BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäss auf ein Verfahren zum Auftragen einer Spritzbetonschicht auf eine zu betonierende Oberfläche, wobei aus Zement, Füller, Zuschlagstoffen, gegebenenfalls Zusatzstoffen, und Wasser eine pump- sowie spritzlllhige Spritzbetonmischung angemacht wird, wobei ein vorgegebener Mengenstrom der Spritzbetonmischung mit Hilfe einer Betonlör- derpumpe durch eine Betonförderleitung einem Spritzaggregat mit Treiblufteinführungseinrichtung für unter einem Förderdruck von mehreren Bars stehende Treibluft zugeführt wird und wobei die Spritzbetonmischung mit der Treibluft verspritzt wird. Die Erfindung bezieht sich fernerhin auf ein Spritzaggregat mit Treiblufteinführungseinrichtung für die Durchführung eines solchen Verfahrens. - Füller meint feinkörnige Füller, insbesondere Flugasche.
Die Zusatzstoffe können z. B. Abbindebeschleunigungsmittel oder Abbindeverzögerungsmittel sein. Es kann sich aber auch um Kunstharzkomponenten handeln. Der Ausdruck Förderdruck meint den statischen Druck der Treibluft, die von einer entsprechenden Druckluftquelle zur Verfügung gestellt wird, beim Einleiten in die Treiblufteinführungseinrichtung.
Die (aus der Praxis) bekannten gattungsgemässen Massnahmen haben sich bewährt, jedoch ist die Ansteifzeit verhältnismässig gross. Die pump- und spritzfähige Spritzbetonmischung weist Überschusswasser auf welches bei der Hydratation nicht verbraucht wird. Es verlängert in störendem Masse die Ansteifzeit.
Das beeinträchtigt die Dicke bei einem Spritzvorgang und insgesamt auftragbaren Spritzbetonschicht. Um die Ansteffzeit zu reduzieren, ist es bekannt, der Spritzbetonmischung Wasserglas beizumischen. Das geschieht beim Anmachen der pump- und spntzfähigen Spritzbetonmischung. Wasserglas ist jedoch ein in den chemischen Erhärtungsprozess störend eingreifendes Betonzusatzmittel. Da Wasserglas den pH-Wert des Frischbetons über den normalen Wert von pH = 12,6 anhebt, können unerwünschte Alkalisilikatreaktionen dafür verantwortlich sein, dass die Festigkeit des erhärteten Betons in Abhängigkeit von der Zeit bisweilen eine abfallende Tendenz zeigt. Im übrigen ist es bekannt (GB-PS 20 20 722), einer Spritzbetonmischung Silica-Staub beizugeben.
Silica-Staub bezeichnet staubfeine, amorphe oder kolloidale Kieselsäure, die als Fällungskieselsäure oder durch Hochtemperaturhydrolyse hergestellt wird. Im Rahmen dieser bekannten Massnahmen wird zunächst aus Zement, gegebenenfalls feinkörnigen Füllern, und Wasser eine fliessfähige Mischung angemacht, die später mit den trockenen Zuschlagstoffen versetzt wird. In die fliessfähige Mischung wird der Silica-Staub eingebracht, dessen innere Oberfläche im Rahmen der bekannten Massnahmen nicht spezifiziert ist. Der Silica-Staub kommt so sehr frühzeitig mit dem Wasser in der fliessfähigen Mischung in Berührung, und zwar längere Zeit vor dem Spritzvorgang. Das Silica-Pulver trägt bei dieser Arbeitsweise zur Reduzierung der Ansteifzeit nicht beachtlich bei, es bewirkt jedoch eine Festigkeitssteigerung des erhärteten Spritzbetons.
Vermutlich reagiert Silica-Pulver mit dem Kalziumhydroxid des Zementes unter Bildung von Kalziumsilicathydraten. Das bewirkt eine den Klinkerphasen des Zementes verwandte Kristallstruktur und macht es verständlich, dass Festigkeitssteigerungen erreicht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dem gattungsgemässen Verfahren die Ansteifzeit zu reduzieren, und zwar ohne störend in den chemischen Erhärtungsprozess einzugreifen.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, dass die Treibluft mit Silica-Staub beladen wird, der eine innere Oberfläche von zumindest 25 m2/g aufweist, und dass mit der Treibluft in den Mengenstrom der Spritzbetonmischung der Silica-Staub in solcher Menge eingebracht wird, dass der aufgetragene Spritzbeton unmittelbar nach dem Aufbringen eine spontane Temperaturerhöhung von einigen Graden Kelvin erfährt. Da das Silica-Pulver mit der Treibluft in die Spritzbetonmischung eingebracht wird, erfolgt das Einmischen unmittelbar vor dem und beim Verspritzen. Arbeitet man nach dem erfindungsgemässen Verfahren, so nimmt das Silica-Pulver das t Überschusswasser in der pump- und fliessfähigen Spritzbetonmischung spontan auf und zwar praktisch beim Auftreffen der Spritzbetonmischung auf die zu beschichtende Oberfläche.
