@phdthesis{Mothes2009,
  author    = {Mothes, Steffen},
  title     = {Das F{\"u}llen der Form mit Betongemenge bei der Formgebung und Verdichtung von Betonsteinen in Steinformmaschinen},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.1423},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20100712-15117},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  year      = {2009},
  abstract  = {Bei der Produktion von Betonsteinen mit vollautomatischen Steinformmaschinen ist das F{\"u}llen der Form mit Betongemenge die erste Phase des Formgebungs- und Verdichtungsprozesses. Trotz langj{\"a}hriger praktischer Erfahrungen mit Steinformmaschinen wird der Formgebungs- und Verdichtungsprozess nicht ausreichend stabil beherrscht. Im industriellen Routinebetrieb erweist sich insbesondere die Realisierung einer gleichm{\"a}ßigen F{\"u}llung als das prim{\"a}re Problem. Die in dieser Phase entstehenden Defizite beeinflussen direkt die Qualit{\"a}t der zu erzeugenden Betonsteine. Eine Kompensation dieser M{\"a}ngel ist mit den nachfolgenden Prozessphasen nicht mehr m{\"o}glich. Die Zielstellung der vorliegenden Arbeit ist es, ausgehend von einer systematischen Analyse des Formgebungs- und Verdichtungsprozesses im Allgemeinen und der Analyse des F{\"u}llvorganges im Besonderen, die tats{\"a}chlich an Steinformmaschinen erreichbare F{\"u}llungsg{\"u}te zu ermitteln, Einfl{\"u}sse auf die erreichte F{\"u}llungsg{\"u}te und deren Wechsel-beziehungen zu untersuchen sowie ein Modell zur Beschreibung und Simulation des F{\"u}llvorganges zu entwickeln und zu verifizieren. Als wesentliche Voraussetzung f{\"u}r eine systematische Analyse der F{\"u}llstufe(n), wird eine Methode zur Berechnung und Bewertung der F{\"u}llungsg{\"u}te entwickelt. Grundlage der Methode bildet dabei die systematische Erfassung der Steinmassen mi von vollst{\"a}ndigen, aufeinander folgend gefertigten Einheiten. Entsprechend der Lage innerhalb der Form und der Folge der gefertigten Einheiten werden die Massen als quantitatives stetiges Merkmal der zu untersuchenden Grundgesamtheit in eine Urliste editiert und f{\"u}r die weitere Auswertung genutzt. Unter Anwendung der entwickelten Methode zur Berechnung und Bewertung der F{\"u}llungsg{\"u}te wird das tats{\"a}chlich im industriellen Routinebetrieb erreichbare Niveau analysiert. Daf{\"u}r werden in einem erstmals durchgef{\"u}hrten, umfangreichen Feldversuch an elf Steinformmaschinen in Deutschland und der Schweiz die erreichten F{\"u}llungsg{\"u}ten erfasst, die Prozessabl{\"a}ufe dokumentiert und die Wechselbeziehungen zwischen den eingef{\"u}llten Massen mi und den Einflussgr{\"o}ßen mit Hilfe der Varianzanalyse nach Variationsursache untersucht. Dar{\"u}ber hinaus werden ausgew{\"a}hlte Festbeton-eigenschaften der Proben bestimmt und deren Korrelation zu den jeweils erreichten Massen mi mit Hilfe der empirischen Regression analysiert. Basierend auf den systematischen Prozessbeobachtungen im industriellen Routinebetrieb wird unter Ber{\"u}cksichtigung der F{\"u}llwagenkinematik, des Gemengef{\"u}llstandes im F{\"u}llwagen und der sukzessiven {\"U}bergabe diskreter Massen in die Formzellen ein ph{\"a}nomenologisches Modell zur Beschreibung der ersten F{\"u}llstufe entwickelt. Das Bewegungsverhalten des F{\"u}llwagens und das Fließverhalten des zu verarbeitenden Betongemenges werden dabei zun{\"a}chst stark vereinfacht dargestellt. Unter Ber{\"u}cksichtigung der zeilenabh{\"a}ngigen {\"U}berdeckungszeit und des F{\"u}llstandes im F{\"u}llwagen werden koordinatenabh{\"a}ngige Druckprofile im F{\"u}llraum, so genannte Zellendruck-Zeit-Funktionen, entwickelt. Als