AT399147B - Verfahren zum herstellen von spritzbeton - Google Patents

Description

AT 399 147 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstelien von Spritzbeton, insbesondere von Spritzbeton, der im Tunnelbau verwendbar ist, bei dem man in einer Mischvorrichtung ein Bindemittel, das gemahlenen Klinker enthält, mit feuchten Zuschlagstoffen mischt, bei dem man das so erhaltene Gemisch mit Hilfe einer Fördereinrichtung zu einer Spritzdüse, aus welcher der Spritzbeton auf die zu behandelnde Fläche 5 aufgetragen wird, fördert, und bei dem man das zum Erhärten und Abbinden erforderliche Wasser dem Gemisch nach der Mischvorrichtung, jedoch vor der Spritzdüse zusetzt.

Beim Tunnelvortrieb nach der Neuen Österreichischen Tunneltechnik (NÖT) ist Spritzbeton eine der wichtigsten Stützmaßnahmen. Bei ausreichender Qualität ist es möglich, Spritzbeton für den endgültigen Ausbau statisch mit heranzuziehen. Spritzbeton kann im Naß- oder Trockenspritzverfahren aufgetragen io werden. Bei der erstgenannten Methode wird Zement, Zuschlag und Wasser vermengt an die Einbaustelle angeliefert und mit einer speziellen Pumpe (Kolbenpumpe, Schneckenpumpe) gefördert. An der Düse wird zum schnelleren Erstarren ein Erstarrungsbeschleuniger (EB-Mittel) zugegeben. Beim Trockenspritzverfahren wird das Zuschlagmaterial mit dem Zement vorgemischt und an der Düse Wasser zugegeben. Ein pulverförmiger Erstarrungsbeschleuniger kann mit der Aufgabe des Zement-Zuschlagstoff-Gemisches oder 15 in flüssiger Form gleichzeitig mit dem Wasser an der Düse zugesetzt werden.

Die Erstarrungsbeschleuniger enthalten im wesentlichen Alkali-Karbonate, Alkali-Hydroxide und Alkali-• Aluminate, die das Abbindeverhalten stark beschleunigen. Da es sich bei diesem chemischen Zusatzmittel um starke alkalische Substanzen handelt, treten verschiedene Umweltbelastungen auf, nämlich: - Erstens erfahren die Verarbeiter durch die hohen Alkalikonzentrationen Verätzungen auf der Haut, die 20 bei ungenügender Achtsamkeit zu Schäden führen können, außerdem können über Aerosolbildung die Lungen und Augen der Verarbeiter geschädigt werden. - Zweitens treten durch die Zugabe am Spritzbeton selbst starke technologische Beeinflussungen auf. Dies ist einerseits durch den hohen Anteil an Alkalikomponenten bedingt, zum anderen dadurch, daß durch das rasche Erstarren der Beton sehr porös hergestellt wird. 25 - Drittens treten beim Aufträgen von Spritzbeton zusätzliche Probleme auf. Das aufgetragene Material prallt teilweise von der Aufragsfläche zurück (Rückprall). Dies verändert die Zusammensetzung der aufgetragenen Mischung gegenüber der ursprünglichen Mischung. Da der Rückprall nicht verwendet werden kann, muß er als Bauschutt aus dem Tunnel entfernt und als Sonderabfall deponiert werden (starke Belastung durch hohen Alkaligehalt). Der Rückprall vermehrt die insgesamt notwendige Menge 30 des Ausgangsmaterials und verlängert die Spritzzeit zur Herstellung einer definierten Schichtstärke.

Da Spritzbeton die äußerste Schicht eines Tunnels bildet, kommt er vielfach mit Wasser in Berührung. Abhängig von der Art und Menge des Bergwassers können Bestandteile aus dem Spritzbeton herausgelöst werden und das Wasser (z.B. Trinkwasser) gelangt in Drainagen oder in die Umgebung. Für die Auslaugung und die Ausfällung sowie den hohen pH-Wert des abfließenden Wassers sind in erster Linie die zugegebe-35 nen Alkalikomponenten des Spritzbetons verantwortlich.

