DE102004002635A1 - Shrinkage tension measuring device for measuring tensions in building materials has an inflexible sample carrier held by fixed supports so that the torque arising from a shrinking applied sample is transferred to a load cell - Google Patents

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Abstract

Device in which a freshly mixed sample of a building material is applied to a sample carrier that is held between rigidly fixed supports and which is unable to move in a vertical direction. As a result of the drying out of the sample, which is unable to shrink, a torque is applied to the sample carrier, which in turns applies a torque to the fixed supports. A counter force applied by the supports is measured using a load cell, from which a value for the shrinkage stress can be calculated.

Description

Baustoffe, wie Beton, Putz, Estrich, Kleber, Spachtelmassen oder Vergussmassen ändern ihr Volumen, dementsprechend auch ihre Länge über die Zeit (siehe z.B. Scholz, W., Baustoffkenntnis, 11. Auflage, Düsseldorf 1987, Seite 258 ff.). Wird diese Längenänderung durch Verbund mit anderen Bauteilen oder durch Bewehrung behindert, ergibt sich im Baustoff eine Spannung. Übersteigt die Spannung die Zug- oder Druckfestigkeit des Materials, kommt es zur Rissbildung, also zu einer Zerstörung des Werkstoffs.building materials, like concrete, plaster, screed, glue, fillers or potting compounds change their volume, accordingly, their length over the Time (see, for example, Scholz, W., Baustoffkenntnis, 11th edition, Dusseldorf 1987, page 258 ff.). Will this change in length by bonding with others Components or impeded by reinforcement, results in the building material a tension. exceeds the tension is the tensile or compressive strength of the material, it comes Cracking, so to destruction of the material.

Die gebräuchlichsten Vorrichtungen, um Schwind- oder Dehnvorgänge von Baustoffen zu erfassen, sind Schwindrinnen (z.B US 4,369,653 ), Schwindkegel ( DE 100 46 284 A1 ) oder das manuelle Vermessen von Prismen (DIN 52 450). Gleichzeitig kann mittels Ultraschall der Erhärtungsverlauf ( DE 196 29 485 C2 oder US 4,259,868 ) und der E-Modul (bei Kenntnis der Materialdichte und Querkontraktionszahl) bestimmt werden, woraus sich rechnerisch die Schwindspannungen ermitteln lassen. Der Zusammenhang ist allerdings materialabhängig, wodurch diese Rechnung entsprechend fehlerbehaftet ist.The most common devices to detect shrinkage or stretching processes of building materials are Schwindrinnen (eg US 4,369,653 ), Schwindkegel ( DE 100 46 284 A1 ) or the manual measurement of prisms (DIN 52 450). At the same time, the course of hardening ( DE 196 29 485 C2 or US 4,259,868 ) and the modulus of elasticity (with knowledge of the material density and transverse contraction number), from which the shrinkage stresses can be calculated. However, the relationship is material-dependent, which makes this calculation correspondingly flawed.

Prüfvorrichtungen für das behinderte Schwinden balkenförmiger massiver Bauteile sind in der Literatur beschrieben (R. Springenschmid und P. Niesler Beton- und Stahlbetonbau 68, 1973, Heft 9, Seiten 221-226; oder E.Tazawa und K. Iida, Transaction of the Japan Concrete Insitute, Vol. 5, Seiten 119-126; oder DE 101 22 112 A1 ). Nachteile dieser Vorrichtungen sind, dass damit keine dünnen Bauteile, keine Verbundsysteme aus zwei Werkstoffen und nur bereits ausgehärtete Bauteile untersucht werden können. Der konstruktiv-technische und somit wirtschaftliche Aufwand ist bei diesen Systemen erheblich.Testing apparatuses for the disabled shrinkage of bar-shaped solid components are described in the literature (R. Springenschmid and P. Niesler Beton- und Stahlbetonbau 68, 1973, Issue 9, pages 221-226, or E.Tazawa and K. Iida, Transaction of the Japan Concrete Institute, Vol. 5, pp. 119-126; DE 101 22 112 A1 ). Disadvantages of these devices are that so that no thin components, no composite systems of two materials and only already cured components can be examined. The constructive-technical and thus economic effort is significant in these systems.

Weiter bekannt ist eine Anordnung zum Prüfen ringförmiger Proben (V. Lamour, A. Haouas, M. Moranville, J. Lebourgeois, Cerem Journal, Januar 2003). Damit sind Messungen auch während des Abbindens möglich, allerdings nicht in dünnen Schichten und nicht im Verbund mit anderen Materialien.Further A device for testing annular samples is known (V. Lamour, A. Haouas, M. Moranville, J. Lebourgeois, Cerem Journal, January 2003). Thus measurements are also during of bonding possible, but not thin Layers and not in combination with other materials.

