1. Prinzip der dynamischen Verdichtung
Die dynamische Verdichtung beruht darauf, den Boden oder das Asphaltmischgut durch Stampfen, Rütteln oder durch Schwingungen so anzuregen, daß eine Kornumlagerung in eine dichtere Position erfolgen kann.
Die Stampfverdichtung nutzt die Bewegungsenergie des auf den Boden zurückfallenden Gerätes. Der Verdichtungseffekt hängt beim Stampfer in erster Linie von der Auftreffgeschwindigkeit und der schwingenden Masse ab.
Die Vibrationsverdichtung beruht darauf, daß der Boden oder das Asphaltmischgut durch das Einleiten von schnell aufeinander folgenden Kräften in Schwingung versetzt wird. Die dynamischen Kräfte setzen die Einzelkörner derart in Bewegung, daß kurzzeitig ihre gegenseitige Reibung vermindert und eine Kornumlagerung in eine dichtere Position möglich wird.
Die Vibrationen werden mit einem rotierenden Excenter erzeugt, dessen Drehzahl die Frequenz der Vibration bestimmt. Die Frequenz ist die Anzahl der Exzenterumdrehungen pro Sekunde und wird in Hertz angegeben.
Die schwingende Maschinenmasse ist vom restlichen Geräteteil schwingungstechnisch durch Gummipuffer getrennt. Die teoretische Amplitude wird durch das Gewicht der schwingenden Maschinenmasse sowie durch Geometrie und Gewicht des Exzenters bestimmt.
Für den Verdichtungserfolg sind sowohl gerätespezifische als auch materialspezifische Einflüsse zu berüchsichtigen. Zu den wichtigsten gerätespezifischen Faktoren zählen:
- Gewicht
- Schwingende Masse
- Frequenz und Amplitude
- Walzgeschwindigkeit
2. Gewicht
Die Verdichtungswirkung eines Verdichtungsgrätes wird wesentlich von seinem Gewicht bestimmt. Das Gewicht wird über die Bandage bzw. das Mischgut übertragen. Der über die Berührungsfläche ausgeübte spezifische Flächendruck ändert sich mit dem Verdichtungsfortschritt. Mit zunehmender Verdichtung wird die Berührungsfläche kleiner und der spezifische Flächendruck größer.
Als Maß für die Verdichtungswirkung von Walzen wird die statische Linienlast herangezogen. Eine höhere statische Linienlast bedeutet eine größere Wirktiefe der Walze. Dies bedeutet, daß verdichtungswillige Materialien und größere Schichtdicken verdichtet werden können.
3. Schwingende Masse
Die schwingende Masse ist der Teil der Maschinenmasse, der von der Erregerwelle in Schwingung versetzt wird. Durch Variation der schwingenden Masse läßt sich bei Kontanthalten der anderen Maschinenparameter der Verdichtungswirkung beeinflussen.
Mit der Zunahme der schwingenden Masse vergrößert sich die Wirktiefe des Verdichtungsgerätes. Der Einfluß der schwingenden Masse läßt sich durch zwei unterschiedliche schwere Hämmer veranschaulichen.
4. Frequenz und Amplitude
Frequenz und Amplitude beeinflussen maßgeblich die Verdichtungswirkung von Vibrationsgeräten. Auch hier kann man sich den Einfluß der Amplitude mit der Wirkung eines Hammers veranschaulichen, der aus unterschiedlicher Höhe auf einen Nagel trifft.
Große Amplituden in Kombination mit niedriger Frequenz werden für große Schichtdicken verwendet. Sie eignen sich insbesondere zur Verdichtung von Böden. Neigen Böden zur Oberflächenauflockerung, wählt man die Kombination kleine Amplitude und hohe Frequenz oder verdichtet in den beiden letzten Übergängen ohne Vibration.
Bei der Verdichtung von Asphaltschichten darf die Amplitude eine gewisse Größe nicht überschreiten, um Unebenheiten und Kornzertrümmerung zu vermeiden. Hier sind kleinere Amplituden mit höheren Frequenzen vorzuziehen.
5. Walzgeschwindigkeit
Die Walzgeschwindigkeit spielt bei der Vibrationsverdichtung eine wichtige Rolle. Mit steigender Geschwindigkeit nimmt die angebotene Verdichtungsenergie je Oberflächeneinheit ab. Mit der Erhöhung der Geschwindigkeit vergrößert sich auch der Vibrationsabstand zwischen zwei vertikalen Bewegungen des Verdichtungsgerätes. Bei der Asphaltverdichtung können durch einen zu großen Vibrationsabstand Querwellen an der Oberfläche entstehen.
Der Vibrationsabstand wird neben der Geschwindigkeit auch von der Frequenz beeinflußt. Je schneller die Walze und je niedriger die Frequenz ist, desto größer wird der Vibrationsabstand und die Tiefe der Querwelle. Dies verursacht einen deutlichen Rückgang der Ebenheit der Schicht.
Folgende Walzgeschwindigkeiten werden empfohlen:
1 - 4 km/h für die Bodenverdichtung
2 - 6 km/h für die Asphaltverdichtung.
Die Geschwindigkeiten von Vibrationsstampfern und -platten können nicht direkt vom Anwender beeinflußt werden, sondern hängen von den Konstruktionsmerkmalen des Gerätes, von Frequenz und Amplitude sowie von den materialspezifischen Einflüssen ab.
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