NO/EP24219 (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP 24219 B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. E01B 3/46 (06.01) E01B 1/00 (06.01) E01B 9/68 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert 1.04.13 (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet 14.11.0 (86) Europeisk søknadsnr 1177.1 (86) Europeisk innleveringsdag 11.03.11 (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato 13.01.16 (30) Prioritet.03.12, EP, 16347.03.12, EP, 1632 (84) Utpekte stater AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR (73) Innehaver RST-Rail Systems and Technologies GmbH, Bessemerstrasse 42b, 123 Berlin, DE-Tyskland (72) Oppfinner GÄRLICH, Hermann, Domblick, 3917 Gerwisch, DE-Tyskland ACHLER, Rainer Ernst-Günter, Kirchhöfer Grund 60, 34212 Melsungen-Kirchhof, DE-Tyskland (74) Fullmektig Bryn Aarflot AS, Postboks 449 Sentrum, 04 OSLO, Norge (4) Benevnelse Betongelement med en plastplate på undersiden (6) Anførte publikasjoner EP-A2-1 44 378 EP-B1-1 298 22 WO-A1-09/8972 FR-A1-2 93 399
NO/EP24219 1 BETONGELEMENT MED EN PLASTPLATE PÅ UNDERSIDEN 1 2 30 3 Oppfinnelsen angår en betongdel med en plastplate, særlig en betongsville, som angitt i innledningen i krav 1. Ved kjente komposittsystemer mellom fiberstrukturer av tekstil og betong, som f.eks. ved såling av jernbanesviller av spennbetong, henholdsvis betong, er det kjent tekniske løsninger hvor fibrene blir forbundet kraftsluttende med betongkonstruksjonene. Ifølge EP-B-1 298 22, EP-A-1 44 378 og WO-A-09/8972 blir f.eks. elastiske plastsjikt fiksert på undersiden av jernbanesvillene ved hjelp av et fibersjikt av vilkårlig ordnede fibre på en slik måte at et tekstilsjikt av vilkårlig ordnede fibre er klebet eller sveiset både i eller på plastsjiktet, og blir forbundet i betongen ved innbinding av fibrene i sementmørtelen eller et separat påført komposittstoff, f.eks. klebemiddel. Som sjikt av vilkårlig ordnede fibre for forbindelse mellom de eksempelvis nevnte jernbanesviller og en elastisk svillesåle blir det f.eks. anvendt geotekstilstoffer, henholdsvis fiberstoffer. Majoriteten av kjente fiberstoffer og også andre forbindelsesmedier som f.eks. geotekstil-fiberstoffer disponerer bare over begrensede egenskaper for kraftsluttende applikasjoner som bevirker funksjonaliteten for en forbindelse ubegrenset. Plastflettverk med stive fiberstrukturer kan eksempelvis ikke forflytte mineralstrukturene i fersk betong så intensivt at alle forbindelsesstrukturer er fullstendig innbundet i betongen. Det oppstår feil mellom forbindelsesmedium og betong som f.eks. fører til pumpevirkninger som skader et definert elastisitetsforhold ved vanntilgang og forstyrrer strukturen i betongen. Formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et betongelement med en plastplate særlig som betongsville med en plastsåle på undersiden som lar seg lett fremstille, og hvor plastplater, henholdsvis plastsålen er bundet fast mekanisk pålitelig til betonglegemet. For å oppnå dette formål, er det ved oppfinnelsen foreslått et betongelement med en plastplate, særlig en betongsville med en plastsåle på undersiden, som er forsynt med - et betonglegeme med en underside, og - en plastplate som er anordnet på betonglegemets underside, - hvor plastplaten som er i ett eller flere lag er forbundet med betonglegemet av et fibersjikt av vilkårlig ordnede fibre, hvor fibrene er forbundet med plastplaten og/eller er innlagt i betonglegemet. Ved dette betongelement er det ifølge oppfinnelsen sørget for,
