DE19615915C2 - Verfahren zum Überwachen und Steuern der Festigkeit von Betonsteinen bei deren chargenweiser Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen und Steuern der Festigkeit von Betonsteinen bei deren chargenweiser Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1.

Bei den bekannten Herstellungsverfahren für Betonsteine erfolgt die Qualitätskontrolle der hergestellten Steine gemäß DIN 18 501 nur einmal je 5 bzw. 10 Fertigungstage und im Rahmen einer Fremdüberwachung zweimal jährlich. Aufgrund der Schwankung sowohl im Kornbereich, wie auch im Wassergehalt der angelieferten Zuschlagstoffe sind größere Schwankungen innerhalb kürzerer Zeiträume nicht zu vermeiden, selbst wenn die Ver­ fahrensparameter konstant gehalten werden und der Wassergehalt der angelieferten Zu­ schlagstoffe berücksichtigt wird. Es besteht deshalb ein Bedarf an einer quasi kontinuierli­ chen Qualitätskontrolle jeder Charge der Grünware und einer Einflußnahme auf den Prozeß, wenn die Qualität einer Charge nicht den Anforderungen entspricht.

Durch die DE-A1-35 30 681 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Formlingen, insbesonde­ re von Betonsteinen gleichbleibender Rohdichte und Abmessungen bekannt geworden. Um die vorgegebene Rohdichte und die vorgegebene Steinhöhe genau einzuhalten und bei Ab­ weichungen mit geringstmöglicher Taktverzögerung die Fertigungsparameter wieder auf die vorgegebenen Werte einzuregulieren, wird nacheinander an den entformten Formlingen die Steinhöhe und das Gewicht gemessen und aus diesen Werten die Rohdichte mittels eines Rechners errechnet. Bei einer Abweichung des Ist-Wertes der Rohdichte der Form­ linge vom Soll-Wert wird der Grad der Verdichtung durch Ändern des Vibrationsgrades, beispielsweise durch längeres oder stärkeres Vibrieren verändert. Die hierdurch bewirkte Volumenänderung, d. h. die Änderung in der Höhe der Formlinge wird ausgeglichen, indem auch eine Korrektur beim Füllungsgrad der Form vorgenommen wird. Die Ermitt­ lung der Höhe der Formlinge und damit des Volumens erfolgt durch eine Höhenabtastvor­ richtung, die vorzugsweise zwei abhängig gekoppelte Rollentaster enthält, unter denen das die Formlinge tragende Brett und die Steinlage hindurchlaufen. Eine Änderung des Mengenverhältnisses der dem Mischer zugeführten Materialien (Zuschlagstoffe, Zement, Wasser) ist nicht vorgesehen.

Bei der Herstellung von Betonsteinen werden die angelieferten Betonzuschlagstoffe, vorwiegend Sand und Kies, gemäß einer vorgegebenen Sieblinie, ferner Zement und gegebenenfalls Betonzusatzmittel in genau abgewogenen Mengen und in einem vorgegebe­ nen Gewichtsverhältnis einem Mischer zugeführt und dort einer Trockenmischung unter­ worfen. Mittels Feuchtigkeitssonden im Mischer wird die Eigenfeuchte gemessen, die je nach Witterung der im freien gelagerten Betonzuschlagstoffe innerhalb weiter Grenzen schwanken kann. Unter Berücksichtigung der beim Trockenmischvorgang ermittelten Eigenfeuchte wird dann abhängig von einem empirisch gewonnenen Wert des Wasser- Zement-Faktors für das betreffende Gemisch in einem Wassercomputer der Wasserbedarf für die Betonmischung errechnet und dem Mischer zugeführt. Nach dem gleichmäßigen Vermischen wird das Gemisch in einen Formkasten gebracht und hier zur Herstellung der Grünware nach vorgegebenen Parametern mechanisch verdichtet. Sodann werden die Betonsteine lagenweise auf einer Palette abgelegt, das aus wenigstens einer Steinlage bestehende Steinpaket gewogen und anschließend zum Trocknen gelagert.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruches 1 die Herstellung der Betonsteine mit der vorgeschriebenen Abmessung und Festigkeit bei minimalem Zementeinsatz zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun­ gen des Verfahrens sind den übrigen Ansprüchen zu entnehmen.

