DD216540A1 - METHOD FOR DETERMINING THE STRENGTH DEVELOPMENT OF CERTAIN CEMENT EXPOSURE SYSTEMS - Google Patents

METHOD FOR DETERMINING THE STRENGTH DEVELOPMENT OF CERTAIN CEMENT EXPOSURE SYSTEMS Download PDF

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DD216540A1 DD25270083A DD25270083A DD216540A1 DD 216540 A1 DD216540 A1 DD 216540A1 DD 25270083 A DD25270083 A DD 25270083A DD 25270083 A DD25270083 A DD 25270083A DD 216540 A1 DD216540 A1 DD 216540A1
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ultrasound
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DD25270083A
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Juergen Oecknick
Karl-Heinz Schluessler
Sigrid Skwirblies
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Juergen Oecknick
Schluessler Karl Heinz
Sigrid Skwirblies
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren z. Analyse der durch verfahrenstechnische und baustoffliche Effekte hervorgerufenen Zustandsaenderung erhaertender Zement-Zuschlagstoffsysteme mittels Ultraschall. Durch ein erhaertendes Moertel- oder Betongemisch werden kontinuierlich Ultraschallsignale gesendet, deren Laufzeit gemessen und daraus die Ultraschallgeschwindigkeit-Zeit-Charakteristik entwickelt. Der Wendepunkt der Zeitkurve dient als Richtwert zur Prognostizierung des zu erwartenden Druckfestigkeitsverlaufes. Das Verfahren ist zerstoerungsfrei, wobei Schwankungen der stofflichen Zusammensetzung der Zement-Zuschlagstoffsysteme sowie der Erhaertungsbedingungen registriert werden und der sich ergebende veraenderte Festigkeitsverlauf erfasst werden kann. Das Verfahren ist zur optimalen Steuerung der Betonerhaertung einsetzbar.The invention relates to a method z. Analysis of the state change of upgrading cement aggregate systems caused by procedural and structural effects by means of ultrasound. Ultrasound signals are continuously transmitted through a moertel mixture or concrete mix, their transit time is measured and the ultrasonic velocity-time characteristic is developed. The inflection point of the time curve serves as a guideline for the prognosis of the expected compressive strength curve. The process is non-destructive, whereby fluctuations in the composition of the cement aggregate systems and the hardening conditions can be registered and the resulting changed strength profile can be recorded. The method can be used for optimum control of concrete hardening.

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren zur Bestimmung der Pestigkeitsentwicklung erhärtender Zement-Zuschlagstoff systemeMethod for determining the pestness development of hardening cement aggregate systems

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prognostizierung des Verlaufes der Pestigkeitsentwicklung von im Bauwesen gefertigten, erhärtenden Zement-Zuschlagstoffsystemen·The invention relates to a method for predicting the course of the pestness development of structural cementing, hardening cement aggregate systems.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Die Verfestigung von plastischen Betongemischen unterliegt bestimmten Gesetzmäßigkeiten» die nur in begrenztem Maße qualitativ und quantitativ vorhersehbar sind· Traditionelle Prüfmethoden der Frisch- und Pestbetoneigenschaften besitzen zwar nach wie vor Bedeutung, beleuchten aber nur in unzureichenderweise den kinetischen Aspekt der Strukturbildung. Damit fehlen dem Hersteller echte Informationen über die Strukturbildungsprozesse und damit über den Verlauf der Pestigkeitsentwicklung. Eine effektive Gestaltung der Betonerhärtung wird daher unmöglich. Bisher wird die Festigkeitsent-, Wicklung von Betongemischen, für die eine Abhängigkeit von der Zeit, Temperatur und stofflichen Zusammensetzung besteht, im allgemeinen vorher an Probekörpern ermittelt.The solidification of plastic concrete mixtures is subject to certain laws and regulations that are only to a limited extent qualitatively and quantitatively foreseeable. Traditional test methods of fresh and pest concrete properties are still important, but only inadequately highlight the kinetic aspect of structure formation. Thus, the manufacturer lacks real information about the pattern formation processes and thus about the course of pest development. An effective design of the concrete hardening is therefore impossible. So far, the strength Ent-, winding concrete mixes, which is a function of the time, temperature and material composition, generally previously determined on test specimens.

