Geklebte Verankerungen auf ungerissenem Beton

Abstract

In dieser Arbeit werden die klebtechnischen Eigenschaften von Klebungen auf ungerissenem Beton geprüft und die Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit bewertet. Mit den Ergebnissen werden die Klebungen beurteilt und daraus ein ingenieurmäßiges Bemessungsmodell für aufgeklebte Befestigungen abgeleitet. Im theoretischen Teil der Arbeit werden die Grundlagen zum Kleben und ein Überblick über die verschiedenen Klebstoffe gegeben. Es werden die Einteilung, der Aufbau und der Härtungsmechanismus der Klebstoffe aufgezeigt. Anschließend werden die chemischen und physikalischen Bindungskräfte erklärt, die in einer Klebung auftreten. Danach wird die Benetzung mit der zugehörigen Theorie erläutert und mit Versuchen nachgeprüft. Dann wird auf die materialspezifischen Eigenschaften der Klebstoffschicht und der Betonoberfläche eingegangen. Hier werden z. B. die Dauerstandfestigkeit und der Einfluss einer schwingenden Beanspruchung auf den Klebstoff und Beton beschrieben. Im Anschluss folgen das Versuchsprogramm mit den verschiedenen Versuchsmaterialien sowie der Prüfeinrichtung und den Versuchen. Die Versuche werden im Wesentlichen mit dem Befestiger bigHead® F1/B38-M8 HEX von der Firma bigHead Bonding Fasteners Limited durchgeführt. Der Befestiger hat einen Durchmesser von 38 mm und wird aus 1,2 mm dickem Stahlblech gestanzt. Er ist galvanisch verzinkt und hat drei Stege, auf denen eine niedrige Sechskantmutter M8 mittig aufliegt und punktverschweißt ist. Als Klebstoff werden in dieser Arbeit zwei verschiedene Epoxidharzmörtel verwendet, die in der Befestigungstechnik zum Einmörteln von Verbunddübeln und Gewindestangen benutzt werden. Beide Klebstoffe haben eine europäisch, technische Bewertung und sind für Normalbeton der Festigkeitsklasse C12/15 bis C50/60 zugelassen. Die Befestiger werden auf ungerissenem Beton der Festigkeitsklasse C20/25 und C50/60 getestet. Zusätzlich werden Versuche mit aufgeklebten Rändelschrauben und Ankerplatten durchgeführt, um die Benetzungstheorie und die Einflüsse der Form und Größe eines Befestigers zu beurteilen. Als Klebegrund wird hierzu auch Stahl und Kalksandvollstein verwendet. Mit dem Klebegrund Stahl kann das vorzeitige Versagen des Klebegrundes ausgeschlossen werden und das Tragverhalten der Klebstoffe besser bewertet werden. Alle Versuche wurden am Institut für Werkstoffe im Bauwesen der Universität Stuttgart durchgeführt. Die Versuchsergebnisse selbst lassen sich nicht auf andere Klebstoffe übertragen. Geklebte Befestiger auf Stahl mit verschiedenen Epoxidharzen hatten unterschiedliche Bruchlasten (Mittelwerte) von mehreren 100 Prozent, geklebte Befestiger auf Beton bis zu 67 Prozent Unterschied in den Mittelwerten. Die Tragfähigkeit von geklebten Verbindungen kann mit den Näherungsverfahren in Kapitel 5 und 6 abgeschätzt werden. Voraussetzung hierfür sind immer Versuche mit dem jeweiligen Klebstoff, Befestiger und Klebegrund. Zusätzlich muss die Klebbarkeit der Befestiger an Wände und Decken überprüft werden, um nach dem Aufkleben ein Abrutschen oder Herunterfallen des Befestigers zu vermeiden. Alternativ können Montagehilfen bis zur Aushärtung verwendet werden. Kritisch ist das Lösen und Recyceln von Klebungen zu betrachten. Das Lösen einer Klebung erfolgt in der Regel mechanisch und der Klebstoff bleibt entweder am Fügeteil und / oder am Befestiger zurück. Das Recyceln der verklebten Werkstoffe ist, wenn überhaupt möglich, sehr aufwendig. Die wesentlichen Vorteile des Klebens sind das Fügen beliebiger Werkstoffe und speziell für die Befestigungstechnik kein Bohren in Beton, wodurch Lärm, Schmutz und Bewehrungstreffer vermieden werden. Ein Befestigungselement für das Kleben auf Beton sollte folgende Eigenschaften aufweisen. Der Befestiger sollte wie der bigHead® eine gelochte Kopfplatte haben, die ein einfaches Setzen ermöglicht, da der Überschussmörtel auch über die Löcher austreten kann und mit dem Befestiger Formschluss ausbildet. Tritt durch Alterungsprozesse Adhäsionsverlust am Befestiger ein, ist durch den Formschluss eine Resttragfähigkeit sichergestellt. Mit reinem Formschluss kann 75% der Bruchlast abgetragen werden. Die Kopfplatte sollte ausreichend steif sein, damit unter Beanspruchung die gesamte Klebefläche aktiviert wird und sich eine gleichmäßige Spannungsverteilung in der Klebefuge einstellt. Ein steifer Gewindeanschluss mit einer aufgeschweißten Sechskantmutter reduziert die aufnehmbaren Querkräfte mit zunehmendem Hebelarm. Ein gelenkiger Gewindeanschluss an der Kopfplatte minimiert den Hebelarm für Querkraft. Für gerissenen Beton muss der Befestiger dehnbar sein, da sonst der Klebstoff bei Rissentstehung am Beton abreißt.