DE19501100A1 - Bindemittelmischung - Google Patents
BindemittelmischungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine im wesentlichen aus mineralischen
Bindemitteln bestehende Bindemittelmischung zur Herstellung von
Spritzbeton insbesondere für das Trockenspritzverfahren, vor
nehmlich für den Tunnelbau, zur Sicherung von Baugruben und von
Hängen
Beim Trockenspritzverfahren wird ein trockenes Baustoffgemisch
aus Zement und Zuschlagstoff von einer Betonspritzmaschine ver
mischt mit Druckluft (Dünnstromverfahren) zur Einbaustelle ge
fördert. An der Spritzdüse erfolgt eine Wasserzugabe. Zusatz
mittel, wie insbesondere Erstarrungsbeschleuniger, können dem
Baustoffgemisch in Pulverform zugesetzt werden; sie werden aber
überwiegend in flüssiger Form ebenfalls erst an der Spritzdüse
zugegeben und in den Baustoffgemischstrom eingespritzt.
Als Bindemittelmischung für Spritzbeton sind derzeit nur der
Norm entsprechende Zemente zugelassen. Der Spritzbeton muß nach
dem Auftrag bzw. dem Verspritzen an der Auftragsstelle sofort
und schnell erstarren. Die Druckfestigkeitsentwicklung für den
"jungen" Spritzbeton soll daher bei Wasserzementwerten (W/Z) um
0,6 zwischen 1 und 9N/mm² betragen. Die Druckfestigkeit nach 28
Tagen soll der eines Betons B25 entsprechen.
Mit den bekannten Spritzbetonen können zwar die Festigkeitsan
forderungen erfüllt werden, das Endprodukt weist aber nachteili
ge Eigenschaften auf, die insbesondere aus der Wirkung der be
kannten üblicherweise verwendeten Erstarrungsbeschleuniger, wie
Wasserglas, NaAlO₂-Lösungen oder dergleichen resultieren. Die Er
starrungsbeschleuniger erzeugen mit Wasser ein Milieu hoher
Alkalität bzw. Basizität, das stark ätzend wirkt und dadurch die
Bedienpersonen beim Spritzen gefährden kann. Zum Schutz der
Bedienpersonen sind bezüglich der Arbeitshygiene relativ hohe
Aufwendungen erforderlich. Außerdem beeinträchtigen diese Er
starrungsbeschleuniger meist auch noch die Endfestigkeit des
Spritzbetons. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Erstar
rungsbeschleuniger aber ist, daß sie auch im erhärteten Spritz
betonstein bzw. in der Spritzbetonschale ein stark basisches
Milieu aufrechterhalten, das Auslaug- und Ausfallreaktionen bei
Kontakt mit Berg- oder Grundwasser begünstigt. So können z. B.
Alkalien freigesetzt oder lösliche Bestandteile aus dem Spritz
betonstein, wie Calciumhydrogencarbonat und Calciumhydroxyd,
ausgelaugt und bei Kontakt mit Kohlensäure, die durch die Luft
oder das Wasser vorgehalten werden, schwer lösliches Calciumcar
bonat bilden. Derart ausgefälltes Calciumcarbonat führt z. B. zur
raschen Versinterung bzw. Verstopfung von Dränageleitungen eines
Tunnels. Das Vorhandensein der leichtlöslichen, insbesondere aus
den Erstarrungsbeschleunigern stammenden Erdalkalihydrate in der
Matrix des Spritzbetonsteins begünstigt derartige Auslaugungen
und Ausfällungen besonders. Die zur Beseitigung einer Versinte
rung aufzuwendenden Reinigungsarbeiten an den Dränageleitungen
eines Tunnels sind sehr aufwendig. Schließlich verursachen die
bekannten Erstarrungsbeschleuniger einen hohen Kostenanteil von
z. B. 1-6%, bezogen auf die Bindemittelmischungskosten.
Es ist daher versucht worden, Erstarrungsbeschleuniger zur Ver
fügung zu stellen, die keine so hohe Alkalität verursachen.
