DE19808306A1

DE19808306A1 - Verfahren zur Steuerung und Regelung von Transportbeton hinsichtlich Konsistenz und Wasserzementwert (w/z) mit fachgerechtem Qualitätsnachweis

Info

Publication number: DE19808306A1
Application number: DE1998108306
Authority: DE
Inventors: Kilian
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1999-09-02

Description

Die Erfindung entwickelt ein Verfahren zur Steuerung und Regelung von Transportbeton hinsichtlich Konsistenz und Wasserzementwert (w/z) über die ganze Zeitspanne hinweg, von der ersten Mischung bis zur Übergabe auf der Baustelle, mit fachgerechtem Qualitätsnachweis, wobei auch Teilladungen bis hin zur vollständigen Leermachung der Mischertrommel des Transportfahrzeuges erfaßt werden können.

Qualitätsverfall

Die in Bauwerken verarbeiteten Baustoffe Mörtel und Beton werden von einem drastischen Quali tätsverfall heimgesucht. Beim Übergang von der handwerklichen Fertigung auf die Massenproduktion wurden die Nachteile dieser Entwicklung nicht ausreichend kompensiert. Die Vorteile der Massen produktion werden demgegenüber in der Praxis ausgenutzt. Beton ist dadurch zum Synonym für bil lig und schnell geworden. Diese Feststellung hat 1990 niemand anders als der damalige Präsident bei der Industrieverbände Zement sowie Steine/Erden getroffen.

Der Patentantrag befaßt sich mit den darauf bezogenen noch ungelösten Problemen insbesondere im Falle des Transportbetons, sinngemäß beziehen sich die Ansprüche auch auf Transportmörtel. Diese Baustoffe können entweder in zwei Mischern hergestellt werden, nämlich in einem stationär aufge stellten Mischer mit anschließender Übergabe des fertigen Mischgutes in eine auf einem Transport fahrzeug montierte Mischertrommel, oder allein ausschließlich in der Mischertrommel der Transport fahrzeuges. Die Erfindungsgedanke bezieht sich auf beide Herstellarten, in der Fachsprache bezeich net bei Beton als Werksgemischter Transportbeton und als Fahrzeuggemischter Transportbeton. Transportbeton wird nahezu ausschließlich in den Konsistenzbereichen plastisch (KP), weich (KR) und fließfähig (KF) produziert, wobei nach Einführung in Deutschland mehr als 30 Jahre lang die plastische Konsistenz vorherrschte.

Anfang der achtziger Jahre zeigten die Bauwerke in der Praxis verbreitet Schäden nach Standzeiten von 10 bis 30 Jahren. Man hat als Gegenmaßnahme bei Beton u. a. die weiche Konsistenz zur Regel erhoben. Betontechnisch ein Zugeständnis; denn einerseits soll sich der Baustoff einwandfrei beim Einbau verarbeiten lassen, andererseits soll der Wassergehalt im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit mit einem Minimum angesetzt werden. Durch diese Aufwertung der weichen Konsistenz zur Regelkon sistenz (KR) hat man aber nichts anderes gemacht, als die plastische Konsistenz (KP) noch mit in den Toleranzspielraum für das Ansteifen des Betons seit Zusammenbringen von Zement und Wasser bis zur Einbringung in das Bauwerk einzubeziehen. Das ist erstens verdichtungstechnisch problematisch, zweitens für den möglichen Konsistenzabfall nicht ausreichend und drittens bezüglich der Früh schwindrißempfindlichkeit des Betons fachwidrig.

Der Anfang der achtziger Jahre erkannte Qualitätsverfall verschärft sich weiter. An erster Stelle ist dafür der Übergang zu immer größeren Transportfahrzeugen mit dementsprechend größerem Trans portvolumen verantwortlich. Die ablaufende Entwicklung ging vom Zweiachs-Lkw. aus zum Dreiach ser als Standardfahrzeug, innerhalb der letzten ca. 10 Jahre rückte dann der Vierachser zum bevor zugten Fahrzeug auf und schon werden entsprechend wendige Fünfachser mit gegenüber dem Drei achser verdoppeltem Transportvolumen als Neuentwicklung von den Fahrzeugherstellern propagiert. Die Nutzlastverdoppelung wird auch durch Verwendung höherwertiger Stähle unter Verringerung der Todlast von Transportfahrzeug und Mischertrommel ermöglicht. Dazu kommt die Installation immer größerer zentraler Aufbereitungsanlagen, die zur Auslastung einen immer größeren Absatzradius mit längerer Transportzeit erforderlich machen.