Arbeitshypothese wird formuliert, dass mit diesen Funktionen die unterschiedlichen Bedingungen w{\"a}hrend des F{\"u}llvorgangs im Prozessraum beschrieben werden k{\"o}nnen und diese Funktionen dar{\"u}ber hinaus mit den im Ergebnis des Vorgangs eingef{\"u}llten Massen mi korrelieren. Zur numerischen Nachbildung der ersten F{\"u}llstufe bei der Betonsteinherstellung wird die auf der Diskrete-Elemente-Methode basierenden Simulationssoftware Particle Flow Code in 3 Dimensions genutzt. Damit wird es m{\"o}glich, den Verlauf des F{\"u}llprozesses und die sich im Prozessraum ausbildenden Fließprofile durch eine realit{\"a}tsnahe Computeranimation detailliert und gut einsehbar darzustellen. An Hand der numerisch erzeugten F{\"u}llungsg{\"u}ten wird eine Gegen{\"u}berstellung mit den empirischen Ergebnissen m{\"o}glich. Gleichzeitig erfolgt die Berechnung der Druck-Zeit-Funktionen am Boden aller Formzellen, um kausale Wechselbeziehungen zwischen der F{\"u}llaufgabe, der F{\"u}llausr{\"u}stung und dem Prozessverlauf bzw. dem Prozessergebnis aufzeigen zu k{\"o}nnen. Zur Verifizierung des der Simulation zu Grunde gelegten Gesamtmodells wird das numerische Experiment an einer speziellen Versuchseinrichtung nachgestellt. Um die Aufnahme der Zellendruck-Zeit-Funktionen w{\"a}hrend des F{\"u}llens vornehmen zu k{\"o}nnen, ohne dadurch den F{\"u}llvorgang zu st{\"o}ren, wird ein eigens f{\"u}r den Verifizierungsversuch entwickelter Drucksensor genutzt. Auf allen Abstraktionsebenen werden die Ergebnisse mit den f{\"u}r den industriellen Routinebetrieb entwickelten Methoden ausgewertet und gegen{\"u}bergestellt. Mit Hilfe von Varianzanalysen wird die Einflussst{\"a}rke verschiedener Parameter verglichen. Zur {\"U}berpr{\"u}fung der Arbeitshypothese werden die Zellendruck-Zeit-Funktionen w{\"a}hrend der numerischen und der realen Experimente aufgenommen und die Korrelationen zu den eingef{\"u}llten Massen mi {\"u}berpr{\"u}ft.},
  subject      = {Betonsteinherstellung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Ressel2004,
  author    = {Ressel, Oliver},
  title     = {Entscheidungshilfen f{\"u}r die Planung von Anlagen zum naßmechanischen Recycling von Betonrestmassen},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.79},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20040511-831},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  year      = {2004},
  abstract  = {Trotz der weiten Verbreitung erfolgt die Planung der Restbetonrecyclinganlagen immer noch durch learnig-by-doing, da verfahrenstechnisches Grundlagenwissen nicht vorliegt. Wer an verantwortlicher Stelle die Investition in eine neue oder in die Verbesserung einer bestehenden Restbetonrecyclinganlage beurteilen soll, steht vor einer komplexen Entscheidung, die unter Ber{\"u}cksichtigung unterschiedlichster Kriterien getroffen werden muss. In der Praxis besteht hinsichtlich der Qualit{\"a}tssicherung der Recyclingprodukte, der Ablagerungen der noch reaktiven Zementpartikel, der Bemessung der eingesetzten Maschinen, der praktikablen Handhabung hinsichtlich einiger Detailprobleme sowie der Anordnung der verfahrenstechnischen Komponenten in Bezug zur Gel{\"a}ndeoberkante weitgehend Unklarheit. Das allgemeine Verlangen nach einer durchdachten Entscheidungshilfe und die Notwendigkeit, zu einem sachlich begr{\"u}ndeten Urteil zu kommen, macht Entscheidungshilfen f{\"u}r die Planung von Restbetonrecyclinganlagen erforderlich. Insbesondere da Fehlentscheidungen nicht nur mit großem Aufwand r{\"u}ckg{\"a}ngig gemacht werden k{\"o}nnen. Hierf{\"u}r wurden 18 maßgebliche Entscheidungskriterien entwickelt. Diese