haftbrücke (16) eine Wandstärke von 0,1 bis 0,8 mm aufweist.

12. Verbundelement nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftbrücke (16) aus einem Zweikomponenten-Epoxidharzkleber oder einem Zwei­ komponenten-Polyurethankleber besteht.

13. Verbundelement nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in die Beton- oder Mör­ telschicht (14) eine vorzugsweise aus Baustahl oder Fasermaterial bestehende Bewehrung eingebettet ist.

14. Verbundelement nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in die Beton- oder Mör­ telschicht (14) Leerrohre für die Elektro- und/oder Sanitärinstallation eingebettet sind.

15. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung von vorgefertigten Decken-, Boden- oder Wandelementen für Gebäude, insbesondere für Fertighäuser.