DE102010024975B4

DE102010024975B4 - Verfahren zur Herstellung von Baustoffmischungen und Baustoffmischungen für MgO-Beton sowie Verfahren zum Aufbringen von Baustoffmischungen auf zu verschließenden Hohlräumen und Grubenbauen im Salzgestein

Info

Publication number: DE102010024975B4
Application number: DE102010024975.0A
Authority: DE
Inventors: Ulli Priestel; Matthias Gruner; Wolfram Kudla; Andreas Kawka; Lutz Damm
Original assignee: Gts Grube Teutschenthal Sicherungs & Co KG GmbH
Current assignee: Gts Grube Teutschenthal Sicherungs & Co KG GmbH
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2030-06-19
Also published as: DE102010024975A1

Abstract

Baustoffmischung zur Herstellung von MgO-Beton und zum Aufbringen auf zu verschließende Hohlräume und Grubenbaue im Salzgestein in einem Trockenspritzverfahren, wobei die Baustoffmischung auf der Basis von Magnesiumoxid als Bindemittel und einer wässrigen MgCl2-haltigen Anmachlösung sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff erstellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Zutaten als mittlere Massenanteile (Ma) mit angegebenen Toleranzen in einer Trockenspritzrezeptur vorgesehen sind:R-Lösung oder Q-Lösung: 10 Ma% ± 2 Ma% MgO-Produkt: 15 Ma% ± 3 Ma% Gesteinskörnung: 75 Ma% ± 5 Ma%, wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vorgesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl2-Lösungsverbrauch von ≤ 60 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist, und wobei sich die R-Lösung und Q-Lösung als gesättigte Salzlösungen auf ein Jänecke-Diagramm im System Na-K-Mg-Cl-SO4 beziehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Baustoffmischungen und Baustoffmischungen für MgO-Beton sowie ein Verfahren zum Aufbringen von Baustoffmischungen auf zu verschließenden Hohlräumen und Grubenbauen im Salzgestein, wobei die Baustoffmischung auf der Basis von Magnesiumoxid als Bindemittel und einer wässrigen Anmachlösung sowie zumindest von Quarzsand als Zuschlagstoff eingesetzt wird.
In Bergwerken oder genutzten unterirdischen Hohlräumen werden zum Schutz gegen potentielle Flüssigkeitszutritte aus dem umliegenden Gebirge oder aus benachbarten Bereichen des Grubengebäudes flüssigkeitsdichte Streckenverschlussbauwerke errichtet. Bisher bekannte Verfahren zum Abdichten von Strecken im Salzgestein beziehen sich auf Standorte im Steinsalz. Dabei wurden als Dichtmaterialien z. B. Blöcke aus gepresstem Steinsalz, wie in den Druckschriften DE 4 130 658 C2 , DE 4 434 758 C1 , DE 4 434 759 C2 beschrieben ist, oder spezielle Bentonitformsteine, wie in der Druckschrift DE 198 56 640 C2 beschrieben ist, vorgeschlagen.
Querschnittabdichtungen im Steinsalz bestehen neben Bentonitdichtelementen aus statischen Widerlagern, die die Standsicherheit des Salzgesteins gewährleisten sollen und insbesondere axiale Verschiebungen der Dichtelemente infolge der Flüssigkeitsdruckbelastungen minimieren bzw. verhindern sollen. Diese statischen Widerlager sind in der Regel aus Solebeton – Zement, Normzuschlag, gesättigte NaCl-Lösung als Anmachflüssigkeit – oder aus Salzbeton – Zement, Steinsalzzuschlag, gesättigte NaCl-Lösung als Anmachflüssigkeit –. Statische Widerlager aus Solebeton oder Salzbeton sind sowohl in Schachtverschlüssen als auch in Streckenverschlüssen gebaut worden.
Die Verwendung zementbasierter Baustoffe im salinen Milieu wirft allerdings auch Fragen auf. Die Langbeständigkeit von Beton wird besonders bei hohen Mg²⁺- und SO₄ ^2–-Gehalten der angreifenden Lösung in Frage gestellt. Das Langzeitverhalten von Solebeton mit silikatischem Zuschlagsstoff unter salinen Bedingungen wird im Wesentlichen durch die Korrosion der Zementsteinphasen bestimmt. Bei Salzbeton mit Salz als Zuschlagstoff sind zusätzlich Lösungsgleichgewichte zwischen den im Salzbeton enthaltenen Salzen und der angreifenden Lösung in Betracht zu ziehen. Die Korrosionsgeschwindigkeit der Zementsteinphasen ist stark von kinetischen Faktoren abhängig, wie z. B. der für die Salzlösung zugänglichen Angriffsoberfläche und der Beschaffenheit der Korrosionsprodukte (Deckschichtbildung). Die den salinen Lösungen zugängliche Angriffsoberfläche hängt von der Verteilung der Mikrorisse in der Zementsteinmatrix ab. Aus diesen Gründen sind zementbasierte Baustoffmischungen umstritten, insbesondere wenn im Steinsalz auch mit Mg²⁺- und SO₄ ^2–-haltigen Zutrittslösungen zu rechnen ist oder wenn man sich in Grubenbereichen befindet, in denen beispielsweise Carnallit oder Kieserit anstehen.
Hingegen gelten Baustoffmischungen auf Magnesiumoxidbasis (MgO) gerade unter diesen Bedingungen als langzeitstabil. Dieser Umstand ist seit ca. 100 Jahren im Kalibergbau bekannt. Dort werden MgO-Binder als Baustoff, beispielsweise als Mörtel oder Injektionsmittel erfolgreich eingesetzt.
Für den Salzbergbau wurden MgO-Baustoffmischungen mit Salzzuschlag, meist mit Steinsalz als Zuschlagmaterial entwickelt und eingesetzt. Diese Baustoffmischungen sind in erster Linie für die Hohlraumverfüllung als Pumpversatz vorgesehen. Hierbei wird als Anmachlösung keine reine MgCl₂-Lösung verwendet, sondern die im Kalibergbau anfallenden Betriebslaugen genutzt, wie in der Druckschrift DE 42 35 032 C1 beschrieben ist. Neben kaustischem MgO kann als weiteres Bindemittel Halbbranntdolomit (entspricht MgO + CaCO₃) eingesetzt werden, der selbst einen MgO-Gehalt von 25 bis 28% hat, wie in der Druckschrift DE 195 29 850 C2 beschrieben ist. Die dieses Bindemittesystem aus Halbbranddolomit (MgO + CaCO₃) und MgCl₂-Sole enthaltende Baustoffmischung stellt nur einen Pumpversatz dar, der nicht als Beton, sondern nur zur Hohlraumverfüllung dient, wobei die Zuschlagstoffe als Hauptbestandteile Abfallstoffe, also kein Normsand, sondern meist nur Gesteinsmehle sind.
Daneben enthalten diese Versatzmaterialien für die Verwertung zugelassene anorganische Abfälle, wie z. B. Filterstäube, Aschen, Altsande. Bei Verwendung von MgCl₂-MgSO₄-Mischlösungen als Anmachflüssigkeit werden auch Bindemittelmischungen aus CaO, Ca(OH)₂, MgO und Mg(OH)₂ empfohlen, wie in der Druckschrift DE 197 37 583 C2 beschrieben ist. Durch Zugabe von Gesteinsmehlen (z. B. Schiefer-, Anhydrit-, Kalkmehl) oder Ton können die Eigenschaften dieser Verfüllmaterialien gemäß Druckschrift DE 197 58 679 C2 verbessert werden.
Ein Füllstoff mit einem CaO-Ca(OH)₂-Bindemittel und einer Salzlösung mit ≥ 250 g/l CaCl₂ und bis zu 50 g/l MgCl₂ als Anmachflüssigkeit kann gemäß der Druckschrift DE 197 58 682 B4 aufgrund seiner thixotropen Eigenschaften auch als Spritzmörtel für unterschiedliche Aufgaben im Salzbergbau eingesetzt werden. Als Zusatzbindemittel werden MgO und Mg(OH)₂ angegeben. Beide Bindemittelgruppen sollen vorzugsweise mit einer Körnung von < 10 μm verwendet werden. Neben Steinsalz können dem Mörtel als Füller Gesteinmehle (z. B. Schiefer-, Dolomit-, Anhydrit-, Kalkmehl) oder Ton zugegeben werden. Die in der DE 197 58 682 B4 angegebene Baustoffmischung enthält ein Bindemittelsystem aus CaO und Ca(OH)₂, das als Spritzmörtel pauschal gemäß dem Stand der Technik eingesetzt werden kann. Darin enthalten sind auch Abbindebeschleuniger.
Die bereits vorgeschlagenen technischen Lösungen haben jedoch folgende Nachteile. MgO-Baustoffmischungen mit Salzzuschlag zeigen ein mehr oder weniger ausgeprägtes zeitabhängiges Verformungsverhalten, das zu einem ungenügenden Tragverhalten führt. Bei Langzeitbelastung (Aufkriechen des umliegenden Gebirges) entzieht sich der Salzzuschlag der Belastung und lagert die Spannung auf das Bindemittel um. Dies kann zu Rissbildungen im Bindemittel führen. Bei Hartgesteinzuschlag erfolgt eine Spannungsumlagerung auf den hochfesten Zuschlag, was zu einer Entlastung des Bindemittels führt.
