DD229684A1 - Zementmoertelmischung zur gebirgsankerbefestigung - Google Patents

Abstract

Die Zementmoertelmischung wird bei Ankerungsarbeiten zur Sicherung des verritzten Gebirges im Felshohlraumbau in patronierter Form bei der Befestigung der Gebirgsanker eingesetzt. Es ist das Ziel der Erfindung, die Maengel bekannter Moertelmischungen zu vermeiden, wobei die Aufgabe zu loesen ist, bei geringem Aufwand, unter allen fuer eine Ankerung in Frage kommenden Bedingungen, mit ueblichen Zementen eine kurze Abbindezeit, hohe Fruehfestigkeit und damit fruehe Belastbarkeit des Gebirgsankers zu erzielen und die Moertelmischung in patronierter Form einzusetzen. Erfindungsgemaess wird dies dadurch erreicht, dass einer Zementmischung und Kiessand der Erhaertungsbeschleuniger Natriumcarbonat und, im Verhaeltnis zu diesem, Rotschlamm zugegeben wird sowie Wasser mit dem Verfluessiger Viskoment. Bei Anwendung von Natriumcarbonat ist bekannt, dass neben der Verkuerzung der Abbindezeiten auch ein Festigkeitsabfall eintritt. Die erfindungsgemaesse Moertelmischung bringt neben der Verkuerzung der Abbindezeit eine Erhoehung der Festigkeit und stellt mit dem geringen Wasser/Zement-Faktor eine in patronierter Form sicher reagierende Mischung zur Verfuegung, die eine fruehe Belastbarkeit des eingesetzten Gebirgsankers realisiert. Anwendungsgebiete der Moertelmischung sind vorzugsweise die Ankerungsarbeiten im Felshohlraumbau, Hangsicherung, Verstaerkung von Struktur- und Baukoerpern oder als spezielle Moertelmischung fuer Bauwerksreparaturen, wo eine hohe Fruehfestigkeit erforderlich ist.

Description

Titel der Erfindung

Zeinentmörtelmischung zur Gebirgsankerbefestigung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Zementmörtelmischung zur Gebirgsankerbefestigung wird in patronierter Form im untertägigen Bereich eingesetzt und dient zur Sicherung des verritzten Gebirges im Felshohlraumbau. Die Ankerpatrone mit der Zementmörtelmischung bildet in Verbindung mit dem Gebirgsanker ein Ausbauelement, bei welchem, in ein Ankerbohrloch eingesetzt, nach Zerstörung der Ankerpatrone mittels des Gebirgsankers, dieser über die den Ringraum ausfüllende, erhärtende Zementmörtelmischung mit dem Gebirge fest verbunden wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Verankerungsbolzen oder Gebirgsanker werden im Bergbau als Verstärkungs- oder Bewehrungsglied in Gesteinsschichten, als Ausbauelement in Felshohlraumbauten verwendet. Die Verankerungen werden in die Bohrlöcher eingebracht und an ihrem inneren Ende durch eine Mörtelmischung, die um die Ankerstange herum erhärtet, fixiert.

^; 1 u.0EZ.1934*21T45-6

In der Praxis besteht die Hauptanforderung an eine Mörtelmischung in einer kurzen Srhärtungszeit, die jedoch ausreichend sein muß, um ein Vermischen der Mörtelbestandteile nach dem Einbringen der Ankerstange im Bohrlochtiefsten zu gewährleisten und in dem Erreichen einer unter, den gegebenen geologischen, eine Ankerung erfordernden Bedingungen kurzfristigen hohen Belastbarkeit des Gebirgsankers.

Mir den Einsatz in Felshohlraumbauten mit langer Lebensdauer werden vorzugsweise Polyesterharz-Elebepatronen eingesetzt. Diese Patronen sind kostenaufwendig und können im wasserführenden Gebirge nicht eingesetzt werden, da durch eintretende Verseifung eine qualitativ gute Aushärtung und damit die erforderliche Festigkeit nicht erreicht wird. Solche Gebirgszustände werden von Fall zu Fall mit Perfoankern gesichert, die umständlich zu handhaben sind und ebenfalls für ihre Herstellung hohe Kosten verursachen.

Im internationalen Maßstab setzen sich immer mehr Zementmörtelpatronen durch.

Eine spezielle Problematik bei der Anwendung einer Zementmörtelmischung in patronierter Form stellt die an sich bei den bekannten Verfahren nicht erreichbare, aber erforderliche, gute Benetzbarkeit der hydrophoben Zementfeststoff partikel mit dem Wasser dar.

