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Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten von Beton- od. dgl. Massen
Um die Güte des Betons zu verbessern, hat man schon vorgeschlagen, ihn gleichzeitig
der dreifachen Einwirkung einer mechanischen Pressung und einer Rüttelung sowie
einer Entwässerung zu unterwerfen und dabei die Wasserentziehung durch Austreibung
des Wasserüberschusses durch mechanischen Druck unter Verwendung von Nutschen, gegebenenfalls
mit Unterstützung durch Absaugen, herbeizuführen.
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Die diese dreifache Behandlung der Betonmasse ermöglichenden Vorrichtungen
sind von verwickelter Bauart und kostspielig und weisen außerdem einen schweren,
ihre praktische Wirksamkeit in Frage stellenden Übelstand auf. Bei der Verdichtung
werden nämlich die Körner des Betongemisches so fest aneinandergedrückt und gegenseitig
verblockt, daß die Rüttelung in Wahrheit nicht zur Geltung kommen kann. Ferner ist
bei allen bekannten Ausführungen dieser Vorrichtungen die Verdichtungswirkung stark
örtlich beschränkt, und wenn es auch mehr oder weniger zutrifft, daß sie sich, solange
die zu behandelnde Masse in einer Art von flüssigem Zustand ist, über die ganze
Masse hin überträgt, so ist doch diese Weiterleitung von Druck, je mehr die Betonmasse
in den festen Zustand übergeht, um so weniger gewährleistet.
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Ferner ist es bekannt, ein Gemisch aus festen Teilchen und Flüssigkeit,
wie Beton, dadurch zu verdichten, daß es der Wirkung eines vibrierenden
Organs
und eines saugenden Filterorgans unterworfen wird und dabei eine Außenfläche der
Gemischmasse der Atmosphäre ausgesetzt ist. Versuche haben aber gezeigt, daß die
beiden Maßnahmen der Vibration und der Filterung bei gleichzeitiger Anwendung, wenn
sie auch für sich allein einen günstigen Einfluß auf die Verdichtung von Beton ausüben,
sich gegenseitig in ihrer Wirkung beeinträchtigen und einen Beton mit meist erheblichen
Rissen ergeben. Während des Vibrationsvorganges bildet sich nämlich zwischen Beton
und Filtervorrichtung eine aus Wasser und Zement bestehende flüssige Schicht, die
eine nicht kapillare Dicke gleich der dem Filter vom gleichzeitig arbeitenden Vibrator
erteilten Schwingungsamplitude aufweist und in Berührung mit der Atmosphäre ist,
so daß sich in der in ihr enthaltenen Flüssigkeit ein der Atmosphäre nahekommender
Druck einzustellen sucht. Über diese als Puffer wirkende Schicht wird sich der Filterungsunterdruck
in die zu verdichtende Masse hinein nur in wesentlich geschwächter Form fortpflanzen
und daher bei Gleichzeitigkeit von Vibration und Filterung der Atmosphärendruck
lediglich unvollständig ausnutzen lassen, wenn auch auf Grund der Vibration Wasser
aus der Betonmasse nach der flüssigen Pufferungsschicht zufließen und von dieser
aus durch die Filtervorrichtung abgesaugt werden wird.
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Bei trotzdem fortgesetzter gleichzeitiger Behandlung des Betons durch
Vibration und Filterung erhält man in einem bestimmten Zeitpunkt einen dem möglichen
Mindestvolumen vorangehenden Verdichtungszustand, bei dem der an Wasser verarmte
Beton einen brüchigen Körper darstellt, da er infolge des Eindringens des sich in
seinen kleinen Flüssigkeitskanälen fortpflanzenden Filterunterdruckes in die Gesamtheit
seiner Masse und der dabei auftretenden fortschreitenden Verdichtung seiner verschiedenen,
nach und nach von der Saugwirkung erfaßten Zonen keine plastischen, als elastische
Polster wirksamen Bereiche mehr enthält. Eine über diesen Verdichtungszustand hinaus
aufrechterhaltene Vibration ruft dann im Beton erhebliche, sich wegen der vorherigen
Wassergehaltverminderung nicht mehr schließende Risse hervor.