Problem

Die hohen Investitionen zwingen im sich verschärfenden Preiswettbewerb zur möglichst weitgehen den Ausschöpfung des Maschinenparks bei gleichzeitiger Minierung der Personalkosten. Drei Punkte bleiben beim Betonausfahren einem qualitativen Nachweis verschlossen. Werden sie heute durch die ehedem bei handwerklicher Fertigung durchaus bewahrte Improvisation vor Ort gelöst, muß dafür ein Weg für die Ablösung dieser nicht mehr beherrschbaren Verfahrensweise durch die moderne Technik gefunden werden:

Start des Fahrmischereinsatzes

Es ist geradezu unüblich geworden, die Fahrzeuge im Tageseinsatz zu säubern. Für die Nacht werden Langzeitverzögerer angeboten, um die verbliebenen Betonreste am anderen Tag zur einfachen Besei tigung wieder untermischen zu können, bei einem verbreiteten Angebot der Großmischanlagen von über hundert verschiedenen Sorten, mit hoher Wahrscheinlichkeit in einen Beton mit anderen Quali tätsanforderungen, in jedem Fall versetzt mit rezepturfremdem Zusatzmittel.

Die Betonreste bestehen aus nicht mehr vom Kunden abgenommenen Teilladungen und aus An backungen an Mischeiwandung und -einrichtungen. Teilausladungen belasten allein schon von der ex trem langen Verweilzeit in der Mischertrommel her jede Neumischung. Aufgebaute Anbackungen können sich unkontrolliert schubweise lösen. Sie bestehen im wesentlichen aus Zement und Feinst stoffen des Zuschlags versetzt mit Zusatzmitteln. Im Falle der Untermischung beeinflussen sie je nachdem die ganze Mischung oder Restmengen im Mischer in unkontrollierter Weise.

Homogenität der Mischerladung

Eine Kontrolle der Homogenität der Füllung einer Mischertrommel durch Messungen am Fahrzeug ist heute nicht möglich. Neben der Einhaltung der mit Maximaler Wasserzementwert vorgegebenen Begrenzung in der Abstimmung von Zement und effektivem Wassergehalt aufeinander, ist die Ho mogenität das wichtigste Qualitätskriterium. Da diese Eigenschaft nicht baustellenbezogen gemessen werden kann, wird ihr heute nicht die ihr zustehende Beachtung geschenkt, man setzt sich großzügig darüber hinweg. Nebenbei hat das zur Folge, daß der spätere Festbeton mit Prüfmethoden zur ganz heitlichen Erfassung seiner Eigenschaften gar nicht erst kontrolliert werden kann, da seine Zusam mensetzung zu ungleichmäßig ist.

Konsistenz des Betonaustrags

Für die Konsistenz beim Einbau gibt es über die visuelle Bewertung hinaus kein in der Praxis verbrei tetes, jederzeit anwendbares Prüfverfahren. Man könnte zwar zum Zeitpunkt der Übergabe nach dem Stand der Wissenschaft die Konsistenz messen und dokumentieren, da aber das Entladen u. U. weit mehr als die angemessene Zeitspanne für eine unwesentliche Konsistenzveränderung beträgt, verzich tet man in der Praxis hartnäckig auf die Anwendung dieser Möglichkeit. Als tolerierbare Zeitspanne für die Anerkennung eines ausgewiesenen Konsistenzwertes können aus der Erfahrung heraus unter den Witterungsbedingungen in Deutschland je nach Temperatur des Frischbetons, damit auch ab hängig von der Jahreszeit, sowie Zusatzmitteleinsatz 5 bis 20 Minuten angesetzt werden. Wird diese Zeitvorgabe beim Betonaustrag überschritten, sollte die kurzfristige Ausweisung der dann vorliegen den Konsistenz mit der Möglichkeit einer evt. fachgerechten Nachkorrektur im Interesse der vollen Ausschöpfung der artspezifischen Betoneigenschaften möglich sein, was heute nicht der Fall ist.