Die DE-OS 283 528 7 beschreibt .ein Mörtelsystem zur Verankerung eines Verstärkungselementes oder Bolzens in einem Loch, wo der Zement mit einer nicht mit ihm reaktionsfähigen Flüssigkeit zusammengebracht wird, so daß er als "Schmiere" bzw. "schlammartige Masse" vorliegt, um ein gutes Eindringen der Ankerstange bzw. eine gute Durchmischung des Mörtelsystems zu erreichen. Der zweite Bestandteil besteht aus einer Flüssigkeit, die mit dem Zement reaktionsfähig ist.

,Die Bestandteile des Mörtelsystems können sowohl in getrennten Beschickungsleitungen in das Loch eingebracht werden, als auch in getrennten Kammern in einer zerbrechlichen bzw. leicht zerstörbaren Packung, die so gestaltet ist, daß das Verstärkungsglied eindringen kann, wobei die Mörtelbestandteile in dem Loch durch Drehung des Verstärkungsgliedes vermischt werden.

Bei der Vermischung des Mörtelsystems mit der mit ihm reaktionsfähigen Flüssigkeit wird die als Gleitmittel eingesetzte nicht mit dem Zement reaktionsfähige Flüssigkeit aus dem Mörtelverband verdrängt. Dabei besteht bei einer rasch abbindenden Mörtelmischung die Gefahr, daß Teile der reaktionsunfähigen Flüssigkeit im Mörtelverband eingeschlossen werden und so Fehlstellen verursachen. Dadurch wird das Abbindeverhalten der Zementmörtelmischung verändert bzw. ein kraftschlüssiger Verbund zwischen Ankerstange und Gebirge nicht mehr gewährleistet. Weiterhin ist für eine gute Durchmischbarkeit des Mörtelsystems ein Drehen der Ankerstange nach dem Setzen erforderlich, was mit einem zusätzlichen maschinellen Aufwand beim Setzvorgang verbunden ist und bei Gebirgen geringer Festigkeit durch Einmischen, von Abriebmaterial die Mischungsanteile und damit die sonst erreichbaren Ergebnisse beeinträchtigt.

In der DS-OS 284- 096 7 wird ein Verfahren zum Verankern von Elementen in Stein, Beton und ähnlichem Material durch Einbetten eines Teiles des zu verankernden Materials in ein Bohrloch beschrieben, bei dem die in einer Hülse eingebrachte Bindemittelmischung in das Bohrloch eingeführt wird, nach dem diese vor dem Einbringen in das Bohrloch mit einer aktivierenden Flüssigkeit getränkt wird. Die Hülse mit der Bindemittelmischung und gegebenenfalls einem Füller, z.B. feiner Sand, ist als Zylinder ausgebildet und an beiden Seiten verschlossen. Die Wandung der Hülse besteht z.B. aus einem flüssigkeitsdurchlässigen, feuchtigkeitsfesten Papier oder perforierten plastischen

Material, welches aber gegenüber der Bindemittelmischung, die sich in der Hülse befindet, undurchlässig ist. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß beim Einbringen der Ankerstange in die Hülse die völlige Zerstörung des sogenannten feuchtigkeitsfesten Papiers bzw. des perforierten plastischen Materials nicht erreicht wird, so daß dies teilweise als Trennschicht zwischen Zementmörtelmischung und Gebirge verbleibt und dabei die Ankerhaftung herabsetzt.

Des v/eiteren ist es durch die begrenzte Einlagerungsdauer der Hülsen in die aktivierende Flüssigkeit vor dem Einführen in die Ankerbohrlöcher.nicht möglich, einen genau definierten Wassersementwert einzustellen. Dieser ist ,jedoch bei einer schnellabbindenden und frühhochfesten Mörtelmischung für die geforderte Festigkeitsentwicklung von großer Bedeutung.

Ein weiteres Mörtelsystem, das für derartige Sinsatzzwecke verwendet werden könnte, beschreibt die DS-AS 235 663 7· Das beschriebene System auf der Basis von Tonerdeschmelzzement in Verbindung mit Portland-, Eisenportlandzement oder Hochofenzement, Gipshalbhydrat oder Anhydrit mit einem Sulfonsäuregruppen enthaltenden Formaldehyd-Amino-1j3,5-triazin-Kondensationsprodukt hat den Nachteil, daß entsprechend hohe Festigkeiten erst nach έ Stunden erzielt werden können und ein Einsatz bei ungünstigen hydrologischen Bedingungen nicht möglich ist.