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Die Beseitigung dieser Gefahr durch Anhalten des Vibrators vor Ingangsetzen
der Filtervorrichtung und durch Verzicht auf weitere Tätigkeit des Vibrators bedeutet,
wie die Versuche erwiesen haben, keine praktisch brauchbare Lösung des Problems,
und das Abschalten der Filtervorrichtung gleichzeitig mit dem Vibrator vor dem Zeitpunkt
des Brüchigwerdens des Betons bringt andererseits den Verlust der Vorteile der abschließenden
Alleinwirkung der Filtervorrichtung mit sich, da erst nach Stillstand des Vibrators
die Pufferungsschicht nicht mehr den sich in der Betonmasse fortpflanzenden Unterdruck
verringert und dem Atmosphärendruck die Ausübung seiner höchsten Verdichtungswirkung
ermöglicht.
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Nach der Erfindung werden beim Verdichten von Beton- und ähnlichen
Massen durch Rütteln, filterndes Absaugen des Anmachwassers und gleichzeitiges Einwirken
des Atmosphärendruckes auf die Masse die geschilderten Mängel einer über die ganze
Behandlungsdauer hin gleichzeitigen Anwendung von Vibration und Filterung dadurch
vermieden, daß die Masse zunächst nur gerüttelt, dann für kurze Zeit sowohl gerüttelt
wie der Saugwirkung unterworfen und anschließend lediglich der Saugwirkung ausgesetzt
wird.
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Wie die Praxis bestätigt hat, werden auf diese Weise für die Durchführung
der Verdichtung außerordentlich günstige Voraussetzungen geschaffen, indem während
der anfänglichen alleinigen Vibrationswirkung sich zwischen der Betonmasse und der
Filtervorrichtung eine aus einer milchigen, schlammähnlichen Suspension von Zement
in Wasser bestehende flüssige Schicht bildet, die vollständig das Filter bedeckt
und gegen einen die Erzielung eines starken Unterdruckes hindernden Lufteintritt
abdichtet. Ferner wird während der kurzen Dauer der gleichzeitigen Wirkung von Filterung
und Rüttelung infolge der durch die Vibration hervorgerufenen Verminderung der inneren
Reibungen in der Beton- oder ähnlichen Masse trotz der Schwächung des auf dieser
angreifenden Unterdruckes eine kräftige Verdichtungswirkung erzielt. Auch weist
die verdichtete Masse am Ende dieser kurzdauernden gleichzeitigen Anwendung von
Rüttelung und Saugen noch genügend Wasser und noch keine Brüchigkeit auf, so daß
Risse sich nicht bilden oder bei etwaigem Auftreten durch den Wasserüberschuß wieder
beseitigt werden und somit durch das in diesem Zeitpunkt erfolgende Stillsetzen
des Vibrators die Entstehung eines rissefreien Körpers gewährleistet ist.
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Bei der dann sich anschließenden alleinigen Wirksamkeit der Filtervorrichtung
kann der nicht mehr durch die Notwendigkeit des Durchganges durch eine flüssige
Pufferungsschicht gedämpfte Unterdruck den Höchstwert in der Gesamtheit der zu behandelnden
Masse erreichen und deren Stabilisierung in Zusammenarbeit mit der Verdichtungswirkung
des Atmosphärendruckes vollenden. Durch diese Aufeinanderfolge von Rüttelung und
von gleichzeitiger Anwendung von Saugen und Rütteln und schließlich voll Saugen
allein wird auch eine Energieersparnis insbesondere auf Grund der durch die sichere
Abdichtung der Filtervorrichtung ermöglichten kräftigen Wasserabsaugung und außerdem
auch eine Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit und des Wirkungsgrades des ganzen
Verdichtungsverfahrens erreicht.
