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hreibun Verfahren zum Sprengen von Betonteilen Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Sprengen von Betonteilen, das sich besonders gut zum
Entfernen von alten oder unbenutzbaren Betonbauten in Stadtgebieten eignet. Bei
dem erfindungsgemässen Verfahren erfolgt das Zersprengen des Betons unter Verwendung
einer brennbaren Nasse.
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Bekanntlich erfolgte bisher das Zerkleinern bei der Entfernung nutzloser
oder alter Betonbauwerke mit Hilfe von mechanischen Hilfsmitteln, wie Brecher, Pickel,
Aufreisshämmer, Keile etc., oder es wurden mit Sprengstoffen arbeitende Sprengverfahren
angewendet.
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Bei diesen bekannten Verfahren ist jedoch das mechanische Verfahren
gewöhnlich wirkungslos, während das Sprengverfahren die kaum vermeidbaren Nachteile
aufweist, dass starke Sprenggeräusche erzeugt und Betonstücke umhergeschleudert
werden. Darüber hinaus erfordert das Sprengverfahren einen hohen Kostenaufwand.
Die Anwendung von Sprengungen ist daher trotz des erzileten hohen Wirkungsgrades
durch die Umgebungsbedingungen stark eingeschrankt. Beim Zerkleinern von Betonteilen
in Stadtgebieten oder bevölkerten Gebieten oder an Orten, in deren Umgebung sich
gefäbrliche Objekte befinden, ist man daher immer noch auf die erwähnten unwirk@amen
mechanischen Mittel angewiesen.
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Ziel der Erfindung ist daher ein Verfahren zum Zersprengen von Beton,
das in sicherer und wirkungsvoller Weise auch an den oben beschriebenen Orten angewendet
werden kann. Ein solches Verfahren kann verwirklicht werden, wenn zen anstelle der
bisher verwendeten Sprengstoffe eine spezielle, nicht detonierende Masse einsetzt.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Sprengen von Beton,-
des dadurch gekennzeichnet ist, dass man in den zu sprengenden Betonteilen Bohrlöcher
anbringt, in diese eine brennbare, nicht detonierende Masse mit hoher Reaktionswärme
einfällt, die Überwiegend in bei Raumtemperatur feste Reaktionsprodukte umsewandelt
wird, die ein metallisches
Reduktionsmittel und ein Oxydationsmittel
enthält, das Bohrloch mit einem das Ausblasen verhindernden Verschluss versieht
und die brennbare Masse zündet Die erfindungsgemäss verwendete brennbare Masse besteht
überwiegend aus einem Gemisch von 10 bis 60 Gew.-% eines Reduktionsmittels und 40
bis 90 Gew.- eines Oxydationsmittels.
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Dieses Reduktionsmittel ist vorzugsweise ein pulverformiges, reduzierendes
Metall, insbesondere Zirkon, Magnesium, Silizium, Aluminium, eine Aluminium-Magnesiumlegierung
oder Bor oder ein Gemisch solcher Metalle. Als Oxydationsmittel ist erfindungsgemäss
bevorzugt Kaliumperchlorat, Kaliumchlorat, Kaluumnitrat, Bariumnitrat, Bariumperoxyd,
Bleitetroxyd, Bleimonoxyd oder ein Gemisch dieser Verbindungen anwesend.
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Brennbare Gemische mit einem Mischungsverhältnis ausserhalb des genannten,
erfindungsgemässen Bereichs zeigen schwächere Brennbarkeit und die Erscheinung,
dass aufgrund einer unterbrochenen Verbrennung die gewünschte Hochtempereturreaktion
nicht stattfindet. Darüberhinaus lässt sich die Verbrennung nicht leicht durch elektrische
Zündung initiieren.
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Üblicherweise wird das erfindungsgemässe Gemisch nach Granulieren
mit Hilfe eines geeigneten Bindemittels verwendet.
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Gewöhnlich verwendet man als Bindemittel Kautschuk, syrithetischen
Kautschuk oder ein synthetisches Harz in einer Menge
von 1 bis 10
Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile des Gemisches aus Reduktionsmittel und Oxydationsmittel.
