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Verfahren zur Erzeugung eines Gemenges aus losem körnigen Material und einer Flüssigkeit für
Bauzwecke.
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Der erfindungsgemässe Gedanke ist, durch mechanische Hilfsmittel, nämlich dadurch, dass man eine lose Masse zur gleichen'Zeit in der Weise rüttelt und eine Flüssigkeit in sie einführt, dass ein gleichmässiger Strom der Flüssigkeit entgegen der auf die Masse wirkenden Kraft (in der Regel der Schwerkraft) entsteht, künstlich einen Bewegungszustand zwischen der losen Masse und der Flüssigkeit ähnlich demjenigen herbeizuführen, wie er für den Schwimmsand charakteristisch ist, und dadurch ein Gemenge zu erhalten, das gleichzeitig durch Dreierlei ausgezeichnet ist : die vollkommene Durchtränkung, die Flüssigkeitseigenschaft und das Zusammensinken auf ein Hohlraumminimum.
U. zw. will die Erfindung den genannten Bewegungszustand vermöge der Stärke der anzuwendenden mechanischen Hilfsmittel sehr viel intensiver gestalten, als er in der Natur vorkommt, und will ein Gemenge mit den drei genannten charakteristischen Eigenschaften auch zwischen solchen losen Massen und solchen Flüssigkeiten herstellen, zwischen denen die Erscheinungen der Setzungsfliessung in der Natur nicht vorkommen und auch nicht denkbar sind.
Die günstige Wirkung des erfindungsgemässen Verfahrens beruht auf den gleichartigen physikalischen Vorgängen, die hervorgerufen werden in dem Falle, wenn ein Flüssigkeitsstrom eine lose Masse von unten nach oben (allgemein entgegen der auf die Masse wirkenden Kraft) durchdringt, und im andern Fall, wenn man eine lose Masse in Rüttelbewegung versetzt. Unter der Wirkung des Strömungsdruckes des aufsteigenden Flüssigkeitsstromes vermindert sich die innere (statische) Reibung der Masse und nähert sich der sehr viel kleineren hydrodynamischen Reibung : Die Körner der Masse haben Neigung aufzuschweben.
Ganz ähnlich gehen die einzelnen Körner einer losen Masse unter der Wirkung des Rüttelns bei fortdauerndem gegenseitigem Stossen und Voneinanderabprallen in eine Art Schwebezustand über.
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durchtränkt, das entstehende Gemenge erhält die Eigenschaft einer Flüssigkeit und sinkt auf ein Mindestvolumen zusammen. Zu beachten ist, dass nicht jede lose Masse und nicht jede Flüssigkeit sich für das Verfahren eignen. Man kann aber die lose Masse, insbesondere ihre Körnung, und die Flüssigkeit, insbesondere ihre Viskosität, aber auch das Volumen der dem Verfahren zu unterwerfenden Masse, die Rüttelstärke und Rüttelfrequenz, die in der Zeiteinheit einzuführende Flüssigkeitsmenge, die Strömungsgeschwindigkeit bzw. den Strömungsdruck aufeinander abstimmen und erhält dadurch verhältnismässig weite Grenzen, innerhalb deren das Verfahren anwendbar ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren, charakterisiert durch die Erzeugung eines Bewegungszustandes, aus dem heraus ein für bautechnisch Zwecke verwendbares Gemenge mit den drei schon mehrfach erwähnten Eigenschaften entsteht, ist etwas wesentlich anderes als das bekannte Verfahren des Einpressens von Flüssigkeiten in lose Massen unter hohem Druck und auch etwas anderes als das bekannte Rütteln zur Erhöhung der Fliessfähigkeit zähflüssiger Massen oder zur Verdichtung von frischem Beton, von Schüttungen und von lockerem Baugrund.
Wie in der Einleitung bereits ausgeführt, sind es nicht immer alle drei Eigenschaften des bei Anwendung des Verfahrens entstehenden Gemenges zugleich, deren bautechnisch Nützlichkeit unmittelbar gesucht wird. Es entstehen zwar immer alle drei Eigenschaften auf einmal, denn eine davon kann nicht bestehen ohne die beiden andern, aber je nach dem im Einzelfall bei der Herstellung des Gemenges verfolgten Ziel wird die Nützlichkeit des Verfahrens in einer der drei Eigenschaften gefunden oder in zwei derselben oder auch in allen dreien. Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch zur Verdichtung von geschütteten Dämmen und von lockerem Baugrund verwendet werden.
