In der Literatur ist eine Vielzahl von Verfahren dargestellt, die einer Beschreibung der Verarbeitbarkeit bzw. der Konsistenz dienen. Die zahlreichen Konsistenzmessverfahren für den Frischbeton lassen sich auf wenige Grundprinzipien zurückführen und können wie folgt eingeteilt werden [40]:
– Setzversuche
– Fließmaße
– Eindringversuche
– Verformungsversuche
– Verdichtungsversuche
– Fallversuche
– Scherversuche
– Messen der Leistungsaufnahme beim Mischen
– Rheologische Untersuchungen (Viskosimeter)
Die Verfahren können weiter unterschieden werden in Verfahren
– ohne Energieeintrag von Außen
– mit Eintrag von kinetischer Energie, z.B. durch Vibration
– mit dem Eintrag von kinetischer und potentieller Energie (Vibration + Auflast)
Eine Übersicht über Methoden zur Bestimmung der Konsistenz mit einer detaillierten Beschreibung einzelner Verfahren ist in [41] enthalten.
Für in Frage kommende Messverfahren ist zu berücksichtigen, dass bei erdfeuchten Betonen das Bewegungsvermögen im Vergleich zu anderen Betonen sehr herabgesetzt ist, so dass diese Betone unter Verwendung niedriger Verdichtungsenergie nur sehr eingeschränkt zu verarbeiten sind.Bei Anwendung hoher Verdichtungsenergie ändert sich das Bewegungsverhalten erdfeuchter Betone und eine gute Verarbeitbarkeit mit ausreichender Beweglichkeit des Betons wird erreicht.
Daher ist bei sämtlichen Messverfahren, die ohne oder mit geringem Energieeintrag in die Betonprobe arbeiten, eine Bestimmung der Konsistenz als Aussage über die Verarbeitbarkeit erdfeuchter Betone nicht möglich.
Im Weiteren wird auf die Verfahren eingegangen, mit denen Messungen der Konsistenz an erdfeuchten Betonen durchführbar sind.
Verdichtungsmaß nach DIN EN 12350-4 [35] [42]:
Das Verdichtungsmaß nach Walz eignet sich für Splittbetone, sehr mehlkornreichen Beton, Leicht und Schwerbetone sowie für Beton mit sehr steifer Konsistenz [43]
Dabei wird nach Abbildung 7die Höhe h1 des nicht verdichteten Betons zur Höhe h des verdichteten Betons ins Verhältnis gesetzt. Die Verdichtung erfolgt dabei auf einem Rütteltisch.
Trotz der Bekanntheit desVerdichtungsmaßes liegen keine vergleichenden Aussagen zu dessen Genauigkeit vor [42]. Wenngleich die Prüfvorschrift auch eindeutig ist, so liegt eine mögliche Fehlerquelle in dem Befüllen der 40 cm hohen Stahlform mit frischem Beton, da hierbei bereits eine unbeabsichtigte, teilweise Verdichtung stattfinden kann.
Abbildung 7: Bestimmen des Verdichtungsmaßes [42]
Informationen darüber, ob die Genauigkeit, die das Verdichtungsmaß zulässt ausreicht, um Schwankungen bei der Zusammensetzung erdfeuchter Betone grundsätzlich festzustellen, liegen ebenfalls nicht vor. In der Praxis wird es weder bei der Entwicklung von Rezepturen noch bei laufenden Kontrollen eingesetzt. Vor allem wird mit 16 Litern Beton eine verhältnismäßig große Menge benötigt, wodurch das Gewicht der gefüllten Form bei fast 40 kg liegt und das Verfahren sehr unhandlich werden lässt.
Vébé Test:
Bei diesem Verfahren wird eine Betonprobe in der Form des vom Ausbreitmaß bekannten Kegelstumpfes in eine zylindrische Probe umgeformt (Skizze sieheAbbildung 8). Das Umformen erfolgt durch Rütteln (Vibration) und Auflast. Gemessen wird die Zeit, die der Beton zum vollständigen Übergang in einen Zylinder benötigt.
