CH669784A5

CH669784A5 -

Info

Publication number: CH669784A5
Application number: CH368486A
Authority: CH
Inventors: Ernst Dipl Ing Roubin; Friedrich Dr Howanietz
Original assignee: Porr Allg Bauges
Priority date: 1985-09-27
Filing date: 1986-09-12
Publication date: 1989-04-14
Also published as: ATA281985A; DE3630962A1; FR2587987A1; AT385027B; FR2587987B1; GB8622595D0; GB2182324B; GB2182324A

Description

BESCHREIBUNG

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Feststoffmasse für Spritzbeton, die hydraulische Bindemittel, Zuschlag und Fasern sowie gegebenenfalls latenthydraulische Bindemittel, Erstarrungshilfen und andere übliche Hilfs- und Zusatzmittel enthält.

Derartige Massen können in an sich bekannter Weise mit dem Anmachwasser vorgemischt oder in der Spritzdüse mit dem Anmachwasser versetzt werden.

Ein bekanntes Verfahren zur Aufbringung von Spritzbeton ist z. B. das sogenannte Torkret-Verfahren, das im Grundbau, Tiefbau, Gebirgsbau und zur Sanierung und Ausbesserung von Bauwerkskörpern im Hochbau, Strassen-, Tunnel-und Brückenbau vielfach Anwendung findet.

Hiebei wird von einer Spritzbetonmaschine ein Gemisch von Zuschlägen und Bindemitteln durch eine Rohrleitung zur Spritzdüse von Ort gefördert. Über eine getrennte Schlauchleitung wird das Anmachwasser zur Düse geführt, in dieser mit der Zuschlag-Bindemittel-Masse vermischt und unter Druck auf Schalung, Baukörper oder gewachsene Wand, gegebenenfalls mit Baustahlgitter bzw. Bewehrungskorb bewehrt, gespritzt (Trockenspritzverfahren). Ebenso wird oft, bedingt durch örtliche Gegebenheiten, die Mische zur Gänze vorgemischt, d. h.

Zuschlag + Bindemittel + Anmachwasser wird im sogenannten Nassspritzverfahren vor Ort gefördert.

Ebenfalls Stand der Technik ist die Zugabe von Erstarrungshilfen - Beschleunigern- die den Erstarrungsprozess der Betonmische beschleunigen. Diese Erstarrungsbeschleuniger, die meist auf Basis von Natriumaluminat aufgebaut sind, werden über eine Dosierpumpe dem Anmachwasser in einer ca. 30%igen Lösung beigegeben. Eine Beigabe von Erstarrungsbeschleunigern in Pulverform wird für spezielle Einsätze (starker Wasserandrang) deshalb gewählt, weil die Zugabe in Pulverform nicht an die Sättigungsgrenze der flüssigen Lösung gebunden ist und Überdosierungen als Massnahme gegen zusätzlich austretendes Wasser möglich werden. Dabei muss allerdings mit einem starken Festigkeitsabfall der Betonerhärtung gerechnet werden.

Ebenso ist die Zumischung von Fasern zum Gemisch aus Zuschlag und Bindemittel mit oder ohne Anmachwasser Stand des Wissens. Diese Zumischungen werden vorgenommen, um die Biegezugfestigkeit und den E-Modul des Spritzbetons zu verbessern und gegebenenfalls den üblichen Einbau von Bau-20 stahlgittern durch das «Mitspritzen einer Bewehrung» zu ersetzen.

Eingesetzt werden Glasfasern mit einer Stapellänge von 20-30 mm aus alkalibeständigem Glas wie Aluminium-Bor-Silikatglas oder Soda-Zirkon-Glas, da Normalglas in der alkali-25 sehen Zementmischung nicht beständig ist und vom Zementstein angegriffen wird. Diese Gläser sind erheblich teurer als Normalglas.

Weiter werden Stahlfasern verwendet, entweder in einer Stapellänge von ca. 30 mm aus Stahlblöcken ausgefräst, oder 30 Stahlfasern aus blankem gezogenem Stahl mit einer Stapellänge von ca. 25 mm oder Stahlfasern aus blankem Draht mit abgewinkelten Enden und einer Stapellänge von ca. 30 mm.

Die Stapellänge der bisher eingesetzten Fasern bewegt sich allgemein zwischen 20 und 30 mm, was auch für versuchsweise 35 zugemischte Kunststoffasern gilt. Es erwies sich beim Einsatz der Fasern bisher als notwendig, für die Zugabe ein Entwirrungsgerät zwischenzuschalten, um die Verknäuelung der Fasern mit daraus resultierender Inhomogenität des Betonbestandes zu vermeiden.

40 Die in der nachstehenden Tabelle 1 aufscheinenden Werte ergeben den statischen Nachweis, das gesteckte Ziel (Ersatz des Baustahlgitters) erreichen zu können.

