DE10110917A1

DE10110917A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Bindemittelschaumes

Info

Publication number: DE10110917A1
Application number: DE10110917A
Authority: DE
Inventors: Axel Kretzschmar; Annett Meisner; Joerg Bunge
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2002-10-02
Anticipated expiration: 2021-03-08
Also published as: DE10110917C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Bindemittelschaumes, beispielsweise eines Zementschaumes, bei dem eine aus einem feinstkörnigen Bindemittel, einem Schaumbildner und ggf. Zusatzstoffen bzw. -mitteln bestehende wässrige Suspension mit einem Gas vermischt und aus der Vorrichtung ausgetragen wird. DOLLAR A Das Problem der Erfindung besteht in der Entwicklung eines Verfahrens, das mit verringertem Energieeinsatz einen hohen Verschäumungsgrad der Bindemittelsuspension gewährleistet. Die Regulierung der Schaumdichte soll unabhängig von in der Mischkammer zu gewährleistenden Drücken möglich sien. Die Vorrichtung hierzu soll einen einfachen Aufbau aufweisen. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden das Gas axial und die wässrige Suspension radial in die Mischkammer (1) eingebracht. Die Strömungsgeschwindigkeit des Gases ist dabei 80 bis 250 mal größer als die der wässrigen Suspension. DOLLAR A Die hierzu erforderliche Mischkammer (1) weist einen länglichen zylindrischen Innenraum auf. In ihren Mantel mündet ein Rohr (2), das etwa den gleichen Durchmesser wie der zylindrische Innenraum besitzt und mit dem Anschlussstück (7) für die Bindemittelsuspension verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Bindemittelschaumes, beispielsweise eines Zementschaumes, bei dem eine aus einem feinstkörnigen Bindemittel, einem Schaumbildner und ggf. Zusatz stoffen bzw. -mitteln bestehende wässrige Suspension mit einem Gas, bei spielsweise Luft, vermischt und aus der Vorrichtung ausgetragen wird.

Das Aufbringen von geschäumten hydraulisch abbindenden Bindemitteln, bei spielsweise als Reparaturmörtel, Wärmedämm-Mörtel, Schallschutz-Mörtel, er folgt im Bauwesen mittels mobiler Vorrichtungen, in denen die aus einem fein teiligen Bindemittel, wie z. B. Zement, und Schaumbildner bestehende wässrige Suspension mit einem gasförmigen Fluid, in der Regel mit Luft, vermischt wird. Derartige Vorrichtungen zeichnen sich zum Zweck einer im Bauwesen unbe dingt erforderlichen mobilen Handhabung durch eine kleine und einfache Bau weise aus. So zeigt die DE-PS 195 37 239 C2 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines geschäumten Bindemittels, bei der die Eingangsstoffe in einer Expansi onskammer vorgemischt werden. Bindemittel, Wasser und Schaumbildner wer den über ein bis zur Expansionskammer hin reichendes Rohr axial in die Vor richtung eingebracht. Die Luft tritt in einem bestimmten Winkel zur Rohrachse von dem Mantel der Vorrichtung aus in den zwischen dem Mantel der Vorrich tung und dem Rohr vorhandenen Ringkanal ein und trifft als ringförmige Strö mung in der Expansionskammer auf den Suspensionsstrom. In Richtung der Austrittsöffnung wird die Expansionskammer radial von einer ersten Barriere begrenzt, nach der sich eine Mischkammer anschließt, die wiederum radial von einer zweiten Barriere begrenzt wird. Die zweite Barriere ist zur Umlenkung des Bindemittel-Luftgemisches in Richtung des radialen Austritts der Vorrichtung gegenüber dem Durchlass der ersten Barriere angeordnet. Im Kreuzstrom zum Bindemittel-Luftgemisch wird über einen zweiten Lufteintritt, der sich an dem dem Eintritt der Suspension gegenüberliegenden Ende der Vorrichtung befindet, ein zusätzlicher Luftstrom in das Bindemittel-Luftgemisch eingeleitet. Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass zwei Luftanschlüsse erforderlich sind. Außerdem ist ihr Aufbau aufgrund der erforderlichen Einbauten immer noch verhältnismäßig kompliziert, wodurch auch eine aufwendige Reinigung der Vorrichtung bedingt ist.

