Verdichtung und Glättung von Frischbeton

Aufgrund der Kapillarkräfte und der Reibungskräfte der einzelnen Körner des Korngemischs kann Beton ohne mechanische Einwirkung durch Vibrationsgeräte keine hohlraumfreie Lagerungsdichte erreichen. Eine Ausnahme bildet selbstverdichtender Beton, dessen Anteil an der produzierten Betongesamtmenge aber mit nur etwa ein Prozent sehr gering ist. Aufgrund der vielfältigen Formen aus Beton gefertigter Produkte ist die Anzahl der eingesetzten Gerätetypen zur Verdichtung von filigranen Betonteilen bis zum Massenbeton groß.

Als Verdichter werden je nach Einbaugegebenheit und Betonkonsistenz Vibrationsstampfer, Innen- oder Außenrüttler, Rüttelbohlen und vibrierende Patschen verwendet. Die Verdichtung erfolgt nahezu ausschließlich mit Vibrationsgeräten. Die in den Frischbeton eingeleitete Vibrationsenergie hat den Vorteil, dass der Beton in einen thixotropen Zustand versetzt wird, d.h. er nimmt die Eigenschaften einer Flüssigkeit an. Dadurch vermindert sich die innere Reibung des Betons auf einen Bruchteil des Werts in nicht vibriertem Zustand. Als Folge der Verflüssigung erhöht sich die Betondichte, der Luftporenanteil sinkt auf 1 Vol.% bis 2 Vol.%, Bewehrungen werden vom Zementleim umschlossen, die Schalung oder Betonform wird vollständig
gefüllt und Sichtbeton erhält eine geschlossene und glatte Oberfläche. Der Glättvorgang einer horizontalen Betonfläche erfolgt mit Feinabziehbohlen oder bei großen Flächen mit handgeführten oder Aufsitz-Flügelglättern nach der Betonverdichtung. Die Glättung erzeugt eine porenfreie, geschlossene, ebene und gut verdichtete Oberfläche. Der erste Übergang zum Grobglätten kann beginnen, sobald der Beton begehbar ist und nur geringe Fußeindrücke von 2 mm bis 3 mm hinterlassen werden. Der zweite Übergang zum Feinglätten erfolgt, wenn an der auf den Beton aufgelegten Handfläche kein Material mehr haften bleibt. Zur Glättung kleinerer Flächen werden handgeführte Vibrations-Patschen verwendet.

Welches Verdichtungsgerät und welche Verdichtungsmethode beim Einbau von Frischbeton angewendet werden, hängt sowohl von der Betonkonsistenz wie auch von der Form des Bauteils ab. Auf keinen Fall sollte die Auswahl danach erfolgen, welches Vibrationsgerät zufällig auf der Baustelle greifbar ist. Neben den Herstellern der Vibrationsverdichter bieten auch die Schalungsfirmen eine praxiserprobte Beratung bei der Planung und Durchführung von Verdichtungsarbeiten an.

