Abrasivität von Lockergestein - Parameterstudien mit dem Wiener Abrasimeter

Abstract

Das Thema der vorliegenden Diplomarbeit ist die Untersuchung der Abrasivität von Lockergestein, die für geotechnische Anwendungen, insbesondere im Zusammenhang mit Werkzeugverschleiß in der Baupraxis, von großer Bedeutung ist. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Analyse und Bewertung der Abrasivität verschiedener Lockergesteine unter unterschiedlichen Bedingungen mithilfe des Wiener Abrasimeters. Ziel ist es, eine bestehende Forschungslücke zu schließen, indem die Laborversuche mit dem Wiener Abrasimeter detailliert untersucht sowie dessen Vor- und Nachteile aufgezeigt und bewertet werden.Daher wurden folgende Forschungsfragen formuliert: Wie beeinflussen die Mineralogie, die Korngrößenverteilung und der Wassergehalt die Abrasivität von Lockergesteinen? Wie reproduzierbar sind die mit dem Wiener Abrasimeter erzielten Ergebnisse? Welche Mechanismen führen zum Phänomen des „Freischlagens“ während der Versuche, und wie kann dieses Phänomen identifiziert werden? Um diese Fragen zu beantworten, wurden im Erdbaulabor der TU Wien Versuchemit dem Wiener Abrasimeter durchgeführt. Dabei wurden Proben aus der Kiesgrube Fischamend sowie Material der Firma Scherf unter verschiedenen Bedingungen getestet. Insgesamt wurden 47 Versuche durchgeführt, bei denen Korngröße, Mineralogie und Wassergehalt variiert wurden.Die Untersuchungen ergaben, dass die Mineralogie, insbesondere die Härte der einzelnen Körner, einen signifikanten Einfluss auf die Abrasivität hat. Härtere Mineralien wie Quarz führten zu höheren Abrasivitätswerten. Es zeigte sich zudem, dass feinere Körnungen zu deutlich niedrigeren Abrasivitätsindizes führten und schneller zum Phänomen des „Freischlagens“ neigten, was die Aussagekraft der Ergebnisse beeinträchtigen kann. Auch der Wassergehalt spielte eine wichtige Rolle: Ein höherer Wassergehalt führte tendenziell zu einer stärkeren Kornzerkleinerung und somit zu einem höheren Abrasivitätsindex. Die Reproduzierbarkeit der Versuche variierte abhängig von den spezifischen Bedingungen, war jedoch in den meisten Fällen zufriedenstellend. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Arbeit bestätigen die wesentlichen Einflussfaktoren auf die Abrasivität und legen eine Grundlage für zukünftige Forschungen zur Optimierung des Wiener Abrasimeters sowie zur Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit von Werkzeugverschleiß. Noch ungelöst bleibt die vollständige Erklärung des Phänomens des „Freischlagens“ und dessen Einfluss auf die Messergebnisse. Dies sollte in weiterführenden Forschungsarbeiten untersucht werden, um die Ergebnisse weiter zu präzisieren und die Anwendung in der Praxis zu optimieren.

The topic of this diploma thesis is the investigation of the abrasiveness of soil material, which is of great importance for geotechnical applications, especially in connection with tool wear in construction practice. The focus of this thesis is on the analysis and evaluation of the abrasiveness of different soil materials under different conditions, using the so called “Wiener Abrasimeter”. The aim of this diploma thesis is to close an existing research gap by examining laboratory tests with the Wiener Abrasimeter in detail and by demonstrating and evaluating its advantages and disadvantages.The following research questions were therefore formulated: How do mineralogy, grain size and water content influence the abrasiveness of soil material? How reproducible are the results obtained with the Wiener Abrasimeter? What mechanisms lead to the phenomenon of “Freischlagen” during the tests, and how can this phenomenon be identified? Tests were carried out with the Wiener Abrasimeter to answer these questions. Samples from the Fischamend gravel pit and material from the Scherf company were tested under different conditions. A total of 47 tests werecarried out in which grain size, mineralogy and water content were varied.The tests showed that mineralogy, particularly the hardness of the grain components, has a significant impact on abrasiveness. Harder minerals, such as quartz, led to higher abrasiveness values. It was also found that finer material led to significantly lower abrasiveness indices and tended to exhibit the phenomenon of “Freischlagen” more quickly, which can affect the reliability of theresults. Additionally, water content also played an important role: a higher water content tendedto lead to greater grain size reduction and thus to a higher abrasiveness index. The reproducibility of the tests varied depending on the specific conditions but was satisfying in most cases.The main results of this work confirm the main factors influencing abrasiveness and provide a basis for future research to optimize the Wiener Abrasimeter and improve the prediction accuracy of tool wear. However, the complete explanation of the phenomenon of “Freischlagen” and its influence on the measurement results is still unresolved. This should be investigated in further re-search work in order to further specify the results and optimize the application in practice.