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Vorrichtung zur Erhöhung der Festigkeit von Beton durch gleichzeitige
Anwendung einer Saug- und Druckwirkung Den Gegenstand der Erfindung bildet eine
Vorrichtung zur Behandlung von in plastischem Zustand befindlichem Beton, durch
welche eine erhebliche Erhöhung der Festigkeit des Betons und eine bedeutende Verbesserung
des Betongefüges erreicht werden, um hierdurch die Schwundverluste beim Trocknen
zu verringern und die Bildung von Rissen zu verhindern.
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Die Erfindung ist in erster Linie bestimmt für die Behandlung von
Beton, welcher in waagerechten Schichten ausgebreitet wird, z. B. Beton für die
Herstellung von Straßenpflasterung, eisenbewehrten Fußböden in Gebäuden, Beton für
Damm- und Brückenkonstruktionen. Sie kann aber auch zur Behandlung von Beton dienen,
der für irgendwelche Zwecke in Formen gebracht ist. Weiterhin kann die Erfindung
zur Behandlung eines Gemisches aus Zement und Sand mit wenig oder keinen groben
Zusätzen dienen.
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Unter der Bezeichnung Beton wird bekanntlich ein Kunststein aus einem
Gemisch v on' Zement, Sand und gemahlenen Steinen, Kies oder sonstigen gröberen
Zusätzen verstanden. Diesem Gemisch wird eine genügende Menge Wasser zugesetzt,
um den Zement zu hydratisieren und eine plastische Masse zu bilden, die geformt
werden kann, solange sie sich in ihrem plastischen Zustand befindet. Nach einer
gewissen Zeitdauer und als Folge der Hydratisierung binden sich die Zementteilchen
in der Masse, und die ganze Masse wird fest.
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Die Wassermenge, die während der Mischzeit und der Formzeit benötigt
wird, ist immer erheblich größer als die für das Hydratisieren des Zements erforderliche
Wassermenge. Wenn man aber nur die für das Hydratisieren des Zementes nötige Wassermenge
zusetzen würde, so würde das Gemisch so trocken sein, daß es nicht die genügende
Formbarkeit aufweist, und es würde nicht möglich sein, den Zement und die Zusätze
miteinander zu vereinigen. Der aus diesen Gründen nötige Wasserüberschuß bildet
jedoch beim Arbeiten mit Beton einen sehr erheblichen Übelstand. Infolge des Wasserüberschusses
verlängert sich nämlich die Trockenzeit, die abgewartet werden muß, bevor der Beton
benutzt werden kann, ganz erheblich.
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Es sind nun bereits einige Verfahren vorgeschlagen worden, um eine
genügende Formbarkeit des Betons bei Anwendung einer verringerten Flüssigkeitsmenge
zu erzielen. Zum Beispiel hat man das sog. Rüttelverfahren und das sog. Schleuderverfahren
angewendet. Das letztere ist jedoch nur für die Herstellung von Hohlkörpern, wie
Rohrleitungen und
Säulen, verwendbar. Beide bekannten Verfahren
haben eine gewisse Anwendung in der Praxis gefunden, aber auch der mit ihrer Hilfe
hergestellte Beton enthält nach seiner Mischung noch viel mehr Wasser, als für die
Hydratisierung des Zementes erforderlich ist.
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Es sind weiterhin, insbesondere zur Herstellung von dünnen Platten
dienende Vorrichtungen bekanntgeworden, bei denen eine Festigung des Werkstoffes
durch Ausübung einer Stampf- oder Druckwirkung mit Hilfe eines herunterfallenden
Tisches bzw. Gewichtes angestrebt wird. Außerdem hat man hierbei die Werkstoffoberfläche
noch einer schwachen Saugwirkung unterworfen, in erster Linie, um das durch die
Druckwirkung frei werdende, überschüssige Wasser zu entfernen, aber auch mit derartigen
Vorrichtungen ist eine wirkliche Entfernung des überschüssigen Wassers weder möglich,
noch wird sie auch nur angestrebt.
