DE10008664C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen von Beton - Google Patents

Description

Beton wird nach unterschiedlichen Kriterien klassifi­ ziert, beispielsweise nach seinem spezifischen Gewicht, den Bestandteilen seiner Zusammensetzung, dem Bindemittelgehalt, der Art seiner Verfestigung und dem Verwendungszweck. Ein wesentliches Kriterium ist die Konsistenz.

Hier unterscheidet man zwischen steifem Beton und wei­ chem Beton. Steife Betone haben einen relativ geringen Was­ sergehalt und gleichen in ihrer Konsistenz feuchter Erde. Sie werden daher auch erdfeuchter Beton genannt. Weiche Betone haben in der Regel einen höheren Wassergehalt und können bis zur flüssigen Konsistenz gehen. Zur optimalen Verdichtung erdfeuchter Betone sind hohe Verdichtungsener­ gieen notwendig (Rütteln, Stampfen oder Pressen). Dafür wer­ den höhere Gründruckfestigkeiten als bei weichem Beton er­ zielt. Zur Verdichtung weichen Betons genügt einfaches Rüt­ teln, unter Umständen bereits das Vergießen.

Die Betonprüfung liefert Aussagen über die Qualität des Betons. Dabei spielen drei Werte eine wesentliche Rolle, nämlich die Frischbetonrohdichte, der Luftporengehalt und die Festigkeit des ausgehärteten Betons. Das gemessene Luftporenvolumen wird mit dem in der Mischungsberechnung an­ genommenen Luftporenvolumen verglichen, um die tatsächliche Mischungsberechnung zu ermitteln.

Die Frischbetonrohdichte gibt Aufschluß darüber, ob die Mischungsbestandteile des Betons das mit der Stoffraumrech­ nung prognostizierte Volumen auch tatsächlich erzeugen. Dies ist deshalb von wesentlicher Bedeutung, weil Beton zwar auf der Basis von Gewichtsanteilen hergestellt, jedoch als Volu­ men verkauft und abgerechnet wird.

Aus der Praxis ist ein Laborprüfverfahren bekannt, bei dem erdfeuchter Beton zur Bestimmung der Frischbetonrohdich­ te in eine Form eingegeben und dort unter baustellenähnlichen Bedingungen verdichtet wird. Wegen des geringen Was­ sergehalts des erdfeuchten Betons geschieht letzteres durch hohe Verdichtungsenergien (Rütteln, Pressen oder Stampfen). Sodann entformt man den grünen Rohling und mißt seine Länge. Hieraus und aus dem konstanten Querschnitt der Form ergibt sich das Volumen des Rohlings. Das Gewicht wird durch Wiegen ermittelt. Aus Volumen und Gewicht bestimmt sich die Frischbetonrohdichte.

Eine Erfassung des Luftporenanteils ist dabei nicht mög­ lich und damit auch keine Rückrechnung. Nach Bestimmung der Frischbetonrohdichte läßt man den Rohling zum Prüfkörper aushärten und unterwirft ihn sodann der Festigkeitsprüfung.

Für die Prüfung von weichem Beton ist aus der DE 32 37 090 C2 ein Verfahren bekannt, das sich eines sogenannten Luftporen-Topfes bedient. Dieser besteht aus einem Rütteltopf und einem abdichtend aufsetzbaren Deckel. Das Gewicht von Topf und Deckel ist bekannt, gleichermaßen das Füllvolumen des Topfes und das Aufnahmevolumen bei aufgesetztem Deckel.

