Vergleichende Untersuchungen zum Fließkoeffizienten von verschiedenen Sanden und Mischungen verschiedener Sande


Diplomarbeit, 2007
112 Seiten, Note: 1,7

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Allgemeines

2 Einführung in die Aufgabenstellung
2.1 Alte Normung (Deutschland)
2.2 Neue Normung (Europa)
2.3 Aufgabenstellung

3 Versuchsablauf
3.1 Beschreibung des Versuchsablaufes
3.2 Herkunft und Art der Proben
Allgemein
Petrographisch
Geographisch
3.3 Vorbereitung der Proben und Rohdichtebestimmung
Allgemein
Ergebnisse der Rohdichtebestimmung
3.4 Darstellung der einzelnen Versuchsreihen

4 Versuchsreihe A – ECS Ausgangssande und Gemische
4.1 Hauptuntersuchung 1: Ergebnisse an Natur- und Brechsanden 0/2
4.2 Hauptuntersuchung 2: Ergebnisse an Mischungen 0/2

5 Versuchsreihe B – Auswirkung der Sieblinie auf den ECS
5.1 Nebenuntersuchung 1: Sieblinien der einzelnen Sande und der
Gemische
5.2 Nebenuntersuchung 2: Versuchsreihe Sand 8 mit Einzel- und
Ausfallkörnungen

6 Versuchsreihe C – Abhängigkeit des ECS von verschiedenen Faktoren
Allgemein
6.1 Nebenuntersuchung 1: Was passiert wenn die Probe nicht ofentrocken ist?
6.2 Nebenuntersuchung 2: Was passiert wenn Über- und Unterkorn nicht abgesiebt werden?
6.3 Nebenuntersuchung 3: Was passiert wenn der falsche Prüftrichter benutzt wird?
6.4 Nebenuntersuchung 4: Was passiert wenn die Probe verdichtet wird?
6.5 Nebenuntersuchung 5: Abhängigkeit von der Masse
6.6 Nebenuntersuchung 6: Abhängigkeit von der Rohdichte
6.7 Nebenuntersuchung 7: Zusammenhang Schüttwinkel/ECS
6.8 Nebenuntersuchung 8: sonstige Zusammenhänge
-Fortsetzung Seite 2-

7 Zusammenfassung, Auswertung und Beurteilung der Ergebnisse
7.1 Auswertung Versuchsreihe A
zu 4.1
zu 4.2
7.2 Auswertung Versuchsreihe B
zu 5.1
zu 5.2
7.3 Auswertung Versuchsreihe C
zu 6.1
zu 6.2
zu 6.3
zu 6.4
zu 6.5
zu 6.6
zu 6.7
zu 6.8
7.4 Zusammenfassung und Verbesserungsvorschläge

8 Quellenangaben und Literaturverzeichnis
Im Folgenden:
Anhang 1: Prüfprotokolle der Rohdichtebestimmung
1.A Prüfprotokolle Ausgangssande
1.B Prüfprotokolle Fraktionen Sand Nr.
Anmerkung: Die Rohdichten der Gemische sind Tabelle 5, Seite 15 zu entnehmen
Anhang 2: Prüfprotokolle der Bestimmung des Fließkoeffizienten
2.A Prüfprotokolle Ausgangssande
2.B Prüfprotokolle der Gemische
Anhang 3: Prüfprotokolle der Bestimmung des Sieblinienverlaufes
3.A Prüfprotokolle Ausgangssande
3.B Zusammenstellung interpolierte Sieblinien der Gemische
Anhang 4: sonstige Prüfprotokolle
4.A Prüfprotokoll Fraktionen Sand Nr. 8 (Fließkoeffizienten)
4.B Prüfprotokolle Fehleruntersuchungen Sand 2 und Sand
4.C Prüfprotokoll zu 6.5 (Masse)
4.D Prüfprotokoll zu 6.7 (Schüttwinkel)

1 Allgemeines

Titel der Diplomarbeit: Vergleichende Untersuchungen zum Fließkoeffizienten an

verschiedenen Sanden und Mischungen verschiedener Sande

Bearbeiterin: cand.-ing. Jessica Simon

Institution: Fachhochschule Koblenz

Fachbereich Bauwesen

Fachrichtung Bauingenieurwesen

56075 Koblenz-Oberwerth

Labor: FH Koblenz - Amtliche Prüfstellen

Prüfstelle für Straßenbaustoffe und Recycling

56073 Koblenz-Karthause

2 Einführung in die Aufgabenstellung

2.1 Alte Normung (Deutschland)

In den ZTV-Asphalt-StB 2001 (nachfolgend ZTV-Asphalt) [1] wird als ein Kriterium bei der Zusammensetzung der Mineralstoffe im bituminösen Straßenoberbau das Brechsand-Natursand-Verhältnis (nachfolgend BS-NS-Verhältnis) aufgeführt.

