DE102016124101A1

DE102016124101A1 - Mischdüse für eine Spritzbetonauftragsvorrichtung, sowie Spritzbetonauftragsvorrichtung mit einer derartigen Mischdüse und Spritzbetonauftragsverfahren

Info

Publication number: DE102016124101A1
Application number: DE102016124101.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian BENDER; Stefan Scheffler; Bertram Kesselheim
Original assignee: Refratechnik Holding GmbH
Current assignee: Refratechnik Holding GmbH
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2018-06-14
Also published as: EP3551408B1; RU2730720C1; WO2018108678A1; EP3551408A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mischdüse (8) für eine Spritzbetonauftragsvorrichtung (1) zum Trockenspritzen von Beton, insbesondere von Feuerbeton, sowie eine derartige Spritzbetonauftragsvorrichtung (1) und ein Spritzbetonauftragsverfahren, insbesondere zum Auftragen von Feuerbeton, wobei die Mischdüse (8) aufweist:a) eine Aerosolerzeugungseinrichtung (55) zur Erzeugung eines Aerosols aus einem flüssigen oder trockenen, rieselfähigem Injektionsmaterial und Förderluft,b) einer Aerosolinjektionseinrichtung (56) zur Injektion des Aerosols, insbesondere mittig, in das Innere eines aus einem Trockengemisch bestehenden Trockenmaterialstroms.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischdüse bzw. Injektionsdüse für eine Spritzbetonauftragsvorrichtung zum Trockenspritzen von Beton, insbesondere von Feuerbeton, sowie eine derartige Spritzbetonauftragsvorrichtung und ein Spritzbetonauftragsverfahren bzw. Trockenspritzverfahren, insbesondere zum Auftragen von Feuerbeton.
Spritzbeton wird in einer Rohr- oder Schlauchleitung zur Einbaustelle gefördert, dort aus einer Spritzdüse pneumatisch aufgetragen und durch die Aufprallenergie verdichtet. Beim Trockenspritzverfahren werden das trockene, bevorzugt hydraulische, Bindemittel, die Zuschlag- und Zusatzstoffe sowie die Additive trocken vorgemischt und in einem Druckluftstrom durch die Rohr- oder Schlauchleitung zu einer Spritzdüse befördert. In der Spritzdüse wird dem Trockengemisch Wasser oder ein Flüssigbinder zugeführt und eine Spritzmasse erzeugt. Danach wird die Spritzmasse in einem ununterbrochenen Strahl auf die zu beschichtende Oberfläche aufgespritzt.
Die GB 2 025 794 A offenbart eine Spritzdüse zum Aufbringen von Spritzbeton unter anderem auf Gebäudewände. Die Spritzdüse weist ein Einlassende und ein Auslassende auf. Am Einlassende wird eine pulverförmige Zementmischung zugeführt. Zudem weist die Spritzdüse eine Mischkammer auf, in der die pulverförmige Zementmischung mit Wasser gemischt wird. Dazu ist eine zylindrische Hülse vorhanden, welche die Mischkammer umgibt. Die Hülse weist zudem mehrere radiale Bohrungen auf, durch welche das Wasser in die Mischkammer in Form von einzelnen Wasserstrahlen eintritt. Am sich verjüngenden Auslassende der Spritzdüse tritt die Spritzmasse aus.
Feuerbeton wird mit einem bei Raumtemperatur erhärtenden Bindemittel und feuerfesten Zuschlägen hergestellt. Das bei Raumtemperatur erhärtende Bindemittel bewirkt die primäre bzw. Kaltbindung. Die technologischen Verhältnisse sind dabei ähnlich wie beim üblichen Baubeton. Charakteristisch für Feuerbeton ist der Übergang von der primären bzw. Kaltbindung zur keramischen Bindung, der beim ersten Erhitzen eintritt. Feuerbeton im Sinne der Erfindung hat einen Druckerweichungspunkt T₀₅ gemäß DIN EN ISO 1893: 2009-09 von T₀₅ ≥ 600 °C, bevorzugt T₀₅ ≥ 800 °C. Demnach sind feuerfeste bzw. refraktäre Zuschläge im Sinne der Erfindung solche Zuschläge, die für einen Feuerbeton mit dem oben genannten Druckerweichungspunkt T₀₅ geeignet sind.
Aus der US 4,239,397 geht eine Spritzdüse zum Auftragen von faserverstärktem Spritzbeton hervor. Die Spritzdüse weist eine Leitung für die Zufuhr der Fasern und eine Leitung zur Zufuhr einer Trockenmischung von Bindemittel und Zuschlagstoffen auf, wobei die Leitungen so angeordnet sind, dass die Trockenmischung tangential in den Strom der Fasern eingeführt wird. An einem Auslassende der Spritzdüse wird Wasser aus einem Ring mit radialen Öffnungen radial von außen in den Materialstrom aus der Trockenmischung und den Fasern eingebracht.
Die WO 2005/098333 A1 offenbart ein Trockenspritzverfahren, bei dem in einer Mischeinrichtung eine Vormischung aus einer ersten Flüssigkeit und einer Trockenmischung erzeugt wird und diese Vormischung an einer Spritzdüse mit einer zweiten Flüssigkeit zu einer Spritzbetonfrischmasse vermischt wird. Die erste Flüssigkeit kann z.B. einen Abbindebeschleuniger aufweisen. Nach der Vormischung beginnt gemäß der WO 2005/098333 A1 bereits der Abbindeprozess. In der Mischeinrichtung wird die erste Flüssigkeit radial oder leicht schräg von außen dem Materialstrom der Trockenmischung zugeführt. In der Spritzdüse wird das Wasser ebenfalls mittels eines Wasserringes radial von außen zugeführt.
Aus der EP 1 153 861 A1 gehen eine Spritzbetonauftragsvorrichtung und ein -verfahren hervor. Gemäß der EP 1 153 861 A1 wird eine feinkörnige, trockene Spritzmasse, welche bereits Härter enthält in einem Mischrohr einer Befeuchtungseinrichtung mit Wasser vermischt. Das Wasser wird zuvor in der Befeuchtungseinrichtung mit Druckluft zerstäubt. Es kann am Ende des Mischrohres eine Nachbefeuchtung stattfinden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann bei der Nachbefeuchtung der Härter zugegeben werden. Am Ende des Mischrohres ist eine Spritzdüse zum Auftragen der Spritzmasse angeordnet.
Aus der WO 2010/105049 A2 geht ein Trockenspritzverfahren für Feuerbeton hervor bei dem eine Trockenmischung, die refraktäres Material sowie einen Abbinderegulator enthält, in einem Vorratsbehälter bereit gestellt wird. Die Trockenmischung wird in den Luftförderstrom einer Spritzbetonauftragsvorrichtung eingebracht. Des Weiteren wird an oder kurz vor der Spritzdüse der Spritzbetonauftragsvorrichtung ein Flüssigbinder mit der Trockenmischung gemischt. Die entstandene Spritzbetonfrischmasse wird dann auf die zu beschichtende Oberfläche mittels der Spritzdüse aufgetragen.
Die EP 0 738 676 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Beigeben von Luft, Flüssigkeiten oder pulverförmigen Feststoffen in Spritzbetonleitungen. Die Vorrichtung weist ein in die Förderleitung einsetzbares ringförmiges Einsatzteil mit einem in eine Ringkammer des Einsatzteils mündenden Einlasskanal und mehreren aus der Ringkammer zum Förderstrom gerichteten Auslasskanälen auf. Die Auslasskanäle sind schräg zur Förderrichtung ausgerichtet. Durch das Einsatzteil wird ein pulverförmiges Gemisch in einen Förderstrom eingebracht. Der Förderstrom kann ein Luft/Wassergemisch sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Spritzbetonauftragsvorrichtung zum Trockenspritzen von Beton, insbesondere von Feuerbeton, und eines Spritzbetonauftragsverfahrens, wobei die physikalischen Eigenschaften des aufzutragenden Spritzbetons einfach und schnell anpassbar und optimierbar sein sollen.
Weitere Aufgabe ist die Bereitstellung einer Mischdüse für eine derartige Spritzbetonauftragsvorrichtung und/oder ein derartiges Spritzbetonauftragsverfahren.
Diese Aufgaben werden durch eine Mischdüse gemäß Anspruch 1, eine Spritzbetonauftragsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 20 und ein Spritzbetonauftragsverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 22 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den sich anschließenden Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1: Eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Spritzbetonauftragsvorrichtung
2: Einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Mischdüse
3: Eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Mischdüse
4: Eine perspektivische Ansicht eines einlassseitigen Gehäusebauteils der erfindungsgemäßen Mischdüse
5: Eine perspektivische Ansicht eines ersten mittleren Bauteils der erfindungsgemäßen Mischdüse
6: Eine perspektivische Ansicht eines zweiten mittleren Bauteils der erfindungsgemäßen Mischdüse
7: Eine perspektivische Ansicht eines auslassseitigen Gehäusebauteils der erfindungsgemäßen Mischdüse
8: Eine perspektivische Ansicht eines Injektionsrohres der erfindungsgemäßen Mischdüse
9: Einen Längsschnitt des Injektionsrohres
10: Kaltbiegefestigkeit REFRAJET Nanobond F-58 R
11: Kaltdruckfestigkeit REFRAJET Nanobond F-58 R
12: Kaltbiegefestigkeit REFRAJET Nanobond S-60
13: Kaltdruckfestigkeit REFRAJET Nanobond S-60
14: Kaltbiegefestigkeit REFRAJET Nanobond C-84 AL
15: Kaltdruckfestigkeit REFRAJET Nanobond C-84 AL