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Den Gegenstand der Erfindung bilden nun Vorrichtungen, die es gestatten,
den Wassergehalt in frisch gemischtem Beton auf den praktisch möglichen Kleinstgehalt
zu verringern, indem ungefähr das gesamte, für die Hydratisierung nicht erforderliche
Wasser entfernt wird, nachdem der Beton in Gußformen gebracht ist. Mit einer Vorrichtung
nach der Erfindung behandelter Beton wird so hart, daß in weniger als z Stunde nach
dem Belegen ein Mann über die Betonschicht herübergehen kann, ohne einen Eindruck
zu hinterlassen. Dies hat für die Praxis den großen Vorteil, daß nicht nur die Festigkeit
und das Gefüge des Betons verbessert, sondern daß auch die für das Abbinden nötige
Zeit und die Zeit, nach der der Beton in Benutzung genommen werden kann, erheblich
verringert werden.
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Diese Vorteile werden gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß auf
die zu festigende, sich noch im plastischen Zustand befindende Betonmasse eine feste
oder nachgiebige Platte aufgelegt wird, die an ihrer Unterseite eine Anzahl an eine
Saugleitung angeschlossene Nuten oder Kanäle aufweist. Sobald jetzt ein Unterdruck
zwischen der Platte und der Betonmasse erzeugt -wird, wird auf die Platte und damit
auch auf den Beton ein außerordentlich starker atmosphärischer Druck ausgeübt, -welcher
das überschüssige Wasser herausquetscht, das dann durch die Nuten und Kanäle abgesaugt
-wird.
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Zweckmäßig wird zwischen die Deckplatte und den Beton ein Sieb aus
Gewebe, Drahtnetz o. dgl. gelegt, das zwar den Durchtritt von Wasser ermöglicht,
aber größere Zementmengen oder sonstige feste Bestandteile in dem Beton zurückhält.
Falls ein solches Sieb benutzt wird, wird auf dessen Oberseite eine Deckschicht
entweder aus festem und nachgiebigem Material, z:-B. eine Gummimatte, oder aus starrem
Material, z. B. aus Metall, gelegt. Die Unterseite dieser Decke wird zweckmäßig
mit einer Reihe von dicht aneinanderliegenden engen Nuten oder Rillen versehen,
die zu Querkanälen mit größerem Querschnitt führen. Diese letzteren führen ihrerseits
zu Auslässen, an welche die Vakuumleitungen angeschlossen werden. -Zweckmäßig läßt
man die verwendeten Nuten und Kanäle nicht ganz bis zum Rande der Decke reichen,
so daß an allen Seiten der Decke glatte Auflageflächen vorhanden sind, um hierdurch
eine bessere Abdichtung zwischen der Decke und der Betonschicht zu erzielen. Anstatt
eine Decke mit Längsnuten und Querkanälen, wie vorstehend angegeben, zu benutzen,
kann man auch an der Unterseite der Decke dicht nebeneinanderliegende Ansätze oder
Warzen verwenden. Falls die Decke aus Gummi oder sonstigem nachgiebibigem Material
besteht, kann man diese Warzen gleich bei der Herstellung mit angießen. Die Zwischenräume
zwischen den Warzen ermöglichen dem Wasser, zwischen dem Schirre und der Decke durchzufließen
und zu den nachstehend näher erläuterten Auslässen zu gelangen. An Stelle einer
an der Unterseite unebenen Decke kann man auch eine Decke mit einer glatten -Unterseite
benutzen, indem man zwischen die Decke und den Beton einen doppelten Schirm legt.
Den unteren dieser beiden Schirme, der sich in Berührung mit dem Beton befindet,
führt man vorteilhaft feinmaschig aus, so daß er als Filter wirkt, während der obere
Schirm gröbere Maschen besitzt, um hierdurch gewundene Kanäle zu bilden, durch welche
das abgesaugte Wasser fließen kann. Zur Erleichterung der Handhabung verbindet man
die beiden Teile der Zwischenlage zweckmäßig durch irgendwelche geeigneten Mittel,
z. B. durch Punktschweißung.
