Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Konsistenz eines Gemisches, beispielsweise von Frischbeton
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Konsistenz eines Gemisches, beispielsweise von Frischbeton, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Eine betontechnologisch und bautechnisch wichtige Eigenschaft des Frischbetons ist seine Konsistenz, worunter man die mehr oder weniger ausgeprägte Beweglichkeit der unabgebundenen Betonmasse versteht. Qualitativ wird die Konsistenz durch die Ausdrücke steif , plastischp und flüssig beschrieben. Ein allgemein giiltiges quantitatives Mal3 ist jedoch in der Betontechnologie bis heute nicht bekannt.
In LaboratorienS in Betonwerken und auf Baustellen sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Konsistenzmessung bekannt. Einige der bekanntesten Messverfahren werden im folgenden kurz beschrieben :
1. Die Pawers-Probeo giht ein Mass für die Konsistenz durch die Anzahl der Hubstösse, durch welche ein auf einem sogenannten Schocktisch stehender Betonkegelstumpf (hergestellt durch Handstampfung einer Frischbetonprobe in einer Kegelstumpfform) in einen Zylinder gleichen Volumes umgeformt werden kann.
2. Das Messverfahren, welches mit dem Vébé- Gerät durchgeführt wird, gibt als Konsisbenzmaf3 die Zeit an, welche benötigt wird, um einen Betonkegelstumpf gleicher Herstellungsart wie bei der Powers- Probe durch Vibration (Unwuchtvibrator) in einen Zylinder gleichen Volumes umzuformen.
3. Bei der Ausbreitprobeo wird ein auf einem Schocktisch hergestellter Betonkegelstumpf (analog wie bei der Powers-Probeo) unter Einwirkung einer bestimmten, immer gleichbleibenden Anzahl von Hub stössen bei unbehinderter Gestaltsänderung des Betons zu einem Kuchen ausgebreitet, wobei der mittlere Durchmesser des Kuchens als Mal3 fur die Konsistenz gilt.
4. Beim Eindringversuch nach Graf ist das Kon sistenzmass die Eindrint, tiefe eines zylindrischen Fall körpers, welcher von einer bestimmten Höhe auf einen Beton, der in einer Würfelform durch Stampfen verdichtet wurde, fallengelassen wird.
Der Messbereich dler angeführten und einer Vielzahl weiterer Verfahren ist sehr begrenzt. die ersten drei sind, wie fast all Verfahren, nur zur Konsistenzmessung plastischer bis fast-flüssiger Betons geeignet. Der Eindringversuch nach Graf ist das einzige angewandte Verfahren zur Konsistenzmessun,, steifer Betons. Zur Erfassung des gesamten Konsistenzbereich müssen also verschiedene Verfahren angewendet werden. Die Resultate sind dadurch untereinander nicht vergleichbar.
Ein geeignetes Mass für die Brauchbarkeit und Zuverlässigkeit eines Messverfahrens ist die sogenannte Reproduzierbarkeit eines Messresultates, welche durch den Messfehler gekennzeichnet ist :
Wenn ein und derselbe Beobachter eine Messgrösse, de, ren wahrer Wert konstant ist, mehrmals nacheinander mit demselben Messverfahren bestimmt und dabei die Umweltbedingungen konstantgehalten werden, so weichen die ErgebnÅasse der Einzelmaessungen dennoch voneinander ab, sie streuen um ihren Durchschnittswert x x1 + x2 + x3 + ...
+ xn
X = n xi = Einzelmesswert n = Anzahl aller Einzelmef3werte
Ein Mass für die Veränderlichkeit der Einzelergebnisse mehrerer Messungen ist die Streuung derselben. Diese ist definiert als Standardabweichung oder mittlere quadratische Abweichung S
EMI1.1
Tarin sind xi-x die Unterschiede zwischen den Einzelmesswerten xi und dem Durchschnittswert x und n die Anzahl aller Einzelmel3werte. Der. c < Mel3fehler m ist dann die auf den Durchschnittswert x bezogene mittlere quadratische Abweichung S und wird meist in Prozenten angegeben : m = # S/- # (100%) x m gibt die Unsicherheit an, mit der eine Einzelmessung behaftet ist.
Die heute in Verwendung stehenden Konsistenzmessverfahren weisen im allgemeinen sehr grosse Messfehler auf. Nebst solchen, deren Ursache in der Art des Messverfahrens selbst b. egriindet zst, sind bei verschiedenen gebräuchlichen Verfahren diejenigen Meus- fehler von Bedeutung, die aus personellen Einfliissen herrühren.
Beispiele fur personelle Einflüsse, sowohl bei der Durchfiihrung des Verfahrens als auch bei der Feststellung der Mef3resultate, sind : -Verdichtung der Frischbetonproben erfolgt durch
Handstampfung (alle beschriebenen Verfahren) -Schwierige Feststellung des Zeitpunktes, zu dem der
Betonkegelstumpf vollständig in den volumenglei chen Zylinder umgeformt ist (Vébé-Gerät)
Bei grösseren Messfehlern sind also stets mehrere Messungen notwendig, um zu einem repräsentativen Durchschnattswert fur die Konsistenz zu kommen.