« η π r η jfi O 1 .* -4 Λ Π ß *Ä (I «Η π r η jfi O 1. * -4 Λ Π ß * Ä (I

Es wird'davon ausgegangen, daß die gleiche Betonfestigkeit erreicht ist, wenn das Produkt aus Erhärtungstemperatur und Erhärtungszeit gleiche Werte annimmt· Die erforderlichen Richtwerte (Gradstundenzahlen) werden an Probekörpern ermittelt und auf die Fertigung von Betonerzeugnissen unterschiedlichster Bauteilabmessungen übertragen· Die gleiche Methodik wird für die Kontrolle der Festigkeitsentwicklung von Beton mittels Ultraschall angewendet· Dabei werden 40 50 Probekörper entsprechender stofflicher Zusammensetzung hergestellt, unter den jeweiligen Temperaturbedingungen durchschallt und der mechanischen Druckfestigkeitsprüfung unterzogen» Aus den erhaltenen Werten wird eine Eichkurve erstellt (Schallgeschwindigkeitswert wird der jeweiligen Druckfestigkeit zugeordnet), die als Grundlage fUr die Prüfung der Festigkeitsentwicklung am Bauteil dient·It is assumed that the same concrete strength is achieved when the product of hardening temperature and hardening time assumes the same values. The required standard values (number of hours) are determined on test specimens and transferred to the production of concrete products of most different component dimensions. The same methodology is used for the Controlling the strength development of concrete by means of ultrasound · 40 50 test specimens of corresponding material composition are produced, sonicated under the respective temperature conditions and subjected to the mechanical pressure strength test »From the values obtained a calibration curve is created (sound velocity value is assigned to the respective compressive strength), which is used as the basis is used for testing the strength development on the component

Die nach diesen Methoden für den Steuerungs- und Optimierungsprozeß am zu fertigenden Bauteil ermittelten Werte sind jedoch vielfach verfälscht, da die Bestimmung der Druckfestigkeit des Bauteilbetons zu einem beliebigen Zeitpunkt auf der Basis von Vergleichsmessungen an Probekörpern mindestens mit einem Fehler von +15 % behaftet ist· Die physiko-mechanischen Eigenschaften des Betons im Fertigteil weichen erheblich von denen im Probekörper ab, da sich bereits beim Einbringen und Verdichten Unterschiede ergeben· Zudem lassen sich die in praxi herrschenden Erhärtungsbedingungen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit und dgl·) im Labor nicht simulieren bzw· sind nicht vorhersehbar. Dazu kommt, daß die stoffliche Zusammensetzung eines Betongemisches besonders bei größeren Bauteilen nicht immer konstant gehalten werden kann· Messungen des elektrischen Widerstandes an erhärtenden Betonen haben sich nicht als vorteilhaft erwiesen, da sich zwar Extremwerte messen lassen, diese aber nicht eindeutig charakteristischen Phasen des Erhärtungsprozesses zuzuordnen sind. Hinzu kommt, daß die elektrische Leitfähigkeit durch eine Vielzahl von Faktoren in unkontrollierbarer Weise beeinflußt wird.However, the values determined by these methods for the control and optimization process on the component to be manufactured are often falsified, since the determination of the compressive strength of the component concrete at any time on the basis of comparison measurements on specimens is at least associated with an error of +15 % . The physico-mechanical properties of the concrete in the finished part deviate considerably from those in the test specimen, since differences already occur during introduction and compression. In addition, the curing conditions prevailing in practice (temperature, air humidity and the like) can not be simulated in the laboratory unpredictable. In addition, the material composition of a concrete mixture can not always be kept constant, especially with larger components. Measurements of the electrical resistance on hardening concretes have not proven to be advantageous since extreme values can be measured, but these can not be clearly assigned to characteristic phases of the hardening process are. In addition, the electrical conductivity is influenced by a variety of factors in an uncontrollable manner.

Kapazitätsmessungen an erhärtenden silikatischen Baustoffgetnengen haben auf Grund der auftretenden Energieverluste einen stark eingegrenzten Anwendungsbereich.Capacitance measurements on hardening silicate building material screens have a very narrow scope of application due to the energy losses occurring.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die Vorausbestimmung des Verlaufes der Festigkeitsentwicklung von Zement-Zuschlagstoffsystemen direkt am sich verfestigenden Bauteil, wodurch eine Überwachung und optimale Steuerung des Erhärtungsprozesses ermöglicht wird. /The object of the invention is to predetermine the course of strength development of cement aggregate systems directly on the consolidating component, thereby enabling monitoring and optimal control of the hardening process. /

