DD229684B1 - Hochfeste zementmoertelmischung - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die hochfeste Zementmörtelmischung dient der Gebirgsankerbefestigung zur Sicherung des verringerten Gebirges im Felshohlraumbau und wird in patronierter Form im untertägigen Bereich eingesetzt. 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 Gebirgsanker, 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.

In der Praxis besteht die Hauptanforderung an eine Mörtelmischung in einer kurzen Erhärtungszeit, 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.

Für den Einsatz in Fehlhohlraumbauten mit langer Lebensdauer werden vorzugsweise Polyesterharz-Klebepatronen 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 Zementfeststoffpartikel mit dem Wasser dar.

Die DE-OS 283 5287 beschreibt ein Mörtelsystem zur Verankerung eines Verstärkungselementes oder Bolzens in einem Loch, wo der Zement mit einer nicht mit ihm reaktionsunfähigen 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 reaktionsfähigen 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.

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In der DE-OS 2840967 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 weiteren ist es durch die begrenzte Einlagerungsdauer der Hülsen in die aktivierende Flüssigkeit vor dem Einführen in die Ankerbohrlöcher nicht möglich, einen genau definierten Wasserzementwert einzustellen. Dieser ist jedoch bei einer schnellabbindenen und frühhochfesten Mörtelmischung für die geforderte Festigkeitsentwicklung von großer Bedeutung.

Ein weiteres Mörtelsystem, das für derartige Einsatzzwecke verwendet werden könnte, beschreibt die DE-AS 2356637. Das beschriebene System auf der Basis von Tonerdeschmelzzement in Verbindung mit Portland-, Eisenportlandzement oder Hochofenzement, Gipshalbhydrat oder Anhydrit mit einem Sulfonsäuregruppen enthaltenden Formaldehyd-Amino-1,3,5-triazin-Kondensationsprodukt hat den Nachteil, daß entsprechend hohe Festigkeiten erst nach 6 Stunden erzielt werden können und ein Einsatz bei ungünstigen hydrologischen Bedingungen nicht möglich ist.

Zur Veränderung der Eigenschaften von Zementmörtelmischungen durch Zusätze von bekannten Beschleunigern, Abbindeverzögerern, Wasserreduzierungsmittel und anderen Stoffen werden verschiedene Verfahrensweisen vorgeschlagen.

So wird in der DD-PS 62246 zur besseren Verteilung der in geringen Mengen eingesetzten Wirkstoffe wie Beschleuniger, beispielsweise Natriumcarbonat, Steinmehl als Füller dem Beton- oder Mörtelansatz zugegeben.

Die hiernach erreichte Abbindezeit und Druckfestigkeit — 11,20MPa nach 24 Stunden — beschränkt die Anwendung, wobei durch den Füllstoffeinsatz der Anmachwasserbedarf und die notwendige Mischarbeit zur gleichmäßigen, guten Reaktion des Gemisches nachteilig erhöht wird.

Zur Beschleunigung des Abbindens von Baustoffen wird nach der DD-PS 97410 vorgeschlagen, Beschleuniger in drei aufeinander abgestimmten Komponenten einzusetzen, wie Alkalicarbonat, Alkalisalz und Alkalisilicat.

Dieses erfindungsgemäße Zusatzgemisch verbessert das Abbindeverhalten von Portlandzementen und verbessert deren mechanische Leistungen bzw. Eigenschaften nach 24 Stunden ohne wesentliche Beeinträchtigung des Langzeitverhaltens.

Bei Einsatz von nur saurem Alkalicarbonat gleichen Anteils erfolgt ein weit schnelleres Abbinden, die mechanische Leistung wird jedoch stark beeinträchtigt.

Die erfindungsgemäß erreichbare Beschleunigung und nach 24 Stunden erreichbaren Druckfestigkeiten lassen eine schnellabbindende, frühhochfeste Mörtelmischung beispielsweise für Ankerungsarbeiten nicht herstellen.

Bekannt ist auch, daß Zugaben von 1-3 Ma.-%— bezogen auf die eingesetzte Zementmasse—feingemahlenem, hydralisiertem Zement bei gleichzeitiger Erhöhung der Festigkeit eines Portland-Hochofenzementbetons eine geringe Erhärtungsbeschleunigung bewirken.