Der weiche Frischbeton wird unter gleichzeitigem Rütteln in den Topf eingefüllt. Dadurch erfolgt eine Verdichtung un­ ter Baustellenbedingungen. Eine gleichzeitige Druckeinwir­ kung ist nicht möglich, erübrigt sich allerdings auch bei weichem Frischbeton aufgrund von dessen leichter Verarbeit­ barkeit. Der Topf wird unter nicht ganz vollständiger Nut­ zung seines Füllvolumens bis kurz unter seinen Rand mit wei­ chem Frischbeton gefüllt, woraufhin man den Deckel aufsetzt und Topf, Frischbeton und Deckel wiegt. Eine Differenzrech­ nung ergibt das Gewicht des Frischbetons. Sodann wird das Rest-Aufnahmevolumen von Form und Deckel oberhalb des Frischbetons mit Wasser aufgefüllt, und die Wägung wird wie­ derholt. Das Gewicht des Wassers repräsentiert das Rest-Auf­ nahmevolumen, so daß durch eine weitere Differenzrechnung das Volumen des Frischbetons bestimmt werden kann. Damit sind die Voraussetzungen für die Bestimmung der Frischbetonrohdichte gegeben, vorerst allerdings noch ohne Berücksich­ tigung des Luftporenanteils.

Um diesen zu ermitteln, wird in einer Kammer des Deckels ein definierter Luftdruck erzeugt. Sobald der vorgegebene Wert erreicht ist, wird die Kammer zum mit Frischbeton und Wasser gefüllten Innenraum des Topfes hin entlastet (der In­ nenraum erstreckt sich domartig in den Deckel hinein und ist vollständig mit Wasser gefüllt). Der auf das Wasser einwir­ kende Luftdruck treibt das Wasser in die Luftporen des Frischbetons. Hieraus resultiert ein Druckabfall in der Kam­ mer des Deckels, der repräsentativ ist für den Luftporenan­ teil des Frischbetons. Die Korrelation ist in einer speziel­ len Eichkurve abgelegt, die unter anderem zur Topfgröße, zum Ausgangs-Luftdruck, zum Volumen der Druckkammer und zu son­ stigen gerätespezifischen Parametern in Relation steht. Über den prozentual ermittelten Luftporenanteil wird die ur­ sprünglich ermittelte Frischbetonrohdichte des weichen Frischbetons korrigiert.

Bei der ursprünglichen Stoffraumrechnung wird ein empi­ rischer Wert für den Luftporenanteil angesetzt. Der bei der Prüfung ermittelte tatsächliche Luftporenanteil ermöglicht eine entsprechende Korrektur und damit eine Korrektur der Beton-Ausgangsmischung.

Nach jeder Benutzung wird der Luftporen-Topf entleert und gereinigt. Für die Festigkeitsprüfung des weichen Frischbetons werden gesonderte Prüfkörper erzeugt.

Ein Einsatz des Luftporen-Topfes für die Prüfung erd­ feuchten Frischbetons verbietet sich, da dieser für die Auf­ nahme der hohen Verdichtungsenergien nicht ausgelegt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, erdfeuchten und weichen Frischbeton in gleicher Weise zu prüfen, und zwar unter Korrektur der Frischbetonrohdichte durch den Luftporenanteil.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Ver­ fahren zum Prüfen von Beton unter Verwendung eines Deckels eines Luftporen-Topfes, wobei

• - eine Form zum Herstellen von Prüfkörpern für eine Festigkeitsprüfung des ausgehärteten Betons vorgesehen ist, die zum Entformen des ausgehärteten Betons am unteren Ende offen ist oder in ihrem Boden eine verschließbare Öffnung aufweist und die abdichtend mit dem Deckel des Luftporen- Topfes verbindbar ist,
• - das gemeinsame Gewicht von leerer Form und Deckel ermittelt wird,
• - die Form bei aufgesetztem Deckel zur Ermittlung des Aufnahmevolumens mit Wasser gefüllt und sodann gewogen wird,
• - Frischbeton bei abgenommenem Deckel derart in die ent­ leerte Form eingebracht und dort verdichtet wird, daß die Füllung einen Abstand zum Rand der Form einhält,
• - das Gewicht von Form, Deckel und Frischbeton ermittelt wird,
• - das Rest-Aufnahmevolumen von Form und Deckel oberhalb des Frischbetons mit Wasser gefüllt wird,
• - das Gewicht von Form, Deckel, Frischbeton und Wasser ermittelt wird,
• - der Luftporenanteil anhand einer dem Deckel zugeordne­ ten Eichkurve ermittelt wird,
• - aus den Werten des Aufnahmevolumens, der Gewichte und des Luftporenanteils vorzugsweise in einem Rechner die Fri­ schbetonrohdichte des verdichteten Frischbetons bestimmt wird,
• - das Aushärten des Betons abgewartet wird und
• - die Festigkeit des ausgehärteten, entformten Betons ermittelt wird.