Erfindung

Zur Problemlösung bedarf es noch des sinnvollen Einsatzes der Meßtechnik mit Unterstützung der Computertechnik. Zweckmäßigerweise wird ein mit einem Mikroprozessor ausgerüsteter Computer im Transportfahrzeug als sog. Bordcomputer mitgeführt. Machbar wäre es auch, über einen Daten austausch mit einer zentralen EDV-Anlage zu arbeiten. Vom Fahrzeug aus werden dann die Meßda ten an die Zentrale z. B. drahtlos übermittelt.

Der Bordcomputer kann vorweg schon alle Kennwerte der von ihm in der zentralen Abfertigungsan lage übernommenen Mischertrommel-Füllung als sog. Daten drahtlos übernehmen und zur weiteren Vervollständigung einspeichern. Mit Hilfe eines Druckers lassen sich auf Abruf als aktuell eingestufte Daten belegen. Zwischen Mischertrommel und Chassis des Transportfahrzeugs wird eine Wiegevor richtung installiert. Als Grundwert wird das Gewicht der vollständig leeren Mischertrommel im Com puter gespeichert. Mit diesem Wert läßt sich durch Abruf des momentanen Gewichts der Mischer trommel und Gegenrechnung mit dem Grundwert der leeren Trommel sofort feststellen, inwieweit sie entleert ist.

Über ein Meßgerät für die Kraftaufnahme zum Antrieb der Mischertrommel und/oder ihrer Mischeinrichtung läßt sich die Beweglichkeit des Mischgutes in den Konsistenzbereichen plastisch (KP) und weich (KR) bewerten. Nach anfänglich verstärktem Kraftaufwand stellt sich nach erfolgter Durchmischung eine weitgehend gleichmäßige Kraftaufnahme ein. Zunächst einmal gibt das an, daß die Durchmischung erfolgt ist. Wird die Mischertrommel entsprechend der Nennfüllung mit einer bestimmten Betonsorte beladen, kann nach Erreichung der Durchmischung durch Messung der Kraftaufnahme und durch Messung der Konsistenz an aus der Mischertrommel entnommenen Pro ben der gewünschte Bezug zwischen diesen beiden Meßwerten hergestellt werden.

Für jede beliebige Teilladung kann daraus gleichfalls der Bezug zwischen Konsistenz und Kraftauf nahme durch einen Mikroprozessor errechnet werden. Die Kraftaufnahme setzt sich aus zwei Kom ponenten zusammen. Eine Komponente ist der Kraftbedarf zum Betrieb in der Stufe Mischen bei vollständig leerer Trommel. Dieser Wert läßt sich problemlos mit einer einmaligen Messung bestim men und als Grundwert abspeichern. Der andere Wert gibt an, welcher Kraftbedarf eben jetzt zur In bewegunghaltung der vorliegenden Mischertrommel-Füllung erforderlich ist. Aus beiden Werten kann der Mikroprozessor berechnen, ob die Teilladung die gewünschte Konsistenz aufweist. Kann über den Computer nachgewiesen werden, daß die Konsistenz während der Entleerung ohne Eingriff von außen so gut wie gleichgeblieben ist, kann man von der Übergabe einer homogen Füllung ausgehen.

Ist die Konsistenz durch Ansteifen des Betons abgefallen, kann unter Beachtung sachgerechten Vor gehens jederzeit eine Korrektur vorgenommen werden. Der Beton wird dann mehr oder weniger ver ändert. Wird z. B. Wasser aus einem in die Mischertrommel eingeführten Wasserschlauch nachdo siert, kann der Mikroprozessor während der Zugabe unter Berücksichtigung der Wiegemeßwerte selbsttätig berechnen, ob die Zugabe im Hinblick auf den Maximalen Wasserzementwert verträglich ist. Er stellt dazu bezogen auf die Restmenge den vorliegenden Wasser- und Zementgehalt fest und ermittelt deren Relation zueinander. Unter Vergleich mit dem maximalen w/z berechnet er die noch evt. zulässige Wassernachdosierung. Wird diese Menge erreicht, kann der Computer darauf reagieren, z. B. ein Signal geben und/oder bei fahrzeugeigenen Vorrichtungen eine weitere Zugabe automatisch abstoppen.

