DE4237543C2

DE4237543C2 - Verfahren zum Einstellen des Wassergehaltes und der Konsistenz von Mörtel bzw. Beton

Info

Publication number: DE4237543C2
Application number: DE19924237543
Authority: DE
Inventors: Gottfried Kilian
Original assignee: KILIAN GOTTFRIED DIPL WIRTSCH
Current assignee: KILIAN GOTTFRIED DIPL WIRTSCH
Priority date: 1992-11-06
Filing date: 1992-11-06
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2012-11-07
Also published as: DE4237543A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstel lung von Wassergehalt und Konsistenz bei Mörtel bzw Beton in den plastischen und weichen Konsistenzberei chen.

Stand der Technik

Wasser ist mitbestimmend für alle grundlegenden Ei genschaften von Baustoffen, die unter Zugabe von hy draulischen Bindemitteln hergestellt werden, und zwar sowohl für die bis zu deren Verarbeitung, der Baustoff wird dann Frischmörtel oder Frischbeton genannt, als auch für die im fertigen Zustand.

Einbaufähigkeit

Der Begriff Konsistenz steht für die Bewertung der Beweglichkeit und damit der Verarbeitbarkeit einer zum Einbau in ein Bauwerk vorgesehenen, unter Zusatz von hydraulischem Bindemittel mit Wasser angemach ten Mischung.

Entscheidend für den sachgerechten Einbau ist die Konsistenz einer Mischung zum Zeitpunkt der Verar beitung; denn die Beweglichkeit der Mischung ist in Abhängigkeit von zahlreichen Parametern veränderlich. In der Zeit zwischen Betonaufbewahrung und Beton verarbeitung tritt in aller Regel ein Ansteifen auf. Ist das Ansteifen zu weit fortgeschritten, ist eine Verdichtung des Baustoffes entsprechend der auf die angesetzte Konsistenz ausgerichteten Maßnahmen beim Einbau nicht mehr möglich.

Ist die Mischung zu flüssig, zu berücksichtigen ist da bei auch ein vorab zu schätzender Sicherheitszuschlag, droht zunächst eine Entmischung schon bei Mischen über die optimale Mischzeit hinaus, weiter bei Verla dung, Transport, Übergabe, Fördern und Einbauen in der Form, daß die groben Steine durch Zentrifugalkraft weggeschleudert werden oder durch Schwerkraft absin ken und die Zement-Wasser-Schlempe aufschwimmt. Der Zement geht in dieser Phase vom Feststoff in ein Gel über. Außerdem bedingt der Wasseranteil im Frischbeton eine Porenausbildung im Festbeton. Je mehr Schlempe oder Wasser, desto mehr und desto grö ßere Poren.

Allerdings sinkt der Verschleiß am Mischer sowie den Transport- und Fördergeräten mit zunehmender Konsi stenz. Dazu kommt, daß die Beseitigung des Ansteifens durch zusätzliches Einmischen von Wasser auf einfache und kostensenkende Weise beseitigt werden kann. Da bei muß man aber, und man tut es tatsächlich auch, billigend in Kauf nehmen, daß der Frischbeton bei zu weit fortgeschrittenem Ansteifen unsachgemäß aufge frischt wird.

Das Problem des Ansteifens ist besonders ausgeprägt bei dem für Ortbeton mit einem Anteil von ca. 85% vorherrschenden Aufbereitungsverfahren "Werkge mischter Transportbeton" gegeben (15% sind direkt vor Ort hergestellter Baustellenbeton). Nach der deutschen Beton-Norm sollen die Lieferfahrzeuge spätestens 90 Minuten nach der Wassereinmischung in den Zement entladen sein. Nach der selben Norm ist die Mindest mischzeit auf 30 Sekunden festgelegt. Diese Mindest mischzeit ist allgemein bei stationär im Lieferwerk auf gestellten Mischern üblich. Für die bei Vermengen von Zement mit Wasser chemisch einsetzende Reaktion des Abbindens stehen die beiden Zeitspannen außerhalb je der vernünftigen Relation.

