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Diese
Erfindung bezieht sich auf Systeme zur Verlangsamung der Fortbewegung
von Fahrzeugen und insbesondere auf eine Testvorrichtung und Verfahren
zum Prüfen
von Zellenbeton, der für
den Einsatz in Anhaltebettsystemen bestimmt ist, um ein Flugzeug,
das das Ende einer Start- und Landebahn überrollt, sicher zu verzögern.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Ein
Flugzeug kann die Enden von Start- und Landebahnen überrollen,
was in der Praxis auch geschieht, wodurch die Wahrscheinlichkeit
für Verletzungen
von Passagieren und für
die Zerstörung
des Flugzeuges oder für
einen schweren Schaden an ihm erhöht wird. Solche Überrollvorgänge sind
während Fehlstarts
oder bei Landevorgängen
vorgekommen, wobei sich das Flugzeug mit Geschwindigkeiten von 148
km/h (80 knots) fortbewegt. Um hinsichtlich der Überrollvorgänge die Gefahren möglichst
klein zu halten, fordert das US-amerikanische Luftfahrtbundesamt
(Federal Aviation Administration, FAA) im Allgemeinen einen Sicherheitsbereich
mit einer Länge von
305 m (1.000 feet) hinter dem Ende der Start- und Landebahn. Obwohl dieser Sicherheitsbereich jetzt
eine FAA-Norm ist, wurden landesweit viele Start- und Landebahnen vor deren Annahme gebaut und
sind so gelegen, dass Wasser, Fahrbahnen oder sonstige Hindernisse
die wirtschaftliche Einhaltung der Überrollanforderung von 305
m (1.000 feet) verhindern.
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Mehrere
Materialien, einschließlich
der existierenden Bodenoberflächen
hinter der Start- und Landebahn, sind auf ihr Vermögen, ein
Flugzeug zu verzögern,
geprüft
worden. Die Bodenoberflächen zeigen
hinsichtlich ihres Anhaltevermögens
ein unvorhersagbares Verhalten, weil ihre Eigenschaften nicht vorhersagbar
sind. Beispielsweise kann sehr trockener Lehm hart und fast undurchdringbar
sein, während
nasser Lehm dagegen verursachen kann, dass das Flugzeug schnell
einsinkt und das Fahrwerk zum Bersten bringt und ein Gefahrenpotenzial
für Verletzungen
der Passagiere und der Crew sowie für einen größeren Flugzeugschaden birgt.
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Ein
1988er Bericht geht auf eine Untersuchung durch die Hafenbehörde (Port
Authority) von New York und New Jersey über die Machbarkeit der Entwicklung
einer Schaumstoff Anhalteeinrichtung für eine Start- und Landebahn
am JFK International Airport ein. In dem Bericht wird erwähnt, dass
Analysen gezeigt haben, dass eine solche Konstruktion für eine Anhalteeinrichtung
machbar ist und ein 45.400 kg (100.000 pound) schweres Flugzeug,
das die Start- und Landebahn mit einer Austrittsgeschwindigkeit
von bis zu 148 km/h (80 knots) überrollt
sowie ein 372.280 kg (820.000 pound) schweres Flugzeug, bei dem
der Überrollvorgang
mit einer Austrittsgeschwindigkeit von bis zu 111 km/h (60 knots)
erfolgt, sicher angehalten werden könnte. Im Bericht wird erklärt, dass
die Leistungsfähigkeit
einer entsprechenden Schaumstoff Anhalteeinrichtungskonfiguration
sich "gegenüber einem
flächenbefestigten
305 m (1.000 feet) langen Überrollbereich,
insbesondere wenn das Bremsen nicht wirksam und der Bremsschub nicht verfügbar ist,
als überlegen" erwiesen hat. Wie
bekannt ist, kann die Wirksamkeit des Bremsens unter nassen oder
eisigen Oberflächenbedingungen
eingeschränkt
sein (University of Dayton report UDR-TR-88-07, January 1988).
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Erst
vor kurzem ist ein Flugzeug-Anhaltesystem im US-Patent Nr. 5.193.764
(Larrett et al.) beschrieben worden. Gemäß der Offenbarung dieses Patents
wird ein Flugzeug-Anhaltebereich durch das Aneinanderhaften einer
Vielzahl von aufeinander gelegten dünnen Schichten aus hartem,
brüchigem, feuerbeständigem Phenolharzschaumstoff
geformt, wobei die unterste Schaumstoffschicht an einer Trägerfläche haftet.
Die aufeinander gelegten Schichten sind so ausgelegt, dass der Druckwiderstand
der kombinierten Schichten aus hartem Schaumstoff geringer ist als
die Kraft, die vom Fahrwerk eines beliebigen Flugzeugs des Typs
ausgeübt
wird, der bei seiner Bewegung von einer Start- und Landebahn in
den Anhaltebereich angehalten werden soll, so dass der Schaumstoff
bei der Berührung
mit dem Flugzeug zerdrückt
wird. Das bevorzugte Material ist Phenolharzschaumstoff, der mit
einem kompatiblen Klebstoff, wie z. B. einem Latexklebstoff, eingesetzt
wird.
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Tests
der auf Phenolharzschaumstoff basierenden Anhaltesysteme zeigen,
dass obwohl solche Systeme die Funktion, ein Flugzeug zum Halten
zu bringen, erfüllen,
der Einsatz des Schaumstoffmaterials Nachteile hat. Bei den Nachteilen
ist die Tatsache ganz wesentlich, dass Schaumstoff, in Abhängigkeit
seiner jeweiligen Eigenschaften, normalerweise eine Rückfederungseigenschaft
zeigen kann. Somit wurde bei der Phenolharzschaumstoff-Anhaltebettprüfung angemerkt,
dass als Folge der Rückfederung des
eigentlichen Schaumstoffmaterials in gewissem Maße eine Vorwärtsschubkraft
an die Räder
des Flugzeuges abgegeben wurde, während es sich durch das geschäumte Material
bewegte.
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Es,
wurde Schaum- oder Zellenbeton als Material für den Einsatz in Anhaltebettsystemen
vorgeschlagen und einer eingeschränkten Einsatzerprobung nach
dem Stand der Technik unterzogen. Eine solche Prüfung hat gezeigt, dass Zellenbeton
ein gutes Potenzial für
den Einsatz in Anhaltebettsystemen aufweist, und zwar auf der Grundlage,
dass er viele der gleichen Vorteile des Phenolharzschaumstoffes bereitstellt
und gleichzeitig einige Nachteile des Phenolharzschaumstoffes vermeidet.
Die Anforderungen für
eine genau kontrollierte Zerdrückfestigkeit
und einheitliche Materialbeschaffenheit im gesamten Anhaltebett
sind entscheidend und die Produktion des Zellenbetons mit den passenden
Kennwerten und der entsprechenden einheitlichen Beschaffenheit ist, soweit
bekannt ist, bisher nicht erreicht oder beschrieben worden. Die
Produktion von konstruktivem Beton für Bauzwecke ist eine alte Kunst,
bei der relativ einfache Verfahrensschritte zur Anwendung kommen.
Die Produktion von Zellenbeton ist, obwohl im Allgemeinen einfache
Bestandteile zur Anwendung kommen, durch die Art und die Wirkung
der Belüftungs-,
Mischungs- und Hydratationsaspekte kompliziert, die eng spezifiziert
und genau kontrolliert werden müssen,
wenn ein einheitliches Enderzeugnis, das weder zu schwach noch zu
stark ist, für
die vorliegenden Zwecke bereitgestellt werden soll. Inhomogenitäten, die
Bereiche von schwächerem
und stärkerem
Zellenbeton umfassen, können
tatsächlich
einen Schaden am verzögerten
Fahrzeug verursachen, wenn beispielsweise die Verzögerungskraft
die Festigkeit der Rädertragkonstruktion übersteigt.
