DE102006042500B4

DE102006042500B4 - Vorrichtung zur Untersuchung von Materialeigenschaften eines Baustoffs

Info

Publication number: DE102006042500B4
Application number: DE200610042500
Authority: DE
Inventors: Peter Kuhnhenn; Gereon Behnen; Jürgen Rau
Original assignee: Bilfinger Berger AG
Current assignee: Implenia Construction GmbH
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2026-09-08
Also published as: DE102006042500A1

Abstract

Vorrichtung zur Untersuchung von Materialeigenschaften eines Baustoffs, insbesondere eines Mörtels, mit einem Behälter (1) zur Aufnahme des Baustoffs, wobei der Behälter (1) einen Durchgang (2) zum Einpressen des Baustoffs aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Behälter (1) ein Mittel zum Erzeugen eines Gegendrucks bezüglich des Einpressens des Baustoffs zugeordnet ist, dass das Mittel zum Erzeugen eines Gegendrucks eine bewegbare Trennwand (6) aufweist, dass die Trennwand (6) am Ende einer Stange oder eines Rohrs (7) angeordnet ist und dass die Trennwand (6) und die Stange oder das Rohr (7) als Schieber (8) ausgebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung von Materialeigenschaften eines Baustoffs, insbesondere eines Mörtels, mit einem Behälter zur Aufnahme des Baustoffs, wobei der Behälter einen Durchgang zum Einpressen des Baustoffs aufweist.
Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus der Praxis bekannt und existieren in unterschiedlichen Ausführungsformen. Dabei sind ganz allgemein Behältnisse bekannt, in denen bspw. ein Mörtel anordenbar ist, um bspw. hinsichtlich seiner Konsistenz und seines Aushärteverhaltens untersucht zu werden.
Baustoffe wie bspw. Mörtel werden in vielen Bereichen eingesetzt. Bspw. finden sie ihre Anwendung im Bereich des Tunnelbaus und insbesondere im Bereich des Tübbing-Ausbaus. Bei diesem Tübbing-Ausbau werden als Tunnelbohrmaschinen (TBM) Schildmaschinen eingesetzt, die einen Tunnel mit kreisförmigem Querschnitt erzeugen. Der Durchmesser der Tunnel beträgt dabei üblicherweise etwa zwischen 5 und 13 Metern. Der Tübbing-Ausbau wird insbesondere bei nicht standfestem Gebirge mit Lockerböden und vorhandenem Grundwasser eingesetzt. Hierdurch lässt sich beim Ausbau eine permanente Sicherung durch einen sogenannten einschaligen Tübbing-Ausbau realisieren. Bei Tübbingen handelt es sich um kreisringförmige Fertigteile aus Stahlbeton, Stahlfaserbeton oder Stahl/Gusseisen, die unmittelbar hinter dem Bohrkopf der Schildmaschine, noch im Schutz des Schildmantels, zu aufeinanderfolgenden Ringen zusammengefügt werden. Die Stärke weist abhängig vom Tunneldurchmesser und statischer Erfordernis Werte von ca. 30 bis 70 cm auf.
Bei einem derartigen Tunnelbau erfolgt die Hohlraumsicherung üblicherweise mittels Tübbingringen. Aus konstruktiven Gründen entsteht zwischen Ausbruchkontur und Außenumfang des Tübbing-Ausbaus ein ca. 130 bis 200 mm starker Ringspalt, der fortlaufend mit dem Vortrieb verfüllt oder verpresst wird. Abhängig von der anstehenden Geologie, den Grundwasserverhältnissen und vortriebsbedingten Randbedingungen können für die Ringspaltverfüllung/-verpressung unterschiedliche Verfahren und Materialmischungen zum Einsatz gelangen.
Wichtig für die planmäßige Herstellung der Tunnelröhre ist die Sicherstellung der vollständigen Rettung des Tübbingrings und damit die Schaffung eines standfesten Mörtels im verpressten Zustand. Diese Anforderungen können durch unterschiedliche Aufbauten der Mörtelmischung berücksichtigt werden.