Den bekannten Mörtelmischungen haftet der Nachteil an, daß besonders beim Setzen des Ankers über Kopf, auf Grund der erforderlichen Mischarbeit mit der Ankerstange, Anteile der Anmachflüssigkeit aus dem Bohrloch herauslaufen, wodurch die ausreichende Benetzung des Mörtels und damit der Abbindeprozeß beeinträchtigt wird.

-Ziel der Erfindung

Bs ist das Ziel der Erfindung, die beschriebenen Mangel, die auf die bekannten, vorstehend beschriebenen Mörtelmischungen bezüglich der Anwendung bei der Ankerungstechnik im Felshohlraumbau insgesamt zutreffen, zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zementmörtelmischung tu. entwickeln, die unter allen für eine Anwendung der Ankerungstechnik in Präge kommenden geologischen Bedingungen des Felshohlraumbaues mit geringem Aufwand in patronierter Form angewendet werden kann und unter Verwendung üblicher Zemente bei kurzer Abbindezeit eine hohe Frühfestigkeit erreichen läßt. Die Lösung der Aufgabe wurde erfindungsgemäJB in den Zementmörtelmischungen nachstehend aufgeführter Rezepturen gefunden:

19,0 %	bis	28,4 %	Portlandzement PZ 5/55	TZ	TZ	50
19,0 %	bis	28,4 %	Tonerdeschmelzzement	0/1	0/1	mm
		33,3 %	Kiessand 0/2 mm bzw.
1,4 %	bis		Rotschlamm
Γ\ O &7 ^ > ^- /**	bis	0,5 %	Natriumcarbonat
	bis	0,7 7°	Yiskoment
12,8 %	bis	16,0 %	Wasser
oder aus				Portlandzement PZ 1/45 /	PZ 4/45
28,4 %	bis	37,9 %	Tonerdeschmelzzement	50
9,5 %	bis	19,0 %	Kiessand 0/2 mm bzw.	mm
		35,5 %	Rotschlamm
1,4 %	bis	2,1 %	Natriumcarbonat
Π O <ff U, £ί /ο	bis	υ,ρ /β	Viskoment
0,5 %	bis		Wasser
12,8 %	bis	16,0 %

Wie diese Rezepturen zeigen, sind die handelsüblichen Zemente und Zusatzmittel für die Erfüllung der speziellen

Aufgabe einsetzbar.

natriumcarbonat ist ein bekannter Erhärtungsbeschleuniger, der zwar die Abbindezeiten der Zemente erheblich verkürzt, jedoch einen Druckfestigkeitsabfall der erhärtenden Mörtelmischung verursacht.

Durch die erfindungsgemäße Kombination von Natriumcarbonat mit Rotschiamm - ein Abfallprodukt bei der Gewinnung von Aluminiumoxid - tritt hier der überraschende Effekt auf, daß neben der Eigenschaft der Schnellerhärtung des Mörtels eine erhebliche Erhöhung der Prühfestigkeit gegenüber bisher bekannten Mörtelmischungen bei Anwendung gleichartiger Zemente eintritt.

Durch den entsprechenden Einsatz des Verflüssigers Viskoment konnte der Wasserbedarf dieser Zementmörtelmischung dabei noch so gering gehalten werden - Wasser/Zement-Faktor 0,28 - 0,34-j vorzugsweise 0,3 - so daß bei einer Anwendung dieser Zementmörtelmischung in patronierter Form für eine Gebirgsankerbefestigung ausreichend Trockenmörtel in das Bohrloch eingebracht werden kann, der nach einer geringen Durchmischung der Rezepturanteile durch das Einbringen der Ankerstange eine schnelle und gute Haftung der Ankerstange im Bohrloch garantiert.

Durch den geringen Anmachwasserbedarf der erfindungsgemäßen Mörtelmischung, den' geringen Mischaufwand mit der Ankerstange nach dem Zerstören der Ankerpatrone sowie die erzielte kurze Abbindezeit wird, besonders beim Ankersetzen über Kopf, mit Sicherheit erreicht, daß die eingesetzten Mischungsbestandteile im vorgegebenen Verhältnis miteinander reagieren - d.h. ohne durch Mischarbeit eingebrachtes Abriebmaterial oder ausfließende Anmachflüssigkeit veränderte Verhältnisse beeinträchtigt zu sein - so daß die erforderliche hohe Festigkeit der Mörtelmischung und damit die gute Haftung des Gebirgsankers realisiert werden kann.

