DE3928130C2 - Verfahren und Anordnung zur Prüfung des Frost-Tau-Widerstands und/oder des Frost-Tausalz-Widerstands eines Festkörpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Prüfen des Frost-Tau-Widerstands eines Festkörpers (Werkstoff oder Bauteil).

Das Verfahren ist zwar primär für Beton entwickelt wor­ den. Es ist aber auf andere Materialien wie Ziegel, Natur­ stein, bituminöse Beläge u.ä.m. direkt übertragbar. Es ist auch für Bauteile geeignet.

Ausgangspunkt ist, daß Werkstoffe, die Umweltbelastungen ausgesetzt sind, einen erhöhten Widerstand gegenüber Frost- Tau-Wechsel aufweisen müssen (erhöhter Frostwiderstand) bzw. gegenüber dem kombinierten Angriff aus Frost-Tau-Wechsel und einwirkender wäßriger Lösung. Die Lösung ist meist eine Taumittellösung und in der überwiegenden Zahl der Fälle eine Tausalzlösung. Der Begriff "erhöhter Frost-Tausalz-Wi­ derstand" wird in zahlreichen Normen als Terminus technicus benutzt. Im Bezug auf das Prüfverfahren kann der Begriff "erhöhter Frost-Tausalz-Widerstand" uneingeschränkt auf an­ dere wäßrige Lösungen übertragen werden.

Der erhöhter Frostwiderstand bzw. erhöhter Frost-Tau­ salz-Widerstand wird entweder dadurch sichergestellt, daß bestimmte Herstellkriterien vorgeschrieben werden oder da­ durch, daß der Widerstand gegenüber Frost- bzw. Frost-Tau­ salz-Angriff geprüft wird. Zur Zeit ist ist es häufig noch zweckmäßig, nur die Herstellkriterien zu definieren (z. B. [D5]: DIN 1045, 7.88: Beton und Stahlbetonbau; Bemessung und Ausführung. Abschn. 6.5.7.4 oder in: Österreichischer Be­ tonverein - Richtlinie Frost-Tausalz-beständiger Beton. Gründruck 1.1989), und auf die direkte Prüfung des Frost- bzw. Frost-Tausalz-Widerstands im Labor zu verzichten, da die Prüfverfahren zuviele Schwächen aufweisen.

Nach Plähn, J. und Golz, W. (Vergleichsuntersuchungen an vier Prüfverfahren für den Frost-Tausalz-Widerstand von Be­ ton, Straße und Autobahn, Band 35 (1984), S. 14-21 - [P1]) sind sogenannte direkte Prüfverfahren, bei denen zeitraffend und unter idealisierten Prüfbedingungen durch Frost und Tausalze die Beanspruchungen des Betons simuliert werden, für die Bestimmung des Frost-Tausalz-Widerstandes zwar am aussichtsreichsten. Alle diese Verfahren seien aber nur be­ dingt in der Praxis einsetzbar. Die Reproduzierbarkeit und die Beurteilungskriterien seien nicht genügend abgesichert. Für den Hersteller und den Abnehmer ist aber sehr wichtig, daß das Abnahmekriterium eine genaue und zuverlässige Beur­ teilung ermöglicht.

Es gibt zahlreiche Prüfverfahren zur Bestimmung des Frost- bzw. Frost-Tausalz-Widerstands:

A1. ASTM Standard C 666-77: Standard test method for resi­ stance of concrete to rapid freezing and thawing.

A3. ASTM Standard C 671-72: Critical dilatation of concrete specimens subjected to freezing.

A3. ASTM Standard C 672-76: Standard test method for scaling resistance of concrete surfaces exposed to deicing chemicals.

A3. ASTM Standard C 682-71: Evaluation of frost resistance of coarse aggregates in air-entrained conrete by criti­ cal dilation procedures.

B2. Bonzel, J.; Siebel, E: Neuere Untersuchungen über den Frost-Tausalz-Widerstand von Beton. Beton 27 (1977), S. 153-158, S. 205-211, S. 237-244.

B3. Bundesverband Deutsche Beton- und Fertigteilindustrie e.V., Bonn: Überprüfung von Betonerzeugnissen aus Beton mit dichtem Gefüge für den Straßenbau auf Frost-Tausalz- Widerstandsfähigkeit. Vorläufiges Merkblatt Januar 1979, Betonwerk und Fertigteiltechnik 45 (1979) S. 304.

D1. Dt.Beton Verein: Verfahren zur Prüfung des Frost- und Tausalzwiderstandes von Beton für Brückenkappen und ähnliche Bauteile. Fass. 1975, Betonwerk und Fertig­ teiltechnik, 42(1976), S. 27.

D2. DIN 52 103, Entw. 9.86: Bestimmung von Wasseraufnahme und Sättigungsgrad - Prüfung von Naturstein und Gesteinskör­ nungen.

D3. DIN 52 104, 11,82: Frost-Tau-Wechsel-Versuch, Prüfung von Naturstein; Teil 1: Verfahren A bis Q; Teil 2: Verfah­ ren Z.