Das Mörtelmaterial soll dabei folgende Eigenschaften aufweisen:

– Erzielung eines hohen Verfüllgrades des Ringraumes – gute Rettung der Segmente – durch geeignete Mörtelkonsistenzen und damit gute Fließeigenschaften.
– Verringerung der Spannungsumlagerung im anstehenden Boden zur Reduzierung der Setzungen.
– Auftriebssicherung der Tübbingringe soll nicht über Festigkeitsentwicklungen aus Hydratation, sondern über ein ideales Korngerüst erfolgen.
– Die Konsolidierung des Mörtels führt zu nur geringen Volumenverringerungen und wird durch eine gute Kornstützung erreicht. Die Konsolidierung erfolgt unmittelbar nach dem Verpressen in den Spalt und ist zeitnah abgeschlossen.
– Hoher E-Modul und günstige Scherfestigkeiten sind wichtiger als höhe Druckfestigkeiten.
– Bindemittelfreie Mischungen sollen bevorzugt eingesetzt werden, damit das Risiko für langsames Zusedimentieren oder Verstopfen der Leitung minimiert wird.
– Pumpbar durch alle Leitungsquerschnitte der TBM.
– Geringes Absetzverhalten nach längeren Stillständen zur Minimierung der Stopfergefahr.
– Beim Ringbau wird nicht injiziert. Mörtel verbleibt in den Leitungen und darf nicht entmischen oder sedimentieren, damit ein Anpumpen nach dem Stillstand problemlos möglich ist.
– Verarbeitungszeiten von mehreren Stunden sind sicherzustellen.
– Mörtelkonsistenz ist auf die Gegebenheiten anzupassen und wird durch das Verlaufsmaß und das Ausbreitmaß bestimmt.
– Dauerhaftigkeit und Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien über die Dauer der Nutzung des Bauwerks.
– Schädigungsfreies Verhalten gegenüber dem Segmentbeton.
– Erosion durch Grundwasserströmungen ist zu minimieren bzw. zu vermeiden.
– Umweltverträglichkeit.

Mischungen, die nicht die geforderten Eigenschaften aufweisen, können unerwünschte Auswirkungen wie bspw. Auftrieb, Bettungslücken, fehlende Dauerhaftigkeit und Beständigkeit, Risse oder Abplatzungen an den Tübbingen und unerwünschte Stillstände auf die Tunnelröhre und die Vortriebsleistung haben. Mit den gängigen Labor- und Baustellenversuchen lässt sich das Zusammenspiel von Material nach dem Verpressen-Ansteifen, Abbinden und Konsolidieren- und Boden nicht erfassen. Somit können die angenommenen, oft aus Erfahrungen resultierenden Vorgänge durch den Versuchsaufbau nicht nachgewiesen werden.
Neben den reinen Entwurfskriterien, die an einen Ringraummörtel gestellt werden, sind Aussagen über mechanische Eigenschaften des Materials im eingebauten Zustand von sehr wichtiger Bedeutung. Das statische System des Tübbing-Ausbaus ist eine Gelenkkette, die durch die oben genannte komplette Einbettung im umgebenden Baugrund stabilisiert wird. Relevanter Eingangsparameter für die Bauwerk-Baugrund-Interaktion der statischen Berechnung ist hierbei die „Bettung ks".
Diese Abhängigkeit ist nur dann gültig, wenn der Einfluss der Ringspaltverfüllung vernachlässigbar ist im Vergleich zum umgebenden Boden, d. h., wenn die Steifigkeit des Ringspaltmaterials – hier mit ER bezeichnet – in gleicher Größenordnung wie der Steifemodul des Bodens liegt. Häufig ist diese Voraussetzung aber nicht gegeben, bspw. im Fall von Felsvortrieben und bei einem Anfangszustand des noch flüssigen Verpressmörtels in dicht gelagerten Lockerböden, bei denen die Gebirgssteifigkeit wesentlich größer ist als die Steifigkeit des Ringspaltmaterials. In diesen Fällen ist die Steifigkeit des Ringspaltmaterials ER ein maßgeblicher oder sogar der relevante Eingangswert für die statische Berechnung und die Ermittlung der Bettungsverhältnisse. Ebenso wird dieser Steifigkeitswert ER des Ringspaltmaterials generell bei Finite-Element-Berechnungen, bspw. Setzungsberechnungen, zur realistischen Simulation des Ringspalts benötigt.