Tabelle 1 (Seite 4) zeigt eine Zusammenfassung und Auflistung dieser Verhältnisse. Diese Verhältnisse beruhen auf Erfahrungen vor allem in den Bereichen der Verarbeitbarkeit und der Haltbarkeit der Binder – und Deckschichten. Untersucht wurden Sande hierfür unter dem Mikroskop, um die vorherrschende Kornform (rund oder gebrochen) zu bestimmen und eine Einordnung der Körnung in Natur – oder Brechsand vornehmen zu können.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: BS-NS-Verhältnisse nach ZTV-Asphalt [1]

2.2 Neue Normung (Europa)

In der europäischen Normung, insbesondere der DIN EN 13043 [2] kommt dieses Verhältnis nicht vor. Um einen Sand, bzw. nach neuer Nomenklatur eine feine Gesteinskörnung, nach ihrer Eignung für den bituminösen Oberbau beurteilen zu können, wurde mit der DIN EN 933-6 [3] ein Prüfverfahren zur Bestimmung des Fließkoeffizienten ECS eingeführt.

Der Fließkoeffizient einer feinen Gesteinskörnung 0/2 bzw. 0/4 wird in Sekunden angegeben, die die Körnung benötigt, um einen definierten Zylinder mit Trichter zu durchlaufen. Der genaue Versuchsablauf ist unter 3.1 (Seite 5 ff.) beschrieben.

Nachfolgend wird aus Gründen der Lesbarkeit hauptsächlich der Begriff Sand verwendet.

Die ZTV-Asphalt [1] sind trotz Einführung der Europanormen noch gültig und bedürfen einer entsprechend angepassten Überarbeitung. Es gibt noch keine Anforderungen an den Fließkoeffizienten bezüglich der Eignung einer feinen Gesteinskörnung für bestimmte Verwendungszwecke (z.B. Asphaltbinder). Im Abschnitt 7 (Seite 32 ff.) werde ich versuchen für die Verwendungen im bituminösen Oberbau gemäß Tabelle 1 eine Empfehlung zu erstellen (Tabelle 11, Seite 34).

Die TL-Gestein-StB 2004 [4] (nachfolgend TL-Gestein) sind dieser Neuerung bereits angepasst. Die TL-Gestein und die DIN EN 13043 [2] geben jedoch lediglich eine Einteilung der Ergebnisse in (Liefer-) Kategorien vor. Diese sind in Tabelle 2 (Seite 6) gegenübergestellt.

2.3 Aufgabenstellung

Diese Diplomarbeit soll darüber Aufschluss geben, inwieweit der ECS einen Rückschluss darauf zulässt, ob es sich um einen Natur- oder einen Brechsand nach alter Definition handelt und wie diese Erkenntnisse auf die Verwendung der Körnung übertragen werden können.

Außerdem ist der Fließkoeffizient darauf zu untersuchen, ob und wie Abhängigkeiten zu bekannten Faktoren vorliegen und das Verfahren an sich wird auf seine Durchführbarkeit und eventuelle Fehlerquellen hin untersucht.

Dazu wurden vom Zeitpunkt der Ausgabe der Diplomarbeit am 23.10.2006 bis zum 14.12.2006 alle hierzu benötigten Versuche durch die Diplomandin ausgeführt. Die große Zeitspanne lässt sich vor allem durch die aufwendige Vorbereitung der Proben erklären. Die Ausarbeitung der Ergebnisse erfolgte dann bis zur Abgabe am 22.01.2007.

3 Versuchsablauf

3.1 Beschreibung des Versuchsablaufes

Die Untersuchung des Fließkoeffizienten wird laut DIN EN 933-6 [3] für feine und grobe Gesteinskörnungen gefordert. Inhalt dieser Diplomarbeit ist allerdings nur die Untersuchung feiner Gesteinskörnungen 0/2, da auch nur hierfür Anforderungen an das BS-NS-Verhältnis in den ZTV-Asphalt [1] gegeben sind.

Zunächst wird von der Probekörnung der Anteil < 0,063 mm ausgewaschen (Nasssiebung) und die Restprobe getrocknet. Nach der Ofentrocknung wird das Überkorn, also der Rückstand auf dem 2 mm –Sieb verworfen.