Erfindungsgemäß wird also eine Form verwendet, in die je nach Bedarf erdfeuchter oder weicher Frischbeton eingefüllt werden kann. Bei weichem Frischbeton wird während des Füll­ vorganges ein Füll-Adapter auf die Form aufgesetzt. Die Ver­ festigung erfolgt in Abhängigkeit von der Art des Frischbe­ tons, nämlich bei weichem Frischbeton nur durch Rütteln und bei erdfeuchtem Frischbeton durch hohe Verdichtungsenergien (Rütteln, Pressen oder Stampfen). Der Füllstand des verdichteten Betons endet unterhalb des oberen Randes der Form, vorzugsweise in einem Abstand von 1 bis 2 mm.

Man verzichtet also auf ein Abstreichen, wie es bei der Füllung des Luftporen-Topfes mit weichem Beton bisher üblich war. Dadurch vermeidet man eine Verfälschung der Frischbe­ tonrohdichte, wie sie sonst durch das Abstreichen von stark wasserhaltiger Betonschlempe unvermeidbar ist.

Nach dem Füllen wird die Form mit aufgesetztem Deckel gewogen. Da das gemeinsame Gewicht von Form und Deckel be­ kannt ist, erhält man auf diese Weise das Gewicht der Beton­ füllung, und zwar mit hoher Genauigkeit.

Anschließend wird das Rest-Aufnahmevolumen von Form und Deckel mit Wasser gefüllt. Der Deckel des Luftporen-Topfes bildet einen Dom, der also einen Wasserstand oberhalb der Betonfüllung gestattet. Der Dom ist mit einem Wassereinlaß und einer Entlüftungsöffnung versehen, wobei letztere einen Überlauf definiert und damit den Füllstand fixiert.

Eine erneute Wägung läßt eine äußerst exakte Bestimmung des Betonvolumens zu. Aus der Gewichtszunahme ergibt sich das Volumen des eingefüllten Wassers. Da das gesamte gemein­ same Aufnahmevolumen von Form und Deckel vorher ermittelt worden ist, stellt die Volumendifferenz das Betonvolumen dar.

Somit ist eine Ermittlung der Frischbetonrohdichte mög­ lich, allerdings bisher noch ohne Korrektur des Luftporenan­ teils.

Zur Ermittlung des Luftporenanteils wird der Deckel be­ stimmungsgemäß benutzt. Die Kammer wird unter Luftdruck ge­ setzt und dieser wird in den mit Beton und Wasser gefüllten Raum entlastet. Der dabei in der Kammer auftretende Druckab­ fall korreliert mit dem Luftporenanteil. Die Korrelation ist in einer Eichkurve abgelegt. Die Eichkurve gilt für eine vorgegebene Größe des Luftporen-Topfes. Hieraus resultiert die Forderung, daß das Aufnahmevolumen der erfindungsgemäß verwendeten Form in etwa dem Aufnahmevolumen desjenigen Luftporen-Topfes entsprechen soll, für den die Eichkurve des Deckels gilt. Eine exakte Volumen-Übereinstimmung wird nicht gefordert, da das tatsächliche gemeinsame Aufnahmevolumen von Form und Deckel ausgelitert wird, um die gewünschte hohe Genauigkeit bei der Bestimmung des Betonvolumens zur Er­ mittlung der Frischbetonrohdichte zu erzielen. Eine derar­ tige Genauigkeit bei der Volumenerfassung ist für die Be­ stimmung des Luftporenanteils nicht unbedingt erforderlich.

So kann man es auch tolerieren, daß die Form nicht voll­ ständig mit dem verdichteten Frischbeton gefüllt wird. Al­ lerdings kann der daraus resultierende Fehler größere Dimen­ sionen annehmen.