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, um im Frühstadium der Betonerhärtung den zu erwartenden Verlauf der Druckfestigkeit zu bestimmen. Erfindungsgemäß wird die Festigkeitsentwicklung von erhärtenden Zement-Zuschlagstoffsystemen dadurch prognostiziert, daß durch Baukonstruktionen, Bauteile oder Proben in bestimmten Zeitabständen Ultraschallimpulse geschickt werden, deren Laufzeit gemessen und daraus die Ultraschallgeschwindigkeit-Zeitabhängigkeit ermittelt wird, aus deren Änderung, insbesondere der maximalen Änderung, die Druckfestigkeitsentwicklung des erhärtenden Systems vorausbestimmt wird.The invention has for its object to develop a method to determine the expected course of compressive strength in the early stages of concrete hardening. According to the development of strength of hardening cement aggregate systems is predicted by ultrasound pulses are sent through building structures, components or samples at certain intervals whose duration is measured and from the ultrasonic velocity-time dependence is determined from the change, in particular the maximum change, the compressive strength of the hardening system is predetermined.

Die Geschwindigkeit eines Ultraschallimpulses durch ein erhärtendes Zementstein-, Mörtel- oder Betongemisch bleibt zunächst nahezu konstant ( Kurve I in Pig. 1,0 ^Lt ^t-), steigt während der Strukturverfestigungsphase proportional zur Erhärtungszeit an (±2 =S t stJ und strebt nach Erreichen des Zustandes, an dem der Verformungswiderstand des Stoffes langsamer zuzunehmen beginnt als die Druckfestigkeit, wieder einem konstanten Wert zu (t >*t^).The velocity of an ultrasonic pulse through a hardening cement stone, mortar or concrete mixture initially remains almost constant (curve I in Pig. 1.0 ^ Lt ^ t-), increases during the structure strengthening phase in proportion to the hardening time (± 2 = S t stJ and After reaching the state where the deformation resistance of the substance begins to increase more slowly than the compressive strength, it again strives for a constant value (t> * t ^).

Es wurde überraschend gefunden, daß zwischen der Ultraschallgeschwindigkeit-Zeit-Abhängigkeit (Kurve I in Pig. 1) und der Pestigkeitsentwicklung (Kurve II) ein enger Zusammenhang besteht. Als Kriterium gilt der Wendepunkt P^, d.h. der Punkt des maximalen Anstieges der Ultraschallgeschwindig-It has surprisingly been found that there is a close relationship between the ultrasonic velocity-time dependence (curve I in Pig. 1) and the pestness development (curve II). The criterion is the inflection point P ^, i. the point of maximum increase in ultrasound speed

keit, der Überraschenderweise auch den Verlauf der Verfestigung des erhärtenden Systems charakterisiert· Für die Entwicklung der Schallgeschwindigkeit und der Druckfestigkeit in Abhängigkeit von der Erhärtungszeit gilt die einheitliche Prozeßkurve in Pig· 2 und.die dementsprechende Prozeßgleichung:The development of the speed of sound and the compressive strength as a function of the hardening time are governed by the uniform process curve in Pig.

O,32trO, 32tr

Der Anstieg und damit der Verlauf von v(t) und R(t) im konkreten Pail hängt von der Relativzeit V ab· PUr die Druckfestigkeit gilt:The rise and thus the course of v (t) and R (t) in the concrete Pail depends on the relative time V. PUr the compressive strength is:

^Druckfestigkeit =(5,43 -JL)1»01 . (2)^ Compressive strength = (5,43 -JL) 1 » 01 . (2)

Da der maximale Anstieg der Ultraschallgeschwindigkeit und Druckfestigkeit zur gleichen ZeitBecause the maximum increase in ultrasonic speed and compressive strength at the same time

V tf (3) V tf (3)

erreicht wird, kann der Verlauf der einzelnen Erhärtungsphasen sowie die Druckfestigkeitsentwicklung bereits im FrUhstadium der Betonerhärtung prognostiziert werden· Hierbei werden Veränderungen in der stofflichen Zusammensetzung der Betöngemische sowie veränderte Erhärtungsbedingungen registriert und der entsprechend veränderte Pestigkeitsverlauf erfaßt· Pur instationäre Erhärtungsbedingungen (bei sich ständig ändernder Temperatur), kann die zu erwartende Festigkeitsentwicklung über eine Differentialgleichung prognostiziert werden, die durch die Prozeßgrößen ά,_ und t,„ amthe course of the individual hardening phases and the development of compressive strength can already be predicted in the early stage of concrete hardening · Changes in the material composition of the concrete mixes and changed hardening conditions are registered and the corresponding change in the pest history is recorded. · Pur transient hardening conditions (with constantly changing temperature) , the expected strength development can be predicted using a differential equation defined by the process variables ά, _ and t, "on

W WW W

Wendepunkt bestimmt wird· (Pig· 3)·Turning point is determined · (Pig · 3) ·

Es gilt:The following applies:

CXw Ultraschall = %22 (4) CXw ultrasound =% 22 (4)

' . # . . w .'. # . , w.