Um die erforderliche Masse für den Versuch zu ermitteln, benötigt man die Rohdichte auf ofentrockener Basis rrd, ermittelt nach DIN EN 1097-6, Abschnitt 9 [5].

Die neue Normung sieht für die Rohdichte eine Einheit Mg/m³ (sprich Megagramm/Kubikmeter) vor, wobei 1 Mg/m³ = 1 g/cm³ entspricht.

Die Formel zur Bestimmung der Probemasse lautet nach DIN EN 933-6 [3]:

Die Konstante 2,7 leitet sich dabei aus der Rohdichte der Referenzkörnung (LRPC - Referenzkörnung, siehe DIN EN 933-6 [3]) ab.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die so ermittelte Probemasse wird bei geschlossenem Fließmechanismus in den Zylinder des Prüfgerätes gefüllt. Das erforderliche Prüfgerät zeigt Bild 1. Empfohlen wird das Einfüllen in kreisenden Bewegungen, wobei jedoch die Gefahr groß ist einen Teil der Probe neben die Zylinderöffnung zu schütten. Daher habe ich mir einen handelsüblichen Trichter zur Hilfe genommen um die Probe besser einfüllen zu können.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Auffangschüssel

Einfülltrichter

Bild 1: Prüfvorrichtung der Fa. FREUNDL mit manuellem Fließmechanismus

Um keine Verdichtung im Zylinder zu erzeugen, sollte die Fallhöhe nicht zu groß sein.

Der Fließmechanismus wird manuell geöffnet und gleichzeitig eine Stoppuhr gestartet. Sobald nun die gesamte Probemasse durch den Trichter geflossen ist, wird die Zeit gestoppt und als ECSi auf 0,1 s notiert. Dies ist für jede Probe 5 mal zu wiederholen und der Mittelwert ECS auf 1 s genau anzugeben.

Das Ergebnis ist dann für ein Prüfzeugnis noch in einer der in DIN EN 13043, Tabelle 10 [2], angegebenen Kategorien einzuordnen. Die TL-Gestein [4] weicht von dieser Kategorieneinteilung ab. Die Kategorien sind in Tabelle 2 gegenübergestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2: Kategorien nach DIN EN 13043 [2] und TL-Gestein [4] im Vergleich

3.2 Herkunft und Art der Proben

Allgemein

Insgesamt standen mir 13 Proben der feinen Gesteinskörnung 0/2 zur Verfügung, wobei es sich dabei um 3 Natursande und 10 Brechsande handelt. Einen kurzen Überblick hierüber gibt Tabelle 3. Hierbei ist zu erwähnen, dass Sand 6 und Sand 7 sich nur durch die Art der Aufbereitung im Werk unterscheiden. Auf die Auswirkungen daraus auf den ECS werde ich später noch eingehen.

Auf die Untersuchung der feinen Gesteinskörnung 0/4 habe ich bewusst verzichtet, da hierfür keine Anforderungen bezüglich BS-NS-Verhältnis oder ECS vorliegen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3: Überblick über die untersuchten Sande nach Herkunft und Art des Gesteins

Petrographisch

Gesteinskundlich betrachtet liegt eine große Bandbreite an Sanden unterschiedlicher Mineralstoffe vor. Zur Erläuterung der verschiedenen untersuchten Gesteinsarten soll eine kurze petrographische Beschreibung dienen. Die Gesteinsarten sind in alphabetischer Reihenfolge aufgeführt. Die Beschreibung der Gesteine erfolgt in eigenen Worten und ist inhaltlich aus verschiedenen Quellen entnommen (siehe [6], [7] und [8]; Quellenangaben).

Die Fotos der zugehörigen Sande sollen eine direkte Vorstellung über die Beschaffenheit des Materials ermöglichen. Auf den Bildern ist auf der rechten Seite der unbehandelte Sand zu sehen, auf der linken Seite ist die zur Untersuchung vorbereitete (gewaschene, gesiebte) Probe zu sehen. Eine Ausnahme bildet Sand Nr. 8, da dieser mir in einzelnen Körnungen zur Verfügung stand und diese von mir direkt zur weiteren Bearbeitung gewaschen wurden, um dann zu einem Sand mit später näher erläuterter Sieblinie zusammengemischt zu werden. Dieser gewaschene, gezielt zusammengesetzte Sand ist auf dem zugehörigen Foto abgebildet.

- Basalt

ist ein kieselsäurearmes Ergussgestein, also vulkanischen Ursprungs.

Das Gestein ist meist dunkelgrau. Basalt ist nicht spröde und sehr druckfest.

