Abrasivität & Verschleiß

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1 Lehrstuhl für Ingenieurgeologie Technische Universität München Abrasivität & Verschleiß Altes Thema in neuem Licht? Kurosch Thuro mit besonderem Dank an Heiko Käsling Vortrag am Geotechnischen Institut der TU Wien, 11. Mai 2011 Verschleiß bei Schneidrollen/Disken Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 2

2 Verschleiß bei Rundschaftmeißeln Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 3 Sind Lockergesteine ebenfalls abrasiv?! TBM Schildmaschinen! Bohrpfahlherstellung Schälmesser Rollenmeißel Rundschaftmeißel Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 4

3 Verschleiß an Bohrwerkzeugen Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 5 3-%2-45/'*, *%+&%(,)-) *%$('.%) 3-162(45"7, 1"+23(,%,4 5"'"6%&%') 70+%/%(+&#,., *%$('.+/0+#,.) *%'8&%4)-)9%':;%#.<%'+23/%(=,!"#$%&'(%$)!"#$%&'()*+,!-.'-/#/&+,0"12#/&, Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 6

4 Abrasivität beeinflusst Gebirgslösung 3-%2-45/'*, *%+&%(,)-) *%$('.%) 3-162(45"7, 1"+23(,%,4 5"'"6%&%') 70+%/%(+&#,., *%$('.+/0+#,.) *%'8&%4)-)9%':;%#.<%'+23/%(=,!"#$%&'(%$)!"#$%&'()*+,!-.'-/#/&+,0"12#/&, Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 7 Abrasivität beeinflusst Löseleistung! Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 8

5 Verschleiß & Abrasivität! Abrasivität! Eigenschaft des Gesteins (Materials), einen Werkzeugverschleiß hervorzurufen! Verschleiß an gesteinsbearbeitenden Werkzeugen! Vorgang eines fortschreitenden Materialverlustes! aus der Bearbeitungsoberfläche des Werkzeuges! bedingt durch den mechanischen Kontakt und Relativbewegung! des Werkzeuges zum Gestein! Verschleiß von Werkzeugen! keine eigene Materialgröße! gesteuert von einem System sich beeinflussender Faktoren! Werkzeug - Gestein! Inhomogenität & Verteilung der Komponenten, Korngröße, Festigkeit, messbare Abrasivität von Komponenten Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 9 Bestimmung der Abrasivität! CERCHAR-Abrasivitätsversuch hat sich für Untersuchung von Festgesteinen etabliert! LCPC-Abrasivitätsversuch (Abroy-Versuch) wird in Europa vermehrt in Fest- und Lockergesteinen eingesetzt! NTNU-Versuche für Fest- und Lockergesteine (Skandinavien, Nordamerika)! Zahlreiche weitere Versuche für spezielle Fragestellungen (z. B. Los Angeles-Test,... )! Abrasivitätsuntersuchungen können lediglich ein Verschleißpotential ergeben! Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 10

6 Dünnschliff-Modalanalyse Äquivalenter Quarzgehalt Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 11 CERCHAR-Abrasivitäts-Test Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 12

7 CERCHAR-Abrasivitäts-Test! Fränzösische Norm NF P und zahlreiche weitere Veröffentlichungen! CERCHAR-Abrasivitäts-Index (CAI) wird weltweit als Eingangsparameter in Verschleißprognosen verwendet (Diskenverschleiß nach GEHRING oder CSM)! Zahlreiche Versuchsmodifikationen weltweit! große Abweichungen der Ergebnisse! Stahlsorte und härte, Prüfgerät (Stabilität!)! Probekörper-Oberfläche (bruchrau oder gesägt)! Ablesung, Anzahl der Einzelversuche, Orientierung Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 13 CAI Äquivalenter Quarzgehalt Auswertung in einer geologischen Einheit THURO & KÄSLING, Geomechanik & Tunnelbau 2, 2009 Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 14

8 CAI Äquivalenter Quarzgehalt Auswertung für viele unterschiedliche Gesteine Extreme Streuung, wenn beliebige Gesteine zusammengestellt werden! CAI ist gegenüber ÄQu Festigkeits-gesteuert! PLINNINGER, KÄSLING, THURO & SPAUN Geotechnik 02/2002 Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 15 CAI Äquivalenter Quarzgehalt Auswertung für viele unterschiedliche Gesteine Keine Übereinstimmung mit der Arbeit von WEST 1989! nach WEST 1989 in PLINNINGER et al Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 16

9 CAI Härte des Prüfstiftes KÄSLING & THURO Baugrundtagung 2010 Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 17 CAI Härte des Prüfstiftes KÄSLING & THURO Baugrundtagung 2010 Keine Daten mit CAI größer 4!? Daten aus Rostami et al Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 18

10 CERCHAR-Abrasivitäts-Index Klassifizierung Verschleißpotential! Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 19 LCPC Abrasivitäts-Test Abroy Versuch FNOR P THURO & KÄSLING 2009 Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 20

11 Massenverlust des Stahlflügels: LCPC-Abrasivitäts-Koeffizient (LAK) [g/t] Masse des Feinkorns (<1,6 mm) nach dem Versuch: Bei Lockergesteinen nicht bestimmbar LCPC-Brechbarkeits-Koeffizient (LBK) [%] Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 21 Kornsummenkurven vor/nach dem LCPC Test Probe KP07: GU - quarzreicher Kies LAK = 1540 g/t Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 22