Eine solche Uneinheitlichkeit kann außerdem dazu führen, dass
sich die Verzögerungsleistung
und der Gesamtbremsweg nicht genau vorhersagen lassen. Bei einer jüngsten Machbarkeitsprüfung, bei
der handelsüblicher
Zellenbeton zur Anwendung kam, wurde ein für die Aufzeichnung von Prüfdaten mit
Messausrüstung ausgestattetes
Flugzeug durch einen Bettabschnitt rollen lassen und es wurden Belastungsdaten
erfasst. Obwohl Schritte unternommen wurden, um zu versuchen, für die Einheitlichkeit
der Produktion zu sorgen, zeigten die entnommenen Proben und Flugzeugbelastungsdaten
aus dem Prüfanhaltebett
bedeutende Schwankungen zwischen Bereichen, in denen die Zerdrückfestigkeit äußerst hoch
war und Bereichen, in denen sie äußerst niedrig
war. Offensichtlich ist der mögliche
Nutzen eines Anhaltesystems beeinträchtigt, wenn das Flugzeug Kräften ausgesetzt
ist, die das Hauptfahrwerk beschädigen
oder bersten lassen könnten.
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Obwohl
Anhaltebettsysteme in Erwägung gezogen
wurden und deshalb zu Untersuchungszwecken einige tatsächliche
Prüfungen
von verschiedenen Materialien durchgeführt wurden, sind die praktische Produktion
und Realisierung, entweder eines Anhaltebettsystems, das innerhalb
der angegebenen Abstände
ein Flugzeug bekannter Größe und bekannten
Gewichtes, das sich mit einer geplanten Geschwindigkeit von einer
Start- und Landebahn weg bewegt, sicher zum Halten bringt, oder
von Materialien, die sich darin geeignet einsetzen lassen, nicht erreicht
worden. Die Materialmenge und die Geometrie, in der es geformt ist,
um ein wirksames Anhaltebett für
Fahrzeuge mit einer Vorgabe hinsichtlich Größe, Gewicht und Geschwindigkeit
bereitzustellen, hängt
unmittelbar von den physikalischen Eigenschaften des Materials und
insbesondere von dem Betrag des Widerstandes ab, der auf das Fahrzeug wirkt,
während
es sich durch das Bett bewegt und das Material zerdrückt oder
sonst wie verformt. Es können
Rechnerprogrammiermodelle oder sonstige Techniken zur Anwendung
kommen, um Widerstands- oder Verzögerungszielvorgaben für Anhaltebettsysteme
zu entwickeln, die auf der berechneten Kräfte- und Energieaufnahme für ein Flugzeug
spezieller Größe und Höhe basieren,
angesichts der entsprechenden Fahrwerksfestigkeitsdaten für ein solches
Flugzeug. Die Modelle müssen
jedoch annehmen, dass das Anhaltebett aus einem Material aufgebaut
ist, das eine abschnittsweise und chargenweise Einheitlichkeit hinsichtlich
der Kennwerte, wie z. B. der Festigkeit, Dauerfestigkeit etc., aufweist,
um einheitliche Ergebnisse mit einem vorhersagbaren Betrag der Energieaufnahme
(Widerstand) bei Berührung
durch die Teile des Flugzeuges (oder eines sonstigen Fahrzeuges),
die die Last des Fahrzeuges durch das Bett tragen (z. B. die Räder eines
Flugzeuges, während
es sich nach dem Überrollen
der Start- und Landebahn durch das Bett bewegt), zu erzeugen.
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Einer
der möglichen
Vorteile des Einsatzes von Schaum- oder Zellenbeton in Anhaltebettsystemen
besteht darin, dass sich das eigentliche Material auf unterschiedliche
Weise produzieren lässt,
und zwar unter Verwendung verschiedener Ausgangsmaterialien. Für Anwendungsarten
nach dem Stand der Technik, die sich nicht auf eine Fahrzeugverzögerung beziehen,
wurde der Beton produziert, indem zur Produktion eines Zellenbetons
eine spezielle Zementart (gewöhnlich
Portland) verwendet wurde, die mit Wasser, einem Treibmittel und
Luft kombiniert wird. Eine bedeutende Forderung macht jedoch den
Unterschied solcher früheren
Zellenbeton-Anwendungen gegenüber
der Produktion eines Erzeugnisses aus, das sich für den Einsatz
in einem Anhaltebett eignet. Bei früheren Anwendungen sind die
Zielvorgaben normalerweise eine Verringerung des Gewichts oder der
Kosten, oder beides, bei gleichzeitiger Bereitstellung einer vorgegebenen
Mindestdruckfestigkeit, wobei eine höhere Festigkeit besser ist. Bei
früheren
Anwendungen wurde normalerweise nicht gefordert, dass Zellenbeton
zu produzieren ist, der eine Höchstfestigkeit
und eine Mindestfestigkeit strikt einzuhalten hat. Außerdem war
bei früheren
Anwendungen kein hohes Maß an
einheitlicher Materialbeschaffenheit erforderlich, vorausgesetzt,
dass die grundlegenden Zielvorgaben hinsichtlich der Festigkeit
erfüllt
wurden. Sogar für
frühere
Anwendungen von Zellenbeton ist bekannt, dass die Menge und Art
des Zements, der Wasserzementwert, die Menge und Art des Treibmittels,
die Art und Weise, in der die Materialien kombiniert werden, die
Verarbeitungsbedingungen und die Aushärtungsbedingungen jeweils einen
wesentlichen Einfluss auf die sich ergebenden Eigenschaften des
Zellenbetons haben können.
Eine Notwendigkeit zur Verfeinerung der Produktion auf Werte, die
zur Produktion eines Zellenbetons erforderlich sind, der sich für Fahrzeuganhaltebetten
eignet, wurde von früheren
Anwendungen nach dem Stand der Technik nicht dargelegt.
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Somit
ist es eine Sache, Zielvorgaben bezüglich mechanischer Eigenschaften
von Materialien zu spezifizieren, die angemessen sind, um die gewünschte Verzögerung beim
Eintritt eines Flugzeuges oder sonstigen Fahrzeuges in das Anhaltebett
zu erreichen. Hinsichtlich der Fähigkeit
zur einheitlichen Produktion von Zellenbetonmaterial, das tatsächlich die
geforderten Eigenschaften der vorgegebenen Festigkeit und Einheitlichkeit
aufweist, ist jedoch nicht bekannt, dass diese früher erreicht
worden ist.
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Ein
großes
Problem im Fachgebiet ist der Mangel an etablierten Techniken zur
Produktion von Zellenbeton im Bereich niedriger Festigkeit, in einer einheitlichen
Weise unter Vorgabe sehr enger Toleranzen, damit sich ein gesamtes
Anhaltebett, das die gewünschten
mechanischen Eigenschaften in seiner gesamten Geometrie aufweist,
konsistent aufbauen lässt.
Während
das Einbringen von Zellenbeton vor Ort vorgeschlagen wurde, ist
bisher kein praktischer Entwurf für die erfolgreiche Realisierung
eines Zellenbeton-Anhaltebetts bereitgestellt worden.
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Ein
weiteres Problem ist, dass im Voraus bestimmt werden muss, welche
mechanischen Kräfte auf
das Fahrzeug tatsächlich
ausgeübt
werden, während
es sich durch den Schaumbeton einer speziellen Herstellungsgüte bewegt.