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Wenn die Nuten an der Unterseite der Decke genügend fein sind, und
insbesondere wenn die Wasserströmung durch sie, wie später näher erläutert wird,
langsam ist, ist es unter Umständen nicht nötig, eine Zwischenschicht zu benutzen.
In der Regel ist jedoch die Anwendung der Zwischenschicht zweckmäßig, da sie die
Sicherheit des Ergebnisses erhöht und es außerdem ermöglicht, das Wasser rascher
abzusaugen.
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Von den vorstehend -erwähnten größeren Kanälen führt eine Leitung
zu einem Vakuumbehälter, dessen Fassungsvermögen so groß sein muß, daß er das von
dem Beton abgesaugte Wasser aufnehmen kann. Dieser
\'al.:uunibeliälter
ist seinerseits an eine geeignete Vakuumpumpe angeschlossen, mit deren Hilfe ein
für die Bedürfnisse der Praxis ausreichendes kräftiges Vakuum erzeugt und aufrechterhalten
werden kann.
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Die ganze aus den vorstehend beschriebenen Teilen bestehende Vorrichtung
wird dann auf die eingeebnete Oberfläche des frisch verlegten Betons aufgelegt.
Sobald nun die Vakuumpumpe in Gang gesetzt wird, entsteht eine im wesentlichen gleichförmige
Saugwirkung an der ganzen Oberfläche des zu behandelnden Betons.
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Unter Vakuum ist hier selbstverständlich nicht ein absolutes Vakuum
zu verstehen. Ein solches ist bei den hier in Frage kommenden groben Betriebsbedingungen
praktisch unerreichbar. Die durchgeführten Versuche haben jedoch ergeben, daß es
ohne weiteres möglich ist, ein Vakuum zwischen dem Beton und der Decke zu erzeugen,
das einer Quecksilberhöhe von 675 nun entspricht.
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Bei Anwendung des Vakuums entsteht zunächst eine große Anzahl von
Kanälen mit kleinem Durchmesser zwischen dem gegebenenfalls benutzten Drahtsieb
und den feinen 1@illeii, die an der Unterseite der Decke vorgesellen sind. Sobald
das Vakuum zunimmt, dienen diese Kanäle zur Ableitung des aus dem Beton austretenden
Wassers, welches in clie großen Querkanäle fließt. Aus diesen gelangt es durch eine
Schlauch- oder Rohrleitung in den Vakuumbehälter, wo es aufgefangen wird, ohne die
ständig arbeitende Pumpe stören zu können.
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Falls man nur den Wasserüberschuß absaugen «-irde, ohne gleichzeitig
den Beton zusammenzupressen, was man an sich auch durch Ausnutzung der Kapillarwirkung
erreichen kann, so würde das Ergebnis, wie bereits erwähnt, nur in bezug auf die
für das Abbinden nötige Zeit verbessert werden. Erst durch Ausnutzung des auf die
Decke einwirkenden atmosphärischen Druckes zur Zusamnienpressung des Betons werden
die Festigkeit und das Gefüge des Betons verbessert. Wie vorstehend angegeben ist,
kann man leicht einenV akuumdruck von 675 min Quecksilbersäule unterhalb
der Decke erreichen, und zwar bei einer Betonmasse von ungefähr i cbm pro Bearbeitungsabschnitt.
Ein Vakuum in dieser Größenordnung unterhalb der Decke erzeugt einen entsprechend
hohen Luftdruck an der Oberseite der Decke, welcher in dem angenommenen Fall ungefähr
ioo kg pro Quadratdezimeter beträgt. Wie sich hieraus ergibt, wird also der Beton
tatsächlich einer sehr starken Zusammenpressung und Verdichtung unterworfen, während
das Wasser aus ihm entfernt wird. Diese Zusammenpressung verfestigt die Masse, so
.daß der auf diese Weise hergestellte Beton eine größere Dichtigkeit und Festigkeit
hat als der nach den bisher bekannten Verfahren erzeugte Beton.