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Die wahrscheinlich ablaufenden Reaktionsgleichungen sowie die Reaktionswärmen
und die tatsächlich gemessenen Verbrennungsgeschwindigkeiten für typische, erfindungsgemäss
verwendete brennbere Gemische sind im folgenden angegeben: 1. 8A1 + 3KClO4 4A1203
+ 3KC1 + 2374Kce1/kg (0,88 sec./cm) II. 5Zr + 4KNO3 5ZrO2 + 2K2O + 2N2 + 1223Kcal/kg
III. 5Mg + Ba(NO3)2 5MgO + BaO + N2 + 131OKcal/kg (0,94 sec./cm) Bei einer anderen
els der oben angegebenen Kombination von Bestandteilen findet ungefähr die gleiche
Reaktion statt, bei der ein Wärmeeffekt von etwa 1.200 Kcal/kg und eine Verbrennungsgeschwindigkeit
von 0,60 sec./cm auftritt. Im allgemeinen wird der kalorische Wert erhöht, wenn
als Reduktionsmittel Aluminium, eine Aluminium-Magnesium-Legierung, Silicium, Zirkon
oder Bor verwendet wird, während sich di.
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VerbrennungBgeschwindi6keit bei Verwendung von Zirkon oder Bor erhöht.
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Die brennbare Masse dieses Typs zeigt bei der Verbrennung
die
folgenden drei charakteristischen tfferkale: 1. Bildung geringer Gasmengen, 2. Auftreten
einer relativ hohen Temperatur durch die Reaktionswärme, 3. geringe Verbrennungsgeschwindigkeit,
sodass keine Detonation eintritt.
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Wenn man das brennbare Gemisch nach dem Einfüllen in ein in Beton
gebohrtes Bohrloch und dem Verschliessen des Bohrlochs zündet, tritt ein Stops auf,
der von einer raschen exothermen Reaktion begleitet ist6 Gleichzeitig findet aufgrund
der hohen Reaktionswärme ein Vergasen der Reaktionsprodukte und daduroh eine plötzliche
Expansion statt, die augenblicklich zahlreiche Risse in dem Betonteil hervorruft.
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Die gasförmigen Reaktionsprodukte werden jedoch nach dem Zersprengen
dea Betons nicht mehr eingeschlossen, und der Druck und die Temperaturen sinken
rasch sb, sodass sie augenblicklich wieder in den charakteristischen festen Zustand
Ubergehen.
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Die verbleibende Kraft reicht daher nicht aus, den zersprengten Beton
in kleinere Stücke aufzuspalten und diese umherzuschleudern. Da im Gegensatz zu
den bisher verwendeten Sprengstoffen
die Verbrennungsgeschwindigkeit
des erfindungsgemäß verwendeten brennbaren Gemisches niedrig ist, muß der auf dem
brennbaren Gemisch angebrachte Verschluss fest und stabil sein.
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Durch das bisher übliche Verstopfen des Bohrloches mit Hilfe von Stand,
Tonerde oder Wasser, wird nur eine geringe Festigkeit der Abdichtung erzielt, und
der Verschluß wird herausgeblasen, bevor der Beton zersprengt wird. Dieses übliche
Vorschliessen ist daher erfindungsgemäß nicht geeignet.
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Wenn es aiich schwierig ist, wie erforderliche Festigkeit der Abdichtung
oder des Verschlusses genau zu definieren, weil diese von der Festigkeit des zu
sprengenden Betons, der Länge der Beschickung bzw. der Vorlage (weg@usprengendes
Stück) (lenght of burden) und der Tiefe des Bohrloches abhängt, ist dooh normalerweise
eine Festigkeit der Abdichtung erforderlich, die mindestens 50 % der Festigkeit
des Zements bei einer Mitimalbeschickung beträgt.
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Es ist außerdem schwierig, die Menge der zu verwendenden brennbaren
Masse anzugeben, da diese vor der Festigkeit des zu zersprengenden Betons, dessen
Struktur, der Länge der Minimalvorlage (lenght of burden), der Grösse der freien
Oberfläche, den Verstärkungsbedingungen etc. abhängt. Gewöhnlich beträgt die pro
1m³ zu verwendende Menge jedoch 20 bis 40 g
für nicht verstärkten
Beton und 40 bis 70 g für eisenverstärkten Beton Zum schnellen und sicheren Verschliessen
der Sprengbohrung wird vorzugsweise ein rasch abbindender Zement, eine Zementpaste,
Zementmörtel oder ein mit einem Abbindebeschleuniger vermischter Zement als Dichtungsmaterial
verwendet.