Beim Verfahren nach der Erfindung werden die Auswirkungen von Schwankungen des Feinstkornanteils der angelieferten Zuschlagstoffe und des Zements auf das Volumen und die Rohdichte der Grünware erfaßt und korrigiert.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß Abweichungen, die im Volumen beziehungsweise in der Rohdichte aufeinanderfolgender Chargen der Grünware auftreten, obwohl die Verfahrens­ parameter konstant gehalten werden, im wesentlichen durch Änderungen des Feinstkorn­ anteils (Kleinstkornanteils) in den Zuschlagstoffen und im Zement verursacht werden. Erhöht sich der Feinstkornanteil im Zuschlag oder im Zement, dann wird die Kornmassen­ fläche, das heißt die Gesamtoberfläche der Körner größer und es wird mehr Wasser benötigt, um diese Gesamtoberfläche vollständig zu benetzen. Der Wasserbedarf zur vollständigen Benetzung der Körner wird größer.

Wenn beim erfindungsgemäßen Verfahren bei einer Charge festgestellt wird, daß der Ist- Wert der Rohdichte mehr als durch den Toleranzbereich vorgegeben vom Soll-Wert abweicht, dann wird nicht der Vibrationsgrad, d. h. die Intensität oder Länge des Rüttelvor­ gangs geändert, sondern es wird durch Ändern der Wasserzugabe in den Mischer oder durch Ändern der zugegebenen Zementmenge der Wasser-Zement-Faktor korrigiert, und als Folge hiervon beim gleichen Vibrationsgrad das Volumen beziehungsweise die Roh­ dichte auf den Soll-Wert gebracht. Diese Maßnahme, - bei sonst konstant gehaltenen Verfahrens- und Maschinenparametern wird lediglich der Wasser-Zement-Faktor, vorzugs­ weise lediglich die Wasserzugabe geändert -, beruht auf der Erfahrung, daß durch die erwähnten Schwankungen im Feinstkorngehalt die Verdichtungswilligkeit der Betonmasse beim Rüttelvorgang wesentlich beeinflußt wird, was sich wiederum auf die Rohdichte der Grünware auswirkt. Vergrößert sich beispielsweise der Feinstkorngehalt gegenüber einer früheren Charge, dann steht verglichen zur früheren Charge, selbst bei unverändertem Wert der Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe nicht mehr ausreichend Wasser zur Verfügung, um sämtliche Körner benetzen zu können und der Beton kann bei unverändertem Vibra­ tionsgrad nicht gleich stark verdichtet werden. Das Volumen der Steine ist verglichen zur vorherigen Charge vergrößert und die Rohdichte verringert. Durch Zugabe von Wasser, d. h. Änderung des Wasser-Zement-Faktors, wird die Verdichtungswilligkeit des Betons vergrößert und beim gleichen Vibrationsgrad das vorgeschriebene Volumen beziehungs­ weise die vorgeschriebene Rohdichte erreicht. Dies wird ermöglicht mittels einer aus­ reichenden Benetzung sämtlicher Körner, wodurch verglichen zu einer Vergrößerung der Rohdichte durch einen intensiveren Rüttelvorgang eines zu trockenen Betons nicht nur die Rohdichte auf den Soll-Wert gebracht wird, sondern die Bindewirkung des Zements besser ausgenutzt und damit die Festigkeit verbessert wird.

Grundgedanke der Erfindung ist es, bei der Herstellung der Betonsteine eine Aussage über den Benetzungsgrad der Kornmassenfläche von Zuschlägen und Zement zu erhalten und den Benetzungsgrad im Hinblick auf eine optimale Benetzung zu steuern. Der Benetzungs­ grad wird bei sonst gleichbleibenden Parametern und bei dem vorgegebenen, empirisch gewonnenen Wasser-Zement-Wert im wesentlichen durch den Feinstkornanteil im Zuschlag bzw. im Zement bestimmt. Da die Verdichtungswilligkeit des Betons und damit Volumen und Rohdichte der Grünware bei in Intensität und Zeit unverändertem Rüttelvorgang vom Grad der Benetzung abhängig ist, wird das Volumen beziehungsweise die Rohdichte als Kriterium für das Ausmaß der Benetzung herangezogen und der Wasser-Zement-Faktor, insbesondere die Wasserzugabe, bei sonst unveränderten Verfahrensparametern so ver­ ändert, daß der gewünschte Benetzungsgrad erreicht wird.

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand einer Figur näher erläutert. Die Figur stellt schematisch den Prozeßablauf mit integrierter Qualitätskontrolle zur Her­ stellung von Pflastersteinen aus Beton dar.