Die interessierenden mechanischen Eigenschaften sind nicht die Festigkeit
des Materials an sich, sondern eher die Verzögerungskraft, die ein Gegenstand
bei der Bewegung durch das Material erfährt, während das Material verformt
wird. Bei der konventionellsten Prüfung von Betonproben wird die
Bruchfestigkeit des Materials gemessen, um festzustellen, dass mindestens
eine spezifizierte Belastung ausgehalten wird. Im Gegensatz dazu
ist bei der Anhaltebett-Technologie die wichtige Kenngröße die Energie,
die kontinuierlich während
der Bruchstauchung des Materials aufgenommen wird (d. h. die tatsächliche
Festigkeit während
der kontinuierlichen Bruchstauchung). Ohne eine passende Prüfmethodik,
die sich einsetzen lässt,
um kontinuierlich die Druckfestigkeit zu ermitteln, die von einem
Schaumbeton einer speziellen Rezeptur, Produktionstechnik, Aushärtung und
Ausführung
geliefert wird, bliebe man im Fachgebiet mit der Anforderung konfrontiert,
sehr teuere Anhaltebettstrukturen zu bauen, bei denen eine Vielzahl
von unterschiedlichen Zellenbetonproben zur Bestimmung dienen müssten, welche
von diesen bei einem Einsatz in einem tatsächlichen Anhaltebett in einer Art
und Weise arbeiten, die sich vorhersagen ließe. Da genauer gesagt in der
Vergangenheit Anwendungen für
konstruktiven Zellenbeton durch die Mindestfestigkeitsprüfung abgesichert
werden konnten, sind weder geeignete Prüfverfahren noch eine Testvorrichtung
bereitgestellt worden, um eine zuverlässige Prüfung der Druckfestigkeit zu
ermöglichen,
die kontinuierlich von der Oberfläche eines Abschnitts von Zellenbeton
aus über
eine Eindringtiefe erfolgt und sich bis auf. eine innere Eindringtiefe
von bis zu achtzig Prozent der Abschnittdicke erstreckt.
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Die
Aufgaben der Erfindung sind die Bereitstellung einer neuen und verbesserten
Testvorrichtung und die Bereitstellung von Verfahren zum Prüfen von
Zellenbeton-Anhaltematerial und einer solchen Testvorrichtung und
solchen Verfahren, die eine oder mehrere der folgenden Vorteile
und Fähigkeiten
bereitstellen:
- – zuverlässige Bestimmung der Druckgradientenfestigkeit,
die bei der Verzögerung
eines sich bewegenden Gegenstandes erfahren wird;
- – Druckfestigkeitsprüfung ohne
konstruktiven Zusammenbruch einer Untersuchungsprobe;
- – kontinuierliche
Bestimmung der Druckgradientenfestigkeit ausgehend von der Oberfläche einer Probe
bis zu einer inneren Eindringtiefe von mindestens 60 Prozent der
Probendicke;
- – kontinuierliche
Aufzeichnung des Bruchstauchungs-Prüfdrucks und der Eindringtiefe;
- – Einsatz
eines verbesserten Prüfsondenkopfes, der
von einem Eindringschaft kontinuierlich eingetrieben wird; und
- – Einsatz
eines Eindringschaftes, der einen Schaftteil mit einem eingeengten
Querschnitt aufweist, um die sich nach der Kompression im Material
aufbauenden Einflüsse
zu verringern, die die Genauigkeit der erhaltenen Daten stören können.
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Bei
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Testvorrichtung
für Anhaltematerialien
bereitgestellt, die Folgendes umfasst: einen Eindringschaft; einen
Prüfsondenkopf
der mit dem Eindringschaft verbunden ist und eine Druckkontaktfläche aufweist;
einen Antriebsmechanismus, der an den Eindringschaft gekoppelt ist,
um den Schaft zu verschieben, damit der Prüfsondenkopf bis zu einer inneren
Eindringtiefe in einem Testteil des Materials eingetrieben wird;
eine Verschiebungsmessvorrichtung, die an den Eindringschaft gekoppelt
ist, um dessen Verschiebung zu erfassen; eine Kraftmessvorrichtung,
die an den Eindringschaft gekoppelt ist, um die gegen die Kontaktfläche des
Sondenkopfes ausgeübte
Kraft zu erfassen, während
er den Testteil zusammendrückt;
dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche des Sondenkopfes eine plane
Kontaktfläche
ist, die normal zur Länge
des Eindringschaftes angeordnet ist; wobei der Sondenkopf ausgehend von
der Oberfläche
des Testteils bis zu einer Eindringtiefe verschiebbar ist, die mindestens
gleich 60 Prozent der Dicke des Testteils ist; wobei die Vorrichtung
zusätzlich
ein Datenerfassungsgerät
umfasst, das auf die Verschiebungsmessvorrichtung und die Kraftmessvorrichtung
reagiert, um Daten bereitzustellen, die für die Druckgradientenfestigkeit
eines verdichtbaren Testteils bis zur inneren Eindringtiefe im Teil
repräsentativ
sind.
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Der
Eindringschaft umfasst vorzugsweise einen verengten Schaftteil,
der hinter dem Prüfsondenkopf
beginnt und sich mindestens über
einen Teil der Länge
des Eindringschaftes erstreckt. Im Idealfall weist der verengte
Schaftteil normalerweise eine Querschnittsfläche auf, deren Flächeninhalt
mindestens zehn Prozent kleiner ist als der der Kontaktfläche der
Prüfsonde,
um die sich nach der Kompression im Material aufbauenden Einflüsse hinter
dem Prüfsondenkopf
und die sich daraus ergebenden Datenfehler zu verringern.
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Beim
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Bestimmung der Druckgradientenfestigkeit über eine Eindringtiefe eines Testteils
eines verdichtbaren Anhaltematerials bereitgestellt, dass die folgenden
Schritte umfasst: Eintreiben eines Prüfsondenkopfes, der mit einem
Eindringschaft verbunden ist und eine plane Druckkontaktfläche definiert,
die normal zur Länge
des Eindringschaftes angeordnet ist, in den Testteil, und zwar bis zu
einer inneren Eindringtiefe von mindestens 60 Prozent der Dicke
des Testteils; Überwachen
der Druckkraft an der Kontaktfläche,
ausgehend von der Oberfläche
des verdichtbaren Testteils bis die Kontaktfläche des Kopfes die innere Eindringtiefe
an einer Vielzahl von Zwischentiefen erreicht, und zwar indem auf
einem Datenerfassungsgerät,
das auf eine Verschiebungsmessvorrichtung und eine Kraftmessvorrichtung
reagiert, Daten aufgezeichnet werden, die für die Druckgradientenfestigkeit
des verdichtbaren Testteils, bis zur inneren Eindringtiefe im Teil,
repräsentativ
sind.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung wird, im Zusammenhang mit anderen und weiteren Aufgaben,
Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen und auf den Schutzbereich
der Erfindung in den beiliegenden Patentansprüchen hingewiesen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Ausführungsform
der Testvorrichtung für
Anhaltematerialien gemäß der Erfindung.
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Die 2 und 4 sind
jeweils eine Seiten- und eine Unteransicht eines Prüfsondenkopfes und
eines mit dem Eindringschaft verbundenen Testteils, die die Erfindung
nutzen.
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3 ist
eine Seitenansicht, die einen Prüfsondenkopf
zeigt, der an einem Eindringschaft einer alternativen Konstruktion
gemäß der Erfindung
befestigt ist.
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5 ist
ein Flussdiagramm, das bei der Beschreibung eines Prüfverfahrens
gemäß der Erfindung
nützlich
ist.