Da die für Europa aufgestellte Vornorm für Beton in Deutschland mit der Bezeichnung DIN V ENV 206 seit Oktober 1990 bereits eingeführt ist, gibt es zwei parallel gültige Vorschriften. Eine Vornorm steht auf der Stufe einer Norm. Dadurch wird ermöglicht, daß man vor übergehend zwei Normen nebeneinander zur Auswahl stellen kann. Beide sind Stand der Technik. Hier fehlt der Richtwert von 90 Minuten, statt dessen heißt es, "Beton ist baldmöglichst nach dem Mischen einzubrin gen, um eine Abnahme der Verarbeitbarkeit möglichst gering zu halten." "Baldmöglichst" ist eine juristische, keine technische Festlegung.

Praktische Bewährung

Der Wassergehalt absolut und in Relation zum Binde mittelgewicht sowie die Homogenität bestimmen wie derum entscheidend die Eigenschaften hydraulisch ge bundener Baustoffe im Zustand als fertiges Produkt.

- Der Wassergehalt absolut ist für den Umfang der beim Abbindevorgang stattfindenden Ausbil dung von Poren wesentlich.
- Die Relation Wasser zu Zement w/z nach Gewicht bestimmt bei vorgegebener Zementsorte im Grundsatz allein die Festigkeit.
- Die Homogenität ist Voraussetzung, daß das unvermeidliche Porenvolumen erwartungsgemäß vorliegt und der Kraftfluß bei Belastung gleichmä ßig im Baustoff verläuft.

In der heute nur mangelhaft möglichen Einstellung von Wassergehalt und Konsistenz bei Mörtel und Beton liegt ein so gravierender Schwachpunkt, daß alle Quali tätsbemühungen im Baubereich davon entscheidend be lastet werden; denn ist beim Basisbaustoff Beton schon vom Ausgangsstoff Frischbeton her keine gesicherte Qualitätssteuerung möglich, so sieht man es als wenig sinnvoll an, überhaupt eine straffe Qualitätssicherung am Bau zu praktizieren. Eine eindeutige Zuordnung von Verantwortlichkeiten wird a priori ausgeschlossen: Wer macht wo und wann welche Fehler?

Problem

Die Gefahr der Überschreitung des vorgegebenen Wassergehaltes w ist permanent gegeben. Die Auswirkun gen einer Abweichung wird nur in ganz extremen Aus nahmefällen für den Bauherren bei der Bauuwerksab nahme erkennbar. Der gegebene Spielraum ist groß. Es liegt in diesem Fall ein verdeckter Mangel vor, der z. B. darüber entscheidet, ob eine Brücke 30-50 Jahre oder 80-100 Jahre hält. Allerdings ist dabei das Risiko mit eingeschlossen, daß sie bei extremer Beanspruchung u. U. schon nach 10 Jahren sanierungsbedürftig wird.

Über Ansätze, das Problem der Betonverwässerung zu begrenzen, ist man nie hinaus gekommen. Ein Dut zend Möglichkeiten der Wasseranreicherung in der Aufbereitungsphase müssen in Betracht gezogen wer den:

- in Mischertrommel verbliebene Spülwasserreste
- Einmischen einer Teilladung in eine andere Beton sorte
- Abspritzwasser zur Einlaufsäuberung bei Lkw- Abfertigung
- nicht erfaßbares Schichtwasser in Zuschlagde ponie
- unzureichende Messung der Zuschlageigen feuchte (z. B. zu große Meßungenauigkeit des Ge rätes)
- Tropfwasser aus Zuschlagdeponie auf Wiege einrichtungen
- Regenwasser in der Zentralanlage auf Förder band
- Korrektur der Konsistenz im Mischer über Kraftaufnahme (weil Wasseranspruch unbekannt)
- Zulässige Meßungenauigkeit der Wiegeeinrich tungen
- Entmischung im Fahrmischer durch Aufschwim men
- Nachdosierung von Wasser in dem Fahrmischer
- uneinheitliche Wasserverteilung infolge unsach gemäßem Nachmischen

