Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Güteeigenschaften des plastischen Betons Als bekannt vorausgesetzt werden Methoden zur Herstellung von Betonfertigteilen, wie Plat ten, Stufen, Stahlbeton-Rammpfähle, Säulen, Unter züge, Bordsteine, Pflastersteine und sonstige im Beton werk herzustellende Elemente, mittels hydraulischen Pressen, Schlagpressen, Vibrationsgeräten sowie durch Vakuumbehandlung.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung der Güteeigenschaften des plastischen Betons mittels Luftdrucks in einer Form, deren Wandungen mit öffnungen und Filterelementen ver sehen sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass der Beton über eine oder mehrere Druckkammern einem Pressluftdruck von mehr als 1 atü unterworfen wird.
Dank der Erfindung kann man auf den in For men eingebrachten plastischen Beton über eine oder mehrere Seitenwände derselben Pressluft mit einer Verdichtung in Abhängigkeit von der Masse und der Raumform des zu verdichtenden Betons so lange einwirken lassen, bis kein Wasser mehr aus den durchlöcherten, mit Filter versehenen Schalungs- wänden der Form austritt.
Das Einleiten der Pressluft kann in der Weise durch Steuerung geregelt werden, dass die Press luft anfangs langsam, später unter stärkerer Druck führung zufliesst, um nach der Verdichtung des Be tons wieder allmählich auf Null abzuklingen.
In einer besonderen Ausführungsart des erfin dungsgemässen Verfahrens kann die Pressluft nach der Verdichtung des Betons abgeschaltet werden und anschliessend ein Vakuum zur Einwirkung ge bracht werden, um den Beton nach oben am Deckel festzuhalten, während das Bodenstück entfernt wird. Nach der Ausschaltung des Vakuums und nach der Entfernung des Bodenstückes und der Absenkung der Form kann weiter zum besseren Entschalen des Formstückes Pressluft stossartig über den Deckel zu geführt werden. Ein auf diese Weise verdichteter, plastischer Beton kann nach der Behandlung aus geschalt werden; er weist eine erhöhte Druck- und Biegezugspannung auf und hat eine geringere Schwingung als ein plastischer Beton, der in üb licher Weise hergestellt worden ist.
Unter Frischbeton ist bekanntlich ein Gemisch aus Zuschlagstoffen, wie SteinkörnungundSand nach einem bestimmten Kornaufbau, innig vermischt mit Wasser und Zement, zu verstehen.
Die chemisch erforderliche Wassermenge zum Zustandekommen einer Reaktion zwischen Zement und Wasser erfordert nur 20 ö Wasser vom Ze mentgewicht. Es ist bekannt, dass mehr Wasser der Betonmischung zugesetzt werden muss, um den Frischbeton überhaupt verarbeiten zu können. Diese Wassermenge, die mehr dazugegeben werden muss, ergibt die plastische Konsistenz des Betons.
Es ist weiterhin bekannt, dass das Verhältnis von Wasser zu Zement bestimmend ist für die End- festigkeit des Betons.
Die maximale Festigkeit wird erreicht durch ein Minimum an Wassergehalt. Die geringste Betonfestig keit tritt bei Vorhandensein von zuviel Wasser auf.
Die Aufgabe, hochwertigen Beton zu erhalten, gilt dann als gelöst, wenn es gelingt, bei der Ferti gung dem Beton ein Maximum an Wasser zu ent ziehen.
Bei der Vakuumbehandlung des Betons werden Wasserteilchen infolge Unterdruck über Filter aus dem Beton herausgesaugt. Der Erfolg dieser Methode ist gut. Es steht ein Druckunterschied von 1,0 atü Aussenluft und ein Unterdruck von 0,8 atü, d. h. zusammen 1,8 atü (kg/cm2) auf die Betonteilchen zur Verfügung. Bei Anwendung von Pressluft kann dieser Druck unterschied aber wesentlich vergrössert und die Ver dichtung beschleunigt werden.
