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Nach Art eines Rechenschiebers ausgebildetes Gerät für die Betonkontrolle
Die Erfindung bezieht sich auf ein nach Art eines Rechenschiebers ausgebildetes
Gerät für die Betonkontrolle und soll die Betonhandwerker (Poliere, Mischmaschinenführer,
Facharbeiter usw.) in die Lage versetzen, den Wasser-Zement-Faktor bei der Betonherstellung
hinreichend genau einhalten und laufend überwachen zu können, ohne daß hierfür ein
ins Gewicht fallender Aufwand an Zeit für Einstellung und Ablesung aufgewendet werden
muß.
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Die Verwendung eines Rechenschiebers bekannter Art scheidet für diesen
Zweck aus, weil schon allein die Festlegung der Stellenzahl für diese rechnerisch
ungeübten Benutzer zu schwierig bzw. zu zeitraubend ist. Deshalb ist der vorliegende
Rechenschieber so gestaltet und sind die Teilungen so angeordnet, daß für alle praktisch
vorkommenden Mischungen, von kleinen Probemengen bis zu i cbm Beton, die erforderlichen
Zement- und Wasser mengen bei allen Wasser-Zement-Faktoren zwischen o,25 und i,io
ohne jede Stellenrechnung abgelesen werden können.
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Nach dem derzeitigen Stande in der Betonherstellung muß die Gleichmäßigkeit
der Betongüte als eine der' wichtigsten und vordringlichsten Forderungen bezeichnet
werden. Der Zustand, daß sich bei den derzeitigen Herstellungsverfahren unbemerkt
Festigkeitsschwankungen von ± 30 °/o und mehr im gleichen Bauteil einschleichenkönnen,
muß unbedingt verbessert werden.
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Hierzu sind vor allem folgende vier Bedingungen zu erfüllen: i. Verwendung
einer gleichmäßigen Zementgüte, 2. genaue Einhaltung des ermittelten Wasser-Zement-Faktors
für jede einzelne Mischung, 3. Verwendung gesunder, möglichst gleichmäßiger
Zuschlagstoffe
ohne schädliche Bestandteile, 4. gute und gleichmäßige Verdichtung des Frischbetons.
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Die i. Bedingung ist Angelegenheit der Zementwerke und wird von technisch
gut geleiteten Werken befriedigend erfüllt. Die entsprechende Auswahl des Lieferwerkes
ist Sache des Bauleiters.
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Die 3. Bedingung wird erfüllt, wenn für die Lieferung Werke herangezogen
werden, deren Zuschläge erprobt sind bzw. wenn für die Auswahl der Zuschläge die
DIN-Vorschriften (DIN 4226, 1045, 1047) beachtet werden. Dies ist ebenfalls in erster
Linie Sache des Bauleiters.
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Die 4. Bedingung wird immer erreicht, wenn die 1rischbetonkonsistenz
den verwendeten Verdichtungsgeräten gut angepaßt und saubere Arbeit geleistet wird.
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Die 2. und wichtigste Bedingung auf der Betonbaustelle. wird aber
bisher fast nirgends erfüllt, weil es noch nicht gelungen ist, dem Mischmaschinenführer
ein einfaches Gerät an die Hand zu geben, mit dem er das gleichmäßige Verhältnis
von Wasser zu Zement (meist mit Wasser-Zement-Faktor oder abgekürzt WZF bezeichnet)
laufend überwachen kann. Man hat vorgeschlagen, die genau eingestellte Wasserabmeßvorrlchtung
zu plombieren, damit eine Veränderung der Wasserzugabe durch den Maschinisten unmöglich
ist, dessen Mitdenken dadurch aber auch gewaltsam ausgeschaltet wird. Dieser Weg
ist falsch und aus drei Gründen nicht durchführbar. i. Die Zuschlagstoffe sind selten
völlig trocken und ihr Feuchtigkeitsgehalt verändert sich je nach Entnahmestelle,
Witterung und Lieferung häufig mehrmals täglich; 2. die r rischbetonkonsistenz muß
aus Verarbeitungsgründen mitunter innerhalb eines Bauteiles verändert, z. B. an
stark bewehrten Knoten weicher ausgeführt werden als bei geringer bewehrten Teilen;
3. auch mäßige Schwankungen in der Kornzusammensetzung (besonders im Feinkorn),
die nie völlig vermieden werden können, verändern schon merklich den Wasseranspruch-der
Mischung.