Ausgehend vom später beabsichtigten Qualitätsnachweis und unter Abschätzung des zu erwartenden Risikos, also ausgehend von seinem Qualitätsanspruch, kann der Bauherr auf der Grundlage des Er findung für sein Bauprojekt entscheiden, wie im einzelnen verfahren werden soll. Bei den Einflüssen muß veranschlagt werden:

- Die Leistungsfähigkeit des vorgesehenen Fördergerätes
- Das gewählte Betonvolumen je Mischertrommel
- Der evt. Einsatz eines verzögernden Zusatzmittels nach Technologie und Preis
- Die Art einer evt. Konsistenzkorrektur, d. h. Zugabe ob von Wasser (bei einer entsprechenden Ze mentvorsorgedosierung), Zementleim oder verflüssigendem Zusatzmittel.

Zu diesen wichtigen Qualitätseinflüssen wird der Bauherr heute gar nicht erst gefragt, weil ihre Aus wirkungen ohnehin meßtechnisch nicht erfaßbar sind. Dem eingetretenen Qualitätsverfall wurde bei der Bauwerkserstellung unerkannt das Tor aufgestoßen. Bei der auf der Baustelle stattfindenden Improvisation muß z. B., wenn keine ausreichende Kontrolle dem entgegensteht, immer wieder reines Wasser zugesetzt werden, ohne daß eine entsprechende Zementvorsorgedosierung vorliegt, weil der ausgequetschte Preis nicht mehr hergibt. Der Bauherr kann dem weder einen Riegel vorschieben, noch läßt sich das von ihm nachträglich feststellen. Die Leute vor Ort sehen das aber als legal an, weil ja der Nachweis, daß der Beton in der Konsistenz unzureichend war, sich höchstens in ganz Krassen Ausnahmefällen führen läßt. Ohne nachträglichen Eingriff ist aber u. U. die Verdichtung gefährdet. Daher rührende Mängel sind sofort nach dem Betonausschalen erkennbar. Das will der Bauherr schon gar nicht.

Die Konsistenz läßt sich durch die getrennte Erfassung von Mischergewicht und Kraftaufnahme für das Mischen in den Bereichen plastisch (KP) und weich (KR) bezogen auf die jeweilige Füllung eines Mischers bei Mörtel und Beton jederzeit meßtechnisch ermitteln und ggf. fachgerecht korrigieren. Der Bereich fließfähig (KF) wird derart angesteuert, daß man vom Bereich weich (KR) ausgeht und unter Beachtung sachgerechten Vorgehens in der Konsistenz darüber hinausgeht. Dabei kann man eher knapp rechnen, weil bei Zurückfall in den weichen Bereich dies jederzeit feststellbar ist und da von ausgehend nachkorrigiert werden kann.

Weiter ist nach dem Erfindungsgedanken bei dem Verfahren Fahrzeuggemischter Transportbeton eine sehr hohe Genauigkeit bei der Einstellung des Wasserzementwertes möglich, genauer als das unter Zwischenschaltung eines üblichen stationären Mischers erreichbar ist. In der zentralen Abferti gungsanlage lassen sich Zuschlag und Zement aufeinanderfolgend in die Mischertrommel einfüllen. Die Wiegeungenauigkeit durch Nachlauf von dem Matrialabzug bis zur Waage in der zentralen Ab fertigungsanlage ist für beide Komponenten nun genau erfaßbar. Die Wasserdosierung läßt sich damit auf das tatsächliche Zementgewicht abstellen.