Abbildung 8: Aufbau des Vébé Apparates [44]
Der Test ist anwendbar bei Beton mit geringer Beweglichkeit, steifen und trockenen Mischungen. Ein möglicher Fehler ist das Messen der Zeit bis zum vollständigen Anliegen der Plexiglasscheibe an der Oberfläche des Zylinders. Insgesamt jedoch wird die gute Einsatzmöglichkeit für steife Betone hervorgehoben. Bei einem Vergleich des Vébé Tests mit zwei weiteren Verfahren, dem Compacting factor und dem Verfahren nach Thaulow, wurde festgestellt, dass sich für sehr trockene Mischungen nur der Vébé Test und der Thaulow Falltisch eignen, wobei der Vébé-Test aufgrund der höheren Empfindlichkeit als Nachweisverfahren favorisiert wird [44]. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 aufgeführt.
Tabelle 4: Vergleich der Konsistenzmaße für verschiedene Methoden
Wie aus Tabelle 4 ersichtlich ist, ergibt sich somit durch das Vébé bzw. Thaulow Verfahren die Möglichkeit, die Konsistenzbereiche sehr steif und extrem trocken, für die das Slump-Maß keine Aussage liefert, gegeneinander abzugrenzen.
Aufgrund der geringeren Empfindlichkeit im Vergleich zum Vébé Test wird auf eine Beschreibung der beiden anderen Versuche verzichtet.
Maniabilimètre:
Das Maniabilimètre besteht aus einer rechteckigen Stahlform, in die Beton eingefüllt und unter Vibration verdichtet wird. Anschließend wird eine Trennwand in der Form entfernt und die Zeit ermittelt, die der abgeböschte Betonkörper benötigt, um durch Vibration gleichmäßig in der gesamten Form verteilt zu werden [45]. Eine Weiterentwicklung des Maniabilimètre ist der LCL Test, der in der französischen Norm enthalten ist und im wesentlichen eine verbesserte Handhabung bei gleichem Versuchsprinzip aufweist [41].
Abbildung 9: Prinzip des Maniabilimètre/ LCL Test [45]
Der LCL Test ist geeignet für Mischungen, die eine niedrige bis mittlere Beweglichkeit besitzen. Für Beton mit sehr ausgeprägtem Bewegungsverhalten wie z.B. Fließbetone aber auch mit sehr niedrigem Bewegungsverhalten, zu denen auch erdfeuchte Betone gehören, wird das Gerät für nicht geeignet gehalten.
Intensive Compaction Tester (IC Test):
Eine etwas neuere Methode, mit der die Verdichtungsfähigkeit erdfeuchter Betone ermittelt werden kann, ist der Intensive Compaction Tester [46].
Dabei wird der Beton, wie in Abbildung 10, in einem zylindrischen Prüfgefäß von oben und unten mit einer definierten, wiederholten Bewegung und zusätzlicher Druckkraft langsam verdichtet.
Abbildung 10: Intensive Compaction test wiegen, verdichten, verdichteter Zylinder [46]
Gemessen wird die Veränderung der Höhe der Betonprobe während der Verdichtung. Ausgehend vom Gewicht der Probe wird daraus die Veränderung der Dichte in Abhängigkeit von der Zeit bzw. des Verdichtungsprozesses ausgedrückt in Bewegungszyklen berechnet. Durch Festlegen einer Rohdichte, bei der eine Fertigungsmaschine, die Betonwaren aus erdfeuchtem Beton herstellt, den Beton gut verarbeitet, kann die mit dem Compaction Tester gemessene Dichte dem so festgelegten Soll gegenübergestellt werden.
Das Verfahren ist anwendbar bei erdfeuchten Betonen bzw. bei Betonen mit einer VébéZeit länger als 15 20 Sekunden. Die Genauigkeit, mit der Änderungen im Verdichtungsverhalten bestimmt werden können, wird mit 3 bis 5 Liter Wasser pro m3 Beton angegeben. Hüsken [47] verwendete bei seinen Untersuchungen zur Gründruckfestigkeit und Packungsdichte den IC Test.