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In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen
zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt.
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Abb. i zeigt in Seitenansicht, teilweise geschnitten, einen Abschnitt
einer Betonstraße während der Behandlung. Als Decke wird eine Matte aus Gummi oder
nachgiebigem Material verwendet, deren Breite im wesentlichen dem Abstand zwischen
den Seiten der Form entspricht.
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Abb. 2 stellt eine Draufsicht auf die Ausführung nach Abb. i dar,
welche die Ausbildung der Nuten an der Unterseite der Decke in gestrichelten Linien
zeigt.
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Abb. 3 zeigt in vergrößertem Maßstabe einen Querschnitt durch eine
Anordnung zur Abdichtung der Enden der Decke; ferner sind aus der Abbildung die
Ausführung des Siebes und die Deckennuten im einzelnen erkennbar.
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Abb. q. zeigt in einem der Abb. i ähnlichen Querschnitt die Verwendung
einer starren Deckplatte. Bei dieser Ausführungsformüberlappt die Deckplatte die
Seiten der Form und bleibt auf dieser bis zur Beendigung der Arbeit, wie nachstehend
näher erläutert wird.
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Abb. 5 ist eine Draufsicht auf eine Deckplatte nach Abb. .I und zeigt
deren Nuten im einzelnen, und Abb. 6 zeigt in schematischer Darstellung, wie eine
Mehrzahl von Decken gleichzeitig benutzt werden können, um es zu ermöglichen, eine
größere Betonfläche zu bearbeiten oder Platten mit kleineren Abmessungen und dementsprechend
kleinerem Gewicht zu benutzen, um hierdurch die Handhabung der Platten zu erleichtern
sowie außerdem ein fortlaufendes Arbeitsverfahren zu erreichen, wie nachstehend
näher erläutert werden wird.
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In allen Zeichnungen sind die gleichen Teile mit gleichen Bezugszeichen
bezeichnet.
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In den Abb. i bis 3 sind i-i 1tetallformen mit seitlichen Wänden,
wie sie in der Regel bei der Herstellung von Betonstraßen verwendet werden. Zwischen
diese Formen wird eine Betonmasse 2 gebracht und in irgendeiner geeigneten Weise
eingeebnet. Diese Betonmasse enthält den zur Erzielung der Formbarkeit nötigen großen
Wasserüberschuß und ragt nach dem Eindringen etwas über die Oberkante der Formseiten
heraus, mit anderen Worten, die Abb. i zeigt die Betonmasse, nachdem sie bereits
so weit behandelt ist, daß sie im wesentlichen auf die Ebene der Oberkanten der
Form i-i heruntergedrückt ist.
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Auf die Oberfläche des Betons 2 ist ein feinmaschiges Drahtnetz 3
öder eine Schicht
aus Gewebe oder einem sonstigen geeigneten Material
aufgelegt, welche Wasser durchläßt, aber feste Bestandteile des Betons zurückhält,
mit anderen Worten, die Schicht 3 wirkt praktisch als Oberflächenfilter.
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Auf das Sieb 3 ist eine Decke 4 aufgelegt, welche bei den dargestellten
Ausführungsformen -zweckmäßig nachgiebig oder biegsam ist. Zum Beispiel kann eine
dicke Gummimatte verwendet werden. Eine solche nachgiebige Matte hat den Vorteil,
daß sie sich etwa vorhandenen Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des Betons anpaßt.
Die Unterseite der Decke ¢ ist mit Nuten, Ausnehmungen oder Kanälen versehen, die
ein Durchfließen des Wassers ermöglichen. Zweckmäßig werden im einzelnen kleine
V-förmige Nuten 5 benutzt, die zu größeren Kanälen 6 führen. Die feinen V-förmigen
Kanäle 5 liegen bei dem Ausführungsbeispiel in der Querrichtung und die größeren
Kanäle in der Längsrichtung, aber diese Lage der Kanäle ist für die Erfindung unwesentlich.