Aus der DE-OS 40 38 147 ist es bekannt,Verarbeitungshilfen zu Rezepturen herkömmlicher Spritzbetonzusammensetzungen vorwiegend für das Naßspritzverfahren zuzusetzen. Die DE-OS 40 38 147 schlägt vor, Phosphorsäure-Derivate zuzusetzen, die über Hydroxyl- oder Aminogruppen mit Calcium-Ionen Derivate bilden können. Das Aufträgen des Spritzbetons selbst erfolgt bei der DE-OS 40 38 147 nach den bisher 40 gängigen Verfahren, nämlich des Transportes über eine Spritzbetonmaschine unter Zugabe eines Erstarrungsbeschleunigers. Dieser Erstarrungsbeschleuniger muß bei der DE-OS 40 38 147 in allen Fällen zugegeben werden, da sonst eine Haftung am Untergrund bzw. an der bereits aufgespritzten dünnen Schichte nicht möglich ist.

Im Stand der Technik wurde versucht, den geschilderten Nachteilen Rechnung zu tragen. So beschäf-45 tigt sich z.B. die DE-AS 18 00 103 mit einem Zement, der gips- und anhydritfrei ist. Dies macht jedoch als zwingende Notwendigkeit den Einsatz von Erstarrungsverzögerern notwendig. Hier werden wasserlösliche Kolloide, insbesondere Methylzellulose zugegeben. In der DE-AS 18 00 103 wird der Ersatz von Gips durch andere Erstarrungsverzögerer vorgeschlagen, um die korrosionsfördernde Wirkung des Gipses auszuschalten. 50 In der US-PS 4 405 372 und den darin zitierten weiteren US-Patentschriften wird zu einem gipsfreien Zement (Löffelbinder) zusätzlich ein Verzögerer zur Einstellung der Abbindezeit zugegeben. Als Verzögerer wird dort Aminformiat oder Aminacetat in Verbindung mit Kalk vorgeschlagen.

In der AT-PS 382 859 wird für die Herstellung von Spritzbeton ein gips- bzw. anhydritfreier Zement mit einer spezifischen Oberfläche von 2.000 bis 8.000 cm2/g vorgeschlagen. Die AT-PS 382 859 beschreibt 55 sowohl die Herstellung des Zementes als auch ein Gemisch aus Zement und getrocknetem Zuschlagstoff. Das Wesentliche dieses bekannten Zementes ist es, daß er auf Grund des Fehlens von Kalziumsulfatanteilen sehr schnell erhärtet (Löffelbinder), so daß eine Zugabe von Erstarrungsbeschleunigern nicht notwendig ist. Der wesentliche Nachteil besteht darin, daß die Zuschläge keine Eigenfeuchte (ca. 3 - 5% - durch die 2

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Lagerung oder Gewinnung aus der Lagerstätte) aufweisen dürfen und nur getrocknetes Zuschlagmaterial verwendet werden kann. Dies kommt in der AT-PS 382 859 auch zum Ausdruck, da die Verwendung ausschließlich auf Trockenspritzbeton beschränkt ist. Weiters zeigt der verwendete Spritzbeton mit diesem Bindemittel bei Sulfatangriff sekundäre Reaktionsumwandlungen von ursprünglich gebildetem Kalziumalumi-nathydrat (0*ΑΗ6) zum wasserhaltigen Kalziumaluminat (Ettringit). Diese Phase zeigt eine sehr starke Volumsvergrößerung, so daß eine sehr starke Treibwirkung gegeben ist.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, die negativen Auswirkungen des Erstarrungsbeschleunigers auszuschaiten.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß man als Bindemittel ein Gemisch aus a) gemahlenem Klinker, b) einer Sulfatkomponente, c) einer die im Zuschlagstoff enthaltene Feuchtigkeit bindenden Komponente, d) einer den Rückprall von Spritzbeton vermindernden Komponente und e) gegebenenfalls einem Fließmittel verwendet, wobei das Bindemittel die Komponente a) in einer Menge von 70 bis 95%, die Komponente b) in einer Menge von 0,3 bis 2,5%, die Komponente c) in einer Menge von 0,3 bis 5% und die Komponenten d) und e) in einer Menge von 0 bis 10% enthält, daß man den feuchten Zuschlagstoff und das Bindemittel in einem Mischer, beispielsweise einem Zwangsmischer oder einem Schneckenmischer mischt und homogenisiert und daß man das für den Abbindevorgang benötigte Wasser dem Gemisch aus Bindemittel und Zuschlagstoff an der Spritzdüse zusetzt.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 8.

Durch die Efindung werden die umweltschädigenden Einflüsse der bisher angewendeten Verfahrenstechniken im Trocken- und Naßspritzverfahren auf einfache Weise vermieden, da ein spezielles Bindemittel verwendet wird. Das Bindemittel wird eventuell unter Zugabe von herkömmlich angewendetem Spritzbetonzusatzmittel vorgemischt, bevor es in die üblicherweise verwendeten Fördereinrichtungen für das Trocken-und Naßspritzverfahren eingebracht wird.