Einem Mischer 1 werden nach einer vorgegebenen Rezeptur genau gewogene Mengen von Zuschlagstoffen, wie Sand, einer vorgegebenen Sieblinie, ggf. Betonzusatzmittel und Zement zugeführt und das genau zusammengestellte Mischgut trocken gemischt. Bei diesem Trockenmischvorgang wird mittels installierter Sonden die Eigenfeuchte des Materials gemessen. Die gemessenen Feuchtigkeitswerte werden an einen nicht darge­ stellten Wassercomputer weitergegeben. Der Wasserbedarf (Wasser-Zement-Wert) wird vom Computer auf der Grundlage empirisch gewonnener und eingespeicherter Werte unter Berücksichtigung der Eigenfeuchte des Materials berechnet. Dann wird dem Mischer 1 die noch fehlende Wassermenge zugeführt. Danach erfolgt die Naßmischzeit, während der durch die installierten Sonden die Endfeuchte der Mischung gemessen wird. Wenn der eingegebene Wasser-Zement-Wert erreicht ist, wird die fertige Betonmischung über einen Auslaßtrichter 2 des Mischers 1 auf ein Zuführband 3 gegeben. Mit diesem wird sie einem auf einem Reversierband 4 befestigten Zwischenbehälter 5 zugeführt, von dem aus sie wahlweise in ein Kernbetonsilo 6 oder in ein Vorsatzsilo 7 gebracht werden kann. Das beschriebene Verfahren erlaubt die Herstellung von Zwei-Schicht-Steinen, die aus einer Kernbetonschicht und einer Verschleißschicht von z. B. 7 bzw. 1 cm bestehen. Aus diesem Grund ist ein Kernbetonsilo 6 für die Kernbetonschicht und ein Vorsatzsilo 7 für die Verschleißschicht vorgesehen. Mengen und Mischungsverhältnisse für diese beiden Silos sind verschieden. Deshalb wird auch eine im Mischer 1 hergestellte Betonmischung (Kernbeton oder Vorsatz) entweder in das Silo 6 oder in das Silo 7 gegeben.

Unterhalb des Kernbetonsilos 6 ist ein Füllwagen 8 und unterhalb des Vorsatzsilos 7 ein Füllwagen 9 angeordnet. Diese Füllwagen können über eine, zwischen den Silos darge­ stellte Form gefahren werden, um diese entweder mit Kernbeton oder mit Vorsatzmaterial zu befüllen. Die Form 10 enthält gitterartig angeordnete Wände mit jeweils einem Öff­ nungsquerschnitt zwischen den Wänden, der dem Querschnitt der zu fertigenden Steine entspricht. Vor dem Befüllen der Form 10 wird unter diese ein Rütteltisch 11 gefahren, der die unteren Öffnungen der Form abdeckt und ein Verdichten der Betonmischung in der Form erlaubt.

Nach dem gleichmäßigen Befüllen der Form mit dem genau abgemessenen Gewicht an Kernbeton werden die am Rütteltisch 11 angebrachten, nicht dargestellten Vibratoren betätigt und der in der Form befindliche Beton vorverdichtet.

Danach erfolgt in ähnlicher Weise wie bei der Kernbetonbefüllung der Form 10 eine Befüllung mit Vorsatzmaterial aus dem Vorsatzsilo 7 mittels des Füllwagens 9. Es wird auf den vorverdichteten Kernbeton von einer Höhe von etwas mehr als beispielsweise 7 cm eine Schicht aus Vorsatzmaterial von etwas mehr als beispielsweise 1 cm aufgebracht, um einen Stein einer Dicke von 8 cm mit einer Verschleißschicht von 1 cm herzustellen. Nach dem Befüllen der Form mit Vorsatzmaterial wird auf die Form eine Auflast aufgebracht und das Gebilde aus Rütteltisch, Form und Auflast einer Hauptrüttelung unterworfen.

Das Maß der Vorrüttelung und Hauptrüttelung, d. h. für die Vorverdichtung und Hauptver­ dichtung ist durch Parameter festgelegt, die ebenso einzuhalten sind, wie die vorgegebene Rezeptur an Zuschlagstoffen und Zement, damit die erfindungsgemäße, integrierte Quali­ tätskontrolle durchgeführt werden kann.

Nach erfolgter Hauptrüttelung fährt der Rütteltisch 11 wieder zur Seite. Um Behinderun­ gen mit anderen Geräten der Anlage zu vermeiden, verläuft die Laufbahn des Rütteltisches 11 nicht wie dargestellt, sondern senkrecht hierzu, d. h. der Rütteltisch 11 fährt nach hinten weg.

