DE19537874A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Feinstzement-/Feinstbindemittelsuspensionen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Feinstzement-/Feinstbindemittelsuspensionen

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Description

Feinstzemente/Feinstbindemittel werden zunehmend in den Berei­ chen Betoninstandsetzung und Geotechnik eingesetzt. Dabei dienen die aus den Feinstzementen/Feinstbindemitteln hergestellten Zementsuspensionen zum Füllen von Rissen in Beton, Spalten und Klüften in Fels sowie Porenräumen in Lockergesteinen.
Feinstzemente sind sehr feinkörnige hydraulische Bindemittel mit stetig und eng abgestuften Kornverteilungen und einer Begrenzung des Größtkorns. Die Eigenschaften und die Verwendung von Feinst­ zementen ist geregelt, z. B. in einem vorläufigen Merkblatt für Einpressarbeiten mit Feinstbindemitteln in Lockergesteinen (Bau­ technik 70, [1993), Heft 9, Ernst & Sohn, Seiten 550 bis 560, und ZTV-RISS 93, Verkehrblatt-Dokument B 5237, Verkehrsblatt- Verlag).
Die Terminologie in den beiden bekannten Regelwerken ist nicht einheitlich. Im Merkblatt wird der Begriff "Feinstbindemittel" und in der ZTV-RISS der Begriff "Feinzement" verwendet. Die amerikanische Literatur spricht von mikrofeinen Portlandzementen (US-PS 5 106 423). Im folgenden wird hauptsächlich der Begriff "Feinstzemente" verwendet, der auch in einschlägigen Fachberich­ ten verwendet wird (Beton 1/94, Seiten 12 bis 16, Felsbau 11, [1993), Nummer 6, Sonderabdruck, Bauingenieur 67, [1992], Seiten 499 bis 504).
Nach den Vorschriften der Regelwerke soll der Feinstzement zur Herstellung von Zementsuspensionen einen Siebdurchgang von 95% bei einer Maschenweite von 16 um (0,016 mm) haben und mit geeigneten Zusatzstoffen und Zusatzmitteln hergestellt sein. Die Begriffe und Begriffsinhalte der Bestandteile Zusatzstoffe und Zusatzmittel sind im Zement-Merkblatt Nr. B 3, BBD/KA 1.93/20 definiert.
Die besondere Eignung von Feinstzementen/Feinstbindemitteln für die genannten Maßnahmen ist auf die hohe Feinheit bei gleichzei­ tig begrenztem Größtkorn der trockenen Bindemittel zurückzufüh­ ren. Maßgebend für die Eignung von Feinstzementen/Feinstbinde­ mitteln ist jedoch darüberhinaus die Kornverteilung des Binde­ mittels in der Suspension. So können bei unzureichendem Auf­ schluß des Feinstzementes in Wasser Agglomerate entstehen bzw. verbleiben, die beispielsweise eine Injektion von Feinstzement­ suspensionen in feinste Betonrisse ausschließt.
Auf die Notwendigkeit des ausreichenden Aufschließens von Feinstzementen/Feinstbindemitteln bei der Herstellung von Sus­ pensionen wird in den einschlägigen Regelwerken (ZTV-RISS, Merk­ blatt Feinstbindemittel) ausdrücklich hingewiesen. Gemäß der Ausführungen im Feinstbindemittel-Merkblatt sind für einen opti­ malen Aufschluß der Feinstbindemittel ausschließlich Turbomi­ scher oder andere Mischer mit hoher Intensität zu verwenden, da insbesondere bei der Mischtechnik höhere Anforderungen zu stel­ len sind. Als geeignete Geräte werden explizit angegeben: Turbo­ mischer, Kreiselpumpen, Wirbelradpumpen.