E1. EMPA: Versuchsrichtlinie Prüfung Nr. 9: Frost-Tausalz­ verhalten. SIA 162/1 Ziffer 3 09; 2. Aufl. 1987 bzw. 3. Aufl. 1989.

E2. EMPA: Versuchsrichtlinie Prüfung Nr. 6: Porenkennwerte SIA 162/1 Ziffer 3 06; 2. Aufl. 1987 bzw. 3. Aufl. 1989.

E3. EMPA: "Versuchsrichtlinie: Schnellporosität", 1989.

E4. EMPA: Versuchsrichtlinie: Kritischer Sättigungsgrad, 1989.

F1. Fagerlund, G.: The critical degree of saturation method of assessing the freeze-thaw resistance of concrete. Materials & Structure; 10 (1977) 58, p. 217-229.

Ö1. ÖNORM B 3306, 9.82: Prüfung der Frost-Tausalz-Beständig­ keit von vorgefertigten Betonerzeugnissen.

R1. RILEM 4 CDC 1977: Methods of carrying out and reporting freeze thaw tests on concrete with deicing chemicals. Materials & Structure, 10 (1977) p. 213-215.

T1. TFB(Schweiz): Prüfung von Festbeton auf Frost- und Frost-Tausalz-Beständigkeit. Cementbulletin 54 (1986) 10.

Diese bekannten Prüfverfahren unterscheiden sich unter­ einander im wesentlichen darin, wie sie den Frost- bzw. den Frost-Tausalz-Angriff im Labor simulieren. Schon ein Über­ blick über die gängigen Prüfverfahren von Beton, Ziegel und Gestein zeigt, daß sie sich in den Randbedingungen wie z. B. der Vorlagerungszeit, der Maximal- bzw. Minimaltemperatur, der Anzahl der Zyklen und den Prüfbedingungen unterscheiden. Zusätzlich variieren die Methoden noch wie folgt: Entweder wird nur eine Teilfläche beansprucht wie zum Beispiel beim ÖNORM-Verfahren [Ö1] bzw. beim Verfahren des Bundesverbands der Deutschen Beton- und Fertigteilindustrie [B3] und dem EMPA Verfahren [E1], oder es wird der ganze Prüfkörper in die Taumittellösung eingetaucht, wie zum Beispiel beim Verfahren des Deutschen Betonvereins [D1] bzw. beim VDZ- Verfahren [B2]. Je nach Art des Verfahrens wird mit einer gesättigten NaCl-Lösung bzw. mit einer 3%-NaCl-Lösung gearbeitet. Die Vorlagerung der Proben ist verschieden: Ein­ mal werden sie bis zur Prüfung unter Wasser [D1,E1] und in anderen Fällen vor der Prüfung unter NaCl-Lösung gelagert [Ö1,B2]. Die genaue Vorlagerung ist weder meßtechnisch noch durch Regeln genau erfaßt. Es ist außerdem eine wichtige Frage, ob und in welchem Umfang die Probekörper zuvor aus­ trocknen können. Dieser Punkt ist nicht oder nur unzurei­ chend definiert. Eine gravimetrische Kontrolle der Lösungs- bzw. Wasseraufnahme ist - mit Ausnahme von [F1,E4] - nicht vorgesehen.

Die DE-PS 19 65 245 beschreibt ein Verfahren, bei dem der Frost-Widerstand an einer definierten Beanspruchungsflä­ che geprüft wird. Letztere ist eine Seitenfläche des Fest­ körpers (Spalte 1, Zeilen 13-17), die nicht definiert mit Lösung gesättigt wird.

Gemäß J. Plähn und U. Golz "Vergleichsuntersuchungen an vier Prüfverfahren für den Frost-Tausalz-Widerstand von Be­ ton" in "Straße und Autobahn", Bd. 35 (1984), S. 14-21 ist die Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse bei allen unter­ suchten Prüfverfahren unbefriedigend.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß die uner­ wünschten Versuchsstreuungen vor allem auf zwei Ursachen be­ ruhen:
Zum einen sind die in der Praxis verwendeten Materialien selbst in der Regel alles andere als homogen. Der Frost wird an den Schwachstellen besonders rasch wirksam. Zum anderen treten beim Frost- und Tausalzangriff mehrere Schadensmechanismen gleichzeitig auf. Welcher dieser Mecha­ nismen letztlich schadensauslösend ist, hängt wesentlich von den Randbedingungen, das heißt von den Gegebenheiten während der Frost-Tausalz-Prüfung, und von der Probenpräparation ab. Sie müssen daher in den Prüfbedingungen weit besser als bisher üblich fixiert werden.