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Im einzelnen kann das Verfahren nach der Erfindung zweckmäßig unter
Verwendung einer an sich bekannten Filterplatte durchgeführt werden, die durch die
vereinigte Einwirkung des Rüttelns und Saugens auf die zu verdichtende Masse zum
dichten Anliegen an diese gebracht wird. Dadurch läßt sich die Filtervorrichtung
in der Art eines Saugkopfes zum Anheben und Tragen des fertigen verdichteten Körpers
benutzen, da sich durch anfängliche alleinige Rüttelung und die anschließende Unterdruckverdichtung
ein derart dichter Anschluß der Filterplatte an die Beton- oder ähnliche
Masse
ergibt, daß diese mit der fest daran haftenden Platte eine zusammenhängende Einheit
bildet. Auch wird während der mittels der Filterplatte ermöglichten Beförderung
des verdichteten Körpers beispielsweise nach dem Trockenraum infolge der Fortdauer
der Wasserabsaugungs- und der Verdichtungswirkung der Atmosphäre eine zusätzliche
Verbesserung der Güte des endgültigen Fertigkörpers erreicht.
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Die Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung kann
eine einfache und besonders zweckdienliche Ausführungsform dadurch erhalten, daß
ein zur Aufnahme der zu verdichtenden Masse dienender Kasten bei Füllung mindestens
eine unter der Einwirkung eines Vibrators stehende Außenfläche und eine von einem
Filter mit Unterdruckwirkung beherrschte Außenfläche frei läßt und mittels einer
beweglichen Wand den Atmosphärendruck auf eine Außenfläche der Masse überträgt.
Mit dieser Vorrichtung lassen sich Körper aus Beton oder ähnlicher Masse erzielen,
deren sämtliche Außenflächen durch eine damit in Berührung befindliche Wand gestaltet
sind und daher unmittelbar durch Abguß genaue Formen erhalten können. Die bewegliche
Wand des Kastens kann als Träger für filternde Organe dienen, wodurch die Formung
der zu verdichtenden Beton- oder ähnlichen Masse durch die wie ein Prägestempel
wirkende bewegliche Wand und die bequeme Entnahme des fertigen verdichteten Körpers
aus dem Kasten mit Hilfe der als Saugkopf wirksamen Filtervorrichtung ermöglicht
wird.
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Bei Verwendung eines in Berührung mit der Außenfläche der zu verdichtenden
Masse befindlichen Gewebes ist dieses erfindungsgemäß nicht in fester Verbindung
mit dem Kasten, sondern unabhängig von den mit Unterdruck arbeitenden filternden
Organen angeordnet, so daß es bei deren Abnahme von der verdichteten Masse an dieser
haftenbleibt, um hernach bei noch frischer Masse schrittweise wie ein Pflaster abgezogen
zu werden. Dadurch wird einer Beschädigung oder Beeinträchtigung der Oberfläche
des fertigen verdichteten Körpers durch Abreißen von kleineren oder größeren 1Iasseteilen
vorgebeugt, wie es sonst bei Ablösen der fest am Körper haftenden Filtervorrichtung
von diesem leicht eintreten kann.
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Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung sind nicht nur
für das Verdichten von Betonmasse besonders geeignet, sondern ergeben auch bei anderen,
aus festen Körnern und Flüssigkeit bestehenden Gemischen, die sich zusammendrängen
und dann zum Abbinden bringen lassen, wie z. B. auch bei wässerigen Suspensionen
von Gips, Puzzolanbeton, Vermiculit und anderen körnigen Massen, einen rissefreien
gleichförmig verdichteten Körper auf Grund der Aufeinanderfolge von alleiniger Rüttelung,
kurzdauernder gleichzeitiger Anwendung von Rüttelung und Saugwirkung sowie alleiniger
Saugwirkung.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Verdichtungsvorrichtung nach der
Erfindung beispielsweise in mehreren Ausführungsformen und läßt auch das damit zu
verwirklichende Verfahren näher im einzelnen erkennen.