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Der erwähnte rasch abbindende Zement bzw. der Abbindebeschleuniger
enthält Calciumchlorid, Wasserglas, Nattiumcarbonat, Hydrofluosilikate oder andere
hochmolekulare anorganische Materialien. Vorzugsweise verwendet man handelsübliche,
das Abbinden beschleunigende und wasserfestmachende Zusatzstoffe für Zement.
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Oharakteristisch für den schnell abbindenden Zement ist seine hohe
Affinität und Bindefestigkeit gegenüber Beton, die erforderliche Kurze Verfestigungsdauer
und die hohe Festigkeit. Verwendet man daher zum Versiegeln den schnell abbindenden
Zement, so tritt die Eracheinung der sogenannten "Ausbläser" nicht auf, bei der
die Verschluss-Stelle zerstört wird, bevor ein Zersprengen des Betons eintritt.
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Zum erfindungsgemässen Versiegeln lassen sich bequem ausser dem genannten
schnell abbindenden Zement Zementmaterialien, wie übliche Zementpaste, Zementmörtel
oder Beton, ein Kunststoff
- oder Kunstharzzement und ein Epoxy-
oder Alkaliamidkunststoff verwenden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher erläutert.
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S diesen Zeichnungen bedeutet Fig. 1 den Querschnitt durch eine erfindungsgemäss
verwendete Patrone; Fig. 2 den Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Anordnung;
Fig. 3, 4 und 5 zeigen typische Anwendungsbeispiele für des erfindungsgemässe Verfahren
auf verschiedene Beton-Formkörper Gemäss FiC. 1 besteht eine erfindungsgemäss verwendete
Patrone aus einem an den Enden verschlossenen zylindrischen Körper 1, der beispielsweise
aus Kunststoff besteht und am unteren Ende einen in das Innere des zylindrischen
Körpers gerichteten Hohl raum 2 aufweist, in den ein elektrischer Zünder eingesetzt
ist.
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Der an den Enden verschlossene zylindrische Körper 1 wird mit einer
brennbaren Masse 4 gefüllt und die Öffnung am oberen Ende durch eine Platte 3 verschlossen.
Der elektrische Zünder kann am Ort der Anwendung leicht in den Hohlraum 2 der Patrone
eingeführt
werden.
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Die Verwendung der Patrone hat daher den Vorteil, dass sie ein leichtes
Einführen des elektrischen Zünders 5 und das anschliessende Einbringen in ein Bohrloch
gestattet.
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Fig. 2 zeigt einige grundsätzliche Arten der erfindungsgemäss vorgenommenen
Massnahmen. Zunächst wird ein Bohrloch 7 in einen Betonkörper 6 gebohrt, in das
so erheltene Bohrloch 7 eine mit einem elektrischen Zünder 5 versehene Patrone 1
eingeführt und der verbleibende Hohlraum des Bohrloches mit einer Versiegelungsmasse
ausgefüllt.
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In diesem Fall beträgt die Menge des herzustellenden Bohrloches vorzugsweise
etwa zwei Drittel der Dicke des ZU sprengenden Betonkörpers. De die Belastungsvorlage
(length of burden) im Verhältnis zur Länge des Bohrloches in Abhängigkeit von dem
zu zersprengenden Betonkörper variiert, ist es ratsam, die verwendete Menge der
brennbaren Masse in geeigneter Weise darauf abzustimmen. So können manchmal für
einen Sprengvorgeng mehrere Petronen verwendet werden.
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Zum Verschliessen des Bohrloches ist ein Versiegelungsmaterial 8 mit
hoher Festigkeit erforderlich, wie ein mit einem Abbindebeschleuniger vermischter
Zementmörtel. Bei grosser Länge des Bohrloches, d.h. bei grosser Länge des Verschlusses,
wie
in Fig. 2 gezeigt (B), kann etwa die untere Hälfte des zu versiegelnden Hohlraumes
mit Sand 9 gefüllt werden, um den gewünschten Versiegelungseffekt zu erzielen. Führt
man die Sprengung nach den oben beschriebenen Versiegelungsmassnahmen aus, so kann
ein Betonkörper wirkungsvoll zersprengt werden, ohne dass es zu "Ausbläsern" kommt.