Aus Tabelle 1 und der beiliegenden Zeichnung gehen die Festigkeits- und E-Modul-Werte für bekannte Stahlfaserspritz-45 betone hervor, wobei von einem Beton der folgenden Zusammensetzung ausgegangen wird:

Zuschlagstoff Kornfraktion 0/4 50 Kornfraktion 4/8 Kornfraktion 8/16 Zuschlagstoffgehalt

Bindemittel 55 Zement PZ 375 Bindemittelgehalt

Erstarrungsbeschleuniger flüssig 60 Anmachwasser

1170 kg/m3 300 kg/m3 450 kg/m3 1920 kg/m3

365 kg/m3 365 kg/m3

20 kg/m3 80 kg/m3

Tabelle 1

Stahlfasertyp ca. 60 kg/m3 Fasermaterial

Zuschlagstoff

Probenalter Tage

Rohdichte kg/m3

Druckfestigkeit N/mm2

Statischer E-Modul N/mm2

ohne Fasern

Korngrösse 0 bis 16

3 7

28

2324 2315 2329

32,1 35,6 41,5

22448 23800 26400

3

669 784

Stahlfasern aus Stahl- Korngrösse 3 2369 34,4 23179

blocken, gefräst; 0 bis 16 7 2367 36,5 23145

Stapellänge ca. 30 mm 28 2361 47,7 23919

Stahlfasern aus blankem Korngrösse 3 2362 ' 34,6 24400

Draht gezogen; 0 bis 16 7 2371 36,9 27683

Stapellänge ca. 25 mm 28 2351 50,7 25414

Stahlfasern aus blankem Korngrösse 3 2373 36,6 23700

Draht mit abgewinkeltem Ende; 0 bis 16 7 2362 32,0 27090

Stapellänge ca. 30 mm 28 2335 45,0 26560

Als nachteilig bei der Aufbringung von Spritzbeton wird die meist sehr hohe Rückprallmenge angesehen, die bis zu 45 % des Spritzbetongutes ausmachen und wegen des eingeleiteten Abbindeprozesses keiner Verwertung mehr zugeführt werden kann.

Bei Leistungen von Anlagen auf mittleren und Grossbaustellen von 20 m3 Spritzgut/h, das sind im 8-Stunden-Schichtbetrieb 160 m3 Frischbeton, würden auf diese Weise bis zu 70 m3 Beton/ Schicht verlorengehen.

Die Rückprallwerte werden vor Ort unmittelbar nach dem Spritzvorgang ermittelt. Sie werden aus der Gewichtsmenge des rückgeprallten Spritzgutes, bezogen auf den eingebauten Beton errechnet und werden in Prozenten angegeben. Das Betongewicht ergibt sich in funktioneller Abhängigkeit aus der Förderleistung und der Spritzzeit.

Der bisher übliche, der Erhöhung (Armierung) der mechanischen Festigkeit dienende Zusatz von Fasern mit Stapellängen von 20 bis 30 mm in einer Menge von etwa 15 % des Bindemittelgewichts (50 bis 60 kg/m3 FB) bringt keine Verminderung des Rückpralls.

In neuerer Zeit werden dem Zement als Bindemittelergänzung latent-hydraulische Puzzolane beigegeben (Elektrofilter-aschen aus Dampfkraftwerken oder Naturpuzzolane wie Trass, usw. ). Der Vorteil einer Zumengung von latent-hydraulischen Puzzolanen liegt in der Erhöhung der Bestandsdichte des Betons, der Verringerung des Festigkeitsabfalls, Verminderung der Staubentwicklung beim Spritzvorgang und Verbesserung des Transportverhaltens der Trockenmische.

Auf Grund der spezifischen Klebewirkung der Puzzolane im Spritzgutgemisch konnte eine Verringerung des Rückpralls bei puzzolanhaltigen Spritzbetonen festgestellt werden. Neueste Erfahrungen derBaustellenpraxis unter Mitverwendung von Puzzolanen erbringen mittlere Rückprallwerte von 23-25 Gew.-%; an den Ulmen rund 16 Gew.-%; in der Kalotte ca. 33%.

Das bedeutet noch immer einen Verlust von rund einem Viertel des Spritzbetongutes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Zusammensetzung für Spritzbeton anzugeben, bei der diese Rückprallwerte deutlich vermindert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Feststoffmasse für die Spritzbetonherstellung Fasern mit einer Stapellänge von 2-5 mm und einer Dicke von 0,5-20 [xm in einer Menge, bezogen auf das Bindemittelgewicht, von 0,5 bis 5% enthält.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass mit den verschiedensten eingesetzten Faserarten, sofern diese die genannten Dimensionen haben, eine deutliche Verringerung des Rückpralls erreicht werden kann. In der Regel ergibt sich eine Verringerung um mindestens ein Drittel, beispielsweise auf 10% an den Ulmen, gegenüber den bisherigen Werten von 16% an den Ulmen.

