DE1921681A1 - Verfahren zum Messen und Steuern des Wassergehalts im Frischbeton - Google Patents

Description

• Verfahren zum Messen und Steuern des 6Siassergehalts im Frischbeton Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen und Steuern des -assergehalts im Frischbeton während dessen Herstellung, ohne Unterbrechung des Mischvorgangs.
• Bekanntlich wird Beton aus den Komponenten Zement, Zuschlagstoff und Wasser hergestellt. Dabei ist die Komponente Wasser nur schwierig zu definieren, da die Zuschlagstoffe eine stark schwanl.ende Eigenfeuchte haben, die schwer zu erfassen ist und den Wassergehalt des Betons beträchtlich verändern kann.
• Nach A b r a m s ergibt sich die Betondruckfestigkeit D in Abhängigkeit von der Zementgüte, der Art und Menge der Zuschlagstoffe, der äußeren Einflüsse auf den Beton, des Alters des Be--tons und des Wassergehalts aus der Gleichung A BX worin D = die Betondruckfestigkeit, A und B Beiwerte, die die erwähnten Faktoren berücksichtigen, ( die aber fallweise konstant sind ) und x das Verhältnis Wasser : Zementvolumen bedeuten.
• Daraus geht eindeutig hervor, daß der Parameter x, der das Verhältnis Wasser : Zement ausdrückt, ( im folgenden kurz mit WZV bezeichnet ) das einzige und ausschlaggebende Kriterium für die Betonqualität darstellt. Ist das WZV meßbar und damit bekannt, ist auch die zu erwartende Betonqualität bekannt; kann es kann stant gehalten werden, ist auch die Betonqualität konstant. Sie ist dann nur noch von Verarbeitungsfaktoren abhängig, die aber zu wesentlich geringeren Streuungen der Festigkeitsdarbietung führen, als eine Schwankung des WZV.
• Verfahren, bei denen der Wassergehalt im Frischbeton während seiner Herstellung indirekt erfaßt wird - hierbei werden die Eigenschaften der Betonmischung gemessen, die sich mit dem Wassergehalt verändern - sind bereits bekannt. Bei einem dieser Verfahren wird der Widerstand gemessen, den die Frischbetonmischung innerhalb einer bestimmten Meßstrecke dem elektrischen Strom entgegensetzt. Die elektrische Leitfähigkeit ist abhängig vom Feuchtigkeitsgehalt der Probe innerhalb der Meßstrecke zwischen einem Elektrodenpaar. Nachteilig ist dabei die zwangsläufige Kürze der Meßstrecke, innerhalb der die Temparatur, die Homogenität, Struktur, Korngrößenverteilung, Kornform und der Fremdelektrolytgehalt der Betonmischung das Meßergebnis beträchtlich beeinflußen und bis zur Unbrauchbarkeit verfälschen können. Das gleiche gilt für ein anderes Verfahren, bei dem die Veränderung der Dielektrizitätskonstanten mit dem Feuchtigkeitsgrad durch kapazitive Messungen erfaßt wird. Bei einem weiteren Verfahren werden die Konsistenz und die plastischen Eigenschaften der Mischung, die sich mit dem Wassergehalt ändern, durch Messung des VJiderstandes der Mischung gegen eine Verformung für die Beurteilung des Wassergehaltes herangezogen. Dieser Widerstand drückt sich in einer mehr oder weniger großen Leistungsaufnahme des Mischermotors aus. Die Leistungsaufnahme des Mischermotors ist aber auch von Netzspannungsschwankungen und von zufälligen Störungen, wie Ki:eskorn1lemmung oder Maschinenfehler abhängig. Daher liefert dieses Verfahren ebenso wie die erwähnten anderen beiden bestenfalls nur grobe Anhaltswerte.
• Es ist auch schon bekannt, den Feuchtigkeitsgehalt der Zuschlagstoffe v o r ihrer Verarbeitung mit Zement und Wasser zu er-' mitteln und mit den gefundenen Meßwerten die Wasserzugabe zur Mischung zu steuern. Bei diesem Verfahren ist es zur Erzielung eines zuverlässigen Ergebnisses jedoch erforderlich,- sämtlichp Korngruppen getrennt zu messen, was wegen der großen Anzahl und der Kompliziertheit der dann notwendigen Geräte unwirtschaftlich ist.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den tatsächlichen Wassergehalt der Betonmischung mit hoher Genauigkeit auf wirtschaftliche Weise zu messen, zu steuern und zu registrieren.
• Die Messung des Wassergehaltes einer Probe erfolgt auf der Grundlage der Moderation schneller Neutronen an Wasserstoffkernen. Die von der Strahlungsquelle emittierte energiereiche Neutronenstrahlung hat ein großes Durchdringungsvermögen'durch Stoffe gleich welcher Art, weil keine Energie durch Ionisation verloren geht.
• Ein Energieverlust entsteht nur durch Stöße an andere Atomkerne, der umso größer ist, je mehr die Masse des Stoßpartners der Masse des Neutrons gleicht.
• Da nun die Masse eines Wasserstoffatoms etwa glelöh ist der Masse eines Neutrons, ist der Energieverlust bei Kollosionen mit Wasserstoff-Atomen am größten. Hier tritt-die stärkste'Moderation ( Abbremsung) der Neutronenenörgie ein.