Der Verdichtungsdruck kann ausserdem veränder lich gehalten werden in Abhängigkeit von Quer schnitt und Raumform des zu verdichtenden Beton körpers.
Versuche haben bestätigt, dass der Wasseraus tritt mit Druckluftbehandlung grösser ist als bei der Vakuumbehandlung; demzufolge ist also auch eine Festigkeitserhöhung durch eine Druckluftbehandlung gegeben.
Bei Anwendung der Pressluft, die über eine Kam mer auf den Frischbeton gleichmässig einwirkt, schiebt zunächst das Luftpolster der Pressluft die an der Berührungsstelle vorhandenen Betonteilchen vor sich her. Die Gesteins- und Sandkörnungen, die in Bewegung geraten, können infolge ihrer Festig keit und Dichte keine Formänderung erfahren, wohl aber die Teilchen aus Wasser und Zement - in der Betontechnologie mit Zementleim bezeichnet.
Bei weiterer Einwirkung der Pressluft wird das Gesteingerüst so weit zusammengeschoben, dass sich die Körner - idealer Kornaufbau nach den aner kannten Regeln der Baukunst wird vorausgesetzt - tangential berühren.
Der Zementleim wird in Richtung des gering sten Widerstandes weitergeschoben; auf diese Weise füllt er sämtliche Hohlräume zwischen den Korn teilchen aus.
Bei weiterer Steigerung der Pressluft liegt der gesamte Frischbeton unter Spannung. Da nun die Filter der nicht unter Pressluft stehenden Schalungs- fläche eine Maschenweite besitzen können, die klei ner ist als die Grösse der Zementteilchen, kann nur das reine Wasser austreten.
Da die Pressluft beliebig gesteigert werden kann, ist es möglich, sämtliches überflüssiges Wasser, das mit den Zementteilchen keine kolloidale Bindung eingeht, herauszupressen.
Durch diese Arbeitsweise kann also der Wasser- Zement-Faktor tatsächlich, wie bei keiner der bisher angewandten Verdichtungsmethoden, auf ein Mini mum herabgedrückt werden. Die Folge davon ist, dass die Seitenflächen der Schalung sofort entfernt werden können.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens besteht aus einem Dreh gestell mit Betonformen, welches absatzweise dreh bar und so ausgebildet ist, dass an verschiedenen Haltestellen der Beton nacheinander in die Formen eingebracht, an der nächsten Stelle verdichtet und an einer weitem Haltestelle ausgeschalt werden kann, und ist dadurch gekennzeichnet, dass unter der drehbar am Drehgestell angeordneten Betonform eine Vakuumkammer angeordnet ist, durch deren Vakuum der Betonkörper beim Wenden der Form um 180 zwecks Ausschalens bis zum Absetzen des Betonkörpers auf ein Transportgerät festgehalten werden kann,
und dass die Vakuumkammer mit der Pressluftleitung zum Verdichten des Betons verbind- bar ist, so dass deren Druck nach dem Wenden der Betonform um 180" den Betonkörper nach unten zwecks Absetzens auf das Transportgerät ausstösst.
Die Vorrichtung kann so ausgebildet sein, dass flächenhafte Werkstücke beliebiger Form und Grösse verdichtet werden können.
In einer besonderen Ausführungsform kann die Vorrichtung Mittel zum Abwiegen der Frisch betonmenge, zum porenfreien Einbringen des Frisch betons in die Form, zum Verdichten, zum Aus schalen und zum Absetzen auf Unterlagen aufweisen. Dabei kann der Abtransport mittels grossen Rades, das sich um eine horizontale Achse dreht, erfolgen, und die verdichteten Elemente können von einer hydraulischen Bühne bzw. einer Bühne nach dem Scherenprinzip übernommen werden. An die Stelle eines Rades mit horizontaler Achse kann ein Karus sell mit vertikaler Achse treten.