MgO-basierte Bindemittel stellen im ausgehärteten Zustand Gemische aus schwerlöslichen basischen Magnesiumsalzhydraten dar und unterscheiden sich in ihren Eigenschaften von den üblichen zementbasierten hydraulischen Bindemitteln. Die wissenschaftlichen Kenntnisse zu den ablaufenden chemischen Prozessen und zu den entstehenden Phasengleichgewichten zum vorliegenden Stoffsystem sind trotz der langen empirischen Erfahrungen mit diesen Baustoffmischungen sehr lückenhaft. Bindemittelkombinationen aus MgO mit anderen reaktiven Komponenten, wie Halbbranntdolomit oder anderen Metalloxiden führen zu einer weiteren Verkomplizierung der ohnehin hochkomplexen Reaktionsabläufe. Dieser Umstand kann dazu führen, dass es infolge schwankender Qualitäten der Ausgangsstoffe zu Schwankungen und Instabilitäten der resultierenden Baustoffeigenschaften kommen kann.
Der herkömmliche Magnesiabeton aus kaustischem MgO als Bindemittel mit üblichen Betonzuschlägen wird in den Druckschriften DE 709 890 A und CH 201 224 A beschrieben. Danach liegt für das Bindemittel das optimale Mischungsverhältnis bei 8 Mol MgO zu 1 Mol Mg²⁺ in der Anmachlösung. Der Zuschlaganteil soll sich in den Grenzen zwischen 3 und 12 kg Zuschlag je kg MgO bewegen.
Der herkömmliche MgO-Beton mit Normzuschlag (z. B. Quarzsand) ist ein einfacheres Stoffsystem, das in Ortbetonbauweise unter in situ Bedingungen beherrschbar ist. Vorteilhaft sind der Einsatz von reinem MgO (Verzicht auf Bindemittelkombinationen) und die Verwendung von steifen Zuschlägen (Quarzsand). Üblicherweise erfolgt der Einbau in Ortbetontechnologie mit unterschiedlich großen Betonierabschnitten. Nachteilig ist jedoch hier die sich je nach Reaktivität des MgO intensiv entwickelnde Reaktionswärme, die zu hohen Temperaturen im Bauwerk und an der Gebirgskontur führt.
Probleme bereitet dieser Umstand in Salzgesteinbereichen, in denen überwiegend Carnallit ansteht, insbesondere wenn der Carnallit Kieserit und/oder Tachyhydrit enthält. In diesem Fall ist das Salzgestein extrem empfindlich gegen Feuchtigkeit und Wärme. Dies äußert sich in der sofort einsetzenden Verwitterung eines frisch nachgeschnittenen Salzgesteinstoßes. Dieser Verwitterungsprozess kann durch Wärmeeinwirkung, z. B. infolge der Hydratationswärme des eingebauten Baustoffs beschleunigt werden. Dies führt dazu, dass trotz des bekannterweise sehr gut mechanischen Verbundes zwischen MgO-Baustoff und Salzgestein der konturnahe Salzgesteinbereich sehr durchlässig ist, was zu einer Umströmung eines Verschlussbauwerkes führen kann. Das Grundproblem der intensiven Wärmeentwicklung infolge der Ortbetonbauweise wird durch die Anwendung des Spritzbetonverfahrens gelöst. Dieses für zementbasierte Baustoffmischungen entwickelte Verfahren ist zwar allgemein bekannt und genormt, die Grundregeln sind jedoch nicht auf MgO-Baustoffmischungen übertragbar.
Nachfolgend wird angegeben, dass der aus der Spritztechnologie bekannte Stand der Technik nicht auf MgO-Baustoffmischungen übertragbar ist. Bekannt sind das sogenannte Nassspritzverfahren und das Trockenspritzverfahren. Beim Trockenspritzverfahren wird eine Baustoffmischung pneumatisch bis zur Spritzdüse gefördert und dort mit einem Wasser-Beschleunigergemisch benetzt oder vermischt. Als Nachteil des Trockenspritzverfahrens gelten der hohe Rückprall, die hohe Staubentwicklung und die geringe Spritzleistung. Die Anwendung des bekannten Trockenspritzverfahrens für MgO-Baustoffmischungen ist nicht möglich, da auch hier ein Abbindebeschleuniger erforderlich ist. Ein weiterer Umstand ist, dass bei MgO-Baustoffmischungen ein bestimmtes Verhältnis MgO zu Mg²⁺ eingehalten werden muss und deshalb das Verhältnis zwischen Anmachflüssigkeit (mit vorgegebenem Mg²⁺-Gehalt) und dem Trockengemisch aus MgO und Zuschlag im Vergleich zu zementbasierten Baustoffmischungen in sehr engen Grenzen variieren darf. In 1 ist eine schematische Darstellung des Trockenspritzverfahrens nach dem Stand der Technik zum Aufbringen von Spritzbeton, wobei das Trockenspritzverfahren mit zementbasierten Baustoffmischungen angewandt wird, gezeigt. Dabei wird die Feststoffkomponente, bestehend aus Gesteinskörnung, Bindemittel – Zement –, optional Zusatzstoffe und Zusatzmittel in fester Form, mittels Druckluftförderung zur Trockenspritzdüse gefördert. Die flüssige Komponente, bestehend aus Wasser und Abbindebeschleuniger, wird mittels einer Hochdruckpumpe ebenfalls zur Trockenspritzdüse gefördert. In der Trockenspritzdüse wird die Flüssigkomponente mit der Feststoffkomponente vereinigt, so dass an der Austrittsöffnung der Trockenspritzdüse eine gut durchmischte Baustoffmischung mit hoher Geschwindigkeit austritt.
Beim Nassspritzverfahren wird der fertig gemischte Betonmörtel im Dickstrom gefordert und in einer Düse mit dem Abbindebeschleuniger vereinigt. Dabei spielt der Abbindebeschleuniger eine zentrale Rolle, da die Anforderungen – gute Förderbarkeit und gleichzeitig sofortige Haftung oder Klebrigkeit – sich hinsichtlich der Betonkonsistenz widersprechen. Da beim MgO-Beton als Anmachflüssigkeit gesättigte Salzlösungen eingesetzt werden, sind übliche Abbindebeschleuniger nicht verwendbar oder nicht bekannt. Dieser Umstand schließt die Anwendung des bekannten Nassspritzverfahrens für MgO-Beton praktisch aus. In 2 wird eine schematische Darstellung des Nassspritzverfahrens nach dem Stand der Technik zum Aufbringen von spritzbetonartiger Baustoffmischung gezeigt. Nach dem Stand der Technik wird das Nassspritzverfahren mit zementbasierten Baustoffmischungen angewandt. Dabei wird das nasse Fertiggemisch, bestehend aus der Gesteinskörnung, dem Bindemittel (Zement), optional auch Zusatzstoffe und Zusatzmittel wie z. B. Erstarrungsverzögerer mittels Betonpumpe zur Nassspritzdüse gefördert. Eine zusätzliche flüssige Komponente, bestehend aus Wasser und Abbindebeschleuniger, wird mittels einer Hochdruckpumpe ebenfalls zur Nassspritzdüse gefördert. In der Nassspritzdüse werden die nasse Fertigmischung und die Flüssigkomponente durch einen zusätzlichen Luftförderstrom mit hoher Geschwindigkeit zur Austrittsöffnung gefördert.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Baustoffmischungen und Baustoffmischungen für MgO-Beton sowie ein Verfahren zum Aufbringen von Baustoffmischungen auf zu verschließenden Hohlräumen und Grubenbauen im Salzgestein anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, mit denen in Strecken im Salzgestein auch unter schwierigen Randbedingungen und Zusammensetzungen des zu verschließenden Salzgesteins unter anderem dauerhafte Querschnittabdichtungen errichtet werden können. Außerdem soll eine intensive Wärmeentwicklung vermieden werden. Des Weiteren soll auf Abbindebeschleuniger verzichtet werden.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 2, 4, 7, 10, 11 und 16 gelöst.
Es ist eine Baustoffmischung zur Herstellung von MgO-Beton und zum Aufbringen auf zu verschließende Hohlräume und Grubenbaue im Salzgestein im Trockenspritzverfahren vorgesehen, wobei die Baustoffmischung auf der Basis von Magnesiumoxid als Bindemittel und einer wässrigen MgCl₂-haltigen Anmachlösung sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff erstellt wird,
wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1
folgende Zutaten als mittlere Massenanteile mit angegebenen Toleranzen in einer Trockenspritzrezeptur vorgesehen sind:

R-Lösung: 10 Ma% ± 2 Ma%

MgO-Produkt: 15 Ma% ± 3 Ma%

Gesteinskörnung: 75 Ma% ± 5 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vorgesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von ≤ 60 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist.
Die gegenüber dem Salzgestein-Bestandteilen Carnallit und Kieserit gesättigte Anmachlösung kann nicht nur in Form einer R-Lösung, sondern auch als Q-Lösung ausgebildet sein, wobei sich die R-Lösung und die Q-Lösung auf das bekannte Jänecke-Diagramm beziehen. In der Druckschrift Priestel, Gruner, Wasowiecz: Aktuelle Einsatzmöglichkeiten von MgO-Beton, Vortrag zum 6. Baustoffkolloquium am 7. und 8. Februar 2007 in Freiberg, ist das Jänicke-Diagramm dargestellt und ein Hinweis auf die R-Lösung durch den im Jänecke-Diagramm eingezeichneten Punkt R gegeben. Auch in der Druckschrift Herbert, Schwandt: Salzlösungszuflüsse im Salzbergbau Mitteldeutschlands, Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit GRS GmbH, GRS 26, Oktober 2007, S. 50–58, sind sowohl die R-Lösung (System Na-K-Mg-Cl-SO4) als auch die Q-Lösung (System Na-K-Mg-Cl-SO4) bezogen auf das Jänecke-Diagramm angegeben.
Eine weitere Baustoffmischung zur Herstellung von MgO-Beton und zum Auf bringen auf zu verschließende Hohlräume und Grubenbaue im Salzgestein ist angegeben, wobei die Baustoffmischung auf der Basis von Magnesiumoxid als Bindemittel und einer wässrigen MgCl₂-haltigen Anmachlösung sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff erstellt wird,
wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 2
folgende Zutaten als mittlere Massenanteile mit angegebenen Toleranzen in einer Trockenspritzrezeptur vorgesehen sind:

R-Lösung: 15 Ma% ± 3 Ma%

MgO-Produkt: 17 Ma% ± 3 Ma%

Gesteinskörnung: 68 Ma% ± 6 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vorgesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von > 60 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist.
Eine zugehörige Baustoffmischung weist folgende Zutaten als Massenanteile (Ma) in einer Trockenspritzrezeptur auf:

R-Lösung: 13,5 Ma%

MgO-Produkt: 15,3 Ma%

Gesteinskörnung: 71,2 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vorgesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von 65 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß dem Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist.
Eine andere Baustoffmischung zur Herstellung von MgO-Beton und zum Aufbringen auf zu verschließende Hohlräume und Grubenbaue im Salzgestein im Suspensionsspritzverfahren ist angegeben, wobei die Baustoffmischung auf der Basis einer Suspension aus Magnesiumoxid und einer wässrigen MgCl₂-haltigen Anmachlösung als Bindemittel sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff erstellt wird,
wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 4
folgende Zutaten als mittlere Massenanteile mit angegebenen Toleranzen in einer Suspensionsspritzrezeptur vorhanden sind:

R-Lösung: 15,5 Ma% ± 3,5 Ma%

MgO-Produkt: 15,5 Ma% ± 3,5 Ma%

Gesteinskörnung: 69 Ma% ± 7 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vor gesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von ≤ 60 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist.
Eine definierte Baustoffmischung für das Suspensionsspritzverfahren weist folgende Zutaten als Massenanteile (Ma) in der Suspensionsrezeptur auf:

R-Lösung: 15,5 Ma%

MgO-Produkt: 15,5 Ma%

Gesteinskörnung: 69,0 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vorgesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von 58 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß dem Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist.
Eine weitere zugehörige Baustoffmischung, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von ≤ 60 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist, enthält folgende Zutaten als mittlere Massenanteile mit angegebenen Toleranzen in einer Suspensionsspritzrezeptur unter Einbeziehung von Mikrosilika:

R-Lösung: 16,5 Ma% ± 3,5 Ma%

MgO-Produkt: 16,5 Ma% ± 3,5 Ma%

Mikrosilika: 2,55 Ma% ± 2,45 Ma%

Gesteinskörnung: 64,45 Ma% ± 9,45 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vorgesehen ist.
Eine weitere Baustoffmischung zur Herstellung von MgO-Beton und zum Aufbringen auf zu verschließende Hohlräume und Grubenbaue im Salzgestein, wobei die Baustoffmischung auf der Basis einer Suspension aus Magnesiumoxid und einer wässrigen MgCl₂-haltigen Anmachlösung als Bindemittel sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff erstellt wird, ist angegeben,
wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 7
folgende Zutaten als mittlere Massenanteile mit angegebenen Toleranzen in einer Suspensionsspritzrezeptur vorgesehen sind:

R-Lösung: 17,5 Ma% ± 3,5 Ma%

MgO-Produkt: 17,5 Ma% ± 3,5 Ma%

Gesteinskörnung: 65 Ma% ± 7 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vorgesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von > 60 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist.
Einer Baustoffmischung, wobei das MgO-Produkt wie vorgenannt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von > 60 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist,
ist als Zuschlagstoff Mikrosilika beigefügt,
wobei insgesamt folgende Zutaten als mittlere Massenanteile mit angegebenen Toleranzen unter Einbeziehung von Mikrosilika in einer Suspensionsspritzrezeptur vorgesehen sind:

R-Lösung: 18,5 Ma% ± 3,5 Ma%

MgO-Produkt: 18,5 Ma% ± 3,5 Ma%

Mikrosilika: 2,55 Ma% ± 2,45 Ma%

Gesteinskörnung: 60,45 Ma% ± 9,45 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vorgesehen ist.
Anstelle der R-Lösungen können auch Q-Lösungen mit gleichen Masseanteilen in den Rezepturen eingebracht sein.
Die Kornverteilung der Gesteinskörnung kann für die Rezepturen im Trockenspritzverfahren und im Suspensionsspritzverfahren folgender Kornverteilung in der nachfolgenden Tabelle 1 entsprechen. Tabelle 1:

Korngruppen [mm] Anteile [Ma%]:

0–0,063 0,3

0,063–0,125 0,5

0,125–0,25 12,7

0,25–0,5 15,4

0,5–1,0 19,3

1,0–2,0 16,0

2,0–4,0 20,7

4,0–8,0 15,1
Ein Verfahren zur Herstellung von Baustoffmischungen für MgO-Beton auf zu verschließenden Hohlräumen und Grubenbauen im Salzgestein im Trockenspritzverfahren, wobei die Baustoffmischung auf der Basis von Magnesiumoxid als Bindemittel und einer wässrigen MgCl₂-haltigen Anmachlösung sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff eingesetzt wird,
ist mit folgenden Schritten versehen:

a. Wahl der Kornverteilung und der Kornform zumindest des Quarzzuschlages zur Einstellung der Festigkeit der Baustoffmischung und der Spritzbarkeit,
b. Wahl der Anmachlösung anhand des MgCl₂-Gehaltes und dem Lösungsgleichgewicht gegenüber dem anstehenden Salzgestein und
c. Wahl des Magnesiumoxids anhand des MgCl₂-Lösungsverbrauchs zur Erreichung der Normsteife gemäß dem Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 zur Einstellung der Spritzbarkeit.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Baustoffmischungen für MgO-Beton auf zu verschließenden Hohlräumen und Grubenbauen im Salzgestein im Suspensionsspritzverfahren, wobei die Baustoffmischung auf der Basis einer Suspension aus Magnesiumoxid und einer wässrigen MgCl₂-haltigen Anmachlösung als Bindemittel sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff eingesetzt wird,
mit folgenden Schritten:

a. Wahl der Kornverteilung und der Kornform zumindest des Quarzzuschlages zur Einstellung der Festigkeit der Baustoffmischung und der Spritzbarkeit,
b. Wahl der Anmachlösung anhand des MgCl₂-Gehaltes und dem Lösungsgleichgewicht gegenüber dem anstehenden Salzgestein und
c. Wahl des Magnesiumoxids anhand des MgCl₂-Lösungsverbrauchs zur Erreichung der Normsteife gemäß dem Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 zur Einstellung der Förderbarkeit in der Spritzanlage und der Spritzbarkeit.

In beiden vorgenannten Verfahren kann als Kornverteilung einer Gesteinskörnung folgender Kornverteilungstabelle

Korngruppen [mm] Anteile [Ma%]:

0–0,063 0,3

0,063–0,125 0,5

0,125–0,25 12,7

0,25–0,5 15,4

0,5–1,0 19,3

1,0–2,0 16,0

2,0–4,0 20,7

4,0–8,0 15,1

gewählt werden,
wobei als Anmachlösung eine MgCl₂-haltige Salzlösung im erforderlichen Sättigungsbereich nach dem Jänecke-Diagramm mit einem Bedarf von 0,19 kg bis 23 kg je kg Trockenmischung in Rezepturen eingebracht wird und
wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges Magnesiumoxid MgO eingesetzt wird, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch bei einem je nach Anwendungsfall geforderten Molverhältnis MgO:Mg²⁺ zwischen 5:1 und 8:1 zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist.
Der Bindemittelanteil in den beiden Verfahren kann sicherlich so gewählt werden, dass die Spritzbarkeit und die anschließende Haftung der erfindungsgemäßen Baustoffmischung gewährleistet ist. Dabei wird zufällig oder beabsichtigt ein Bindemittel ausgewählt, das einen bestimmten MgCl₂-Lösungsverbrauch zur Erreichung der Normsteife gemäß dem Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 besitzt. Der Grund, das MgO mit Hilfe des MgCl₂-Lösungsverbrauchs zur Erreichen der Normsteife (Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2) zu definieren, dient vor allem der Qualitätssicherung. Werden größere Bauvorhaben umgesetzt, so werden dazu pulverförmige MgO-Mengen benötigt, die über der Menge einer Herstellungscharge liegen. Wird bei der Rezepturentwicklung auf die Auswahl des pulverförmigen MgO auf den MgCl₂-Lösungsverbrauch zur Erreichung der Normsteife geachtet, kann die entwickelte Rezeptur auch bei größeren Bauvorhaben eingesetzt werden, die den Anforderungen an langzeitstabile Bauwerke im leichtlöslichen Salzgebirge genügen.
Zum abdichtenden Verschließen von Strecken in carnallithaltigem Salzgestein kann als Anmachlösung eine gegenüber Carnallit, Kieserit, Kainit und Halit gesättigte Salzlösung (R-Lösung) eingesetzt werden.
Als Zuschlagkörnung kann neben Quarzsand Gesteinsmehl aus Basalt oder ein reiner Basaltzuschlag eingesetzt werden.
Vor dem Aufbringen der spritzbetonartigen Baustoffmischung und vor der Zuführung des Zuschlaggemisches kann eine Suspension aus kaustischem Magnesiumoxid mit der wässrigen Anmachlösung vorbereitet werden.
Die Suspension kann in einer Mischdüse einer zugehörigen Vorrichtung – eine Trockenspritzmaschine mit einer angeschlossenen modifizierten Spritzbetondüse – mit dem trockenen Zuschlaggemisch zur Durchführung eines Suspensionsspritzverfahrens vereinigt werden.
In einer Vorrichtung zur Herstellung der vorgenannten Baustoffmischungen für MgO-Beton auf zu verschließenden Hohlräumen und Grubenbauen im Salzgestein mittels eines der angegebenen Verfahren kann das Endteil der Vorrichtung eine Trockenspritzdüse sein, die mit einem Mittel zur Druckluftförderung und mit einem Mittel der Pumpförderung in Verbindung steht, wobei über das Mittel der Druckluftförderung das Trockengemisch, bestehend aus den Zusatzstoffen, dem kaustischen Magnesiumoxid und der Gesteinskörnung, und über das Mittel der Pumpförderung die Anmachflüssigkeit, die eine MgCl₂-haltige Salzlösung im erforderlichen Sättigungsbereich darstellt, über Druckleitungen der Trockenspritzdüse zugeführt wird.
In einer anderen verbesserten Vorrichtung kann das Endteil der Vorrichtung eine modifizierte Trockenspritzdüse sein, die mit einem Mittel zur Druckluftförderung und mit einem Mittel der Pumpförderung oder mit einem Mittel zur Förderung im Druckkessel in Verbindung steht, wobei über das Mittel der Druckluftförderung das Trockengemisch, bestehend aus den Zusatzstoffen und der Gesteinskörnung, sowie über das Mittel der Pumpförderung oder über das Mittel der Förderung im Druckkessel die Anmachflüssigkeit, die aus einer MgCl₂-haltigen Salzlösung im erforderlichen Sättigungsbereich, einem kaustischen Magnesiumoxid und Zusatzstoffen in Form von Stabilisatoren besteht, über Druckleitungen der modifizierten Trockenspritzdüse zugeführt wird, wobei die modifizierte Trockenspritzdüse einen größeren Düsenquerschnitt gegenüber der herkömmlichen Trockenspritzdüse infolge der höheren Viskosität im Moment der Zusammenführung der einzelnen Zutaten innerhalb der Düse aufweist.
Das Verfahren zum Aufbringen der erfindungsgemäßen Baustoffmischungen auf zu verschließende Hohlräume und Grubenbaue im Salzgestein zur Herstellung von MgO-Beton auf dem Salzgestein kann
gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 16
durch folgende Schritte ausgeführt werden,

– Reinigen der zum Aufbringen von MgO-Baustoffmischungen vorgesehenen Oberfläche des Salzgesteins mittels Sandstrahlen im Trockenstrahlverfahren,
– Aufbringen einer 1 mm bis 10 mm dicken Schicht einer ersten MgO-Baustoffmischung mit einer Zuschlaggemischkörnung der Korngröße bis max. 1 mm Maximalgröße als Grundierungsschicht,
– Abbinden der aufgebrachten MgO-Baustoffmischung und
– Aufbringen einer zweiten MgO-Baustoffmischung mit einer Zuschlaggemischkörnung der Korngröße bis max. 8 mm Maximalgröße als abschließende Schutzschicht auf die Grundierungsschicht und Aushärten der MgO-Baustoffmischung zum MgO-Beton,