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Diese Gründe erfordern eine entsprechende Anpassung der Wasserzugabe
an der Mischmaschine, die auch völlig unbedenklich ist, wenn die Zementmenge ebenfalls
so verändert wird, daß der vorgeschriebene Wasser-Zement-Faktor auf keinen Fall
überschritten ist. Hierzu ist nun erforderlich, daß, wenn sich beim Mischen die
Erhöhung der Wasserzugabe gegenüber der normalen Menge als notwendig erweist, auch
die der Wassererhöhung genau entsprechende Zementerhöhung durchgeführt wird, um
das vorgeschriebene Verhältnis einzuhalten. Die Größe dieser Zementzugabe kann ohne
Zeitverlust sofort an diesem neuartigen Rechenschieber abgelesen werden. Die zusätzliche
Zementzugabe erfolgt zweckmäßig mittels Meßgefäß von Hand. Damit der Betonhandwerker
dieses Gerät sinnvoll und mit Überlegung anwenden kann, muß er nur die einfachen
drei Begriffe: Zementleim, Wasser-Zement-Faktor und Frischbetonkonsistenz sowie
ihre Beziehung zueinander kennenlernen.
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Der Zementleim wird gebildet von Wasser und Zement und hat je nach
Verhältnis eine dickflüssige bis dünnflüssige Konsistenz. Der Begriff wird am anschaulichsten,
wenn man sich vorstellt, daß für eine Mischung die drei Rohstoffe: Zement, Wasser
und trockene Zuschläge zunächst getrennt vorhanden sind und jetzt nicht erst Zement
und Zuschläge, sondern Zement und Wasser vermischt werden und dieser Leim dann mit
den trockenen Zuschlägen gemischt wird.
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Der Wasser-Zement-Faktor ist ein Maßstab für die Güte und Konsistenz
des Zementleimes und gibt an, wieviel Gewichtsteile Wasser auf einen Gewichtsteil
Zement kommen. WZF = 0,3 heißt, daß auf i kg Zement 0,3 kg Wasser entfallen.
Dieser Leim mit WZF = 0,3 hat eine dickflüssige bzw. breiige Konsistenz und wird
nach der Erhärtung sehr fest. Bei dem WZF von o,9 entfallen auf i kg Zement o,9
kg oder Liter Wasser. Solch ein Zementleim ist sehr dünnflüssig und ergibt später
im Beton nur etwa '/a der Festigkeit des Zementleimes mit WZF 0,3. Diese
Festigkeitsunterschiede hängen damit zusammen, daß der Zement nur eine Wassermenge
von rund '/s seines Gewichtes (WZF = 0,2) chemisch bindet, während das übrige Wasser
verdunsten kann. Aus dicken Zernentleim kann also nur wenig Wasser verdunsten und
Luftporen hinterlassen, aus dünnem Zementleim kann dagegen viel Wasser verdunsten
und entsprechend viel Poren hinterlassen. Diese Poren sind zwar winzig klein, aber
je mehr es sind, umso geringer wird die Festigkeit und umso größer ist die Gefahr
der Wasserdurchlässigkeit des Betons.
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Die Frischbetonkonsistenz richtet sich nach der Art der Verdichtung
und kann für Stampfbeton erdfeucht, für Rüttelbeton stark erdfeucht bis schwach
plastisch und für Stocherbeton stark plastisch bis breiig sein.