Es versteht sich, dass eine entsprechend innige Vermischung durchgeführt werden muss. Man kann annehmen, dass die als Silica-Pulver beigegebene Kieselsäure mit ihrer extrem geringen Teilchengrösse für den Zement Kristallisationskeime darstellt. Die Kristallisationskeime beschleunigen das Ansteifen und die Bildung von Kalziumsilicathydraten.
Die durch die physikalische Wirkung (Knstallisationskeime) hervorgerufene chemische Reaktion (Betonverfestigung) führt zu einer Temperaturerhöhung, die spontan eintritt. Die Temperatur lässt sich experimentell für eine vorgegebene Spritzbetonmischung leicht ermitteln. Erfindungsgemäss wird die spontane Temperaturerhöhung ermittelt, um die Silica-Pulvermenge wirksam so zu dosieren, dass eine beachtliche Reduzierung der Ansteifzeit erreicht wird und folglich wesentlich grössere Schichtdicken aufgetragen werden können. Andererseits trägt das Silica-Pulver langfristig, wie eingangs erläutert, zur Festigkeitssteigerung des erhärteten Spritzbetons bei. Vorzugsweise wird der Silica-Staub in den Mengenstrom der Spritzbetonmischung in solcher Menge eingebracht, dass die spontane Temperaturerhöhung 5 bis 10 Kelvin beträgt.
Das führt bei üblichen Spritzbetonmischungen dazu, dass mit der Treibluft in den Mengenstrom der Betonmischung, bezogen auf den Zementgehalt, 2 bis 6 Gew.-%, vorzugsweise etwa 4 Gew.-%, des Silica-Pulvers eingebracht werden. Das liegt im Rahmen der angegebenen Wärmetönungen.
Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird die unter dem Förderdruck stehende Treibluft mit dem Silica-Staub beladen, was die Bildung von Flocken und Klumpen aus dem Silica-Pulver vermeidet.
Im einzelnen bestehen verschiedene Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens. Stets muss die innere Oberfläche in ausreichendem Masse spontan das Wasser aufnehmen. Damit dies geschieht, ist eine innere Oberfläche von zumindest 25 m2/g erforderlich. Nach Möglichkeit soll die innere Oberfläche grösser sein. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Treibluft mit einem Silica-Staub beladen wird, der eine innere Oberfläche im Bereich zwischen 200 bis 300 m2/g aufweist. Man kann aber auch mit einer inneren Oberfläche arbeiten, die 700 m2/g und mehr ausmacht. Je grösser die innere Oberfläche ist, desto geringer kann die beigegebene Menge sein.
Im Rahmen der Erfindung liegt es, dem Silica-Staub vor dem Einbringen oder beim Einbringen in die Treibluft feinkörniges Abbindebeschleunigungsmittel beizugeben, z. B. können dem Silica-Staub 25 bis 40 Gew.-% eines Abbindebeschleunigungsmittels beigegeben werden, wobei die Mischung insgesamt mit 100 Gew.-% anzunehmen ist.
Im Rahmen der Erfindung kann mit allen üblichen Spritzbetonmischungen gearbeitet werden, insbesondere auch mit solchen, die eine Kunstharzkomponente enthalten. Bewährt hat sich eine Spritzbetonmischung, die etwa 300 kg/m3 Zement, 80 kg/m3 Flugasche, 1600 kg/m3 Zuschlagstoffe der Sieblinie Bs/Cs und 200 kg/m3 Wasser aufweist. Der Zement ist zweckmässigerweise ein Portlandzement 45 F. Um die Qualität des aufgebrachten Spritzbetons weiter zu verbessern, empfiehlt die Erfindung, dass der Silica-Staub mit einem pulverförmigen Kleber und/oder mit einem Schnellbinder auf Aluminatbasis vermischt wird und diese Mischung mit der Treibluft in die Spritzbetonmischung eingebracht wird.