Die Problematik besteht darin, dass weder ein geeigneter Versuchsaufbau noch realistische Steifigkeitswerte aus Versuchsergebnissen für Ringspaltmischungen bisher bekannt sind.
In der Praxis behilft man sich in der Regel für statische Berechnungen mit sehr groben Schätzwerten, die keinen Aufschluss über die Eignung einer bestimmten Mischung geben. Als Eignungskriterium wird dann neben materialtechnischen Eigenschaften, bspw. Fließverhalten, Pumpbarkeit, Ausbreitmaß und Wasserabgabe, häufig die Festigkeitsentwicklung herangezogen. Die Festigkeit stellt aber aus technischer Hinsicht kein geeignetes Kriterium dar, wie an folgendem Beispiel sofort ersichtlich ist: Im Felstunnelbau wird häufig „Perlkies", d. h. feinkornfreier Kies, zur Ringspaltverfüllung eingeblasen. Fachgerecht ausgeführt, stellt er eine ausreichende Rettung für die Tübbingringe sicher. Perlkies als rolliges Bodenmaterial besitzt einen Steifemodul, aber keinerlei Festigkeit.
Die Entwicklung einer Rezeptur für den Ringraummörtel wird momentan durch viele Laborprüfungen und ggf. Testläufe kurz vor oder während der Tunnelanfahrt geprägt. Ein erfolgreicher Abschluss dieser Materialentwicklung basiert neben den Laborversuchen derzeit noch sehr stark auf den Erfahrungen der Entwickler und Anwender. Es bedarf einiger Erfahrung, um schnell und zielgerichtet ein passendes System für den jeweiligen Vortrieb aufstellen zu können.
Im Zusammenhang mit bereits durchgeführten Vorhaben konnten Grundlagen erarbeitet werden. Diese sind bereits in die aktuelle Arbeit mit aufgenommen. Bisher kann weder im Labor noch auf der Baustelle zufriedenstellend die Frage nach der Bettung des Tübbingrings im eingebauten Zustand beantwortet werden.
Aus der DE 203 00 014 U1 ist bereits eine Vorrichtung zur Untersuchung von Materialeigenschaften eines Baustoffs mit allen Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bekannt. Im Konkreten dient die bekannte Vorrichtung zur Bestimmung der Sedimentationsneigung von Frischbeton, wozu die Vorrichtung drei aufeinandersetzbare Behälter aufweist. Die Behälter weisen jeweils Öffnungen und damit Durchgänge zum Einfüllen und möglicherweise auch Einpressen des Baustoffs auf.
Die DE 27 03 353 B2 zeigt ebenfalls eine Vorrichtung zur Untersuchung von Materialeigenschaften eines Baustoffs, nämlich der Fließeigenschaften eines plastischen Fluids. Die bekannte Vorrichtung weist gemäß 6 einen Behälter mit einem darin eingetauchten Rohr auf, wobei in dem Rohr ein Schüttmaterial zur Erzeugung eines Gegendrucks angeordnet ist.
Aus der DE 32 46 050 A1 ist eine Vorrichtung zur Untersuchung der Verformbarkeit keramischer Massen bekannt. Dabei wird ein Prüfzylinder mit der zu prüfenden Masse gefüllt und anschließend über einen Kolben gestülpt. Der mit einer Kolbenstange als funktionelle Einheit ausgebildete Kolben weist an einem Ende einen zur Aufnahme des Baustoffs angeordneten kegelförmigen Masseaustritt zum Austreten der Masse aus dem Prüfzylinder auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der der Verpressvorgang und das Materialverhalten eines Baustoffs im eingebauten Zustand sicher untersucht werden können.