Aus einer Wiley-Interscience Publication "Construction and De­ sign of Cement Grouting" ist es bekannt, einen nach dem Venturi- Prinzip arbeitenden Mischer zu verwenden, wobei der Zement in das Vakuum eingesaugt und anschließend mit dem Wasserstrahl vermischt wird. Hierbei wird jedoch angegeben, daß kein gutes Mischen erfolgt und die Steuerung des Verhältnisses Wasser:Ze­ ment sehr schwierig ist, da Wasser als kontinuierlicher Strahl zugeführt werden muß. Zudem sind solche Mischer als nicht für dicke Mischungen geeignet beschrieben.
Aus der EP 0 498 279 ist eine Vorrichtung zum Aufbereiten und Verpressen einer Zementsuspension bekannt, die einen Aufberei­ tungsbereich und einen Verpreßbereich aufweist. Der Aufberei­ tungsbereich und der Verpreßbereich sind mit einer Verbindungs­ leitung miteinander verbunden und sie weisen jeweils einen Be­ hälter, eine Kreislaufleitung und eine Pumpe auf, mit welcher die Zementsuspension zur Aufbereitung bzw. zum Verpressen zirku­ liert werden kann. Diese Druckschrift lehrt, daß in der Kreis­ laufleitung des Aufbereitungsbereichs ein Sieb eingesetzt ist und die Behälter jeweils von einer von Kühlmittel durchflossenen Kühleinrichtung umgeben sind. Durch das Sieb soll eine Verklum­ pung unterbunden werden, da die Suspension mit relativ hohem Druck durch das Sieb gepreßt wird, wobei in der Suspension be­ findliche Klümpchen zerteilt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Feinstzement-/Feinstbindemit­ telsuspensionen anzugeben, wobei keine Verklumpung des zu ver­ arbeitenden Materials wie bei Verwendung hoch- oder niedertou­ riger Mischer auftritt und wobei für Feinstzement-Feinstbinde­ mittel üblicherweise verwendete trockene, pulverförmige Zusatz­ mittel optimal aufgeschlossen werden, insgesamt daher eine völ­ lig klumpenfreie Suspension erhalten wird.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 gekennzeichnete Ver­ fahren und die in Anspruch 6 gekennzeichnete Vorrichtung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Aufberei­ tung von Feinstzement-/Feinstbindemittelsuspensionen, bei dem in einem geschlossenen Kreislauf zunächst in einen Vorratsbehälter 1 eine einer vorgegebenen Rezeptur entsprechende Wassermenge vorgelegt und über eine Pumpe 2 zu einem nach dem Venturi-Prin­ zip arbeitenden Mischer 3, wie eine Wasserstrahlpumpe, gepumpt wird, wobei der durch das den Mischer 3 durchströmende Wasser erzeugte Unterdruck Feinstzement/Feinstbindemittel aus einem am Mischer 3 angeordneten Behälter 4 unter Ausbildung eines suspen­ sionsartigen Gemisches einsaugt und diese Suspension zum Vor­ ratsbehälter 1 transportiert, wobei mit einer Rühreinrichtung 5 gerührt wird, und anschließend die Suspension mittels der Pumpe 2 mindestens einmal wieder dem Kreislauf zugeführt und nach Beendigung einer vorgegebenen Aufbereitung an einer Abnahmestel­ le 6 aus dem Kreislauf entnommen wird.
Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren kann anstatt eines reinen Feinstzement/Feinstbindemittels auch eine gleich feine Trocken­ mischung aus dem am Mischer 3 angeordneten Behälter 4 eingesaugt werden. Eine solche Trockenmischung ist in der Regel aus einem Feinstzement/Feinstbindemittel und einem oder mehreren Zusatz­ mittel bzw. Zusatzstoffen zusammengesetzt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des oben genannten Verfahrens, gekennzeichnet durch einen Vorratsbehälter 1 für Wasser, gegebenenfalls Zusatzmittel für Feinstzement/Feinstbindemittel, oder für Feinstzement-/Feinstbindemittelsuspensionen, eine Transportleitung 7a vom Vorratsbehälter 1 zu einer dem Vorratsbehälter 1 nachgeschalte­ ten Pumpe 2, eine weitere Transportleitung 7b von der Pumpe 2 zu einem nach dem Venturi-Prinzip arbeitenden Mischer 3, wie eine Wasserstrahlpumpe, an dem ein Behälter 4 für die Zugabe von Feinstzement/Feinstbindemittel bzw. von gleich feinen Trockenmi­ schungen vorgesehen ist, eine weitere Transportleitung 7c von dem Mischer 3 zu dem Vorratsbehälter 1, und durch eine mit der Pumpe 2 über eine Transportleitung 7d in Verbindung stehende Abnahmestelle 6, wobei die Anordnung von Vorratsbehälter 1, Pumpe 2 und Mischer 3 derart ist, daß diese über die Transport­ leitungen 7 cyclisch hintereinander geschaltet sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Herstellen von Feinstzement-/Feinst­ bindemittelsuspensionen.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zur Herstellung von Feinst­ zement/Feinstbindemittelsuspensionen umfaßt einen mit einem Rührwerk 5 versehenen Vorratsbehälter 1, der mit Wasser und gegebenenfalls mit für Feinstzement/Feinstbindemittel üblichen Zusatzstoffen und/oder Zusatzmitteln beschickt werden kann. Transportleitungen 7a und 7b führen vom Vorratsbehälter 1 zur Pumpe 2 und weiter zu einem nach dem Venturi-Prinzip arbeitenden Mischer 3, wie eine Wasserstrahlpumpe, der mit einem Behälter 4 ausgerüstet ist, über den die Zugabe von Feinstzement/Feinst­ bindemittel bzw. gleich feiner Trockenmischungen erfolgt. Durch den im Mischer 3 erzeugten Unterdruck wird der Feinstzement/das Feinstbindemittel bzw. die Trockenmischung aus dem Behälter 4 in das den Mischer 3 durchströmende Wasser unter Ausbildung eines suspensionsartigen Gemisches eingesaugt und über die Transport­ leitung 7c wieder zum Vorratsbehälter 1 transportiert.
Die Suspension kann nun mittels der Pumpe 2 aus dem Vorratsbe­ hälter 1 erneut mindestens einmal zum Mischer 3 gepumpt und mit weiterem Feinstzement/Feinstbindemittel gemischt werden und wird anschließend wieder zum Vorratsbehälter 1 zurückgepumpt, wobei dieser Vorgang auch mehrfach wiederholbar ist, bis ein gewünsch­ tes Wasser:Zement-Verhältnis eingestellt ist und die Zusatzmit­ tel in der Suspension optimal verteilt und aufgeschlossen sind.
Um optimale Verfestigungsbedingungen für die derart hergestellte Feinstzement-/Feinstbindemittelsuspension beispielsweise beim Füllen von Rissen oder Spalten und Klüften im Fels zu erzielen, ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung in Abhängigkeit von der Außentemperatur der Vorratsbehälter (1) mittels einer Heiz- oder Kühleinrichtung heiz- oder kühlbar, so daß die Feinstze­ ment-/Feinstbindemittelsuspension auf einen exakten optimalen Temperaturbereich einstellbar ist.
Durch die mindestens ein- oder mehrmalige Führung der Suspension im Kreislauf ist es möglich, trockene, pulverförmige Zusatzmit­ tel im Feinstzement/Feinstbindemittel erstmals optimal auf zu­ schließen, so daß eine Reduzierung der verwendeten Zusatzmittel­ mengen möglich ist.