Hier handelt es sich um dasjenige Anwendungsgebiet des Rütteldruckverfahrens, das den in der Natur zu machenden Beobachtungen am nächsten liegt. Man verfährt in der Weise, dass man die Schutt- masse oder den Baugrund zusammen mit einer zur Körnung der Masse passenden Flüssigkeit dem Verfahren unterwirft mit dem Endzweck, einer möglichst dichten Zusammenlagerung der Schüttung infolge des Zusammensinkens des entstandenen Gemenges und mit der Möglichkeit, dass die Flüssigkeit nach erfolgter Verdichtung wieder entweichen (verdunsten) kann.
Es sind zwei Fälle zu unterscheiden, u. zw. der Fall, dass die verdichtete Masse möglichst wasserundurchlässig sein soll, und der Fall, dass nur eine möglichst dichte Lagerung der Schüttmasse bzw. des
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aufweist als ein Damm, der nach irgendeinem andern Verfahren zu verdichten versucht worden ist, so kann es sich bei wichtigen Wasserbauten doch empfehlen, zum Ausfüllen der verbleibenden feinen Poren als Flüssigkeit ein Gemenge von Wasser mit Trass, Steinmehl, Ton u. dgl. zu verwenden. Diese Beimengungen verbleiben in der Masse, während das Wasser im Laufe der Zeit auch hier wieder entweichen (verdunsten) kann.
Versuche haben gezeigt, dass nicht etwa auch schon durch blosses Einpressen von Wasser (Einschlämmen) oder durch blosses Rütteln eine-auch nur annähernd so starke Setzung des Baugrundes
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oder der Schüttmasse erreicht werden könnte wie durch die Anwendung des erfindungsgemässen
Verfahrens.
Es soll nun die Verflüssigung des einen Pfahl, eine Spundbohle, ein Rohr, einen Brunnen u. dgl. umgebenden Bodens, während der Pfahl usw. in den Boden eingetrieben oder auch aus dem Boden heraus- gezogen wird, besprochen werden.
Hier wird in erster Linie die Flüssigkeitseigenschaft eines durch das erfindungsgemässe Verfahren entstehenden Gemenges ausgewertet, nämlich der Zustand der Breiflüssigkeit, in dem der dem Verfahren unterworfene, den Pfahl usw. umgebende Boden versetzt wird, das Eintreiben des Pfahles und in gleicher
Weise das Rückziehen desselben erleichtert. Man verfährt in der Weise, dass man während des Ein- treibens bzw. des Rückziehens den den Pfahl umgebenden Boden zusammen mit Wasser dem erfindungs- gemässen Verfahren unterwirft, indem man den Boden in Rüttelbewegung versetzt und Wasser in ihn einführt, u. zw. in der Weise, dass das Wasser in gleichmässigem Strom in dem den Pfahl umgebenden
Boden aufsteigt. Nach Durchführung der Arbeit setzt sich der Boden wieder fest zusammen.
Bedingung ist in jedem Falle wasserdurchlässiger, sandiger und kiesiger Boden.
Das Verfahren ist nicht zu verwechseln mit dem bekannten Einspülverfahren, durch das unter der Wirkung eines Wasserstrahles beim Einrammen von Pfählen der Boden an der Pfahlspitze aufgewühlt werden soll.
Die Düse zum Wassereinführen wird beim erfindungsgemässen Verfahren vorteilhaft (in Anlehnung an die bekannten Einspülverfahren) mit dem Pfahl fest verbunden. Es ist aber auch möglich und in vielen Fällen manchmal sogar notwendig, Düsen besonders einzuschlagen. Die Ausbildung der Düsen- rohre ist von derjenigen der Einspülrohre insofern verschieden, als das Wasser nicht nur an der Spitze des Pfahles, sondern, je nach Lage des Einzelfalles, auch in anderer Höhe, insbesondere auch neben dem
Pfahl eingeführt wird. Zur Übertragung der Rüttelwirkung wird in der Regel der Pfahl usw. selbst benutzt.
Die am Pfahl zu befestigende Rüttelvorrichtung wird mit Vorteil unsymmetrisch ausgebildet, so dass diese neben der Rüttelarbeit gleichzeitig auch die erforderliche Zug-und Druckkraft ausüben kann.
Zur Verflüssigung einer losen Masse (etwa Baggergut) zum Zwecke ihrer Förderung in geschlos- senen Rohrleitungen sowie zur Aufbereitung von Beton und Förderung desselben in geschlossenen Rohrleitungen wird wieder die Flüssigkeitseigenschaft des zu fördernden Materials benutzt. Man verfährt in der Weise, dass man die lose Masse (das Baggergut) in kontinuierlichem Strom durch ein Gefäss hin- durchführt, es dort unter gleichzeitiger Durchleitung eines gegenläufigen Wasserstromes rüttelt und das entstandene breiflüssige Gemenge unter Festhaltung seines Bewegungszustandes in ununterbrochenem Fluss in einer unmittelbar anschliessenden Rohrleitung weiterleitet.
