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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Spritzbeton gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Im Tunnel- und Stollenbau ist es häufig zweckmässig, sofort nach dem Ausbruch First und
Wände mit Spritzbeton auszukleiden, um dadurch eine Auflockerung des Gebirges zu vermeiden und die Standfestigkeit zu sichern. Dieser "Spritzbeton" muss sofort nach dem Aufprall an der
Wand bzw. dem First haften bleiben und dort in sehr kurzer Zeit, d. h. in wenigen Minuten soweit erhärten, dass er sich selbst tragen kann. Dies wird dadurch erreicht, dass einem Beton üblicher
Zusammensetzung auf der Baustelle beim oder nach dem Mischen sogenannte Spritzbetonmittel zu- gesetzt werden, die das Erstarren des Zements extrem beschleunigen.
Man unterscheidet Trockenspritzverfahren und Nassspritzverfahren. Beim Trockenspritzverfahren werden der Zement und die naturfeuchten Betonzuschläge gemischt. Dieses Gemisch wird mit Druck- luft durch eine Förderleitung vor Ort geblasen. Am Ende der Förderleitung wird das Anmachwasser und das Spritzbetonmittel zugesetzt und der so hergestellte Spritzbeton auf den First bzw. die
Wände aufgetragen. Beim Nassverfahren werden Zement, Betonzuschläge, Wasser und Spritzbeton- mittel gemeinsam gemischt und anschliessend gemeinsam bis zur Düse gefördert. Besondere Bedeu- tung hat im Tunnel- und Stollenbau das Trockenspritzverfahren erlangt, da hier auch grössere
Förderweiten möglich sind und die Menge an Anmachwasser und Spritzbetonmittel an der Düse selbst geregelt werden können und dadurch besser auf die jeweiligen Verhältnisse abstimmbar sind.
Übliche Spritzbetonmittel enthalten als wirksame Beschleuniger Natriumaluminat und/oder
Kaliumaluminat, sowie in zweiter Linie Alkalikarbonate und/oder Alkalibikarbonate. Daneben ist in der Regel noch ein Füller, beispielsweise Kalkstein, Zement, Kalziumhydroxyd od. dgl. vorhan- den, die allein das Erstarren und die Festigkeitsentwicklung nur wenig bzw. überhaupt nicht verändern, die aber die beschleunigende Wirkung des Aluminats bzw. der Karbonate/Bikarbonate wirksam unterstützen können. Weiters sind manchmal noch andere, die beschleunigende Wirkung des Aluminats und der Alkalikarbonate bzw. der Alkalibikarbonate ebenfalls verbessernde Substan- zen vorhanden, wie etwa Fluoride, insbesondere Alkalifluoride, Hydroxyde, wie etwa Alkalihydroxyde usw., sowie geringe Mengen Kunststoffe zur Verbesserung der Haftfestigkeit des jungen
Betons.
Schliesslich können noch verflüssigend wirkende oder die Plastizität beeinflussende Zusätze enthalten sein, welche die Verarbeitbarkeit und Geschmeidigkeit des frischen Betons verbessern, den Rückprall vermindern und/oder den Wasserbedarf herabsetzen und damit die Festigkeitsentwicklung stärken. In allen Fällen ist als wirksame Substanz der Spritzbetonmittel aber das
Natriumaluminat und/oder Kaliumaluminat anzusehen, dessen Wirkung durch Soda und/oder Pott- asche und/oder Alkalibikarbonate entscheidend gesteigert wird. Spritzbetonmittel auf anderer Ba- sis, etwa auf Basis Wasserglas, haben bisher im Stollen- und Tunnelbau nur begrenzte Bedeutung erlangt.
Die Wirkung der Spritzbetonmittel ist von der Zusammensetzung des Zements abhängig. Eine besondere Bedeutung kommt dabei dem Gehalt des Zements an Trikalziumaluminat zu. Im allgemeinen ist die Wirkung des Spritzbetonmittels umso besser, je höher der Gehalt des Zements an Trikalziumaluminat liegt. Besonders schwierig ist es daher, einen Spritzbeton mit erhöht sulfatbeständigem Zement herzustellen, da dieser gemäss ÖN B 3305 maximal 3% Trikalziumaluminat, berechnet nach Bogue, enthält bzw. überhaupt trikalziumaluminatfrei ist. Anderseits soll aber bemerkt werden, dass im Stollen- und Tunnelbau mit Rücksicht auf sulfathältige Gesteine bzw. Grundwässer häufig aus Gründen der Betonbeständigkeit die Verwendung eines solchen erhöht sulfatbeständigen Zements vorgeschrieben werden muss.
