Table Of ContentFORSCHUNGSBERICfiTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr. 2456
Herausgegeben im Auftrage des Ministerprasidenten Heinz Kuhn
vom Minister fur Wissenschaft und Forschung Johannes Rau
Dipl. -lng. Manfred Rossig
Institut fiir Baumaschinen und Ba.ubetrieb
der Rhein. -Westf. Techn. Hochschule Aachen
Fordern von Frischbeton,
insbesondere von Leichtbeton,
durch Rohrleitungen
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 1974
© 1974 by Springer Fachmedien Wiesbaden
Ursprünglich erschienen bei Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen
ISBN 978-3-531-02456-1 ISBN 978-3-322-88261-5
DOI 10.1007/978-3-322-88261-5
Vorwort
Die Förderung von Beton durch Rohrleitungen hat bereits seit Jahrzehnten
Probleme aufgegeben. Daß diese Förderung seit einigen Jahren fester Be
standteil der Praxis beim Bau ist, besagt nicht, diese Probleme seien in
zwischen gelöst; dies zeigt sich an den allgemeinen Einschränkungen und
an immer wieder auftretenden Schwierigkeiten bei der Förderung von Normal
beton sowie an den noch nicht gelösten Problemen der Förderung von Leicht
beton.
Es hat deshalb auch nicht an Versuchen gefehlt, Zusammenhänge einzelner,
für die Förderung bedeutsamer Komponenten zu erforschen und hieraus För
derbedingungen zu entwickeln. Im Bereich des Normalbetons haben sich so
eine Reihe von praxisgerechten Regeln ergeben, die verbunden mit der im
Umgang mit Betonpumpen erworbenen Erfahrung eine entsprechend zufrieden
stellende Förderung dieses Betons gestatten.
Die vorliegende Arbeit hatte die Entwicklung einer umfassenden Beschrei
bung des Fördermechanismus und der diesen Prozeß tragenden Größen zum
Ziel; denn nur eine Lösung der Gesetzmäßigkeiten im allgemeinen kann er
warten lassen, daß die speziellen Bedingungen, wie sie etwa von der Art
des Betons oder von'den Anforderungen durch die Abmessungen der Rohrlei
tungen gestellt werden, uneingeschränkt erkennbar sind. In dieser Weise
bietet die Arbeit eine theoretische, im Versuch erprobte und bestätigte
Beschreibung des Fördervorganges, so daß sich sowohl die Konstruktion,
als auch die Anwendung von Betonpumpen systematisch ausrichten kann.
Daß diese Arbeit am Institut für Baumaschinen und Baubetrieb der RWTH
Aachen durchgeführt werden konnte, ist der finanziellen Förderung durch
den Minister für Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-West
falen und durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft zu danken, die trotz
mancher gegenteiliger Meinung über den einzuschlagenden Weg, zur Zeit des
Beginns der Arbeit, ihre Unterstützung nicht versagten.
Sicher sind auch jetzt noch nicht alle Probleme der Betonförderung durch
Rohrleitungen gelöst, ja der an weiterer Forschung Interessierte wird
durch die Lektüre dieser Schrift Anregungen für ergänzende Untersuchungen
finden.