Da jedoch die einmalige Konsistenzbestimmung bei fast allen Verfahren relativ viel Zeit erfordert, so ist die mehrmalige Wiederholung der Messung an Frischbeton, der aus ein und derselben Mischcharge stammt, wegen des ziemlich raschen Steiferwerdens des Betons meistens nicht möglich.
Zusammengefasst weisen die heutigen Konsistenzmel3verfahren im wesentlichen folgende Unvollkommenheiten auf : -BegrenzterMessbereich - Grosse Messfehler -GrosserZeitaufwand
Die vorliegende Erfindung soll diesen Mängeln abhelfen. Sie wurde entwickelt aus der Beobachtung, dass Beton während des Vibrierens etwa die Eigenschaften einer zähen Flüssigkeit annimmt. Vibrierter Beton fliej3t unter Einwirkung der Schwerkraft zusammenhiingend und breÅatet sich je nach seiner Zusammensetzung (Ze- ment, Wasser, Zuschlagstoffe und Zusatzmittel) langsam oder schnell aus.
Das erfindungsgemdl3e Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine bestimmte Menge der Gemischprobe zuerst in eine Form eingebracht und verdichtet und anschliessend, nach Entfernen der Form, mit Hilfe einer genau bekannten Vibration, die eine bestimmte, immer gleichlange Zeit dauert, auf einem Tisch zu einem Kuchen ausgebreitet wird, dessen mittlerer Durchmesser (Mittelwert aus kleinstem und grösstem Durchmesser) das Konsistenzmal3 darstellt.
An Hand der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung im weiteren beispielswedse erläutert :
Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt und Fig. 2 die Draufsicht. Eine Probe der zu untersuchenden Gemischmasse wird in einen auf einem Vibrdertisch 4 durch einen Spannrahmen 2 festgehaltfensnBehalber,bestehen aus der Form 1 und dem Aufsatz 3, im allgemeinen bis zur Oberkante eingefüllt und vibriert. Diese sogenannte Vorvibration soll so lange dauern, bis das Gemisch gut verdichtet ist, d. h. keine sichtbare Volumenabnahme mehr feststellbar ist. Zur Verringerung der Messfehler wird die Vibration selbst sowie auch die Vibrationszeit zweckmässiger5weise für alle Konsistenzen als gleichbleibend gewahlt.
Nach der Verdichtung des Gemisches durch die Vorvibration, die bei fliissigeren Kansistenzen (Ge- misch so bewegldch, dass die Verdichtung fast von selbst eintritt) auch durch eine andere Verdichtungs methode,.B:durc.h.Stiachrn, ersetzt werden kans, wird der Aufsatz 3 abgenommen, der tuber der Form 1 vorstehende Gemischrest mit einer Kelle abgeschnitten und die Gemischoberfläche glattgestrichen.
Nach der Entfernung desl Spanarahmens 2 ual der Form 1 wird die verdichtete Gemischprobe, welche nun frei auf der Tischplatte 4 liegt, durch eine genau definierte Vibration, die eine bestimmte, immer gleichlange Zeit dauert, zu einem Kuchen ausgebreitet. Der mittlere Durchmesser (Mittelwert aus kleinstem und grösstem Durchmesser) des ausgebreiteten Kuchens bildet, analog zur Ausbreitprobeo, das Mass für die Konsistenz des Gemisches.
Der Aufsatz 3 wird verwendet, um die gesamte fur die Konsistenzmessung erforderliche unverdichtete Gemischmenge auf einmal in die Form 1 einfüllen zu können, d. h. damit spmtilche Teile dieser Gemischmenge genau gleich und genau gleichlang vibriert werden.
Die Vorrichtung zur Ausbreitung der Gemischprobe besteht aus einer als Riitteltisch ausgebildeten Tischplatte 4, welche mit einer beispielsweise aus einem elektromagnetischen Schwinger oder aus einem elektro motorisch angetriebenen Unwu, chtschwinger bestehen- den Vibrationseinrichtung verbunden ist, die eine stets gleichbleibende Schwingung von solcher Frequenz und Amplitude lerzeugt, dass ein kontinuierliches und gleichmässiges Fliessen der Gemischprobe eintritt. Da fur verschiedene Gemscharten deren Einzelteilchen tuber verschieden grosse Reibungs-und Kohäsionskräfte verfugen, ist die fur die jeweilige Art, z.
B. fur Frischbeton, erforderliche Beschleunigung darauf abzustimmen.
Die Anwendung einer gerichteten Schwingung ermog- licht die Gleichmässigkeit des Flief3ens nach allen radialen Richtungen.
Zur Erzielung zuverlässiger Messresultate mit kleinen MeJ3fehlern ist die Konstanthaltung der Vibrationszeit, der Schwingungsamplitude und der Frequenz unerlässlich.
Eine immer gleichbleibende Vibrationszeit ist erreichbar durch einen Zeitschalter, welcher nach der vorgeschriebenen Zeit den Vibrierapparat automatisch abschaltet.