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Die 6 und 7 zeigen
Prüfdaten,
die unter Einsatz der Vorrichtung von 1 und dem Verfahren
von 5, bezüglich
der Druckkraft, die längs
der Ordinate gegen den prozentualen Anteil der Eindringung angegeben
ist, der längs
der Abszisse für
Proben von Zellenbeton zweier unterschiedlicher Festigkeiten angegeben
ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Der
Einsatz von Zellenbeton in Anhaltebett-Anwendungen erfordert, dass
sich das Material hinsichtlich seines Verformungswiderstandes im
Allgemeinen einheitlich verhält,
da es die Vorhersagbarkeit der Kräfte, die auf die Oberfläche der
Kontaktelemente des verzögerten
Fahrzeuges wirken, ist, die es gestattet, das Bett so zu entwerfen,
zu bemessen und zu bauen, dass eine annehmbare Leistungsfähigkeit
sichergestellt wird. Damit eine solche Einheitlichkeit erreicht
wird, bedarf es einer sorgfältigen Auswahl
und Kontrolle der Bestandteile, die zur Zubereitung des Zellenbetons
eingesetzt werden, der Bedingungen, unter denen sie verarbeitet
werden und des zugehörigen
Aushärteverhaltens.
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Die
Bestandteile von Zellenbeton sind im Allgemeinen ein Zement, vorzugsweise
Portlandzement, ein Treibmittel und Wasser. Relativ feiner Sand oder
sonstige Materialien können
ebenfalls in einigen Fällen
zur Anwendung kommen, werden aber in den gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen
nicht eingesetzt. Für
die vorliegenden Zwecke wird der Ausdruck "Zellenbeton" als generischer Ausdruck verwendet,
der für
Beton mit relativ kleinen inneren Zellen oder Blasen eines Fluids,
wie z. B. Luft, steht und der Sand oder ein anderes Material umfassen kann,
sowie Formulierungen, die keinen solchen Sand oder kein solches
anderes Material umfassen.
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Es
sind viele Verfahren zur Produktion von Zellenbeton bekannt. Im
Allgemeinen umfasst der Prozess die folgenden Schritte: Mischen
des Schaumkonzentrates mit Wasser, Erzeugung der Schaums durch Einleitung
von Luft, Hinzugabe des sich ergebenden Schaums zur Zementschlämme oder
zum Zement-Zuschlagstoff-Schlämmenmix
und gründliche
Mischung des Schaums und der Zementschlämme in einer kontrollierten
Art und Weise, die zu einer homogenen Mischung mit einem bedeutenden
Anteil von Hohlräumen
oder "Zellen" führt, die die
Dichte des Materials im Vergleich zu anderen Betonarten relativ
niedrig halten. Weil die Anwendung von Zellenbeton für den Einsatz
in Anhaltebetten eine allgemeine Einheitlichkeit der Materialeigenschaften erfordert,
ist das gleichmäßige Schäumen, Mischen und
Aushärten
der Materialien von äußerster
Wichtigkeit.
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Der
Bau des Anhaltebettsystems lässt
sich bewerkstelligen, indem der Zellenbeton an einer zentralen Produktionseinrichtung
oder auf der Baustelle des Betts produziert und der Beton in Formen geeigneter
Abmessungen eingebracht wird, um die gewünschte Geometrie für das System
zu erreichen. Es hat sich jedoch für die Einheitlichkeit der Materialkennwerte
und Gesamtqualitätssicherung
als besser erwiesen, Abschnitte des Gesamtbettes unter Verwendung
von Formen geeigneter Größe zu gießen und
dann die Abschnitte zur Baustelle zu transportieren und dort anzubringen,
um die Gesamtkonfiguration des Bettes zu formen. Im letzteren Fall
können solche
Einheiten oder Abschnitte in Form von Blöcken vorgegebener Größe produziert
und solange aufbewahrt werden, bis die Qualitätssicherungsprüfung abgeschlossen
ist. Die Blöcke
lassen sich dann zur Baustelle transportieren, dort verlegen und
mit dem Sicherheitsbereich der Start- und Landebahn unter Verwendung
von Asphalt, Zementschlamm oder anderen geeigneten anhaftenden Materialien,
je nach Baumaterialien des eigentlichen Sicherheitsbereiches, verankern.
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Der
Ausdruck "Druckfestigkeit" (ungleich CGS) wird
normalerweise so verstanden, dass er die Kraft (üblicherweise gemessen in pounds
per square inch) (wobei 1 psi = 0,07 kg cm–2)
bezeichnet, die, wenn sie an einem Vektor, der zur Oberfläche einer standardisierten
Probe senkrecht steht, aufgebracht wird, die Probe zum Brechen bringt.
Die konventionellsten Prüfverfahren
spezifizieren die Testvorrichtung, die Probenahmeverfahren, die
Probekörperanforderungen
(einschließlich
der Anforderungen hinsichtlich der Größe, des Formens und Aushärtens) sowie
die Belastungsgeschwindigkeiten und die Protokollaufbewahrungs-Anforderungen.
Ein Beispiel ist ASTM C 495-86 "Standard
Method for Compressive Strength of Lightweight Insulating Concrete" (Standardverfahren
für Druckfestigkeit
von leichtem Isolierbeton). Während
solche Prüfverfahren
bei der Konstruktion von Tragwerken nützlich sind, bei denen es erforderlich
ist, eine konstruktive Unversehrtheit unter vorhersagbaren Belastungsbedingungen aufrechtzuerhalten
(d. h. Zielvorgabe ist das Vorhandensein einer Mindestfestigkeit),
ist die Aufgabe der Anhaltebettsysteme in einer vorhersagbaren spezifizierten
Weise nachzugeben, wodurch eine kontrollierte, vorhersagbare Widerstandskraft
bereitgestellt wird, während
das Fahrzeug den Zellenbeton verformt (d. h. Zielvorgabe ist das
Vorhandensein einer spezifischen Druckgradientenfestigkeit). Somit
konzentrieren sich solche konventionellen Prüfverfahren auf die Bestimmung
der Festigkeit bis zum Auftreten des Bruchs und nicht auf die Festigkeit
während
der Bruchstauung. Oder einfacher ausgedrückt, beantwortet das Wissen über den
Betrag der Kraft, der den Probekörper
aus Zellenbetonmaterial zertrümmert, nicht
die entscheidende Frage, welchen Betrag des Widerstandes oder der
Verzögerung
ein Fahrzeug erfährt,
das sich durch ein Anhaltebettsystem bewegt. Im Gegensatz zu einer,
dem Stand der Technik entsprechenden "einmaligen" Bruchfestigkeit müssen die Prüfverfahren für die vorliegenden
Zwecke eine Art der kontinuierlichen Bruchstauchung bewerten, da
ein Teil des Probekörpers
kontinuierlich auf ca. 20 Prozent seiner ursprünglichen Dicke zusammengedrückt wird.
Die Ausrüstung
und die Verfahren, die sich für
eine solche kontinuierliche Prüfung eignen,
wie sie für
die vorliegenden Zwecke gegeben sein müssen, standen im Allgemeinen
bisher nicht zur Verfügung.
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Wegen
des weiten Variablenbereichs, den es hinsichtlich der Materialien
und Verarbeitung von Zellenbeton gibt, sowie der Größe und Kosten
des Baus von Anhaltebetten zu Prüfzwecken,
ist es unbedingt erforderlich, dass genaue Prüfinformationen verfügbar sind,
um den Betrag der Widerstandskraft vorherzusagen, den eine spezielle
Zellenbetonsorte, die auf eine bestimmte Weise verarbeitet und ausgehärtet wurde,
beim Einsatz in einem Anhaltebettsystem bereitstellen wird. Durch
Entwickeln einer neuen Prüfmethodik,
bei der sich die resultierenden Daten auf die Messung der Widerstandskraft,
die während
der kontinuierlichen Bruchstauchung einer Probe auftritt, konzentrieren,
anstelle auf eine einfache einmalige "Druckfestigkeit", sind neue Prüfverfahren und eine Testvorrichtung
entwickelt worden, um eine zuverlässige Prüfung und Bestätigung der
passenden Zellenbetonmaterialien und Prozessvariablen zu ermöglichen.