NO/EP24219 2 - at fibersjiktet av vilkårlig ordnede fibre har en diameter mellom 1 m og 1 2 30 3 0 m og tetthet på til 0 fibre pr. kvadratmillimeter, og - at omtrent % til 60% av fibrene er utformet med sine frie ender innlagt i betonglegemet, og de innlagte fiberavsnittene av de andre fibrene er utformet som løkker, - hvor omtrent % til 60% av de frie fiberendene som er innlagt i betongen er krummet 30 til 90 i forhold til betonglegemets underside. På fordelaktig måte har fibrene et i det vesentlige sirkelformet eller elektrisk tverrsnitt, idet ellipsens sideforhold ikke er større enn 1:2. Ifølge en ytterligere fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen har fibrene affinitet til komponentene som anvendes for betonglegemet ved dets fremstilling. Det har vist seg at kjente fiberstoffer og fiberstofflignende materialer med vilkårlig ordnede fibre som f.eks. filt (fremstilt ved nåler, apparatur, fiberforløp og fiberformer) bare er betinget egnet til å bli bundet selvstendig av fersk betong ved hjelp av hydratasjonsfuge som inntreffer under herdeprosessen av betongen på en slik måte at applikasjonen som passer til kravene er sikret. Ved oppfinnelsen blir det for fremstillingen av betongelementet med plastplate, henholdsvis betongsville med plastsåle på undersiden anvendt et fibersjikt av vilkårlig ordnede fibre som har spesielle fibre som mekanisk forbindelse mellom disse to elementer, slik at fiberendene som følge av hydratasjonssuget i betongen ved dens herding kommer inn i betongens kapillar- og/eller gelporer og blir holdt i disse i betongens herdede tilstand. Her kan fibersjiktet av vilkårlig ordnede fibre på siden som er vendt bort fra betongsvillens underside bli forbundet med en plastplate som er i ett eller flere lag, nemlig enten før eller etter forbindelsen av fibersjiktet av vilkårlig ordnede fibre med betonglegemet. Fra den erkjennelse at fersk betong utvikler et hydratasjonssug under definerbare reseptur- og bearbeidingsbetingelser, er altså fibersjiktet av vilkårlig ordnede fibre og betongen ifølge oppfinnelsen avstemt slik til hverandre at hydratasjonssuget suger inn de forbindende fiberstrukturer inn i den første betongen. For teknisk utnyttelse av dette hydratasjonssug er de etterfølgende betongteknologiske, sementkjemiske, tekstilkjemiske og applikasjonsspesifikke kriterier i deres sammenhengende virkningsprosess definert som løsning ifølge oppfinnelsen. Hydratasjonen som reaksjon mellom vann og sement bevirker dannelse av sementsteinen. Noen av hovedbestanddelene i sementen som dannes ved brenning av utgangsstoffene og får en ytterligere modifisering i klinkerfasen, bevirker forskjellige reaksjonsforløp mellom blandevannet og nettopp disse sementbestanddeler.
NO/EP24219 3 1 2 30 3 Særlig bevirker trikalsiumaluminat og trikalsiumsilikat en høy reaksjonshastighet og fasthetsutviklingen av sementsteinen. Kalsiumsulfatandelen (gips) påvirker henholdsvis forsinker virkningen av trikalsiumaluminatet. Ifølge oppfinnelsen skal prosessen modifiseres henholdsvis optimeres ved kvalifikasjonstest for betongresepten gjennom valget av sementtyper. Den ferske betong har den egenskap å danne sine fiber- og folielignende kalsiumsilikathydrater og små krystaller av kalsiumhydroksid gjennom et høyt innhold av trikalsiumaluminat og dets samvirkning med egenskapene for de andre klinkerbestanddeler (det vesentlige trikalsiumsilikat, dikalsiumsilikat og tetrakalsiumaluminatferrit) i den ferske betong som ennå ikke befinner seg i herde- og størkningstadiet. Videre dannes det ved reaksjonen av aluminatene med kalsiumsulfat kalsiumaluminatsulfathydrater som nålformede trisulfater, det såkalte ettringit. Reaksjonen av trikalsiumaluminatet med kalsiumsulfatene er forbundet med en volumøkning som så langt ikke har noen følger i den ennå ikke størknede betong, da det ikke dannes en ettringittreiben. Volumøkningen bevirker imidlertid det som sådan betegnede hydratasjonssug i sementgelen som befinner seg i dannelsen og de deri inneholdende kapillar- og gelporer. Dette hydratasjonssug blir, så langt man kjenner til, ikke utnyttet i noen kjent betongteknologi som prosessteknisk fordel. Utelukkende ved applikasjon av etterbehandlingsmidler i betongveibygging er det kjent utnyttelse av