Concrete Plant + Precast Technology Betonwerk ... - BFT International

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Panel 5
Introduction and challenge
In an eff ort to realize shorter construction times and develop
new concrete process technologies, and in view of
ever-increasing degrees of component loading, international
research has been going on for approximately
25 years for materials that have led, among other things,
to the development of high-performance concrete. A trend
towards the development of customized concretes, for example
of high-performance concretes (HPC) as highstrength
concretes (HSC) and ultra-high strength concretes
(UHSC), can also be observed in the German
construction industry. This development aims to increase
the packing density through the selection of coarse and
fi ne aggregates combined with a reduction in the waterbinder
(w/b) ratio and a relatively light compaction eff ort.
To achieve this goal, state-of-the-art concrete plants need
to meet certain minimum requirements.
Concrete mixing process
In the production of these concretes, the mix collectives
should be distributed as homogeneously as possible in the
mix. Being the central process step in the concrete plant,
the mixing operation off ers the optimization reserves required
to enhance the favorable material properties and
improve the economic effi ciency of the process. Mixing
processes in concrete technology are stochastic processes,
meaning that there is only a certain probability of any elementary
particle in the mix being able to occupy a certain
position in the mixing chamber. A state characterized as
uniform random mixture can only be achieved if there is an
identical probability of movement. Physical and chemical
processes can prevent the probabilistically ideal random
mixture from being produced. These processes, as well as
any particle agglomerations present in the mix, are called
segregations. Segregations may also be caused by unfavora-
| Proceedings 54 th BetonTage
Potentials for the optimization of the mixing process to produce high-performance concretes
– Opportunities for precast practice
Optimierungspotenziale des Mischprozesses zur Herstellung von Hochleistungsbetonen
– Chancen für die Praxis
Autor
Prof. Dr.-Ing. Harald Beitzel
info@ibu-trier.de
Leiter des Instituts für Bauverfahrens-
und Umwelttechnik
(IBU) mit integriertem Ingenieur-
und Gutachterbüro;
langjährige verantwortliche
Tätigkeit in der Bauindustrie;
Leitung von nationalen und
internationalen Bauprojekten
sowie von Forschungs- und
Entwicklungsprojekten im
maschinellen Betonbau;
ö. b. u. v. Sachverständiger der
IHK Trier für Baubetriebs- und
Ausführungstechnik im Hoch-,
Tief- und Erdbau.
Parameter
Parameter
π 1
π 2
π 3
π 4
π 5
Dimensionless variable
Dimensionslose
Variable
v
D M
B
H M
B
H
B
Table 1 Buckingham parameters.
Tabelle 1 Buckingham-Parameter.
a
Meaning
Bedeutung
Coeffi cient of variation
Variationskoeffi zient
Relative diameter
Relativer Durchmesser
Relative height of mixer
Relative Mischerhöhe
Relative width of tool
Relative Werkzeugbreite
Mix-tool parameter
Schnittwinkel
Einleitung und Problemstellung
International wird seit etwa 25 Jahren im Bestreben nach
kürzeren Bauzeiten und neuen Betonverfahrenstechniken,
verbunden mit zunehmenden Bauteilbeanspruchungen,
nach Werkstoff en gesucht, die u.a. zur Entwicklung
des Hochleistungsbetons führten. Auch in der
deutschen Bauwirtschaft ist der Trend zur Entwicklung
von maßgeschneiderten Betonen wie z. B. Hochleistungsbetonen
(HLB) als hochfeste Betone (HFB) und ultrahochfeste
Betone (UHFB) zu beobachten. Ziel dieser Entwicklung
ist die Erhöhung der Packungsdichte durch Auswahl
von groben und feinen Gesteinskörnungen bei Reduktion
des Wasserbindemittelwertes (w/b-Wert) und relativ
leichter Verdichtungsarbeit. In modernen Betonanlagen
müssen dazu einige Mindestanforderungen erfüllt werden.
Betonmischprozess
Bei der Herstellung dieser Betone ist eine möglichst
homogene Verteilung der Mischgutkollektive in der Mischung
anzustreben. Um die positiven Materialeigenschaften
und die Wirtschaftlichkeit der Verarbeitung zu
verbessern, bietet der Mischvorgang als zentraler Prozessschritt
in der Betonanlage entsprechende Optimierungsreserven.
Mischprozesse in der Betontechnik sind
stochastische Prozesse. Dies bedeutet, dass ein beliebiges,
elementares Teilchen des Mischgutes eine bestimmte
Lage im Mischraum nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit
besetzen kann. Nur im Falle gleicher Bewegungswahrscheinlichkeit
wird ein Zustand erreicht, der als
gleichmäßige Zufallsmischung bezeichnet wird. Physikalische
und chemische Vorgänge können verhindern, dass
sich die wahrscheinlichkeitstheoretisch ideale Zufallsmischung
einstellt. Diese Vorgänge sowie im Mischgut vorhandene
Partikelagglomerate werden als Entmischungen
Parameter
Parameter
π 6
π 7
π 8
π 9
π 10
Dimensionless variable
Dimensionslose
Variable
T
B
B
d w
w ’
Vw 2
r · g
Vw · t
B
Meaning
Bedeutung
Relative immersion
Relative Tauchung
Mix-tool parameter
Mischgut-Werkzeug-
Parameter
Angle of internal friction
Winkel der inneren
Reibung
Froude number
Froude-Zahl
Indicator of mixing time
Mischzeit-Kennzahl
BFT 02/2010