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Das Grundproblem liegt nun darin, daß der vom Betoningenieur festgelegte
\\'ZF eingehalten wird und gleichzeitig die vom Betonpolier geforderte Frischbetonkonsistenz
erreicht wird. Hält man streng an der festgelegten Zement- und Wassermenge fest
(bei der gleichen Kornzusammensetzung) dann läßt sich die Konsistenz nicht verändern;
wenn aber die Konsistenz durch eine größere Wasserzugabe weicher gemacht wird, dann
ist damit der WZF vergrößert und die Betongüte verschlechtert worden. Es wäre denkbar,
dal3 ein Zementleim mit dem gleichen WZF zugegeben wird, wodurch die Konsistenz
bei gleichbleibender Betonfestigkeit beliebig weicher gemacht werden kann. Je weicher
der Beton gemacht wird, umso mehr Zement wird allerdings dabei verbraucht. Auf diese
Weise kann aber noch nicht der wechselnde Wassergehalt in den Zuschlägen berücksichtigt
werden. Es bleibt also kein besserer Weg, als am vorliegenden Rechenschieber den
WZF einzustellen, an der Wasserabmeßvorrichtung (Zeiger, Standglas oder Wasseruhr)
die für die Mischung benötigte Wassermenge abzulesen und nun auch die entsprechende,
am Rechenschieber abgelesene Zementmenge zu verwenden.
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Die Kornzusammensetzung der "Zuschläge spielt für die Betongüte eine
untergeordnete Rolle, solange
die völlige Frischbetonverdichtung
annähernd erreicht wird, dagegen ist die Kornzusammensetzung für den Zementverbrauch
und für die Verarbeitbarkeit der Mischung von ausschlaggebender Bedeutung. Ist der
Zuschlagstoff sehr sandreich, dann wird für eine bestimmte Konsistenz viel Zementleim
und auch viel Zement verbraucht; ist er dagegen sandarm, dann wird für die gleiche
Konsistenz viel weniger Leim und Zement benötigt. Bei abnehmendem Sandgehalt, d.
h. mit grober werdender Mischung, wird aber auch die Verarbeitbarkeit immer ungünstiger.
Die Korbzusammensetzung beeinflußt also in hohem Maße den Zementverbrauch und ist
deshalb hauptsächlich für den Bauleiter von besonderem Interesse.
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Das gemäß der Erfindung als Hilfsmittel bei der Betonherstellung dienende
Gerät ist nach Art eines Rechenschiebers ausgebildet und auf seiner Vorderseite
mit teils feststehenden, teils längsverschiebbaren, logarithmisch eingeteilten Skalen
sowie Markierungen versehen, mittels derer auf Grund jeweils gegebener Größen wie
des Wasser-Zement-Faktors und des etwaigen prozentualen Wassergehaltes der Zuschlagstoffe
durch einfache Zungenverschiebung in eine entsprechende Markierungslage die gewünschten
Angaben über Zementmenge, Wasserzugabemenge und etwaigen mengenmäßigen Wassergehalt
der Zuschlagstoffe bei verschiedenen Betonmischungsmengen in ihrer richtigen Größe
unmittelbar entnommen werden können. Die einzelnen Skalenbereiche sind den in Betracht
kommenden Grenzwerten der Verhältnisgrößen bzw. Mengen angepaßt; sie erstrecken
sich also etwa bezüglich des Wasser-Zement-Faktors von 0,25 bis i,i, bezüglich des
prozentualen Wassergehaltes der Zuschlagstoffe von o,3bis8 und des dementsprechenden
Wasserverlustes einer getrockneten Probemenge mit 5 kg Anfangsgewicht von 15
bis 400 g, bezüglich der Zementmenge je Mischung von i bis 8oo kg, bezüglich der
gesamten Wassermenge je Mischung von t bis 2001, bezüglich der Wasserzugabemenge
und des gegebenenfalls davon abzuziehenden mengenmäßigen Wassergehaltes der Zuschlagstoffe
von 0,2 bis 2001 sowie bezüglich der Menge der feuchten Zuschlagstoffe je Mischung
von io bis 3ooo kg.