Neben dem Trikalziumaluminatgehalt beeinflussen auch noch andere Kenndaten des Zements die Wirkung der Spritzbetonmittel merklich, so dass insgesamt bisher in der Regel die genaue Zusammensetzung des Spritzbetonmittels, insbesondere die Gehalte an Nebenbestandteilen, wie Soda, Pottasche, Kalkstein, Kalziumhydroxyd, Fluorid usw. auf die jeweiligen Verhältnisse abgestimmt werden muss. Dies trifft für alle Portlandzemente, naturgemäss aber besonders für die Zemente mit niedrigem Gehalt an Trikalziumaluminat zu.
In der letzten Zeit sind neben pulverförmigen Spritzbetonmitteln auch flüssige Spritzbetonmittel bekanntgeworden. Die Verwendung eines flüssigen Spritzbetonmittels hätte den Vorteil, dass
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die Durchmischung des Spritzbetonmittels mit dem Beton leichter gelingt, so dass es zu einer besseren Verteilung des Spritzbetonmittels im Beton kommt. Dadurch kann in der Regel mit etwas geringeren Spritzbetonmittelzusätzen das Auslangen gefunden werden. In der Praxis haben sich jedoch häufig Schwierigkeiten dadurch ergeben, dass die flüssigen Spritzbetonmittel zu geringe Lagerstabilität aufweisen. Die Natrium- und Kaliumaluminatlösungen sind nämlich nur bedingt lagerbeständig und die zur Modifizierung des Spritzbetonmittels notwendigen oben erwähnten Zusätze, insbesondere an Alkalikarbonat bzw.
Alkalibikarbonat setzen die Stabilität der flüssigen Spritzbetonhilfen noch weiter herab. Auch ist dadurch der Gehalt der Spritzbetonmittel an diesen modifizierenden Zusätzen beschränkt bzw. können verschiedene modifizierende Zusätze überhaupt nicht eingesetzt werden. Ziel war es, alle diese beschriebenen Schwierigkeiten zu beheben.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe dienen erfindungsgemäss die Merkmale der Ansprüche 1 bis 4.
Überraschenderweise hatte sich dabei gezeigt, dass die Spritzbetonergebnisse wesentlich verbessert werden konnten, wenn die für die Modifizierung der Aluminatlösung empfehlenswerten bzw. notwendigen Zusätze, insbesondere an Alkalikarbonat bzw. Alkalibikarbonat nicht über das Spritzbetonmittel selbst zugegeben wurden, sondern vorher dem Zement zugemischt, insbesondere zugemahlen worden sind. Infolge der auf diesem Weg erzielten guten Verteilung des Alkalikarbonats im Zement ergaben schon sehr geringe Zusätze von Alkalikarbonat wesentliche Verkürzungen der Erstarrungszeiten bzw. konnten die für eine befriedigende Arbeitsweise notwendigen Erstarrungszeiten mit deutlich geringeren Dosierungen an Aluminatlösung erreicht werden.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren werden im Vergleich zu dem bisher üblichen Verfahren im einzelnen folgende Vorteile erzielt : l. Bessere Verteilung der Modifizierungszusätze und Möglichkeit, höhere Modifizierungszu- sätze, insbesondere Alkalikarbonate auch bei Verwendung flüssiger Spritzbetonmittel, einzusetzen. Die Einmischung der Modifizierungszusätze in den Zement kann wesentlich besser erfolgen, als dies an der Spritzdüse möglich wäre. Die Verteilung der Modifizie- rungszusätze im Zement ist dadurch günstiger und es werden weniger Modifizierungszu- sätze sowie weniger Natrium/Kaliumaluminatlösung benötigt.