Als Schwingungserreger fur gerichtete Schwingungen dienen in der Regel elektromagnetische Schwinger oder tuber einen Elektromotor angetriebene, gegenläufig kreisende, gekuppelte Unwuchtschwinger. Die Schwingungskennzahlen (Amplitude und Frequenz) solcher Erreger werden fortlaufend durch Spannungs- und Frequenzschwankungen des Stromnetzes sowie durch die je- weilige Belastung und bleibend durch Anderungen der Eigendämpfung des schwingenden Systems (federgelagerte Tischplatte und Schwinger) beeinflusst. Die genannten fortlaufe nden und bleibenden Einflilsse auf die Schwingungskennzahlen sind,
wie aus Versuchen hervorging bei den erfindungsgemässen Verfahren nicht vernachlässigbar. Es ist daher unbedingt notwendig, dal3 zur Konstanthaltung von Amplitude und Frequenz geeignete Stabilisierungs-Einrichtungen vorgesehen wer den.
Die Vorrichtung zur Aufnahme einer bestimmten Menge des Gemisches, die verdichtet werden soll, kann bestehen aus einer Form 1, beispielsweise einer beidseitig offenen Kegelstumpfform, die z. B. mittels eines abnehmbaren Spannrahmens 2 auf dem Vibriertisch 4 festgehalten wird, und einem von der Form 1 abnehmbaren Aufsatz 3, beispielsweise ein beidseitig offenes zylindrisches Rohr, wobei der Inhalt des Aufsatzes 3 mindestens halb so grogs sein soll wie jener der Form 1.
Die Form 1 muf3 so beschaffen sein, dass sie nach dem Einbringen und Verdichten der Gemischprobe durch Hochziehen und Drehen oder durch Auseinandernehmen so entfernbar ist, dal3 die Gestalt der verdichteten Gemischprobe dabei nicht beeinträchtigt wird.
Die Höhe 5 der Form 1 ist kleiner als ihr Basisdurchmesser 6, da ansonsten die verdichtete Gemischprobe, beispielsweise in der Gestalt des Kegelstumpfes, nach Entfernen der Form unter Einwirkung der Vibration bei bestimmten Konsistenzen zum Auseinanderbrechen neigt.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist geeignet fur die Konsistenzmessung eines Gemisches, beispielsweise von Frischbeton. Es weist gogenüber den bisher ge- bräuchlichen Verfahren die folgenden wesentlichen Vorteile auf : 1. Es lassen sich sämtliche Konsistenzbereiche von steifo bis fast-flussigp erfassen, wobei sich das Verfahren insbesondere finir steifen Beton ausgezeichnet beignet.
2. Die Messfehler sind ausserordentlich klein, d. h. dass man mit einer einzigen Messung bereits einen sehr zuverlässigen Wert erhält und somit mehrere Messungen im allgemeinen unnötig sind.
3. Die Durchführung einer Konsistenzmessung ist sehr einfach und rasch. Es werden dazu nur wenige Liter Beton benötigt und der Zeitaufwand inkl. Reinigen und Wiederbereitstellen der Vorrichtung beträgt weniger als 5 Minute.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann sehr vielseitig eingesetzt werden. Da damit die rheologischen Eigenschaften des in Schwingung versetzten Gemisches erfasst werden, eignet es sich besonders dort, wo Konsistenz und Vibrationswilligkeit gekennzeichnet oder verglichen werden sollen. Das Verfahren kann angewendet werden fur Forschungsarbeiten, fur Eignungsversuche zu wichtigen Bauvorhaben, zur Beurteilung der Wirkung von Zusatzmitteln, welche die Konsistenz des Betons verähndern, und vor allem auch zur tuber- wachung der Konsistenz bei einer laufenden Betonfabrikation.
Bei dieser erlaubt das Verfahren eine zuverlässige Kontrolle des Wassergehaltes eines Gemisches, da dieser bei sonst gleichbleibendem Mischungsrezept die Konsistenz weitaus am starksten beeinflul3t.
Wegen des eindeutigen Zusammenhanges zwischen Wassergehalt einer Betonmischung und der zu erwartenden Betonfestigkeit lässt sich daher mattes einer ständigen genauen Konsistenzkontrolle die Streuung der Beton- festigkeit, herrührend aus der Variation des Wassergehaltes, in sehr engen Grenzen halten.
PaTENTASPRÜCHE I. Verfahren zur Messung der Konsistenz eines Gemisches, wobei eine Probemenge der Wirkung einer Vibration ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine bestimmte Menge der Gemischprobe zuerst in eine Form (1) eingebracht und verdichtet und anschliessend, nach Entfernen der Form (1), mit Hilfe einer genau bekannten Vibration, die eine bestimmte, immer gleich lange Zeit dauert, auf einen Tifsch (4) zu einem Kuchen ausgebreitet wird, dessen mittlerer Durchmes- ser (Mittelwerb aus Ideinstem und grösstem Durchmesser) das Konsistenzmass darstellt.