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Auf der Rückseite des Beton-Rechenschiebers sind zwei vorzugsweise
koordinatenmäßige Darstellungen vorgesehen, von denen die eine (Abb. i) die gegenseitige
Beziehung zwischen Betongüte, Zementgüte und Wasser-Zement-Faktor zeigt und zur
Wahl des letzteren dient, während die andere (Abb. 2) die gegenseitige Beziehung
von Zementgehalt je Kubikmeter Festbeton, Körnung (Kornzusammensetzung, Korngröße
und Konsistenz) und Wasser-Zement-Faktor zeigt und zur Schätzung des voraussichtlichen
Zementbedarfes dient. Dabei sind einerseits verschiedene Zementgüten und andererseits
verschiedene Körnungen als eine Schar gerader bzw. kurvenförmiger Linien in das
betreffende Koordinatensystem eingetragen, dessen Abszisse in beiden Fällen der
Wasser-Zement-Faktor bildet. Bei allen Faktoren sind die in der Praxis üblichen
Größen bzw. Grenzen berücksichtigt, so etwa für die Betongüte B 8o, B i2o, B i6o,
B 225, B 300 und B 450; in Ausnahmefällen kann interpoliert werden.
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Im Rahmen der vorerwähnten Merkmale gibt es für ein derartiges Gerät
mehrere Ausführungsmöglichkeiten, insbesondere hinsichtlich der Gestaltung seiner
Vorderseite. Hier können z. B. zwei verschiebbare Zungen vorgesehen werden, von
denen die eine, etwa die obere, am linken Ende eine Markierung und daneben eine
sich über ihre Länge erstreckende, logarithmische Skala für die Zementmenge je Mischung
trägt. Oberhalb dieser Zunge befinden sich auf dem festen Teil des Gerätes nebeneinander
eine Skala für den Wasser-Zement-Faktor und eine andere für die gesamte Wassermenge
je Mischung, die beide ebenfalls logarithmisch aufgetragen sind.
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Die zweite, untere Zunge ist auch mit einer Markierung sowie mit den
Skalen für die Menge des feuchten Zuschlagstoffes je Mischung und des `'Wasserverlustes
einer getrockneten Probemenge von bestimmtem Gewicht im feuchten Zustand versehen.
Der Markierung dieser Zunge liegt eine Skala für den prozentualen Wassergehalt der
Zuschlagstoffe im feststehenden Mittelteil des Gerätes gegenüber, der seinerseits
an einer anderen Stelle eine der letztgenannten Zungenskala gegenüberliegende Markierung
hat. Der anderen, am unteren Rand der betreffenden Zunge aufgetragenen Skala für
die Menge des feuchten Zuschlagstoffes je Mischung ist auf dem hier angrenzenden
festen Teil des Gerätes die Skala für den mengenmäßigen Wassergehalt der Zuschlagstoffe
zugeordnet.
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Außer den Skalen, die sich auf die bei der Betonherstellung in Betracht
kommenden Faktoren beziehen, können der dafür nicht ausgenutzte untere Rand der
oberen Zunge und der dieser gegenüberliegende obere Rand des feststehenden Mittelteiles
mit zwei bezugsfreien Skalen versehen werden, die wie alle übrigen eine logarithmische
Einteilung haben und für beliebige Multiplikations- oder Divisionsrechnungen benutzt
werden können.
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Bei einer anderen Ausführung des neuartigen Beton-Rechenschiebers,
die in der Zeichnung dargestellt ist und an der auch die Handhabung dieses Gerätes
erläutert werden soll, ist auf der Vorderseite nur eine zwischen zwei feste Leisten
i, 2 eingesetzte, verschiebbare Zunge 3 vorhanden. Diese Vereinfachung ist dadurch
möglich gemacht, daß bei im übrigen gleicher Anordnung, nämlich einer Skala 4 für
den Wasser-Zement-Faktor und einer Skala 5 für die gesamte Wassermenge je Mischung
am unteren Rand der oberen festen Leiste i, einer der Skala 4 zugeordneten Markierung
6 und einer Skala 7 für die Zementmenge je Mischung am oberen Rand und einer Skala
8 für die Menge der feuchten Zuschlagstoffe am unteren Rand einer verschiebbaren,
jetzt allerdings derselben Zunge sowie einer der letztgenannten Skala 8 zugeordnete
Skala 9 für den mengenmäßigen Wassergehalt der Zuschlagstoffe am oberen Rand der
untern festen Leiste 2, die beiden restlichen Skalen io, i i für den prozentualen
Wassergehalt der Zuschlagstoffe bzw. den
gegebenenfalls durch Trocknen
einer bestimmten Probemenge festzustellenden Wasserverlust derselben sich untereinander
im mittleren Bereich der Zunge 3 befinden. Im Zusammenhang damit ist an Stelle der
sonst erforderlichen, den betreffenden Skalen wechselseitig gegenüberliegenden und
beweglich bzw. fest angeordneten Markierungen eine einzige :Markierung 12 an einer
bestimmten Stelle der unteren festen Leiste 2 vorgesehen.