Aachen, im September 1974 H. Frenking
- II -
INHALTSVERZEICHNIS
Vorwort
Formelzeichen und Abkürzungen
1. Einleitung 1
1.1 Problemstellung, Literaturauswertung 1
Stand der Erkenntnisse
1.2 Ziel der Untersuchungen 10
2. Theoretische Betrachtungen über die Rohrförderung 12
2.1 Allgemeine Strömungslehre - Homogene und
heterogene Feststoff-Flüssigkeits-Mischungen 12
2.11 Allgemeine Strömungslehre 12
2.12 Homogene und heterogene Feststoff-Flüssigkeits
Mischungen 16
2.13 Wesentliche Gesetzmäßigkeiten feststoffbeladener
Flüssigkeitsströmungen - heterogener Bereich 17
2.2 Newtonsche und Nicht-Newtonsche Substanzen,
Bingham-Substanzen und Frischbeton 21
2.21 Newtonsche und Nicht-Newtonsche Substanzen 21
2.22 Bingham-Substanz und Frischbeton 24
2.23 Vergleich von Strömungsbildern unter Umrechnung
früherer experimenteller Ergebnisse, Vorstellung
der Stromfadentheorie beim Transport von Frischbeton 33
3. Versuchsplan 43
4. Versuche und Ergebnisse 47
4.1 Vergleichende Untersuchungen über Pumpen von
Normal- und Leichtbeton 47
4.11 Versuchsmaschine und Versuchseinrichtung 47
4.12 Meßeinrichtung, gemessene Werte 48
4.13 Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung 50
4.14 Betontechnologische Daten 51
4.15 Versuchsergebnisse 53
4.151 Arbeitsabläufe, maximale und mittlere Betondrücke
über dem Rohrleitungsverlauf 53
- 111 -
4.152 Fördervolumen, Füllfaktor, Wirkungsgrade
und Jillderung der Frischbetonrohdichten 67
4.153 Stetige Förderung von Normal- und Leichtbeton 74
4.154 Besonderheiten beim Pumpen von Leichtbeton,
Förderhilfen und l'umpen an der Verstopfergrenze 77
4.2 Einzeluntersuchungen an porösen Leichtzuschlägen 85
4.21 Wasseraufnahme und Wasserabgabe verschiedener
Arten von porösen Leichtzuschlägen bei einfacher
Beaufschlagung mit Druck 86
4.211 Meßanordnung zur labormäßigen Prüfung 86
4.212 Versuchsdurchführung und Meßgrößen 87
4.213 Ergebnisse - Wasseraufnahme 88
4.214 Ergebnisse - Wasserabgabe und Restwasser
Thermodynamische Modelle und Speichervermögen 95
4.22 Ergebnisse - Mehrfache Druckbeaufschlagung und
-entlastung wasserumgebener Zuschlagkörner
(Laborversuchsanlage) 101
4.23 Intermittierende Stoßbelastung auf Gemische von
porösen Leichtzuschlägen und Wasser sowie von
Zuschlägen und Zementleim (Großversuchsanlage) 103
Strömungsverhalten von Beton in Rohrleitungen 106
Versuchsaufbau, Meßeinrichtung, Versuchs
durchführung 106
Ergebnisse - Verhalten von Fließfronten 107
Ergebnisse - Druckverlust = f (Fördergeschwin
digkeit) für gerade Rohrleitung und Rohrkrümmer;
Sinkversuche 109
4.34 Ergebnisse - Umfassende, das Förderverhalten von
Beton kennzeichnende Größen 112
5. Auswertungen und Folgerungen 114
5.1 Besonderheiten, leistungsfähige intermittierend
mit Druckwasser arbeitende Sättigungsanlage für
Leichtzuschläge 114
5.2 Aufbereitung der Leichtzuschläge zur Verbesserung
der Verarbeitbarkeit beim Pumpen 116
- IV -
5.3 Die Förderung von Normal- und Leichtbeton 118
5.31 Die Förderung von Normal- und Leichtbeton in
herkömmlicher Art durch Rohre 118
5.32 Die Förderung von Normal- und Leichtbeton
mit Hilfe eines neuartigen Verfahrens 123
6. Zusammenfassung und Ausblick 125
Literaturverzeichnis 130
Im Text besonders gekennzeichnete Literatur 130
Im Text nicht besonders gekennzeichnete Literatur 132
8. Abbildungen
- V -
FORMELZEICHEN UND AEKu~ZUNGEN
a Koeffizient der Druckverlust
gleichung
a cm Ausbreitmaß nach DIN 1048
cm Ausbreitmaß nach dem Versuch
cm Ausbreitmaß vor dem Versuch
kp/m2 additOives Glied der Druckverlust
gleichung
b m/s2 allgemeine Beschleunigung
c Kontrollfaktor Buckingham
volumetrische Transportkonzentration
m, mm allgemeiner Durchmesser eines Rohres
M.-% Feuchte des Zuschlags bezogen auf
das Trockenmasse
f repräsentativer Rohrwiderstands
beiwert
Scheinrohrlängenverhältnis für
90o-Rohrkrümmer
g Erdbeschleunigung
i Übersetzungsverhältnis
k Körnungsziffer, Summe der Sieb
rückstände in M.-% dividiert durch
100, bei unterschiedlicher Korn
rohdichte Rückstände in Stoffraum-%
nach DIN 1045
m gerade Rohrleitungslänge
m Scheinrohrlänge für 1 m Vertikal
förderung
m Scheinrohrlänge eines 90o-Rohr
krümmers
kg Masse
g Gesamtmasse des Meßgefäßinhalts
g Masse von trockenem Leichtzuschlag
stoff
g Masse des drucklos zugegebenen
Wassers
g Masse des nach dem Druckverlust
im Korn verbliebenen Wassers
n Polytropenexponent
n Anzahl der Proben
- VI -
npH H/min Anzahl von Pumphüben
nHyd U/min Drehzahl der Antriebswelle des
Rotors (Abtrieb HYGraulikmotor)
nro U/min Drehzahl der Gummirolle des Rotors
nrt U/min Drehzahl des Rotors
P kp/cm2,kp/m2 Druck
P Vol.-56 Porigkeit
p* kp/m2 Verformungsfähigkeitsgröße
,1Pspez oder spezifischer Druckverlust pro m
kp/cm2m Rohrlänge
Llp
s
etc. ata absolute Drücke
Po' P1
ata absoluter Kornaußendruck
Pa
ata absoluter Korninnendruck
Pi
P1 ata Druck im Korn nach .isothermer
Volumenverdichtung
2
kp/cm Gesamtdruck im Rohr an der Stelle 1
P1
kp/cm2 Gesamtdruck im Rohr an der Stelle 2
P2
ata Druck im Korn nach polytroper bzw.