OCw Druckfestigkeit = ^2^ (5)OCw compressive strength = ^ 2 ^ (5)

Für die Bestimmung und Auswertung der Ultraschallgeschwindigkeit eignet sich eine Vorrichtung, die in ihrem Komplex einen Mikrorechner mit Bildschirmeinheit, ein Ultraschallgerät und dementsprechende Priifköpfe einschließt.For the determination and evaluation of the ultrasound velocity, a device is suitable, which includes in its complex a microcomputer with screen unit, an ultrasound device and corresponding test heads.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachfolgend an einem AusfUhrungsbeiapiel erläutert werden:The invention will be explained below on an exemplary embodiment:

Es wird die Festigkeitsentwicklung eines erhärtenden Kiesbetons prognostiziert. Als Bindemittel wird PZ 1/40 gewählt. Die Zementmenge beträgt 331 kg/m , der Wasserzementwert = — =0,5. Kurz nach dem Anmachen, Verdichten und EinbringenIt is predicted the strength development of a hardening gravel concrete. The binder used is PZ 1/40. The cement quantity is 331 kg / m, the water cement value = - = 0.5. Shortly after dressing, compacting and insertion

Z des Gemisches werden die Ultraschallschwinger an den Beton angekoppelt. Danach erfolgt die kontinuierliche Laufzeitmessung der Ultraschallimpulae, die den Beton durchlaufen. Die Schallgeschwindigkeit ändert sich in Abhängigkeit von der Erhärtungszeit (Pig. 4). Der Wendepunkt der Ultraschallgeschwindigkeit-Zeit-Grafik wird nach 14 Stunden registriert. Gemäß den Beziehungen (1), (2) und (3) gilt:Z of the mixture, the ultrasonic vibrators are coupled to the concrete. Thereafter, the continuous transit time measurement of Ultraschallimpulae, which go through the concrete. The speed of sound changes depending on the hardening time (Pig. 4). The inflection point of the ultrasonic speed-time graph is registered after 14 hours. According to relations (1), (2) and (3):

= 14 Stunden,= 14 hours,

5,523,5,523,

0,1329.1329

PUr die Erhärtungszeit von 28 Tagen nimmt O^ (C) dann den Wert von 0,9505 an. Damit wird nach 14 Stunden eine Festigkeitsentwicklung von 13,9 %, bezogen auf den 28-Tagewert erreicht. Die Festigkeitsentwicklung nach 1,3,7 und 14 Tagen ist in Tabelle 1 ausgewiesen.The hardening time of 28 days then becomes 0.9505. Thus, after 14 hours, a strength development of 13.9%, based on the 28-day value is achieved. The strength development after 1,3,7 and 14 days is shown in Table 1.

Tabelle 1Table 1

Erhärtungszeit (d)Hardening time (d)

27,827.8

3 62,93 62.9

7 81,67 81.6

14 90,314 90.3

Claims (1)

Erfindungsanspruch ,Claim of invention, Verfahren zur Bestimmung der Festigkeitsentwicklung von erhärtenden Zement-Zuschlagstoffsystemen mittels Ultraschall, gekennzeichnet dadurch, daß durch Baukonstruktionen, Bauteile oder Proben Ultraschallimpulse in bestimmten Zeitabständen gesendet Werden, deren Laufzeit gemessen wird, und aus der Änderung, insbesondere der maximalen Änderung der Ultraschallgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit die Druckfestigkeitsentwicklung des erhärtenden Systems vorausbestimmt wird*A method for determining the strength development of hardening cement aggregate systems by means of ultrasound, characterized in that ultrasound pulses are sent at certain time intervals, the transit time is measured by building structures, components or samples, and from the change, in particular the maximum change in the ultrasonic velocity in dependence Time the compressive strength development of the hardening system is predetermined * Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this 3 sheets of drawings λ λ η α Ο Cl λ λ η α Ο Cl
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3507206A1 (en) * 1985-03-01 1986-09-04 Friedrich Karl Dipl.-Ing. Dipl.-Geol. 6100 Darmstadt Dannenberg Method and configuration for determining the properties of rocks
DE19629485A1 (en) * 1996-07-12 1998-01-22 Geotron Elektronik Rolf Kromph Ultrasonic measurement of concrete compressive strength to determine time for demoulding setting concrete

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