Um den Tatbestand deutlich zu machen, wird auf das beigefügte Bild verwiesen. Es zeigt die Abhängigkeit der Betondruckfestigkeit bei der bevorzugt eingesetz ten Zementsorte Z 35 von der gewichtsmäßigen Rela tion Wasser zu Zement w/z, ausgedrückt mit dem Fachwort "Wasserzementwert". In dem Bild ist eingetragen, daß nach der europäischen Norm ENV 206 bei der vorherr schenden Betonsorte B 25 mit der Vorgabe für Beton im Außenbereich, der Wasserzementwert muß gleich oder kleiner 0,55 sein, fast schon die Qualität der darüberlie genden Betonsorte B 35 erreicht wird. Das stellt ein verschwenderisches Vorhaltemaß dar. Der Beton muß von daher, selbst wenn alles gut verläuft, deswegen noch lange nicht besser werden. Beton ist je nach den vorlie genden Gegebenheiten möglichst exakt zu optimieren.

Unpräziser Arbeitsablauf wird durch erhöhten Bau stoffeinsatz abgesichert; denn bei niedrigem Wasser zementwert muß man zur Erlangung einer zuverlässi gen Verarbeitbarkeit technisch gesehen eine entspre chend hohe Menge an Wasser und Zement zugeben.

Verdoppelt sich bei ungünstigen Voraussetzungen der Wasserzementwert auf w/z = 1,1, so liegt ein Beton in der Qualität des früheren B 160 vor. Dieser Beton hat sich speziell nach der Normung von 1943 auch im Außenbe reich bis in die 60er Jahre hinein durchaus bewährt. Die Arbeitskraft war billig. Die Betonaufbereitung geschah in kleinen Chargen vor Ort und die Verarbeitung erfolg te handwerklich. Heute wird unter anderen Bedingun gen gefertigt. Dazu kommt, daß die Außenluft sehr viel aggressiver geworden ist und bei porösen Betonen das Rosten der Stahlbewehrung beschleunigt.

Um Wassergehalt und Konsistenz bei Mörtel und Be ton überhaupt sachgerecht einstellen zu können, muß die Feuchte der Zuschläge und der Wasseranspruch der Mischung bekannt sein. Starke Schwankungen von Charge zu Charge bei derselben Betonsorte in ein und derselben Mischanlage können von jedem dieser beiden Einflußfaktoren hervorgerufen werden.

Der Wasseranspruch einer Mischung ist von zahlrei chen Einzelparametern abhängig, die sich untereinander beeinflussen. Die damit verbundene Technologie ist noch nicht einmal ausreichend erforscht. Nach den heu tigen Erkenntnissen wird sie sich nie ausreichend zuver lässig beherrschen lassen. Sprunghafte Konsistenzände rungen nach beiden Seiten sind möglich. Eine einiger maßen befriedigende Steuerung ist nur mit hohem Auf wand insbesondere seitens Laborvorsorge und Ablauf kontrolle möglich. Sobald nur im geringsten eine Nach lässigkeit einreißt, gerät die Qualität außer Kontrolle. Anders ausgedrückt: Die Anwendungssicherheit ist fraglich.

Mit den heutigen Möglichkeiten der Meßtechnik ist eine sachgerechte Bestimmung des Wassergehaltes w ei ner Mischung im Mischer nur im Bereich der steifen Konsistenz K gesichert. In diesem Bereich ist die Konsi stenz gemessen am Ausbreitmaß für die Einstufung der Verarbeitbarkeit als absolute Maßzahl ohne Bedeutung. Sie ist als exakte Kenngröße gar nicht erfaßbar. Deshalb ist die Konsistenzeinstellung mittels eines genau festge legten Wertes hier nicht möglich.

Anders im plastischen Bereich KP dieser Bereich ist mit dem Ausbreitmaß 350 bis 410 mm festgelegt. Als gut verarbeitbar gelten jedoch nur Mischungen, die ein Ausbreitmaß von mindestens 380 mm oder mehr haben. Was darunter liegt, ist verfahrenstechnisch einem ande ren Bereich zuzuschlagen. Fachlich richtig müßte der Bereich so gefaßt sein: 400 ± 20 mm. Bei üblichem Vor gehen kann dieser Bereich nicht angesteuert werden, so daß man diese enge Begrenzung nicht in eine Norm aufnehmen durfte.

