8. Zusammenfassung und Ausblick
8.1 Abrasivität von Lockergestein
8.1.1 Zukünftige Forschungen auf dem Gebiet der Lockergesteinsabrasivität
Bislang liegen noch relativ wenige Vergleichswerte von TU Wien Abrasivitätsindizes vor. Für die Bauwirtschaft wäre die Erstellung eines Katalogs von TU Wien Abrasivitätsindizes verschiedenster Lockergesteine jedoch wertvoll. Mit Vorliegen einer ausreichend großen Datensammlung könnte in weiterer Folge ein Klassifizierungsschema ausgearbeitet werden, das zumindest die Wertebereiche der TU Wien Abrasivitätsindizes AIW für wenig, mittel und stark abrasive Lockergesteinen voneinander abgrenzt.
Darüber hinaus bestehen noch spezielle Fragestellungen bezüglich der Zusammenhänge zwischen den Einflussfaktoren auf die Abrasivität von Lockergestein, welche bislang nicht ausreichend untersucht wurden. So könnte bspw. der Vermutung nachgegangen werden, dass Sand in trockenen und in nassen Abrasimeterversuchen unterschiedliche Auswirkungen auf die Abrasivität des Korngemisches hat. Der Einfluss von Grobkomponenten in einer feinkörnigen Matrix ist vermutlich von den Plastitzitätseigenschaften der Matrix bestimmt, was durch einige gezielte Versuche verifiziert werden könnte. Durch umfassende Parameterstudien könnten eventuell Korrelationen zwischen Drehflügelverschleißmassen bei Verwendung von Bruchkörnungen und jenen bei Verwendung der ursprünglichen Korngrößen herausgearbeitet werden.
Schließlich wären auch Korrelationsuntersuchungen zwischen dem im TU Wien Abrasimeterversuch aufgebrachten Auflastgewicht und den Lagerungsdichten von natürlichen Böden erforderlich. Zu
diesem Zweck könnte ein gänzlich neuer Lösungsansatz entwickelt werden, der ein Gerät zur in situ-Abrasivitätsuntersuchung vorsieht. Ein solches Gerät wäre ähnlich einer schweren Rammsonde vorstellbar, mit einer normierten Prüfspitze, die mit konstanter Kraft und gleichbleibender Kinematik in den Boden eingebracht werden müsste. Auf diese Weise wäre das Prüfprinzip aller Abrasivitätstests umsetzbar und aus dem Verschleiß der Prüfspitze könnte auf die Abrasivität des Bodens geschlossen werden. Steine und Blöcke, aber auch Verhärtungen und andere Inhomogenitäten des untersuchten Bodens könnten – entsprechend ihrer Auftretenswahrscheinlichkeit – mit der direkten Untersuchungs-methode erfasst werden. Der größte Vorteil einer in situ-Abrasivitätsermittlung läge jedoch in der Einbeziehung der natürlichen Lagerungsdichte am Aufschlusspunkt. Dem steht der Nachteil gegenüber, dass gezielte Parameterstudien mit einem in situ-Test nicht durchführbar wären, Vergleichsversuche mit dem TU Wien Abrasimeter würden hierzu hilfreich sein.
Schließlich besteht auch für das TU Wien Abrasimeter noch ein Geräteverbesserungspotential: Die Messung der Leistungsaufnahme des Motors könnte bspw. Rückschlüsse auf den Drehflügel-verschleiß (und damit auf die Abrasivität der Bodenprobe) sowie über dessen Verlauf während der Versuchsdurchführung (und damit auf die Kornverfeinerungen) erlauben. Eine automatische Zählung und Dokumentation der ausgeführten Drehflügelumdrehungen könnte nicht nur die Beaufsichtigung der Versuchsdurchführung unnötig machen, sondern würde auch den im Messintervall zurückgelegten Verschleißweg absichern.
