Die Erfindung betrifft ein Bauelement bestehend aus Bewehrungselementen und einem Baumaterial, insbesondere Beton.

Bauelemente dienen der Herstellung eines Bauwerks. Ein Bauwerk ist eine von Menschen errichtete Konstruktion. Mit Bauelementen im Sinne dieser Erfindung können Bauwerke, die fest mit dem Untergrund verbunden und unbeweglich sind und/oder die geeignet und in der Regel auch dazu bestimmt sind, wiederholt aufgestellt und zerlegt und wieder errichtet werden. Ein Bauelement kann größtenteils aus mineralischen Baustoffen, wie Mörtel oder Beton, die aus Gestein mit Wasser und einem Bindemittel, zum Beispiel Kalk und/oder Zement, zusammengesetzt sind, bestehen.

Bauelemente dienen dem Raumabschluss des Bauwerks und der Aufnahme von auf das Bauwerk einwirkender Lasten. Bauelemente sind beispielsweise Stützen und/oder Balken. Diese werden häufig aus dem Verbundwerkstoff Stahlbeton hergestellt. Stahlbeton ist ein künstlicher Baustoff aus den beiden Komponenten Beton und Bewehrungsstahl. Ein Verbund beider Komponenten entsteht durch die Verklebung mit dem Zementstein und der Rippung des Bewehrungsstahls. Beton hat eine hohe Druckfestigkeit, jedoch nur eine geringe Zugfestigkeit. Bewehrungsstahl besitzt dagegen eine hohe Druck- und Zugfestigkeit. Der entscheidende Gedanke beim Baustoff Stahlbeton ist daher, auf Zug beanspruchte Stellen eines Bauelements mit Stahl zu verstärken, also zu bewehren, und in den übrigen Bereichen die Druckfestigkeit des Betons auszunutzen.

Zur Herstellung eines Stahlbetonbauteils wird üblicherweise der Bewehrungsstahl zu sogenannten Bewehrungskörben aufgebaut und dann in einer Betonschalung mit Beton umgössen, wobei nach dem Aushärten des Betons die Betonschalung entfernt wird. Damit die Bewehrungskörbe beim Transport und beim Einbau des Betons formstabil sind und um ein Bauelement gleichmäßig mit Bewehrungsstahl zu durchsetzten, wird Bewehrungsstahl auch an Stellen des Bewehrungskorbs positioniert, die im späteren Bauelement ausschließlich druckbeansprucht sind. Der Einsatz von Bewehrungsstahl unterliegt einigen Nachteilen. Besonders hervorzuheben sind die hohen Materialkosten, ein hoher Primärenergiebedarf und Kohlenstoffdioxidausstoß bei der Herstellung von Bewehrungsstahl, die hohe Wichte des Bewehrungsstahls und das ungünstige Verhalten im Brandfall sowie die Korrosionsanfälligkeit.

Um Material, also sowohl Betonvolumen als auch Bewehrungsstahl zu sparen, sind für mit Zugspannungen beanspruchte Zonen von Bauelementen, sogenannte Spannglieder, bekannt, die auch in der DE 27 59 161 A1 und der EP 0 621 381 A1 beschrieben werden. Die hier gezeigten Spannglieder sind Bewehrungselemente, die mittels einer inneren Vorspannung einen Teil der Zugkräfte des Bauelements aufnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, bei einem Bauelement den hohen Anteil Bewehrungsstahl und/oder den konstruktiv bedingten Materialquerschnitt der Druckzone durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Bewehrungselements zu ersetzen, beziehungsweise die maximal aufnehmbare Druckspannung im Bauelement bei unverändertem Querschnitt zu erhöhen, und dabei das Bauelement bei Erhalt oder Verbesserung der Tragfähigkeit kostengünstiger herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Bauelement gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß ist also ein Bauelement vorgesehen, das ein Bewehrungselement enthält, welches zur Aufnahme von Druckkräften vorgesehen ist und aus Beton und/oder Mörtel besteht. Das Bewehrungselement besteht grundsätzlich aus einem mineralischen Baumaterial beziehungsweise Stoffgemisch, zum Beispiel Beton, Mörtel oder Hochleistungsbeton. Da sich ein solches Bewehrungselement aus Beton und/oder Mörtel besonders gut zur Aufnahme von Druckkräften eignet, ist es hierdurch möglich, dass das erfindungsgemäße Bewehrungselement anstelle eines herkömmlichen Bewehrungselements aus Bewehrungsstahl in die Druckzone des Bauelements bei Erhalt oder Verbesserung der Tragfähigkeit des Bauelements eingesetzt wird. Ein Bauelement mit einem Bewehrungselement aus Beton und/oder Mörtel ist kostengünstiger herzustellen als Bauelemente nach dem Stand der Technik. Der Einsatz eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements ist insbesondere in Bereichen hoher Druckbeanspruchung, beispielsweise in Stützen und Konsolen, vorteilhaft. Ein Bauelement mit einem Bewehrungselement aus Beton und/oder Mörtel ist dauerhafter, da Betonabplatzungen infolge Volumenver-größerungen bei der Stahlkorrosion weitestgehend auszuschließen sind. Auch hat das Bauelement ein günstigeres Brandverhalten, da der temperaturabhängige Festigkeitsverlust des Bewehrungselements aus Beton und/oder Mörtel gegenüber dem des Bewehrungsstahls geringer ist. Das erfindungsgemäße Bewehrungselement weist dabei planmäßig keine innere Vorspannung auf.