Hat die zentrale Abfertigungsanlage selbst eine Nachlaufkorrektur, liegen jeweils zwei unabhängige Wiegewerte vor. Bildet man mittels Mikroprozessor davon ein Mittel, läßt sich die den Waagen zu gestandene Toleranz für Abweichungen mit 3 Gew.-% nach oben und unten noch einengen. Es liegt damit ein sehr genauer Wert für das Gewicht des eingefüllten Zementes vor. Beim Einfüllen des Zu schlages läßt sich wiederum durch ein Meßgerät, z. B. mit Mikrowellen, Infrarot- oder Nuklearstrah len, weiter durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit u. a., die dabei mitgeführte Feuchte erfassen. Auftretendes Tropf-, Schicht-, Regenwasser u. ä. können dabei mitgemessen werden. Unter Be rücksichtigung dieses Wassereintrags kann das noch erforderliche Anmachwasser fachgerecht zuge setzt werden. Wird dieses aus dem fahrzeugeigenen Wassertank abgezogen, kann wiederum der Nachlauf heruntergedrückt werden, da zum einen der Zuführungsweg kurz ist und zum anderen die Wassereintrag nicht unter Zeitdruck steht, es kann in aller Ruhe gemessen und nachkorrigiert werden.

Weiter ist es mit den Einrichtungen nach dem vorliegenden Erfindungsgedanken möglich, über eine zusätzlich am Fahrmischer installierte Zusatzmittel-Zugabevorrichtung automatisch nach Bedarf je derzeit, auch bei Teilladungen, soviel verflüssigendes Zusatzmittel autoinatisch und damit unabhangig vom Fingerspitzengefühl eines Bedieners zuzusetzen, bis nach Entscheid durch den Prozessor die gewünschte Konsistenz vorliegt.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung und Regelung von Transportbeton hinsichtlich Konsistenz und Wasser zementwert (w/z) mit fachgerechtem Qualitätsnachweis durch Ausstattung des Fahrmischers sowohl mit einer Meßeinrichtung der Kraftaufnahme des Antriebs für Mischertrommel und/oder für Misch werkzeug(e) als auch einer Wiegevorrichtung für die Mischertrommel, deren Meßergebnisse in einem Prozessor ausgewertet sowie über einen Computer einschließlich üblichem Zubehör verarbeitet und verlügbar gemacht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei leerem Zustand der Mischertrommel sowohl das Gewicht als auch die Kraftaufnahme des Antriebs für Mischertrommel und/oder für Mischwerkzeug(e) gemessen und als Grundwerte (Stammwerte) in den Computer eingespeichert werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei voller oder teilbe füllter Mischertrommel das momentane Gewicht derselben vom Prozessor gemessen, in Vergleich zum Leergewicht gesetzt und das Ergebnis zur Auswertung an den Computer geleitet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Meßwerten des momentanen Mischtrommelgewichtes und der Kraftaufnahme des Antriebs für Mischertrommel und/oder für Mischwerkzeug(e) unter Berücksichtigung der Grundwerte ein Kennwert zur Einord nung der in der Mischertrommel-Füllung vorliegenden Konsistenz vom Prozessor ausgerechnet und an den Computer weitergeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Befüllung der Mischertrommel in getrennter Folge mit Zuschlag und Zement, z. B. über eine Deckelöffnung, die in zwei Stufen er folgte Einfüllung jeweils gewogen wird und vom Prozessor die Einfüllgewichte von Zuschlag und Zement getrennt für sich verfügbar gemacht werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Meßvor richtungen ermittelte Konsistenz solange durch Wassernachdosierung korrigiert werden kann, bis die vom Prozessor aus dem max. w/z errechnete höchstzulässige Gesamtmenge an Wasser erreicht ist, was der Computer dann in ein auswertbares Signal umsetzt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine am Fahrmi scher installierte Zusatzmittel-Zugabevorrichtung automatisch nach Bedarf soviel an verflüssigendem Zusatzmittel zur Einstellung der gewünschten Verarbeitbarkeit zugesetzt werden kann, bis nach Be rechnung des Prozessors die angestrebte Konsistenz vorliegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Nachkorrektur der Konsistenz der Fahrmischer zusätzlich zum Wassertank ein Zementsilo mitführt und mittels einem Zementleimmischer gesteuert vom Prozessor die auf die jeweilige Mischerfüllung bezogene Zement leimmischung in der Relation w/z automatisch eingestellt und bis zum Erreichen der gewünschten Konsistenz zuführt wird.