In einer besonderen Ausführungsform der Vor richtung kann der Frischbeton mittels einer Füll vorrichtung mit Wiegeeinrichtung und linsenförmigen Lamellenrosten mit Vibrationssieb nahezu porenfrei in die Form eingeregnet werden. Um den Zementleim bei schwachplastischem Beton zum Fliessen anzuregen, kann Rüttelenergie mehrmals angesetzt werden.
Auf den Frischbeton kann über einen durchlöcherten, mit der Form fest verzurrten Deckel Pressluft mit beliebig hohem Druck automatisch gesteuert zur Einwirkung kommen; auf diese Weise kann eine maximale Was sermenge über eine Filterwand ausgepresst werden. Zur Drehung der Betonform um 180= kann eine Leitschiene herangezogen werden. Das Transportge rät kann ein Plattformwagen sein, der über eine Pressbühne oder einen Scherentisch unter Zuhilfe nahme von Rüttelkraft und Pressluft beim Ausscha len den verdichteten Beton automatisch übernimmt.
In einer besonderen Ausführungsform wird das Filtergewebe nach Ausschalen des Betons selbstän dig gereinigt und die Form durch die Leitschiene einer weiteren Drehung um 180 unterworfen. Es können alle Arbeitstakte vollautomatisch steuerbar aufeinanderfolgen.
Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung können in besonderer Ausführung geringere Lohnkosten in der Fertigung, grösserer Ausstoss und eine wesentliche Steigerung der Biege- und Druckfestigkeit erhalten werden. Es können vorzugsweise Platten, Pflaster steine, Bordsteine, Stufen und ähnliche Flächenele mente mit relativ grosser Oberfläche verglichen zu ihrer Masse in veränderlichen Abmessungen herge stellt werden.
Auf der Zeichnung erläutern rein beispielsweise: Fig. 1 bis 3 das Verfahren gemäss der Erfindung, Fig. 4 bis 9 Ausführungsformen der Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Das erfindungsgemässe Verfahren kann zur Her stellung von Platten oder auch zur Herstellung von Säulen, Balken und dergleichen verwendet werden. a) Plattenherstellung Die Pressluft strömt vom Kompressor 1 durch Druckkessel 2 mit Manometer in den Deckel der Form 3 in eine Kammer 4 und verteilt sich dort gleichmässig.
Über die durchlöcherte Wandung 5 des Deckels trifft die Pressluft auf den plastischen Beton 6 mit den Kornteilchen 7 und dem Zementleim B.
Die Kornteilchen rücken zusammen, der Ze mentleim wird komprimiert und scheidet über ein Filter 9 und eine durchlöcherte Bodenwand 10 Was ser 11 aus.
Ein Rüttler 12 erleichtert sowohl das Verteilen des Betons in der Form 3 als auch das Einordnen der Gesteinskörner in eine unverschiebliche Endlage.
Gummidichtungen 13 unter dem Deckel 4 der Form 3 verhüten ein Entweichen der Pressluft. Ge lenke 14 und Verriegelung 15 verbinden den Dek- kel mit der Form 3.
b) Säulen-, Balken- und dergleichen Herstellung Die Pressluft wird wie unter a) beschrieben ein geleitet, jedoch strömt sie diesmal über die Kammern 16 und 17 der Seitenwände. Das Auspressen des Überschusswassers erfolgt über Filter 18 und 19 des Bodenstückes 20 und des Kopfstückes 21 der Schalung.
Es wird eine Erhöhung der Druck- und Biege zugfestigkeit und eine Verminderung des Sehwindens des Zementleims erzielt. Da diese Verminderung eine Funktion des Wassergehaltes ist, ergibt mehr Wasser mehr Sehwindung, weniger Wasser weniger Sehwindung.
Ferner ermöglicht die Erfindung eine Beschleuni gung der Verdichtung und bringt somit einen Zeit gewinn bei der Fertigung, das sofortige Ausschalen der Elemente, einen geringeren Platzbedarf bei der Herstellung und die Möglichkeiten, grössere Ele mente als bisher auf Maschinen gefertigt im Fliess prozess herzustellen.