Lediglich noch ein Einbauteil ist in der Vorrichtung zur Schaumerzeugung ge mäß DE-PS 41 26 397 C2 erforderlich. Hierbei handelt es sich um eine rohrför mige poröse Trennwand, deren zylindrischer Innenraum die Mischkammer bil det und diese von der koaxial angeordneten Gaseinlasskammer trennt. Das Gas gelangt über einen außermittig an der Stirnseite der Vorrichtung angeord neten Gaseinlass in die Gaseinlasskammer. In gleicher Richtung wie das Gas wird die Suspension unter einen bestimmten Druck in die Mischkammer einge bracht, wobei zwischen der Mischkammer und der Gaseinlasskammer immer ein bestimmtes Druckgefälle eingestellt sein muss, so dass sich die Poren in der Trennwand nicht mit der Suspension zusetzen. Die Größe der Poren be stimmt die Porengröße im fertigen Schaum. Außerhalb des Schaumgenerators kann die Porengröße durch die Steuerung der relativen Mengenströme von Suspension und gasförmigen Medium gesteuert werden. Der Porenanteil und damit die Dichte des fertigen Schaumes lässt sich über das Verhältnis der in die Mischkammer pro Zeiteinheit eingeführten Gas- und Flüssigkeitsmengen variieren. Trotz der besonders einfach aufgebauten zylindrischen Bauform, der einfachen Montage und Demontage und der guten Regulierbarkeit von Poren größe und -verteilung besitzt die Vorrichtung den Nachteil der Notwendigkeit von Einbauten. Außerdem muss zur Gewährleistung der Funktion die notwendige Druckdifferenz zwischen Gaseinlasskammer und Mischkammer überwacht werden. Zum Durchtritt des Gases durch die Poren muss ständig ein Mindest druck in der Gaseinlasskammer vorhanden sein.

Über die eben genannten rein vorrichtungstechnischen Nachteile haftet dem mittels dieser Vorrichtungen erzeugten Bindemittelschaum ein verfahrensbe dingter Nachteil an. Der die Vorrichtung verlassende Schaum muss immer über eine bestimmte Länge zur Auftragsstelle transportiert werden. Dies erfolgt in der Regel in einem Schlauch. Durch die Reibung des Bindemittelschaumes an den Wänden sowie die innere Reibung innerhalb des Bindemittelstromes wird ein Teil der Schaumstruktur zerstört. Zur Erlangung eines abgebundenen Binde mittelschaumes mit einer geringen Dichte sind demzufolge sehr große Luft mengen und besonders bei der letztgenannten Vorrichtung hohe Drücke erfor derlich, um möglichst viel Luft in den Bindemittelstrom einzubringen. Damit er fordern diese Verfahren einen hohen Energiebedarf. Die verfahrenstechnisch erforderliche Überwachung der Verfahrensparameter schlägt sich, wie auch schon weiter oben bei der Beschreibung der Vorrichtung erläutert, in einem zu sätzlichen vorrichtungstechnischen Aufwand nieder.