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Die Fig. 3, 4 und 5 veranschaulichen Ausführungsformen der in Fig.
2 gezeigten grundsätzlichen Massnahmen.
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Sollen zum Zersprengen eines Betonformkörpers mit einer Dicke von
etwa 0,5 bis etwa 1,5 m mehrere Patronen gleichzeitig gezündet werden, so bohrt
man Bohrlöcher 7a und 7b mit einer Belastungsvorlage (length of burden) von etwa
0,5 m von beiden Enden des Betonformkörpers an den in Fig. 3 gezeigten Stellen.
Zwischen den Bohrlöchern 7e und 7b werden Bohrlöcher 7c, 7d und 7e in einer gegenseitigen
Entfernung von etwa 0,# bis 0,5 m angebracht.
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Wenn sahlreiche Bohrlöcher in mehreren Reihen angeordnet werden, sprengt
man vorzugsweise zuerst die Bohrlöcher der ersten Reihe und geht dann auf die nächste
Reihe über usw.
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Die praktisch und wirksam erbohrbere Länge des Bohrloches liegt normalerweise
im Bereich von etwa 0,7 bis 0,9 1. Di,e maximale Stärke eines Betonkörpers, der
durch eine einzige
Sprengung gesprengt werden kann, beträgt daher
normalerweise etwa 1,5 m. Wenn daher das zu sprengende Betonteil eine Dikke von
mehr als etwa 1,5 1 besitzt, so führt Da; vorzugswei-Be das Sprengen stufenweise
durch, wie in Fig. 4 gezeigt wird.
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Zum Zersprengen eines säulenförmigen Betonteils kann ein Bohrloch
oder Bohrlöcher in einer Neigung von weniger als 45° gegen die Achse des säulenförmigen
Körpers angebracht werden, um das Versiegeln zu erleichtern und um zu vermeiden,
dass das Versiegelungsmittel aus dem Bohrloch fliesst. Auf dies. Weis kann eine
zufriedenstellende Versiegelungswirkung erzielt werden. -Beim erfindungsgemässen
Zersprengen von Beton kann das Zerkleinem und das Entfernen der Betonteile auf wirksamere
Weise durchgeführt werden als nach den bisher verwendeten mechanischen Verfahren.
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Andererseits besteht bot der erfindungsgemässen Verwendung eines brennbaren
Materials keine Gefahr, dass Betonstücke umhergeschleudert werden, wie bei den bisher
verwendeten üblichen Sprengverfahren. Das erfindungsgemässe Verfahren zum Entfernen
von überflüssigen Betonbauten in Stadtgebieten oder bevölkerten Gebieten lässt sich
daher mit hoher Sicherheit durchführen. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäss
verwendete brennbare Masse keine Detonationseigenschaften auf,
so
dass sie frei von Jeder Explosionsgefahr ist und sicher gehandhabt werden kann.
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Die folgenden Beispiele dienen zur besseren Veranschaulichung der
erfindung, ohne diese jedoch zu beschränken.
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Beispiel 1 In einen mit Bisenstaben verstärkten Betonblock wurde ein
Bohrloch mit einer Tiefe von 0,8 m und einer Belsstungsvorlage (length of burden)
von 0,5 m gebohrt. In des so erhaltene Bohrloch wurden 60 g einer brennberen Masse
eingefüllt, die aus 40 Gew.-Teilen Aluminium, 60 Gew.-Teilen Kaliumperchlorat und
4 Gew.-Teilen Chlorkautschuk bestand. Die brennbere Masse wurde mit einem elektrischen
Zünder versehen.
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Das Bohrloch wurde mit Hilfe einer durch Vermisclien und Kneten von
200 g eines sich ausdehnenden rasch härtbaren Zements mit dem Handelsnamen Basetop
P (Produkt der Taiho Industrial Oo., Ltd., Japan) mit einer, geeigneten Wassermenge
erhaltenen Zementpaste versiegelt.
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Nach der Verfestigung der Verschlußstelle wurde der elektrische Zünder
mit Hilfe eines Zündapperates gezündet und das brennbare Gemisch abgebrannt.