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Ahb. i bis' 3 zeigen je im Querschnitt eine erste Bauart der Vorrichtung
nach der Erfindung und die verschiedenen Stufen des mit ihr, z. B. für Beton, durchführbaren
Verdichtungsverfahrens; Abb. .4 gibt ebenfalls im Querschnitt eine zweite Ausbildungsmöglichkeit
der Verdichtungsvorrichtung wieder, bei der erfindungsgemäß eine auf die freie obere
Außenfläche der zu behandelnden Masse aufgelegte ebene Platte Verwendung findet;
Abb. 5 ist ein senkrechter Schnitt durch eine «eitere Ausführungsform der Vorrichtung
nach der Erfindung, bei der auf die seitlichen Flächen der zu behandelnden Masse
eingewirkt wird; Abb. 6 bringt die schaubildliche, teilweise gebrochene Darstellung
einer für die Herstellung und Verdichtung von senkrechten Betonzylindern geeigneten
Platte.
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Die Vorrichtung nach Abb. i bis 3 ist zur Erzeugung eines Betonkörpers
von ziemlich geringer mittlerer Dicke bestimmt, der eine erhebliche Längenausdehnung
erhalten kann. Dieser Betonkörper wird in einer Form i gegossen, deren Boden beliebig
gestaltet sein kann und die durch eine nach diesen hin ausgebauchte, parallel zu
sich selbst verschiebbare Platte 2 abgeschlossen ist. Die untere Seite der beweglichen
Platte 2, welche die Form der oberen Außenfläche des herzustellenden Betonkörpers
bestimmt, weist in an sich bekannter Weise eine Absaugkammer 3 auf, die durch eine
innere Wand q. begrenzt ist, die mit zahlreichen Löchern für den Durchtritt von
Luft und Wasser versehen ist. Die Kammer 3 kann durch Rohre 5 und 6 mit einer nicht
dargestellten Saugvorrichtung verbunden werden. Die bewegliche Platte 2 trägt an
ihren die Seitenflächen der Form i berührenden beiden Längskanten je einen Abdichtungsstreifen
7, der an der benachbarten Seitenfläche der Form i bei der Verschiebung der Platte
2 entlanggleitet und den Innenraum der Form unter der Platte 2 von der Außenluft
abschließt. In der Mitte der ausgebauchten Platte 2 ist an deren Außenseite ein
Vibrator 8 befestigt und, wenn nötig, können entsprechend der Länge und Breite
des zu erzeugenden Betonkörpers auch mehrere, in ihrer Leistung vorzugsweise gleiche
Vibratoren in gleichmäßiger Verteilung auf der Platte 2 angeordnet sein.
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Wenn die Betonmasse 9 in die Form i eingegossen und die ausgebauchte
Platte 2 in die aus Abb. i ersichtliche Lage auf dem Beton 9 gebracht ist, wird
der Vibrator 8 in Tätigkeit gesetzt. Infolge der Verflüssigung der oberen Schicht
der Betonmasse 9 wird die Platte 2 durch die vereinigte Wirkung von Vibration und
Schwerkraft zum Niedergehen veranlaßt, so daß die der Platte 2 vorgelagerte gelochte
Wand 4. in enge Berührung mit der oberen Fläche der Betonmasse 9 gebracht und diese
nach dem Profil der zur Platte 2 parallelen Wand q. geformt wird.