Das Verfahren, durch das eine lose Masse (Baggergut) in breiflüssigem Zustand versetzt und in geschlossenen Rohrleitungen gepumpt wird, unterscheidet sich von dem normalen Fall des Rütteldruckverfahrens dadurch, dass die relative Bewegung zwischen der losen Masse und der Flüssigkeit nicht in der lotrechten Richtung, sondern in einer willkürlich gewählten Richtung stattfindet. Das Verfahren ist nicht zu verwechseln mit dem bekannten Spülverfahren, bei dem unter der Wirkung der Schleppkraft eines sehr starken Wasserstromes Baggergut durch Rohrleitungen hindurchgespült wird.
In dem Sonderfall der Aufbereitung und des Transportes von frischem Beton handelt es sich ausser der Ausnutzung der Eigenschaft der Breiflüssigkeit des Gemenges für den Transport auch noch um die Ausnutzung der Eigenschaft der vollkommenen Durchtränkung zum Zwecke der Herstellung des Mischgutes. Das Verfahren ist im übrigen grundsätzlich das gleiche. Es wird Betonzuschlagsstoff in kontinuierlichem Strom durch ein Gefäss hindurchgeführt, dort in Rüttelbewegung versetzt, während gleichzeitig in der entgegengesetzten Richtung ein Zementleimstrom durch den Zuschlagsstoff hindurchgeleitet wird. Am andern Ende des Gefässes geht der gemischte und breiflüssige frische Beton unmittelbar in eine Rohrleitung über und gelangt durch diese zur Verwendungsstelle (in den Einbauraum).
Das besondere bei der Anwendung des Rütteldruekverfahrens ist die Verwendung einer solchen Flüssigkeit, die nach dem Prozesse in der Masse verbleibt, dort in einen festen Zustand übergeht und die Körner der Masse zu einem einheitlichen festen Körper bindet. Dabei werden fast immer alle drei Eigenschaften des Gemenges verwertet, u. zw. die vollkommene Durchtränkung der Masse zum Zwecke der Einheitlichkeit und Festigkeit des zu bildenden Körpers, die Flüssigkeitseigenschaft zwecks satter Ausfüllung der Form und das Zusammensinken auf ein minimales Volumen zur Erzielung eines möglichst dicht gefügten Materials.
Zu diesem Anwendungsgebiet des Rütteldruckverfahrens gehört die Versteinerung von rolligem Baugrund, vor allem aber die Herstellung von Betonkörper aller Art unmittelbar im Einbauraum.
Beton ist ein Gemenge aus Zuschlagsstoff (z. B. Kiessand) und Zementleim (in frischem Zustand).
Der Zementleim soll die Körner des Zuschlagsstoffes vollständig umhüllen und die Hohlräume zwischen ihnen dicht ausfüllen. Von der Erfüllung dieser Forderung hängt in hohem Masse die Dichte und Festigkeit des abgebundenen Betons ab. Die Herstellung von Baukörpern aus Beton umfasst nach den bisher allgemein üblichen Methoden der Betonbereitung drei verschiedene zeitlich aufeinanderfolgende Massnahmen : das Mischen des Zuschlagsstoffes mit Zementleim (in der Regel in Mischmaschinen), den Transport des Mischgutes zur Einbaustelle und schliesslich den Einbau des Mischgutes in den für den
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herzustellenden Baukörper bestimmten Raum.
Das Rütteldruckverfahren ermöglicht, Betonkörper aller Art unter Verzicht auf Mischmaschinen und Fördereinrichtungen unmittelbar im Einbauraum, insbesondere auch unter Wasser, herzustellen.
Man verfährt dabei wie folgt : Es wird unter den in den Einbauraum eingefüllten Zuschlagsstoff Zementleim unter mässigem Druck derart eingeführt, dass dieser sich unter der ganzen Grundfläche des Zuschlagsstoffes ausbreitet und von dort mit Hilfe des gleichzeitigen Rüttelns des Zusehlagsstoffes in gleichmässigem Fluss langsam nach oben steigt. Es entsteht so unter der Wirkung der Setzungsfliessung (durch das gegenseitige Durchdringen von Zementleim und Zuschlagsstoff) eine vollkommene Durchtränkung des Zuschlagsstoffes mit Zementleim. Es bilden Zementleim und Zuschlagsstoff zusammen eine zähe Flüssigkeit, die den ganzen Einbauraum satt ausfüllt und die festen Körner des entstandenen Gemenges sinken auf ein Mindestvolumen zusammen.
Man erhält dadurch nach dem Abbinden einen Beton, der bei höchster Dichte und Festigkeit ein Minimum an Zement erfordert.