Auch hier ist der für einen guten Reaktionsablauf höher zu wählende Anteil Anmachwasser und die notwendige intensive Mischarbeit für einen speziellen, nur geringe Mischarbeit erlaubenden Einsatz ungeeignet, zumal nur ein gering beschleunigtes Aushärten zu erreichen ist.

Ein Mehrkomponentengemisch aus einem oder mehreren Wasserreduzierungsmitteln und Mikrosiliciumdioxid, dem noch weitere Zusatzmittel wie Verzögerer oder Beschleuniger zugegeben werden können, wird in der DD-PS 212953 als Zusatzmittel zu Betonansätzen für einen einem Luftporenbeton gleichwertigen oder besseren Beton beschrieben.

Das erfindungsgemäße Mikrosiliciumdioxid-Zusatzmittel läßt einen faktisch gegen Eindringen von Flüssigkeiten dichten Beton mit hoher Frost-Tauwechsel-Beständigkeit und Festigkeit entstehen.

Zur günstigen Reaktion eines derartig herzustellenden Betons ist zur Vermeidung von negativen Gelbildungen eine Aufschlämmung von Mikrosiliciumdioxid und Wasserreduzierungsmittel der frischen Beton- oder Mörtelmischung beizugeben und erfordert dort intensive Mischarbeit für eine gleichmäßige Verteilung zur guten Reaktion.

Da diese Beton- oder Mörtelmischung darauf abgestimmt ist, eine gute Verarbeitbarkeit zu garantieren, wird die hochfeste Aushärtung erst spät —nach 28 Tagen 82,80MPa Druckfestigkeit —erreicht.

Ein Verkürzen der Abbindezeit kann durch bekannte Beschleuniger erreicht werden, wobei die Eigenschaften in bekannter Weise stark beeinträchtigt werden und geringe Mischarbeit erfordernde, frühhochfeste Mörtelmischungen nicht erzielt werden.

Nach der DE-OS 2327789 wurde ein Verfahren zur Überführung von Rotschlamm in eine feste Form bei Zugabe von Zement ohne

Zusatzwasser und eventuell einer Zugabe von bekannten Abbindebeschleunigern zur Verkürzung der Abbindezeit vorgeschlagen.

Die hiermit erstellten Formkörper erreichen keine nutzbaren Qualitäten, die außer einer umweltfreundlicheren Deponie zu einer

wirtschaftlichen Verwertung führen könnten. Versuche, Rotschlamm bei der Ziegelherstellung oder als geblähtes Granulat in der

Bauindustrie als Zuschlagstoff einzusetzen, ließen außer seiner Verwendung und Beseitigung keine Vorteile oder qualitativ

neuen Effekte und Ziegel- oder Zementbaustoffeigenschaften erreichen.

Diesen Zementmörtelmischungen mit ihren Zusätzen haftet insgesamt der Nachteil an, eine intensive Mischarbeit zu erfordern

und das besonders beim Setzen eines Ankers über Kopf, auf Grund des Mischens mit der Ankerstange, Anteile der

Anmachflüssigkeit aus dem Bohrloch herauslaufen, wodurch die ausreichende Benetzung des Mörtels und damit der

Abbindeprozeß beeinträchtigt wird.

Claims (1)

1. Hochfeste Zementmörtelmischung zur Gebirgsankerbefestigung, die mittels einer zerstörbaren, beispielsweise gläsernen Zweikammer-Ankerpatrone zur Sicherung des verritzten Gebirges im Felshohlraumbau eingesetzt wird, in zwei Stunden abbindet und aus einer Mischung von

   19-28,4% Portlandzement PZ 5/55

   19-28,4% Tonerdeschmelzzement TZ 50

   28,4-37,9 % Portlandzement PZ1 /45 oder PZ 4/45

   9,5—19 % Tonerdeschmelzzement TZ 50
   und

   35,5% Kiessand 0/2 oderO/1 mm

   12,8-16% Wasser

   0,2-10,5% Natriumcarbonat als Beschleuniger

   0,5-0,7 % Verflüssiger auf der Basis eines Hydrosulfit-Melamin-Formaldehyd-

   Polykondensates besteht,

   dadurch gekennzeichnet, daß 1,4-2,1% Rotschlamm in Verbindung mit dem Beschleuniger eingesetzt werden.