Dabei können in den Silica-Staub, dessen Menge etwa 3 Gew.-% des Zementgemisches ausmacht, etwa 0,5 bis 2 Gew.-%o des Klebers und/oder etwa 0,75 bis 2 Gew.-% des Schnellbinders beigemischt werden.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Spritzaggregat zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Es ist in der Zeichnung dargestellt.
Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein solches Spritzaggregat.
Man erkennt in der Figur ein gerades Führungsrohr 1 für die mit dem Silica-Staub beladene Treibluft und ein in das gerade Führungsrohr 1 in der durch einen Pfeil 2 angedeuteten Spritzrichtung, jedoch schräg eingeführtes Zuführungsrohr 3 für die vorher angemachte und mit der Betonförderpumpe zugeführte Spritzbetonmischung. Das Spritzaggregat kann aber auch anders geschaltet werden, so dass das gerade Führungsrohr 1 für die Führung der Spritzbetonmischung und das schräg eingeführte Zuführungsrohr 3 für die mit dem Silica-Staub beladene Treibluft dient. An das gerade Führungsrohr list im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ein von einer Bedienungsperson beim Auftragen des Spritzbetons führbarer Schlauch 4 angeschlossen. Er dient gleichzeitig als Verwirbelungslanze oder Verwirbelungsschlauch 4.
Entsprechend könnte man mit einem Veiwirbelungsrohr arbeiten. In bezug auf die Betonförderleitung kann das gerade Führungsrohr 1 auch als Düse ausgeführt und dazu mit einer Einschnürung versehen sein, in der sich der statische Druck in kinetische Energie umsetzt. Das dargestellte Spritzaggregat ist für einen Förderdruck der Treibluft von über 5 bar, vorzugsweise von etwa 8 bar, eingerichtet. Das Führungsrohr 1 sowie das Zuführungsrohr 3 besitzen dazu einen Innendurchmesser D von etwa 50 mm. Der Einführungswinkel a beträgt etwa 30O.
DESCRIPTION
The invention relates generically to a method for applying a shotcrete layer to a surface to be concreted, whereby a pumpable and sprayable shotcrete mixture is mixed from cement, filler, additives, optionally additives, and water, with a predetermined volume flow of the shotcrete mixture using a concrete putty - The pump is fed through a concrete delivery line to an injection unit with propellant introduction device for propellant air under a delivery pressure of several bars, and the shotcrete mixture is sprayed with the propellant air. The invention further relates to an injection unit with a propellant air introduction device for performing such a method. - Filler means fine-grained fillers, especially fly ash.
The additives can e.g. B. Be accelerating or retarding. But it can also be synthetic resin components. The expression delivery pressure means the static pressure of the propellant air, which is provided by a corresponding compressed air source, when it is introduced into the propellant air introduction device.
The generic measures known (from practice) have proven themselves, but the stiffening time is relatively long. The pumpable and sprayable shotcrete mix has excess water which is not consumed during hydration. It increases the stiffening time to a disruptive extent.
This affects the thickness of a spraying process and the overall sprayed concrete layer. In order to reduce the activation time, it is known to add water glass to the shotcrete mixture. This happens when the pumpable and sprayable shotcrete mixture is mixed. However, water glass is a concrete additive that interferes with the chemical hardening process. Since water glass raises the pH value of the fresh concrete above the normal value of pH = 12.6, undesired alkali silicate reactions can be responsible for the fact that the strength of the hardened concrete sometimes shows a decreasing tendency depending on the time. It is also known (GB-PS 20 20 722) to add silica dust to a shotcrete mixture.
Silica dust refers to dust-fine, amorphous or colloidal silica, which is produced as precipitated silica or by high-temperature hydrolysis. In the context of these known measures, cement, optionally fine-grained fillers, and water are first mixed into a flowable mixture which is later mixed with the dry additives. The silica dust is introduced into the flowable mixture, the inner surface of which is not specified within the scope of the known measures. The silica dust thus comes into contact with the water in the flowable mixture very early, and for a long time before the spraying process. The silica powder does not make a significant contribution to reducing the stiffening time, but it does increase the strength of the hardened shotcrete.
Silica powder is believed to react with the calcium hydroxide of the cement to form calcium silicate hydrates. This results in a crystal structure related to the clinker phases of the cement and makes it understandable that strength increases are achieved.
The object of the invention is to reduce the stiffening time in the generic method, without interfering with the chemical hardening process.