Für den reinen Frostschaden hat Fagerlund [F1] schon sehr früh festgestellt, daß es einen kritischen Wassersät­ tigungsgrad des Betons gibt. Wird dieser Wassergehalt im Be­ ton vor der Prüfung überschritten, dann tritt bereits nach einem Frosttauwechsel eine Schädigung auf. Auf dieser Fest­ stellung beruht das von ihm beschriebene Frostprüfverfahren, das auch im EMPA-Verfahren eingesetzt wird [E4]. Es ist zielführend, aber in der Versuchsdurchführung sehr aufwen­ dig. In der praktischen Anwendung ist es begrenzt, da man nicht nur den kritischen Wassersättigungsgrad im Versuch bestimmen muß, sondern auch den aktuellen Sättigungsgrad unter der realen Beanspruchung. Auch wurde die Methode bis jetzt nur für den Frost- und nicht für den Frost-Tausalz-An­ griff erprobt. Dennoch muß man den Denkansatz von Fagerlund als einen zentralen Hinweis für weitere Frostprüfungen se­ hen. Allerdings muß man auch beachten, daß die Methode nach Fagerlund den ganzen Probekörper prüft, daß aber in der Pra­ xis nur eine Zone in der Nähe einer bevorzugten Fläche - der Beanspruchungsfläche (1a) - relevant ist. Dies gilt ins­ besondere dann, wenn fertige Bauteile getestet werden sol­ len, bei denen die Beanspruchungsfläche besonders ausgeführt ist.

Analysiert man die Ergebnisse der Ringversuche von Plähn und Golz an Beton, dann erkennt man, daß die Prüfstreuung erhöht wird, wenn die Proben vor der Frostprüfung unter Was­ ser und nicht unter NaCl-Lösung gelagert worden sind. Es ist folglich für die Prüfung wesentlich, ob gelöste Stoffe mit dem Wasser zusammen im "Huckepackverfahren" in das Material transportiert werden, oder ob sie nachdiffundieren. Es ist daher sinnvoll, für eine Prüfung die Prüfkörper in der Prüflösung bereits vorzulagern und die Lösung kapillar einsaugen zu lassen.

Aus der Analyse der bestehenden Frost- bzw. Frost-Tau­ salz-Prüfverfahren und durch Vergleich mit der praktischen Beanspruchung kann man für ein verbessertes Verfahren for­ dern:

• - Das Abnahmekriterium und damit die Prüfstreuung muß hin­ reichend klein sein - d. h. kleiner als bei den bestehenden Methoden. Die folgenden Rand- und Prüfbedingungen müssen dazu genauer festgelegt werden können.
• - Die Daten müssen für jede Probe einzeln gesammelt werden, um eine bessere statistische Auswertung zu ermöglichen.
• - Der Lösungs- bzw. Wassergehalt der Proben ist entschei­ dend. Er muß daher vor und während der Prüfung definiert eingestellt und kontrolliert werden.
• - Der Lösungsgehalt sollte dem Wassergehalt entsprechen, der maximal in der Praxis erreicht wird.
  Die Proben müssen vor der Prüfung einmal auf Laborbedin­ gungen getrocknet worden sein. Material, das ständig was­ sergesättigt ist, unterscheidet sich u. U. signifikant sol­ chem, das wiederbefeuchtet wurde.
• - Gelöste Stoffe (Taumittel) sollten mit dem Wasser aufge­ saugt werden, damit ein Nachdiffundieren in die wasserge­ sättigten Proben nicht erforderlich ist. Diese Nachdiffu­ sion wird wesentlich schlechter versuchstechnisch be­ herrscht als das kapillare Saugen.
• - Es muß eine bevorzugte Fläche als Beanspruchungsfläche praxisgemäßen, instationären Bedingungen unterworfen wer­ den.
• - Die Verhältnisse an der Beanspruchungsfläche der Probe­ körper müssen so präzise wie möglich definiert werden.
• - Diese Bedingungen sollen mit einer Prüfanordnung so ein­ fach wie möglich erreicht werden. Dennoch sollen verschie­ dene Beanspruchungsarten simuliert werden könne.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Frost-Tau­ salz-Widerstand eines Festkörpers (Werkstoff oder Bauteil) mit hoher Genauigkeit und kleiner Streuung der Meßergebnisse zu ermitteln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.

Das Verfahren ist durch folgende Punkte charakterisiert:

• - Die Lösungsaufnahme ist zu Beginn der Frost-Tau-Wechsel- Prüfung durch definiertes Vortrocknen und anschließendes kapillares Saugen genau einstellbar und zwar besonders an der Beanspruchungsfläche.
• - Auch während der Frost-Tau-Wechsel-Prüfung ist es möglich, die Probekörper kapillar saugen zu lassen.
• - Die instationäre thermische Belastung während der Frost- Tau-Wechsel-Belastung ist an der Beanspruchungsfläche be­ sonders genau einstellbar.
• - Die Prüfparameter können während der ganzen Prüfung für jeden Probekörper einzeln leicht erfaßt werden.