In ähnlicher Weise ist auch der weiche Konsistenzbe reich KR nach Norm mit einem Ausbreitmaß von 420 bis 480 mm zu weit gefaßt. Ist die Mischung im oberen Be reich so flüssig, daß nur in geringfügigem Maße verdich tet werden darf, und das behutsam, so ist sie im unteren Bereich schon plastisch und macht von daher eine inten sive Verdichtung unverzichtbar.

Die Normen empfehlen die Verwendung von Beton in möglichst flüssiger Form, weil die Einhaltung selbst dieser weitgefaßten Konsistenzbereiche heute nicht si chergestellt ist!

Bis heute zeigt man sich gegenüber der Zudosierung von Wasser großzügig. Man glaubt sich von der Unter nehmerseite aus gesehen bei Beton durch hohe Vorhal temaße und kurze Garantiezeiten für die Gewährlei stung ausreichend abgesichert zu haben. Die zumeist gültige VOB sieht nur 2 Jahre Garantie vor. Bestenfalls werden entsprechend BGB 5 Jahre vereinbart.

Für die Bewertung von Beton sind diese Zeitspannen aus der Sicht des Bauherren völlig unzureichend.

Diese Situation ändert sich mit Wirksamwerden des EG Binnenmarktes. Vorgesehen sind 20 Jahre Gewähr leistung mit Beweispflicht durch den Unternehmer, falls er ein die Haftung begründendes Verschulden zurück weisen will. Der Unternehmer haftet in der gleichen Weise für von ihm eingesetzte Lieferanten und Subun ternehmer.

Dazu kommt, daß die Produkthaftung aus der Zeit entwicklung heraus sich für den Bauunternehmer mehr und mehr verschärft. Ein gefährliches Kriterium ist da bei die arglistige Täuschung. In diesem Falle beträgt die Gewährleistungsfrist 30 Jahre. Es muß noch nicht ein mal zum Mangel gekommen sein. Nachweisbare Män gelansätze oder Nachweis des Nichtvorliegens berech tigter Forderungen lassen Ansprüche auf Minderung geltend machen.

Billigend in Kauf genommene Verwässerung von Be ton in dem oben aufgelisteten Ausmaß muß als arglisti ge Täuschung gelten.

Um die Qualität von Frischbeton belegfähig zu ma chen, ist es Voraussetzung, den Wassergehalt w und die Konsistenz K zum Zeitpunkt der Betonübergabe vom Mi scher in die Fördereinrichtung zutreffend erfassen zu können. Die Konsistenz sollte sich zusätzlich visuell gut veranschlagen lassen. Es ist das die Schnittstelle von Betonaufbereitung und Betonverarbeitung. Die klare Trennung dieser zwei Verantwortungsbereiche ist von organisatorischer und juristischer Bedeutung.

Erfindung

Die aufgezeigte Schwachstelle wird erfindungsgemäß beseitigt mittels eines zumindest zweistufigen Mischvorganges mit we nigstens dreimaligem Messen in der Art, daß mit den Ausgangsstoffen zunächst eine Mischung im steifen Be reich hergestellt wird. Der Wassergehalt wird dann ge messen. Diesem Wert zufolge wird das noch fehlende Anmachwasser zudosiert. Seine Messung, z. B. über die Wasseruhr, ist gut möglich. Die Konsistenzfeineinstel lung findet anschließend durch Messung z. B. der Kraft aufnahme des Mischers bzw. seiner Mischvorrichtungen statt, wobei dieser Vorgang gesondert unter Kontrolle genommen wird. Eventuell noch notwendige Korrektu ren setzen in der Folge die Einhaltung besonderer Maß nahmen voraus. Die Konsistenz kann dann sehr genau eingestellt werden.

Durch Mischen in mindestens zwei Stufen mit insge samt wenigstens drei Messungen wird in den für Ortbe ton entscheidenden Konsistenzbereichen eine anson sten nicht erreichbare Genauigkeit bei Einstellung von Wassergehalt und Konsistenz möglich gemacht. Moder ne Computersteuerung erlaubt es, den Gesamtvorgang zu automatisieren.

Das Mischen kann in verschiedenen Mischern erfol gen, z. B. in einem stationär aufgestellten Mischer und in der Mischtrommel des Transportfahrzeuges. Es kann aber auch hintereinander in ein und demselben Mischer stattfinden.