Vorzugsweise werden die Fasern, bezogen auf das Bindemittelgewicht, in einer Menge von 0,5 bis 2% eingesetzt.

Als Fasermaterial eignet sich grundsätzlich jede zur Verfügung stehende Faserart, z.B. mineralische Glas- oder Asbestfasern und Metallfasern, bevorzugt werden aber Fasern verwendet, die bei Reibung an ihren Grenzflächen eine Kontaktelektri15

20

25

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35

40

45

zität aufbauen, insbesondere Fasern, die in der reibungselektrischen Spannungsreihe dem Kollodium vorangehen. Als solche eignen sich am besten organische Polymerfasern natürlichen oder synthetischen Ursprungs. Zu den Fasern natürlichen Ursprungs zählen alle Arten von Zellulosefasern, Regeneratzel-lulose, Zellulose-Ether oder -Ester, aber auch Alginat- und Eiweissfasern.

Eine besonders starke reibungselektrische Aufladung zeigen die synthetischen, auch als Chemiefasern bekannten Polymerfasern. Es handelt sich dabei um die verschiedensten Polymeren, vorzugsweise um Thermoplaste, wie Polyolefin-, Polyamid-, Polyester-, Polyurethan- oder Polycarbonatfasern. Somit sind Polyethylen, Polypropylen, Polyamide, Polyacrylsäureester, Acrylnitrilpolymerisate ebenso geeignet wie Methyl- oder Ethyl-zellulose und Acetylzellulose.

Es können sowohl einheitliche Fasern als auch Fasergemische und Fasern aus Materialgemischen eingesetzt werden.

Vorzugsweise werden Polyacrylnitril- und/oder Polyesterfasern verwendet.

Auch Abfallfasern, Fasern aus Altmaterial oder aus recyclier-tem Kunststoffmaterial können verwendet werden.

Das Fasermaterial mit der oben definierten Länge und Dicke gewährleistet eine ausgezeichnete gleichmässige Feinverteilung im Spritzgut und einen dreidimensionalen Verbund in der Mische, wobei die Kristallbindung im Betonmikrobereich durch diese Punktbewehrung nicht behindert und die sogenannte Igelbildung vermieden wird.

Die Fasern bauen nach Beigabe in die laufende Mischtrommel und während des Mischguttransportes in der Rohrleitung durch die Reibung am Zuschlag und der Forderrotowandung eine hohe positiv-elektrische Kontaktspannung auf, die nach Zugabe des Anmachwassers vor Ort in der Spritzdüse einen starken Zusammenhalt des Frischbetons bewirkt.

Ausführungsbeispiele:

Es wurde ein Spritzbeton der Güte 225 verarbeitet, dessen 50 Zusammensetzung aus der folgenden Tabelle 2 hervorgeht:

Tabelle 2

Zuschlagstoff 55 Kornfraktion 0/4 Kornfraktion 4/8 Kornfraktion 8/16 Zuschlagstoffgehalt

60 Bindemittel Zement PZ 375 Flugasche Bindemittelgehalt

65 Erstarrungsbeschleuniger flüssig

Anmachwasser Frischbetongewicht

1170 kg/m3 300 kg/m3 450 kg/m3 1920 kg/m3

330 kg/m3 35 kg/m3 365 kg/m3

20 kg/m3 80 kg/m3 2385 kg/m3

669 784

4

Mittlere Rohdichte Bohrkern 28 Tage Mittlerer E-Modul Bohrkern 28 Tage Mittlere Druckfestigkeit Bohrkern 28 Tage

2340 kg/m3 25 000 N/mm2 38,0 N/mm2

Anmachwasser

Fasern

135 kg/m3 2286 kg/m3 6,9 kg/m3

120 kg/m3 2271 kg/m3 3,45 kg/m3

Die Rückprallwerte für diesen Beton hegen bei23-25%, an den Ulmen 16%, in der Kalotte 33%.