Die Erfindung ermöglicht es, dass mit den neuen Zusammensetzungen für die erfindungsgemäßen MgO-Baustoffmischungen die Verarbeitung als Spritzbeton ermöglicht wird. Dabei ist es zweckmäßig, dass die Anmachlösung gegenüber dem anstehenden Salzgestein gesättigt ist. Um eine hohe Steifigkeit und Festigkeit zu erreichen, wird als Zuschlag ein Hartgesteinszuschlag eingesetzt.
Alternativ zum Quarzzuschlag hinzu kann auch durch die Verwendung von Gesteinsmehl aus Basalt mit einem reinen Basaltzuschlag gearbeitet werden.
Abweichend von den bisher bekannten Regeln zur Herstellung von MgO-Beton wird nur MgO verwendet, das bei einer guten Verarbeitbarkeit der Baustoffmischung innerhalb der geforderten Bandbreite des Molverhältnisses MgO/Mg²⁺ liegt. Die Zusammensetzung muss unter Gewährleistung einer ausreichenden Spritzbarkeit der Baustoffmischung innerhalb des geforderten Molverhältnisses liegen. Diese Spannweite ist im Wesentlichen von der Korngrößenverteilung und der Kornform des Zuschlages abhängig. Um eine verarbeitbare Konsistenz unter Einhaltung des geforderten Molverhältnisses MgO/Mg²⁺ gewährleisten zu können, muss das MgO besonderen Anforderungen hinsichtlich der Konsistenzgrenzen bei definierten Mischungsverhältnissen mit der Anmachlösung genügen. Im vorliegenden Fall beträgt der spezifische Bedarf an R-Lösung 0,19 bis 0,23 kg je kg Trockenmischung. Dadurch wird erreicht, dass beim Trockenspritzverfahren und bei Einsatz von R-Lösung als Anmachflüssigkeit das Feststoff-Flüssigkeitsverhältnis nicht unzulässig schwankt, so dass keine spritzbare Zusammensetzungen mit MgO-Mangel und damit mit ungenügender Festigkeit und Beständigkeit gegenüber angreifenden Salzlösungen entstehen können. Ein Abbindebeschleuniger ist dabei nicht erforderlich.
Alternativ dazu kann ein weiteres neues Spritzbetonverfahren angewandt werden, das besonders für die sensible Baustoffmischung zur Herstellung von MgO-Beton entwickelt wurde. Erfindungsgemäß wird eine Suspension aus kaustischem Magnesiumoxid mit einer wässrigen Anmachlösung, z. B. R-Lösung, hergestellt und diese Suspension in einer Mischdüse mit dem trockenen Zuschlaggemisch vereinigt. Neu dabei ist, dass die gewünschte Konsistenz und damit das optimale Haftverhalten durch das Verhältnis Suspension zu Zuschlaggemisch ohne einen Abbindebeschleuniger eingestellt werden kann. Für diese Verfahrensweise ist eine ausreichend sedimentationsstabile Suspension aus pulverförmigem MgO und wässriger Anmachlösung erforderlich. Um die Sedimentationsstabilität zu erreichen, wird der Suspension Zusatzmittel in Form von Mikrosilica beigemischt. Weiterhin muss die Suspension ausreichend förderfähig sein, d. h. die Viskosität muss so gering sein, dass bei der eingesetzten Förder- und Spritztechnik an der Spritzdüse etwa 6 bar Flüssigkeitsdruck anliegen. Für die Förderung der Suspension werden Membran- oder Schneckenpumpen eingesetzt, die einen kontinuierlichen Förderstrom ohne störende Druckspritzen gewährleisten. Alternativ kann die Suspension mit Hilfe eines Druckluftpolsters aus einem Vorratsbehälter gefördert werden. Dazu ist ein ausreichend leistungsfähiger Kompressor notwendig. Die Vereinigung des Zuschlags erfolgt wie beim Trockenspritzen in der Trockenspritzdüse. Der Flüssigkeitsdüsenquerschnitt der Trockenspritzdüse ist gegenüber der herkömmlichen Ausführung modifiziert, da die Suspension im Vergleich zu dem Anmachwasser von zementbasierenden Bindemitteln eine wesentlich höhere Viskosität aufweist. Der Querschnitt der Flüssigkeitsdüsen wurde entsprechend vergrößert.
Der bereits beschriebene Nachteil des infolge der schnellen Verwitterung der empfindlichen Carnallititoberfläche gestörten Verbund zwischen MgO-Beton und Salzgestein wird dadurch ausgeglichen, dass die Salzgesteinoberfläche unmittelbar vor dem Aufbringen der Baustoffmischung durch Trockenstrahlen gereinigt wird und sofort danach auf die frisch gereinigte Salzgesteinoberfläche erfindungsgemäß eine 1 mm bis 10 mm dicke Schicht einer ersten Baustoffmischung mit einer Maximalkorngröße von 1 mm mit Hilfe des oben beschriebenen neuen Verfahrens aufgetragen wird. Auf diese Grundschicht wird eine zweite Baustoffmischung in der vorgeschlagenen Weise aufgebracht.
Nach diesem Verfahren können komplette Querschnittabdichtungen errichtet werden Der Nachteil der intensiven Temperaturentwicklung wie beim Einsatz von Ortbeton entfällt hier.
Weiterbildungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in mehreren Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und mittels Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Trockenspritzverfahrens nach dem Stand der Technik zum Aufbringen von Baustoffmischung für Spritzbeton,
2 eine schematische Darstellung des Nassspritzverfahrens nach dem Stand der Technik zum Aufbringen von Baustoffmischungen für Spritzbeton,
3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trockenspritzen von MgO-basierten Baustoffmischungen und
4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbringen einer MgO-Baustoffmischung mittels Suspensionsspritzen auf Salzgestein.
Eine schematische Darstellung des Verfahrens zum Trockenspritzen wird in 3 gezeigt. Das Trockenspritzverfahren kann nach einer Anpassung der Baustoffkomponenten und engen Auswahl der Bindemittelkomponenten auch für MgO-basierte Baustoffmischungen und ohne Erstarrungsbeschleuniger verwendet werden. Dabei wird die Feststoffkomponente, bestehend aus Gesteinskörnung, kaustischem pulverförmigem Magnesiumoxid – MgO – und optional Zusatzstoffen in fester Form, mittels Druckluftförderung zur Trockenspritzdüse gefördert. Die Besonderheit in der Anwendung des Trockenspritzverfahrens in der Anwendung im salinaren Milieu liegt in der engen Auswahl des MgO. Wesentlich ist das rheologische Verhalten des MgO im Zusammenhang mit der MgCl₂-haltigen Anmachlösung, um innerhalb des für den jeweiligen Anwendungsfall geforderte Molverhältnis (in den nachfolgenden Anwendungsbeispielen für die Baustoffmischungen liegt das Molverhältnis MgO:Mg²⁺ zwischen 5:1 und 8:1) eine spritzbare Rezeptur zu erzielen. Als geeignete Quantifizierungsmethode des rheologischen Verhaltens für die Rezepturentwicklung und Qualitätssicherung hat sich das Normsteifeverfahren nach EN 196-3 und EN 14016-2 erwiesen. Der bei der Rezepturentwicklung eruierte Lösungsanspruch zur Erreichung der Normsteife muss vom Lieferanten des MgO unbedingt eingehalten werden. Die flüssige Komponente, bestehend aus wässriger MgCl₂-haltiger Lösung, wird mittels einer Hochdruckpumpe ebenfalls zur Trockenspritzdüse gefördert. In der Trockenspritzdüse wird die Flüssigkomponente mit der Feststoffkomponente vereinigt, so dass an der Austrittsöffnung der Trockenspritzdüse eine gut durchmischte Baustoffmischung mit hoher Geschwindigkeit austritt.
Das Verfahren des Trockenspritzens kann geforderte Molverhältnisse MgO:Mg²⁺ erfahrungsgemäß nur innerhalb einer Schwankungsbreite von +/–10% einhalten, da die Dosierung der Anmachlösung manuell erfolgt und nur durch die Spritzbarkeit der Rezeptur dem Geräteführer angezeigt wird. Sind in speziellen Anwendungsfällen geringere Schwankungsbreiten des Molverhältnisses gefordert, dann kann das Suspensionsspritzverfahren angewandt werden.
In 4 wird das Verfahren zum Suspensionsspritzen schematisch dargestellt. Dabei wird die Feststoffkomponente, bestehend aus Gesteinskörnung und optional Zusatzstoffen in fester Form, mittels Druckluftförderung zur modifizierten Trockenspritzdüse gefördert. Die flüssige Komponente besteht bei diesem Verfahren aus wässriger MgCl₂-haltiger Lösung, kaustisch gebranntem pulverförmigem MgO und optional Zusatzstoffen, die der Stabilisierung der Suspension dienen. Da die Mischung des MgO mit der Anmachlösung im Gegensatz zum Trockenspritzverfahren nicht erst in der Trockenspritzdüse erfolgt, sondern vorbereitend zu den Spritzarbeiten, kann die Dosierung der genannten Komponenten sehr genau mit Schwankungsbreiten des Molverhältnisses MgO:Mg²⁺ < 1% erfolgen. Die Suspension wird mittels einer Pumpe, vorzugsweise einer Schneckenpumpe, ebenfalls zur Trockenspritzdüse gefördert. In der modifizierten Trockenspritzdüse wird die Flüssigkomponente mit der Feststoffkomponente vereinigt, so dass an der Austrittsöffnung der Trockenspritzdüse eine gut durchmischte Baustoffmischung mit hoher Geschwindigkeit austritt. Bei der Auswahl des pulverförmigen MgO muss wie bei dem Trockenspritzverfahren das rheologische Verhalten mit Anmachlösung beachtet werden. Im Gegensatz zum Trockenspritzverfahren ist jedoch nicht die Spritzbarkeit der Rezeptur, sondern die Sedimentationsstabilität und Förderbarkeit der Suspension wesentlich. Als geeignete Quantifizierungsmethode des rheologischen Verhaltens für die Rezepturentwicklung und Qualitätssicherung hat sich das Normsteifeverfahren nach EN 196-3 und EN 14016-2 erwiesen. Der bei der Rezepturentwicklung eruierte Lösungsanspruch zur Erreichung der Normsteife muss vom Lieferanten des pulverförmigen MgO unbedingt eingehalten werden.
Das Verfahren zur Herstellung von Baustoffmischungen für MgO-Beton auf zu verschließenden Hohlräumen und Grubenbauen im Salzgestein zur Durchführung des Trockenspritzverfahrens, wobei die Baustoffmischung auf der Basis von Magnesiumoxid als Bindemittel und einer wässrigen MgCl₂-haltigen Anmachlösung sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff eingesetzt wird,
wird mit folgenden Schritten durchgeführt:

Das Verfahren zur Herstellung von Baustoffmischungen für MgO-Beton auf zu verschließenden Hohlräumen und Grubenbauen im Salzgestein zur Durchführung des Suspensionsspritzverfahrens, wobei die Baustoffmischung auf der Basis einer Suspension aus Magnesiumoxid und einer wässrigen MgCl₂-haltigen Anmachlösung als Bindemittel sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff eingesetzt wird,
wird mit folgenden Schritten durchgeführt:

Die beiden Verfahren können zum abdichtenden Verschließen von Strecken in carnallithaltigem Salzgestein als Anmachlösung eine gegenüber Carnallit, Kieserit, Kainit und Halit gesättigte Salzlösung (R-Lösung) eingesetzt werden.
Als Zuschlagkörnung kann neben Quarzsand Gesteinsmehl aus Basalt oder ein reiner Basaltzuschlag eingesetzt werden.
Vor dem Aufbringen der spritzbetonartigen Baustoffmischung und vor der Zuführung des Zuschlaggemisches kann eine Suspension aus kaustischem Magnesiumoxid mit der wässrigen Anmachlösung vorbereitet werden.
Die Suspension kann in einer Mischdüse einer zugehörigen Vorrichtung – eine Trockenspritzmaschine mit einer angeschlossenen modifizierten Spritzbetondüse – mit dem trockenen Zuschlaggemisch zur Durchführung des Suspensionsspritzverfahrens vereinigt werden.
Nachfolgend werden Rezepturen von erfindungsgemäßen Baustoffmischungen zur Herstellung von MgO für das Trockenspritzverfahren und das Suspensionsspritzverfahren vorgestellt, wobei die jeweiligen Zutaten der Rezepturen mit den Masseanteilen und den Grenzen der Toleranz der Masseanteile angegeben werden.
Beispiel 1:
Eine Baustoffmischung zur Herstellung von MgO-Beton und zum Aufbringen auf zu verschließende Hohlräume und Grubenbaue im Salzgestein im Trockenspritzverfahren, wobei die Baustoffmischung auf der Basis von Magnesiumoxid als Bindemittel und einer wässrigen MgCl₂-haltigen Anmachlösung sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff erstellt wird:
Folgende Zutaten sind als mittlere Massenanteile mit angegebenen Toleranzen in einer Trockenspritzrezeptur vorgesehen:

R-Lösung: 10 Ma% ± 2 Ma%

MgO-Produkt: 15 Ma% ± 3 Ma%

Gesteinskörnung: 75 Ma% ± 5 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vorgesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von ≤ 60 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist.
Beispiel 2:
Eine Baustoffmischung zur Herstellung von MgO-Beton und zum Aufbringen auf zu verschließende Hohlräume und Grubenbaue im Salzgestein, wobei die Baustoffmischung auf der Basis von Magnesiumoxid als Bindemittel und einer wässrigen MgCl₂-haltigen Anmachlösung sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff erstellt wird:
Folgende Zutaten sind als mittlere Massenanteile mit angegebenen Toleranzen in einer Trockenspritzrezeptur vorgesehen:

R-Lösung: 15 Ma% ± 3 Ma%

MgO-Produkt: 17 Ma% ± 3 Ma%

Gesteinskörnung: 68 Ma% ± 6 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vorgesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von > 60 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist.
Beispiel 3:
Eine zum Beispiel 2 zugehörige detaillierte Baustoffmischung mit folgenden Zutaten als Massenanteile (Ma) in einer Trockenspritzrezeptur:

R-Lösung: 13,5 Ma%

MgO-Produkt: 15,3 Ma%

Gesteinskörnung: 71,2 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vorgesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von 65 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß dem Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist.
Beispiel 4:
Eine Baustoffmischung zur Herstellung von MgO-Beton und zum Aufbringen auf zu verschließende Hohlräume und Grubenbaue im Salzgestein im Suspensionsspritzverfahren, wobei die Baustoffmischung auf der Basis einer Suspension aus Magnesiumoxid und einer wässrigen MgCl₂-haltigen Anmachlösung als Bindemittel sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff erstellt wird:
Folgende Zutaten sind als mittlere Massenanteile mit angegebenen Toleranzen in einer Suspensionsspritzrezeptur vorgesehen:

R-Lösung: 15,5 Ma% ± 3,5 Ma%

MgO-Produkt: 15,5 Ma% ± 3,5 Ma%

Gesteinskörnung: 69 Ma% ± 7 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vor gesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von ≤ 60 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist.
Beispiel 5:
Eine zum Beispiel 4 zugehörige detaillierte Baustoffmischung mit folgenden Zutaten als Massenanteile (Ma) in der Suspensionsrezeptur:

R-Lösung: 15,5 Ma%

MgO-Produkt: 15,5 Ma%

Gesteinskörnung: 69,0 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vorgesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von 58 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß dem Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist.
Beispiel 6:
Eine zum Beispiel 4 zugehörige detaillierte Baustoffmischung mit folgenden Zutaten als mittlere Massenanteile mit angegebenen Toleranzen in einer Suspensionsspritzrezeptur unter Einbeziehung von Mikrosilika:

R-Lösung: 16,5 Ma% ± 3,5 Ma%

MgO-Produkt: 16,5 Ma% ± 3,5 Ma%

Mikrosilika: 2,55 Ma% ± 2,45 Ma%

Gesteinskörnung: 64,45 Ma% ± 9,45 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vorgesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von ≤ 60 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist.
Beispiel 7:
Eine Baustoffmischung zur Herstellung von MgO-Beton und zum Aufbringen auf zu verschließende Hohlräume und Grubenbaue im Salzgestein, wobei die Baustoffmischung auf der Basis einer Suspension aus Magnesiumoxid und einer wässrigen MgCl₂-haltigen Anmachlösung als Bindemittel sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff erstellt wird:
Folgende Zutaten sind als mittlere Massenanteile mit angegebenen Toleranzen in einer Suspensionsspritzrezeptur vorgesehen:

R-Lösung: 17,5 Ma% ± 3,5 Ma%

MgO-Produkt: 17,5 Ma% ± 3,5 Ma%

Gesteinskörnung: 65 Ma% ± 7 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vorgesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von > 60 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist.
Beispiel 8:
Eine zum Beispiel 7 zugehörige detaillierte Baustoffmischung mit folgenden Zutaten als mittlere Massenanteile mit angegebenen Toleranzen in einer Suspensionsspritzrezeptur unter Einbeziehung von Mikrosilika:

R-Lösung: 18,5 Ma% ± 3,5 Ma%

MgO-Produkt: 18,5 Ma% ± 3,5 Ma%

Mikrosilika: 2,55 Ma% ± 2,45 Ma%

Gesteinskörnung: 60,45 Ma% ± 9,45 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vorgesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von > 60 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist.
Anstelle der R-Lösung kann auch eine Q-Lösung mit gleichen Masseanteilen in den Rezepturen eingesetzt werden.
Alle vorgenannten Baustoffmischungen zur Herstellung von MgO-Beton können eine Gesteinskörnung aufweisen, deren Kornverteilung folgender Tabelle 1 entspricht: Tabelle 1:

Korngruppen [mm] Anteile [Ma%]:

0–0,063 0,3

0,063–0,125 0,5

0,125–0,25 12,7

0,25–0,5 15,4

0,5–1,0 19,3

1,0–2,0 16,0

2,0–4,0 20,7

4,0–8,0 15,1
In einer Vorrichtung zur Herstellung der vorgenannten Baustoffmischungen für MgO-Beton auf zu verschließenden Hohlräumen und Grubenbauen im Salzgestein mittels eines der angegebenen Verfahren ist das Endteil der Vorrichtung als eine Trockenspritzdüse ausgebildet, die mit einem Mittel zur Druckluftförderung und mit einem Mittel der Pumpförderung in Verbindung steht, wobei über das Mittel der Druckluftförderung das Trockengemisch, bestehend aus den Zusatzstoffen, dem kaustischen Magnesiumoxid und der Gesteinskörnung, und über das Mittel der Pumpförderung die Anmachflüssigkeit, die eine MgCl₂-haltige Salzlösung im erforderlichen Sättigungsbereich darstellt, über Druckleitungen der Trockenspritzdüse zugeführt wird.
In einer weiterentwickelten Vorrichtung ist das Endteil der Vorrichtung eine modifizierte Trockenspritzdüse, die mit einem Mittel zur Druckluftförderung und mit einem Mittel der Pumpförderung oder mit einem Mittel zur Förderung im Druckkessel in Verbindung steht, wobei über das Mittel der Druckluftförderung das Trockengemisch, bestehend aus den Zusatzstoffen und der Gesteinskörnung, sowie über das Mittel der Pumpförderung oder über das Mittel der Förderung im Druckkessel die Anmachflüssigkeit, die aus einer MgCl₂-haltigen Salzlösung im erforderlichen Sättigungsbereich, einem kaustischen Magnesiumoxid und Zusatzstoffen in Form von Stabilisatoren besteht, über Druckleitungen der modifizierten Trockenspritzdüse zugeführt wird, wobei die modifizierte Trockenspritzdüse einen größeren Düsenquerschnitt gegenüber der herkömmlichen Trockenspritzdüse infolge der höheren Viskosität im Moment der Zusammenführung der einzelnen Zutaten innerhalb der Düse aufweist.
Das Verfahren zum Aufbringen der vorgenannten erfindungsgemäßen Baustoffmischungen auf zu verschließenden Hohlräume und Grubenbauen im Salzgestein zur Herstellung von MgO-Beton auf dem Salzgestein mit der vorgenannten Vorrichtung wird mit folgenden Schritten durchgeführt:

– Reinigen der zum Aufbringen von Baustoffmischungen vorgesehenen Oberfläche des Salzgesteins mittels Sandstrahlen im Trockenstrahlverfahren,
– Aufbringen einer 1 mm bis 10 mm dicken Schicht einer ersten MgO-Baustoffmischung mit einer Zuschlaggemischkörnung der Korngröße bis max. 1 mm Maximalgröße als Grundierungsschicht,
– Abbinden der aufgebrachten MgO-Baustoffmischung und
– Aufbringen einer zweiten MgO-Baustoffmischung mit einer Zuschlaggemischkörnung der Korngröße bis max. 8 mm Maximalgröße als abschließende Schutzschicht auf die Grundierungsschicht und Aushärten der MgO-Baustoffmischung zum MgO-Beton.

Claims

Baustoffmischung zur Herstellung von MgO-Beton und zum Aufbringen auf zu verschließende Hohlräume und Grubenbaue im Salzgestein in einem Trockenspritzverfahren, wobei die Baustoffmischung auf der Basis von Magnesiumoxid als Bindemittel und einer wässrigen MgCl₂-haltigen Anmachlösung sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff erstellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Zutaten als mittlere Massenanteile (Ma) mit angegebenen Toleranzen in einer Trockenspritzrezeptur vorgesehen sind: R-Lösung oder Q-Lösung: 10 Ma% ± 2 Ma% MgO-Produkt: 15 Ma% ± 3 Ma% Gesteinskörnung: 75 Ma% ± 5 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vorgesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von ≤ 60 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist, und wobei sich die R-Lösung und Q-Lösung als gesättigte Salzlösungen auf ein Jänecke-Diagramm im System Na-K-Mg-Cl-SO₄ beziehen.
Baustoffmischung zur Herstellung von MgO-Beton und zum Aufbringen auf zu verschließende Hohlräume und Grubenbaue im Salzgestein in einem Trockenspritzverfahren, wobei die Baustoffmischung auf der Basis von Magnesiumoxid als Bindemittel und einer wässrigen MgCl₂-haltigen Anmachlösung sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff erstellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Zutaten als mittlere Massenanteile (Ma) mit angegebenen Toleranzen in einer Trockenspritzrezeptur vorgesehen sind: R-Lösung oder Q-Lösung: 15 Ma% ± 3 Ma% MgO-Produkt: 17 Ma% ± 3 Ma% Gesteinskörnung: 68 Ma% ± 6 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vorgesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von > 60 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist und wobei sich die R-Lösung und Q-Lösung als gesättigte Salzlösungen auf ein Jänecke-Diagramm im System Na-K-Mg-Cl-SO₄ beziehen.
Baustoffmischung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Zutaten als Massenanteile (Ma) in einer Trockenspritzrezeptur vorgesehen sind: R-Lösung oder Q-Lösung: 13,5 Ma% MgO-Produkt: 15,3 Ma% Gesteinskörnung: 71,2 Ma%,

wobei der MgCl₂-Lösungsverbrauch 65 Ma% beträgt.
Baustoffmischung zur Herstellung von MgO-Beton und zum Aufbringen auf zu verschließende Hohlräume und Grubenbaue im Salzgestein in einem Suspensionsspritzverfahren, wobei die Baustoffmischung auf der Basis einer Suspension aus Magnesiumoxid und einer wässrigen MgCl₂-haltigen Anmachlösung als Bindemittel sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff erstellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Zutaten als mittlere Massenanteile (Ma) mit angegebenen Toleranzen in einer Suspensionsspritzrezeptur vorgesehen sind: R-Lösung oder Q-Lösung: 15,5 Ma% ± 3,5 Ma% MgO-Produkt: 15,5 Ma% ± 3,5 Ma% Gesteinskörnung: 69 Ma% ± 7 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vor gesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von ≤ 60 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist und wobei sich die R-Lösung und Q-Lösung als gesättigte Salzlösungen auf ein Jänecke-Diagramm im System Na-K-Mg-Cl-SO₄ beziehen.
Baustoffmischung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Zutaten als Massenanteile (Ma) in der Suspensionsrezeptur vorgesehen sind: R-Lösung oder Q-Lösung: 15,5 Ma% MgO-Produkt: 15,5 Ma% Gesteinskörnung: 69,0 Ma%,