Entscheidungskriterien wurden im Rahmen der Nutzwertanalyse als Projektziele entwickelt. Die erarbeiteten Kriterien einteilen: - Kriterien zur Qualit{\"a}tssicherung bei der Verwendung der Recyclingprodukte F{\"u}r die Wiederverwendung der Recyclingprodukte Restwasser und Restbetonzu- schlag sind im technischen Regelwerk Verfahrensweisen vorgechrieben. Hinsichtlich der Prozesse bei der Wiederverwendung konnten deutliche Ver- besserungspotentiale aufgezeigt werden. Besonders die Anwendung von online- Dichtemessverfahren im Vergleich zur Ar{\"a}ometermessung verbessert die Len- kungsprozesse zur Qualit{\"a}tssicherung. Aber auch die weitere Klassierung oder das getrennte Lagern und Dosieren des Restbetonzuschlags im Vergleich zu der im technischen Regelwerk vorgeschriebenen Verfahrensweise des volumetrischen Absch{\"a}tzens bringt Verbesserungspotential. - Kriterien zur Minimierung von Ablagerungen Noch reaktive Zementpartikel kommen zeitweise permanent mit Anlagen- komponenten, Leitungen und Beckeninnenfl{\"a}chen der Recyclinganlage in Be- r{\"u}hrung. Ablagerungen von Zementpartikeln, die den Betrieb der Anlage be- hindern, verschlechtern oder sogar verhindern, sind unvermeidbar. Aller- dings kann, wie im Rahmen dieser Arbeit gezeigt wurde, eine Minimierung der Ablagerungen durch geeignete Maßnahmen herbeigef{\"u}hrt werden. Die Ablage- rungen im Suspensionsbeckenlassen sich durch den Zustand der homogenen Suspension sowie durch das Str{\"o}mungsbild angepasste Formgebung minimieren. Durch die geeignete Gef{\"a}llewahl und vor allem durch die korrekte Wahl der Pumpenart k{\"o}nnen die Ablagerungen in Leitungen minimiert werden. - Kriterien zur Bemessung der verfahrenstechnischen Apparate Die Auslegung der Recyclinganlage hinsichtlich der Auswaschleistung, der R{\"u}hrerleistung und der Gr{\"o}ße des Suspendierraumes erfolgt bisher anhand von praktischen Erfahrungswerten. In dieser Arbeit wurde f{\"u}r die Auswasch- leistung ein allgemeing{\"u}ltiges Berechnungsmodel hergeleitet. Dar{\"u}ber hinaus wurde gezeigt, dass die R{\"u}hrerleistung f{\"u}r das Suspendieren von Restwasser berechnet werden kann. Die Gr{\"o}ße des Suspendierraumes kann unter Be- r{\"u}cksichtigung der zu- und abfließenden Materialstr{\"o}me berechnet werden. Das Trennverhalten des mechanischen Klassierers wurde im Rahmen einer Ver- suchsreihe mit folgenden Ergebnissen ermittelt: a. Die Klassierdurchs{\"a}tze steigen mit gr{\"o}ßer werdendem Entleerdurchsatz. ufgrund der Pufferwirkung des mechanischen Klassierers, bei der die diskontinuierlich in den Aufgabetrichter gef{\"u}llte Restbetontr{\"u}be (Ent- leeren) in einem kontinuerlichen Prozess (Klassieren) durch den Trog gef{\"o}rdert wird, n{\"a}hert sich der Klassierdurchsatz asymtotisch einem Grenzwert an. b. Das Masseausbringen rbz wird signifikant vom Klassierdurchsatz und weniger vom Entleerdurchsatz beeinflusst. c. Die Korngr{\"o}ßenverteilung des Restbetons, des Restbetonzuschlags und des Restwassers belegen anschaulich den erreichten Trenneffekt. d. Die Trennkorngr{\"o}ße steigt mit zunehmendem Klassierdurchsatz an. Diese Tendenz ist allerdings nur bei Betrachtung des "nassen" Klassier- durchsatzes signifikant erkennbar. Bei Betrachtung des "trockenen" Durchsatzes ergibt sich keine Abh{\"a}ngigkeit. Die Ursache hierf{\"u}r ist, dass in den "nassen" Durchsatz Prozesse wie Tr{\"u}beagitation und Feinkorn- konzentration indirekt eingehen. e. Der Fehlkornanteil < 125 µm im Restbetonzuschlag steigt ebenfalls mit "nassem" Klassiersatz an. f. Im Unterschied dazu bestehen f{\"u}r den Fehlkornanteil > 125 µm im Rest- wasser signifikante Abh{\"a}ngigkeiten zu Entleer- und Klassierdurchs{\"a}tzen. Ursache ist der tote Fluss. - Kriterien zur Praktikabilit{\"a}t des Anlagenberiebes - Interdependenzen zwischen Anlagenkomponenten},