lignende effekter. Ifølge oppfinnelsen, blir det betongteknologiske hydratasjonssug utnyttet teknisk og lønnsomt for den målrettede innbinding av fibre i ferskbetong-overflaten. Gelporene er med en andel på fortrinnsvis omtrent 2% av gelvolumet og en poreradius på -7 mm til - mm egnet til å suge opp fibrene i et materiale som er lagt på den ferske betong, når disse fibre har en konkludent struktur og beskaffenhet i forhold til kapillar- og gelporene. Kapillar- og gelporene har generelt en sylindrisk form og avsmalner med økende poredybde til såkalte flaskeporer. For utnyttelse av fibrene som egner seg for hydratasjonssuget må det utgående være konkludert at de ifølge oppfinnelsen kan trenge inn både i den sylindriske og i den avsmalnende del av porene. Kapillarporene med poreradier mellom særlig - mm til -1 mm supplerer gelporene i porestørrelsen nesten uten teknisk ufordelaktig virkende overgang. Ved geotekstiler som anvendes ved eksempel med en svillesåling blir det anvendt en struktur av vilkårlig ordnede fibre av PE, henholdsvis PET med fiberdiametre fra særlig ca. m til 40 m. Denne fiberdiameter og den anvendte fibertetthet på hensiktsmessige 40 til 130 tråder/mm 2 gir den nødvendige kompabilitet
NO/EP24219 4 1 2 30 3 mellom hydratasjonssug, kapillar- og gelporer, fiberdiameter og fibertetthet for oppsuging av fibrene. Som ytterligere betingelser for effektiviteten for det selvstendige opptak av fibre med definert fibertykkelse og fibertetthet som følge av hydratasjonssug kan det ifølge oppfinnelsen defineres den frie fiberlengde, den diametriske form av fibrene og deres tverrsnittsutforming så vel som deres orientering og affinitet overfor blandevannet så vel som sementgelen. Dette angår f.eks. slike geotekstiler eller andre strukturer med vilkårlige ordnede fibre, henholdsvis fibermaterialer som i deres fremstillingsprosess blir gjort hydrofobe og/eller gjennom forstøving har et f.eks. rektangulært tverrsnitt som ikke er forenlig med hydratasjons-poregeometrien. Etter det skal fibrene som er tilgjengelige for innbinding i betongen ha frie ender i en definert andel på fortrinnsvis % til 0%. Bare en begrenset andel av fortrinnsvis mindre enn 0% av fibrene skal være utformet som løkke. De frie ender av fibrene skal ikke forløpe utelukkende rett; en andel på f.eks. % til 60% skal være krummet på en slik måte at krummingsvinkelen er minst 30, imidlertid ikke mer enn 90. Fibertverrsnittet skal være sirkelrundt til elliptisk, idet ellipsens sideforhold ikke skal være større enn 1:2. Fibrene selv må være befridd for rester fra fiber- eller strikkevarefremstillingen som kunne hindre en affinitet til sementlim, til gel eller til blandevann. Som materialer for fibrene benyttes det kjente plastfibermaterialer (f.eks. termoplaster som PE eller PET), metaller (metallfibre) eller også ettervoksende råstoffer, henholdsvis råstoffer i planteform. Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et utførelseseksempel og under henvisning til tegningen som viser et tverrsnitt gjennom en betongsville med en elastisk plastplate som er fastgjort mekanisk på undersiden via et fibersjikt av vilkårlig ordnede fibre. På tegningen er det som eksempel vist en betongsville med et armert, svakt armert eller ikke armert betong-(kompakt-) legeme 12 som på undersiden 14 har et delvis innlagt fibersjikt 16 av vilkårlig ordnede fibre, som er forbundet mekanisk med en plastplate 18 av ett eller flere lag ved liming eller sveising eller på annen måte. Avstanden på tegningen mellom betonglegemets 12 underside 14 og plastplaten 18 som er inntegnet av klarhetsgrunner behøver nødvendigvis ikke å eksistere. Ved de elastiske sjiktbelegningene på innersiden av jernbanesviller av betong, henholdsvis spennbetong som betegnes som svillesåling, blir fibersjikt av vilkårlig ordnede fibre med definerte fiberegenskaper smeltet inn i de elastiske sjiktmaterialene.
