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Betonzerkleinerung im Prallbrecher - Experiment und Simulation

Jeschke, Hagen / Poppy, Wolfgang / Schubert, Wolfgang

Der unbefriedigende Stand der Technik beim Betonrecycling ist vor allem darauf zurückzuführen, dass die Vorgänge in Prallbrechern nur schwer beobachtet, messtechnisch nur unvollkommen erfasst und deshalb bisher weder vollständig beschrieben, noch umfassend analysiert und berechnet werden können. Mit experimentellen Untersuchungen und analytischen Stoßbetrachtungen gelingt es, Zusammenhänge zwischen den Zerkleinerungsbedingungen im Prallbrecher und den physikalischen Eigenschaften der reryklierten Gesteinskörnungen zu finden. Neben den experimentellen Untersuchungen an einem Versuchsprallbrecher wird eine Computersimulation mit der Diskrete Elemente Methode (DEM) durchgeführt. Der für die Experimente eingesetzte Prallbrecher wird unter Anwendung der Vektorgeometrie maßstabgerecht dreidimensional in den Particle-Flow-Code (PFC) übertragen. Zunächst werden die modellierten Ausgangsstoffe sowie erste Simulationsergebnisse mit den experimentell ermittelten Daten abgeglichen. Auf Grundlage kalibrierter Simulationsparameter werden anschließend die Reaktionen auf veränderte Einflussparameter und die Wechselwirkungen beim Brechprozess von Beton im Prallbrecher bestimmt. Der Vergleich der simulierten Zerkleinerungsergebnisse mit den experimentellen Ergebnissen zeigt jedoch noch nicht die gewünschte Übereinstimmung bezüglich Aufschlussgrad und Korngrößenverteilung. Mit den Smulationsergebnissen sind bereits Aussagen über die Bewegungsbahnen der Bruchstücke im Inneren des Prallraums und über das Bruch- und Aufschlussverhalten des Betons nach jeder diskreten Schlagbeanspruchung möglich. Die beim tatsächlichen Massenstrom nicht zu ermittelnden Zerkleinerungsparameter nach jedem Bruchereignis - wie die massespezifische Zerkleinerungsgeschwindigkeit und die konvektive Körnergeschwindigkeit aller Korngrößenklassen - lassen sich so bestimmen. Für die Kornglößenanalyse werden im Simulationsprozess Größe und Anzahl der Cluster nach der Schlagbeanspruchung in einer bestimmten Projektionsebene ermittelt.

The unsatisfactory situation with regard to concrete recycling can be primarily attributed to the fact that the processes that take place in impact crushers are difficult to observe, so not all aspects of these processes have been accurately measured. Consequently, it has not yet been possible to obtain a complete description of these processes nor to analyse and calculate them comprehensively. On the basis of empirical studies and analytical considerations of the impact processes, correlations have been found between the conditions of comminution in impact crushers and the physical properties of the recycled particles. In addition to the empirical studies with a test impact crusher, a computer simulation with the Discrete Element Method (DEM) was performed. With the application of vector geometry, the impact crusher used in the experiments was simulated in a three-dimensional scale model based on Particle Flow Code (PFC). First the modelled starting materials as well as the first simulation results were compared with the empirically determined data. On the basis of calibrated simulation parameters, it was then possible to determine the reactions to changes in the parameters and the interactions during the crushing of concrete in the impact crusher.