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Mit jedem Querkanal 6 ist eine Leitung; verbunden, die in einem Flansch
8 endet. Dieser wird dicht mit Hilfe eines Druckflansches g in die Matte aus nachgiebigem
Material eingewitzt. Der Druckflansch ist hierbei auf ein Gewinde an der Absaugeleitung
7 aufgeschraubt, wie die Abb. 3 zeigt, um eine Luft- und wasserdichte Verbindung
herzustellen.
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Es ist jedoch auch möglich, die Auslaßleitungen 7 an der Oberfläche
der Decke gegenüber jeder Auslaßöffnung festzukitten, oder man kann die Leitungen
7 mittels einer gewöhnlichen übergeschobenen Vakuumkappe oder mit Hilfe sonstiger
Mittel sichern.
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Die verschiedenen Auslaßleitungen 7 sind durch geeignete Kupplungen
mit einer Saugleitung io verbunden, die über einen biegsamen Schlauch i i zu einem
Vakuumbehälter 12 mit genügendem Fassungsvermögen führt, welcher zur Aufnahme des
aus dem jeweils behandelten Abschnitt entfernten Wassers dient. Eine durch einen
Motor angetriebene Vakuumpumpe 13 ist durch einen biegsamen Schlauch 14 an den Vakuumbehälter
12 angeschlossen.
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Zur Abdichtung zwischen 'den Kanten der Decke 4 und den Seiten der
Form i-i können irgendwelche geeigneten Mittel verwendet werden. Zum Beispiel kann
man an der Decke 4 schmiegsame Lappen 15 anbringen, die an den Längsseiten
mit schweren Metallstäben 16 belastet werden, um eine zur Vermeidung von Vakuumverlusten
ausreichend dichte Verbindung an den Kanten der Form i zu erzielen. Ebenso können
auch an den Querseiten der Decke q. ähnliche Lappen 17
angebracht werden,
die, wie die Abb. 3 zeigt, durch schwere Metallstangen i8 heruntergedrückt werden.
Die seitlichen Lappen 15 und 17 überlappen sich hierbei zweckmäßig, um an
jeder Ecke der Decke eine gute Abdichtung zu erreichen (vgl. Abb.3). Selbstverständlich
kann jedoch die Abdichtung der Decke auch in irgendeiner anderen Weise erreicht-werden,
da die Art der Abdichtung für das Wesen der Erfindung nicht von Bedeutung ist.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Sobald man die Pumpe
13 in Gang setzt, wird eine Saugwirkung unterhalb der Decke 4 erzeugt, durch welche
das überschüssigeWasser aus dem Beton herausgezogen wird. Dieses Wässer fließt durch
die kleinen U-förmigen Nuten 5 zu den größeren Kanälen 6 und dann in den Vakuumtank
12. Gleichzeitig drückt der sich aus dem Vakuum ergebende atmosphärische Druck die
Decke q. kräftig auf den Beton, so daß dessen Festigkeit und Gefüge wesentlich verstärkt
werden.
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Bei der in den Abb. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform wird eine
Decke ig aus Metall benutzt, die zweckmäßig durch angegossene Rippen 20 versteift
wird, um eine. leichtere Decke verwenden zu können. Im übrigen ist die Ausführungsform
nach diesen Abbildungen die gleiche wie diejenige nach den Abb. i bis 3 mit der
Ausnahme, daß die Platte ig die Seiten der Form i überragt, so daß sich nach genügender
Zusammenpressung des Betons die Platte ig auf die Seiten i auflegt.
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Falls eine starre -Decke benutzt wird, wie es bei den Abb.4 und 5
der Fall ist, erhält der Beton eine sehr glatte Oberfläche. Mit Hilfe einer starren
Decke ig kann man auch im Bedarfsfalle der Straße eine Wölbung geben, indem man
die Platte ig entsprechend ausbildet.
