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.
Method and device for measuring the consistency of a mixture, for example fresh concrete
The present invention relates to a method for measuring the consistency of a mixture, for example fresh concrete, and a device for carrying out the method.
One of the properties of fresh concrete that is important in terms of concrete technology and construction is its consistency, which is understood to mean the more or less pronounced mobility of the unbound concrete mass. Qualitatively, the consistency is described by the terms stiff, plasticp and liquid. However, a generally applicable quantitative mal3 is not known in concrete technology to date.
Various methods and devices for measuring consistency are known in laboratories in concrete works and on construction sites. Some of the most popular measurement methods are briefly described below:
1. The Pawers-Probeo is a measure of the consistency through the number of strokes by which a truncated concrete cone standing on a so-called shock table (produced by hand-tamping a fresh concrete sample in a truncated cone shape) can be transformed into a cylinder of the same volume.
2. The measuring method, which is carried out with the Vébé device, indicates the time required to transform a concrete truncated cone of the same manufacturing method as the Powers-Probe into a cylinder of the same volume by vibration (unbalance vibrator) as Konsisbenzmaf3.
3. During the spreading test, a concrete truncated cone produced on a shock table (analogous to the Powers-Probeo) is spread out to form a cake under the action of a certain, constant number of strokes with unhindered change in shape of the concrete, with the mean diameter of the cake as Mal3 applies to consistency.
4. In the Graf penetration test, the degree of consistency is the penetration depth of a cylindrical falling body, which is dropped from a certain height onto a concrete that has been compacted in a cube shape by tamping.
The measuring range of the above and many other methods is very limited. The first three, like almost all methods, are only suitable for measuring the consistency of plastic to almost liquid concrete. The penetration test according to Graf is the only method used to measure the consistency of stiff concrete. Various methods must therefore be used to record the entire consistency area. The results are therefore not comparable with each other.
A suitable measure for the usability and reliability of a measurement method is the so-called reproducibility of a measurement result, which is characterized by the measurement error:
If one and the same observer determines a measured variable, whose true value is constant, several times in succession using the same measuring method and the environmental conditions are kept constant, the results of the individual measurements still deviate from one another, they scatter around their average value x x1 + x2 + x3 + ...
+ xn
X = n xi = single measured value n = number of all single measured values
A measure of the variability of the individual results of several measurements is the scatter of the same. This is defined as the standard deviation or the mean square deviation S.
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Tarin are xi-x the differences between the individual measured values xi and the average value x and n the number of all individual measured values. Of the. c <Mel3error m is then the mean square deviation S related to the average value x and is usually given in percentages: m = # S / - # (100%) x m indicates the uncertainty with which an individual measurement is afflicted.
The consistency measurement methods in use today generally have very large measurement errors. In addition to those whose cause is the type of measurement process itself b. In other words, in various common methods, those measuring errors that result from personal influences are of importance.
Examples of personal influences, both when carrying out the procedure and when determining the measurement results, are: - The fresh concrete samples are compacted by
Hand tamping (all procedures described) - Difficult determination of the point in time at which the
Concrete truncated cone is completely formed into the cylinder of the same volume (Vébé device)
In the case of larger measurement errors, several measurements are always necessary in order to arrive at a representative average value for the consistency.
However, since the one-time determination of the consistency requires a relatively long time in almost all methods, the repeated repetition of the measurement on fresh concrete from one and the same mixed batch is usually not possible due to the fairly rapid hardening of the concrete.
In summary, today's consistency measurement methods essentially have the following imperfections: -Limited measuring range - Large measurement errors -Large expenditure of time
The present invention is intended to remedy these shortcomings. It was developed from the observation that when concrete vibrates, it assumes the properties of a viscous liquid. Vibrated concrete flows together under the action of gravity and spreads slowly or quickly depending on its composition (cement, water, aggregates and additives).
The method according to the invention is characterized in that a certain amount of the mixture sample is first placed in a mold and compacted and then, after removing the mold, with the help of a precisely known vibration, which lasts a certain, always the same time, on a table to form a cake is spread, whose mean diameter (mean of the smallest and largest diameter) represents the consistency mark3.
With reference to the accompanying drawing, the invention is explained in the following by way of example:
Fig. 1 shows a vertical section and Fig. 2 shows the plan view. A sample of the mixture mass to be examined is poured into a fixture on a vibrating table 4 by a clamping frame 2, consisting of the mold 1 and the attachment 3, generally up to the upper edge and vibrated. This so-called pre-vibration should last until the mixture is well compressed, i. H. there is no longer any visible decrease in volume. To reduce the measurement errors, the vibration itself and also the vibration time are expediently chosen to be constant for all consistencies.