Der neue Brecon Schnellspann-Rüttler Slim2 lässt sich aufgrund einer Gewichtsreduzierung um 25 Prozent sehr leicht handhaben und schnell von einer Betonform zur nächsten wechseln. Schnellspann-Rüttler werden überall dort eingesetzt, wo mehrere Formen vorhanden sind, die aber nicht ständig im Produktionseinsatz sind und nur zeitweise benutzt werden. Der Slim2 wiegt nur 18.9 kg und arbeitet mit 14 kN Erregerkraft bei einer Vibrationsfrequenz von 100 Hz. Das geringe Gewicht und die optimierten Transportgriffe ermöglichen es, dass eine Person gleichzeitig zwei Rüttler tragen kann. Der Wechsel von einer Form mit beispielsweise 12 Stück Slim2-Rüttlern zur nächsten Form kann in 10 Minuten bis 15 Minuten erfolgen. Die elektrische Versorgung der Rüttler erfolgt üblicherweise über eine mobile Frequenzumrichtersteuerung, in die auch die Verteilung und Absicherung der Rüttler integriert sind. Bei Bedarf können auch Halterungen für den Transport der Rüttler und der Verlängerungsleitungen an der mobilen Steuerungseinheit angebracht werden. So lässt sich in Betonfertigteilwerken die Vibrationsverdichtung vieler Betonformen mit nur einer kleinen Anzahl
mobiler Schnellspann-Rüttler kostengünstig durchführen. Weiterhin werden Außenrüttler der Brecon Verdichtungs GmbH - das Unternehmen aus Köln hat vor 15 Jahren von Bosch die Außenrüttler übernommen - an Schwingtischen von Betonsteinmaschinen für die Herstellung von Betonwaren verwendet. Auf Kundenanforderungen bei der Fertigung von Sonder-Betonelementen mit kleinen Losgrößen reagiert Brecon mit mobilen Spezialsteuerungen. Die Steuerungen können in älteren Vibrationseinrichtungen nachgerüstet werden.

Als einer der ersten Gründerfirmen zur Herstellung von Geräten für die Verdichtung von Beton bietet Dynapac heute ein komplettes Geräteangebot zur Betonverdichtung an. Für die unterschiedlichsten Verdichtungsaufgaben im Betonbau stehen pneumatisch, mechanisch und elektrisch angetriebene Innen- und Außenvibratoren, Frequenzumformer, Vibrationsbohlen, Rüttelpatschen und Glättmaschinen zur Verfügung.

Bei den Innenvibratoren bildet die Rüttlereinheit Dynapac BH 160 das größte Verdichtungsgerät. Der BH 160 ist zur Verdichtung von Massenbeton, wie z. B. für den Bau von Staudämmen, Trockendocks oder große Fundamentplatten, entwickelt worden. Die Verdichtereinheit kann aus einem oder bis zu acht Innenvibratoren mit hydraulischem Antrieb bestehen. Der Flaschendurchmesser jedes Vibrators beträgt 155 mm und die Flaschenlänge 1,15 m. Unter Last werden 20,3 kN Fliehkraft, 125 Hz Schwingfrequenz und eine Amplitude von 4,3 mm erreicht. Als Trägerfahrzeug für den BH 160 werden in der Regel Hydraulikbagger verwendet, die eine Hydraulikleistung von 160 bar und 20 l/min Ölmenge für jeden Vibrator der Rüttlereinheit erzeugen können. Bei Dynapac Druckluft-Innenrüttlern verhindert ein Ball - Rückschlagventil Leistungsverluste durch Druckluftleckagen. Die Standardschlauchlänge von 2 m der Druckluftrüttler kann auf 4 m verlängert werden. Innen-Vibratoren mit mechanischem Biegewellenantrieb und Rüttlerdurchmessser von 25 mm bis 75 mm werden überall dort eingesetzt wo kein Elektro-Anschluss zur Verfügung steht. Elektro-Innenvibratoren werden auch mit Handgriff als Stockrüttler geliefert. Die Hochfrequenz-Innenrüttler der Serie AT werden direkt an 230 V Steckdosen angeschlossen.

Außenrüttler mit elektrischem oder pneumatischem Antrieb werden zur schnellen und einfachen Montage über Schnellspannklammern an der Betonschalung befestigt. Die Elektro-Außenrüttler erzeugen in verschiedenen Ausführungen Frequenzen bis 100 Hz. Mit einem Frequenzbereich bis 150 Hz arbeiten die hochfrequenten Pneumatik-Außenrüttler.