Daher wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, einen Volumen-Bezugswert der Eichkurve zur Korrektur des Luftporenanteils zu verwenden und vorzugsweise ebenfalls in den Rechner einzugeben. Der Rechner ermittelt dann die Differenz des Frischbeton-Volumens zu demjenigen Volumen, auf das der Deckel geeicht ist, und korrigiert den vorher ermittelten Wert der Frischbetonrohdichte entsprechend.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, daß eine universell anwendbare Möglichkeit geboten wird, die Frischbetonrohdichte mit höchster Exaktheit zu bestimmen und dadurch die Genauigkeit der Stoffraumrechnung zu erhöhen. Das Verfahren ist unabhängig davon, ob erdfeuchter Frischbe­ ton oder weicher Frischbeton geprüft werden soll. Mit ande­ ren Worten: Der Wassergehalt des Frischbetons und damit des­ sen Verarbeitbarkeit spielen keine Rolle.

Von der Art des Frischbetons ist lediglich der Zwischen­ schritt, nämlich die Verdichtung betroffen. Die Verdichtung geschieht innerhalb der Form, wobei die vorausgehenden und die nachfolgenden Schritte des Prüfverfahrens keine Beein­ flussung erfahren.

Von wesentlicher Bedeutung ist, daß nun auch bei erd­ feuchtem Frischbeton der Luftporenanteil berücksichtigt wer­ den kann.

Das Aushärten des Frischbetons geschieht innerhalb der Form. Bei erdfeuchtem Frischbeton besteht allerdings auch die Möglichkeit, den grünen Rohling bereits im Anschluß an die Bestimmung des Luftporengehaltes zu entformen.

Weicher Frischbeton wird erst nach dem Aushärten oder zumindest nach einem Teil-Aushärten aus der Form entnommen. Dies bringt zwei wesentliche Vorteile mit sich. Zum einen entfällt die mühselige, kraft- und zeitaufwendige Entnahme des weichen Frischbetons, wie sie bisher bei Einsatz eines Luftporen-Topfes erforderlich war. Zum anderen handelt es sich um ein und denselben Prüfkörper, der der Bestimmung der Frischbetonrohdichte und der Festigkeitsprüfung in ausgehär­ tetem Zustand unterworfen wird. Unterschiede des Verdich­ tungsgrades, wie sie bisher aufgrund gesonderter Herstellung unterschiedlicher Prüfkörper praktisch unvermeidbar waren, können nun nicht mehr auftreten.

Dabei zeichnet sich das Verfahren durch eine einfache, ökonomische Schrittführung aus. Die gelieferten Prüfwerte sind sehr exakt und ohne weiteres reproduzierbar.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe schafft die Erfindung ferner eine Vorrichtung zum Bestimmen der Frischbetonroh­ dichte von verdichtetem Frischbeton mit

• - einem Deckel eines Luftporen-Topfes,
• - einer am oberen Ende offenen Form zum Herstellen von Prüfkörpern für eine Festigkeitsprüfung des ausgehärteten Betons, wobei die Form zu Entfernen des ausgehärteten Betons am unteren Ende offen ist oder in ihrem Boden eine ver­ schließbare Öffnung aufweist,
• - einer zwischen dem oberen Ende der Form und dem Deckel vorgesehenen Dichtungsanordnung,
• - einer das untere Ende der Form abdichtend aufnehmenden Grundplatte und
• - Spannmitteln zum abdichtenden Verspannen des unteren Endes der Form gegen die Grundplatte und zum abdichtenden Verspannen des Deckels gegen das obere Ende der Form.

Der offene Boden bzw. die Öffnung im Boden der Form dient zum Auspressen des grünen oder ausgehärteten Form­ lings. Wird weicher Frischbeton geprüft, so verschließt man die Öffnung im Boden der Form, um während der Verdichtung des Frischbetons und während des Transportes und des Einbaus der gefüllten Form in die Grundplatte ein Herausfließen des weichen Frischbetons zu verhindern. Nach abdichtendem Verspannen der Form gegen die Grundplatte tritt keine Ausfließge­ fahr auf.

