CH673533A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Diese Erfindimg betrifft ein Verfahren für die Bestimmung der Eigenschaften von formbaren Materialien, wie granulären und pulverförmigen Massen von Frisch-Beton und steifen (zähen) Flüssigkeiten, insbesondere für die Bestimmung von deren plastischen und Theologischen Eigenschaften (Fliess-Eigenschaf-ten, Fliessfähigkeit), bei welchen Verfahren eine Probe mit einem bekannten Gewicht von der Masse genommen wird, die Probe einer Verformungswirkung unterworfen wird und eine Kompression der Probe und die Anzahl dafür benötigter Bear-beitungs-Umläufe bestimmt werden.

Binghams Theorie über die gegenseitige Abhängigkeit zwischen dem Deformations-Widerstand und der Schergeschwindigkeit eines Materials kann auf plastische Materialien, wie Beton, angewandt werden. Gemäss dieser Theorie hat ein plastisches Material ein Fliessgrenz-Verhältnis (yield ratio), d.h. eine bestimmte Minimai-Schubspannung, welche zum Erreichen einer dauernden Verformung erforderlich ist, und eine von der Schergeschwindigkeit abhängige, plastische Viskosität.

Die Messung der plastischen und Theologischen Eigenschaften, wie das Nachgiebigkeits-Verhältnis und die plastische Viskosität, wäre nützlich, weil das Verhalten von Beton in bezug auf dessen Giessbarkeit und Verdichtbarkeit mittels dieser Grössen eingeschätzt werden kann. Da im allgemeinen das Setz-mass (Slump) eines Beton-Kegels zum Beschreiben der Giessbarkeit verwendet wird, muss berücksichtigt werden, dass der

Wert des Setzmasses bei der Benutzung von aktivierten Plastifi-ziermitteln oder Kieselerde grösser sein muss als in Fällen, wo diese Zusatzstoffe nicht benutzt werden, wenn die gleiche Ver-arbeitbarkeit erzielt werden soll. Dies wird durch die Tatsache s verursacht, dass solche Zusatzstoffe die plastische Viskosität, nicht aber das Fliessgrenz-Verhältnis (yield ratio) beeinflussen. Mit anderen Worten besitzt z.B. Kieselerde enthaltender Beton einen normalen Widerstand gegen Verformungen mit niedriger Geschwindigkeit bei Setzmass-Messungen, aber einen hohen io Widerstand bei während einer Vibration auftretenden Schergeschwindigkeiten.

Zum Messen der plastischen und Theologischen Eigenschaften von plastischen Betonmassen mit verschiedenen Schergeschwindigkeiten ist ein Verfahren bekannt, bei welchem frei in ls einem Behälter ruhender Beton mit mehreren verschiedenen Geschwindigkeiten gemischt wird und die dem Mischen Widerstand leistende Kraft gemessen wird. Die schlecht beherrschten Strömungen machen es nötig, eine nicht-lineare Geschwindig-keits-Skala zu verwenden. Dabei ist auch das Schergeschwindig-20 keitsfeld stark inhomogen und es kann durch die Messung kein genaues Resultat erzielt werden, wenn die Betons stark voneinander abweichen. Daher können nicht einmal plastische Betonmassen mittels dieses Verfahrens zuverlässig gemessen werden.

Die vorliegende Erfindung hat daher das Ziel, ein Verfahren 25 zu schaffen, welches die obgenannten Nachteile vermeidet und eine genauere Messung der plastischen und Theologischen Eigenschaften von formbaren Materialien ermöglicht. Dieses Ziel wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren erreicht, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Probe in zwei entgegenge-30 setzten Richtungen mit einer konstanten Kraft zusammengedrückt wird, die Probe unter einem konstanten Druck zwischen zwei parallelen, geneigten Ebenen verformt wird, welche ihre Stellung durch Umlaufen ändern, das Volumen der Probe vor der Verdichtung und nach einer bestimmten Anzahl von Bear-35 beitungs-Umläufen gemessen wird und die Grösse des dem Umlaufen der geneigten Ebenen Widerstand leistenden Drehmoments für die Probe mindestens bei einer bestimmten Schergeschwindigkeit der Probe gemessen wird, welche Geschwindigkeit von der Umlaufgeschwindigkeit der geneigten Ebenen und 40 deren Neigungswinkel abhängt.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass die Bestimmung der plastischen und Theologischen Eigenschaften einer Betonmasse maschinell unter genau gleichen Umständen reproduzierbar für einzelne Proben durchgeführt wird, wobei die 45 über diese Eigenschaften erhaltene Information immer zuverlässig ist.

Während des Messvorgangs sind die Schergeschwindigkeiten der Probe genau bestimmt und homogen. Dies ermöglicht, Beton-Proben derart zu messen, dass die erhaltenen Resultate zu-50 verlässig reproduzierbar und physikalisch beherrschbar im Hinblick auf die Bewertung von Beton sind.