• Die gestellte Aufgabe wird-dadurch gelöst, daß entweder son außen ohne Unterbrechung des Mischvorgangs durch die Wandung des Mischtroges hindurch die Wasserstoff-Atomkonzentration in der Mischung nach Neutronenbeschuß aus einer entsprechend starken Strahlungsquelle durch AuSzählen der moderierten Neutronen im Detektor gemessen wird und mit den gefundenen Meßwerten elektrische Vorgänge zum Steuern der Wasserdosierung und zur Registrierung des Wassergehaltes der in der Herstellung befindlichen Mischung ausgelöst werden. Oder, daß der Wassergehalt der Mischung unmittelbar nach Fertigstellung nach Verlassen der Mischmaschine nach demselben Prinzip ermittelt wird, wobei mit den hier erhaltenen Meßwerten die Wasserdosierung der nächst-nachfolgenden Mischung gesteuert wird, während sich die Registrierung auf den tçassergehalt der gemessenen, fertigen Mischung bezieht. Die letztere Meßanordnung liefert noch eine höhere Genauigkeit in der Aussage über den Wassergehalt der untersuchten Probe bei geringerer Strahlungsintensität der Neutronenquelle, weil man unmittelbar im Mischgut messen kann. Dafür muß durch Zwischenschaltung eines Meßsilos höheren Aufwand betreiben und die bereits fertiggestellte Mischung kann nic-ht mehr korrigiert werden, Nachteile, die mit der ersteren Meßanordnung vermieden werden. Dabei muß die Strahlungsquelle an einer Stelle unter dem Mischtrog angebracht werden, die von einer möglichst hohen Betonschicht überlagert ist, die nicht in Ruhe zu sein braucht, sondern während der Messung durchgearbeitet werden kann. Voraussetzung für die Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse sind eine starke Strahlungsquelle, ein empfindlicher Detektor und eine mengenmäßig möglichst gleiche Mischtrommelfüllung. Die dauernde Anderung der Mischgut-Lagerungsdichte durch den Mischvorgang wird während der Impulszählung statistisch ausgeglichen. Die Impulsrate, die naturgemäß möglichst hoch anzustreben ist, wird für die Steuer- und Registriervorgänge benutzt, nachdem sie in elektrische Größen - Ströme und Spannungen - umgesetzt ist.
• Die Vorteile dieses radiometrischen-Verfahrens sind: Die Erzielung einer bisher unerreichten Meßgenauigkeit des Wassergehaltes des Frischbetons bei einer Meßunsicherheit von maximal + o,25 ol.%, bezogen auf den fertigverdichteten Beton; Die Erlangung ausgeprägter Steuerspannungen, mit denen ein elektrischer Wasserdoseur'geregelt werden kann und die, auf ein Schreibgerät übertragen, die Möglichkeit eines laufenden und lückenlosen QualitätsnachWeisesder gesamten Betonproduktion eröffnen; die Einfachheit in Anbau und Anwendung der gesamten Meßeinrichtung und der Steuerorgane; das Vorliegen der gesamten Verfahrensausrüstung im Baukastensystem, was leichte Austauschbarkeit der Einzelteile und bequeme Zugänglichkeit für Montage und Reparatur bedeutet. Die Betonqualität läßt sich mit einer bisher nicht erreichbaren Gleichmäßigkeit und Zielsicherheit steuern und außerdem noch laufend beweiskräftig aufzeichnen.
• Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 3 bis 6.
• Anhand der in der beiliegenden Zeichnung dargestellten einzigen Figur wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben: Im Mischtrog der Mischmaschine (6) befinden sich Zement und Zuschlagstoffe in den vorgesehenen Anteilen / Mischung und eine bestimmte Mindestwassermenge aus dem Leitungsnetz (8), die über den Zulauf (4a) der Mischung beigegeben wird, deren Wassergehalt ( Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe + Mindestwasser ) noch deutlich unter dem Sollwert liegt. Unter dem Mischtrog (6) ist die Strahlungsquelle (1) und der Detektor mit Vorverstärker (2) angeordnet. Während die jetzt noch etwas zu trockene Mischung durchgearbeitet wird, läßt sich die Wasserstoff-Atomkonzentration durch (1) und (2) messen1 die vorverstärkten Impulse werden an den Impulsintegrator und Steuerspannungsgeber (5) weitergegeben. Dieser setzt die Impulse pro Zeiteinheit in elektrische Signale um, die sowohl an den elektrischen Wasserdoseur (L) für die Bemessung der orrekturwasser-Zugabe zur Mischung über den Zulauf (4b) bis zum vorgesehenen Sollwert des Wassergehalts / Mischung gehen, als auch zur S-teuerung des elektrischen Schreibgerätes (5) dienen.
• Wird zwischen dem Auslauf der Mischmaschine (6) und dem Transportgefäß (7) für den fertigen Beton ein Zwischensilo eingeschaltet, befinden sich die Strahlungsquelle (1) und der Detektor (2) als Sonde zusammengefaßt dort im zu untersuchenden Mischgut. Die Weitergabe und Verwertung der erhaltenen Meßwerte erfolgt wie oben beschrieben.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Messen und Steuern des Wassergehalts im Frischbeton während dessen Herstellung ohne Unterbrechung des Mischvorgangs, dadurch gekennzeichnet, daß von außen durch die Wandung des Illischtroges (6) hindurch die Wasserstoff-Atomkonzentration in der Mischung nach Neutronenbeschuß aus einer entsprechend starken Strahlungsquelle durch Auszählen der moderierten Neutronen im Detektor gemessen wird und mit den gefundenen Meßwerten elektrische Vorgänge zum Steuern der Wasserdosierung und der Registrierung des Wassergehalts der in der Herstellung befindlichen Mischung ausgelöst werden.