Das Höchstmass an Dichte und Festigkeit bei geringstem Verbrauch an Zementleim infolge der dichtesten Lagerung der Körner des Zuschlagsstoff es, die Möglichkeit, einen bestimmten Zement-WasserFaktor genau einzuhalten, die Vermeidung jeder Entmisehungsgefahr, namentlich auch unter Wasser, sind die besonderen Vorzüge des unter Anwendung des Rütteldruekverfahrens im Einbauraum unmittelbar hergestellten Betons. Bei dem gewöhnlichen, schon bekannten Einpressverfahren musste der Überdruck zum Einpressen des Zementleims sehr hoch gehalten werden, ausserdem musste der Zuschlagsstoff aus sehr grobem Material mit grossen Hohlräumen bestehen, um eine einigermassen gute Durchtränkung zu erhalten. Die Folge war, neben andern Mängeln, der Nachteil eines unverhältnismässig hohen Zementverbrauches.
Das schon bekannte Rütteln für sich allein in Anwendung auf die Verarbeitung von Beton ist auf vorgemischten Beton und auf Arbeiten im Trockenen beschränkt. Versuche zeigen im übrigen, dass es auch bei noch so starker Rüttelarbeit allein unmöglich ist, den Beton so dicht zusammenzurütteln, wie dies beim Rütteldruckverfahren möglich ist.
Bei der Herstellung eines Gründungskörpers (Pfahl, Pfeiler usw. ) im Baugrund kann der Körper entweder gegen den umliegenden Boden abgeschlossen oder unmittelbar in diesem hergestellt werden.
Im letzteren Falle kann durch entsprechende Wahl der Schichthöhen, des Flüssigkeitsdruckes und der Rüttelstärke dem Gründungskörper eine bestimmte Form gegeben, unter Umständen auch gleichzeitig der anliegende Baugrund versteinert werden. Diese Möglichkeit ist besonders bei der Herstellung von Ortpfählen von Bedeutung, deren Tragfähigkeit durch Fussverbreiterung und Wulstbildung erhöht wird.
Solche Ausweitungen entstehen bei Herstellung eines Ortpfahles beim Rütteldruckverfahren schon von selbst infolge des hohen Druckes der rasch wachsenden Säule des frischen Betons.
Vorteile anderer Art ergeben sich durch Anwendung des Rütteldruekverfahrens bei der Herstellung von flachen Betonkörpern, also bei Decken (insbesondere Strassendecken), Rohren, Tunnelverkleidungen u. dgl., und wiederum andere Vorteile bei der Herstellung von Betonwaren. Grosse Betonkörper, nach dem Rütteldruckverfahren hergestellt, bieten besonders im Wasser (Brückenpfeiler, Staumauern) den Vorteil grosser Wasserdichtigkeit und geringen Schwinden.
Dem beim Rütteldruckverfahren zur Herstellung von Beton in den Zuschlagsstoff einzubringenden Zementleim können Zusätze von Trass, Steinmehl u. dgl. beigegeben werden. Auch können bei anderweitiger Anwendung des Rütteldruckverfahrens zur Verfestigung loser Massen an Stelle von Zementleim beliebige andere Bindemittel (Chemikalien, bituminöse Stoffe u. dgl. ) Verwendung finden. Bedingung ist in jedem Falle der flüssige Zustand des Bindemittels.
Besondere Vorkehrungen sind in solchen Fällen zu treffen, wo der Gang der Arbeit (es ist dies regelmässig bei der Herstellung von Beton unter Wasser der Fall) nicht unmittelbar beobachtet werden kann. Für diese Fälle kommt die Tatsache der Flüssigkeitseigenschaft des Gemenges im Augenblick des Zustandekommens der Setzungsfliessung sehr zustatten. Es ist dadurch möglich, den Arbeitsvorgang mit einer Einrichtung zu kontrollieren, durch die das Flüssigwerden der gerade in Arbeit befindlichen Schicht angezeigt wird. Die einfachste Einrichtung der angedeuteten Art ist ein Hohlkörper, der in den Zuschlagsstoff eingesetzt wird und im Augenblick des Flüssigwerdens des Materials aufsteigt.
Unter Umständen ist es noch einfacher, die Rüttelvorrichtung selbst dadurch zum Aufsteigen zu bringen, dass man sie in den Zuschlagsstoff einbettet und zeitweilig oder dauernd durch ein Gegengewicht entlastet.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens braucht man unter anderm, u. zw. in jedem Falle, eine Rüttelmaschine zur Erzeugung der Rüttelbewegung innerhalb der losen Masse und ausserdem ein zweites Gerät, nämlich eine Zuleitung mit Düse, zum Einführen der Flüssigkeit.