Beispielsweise wird vorgeschlagen, kolloidale Kieselsäure zu
verwenden. Dabei treten aber andere spritztechnische Nachteile,
wie unverwünschte Thixotropie, in der frischen Spritzbetonmasse
auf. Ein weiterer Vorschlag ist, gipsfreie oder gipsarme Zemente
zu verwenden. Diese Zemente weisen aber eine äußerst geringe
Lagerstabilität auf. Sie müssen gesondert gelagert und dabei
gegen Feuchtigkeit geschützt werden. Außerdem liegt deren bau
praktische Erstarrungszeit ungünstig und die Frühfestigkeit zu
niedrig. Beispielsweise werden derartige Bindemittel in der
DE 33 40 681 C2 und DE 40 27 332 A1 beschrieben.
In der DE 38 43 625 C2 wird ein nach dem Anmachen mit Wasser
schnell erstarrendes, hydraulisches Bindemittel mit definierter
Wasserfestigkeit der daraus hergestellten erhärteten Masse be
schrieben, bei dem zur Erzielung einer hohen Früh- und Endfe
stigkeit die Bindemittelkomponenten α-Halbhydratgips und gemah
lener Hüttensand verwendet werden. Für die Verwendung als
Spritzbeton, insbesondere in wasserführenden Gesteinsschichten,
ist die Wasserundurchlässigkeit eines derartigen gipsreichen, in
Spritzbeton eingesetzten Bindemittels nicht ausreichend.
Aufgabe der Erfindung ist eine arbeitshygienisch einwandfreie,
preiswerte Bindemittelmischung für den eingangs angegebenen
Zweck zu schaffen, mit der auslaugungs- und ausfällungssichere
Spritzbetonkörper herstellbar sind und die lagerstabil ist,
wobei optimale auf den jeweiligen Anwendungsfall bezogene Fe
stigkeitsentwicklungen gesteuert gewährleistet werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unter
ansprüchen gekennzeichnet.
Ein aus der erfindungsgemäßen Bindemittelmischung hergestellter
Spritzbeton erfüllt alle Anforderungen nach der einschlägigen
Norm, insbesondere bezüglich der Festigkeitsentwicklung. Der
Erstarrungsbeschleuniger befindet sich als Trockenkomponente
bereits in der Bindemittelmischung, so daß die Verarbeitungs
technik im Vergleich zum Zusetzen eines flüssigen Erstarrungs
beschleunigers erst an der Spritzdüse einfacher ist. Nach dem
Anmachen mit Wasser und in der Betonsteinmatrix ergibt sich ein
relativ niedriges alkalisches Milieu. Zur Gewährleistung der
optimalen Festigkeitsentwicklung stehen mehrere Parameter,
insbesondere die Zusatzmenge des Erstarrungsbeschleunigers und
die Feinheit der Mischungspartner zur Verfügung. Die Mischungen
sind baustellenspezifisch kurzfristig herstellbar, weil sie aus
handelsüblichen Bestandteilen unmittelbar zusammengemischt wer
den können. Aus der neuen Bindemittelmischung hergestellte
Spritzbetonkörper weisen eine extrem hohe Wasserundurchlässig
keit auf.
Erfindungsgemäß besteht die Bindemittelmischung im wesentlichen,
zwingend aus α-Halbhydratgips, gemahlenem Hüttensand und gemah
lenem Portlandzementklinker sowie zur Erstarrungsregulierung
mindestens einem Erstarrungsbeschleuniger und einem Erstarrungs
verzögerer für den Gips. Wahlweise kann die Bindemittelmischung
zudem noch Tonerdezement, mindestens einen natürlichen und/oder
künstlichen Puzzolan und mindestens einen natürlichen und/oder
künstlichen inerten Füllstoff enthalten. Diese Mischungspartner
werden wie folgt zusammengemischt oder durch gemeinsames Ver
mahlen zusammengebracht:
20-40, insbesondere 25-35 Massenteile α-Halbhydratgips
45-77, insbesondere 50-70 Massenteile Hüttensand
3-15, insbesondere 6-13 Massenteile Portlandzement klinker,
45-77, insbesondere 50-70 Massenteile Hüttensand
3-15, insbesondere 6-13 Massenteile Portlandzement klinker,
wobei die Summe dieser Mischungspartner jeweils auf 100 Massen
teile abgestellt wird. Der jeweiligen Bindemittelmischung werden
zur Erstarrungsregulierung des Gipses in Pulverform zugesetzt:
- a) als Erstarrungsbeschleuniger
0,2-10, insbesondere 0,4-8 M.-% Calciumsul fat-Dihydrat und/oder
0,2-1 M.-% mindestens eines leichtlöslichen Sulfats - b) als Erstarrungsverzögerer
0,01-0,5 M.-% eines organischen, an sich bekannten Erstarrungsverzögerers.