Die voranstehende Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Untersuchung von Materialeigenschaften eines Baustoffs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass dem Behälter ein Mittel zum Erzeugen eines Gegendrucks bezüglich des Einpressens des Baustoffs zugeordnet ist, dass das Mittel zum Erzeugen eines Gegendrucks eine bewegbare Trennwand aufweist, dass die Trennwand am Ende einer Stange oder eines Rohrs angeordnet ist und dass die Trennwand und die Stange oder das Rohr als Schieber ausgebildet sind.
In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, dass eine realistische Simulierung eines Einpressvorgangs eines Baustoffs auf überraschend einfache Weise durch einen geeigneten Behälter gelöst ist, dem ein Mittel zum Erzeugen eines Gegendrucks bezüglich des Einpressens des Baustoffs zugeordnet ist. Eine derartige Vorrichtung kann sowohl im Bereich einer Baustelle als auch im Labor zur Anwendung kommen und zur Untersuchung der Materialeigenschaften des Baustoffs vor, während und nach dem Einpressen dienen. Der Behälter simuliert dabei einen zu verfüllenden Hohlraum.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich das Materialverhalten des Baustoffs während des Verpressvorgangs und im verpressten Zustand bestimmen. Mit den erhaltenen Ergebnissen können Fragen nach dem bestmöglichen Materialmix für die gewünschte Anwendung zielsicher beantwortet werden. Insbesondere können Entscheidungen zum Einsatz von Zement zur Verfestigung oder zum Einsatz von zementfreien Systemen sicher getroffen werden. Des Weiteren können mit der Vorrichtung Steifemoduli von Ringspaltmischungen gemessen werden. Des Weiteren kann der Bettungsmodul des Mörtels ermittelt werden und können Pumpverträglichkeiten und Wechselwirkungen mit diversen Böden untersucht werden.
Situationen mit Gegendruck treten auch bei der Verfüllung eines Ringspalts im Tübbing-Tunnelbau auf. Die Trennwand kann während des Einpressens des Baustoffs als Reaktion des Eindringens des Baustoffs in den Behälter zurückweichen. Je nach Bewegbarkeit der Trennwand ist ein höherer oder niedrigerer Gegendruck simulierbar.
Folglich ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Vorrichtung angegeben, mit der der Verpressvorgang und das Materialverhalten eines Baustoffs im eingebauten Zustand sicher untersucht werden können.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung könnte der Behälter einen oberen und einen unteren Teil aufweisen. Der obere Teil könnte dabei einen Ringspalt mit einer entsprechenden Mächtigkeit simulieren, während der untere Teil für die Aufnahme der zugehörigen Bodenprobe verwendet werden kann. Grundsätzlich sollte der Behälter eine zur Simulation der realen Vorgänge ausreichende Abmessung aufweisen.
Bei einer konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltung könnte der Behälter auf den oberen Teil verkleinerbar sein. Der Einbau einer Bodenprobe könnte dabei entfallen und lediglich ein Einpressen des Baustoffs in den oberen Teil erfolgen. Hierzu könnte der untere Teil in besonders vorteilhafter Weise abnehmbar sein.
Im Hinblick auf einen einfachen Transport und einen einfachen Einsatz der Vorrichtung an unterschiedlichen gewünschten Testorten könnte der Behälter zerlegbar und/oder transportierbar sein. Im Hinblick auf eine besonders stabile Vorrichtung könnte der obere Teil einen Rahmen aufweisen. Je nach Rahmenstärke ist die Stabilität der Vorrichtung definierbar. Dies ist insbesondere bei einer gewünschten Druckfestigkeit des Behälters vorteilhaft. Der Behälter könnte für einen anwendungsüblichen Druck ausgelegt sein. Ein Einpressen des Baustoffs mit entsprechendem Druck wäre damit ermöglicht.
Zur sicheren und kontrollierten Bewegung des Schiebers im Behälter könnte der Schieber auf einer Schiene in dem Behälter geführt sein. Hierdurch ist ein Verbiegen des Rohrs oder der Stange sicher vermieden.
