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Das Verfahren

Stand der Technik

Verfahrensbedingt erfolgt die Herstellung von zementvermörtelten Bodensäulen mit dem Düsenstrahlverfahren (DSV) im Untergrund ohne visuelle Kontrolle. Eventuelle Abweichungen im Bodengefüge bzw. während der Herstellung können allerdings wesentlichen Einfluss auf die Qualität dieser Bodenverbesserung haben. Das kann Abmessung und mechanische Eigenschaften des verbesserten Bodens gleichermaßen betreffen. Nach geltender Norm EN 12716 sind deshalb vor Beginn der eigentlichen DSV-Arbeiten Probesäulen vorzusehen und freizulegen, um die Herstellparameter an den anstehenden Boden anzupassen – ein großer zeitlicher und auch wirtschaftlicher Aufwand.

Das TempJet-Verfahren

Das patentierte TempJet-Verfahren ermöglicht die Qualitätskontrolle der DSV-Säulen auf rasche und effiziente Weise. Nach einer im Vorfeld erfolgten Analyse des Bindemittels im Labor werden dafür unmittelbar nach der Herstellung in die noch „frische“ Säule Temperaturfühler eingebaut. Sie zeichnen die Temperaturentwicklung während des Hydrationsprozesses, d.h. während des Aushärtens des verbesserten Bodens, auf.

Dieser vor Ort gemessene Temperaturverlauf wird dann mit numerisch berechneten Temperaturverläufen verglichen. Diese numerische Berechnung wird für eine Vielzahl von Wertepaaren aus Durchmesser und Bindemittelgehalt durchgeführt. Jedes Wertepaar liefert eine eigene Temperaturkurve. Jener berechnete Temperaturverlauf, der die größte Übereinstimmung mit der Messung vor Ort aufweist, ergibt den tatsächlich erreichten Durchmesser und den erzielten Bindemittelgehalt in der DSV-Säule. Die Lösung ist eindeutig, da Bindemittelgehalt und Durchmesser die Temperaturkurve unterschiedlich beeinflussen.

Die numerisch erhaltenen Wertepaare für Durchmesser und Bindemittelgehalt wurden durch Anwendung dieser Methode bei mehr als 60 anschließend freigelegten DSV-Säulen während der Entwicklungsphase (2005–2007) verifiziert. Seither wurde dieses Verfahren bei mehr als 500 Messungen eingesetzt. Dabei konnte die sehr gute Übereinstimmung mit den tatsächlich erreichten Durchmessern nachgewiesen werden. Nach erfolgter Simulation werden der prognostizierte Säulendurchmesser sowie der zugehörige Bindemittelanteil der hergestellten DSV-Säule in einem Ergebnisblatt dargestellt.

Die Wirtschaftlichkeit

Aus wirtschaftlicher Sicht hat das TempJet-Verfahren drei wesentliche Vorteile:

  1. Die Qualitätskontrolle der DSV-Arbeiten in größeren Tiefen ist mit geringem Aufwand möglich. Es werden dafür Temperaturfühler über das Bohrgestänge eingebaut.
  2. Erstmals ist eine Abschätzung des in der Säule erzielten Bindemittelanteils (Zementgehalts) möglich.
  3. Da für die Messungen die Probesäule nicht freigelegt werden muss, kann diese auch gleich als „Bauwerkssäule“ bestehen bleiben.

TempJet zeigt damit ein mögliches Einsparungspotenzial von über 70 % im Vergleich mit herkömmlichen Methoden einer kontinuierlichen Qualitätssicherung während der gesamten Bauzeit, sowie zur Durchmesserbestimmung vor der eigentlichen Bauausführung.

Laboruntersuchung „Kalorimeter-Versuch“

Wird zu einem Bindemittel, z. B. Zement, Wasser hinzugefügt, kommt es zu einer chemischen Reaktion bei der Hydratphasen entstehen. Diese sogenannte Hydratation erzeugt Wärme.

Bei der Wärmeflusskalorimetrie wird unter konstanten Temperaturen (ca. 30 Grad Celsius) die kontinuierliche Freisetzung von Wärme bei Zugabe von Wasser gemessen. Die Dokumentation dieser Wärmeentwicklung im Laufe der Zeit (siehe Abbildung) ist eine Art Unterschrift des jeweiligen Bindemittels. Die Höhe und der Zeitpunkt der Wärmepeaks hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie der Temperatur, der Zusammensetzung des Bindemittels, wie fein es gemahlen ist, und dem Verhältnis von Wasser zu Bindemittel.

Diese Laboruntersuchung dauert in der Regel 5 Arbeitstage und ist die Grundlage für die TempJet Auswertung. Dabei werden Aufzeichnungen aus dem Wärmeflusskalorimeter verwendet, um die Wärmefreisetzung des Bindemittels zu modellieren. Diese Informationen werden mit der Wärmeentwicklung der „In Situ“ Messung verglichen. Mit Hilfe des TempJet Algorithmus ist es dann möglich, auf den Durchmesser und den Zementgehalt der Düsenstrahlsäule rückzuschließen.