Untersuchungen über das Temperaturverhalten von geklebten Betonstahlverbindungen

Das Verbinden/Stoßen von Betonstahl durch mechanische Verbindungselemente ist in Deutschland nach DIN 1045 vorgesehen und wird auch international in der Praxis häufig eingesetzt. Zurzeit verfügbare Techniken sind z.B. das Aufpressen einer Stahlmuffe oder das Anbringen von Gewinden an den Betonstahlenden und deren Verschraubung über eine Gewindemuffe.

Wegen ungünstiger Eigenschaften solcher Verbindungen (hoher Schlupf; vermindertes Dauerschwingverhalten) wurde mit dieser Forschungsarbeit der Idee nachgegangen, Betonstähle in innen profilierte Stahlhülsen mit schnell abbindendem Kunstharzmörtel einzukleben. Die Verbindungsart ist in älterer Literatur bereits erwähnt (auch mit Zementmörtel als Kleber). Eine Übernahme in die Praxis hatte jedoch nicht stattgefunden.

Für experimentelle Untersuchungen stand ein Prototyp aus Stahlhülsen mit Innengewinde zur Verfügung, bei dem ein in wenigen Minuten aushärtender und bereits bauaufsichtlich zugelassener Reaktionsharzmörtel in den Ringspalt zwischen Hülse und Betonstahl eingepresst wird.

In Kurzzeitzugversuchen erschienen die Verbindungen mit unterschiedlichen Betonstahldurchmessern ausreichend tragfähig (bis 60 Grad Celsius jeweils Betonstahlbruch). Auch in durchgeführten Dauerschwingversuchen konnte keine Minderung des Dauerschwingverhaltens in Bezug zu ungestoßenem Betonstahl festgestellt werden. Die durchgeführten Kriechversuche ergaben jedoch eine nicht mehr tolerierbare Verformung teilweise schon bei Raumtemperatur und erst recht bei erhöhten Temperaturen von 40 oder 60 Grad Celsius.Aus diesem Grund wurden Untersuchungen zur Optimierung von Mörtel und Verpressverfahren durchgeführt. Als vielversprechend erwies sich, den Spalt zwischen Betonstahl und Stahlhülse mit Stahlschrot zu füllen und den verbliebenen Hohlraum anschließend mit Kunstharz zu verpressen. Das Ziel hierbei war es, einen Korn-zu-Korn-Kontakt so zu aktivieren, dass die Verbundkräfte innerhalb der Hülse allein über das Stahlschrotgerüst weitergeleitet werden, während das Kunstharz nur zur Lagefixierung dient. Mit so hergestellten Verbindungen ergaben die Kriechversuche auch bei erhöhter Temperatur ein zufriedenstellendes niedriges Verformungsmaß.

Bei Brandversuchen an Betonbalken, deren Bewehrung in Feldmitte so gestoßen war, trat ein Versagen bei Temperaturen zwischen 400 und 500 Grad Celsius auf. Stöße außerhalb der Feldmitte, die die gleiche Temperaturbelastung erfahren haben und noch nicht gebrochen waren, ergaben hinterher im Kurzzeitzugversuch die volle Tragfähigkeit.

Als generelle Schlussfolgerung ergibt sich bisher, dass die Realisierung eines Klebestoßes von Betonstahl mit den z.Zt. gängigen Reaktionsharz-Mörteln, wie sie z.B. auch für Klebeanker/ -dübel verwendet werden, nicht machbar ist. Der Hauptgrund sind die insbesondere bei höheren Temperaturen (z.B. schon bei Sonneneinstrahlung) auftretenden Kriechverformungen unter Zugbelastung. Sie würden eine zu starke Rissbildung im Beton verursachen. Der bei den Optimierungsuntersuchungen eingesetzte Stahlschrot erscheint ein möglicher Lösungsweg, jedoch muss das Verfahren für eine baustellengerechte Anwendung noch weiter entwickelt werden.