2. Verfahren zum Messen des Wassergehalts im Frischbeton unmittelbar nach seiner Herstellung und zur Steuerung des Wassergehalts der folgenden nächsten Mischung dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoff-Atomkonzentration in der ersten Mischung in einem Meßsilo radiometrisch wie im Verfahren nach Anspruch 1 ermittelt wird und mit den gefundenen Meßwerten elektrische Vorgänge zum Steuern der Wasserdosierung der nächst-folgenden Mischung und zur Registrierung des Wassergehalts der untersuchten, fertigen ersten Mischung ausgelöst werden.

j. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquelle (1) ein Americium - / Beryllium - Präparat mit einer Strahlungsintensität von mindestens looo milli-Curie (mCi) verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquelle (1)- ein Am-241 / Be - Präparat mit einer Strahlungsintensität von etwa loo mCi verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßsilo ein Gefäß mit mindestens 200 lt Fassungsvermögen, höchstens aber fUr die Aufnahme einer einzigen Mischcharge verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Detektor (2) eine größere Anzahl mit Bor-Trifluorid (BF3) unter Druck stehender Proportionalzählrohre benutzt wird.

7. Verfahren nach einem der ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die aasserdosierung elektrisch erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßergebnisse und Steuervorgänge auf einem an sich bekannten Schreibgerät (5) laufend beweiskräftig festgehalten werden.