Dies wird durch folgende Besonderheiten ermöglicht:

• - Die Beanspruchungsfläche liegt, anders als bisher üblich, unten.
• - Dadurch wird es möglich, dort gezielt kapillar Lösung auf­ zusaugen und
• - die instationäre thermische Belastung an der Beanspru­ chungsfläche genau zu regeln vor allem dann, wenn der Pro­ benbehälter in eine Badflüssigkeit taucht, da dadurch ein guter thermischer Kontakt zwischen Regelungsmedium und Prüffläche entsteht.
• - Jede Probe wird während des gesamten Versuchs in einem Probenbehälter aufbewahrt. Dadurch verbessert sich die statistische Aussage und die Handhabung. Der Probenbehäl­ ter begleitet die Probe in den Prüfungsabschnitten und schafft gleichartige Prüfbedingungen für jede Probe vor allem an der Beanspruchungsfläche. Schädigungen durch Ab­ wittern können für jede Probe gesondert erfaßt werden.
• - Spezielle Anordnungen wurden zur Versuchsdurchführung ent­ worfen, insbesondere bezüglich der Probenbehälter, der Kältebäder und der Fixierung der Beanspruchungsfläche bzw. des Badflüssigkeit-Niveaus. Hier wird auf die Patentan­ sprüche verwiesen.

(Hilfsweise kann anstelle eines Kältebades auch ein Kli­ maraum benutzt werden, wobei die Lufttemperatur so geregelt wird, daß sich an der Beanspruchungsfläche (1a) möglichst das Solltemperaturprofil einstellt. Nach bisherigen Erfah­ rungen ist das zur Zeit nur sehr ungenau möglich, da die Temperaturverteilung in der Kammer von der Größe, der Bele­ gung und von den Temperaturprofilen abhängt. Bei Bädern wird dies besser beherrscht.)

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht also auf der Grundidee, daß die untersuchten Probekörper einen definierten Gehalt an Wasser mit oder ohne gelöste Stoffe - Taumittel - haben müssen, damit die Untersuchungsergebnisse möglichst gut der Wirklichkeit entsprechen. Das Vortrocknen und das anschließende kapillare Saugen stellen die bevorzugte Mög­ lichkeit dar, dies vor der Frost-Tau-Wechsel-Belastung zu erreichen. Das kapillare Saugen während der Prüfung kann ebenfalls zur Einstellung dienen aber auch dazu, daß reale Verhältnisse der Lösungsaufnahme und -abgabe während der Frost-Tau-Wechsel besser simuliert werden. Andere Möglich­ keiten sind denkbar. Ein weiterer wichtiger Punkt ist es, daß in zahlreichen Fällen eine bevorzugte Beanspruchungs­ fläche vorgegeben ist.

Das Verfahren gliedert sich in mehrere Verfahrensab­ schnitte:

• - Vortrocknen der Proben;
• - Vorlagern der Proben über der Lösung bzw. über Wasser; Lö­ sungs- bzw. Wasseraufnahme erfolgt durch kapillares Sau­ gen;
• - Frost-Tau-Wechsel-Belastung unter definierten Temperatur-, Feuchte- und Lösungsbedingungen;
• - Prüfung der Schädigung.

Vortrocknen: Die Probekörper werden in definiertem Klima vorgetrocknet bis ein festgelegter Feuchtezustand erreicht ist. Der Feuchtegehalt wird durch Wägung überprüft. Zur Ver­ suchsdurchführung können die Probenbehälter (2) eingesetzt werden, die auch im weiteren Verlauf der Prüfung benutzt werden. Damit kann die Vortrocknung in einem klimatisierten Regal mit präziser Belüftung der Proben erfolgen. Das Gewicht wird kontrolliert. Für größere Versuchsserien kann die Gewichtskontrolle für jede Probe automatisiert werden. Dies ist auch über die Wiegeeinrichtung (3c) in der unten beschriebenen Aufhängung (3b) möglich.

Vorlagern: Im Probebehälter lagern die Probekörper (1) mit der Beanspruchungsfläche (1a) - Prüffläche - nach unten und zwar so, daß die Beanspruchungsfläche (1a) gerade defi­ niert in die Prüflösung (12) bzw. das Wasser eintaucht. Die Lage der Beanspruchungsfläche (1a) ist definiert durch eine Prüfflächenfixierung, die entweder eine Aufständerung (3a) oder durch eine Aufhängung (3b) gewährleistet wird. Bei ei­ ner hängenden Anordnung an einer anderen Aufständerung (3d) kann eine Wiegeeinrichtung (3c) in die Aufhängung integriert sein, die eine ständige Überprüfung der Gewichtsänderung der Probe zuläßt. Diese Einrichtung kann auch beim Vortrocknen und bei der Frost-Tau-Wechsel-Belastung benutzt werden. Das Niveau der Lösung in den Probebehältern wird sichergestellt entweder durch eine Nachfülleinrichtung mit Niveauregelung (5c-e) oder durch eine Absaugeinrichtung (5b) mit gegebener Höhe des Absaugstutzens, die es zusammen mit einem Zulauf (5a) und einer geeigneten Umpumpeinrichtung gestattet, eine Lösungskonzentration und ein Lösungsniveau konstant zu halten. In diesem Stadium werden die Behälter in der Regel durch einen Deckel (10) abgedeckt, so daß sich die Luft feuchte entsprechend dem Sättigungsdampfdruck über der Prüflösung (12) einstellt. Um sicherzustellen, daß kein Kondensat vom Deckel (10) auf die Probekörper (1) tropft, wird der Deckel abgeschrägt, so daß das Kondensat nach den Seiten abfließen und in die Lösung zurückfließen kann. Hilfsweise kann unter dem Deckel auch ein Vlies zum Aufsau­ gen des Kondensats angebracht werden. Diese Maßnahmen können ausnahmsweise entfallen, wenn Kondensatbildung über den Proben auf andere Weise vermieden wird.