Beim Rütteldruckverfahren an flachen Körpern und auch bei Bodenschüttungen in Schichten ist zum Einbringen der Flüssigkeit manchmal eine besondere Anordnung und Formgebung der Düse erforderlich. Die Düse wird in diesen Fällen zweckmässig als durchlochtes oder geschlitztes (oft mehrere Meter langes) Rohr unter der zu durchtränkenden Masse im voraus verlegt. Versuche haben gezeigt, dass eine solche Rohrdüse nach erfolgter Durchtränkung (unter Fortsetzung des Rüttelns) leicht aus der Masse herausgehoben und entfernt werden kann.
Bei Verwendung dickerer Flüssigkeiten beim Rütteldruckverfahren besteht leicht die Gefahr des Verstopfens der Düse. Es ist deshalb wichtig, in diesen Fällen eine Spezialdüse zu verwenden, deren
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Öffnung so gestaltet ist, dass etwa beginnende Verstopfungen durch die ausströmende Flüssigkeit immer wieder selbsttätig beseitigt werden. Die diesem Zwecke dienende charakteristische Form der Zementleim- düse ist in Fig. 1 (Ansicht) und Fig. 2 (Abwicklung) dargestellt. Die Austrittsöffnungen dieser Düse bestehen aus Schlitzen in der Rohrwandung, die oben sehr eng sind und sich nach unten so weit verbreitern, bis schliesslich der volle Rohrumfang freigegeben ist.
Dringt in einen der Schlitze etwa Sand ein und wird dadurch Verstopfung eingeleitet, so bleibt regelmässig immer noch der obere (engere) Teil des Schlitzes zum Austritt für den Zementleim offen und der jetzt unter Druck austretende Leim spült gleich auch wieder den unteren Teil des Schlitzes frei.
Bei Verwendung von sehr dünnen Flüssigkeiten (etwa von reinem Wasser zur Verdichtung von geschütteten Dämmen) ist eine besondere Ausbildung der Düsenöffnung nicht erforderlich. Man darf in diesen Fällen, in völligem Gegensatz zur Zementleimdüse, die Düsenöffnung durch ein feines Gewebe gegen das Eindringen von Sand schützen. Ein solches Gewebe ist notwendig, wenn die Düse von oben in die Masse eingeschlagen werden soll.
Es ist in vielen Fällen zweckmässig, die Rüttelvorrichtung mit der Düse zu einem einzigen Gerät (Fig. 3 a Rüttler, b Düse, c Zementleimzuleitung, d Oberfläche des Zuschlagsstoffes und e Stand des Zement- leims) zu vereinigen. Dies besonders dann, wenn der Raum, in dem der Arbeitsvorgang sich abspielt, sehr eng ist (Bohrloch) und wenn man Wert darauf legen muss, die Rüttlerunterkante und die Düsen- öffnung während der ganzen Dauer des Vorganges in einem bestimmten Abstand zu halten und Düse und Rüttler mit fortschreitender Arbeit jeweils gleichzeitig hoehzuziehen.
Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausbildungsmöglichkeit eines Misch-und Förder- gerätes für Beton (Betonpumpe). Eine Schnecke a führt in kontinuierlichem Strom Zuschlagsstoff b in ein Gefäss e, in dem ein Zementleimstrom mittels Düsen d entgegen der Druckwirkung der Schnecke erzeugt und der Zuschlags stoff gleichzeitig gerüttelt wird. Zum Absaugen der aus dem Zuschlagsstoff entweichenden Luft ist das Gefäss mit einer Pumpe e ausgestattet. Das im Gefäss entstehende breiflüssige Gemenge gelangt, immer noch unter dem Druck der Schnecke und ohne seine Flüssigkeits- eigenschaft zu verlieren, unmittelbar in eine Rohrleitung f und über diese zur Einbaustelle. Hilfsrüttler g dienen, wenn nötig, der Erhaltung der Flüssigkeitseigenschaft des Gemenges im Rohr.
Im Grundsatz ganz ähnlich wäre auch eine Vorrichtung zu gestalten, durch die Baggergut gefördert werden soll.
Die erfindungsgemässen Geräte sind gegenüber den bisher gebräuchlichen durch grosse Einfachheit und durch sparsamen Verbrauch an Flüssigkeit (Zementleim bzw. Wasser) ausgezeichnet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung eines Gemenges aus losem körnigen Material und einer Flüssigkeit für Bauzwecke, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse aus körnigem Material einer Rüttelbehandlung unterworfen wird und dass während der Rüttelbehandlung ein gleichmässiger Flüssigkeitsstrom entgegen der die Vorwärtsbewegung der Masse bewirkenden Kraft, in der Regel der Schwerkraft, durch die Masse hindurchgeschickt wird, bis ein Gemenge entsteht, das ausgezeichnet ist durch vollkommene Durchtränkung der Masse mit der Flüssigkeit, durch die Eigenschaft der Breiflüssigkeit und durch die Neigung der festen Bestandteile der Masse, unter Bildung eines Hohlraumminimums zusammenzusinken.