12 Kornsummenkurven vor/nach dem LCPC Test Probe KP08: SU - quarzreicher Sand LAK = 100 g/t Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 23 LCPC-Abrasivitätsversuch! Entwickelt am Laboratoire Centrale des Ponts et des Chaussées (Paris)! Französische Norm P (1990) Granulats: Essai d abrasivité et de broyabilité.! wenige Publikationen vor 2006 (z. B. BÜCHI et al. 1995)! Normung beschreibt nur das Versuchsgerät! Erarbeitung einer Empfehlung durch den AK 3.3 Versuchstechnik Fels der DGGT! Rahmenbedingungen! Einheitliches Klassifikationsschema für CAI und LAK erforderlich! Anwendung des Versuches in Boden und Fels möglich Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 24

13 Korrelation Abrasivität CAI - LAK THURO & KÄSLING 2006 Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 25 Korrelation Abrasivität CAI - LAK Geradengleichung ist abhängig vom Datenbestand! Verschleißpotential! THURO & KÄSLING 2009 Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 26

14 Korrelation Abrasivität CAI - LAK KÄSLING & THURO 2010 Baugrundtagung! Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 27 LCPC Abrasivitäts Koeffizient LAK Klassifizierung Verschleißpotential! Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 28

15 Korrelation LAK - Äquivalenter Quarzanteil KÖHLER, MAIDL & MARTAK 2011 Keine Korrelation erkennbar? KÖHLER, MAIDL & MARTAK Geomechanics & Tunnelling 1/2011 Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 29 Korrelation LAK - Äquivalenter Quarzanteil Thuro & Käsling 2009 Im Gesamtzusammenhang schon! THURO & KÄSLING 2009 mit Daten von KÖHLER et al Gehalt an abrasiven Komponenten (%) Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 30

16 LCPC Test Ergebnisse Vergleich mit Komponenten-Analyse Sandstein Quarz LAK = 1000 g/t Probe KP04: GW quarzreicher Feinkies-Fraktion Kies Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 31 LCPC Test Ergebnisse Vergleich mit Komponenten-Analyse 25% LAK = 80 g/t Kalk Quarz 6% 1% 1% 4% 6% 57% SU* quarzreicher Sand Quarzknauern, Gangquarz quarzreiches Kristallin (z.b. Quarzite, Gneise) Lydite, Hornsteine Buntsandstein (rot gefärbter Quarzsandstein) andere quarzitisch gebundene Sandsteine karbonatisch gebundene Sandsteine Karbonate (Kalke) Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 32

17 Klassifikation der Abrasivität LCPC-Abrasivitäts-Koeffizient - Korngröße THURO & KÄSLING 2009 Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 33 Klassifikation der Abrasivität LCPC-Abrasivitäts-Koeffizient - Korngröße THURO & KÄSLING 2009 Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 34

18 Klassifikation der Abrasivität LCPC-Abrasivitäts-Koeffizient - Korngröße THURO & KÄSLING 2009 Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 35 Klassifikation der Abrasivität LCPC-Abrasivitäts-Koeffizient - Korngröße Projektdaten Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 36

19 Korrelation LAK - Rundungsgrad KÄSLING 2011 Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 37 Untersuchung der Abrasivität! Abrasivität mit dem LCPC Test! 1:1 Versuch wünschenswert, aber nicht wirtschaftlich! neue Ansätze: Adam & Drucker, TU Wien! Korngrößenverteilung! Komponentenanalyse! vor allem Quarz, Kristallin (Amphibolite, Eklogite...)! Gesteinszusammensetzung qualitativ - quantitativ! Rundungsgrad der Komponenten! Lagerungsdichte & Gesamtporosität! Geologische Entstehung Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 38

20 Geologische Einflussfaktoren auf die Abrasivität bzw. den Verschleiß! Material der Komponenten! Quarz hat hohe Abrasivität, Karbonat niedrige! Korngrößenverteilung! Abrasivität nimmt mit der Korngröße überproportional zu! Einfluss der Steine! Kornrundung! Abrasivität nimmt mit dem Rundungsgrad ab! Lagerungsdichte! Verschleiß nimmt mit der Lagerungsdichte zu! Verfestigte Lagen! Verschleiß steigt in solchen Lagen extrem an! Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 39 Schlussfolgerungen! Quarzreiche Kiese! sehr hohe bis extrem hohe Abrasivität! Massenanteil entscheidend! hoch abrasive Gesteine (Quarz, Amphibolite etc.)! grobe Komponenten (Kies - Steine - Blöcke)! Besonders problematisch! verfestigte Lagen (! z.b. Konglomerate)! untergeordnete Rolle! Sande, Tone und Schluffe! Korn-Gemische! hoher Ton-Schluff-Anteil dämpft, d.h. geringere A. Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 40

21 Zusammenfassung! Versuchsempfehlung für den CERCHAR-Versuch des DGGT AK3.3 Versuchstechnik Fels ist fertig gestellt! Empfehlung für LCPC-Versuch und petrografische Untersuchungen sind in Vorbereitung! Die richtige Probennahme nimmt eine zentrale Stellung ein! Verlassen Sie sich nie auf reine Zahlenwerte und einzelne Parameter! Kombinieren Sie vorhandenes Wissen und bewerten Sie die erhaltenen Ergebnisse hinsichtlich ihrer Plausibilität Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 41 Abrasivität "! Verschleiß Abrasivitätsklassifikation nicht abrasiv kaum abrasiv schwach abrasiv abrasiv stark abrasiv extrem abrasiv Verschleißbezeichnung kein Verschleiß geringer Verschleiß normaler Verschleiß hoher Verschleiß sehr hoher Verschleiß extrem hoher Verschleiß Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 42

22 Abrasivitätsuntersuchungen... wie beim Zahnarzt:! nicht Vorbeugen ist besser als Bohren, aber! Fundierte Voruntersuchen sind allemal besser als Nachträge! Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 43 Publikationen online Thuro Abrasivität und Verschleiß - altes Thema in neuem Licht? 44

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