  subject      = {Restbeton},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Splittgerber,
  author    = {Splittgerber, Frank},
  title     = {Identifizierung der Zementart in Zementsteinen und die {\"U}bertragbarkeit auf M{\"o}rtel und Betone},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.1817},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20130114-18179},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {173},
  abstract  = {Der Einsatz ungeeigneter Materialien ist eine der h{\"a}ufigsten Ursachen f{\"u}r Bauwerkssch{\"a}den. Da die Beseitigung dieser Sch{\"a}den oft mit hohen Kosten verbunden ist, besteht in der Baupraxis der Bedarf an einer Identifizierungsmethode f{\"u}r eingesetzte Baustoffe. Daneben w{\"a}re eine Kenntnis der in einem Bauwerk vorliegenden Materialien auch f{\"u}r Instandhaltungsarbeiten hilfreich. Die Identifizierung der in einem Festbeton oder Festm{\"o}rtel vorliegenden Zementart gilt auch gegenw{\"a}rtig noch als schwierig oder sogar unm{\"o}glich. Die Schwierigkeiten ergeben sich in erste Linie daraus, dass die Hydratationsprodukte verschiedener Zementarten oft nur geringe Unterschiede in ihrer chemischen und mineralogischen Zusammensetzung aufweisen und die Hydratationsmechanismen bei einigen Zementarten noch nicht vollst{\"a}ndig erforscht sind. Prim{\"a}res Ziel der vorliegenden Arbeit war es zu untersuchen, ob anhand des Mineralphasenbestandes, der sich w{\"a}hrend einer thermischen Behandlung von Zementsteinen einstellt, eine Identifizierung der vorliegenden Zementart m{\"o}glich ist. Weiterhin sollte die {\"U}bertragbarkeit dieser Ergebnisse auf Betone und M{\"o}rtel eingesch{\"a}tzt werden. Zur Schaffung von Identifizierungsmerkmalen wurden die (angereicherten) Zementsteine bei Temperaturen im Bereich zwischen 600 °C und 1400 °C thermisch behandelt. An den getemperten Proben wurde der Mineralphasenbestand mittels R{\"o}ntgendiffraktometrie bestimmt. Mit der gleichen Methode wurden die Ausgangszemente und die (angereicherten) Zementsteine untersucht. Aus der Gegen{\"u}berstellung der nachgewiesenen Mineralphasen konnten die gesuchten Identifizierungsmerkmale abgeleitet werden. Um den Einfluss der Gesteinsk{\"o}rnungen auf die Identifizierungsm{\"o}glichkeiten gesondert zu erfassen, wurde das Versuchsprogramm auf 3 Abstraktionsebenen angelegt. F{\"u}r die Auswertung der Ergebnisse wurden die Proben zu Klassen zusammengefasst, welche jeweils charakteristische Zusammensetzungen der Ausgangszemente repr{\"a}sentieren. F{\"u}r die Analyseergebnisse wurden die klassenspezifischen die Mittel- und Grenzwerte bestimmt. Als die effektivste Methode zur Anreicherung der Zementsteinmatrix aus M{\"o}rtel- und Betonproben erwies sich die Kombination aus einer Zerkleinerung in einem Laborbackenbrecher. Die fein partikul{\"a}ren Fraktionen, welche Zementsteingehalte von 70-80 Ma.-\% aufwiesen, wurden als Analyseproben verwendet. Es zeigte sich aber auch, dass das Anreicherungsergebnis von der Gesteinsk{\"o}rnungsart abh{\"a}ngt. Bei Laborbetonen mit einer Kalkstein-Gesteinsk{\"o}rnung wurde mit der gleichen Methode lediglich eine Anreicherung des Zementsteins auf etwa 50 Ma.