Dies bedeutet nicht nur eine
Erhöhung der Wirtschaftlichkeit, sondern es kann das Erstarren des Spritzbetons auch unter ungünstigen Bedingungen (niedrige Temperatur, Wasserandrang u. dgl.) noch aus- reichend beschleunigt werden. Besonders günstig wirken die Modifizierungszusätze, wenn beispielsweise Soda dem Zement bei seiner Mahlung zugesetzt wird, weil sich dabei eine besonders gute Verteilung und hohe Wirksamkeit erzielen lässt.
Weiters sind die Frühfestigkeiten bis zu einem Alter von etwa 5 h wesentlich gestiegen.
2. Grössere Stabilität der flüssigen Spritzbetonmittel.
Die Spritzbetonmittellösungen werden nicht mehr, wie bisher, durch die zur Modifizierung der Wirkung notwendigen Zusätze wie Alkalikarbonat, Alkalibikarbonat u. dgl. belastet.
Es können auch Zusätze eingesetzt werden, welche das Aluminat der Spritzbetonmittellö- sungen sofort ausfällen würden, beispielsweise leicht lösliche Kalziumverbindungen.
3. Geringerer Festigkeitsabfall.
Die Verwendung eines Spritzbetonmittels führte bisher im Vergleich zu einem spritzmittel- freien Beton zu einem Festigkeitsabfall nach 7 Tagen in der Grössenordnung von etwa
20 bis über 50%, so dass sich Spritzbeton heute nur bis etwa einer Festigkeit entspre- chend B 300 nach ÖN B 4200 herstellen lässt. Die geringere benötigte Menge an Spritzbe- tonmittel bei dem erfindungsgemässen Verfahren führt zu einer Reduzierung dieses uner- wünschten Festigkeitsabfalls.
4. Bessere Sulfatbeständigkeit bei Spritzbeton mit erhöht sulfatbeständigem Zement.
Mit der Spritzbetonhilfe wird Aluminat in den Beton eingeführt. Dieses Aluminat beein- trächtigt die Sulfatbeständigkeit des Betons, da es zur Reaktion mit angreifendem Sulfat unter Bildung von Ettringit befähigt ist. Dies wirkt sich besonders aus bei Beton mit erhöht sulfatbeständigem Zement. Der geringere Spritzbetonmittelbedarf bei dem erfin- dungsgemässen Verfahren führt zu einer entsprechenden Verbesserung der Sulfatbestän- digkeit des Betons.
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Das erfindungsgemässe Verfahren soll durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert werden. Die Prüfungen wurden durchgeführt nach der vom Arbeitskreis"Spritzbeton"des Österreichischen Betonvereins aufgestellten Richtlinie :"Labormässige Überprüfung von Zement/Spritzbeton-Zusatzmittel-Kombinationen hinsichtlich Erstarrungsbeschleunigung und Festigkeitsabfall", [1980].
Beispiel 1 : Erhöht sulfatbeständiger Zement Werk A (Trikalziumaluminat 2, 8%)
Die Zusätze an Spritzbetonmittel S flüssig und Soda sind bezogen auf die Masse des trockenen Zements. Die Soda wurde dem Zement bei der Mahlung zugesetzt.
Zusätze
EMI3.1
<tb>
<tb> Spritzbetonmittel <SEP> S <SEP> Soda <SEP> % <SEP> w/z <SEP> Erstarrungsflüssig <SEP> % <SEP> beginn <SEP> ende
<tb> (min/s) <SEP> (min/s) <SEP>
<tb> 3 <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 35 <SEP> 4/40 <SEP> 7/10
<tb> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP> 3/20 <SEP> 7/50
<tb> 0, <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP> 1/15 <SEP> 6/20
<tb> 0, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP> 1/40 <SEP> 5/45
<tb> 0, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP> 1/20 <SEP> 4/00
<tb> 0, <SEP> 6 <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP> 1/10 <SEP> 3/40
<tb> 4 <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP> 2/00 <SEP> 3/50
<tb> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 37 <SEP> 1/10 <SEP> 3/50
<tb> 0, <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 37 <SEP> 0/55 <SEP> 3/15
<tb> 0, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 37 <SEP> 0/55 <SEP> 2/40
<tb> 0, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 37 <SEP> 0/45 <SEP> 2/05
<tb> 0, <SEP> 6 <SEP> 0, <SEP> 37 <SEP> 0/55 <SEP> 2/30
<tb> 5 <SEP> 0 <SEP> 0,
<SEP> 37 <SEP> 1/00 <SEP> 2/35
<tb>
Das Spritzbetonmittel S enthielt 400 g/l Alkalien gerechnet als Alkalioxyd, 170 g/l Aluminat gerechnet als Al2 0 3 und 25 g/l Karbonat gerechnet als Coq .