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Bei der in Abb.6 dargestellten Ausführungsform werden mehrere Deckplatten
verwendet, und zwar sind vier mit den Bezugszeichen 2o bis 23 bezeichnete Platten
vorgesehen. Diese Decken können entweder aus Gummimatten entsprechend den Abb. i
bis 3 oder aus starren Metallplatten gemäß den Abb.4 und 5 bestehen. Die einzelnen
Abschnitte der Decken sind mit den gleichen seitlichen Lappen 15 versehen, und an
den Querseiten befinden sich Lappen i7. Das Abdichten der Schlitze zwischen nebeneinanderliegenden
Decken erfolgt durch Lappen 24. An den Deckenabschnitten 20 und 21 sind die mittleren
Lappen 24 in angehobener Stellung durch gestrichelte Linien und in der unteren Stellung
durch ausgezogene Linien angegeben.
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Durch die Verwendung einer Mehrzahl von Decken wird es ermöglicht,
in fortlaufendem
Betrieb zu arbeiten. Es soll z. B. angenommen werden,
daß, wie in Abb. 6 dargestellt ist, vier Decken verwendet werden und daß die eingeebnete
Betonschicht nach links über die Decke 2o hinaus fortschreitet. Die vier Deckplatten
werden dann in die gezeichnete Lage gebracht, und während einer Dauer von etwa 16
Minuten wird eine Saugwirkung erzeugt. Hierauf wird die Decke 23 abgenommen und
links neben die Decke 2o gelegt. Die Saugwirkung wird dann für etwa q. Minuten angewendet.
Hierauf wird die Decke 22 links neben die Decke 23 gelegt, und es wird wiederum
ungefähr q. Minuten gesaugt. Man erkennt, daß auf diese Weise die Saugzeit für die
Gesamtheit der Decken etwa 16 Minuten beträgt oder wie lange im Einzelfall gewünscht
wird, während die einzelnen Decken in kürzeren Zeitabständen j e nach der Zahl der
benutzten Decken umgelegt werden. Auf diese Weise kann man, wie gesagt, einen fortlaufenden
Betrieb erreichen.
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An Stelle von Lappen oder sonstigen besonderen Mitteln zur Sicherung
einer luftdichten Verbindung zwischen der Decke und dem Beton kann man auch das
als Filter wirkende Sieb so ausbilden, daß es eine etwas kleinere Fläche als die
Decke besitzt, so daß diese an allen Seiten über das Sieb herausragt. Auf diese
Weise kommt die Decke unmittelbar in Berührung mit dem Beton und dichtet sich selbst
ab. So kann man besonders dann eine gute Dichtung erzielen, wenn als Decke eine
dünne Gummimatte benutzt wird, die auf das Sieb aufgelegt wird.
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Die durchgeführten Versuche haben gezeigt, daß man ausgezeichnete
Ergebnisse erreicht, wenn man eine kombinierte Vakuum-und Druckwirkung anwendet.
In gewissen Fällen, insbesondere dann, wenn die Betonschicht sehr dick ist, ist
es jedoch zweckmäßig, den Beton in an sich bekannter Weise etwas zu rütteln. Hierdurch
wird die Entfernung des Wassers erleichert.
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Wie bereits dargelegt, wird durch die Erfindung ein Beton erzeugt,
der so dicht ist, daß ein Mann beinahe unmittelbar nach dem Verlegen des Betons
über diesen gehen kann, ohne irgendwelche Spuren zu hinterlassen, mit anderen Worten,
ein gemäß der Erfindung-- behandelter Beton hat eine erheblich frühere Festigkeit
als der bisher bekanntgewordene Beton. Weiterhin ist der Schwundverlust wesentlich
kleiner, und die Bildung von Rissen wird vermieden. Diese Erscheinungen sind bekanntlich
auf das Verdunsten von Wasser während des Abbindens und Trocknens des Betons zurückzuführen.
Wie man aus den vorstehenden Ausführungen ohne weiteres erkennt, besteht bei dem
erfindungsgemäß behandelten Beton diese Gefahr nicht, da ja der Beton gleichzeitig
mit der Entfernung des Wassers zusammengepreßt wird. Hierdurch wird, wie bereits
erwähnt, also tatsächlich nicht nur die Festigkeit des Betons, sondern auch sein
Gefüge verbessert.