Frost-Tau-Wechsel-Belastung: Für die Frost-Tau-Wechsel- Belastung wird erneut der oben beschriebene Probenbehäl­ ter (2) einschließlich der Niveauregelung und gegebenenfalls mit Deckel (10) eingesetzt. Der Probenbehälter (2) wird dazu in eine Badflüssigkeit (7) eingetaucht, deren Temperatur entsprechend einem vorgegebenen Temperaturprofil gesteuert wird. Die Badflüssigkeit (7) wird ständig mit einer geeigneten Umwälzeinrichtung (11) so umgewälzt, daß die Temperaturverteilung in der Badflüssigkeit (7) gleichmäßig ist. Das Temperaturprofil soll sich an der Beanspru­ chungsfläche (1a) der Probekörper (1) einstellen. Die Re­ gelung der Badtemperatur ist entsprechend auszulegen. Sie wird entweder über eine externe Temperiereinrichtung gere­ gelt oder über schaltbare Heiz- Kühleinrichtungen (6) im Badbehälter. Während der Prüfung kann die Beanspruchungs­ fläche (1a) weiterhin in die Prüflösung (12) eintauchen, wie es schon unter Vorlagerung beschrieben wurde. Das Niveau kann - im ungefrorenen Zustand - erneut durch Nachfüllen über eine Niveauregelung (5c-e) eingestellt werden. Ein Um­ pumpen der Prüflösung ist ebenfalls wie beim Vorlagern möglich, wird aber nur bei Bedarf erfolgen. Auch muß der Ab­ saugstutzen einer Absaugeinrichtung (5b) so ausgebildet sein, daß abgewitterte Teile im Prüfbehälter verbleiben. Die Prüfung kann auch ohne Prüflösung (12) in Luft erfolgen. Der thermische Austausch geschieht dann entweder über Luftschicht zwischen der Beanspruchungsfläche und dem Prüf­ behälterboden, deren Dicke durch die Prüfflächenfixierung definiert ist, oder durch direkten Kontakt der Beanspru­ chungsfläche (1a) mit dem Boden des Probenbehälters (2), indem die Prüfflächenfixierung entfernt wird. Eine flexible, wärmeleitende Schicht kann zwischen Probenbehälterboden und Beanspruchungsfläche zur besseren thermischen Übertragung eingelegt werden. Welche Art bevorzugt wird, hängt von den praktischen Gegebenheiten ab, die im Versuch simuliert wer­ den sollen.

Prüfung der Schädigung: Der Frost- bzw. Frost-Tausalz- Schaden wird zur Zeit meist dadurch bestimmt, daß die Abwit­ terung gemessen wird. In der vorliegenden Prüfeinrichtung ist dies besonders einfach, da die Abwitterung am Boden des Probenbehälters (2) aufgefangen werden. Die abgewitterten Teile können dadurch gewonnen werden, daß die Prüflösung aus dem Probenbehälter dekantiert wird. Lose Teile müssen durch gängige mechanische Verfahren entfernt werden. Möglich ist auch eine Entfernung mit Ultraschall. Dazu wird der Probenbehälter (2) vor der Dekantierung in ein Ultra­ schallbad getaucht. Der gesamte Feststoffrückstand wird ge­ trocknet.

Die Prüfeinrichtungen bestehen aus:

• - Dem Probenbehälter (2) mit Prüfflächenfixierung und einem Deckel (10). Die Prüfflächenfixierung kann entweder aus einer Aufständerung (3a) bestehen oder einer Aufhän­ gung (3b) an einer anderen Aufständerung (3d). In eine Aufhängung kann eine Einrichtung zur Wiegeeinrichtung (3c) integriert sein, die aber so ausgeführt sein muß, daß dadurch die Prüfflächenfixierung nicht unzulässig ver­ fälscht wird. Der Deckel (10) muß dicht schließen. Er muß so konstruiert sein, daß kein Kondensat auf die Probe tropft. Dies ist durch Neigung erzielbar, so daß das Kon­ densat seitlich abläuft und in die Lösung zurückfließt. Hilfsweise kann auch ein Vlies unter dem Deckel angebracht werden, das das Kondensat aufsaugt.
• - Reguliereinrichtung des Lösungsniveaus. Dazu kann eine Nachfülleinrichtung dienen mit einer Niveauregelung (5c-e) oder eine Absaugeinrichtung (5b) mit definiertem Niveau des Absaugstutzens. Die Absaugeinrichtung kann mit einem Zulauf (5a) und einer Umpumpeinrichtung versehen werden.
  Wenn die Lösung umgepumpt werden soll, dann muß die Ab­ saugeinrichtung (5b) so ausgeführt sein, daß kein abgewit­ tertes Material verloren geht. Die Reguliereinrichtung wird sinnvollerweise mit der Prüfflächenfixierung verbunden, da nicht die jeweiligen Einzelniveaus sondern die Eintauchtiefe der Beanspruchungsfläche (1a) in die Badflüssigkeit (7) entscheidend ist.
• - Einem Raum zur Vortrocknung der Proben, der entsprechend einer Prüfvorschrift klimatisierbar ist, mit Gewichtskon­ trolle der Probekörper (1). Die Gewichte können mit der Wiegeeinrichtung (3c) bestimmt werden, die in der Aufstän­ derung (3a) oder der Aufhängung (3b) integriert ist, oder durch Wiegen der Probekörper (1) mit den Probenbehäl­ tern (2).
• - Einer Einrichtung zur Vorlagerung der Proben. Sie besteht aus einem Raum, der entsprechend einer Prüfvorschrift temperierbar ist. Er enthält die oben beschriebenen Pro­ benbehälter (2) mit Deckel (10) sowie einer Einrichtung zur Regulierung des Niveaus der Prüflösung (12) und eine Einrichtung zur Kontrolle der Gewichtszunahme der Pro­ bekörper (1) durch kapillares Saugen. Dafür kann erneut die Wiegeeinrichtung in der Aufständerung (3a) oder Auf­ hängung (3b) genutzt werden kann.
• - Einer Einrichtung zur zyklischen Frost-Tau-Belastung. Sie besteht aus einem thermisch isolierten Badbehälter (8) mit Badflüssigkeit (7), externer oder interner (6) Heiz- und Kühleinrichtung, isolierter Badbehälterabdeckung (9), Tem­ peraturmeßfühler (4a-c), Umwälzeinrichtung (11) und einer Steuerung der Temperatur an der Beanspruchungsfläche (1a) nach einer vorgegebenen Sollwertkurve. Die Temperatur­ steuerung kann durch eine Kontrolle der Temperatur der Badflüssigkeit ergänzt und verbessert werden. Die Proben­ behälter werden in das Bad eingesetzt und so gehaltert, daß sie nicht aufschwimmen. Sie sind austauschbar. Sie werden so positioniert, daß Temperaturen an den Beanspru­ chungsflächen (1a) aller Probekörper (1) gleichartig nach einer vorgegebenen Sollkurve verändert werden. Die Badflüssigkeit (7) wird so geregelt, daß diese Sollkurve an den Beanspruchungsflächen (1a) nachgefahren wird. Die Temperaturregelung kann entweder durch Heiz-Kühleinrich­ tungen (6) im Bad selbst oder durch einen Kreislauf mit einem externen Regelungssystem (regelbare Kryogeräte) er­ folgen.
• - Zusätzlich kann auch ein Zwillingsbad eingerichtet werden, wobei das eine Bad gekühlt und das andere geheizt wird über eine Wärmepumpe.
• - Wenn die Prüfvorschrift nur eine Maximal- und eine Mini­ maltemperatur vorsieht mit gegebenen Einwirkzeiten, dann kann in einem Zwillingsbad einfach die Badflüssigkeit (7) zu den Umschaltzeitpunkten getauscht werden.
• - Einer Einrichtung zur Ermittlung der Abwitterung, beste­ hend aus einer Dekantiereinrichtung, einer Trockenein­ richtung einer Waage und gegebenenfalls einem Ultraschall­ bad, in das die Probenbehälter (2) mit den Probekörper (1) getaucht werden, um lose Teile abzulösen.
• - Gegebenenfalls einer Ultraschalleinrichtung zu Bestimmung der Vorschädigung der Probekörper (1). Dazu wird die Ver­ änderung eines Ultraschallsignals gemessen. Wesentlich ist im Zusammenhang mit der Prüfeinrichtung, daß als Ankopp­ lungsmedium des Ultraschallsignals an die Beanspru­ chungsfläche (1a) die Prüflösung (12) benutzt wird, und daß ein modifizierter Probenbehälter (2) genutzt wird, der an der Unterseite Ultraschallgeber und -empfänger enthält.

Beispiel

Eine Prüfung auf Frost-Tausalz-Widerstand von Beton könnte z. B. wie folgt gestaltet werden:

Die Proben werden nach ausreichender Hydratationszeit und einer Lagerung gemäß DIN 1048 zunächst solange vorge­ lagert, bis sie eine ausreichend niedrige Eigenfeuchte haben, die durch Wiegen kontrolliert wird. Bereits hier kön­ nen die Probenbehälter (2) eingesetzt werden, da so eine gleichmäßige Belüftung stattfindet. Noch nicht geklärt ist, ob eine Trocknung bei erhöhter Temperatur möglich ist.

Nach dem Vortrocknen sollen die Proben in der Vorlage­ rung Lösung aufsaugen. Das kapillare Saugen wird durch Ge­ wichtskontrolle überprüft, wobei die vorgeschlagenen Wie­ geeinrichtungen eine kontinuierliche Überwachung zulassen. Nach einer vorgegebenen Zeit, oder wenn ein gewünschter Sättigungsgrad erreicht ist, beginnt die Frost-Tau-Wechsel- Belastung.