Dadurch, daß das Wasser-Verflüssiger-Gemisch, bei der Anwendung der Zement-Mörtel-Mischung in patronierter Form,

in einem Innenröhrchen über die gesamte Länge von dem Zement-Kies-Gemisch (Trockenmörtel) umgeben ist, wird bei der Zerstörung der Mörtelpatrone, bestehend aus dem Innenröhrchen und dem Außenrohr, durch das Einbringen der Ankerstange eine gleichmäßige Wasserverteilung erreicht, so daß ein Drehen der Ankerstange für eine gute Durchmischung nicht mehr erforderlich ist·

Die Erfindung bietet eine einfache und problemlose Mörtelmischung zum Verankern von Elementen in Felshohlraumbauten. Die Mörtelmischung ist auf üblichen Zementen und Zusatzmitteln aufgebaut, reagiert zuverlässig mit frühhochfestem Abbindeverhalten bei geringster Mischarbeit und überwindet die den bekannten Mörtelmischungen, die patroniert oder mittels Beschickungsleitungen zur Ankerbefestigung zum Einsatz gelangen, anhaftenden Nachteile.

Ausführungsbeis-piel

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In eine in üblicher Weise anzuwendende Zweikammer-Ankerpatrone

Länge 440 mm

Durchmesser 29/30 mm Volumen 170/180 ml

wird ein Gemisch aus

4-7,4- % Zementgemisch

35,5 % Kiessand 0,2 mm

1,9 % Rotschlamm

0,5 % Natriumcarbonat

14,2 % Wasser

0,5 % Viskoment

derart eingebracht, daß sich das Zement-Kies-Gemisch mit dem pulverförmigen Beschleuniger und Sotschlamm in einem

Rohr aus Glas als äußere Kammer befindet. Eingebettet in diese Mischung ist als innere Kammer ein kleineres Rohr aus Glas, welches das erforderliche Anmachwasser mit dem Verflüssiger Viskosent beinhaltet.

Diese Ankerpatrone mit der erfindungsgeaäßen Zementaörtelmischung wird in entsprechender Anzahl in ein Ankerbohrloch eingesetzt. Anschließend wird der Gebirgsanker eingebracht, die Glasröhren der Patrone zerstört und so der Srhärtungsνorgans eingeleitet.

Unter Baustellenbedingungen wurde bei einem Ankerbohrloch von 37 21m Durchmesser und 2000 mm Tiefe, mit einem stählernen Gebirgsanker von 22 mm Durchmesser, bei einem Einsatz von 2 Ankerpatronen, nach 5 Minuten Abbindezeit der Mörtelmischung ein selbsthaftender Sitz des Gebirgsankers erreicht, Bereits nach 2 Stunden konnte der Gebirgsanker mit 70 ET belastet werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch

   1. Zementmörtelmischung zur Gebirgsankerbefestigung, die mittels einer zerstörbaren, beispielsweise gläsernen Zweikammer-Ankerpatrone zur Sicherung des verritzten Gebirges im IPelshohlraumbau eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß diese für eine frühhochfeste Aushärtung aus Zement, Kiessand, Wasser, einem Verflüssiger, Natriumcarbonat als Beschleuniger und im Verhältnis zu diesem eingegebenen Hotschlamm besteht, wobei im einzelnen

   19,0 % bis 28,4 % Portlandzement PZ 5/55 19,0 % bis 28,4- % Tonerdeschmelzzement TZ 50

   oder 28,4 % bis 37,9 % Portlandzement PZ 1/4-5 oder

   PZ 4/45 9,5 % bis 19,0 % Tonerdeschmelzzement TZ 50

   und 35,5 % Kiessand 0/2 oder 0/1 mm

   1,4 % bis 2,1 % Rotschlamm 0,2 % bis 0,5 % Natriumcarbonat 0,5 % bis 0,7 % Viskoment (Verflüssiger) 12,8 % \>%s 15,0 % Wasser

   Z'e Ankerpatrone eingesetzt sind.

   Zementmörtelmischung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß in der verschlossenen, äußeren Kammer der Ankerpatrone die Mischungskomponenten Zement, Kiessand, Rotschlamm, Natriumcarbonat und, in dieser Mischung eingebettet, die dicht verschlossene, innere Kammer mit Wasser und Viskoment in der vorgeschlagenen Zusammensetzung, lagerungs- und einsatzfähig, eingebracht sind.