Meßwerte aus der stationären Aufbereitungsanlage lassen sich drahtlos in den Computer des Transportfahr zeuges übertragen. Wasser darf in den oder die Mischer nur über eine Meßvorrichtung mit Dokumentierung der Arbeitsphase eingeleitet werden. Ist ein Mischer teil weise entleert, muß die Wasserzuführung sich automa tisch sperren.

Der Gesamtwassergehalt ist bekannt. Er berechnet sich aus den Meßwerten bezogen auf die Mischung in dem oder den Mischern, die Konsistenz läßt sich unmit telbar vor der Übergabe bestimmen. Sie wird zweckmä ßigerweise dort erst genau eingestellt. Dieser Vorgang wird für sich meßtechnisch erfaßt.

Die vier wesentlichen, sich überlagernden Einflußfak toren lassen sich damit unter Kontrolle nehmen:

- Wasseranspruch der Mischung
- Eigenfeuchte der Zuschläge
- unstatthafte Wasserzugabe oder -anreicherun gen
- Zudosierung von Anmachwasser

Die Konsistenzbereiche können auf eine Grundlage gestellt werden, die bautechnisch den heutigen, unbe friedigenden Stand überwindet. Baustoffgerechte An sprüche und Festlegungen werden möglich. Sie lassen sich nicht nur prüftechnisch, sondern allein schon durch Inaugenscheinnahme gegeneinander abgrenzen. Dieser Effekt allein belegt bereits die Neuartigkeit der Erfin dung:
Plastischer Bereich: 400 ± 20 mm
Weicher Bereich: 460 ± 20 mm

Die visuelle Beurteilungsmöglichkeit ist sowohl für den Betonlieferanten als auch für den Verarbeiter wich tig: denn schon nach einer kleinen Zeitspanne wie die von 10 Minuten kann die Konsistenz deutlich abgefallen sein.

Claims

1. Verfahren zum Einstellen des Wassergehaltes (w) und der Konsistenz (K) von Mörtel bzw. Beton mit folgenden Maßnahmen

a) es wird eine Mischung im steifen Konsistenzbereich (KS) hergestellt aus hydraulischen Bindemitteln ent haltend Zement, mindestens einen Zuschlag und Anmachwasser
b) der Wassergehalt dieser Mischung wird durch elektrisch Widerstandsmessung über Elektroden bestimmt;
c) nach Maßgabe dieser Messung wird das zur Erlangung eines plastischen Konsistenzbereichs (KP) oder weichen Konsistenzbereichs (KR) noch fehlende Anmachwasser in einem Mischer mittels eichfähiger Abmeßvorrichtung zudosiert;
d) die durch das anschließende Mischen erzielte Konsistenz wird durch Messen der Kraftaufnahme des Mischers bezw. seiner Mischwerkzeuge ermittelt;
e) nach Maßgabe dieser Messung und des höchsten zulässigen Wasserzementwertes (w/z) wird zur Feineinstellung erforderlichenfalls
- 1. Wasser und/oder Zementleim und/oder Zusatzmittel mit verflüssigender Wirkung, oder
- 2. Wasser unter Zugabe einer darauf bezogenen Zementmenge zugesetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischen in zwei verschiedenen Mischern erfolgt, wobei der eine ein stationärer Mischer und der andere die Mischtrommel eines Transport fahrzeugs ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zudosierung von Wasser in den Mischer über eine eichfähig Meßvorrichtung zusammen mit der Arbeitsphase des betreffenden Mischers dokumentiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eichfähige Meßvorrichtung eine Wasseruhr ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wasserzugabe nur bei vollem oder leerem Mischer erfolgen kann.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrektur der Konsistenz bei nicht vollem Mischer nur mit einem Zusatzmittel erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, bei der Übernahme einer Mischung mit steifer Konsistenz (KS) in die Trommel eines weiteren Mischers diese leer ist oder die verbliebene dokumentierte Spülwassermenge im Mischer kleiner als 35 Liter mal Nenninhalt (in Kubikmeter) des Mischers beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zeitpunkt der Übergabe des Mörtes bzw. Betons vom Mischer in die Fördereinrichtung der Wassergehalt w und die Konsistenz (KP bzw. KR) erfaßt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren mittels Computer gesteuert wird.