After the mixture has been compressed by the pre-vibration, which can also be replaced by another method of compression, e.g. by means of stiachrn, in the case of more fluid cans (the mixture is so agile that compression occurs almost by itself), the Attachment 3 removed, the remainder of the mixture protruding above form 1 cut off with a trowel and the surface of the mixture smoothed out.
After removing the chip frame 2 ual of the form 1, the compacted mixture sample, which is now lying freely on the table top 4, is spread into a cake by a precisely defined vibration that lasts a certain, always equally long time. The mean diameter (mean of the smallest and largest diameter) of the spread cake forms the measure of the consistency of the mixture, analogous to the spread sample.
The attachment 3 is used in order to be able to fill the entire amount of uncompacted mixture required for the consistency measurement into the mold 1 at once, i.e. H. so that parts of this mixture quantity are vibrated exactly the same and for exactly the same length.
The device for spreading the mixture sample consists of a table top 4 designed as a back table, which is connected to a vibration device consisting, for example, of an electromagnetic oscillator or an electric motor-driven vibrator, which generates a constant oscillation of such frequency and amplitude that a continuous and even flow of the mixture sample occurs. Since the individual particles of different species have different frictional and cohesive forces, the one for the respective species, e.g.
B. for fresh concrete, the required acceleration to match.
The use of a directed oscillation enables the evenness of the flow in all radial directions.
To achieve reliable measurement results with small measurement errors, it is essential to keep the vibration time, the vibration amplitude and the frequency constant.
A constant vibration time can be achieved by means of a timer, which automatically switches off the vibrator after the prescribed time.
Electromagnetic vibrators or coupled unbalance vibrators driven by an electric motor and rotating in opposite directions serve as vibration exciters for directed vibrations. The vibration parameters (amplitude and frequency) of such exciters are continuously influenced by voltage and frequency fluctuations in the power network as well as by the respective load and permanently by changes in the self-damping of the vibrating system (spring-mounted table top and vibrator). The mentioned ongoing and permanent influences on the vibration parameters are
as emerged from experiments, it is not negligible in the method according to the invention. It is therefore essential that suitable stabilization devices are provided to keep the amplitude and frequency constant.
The device for receiving a certain amount of the mixture that is to be compacted can consist of a shape 1, for example a truncated cone shape open on both sides, which z. B. is held on the vibrating table 4 by means of a removable clamping frame 2, and an attachment 3 removable from the mold 1, for example a cylindrical tube open on both sides, the contents of the attachment 3 should be at least half as large as that of the mold 1.
The shape 1 must be designed in such a way that after the introduction and compression of the mixture sample it can be removed by pulling it up and turning or by taking it apart so that the shape of the compressed mixture sample is not impaired.
The height 5 of the mold 1 is smaller than its base diameter 6, since otherwise the compressed mixture sample, for example in the shape of the truncated cone, tends to break apart after removal of the mold under the action of vibration at certain consistencies.
The method according to the invention is suitable for measuring the consistency of a mixture, for example fresh concrete. It has the following essential advantages over the previously used methods: 1. All consistency ranges from stiff to almost liquidp can be recorded, the method being particularly suitable for stiff concrete.
2. The measurement errors are extremely small; H. that one already receives a very reliable value with a single measurement and thus several measurements are generally unnecessary.
3. Performing a consistency measurement is very easy and quick. Only a few liters of concrete are required for this and the time required including cleaning and restoring the device is less than 5 minutes.
The method according to the invention can be used very versatile. Since the rheological properties of the mixture set in vibration are recorded with it, it is particularly suitable where consistency and willingness to vibrate are to be identified or compared. The method can be used for research work, for suitability tests for important building projects, for assessing the effect of additives which alter the consistency of the concrete and, above all, for monitoring the consistency during ongoing concrete production.
In this case, the process allows a reliable control of the water content of a mixture, since this has by far the greatest influence on the consistency if the mixture recipe remains the same.
Because of the clear connection between the water content of a concrete mix and the concrete strength to be expected, constant precise consistency control allows the spread of the concrete strength, resulting from the variation in the water content, to be kept within very narrow limits.
PATENT CLAIMS I. Method for measuring the consistency of a mixture, whereby a sample amount is exposed to the effect of a vibration, characterized in that a certain amount of the mixture sample is first placed in a mold (1) and compacted and then, after removing the mold (1) , with the help of a precisely known vibration, which lasts a certain, always the same length of time, is spread on a tifsch (4) to form a cake, the mean diameter of which (mean from Ideinstem and largest diameter) represents the consistency measure.