Somit besteht das Problem der Erfindung in der Entwicklung eines Verfahrens, das mit verringertem Energieeinsatz einen hohen Verschäumungsgrad der Bin demittelsuspension auch noch nach langen Transportwegen bei deren Austritt aus der Austragsvorrichtung gewährleistet. Außerdem soll die Regulierung der Schaumdichte über Porengröße, -anzahl und -verteilung unabhängig von in der Mischkammer zu gewährleistenden Drücken möglich sein. Ferner soll die Vor richtung zur Erzeugung des geschäumten Bindemittels einen einfacheren Auf bau als die bekannten Vorrichtungen aufweisen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des ersten Patentan spruches gelöst. Der Patentanspruch 2 betrifft eine erfindungsgemäße Vorrich tung. Die folgenden Ansprüche 3 und 4 betreffen zweckmäßige Ausgestaltungen der Vorrichtung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die in die Vorrichtung eingebrachte Bindemittelsuspension durch den mit wesentlich höherer Geschwindigkeit axial in die Mischkammer eintretenden Gasstrahl bereits nach kurzer Wegstrecke innerhalb der Mischkammer in eine sich an die Wandung der Mischkammer sowie des sich anschließenden Verschäumungsrohres anliegende Strö mungsform, eine sogn. Ringströmung, gezwungen und mitgerissen. Aufgrund der sehr hohen Differenz der Geschwindigkeit zwischen Wand- und Kernströ mung kommt es zu Reibungsvorgängen sowohl zwischen Bindemittelsuspen sion und Wandung als auch Bindemittelsuspension und Gasstrom und dadurch zu einer regen Einlagerung von Gasblasen in die Suspension. Diese unelasti schen Blasen werden durch sich aneinander vorbeischiebende Schichten im mer wieder aufgerissen und bilden neue Gaseinschlüsse. Der zentrale Gasstrom reißt aus dem Bindemittelsuspension-Gas-Verband Teilchen heraus, die sich dann wieder mit angelagerten Gasblasen in die Ringströmung einfü gen. Diese Vorgänge wiederholen sich bis zum Austritt der Bindemittelsuspen sion aus der Austragsvorrichtung, d. h. aufgrund der nahezu bis zu diesem Zeit punkt bestehenden gasförmigen schnellen Kernströmung und der langsame ren flüssigen Ringströmung dauert der Prozess der Verschäumung quasi bis zum Verlassen der Austragsvorrichtung.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Misch kammer ohne Einbauten auskommt. Dadurch gestaltet sich ihr Aufbau sehr einfach. Außerdem lässt sie sich leicht reinigen und ist nicht störanfällig. Zur praktischen Handhabung beträgt die Länge des Verschäumungsschlau ches vom Austritt aus der Mischkammer bis zur Austrittsvorrichtung in der Regel zwei bis vier Meter. Ausreichend ist bereits eine Schlauchlänge von einem Meter. Der Verschäumungsgrad wird durch die Luftzufuhr gesteuert. Hierzu wird der Lufteintritt der Vorrichtung an einen handelsüblichen Baustellenkompressor an geschlossen. Eine Pumpe gewährleistet die gleichmäßige Suspensionszufüh rung. Die Suspension wird entweder vor Ort extern nach vorgeschriebener Re zeptur gemischt oder von einem Fahrmischer geliefert. Der geschäumte Ze mentleim kann entweder direkt aus der Austragsvorrichtung aufgespritzt oder mittels einer Maurerkelle auf den Untergund aufgebracht werden.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit schräger Zu führung der Suspension und

Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit senkrechter Zuführung der Suspension.

Gemäß Fig. 1 besteht eine erfindungsgemäße Vorrichtung aus einer rohrförmi gen Mischkammer 1, in deren Mantelbereich im spitzen Winkel zur Achse ein Rohr 2 mündet. Der Innendurchmesser des Rohres 2 ist im vorliegenden Bei spiel gleich dem Innendurchmesser der Mischkammer 1. Stirnseitig schließt sich an die Mischkammer 1 sowie an das freie Ende des Rohres 2 jeweils eine Querschnittsreduzierung 3 an. Zur leichteren Handhabung und besseren Reini gung der Vorrichtung sind die Querschnittsreduzierungen 3 jeweils über eine Kupplung 4 lösbar mit der Mischkammer 1 bzw. dem Rohr 2 verbunden. Das jeweils offene Ende der Querschnittsreduzierungen 3 besitzt einen Durchmes ser, der dem Querschnitt der jeweils anzuschließenden Zu- bzw. Ableitung ent spricht. Zur Verbindung mit diesen Leitungen besitzen die Querschnittsreduzie rungen 3 Gewindestücke, auf die die jeweiligen Anschlüsse der Zu- bzw. Ablei tungen aufschraubbar sind. So ist im vorliegenden Beispiel auf die Quer schnittsreduzierung 3, die sich an dem mit dem Rohr 3 einen spitzen Winkel bildende Ende der Mischkammer 1 befindet, ein Anschlussstück 5 für die Luft zufuhrleitung angeschlossen. Damit ist die axiale Strömungsrichtung der Luft durch die Mischkammer 1 festgelegt. Auf die an der gegenüberliegenden Stirn seite der Mischkammer 1 befindliche Querschnittsreduzierungen 3 ist ein An schlussstück 6 für die Verschäumungsleitung bzw. ein Verschäumungsrohr zu einer nicht näher dargestellten Austrittsvorrichtung für den Schaumzement auf geschraubt. Die Verschäumungsleitung oder evtl. auch das starre Verschäu mungsrohr sollte mindestens 1000 mm lang sein. Die Zuführung für die zu ver schäumende Suspension wird an das mit dem Rohr 2 verbundene Anschluss stück 7 angeschlossen.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen, kann das Rohr 2 auch senkrecht zur Strömungs richtung der Luft in die Mischkammer 1 münden.