Als Folge davon ist ermittelt worden, dass die Druckkraft, die erforderlich
ist, um Zellenbeton auf 20 Prozent seiner ursprünglichen Dicke zu zerdrücken, von
der Eindringtiefe abhängt.
Dieser Kennwert, den die gegenwärtigen
Erfinder mit "Druckgradientenfestigkeit" oder "CGS" bezeichnen, muss
genau spezifiziert werden, um ein Zellenbeton-Fahrzeuganhaltebett
zu bauen, das bekannte Verzögerungskennwerte
aufweist, um ein Flugzeug sicher zu verlangsamen.
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Das
Prüfverfahren
und die Ausrüstung
der vorliegenden Erfindung stellen Belastungs- und Verformungsdaten
für Untersuchungsproben
von Zellenbeton oder Materialien mit ähnlichen Kennwerten bereit,
die sich einsetzen lassen, um genau vorherzusagen, wie sich ein
Anhaltebett aus dem gleichen Material hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit
verhalten wird. Somit ist ein Eindringungsprüfverfahren, bei dem die Druckfestigkeit
einer Probe aus Zellenbeton nicht durch Aufbringung einer Kraft
gemessen wird, die zum Bruch einer Probe führt, sondern das stattdessen
kontinuierlich Informationen über
die Widerstandskräfte
aufzeichnet, die erzeugt werden, während ein Prüfsondenkopf
mit einer spezifizierten Druckkontaktfläche durch ein Volumen aus Zellenbeton
bewegt wird, der Schlüssel
zum Erhalt der Daten, die für
die Formulierung und den Einsatz von Zellenbeton in Anhaltebett-Anwendungen
erforderlich sind. Wie demzufolge gemessen wurde, hängt die
CGS über
einen Bereich von der Eindringtiefe ab, was zu einem Gradientenwert
(wie z. B. der 60/80 CGS) anstelle eines einfachen singulären Bruchwertes
führt, wie
dies bei Prüfungen
nach dem Stand der Technik der Fall war.
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Für die vorliegenden
Zwecke wird der Ausdruck "Druckgradientenfestigkeit" (oder "CGS") verwendet, um sich
auf die Druckfestigkeit eines Abschnittes aus Zellenbeton von einer
Oberfläche
aus kontinuierlich bis zu einer inneren Eindringtiefe zu beziehen,
die normalerweise 66 Prozent der Dicke des Abschnittes betragen
kann. Infolge dieser Definition entspricht die CGS nicht der Druckfestigkeit,
wie sie durch die Standard-ASTM-Prüfverfahren festgelegt ist.
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TESTVORRICHTUNG (1)
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Jetzt
wird auf 1 Bezug genommen, in der eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
der Testvorrichtung für
Anhaltematerialien dargestellt ist. Wie im Weiteren beschrieben
werden wird, wird die Vorrichtung von 1 angeordnet,
um die Druckgradientenfestigkeit, ausgehend von der Oberfläche bis zu
einer inneren Eindringtiefe, in einem Probenabschnitt von verdichtbaren
Anhaltematerialien kontinuierlich zu prüfen. Wie dargestellt, umfasst
diese einen konstruktiven Plattformträger 2, der geeignet
ist, um den Boden eines Testabschnittes abzustützen und zusammen mit den Rahmenelementen
eine Testtragekonstruktion 4 zu bilden.
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Ein
Kolben steht, in Form des Eindringschaftes 6, mit dem Zylinder 8 verschiebbar
in Eingriff und ist zur Aktivierung mit Hilfe eines Fluides angeordnet, wobei
die Kopplung durch Hydraulikleitungen 10 erfolgt. Die Konfiguration
ist so ausgelegt, dass sich ein Schaft 6 bis zu einem Testabschnitt 12 des
Zellenbetons oder sonstigen geeigneten Materials als Reaktion auf
die Aktivierung der Hydraulikdruckquelle 14 herunterfahren
lässt.
Der Testabschnitt 12 wird während der Prüfung von
einem Bodenlagerbock 16 abgestützt, der auf dem Träger 2 aufliegt.
Ein Prüfsondenkopf
der unten am Eindringschaft 6 befestigt ist, wird unter
Bezugnahme auf die 2–4 beschrieben.
Es lässt
sich somit erkennen, dass der Hydraulikzylinder 8, der über die
Leitungen 10 der Hydraulikdruckquelle 14 gespeist
wird, eine Form eines Antriebsmechanismus umfasst, der an den Eindringschaft 6 gekoppelt
ist und die Fähigkeit
zur kontinuierlichen Verschiebung des Schaftes 6 bereitstellt, um
einen Prüfsondenkopf
bis zu einer inneren Eindringtiefe in einem Anhaltematerial-Testabschnitt 12 einzutreiben.
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Wie
abgebildet, umfasst die Testvorrichtung außerdem eine Kraftmessvorrichtung,
die als Kraftmesszelle 18 dargestellt ist. In bekannter
Weise wird die Kraftmesszelle 18 angeordnet, um die Kraft
zu messen, die auf den Eindringschaft 6 und die Kontaktfläche des
Prüfsondenkopfes
ausgeübt
wird, während
er in den Zellenbeton des Testabschnittes 12 verschoben
wird und dessen Bruchstauchung verursacht. Alternativ kann die gemessene
Kraft als ein Maß des
Widerstandes betrachtet werden, der vom Zellenbeton gegen die Kontaktfläche des
Prüfsondenkopfes
während
der Bruchstauchung des Testabschnittes 12 aufgebracht wird.
Die von der Kraftmesszelle, die eine Kraftmessvorrichtung 18 umfasst,
gemessenen Kräfte
werden kontinuierlich überwacht
und lassen sich bezüglich
der Kraft oder des Druckes während
der Prüfung über die
Datenleitung 20, die an ein Datenerfassungsgerät 22 gekoppelt
ist, aufzeichnen. In 1 umfasst die Testvorrichtung
außerdem
eine als linearer Potentiometer 24 dargestellte Verschiebungsmessvorrichtung,
die so angeordnet ist, dass deren Impedanz von den Änderungen
der Position des Eindringschaftes 6 abhängt. Die Verschiebungsmessvorrichtung 24 ist über die Datenleitung 26 an
ein Datenerfassungsgerät 22 gekoppelt,
damit die Verschiebung des Schaftes 6 während der Prüfung kontinuierlich überwacht
und aufgezeichnet werden kann. Bei der abgebildeten Testvorrichtung
wird der von einer als Druckaufnehmer 28 dargestellten
Druckmessvorrichtung erfasste Hydraulikdruck über die Datenleitung 30 ebenfalls überwacht
und aufgezeichnet.
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Jetzt
wird auf die 2–4 Bezug
genommen, in denen im Einzelnen zwei exemplarische Konfigurationen
einer Anhaltematerial-Prüfsonde
gemäß der Erfindung
dargestellt sind, die geeignet ist, um die Druckgradientenfestigkeit
ausgehend von der Oberfläche
bis zu einer inneren Eindringtiefe im Anhaltematerial kontinuierlich
zu prüfen.
Die Prüfsonde umfasst
einen Eindringschaft und einen Prüfsondenkopf der an dessen unterem
Ende befestigt ist. 2 zeigt den unteren Teil eines
Eindringschaftes 6, der eine Gesamtlänge, die nicht kleiner ist
als die Tiefe der inneren Eindringung während der Prüfung, und eine
Querschnittsgröße aufweist,
die durch den Durchmesser 7 wiedergegeben wird. Der Eindringschaft 6 kann
normalerweise aus Stahl geformt sein und eine kreisförmige zylindrische
Form haben. Der Prüfsondenkopf 34 ist
mit dem unteren Ende die Schaftes 6 geeignet verbunden
(ist z. B. daran durch Schweißen,
durch Einschrauben in das Ende etc. befestigt), damit er seine Position
beibehält,
wenn er dem Längsdruck
ausgesetzt ist. Der Prüfsondenkopf 34 weist
eine Druckkontaktfläche 36 auf,
die gehärtet sein
kann oder sonst wie eine geeignete Beschaffenheit für die Kompression
des Zellenbetons oder sonstigen Materials hat, so dass keine übermäßige Verformung
der Fläche 36 auftritt.