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Process for producing a mixture of loose granular material and a liquid for
Building purposes.
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The idea according to the invention is, through mechanical aids, namely by shaking a loose mass at the same time and introducing a liquid into it in such a way that a uniform flow of the liquid counter to the force acting on the mass (usually the Gravity) arises to artificially bring about a state of motion between the loose mass and the liquid similar to that which is characteristic of the floating sand, and thereby to obtain a mixture that is characterized by three things at the same time: the perfect saturation, the liquid property and the collapse a void minimum.
Among other things, the invention wants to make the mentioned state of motion by virtue of the strength of the mechanical aids to be used much more intense than it occurs in nature, and wants to produce a mixture with the three characteristic properties mentioned also between such loose masses and such liquids, between which the phenomena of settlement flow do not occur in nature and are also inconceivable.
The beneficial effect of the method according to the invention is based on the similar physical processes that are caused in the case when a liquid flow penetrates a loose mass from bottom to top (generally against the force acting on the mass), and in the other case when one loose mass set in shaking motion. Under the effect of the flow pressure of the rising liquid flow, the internal (static) friction of the mass decreases and approaches the much smaller hydrodynamic friction: The grains of the mass tend to float.
In a very similar way, the individual grains of a loose mass change into a kind of floating state under the effect of shaking when they continue to bump and bounce off one another.
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soaked, the resulting mixture takes on the property of a liquid and sinks to a minimum volume. It should be noted that not every loose mass or liquid is suitable for the procedure. But you can coordinate the loose mass, especially its grain size, and the liquid, especially its viscosity, but also the volume of the mass to be subjected to the process, the vibration intensity and vibration frequency, the amount of liquid to be introduced in the unit of time, the flow speed and the flow pressure and thereby obtains relatively wide limits within which the procedure can be applied.
The method according to the invention, characterized by the generation of a state of motion from which a mixture which can be used for structural purposes and has the three properties already mentioned, is something essentially different from the known method of injecting liquids in loose masses under high pressure and also something other than the well-known vibration to increase the flowability of viscous masses or to compact fresh concrete, fillings and loose subsoil.
As already stated in the introduction, it is not always all three properties of the mixture resulting from the application of the process that are immediately sought for structural usefulness. It is true that all three properties always arise at once, because one of them cannot exist without the other two, but depending on the goal pursued in the individual case in the preparation of the mixture, the usefulness of the process is found in one of the three properties or in two of the same or also in all three. The method according to the invention can also be used for compacting embankments that have been poured in and of loose subsoil.
This is the area of application of the vibration pressure method that is closest to the observations to be made in nature. One proceeds in such a way that one subjects the rubble mass or the building ground together with a liquid suitable for the grain size of the mass to the process with the end purpose, a dense aggregation of the bed as possible due to the sinking of the resulting mixture and with the possibility that the Liquid can escape (evaporate) again after compression.
There are two cases to be distinguished, u. between the case that the compacted mass should be as impermeable to water as possible, and the case that only the most dense possible storage of the bulk mass or the
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has as a dam, which has been tried to compact by some other method, it can be recommended in important water structures to fill the remaining fine pores as a liquid a mixture of water with trass, rock powder, clay and the like. Like. To use. These admixtures remain in the mass, while the water can escape (evaporate) again over time.
Tests have shown that the subsoil does not settle even approximately as much by simply pressing in water (sludge) or by shaking it
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or the bulk mass could be achieved as by using the inventive
Procedure.
It should now be the liquefaction of a pile, a sheet pile, a pipe, a well and the like. Like. Surrounding soil, while the stake etc. is driven into the ground or pulled out of the ground, are discussed.
Here, primarily the liquid properties of a mixture produced by the method according to the invention is evaluated, namely the state of the pulp liquid in which the soil that is subjected to the method, surrounding the pile, etc. is displaced, the driving in of the pile and the like
Way facilitates the withdrawal of the same. One proceeds in such a way that one subjects the soil surrounding the pile together with water to the method according to the invention during the driving in or the retraction, in that the soil is vibrated and water is introduced into it, u. zw. In such a way that the water flows in a steady stream in the area surrounding the pole
Floor rises. After the work has been carried out, the floor will reassemble.
In any case, the condition is water-permeable, sandy and gravelly soil.
The process should not be confused with the well-known flushing process, which is intended to stir up the ground at the top of the pile under the action of a water jet when driving piles.