8.2 Werkzeugverschleiß im Spezialtiefbau
Bauarbeiten in Lockergestein führen immer zu Verschleiß an den mit dem Boden in Kontakt stehenden Werkzeugen und Bauteilen, was in weiterer Folge Kosten verursacht. Direkte Verschleiß-kosten sind alle Kosten für die Wartung und Instandhaltung der Werkzeuge (PersonalVerschleiß-kosten, Stillstandszeiten, Kosten der Ersatzteile). Darüber hinaus entstehen durch Leistungsminderungen infolge des Einsatzes von verschlissenen Werkzeugen auch indirekte Verschleißkosten. Das übergeordnete Ziel einer Verschleißprognose im Tiefbau ist die Kalkulation der direkten und indirekten Verschleißkosten. Dazu wird in der Regel die Standzeit der Werkzeuge z.B. in Abhängigkeit von der geförderten Bodenkubatur herangezogen, welche erfahrungsgemäß auch bodenabhängig ist.
Größe und Ausbildungsform der Verschleißerscheinungen (ebenso wie etwa Temperaturent-wicklungen oder akustische Phänomene) sind jedoch Resultate des gesamten wirksamen tribologischen Systems. Der im Umgang mit losem, mineralischem Material i.A. vorherrschende Verschleißmechanismus ist Abrasion, zusätzlich können aber auch Oberflächenzerrüttung und Tribokorrosion in nennenswertem Ausmaß wirksam werden. Das in Ausarbeitung befindliche Merkblatt
„Abrasivitätsbestimmung von grobkörnigem Lockergestein“ definiert „abrasiven Verschleiß“ daher als
„Materialabtrag in einem Tribosystem, wenn Rauheitsspitzen des Gegenkörpers, oder harte Teilchen eines Zwischenstoffs, in die Randschicht des Grundkörpers eindringen“ [18]. Abrasiver Verschleiß ist darüber hinaus von ereignisbezogenen Bruch- oder Verformungsschäden der Werkzeuge abzu-grenzen.
Nachfolgende Abbildung 8-1 verdeutlicht die komplexen Zusammenhänge innerhalb des tribologischen Systems „bodenbearbeitendes Werkzeug – Boden“: Der Werkzeugverschleiß wird qualitativ und quantitativ von der Abrasivität und den Umgebungseigenschaften des Baugrunds, den werkstofflichen und geometrischen Eigenschaften des Werkzeugs selbst sowie von dem, durch das Bauprojekt und das Ausführungsverfahren definierte, Beanspruchungskollektiv bestimmt. Gleichzeitig können, in Abhängigkeit vom bearbeiteten Boden und der Bearbeitungsart, bzw. dem Werkzeug, sowie dem Umgebungsmedium, sog. Zwischenstoffe entstehen, die definitionsgemäß „verschleiß-erhöhende oder -vermindernde Wirkung“ [12] haben können. Das Bauprojekt wird in der Regel von den Baugrundgegebenheiten mitbestimmt sein und die realisierten Bauverfahren werden, ebenso wie das eingesetzte Werkzeug, konkret auf den Baugrund abgestimmt. Häufig wird das Umgebungs-medium durch spezifische Bauverfahren verändert, bspw. durch den Einsatz von Bentonitsuspension.
Abbildung 8-1: Einflussfaktoren auf den Werkzeugverschleiß bei Spezialtiefbau- und Tunnelbauarbeiten und Darstellung der komplexen Abhängigkeiten innerhalb des Tribosystems.
Die Vielfalt der Bodenabbau- und Bodenbearbeitungsverfahren und -geräte, bzw. die generelle Unterschiedlichkeit der beteiligten Systemelemente, führt dazu, dass keine universell einsetzbaren Verschleißprognosemodelle existieren. In der Praxis werden daher häufig empirische Verschleiß-prognosen, auf Basis von Erfahrungswerten über den gewerkspezifischen Werkzeugverbrauch, erstellt. In weiterer Folge können die dokumentierten Werkzeugstandzeiten mit Leistungsauf-zeichnungen in Relation gebracht werden, wobei jedoch einschränkend zu berücksichtigen ist, dass beides nicht nur von technischen Randbedingungen abhängt, sondern auch von umweltbedingten, organisatorischen und humanen Faktoren stark beeinflusst wird.