Die Doppelrüttelbohlen BR/BM mit Arbeitsbreiten von 3,25 m bis 10,50 m werden auf horizontalen Betonflächen eingesetzt. Die BR-Version mit bis zu 10,50 m Breite ist mit einem Elektromotor ausgerüstet, die BM-Version bis 6,25 m Breite mit einem Benzinmotor. Eine Mittenüberhöhung des Flächenprofils ist bis zu 2 % an den Bohlen einstellbar. Die Arbeitsgeschwindigkeit reicht bis 2 m/min, die Verdichtungstiefe bis 20 cm. Für große Arbeitsbreiten bis 25 m wird die Modulbohle BT 90 verwendet. Die BT 90 hat aufgrund ihres dreieckigen Querschnitts eine sehr hohe Steifigkeit. Die abgezogenen Betonflächen können flach, parabolisch und mit positivem oder negativem Dachprofil hergestellt werden. Für End- und Korrekturarbeiten dient die leichte, 2 m breite Dynapac Rüttelpatschen BV 20 mit verstellbarem Anstellwinkel für Vorwärts- und Rückwärtslauf.

Dynapac Glättmaschinen werden als handgeführte Glätter zum Glätten kleiner Flächen und Randbereiche wie auch als Doppelglättmaschine BG 70 mit Aufsitz für große Flächen angeboten. Bei sämtlichen Dynapac Glättern können die Flügelblätter beidseitig verwendet werden. Die Rotordurchmesser der handgeführten Geräte liegen zwischen 60 cm und 114 cm. Der Doppelglätter hat 1,78 m Arbeitsbreite und eine einstellbare Rotordrehzahl zwischen 70 und 150 Umdrehungen pro Minute. Ein Emulsions-Sprühsystem und Halogenscheinwerfer können zusätzlich angebaut werden.

Bei allen Schalungssystemen, wie Rahmenschalungen und Holzträgerschalungen einschließlich Schalwagen für den Tunnel- und Kanalbau, hat sich Mooser auf die Betonverdichtung mit Druckluft-Schalungsrüttlern spezialisiert. Für die hierbei zum Einsatz kommenden Außenrüttler übernimmt Mooser in Zusammenarbeit mit dem Schalungshersteller während der Baustellenplanung die Anordnung der Vibratoren auf der Schalung, die Auswahl der Vibratordaten wie Erregerkraft, Frequenz, Rütteldauer und den Einschaltablauf.

Hiermit wird sichergestellt, dass ein optimales Verdichtungsergebnis für das jeweilige Bauvorhaben unter besonderer Berücksichtigung des verwendeten Schalungssystems, der örtlichen Gegebenheiten und der Betontechnologie zuverlässig erreicht wird.

Weiterhin umfasst das Lieferprogramm an Geräten für die Betonverdichtung neben Druckluft–Außenrüttlern auch Außenrüttler mit Elektroantrieb, Druckluft- und
Elektro–Innenrüttler und Abzieh- sowie Verdichtungsbohlen mit bis zu 25 m Spannweite. Elektro-Hochfrequenz-Innenrüttler mit 200 Hz werden mit Durchmessern von 36 mm bis 70 mm geliefert. Die DruckluftInnenrüttler mit Vibrationsfrequenzen bis 233 Hz haben Flaschendurchmesser von 32 mm bis 150 mm. Zu ihrer Standardausführung gehören ein 2 m langer Doppelschlauch und ein Absperrventil mit angebautem Schnellverschluss.

Das Angebot von Innen- und Außenrüttlern deckt sämtliche Einsatzanforderungen der Betonverdichtung ab. Innenrüttler mit Druckluftantrieb der Serie NVL mit Rüttelflaschendurchmessern von 26 mm bis 140 mm bestehen aus Rotor und Lamellen, sie haben keine Lager und dadurch ist der Verschleiß des Druckluftantriebs minimal. Für Elektro-Innenrüttler mit 200 Hz Vibrationsfrequenz werden die passenden Frequenz- und Spannungsumformer geliefert. Die Innenrüttler der Serie NCE und NXE haben einen im Kabel integrierten elektronischen Micro - Umrichter mit Handschalter, so dass die Rüttler direkt an eine 230-V-Steckdose angeschlossen werden können.