To achieve this object, the invention teaches that the blowing air is loaded with silica dust which has an inner surface area of at least 25 m2 / g, and that the blowing air is introduced into the mass flow of the shotcrete mixture in such an amount that that the sprayed concrete applied experiences a spontaneous temperature increase of a few degrees Kelvin immediately after application. Since the silica powder is introduced into the shotcrete mix with the propellant air, it is mixed in immediately before and during spraying. If the process according to the invention is used, the silica powder absorbs the excess water in the pumpable and flowable shotcrete mixture spontaneously, practically when the shotcrete mixture hits the surface to be coated.
It goes without saying that a correspondingly intimate mixing must be carried out. It can be assumed that the silica added as silica powder with its extremely small particle size represents crystallization nuclei for the cement. The crystallization nuclei accelerate the stiffening and the formation of calcium silicate hydrates.
The chemical reaction (concrete consolidation) caused by the physical effect (installation germs) leads to an increase in temperature that occurs spontaneously. The temperature can easily be determined experimentally for a given shotcrete mix. According to the invention, the spontaneous temperature increase is determined in order to effectively meter the amount of silica powder in such a way that a considerable reduction in the stiffening time is achieved and consequently much greater layer thicknesses can be applied. On the other hand, as explained at the beginning, the silica powder contributes to increasing the strength of the hardened shotcrete. The silica dust is preferably introduced into the mass flow of the shotcrete mixture in such an amount that the spontaneous temperature increase is 5 to 10 Kelvin.
In conventional shotcrete mixtures, this means that the propellant air is used to introduce 2 to 6% by weight, preferably about 4% by weight, of the silica powder into the mass flow of the concrete mixture, based on the cement content. That is within the range of the given heat effects.
According to a preferred embodiment of the invention, the driving air, which is under the delivery pressure, is loaded with the silica dust, which avoids the formation of flakes and lumps from the silica powder.
There are various possibilities for further training and designing the method according to the invention. The inner surface must always absorb sufficient water spontaneously. For this to happen, an inner surface of at least 25 m2 / g is required. If possible, the inner surface should be larger. A preferred embodiment of the invention is characterized in that the driving air is loaded with a silica dust which has an inner surface in the range between 200 to 300 m2 / g. But you can also work with an inner surface that is 700 m2 / g and more. The larger the inner surface, the smaller the amount added.
It is within the scope of the invention to add fine-grained setting accelerating agents to the silica dust before introduction or during introduction into the driving air, e.g. For example, 25 to 40% by weight of a setting accelerating agent can be added to the silica dust, the total mixture being assumed to be 100% by weight.
Within the scope of the invention it is possible to work with all customary shotcrete mixtures, in particular also with those which contain a synthetic resin component. A shotcrete mix has proven itself, which has about 300 kg / m3 cement, 80 kg / m3 fly ash, 1600 kg / m3 aggregates of the sieve line Bs / Cs and 200 kg / m3 water. The cement is expediently a Portland cement 45 F. In order to further improve the quality of the sprayed concrete applied, the invention recommends that the silica dust is mixed with a powdery adhesive and / or with an aluminum-based rapid binder and this mixture is mixed with the propellant into the Shotcrete mix is introduced.
About 0.5 to 2% by weight of the adhesive and / or about 0.75 to 2% by weight of the quick binder can be mixed into the silica dust, the amount of which makes up about 3% by weight of the cement mixture .
The invention also relates to an injection unit for carrying out the method described. It is shown in the drawing.
The single figure shows a longitudinal section through such an injection unit.
One recognizes in the figure a straight guide tube 1 for the driving air loaded with the silica dust and a feed tube 3, however, inserted obliquely into the straight guide tube 1 in the spray direction indicated by an arrow 2, for the sprayed concrete mixture which has been previously made and supplied with the concrete feed pump. The injection unit can, however, also be switched differently, so that the straight guide tube 1 serves for guiding the shotcrete mixture and the obliquely inserted feed tube 3 for the driving air loaded with the silica dust. In the exemplary embodiment and according to a preferred embodiment of the invention, a hose 4 which can be guided by an operator when applying the shotcrete is connected to the straight guide tube. It also serves as a swirl lance or swirl hose 4.
Accordingly, one could work with a vortex tube. With regard to the concrete delivery line, the straight guide tube 1 can also be designed as a nozzle and can be provided with a constriction in which the static pressure is converted into kinetic energy. The injection unit shown is set up for a delivery pressure of the driving air of over 5 bar, preferably of about 8 bar. For this purpose, the guide tube 1 and the feed tube 3 have an inner diameter D of approximately 50 mm. The insertion angle a is approximately 30 °.