Die Fig. 4 bis 9 der Zeichnung zeigen Ausfüh rungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung, mittels welcher das erfindungsgemässe Verfahren durchgeführt werden kann.
Der Frischbeton soll nahezu porenfrei in die Form gebracht werden. Diese Aufgabe wird durch Verwendung eines Rüttelsiebes über der Form in Station I Fig. 9 gelöst.
Der Frischbeton 31 trifft über ein Förderband 32 oder ein Silo auf eine Form 33 auf, welche die gleiche Länge und Breite hat, wie die darunterlie- gende, im Rad beweglich aufgehängte Grundform 34. Über dem Rüttelsieb 35 sind Stäbe 36 mit linsen förmigem Querschnitt angeordnet, welche beim Einbringen des Betons nahezu waagrecht liegen und sich gegenseitig dicht flächenhaft berühren.
Die Form selbst ist als Waage 37 ausgebildet, so dass immer ein gleiches Betongewicht eingefüllt werden kann. Nach Einbringen des Betons wird ein Rüttler 38 betätigt, der zur Folge hat, dass sich der Beton spiegel 39 waagrecht einstellt und überall gleiche Höhe erhält. Ist dieser Zustand erreicht, so werden die linsenförmigen Stäbe so weit gedreht, dass sie sich senkrecht stellen, 36', und den Durchfluss des Betons auf das Sieb freigeben.
Dort werden die einzelnen Betonteilchen durch die Maschen des Siebes nochmal unterteilt und der Beton tropft, d. h. er regnet gleichsam in die unter liegende Form 34 ein.
Die Maschenweite des Siebes ist etwas grösser gewählt als der maximale Durchmesser des Grösst- korns der Betonmischung. Die vom Sieb herabfal lenden Betonteilchen breiten sich am Boden der Form 34 dadurch aus, dass der Zementleim infolge der Vibration der Form zum Fliessen kommt und die Luft langsam vor sich herschiebt. Da die Beton teilchen auf der Siebfläche in ihrer Masse beim Vibrieren des Siebes nicht alle gleichzeitig herunter tropfen können und ein gewisser Abstand - be dingt durch die Drähte des Siebes - vorhanden ist - hat die Luft immer die Möglichkeit, von der Bodenform aus nach oben zu entweichen.
Auf diese Weise kann die eingerüttelte Betonmasse prak tisch luftporenfrei. eingebracht werden.
Bisher war es in der Praxis üblich, Beton mit Giesskübeln, Schaufeln, Kelle oder Schiebevorrich tung mit einm gewissen Volumeninhalt in die Form zu füllen. Ein grosser Teil der im Frischbeton einge lagerten Luftporen wird auch bei stärkster Vibration nach oben hin entweichen können, weil das darüber liegende Betongewicht einen Luftaustritt verhindert. Es werden um so mehr Luftporen im Beton bleiben, je grösser die auf einmal eingebrachte Betonmasse ist.
Ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren ver dichteter Beton mit einem Minimum an Luft poren ergibt zwangläufig eine höhere Festigkeit, als ein Beton mit relativ viel Poren. Die Wasserdich tigkeit des Betons wird durch das Einregnen eben falls erhöht.
Es ist bekannt, dass die Festigkeit des Betons abhängig ist vom Wasser-Zement-Faktor. Je gerin ger der Wasser-Zement-Faktor ist, desto höher ist die zu erwartende Betonfestigkeit; mit steigendem Wasser-Zement-Faktor verringert sich die Festig keit des Betons. Die Betonmischung kann nach dem erfindungsgemässen Verfahren mit einem denkbar geringen Wasser-Zement-Faktor hergestellt werden.
Durch Verwendung von Rüttelenergie beim Ent leeren eines Vorsilos, beim Rüttelsieb (Einregnen) und bei der Form wird der Zementleim beispiels weise dreimal angeregt und verdichtungswilliger, d. h. die innere Reibung zwischen Zementleim und Beton teilchen wird herabgesetzt und der Zementleim kommt auch bei relativ geringem Wasser-Zement- Faktor noch zum Fliessen. Jede Verdichtung von Beton setzt ein Minimum an Verdichtungsarbeit voraus. Wird diese nicht voll geleistet, ist die Festig- keit dementsprechend geringer.