Wahlweise kann die Bindemittelmischung zudem enthalten
0-5, insbesondere 2-4 Massenteile Tonerdezement
0-20, insbesondere 5-15 Massenteile natürliche und/oder künstliche Puzzolane
0-15, insbesondere 4-13 Massenteile natürliche und/oder künstliche inerte Füllstoffe.
0-20, insbesondere 5-15 Massenteile natürliche und/oder künstliche Puzzolane
0-15, insbesondere 4-13 Massenteile natürliche und/oder künstliche inerte Füllstoffe.
Als α-Halbhydratgips wird insbesondere ein feinteiliger Gips
verwendet, der nach der DE 38 16 513 A1 oder DE 38 19 652 A1
gewonnen wird. Dieser Gips kann mit unterschiedlichem Erstar
rungsverhalten hergestellt werden, so daß durch eine gezielte
Auswahl dieses Gipses insoweit schon ein vorherbestimmbares
Erstarrungsverhalten gewährleistbar ist. Der α-Halbhydratgips
wird mit einer Kornfeinheit von 2.000-5.000, insbesondere von
3.000-4.000 cm²/g nach BLAINE verwendet.
Hüttensand wird zweckmäßigerweise als Mehl mit einer Feinheit
von 3.000-6.000, insbesondere von 4.000-5.000 cm²/g nach
BLAINE eingesetzt.
Der Portlandzementklinker wird als vermahlener Portlandzement
klinker mit normaler Zementfeinheit z. B. in Form von normalem
Portlandzement oder Hochofenzement oder dgl. verwendet. Der
Portlandzementklinker dient zum einen zur alkalischen Anregung
des Hüttensandmehles und zum anderen als Reaktionspartner für
das Hüttensandmehl und den α-Halbhydratgips, wobei festigkeits
tragender Ettringit gebildet wird. Dementsprechend werden vor
zugsweise calciumaluminatreiche (C₃A-reiche) Portlandzementklin
ker bevorzugt.
Das Calciumsulfat-Dihydrat, das bevorzugt als Erstarrungsbe
schleuniger eingesetzt wird, wird bezüglich einer gezielten
unterschiedlichen Wirkungsweise mit entsprechend unterschiedli
cher Mahlfeinheit verwendet. Vorzugsweise liegt der Verwendungs
bereich dabei über 5.000 cm²/g nach BLAINE. Zweckmäßigerweise
wird das Calciumsulfat-Dihydrat verwendet, das durch die Rehy
dratation (Abbindung mit Wasser) des α-Halbhydratgipses gewonnen
wird, der im Rahmen der Erfindung, wie oben angegeben, vorzugs
weise als Bindemittelmischungspartner eingesetzt wird.
Die leichtlöslichen Sulfate, die allein oder zusammen mit Calci
umsulfat-Dihydrat als Erstarrungsbeschleuniger verwendbar sind,
sind z. B. Aluminiumsulfat, Kaliumsulfat oder dgl.
Als organische Erstarrungsverzögerer dienen insbesondere Frucht
säuren z. B. Zitronensäure und/oder deren Salze sowie auch leicht
benetzend und leicht verflüssigend wirkende Oxycarbonsäure
und/oder deren Salze.