Unterhalb der Form befindet sich ein Hubtisch 12 der über einen Rollengang 13 mit Paletten 14 aus einem Palettenmagazin 15 beschickbar ist. Auf dem Hubtisch 12 ist eine Palette 14 dargestellt, die bereits eine Steinlage 16 von dem vorherigen Arbeitsschritt trägt. Durch Absenken der Form 10 auf die Steinlage 16 und Ausstoßen der Steine aus der Form 10 wird auf der Palette 14 die zweite Steinlage 16 abgelegt. Der beschriebene Arbeitsvorgang wiederholt sich bis die gewünschte Anzahl von Steinlagen auf der Palette erreicht ist, die durch die Steinstärke vorgeschrieben ist. Bei einer Steinstärke von 6 cm sind es 10 Steinlagen, bei einer Steinstärke von 8 cm sind es 8 Steinlagen und bei einer Steinstärke von 10 cm sind es 6 Steinlagen. Jeweils nach einer gefertigten Steinlage wird der Hubtisch 12 um die Steinstärke abgesenkt. Wenn die vorgeschriebene Anzahl der Steinlagen erreicht ist, wird das so gebildete Steinpaket 17 auf einen Rollengang 18 gebracht und hier die Höhe des Steinpaketes mittels einer Lasermessung exakt bestimmt. Zu diesem Zweck wird die Höhe der Oberkante der Palette und die Steinhöhe an mehreren nebeneinander liegenden Stellen beim Durchlauf des Steinpaketes durch eine Lichtschranke gemessen. Auf diese Weise kann die mittlere Höhe des Steinpaketes und damit das Gesamtvolumen der Steine des Paketes exakt bestimmt werden, da der Querschnitt der Steine durch die Form 10 vorgegeben ist.

Liegt bei, im Arbeitsprozeß sonst eingehaltenen, vorgeschriebenen Parametern, das Volumen des Steinpakets und damit eines Steins nicht innerhalb der vorgeschriebenen Toleranzgrenze so ist dies ein Zeichen dafür, daß wegen der beim angelieferten Zuschlag­ stoff oder Bindemittel geänderten Kornmassenfläche der eingestellte Wasser-Zement-Wert der Betonmischung bei der gemessenen Charge nicht die gewünschte Benetzung ermög­ licht. Durch eine Korrektur der Wasserzugabe und damit einer Korrektur des Wasser- Zement-Wertes wird dem für die nächsten Chargen Rechnung getragen.

Vom Rollengang 18 gelangt das Steinpaket 17 auf den Rollengang 19 auf dem das Gewicht des Steinpaketes ermittelt wird. Aus ermitteltem Gewicht und Volumen des Steinpaketes, das noch die Grünware darstellt, wird die Rohdichte ermittelt. Dies kann durch einen Prozeßrechner erfolgen.

Wie das schematische Schaubild zeigt, ist die Messung in den Prozeß integriert und erlaubt eine quasi kontinuierliche Qualitätskontrolle. Aufgrund einer solchen Qualitätskon­ trolle ist es möglich das teure Bindemittel Zement in minimaler Menge einzusetzen, da eine ausreichende Benetzung sämtlicher Körner des gewünschten steifen Betons durch Korrektur des empirischen Wasser-Zement-Wertes stets gewährleistet ist. Die Korrektur erfolgt durch Änderung der Wasserzugabe bei sonst unveränderten maschinellen Ferti­ gungsparaninetern, wie Rüttelintensität, Rüttelzeit und Einfüllmenge.

Claims (6)

1. Verfahren zum Überwachen und Steuern der Festigkeit von Betonsteinen bei deren chargenweiser Herstellung, bei dem Betonzuschlagstoffe einer vorgegebenen Siebli­ nie, Zement, Wasser und ggf. Betonzusatzmittel einem Mischer nach einer vorgegebenen Rezeptur in genau abgewogenen Mengen in einem vorgegebenen Gewichtsverhältnis zugeführt und in diesem gleichmäßig vermischt werden, das Gemisch in einen Formkasten gebracht und hier zur Herstellung der Grünware nach vorgegebenen Parametern mecha­ nisch verdichtet wird, dann die Betonsteine lagenweise auf einer Palette abgelegt werden und das aus wenigstens einer Steinlage bestehende Steinpaket zum Trocknen gelagert wird, wobei das Volumen der Grünware bestimmt und bei einer, einen vorgegebenen Toleranz­ bereich übersteigenden Abweichung vom Sollwert bei einer darauffolgenden Charge der Ist-Wert auf den Soll-Wert des Volumens korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen durch Ändern des Wasser-Zement-Faktors korrigiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen durch Ändern der zugegebenen Wassermenge korrigiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt der Betonzuschlagsstoffe vor der Zugabe des Wassers in den Mischer gemessen und bei der Wasserzugabe berücksichtigt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Bestimmung des Volumens die Höhe des aus wenigstens einer Lage von Betonsteinen bestehenden Steinpakets einer Charge gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe mittels eines die Oberflächenhöhe des Steinpakets an mehreren Stellen messenden Lichtstrahls erfaßt und der gemessene Wert ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steinpaket vor dem Trocknen gewogen, aus Gewicht und Volumen der Grünware die Rohdichte bestimmt und bei Abweichungen vom Soll-Wert durch Ändern des Wasser-Zement-Faktors der Soll-Wert der Rohdichte eingestellt wird.