Die Abmessung der Kontaktfläche 36,
die durch den Durchmesser 35 in der Unteransicht von 4 wiedergegeben
wird, ist größer als
die Abmessung des Querschnitts eines verengten Schaftteils des Eindringschaftes 6.
Anhand von 2 ist ersichtlich, dass der
Kontaktflächendurchmesser 35 größer ist
als der Durchmesser 7 des Schaftes 6, der in diesem
Beispiel über
seine gesamte Länge
einen konstanten Durchmesser hat. 3 zeigt
eine alternative Konfiguration. In 3 hat der
Eindringschaft 6a einen Basisdurchmesser 7a, der
zum Hydraulikzylinder 8 von 1 passt.
Der Eindringschaft 6a umfasst einen verengten Schaftteil 6b mit
kleinerer Querschnittsfläche,
der hinter dem Prüfsondenkopf 34 beginnt
und sich mindestens über einen Teil
der Länge
des Eindringschaftes erstreckt. Somit lässt sich unter Bezugnahme auf 2 erkennen,
dass in der ersten Konfiguration der verengte Schaftteil, bezogen
auf die Kontaktfläche 36,
eine verringerte Querschnittsfläche
aufweist, die sich effektiv über
die gesamte Länge
des Eindringschaftes erstreckt, wie dies auch in 1 gezeigt
ist. In 3 stellt der verengte Schaftteil
nur einen Teil der Länge des
Schaftes 6a dar. Gemäß der Erfindung
wurde festgestellt, dass die Bereitstellung eines verengten Schaftteils,
der sich hinter dem Prüfsondenkopf
erstreckt, wirksam ist, um die möglicherweise
fehlererzeugenden Einflüsse
durch die nach der Kompression aufbauenden Teilchen des Zellenbetons
hinter der Kontaktfläche
zu verringern, während
er in das zu prüfende
Anhaltematerial fährt.
Der verengte Schaftteil hat vorzugsweise eine Länge, die mindestens gleich
der Solleindringtiefe ist. Es hat sich herausgestellt, dass dieses
Merkmal die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Prüfergebnisse
als Indikator der Druckgradientenfestigkeit verbessert, die beim
Einsatz des Anhaltematerials tatsächlich auftritt.
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Eine
gegenwärtig
bevorzugte Konfiguration des Prüfsondenkopfes 34 umfasst
eine plane kreisförmige
Kontaktfläche 36 mit
einem Durchmesser von ungefähr
2 Zoll (50,8 mm), wobei der verengte Schaftteil (6 oder 6b)
hinter dem Kopf 34 eine Querschnittsfläche aufweist, deren Flächeninhalt 10 bis 50 Prozent
kleiner ist als der der Kontaktfläche und sich hinter dem Prüfsondenkopf 34 über eine
Länge erstreckt,
die mindestens gleich der Eindringtiefe ist. Die Konstruktion sollte
eine grundlegende konstruktive Unversehrtheit und Kontaktflächenhärte aufweisen,
die entsprechend beschaffen ist, um Druckkräfte von mindestens 7 (100)
und vorzugsweise 35 kgcm–2 (500 pounds per square
inch (psi)) ohne Bruch oder bedeutenden Verzug der Fläche auszuhalten.
Bei anderen Ausführungsformen
kann die Kontaktfläche 36 eine
Sechskant- oder andere geeignete Form und eine beliebige passende
Größe aufweisen.
Diesbezüglich
wird es jedoch gegenwärtig
als besser erachtet, dass die Größe der Kontaktfläche 36,
bezogen auf die Querschnittsgröße des Testteils 12,
so gewählt
wird, dass die Prüfung
ohne einen allgemeinen konstruktiven Bruch oder eine entsprechende
Zertrümmerung
der Untersuchungsprobe, wie z. B. durch das Wegfallen der Seitenteile
des Testteils 12, durchgeführt werden kann, bevor eine
Eindringung von ca. 70 Prozent vorliegt. Um gemäß der Erfindung genaue Ergebnisse
zu erreichen, die als Indikator für die Druckgradientenfestigkeit
beim Einsatz im Anhaltebett dienen können, wird es gegenwärtig bevorzugt,
dass der Testteil 12 nur von unten, ohne seitliche Abstützung, Bandage
oder Kapselung, abgestützt
wird, und während
der Prüfung,
abgesehen von der inneren Bruchstauchung längs des Wegs des Prüfsondenkopfes 34,
unbeschädigt
bleiben sollte. Der allgemeine konstruktive Bruch oder die entsprechende
Zertrümmerung
der Untersuchungsprobe nach einer Eindringung von 70 oder 80 Prozent
ist bezüglich
der Gültigkeit
der Prüfergebnisse
normalerweise nicht problematisch. Durch Verwendung eines Prüfverfahrens,
bei dem die Probe frei ist während
der Kolben eindringt und die resultierenden Spannungen ausübt, wird
eine bessere Annäherung an
die Leistungsfähigkeit
des Anhaltebettes erzielt, da es dort keine Randbegrenzung bzw.
keine Reflexion der Spannungskräfte
gibt, die vom zu prüfenden Zellenbeton
oder sonstigen Material verursacht werden, weil es gegen eine künstlich
starke Behälterwand
hochgedrückt
wird.
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PRÜFVERFAHREN (5)
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Die
Prüfmethodik
umfasst die Fähigkeit,
die Belastung dynamisch zu messen, während sich der Prüfsondenkopf
durch die Probe bewegt. Bei einem bevorzugten Verfahren wird die
Belastung mit einer relativ schnellen konstanten Geschwindigkeit
aufgebracht, wobei die Kraftmessungen kontinuierlich oder in kleinen
Verschiebungsschritten erfolgen, während sich der Prüfsondenkopf
durch die Probe bewegt. Eine gegenwärtig bevorzugte Verschiebungsgeschwindigkeit
für den
Prüfsondenkopf
beträgt
etwa 0,09 km/h (60 inches per minute), was im Vergleich zum Wert
von 7,6 × 10–5 km/h
(0,05 inches per minute), der für
eine andere Form der Prüfung
im ASTM C39-86 Standard-Prüfverfahren
spezifiziert ist, relativ schnell ist. Zellenbetonproben, die auf
diese Weise verformt werden, werden einen Verformungspunkt erreichen,
an dem im Wesentlichen alle Hohlräume oder Zellen zerdrückt sind
und der Betrag der Druckkraft, der für eine weitere Verformung erforderlich
ist, schnell ansteigt bzw. die Untersuchungsprobe einen allgemeinen
konstruktiven Bruch erleidet. Dieser Punkt tritt normalerweise bei
einer Eindringtiefe in der Größenordnung
von 80 Prozent der Probendicke auf. Es sind genau die Kräfte, die
erforderlich sind, um die Probe ausgehend von einem Anfangspunkt
bis zu dem Punkt zu verformen, an dem dieser schnelle Anstieg hinsichtlich
der Druckkraft erfolgt (z. B. bis mindestens 60 Prozent der Probendicke),
die von Interesse sind und deren Erfassung die Prüfmethodik
und Testvorrichtung gestatten sollte. Somit wird eingesehen werden,
dass es ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die Prüfergebnisse
bereitzustellen, die ein Indikator für die Verzögerung sind, die ein Fahrzeug oder
ein anderer Gegenstand, der sich durch ein Volumen aus verdichtbarem
Anhaltematerial bewegt, erfährt.