Die erfindungsgemäße Spritzbetonauftragsvorrichtung 1 (1) weist eine Druckluftquelle 2, drei daran angeschlossene Luftförderleitungen 3a;3b;3c, einen mit einem Injektionsmedium bzw. -material, insbesondere einer Injektionsflüssigkeit, befüllten Injektionsmaterial-Vorratsbehälter 4, eine daran angeschlossene Injektionsmaterial-Förderleitung 5, vorzugsweise eine Injektionsmaterial-Förderpumpe 50, sowie einen mit einem Trockengemisch bzw. körnigem Trockenmaterial befüllten Trockengemisch-Vorratsbehälter 6 und die erfindungsgemäße Mischdüse 8 auf. Um die Durchflussmengen des Injektionsmaterials messen und steuern zu können, ist zudem vorzugsweise ein Injektionsmaterial-Durchflussmessgerät 51 vorhanden, welches innerhalb der Injektionsmaterial-Förderleitung 5 angeordnet ist.
Der Injektionsmaterial-Vorratsbehälter 4, die Injektionsmaterial-Förderleitung 5, vorzugsweise die Injektionsmaterial-Förderpumpe 50, vorzugsweise das Injektionsmaterial-Durchflussmessgerät 51, der Trockengemisch-Vorratsbehälter 6 und die Mischdüse 8 sind Bauteile bzw. Zubehörteile einer Baueinheit, welche als Spritzmaschine 7 bezeichnet wird. Die Spritzmaschine 7 ist entweder verfahrbar und weist dazu vorzugsweise in an sich bekannter Weise Räder und vorzugsweise einen Handgriff für die Bedienperson auf. In diesem Fall handelt es sich bei der Spritzmaschine 7 somit um einen Spritzwagen. Die Spritzmaschine 7 kann aber auch stationär sein, insbesondere stationär unter einem Silo angeordnet sein.
Eine erste Luftförderleitung 3a, die Injektionsmaterial-Förderleitung 5 und der Trockengemisch-Vorratsbehälter 6 sind jeweils an die Mischdüse 8 angeschlossen und führen der Mischdüse 8 das jeweilige Material bzw. Förderluft zu. Eine zweite Luftförderleitung 3b ist am unteren Ende des Trockengemisch-Vorratsbehälters 6 angeschlossen und führt dem Trockengemisch-Vorratsbehälter 6 Förderluft zum Ausblasen des Trockengemisches aus dem Trockengemisch-Vorratsbehälter 6 zu. In an sich bekannter Weise ist zudem am unteren Ende des Trockengemisch-Vorratsbehälters 6 eine Austragsvorrichtung, z.B. ein Rotor oder ein Taschenrad, vorhanden (nicht dargestellt), welche das Trockengemisch aus dem Trockengemisch-Vorratsbehälter 6 in einen Ausblasstutzen (nicht dargestellt) fördert. Die Mischdüse 8 ist direkt oder indirekt über ein Zwischenstück, z.B. einen Schlauch, an den Ausblasstutzen angeschlossen. Die erfindungsgemäße Mischdüse 8 dient somit zum Vermischen der einzelnen Komponenten des aufzutragenden Spritzbetons, also dem Injektionsmaterial aus dem Injektionsmaterial-Vorratsbehälter 4 mit dem Trockengemisch aus dem Trockengemisch-Vorratsbehälter 6 zu einem, insbesondere vorbenetzten, Materialgemisch.
Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Spritzbetonauftragsvorrichtung 1 eine an die Mischdüse 8 angeschlossene Schlauchleitung 9, eine Spritzdüse 10, einen mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser oder einem Flüssigbinder, befüllten Flüssigkeits-Vorratsbehälter 11 und eine daran angeschlossene Flüssigkeits-Förderleitung 12 sowie vorzugsweise eine erste und eine zweite Flüssigkeits-Förderpumpe 52;53 auf. Um die Durchflussmengen der Flüssigkeit steuern zu können, weist die Spritzbetonauftragsvorrichtung 1 zudem vorzugsweise ein Flüssigkeits-Durchflussmessgerät 54 auf, welches innerhalb der Flüssigkeits-Förderleitung 12 angeordnet ist. Bei der ersten Flüssigkeits-Förderpumpe 52, welche die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeits-Vorratsbehälter 11 saugt, handelt es sich vorzugsweise um eine Tauchpumpe. Bei der zweiten Flüssigkeits-Förderpumpe 53 handelt es sich vorzugsweise um eine Hochdruckpumpe. Die zweite Flüssigkeits-Förderpumpe 53 fördert die Flüssigkeit mit einem Druck von ca. 5 bis 30 bar zu einer Flüssigkeitsinjektionseinrichtung, z.B. einem Wasserring, der Spritzdüse.
Die Schlauchleitung 9 und die Flüssigkeits-Förderleitung 12 sind beide an die Spritzdüse 10 angeschlossen und führen dieser das aus der Mischdüse 8 kommende, insbesondere vorbenetzte, Materialgemisch bzw. die Flüssigkeit zu. Die Schlauchleitung 9 weist vorzugsweise eine Länge von mindestens 10 m auf. Die Spritzdüse 10 dient somit in an sich bekannter Weise zum Vermischen des, insbesondere vorbenetzten, Materialgemisches mit der Flüssigkeit zu einer Spritzbetonfrischmasse bzw. Spritzmasse, insbesondere einer Feuerbetonspritzmasse, und zum Aufspritzen der Spritzmasse, insbesondere der Feuerbetonspritzmasse, auf den jeweiligen Untergrund.
Bei dem Injektionsmaterial handelt es sich vorzugsweise um eine Injektionsflüssigkeit. Es kann sich bei dem Injektionsmaterial aber auch um ein schüttfähiges bzw. loses Trockenmaterial, insbesondere Trockengemisch, handeln.
Das Injektionsmaterial enthält vorzugsweise zumindest ein Betonadditiv bzw. ein Betonzusatzmittel. Betonadditive bzw. Betonzusatzmittel werden dem Beton bekanntermaßen zugesetzt, um durch chemische oder physikalische Wirkung oder durch beides die Eigenschaften des Frisch- oder Festbetons, wie z. B. Verarbeitbarkeit, Erstarren, Erhärten oder Frostwiderstand, zu verändern. Abbindeadditive bzw. Abbindezusatzmittel bzw. Abbinderegulatoren beeinflussen die Abbindereaktion, z.B. die Erstarrungs- und/oder Erhärtungsreaktion, des jeweiligen Bindemittels. Betonzusatzmittel werden (im Gegensatz zu Betonzusatzstoffen) in so geringen Mengen zugegeben (insgesamt, also die Summe aller Betonzusatzmittel < 5 Gew.-% bezogen auf die Trockenmasse der Gesamtsumme aus Zuschlägen und Bindemittel des Betons), dass sie als Raumanteil des Betons ohne Bedeutung sind. Sie werden folglich in der Stoffraumrechnung nicht berücksichtigt. Betonadditive bzw. Betonzusatzmittel können auch als Hilfsmittel beim keramischen Brand dienen, welcher im Fall des Feuerbetons nach dem Auftragen des Feuerbetons, in situ stattfindet. Sinterhilfsmittel z.B. senken z.B. die Brenntemperatur. Additive bzw. Betonzusatzmittel werden in der Regel flüssig, pulverförmig oder als Granulat geliefert.
Vorzugsweise enthält das Injektionsmaterial zumindest einen Erstarrungsbeschleuniger und/oder Erhärtungsbeschleuniger und/oder Verzögerer und/oder Plastifizierer und/oder ein Staubbindemittel und/oder ein Geliermittel. Geliermittel leiten bekanntermaßen eine Gelierung des Bindemittels ein.
Der Erstarrungsbeschleuniger dient in an sich bekannter Weise dazu, die Erstarrungsreaktion des Bindemittels anzuregen und steigert dadurch die Frühfestigkeit. Bei dem Erstarrungsbeschleuniger handelt es sich im Fall des flüssigen Injektionsmaterials vorzugsweise um Wasserglas oder Alkalilösungen.
Außerdem kann das trockene Injektionsmaterial Zement und/oder Trockenphosphate als Beschleuniger enthalten.
Ist das Injektionsmaterial flüssig, handelt es sich insbesondere um eine Suspension und/oder Lösung und/oder Emulsion. Vorzugsweise ist das flüssige Injektionsmaterial zumindest wasserhaltig. Das flüssige Injektionsmaterial kann auch (zusätzlich) Öl- und/oder Alkohol- und/oder Glycerin-haltig sein.
Ist das Injektionsmaterial ein trockenes Material bzw. Gemisch, handelt es sich um ein pulverförmiges Material bzw. Gemisch mit einer Korngröße ≤ 0,5 mm, bevorzugt ≤ 0,1 mm gemäß DIN EN ISO 1927-3 (März 2013).
Das flüssige oder trockene Injektionsmaterial kann zudem, wie bereits erläutert, auch noch weitere, insbesondere pulverförmige Bestandteile enthalten. Beispielsweise kann das Injektionsmaterial Mikrosilika oder pyrogene Kieselsäure oder Aerosil oder MgO enthalten, die beim keramischen, in-situ Brand des Feuerbetons als Sinterhilfsmittel wirken. Die Sinterhilfsmittel tragen zur Kaltbindung nicht oder nicht wesentlich bei, sie greifen also nicht oder nicht wesentlich in die Abbindereaktion des Spritzbetons ein.
Des Weiteren kann es sich bei der Injektionsflüssigkeit auch um reines Wasser handeln.
Das schüttfähige bzw. lose Trockengemisch besteht aus körnigem und gegebenenfalls faserförmigem Material. Das Trockengemisch kann ausschließlich aus Material bestehen, welches im Wesentlichen inert ist, also mit dem jeweiligen an der Spritzdüse 10 zugeführten Bindemittel nicht oder nur unwesentlich reagiert. Insbesondere sind in dem Trockengemisch somit keine Abbindeadditive bzw. Abbindezusatzmittel enthalten.
Handelt es sich um Feuerbeton besteht das Trockengemisch vorzugsweise ausschließlich aus mineralischem und refraktärem bzw. feuerfestem Material bzw. Zuschlag. Wie bereits oben erläutert, sind feuerfeste bzw. refraktäre Materialien bzw. Zuschläge im Sinne der Erfindung solche Materialien bzw. Zuschläge, die für einen Feuerbeton mit dem oben genannten Druckerweichungspunkt T₀₅ geeignet sind. Vorzugsweise weist das Trockengemisch Körner aus folgenden Materialien auf:

Andalusit und/oder Cordieritschamotte und/oder Basalt und/oder Bauxit und/oder Blähschiefer und/oder Leichtschamotte und/oder Chromerz und/oder Chromkorund und/oder Corhart Zac (Zirkonsilikat) und/oder Edelkorund (WFA) und/oder Brauner Korund (BFA) und/oder Hohlkugelkorund und/oder Kerphalit und/oder Kyanit und/oder Sillimanit und/oder Magnesia und/oder Microsilika und/oder kalzinierte Tonerden (Reaktivtonerden) und/oder Schamotte und/oder Olivin und/oder Perlit und/oder Vermiculit und/oder Recyclingrohstoffe (Sanitärporzellan, Isolatorenporzellan, Schieberplattenbruch, Schamottebruch, etc.) und/oder Quarz und/oder Quarzglas (Fused Silica) und/oder Siliziumcarbid und/oder Spinell und/oder Mullit und/oder Zirkonmullit und/oder Tabulartonerde und/oder Graphit oder einen anderen Kohlenstoffträger und/oder Ton und/oder Zirkonoxid und/oder Zirkonsand.

Das Trockengemisch kann aber auch zusätzlich zumindest ein, insbesondere pulverförmiges, Bindemittel enthalten. Vorzugsweise handelt es sich um ein mineralisches Bindemittel. Insbesondere weist das Trockengemisch als Bindemittel Ton und/oder Tonerdezement und/oder Portlandzement und/oder pulverförmige Wasserglasaufbereitungen und/oder pulverförmige Phosphataufbereitungen, insbesondere Alumetaphosphat und/oder Monoaluminiumphosphat, und/oder Trockenharze und/oder silikatisches Bindemittel auf.
Das Trockengemisch weist dabei vorzugsweise sowohl grob- und mittelkörnige als auch feinkörnige Bestandteile bzw. Grob- und Mittelkornfraktionen (> 0,063 mm gemäß DIN EN ISO 1927-3 (März 2013)) als auch Mehlkornfraktionen (≤ 0,063 mm gemäß DIN EN ISO 1927-3 (März 2013)) auf. Bevorzugt weist das Trockengemisch folgende Kornverteilung gemäß DIN EN ISO 1927-3 (März 2013) auf (die Anteile beziehen sich auf die gesamte Trockenmasse und addieren sich zu 100 Gew.%):

Sieb Min [Gew.%] Max [Gew.%]