Kraft des erfindungsgemässen Verfahrens ist es möglich, die Zusammensetzung einer in einem Betonmischer herzustellenden Betonmasse aufgrund der gemessenen, plastischen und rheolo-55 gischen Eigenschaften einer Probe sofort zu ändern, so dass ein Giessprodukt die gewünschten Eigenschaften haben wird. Auf diese Weise ist es möglich, das Wegwerfen von fertiggestellten Produkten und die dadurch verlorene Arbeit zu vermeiden. Die plastischen und Theologischen Eigenschaften einer steifen Be-60 tonmasse können ebenso genau untersucht werden, wie vorher nur im Fall von plastischen Massen. Das erfindungsgemässe Verfahren ist daher insbesondere für die Kontrolle der Herstellung von Betonprodukten geeignet.

Die Erfindung wird im folgenden ausführlicher mit Bezug 65 auf die angefügten Zeichnungen beschrieben, wobei

Fig. 1 eine Frontansicht einer baulichen Einzelheit einer für das erfindungsgemässe Verfahren benutzten Einrichtung in der Füll-Position ist,

3

673 533

Fig. 2 und 3 Schnitte der Einrichtung entlang der in der Figur 1 ersichtlichen Linie II-II bzw. der Linie III-III sind,

Fig. 4 eine vergrösserte Darstellung eines Axialschnitts eines Verdichtungszylinders und der Verdichtungskolben der Einrichtung in der Betriebs-Position ist und

Fig. 5 verschiedene Arbeitsstufen des erfindungsgemässen Verfahrens zeigt.

Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Einrichtung weist einen aufrecht stehenden, von einem Gestell 1 gehaltenen Verdichtungskolben 3 auf, welcher das untere Ende des Zylinders abschliesst und an einem drehbaren, vertikalen Schaft 4 befestigt ist. Ein vertikaler Schaft 6 ist drehbar in einem vertikal verschiebbar oberhalb des Verdichtungszylinders im Gestell geführten Schlitten 5 montiert. Ein oberer Verdichtungskolben 7 ist am vertikalen Schaft 6 befestigt, um das obere Ende des Verdichtungszylinders abzuschliessen. Der vertikale Schaft 6 ist am Kolbenarm eines am Gestell angebrachten Hydraulikzylinders 8 befestigt, wobei dieser Kolbenarm ermöglicht, den Schlitten und die Kolben davon in vertikaler Richtung zu verschieben.

Der' Sitz des Gestells trägt ein Schaltgetriebe 9, welches mit dem vertikalen Schaft 4 des unteren Verdichtungskolbens und mit dem vertikalen Schaft 6 des oberen Verdichtungskolbens mittels einer Zwischen-Welle 10 und eines Übersetzungs-Getriebes 11 verbunden ist, so dass beide vertikalen Schäfte mit derselben Anzahl Umdrehungen rotieren. Das Schaltgetriebe weist mehrere verschiedene Übersetzungsverhältnisse auf und wird durch einen Elektromotor 12 angetrieben.

Die beiden Verdichtungskolben begrenzen eine runde Platte 13 bzw. 14, welche eine geneigte Lage bezüglich des vertikalen Schafts hat. Die beiden Kolben sind schief an den Schäften angebracht, so dass ihre Platten 13, 14 parallel zueinander sind, wie es in den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist.

Die Einrichtung weist eine Messtafel 15 auf, die z.B. Anzeigevorrichtungen 16 bis 18 für den Druck des Hydraulikzylinders 8, für die Anzahl Umläufe der Verdichtungskolben und für die Verschiebung des Schlittens aufweist. Eine Skala 19 ist an der Seite des Gestells befestigt, um direkt die vertikale Stellung des Schlittens anzuzeigen. Eine elektrische Drehmoment-MessVorrichtung 24 ist ihrerseits am Elektromotor 12 befestigt oder eine elektrische Drehmoment-Messvorrichtung 25 ist mit den Schäften 4 und 6 verbunden.

Die Figur 5 veranschaulicht das mittels der Einrichtung auszuführende Mess verfahren.

Eine eine bestimmte Masse m besitzende Probe 20 wird von einer Betonmasse.20 genommen. Die Probe wird in den Verdichtungszylinder 2 geschüttet, dessen Querschnittsfläche F ist, und der obere Verdichtungskolben 7 wird auf die Probe abgesenkt. Der Kolben wird mittels des Hydraulikzylinders mit einer konstanten Kraft P gegen die Probe gepresst. Danach werden die Kolben mittels des Elektromotors gedreht, so dass deren schief montierte Platten 13, 14 eine Scher-Verdichtung auf die Probe ausüben. Als ein Resultat davon wird die Probe nach einer Umlaufzahl n der Kolben um eine Strecke S verdichtet,