Dieses Ziel unterscheidet sich von dem Ziel der bekannten Testmethoden
nach dem Stand der Technik, die für die vorliegenden Zwecke nicht
geeignet sind.
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Gemäß der Erfindung
und unter Bezugnahme auf 5 umfasst ein Verfahren zur
kontinuierlichen Prüfung
der Druckgradientenfestigkeit eines für den Einsatz in einem Fahrzeug-Anhaltebett geeigneten
Zellenbetonabschnittes die folgenden Schritte:
- (a)
Bereitstellen, im Schritt 40 in 5, eines
Eindringschaftes, an dem ein Prüfsondenkopf
mit einer Druckkontaktfläche
befestigt ist, die eine Kontaktflächen-Fläche aufweist;
- (b) Bereitstellen, im Schritt 42, eines Testabschnittes
aus Zellenbeton, der eine Querschnittsfläche, deren Flächeninhalt
mindestens zwanzig Mal größer ist
als der der Kontaktfläche,
und eine Dicke aufweist;
- (c) Abstützen
des Testabschnittes in Längsrichtung,
im Schritt 44;
- (d) Eintreiben der Kontaktfläche
des Prüfsondenkopfes,
im Schritt 46, in Längsrichtung
in den Testabschnitt, ausgehend von der oberen Fläche bis zu
einer inneren Eindringtiefe im Testabschnitt;
- (e) Überwachen,
im Schritt 48, der Verschiebung des Prüfsondenkopfes; und
- (f) Überwachen,
im Schritt 48, der Druckkraft an der Kontaktfläche an einer
Vielzahl von Zwischeneindringtiefen im Testabschnitt.
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Das
Verfahren kann zusätzlich
den Schritt zur Verfügungstellung
einer Darstellung eines Gradienten umfassen, die Werte der Druckkraft
an der Vielzahl von Zwischentiefen wiedergibt, wie dies unter Bezugnahme
auf die 6 und 7 beschrieben
werden wird. Die Darstellung kann die Form eines Computerausdrucks
wie in den 6 und 7 annehmen,
oder eine vergleichbare Anzeige auf einem Computerbildschirm sein
oder eine andere geeignete Form haben.
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Bei
der Anwendung des Prüfverfahrens
umfasst der Schritt (c) vorzugsweise die Abstützung des Testabschnittes von
unten, bei gleichzeitigem Nichtvorhandensein einer seitlichen Begrenzung
an den Seiten des Testabschnittes. Außerdem umfasst der Schritt
(d) vorzugsweise das kontinuierliche Eintreiben der Kontaktfläche bis
zu einer inneren Eindringtiefe, die mindestens gleich 60 Prozent
(und normalerweise gleich ca. 70 Prozent) der Dicke des Testabschnittes
ist, und ferner wird in Schritt (e) die Kraft an der Kontaktfläche des
Prüfsondenkopfes
vorzugsweise in kurzen Intervallen (z. B. 10 bis 30 Mal pro Sekunde)
aufgezeichnet, bis die Kontaktfläche
eine solche innere Eindringtiefe erreicht.
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Die
Vorrichtung ist angeordnet, um die Belastung auf die Probe kontinuierlich
anstatt diskontinuierlich, sowie ohne Stoß, aufzubringen. Die Belastungsgeschwindigkeit
sollte einstellbar, vorzugsweise per Software steuerbar, sein, die
von einem Datenerfassungsmittel ausgeführt wird, das beispielsweise
ein universeller Personal Computer mit entsprechender Datenerfassungs-Software
ist. Die Vorrichtung stellt vorzugsweise eine vorgeschriebene Belastungsgeschwindigkeit
für den
Gesamthub während
der Testabschnitt-Eindringung bereit. Die Hublänge hängt von der Testabschnittdicke
ab, wobei eine größere Belastungshublänge für eine tiefere Eindringtiefe
bei dickeren Testabschnitten angemessen ist. Die Belastungsinformation,
die Abstandsinformation und die Druckinformation wird vom Datenerfassungsmittel
während
der Eindringung erfasst und kann mit einer Rate von 30 Mal pro Sekunde
für jede
Einzelprüfung
abgetastet und aufgezeichnet werden. Bei anderen Anwendungen kann
die Abtastgeschwindigkeit anders sein. Obwohl die Toleranzen für die speziellen
Ausführungsformen
angemessen spezifiziert werden sollten, kann eine Prüfspezifikation
vorgeben, dass der maximal zulässige
Fehler an jedem Punkt für
die Belastung 1,4 kg im Messbereich von 454 kg (3 in 1.000 pounds),
für den
Abstand 0,16 cms im Messbereich von 61 cms (0,0625 inches in 24 inches)
und für
den Druck 0,7 im Messbereich von 70 kgcm–2 (1
in 1.000 psig) beträgt.
Die Überprüfung der Genauigkeit
des Betriebs und der Datenerfassung sollte die Prüfung im
gesamten Belastungsbereich umfassen.
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Die
Datenerfassungs-Software, die auf dem Datenerfassungs-Computer eingesetzt
wird, lasst sich durch Fachpersonal einrichten und konfigurieren,
so dass sie bei der Überwachung
aller Informationen wirksam ist, die von jeder Messvorrichtung der Vorrichtung
empfangen werden. Die Software sollte vorzugsweise den Einsatz eines
Displays ermöglichen,
damit der Bediener, während
die Prüfung
erfolgt, kontinuierlich Daten anzeigen und überwachen kann. Die aufzuzeichnenden
Daten umfassen die Messwerte, die für die Belastung (kg (pounds)),
die Verschiebung (cm (inches)), die Zeit (s (seconds) und vorzugsweise
den Hydraulikdruck (kgcm–2) (psig) repräsentativ
sind. Die Daten sollten normalerweise in kurzen Intervallen abgetastet
werden (z. B. 30 Messwerte pro Sekunde). Dies sollte während des
gesamten Hubes des Prüfsondenkopfes
erfolgen, während er
in die Probe eindringt. Bei bestimmten Konfigurationen kann der
Hydraulikdruck nicht überwacht
werden oder er lässt
sich als Reserve- oder Ersatzdateninformation für die Belastungsdaten nutzen.
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Um
eine maximale Genauigkeit bereitzustellen, sollte die Nullpunkteinstellung
und die Einstellung der Testvorrichtung von der Datenerfassungs-Software überwacht
und aufgezeichnet werden. Es kann wünschenswert sein, Eingangsrohdaten
direkt aufzuzeichnen und außerdem
die Daten automatisch in einer umgewandelten Form zur Verfügung zu
stellen. Somit lassen sich zum Beispiel Belastungsdaten bezüglich der
Kontaktflächenkraft
normalerweise in pounds aufzeichnen und mit Hilfe des Faktors des
Flächeninhaltes
der Kontaktfläche
in psi umwandeln. Auf ähnliche
Weise lässt
sich ein für
den Widerstand repräsentativer
Spannungsausgangswert vom Verschiebungssensor 24 in den
entsprechenden inch-Wert der Verschiebung umwandeln.
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Die
Präparation
der einheitlichen Proben und die sorgfältige Aufzeichnung bezüglich deren
Kennwerte ist ein wichtiger Teil des Prüfprozesses. Bestimmte spezifische Überwachungen
lassen sich bezüglich
des Prüfprozesses
vornehmen. Für
die Probenahme von Zellenbeton lassen sich beispielsweise entsprechende
Bestimmungen des Verfahrens C-172 der ASTM nutzen, wobei die folgenden
Ausnahmen zu beachten sind: Falls die Probenahme ausgehend von der
Pumpenausrüstung
erfolgt, sollte ein Eimer mit einem Fassungsvermögen von ungefähr 5 Gallonen
gefüllt
werden, indem er durch den Ablassstrom des Betonpumpenschlauches
hindurchgeführt
wird, der eingesetzt wird, um den Beton am Einbringort des Betons
einzubringen. Es ist Sorgfalt walten zu lassen, um sicherzustellen,
dass die Probe repräsentativ
für den
eingebrachten Beton ist, wobei der Anfang bzw. das Ende des Ablassvorganges
für die
Ausrüstung
zu vermeiden sind. Die Probekörper sollten
dann, wie nachstehend beschrieben, präpariert werden, indem Leichtbeton
aus dem Eimer eingebracht wird. Außerdem ist keine erneute Mischung der
Proben bei diesem Prüfverfahren
zulässig.