Zur Verdichtung von Massenbeton stehen mehrere an einer gemeinsamen Traverse montierte schwere Hydraulik-Innenrüttler mit 150 mm Flaschendurchmesser, 50 cm Rüttlerlänge und 100 Hz Vibrationsfrequenz zur Verfügung. Für die Traverse wird in der Regel als Trägermaschine ein Hydraulikbagger verwendet, der den hydraulischen Antrieb der Vibratoren übernimmt. Die Verdichtungsleistung liegt bei 30 m³/h bis 60 m³/h Festbeton, abhängig von der jeweiligen Betonkonsistenz. Als Schalungsrüttler und als Vibrationserreger bei Schwingtischen in Betonfertigteilwerken setzt Netter die Druckluft-Außenrüttler der Baureihe NVG mit Grundplatte, NVT und NQT mit Tragegriff und NVR ohne Tragegriff ein. Die Vibratoren dieser Serie erzeugen kreisförmig gerichtete Fliehkräfte ( Kreisschwinger ) von 7,13 kN bis 62,26 kN bei Rüttelfrequenzen von 141 Hz bis 283 Hz. Die Motordrehzahl und damit die Frequenz des Rüttlers lässt sich durch Änderung des Druckluft - Betriebsdrucks stufenlos variieren. Die Rüttler können leicht und schnell versetzt werden und arbeiten in einem Temperaturbereich von minus 10 bis plus 60 °C störungsfrei. Gegen stark wechselnde Belastungen sind die Rüttler unempfindlich. Mit der schallgedämpften Ausführung NQT ist ein lärmreduzierter Betrieb möglich.

Mit neuen Benzinmotoren der Typen
A 1500, A 5000 und L 5000 werden die HMS-Innenrüttler mit Biegewellenantrieb ausgerüstet. Die Motoren decken mehrere Leistungsklassen mit jeweils optimiertem Leistungsgewicht ab. Bei den modernen Innenvibratoren der IRFUN-Baureihe hat Wacker fünf Geräte mit einem sehr hohen Sicherheitsstandard eingeführt. Das patentierte Schutzsystem „Bodyguard“ garantiert ab dem Moment des Geräteanschlusses bestmöglichen Schutz für den Bediener wie auch für das Gerät. Erstmals erstreckt sich der Schutzbereich dabei über die gesamte Länge des Geräts einschließlich Flaschenkörper und Netzkabel. Das Schutzsystem schaltet den Innenrüttler bei Fehlerstrom sofort ab und schützt damit den Bediener vor Stromschlägen. Das IRFUN-Modell ist laut Wacker der einzige Innenvibrator mit eingebautem Umformer, der einen derartigen Schutz bietet. Zudem ist der IRFUN, wie alle Innenvibratoren von Wacker, kurzschluss-, erdschluss- und übertemperaturfest und verfügt über einen Über- und Unterspannungsschutz. Hochfrequenz - Innenvibratoren des Typs IRSEN-FU mit integriertem Umformer und vibrationsarmem Bedienungshandgriff ( auch Stockrüttler genannt ) werden für die Verdichtung von Bauteilen mit niedriger Bauhöhe, wie z. B. Betondecken oder Fundamenten, eingesetzt. Bei einem der größten Brückenbauprojekte der USA - der in diesem Jahr fertig zustellenden Colorado River Brücke - wurden anstelle der ursprünglich vorgesehenen Innenrüttler nach Empfehlung der Wacker Neuson Experten Außenvibratoren eingesetzt. An vier Schalungen wurden über 100 Außenvibratoren montiert mit denen neben der reibungslosen Betonverdichtung eine hohe Sichtbetonqualität erreicht wurde.