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Dabei wurde kein Ausströmen von Gas und kein Ausblasen an der Versiegelungsstelle
beobachtet, und es wurden genügend, zum Zersprengen des Betons ausreichende Risse
erzeugt. Während des Abbrennens wurden keine Beton teile umhergeschleudert.
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Beispiel 2 In einen nicht verstärkten Betonblock wurde ein Bohrloch
mit einer Tiefe von 0,8 m und einer Länge der Vorlagestrecke von 0,5 m gebohrt.
In das so erhaltene Bohrloch wurden 40 g einer brennbaren Masse eingefüllt, die
aus 40 Gew.-Teilen Aluminium, 60 Gew.-Teilen Kaliumchlorat und 4 Gew.-Teilen Chlorkautschuk
bestand, und ein elektrischer Zünder eingeführt.
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Das Versiegeln des Bohrloches erfolgte mit Hilfe eines aus einem Gewichtsteil
Zement1 einem Gewichtsteil and und 0,5 Gew.-Teilen eines Härtungsbeschleunigers
mit dem Handelsnamen MAGNA No. 1 LIQUID (Produkt von Magne Industries, Co. Ltd.,
Japan,) hergestellten Betons.
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Nachdem die Versiegelung test geworden war, wurde die Masse gezÜndet
und dadurch der Beton in zufriedenstellender Weise zersprengt. Es trat kein Ausblasen
auf, und es wurden keine Betonstücke umhergeschleudert.
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Beispiel 3 In einem nicht verstärkten Betonblock wurde ein Bohrloch
mit
einer Tiefe von 0,7 m und einer Vorlagestrecke von 0,4 1 angebracht.
In das so erhaltene Bohrloch wurden 50 g eines brennbaren Gemisches eingeführt,
des aus 40 Gew.-Teilen Magnesium, 60 Gew.-Teilen Bariumperoxyd und 4 Gow.-Teilen
Chlorkeütsohuk bestand und ein alsktriacher Zünder angebracht. Das Versiegeln des
Bohrloches wurde durch Verwendung eines Zementes vorgenommen, der aus einem Gewichtsteil
Zement, einem Gewichtsteil Sand une einem Gewichtsteil feinem Kies bestand.
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Durch des Abbrennen wurden Risse in dem Beton erzeugt, ohne dass Ausbläser
auftreten oder Betonstücke umhergeschleudert wurden.
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Beispiel 4 In einen nicht verstärkten Betonblock wurde ein Bohrloch
mit einer Tiefe von 0,8-m und einer Vorlagestrecke von 0,5 m gebohrt. In des so
erhaltene Bohrloch wurde ein brennbares Gemisch eingefüllt, das aus 20 Gew.-Teilen
Aluminium, 20 Gew.-Teilen Magnesium, 60 Gew.-Teilen Kaliumnitrat und 4 Gew.-Teilen
Chlorkautschuk bestand. Es wurde ein elektrischer Zünder eingeführt. Dse Versiegeln
des Bohrloches erfolgte mit Hilfe eines Kunstharzzementes.
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Du roh das Abbrennen wurde der Beton in zufriedenstellender oise zersprengt,
ohne dass Ausbläser auftraten oder Beton stücke umhergeschleudert wurden.
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Beispiel 5 In einem mit Eisenstäben verstärkten Betonblock wurde ein
Bohrloch mit einer Tiefe von 0,8 o und einer Vorlagestrecke von 0,5 m gebohrt. In
dss so erhaltene Bohrloch füllte man 50 g eines brennbaren Gemisches, des aus 40
Gew.-Teilen einer pulverisierten Aluminium-Magnesium-Legierung, 60 Gew.-Teilen Kaliumperchlorat
und 4 Gew.-Teilen Chlorkautschuk bestand. Ausserdem wurde ein elektrischer Zünder
in das Bohrloch eingebracht, Dos Versiegeln erfolg unter Verwendung eines Epoxyharzes,
des mit einer geringen Menge einen Härtungsmittels vermischt war.
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durch das Abbrennen wurde der Beton in zufriedenstellender Weise zersprengt,
ohne dess Ausbläser oder ein Umherschleudern von Betonstücken beobachtet werden
konnten.
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Patentansprüche