In the method according to the invention, the nozzle for introducing water is advantageously firmly connected to the pole (based on the known flushing method). But it is also possible and in many cases sometimes even necessary to hit nozzles in a special way. The design of the nozzle pipes differs from that of the dispensing pipes insofar as the water is not only at the top of the pole, but, depending on the location of the individual case, also at a different height, especially next to it
Stake is inserted. As a rule, the pole itself is used to transmit the vibrating effect.
The vibrating device to be fastened to the pile is advantageously designed asymmetrically, so that, in addition to the vibrating work, it can also exert the necessary tensile and compressive force at the same time.
To liquefy a loose mass (such as dredged material) for the purpose of conveying it in closed pipelines and for processing concrete and conveying it in closed pipelines, the liquid properties of the material to be conveyed are used again. One proceeds in such a way that the loose mass (the dredged material) is carried through a vessel in a continuous flow, it is shaken there while simultaneously passing through a countercurrent flow of water and the resulting pulpy mixture while maintaining its state of motion in an uninterrupted flow in an immediately adjacent one Pipeline forwards.
The process by which a loose mass (dredged material) is put into a slurry state and pumped into closed pipelines differs from the normal case of the vibration pressure process in that the relative movement between the loose mass and the liquid is not in the vertical direction, but rather takes place in an arbitrarily chosen direction. The process should not be confused with the known flushing process, in which dredged material is flushed through pipelines under the effect of the drag force of a very strong water current.
In the special case of the preparation and transport of fresh concrete, in addition to using the property of the pulp liquid of the mixture for transport, it is also about using the property of complete impregnation for the purpose of producing the mixed material. Otherwise the procedure is basically the same. Concrete aggregate is passed in a continuous flow through a vessel, where it is set in shaking motion, while at the same time a cement paste stream is passed through the aggregate in the opposite direction. At the other end of the vessel, the mixed and pulp-flowing fresh concrete passes directly into a pipeline and passes through it to the point of use (in the installation space).
The special thing about the application of the vibration pressure method is the use of such a liquid, which remains in the mass after the process, changes there into a solid state and binds the grains of the mass to a uniform solid body. Almost always all three properties of the mixture are used, u. between the complete impregnation of the mass for the purpose of uniformity and strength of the body to be formed, the liquid property for the purpose of full filling of the shape and the collapse to a minimum volume to achieve a material that is as tightly joined as possible.
This area of application of the vibration pressure method includes the petrification of rolling subsoil, but above all the production of all kinds of concrete bodies directly in the installation space.
Concrete is a mixture of aggregate (e.g. gravel sand) and cement paste (when fresh).
The cement paste should completely enclose the grains of the aggregate and fill the cavities between them tightly. The density and strength of the set concrete depend to a large extent on the fulfillment of this requirement. The production of structures made of concrete comprises three different, sequential measures according to the previously common methods of concrete preparation: mixing the aggregate with cement paste (usually in mixing machines), transporting the mix to the installation site and finally installing the mix in the for the
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building structure to be produced specific space.
The vibration pressure process enables concrete bodies of all kinds to be produced directly in the installation space, especially under water, without the need for mixing machines and conveying devices.
The procedure is as follows: Cement paste is introduced under the aggregate filled into the installation space under moderate pressure in such a way that it spreads under the entire base of the aggregate and from there, with the help of the simultaneous shaking of the aggregate, slowly rises upwards in a steady flow. Under the action of the flow of settlement (through the mutual penetration of cement paste and aggregate), the aggregate is completely saturated with cement paste. Cement paste and aggregate together form a viscous liquid that fully fills the entire installation space and the solid grains of the resulting mixture sink to a minimum volume.
As a result, after setting, a concrete is obtained which requires a minimum of cement with the highest density and strength.
The maximum degree of density and strength with the lowest consumption of cement paste as a result of the densest storage of the aggregate grains, the possibility of precisely adhering to a certain cement-water factor, the avoidance of any risk of detachment, especially under water, are the special advantages of using the Vibration pressure method in the concrete produced immediately. In the usual, well-known grouting process, the overpressure for grouting the cement paste had to be kept very high, and the aggregate had to be made of very coarse material with large cavities in order to achieve a reasonably good impregnation. The consequence, among other defects, was the disadvantage of a disproportionately high consumption of cement.
The well-known vibration in itself when applied to the processing of concrete is limited to premixed concrete and to work in dry conditions. Tests also show that even with the most vigorous vibration work, it is impossible to vibrate the concrete as close together as is possible with the vibration pressure method.
When creating a foundation body (pile, pillar, etc.) in the ground, the body can either be closed off from the surrounding soil or it can be created directly in it.
In the latter case, the foundation body can be given a certain shape by appropriate selection of the layer heights, the liquid pressure and the vibration strength, and the adjacent building ground may also be petrified at the same time. This possibility is particularly important when manufacturing cast-in-place piles, the load-bearing capacity of which is increased by widening the base and forming bulges.