Bei Zugabe von Fasern mit etwa 3 mm Stapellänge und einer Faserdichte von 10 mm in den folgenden Mengen verringern sich die Rückprallwerte wie folgt:

Zugabe:

5% des Bindemittelgewichts; Rückprall 3,7% 1)

3% des Bindemittelgewichts; Rückprall 8,2% 2)

2% des Bindemittelgewichts; Rückprall 9,0% 3)

1% des Bindemittelgewichts; Rückprall 9,4% 4)

1) Polymerfasern aus thermoplastischen Polymerisaten

2) Gemisch aus Acryl- und Polyesterfasern

3) Polyesterfasern

4) Acrylfasern

Mit geringfügig veränderter Zusammensetzung und Zusatz von 1 bzw. 2 Gew.-% Fasern (3 mm Stapellänge, 10 |xm Dicke, Gemisch aus Polyacrylnitril- und Polyesterfasern) werden folgende Werte erhalten:

Tabelle 3

Zuschlagstoff

2% Fasern 1%

kg/m3

Kornfraktion 0/4

1086

kg/m

1086

Kornfraktion 4/8

285

kg/m3

285

kg/m3

Kornfraktion 8/16

420

kg/m3

420

kg/m3

Zuschlagstoffgehalt

1791

kg/m3

1791

kg/m3

Bindemittel

Zement PZ 375

300

kg/m3

300

kg/m3

Flugasche

45

kg/m3

45

kg/m3

Bindemittelgehalt

345

kg/m3

345

kg/m3

Erstarrungs-

beschleuniger

flüssig

15

kg/m3

15

kg/m3

10

15

Frischbetongewicht

Mittlere Rohdichte Bohrkern 28 Tage Mittlerer E-Modul Bohrkern 28 Tage Mittlere Druckfestigkeit Bohrkern 28 Tage Rückprall an den Ulmen Rückprall in der Kalotte

20

25

30

35

40

2292,9 kg/m3

2242 kg/m3 16500 N/mm2

36,0 N/mm2 9,0%

16,0%

2274,45 kg/m3

2240 kg/m3 18100 N/mm2

37,5 N/mm2 9,4%

19,6%

Insbesondere bei der Verwendung von Kunststoffasern hat sich gezeigt, dass ab etwa 5 Gew.-% Fasergehalt bezogen auf das Gesamtbindemittel Verarbeitungsschwierigkeiten einsetzen, die in einer ungleichmässigen Verteilung der Kunststoffasern, insbesondere in einem Zusammenbacken derselben bestehen.

Es wurde ferner gefunden, dass insofern eine Abhängigkeit des Rückpralls von der Stapellänge der Fasern besteht, als z. B. für 1 bis 3 gewichtsprozentige Zugaben von Fasern etwa bei einer Stapellänge von ca. 3 bis 6 mm eine optimale Rückprallverminderung vorliegt und wobei die Rückprallwerte bei kürzeren und längeren Stapllängen wieder zunehmen.

Ferner wurde eine gewisse Abhängigkeit der mittleren Druckfestigkeit (28 Tage) von der Stapellänge der beigemengten Fasern beobachtet, und zwar in der Weise, dass diese mittlere Druckfestigkeit z. B. für 1 bis 3 gewichtsprozentige Zugaben von Fasern mit steigender Stapellänge sinkt.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen Beton gemäss Tabelle 2 beschränkt, sie ist ebenso auf sogenannte «Nullbetone» anwendbar, welche als Bindemittel lediglich Zement enthalten. So konnte bei einem Nullbeton, dessen Komponenten mit der Ausnahme der in Tabelle 2 angegebenen Komponenten entsprachen, dass als Bindemittel 365 kg/m3 Contragresszement PZ 375 verwendet wurde, festgestellt werden, dass vergleichbare prozentuelle Verminderungen des Rückpralls bezogen auf die Rückprallwerte des faserlosen Betons, erreicht werden konnten.

M

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Feststoffmasse für Spritzbeton, enthaltend hydraulische Bindemittel, Zuschlag und Fasern, dadurch gekennzeichnet, dass sie Fasern mit einer Stapellänge von 2 bis 5 mm und einer Dicke von 0,5 bis 20 [im in einer Menge, bezogen auf das Bindemittelgewicht, von 0,5 bis 5% enthält.
2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Fasern in einer Menge bezogen auf das Bindemittelgewicht von 0,5 bis 2% enthält.
3. Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einheitliche Fasern oder Fasergemische aus einem einheitlichen Material oder Materialgemisch enthält, das in der reibungselektrischen Spannungsreihe dem Kollodium vorangeht.
4. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Fasern organische Polymerfasern oder -fasergemische natürlichen oder synthetischen Ursprungs enthält.
5. Masse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie Thermoplastfasern bzw. -fasergemische, wie Polyolefin-, Polyamid- , Polyester-, Polyurethan- oder Polycarbonatfasern enthält.
6. Masse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie Fasern oder Gemische von Fasern auf Zellulosebasis, wie Rege-neratzellulose, Zellulose-Ether oder -Ester, sowie Eiweiss- oder Alginatfasern enthält.
7. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie Abfallfasem, Fasern aus Altmaterial oder aus recycliertem Kunststoffmaterial enthält.
8. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie Polyacrylnitril- und/oder Polyesterfasern enthält.

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