wobei der MgCl₂-Lösungsverbrauch 58 Ma% beträgt.
Baustoffmischung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Zutaten als mittlere Massenanteile (Ma) mit angegebenen Toleranzen in einer Suspensionsspritzrezeptur unter Einbeziehung von Mikrosilika vorgesehen sind: R-Lösung oder Q-Lösung: 13 bis 19 Ma% MgO-Produkt: 13 bis 19 Ma% Mikrosilika: 2,55 Ma% ± 2,45 Ma% Gesteinskörnung: 62 bis 75,9 Ma%.
Baustoffmischung zur Herstellung von MgO-Beton und zum Aufbringen auf zu verschließende Hohlräume und Grubenbaue im Salzgestein in einem Suspensionsspritzverfahren, wobei die Baustoffmischung auf der Basis einer Suspension aus Magnesiumoxid und einer wässrigen MgCl₂-haltigen Anmachlösung als Bindemittel sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff erstellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Zutaten als mittlere Massenanteile (Ma) mit angegebenen Toleranzen in einer Suspensionsspritzrezeptur vorgesehen sind: R-Lösung oder Q-Lösung: 17,5 Ma% ± 3,5 Ma% MgO-Produkt: 17,5 Ma% ± 3,5 Ma% Gesteinskörnung: 65 Ma% ± 7 Ma%,

wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges MgO vorgesehen ist, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch von > 60 Ma% zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist und wobei sich die R-Lösung und Q-Lösung als gesättigte Salzlösungen auf ein Jänecke-Diagramm im System Na-K-Mg-Cl-SO₄ beziehen.
Baustoffmischung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Zutaten als mittlere Massenanteile (Ma) mit angegebenen Toleranzen in einer Suspensionsspritzrezeptur unter Einbeziehung von Mikrosilika vorgesehen sind: R-Lösung oder Q-Lösung: 15 bis 21 Ma% MgO-Produkt: 15 bis 21 Ma% Mikrosilika: 2,55 Ma% ± 2,45 Ma% Gesteinskörnung: 58 bis 69,9 Ma%.
Baustoffmischung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kornverteilung der Gesteinskörnung folgender Kornverteilungstabelle entspricht: Korngruppen [mm] Anteile [Ma%]: 0–0,063 0,3 0,063–0,125 0,5 0,125–0,25 12,7 0,25–0,5 15,4 0,5–1,0 19,3 1,0–2,0 16,0 2,0–4,0 20,7 4,0–8,0 15,1
Verfahren zur Herstellung von Baustoffmischungen für MgO-Beton auf zu verschließenden Hohlräumen und Grubenbauen im Salzgestein in einem Trockenspritzverfahren, wobei die Baustoffmischung auf der Basis von Magnesiumoxid als Bindemittel und einer wässrigen MgCl₂-haltigen Anmachlösung sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff eingesetzt wird, nämlich von Baustoffmischungen nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 9, mit folgenden Schritten: a. Wahl einer Kornverteilung und einer Kornform zumindest des Quarzzuschlages zur Einstellung einer Festigkeit der Baustoffmischung und einer Spritzbarkeit, b. Wahl einer Anmachlösung anhand des MgCl₂-Gehaltes und eines Lösungsgleichgewichts gegenüber dem anstehenden Salzgestein, c. Wahl des Magnesiumoxids anhand eines MgCl₂-Lösungsverbrauchs zur Erreichung der Normsteife gemäß dem Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 zur Einstellung der Spritzbarkeit, wobei als Kornverteilung einer Gesteinskörnung folgender Kornverteilungstabelle Korngruppen [mm] Anteile [Ma%]: 0–0,063 0,3 0,063–0,125 0,5 0,125–0,25 12,7 0,25–0,5 15,4 0,5–1,0 19,3 1,0–2,0 16,0 2,0–4,0 20,7 4,0–8,0 15,1

gewählt werden kann, wobei als Anmachlösung eine MgCl₂-haltige Salzlösung im erforderlichen Sättigungsbereich nach dem Jänecke-Diagramm mit einem Bedarf von 0,19 kg bis 23 kg je kg Trockenmischung in Rezepturen eingebracht wird und wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges Magnesiumoxid MgO eingesetzt wird, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch bei einem je nach Anwendungsfall geforderten Molverhältnis MgO:Mg²⁺ zwischen 5:1 und 8:1 zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist.
Verfahren zur Herstellung von Baustoffmischungen für MgO-Beton auf zu verschließenden Hohlräumen und Grubenbauen im Salzgestein in einem Suspensionsspritzverfahren, wobei die Baustoffmischung auf der Basis einer Suspension aus Magnesiumoxid und einer wässrigen MgCl₂-haltigen Anmachlösung als Bindemittel sowie zumindest Quarzsand als Zuschlagstoff eingesetzt wird, nämlich von Baustoffmischungen nach den Ansprüchen 4 bis 6 sowie 7 bis 9, mit folgenden Schritten: a. Wahl einer Kornverteilung und einer Kornform zumindest des Quarzzuschlages zur Einstellung einer Festigkeit der Baustoffmischung und einer Spritzbarkeit, b. Wahl einer Anmachlösung anhand des MgCl₂-Gehaltes und eines Lösungsgleichgewichts gegenüber dem anstehenden Salzgestein, c. Wahl des Magnesiumoxids anhand des MgCl₂-Lösungsverbrauch zur Erreichung der Normsteife gemäß dem Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 zur Einstellung einer Förderbarkeit in einer Spritzanlage und der Spritzbarkeit, wobei als Kornverteilung einer Gesteinskörnung folgender Kornverteilungstabelle Korngruppen [mm] Anteile [Ma%]: 0–0,063 0,3 0,063–0,125 0,5 0,125–0,25 12,7 0,25–0,5 15,4 0,5–1,0 19,3 1,0–2,0 16,0 2,0–4,0 20,7 4,0–8,0 15,1

gewählt werden kann, wobei als Anmachlösung eine MgCl₂-haltige Salzlösung im erforderlichen Sättigungsbereich nach dem Jänecke-Diagramm mit einem Bedarf von 0,19 kg bis 23 kg je kg Trockenmischung in Rezepturen eingebracht wird und wobei als MgO-Produkt ein aus Magnesiterz kaustisch gebranntes pulverförmiges Magnesiumoxid MgO eingesetzt wird, wobei das MgO-Produkt einen MgCl₂-Lösungsverbrauch bei einem je nach Anwendungsfall geforderten Molverhältnis MgO:Mg²⁺ zwischen 5:1 und 8:1 zur Erreichung der Normsteife gemäß Prüfverfahren nach DIN EN 14016-2 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Zuschlagkörnung neben Quarzsand Gesteinsmehl aus Basalt oder ein reiner Basaltzuschlag eingesetzt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der spritzbetonartigen Baustoffmischung und vor der Zuführung des Zuschlaggemisches eine Suspension aus kaustischem Magnesiumoxid mit der wässrigen Anmachlösung vorbereitet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension in einer modifizierten Spritzbetondüse einer zugehörigen Trockenspritzmaschine mit dem trockenen Zuschlaggemisch zur Durchführung eines Suspensionsspritzverfahrens vereinigt wird.
Verfahren zum Aufbringen von Baustoffmischungen zur Ausbildung von MgO-Beton auf zu verschließenden Hohlräumen und Grubenbauen im Salzgestein mit Baustoffmischungen nach den Ansprüchen 1 bis 9, durch folgende Schritte gekennzeichnet: a. Reinigen der zum Aufbringen von MgO-Baustoffmischungen vorgesehenen Oberfläche des Salzgesteins mittels Sandstrahlen im Trockenstrahlverfahren, b. Aufbringen einer 1 mm bis 10 mm dicken Schicht einer ersten MgO-Baustoffmischung mit einer Zuschlaggemischkörnung der Korngröße bis max. 1 mm Maximalgröße als Grundierungsschicht, c. Abbinden der aufgebrachten ersten MgO-Baustoffmischung und d. Aufbringen einer zweiten MgO-Baustoffmischung mit einer Zuschlaggemischkörnung der Korngröße bis max. 8 mm Maximalgröße als abschließende Schutzschicht auf die Grundierungsschicht und Aushärten der MgO-Baustoffmischung zu MgO-Beton, wobei das zweimalige Aufbringen der MgO-Baustoffmischungen im Trockenspritzverfahren oder im Suspensionsspritzverfahren durchgeführt wird.