> 6,3 mm 0,0 10,0

> 3,15 - 6,3 mm 0,0 20,0

> 1,00 - 3,15 mm 15,0 40,0

> 0,063 - 1,00 mm 15,0 40,0

≤ 0,063 mm 20 55,0
Wie bereits erläutert, handelt es sich bei der Flüssigkeit, welche an der Spitzdüse 10 zugegeben wird um reines Wasser oder Flüssigbinder oder eine Betonzusatzmittel enthaltende Flüssigkeit.
Enthält beispielsweise die Trockenmischung und/oder das Injektionsmaterial ausreichend Bindemittel und Betonzusatzmittel, wird vorzugsweise ausschließlich Wasser zugegeben.
Bei dem Flüssigbinder handelt es sich vorzugsweise um eine Lösung oder Suspension in Wasser oder einem anderen Lösungsmittel oder um flüssiges Polymer, vorzugsweise Kunstharz. Die Suspension enthält vorzugsweise dispergierte, kolloidale Teilchen. Der Flüssigbinder ist vorzugsweise zementfrei und erstarrt und erhärtet direkt nach dem Aufspritzen in Folge der Reaktion mit den im Injektionsmaterial enthaltenen Zusatzmitteln. Im Falle des Feuerbetons sorgt der Flüssigbinder somit für die primäre, sogenannte Kaltbindung.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Flüssigbinder um einen refraktären bzw. feuerfesten Flüssigbinder, der also nach dem Erhärten für den Einsatz in einem Feuerbeton mit dem oben genannten Druckerweichungspunkt geeignet ist.
Bei dem Flüssigbinder handelt es sich vorzugsweise um Kieselsol oder Wasserglas, bevorzugt Na- und/oder Ka- und/oder Li-Wasserglas, oder Phosphorsäure oder Monoaluminiumphosphat oder einen Polymerbinder, vorzugsweise Kunstharz, bevorzugt Phenolharz, insbesondere Novolak, oder Mischungen aus den vorgenannten Bindern.
Der Flüssigbinder enthält vorzugsweise keine Betonadditive bzw. Betonzusatzmittel. Er kann aber z.B. ein Frostschutzmittel enthalten, das verhindert, das der Flüssigbinder vor dem Mischen bei tiefen Temperaturen gefriert.
Die erfindungsgemäße Mischdüse 8 (1, 2) weist eine Aerosolerzeugungseinrichtung 55 zur Erzeugung eines Aerosols aus dem flüssigen oder trockenen, rieselfähigem Injektionsmaterial und Förderluft sowie eine Aerosolinjektionseinrichtung 56 zur Injektion des Aerosols, insbesondere mittig, in das Innere eines aus einem Trockengemisch bestehenden Trockenmaterialstroms auf. Bei einem Aerosol handelt es sich um ein heterogenes Gemisch aus festen und/oder flüssigen Schwebeteilchen in einem Gas.
Die Mischdüse 8 weist zudem ein Düsengehäuse 13 sowie eine Düsenlängsachse 14 auf. Des Weiteren weist die Mischdüse 8 ein Düseneinlassende 8a und ein diesem in Richtung der Düsenlängsachse 14 gegenüberliegendes Düsenauslassende 8b auf. Zudem weist die Mischdüse 8 einen sich in Richtung der Düsenlängsachse 14 durch die Mischdüse 8 hindurch erstreckenden Strömungs- bzw. Förderkanal 15 auf. Der Förderkanal 15 erstreckt sich vom Düseneinlassende 8a zum Düsenauslassende 8b durch die Mischdüse 8 durch.
Eine Hauptförderrichtung 18 der Mischdüse 8 ist parallel zur Düsenlängsachse 14 und erstreckt sich vom Düseneinlassende 8a zum Düsenauslassende 8b hin.
Das Düsengehäuse 13 weist zudem eine Gehäuseumfangs- bzw. -außenwand 16 auf, welche den Strömungs- bzw. Förderkanal 15 umgibt. Die Gehäusewand 16 besteht vorzugsweise aus Metall oder aus Keramik oder aus Kunststoff. Vorzugsweise besteht die Mischdüse 8 zudem aus mehreren, insbesondere vier Gehäuseteilen 13a bis 13d, welche fest miteinander verbunden, insbesondere verschraubt, sind. Im Rahmen der Erfindung liegt es dabei auch, dass das Gehäuseteil 13b entfällt und die Gehäuseteile 13a und 13c direkt aneinander gesetzt sind, worauf weiter unten näher eingegangen wird.
Das Düseneinlassende 8a der erfindungsgemäßen Mischdüse 8 dient zum Anschluss der ersten Luftförderleitung 3a. Infolgedessen weist die erfindungsgemäße Mischdüse 8 am Düseneinlassende 8a an sich bekannte Mittel zum gasdichten Anschluss der ersten Luftförderleitung 3a auf. Bei diesen Mitteln handelt es sich beispielsweise um eine an sich bekannte Kupplung mit Gummidichtung, insbesondere eine Schnellschlusskupplung. Zudem weist die Mischdüse 8 am Düseneinlassende 8a eine zum Düseneinlassende 8a hin offene Luftkammer 17 auf. Die Luftkammer 17 weist vorzugsweise einen kreiszylindrischen Querschnitt auf. Zudem ist sie mit ihrer Luftkammerachse insbesondere koaxial zur Düsenlängsachse 14 angeordnet.
An die Luftkammer 17 schließt sich in Hauptförderrichtung 18 gesehen eine Trennwand 19 an. Die Trennwand 19 trennt die Luftkammer 17 von einer ersten Mischkammer bzw. Aerosolkammer 20. Die Trennwand 19 durchtrennt also den Förderkanal 15. Sie ist vorzugsweise senkrecht zur Hauptförderrichtung 18 bzw. zur Düsenlängsachse 14. Die Trennwand 19 weist eine einlassseitige Trennwandoberfläche und eine auslassseitige Trennwandoberfläche auf. Die beiden Trennwandoberflächen sind vorzugsweise senkrecht zur Düsenlängsachse 14 bzw. zur Hauptförderrichtung 18.
Zudem weist die Trennwand 19 mehrere, insbesondere kreiszylindrische, Luftdurchgangskanäle 21 auf, welche sich in Hauptförderrichtung 18 durch die Trennwand 19 durch erstrecken. Die Luftdurchgangskanäle 21 sind, in Umfangsrichtung in Bezug zur Düsenlängsachse 14 gesehen, um die Düsenlängsachse 14 verteilt angeordnet und von der Düsenlängsachse 14 beabstandet. Dabei weisen die Luftdurchgangskanäle 21 vorzugsweise alle denselben Abstand von der Düsenlängsachse 14 auf. Vorzugsweise sind 5 bis 20 Luftdurchgangskanäle 21 vorhanden. Die Luftdurchgangskanäle 21 sind in Umfangsrichtung vorzugsweise ebenfalls alle gleich voneinander beabstandet.
Die Trennwand 19 weist zudem einen Injektionsmaterial-Zuführkanal 22 zum Zuführen des Injektionsmaterials in die Aeorosolkammer 20 auf. Der Injektionsmaterial-Zuführkanal 22 weist einen ersten, insbesondere kreiszylindrischen, Zuführkanalabschnitt 23 und einen sich daran anschließenden zweiten, insbesondere kreiszylindrischen, Zuführkanalabschnitt 24 auf. Der erste Zuführkanalabschnitt 23 erstreckt sich, insbesondere senkrecht zur Düsenlängsachse 14 bzw. Hauptförderrichtung 18, von außen in die Gehäuseaußenwand 16 und die Trennwand 19 hinein. Eine Kanalachse des ersten Zuführkanals 23 ist somit vorzugsweise senkrecht zur Düsenlängsachse 14 bzw. Hauptförderrichtung 18 und erstreckt sich radial in Bezug zur Düsenlängsachse 14. Der zweite Zuführkanalabschnitt 24 weist ebenfalls eine Kanalachse auf, welche sich jedoch parallel zur Düsenlängsachse 14 bzw. Hauptförderrichtung 18 erstreckt. Insbesondere ist die Kanalachse koaxial zur Düsenlängsachse 14. Infolgedessen weist der Injektionsmaterial-Zuführkanal 22 einen Knick auf, an dem der erste und der zweite Zuführkanalabschnitt 23;24 ineinander übergehen. Der zweite Zuführkanalabschnitt 24 mündet zudem in die Aerosolkammer 20. Am freien Ende des zweiten Zuführkanalabschnitts 24 ist eine Zerstäubungs- bzw. Vernebelungsdüse 25 (schematisch dargestellt) in dem zweiten Zuführkanalabschnitt 24 angeordnet. Die Zerstäubungsdüse 25 dient zum zerstäubenden Injizieren des Injektionsmaterials in die Aerosolkammer 20. Bei der Zerstäubungsdüse 25 handelt es sich insbesondere um eine Flachstrahldüse, Glattstrahldüse, Hohlkegeldüse, Vollkegeldüse oder Nebeldüse (im Fall der Injektionsflüssigkeit) oder um eine Sandstrahldüse oder Strahldüse für rieselfähige Schüttgüter (im Fall des trockenen Injektionsmaterials).
Der erste Zuführkanalabschnitt 23 mündet, wie bereits erläutert, nach außen an die Umgebung. Infolgedessen weist der erste Zuführkanalabschnitt 23 Mittel zum Anschluss der Injektionsmaterial-Förderleitung 5 auf, insbesondere ein Innengewinde 26.