Die Rüttelenergie wird also bei der vorliegenden Arbeitsweise als we sentliche Hilfe mit herangezogen.
Erfahrungsgemäss haben sich bessere Erfolge bei Schwingungen von 9000 Umdrehungen pro Minute. oder mehr gezeigt. Es besteht die Möglichkeit, die Schwingung in der Form, mit Hilfe von 9000 Schwin gungen pro Minute, mit Pressluftrüttlern oder Ultra schallwellen darzustellen 40. Die Schwingungsener gie muss so angesetzt werden, dass der Zementleim unbedingt zum Fliessen kommt und damit die Luft beim tropfenweisen Einbringen des Betons entwei chen kann.
Die auf diese Weise eingefüllte Form wird beim nächsten Arbeitstakt (Station II) durch einen Deckel 41, der durch kräftige Scharniere 42 mit der Form verbunden ist, geschlossen und mittels Gummidich- tung 43 und Hebel 4.4 luftdicht verzurrt.
Nach der Dichtung wird Pressluft 45 zunächst langsam, später stärker über eine Kammer 46 mit durchlöchertem Boden 47 zugeführt, und zwar in der Weise, dass der Pressdruck in Abhängigkeit von der Masse des zu verdichtenden Betons steht. An der Unterseite 48 der Form 34 tritt während des Pressvorgangs durch Druckluft überschüssiges Was ser über ein dünnmaschiges Filter 49 und die durch löcherte Bodenwand 47 aus. Der Zustand des Pres sens erfolgt von Station II bis Station V. Während dieser Zeit wird der Beton so weit verdichtet, dass er bei Erreichung der Station V kein Wasser mehr abgibt.
Er weist eine Pseudohärte auf; beim Begehen desselben entsteht keine Formänderung durch den Eindruck der Fusssohlen. In Station V wird die Pressluftbehandlung im Deckel beendet und die Ver- zurrung des Deckels gelöst. Zur gleichen Zeit wird die Kammer der Bodenform, die während des Press- vorgangs unter normalem Luftdruck stand, an eine Vakuumpumpe angeschlossen. Das Rad bewegt sich weiter. Die Kurvenform der Führungsschienen 50 bewirkt eine Drehung der gesamten Form zwischen Station V-VI um 180 .
Der Deckel öffnet sich vollkommen und hängt in Station VI senkrecht nach unten. Die Anwendung der Vakuumbehandlung über die Bodenform hat zur Folge, dass der verdichtete Beton in der Bodenform festgehalten wird und wäh rend der Drehbewegung nicht herausfallen kann. In Station VI ist also der Deckel geöffnet, die Form um 180 gedreht, der Formboden oben, die Beton fläche von unten sichtbar.
Eine ausfahrbare Plattform 51 auf eine Hebe bühne 52 aufgebaut und im Arbeitstakt gesteuert, schiebt sich nun unter den verdichteten Beton. So wie die Plattform 51 der Hebebühne 52 den Beton berührt, wird der Rüttler 40 der oben befindlichen Bodenform kurz erregt, der Vakuumunterdruck weg genommen und etwas Pressluft 45 der Kammer zu geführt. Gelinde Pressluft und Rüttlungseinwirkung bedingen, dass der verdichtete Beton 53 sich von der Form löst, während das Rad sich langsam in Richtung Station I weiterbewegt.
Der Plattenform wagen 51 wird automatisch über die Bühne leicht abgesenkt, die Betonform beschreibt zwischen Station VI und I durch die Kurvenführung 50 am Rand eine Drehung von 180 .
Zwischen Station VI und I wird über die Kam mer der Bodenform automatisch Wasser zugeführt, welches das Filter 49 von feinen Zementteilchen säubert. Ab Station I beginnt der Arbeitsgang von neuem, wie vorstehend beschrieben.