Der weitere Festigkeitsverlauf wird durch den sogenannten Festigkeitsabfall charakterisiert.
Der Festigkeitsabfall ist die Differenz der 7-Tagesfestigkeiten der Proben mit Spritzbetonmittel und der Proben ohne Spritzbetonmittel, bezogen auf die Festigkeit der Proben ohne Spritzbetonmittel und ausgedrückt in Prozent, wobei die Prüfung nach den oben angeführten Richtlinien erfolgte.
Es ergaben sich die nachstehenden Resultate.
EMI3.2
<tb>
<tb>
Festigkeitsabfall
<tb> 3% <SEP> Spritzbetonmittel <SEP> und <SEP> 0 <SEP> % <SEP> Soda <SEP> 31%
<tb> 0, <SEP> 2% <SEP> Soda <SEP> 28%
<tb> 0, <SEP> 4% <SEP> Soda <SEP> 26%
<tb> 4% <SEP> Spritzbetonmittel <SEP> und <SEP> 0 <SEP> % <SEP> Soda <SEP> 32%
<tb> 0, <SEP> 2% <SEP> Soda <SEP> 29%
<tb> 0, <SEP> 4% <SEP> Soda <SEP> 25%
<tb> 5% <SEP> Spritzbetonmittel <SEP> und <SEP> 0 <SEP> % <SEP> Soda <SEP> 37%
<tb>
Beispiel 2 : Erhöht sulfatbeständiger Zement Werk B (Trikalziumaluminat 0%)
Die Zusätze an Spritzbetonmittel R flüssig und an Modifizierungszusatz sind bezogen auf die Masse des trockenen Zements. Die Pottasche wurde dem Zement im Herstellerwerk nach der Mahlung im trockenen Zustand in einem Mischer zugemischt.
Das Spritzbetonmittel R flüssig enthielt 370 g/l Alkalien gerechnet als Alkalioxyd, 135 g/l Aluminat gerechnet als Al2 03 und 45 g/l Karbonat gerechnet als Cl 2. Es ergaben sich folgende Resultate.
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Zusätze
EMI4.1
<tb>
<tb> Spritzbetonmittel <SEP> R <SEP> Pottasche <SEP> % <SEP> w/z <SEP> Erstarrungsflüssig, <SEP> % <SEP> beginn <SEP> ende
<tb> (min/s) <SEP> (min/s) <SEP>
<tb> 3 <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 35 <SEP> 1/25 <SEP> 3/30
<tb> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 35 <SEP> 1/00 <SEP> 2/00
<tb> 0, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 35 <SEP> 1/05 <SEP> 2/15
<tb> 4 <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP> 1/15 <SEP> 3/20
<tb> 0,2 <SEP> 0,36 <SEP> 1/10 <SEP> 2/50
<tb> 0, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP> 1/00 <SEP> 2/00
<tb>
Beispiel 3 :
Erhöht sulfatbeständiger Zement Werk C (Trikalziumaluminat 1, 6%)
Die Zusätze an Spritzbetonmittel bzw. Modifizierungszusatz X sind bezogen auf die Masse des trockenen Zements. Der Modifizierungszusatz wurde dem Zement bei der Ermahlung zugegeben.
Der Modifizierungszusatz X bestand aus 35% Soda, 15% Pottasche, 3% Natriumfluorid, 47% Kalkstein.
Das Spritzbetonmittel A hatte die Zusammensetzung 40% Natriumaluminat, 45% Kalziumhydroxyd und 15% Soda kalziniert.
Es ergaben sich folgende Resultate.