Die Aerosolkammer 20 weist eine die Aerosolkammer 20 umgebende Kammerumfangswandung 27 auf. In Hauptförderrichtung 18 gesehen weist die Kammerumfangswandung 27 zunächst einen kreiszylindrischen Wandungsabschnitt 27a auf, an welchen sich ein weiterer kreiszylindrischer Wandungsabschnitt 27b anschließt, dessen Durchmesser jedoch größer ist als der Durchmesser des ersten Wandungsabschnitts 27a. An den zweiten kreiszylindrischen Wandungsabschnitt 27b schließt sich ein konischer Wandungsabschnitt 27c an, der sich in Hauptförderrichtung 18 gesehen, also vom Düseneinlassende 8a zum Düsenauslassende 8b hin gesehen, verjüngt. Die Aerosolkammer 20 weist dabei eine Kammermittelachse 28 auf, welche vorzugsweise koaxial zur Düsenlängsachse 14 ist. Der zweite zylindrische Wandungsabschnitt 27b dient insbesondere zur Materialersparnis und kann auch entfallen, so dass der erste zylindrische Wandungsabschnitt 27a direkt in den konischen Wandungsabschnitt 27c übergeht. Bzw., falls der Gehäuseteil 13b entfällt, entfällt der konische Wandungsabschnitt 27c. Im einfachsten Fall ist die Kammerumfangswandung 27 durchgehend zylindrisch ausgebildet.
An die Aerosolkammer 20 schließt sich in Hauptförderrichtung 18 gesehen ein, insbesondere kreiszylindrischer, Verbindungskanal 29 an. Eine Kanalachse des Verbindungskanals 29 ist ebenfalls vorzugsweise koaxial zur Düsenlängsachse 14. Der Verbindungskanal 29 mündet in eine zweite Mischkammer bzw. Wirbelkammer 30. Der Verbindungskanal 29 weist zudem ein Innengewinde 31 auf, welches zum Einschrauben eines Injektionsrohres 32 dient.
Das Injektionsrohr 32 (2, 8 und 9) weist ein einlassseitiges Rohrende 32a und ein auslassseitiges Rohrende 32b auf. Das Injektionsrohr 32 besteht vorzugsweise aus Metall oder aus Keramik. Zudem weist das Injektionsrohr 32 eine Rohrlängsachse 33 auf, welche vorzugsweise ebenfalls koaxial zur Düsenlängsachse 14 ist. Eine Rohrwand 34 des Injektionsrohres 32 weist eine Rohrwandaußenfläche 34a und Rohrwandinnenfläche 34b auf. Die Rohrwandinnenfläche 34b ist durchgehend kreiszylindrisch ausgebildet und umgibt einen Rohrströmungskanal bzw. Rohrförderkanal 35, der sich vom einlassseitigen Rohrende 32a bis zum auslassseitigen Rohrende 32b durch das Injektionsrohr 32 hindurch erstreckt. Die Rohrwandaußenfläche 34a weist in Hauptförderrichtung 18 gesehen zunächst ein Außengewinde 36 auf. An das Außengewinde 36 schließt sich ein von der Rohrwandaußenfläche 34a radial abstehender Ringbund 37 an. An den Ringbund 37 schließt sich ein kreiszylindrischer Flächenabschnitt 38 an, an welchen sich wiederum ein konischer Flächenabschnitt 39 anschließt. Der konische Flächenabschnitt 39 verjüngt sich in Hauptförderrichtung 18 gesehen. Er ist zudem am auslassseitigen Rohrende 32b angeordnet.
Die Wirbelkammer 30 weist eine Kammerumfangswandung 40 und eine Kammermittelachse 41 auf, welche koaxial zur Düsenlängsachse 14 ist. Die Kammerumfangswandung 40 der Wirbelkammer 30 weist in Hauptförderrichtung 18 gesehen einen zylindrischen Wandungsabschnitt 40a und einen sich daran anschließenden konischen Wandungsabschnitt 40b auf. Der konische Wandungsabschnitt 40b verjüngt sich in Hauptförderrichtung 18 gesehen, also vom Düseneinlassende 8a zum Düsenauslassende 8b hin gesehen.
Die Wirbelkammer 30 mündet in einen Auslasskanal 42 mit bevorzugt kreiszylindrischem Querschnitt. Der Auslasskanal 42 mündet an die Umgebung. Eine Kanalachse des Auslasskanals 42 ist vorzugsweise koaxial zur Düsenlängsachse 14.
Das Injektionsrohr 32 ist mit seinem Außengewinde 36 in das Innengewinde 31 des Verbindungskanals 29 so weit eingeschraubt, dass ein Teil des Injektionsrohres 32 in die Wirbelkammer 30 hinein ragt. Insbesondere ragt der Bereich des Injektionsrohres 32 mit dem kreiszylindrischen und dem konischen Flächenabschnitt 38; 39 in die Wirbelkammer 30 hinein. Bzw. ein das auslassseitige Rohrende 32b des Injektionsrohres 32 aufweisender Teil des Injektionsrohres 32 ragt in die Wirbelkammer 30 hinein. Das Injektionsrohr 32 ist dabei von der Kammerumfangswandung 40 beabstandet, so dass dazwischen ein Strömungsquerschnitt gebildet wird.
Das Düsengehäuse 13 weist außerdem einen Anschlussstutzen 43 auf, der zum Anschluss des Trockengemisch-Vorratsbehälters 6 dient. Der Anschlussstutzen 43 steht radial außen von der Gehäuseumfangswand 16 ab. Zudem weist der Anschlussstutzen 43 einen, vorzugsweise zylindrischen, Trockengemisch-Einlasskanal 44 auf. Eine Kanalachse 44a des Trockengemisch-Einlasskanals 44 erstreckt sich radial zur Düsenlängsachse 14. Die Kanalachse 44a kann aber auch schräg zur Düsenlängsachse 14 angeordnet sein. Vorzugsweise beträgt der Winkel α (1) 30 bis 90°. Insbesondere beträgt er 90°. Der Trockengemisch-Einlasskanal 44 kann selbstverständlich auch einen abgebogenen bzw. abgeknickten Verlauf aufweisen. Die oben angegebenen Winkelbereiche gelten dann für den Mündungsbereich in dem der Trockengemisch-Einlasskanal 44 in die Wirbelkammer 30 mündet.
Des Weiteren erstreckt sich der Trockengemisch-Einlasskanal 44 durch die Gehäuseumfangswand 16 hindurch und mündet in die Wirbelkammer 30. Dabei ist der Trockengemisch-Einlasskanal 44 so angeordnet, dass er in radialer Richtung in Bezug zur Düsenlängsachse 14 fluchtend zu dem in die Wirbelkammer 30 hinein ragenden Injektionsrohr 32 angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Trockengemisch-Einlasskanal 44 in radialer Richtung fluchtend zum kreiszylindrischen Flächenabschnitt 38 des Injektionsrohres 32 angeordnet. Der Trockengemisch-Einlasskanal 44 ist somit am einlassseitigen Ende der Wirbelkammer 30 angeordnet. Bzw. der Trockengemisch-Einlasskanal 44 ist an dem in Hauptförderrichtung 18 hinteren Ende der Wirbelkammer 30 angeordnet. Bzw. der Trockengemisch-Einlasskanal 44 ist im Bereich des zylindrischen Wandungsabschnitts 40a der Wirbelkammer 30 angeordnet.
Die erfindungsgemäße Mischdüse 8 weist zudem vorzugsweise einen zusätzlichen Bypass-Lufteinlasskanal 45 zur möglichen zusätzlichen Zufuhr von Bypassluft auf. Der Lufteinlasskanal 45 weist einen an die Umgebung mündenden ersten Einlasskanalabschnitt 46 und einen sich daran anschließenden, zweiten Einlasskanalabschnitt 47 auf. Der erste Einlasskanalabschnitt 46 erstreckt sich, insbesondere senkrecht zur Düsenlängsachse 14, durch einen weiteren Anschlussstutzen 48 durch und in die Gehäusewand 16 hinein. Eine Kanalachse des ersten Einlasskanalabschnitts 46 erstreckt sich somit radial in Bezug zur Düsenlängsachse 14. Der zweite Einlasskanalabschnitt 47 weist eine Kanalachse auf, welche sich parallel zur Düsenlängsachse 14 erstreckt. Die Kanalachse kann auch etwas geneigt zur Düsenlängsachse 14 sein und einen Winkel < 90° mit dieser einschließen. Infolgedessen weist der Lufteinlasskanal 45 einen Knick auf, an dem der erste und der zweite Einlasskanalabschnitt 46; 47 ineinander übergehen. Die Kanalachse des zweiten Einlasskanalabschnitts 47 ist allerdings beabstandet von der Düsenlängsachse 14. Der zweite Einlasskanalabschnitt 47 mündet in die Wirbelkammer 30 und zwar am einlassseitigen Ende der Wirbelkammer 30. Zudem ist der zweite Einlasskanalabschnitt 47 in einer Ansicht senkrecht zur Düsenlängsachse 14 gesehen vorzugsweise radial gegenüberliegend zum Trockengemisch-Einlasskanal 44 angeordnet.
Der Bypass-Lufteinlasskanal 45 dient zum Anschluss einer vorzugsweise vorhandenen Bypass-Luftförderleitung 3c, welche mit der Druckluftquelle 2 in Verbindung steht. Alternativ kann auch eine zusätzliche Druckluftquelle vorhanden sein.
Dabei ist die gesamte Druckluftversorgung der Spritzbetonauftragsvorrichtung 1 so eingerichtet, dass die Mischdüse 8 auf dem gleichen Druckniveau betrieben wird wie die übrige Spritzmaschine 7. Denn bei zu hohem Druck in der Mischdüse 8 würde die Luft in die Maschine 7 zurück strömen. Im Umkehrschluss würde das Materialgemisch in das Injektionsrohr 32 gedrückt werden und die Mischdüse 8 verschlossen werden.
Im Folgenden wird nun das erfindungsgemäße Spritzbetonauftragsverfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Spritzbetonauftragsvorrichtung 1 erläutert:

Am Düseneinlassende 8a wird Förderluft von der Druckluftquelle 2 durch die erste Luftförderleitung 3a in die Luftkammer 17 der Mischdüse 8 gefördert. Die Förderluft strömt aus der Luftkammer 17 durch die Luftdurchgangskanäle 21 in Hauptförderrichtung 18 in die Aerosolkammer 20.

Des Weiteren wird das Injektionsmaterial aus dem Injektionsmaterial-Vorratsbehälter 4, beispielsweise mittels der Injektionsmaterial-Förderpumpe 50, bei der es sich vorzugsweise um eine druckluftbetriebene Doppelmembranpumpe handelt, durch die Injektionsmaterial-Förderleitung 5 und den Injektionsmaterial-Zuführkanal 22 in die Aerosolkammer 20 gefördert.
Das Injektionsmaterial wird, wie bereits erläutert, durch die Zerstäubungsdüse 25 in die Aerosolkammer 20 eingedüst. Dabei wird das Injektionsmaterial, auch aufgrund der gleichzeitig mit hoher Geschwindigkeit in die Aerosolkammer 20 hinein strömenden Förderluft, zer- bzw. verstäubt und mit der Förderluft vermischt, so dass sich das Aerosol bildet. Das Injektionsmaterial wird dabei in das Innere des Förderluftstroms, insbesondere mittig in den Förderluftstrom, eingebracht. Eine Düsenlängsachse der Zerstäubungsdüse 25 ist dabei parallel zur Hauptförderrichtung 18.
Die Aerosolkammer 20, die Luftdurchgangskanäle 21, der Injektionsmaterial-Zuführkanal 22 und die am Ende des Injektionsmaterial-Zuführkanals 22 angeordnete Zerstäubungsdüse 25 sind Teil der Aerosolerzeugungseinrichtung 55 der Mischdüse 8.
Das gebildete Aerosol strömt in Hauptförderrichtung 18 aus der Aerosolkammer 20 heraus in den Verbindungskanal 29 und durch den Rohrströmungskanal 35 in die Wirbelkammer 30 hinein. Da das Injektionsrohr 32 weit in die Wirbelkammer 30 herein ragt, strömt das Aerosol am auslassseitigen Ende der Wirbelkammer 30 in diese hinein.
Zusätzlich zu dem Aerosol wird in die Wirbelkammer 30 zudem das Trockengemisch zugeführt.
Das Trockengemisch strömt durch den Trockengemisch-Einlasskanal 44 in die Wirbelkammer 30 hinein. Das Trockengemisch strömt also in radialer Richtung in Bezug zur Düsenlängsachse 14 in die Wirbelkammer 30 hinein. Da der Trockengemisch-Einlasskanal 44 am einlassseitigen Ende der Wirbelkammer 30 angeordnet ist und das Injektionsrohr 32 in die Wirbelkammer 30 hinein ragt, trifft der Trockenmaterialstrom aus dem Trockengemisch beim Einströmen in die Wirbelkammer 30 auf die Rohrwandaußenfläche 34a, insbesondere auf den kreiszylindrischen Flächenabschnitt 38, des Injektionsrohres 32. Dadurch wird der Trockenmaterialstrom geteilt und optimal in der Wirbelkammer 30 verwirbelt und verteilt.
Das Trockengemisch wird dabei aufgrund der höheren Strömungsgeschwindigkeit im Injektionsrohr 32 gegenüber dem Materialstrom des Trockengemisches automatisch in die Wirbelkammer 30 eingesaugt (Venturi-Effekt) und dort mit dem Injektionsmaterial vermischt. Der Venturi-Effekt resultiert insbesondere aus der Verjüngung des konischen Wandungsabschnitts 40b der Kammerumfangswandung 40 der Wirbelkammer 30. Denn dies bewirkt eine Beschleunigung des Materials und einen Ansaugeffekt.
Ist das Injektionsmaterial eine Injektionsflüssigkeit, wird das Trockengemisch zudem in vorteilhafter Weise in der Aerosolkammer 20 vorbenetzt. Vorzugsweise weist das vorbenetzte Materialgemisch eine Feuchte von 0,2 bis 7,0 Gew.-%, bevorzugt von 0,2 bis 5,0 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,2 bis 2,0 Gew.-% bezogen auf die Trockenmasse auf.
In der Wirbelkammer 30 erfolgt die Injizierung des Aerosols erfindungsgemäß mittig in den Materialstrom des Trockengemisches, da das Injektionsrohr 32 in die Wirbelkammer 30 herein ragt. Bzw. das Aerosol wird von innen in den Trockenmaterialstrom injiziert. Bzw. es wird in das Innere des Trockenmaterialstroms injiziert. Die Injektionsrichtung ist dabei parallel zur Hauptförderrichtung 18. Dies hat den Vorteil, dass das, bevorzugt feuchte, Aerosol nicht in die Trockengemisch-Förderleitung 7 gelangt. Ein Zusetzen und Verkleben der Trockengemisch-Förderleitung 7 wird dadurch verhindert.
Die Wirbelkammer 30, der in die Wirbelkammer 30 mündende Trockengemisch-Einlasskanal 44 und das in die Wirbelkammer 30 hinein ragende und mit der Aerosolkammer 20 in fluidtechnischer Verbindung stehende Injektionsrohr 32 sind somit erfindungsgemäß Teil der Aerosolinjektionseinrichtung 56 der Mischdüse 8.
Wie bereits erläutert, kann zudem über die Bypass-Luftförderleitung 3c durch den Bypass-Lufteinlasskanal 45 zusätzliche Druckluft in die Wirbelkammer 30 eingebracht werden. Diese verringert das Absetzen des Materials an der Kammerumfangswandung 40 der Wirbelkammer 30. Die zusätzliche Luftzufuhr sorgt gleichzeitig auch für eine noch stärkere Verwirbelung des Materialgemisches in der Wirbelkammer 30.
Das entstandene, bevorzugt vorbenetzte, Materialgemisch wird dann durch den Auslasskanal 42 der Mischdüse 8 in die Schlauchleitung 9 gefördert und am spritzdüsenseitigen Ende der Schlauchleitung 9 in oder kurz vor der Spritzdüse 10 mit der Flüssigkeit zur fertigen, aufzutragenden Betonspritzmasse vermischt. Die fertige Spritzmasse weist vorzugsweise eine Feuchte von 6,0 bis 12,0 Gew.-% (dichter Beton) bzw. von 20,0 bis 40,0 Gew.-% (Leichtbeton), jeweils bezogen auf die Trockenmasse, auf. Die Zugabe der Flüssigkeit erfolgt beispielsweise über einen an sich bekannten Wasserring oder eine an sich bekannte Ringspaltdüse. Die Spritzmasse wird dann von der jeweiligen Bedienperson mit der Spritzdüse 10 auf die jeweilige Oberfläche appliziert. Bei der zu beschichtenden Oberfläche handelt es sich insbesondere um mineralische Untergründe, bevorzugt um Mauerwerke oder Feuerfest-Untergründe oder Gesteine oder Isoliermaterialien, oder Stahlpanzer, welche jeweils mit keramischen oder metallischen Verankerungsystemen bestückt sein können.
Vorteil der Erfindung ist, dass die Zusammensetzung der Spritzmasse und insbesondere die Rheologie der Spritzmasse und deren Reaktivität über die Variation der Zusammensetzungen des Injektionsmaterials, der Flüssigkeit und des Trockengemisches flexibel einstellbar sind. Denn die Förderluft, die Flüssigkeit, das Trockengemisch und das Injektionsmaterial werden einzeln und aus einzelnen, voneinander getrennten, Vorratsbehältern der Mischdüse zugeführt. Die Zusammensetzung des Injektionsmaterials und des Trockengemisches sowie der Flüssigkeit, insbesondere des Flüssigbinders, können somit unabhängig voneinander geändert werden.
Falls die Betonzusatzstoffe bzw. Additive bereits in dem, insbesondere flüssigen, Injektionsmaterial enthalten sind, werden sie in dem Aerosol und dadurch in dem Trockengemisch sehr fein und homogen verteilt, was zu verbesserten Festigkeitseigenschaften des Frischbetons und des abgebundenen Festbetons führt.
Gleiches gilt auch für die weiteren Bestandteile des Injektionsmaterials, insbesondere die Sinterhilfsmittel. Insbesondere können mit dem Injektionsmaterial, ob flüssig oder trocken, generell sehr feine, pulverförmige Stoffe zugegeben werden, die nur schlecht über das Trockengemisch zugegeben werden können. Denn die feinen Bestandteile sind aufgrund ihres geringen Schüttgewichts nur sehr schwer homogen in das Trockengemisch einzumischen. Zudem besteht bei der Herstellung des Trockengemisches die Gefahr, dass durch diverse Staubabsaugungen während des Mischens, durch Fördern und Absacken des Trockengemisches, die feinen Bestandteile, in Relation zu den anderen Komponenten des Trockengemisches wieder unkontrolliert dem Trockengemisch entzogen werden.
Falls das Trockengemisch kein Bindemittel und kein Abbindeadditiv enthält, ist vorteilhaft, dass das Trockengemisch im Prinzip eine unbegrenzte Lagerzeit aufweist, da Bindemittel und Reaktionspartner getrennt voneinander gelagert werden und somit nicht vorzeitig miteinander reagieren können. Aufgrund dessen finden auch bei höherer Luftfeuchtigkeit keine Reaktionen statt, so dass auch bei langer Lagerzeit keine Leistungseinbußen entstehen. Auch ist das Trockengemisch, wenn es keine Additive und kein Bindemittel enthält, gesundheitlich unbedenklich und demnach kennzeichnungsfrei. Außerdem sind Betonadditive nicht lagerstabil, was ebenfalls die Haltbarkeit des Trockengemisches begrenzen würde.
Der Düsenführer, welche die Spritzdüse bedient, hat zudem keine Mehrbelastung infolge eines zusätzlichen Equipments oder Handling. Denn die Vorbenetzung erfolgt in der Mischdüse, also vor der Schlauchleitung, welche zur Spritzdüse führt. Die Spritzdüse selber ist nicht modifiziert und dadurch unkompliziert und wie üblich handlebar.
Vorteilhaft ist auch, dass das Injektionsrohr auswechselbar ist, da es abrasiv stark belastet ist.
Die Injektion des Aerosols in das Innere des Trockenmaterialstroms ist besonders vorteilhaft, da im Gegensatz zu einer von außen radial zugeführten Zumischung (z.B. über einen Wasserring), keine Materialverklebungen, Absetzungen oder Verstopfungen des Förderschlauches („Stopper“) gebildet werden. Insbesondere setzt sich das Injektionsmaterial nicht außenseitig ab, da es von dem schwereren Trockenmaterial umschlossen bzw. eingeschlossen ist. Dies verbessert auch den Mischeffekt. Die Injektion des vorab definiert erzeugten Aerosols zentral von innen führt - im Fall des flüssigen Injektionsmaterials - zu einer unmittelbaren Benetzung des Trockenmaterials, ohne dass die Schlauchinnenseiten mit dem Aerosol direkt in Berührung kommen.
Im Rahmen der Erfindung liegt es dabei auch, dass das Injektionsrohr 32 am Düsenauslassende 8b aus dem Düsengehäuse 13 heraus ragt (nicht dargestellt). Bzw. das auslassseitige Rohrende 32b des Injektionsrohres 32 ragt aus dem Düsengehäuse 13 heraus. Auch bei dieser Ausführungsform wird gewährleistet, dass das Aeorosol immer, insbesondere mittig, in das Innere des Trockenmaterialstroms injiziert wird. Die Injektionsrichtung ist dabei ebenfalls parallel zur Hauptförderrichtung 18. Das Vermischen des Aerosols mit dem Trockengemisch erfolgt dann außerhalb der Mischdüse 8, insbesondere innerhalb der Schlauchleitung 9. Gegebenenfalls müssen die Strömungsquerschnitte entsprechend angepasst werden, damit die Körner des Trockengemisches die Mischdüse 8 ungehindert durchströmen können. Vorzugsweise entspricht der der Strömungsquerschnitt für die Bereiche der Mischdüse 8, die von dem Trockenmaterialstrom durchströmt werden, mindestens 3x der maximalen Korngröße. Dies gilt selbstverständlich für jegliche Ausführungsformen.
Auch ist es im Rahmen der Erfindung, dass die Mischdüse 8 in der Schlauchleitung 9 angeordnet ist. Vorzugsweise ist sie aber Teil der Spritzmaschine 7 und am Auslass der Spritzmaschine 7 angeordnet.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Vorbenetzung des Trockengemisches mit dem flüssigen Injektionsmaterial, was durch die erfindungsgemäße Mischdüse erst möglich wird. Das vorbenetzte Trockenmaterial wird an der Spritzdüse durch den Flüssigbinder deutlich besser benetzt und durchmischt, wie ein staubtrockenes Material. Dies führt zum einen zu niedrigeren Rückprallwerten und zu einer verminderten Staubentwicklung.
Überraschenderweise wurde zudem im Rahmen der Erfindung festgestellt, dass bei einer Vorbenetzung auch die Festigkeit des gebrannten Feuerbetons verbessert werden konnte. Durch die Vorbenetzung werden die refraktären Feinkomponenten des Trockengemisches offenbar besser aufgeschlossen. Es bildet sich eine Hülle um die refraktären Feinteilchen, was zu einer verbesserten Ausbildung der keramischen Bindephase des Feuerbetons führt.
Es wurden dabei Festigkeitssteigerungen in Relation zu pulverförmigen Additiven, eingeführt über das Trockengemisch, festgestellt.
Die genannten Vorteile belegen nachfolgende Ausführungsbeispiele:
Es wurden drei, von ihrer Materialkonzeption vollkommen unterschiedliche Materialien zu Testzwecken herangezogen:

■ REFRAJET Nanobond F-58 R Ein zementfreier Trockenspritzbeton auf Basis einer CO- beständigen Schamotte. Typisches Einsatzgebiet stellt die Reparatur von Hochofenschächten dar (Kaltreparatur und Heißreparatur mittels Roboter).
■ REFRAJET Nanobond S-60 Ein zementfreier Trockenspritzbeton auf Basis Siliziumcarbid. Typisches Einsatzgebiet sind Müllverbrennungsanlagen.
■ REFRAJET Nanobond C-84 AL: Ein zementfreier Trockenspritzbeton auf Basis Edelkorund (WFA) mit einem speziellen Anti Wetting System für die Aluminiumindustrie. Typisches Einsatzgebiet ist der Badbereich von Aluminiumschmelzöfen (Kaltreparatur und Heißreparatur).

Insgesamt standen 6 × 2000 Kg Trockenmaterial für Versuchszwecke zur Verfügung. Aus den drei o.g. Rezepturen wurden jeweils Spritzpanels hergestellt. Dies erfolgte jeweils sowohl nach dem Verfahren gemäß der WO 2010/105049 A2 (SdT) und nach dem Verfahren mit Vorbenetzung.
Bei dem Verfahren gemäß der WO 2010/105049 A2 wurde dem Trockenmaterial bereits bei der Produktion entsprechende Abbindeadditive untergemischt. Zum Verspritzen wurde eine handelsübliche Trockenspritzvorrichtung (Typ: Meyco Piccola 020 E, kleiner Rotor 12×Rundloch, 1. Gang, Schlauchlänge: 20 m, Förderdruck ca. 3,5 bar) verwendet. Am Ende des Förderschlauchs wurde über einen Wasserring mit einem Druck von jeweils ca. 20 bar der Flüssigbinder (Kieselsol) eingedüst.
Bei dem Verfahren mit der erfindungsgemäßen Mischdüse wurde ebenfalls die oben genannte Trockenspritzvorrichtung verwendet. Allerdings wurde zusätzlich die erfindungsgemäße Mischdüse verwendet. Diese wurde an den Anfang des Förderschlauchs angeschlossen. Dem Trockenmaterial wurden bei der Produktion keine Abbindeadditive untergemischt. Die Trockenmischung enthielt somit keinerlei reaktive Substanzen. Am Ende des Förderschlauchs wurde wiederum über den Wasserring der Flüssigbinder (Kieselsol) eingedüst.
Es zeigte sich, dass alle drei Produkttypen verspritzt werden konnten, jedoch konnten bereits während der Versuchsdurchführung signifikante Differenzen hinsichtlich der Installationsqualität der beiden Varianten (SdT/ mit der erfindungsgemäßen Mischdüse) erkannt werden:

In direkter Gegenüberstellung zeigte das System mit der erfindungsgemäßen Mischdüse eine deutlich geringere Staubentwicklung beim Auftragen des Materials an der Spritzwand/decke. Dieses positive Eigenschaftsmerkmal kann auf die Vorbenetzung des staubtrockenen Materials zurückgeführt werden, welches dann am Wasserring der Spritzdüse wesentlich leichter und intensiver benetzt werden kann und somit weniger Staubentwicklung ausübt.

In direkter Gegenüberstellung zeigte das System mit der erfindungsgemäßen Mischdüse einen deutlich geringeren Rückprall beim Auftragen des Materials an der Spritzwand/decke. Auch dieses positive Eigenschaftsmerkmal kann auf die Vorbenetzung des staubtrockenen Materials zurückgeführt werden, welches dann am Wasserring der Spritzdüse wesentlich leichter und intensiver benetzt werden kann. Die in der Trockenmischung enthaltenen Feinteile entweichen nicht als Staub, sondern tragen dazu bei, ein homogenes Materialbett an der Wand/Decke auszubilden, wodurch der Rückprall signifikant reduziert wird.
Das über die erfindungsgemäße Mischdüse verspritzte Material ist augenscheinlich reaktiver und verfestigt an der Spritzwand/Decke deutlich schneller. Dies führt zu einem schnelleren Arbeitsfortschritt, da auch problemlos größere Wandstärken in einem Arbeitsgang aufgetragen werden können.
Zur Ermittlung der physikalischen Eigenschaftsmerkmale wurden zudem Spritzpanels angefertigt (300x300x150 mm), welche nach 24 h ausgeschalt und weiterbehandelt wurden. Bereits beim Ausschalen konnte bei allen drei Materialqualitäten übereinstimmend bei den mit der erfindungsgemäßen Mischdüse hergestellten Spritzpanels eine höhere mechanische Ausschalfestigkeit festgestellt werden, wohingegen die nach dem Verfahren gemäß Stand der Technik verspritzen Proben noch relativ bröselig waren und entsprechend vorsichtig weiterbehandelt werden mussten.
Nach dem Ausschalen wurden die Materialproben (300x300x150 mm) bei 110°C/24h getrocknet und anschließend mittels Diamantsäge Probekörper im Format B (230x64x54 mm) gemäß DIN EN 1927-5 (März 2013) ausgesägt, entsprechend der jeweiligen bei den auf der X-Achse der 10-15 angegebenen Prüftemperaturen mit einer Haltezeit von jeweils 5h vorgebrannt und ausgewertet.
Die Kaltdruck- und -biegefestigkeiten wurden gemäß DIN EN 1927-6 (März 2013) ermittelt. Die signifikanten Festigkeitssteigerungen sind in den 10-15 eindeutig zu erkennen:

Bei allen drei zu Testzwecken zur Verfügung stehenden Materialtypen konnten über den gesamten Temperaturverlauf bessere Eigenschaftsmerkmale der mit der erfindungsgemäßen Mischdüse verspritzen Varianten ermittelt werden.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

GB 2025794 A [0003]
US 4239397 [0005]
WO 2005/098333 A1 [0006]
EP 1153861 A1 [0007]
WO 2010/105049 A2 [0008, 0085, 0086]
EP 0738676 A1 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 1893: 2009-09 [0004]
DIN EN ISO 1927-3 (März 2013) [0025, 0031]
DIN EN 1927-5 (März 2013) [0092]
DIN EN 1927-6 (März 2013) [0093]