Durch die getrennte Zuführung von Wasser/gegebenenfalls Zusatz­ stoffen/Zusatzmitteln in den Vorratsbehälter 1 und von Feinst­ zement/Feinstbindemittel in den Mischer 3 und das im Mischer 3 erfolgende schnelle Vermischen der Bestandteile wird eine Ver­ klumpung in der Suspension vermieden, wobei insbesondere durch den Einsatz des nach dem Venturi-Prinzips arbeitenden Mischers 3, wie einer Wasserstrahlpumpe, im Vergleich zu mechanisch ar­ beitenden hochtourigen oder niedertourigen Mischern die Zufuhr zusätzlicher Reibungswärme in das Mischungssystem vermieden wird und das Gemisch auch keinerlei Temperaturerhöhung durch den Pumpenbetrieb erfährt, da der Motorblock vom Beförderungsaggre­ gat der Pumpe getrennt ist. Auf diese Weise läßt sich die Aufbe­ reitung der Feinstzement-/Feinstbindemittelsuspension bei weit­ gehend konstanter Temperatur durchführen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt neben der einfachen und schnellen Herstellung klumpenfreier Suspensionen mit gutem Auf­ schluß der darin enthaltenen Zusatzmittel noch den weiteren Vorteil, daß der Vorratsbehälter 1 beispielsweise bei hohen Temperaturen im Sommer gekühlt oder beheizt werden kann, wenn die Suspension im kühlen Fels verarbeitet wird, um eine optimale Verfestigung im Fels zu gewährleisten.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es möglich, robuste, in ihrer Handhabung äußerst einfache und kostengünstige Mischaggregate für die baustellenge­ rechte Anwendung bereitzustellen, ohne auf die hohen mischtech­ nischen Anforderungen an Feinstzementsuspensionen und Feinst­ bindemitteln zu verzichten.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Feinstzement-/Feinstbindemit­ telsuspensionen, bei dem in einem geschlossenen Kreislauf zunächst in einen Vorratsbehälter (1) eine einer vorgegebe­ nen Rezeptur entsprechende Wassermenge vorgelegt und über eine Pumpe (2) zu einem nach dem Venturi-Prinzip arbeiten­ den Mischer (3) gepumpt wird, wobei der durch das den Mi­ scher (3) durchströmende Wasser erzeugte Unterdruck Feinstzement/Feinstbindemittel bzw. eine gleich feine Trockenmischung aus einem am Mischer (3) angeordneten Be­ hälter (4) unter Ausbildung eines suspensionsartigen Gemi­ sches einsaugt und diese Suspension zum Vorratsbehälter (1) transportiert, wobei mit einer Rühreinrichtung (5) gerührt wird, und anschließend die Suspension mittels der Pumpe (2) mindestens einmal wieder dem Kreislauf zugeführt wird und nach Beendigung einer vorgegebenen Aufbereitung an einer Abnahmestelle (6) aus dem Kreislauf entnommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Kreislaufs weiterhin Feinstzement/Feinst­ bindemittel zugegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß dem Vorratsbehälter (1) für Feinstzement/Feinstbinde­ mittel übliche Zusatzstoffe und/oder Zusatzmittel zugegeben werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung bei weitgehend konstanter Temperatur erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (1) beheizt oder gekühlt wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Vorratsbehälter (1) für Wasser, gegebenenfalls Zu­ satzstoffe und/oder Zusatzmittel für Feinstzement/Feinst­ bindemittel, oder für Feinstzement-/Feinstbindemittelsus­ pensionen, eine Transportleitung (7a) vom Vorratsbehälter zu einer dem Vorratsbehälter nachgeschalteten Pumpe (2), eine weitere Transportleitung (7b) von der Pumpe (2) zu einem nach dem Venturi-Prinzip arbeitenden Mischer (3), an dem ein Behälter (4) für die Zugabe von Feinstzement/Feinstbindemittel bzw. für die Zugabe einer gleich feinen Trockenmischung vorgesehen ist, eine weitere Transportlei­ tung (7c) von dem Mischer (3) zu dem Vorratsbehälter (1) und durch eine mit der Pumpe (2) über eine Transportleitung (7d) in Verbindung stehende Abnahmestelle (6), wobei die Anordnung von Vorratsbehälter (1), Pumpe (2) und Mischer (3) derart ist, daß diese über die Transportleitungen (7a, 7b, 7c) cyclisch hintereinander geschaltet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (1) mit einer Heiz- oder Kühlein­ richtung ausgerüstet ist.
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