Die erfindungsgemäße Bindemittelmischung enthält als Puzzolane
vorzugsweise Steinkohlen-Elektrofilterasche (Flugasche). Die
Puzzolane dienen dazu, freie, gegebenenfalls auch auslaugbare
Calcium-Ionen in Form von Calciumsilikathydratphasen zu binden,
die das Gefüge einer erhärteten Spritzbetonsteinmatrix zudem
verdichten. Außerdem wird dadurch eine unerwünschte Treibreak
tion, verursacht durch Sekundär-Ettringitbildung im Spritzbeton
unterbunden. Beispielsweise wirken gleichermaßen auch Traß- und
Ziegelmehl. Die Feinheit der Puzzolane beträgt zweckmäßigerweise
2.000-4.000 cm²/g nach BLAINE.
Die natürlichen oder künstlichen inerten Füllstoffe, wie z. B.
Kalksteinmehl, werden vorzugsweise mit Feinheiten zwischen 5.000
und 15.000 cm²/g nach BLAINE verwendet.
Die neue Bindemittelmischung erfordert keine externen Flüssigbe
schleuniger, wodurch die Verarbeitungstechnik zu Spritzbeton
vereinfacht wird. Sie erzeugt außerdem eine relativ niedrige
Alkalität und gewährleistet sofort erstarrende, sowie früh er
starrende Eigenschaften und hinreichend hohe Frühfestigkeiten.
Außerdem werden schädliche Aussalzungen und Auslaugungen bzw.
Ausfällungen verhindert. Das erfindungsgemäße Schnellbindesystem
ist ohne Verätzungsrisiko und nahezu alkalifrei, insbesondere
aber chloridfrei. Die Alkalität liegt unter pH 11,5. Die Sulfat
eluation hält alle vorgeschriebenen Grenzwerte ein. Kalkaussin
terungen sind ausgeschlossen. Das Gefüge ist äußerst dicht.
Festigkeitsstörungen treten nicht auf. Erzeugt wird eine beson
ders hohe Frühfestigkeit. Hervorzuheben ist die hohe Flexibili
tät in bezug auf die anwendungsgerechte Regelung der Erstarrung
bei hoher Frühfestigkeitsentwicklung. Das Bindemittelsystem ist
äußerst schwindarm. Außerdem hat sich gezeigt, daß die Schnell
erstarrung gegenüber Temperatureinflüssen, insbesondere bei tie
fen Temperaturen, relativ unempfindlich ist. Das Bindemittel
system ist außerdem sulfatbeständig.
Die neue Bindemittelmischung eignet sich insbesondere für das
Trockenspritzverfahren, wobei die Zugabe eines Erstarrungsbe
schleunigers an der Düse entfallen kann. Die neue Bindemittel
mischung kann aber auch im Naßspritzverfahren über Dünn- oder
Dichtstromförderung verarbeitet werden. Je nach Anwendungsfall
werden übliche Zuschlagsstoffe, wie z. B. Kies, Splitt z. B. in
einer abgestuften Körnung von 0-8 mm, oder 0-16 mm in Do
siermengen von 600-850 kg/t im trockenen Spritzbeton verwen
det.
Das sich in der frischen Spritzbetonmasse und im erhärteten
Spritzbetonstein bildende Milieu gewährleistet zudem Korrosions
schutz in weit höherem Maße als herkömmliche Spritzbetonmassen
in bezug auf z. B. Eisenarmierungen.
Die erfindungsgemäße Bindemittelmischung eignet sich selbstver
ständlich auch zur Herstellung von Spritzmörteln oder dgl. Pro
dukte.