Für die Herstellung von stark beanspruchten Bauelementen, beispielsweise für Ingenieurbauwerke, ist es eine günstige Ausführungsform, dass das Bewehrungselement anstelle eines insbesondere stabförmigen Bewehrungselements aus Metall und/oder Fasergeweben in dem Bauelement positionierbar ist. Das Bewehrungselement ist ein fester Formkörper, beispielsweise ein Profil. Als fester Formkörper kann das Bewehrungselement gemeinsam oder anstelle des Bewehrungsstahls auf einfache Weise in einem Schalkörper angeordnet werden, bevor dieser mit frischem Beton gefüllt wird. Hierdurch ist es möglich, Bauelemente entsprechend ihrer Beanspruchung auszurüsten. Ein weiterer Vorteil ist die geringere Wichte des Bewehrungselements gegenüber dem Bewehrungsstahl. Ein Bauelement mit Bewehrungselementen hat gegenüber einem Bauelement mit Bewehrungsstahl ein geringeres Eigengewicht, wodurch eine schlankere Tragwerks- konstruktion möglich ist und die Baukosten durch Einsparungen im Material und Transport geringer sind. Die Materialkosten und der Primärenergiebedarf für die Herstellung von Bewehrungselementen sind geringer als die Materialkosten und der Primärenergiebedarf für die Herstellung von Bewehrungsstahl.

Als Ersatz für den Bewehrungsstahl ist es günstig, dass das Bewehrungselement von stabförmiger und/oder flächiger Geometrie ist. Weiterhin ist es günstig, dass das Bewehrungselement einen Kreis-, Oval-, Quadrat- und/oder Rechteckquerschnitt aufweist. Hierdurch ist es möglich, das Bewehrungselement ohne wesentliche Änderung der Arbeitsabläufe, ähnlich einem Betonstahl, zu verarbeiten und beispielsweise in einem Bewehrungskorb mit einzubinden.

Abhängig von der gewünschten Verbundwirkung mit dem Bauelement ist es günstig, dass das Bewehrungselement eine ebene und/oder profilierte Oberfläche hat. Möglicherweise kann es sich in der praktischen Anwendung als günstig erweisen, dass das Bewehrungselement eine Ummantelung aus Stahl und/oder Kunststoff hat. Hierdurch wird zum einen das Bewehrungselement, welches aus einem hochfesten Beton und/oder Mörtel gefertigt ist, bei Lagerung, Transport und Einbau geschützt, zum anderen kann die Ummantelung als verlorene Schalung dienen, bei der das Bewehrungselement in der - A -

Ummantelung herstellbar ist, sodass ein zusätzliches Ausschalen des Bewehrungselements entfällt.

