Betonmischer

Eine wichtige Kenngröße zur Beurteilung der Gleichmäßigkeit eines Betongemenges ist die Mischgüte. Diese wird mit Hilfe der Streuung um den Mittelwert mehrerer Stichproben aus dem Gesamtgemenge beschrieben. Die Mischgüte stellt hierbei lediglich die distributive Verteilung des Partikelkollektivs dar. Der Einfluss der Mischerbauart und der Betriebsparameter auf die Mischgüte wird in der Betontechnologie oftmals unter dem Sammelbegriff „Mischintensität“ zusammengefasst. Ein wesentlich effektiverer und physikalisch korrekter Parameter ist die Scherrate, als Geschwindigkeitsdifferenz in Bezug auf die Scherspaltbreite. Diese lässt sich u. a. mit Hilfe von Prozesssimulationen berechnen.

Bei der Produktion von Betongemengen bilden Feststoffmischer die Basis eines so genannten einstufigen Mischverfahrens. Der technologische Betriebsablauf setzt sich dabei aus verschiedenen Teilvorgängen zusammen. Vereinfachend kann in einen Trocken- und einen Nassmischprozess unterteilt werden. Der Trockenmischprozess wird von einem stetigen Homogenisierungsprozess der Schüttgutmatrix mit anschließender Feuchtemessung begleitet. Im Nassmischprozess werden die Bindemittelkomponenten dem Schüttgut untergemischt. Diese einzelnen Teilvorgänge werden zwischen den Betonherstellern in der Praxis unterschiedlich ausgelegt. Ziel bei der Produktion ist u. a. die Mischzeiten zu verkürzen und folglich mehr Betongemenge pro Zeiteinheit herzustellen. Die aus dem Nassmischprozess resultierende Nassmischzeit bildet zugleich die Hauptmischzeit, bei der die wesentlichen Eigenschaften von Betongemengen ausgebildet werden. Die Nassmischzeit ist von der Art des Betongemenges und der anvisierten Konsistenz abhängig.

Die grundlegenden Mischmechanismen beim Feststoffmischen sind die Distribution und die Dispersion. Bei beiden Mechanismen wird eine Zwangsvermengung von Partikelkollektiven zugrunde gelegt. Die Distribution (auch Konvektion oder Homogenisierung) bezeichnet die Grobvermischung von Feststoffpartikeln (Gesteinskörnungen, Zement, Zusatzstoffe). Einzelne Partikelkollektive werden solange gegeneinander verschoben, bis keine Konzentrationsunterschiede mehr wahrzunehmen sind. Die Dispersion (auch Dispergieren) beinhaltet das Zerteilen von Agglomerationen und Aggregationen. Unter Verwendung moderner Fließmittel wie z.B. Polycarboxaltether (PCE) werden verschiedene Interaktionen zwischen den Bindemittelkomponenten hervorgerufen, die das Dispergieren unterstützen. Unerwünschte Nebeneffekte können beim Feststoffmischen durch nicht gewollte Zerkleinerungsmechanismen auftreten. Bei einer zu hohen Mischintensität kann es zu einer Partikelgrößenreduktion durch Attritionsbeanspruchungen bis hin zum Partikelbruch durch Scherbeanspruchungen kommen. Beide führen eine Veränderung der Sieblinie herbei.

Im Fokus des Feststoffmischens steht die Distribution, also die Homogenisierung von Partikelkollektiven. Das Vermischen flüssiger Bestandteile (Wasser, Zusatzmittel) wird hier nur sekundär betrachtet, da diese im Vergleich zu den Feststoffbestandteilen von Betongemengen in nur geringen Mengen vorhanden sind. Jedoch gilt es auch hier, einen entsprechenden Konzentrationsausgleich zu erzielen. Wechselwirkungen zwischen den flüssigen (Wasser, Zusatzmittel) und den feindispersen (Zement, Zusatzstoffe) Stoffsystemen werden zunächst außer Acht gelassen, obwohl dies aus betontechnologischer Sicht vermutlich der fundamentalste Aspekt eines Mischvorgangs ist.