Er findet auf Grund seiner Eigenschaften traditionell Verwendung in allen

Bereichen des Straßenbaus. Die Rohdichten bei Basalten liegen im Mittel

bei 2,95 Mg/m³.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 2: Sand 4

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 3: Sand 5

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 4: Sand 6

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 5: Sand 7

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 6: Sand 8

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 7: Sand 11

- Diabas

ist im Prinzip ein alter Basalt, der sich jedoch durch unterschiedliche

Metamorphose umgewandelt und dadurch grün gefärbt hat (größerer

Olivin-Anteil). Auf Bild 8 ist die Färbung des Gesteins deutlich zu erkennen.

Es unterscheidet sich auch durch ein grobkörnigeres Gefüge vom klassischen

Basalt. Verwendung findet der Diabas wie der Basalt nahezu überall im

Straßenbau.

Die Rohdichte des Gesteins liegt im Mittel bei etwa 2,85 Mg/m³.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 8: Sand 10

- Grauwacke

ist ein meist graues Sedimentgestein, das hauptsächlich aus Quarz und

Feldspat besteht. Die Rohdichte liegt meist zwischen 2,60 und 2,75 Mg/m³

und somit deutlich unter der des Basalts. Auf dem Bild sind deutlich für

Grauwacke typische Quarzeinschlüsse (roter Kreis) zu sehen. Verwendung

findet die Grauwacke im Straßenbau als Pflasterstein und gebrochenes

Material.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 9: Sand 12

- Kalkstein

ist wie Grauwacke ebenfalls ein Sedimentgestein. Es besteht aus Calcit,

also Kalk, Aragonit und Dolomit. Kalkstein ist beige, ähnlich wie Natursande,

und die Rohdichte liegt zwischen 2,65 und 2,85 Mg/m. Kalkstein wird im

Straßenbau für Tragschichten und als Betonzuschlag verwendet.

Auf dem Bild ist durch die Gegenüberstellung deutlich der hohe

Feinanteil (< 0,063 mm) zu erkennen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 10: Sand 13

- Kuselith

ist ein grau-grünes magmatisches Gestein, das seinen Namen von

Vorkommen nahe der Stadt Kusel hat. Die Bezeichnung Kuselith ist eine

umgangssprachliche Bezeichnung. Im wissenschaftlichen Sprachgebrauch

verwendet man den Begriff Mikrodiorit.

Die Rohdichte liegt ähnlich bei etwa 2,70 Mg/m³. Anzumerken ist an dieser

Stelle, dass der Kuselith ölig wirkt und dies durch feinkörnige Anhaftungen

am Prüfzylinder gezeigt hat.

Verwendet wird er ähnlich wie Basalt, kann jedoch im Gegensatz zum Basalt

für offenporige Asphaltdeckschichten (OPA) verwendet werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 11: Sand 9

- Natursand

ist ein Sand, der durch Verwitterung und Abrieb, z.B. durch Wasser und

Wind, auf natürliche Weise aus Gesteinen verschiedener Art entsteht. Diese

Sande zeichnen sich durch einen hohen Rundkornanteil aus. Die Rohdichten

liegen meistens um 2,65 Mg/m³. Natursand wird im Straßenbau hauptsächlich

bei der Herstellung von Pflasterflächen und als Zuschlagsstoff bei

Gussasphaltdecken verwendet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

[...]

Ende der Leseprobe aus 112 Seiten

Details

Titel
Vergleichende Untersuchungen zum Fließkoeffizienten von verschiedenen Sanden und Mischungen verschiedener Sande
Hochschule
Hochschule Koblenz (ehem. FH Koblenz)
Note
1,7
Autor
Jahr
2007
Seiten
112
Katalognummer
V81703
ISBN (eBook)
9783640239269
ISBN (Buch)
9783640282104
Dateigröße
3273 KB
Sprache
Deutsch
Anmerkungen
Diese Diplomarbeit umfasst im Textteil 46 Seiten. Der in 4 Teile untergliederte Anhang ergänzt die Arbeit um insgesamt 66 Seiten. Der Anhang beinhaltet alle Versuchsprotokolle und Berechnungen der durchgeführten Laborversuche.
Schlagworte
Vergleichende, Untersuchungen, Fließkoeffizienten, Sanden, Mischungen, Sande
Arbeit zitieren
Dipl.-Ing. (FH) Jessica Simon (Autor), 2007, Vergleichende Untersuchungen zum Fließkoeffizienten von verschiedenen Sanden und Mischungen verschiedener Sande, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/81703

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