Die Spannmittel können zwei Spanneinrichtungen umfassen, und zwar eine für die Form und eine für den Deckel. Letztere kann an der Form angreifen. Vorteilhafter ist es sie an der Grundplatte angreifen zu lassen, da dann eine einzige Spann­ einrichtung ausreicht. Besonders vorteilhaft ist die Ausbil­ dung als Schnellverschluß.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die zwischen dem oberen Ende der Form und dem Deckel vorgesehene Dichtungsanordnung als Adapter auszubilden. Konventionelle Luftporen-Töpfe besitzen in der Regel einen zylindrischen Querschnitt. Dementsprechend ist auch der Anschluß des Dec­ kels zylindrisch ausgebildet. Beton-Prüfkörper hingegen wer­ den häufig in rechteckiger oder quadratischer Form benötigt. Dies wird durch den Adapter ermöglicht, der den Anschluß ei­ ner Form mit polygonalem Querschnitt an einen Deckel mit zy­ lindrischer Aufnahme gestattet.

Ein besonders vorteilhaftes Merkmal besteht darin, daß die Dichtungsanordnung ein Ringelement aufweist, das an dem Deckel des Luftporen-Topfes befestigt ist und eine am oberen ende der Form angreifende Dichtung trägt. Die Dichtungsan­ ordnung bildet also einen Bestandteil des Deckels. Auch der Sitz der Form in der Grundplatte benötigt eine Dichtung. Diese wird vorzugsweise als Bestandteil der Grundplatte aus­ gebildet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 weist eine Grundplatte 1 auf, gegen die eine Form 2 verspannt ist, und zwar unter Verwendung von Spannbolzen 3. Die Form dient beim vorliegen­ den Ausführungsbeispiel zur Aufnahme von erdfeuchtem Beton und ist daher nicht nur am oberen, sondern auch am unteren Ende offen; der verdichtete Frischbeton besitzt die Festig­ keit eines grünen Formlings. Die Form wird von einer zwi­ schengelegten Dichtung 4 gegen die Grundplatte 1 abgedich­ tet.

Auf dem oberen Ende der Form 2 sitzt ein Deckel 5, der ein Druckmeßgerät 6 trägt. Der Deckel 5 stammt von einem handelsüblichen Luftporen-Topf.

Zwischen der Form 2 und dem Deckel 5 ist eine Dichtungs­ anordnung 7 vorgesehen. Diese besteht aus einem Ringelement 8, das am Deckel 5 befestigt ist, und einer Dichtung 9, die das obere Ende der Form 2 abdichtet. Der Deckel 5 wird von einem Schnellverschluß 10 gegen die Form 2 verspannt.

Gewicht und Aufnahmevolumen der Vorrichtung sind be­ kannt. Das Gewicht des zu prüfenden Frischbetons wird durch Wiegen der gefüllten Vorrichtung und einfache Differenz­ rechnung ermittelt.

Anschließend wird das Rest-Volumen oberhalb des Betons mit Wasser aufgefüllt. Hierzu weist der Deckel einen Einlaß 11 sowie eine Entlüftung 12 auf. Letztere bildet einen Über­ lauf und zeigt die vollständige Füllung der Vorrichtung an.

Eine erneute Wägung und Differenzrechnung ergibt das Ge­ wicht des eingefüllten Wassers und damit dessen Volumen. Wiederum durch Differenzrechnung ergibt sich das Volumen des Frischbetons.

Hieraus und aus dem vorher ermittelten Gewicht errechnet sich die Frischbetonrohdichte, die noch durch Ansatz des Luftporenanteils zu korrigieren ist. Letzterer wird durch Druckbeaufschlagung der Deckelkammer, Druckentlastung in den Innenraum der Vorrichtung, Erfassung des Druckabfalls in der Deckelkammer und Übergang über eine Eichkurve bestimmt. Die Eichkurve berücksichtigt das Soll-Füllvolumen des ursprüng­ lichen Luftporen-Topfes. Weicht das Frischbetonvolumen hier­ von ab, so wird die Abweichung rechnerisch kompensiert. Die Verknüpfung der Werte erfolgt in einem Rechner.