Das Bindemittel weist bevorzugt folgende Anteile auf: a) Klinker mit einem Gehalt:

CsS-Anteil von 40 bis 65 %

CzS-Anteil von 20 bis 45 %, C3A-Anteil von 22 bis <1 %,

CiF-Anteil von 0 bis 12 %; b) eine sulfatische Komponente, zum Einsteilen des Erstarrungsverhaltens während der Zeit der

Vormischung, c) eine wasserbindende Komponente, welche die Aufgabe hat, den Wassergehalt des Zuschlages während der Mischphase an diese Substanz zu binden, damit keine chemische Reaktion der Klinkerphase auftritt, d) und eine rückprallmindernde Komponente und Fließmittel.

Die dabei verwendeten Mengenverhältnisse der Komponente a) liegen zwischen 70 und 95 % Klinker obiger Zusammensetzung, der Komponente b) von 0,3 bis 2,5 %, direkt zugegeben oder im Klinker enthalten, der Komponente c) von 0,3 bis 5 % und der Komponente d) bis 10 %.

Die Komponente a) besteht vorzugsweise aus einem im Zementwerk herstellbaren Klinker, wobei erfindungsgemäß vorgesehene Phasenanteile durch die Einstellung eines geänderten Kalk-Standards bzw. eines Tonerde-Moduls erreicht werden könnene.

Die Komponente b) kann entweder Gips oder wasserfreies Kaiziumsuifat (Halbhydrat oder Anhydrit), aber auch wasserfreies Aluminiumsulfat oder Magnesiumsulfat sein.

Die wasserbindende Komponente besteht aus leicht gebranntem CaO, wasserfreiem Al-Sulfat oder ähnlichen, stark wasserbildenden Substanzen (z.B. Si-Stoffe) und Hegt in Mengen zwischen 0,3 und 3 % vor.

Der Rückprallminderer d) kann, wie an sich bekannt, amorphes Kieselsäurepulver künstlicher oder natürlicher Herkunft, aber auch mit hoher spezifischer Oberfläche gebranntes bzw. geschäumtes Gesteinsglas-Material mit einem hohen Si02-Anteil (> 55 %) bzw. einem Si02-angereicherten, sehr feinen Flugascheanteil sein.

Weiter kann ein Fließmittel zugesetzt werden, um die Dichtigkeit zu erhöhen.

Das bei der Erfindung verwendete Bindemittel zeigt ein rasches Ansteifverhalten (sowohl was den Erstarrungsbeginn als auch das Erstarrungsende betrifft) und eine Frühfestigkeitsentwicklung, es weit somit geregeletes Erstarrungsvergalten auf. Dadurch unterscheidet es sich von "sulfatfreien, gemahlenem Klin- 3

Claims (8)