Die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung erlaubt es, die in dünnen Schichten beim behinderten Schwinden oder Dehnen auftretenden Kräfte und Spannungen mit einer technisch einfachen Vorrichtung zu erfassen. Die oben beschriebenen Nachteile der bisherigen Konstruktionsprinzipien werden durch die Erfindung vermieden.The in claim 1 invention allows it, in thin layers in the disabled shrinkage or stretching forces and To detect voltages with a technically simple device. The above-described disadvantages of the previous design principles are avoided by the invention.

Wie in 1 gezeigt, wird die frisch angemischte Baustoffprobe (1; 1) in der gewünschten Schichtdicke auf einen Probenträger (1; 2) aufgetragen. Der Probenträger ist mit Hilfe der Verbindungselemente (1; 3) mit dem Gerätefundament (1; 5) verbunden, welche als definierte Auflager wirken. Die Verbindungselemente und das Fundament sind so ausgeführt, dass ihre Verformung vernachlässigt werden kann.As in 1 shown, the freshly mixed building material sample ( 1 ; 1 ) in the desired layer thickness on a sample carrier ( 1 ; 2 ) applied. The sample carrier is fixed by means of the connecting elements ( 1 ; 3 ) with the device foundation ( 1 ; 5 ), which act as defined supports. The fasteners and the foundation are designed so that their deformation can be neglected.

Die Auflager sind so ausgeführt, dass sie ein Durchbiegen des Probenträgers senkrecht zu einer gedachten Verbindungslinie zwischen den Auflagern nicht behindern.The Supports are designed that they are a bending of the slide perpendicular to an imaginary Do not obstruct the connection line between the supports.

Zwischen diesen Auflagern stützt sich der Probenträger mit der Probe auf einer wegkompensierten Kraftmessdose (1; 4) (siehe z.B. DE 1 194 167 , DE 2 643 437 , DE 3 243 350 ) ab. Bei Kraftmessdosen oder Wägevorrichtungen dieser Art wird eine lastbedingte Auslenkung des Lastaufnehmers aus einer Nulllage durch eine interne, z.B. elektromagnetische Kraftwirkung kompensiert. Es findet also keine mechanische Auslenkung statt.Between these supports, the sample carrier is supported by the sample on a path-compensated load cell ( 1 ; 4 ) (see eg DE 1 194 167 . DE 2 643 437 . DE 3 243 350 ). In load cells or weighing devices of this type, a load-induced deflection of the load receiver from a zero position is compensated by an internal, eg electromagnetic force effect. So there is no mechanical deflection.

Zu Beginn der Messung wird die Kraftmessdose tariert. Das durch die Schwind- oder Dehnvorgänge hervorgerufene Biegemoment verursacht Kräfte in den Auflagern. Die Gegenkraft wird durch die dazwischen angeordnete Kraftmessdose in bestimmten zeitlichen Abständen erfasst.To At the beginning of the measurement, the load cell is tared. That by the Shrinking or stretching processes caused bending moment causes forces in the supports. The drag is determined by the interposed load cell in certain time intervals detected.

Durch die Verwendung einer kompensierten Kraftmessdose tritt keine bleibende Verformung auf, da diese stets auf die Anfangsposition zurückregelt. Die Verformung des Probenträgers in Längsrichtung kann bei geeigneter Dimensionierung vernachlässigt werden.By the use of a compensated load cell does not occur permanently Deformation, as this always back to the initial position. The Deformation of the sample carrier in the longitudinal direction can neglected with suitable dimensioning.

Eine unerwünschte Durchbiegung des Probenträgers kann mit Dehnungssensoren (2; 6) erfasst werden. Eine Heizung des Probenträgers (1; 7) erlaubt es, besondere klimatische Randbedingungen nachzubilden. Die Temperatur und Feuchtigkeit in der Probe kann mit einem geeigneten Sensor (2; 8) erfasst werden. Mit einer Datenerfassungs- und Rechenanlage (2; 9) werden die Daten der Wägezelle erfasst und gespeichert, zusätzlich können hier die Daten der Temperatur-, Feuchte- und Dehnungssensoren erfasst werden.An undesired deflection of the sample carrier can be achieved with strain sensors ( 2 ; 6 ). A heater of the sample holder ( 1 ; 7 ) allows to simulate special climatic conditions. The temperature and humidity in the sample can be measured with a suitable sensor ( 2 ; 8th ). With a data acquisition and computer system ( 2 ; 9 ), the data of the load cell are recorded and stored, in addition, the data of the temperature, humidity and strain sensors can be recorded here.