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Da bei Anordnung nur einer Zunge die beiden Längskanten derselben
und die gegenüberliegenden Kanten der festen Leisten mit für den eigentlichen Zweck
des betreffenden Gerätes bestimmten Skalen besetzt sind, muß zwar von weiteren Skalen
zur Durchführung sonstiger Rechenaufgaben abgesehen werden. Dadurch werden aber
die erzielten Vorteile einer kleineren, leichteren und einfacheren Bauart in keiner
Weise beeinträchtigt.
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Ein rahmenförmiger, in Längsrichtung des Gerätes verschiebbarer Läufer
13 mit innerhalb seines offenen oder jedenfalls durchsichtigen Innenraumes quer
zu den Skalen verlaufeflder Faden- oder Strichmarkierung 14 dient, wie an sich bei
Rechenschiebern üblich, zur genauen gegenseitigen Einstellung von Skalen. Schließlich
ist an der Oberkante der oberen, festen Leiste eine einfache Zentimeterskala 15
vorhanden, die mit der übrigen Ausbildung des Gerätes nichts zu tun hat.
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Die Handhabung der zuletzt erläuterten Ausführung des Erfindungsgegenstandes
geht in folgender Weise vor sich: Zunächst wird die verschiebbare Markierung 6 auf
einen bestimmten, an Hand von.Abb. i auf der Rückseite jeweils zu wählenden Wasser-Zement-Faktor
der festen Skala 4 eingestellt. Dann läßt sich aus der gegenseitigen Lage der Skalen
7 und 5, ausgehend von einem aus Abb. 2 auf der Rückseite zu entnehmenden Zementgehalt
für bestimmte Materialverhältnisse und das Fassungsvermögen des jeweils benutzten
Mischers, für die in Betracht kommende Zementmenge die zugehörige Wassernieng; ablesen.
Werden trockene Zuschlagstoffe verarbeitet, dann hat man damit bereits die erforderliche
Wasserzugabe an der Mischmaschine je i' üllung ermittelt.
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Bei feuchten Zuschlagstoffen muß dagegen die Wasserzugabe um die in
denselben bereits vorhandene Wassermenge geringer sein als die gesamte für eine
Mischung erforderliche Wassermenge. Ist vier prozentuale Wassergehalt der Zuschlagstoffe
bekannt, so braucht nur die Zunge 3 unter Zuhilfenahme des Läufers 13 so eingestellt
zu werden, daß der betreffende Wert der Zungenskala io sich genau über der festen
Markierung 12 befindet. Dann kann aus der gegenseitigen Lage der Skalen 8 und 9
zu jeder beliebigen Menge von Zuschlagstoffen der zugehörige mengenmäßige Wassergehalt
derselben unmittelbar abgelesen werden. Diese Wassermenge ist von dem gesamten,
wie vorstehend bereits angegeben, an der Skala 5 ermittelten Wasserbedarf abzuziehen,
um die an der Mischmaschine jeweils erforderliche Wasserzugabe zu erhalten.