P2
adiabater Expansion von Luft im
Korn
kp/cm2 dynamischer Druck
Pdyn
2
Pges kp/cm Gesamtdruck
kp/cm2 Hydraulikdruck
PHyd
PK Vol.-% Kornporigkeit
kp/cm2 statischer Druck
Pstat
2
kp/cm potentieller Druck
Ppot
Ap kp/cm2,kp/m2 Druckunterschied, Druckabfall oder
Druckverlust
.1Pg kp/m2 Gesamtdruckverlust bei einer fest
stoffbeladenen Flüssigkeit
.1Pv kp/cm2 Druckverlust bei reibungsbehafteter
Strömung
.1Pvs kp/cm2 Druckverlust bei schleichender Be
wegung einer zähen Flüssigkeit
.1Pw kp/m2 Druckverlust einer reinen Träger
flüssigkeit
.1Pz kp/m2 zusätzlicher Druckverlust durch
Feststoff in der Flüssigkeit
dm3/H effektives spez. Betonförder
qHeff
volumen pro Hub
dm3/U spez. hydraulisches Fördervolumen
qHyd
pro Umdrehung
- VII -
dm3/U eff. spez. Betonfördervolumen
qu eff
pro Umdrehung
dm3;U theoretisches Betonfördervolumen
qtheor.
pro Umdrehung
r m, mm variabler Rohrhalbmesser
rp mm Außenhalbmesser des sog. festen
Pfropfens
s cm Weg Rotorschlauch
s unterschiedl. Standardab"Teichung
Vol.-9G Standardabweichung von je 8 Proben
Sg8
s,mm-Schrieb-
t Zeit
länge
t oe Temperatur über dem Eispunkt
v -·oder % Variationskoeffizient
v Verdichtungsmaß nach DIN 1048
v m/s, cm/s Strömungsgeschwindigkeit
v m/s, cm/s mittlere Strömungsgeschwindigkeit
Vo Vol.-j~ prozentuales Kornporenvolumen
100 % bei Po = 1 ata
v1 Vol.-~~ prozentuales Luftvolumen im Korn
bei P1
v2 Vol.-% proz. Luftvolumen im Korn bei P2
vp Vol.-% Kornporenvolumen des Leichtzu
schlages bezogen auf das Korn
rohvolumen
vWD_KR Vol.-% gesamtes unter Druck und Zeit ins
Korn eingedrungenes Wasser bezogen
auf das Kornrohvolumen
vmax m/s maximale Strömungsgeschwindigkeit
vp % prozentuale Rotorgeschwindigkeit
vp m/s Strömungsgeschwindigkeit des sog.
festen Pfropfens
vR m/s Strömungsgeschwindigkeit an der
Rohrwand
vrt mm-Schrieb- Rotorgeschwindigkeit
höhe oder %
v' m/s Sinkgeschwindigkeit eines
s
Einzelkorns
LIVKorn w Vol.-% proz. im Korn verbliebenes Wasser
nach polytroper Druckentlastung
oder Restwasser
i1vRohr Vol.-% proz. außerhalb des Korns wieder
verfügbares i-lasservolumen