NO/EP24219 1 2 Disse sjiktene av vilkårlige ordnede fibre disponerer etter omtrent halvveis innbinding i de elastiske materialer over en ikke innbundet oppragende fiberandel fra de elastiske materialer for fastbinding til betongsvillene. Denne frie fiberandel består av fiberender og fiberløkker. Fiberløkkene blir omsluttet av sementlim ved legging på den ferske betongen av en betongsville som er under fremstilling, og fører til en grunnfasthet for fastbindingen. Med denne grunnfasthet kan det oppnås avrivingsfastheter mellom betongen og det elastiske sjiktbelegg fra omtrent 0,3 N/mm 2 til 0, N/mm 2. Disse verdier ligger i grenseområdet for de tekniske krav fra banebedriftene og deres regelverk. Den tekniske utnyttelse av hydratasjonssuget for kraftsluttende innbinding av frie fiberender inn i den ferske betong fører til avrivingsfastheter på over 1, N/mm 2 og muliggjør dermed sikring av høye kvalitetskrav for banene og en optimal systemredundans. Ved fiberdiametre fra ca. 2 m til ca. 40 m og en fibertetthet mellom 40 og 130 fibre pr. mm 2 og ved anvendelse av kalsiumsulfatfattige sementer blir de frie fiberendene sugd inn i ettringiten som befinner seg i dannelsen ved utnyttelse av hydratasjonssuget. Luften som befinner seg i feltet rundt den derved dannede matriks av fibre og sementlim ved atmosfærisk trykk tjener bare betinget som resipient. En ytterligere teknisk sammenheng består til hydratasjonsenergi. Dermed består også den mulighet å applikere elastiske plastmaterialer på betongsviller under betingelser ved redusert lufttrykk (f.eks. vakuumbetong) etter dette prinsipp. Oppfinnelsen ble i det foregående forklart ved hjelp av en betongsville som anvendelseseksempel for et betongelement. Men det vil være klart at oppfinnelsen dermed ikke er begrenset til betongsviller, men kan finne anvendelse overalt der hvor betonglegemet av et betongelement må forbindes mekanisk med en plastplate.
NO/EP24219 6 P A T E N T K R A V 1 1. Betongelement med en plastplate, særlig betongsville med en plastsåle på undersiden, omfattende - et betonglegeme (12) med en underside (14), og - en plastplate (18) som er anordnet på betonglegemets (12) underside (14), - hvor plastplaten (18) som er i ett eller flere lag er forbundet med betonglegemet (12) av et fibersjikt (16) av vilkårlig ordnede fibre, hvor fibrene er forbundet med plastplaten (18) og/eller er innlagt i betonglegemet (12), k a r a k t e r i s e r t v e d - at fibersjiktet (16) av vilkårlig ordnede fibre har fibre med en diameter mellom 1 m og 0 m og tetthet på til 0 fibre pr. kvadratmillimeter, og - at omtrent % til 60% av fibrene er utformet med sine frie ender innlagt i betonglegemet (12), og de innlagte fiberavsnittene av de andre fibrene er utformet som løkker, - hvor omtrent % til 60% av de frie fiberendene som er innlagt i betongen er krummet 30 til 90 i forhold til betonglegemets (12) underside (14). 2. Betongelement ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d a t fibrene har et i det vesentlige sirkelformet eller elliptisk tverrsnitt, idet ellipsens sideforhold ikke er større enn 1:2. 2 3. Betongelement ifølge krav 1 eller 2, k a r a k t e r i s e r t v e d a t fibrene har affinitet til komponentene som anvendes for betonglegemet (12) ved dets fremstilling.
7 NO/EP24219