Im Konkreten könnte die Schiene am unteren Rand des oberen Teils oder Rahmens angeordnet sein. Mit anderen Worten könnte der Schieber auf der Schiene im oberen Teil des Behälters aufliegen.
Der Durchgang zum Einpressen des Baustoffs könnte im oberen Teil des Behälters ausgebildet sein, um eine sichere Verfüllung des oberen Teils zu gewährleisten. Bei einer besonders praktischen Ausgestaltung könnte das Rohr durch den Durchgang geführt oder mit dem Durchgang strömungsverbunden sein, so dass das Einpressen des Baustoffs durch das Rohr und die Trennwand hindurch in einen Hohlraum durchführbar ist, der durch den Schieber und die Innenwände des oberen Teils des Behälters sowie durch einen ggf. im Behälter angeordneten Boden gebildet ist. Der Boden kann entweder durch eine Bodenprobe oder durch eine untere Platte des Behälters gebildet sein.
Beim Einpressen des Baustoffs durch das Rohr und die Trennwand oder durch den Durchgang hindurch in den Hohlraum verschiebt sich die Trennwand bzw. der Schieber entsprechend dem Füllungsgrad des Behälters. Dabei schiebt sich das Rohr sukzessive durch den Durchgang aus dem Behälter heraus. In einem Startzustand vor dem Einpressen des Baustoffs könnte der Schieber vollständig in den Behälter eingeschoben sein, wobei ein nur kleiner oder gar kein Hohlraum vorhanden sein muss. Erst beim Einbringen des Baustoffs vergrößert sich der Hohlraum oder Füllraum des Baustoffs.
Bei einer besonders vorteilhaften Verwendung der Vorrichtung könnte der obere Teil vor dem Einpressen des Baustoffs mit Wasser, einer Suspension oder einer geeigneten anderen Flüssigkeit befüllt sein. Dies dient zur Simulation des Gegendrucks, zumindest aber um Undichtigkeiten an der Fuge zwischen der Trennwand und dem Boden zu vermeiden. In diesem Zusammenhang könnte zwischen dem Rohr und dem Durchgang eine Dichtung angeordnet sein, um ein Auslaufen einer eingebrachten Flüssigkeit zu verhindern.
Zur Simulation der Wasseraufnahme eines Bodens könnte der Behälter eine Drainage aufweisen. Im Konkreten könnte der untere Teil – vorzugsweise am Rand – eine Auskleidung aus einem Drainage-Vlies aufweisen. Der untere Teil könnte mindestens einen Auslass aufweisen, der mit dem Drainage-Vlies strömungsverbunden sein könnte.
Zur Simulierung unterschiedlicher Wasseraufnahmefähigkeiten und Wasseraufnahmegeschwindigkeiten könnte der mindestens eine Auslass eine Druckregulierung oder einen Druckminderer aufweisen. Hierdurch lässt sich die Flüssigkeitsabfuhrgeschwindigkeit regeln.
Bei einer konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltung könnte der Auslass oder könnten die Auslässe in Seitenwänden des unteren Teils ausgebildet sein.
Auch der obere Teil könnte mindestens einen Auslass und/oder mindestens einen Einlass aufweisen. Ein derartiger Auslass könnte ebenfalls zum Auslass von bspw. Wasser bei einem vorgegebenen Druck dienen. Der mindestens eine Einlass könnte zum Einfüllen von Wasser vor einer Materialuntersuchung verwendet werden.
Je nach Erfordernis und je nach Experiment könnte der mindestens eine Auslass und/oder der mindestens eine Einlass eine Druckregulierung oder einen Druckminderer aufweisen.
Zur Bereitstellung eines weitestgehend geschlossenen Behälters könnte der obere Teil einen vorzugsweise abnehmbaren Deckel aufweisen. Um eine Druckfestigkeit zu gewährleisten, könnte der Deckel verwölbungssteif sein.