Den Löwenanteil der Betonverdichtung an den 36 cm starken Seitenwänden übernahmen die leichten Außenrüttler vom Typ 36/6/042, die in Abständen von 1,2 m angebracht waren. Für die 45 cm starken Bogenunterseiten kamen kräftigere AR 54/6/042-Außenrüttler in etwa 3,0 m Abstand zueinander zum Einsatz. Drei tragbare Frequenzumformer vom Typ FUE M/S 75 A mit stufenlos einstellbarer Vibrationfrequenz dienten zur Stromversorgung der Rüttler. Mit dem Einsatz der Außenvibratoren konnten die Arbeitskraft drastisch reduziert und die Platzsituation auf der Schalung wesentlich entspannt werden.

Der neue Betonflügelglätter CRT 48-35L-PS mit Fahrersitz verfügt über ein innovatives elektro-hydraulisches Steuerungskonzept. Mit Hilfe zweier Joysticks kann der Bediener das Gerät präzise und ermüdungsfrei steuern. Der handgeführte neuartige Betonglätter Wacker Neuson CT 24 ist mit einem drehbaren und nicht über den Rotor herausragenden Schutzring ausgestattet. Damit ist es möglich, ohne zusätzliches und zeitaufwendiges Glätten per Hand an Mauern und Rändern die Betonfläche zu bearbeiten. Da viele Glättarbeiten bei Hallenbauten anfallen, wird das Gerät auch mit einem abgasfreien Elektromotor für Einsätze in geschlossenen Räumen angeboten.

Um eine höhere Betriebssicherheit zu gewährleisten, werden die Hochfrequenz-Innenvibratoren der IVUR-Baureihe ab Frührjahr 2010 mit einer neuen Elektronik ausgestattet. Die Geräte, bei denen der Innenvibrator und der Frequenzumformer eine Einheit bilden, werden normalerweise direkt an das Wechselstromnetz angeschlossen. Die neue Elektronik ermöglicht es, dass die Geräte aber auch über Stromerzeuger sicher betrieben werden können, ohne dass Spannungsspitzen des Stromerzeugers zu Schäden an elektronischen Bauteilen führen. Der Einbau zweier LEDs vereinfacht die Fehlersuche beim Ausfall der Rüttler.  IVUR - Vibratoren arbeiten mit 200 Hz Schwingfrequenz und haben Rüttelflaschen von 40/50/58 mm Durchmesser. Der UR-Umformer ist über eine Schraub-Steckverbindung mit dem Vibrator verbunden. Durch diese Trennung ist es möglich, unterschiedliche Vibratoren schnell am Umformer auszutauschen und damit die Geräte universell einzusetzen, was besonders auf großen Baustellen vorteilhaft ist.

Pendel-Innenvibratoren mit mechanischem Biegewellenantrieb der Baureihe MVX erzeugen 200 Hz Schwingfrequenz. Sie werden mit Schlauchlängen von 1 m bis 5 m  und Flaschendurchmessern von 30 mm, 38 mm und 48 mm geliefert. Nach dem Pendelprinzip werden die 3000 Umdrehungen des Antriebsmotors in 12000 Schwingungen pro Minute (200 Hz) der Rüttelflasche vergrößert. Die niedrige Ausgangsdrehzahl des Motors ermöglicht eine lange Lebensdauer und hohe Betriebssicherheit der Rüttler. Der E-Motor des
Biegewellenantriebs wird direkt an 230 Volt Wechselstrom angeschlossen.

Glättmaschinen baut Weber MT mit
Rotordurchmessern von 56, 75, 90 und 110 cm. Die handgeführten Maschinen
werden für Arbeiten im Freien mit 4-Takt-Robin-Benzinmotoren oder mit Elektromotoren für Einsätze in Innenräumen ausgestattet. Mit umfangreichem Zubehör wie Schleifteller, Kunststoff- und Stahldrahtbürsten, Frästeller und Wasserberieselungsvorrichtung werden diese Glättmaschinen auch gern zum Reinigen und Schleifen verwendet.n