Die Probekörper
können
normalerweise Würfel
mit einer Kantenlänge
von 30,5 cm (12 inch) sein oder sonstige passende dreidimensionale
Formen aufweisen., Die Probekörper
werden geformt, indem der Beton in einer kontinuierlichen und druckvollen
Weise eingebracht wird. Die Formen sind sanft zu schütteln, während das
Material hinzugefügt
wird. Der Beton sollte nicht gestochert werden. Die Probekörper sollten
sofort nach dem Füllen
der Formen abgezogen werden. Sie sind so abzudecken, das eine Evaporation
verhindert wird, die Spuren auf der Oberfläche hinterlässt. Die Probekörper sind
erst zu dem Zeitpunkt aus der Form zu entnehmen, an dem sie geprüft werden sollen.
Die Aushärtung
der Probekörper
sollte wünschenswerter
Weise mit nahezu der gleichen Aushärtetemperatur erfolgen, wie
sie für
den Anhaltebettabschnitt verwendet wurde, für den die Probekörper repräsentativ
sind. Die Probekörper
sollten, um die Evaporation einzuschränken, mindestens etwa 21 Tage
abgedeckt bleiben oder bis die Prüfung hinsichtlich der Druckfestigkeit
erfolgt, und zwar in einer Weise, die mit der Aushärtung der
entsprechenden Anhaltebettabschnitte konsistent ist.
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Bei
der Vorbereitung der Prüfung
sind die Probekörper
aus der Form zu entnehmen und unter den Prüfsondenkopf zu legen. Die obere
Fläche
sollte eine glatte Planfläche
aufweisen, um sich an die Planfläche
der Sondenkopf-Kontaktfläche
anzupassen. Die Fläche
der Probekörper,
die den unteren Lagerbock der Prüfmaschine
berühren,
sollten für
die Stabilität
ausreichend plan sein und somit die Schrägstellung des Kolbens während der
Prüfung verhindern.
Vor der Prüfung
sind die Probekörper
zu wiegen und längs
der drei Achsen (Höhe,
Länge, Breite)
zu messen. Diese Abmessungen werden dann zum Zeitpunkt der Prüfung zur
Berechnung der Dichte verwendet. Zum Zeitpunkt der Prüfung sollten die
Kontaktfläche
des Prüfsondenkopfes
und die Flächen
des Bodenlagerbocks sauber sein und die Probe sollte sorgfältig ausgerichtet
sein, so dass der Prüfsondenkopf
durch die ungefähre
Mitte des Probekörpers
hindurchgeht. Da sich die Kontaktfläche anfangs auf der Oberfläche des
Probekörpers
abstützt,
lässt sich
die Positionierung des Probekörpers unter
geringfügigem
Kraftaufwand manuell einstellen. Dann sollte die Dauerbelastung
ohne Stoß mit
einer konstanten Geschwindigkeit, normalerweise ca. 2,54 cm (1 inch)
pro Sekunde, aufgebracht werden. Die Datenpunkte werden vorzugsweise
bis zur vollen Eindringtiefe aufgezeichnet. Die Art des jeweiligen Versagens
und das Aussehen des Betons nach der Durchführung der Prüfung werden
vorzugsweise aufgezeichnet und in die Prüfdaten mit aufgenommen.
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Die
Druckgradientenfestigkeitsdaten werden berechnet, indem die Belastung
an den Datenpunkten durch den Flächeninhalt
des Kolbens geteilt wird. Die Datenpunkte während der Anfangsverschiebung bis
zu ca. 10 Prozent der Testabschnittdicke und die Daten, die erfasst
werden, nachdem die Probekörper einen
vollständig
zusammengedrückten
Zustand erreicht haben, werden normalerweise verworfen, da sie weniger zuverlässig sind
als die übrigen
Prüfdaten.
Die Eindringtiefe sollte berechnet werden, indem die Kolbenverschiebung
beim Anfangskontakt vom letzten Datenpunkt der Kolbenverschiebung
abgezogen wird.
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In
den 6 und 7 sind Beispiele von den Prüfdaten dargestellt,
die während
der Prüfung der
Zellenbetonproben aufgezeichnet wurden. In diesem Fall waren die
Untersuchungsproben Würfel
und hatten eine ungefähre
Kantenlänge
von 30,5 cm (12 inch). Die Prüfdaten
wurden unter Verwendung eines Prüfsondenkopfes
abgeleitet, der eine plane kreisförmige Kontaktfläche aufwies,
wobei eine Kraftmesszelle eingesetzt wurde, um die Belastungen bis
zu einer Eindringung von 75 Prozent der Gesamtprobendicke zu messen. 6 zeigt
die CGS-Kennwerte einer Zellenbetonprobe, die für einen Anhalteblock repräsentativ
ist, wie er durch die Prüfung
ermittelt wurde. In 6 stellt die untere Skala den
prozentualen Anteil der Prüfsonden-Eindringung
dar, die in Zehntel der Probendicke oder -höhe angegeben ist. Die vertikale
Skala stellt die Prüfsonden-Druckkraft
dar, die in pounds per square inch (psi, wobei 1 psi = 0,07 kgcm–2)
angegeben ist. Die interessierenden Prüfdaten liegen normalerweise
im Bereich der Eindringung von 10 bis 60 Prozent der Probendicke.
Die Daten außerhalb
dieses Bereiches können
weniger zuverlässig
sein, wobei Gesamtkompressionseffekte erst bei einer Eindringung
von mehr als ca. 70 Prozent auftreten.
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Wie
in 6 dargestellt, zeigt die Bruchfestigkeit von Zellenbeton
einen Gradienten hinsichtlich des Druckwiderstandes, der mit der
Eindringtiefe ansteigt. Die Linie durch die Punkte A und B in 6 stellt
eine verallgemeinerte 60/80 CGS dar, d. h. eine CGS, die durch eine
Druckfestigkeit gekennzeichnet ist, die sich von ungefähr 4,2 kgcm–2 (60
psi) bis ungefähr
5,6 kgcm–2 (80
psi) über
einen Bereich der Eindringung von 10 bis 66 Prozent ändert. Der
Mittelwert über
diesen Bereich beträgt
somit ungefähr
70 psi am Halbierungspunkt C. Die Linien D und E stellen Qualitätssicherungsgrenzen
dar und die Linie F stellt die tatsächlichen Prüfdaten dar, wie sie für eine spezifische
Untersuchungsprobe von Zellenbeton aufgezeichnet wurde. In diesem
Beispiel stellt eine Untersuchungsprobe, für die die Prüfdaten über einen
Bereich der Eindringung von 10 bis 66 Prozent in den Qualitätssicherungsgrenzlinien
D und E bleiben, einen Anhalteblock dar, der in annehmbaren Toleranzen
hergestellt wurde. 7 ist eine ähnliche Abbildung der CGS-Kennwerte
für eine
Untersuchungsprobe eines 80/100-CGS-Anhalteblocks.
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Obwohl
hier die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben wurden, wird der Fachmann anerkennen,
dass andere und weitere Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne
dass dadurch der beanspruchte Schutzbereich der Erfindung beeinträchtigt wird.