Die Frost-Tau-Wechsel-Belastung wird nach einem gegebe­ nen Temperaturprofil gefahren. Hier hat sich das Profil nach ÖNORM eingebürgert. Es sind aber auch andere Profile in Gebrauch. Während der Frost-Tau-Wechsel-Belastung können die Proben einem weiteren kapillaren Saugen ausgesetzt werden. Es ist aber auch durchaus denkbar, daß sich in einer späteren Prüfrichtlinie eine Belastung ohne Lösung durch­ setzt, da während des Befrostens erhebliche zusätzliche Men­ gen an Lösung aufgesaugt werden. In jedem Fall ist es sinn­ voll, die Temperatur an der Beanspruchungsfläche (1a) mög­ lichst genau einer Sollkurve für alle Probekörper (1) folgen zu lassen, und ein Austrocknen der Probekörper (1) durch die Prüfanordnung in einzelnen Probenbehälter (2) mit Deckel (10) zu vermindern. Die vorgeschlagenen Anordnungen gestatten es, die beiden Anforderungen ausreichend genau einzuhalten.

Die Schädigung wird in der Regel durch den Abwitterungs­ grad gemessen. Dies ist in der Prüfanordnung besonders leicht möglich, da die abgewitterten Teile im Probenbehäl­ ter (2) aufgefangen werden, und zwar für jede Probe einzeln, so daß auch eine gezielte Statistik möglich ist. Sie müssen nur noch dekantiert werden. Geschädigte Teile, die noch an der Beanspruchungsfläche (1a) haften, können mechanisch entfernt werden und zu den abgewitterten Teilen gegeben werden. Es ist auch denkbar, daß die Probenbehälter (2) mit den Probekörper (1) in der Prüfanordnung in ein Ultra­ schallbad gestellt werden, um geschädigte Teile von der Be­ anspruchungsfläche (1a) abzulösen. In diesem Fall werden die abgewitterten Teile erst nach diesem Vorgang dekantiert. Die abgewitterten Teile werden getrocknet und gewogen. Ihre Menge ist ein Maß für die Schädigung, wobei die Anzahl der Frost-Tau-Wechsel als weiteres Prüfkriterium hinzukommt.

Claims (38)

1. Verfahren zum Prüfen des Frost-Tau-Widerstands und/oder des Frost-Tausalz-Widerstands eines Festkörpers (1) (Werkstoff oder Bauteil), bei dem

• a) ein zu prüfender Festkörper (1) auf die nachfolgenden Einsatzbedingungen konditioniert, z. B. getrocknet wird;
• b) der konditionierte Festkörper mit einer Beanspru­ chungsfläche (1a) nach unten in einem ein Prüfmedium (12) aufnehmenden Probenbehälter (2) derart angeordnet wird, daß der Festkörper (1) mit vorgegebener Tiefe, die kleiner ist als die Festkörperhöhenabmessung, in das Prüfmedium ein­ taucht;
• c) der Festkörper mindestens solange in Kontakt mit dem Prüfmedium gehalten wird, daß ein definierter Sättigungsgrad des Festkörpers erreicht wird;
• d) der Probenbehälter in ein Temperierbad (8) einge­ taucht wird, wobei ein guter und gleichmäßiger thermischer Kontakt zwischen Temperierbad und Prüfmedium (12) herge­ stellt wird;
• e) das Prüfmedium über das Temperierbad einem vorgegebe­ nen Temperatur-Zeit-Profil zur Simulation eines Frost-Tau- Wechsels im Festkörper unterworfen wird; und bei dem
• f) die Abwitterung des Festkörpers gemessen wird; wodurch die äußere Schädigung des Festkörpers aufgrund des vorausgegangenen Angriffs durch Frost-Tau-Wechsel und durch das Prüfmedium festgestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt a) der Festkörper auf eine definierte Aus­ gangsfeuchte vorgetrocknet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des Festkörpers kontrolliert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt a) zunächst lose Teile von der Beanspruchungsfläche (1a) des Festkörpers mit einem Ul­ traschallreinigungsgerät abgelöst werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Prüfmedium Wasser verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser gelöste Stoffe in gegebener Konzentration enthält (wäßrige Lösung).

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Prüfmedium eine Taumittellösung ver­ wendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beanspruchungsfläche (1a) des Fest­ körpers (1) von dem Boden des Probenbehälters (2) auf Ab­ stand gehalten wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt c) eine definierte Ausgangs­ feuchte des Festkörpers durch kapillares Saugen eingestellt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchte des Festkörpers während der Frost-Tau-Wech­ sel-Belastung gezielt variiert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-Temperaturen des Temperatur- Zeit-Profils in Schritt e) unterhalb der Beanspruchungsflä­ che (1a) im Prüfmedium gemessen werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper in Schritt f) einer Ul­ traschallbehandlung ausgesetzt wird, wobei lose Teile von der Beanspruchungsfläche (1a) des Festkörpers abgelöst wer­ den, und daß die abgewitterten Teile des Festkörpers (1) aus der Badflüssigkeit (7) dekantiert, getrocknet und gewogen wer­ den.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper in ein Ultraschallbad getaucht wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei ferner ein Ultraschallsignal an die Beanspruchungsfläche (1a) angekoppelt wird und mit einem geeigneten Ultraschall­ prüfverfahren defekte Zonen in der Nähe der Beanspruchungs­ fläche (1a) bestimmt werden.