Zusätze
EMI4.2
<tb>
<tb> Spritzbetonmittel <SEP> A <SEP> Modifizierungs-/Erstarrungs-
<tb> % <SEP> zusatz <SEP> X <SEP> % <SEP> beginn <SEP> ende
<tb> (min/s) <SEP> (min/s)
<tb> 3 <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP> 5/40 <SEP> > <SEP> 15/00 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP> 4/15 <SEP> > 15/00
<tb> 0, <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP> 1/50 <SEP> 8/30
<tb> 0, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP> 1/30 <SEP> 4/20
<tb> 0, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP> 1/50 <SEP> 2/20
<tb> 0, <SEP> 6 <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP> 1/30 <SEP> 2/30
<tb> 4 <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 37 <SEP> 4/00 <SEP> 8/40
<tb> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 37 <SEP> 1/35 <SEP> 10/00
<tb> 0, <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 37 <SEP> 1/35 <SEP> 4/30
<tb> 0, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 37 <SEP> 2/00 <SEP> 2/30
<tb> 5 <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 37 <SEP> 3/20 <SEP> 5/45
<tb>
Beispiel 4 :
Portlandzement PZ 275 (H)
Die Zusätze an Spritzbetonmittel M und an Modifizierungszusatz K sind bezogen auf die Masse des trockenen Zements. Der Modifizierungszusatz K wurde dem Zement nach der Mahlung im trockenen Zustand zugemischt. Der Modifizierungszusatz K bestand aus 30% Soda, 20% Kalziumhydroxyd, 3% Natriumhydroxyd, 47% Kalkstein.
Das Spritzbetonmittel M hatte die Zusammensetzung 30% Natriumaluminat, 20% Soda, 20% Portlandzement und 30% Kalkstein.
Es ergaben sich folgende Resultate.
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Zusätze
EMI5.1
<tb>
<tb> Spritzbetonmittel <SEP> M <SEP> Modifizierungs-w/z <SEP> Erstarrungs-
<tb> % <SEP> zusatz <SEP> K <SEP> % <SEP> beginn <SEP> ende
<tb> (min/s) <SEP> (min/s)
<tb> 3 <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 30 <SEP> 6/00 <SEP> > <SEP> 15/00 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 30 <SEP> 3/25 <SEP> 7/00
<tb> 0, <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 30 <SEP> 1/20 <SEP> 2/35
<tb> 4 <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 32 <SEP> 6/50 <SEP> 9/30
<tb> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 34 <SEP> 2/40 <SEP> 4/15
<tb> 0, <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 34 <SEP> 1/35 <SEP> 2/20
<tb>
Beispiel 5 : Mit einer Spritzmaschine Type Torkret N 1 wurden an einer senkrechten schalreinen Betonwand Spritzbetone aufgetragen. Die Betone wiesen einen Zementgehalt von 435 kg erhöht sulfatbeständigen Zements/m3 FB auf. Der Zuschlag entsprach der Sieblinie B, das Grösstkorn war 8 mm.
Als Spritzbetonmittel wurde ein handelsübliches flüssiges Produkt auf Basis Natriumaluminat
EMI5.2
Zementmasse, nach der Mahlung im trockenen Zustand zugemischt. Die sodahältigen Zementproben zeigten deutlich rascheres Ansteifen und höhere Festigkeiten in den ersten Stunden als der soda- freie Zement.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Spritzbeton, vorzugsweise im Tunnel- und Stollenbau, be- stehend aus hydraulischem Bindemittel, Wasser, Betonzuschlägen, Spritzbetonmittel und gegebenen- falls üblichen Betonzusätzen, wie Steinmehl, Körperfarben, Hochofenschlacke, Trass, Flugasche und/oder Zusatzmitteln, wie Verflüssiger, Fliessmittel, Kunststoffe u. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass als hydraulisches Bindemittel ein Portlandzement, Eisenportlandzement, Hochofenzement, Trass- zement oder flugaschehältiger Zement eingesetzt wird, dem als modifizierender Zusatz Alkalikar- bonat und/oder Alkalibikarbonat, sowie gegebenenfalls Fluoride, Alkalihydroxyde, Kalziumoxyd und/oder Kalziumhydroxyd vor, während und/oder nach der Mahlung zugesetzt ist/sind.