1. AT 399 147 B ker". Zum anderen zeigt das erfindungsgemäß verwendete Bindemittel wesentlich schnellere Erstarrungseigenschaften als herkömmlicher Zement. Durch die Kombination, insbesondere der Anteile b) un c) des erfindungsgemäß verwendeten Bindemittels erricht man, daß das Bindemittel mit einem feuchten Zuschlag während der Mischphase (Bild 1) fast keiner Vorhydratation unterliegt und dadurch keine technologisch 5 negativen Einflüsse entstehen. Erst durch die Zugabe des Wassers an der Düse (Bild 1) wird die Hydratation sehr rasch in Gang gesetzt, so daß das Material direkt aufgetragen werden kann. Die Wahl des Sulfatträgers in der gewählten Art und Konzentration bewirkt das notwendige rasche Erstarrungsverhalten des aufgetragenen Produktes, ohne daß negative technologische Eigenschaften wie bei den herkömmlichen Trocken- und Naßspritzverfahren in Verbindung mit Erstarrungsbeschleuniger zu finden sind. Der erfin-io dungsgemäß hergestellte Beton weist darüber hinaus hohe Dichte auf, hat sehr hohe Festigkeit und geringes Auslaugeverhalten. Die Mischung erfolgt über einen Schneckenmischer (Bild 1) oder einen Zwangsmischer, welcher der herkömmlich angewendeten Spritzmaschine vorgeschalten. Diese Spritzmaschinen können auf Naß- oder Trockenspritzverfahrenstechnik beruhen. 15 Beispiel: Bindemittel: Aus der Komponente a) bestehend aus 57 % C3S, 23 % C2S, 15 % C3A und 4 % C+AF, der Komponente b), bestehend aus 0,7 % Gips und 0,3 % Halbhydrat, der Komponente c) mit 2,4 % CaO 20 + 0,5 % Aluminiumsulfat, wasserfrei, und der Komponente d) 4,5 % Silicafume und 0,3 % Fließmittel wurde ein Bindemittel hergestellt, in dem die Mengenanteile der Komponente a) 91,3 %, der Komponente b) 1,0 %, der Komponente c) 2,9 % und der Komponente d) 4,8 % betragen. Davon wurde eine Mischung über einen Schneckenmischer mit einer Zusammensetzung von 380 kg/m3 Bindemittel und 1.820 kg/m3 Zuschlag der Körnung 0/8 mm in einer abgestimmten Sieblinie vorgemengt und in einer Trockenmaschine 25 aufgetragen. Die angegebenen Werte beziehen sich auf 1 m3 Fertig Substanz, der verwendete W/Z-Wert betrug etwa 0,38. Die Festigkeitsentwicklung ist aus Bild 2 ersichtlich. Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen von Spritzbeton, insbesondere von Spritzbeton, der im Tunnelbau verwend bar ist, bei dem man in einer Mischvorrichtung ein Bindemittel, das gemahlenen Klinker enthält, mit feuchten Zuschlagstoffen mischt, bei dem man das so erhaltene Gemisch mit Hilfe einer Fördereinrichtung zu einer Spritzdüse, aus welcher der Spritzbeton auf die zu behandelnde Fläche aufgetragen wird, fördert und bei dem man das zum Erhärten und Abbinden erforderliche Wasser dem Gemisch nach 35 der Mischvorrichtung jedoch vor der Spritzdüse zusetzt, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bindemittel ein Gemisch aus a) gemahlenem Klinker, b) einer Sulfatkomponente, c) einer die im Zuschlagstoff enthaltene Feuchtigkeit bindenden Komponente, 40 d) einer den Rückprall von Spritzbeton vermindernden Komponente und e) gegebenenfalls einem Fließmittel verwendet, wobei das Bindemittel die Komponente a) in einer Menge von 70 bis 95%, die Komponente b) in einer Menge von 0,3 bis 2,5%, die Komponente c) in einer Menge von 0,3 bis 5% und die Komponenten d) und e) in einer Menge von 0 bis 10% enthält, daß man den feuchten Zuschlagstoff 45 und das Bindemittel in einem Mischer, beispielsweise einem Zwangsmischer oder einem Schneckenmischer mischt und homogenisiert und daß man das für den Abbindevorgang benötigte Wasser dem Gemisch aus Bindemittel und Zuschlagstoff an der Spritzdüse zusetzt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Bindemittel verwendet, dessen 50 Komponente a) einen CsS-Anteil von 40 bis 65%, einen C2S-Anteil von 20 bis 45%, einen CsA-Anteil von 22 bis 1% und einen CtF-Anteil von 0 bis 12% enthält.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Bindemittel verwendet, das als Komponente b) Gips, wasserfreies Kalziumsulfat (Halbhydrat oder Anhydrit), wasserfreies 55 Aluminiumsulfat oder Magnsiumsulfat enthält.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Bindemittel verwendet, das als Komponente c) leicht gebranntes Kaiziumoxid, wasserfreies Aluminiumsulfat oder 4 AT 399 147 B wenigstens eine wasserbindende Siliziumverbindung enthält.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Bindemittel verwendet, das ais Komponente d) natürliches oder synthetisches amorphes Kieselsäurepulver, thermisch behandeltes Gesteinsglasmaterial mit einem Siliziumdioxidanteil von über 55% und mit hoher spezifischer Oberfläche oder Si02-angereicherte Flugasche enthält.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Bindemittel verwendet, das jeweils bezogen auf das Bindemittel, aus einer Mischung von 91,3% einer Komponente a), welche aus 57% C3S, 23% C2S, 15% C3A und 4% C*AF besteht, mit einer Komponente b) von 0,7% Gips und 0,3% Halbhydrat, mit einer Komponente c) von 2,4% Kalziumoxid und 0,5% wasserfreies Aluminiumsulfat und mit einer Komponente d) von 4,5% Silicafume und mit einer Komponente e) von 0,3% Fließmittel besteht.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Spritzbeton herstellt, der je m3 380 kg Bindemittel, 1 820 kg Zuschlagstoffe mit einer Körnung 0/8 mm enthält und der einen W/Z Wert von 0,38 besitzt.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch aus Bindemittel und Zuschlagstoff nach dem Naßspritzverfahren oder nach dem Trockenspritzverfahren weiterverarbeitet. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5