Die Vorrichtung eignet sich für die Prüfung von erd­ feuchtem und weichem Frischbeton. Die Prüfkörper können in der Form aushärten und werden anschließend der obligaten Fe­ stigkeitsprüfung unterzogen. Die Festigkeitsprüfung basiert also auf dem Material der Frischbetonrohdichte-Ermittlung.

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmög­ lichkeiten gegeben. Dies gilt insbesondere für die Verspan­ nung von Form und Deckel. Auch kann die Form einen Böden aufweisen, der allerdings zum Entformen des Formkörpers mit einer Öffnung zu versehen ist. Diese wird beim Prüfen von weichem Frischbeton vorübergehend geschlossen.

Claims (8)

1. Verfahren zum Prüfen von Beton unter Verwendung eines Deckels eines Luftporen-Topfes, wobei
eine Form zum Herstellen von Prüfkörpern für eine Festigkeitsprüfung des ausgehärteten Betons vorgesehen ist, die zum Entformen des ausgehärteten Betons am unteren Ende offen ist oder in ihrem Boden eine verschließbare Öffnung aufweist und die abdichtend mit dem Deckel des Luftporen- Topfes verbindbar ist,
das gemeinsame Gewicht von leerer Form und Deckel ermittelt wird,
die Form bei aufgesetztem Deckel zur Ermittlung des Aufnahmevolumens mit Wasser gefüllt und sodann gewogen wird,
Frischbeton bei abgenommenem Deckel derart in die ent­ leerte Form eingebracht und dort verdichtet wird, daß die Füllung einen Abstand zum Rand der Form einhält,
das Gewicht von Form, Deckel und Frischbeton ermittelt wird,
das Rest-Aufnahmevolumen von Form und Deckel oberhalb des Frischbetons mit Wasser gefüllt wird,
das Gewicht von Form, Deckel, Frischbeton und Wasser ermittelt wird,
der Luftporenanteil anhand einer dem Deckel zugeordne­ ten Eichkurve ermittelt wird,
aus den Werten des Aufnahmevolumens, der Gewichte und des Luftporenanteils die Frischbetonrohdichte des verdichte­ ten Frischbetons bestimmt wird,
das Aushärten des Betons abgewartet wird und
die Festigkeit des ausgehärteten, entformten Betons ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Volumen-Bezugswert der Eichkurve zur Korrektur des Luftporenanteils verwendet wird.

3. Vorrichtung zum Bestimmen der Frischbetonrohdichte und des Luftporengehalts von verdichtetem Frischbeton mit
einem Deckel (5) eines Luftporen-Topfes,
einer am oberen Ende offenen Form (2) zum Herstellen von Prüfkörpern für eine Festigkeitsprüfung des ausgehärteten Betons, wobei die Form zum Entfernen des Betons am unteren Ende offen ist oder in ihrem Boden eine verschließbare Öffnung aufweist,
einer zwischen dem oberen Ende der Form (2) und dem Deckel (5) vorgesehenen Dichtungsanordnung (7),
einer das untere Ende der Form (2) abdichtend aufneh­ menden Grundplatte (1) und
Spannmitteln zum abdichtenden Verspannen des unteren Endes der Form (2) gegen die Grundplatte (1) und zum abdich­ tenden Verspannen des Deckels (5) gegen das obere Ende der Form (2).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmittel eine zwischen der Form (2) und der Grundplatte (1) wirksame Verschraubung umfassen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannmittel einen am Deckel (5) angreifen­ den Schnellverschluß (10) umfassen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnellverschluß (10) an der Grundplatte (1) an­ greift.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem oberen Ende der Form (2) und dem Deckel (5) vorgesehene Dichtungsanordnung (7) als Adapter ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung (7) ein Ringele­ ment (8) aufweist, das am Deckel (5) des Luftporen-Topfes befestigt ist und eine am oberen Ende der Form (2) angrei­ fende Dichtung (9) trägt.