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Zeitverfestigung ?!

Schüttgüter können bei Lagerung im unbewegtem Zustand (wenn sie dabei nicht geschert werden) sich Zeitverfestigen. Zeitverfestigungen werden durch chemische und physikalische Vorgänge z.B. durch Kristallisations-, Sintervorgänge oder chemische Feststoffreaktionen hervorgerufen. Bei nichterkennen können technologische Probleme durch erhöte innerer/effektiver Reibung, Druckfestigkeit entstehen.

Die Messung der Zeitverfestigung entspricht dem einer "direkten" Messung des Fließortes, wobei die Probe vor jedem Abscherpunkt unter Normalspannung und Scherspannung gelagert werden muss. Dies kann innerhalb des Schergeäts oder bei hohen Lagerzeiten auch ausserhalb geschehen. Bei kürzeren Zeitintervallen können Mehr-Punkt-Messungen zur Bestimmung des Fließortes durchgefürht werden. Bei größeren Zeitintervallen werden auch oft Ein-Punkt-Messungen durchgeführt. Die Zeitverfestigung hat größeren Einfluß auf die Kohäsion und weniger auf den inneren Reibungswinkel des Fließortes. Dadurch kann auch mit einer Ein-Punkt-Messung der Fließort oftmals ausreichend gut ermittelt werden.

Die Ergebnisse werden dann mit der "direkten" Fließort-Messung ohne Zeitverfestigung verglichen.

  • Ein Fließort (YL) (fünf-Punkt-Messung) bei σr ohne Zeitverfestigung

  • + weiter Fließorte (YL) (ein-Punkt-Messungen) mit Zeitkonsolidierung bei der selben Referenzspannung σr,
    (nach 30 Minuten, 60 Minuten, ... , 6 Stunden, 12 Stunden, ... , 24 Stunden, 48 Stunden, ..., etc.)

time yield locusBei auffinden von Zeitverfestigung, kann dann einen kompletter Fließort (mehrere Abscherpunkte) inkl. Zeitverfestigung gemessen weden. Da dabei, für jeden einzelnen Abscherpunkt, jedoch immer wieder die komplette Lagerzeit eingehalten werden muss, führt dies je nach Zeitfenster zu langen, kostenintensiven Messreihen.
Oftmals ist jedoch der innere Reibungswinkel des Zeitfließortes nahezu identisch mit dem direkten Fließort und nur in Tau-Richtung hin zu größeren Spannungen verschoben. Um den Einfluss der Zeitverfestigung auf das Fließverhalten beurteilen zu können, wird daher der direkte Fließort auf das Niveau des Zeitfließortes verschoben und fließt so korregiert in die weiterführenden Berechnung ein.

 

SAMPLE MATERIAL 1     YL     yield locus common statistic reportYIELD LOCUS COMMON STATISTIC REPORT
       
            yield locus measurement reportYIELD LOCUS MEASUREMENT 1a
σr = 150 gf/cm², σN = (150, 120, 90, 60, 30) gf/cm²
           
            yield locus measurement reportYIELD LOCUS MEASUREMENT inklusive TIME CONSOLIDATION
σr = 150 gf/cm², σN = 150 gf/cm², t = 8 hours
           

 

 

file name YL1a.yl
device SHEAR-TEST.com ST200AUTO
shear cell RSL ST30.cel  

Δσ + 0 Pa  
ΔΤ + 0 Pa

SHEAR STRESSES - MEASUREMENT ACCORDING ASTM D6682-01
σr Τrm   Τrs   σN Τm   Τs  
[Pa] [Pa]   [Pa]   [Pa] [Pa]   [Pa]  

14806 10187   9382   14806 10040   9503  
14806 10040   9503   11864 8510  
14806 10080   9409   8922 6819  
14806 9759   9302   5980 4994  
14806 9637   9382   3038 2980  

ρb0 = 0.479 g/cm³ bulk density
ρbr = 0.702 g/cm³ density σr
φi = 30.9 deg angle of internal friction
Τc = 1320 Pa cohesion
σ1 = 32805 Pa major principal stress
σc = 4661 Pa unconfined compressive strength
...    
FL = 7.04 flowability factor = σ1 / σc
R = 0.999 coefficient of correlation
φe = 34.6 deg effective angle of friction ≙ φi at DIN1055-6, EN1991-4

 

file name YL1 8hour.yl
device SHEAR-TEST.com ST200AUTO
shear cell RSL ST30.cel 50cm³ / 30cm²

Δσ + 0 Pa  
ΔΤ + 0 Pa


SHEAR STRESSES - MEASUREMENT ACCORDING ASTM D6682-01
σr Τrm   Τrs   σN Τm   Τs  
[Pa] [Pa]   [Pa]   [Pa] [Pa]   [Pa]  

14806 12310   11505   14806 12163   11626  

 

file name YL1a tc.yl
device SHEAR-TEST.com ST200AUTO
shear cell RSL ST30.cel  

Δσ + 0 Pa  
ΔΤ + 2123 Pa


SHEAR STRESSES - MEASUREMENT ACCORDING ASTM D6682-01
σr Τrm   Τrs   σN Τm   Τs  
[Pa] [Pa]   [Pa]   [Pa] [Pa]   [Pa]  

14806 12310   11505   14806 12163   11626  
14806 12163   11626   11864 10633  
14806 12203   11532   8922 8942  
14806 11882   11425   5980 7117  
14806 11760   11505   3038 5103  


ρb0 = 0.479 g/cm³ bulk density
ρbr = 0.702 g/cm³ density σr
φi = 30.9 deg angle of internal friction
Τc = 3443 Pa cohesion
σ1 = 36553 Pa major principal stress
σc = 12157 Pa unconfined compressive strength
...    
FL = 3.01 flowability factor = σ1 / σc
φe = 40.3 deg effective angle of friction ≙ φi at DIN1055-6, EN1991-4

 

 

time consolidation comparison

 

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