Wie oben beschrieben, ist die Erfindung voll funktionsfähig. Der Vorteil liegt darin, dass das Messen von Schwind- und Dehnspannungen während des Abbindens, ab dem Zeitpunkt der Applikation der Probe auf den Probenträger möglich ist, so dass sehr dünne Schichten gemessen werden können. Ebenso erlaubt eine Variation der Probenträger und der Umweltbedingungen, dass auch der Einfluss der Wechselwirkung zwischen Probe, Untergrund und Klima untersucht werden kann. Sind die Schwind- oder Dehnspannungen bekannt, so kann durch eine Rezepturänderung der Baustoff gezielt in seiner Festigkeit und seinem Schwinden beeinflusst werden, und so die Schädigung durch Rissbildung minimiert werden.As described above, the invention is fully functional. The advantage is that the measurement of shrinkage and expansion stresses during setting, from the time of application of the sample on the sample carrier is possible, so that very thin layers can be measured. Likewise allows a variation of the sample carrier and the Um that the influence of the interaction between the sample, the subsurface and the climate can also be investigated. If the shrinkage or expansion stresses are known, the composition of the building material can be specifically influenced in terms of its strength and shrinkage by a formulation change, thus minimizing the damage caused by cracking.

Claims (10)

Vorrichtung zum Erfassen von Schwindspannungen bei behindertem Schwinden, wobei die frisch angemischte Baustoffprobe in der gewünschten Schichtdicke auf einen Probenträger aufgetragen wird. Der Probenträger ist außen mit Hilfe zweier Verbindungselementen mit dem Gerätefundament verbunden, welche als definierte Auflager wirken. Das Fundament und die Auflager sind so ausgeführt, dass ihre Verformung vernachlässigt werden kann. Die Auflager sind so ausgeführt, dass sie ein Durchbiegen des Probenträgers senkrecht zur gedachten Verbindunsglinie zwischen beiden Auflagern nicht behindern. Zwischen diesen Auflagern stützt sich der Probenträger mit der Probe auf einer wegkompensierten Kraftmessdose ab. Diese erfährt durch die Kraft keine Auslenkung. Während des Aushärtens der Baustoffprobe geht diese Probe einen Haftverbund mit dem Probenträger ein. Schwind- und Dehnvorgänge in der Baustoffprobe verursachen nun ein Biegemoment im Verbundsystem aus Probenträger und Baustoffprobe. Dieses Biegemoment verursacht Kräfte in den Auflagern. Die Gegenkraft wird durch die dazwischen angeordnete Kraftmessdose erfasst. Aus der gemessenen Kraft wird die innere Spannung im Baustoff errechnet.Device for detecting shrinkage stresses with obstructed shrinkage, the freshly mixed building material sample in the desired layer thickness on a sample carrier is applied. The sample carrier is outside with the help of two connecting elements with the device foundation connected, which act as defined supports. The foundation and the supports are made that their deformation neglected can be. The supports are designed to bend of the sample carrier perpendicular to the imaginary Verbindunsglinie between two supports do not hinder. Between these supports, the sample support is supported the sample on a wegkompensierten load cell from. This learns through the force no deflection. While of curing In the building material sample, this sample enters into an adhesive bond with the sample carrier. Shrinking and stretching processes in The building material sample now cause a bending moment in the composite system from sample carrier and building material sample. This bending moment causes forces in the Supports. The counterforce is arranged by the intervening Load cell detected. From the measured force becomes the inner Stress in the building material calculated. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch eine nicht kompensierte Kraftmessdose verwendet werden kann, wenn der durch den Messweg verursachte Messfehler vernachlässigbar ist.Device according to claim 1, characterized in that that also an uncompensated load cell can be used can if the measurement error caused by the measuring path negligible is. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Materialien als Probenträger verwendet werden.Device according to claims 1 and 2, characterized in that that different materials are used as sample carriers. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung in einer klimatisierten Umgebung betrieben wird.Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the measuring device operated in an air-conditioned environment becomes. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte der Kraftmessdose durch eine Rechenanlage digitalisiert, aufgezeichnet und weiterverarbeitet werden.Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the measured values of the load cell are digitized by a computer system, recorded and processed. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Probenträger Dehnungssensoren angebracht werden, um die Verformung desselben zu messen.Device according to claims 1 and 2, characterized in that that on the sample carrier Strain sensors are attached to the deformation of the same to eat. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Verformung des Probenträgers ebenfalls durch eine Rechenanlage erfasst wird.Apparatus according to claim 1, 2, 5 and 6, characterized characterized in that the measured deformation of the sample carrier also is detected by a computer. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenträger beheizt wird.Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the sample carrier is heated. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Probe gemessen wird.Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the temperature in the sample is measured. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuchte in der Probe gemessen wird.Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the moisture in the sample is measured.
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