Hinsichtlich einer Messung der Steifigkeit des Baustoffs nach dem Verpressen könnten dem Behälter Mittel zum Aufbringen einer Prüfkraft auf den Baustoff zugeordnet sein. Derartige Mittel zum Aufbringen einer Prüfkraft auf den Baustoff könnten ein gegen oder in den Baustoff pressbares Druckelement aufweisen. Ein derartiges Druckelement könnte in konstruktiv besonders einfacher Weise ein Druckzylinder sein. Zur Messung der Steifigkeit kann die Eindringtiefe in den Baustoff gemessen werden.
Im Hinblick auf eine konstruktiv einfache Zuordnung des Druckelements zum Behälter könnte das Druckelement oder der Druckzylinder gegen einen Bügel oder gegen ein Joch abstützbar sein. Der Bügel oder das Joch könnte weiterhin an dem Behälter oder an dem oberen Teil des Behälters angelenkt und aus einer Ruheposition in eine vorzugsweise vertikale Arbeitsposition schwenkbar sein.
Bei Verwendung eines Deckels könnte das Druckelement oder der Druckzylinder durch einen Durchgang im Deckel führbar sein.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Überprüfung des Verpressvorgangs und des Materialverhaltens eines Mörtels im eingebauten Zustand möglich, wobei die Wechselwirkung zwischen Mörtel und einem Boden ermittelt werden kann. Darüber hinaus kann eine realistische Steifigkeit des Ringspaltmaterials unter Simulation der tatsächlichen Verhältnisse im eingebauten Zustand ermittelt werden. Mit der Durchführung von Versuchen zur Ermittlung der Materialsteifigkeit ER mit der Vorrichtung an verschiedenen Materialmischungen kann eine Datenbank erhalten werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als Ringraummörtelverpressbox zum Testen von Ringraummörteln verwendet werden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird erstmalig das Beproben von Mörteln unter realistischen Randbedingungen und mit standardisierten Laborverfahren möglich. Dabei können alle erforderlichen Schichten in die Vorrichtung eingebracht und durch das Verpressen baustellennahe Eigenschaften erzeugt werden. Durch das Aufbringen einer Prüfkraft können mechanische Eigenschaften des Baustoffs direkt in der Einrichtung untersucht werden. Das Verpressen kann über einen einstellbaren Differenzdruck von Förderdruck oder Einpressdruck und Gegendruck, bspw. Wasserdruck im Behälter, erfolgen. Die Simulation entspricht dem Verpressen beim Vortrieb über den Schildschwanz einer Tunnelbohrmaschine, wobei der Schieber als Schildschwanz fungieren kann.
Durch eine geeignete Drainage kann eine Entwässerung der Prüfmaterialien und der Bodenprobe erfolgen.
Zwischen dem oberen und dem unteren Teil kann ein Druckgefälle vorliegen, das die Wasserabgabe des Baustoffs bei der Aushärtung und/oder Abbindung und/oder Konsolidierung im Ringraum simuliert.
Nach Abschluss der Verpressung und nach Abschluss einer Aushärtung und/oder Abbindung und/oder Konsolidierung des Baustoffs können diverse Messungen und/oder Probenentnahmen erfolgen.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige
Fig. in einer schematischen und perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Untersuchung von Materialeigenschaften eines Baustoffs.
Die einzige Figur zeigt in einer schematischen und perspektivischen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Untersuchung von Materialeigenschaften eines Baustoffs, insbesondere eines Mörtels, mit einem Behälter 1 zur Aufnahme des Baustoffs. Im Hinblick auf eine sichere Untersuchung der Verpressung und des Materialverhaltens eines Baustoffs im eingebauten Zustand weist der Behälter 1 einen Durchgang 2 zum Einpressen des Baustoffs auf.
Der Behälter 1 weist einen oberen Teil 3 und einen unteren Teil 4 auf. Falls erforderlich, kann der Behälter 1 auf den oberen Teil 3 verkleinert werden, wozu der untere Teil 4 abnehmbar ist. Der Behälter 1 ist zerlegbar und transportierbar.
Der obere Teil 3 weist einen Rahmen 5 auf, der die Druckstabilität des Behälters gewährleistet.