Such expansions occur automatically when a site pile is produced using the vibration pressure method as a result of the high pressure of the rapidly growing column of fresh concrete.
Advantages of a different kind result from the use of the Rütteldruekver procedure in the production of flat concrete bodies, so in ceilings (especially road ceilings), pipes, tunnel cladding and. Like., And still other advantages in the manufacture of concrete products. Large concrete bodies, manufactured using the vibration pressure method, offer the advantage of greater water tightness and low shrinkage, especially in water (bridge piers, dam walls).
The cement paste to be introduced into the aggregate during the vibration pressure process for the production of concrete can contain trass, stone powder and the like. Like. Be added. Any other binding agents (chemicals, bituminous substances, etc.) can also be used in place of cement paste when the vibration pressure method is used elsewhere to consolidate loose masses. In any case, the condition is the liquid state of the binder.
Special precautions must be taken in cases where the progress of the work (this is regularly the case when producing concrete under water) cannot be observed directly. In these cases the fact that the mixture is fluid at the moment when the settlement flow comes about is of great help. It is thereby possible to control the work process with a device by means of which the liquidation of the shift in work is indicated. The simplest device of the type indicated is a hollow body that is inserted into the aggregate and rises at the moment the material becomes liquid.
Under certain circumstances it is even easier to get the vibrating device to rise itself by embedding it in the aggregate and temporarily or permanently relieving it with a counterweight.
To carry out the method according to the invention one needs, inter alia, u. in each case, a vibrating machine to generate the vibrating movement within the loose mass and also a second device, namely a feed line with a nozzle, for introducing the liquid.
In the case of the vibration pressure method on flat bodies and also in the case of bedding in layers, a special arrangement and shape of the nozzle is sometimes required to introduce the liquid. In these cases, the nozzle is expediently laid in advance as a perforated or slotted pipe (often several meters long) under the mass to be impregnated. Tests have shown that such a tubular nozzle can easily be lifted out of the mass and removed after the impregnation has taken place (with continued shaking).
If thicker liquids are used with the vibration pressure method, there is a slight risk of the nozzle clogging. It is therefore important to use a special nozzle in these cases
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The opening is designed in such a way that any incipient blockages are automatically removed again and again by the liquid flowing out. The characteristic shape of the cement glue nozzle used for this purpose is shown in FIG. 1 (view) and FIG. 2 (development). The outlet openings of this nozzle consist of slots in the pipe wall, which are very narrow at the top and widen so far downwards until the full pipe circumference is finally released.
If sand penetrates into one of the slots and this leads to blockages, the upper (narrower) part of the slot regularly remains open for the cement paste to exit and the glue that is now exiting under pressure flushes the lower part of the slot free again .
When using very thin liquids (e.g. pure water for compacting embankments), a special design of the nozzle opening is not necessary. In these cases, in complete contrast to the cement paste nozzle, the nozzle opening can be protected against the penetration of sand by a fine fabric. Such a fabric is necessary if the nozzle is to be hammered into the mass from above.
In many cases it is advisable to combine the vibrating device with the nozzle into a single device (Fig. 3 a vibrator, b nozzle, c cement paste feed line, d surface of the aggregate and e level of cement paste). This is particularly the case if the space in which the work process takes place is very narrow (borehole) and if it is important to keep the bottom edge of the vibrator and the nozzle opening at a certain distance during the entire duration of the process and nozzle and pull the vibrator up at the same time as the work progresses.
4 shows, in a schematic representation, an embodiment of a mixing and conveying device for concrete (concrete pump). A screw a feeds aggregate b in a continuous stream into a vessel e, in which a cement paste stream is generated by means of nozzles d against the pressure of the screw and the aggregate material is vibrated at the same time. The vessel is equipped with a pump e to extract the air escaping from the aggregate. The pulp liquid mixture created in the vessel arrives, still under the pressure of the screw and without losing its liquid properties, directly into a pipeline f and via this to the installation point. If necessary, auxiliary vibrators serve to maintain the liquid properties of the mixture in the pipe.
In principle, a device through which the dredged material is to be conveyed would also have to be designed in a very similar manner.
The devices according to the invention are distinguished from those previously used by their great simplicity and economical consumption of liquid (cement paste or water).
PATENT CLAIMS:
1. A method for generating a mixture of loose granular material and a liquid for construction purposes, characterized in that the mass of granular material is subjected to a vibrating treatment and that during the vibrating treatment, a uniform flow of liquid against the force causing the forward movement of the mass, as a rule the force of gravity, is sent through the mass until a mixture is formed which is characterized by the complete impregnation of the mass with the liquid, by the property of the pulp liquid and by the tendency of the solid constituents of the mass to collapse with the formation of a minimum cavity.