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Nunmehr wird die Verbindung der Rohre 5 und 6 mit der Saugvorrichtung
hergestellt. Der unter der Platte 2 vorhandene Unterdruck läßt den Atmosphärendruck
auf
der ganzen oberen Fläche der Platte :2 und damit auf der Betonmasse 9 als Überdruck
zur Wirkung kommen und ein Teil des Wassers der Betonmasse wird durch die Rohre
abgesaugt. Die Verdichtung des Betons 9 ist hierdurch eingeleitet. Dabei übt gleichzeitig
der weiter in Tätigkeit befindliche Vibrator 8 seine Rüttelungswirkung aus. Nachdem
auf diese Weise die Betonmasse für eine Periode von kurzer Dauer sowohl einer Saugwirkung
wie auch einer Rüttelung ausgesetzt worden ist, wird der Vibrator unter weiterer
Aufrechterhaltung des Unterdruckes stillgesetzt. Die bewegliche Platte 2 nimmt schließlich,
während sie nur mehr der Saugwirkung unterworfen ist, nach weiterem Absinken die
in Abb. 3 wiedergegebene Endstellung ein, die der erreichbaren Höchstverdichtung
der Betonmasse 9 entspricht. Die Abschaltung des Vibrators ist vorzunehmen, bevor
die Verdichtung des Betons zu weit vorgeschritten ist, um noch einen genügenden
Wasserüberschuß für die Beseitigung etwa auftretender Risse aufzuweisen.
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Bei der Vorrichtung nach Abb. i bis 3 ist die vibrierende und absaugende
Platte 2 benutzt, um durch ihre Ausbauchung eine bestimmte Formgebung der oberen
Fläche des verdichteten Betonkörpers 9 zu erreichen. Wenn dies nicht erforderlich
ist, kann man sie gemäß Abb. 4 durch eine einfache ebene Platte ersetzen. Bei der
Verdichtungsvorrichtung nach Abb. 4 ist die Entlüftungs- und Entwässerungskammer
3 durch in bekannter Weise an der Innenseite der Platte 2 ausgesparte Nuten oder
Kanäle gebildet und erstreckt sich nicht ganz bis an den Rand der Platte 2, während
die gelochte Wand 4 aus einem siebartig ausgestalteten Metallblech besteht, das
mit einem vollen Randteil 4a sich dicht an den Rand der Platte 2 legt. Die untere
Seite des Metallbleches 4 ist mit einem Gewebe i i bedeckt, dessen Ränder i i a
um die Kanten der Platte umgeschlagen und an diesen irgendwie befestigt sind.
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Die in dieser Weise mit dem Blech 4 und dem Gewebe i i zu einer baulichen
Gesamtheit vereinigte Vibrations- und Absaugeplatte 2 wird, während der Vibrator
8 für die Anfangsverdichtung allein in Tätigkeit ist, auf die obere freie Fläche
der zu behandelnden Betonmasse 9 gelegt. Auf Grund der durch die Rüttelung hervorgerufenen
Verflüssigung der Betonmasse 9 schließt sich die Platte 2 eng an diese an, und man
erzielt ohne irgendein anderes Hilfsmittel die notwendige Abdichtung der Entlüftungs-
und Entwässerungskammer 3 durch die innige Berührung der Kanten der Platte 2 mit
der zusammenzupressenden Masse 9. Sobald diese abdichtende Berührung erreicht ist,
wird der Unterdruck in der Kammer 3 durch Anschluß der Rohre 5 an die Saugvorrichtung
bei gleichzeitiger weiterer Rüttelungswirkung des Vibrators 8 hergestellt. Nach
Verlauf einer kurzen Zeitspanne, während der sowohl die Saugvorrichtung wie der
Vibrator wirksam ist, wird der Vibrator 8 stillgesetzt, worauf man wie bei der Vorrichtung
nach Abb. i bis 3 nur mehr den Unterdruck zur Erzielung der vollständigen Verdichtung
an der Betonmasse angreifen läßt. Von der Oberfläche des fertig verdichteten Betonkörpers
9 wird die Platte 2 abgehoben, und dabei löst man von ihr und dem Blech 4 die Ränder
i i a des Gewebes i i, das auf der oberen Fläche des Betonkörpers 9 zurückbleibt,
von dem es dann durch einen in seiner Ebene ausgeübten Zug ohne Gefahr einer Beschädigung
der Betonkörperoberfläche abgezogen werden kann.