Dem Behälter 1 ist ein Mittel zum Erzeugen eines Gegendrucks bezüglich des Einpressens des Baustoffs zugeordnet. Das Mittel zum Erzeugen des Gegendrucks weist eine bewegbare Trennwand 6 auf, die am Ende eines Rohrs 7 angeordnet ist. Trennwand 6 und Rohr 7 bilden gemeinsam einen Schieber 8, der in dem Behälter 1 geführt ist.
Das Rohr 7 ist durch den Durchgang 2 geführt, so dass das Einpressen des Baustoffs durch das Rohr 7 und die Trennwand 6 bzw. einen Durchgang in der Trennwand 6 durchführbar ist.
Der untere Teil 4 weist am Rand eine Auskleidung aus einem Drainage-Vlies 9 auf, wobei in den Behälter 1 eingebrachtes Wasser durch einen Auslass im unteren Teil 4 abfließen kann.
Der obere Teil 3 weist einen abnehmbaren Deckel 10 auf. Dem Behälter 1 sind Mittel zum Aufbringen einer Prüfkraft auf den Baustoff zugeordnet. Diese Mittel weisen ein gegen oder in den Baustoff pressbares Druckelement 11 in Form eines Druckzylinders 12 auf. Der Druckzylinder 12 ist gegen einen Bügel 13 abstützbar. Der Bügel 13 ist am oberen Teil 3 des Behälters 1 angelenkt und aus einer Ruheposition in eine vertikale Arbeitsposition schwenkbar. Der Druckzylinder 12 ist durch einen Durchgang 14 im Deckel 10 führbar.
Der Behälter 1 wird bspw. für einen Druck von maximal 5 bar ausgelegt. Das Verpressen des Baustoffs kann durch eine Leitung mit einem Durchmesser von 50 mm erfolgen, um die Verhältnisse bei einer Schildschwanzverpressung zu simulieren.
Im unteren Teil 4 des Behälters 1 sind an allen Seitenwänden Wasserauslässe mit Druckregulierung angebracht. Dabei sind der Wasserdruck, der Verpressdruck und der Druck im Baustoff steuerbar und in der Steuerung durch einstellbare Parameter in gegenseitiger Abhängigkeit verknüpfbar. Der Wasserdruck ist dabei der Druck des vor dem Beginn des Einpressens des Baustoffs in den Behälter eingebrachten Wassers. Das Wasser im Boden und aus dem Baustoff kann ggf. durch den Überdruck verdrängt werden, damit der Baustoff konsolidieren kann.
Der Schieber 8 sollte verwindungssteif sein. Er wird durch das Aufbringen des Druckgefälles oder des gesamten Verpressdrucks verschoben.
Der Einbau einer möglichst ungestörten Bodenprobe ist im unteren Teil 4 vorgesehen. Der Ausbau des verpressten Materials sollte ohne Störungen möglich sein.
Zu Beginn des Verpressens oder Einpressens kann der obere Teil 3 mit Wasser oder einer Suspension befüllt sein. Dies dient zur Simulation des Gegendrucks, wobei der Wasserdruck durch den Anschluss an eine Wasserleitung mit Druckminderer geregelt oder gesteuert werden kann. Die verschiebbare Trennwand 6 wird durch den Wasserdruck im Gegendruck zum Einpressen gesteuert. Der Baustoff oder ein Mörtel wird mit späterem Verpressdruck bis zum Behälter 1 gefördert und anschließend zwischen der Innenwand des Behälters 1 und dem Schieber 8 verpresst.
Beim Abführen des Wassers kann die Vorrichtung mittels Druckreglern derart eingestellt werden, dass das eingefüllte Wasser zuerst aus dem unteren Teil 4 austritt und dann bei Erreichen eines gewissen Drucks aus dem oberen Teil 3.
Mit Hilfe einer Drainageleitung in der Versuchsapparatur kann die Durchlässigkeit des umgebenden Bodens und die Wasserabgabe in diesen simuliert werden. Dabei besteht die Möglichkeit, die Oberseite als „Grenzfall" komplett zu öffnen, wozu der Deckel 10 abgenommen werden kann.