15. Anordnung zum Prüfen des Frost-Tau-Widerstands und/oder des Frost-Tausalz-Widerstands eines Festkörpers (1) (Werkstoff oder Bauteil) mit

• a) einem klimatisierten Raum zum Vortrocknen des Fest­ körpers; einer Temperiervorrichtung mit
• b) einem Probenbehälter (2), der ein Prüfmedium (12) enthält-und den Festkörper aufnimmt, wobei das Prüfme­ dium den Festkörper im wesentlichen von unten benetzt;
• c) einem Temperierbad (8), in das der Probenbehälter eingetaucht wird;
• d) einer Temperatursteuereinrichtung für das Tempe­ rierbad; und mit
• e) einer Einrichtung zum quantitativen Bestimmen der Menge des vom Festkörper abgewitterten Materials (Abwitterung).

16. Anordnung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch ei­ ne Prüfflächenfixierung für den Festkörper im Probenbehäl­ ter.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfflächenfixierung eine Aufständerung (3a) für den Festkörper am Boden des Probenbehälters ist.

18. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfflächenfixierung eine mit dem Probenbehälter verbundene Aufhängung (3b, 3d) für den Festkörper ist.

19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in die Aufhängung eine Waage für den Festkörper inte­ griert ist, wobei die Waage ausreichend starr ist, um die Lage der Beanspruchungsfläche nicht zu beeinflussen.

20. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß die Beanspruchungsfläche (1a) di­ rekt auf dem Boden des Probenbehälters (2) aufliegt.

21. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen Boden des Probenbehäl­ ters (2) und der Beanspruchungsfläche (1a) ein Material zur Wärmeübertragung eingelegt ist, das sich den Flächen anpaßt.

22. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß der Probenbehälter mit einem dicht schließenden Deckel (10) versehen ist.

23. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß der Probenbehälter einem aufzuneh­ menden Festkörper angepaßt ist.

24. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Reguliereinrichtung (5a-e) zur Regelung des Pegelstands des Prüfmediums (12) im Proben­ behälter vorgesehen ist.

25. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Reguliereinrichtung mit der Prüfflächenfixierung verbunden ist.

26. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, ge­ kennzeichnet durch eine mit der Prüfflächenfixierung ver­ bundene Nachfülleinrichtung mit Niveauregelung (5c) für den Probenbehälter.

27. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 26, ge­ kennzeichnet durch eine Absaugeinrichtung (5b), die in defi­ nierter Höhe einen Absaugstutzen hat und das Niveau des Prüfmediums (12) regelt.

28. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 27, ge­ kennzeichnet durch eine Einrichtung zum Umwälzen des Prüfme­ diums (12), wobei das Prüfmedium (12) über einen Zulauf (5a) zugeführt und über eine Niveauregelung abgesaugt wird.

29. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 28, da­ durch gekennzeichnet, daß der Probenbehälter (2) so ausge­ bildet ist, daß er thermischen und chemischen Belastungen durch das Prüfmedium (12) widersteht und eine ausreichende thermische Leitfähigkeit besitzt.

30. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 29, da durch gekennzeichnet, daß der Probenbehälter (2) so im Tem­ perierbad gehaltert ist, daß ein Aufschwimmen auf dem Tempe­ rierbad verhindert ist.

31. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 30, da­ durch gekennzeichnet, daß das Temperierbad als Zwillingsbad ausgebildet ist und die beiden Bäder so über eine Wärmepumpe gekoppelt sind, daß das eine Bad geheizt wird, wenn das an­ dere Bad gekühlt wird.

32. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 31, da­ durch gekennzeichnet, daß das Temperierbad eine thermisch isolierte Badbehälterabdeckung (9) aufweist.

33. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 32, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Temperaturfühler (4a-c) zur Bestimmung der Ist-Temperatur des Temperierbads im Prüfme­ dium unterhalb der Beanspruchungsfläche angeordnet ist.

34. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 33, ge­ kennzeichnet durch eine Ultraschallprüfeinrichtung zur Be­ stimmung der Vorschädigung des Festkörpers.

35. Anordnung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bodenplatte des Probenbehälters abgedichtete Öff­ nungen angeordnet sind, über die Ultraschall der Ultra­ schallprüfeinrichtung aus dem Prüfmedium (12) in den Probenbehälter (2) eingekoppelt und ausgekoppelt wird.

36. Anordnung nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Festkörper (1) auf einer Trennschicht zwi­ schen Empfänger und Sender der Ultraschallprüfeinrichtung aufliegt, um so eine direkte Schallübertragung zuvermeiden.

37. Anordnung nach Anspruch 15 oder 36, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung zum Ermitteln der Abwitterung eine Dekantiereinrichtung, eine Trockeneinrichtung und eine Waage aufweist.

38. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 37, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ermitteln der Abwitterung ein Ultraschallbad aufweist.