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Es kommt allerdings auch vor, daß der prozentuale Wassergehalt der
Zuschlagstoffe zunächst noch nicht bekannt ist. In einem solchen Falle werden alle
für eine Füllung der Mischmaschine bestimmten Zuschlagstoffe für sich gut miteinander
vermischt, worauf davon eine Durchschnittsprobemenge von genau 5 kg abgewogen und
unter häufigem Umrühren langsam getrocknet wird. Nachdem die Körner gerade einen
hellen Farbton angenommen haben und nicht mehr aneinander kleben (oberflächlich
trocken, aber innerlich noch gesättigt), wird die Probemenge wieder gewogen. Ober
derjenigen Zahl auf der Skala i i, die den aus (lein Gewichtsunterschied der Probemenge
vor und nach dem Trocknen ermittelten Wasserverlust in Gramm angibt, kann nunmehr
auf der Skala io der prozentuale Wassergehalt der betreffenden feuchten Zuschlagstoffe
abgelesen werden. Damit ist es möglich, die erforderliche Wasserzugabe in der vorher
erläuterten einfachen Weise durchzuführen.
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Zum besseren Verständnis soll im folgenden noch ein praktisches Zahlenbeispiel
angeführt werden: Verlangt wird ein Beton B 225, der plastisch verarbeitet werden
soll. Vorhanden ist ein guter Normalzement mit Xp,g = 3oo kg/cm22 sowie Sand o -
7 und Kies 7 - 30, mit denen eine besonders gute Kornzusammensetzung erreicht wird.
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Nach Abb. i ist ein WZF von rund o,55 erforderlich, und aus Abb. 2
ergibt sich eine Zementmenge von rund 29o kg/cbm. Wird ein 75o-Mischer benützt,
der rund o,5 cbm Festbeton aufnimmt, dann enthält eine Mischung 145 kg Zement. Jetzt
wird die Marke der oberen Zunge auf 0,5,5 eingestellt und über 145 kg Zement die
Wassermenge von 8o 1 abgelesen. Bei trockenen Zuschlägen sind diese 8o 1 Wasser
an der Maschine zuzugeben. Stellt sich heraus, daß diese Wassermenge für die erwünschte
Konsistenz nicht ausreicht, sondern 31 mehr gebraucht werden, dann müssen gleichzeitig
auch 5,5 kg Zement zugesetzt werden, wie an der Teilung 2 abgelesen werden ka»ii.
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Fällt der Sand und Kies aber feucht au, dann muß mit dem Sand-Kies-Gemisch
von genau 5 kg die Trockenprobe durchgeführt werden. Angenommen der Wasserverlust
hierbei war 125 g, dann kann mittels Teilung 4 über dieser Zahl der Wassergehalt
von 2,5 °/o auf der Teilung 3 abgelesen, und mittels Teilung 5 kann .unter der Zuschlagstoffmenge
von 95o kg (die durch Abwiegen oder mittels Schüttgewicht und Raummaß festgestellt
wurde) die 1111 Zuschlagstoff enthaltene Wassermenge von rund 23,51 an der
Teilung 6 entnommen werden. Die Wasserzugabe an der Mischmaschine soll also sein:
8o-23,5 = 56,5 1.
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Ergibt sich ein größerer oder geringerer Wasserbedarf, so ist, wie
oben erläutert. die Zementmenge entsprechend zu erhöhen oder zii verringern.
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Der Rechenschieber ist für alle Betonpraktiker gedacht, die an der
Herstellung und Kontrolle von Beton beteiligt sind, wie Mischmaschinenführer, Vorarbeiter,
Poliere, Bauaufseher und Bauführer.
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Der technische Fortschritt der vorliegenden Erfindung liegt vor allein
darin, daß die relativ junge betontechnologische Erkenntnis von der überragenden
Bedeutung
des Wasser-Zement-Faktors für die Betongüte erstmalig durch die Gestaltung eines
Spezialrechenschiebers und durch Anordnung besonderer Teilungen und Darstellungen
in einer Weise nutzbar gemacht wird, daß auch die einfachen Betonpraktiker auf der
Baustelle diese Erkenntnis leicht für die Betongütesteigerung und damit zu besserem
wirtschaftlichen Erfolg anwenden können.