Neben der Steifigkeitsermittlung zu verschiedenen Zeitpunkten können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch das Schrumpfmaß, das Fließverhalten, das Pumpverhalten und die Wasserabgabe ermittelt werden und es können Proben zur Festigkeitsermittlung entnommen werden. Durch die Drainage können dabei beliebige Bodenverhältnisse als Randbedingung realistisch simuliert werden.
Nach ausreichendem Erhärten bzw. unmittelbar nach Einbringen des Baustoffs oder Mörtels kann die Beprobung verschiedener physikalischer und mechanischer Eigenschaften erfolgen.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Gesamtablauf des Aufbereitens, Pumpens und Verpressens in einem Versuchsaufbau – Mischer, Pumpe und Versuchsbehälter – baustellennah getestet werden.
Im Labor können Baustellenbedingungen nachgestellt werden und es können realistische Aussagen zum Verfüllgrad des Ringspalts getätigt werden. Dabei sind Aussagen zur Wechselwirkung Boden-Baustoff möglich. Die Frage nach dem Grad der Konsolidierung eines Baustoffs oder Mörtels kann besser als bisher geklärt werden. Aufgrund der Standardisierung eines Laborverfahrens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden Ergebnisse verschiedener Prüfserien vergleichbar.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.

Claims

Vorrichtung zur Untersuchung von Materialeigenschaften eines Baustoffs, insbesondere eines Mörtels, mit einem Behälter (1) zur Aufnahme des Baustoffs, wobei der Behälter (1) einen Durchgang (2) zum Einpressen des Baustoffs aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Behälter (1) ein Mittel zum Erzeugen eines Gegendrucks bezüglich des Einpressens des Baustoffs zugeordnet ist, dass das Mittel zum Erzeugen eines Gegendrucks eine bewegbare Trennwand (6) aufweist, dass die Trennwand (6) am Ende einer Stange oder eines Rohrs (7) angeordnet ist und dass die Trennwand (6) und die Stange oder das Rohr (7) als Schieber (8) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) einen oberen (3) und einen unteren Teil (4) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) auf den oberen Teil (3) verkleinerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Teil (4) abnehmbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) zerlegbar und/oder transportierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil (3) einen Rahmen (5) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (8) auf einer Schiene in dem Behälter (1) geführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene am unteren Rand des oberen Teils (3) oder Rahmens (5) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (2) zum Einpressen des Baustoffs im oberen Teil (3) des Behälters (1) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (7) durch den Durchgang (2) geführt oder mit dem Durchgang (2) strömungsverbunden ist, so dass das Einpressen des Baustoffs durch das Rohr (7) und die Trennwand (6) hindurch durchführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rohr (7) und dem Durchgang (2) eine Dichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) eine Drainage aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Teil (4) – vorzugsweise am Rand – eine Auskleidung aus einem Drainage-Vlies (9) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Teil (4) mindestens einen Auslass aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Auslass eine Druckregulierung oder einen Druckminderer aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass oder die Auslässe in Seitenwänden des unteren Teils (4) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil (3) mindestens einen Auslass und/oder mindestens einen Einlass aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Auslass und/oder der mindestens eine Einlass eine Druckregulierung oder einen Druckminderer aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil (3) einen vorzugsweise abnehmbaren Deckel (10) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (10) verwölbungssteif ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass dem Behälter (1) Mittel zum Aufbringen einer Prüfkraft auf den Baustoff zugeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Aufbringen einer Prüfkraft auf den Baustoff ein gegen oder in den Baustoff pressbares Druckelement (11) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckelement (11) ein Druckzylinder (12) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckelement (11) oder der Druckzylinder (12) gegen einen Bügel (13) oder ein Joch abstützbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Bügel (13) oder das Joch an dem Behälter (1) oder dem oberen Teil (3) des Behälters (1) angelenkt und aus einer Ruheposition in eine vorzugsweise vertikale Arbeitsposition schwenkbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckelement (11) oder der Druckzylinder (12) durch einen Durchgang (14) im Deckel (10) führbar ist.