Nachfolgend soll die Wirkungsweise der Vorrichtung näher beschrieben wer den: Zunächst wird die Luftzufuhr zugeschaltet. Erst danach strömt die aus ei nem Gemisch aus Zement, Wasser, Schaumbildner und ggf. Zusatzmittel und Zusatzstoff bestehende Suspension bei gleichbleibender Förderung über das Rohr 2 mit konstant kleinem Volumenstrom in die Mischkammer 1 ein. Das Ver hältnis zwischen Flüssigkeit und Feststoff bzw. Feststoffgemisch hat wesentli chen Einfluss auf die Verarbeitbarkeit und damit auf die Porosität des Endpro duktes. Es ist abhängig sowohl von den Zusätzen zum Wasser als auch den Zusatzmitteln bzw. -stoffen zum Zement. Als günstig hat sich ein Verhältnis von 0,35 bis 0,45 erwiesen. Da das Anschlussstück 5 für die Luft und das An schlussstück 7 für die Suspension einen kleineren Innendurchmesser als die Mischkammer 1 aufweisen, wirken die Querschnittsreduzierungen 3 in Richtung der Mischkammer 1 wie ein Diffusor, d. h. nach Eintritt beider Medien in die Mischkammer 1 erfolgt eine kurzzeitige Expansion und Verringerung ihrer Strö mungsgeschwindigkeit. Beim Eintritt der Suspension in die Mischkammer 1 wird sie über eine an der Verbindungsstelle zwischen Mischkammer 1 und Rohr 2 befindliche Abrisskante 8 von dem Luftstrom erfasst, mitgerissen und in eine Ringströmung gezwungen. Die Strömungsgeschwindigkeiten von Luft und Sus pension bestimmen die Porenbildung im Zementschaum. Beim Verlassen des Suspensions-Luft-Gemisches der Mischkammer 1 erhöht sich dessen Ge schwindigkeit durch die Querschnittsreduzierung 3 wieder. Durch die zentrale Luftströmung erfolgt an den Grenzflächen ein ständiger Austausch zwischen Flüssigkeitsteilchen und Luft. Dieser Vorgang hält quasi bis zum Austritt des Suspensions-Luft-Gemisches aus der Austragsvorrichtung an.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung eines Bindemittelschaumes, beispielsweise eines Zementschaumes, bei dem eine aus einem feinstkörnigen Bindemittel und einem Schaumbildner und ggf. Zusatzstoffen bzw. -mitteln bestehende wässrige Suspension mit einem Gas, beispielsweise Luft, in einer rohrför migen Mischkammer vermischt und aus dieser ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas axial und die wässrige Suspension radial in die Mischkammer (1) eingebracht werden, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Gases 80 bis 250 mal größer ist als die der wässrigen Suspension, und das Gas- Suspensions-Gemisch axial aus der Mischkammer (1) ausgetragen wird.

2. Vorrichtung zur Erzeugung eines Bindemittelschaumes aus einer fließfähi gen, aufschäumbaren Bindemittelsuspension, beispielsweise eines Ze mentleimes, bestehend aus einer Mischkammer mit einem Anschlussstück für die Zuführung eines Gases, einem Anschlussstück für die Zuführung der Bindemittelsuspension sowie einem Anschlussstück für die Abführung des Bindemittelschaumes zu einer Schaumaustragsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (1) einen länglichen zylindrischen Innenraum auf weist, der beidseitig über konische Verjüngungen in gegenüber dem zylindri schen Innenraum einen deutlich geringeren Durchmesser aufweisende und in der Achse der Mischkammer 1 befindliche Anschlussstücke (5, 6) mündet, wobei das eine Anschlussstück (5) mit der Zufuhrleitung für das Gas und das gegenüberliegende Anschlussstück (6) mit der zur Schaumaustragsvorrich tung führenden Verschäumungsleitung verbunden ist, und dass in den Mantel der Mischkammer (1) ein Rohr (2) mündet, das etwa den gleichen Durchmesser wie der zylindrische Innenraum besitzt und ebenfalls über eine konische Verjüngung mit dem Anschlussstück (7) für die Bindemittelsuspen sion verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) im spitzen Winkel zur Strömungsrichtung der Luft in die Mischkammer (1) mündet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) im rechten Winkel zur Strömungsrichtung der Luft in die Mischkammer (1) mündet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (1) und das Rohr (2) mittels Kupplungen (4) lösbar mit den Anschlussstücken (5, 6, 10) verbunden sind.