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Gemäß Abb. 5 wird die zu verdichtende Masse, z. B. eine Betonmasse,
in einen Kasten gegossen, der durch eine feststehende Wand 16 und durch einen Boden
17 sowie durch eine an ihrer Innenseite eine Entlüftungs- und Entwässerungskammer
aufweisende Platte 18 gebildet ist, die an ihrer Außenseite einen Vibrator 8 und
ein oder mehrere in die Entlüftungs- und Entwässerungskammer ausmündende und an
eine Saugvorrichtung anschließbare Rohrstutzen 5 trägt. Die den Kasten 16, 17, 18
anfangs bis zum Höhenspiegel N füllende Betonmasse sinkt zuerst durch Schwergewichtswirkung
und durch die Rüttelungswirkung des in Gang gesetzten Vibrators 8 bis auf den Spiegel
N'. Hierauf wird nach der Herstellung des Unterdruckes im Saugrohr 5 zunächst bei
gleichzeitiger, kurz dauernder, weiterer Rüttelungswirkung des Vibrators 8 und dann
nach dessen Stillsetzung durch Unterdruckwirkung allein ein neuerliches Absinken
der Betonmasse 9 bis zum Höhenspiegel N" durch Wasser- und Luftentziehung und entsprechendes
Zusammendrängen der Betonteilchen erreicht.
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Es kann dabei unter Umständen sich als erforderlich erweisen, diese
Erniedrigung des Spiegels der Betonmasse durch Zugabe eines weiteren Betrages von
zu verdichtender Masse im oberen Teil des Kastens 16, 17, 18 auszugleichen. Auch
bei der Vorrichtung nach Abb. 5 läßt sich der fertige Betonkörper leichter aus der
durch den Kasten 16, 17, 18 gebildeten Form ohne die Gefahr einer Beschädigung seiner
Außenfläche entnehmen, wenn die innere Fläche des gelochten, der Platte 18 vorgeschalteten
Bleches 4a und gegebenenfalls auch die Oberfläche der Wand 16 mit einem Gewebe i
i bedeckt ist.
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Abb.6 zeigt eine Vorrichtung für die Anwendung des Verfahrens nach
der Erfindung zum Herstellen von vollen oder hohlen Zylindern aus Beton oder ähnlichen
Massen. Gemäß Abb. 6 findet eine nach einem Zylindersektor gebogene Platte Verwendung,
in welcher Löcher 19 ausgespart sind, die nach der Entlüftungs- und Entwässerungskammer
an der Innenseite der Platte ausmünden und an deren Außenseite von einem gemeinsamen,
zu Reinigungszwecken lösbar an der Platte befestigten Saugrohr 2o bedeckt sind.
An die Innenseite der zylindrisch gebogenen Platte schmiegt sich ein Drahtgitter
4 an, das seinerseits mit einem die eigentliche Filterfläche bildenden Gewebe i
i bedeckt ist, welches abnehmbar an dem Gitter 4 gehalten sein kann, um es an dem
fertigen Betonkörper bei dessen Freilegung nach Entfernung der zylindrisch geformten
Platte belassen und dann von diesem für sich allein abziehen zu können.
Beiderseits
des Saugrohres 2o, das vorzugsweise nach der Mittellinie der gebogenen Platte ausgerichtet
ist, sind an dieser Vibratoren 8 und 8' angebracht. Der Atmosphärendruck kann für
die Verdichtung der zu behandelnden Masse auf deren freie Fläche oder unmittelbar
auf die zylindrisch gewölbte Platte zur Einwirkung kommen. Die Platte kann dabei
an ihrer äußeren Fläche abgestützt und nach der Achse des gegossenen zylindrischen
Körpers hin verschiebbar sein.