Claims (16)
1. Bindemittelmischung zur Herstellung von Spritzbeton oder
dgl. insbesondere für das Trockenspritzverfahren, vornehm
lich für den Tunnelbau, zur Sicherung von Baugruben und von
Hängen, im wesentlichen enthaltend mineralische Bindemit
tel,
dadurch gekennzeichnet, daß es aus 20-40,
insbesondere 25-35 Massenteile α-Halbhydratgips, 45-77,
insbesondere 50-70 Massenteile Hüttensand und 3-15,
insbesondere 6-13 Massenteile Portlandzementklinker be
steht, wobei die Summe dieser Mischungspartner jeweils auf
100 Massenteile abgestellt ist, und daß sie zudem zur Er
starrungsregulierung des Gipses in Pulverform aufweist:
- a) als Erstarrungsbeschleuniger
0,2-10, insbesondere 0,4-8 M.-% Calciumsul fat-Dihydrat und/oder
0,2-1 M.-% mindestens eines leichtlöslichen Sul fats, - b) als Erstarrungsverzögerer
0,01-0,5 M.-% eines organischen, an sich bekannten Erstarrungsverzögerers.
2. Bindemittelmischung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß sie zudem enthält:
0-5, insbesondere 2-4 Massenteile Tonerdezement
0-20, insbesondere 5-15 Massenteile natürliche und/oder künstliche Puzzolane
0-15, insbesondere 4-13 Massenteile natürliche und/oder künstliche inerte Füllstoffe.
0-5, insbesondere 2-4 Massenteile Tonerdezement
0-20, insbesondere 5-15 Massenteile natürliche und/oder künstliche Puzzolane
0-15, insbesondere 4-13 Massenteile natürliche und/oder künstliche inerte Füllstoffe.
3. Bindemittelmischung nach Anspruch 1 und/oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß sie als α-Halb
hydratgips einen feinteiligen Gips enthält, der nach der DE
38 16 513 A1 oder DE 38 19 652 A1 gewonnen wird.
4. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der
α-Halbhydratgips mit einer Kornfeinheit von 2.000-5.000,
insbesondere von 3.000-4.000 cm²/g nach BLAINE vorliegt.
5. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Hüttensand als Mehl mit einer Feinheit von 3.000-6.000,
insbesondere von 4.000-5.000 cm²/g nach BLAINE vorliegt.
6. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Portlandzementklinker ein vermahlener Portlandzementklinker
mit normaler Zementfeinheit ist und in Form von normalem
Portlandzement oder Hochofenzement vorliegt.
7. Bindemittelmischung nach Anspruch 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Portlandzementklinker
calciumaluminatreich ist.
8. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das
Calciumsulfat-Dihydrat mit einer Kornfeinheit von über
5.000 cm²/g nach BLAINE vorliegt.
9. Bindemittelmischung nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Calciumsulfat-Dihydrat
durch Rehydratation des α-Halbhydratgipses erhältlich ist,
der nach der DE 38 16 513 A1 oder DE 38 19 652 A1 herge
stellt wurde.
10. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die
als Erstarrungsbeschleuniger verwendeten leichtlöslichen
Sulfate Aluminiumsulfat und/oder Kaliumsulfat sind.
11. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1-10, dadurch gekennzeichnet, daß
als organische Erstarrungsverzögerer Fruchtsäuren, insbe
sondere Zitronensäure, und/oder deren Salze enthalten sind.
12. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1-11, dadurch gekennzeichnet, daß
als organische Erstarrungsverzögerer leicht benetzend und
leicht verflüssigend wirkende Oxycarbonsäuren und/oder
deren Salze enthalten sind.
13. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1-12, dadurch gekennzeichnet, daß
sie als Puzzolane Steinkohlen-Elektrofilterasche enthält.
14. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1-13, dadurch gekennzeichnet, daß
die Puzzolane mit einer Feinheit von 2.000-4.000 cm²/g
nach BLAINE vorliegen.
15. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1-14, dadurch gekennzeichnet, daß
die natürlichen oder künstlichen inerten Füllstoffe mit
Feinheiten zwischen 5.000 und 15.000 cm²/g nach BLAINE
vorliegen.
16. Bindemittelmischung nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß der inerte Füllstoff Kalk
steinmehl ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1995101100 DE19501100C2 (de) | 1995-01-16 | 1995-01-16 | Spritzbetonbindemittelmischung |
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19501100A1 true DE19501100A1 (de) | 1996-07-18 |
| DE19501100C2 DE19501100C2 (de) | 1999-10-21 |
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ID=7751584
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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