Claims

Mischdüse (8) für eine Spritzbetonauftragsvorrichtung (1) zum Trockenspritzen von Beton, insbesondere von Feuerbeton, aufweisend a) eine Aerosolerzeugungseinrichtung (55) zur Erzeugung eines Aerosols aus einem flüssigen oder trockenen, rieselfähigem Injektionsmaterial und Förderluft, b) einer Aerosolinjektionseinrichtung (56) zur Injektion des Aerosols, insbesondere mittig, in das Innere eines aus einem Trockengemisch bestehenden Trockenmaterialstroms.
Mischdüse (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aerosolerzeugungseinrichtung (55) aufweist: a) eine Aerosolkammer (20), b) zumindest einen in die Aerosolkammer (20) mündenden Luftdurchgangskanal (21) zum Zuführen der Förderluft in die Aerosolkammer (20) insbesondere in eine Hauptförderrichtung (18), c) zumindest einen in die Aerosolkammer (20) mündenden Injektionsmaterial-Zuführkanal (22) zum Zuführen des Injektionsmaterials in die Aerosolkammer (20), d) eine am Ende des Injektionsmaterial-Zuführkanals (22) angeordnete Zerstäubungsdüse (25) zum zerstäubenden Eindüsen des Injektionsmaterials in den Förderluftstrom in der Aerosolkammer (20).
Mischdüse (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aerosolinjektionseinrichtung (56) aufweist: a) eine Wirbelkammer (30), b) einen in die Wirbelkammer (30) mündenden Trockengemisch-Einlasskanal (44) zum Zuführen des Trockengemisches in die Wirbelkammer (30), c) ein in die Wirbelkammer (30) hinein ragendes und mit der Aerosolkammer (20) in fluidtechnischer Verbindung stehendes Injektionsrohr (32) zum Zuführen des Aerosols in das Innere des Trockenmaterialstroms.
Mischdüse (8) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsrohr (32) so angeordnet ist, dass der aus dem Trockengemisch-Einlasskanal (44) austretende Trockenmaterialstrom auf das Injektionsrohr (32) trifft und dadurch geteilt wird.
Mischdüse (8) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsrohr (32) so angeordnet ist, dass der Trockenmaterialstrom geteilt wird, bevor das Aerosol in den Trockenmaterialstrom injiziert wird.
Mischdüse (8) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsrohr (32) so angeordnet ist, dass die Injektion des Aerosols in den Trockenmaterialstrom innerhalb der Wirbelkammer (30) erfolgt.
Mischdüse (8) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsrohr (32) so angeordnet ist, dass die Injektion des Aerosols in den Trockenmaterialstrom außerhalb der Wirbelkammer (30) erfolgt.
Mischdüse (8) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aerosolerzeugungseinrichtung (55) so ausgebildet ist, insbesondere die Luftdurchgangskanäle (21), der Injektionsmaterial-Zuführkanal (22) und die Zerstäubungsdüse (25) so angeordnet und ausgebildet sind, dass die Injektion des Injektionsmaterials, bevorzugt mittig, in das Innere des Förderluftstroms erfolgt.
Mischdüse (8) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischdüse (8) eine Düsenlängsachse (14) sowie ein Düseneinlassende (8a) und ein diesem in Richtung der Düsenlängsachse (14) gegenüberliegendes Düsenauslassende (8b) sowie einen sich in Richtung der Düsenlängsachse (14) durch die Mischdüse (8) hindurch erstreckenden Strömungs- bzw. Förderkanal (15) aufweist, wobei eine sich vom Düseneinlassende (8a) zum Düsenauslassende (8b) erstreckende Hauptförderrichtung (18) der Mischdüse (8) vorzugsweise parallel zur Düsenlängsachse (14) ist.
Mischdüse (8) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischdüse (8) eine Trennwand (19) aufweist, die den zumindest einen Luftdurchgangskanal (21), bevorzugt mehrere, insbesondere kreiszylindrische, Luftdurchgangskanäle (21) aufweist, welche sich, insbesondere in die Hauptförderrichtung (18), durch die Trennwand (19) durch erstrecken und in die Aerosolkammer (20) münden.
Mischdüse (8) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdurchgangskanäle (21) in Umfangsrichtung in Bezug zur Düsenlängsachse (14) gesehen, um die Düsenlängsachse (14) verteilt angeordnet und von der Düsenlängsachse (14) beabstandet sind, wobei die Luftdurchgangskanäle (21) vorzugsweise alle denselben Abstand von der Düsenlängsachse (14) aufweisen und in Umfangsrichtung vorzugsweise alle gleich voneinander beabstandet sind.
Mischdüse (8) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (19) den Injektionsmaterial-Zuführkanal (22) zum Zuführen des Injektionsmaterials in die Aerosolkammer (20) aufweist, wobei der Injektionsmaterial-Zuführkanal (22) einen, insbesondere kreiszylindrischen, in die Aerosolkammer (20) mündenden Zuführkanalabschnitt (24) aufweist, wobei der zweite Zuführkanalabschnitt (24) eine Kanalachse aufweist, welche sich vorzugsweise parallel, bevorzugt koaxial, zur Düsenlängsachse (14) erstreckt.
Mischdüse (8) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Zerstäubungsdüse (25) um eine Flachstrahldüse, Glattstrahldüse, Hohlkegeldüse, Vollkegeldüse oder Nebeldüse oder um eine Sandstrahldüse oder Strahldüse für rieselfähige Schüttgüter handelt.
Mischdüse (8) nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aerosolkammer (20) mit der Wirbelkammer (30) über das Injektionsrohr (32) fluidtechnisch in Verbindung steht.
Mischdüse (8) nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelkammer (30) eine Kammerumfangswandung (40) und eine Kammermittelachse (41) aufweist, welche koaxial zur Düsenlängsachse (14) ist, wobei die Kammerumfangswandung (40) vorzugsweise einen konischen Wandungsabschnitt (40b) aufweist, der sich in Hauptförderrichtung (18) gesehen derart verjüngt, dass das Trockengemisch in die Wirbelkammer (30) durch den Venturi-Effekt eingesaugt wird.
Mischdüse (8) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsrohr (32) von der Kammerumfangswandung (40) beabstandet ist, so dass dazwischen ein Strömungsquerschnitt gebildet wird.
Mischdüse (8) nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockengemisch-Einlasskanal (44) eine Kanalachse (44a) aufweist, welche in einem Mündungsbereich in dem der Trockengemisch-Einlasskanal (44) in die Wirbelkammer (30) mündet, einen Winkel α von 30 bis 90°, bevorzugt von 90°, mit der Düsenlängsachse (14) einschließt.
Mischdüse (8) nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischdüse (8) einen Bypass-Lufteinlasskanal (45) zur Zufuhr von Bypassluft in die Wirbelkammer (30) aufweist, wobei der Bypass-Lufteinlasskanal (45) einen in die Wirbelkammer (30) mündenden Einlasskanalabschnitt (47) aufweist, der vorzugsweise an einem einlassseitigen Ende der Wirbelkammer (30) in diese mündet und wobei vorzugsweise eine Kanalachse des Einlasskanalabschnitts (47) parallel zur Düsenlängsachse (14) ist oder geneigt zur Düsenlängsachse (14) ist und einen Winkel < 90° mit dieser einschließt, und/oder wobei vorzugsweise die Kanalachse des Einlasskanalabschnitts (47) beabstandet von der Düsenlängsachse (14) ist.
Mischdüse (8) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Einlasskanalabschnitt (47) in einer Ansicht senkrecht zur Düsenlängsachse (14) gesehen radial gegenüberliegend zum Trockengemisch-Einlasskanal (44) angeordnet ist.
Spritzbetonauftragsvorrichtung (1) zum Aufspritzen einer Spritzmasse, insbesondere einer Feuerbetonspritzmasse, auf eine Oberfläche aufweisend: a) eine Druckluftquelle (2) zum Bereitstellen von Förderluft, b) einen mit einem trockenen oder flüssigen Injektionsmaterial, insbesondere einer Injektionsflüssigkeit, befüllten Injektionsmaterial-Vorratsbehälter (4), c) einen mit einem Trockengemisch befüllten Trockengemisch-Vorratsbehälter (6), d) eine Mischdüse (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Vermischen des Injektionsmaterials mit der Förderluft und dem Trockengemisch zu einem, insbesondere vorbenetzten, Materialgemisch, e) eine Spritzdüse (10) zum Aufspritzen der Spritzmasse auf die zu beschichtende Oberfläche, f) eine an die Mischdüse (8) angeschlossene Leitung (9) zum Fördern des Materialgemisches zu der Spritzdüse (10), g) einen mit einer Flüssigkeit, insbesondere einem Flüssigbinder, befüllten Flüssigkeits-Vorratsbehälter (11), h) Mittel zum Vermischen des, insbesondere vorbenetzten, Materialgemisches mit der Flüssigkeit zur Spritzmasse am spritzdüsenseitigen Ende der Schlauchleitung (9) vor oder in der Spritzdüse (10).
Spritzbetonauftragsvorrichtung (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischdüse (8) an einem einlassseitigen Ende der Schlauchleitung (9) angeordnet ist.
Trockenspritzverfahren zum Aufspritzen einer Spritzmasse, insbesondere einer Feuerbetonspritzmasse, auf eine Oberfläche, vorzugsweise mit einer Spritzbetonauftragsvorrichtung (1) nach Anspruch 20 oder 21 mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Vermischen eines trockenen oder flüssigen Injektionsmaterials, insbesondere einer Injektionsflüssigkeit, mit Förderluft zu einem Aerosol, b) Injektion des Aerosols, insbesondere mittig, in das Innere eines aus einem Trockengemisch bestehenden Trockenmaterialstroms und Vermischen des Aerosols mit dem Trockengemisch zu einem Materialgemisch, c) Fördern des Materialgemisches mittels einer Schlauchleitung (9) zu einer Spritzdüse (10), d) Mischen des Materialgemisches am spritzdüsenseitigen Ende der Schlauchleitung (9) in oder vor der Spritzdüse (10) mit einer Flüssigkeit zur Spritzmasse, e) Auftragen der Spritzmasse auf die zu beschichtende Oberfläche mittels der Spritzdüse (10).