Vorteilhaft ist es, dass das Bewehrungselement eine höhere Druckfestigkeit hat als das Baumaterial des Bauelements. Hierdurch ist es möglich, das Bauelement insbesondere in dessen Bereichen hoher Druckkräfte zu verstärken. Beispielsweise kann ein erfindungsgemäßes Bewehrungselement in der Biegedruckzone eines Biegebalkens angeordnet werden. Gegenüber einem Biegebalken ohne Bewehrungselement kann ein Biegebalken mit Bewehrungselement bei gleichem Querschnitt des Bauelements größere Lasten abtragen oder zum Abtrag der gleichen Lasten mit einem kleineren Querschnitt dimensioniert werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist es, dass das Bewehrungselement Litzen und/oder Drähte aus Spannstahl und/oder stabförmige Elemente aus Metall, Glasfaser und/oder Kohlefaser aufweist. Hierdurch ist es möglich, das Bewehrungselement für besonders große Belastungen im Einbauort und/oder beim Transport beziehungsweise beim Einbau konstruktiv zu verstärken. Weiterhin ist es hierdurch möglich, ein Bewehrungselement zu schaffen, welches in wechselnd beanspruchten Bauelementen einerseits als Zugbewehrung und gleichzeitig als Druckbewehrung einsetzbar ist. Für die Verwendung in Bauelementen zur Überbrückung großer Spannweiten kann es beispielsweise vorteilhaft sein, dass das Bewehrungselement vorgespannt ist.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 eine geschnittene Darstellung eines Bauelements, insbesondere eine Stütze, nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine geschnittene Darstellung eines Bauelements, insbesondere eine Stütze, mit einem Bewehrungselement aus Beton und/oder Mörtel;

Fig. 3 eine geschnittene Darstellung eines Bauelements, insbesondere einen Balken, mit dem Bewehrungselement aus Beton und/oder Mörtel;

Fig. 4 eine Darstellung eines Bauelements, insbesondere eine Konsole, mit dem Bewehrungselement aus Beton und/oder Mörtel. Figur 1 zeigt eine geschnittene Darstellung eines Bauelements 1 , insbesondere eine Stütze, nach dem Stand der Technik. Die Stütze besteht aus Stahlbeton und in der in dem Stützenquerschnitt gezeigten Form aus einem Stahlbügel 5 zur Aufnahme von Zugkräften, einem Bewehrungsstahl 3 und einem Baumaterial 2, in diesem Falle Beton. Aus konstruktiven Gründen, insbesondere um einem Bewehrungskorb Stabilität zu verleihen, sind die Stahlbügel 5 üblicherweise mit dem Bewehrungsstahl 3 verbunden. Der Bewehrungsstahl 3 ist aus diesem konstruktiven Grund auch in druckbeanspruchten Bereichen des Bauelements 1 angeordnet.

Figuren 2 und 3 zeigen eine geschnittene Darstellung des Bauelements 1, mit einem erfindungsgemäßen Bewehrungselement 4 aus Beton und/oder Mörtel.

Figur 3 zeigt insbesondere einen Balken mit dem Bewehrungselement 4 aus Beton und/oder Mörtel und dem Bewehrungsstahl 3. In dem Bauelement 1 ist gegenüber dem Stand der Technik der Bewehrungsstahl 3 zumindest in Teilbereichen durch das Bewehrungselement 4 aus Beton und/oder Mörtel ersetzt. Dabei ist der Stahlbügel 5 zur Aufnahme der Schubkräfte teilweise um den Bewehrungsstahl 3 und teilweise um das Bewehrungselement 4 aus Beton und/oder Mörtel gelegt. Das Bewehrungselement 4 aus Beton und/oder Mörtel ist in einem unter einer Druckspannung stehenden Bereich 6 angeordnet, während der Bewehrungsstahl 3 in einem unter einer Zugspannung stehenden Bereich 7 angeordnet ist.

Figur 4 zeigt eine Darstellung eines Bauelements 1 , insbesondere einer Konsole. Die Konsole dient der Umleitung der durch den Pfeil 8 dargestellten Vertikallast in eine Säule 9. Die Vertikallast verursacht, bedingt durch die Geometrie der Konsole, ein Drehmoment aus einer Zugkraft und einer Druckkraft. Der von Zugkraft beanspruchte Bereich der Konsole ist mit einem Pfeil 10 gekennzeichnet. In diesem Bereich ist der hier nicht dargestellte Bewehrungsstahl angeordnet. In dem von Druckkraft beanspruchten Bereich der Konsole ist ein Bewehrungselement 4 aus Beton und/oder Mörtel angeordnet. Bei Konsolen treten häufig sehr starke Druckkräfte auf. Daher ist es günstig, dass das Bewehrungselement 4 aus Beton und/oder Mörtel ein Formkörper ist, dessen äußere Kontur der Kontur der Konsole entspricht. Das Bewehrungselement 4 aus Beton und/oder Mörtel hat eine höhere Druckfestigkeit als das Baumaterial des Bauelements 1 und/oder der Stütze 9.