-\% erreicht. Die Untersuchungen auf Abstraktionsebene 1 lieferten die Erkenntnis, dass der Hydratationsprozess der Klinkerphasen, der Klinkerphasengemische sowie des H{\"u}ttensandes, auch in Gegenwart des Sulfattr{\"a}gers f{\"u}r Behandlungstemperaturen im Bereich des Klinkerbrandes vollst{\"a}ndig reversibel ist. Im Hinblick auf die Identifizierungsm{\"o}glichkeiten wurde 1100 °C als optimale Behandlungstemperatur ermittelt, da hier eine Schmelzphasenbildung ausgeschlossen werden kann. Durch eine Gegen{\"u}berstellung der chemischen Zusammensetzung der Ausgangszemente und des Phasenbestandes nach der Temperung konnte nachgewiesen werden, dass bei reinen Zementsteinen grunds{\"a}tzlich alle Bestandteile an der Reaktion, die w{\"a}hrend der thermischen Behandlung bei 1100 °C stattfindet, beteiligt sind. Der sich einstellende Phasen bestand ist nur von der chemischen Zusammensetzung der Probe und dabei besonders von derem CaO-Gehalt abh{\"a}ngig. Empirisch wurde eine Priorit{\"a}tenfolge f{\"u}r die Phasenbildung ermittelt. Daraus geht hervor, dass bevorzugt CaO-reiche Phasen, wie Aluminatferritphase, Belit und Ye'elimit entstehen und dass {\"u}bersch{\"u}ssiger Kalk als freies CaO vorliegt. Nur wenn der CaO-Gehalt der Probe nicht f{\"u}r die vollst{\"a}ndige Bildung der - in der Summe - kalkreichsten Phasen ausreicht, entstehen partiell oder vollst{\"a}ndig kalk{\"a}rmere Phasen, wie Merwinit und Melilith. Basierend auf den Priorit{\"a}ten zur Phasenbildung wurde ein Satz von Berechnungsgleichungen aufgestellt, mit denen der CaO-Typ aus der Phasenzusammensetzung der bei 1100 °C getemperten Probe bestimmt werden kann. CaO-Typen repr{\"a}sentieren Bereiche f{\"u}r die chemische Zusammensetzung der Ausgangsprobe, welche bei der Temperaturbehandlung zu einer charakteristischen qualitativen Phasenzusammensetzung f{\"u}hren. Die CaO-Typen der markt{\"u}blichen Zementarten wurden anhand der in der Norm EN 197 festgelegten Bereiche f{\"u}r die Zusammensetzung der Zemente aus ihren Hauptbestandteilen sowie der aus der Fachliteratur ermittelten Bereiche f{\"u}r die chemische Zusammensetzung dieser Hauptbestandteile ermittelt. Damit kann f{\"u}r die Zementarten der Phasenbestand vorhergesagt werden, welcher sich w{\"a}hrend der Temperaturbehandlung des entsprechenden Zementsteins einstellt. Ein Vergleich mit dem gemessenen Phasenbestand erlaubt so die Identifizierung der Zementart. Die {\"U}bertragbarkeit der durch die Untersuchungen an den Zementsteinen gewonnenen Erkenntnisse und die daraus abgeleiteten Identifizierungsm{\"o}glichkeiten auf Zementsteine, welche aus quarzsandhaltigen Normm{\"o}rteln angereichert wurden, konnte nachgewiesen werden. Dabei wurde eine leichte Verschiebung des Phasenbestandes hin zu kalk{\"a}rmeren Phasen beobachtet, welche auf die Reaktionsbeteiligung eines Teils der in den Proben enthaltenen Restgesteinsk{\"o}rnung zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Die Unterscheidungsm{\"o}glichkeiten zwischen den Zementarten blieben jedoch {\"u}berwiegend erhalten. Bei Betonen nimmt der Einfluss der Gesteinsk{\"o}rnung auf den Phasenbestand deutlich zu und kann zum Teil nicht mehr vernachl{\"a}ssigt werden. Die Identifizierungsm{\"o}glichkeiten m{\"u}ssen deshalb nach der chemischen Zusammensetzung und der Reaktivit{\"a}t der Gesteinsk{\"o}rnung differenziert ermittelt werden. Dazu sind weitere Untersuchungen notwendig. F{\"u}r Zementsteine, zementsteinreiche Systeme sowie M{\"o}rtel und Betone mit wenig reaktiven Gesteinsk{\"o}rnungen kann die Zementart bereits mit der in dieser Arbeit vorgestellten Methode identifiziert werden. In F{\"a}llen, f{\"u}r die sich die Bereiche der chemischen Zusammensetzung mehrerer Zementarten {\"u}berschneiden, kann es dabei notwendig sein, zus{\"a}tzliche chemische bzw. mineralogische Untersuchungen durchzuf{\"u}hren, z. B. am unbehandelten Zementstein.},
  subject      = {Baustoff},
  language  = {de}
}