die auch von der Skala 19 ablesbar ist, und das Volumen der Probe erhält den Wert Vt. Die Grösse des dem Umlaufen der Kolben beim Umlaufen von diesen einen Widerstand entgegensetzenden Drehmoments wird angrenzend an die rotierenden s Schäfte der Kolben mittels der Drehmoment-Messvorrichtung 25 oder mittels der am Motor befestigten Drehmoment-Messvorrichtung gemessen. Die Messung wird mindestens bei einer bestimmten Schergeschwindigkeit der Probe, im allgemeinen jedoch bei zwei verschiedenen Schergeschwindigkeiten ausge-lo führt. Die Schergeschwindigkeit der Probe hängt von der Winkelgeschwindigkeit co der Schäfte und vom Neigungswinkel a der Platten 13 und 14 bezüglich einer geraden, durch die Schäfte 4 und 6 definierten Linie ab, wobei eine momentane, maximale Schergeschwindigkeit in einem durch die Achse des Zy-15 linders verlaufenden Querschnitt proportional zum Produkt co-sin a ist. Die Maximal-Schergeschwindigkeit verlagert sich entsprechend der Umlauf-Bewegung, so dass diese Maximal-Schergeschwindigkeit während eines Umlaufs in jeder beliebigen Beobachtungsrichtung erhalten wird. Da die Platten 13 und 20 14 immer parallel sind, ist die Schergeschwindigkeit in einem beliebigen Querschnitt gleich derjenigen in allen parallelen Querschnitten, so dass das Schergeschwindigkeitsfeld überall im Verdichtungszylinder vollständig homogen ist. Wenn das Drehmoment bei mehr als einer Schergeschwindigkeit gemessen 25 wird, können die Messungen entweder mit der gleichen Probe durch Ändern der Schergeschwindigkeit während des Messvorgangs durchgeführt werden, oder es wird für jede Schergeschwindigkeit eine neue Probe genommen, wobei alle Proben identisch sind. Wenn zwei Schergeschwindigkeiten benutzt wer-30 den, ist es vorteilhaft, dass die zweite Schergeschwindigkeit 5-bis lOmal grösser als die erste Schergeschwindigkeit ist, welche in der Grössenordnung von 0,5 1/Sekunde ist.

Das Fliessgrenz-Verhältnis (yield ratio) und die plastische Viskosität der Probe können z.B. leicht aus dem dem Umlaufen 35 der Kolben bei verschiedenen Schergeschwindigkeiten Widerstand leistenden Drehmoment berechnet werden.

Die verdichtete Probe kann als zylindrisches Teststück 22 verwendet werden, von welchem nach dem Aushärten die Festigkeits-Eigenschaften des Betons gemessen werden können. 40 Der Elektromotor kann gesteuert durch ein frei wählbares Programm in bestimmten Intervallen gestoppt werden, um die Anzahl der von den Kolben ausgeführten Umläufe n und die zugehörige Setzmasse (Slumps) S abzulesen. Statt dessen kann der Elektromotor kontinuierlich rotieren, und die Anzahl der 45 Umläufe der Kolben sowie die Setzmasse können kontinuierlich dem Speicher einer Prozess-Einheit 23 zugeführt werden, um die Verdichtbarkeit der Probe mittels eines Registriergerätes 21 darzustellen.

Mittels des erfindungsgemässen Verfahrens ist es möglich, so die Theologischen Eigenschaften einer zuzubereitenden Betonmasse schnell, d.h. in einigen wenigen zehn Minuten, zu messen und dabei eine zuverlässige Information zu erhalten, ob die Betonmasse für die Giessbarkeit in jedem besonderen Fall mit einer bestimmten Giessmaschine geeignet ist.

v

1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. 673 533

   2

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren für die Bestimmung der Eigenschaften von formbaren Materialien, wie granulären oder pulverförmigen Massen von Frisch-Beton und steifen Flüssigkeiten, insbesondere für die Bestimmung von deren plastischen und Theologischen Eigenschaften, bei welchem Verfahren eine Probe (20) mit einem bekannten Gewicht von der Masse genommen wird, die Probe einer Verformungswirkung unterworfen wird und eine Kompression (S) der Probe und die Anzahl dafür benötigter Bearbeitungs-Umläufe bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe (20) in zwei entgegengesetzten Richtungen mit einer konstanten Kraft (P) zusammengedrückt wird, die Probe unter einem konstanten Druck zwischen zwei parallelen, geneigten Ebenen (13, 14) verformt wird, welche ihre Stellung durch Umlaufen ändern, das Volumen (V und Vt) der Probe vor der Verformung und nach einer bestimmten Anzahl von Bearbeitungs-Umläufen (n) gemessen wird und die Grösse des dem Umlaufen der geneigten Ebenen (13, 14) Widerstand leistenden Drehmoments für die Probe mindestens bei einer bestimmten Schergeschwindigkeit der Probe gemessen wird, welche Schergeschwindigkeit von der Umlaufgeschwindigkeit der geneigten Ebenen und deren Neigungswinkel abhängt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schergeschwindigkeit während des Messvorgangs geändert wird und das dem Umlaufen Widerstand leistende Drehmoment bei jeder besonderen Geschwindigkeit gemessen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Schergeschwindigkeit eine neue Probe (20) genommen wird, wobei alle Proben identisch sind.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei verschiedene Schergeschwindigkeiten beim Messen des dem Umlaufen Widerstand leistenden Drehmoments verwendet werden, wobei die zweite Schergeschwindigkeit 5- bis lOmal grösser ist als die erste Schergeschwindigkeit.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schergeschwindigkeit von der Grössenordnung von 0,5 1/Sekunde ist.