DE19813765A1

DE19813765A1 - Verfahren zum Betonspritzen und Spritzmaschine

Info

Publication number: DE19813765A1
Application number: DE19813765A
Authority: DE
Inventors: Kanichiro Yamano; Tadaaki Tamura
Original assignee: IHI Corp; Livecon Engineering Co Ltd
Current assignee: IHI Infrastructure Systems Co Ltd; Livecon Engineering Co Ltd
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 1998-10-22

Description

Hintergrund der Erfindung Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betonspritzen und eine Spritzmaschine zur Auskleidung einer Tunnelinnenwand oder Ähnlichem mit Beton oder Ähnlichem.

Beschreibung des Stands der Technik

Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Luftspritzeinrichtung wurde bisher als Einrichtung zur Auskleidung der Innenwand eines Tunnels, einer Berkwerkshöhlung, eines Kabelkanals oder Ähnli ches mit Beton oder Mörtel verwendet. Diese Luftspritzeinrich tung hat eine Düse 1, die mit einer Betonpumpe und einer Preß luftquelle verbunden ist, und in der ein flüssiger Beschleuniger in die verdichtete Luft gemischt wird und frischer Beton von der Düse 1 von einer großen Menge Preßluft ausgestoßen wird, und gleichzeitig der frische Beton und der Beschleuniger miteinander in der Düse vermischt werden, wodurch der Beton auf die Tunnel innenwand oder Ähnliches aufgespritzt wird.

Da diese Luftspritzeinrichtung jedoch eine große Menge Preß luft verwendet, wird die Leistung der Preßluftquelle vergrößert, und die Umgebung wird auch durch eine große Menge Preßluft ein schließlich Staub verschmutzt, der den feinen Beton und den Beschleuniger enthält. Dies stellt ein Problem dar, weil die Arbeitsumgebung sehr schlecht ist.

Um dieses Problem zu lösen, wurde eine Betonspritzeinrichtung vorgeschlagen, die in der Lage ist, ohne Verwendung von Preßluft auszukleiden, und die z. B. in der japanischen Gebrauchsmuster veröffentlichung Nr. 6-45519 mit dem Titel "Concrete Spraying Apparatus", sowie in der japanischen Patentanmeldungsoffen legungsschrift Nr. 4-83096 und Nr. 6-248887 mit dem Titel "Method and Apparatus for Feeding Mixture" oder Ähnlichen offengelegt wurden.

Fig. 2 zeigt ein Prinzip einer solchen Betonspritzeinrich tung. Wie in dieser Zeichnung gezeigt, enthält ein Kopfabschnitt dieser Betonspritzeinrichtung ein Flügelrad 2 , das mit hoher Geschwindigkeit rotiert, und eine Rührschraube 3 zum Rühren und fördern des Betons und des Beschleunigers zum Flügelrad, wobei der Beton durch die Zentrifugalkraft in tangentialer Richtung des Flügelrads geführt und gespritzt wird. Deshalb kann diese Betonspritzmaschine den Beton mechanisch und ohne Benutzung von Luft spritzen. Deshalb ergibt sich kein Staub und so kann eine gute Arbeitsumgebung erreicht werden.

Jedoch ist in der in Fig. 3 gezeigten Betonspritzeinrichtung der mit dem Beschleuniger gemischte Beton innerhalb des Kopf abschnitts. Deshalb bindet der Beton selbst bei einem kurz zeitigen Anhalten der Maschine wegen einer Arbeitsunterbrechung oder Ähnlichem im Inneren ab. Nachteilig ist, daß dies eine mechanische Störung zum Zeitpunkt des Neustarts verursacht und der Neustart selbst auch unmöglich ist. Da die Maschine nach jedem Arbeitsstopp auseinander gebaut und im Inneren gereinigt werden muß, verursacht dieses ein Problem, weil die Handhabung kompliziert ist und Reinigung und Wartung eine Menge Zeit bean sprucht. Noch nachteiliger ist, daß die Rührschraube 3 und eine Antriebseinheit zum Antrieb der Rührschraube 3 (z. B. ein hydrau lischer Motor) im Kopfabschnitt wesentlich sind, wodurch der Kopfabschnitt große Abmessungen bekommt und hinsichtlich des Gewichts schwer wird, woraus sich große Ausmaße des Tragarms, des hydraulischen Zylinders oder Ähnlichen zum Bewegen des Kopf abschnitts ergibt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegenden Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen. D.h., es ist ein Ziel der vorliegenden Erfin dung, ein Verfahren zum Spritzen von Beton und eine Spritz maschine vorzusehen, die in der Lage ist, das Abbinden des Betons in dem Kopfabschnitt zu unterbinden, und so dazu führt, daß die Reinigung und Wartung bei jedem Arbeitsstopp unnötig ist. Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betonspritzen und eine Spritzmaschine vorzusehen, die zu einer Miniaturisierung und Gewichtsreduktion des Kopf abschnitts in der Lage ist, und die deshalb zu einer Miniatu risierung des Tragarms, des hydraulischen Zylinders oder Ähnli chem zur Bewegung des Kopfabschnitts in der Lage ist.

Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Beton spritzen für das Fördern des Betons von einem Kopfabschnitt vor gesehen, wobei der Kopfabschnitt enthält: ein Flügelrad mit einer Vielzahl von Flügeln zum Fördern des Betons in seine Peri pherie und zum Rotieren mit einer hohen Geschwindigkeit um eine Achse; ein Betonzufuhrrohr zum Zuführen frischen Betons von einer äußeren Umgebung des Flügelrads in Richtung auf das Rota tionszentrum; und eine Beschleunigerzufuhrdüse, die in einer im wesentlichen tangentialen Richtung des Flügelrads positioniert ist, wobei das Verfahren die Schritte enthält: Fördern des Betons in die Peripherie des Flügelrads; und Ausstoß des Beschleunigers gegen den geförderten Beton aus der Beschleu nigerzufuhrdüse; wobei der ausgestoßene Beschleuniger mit dem Beton gemischt wird, und Spritzen des mit dem Beschleuniger vermischten Betons.

Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird eine Rühr schraube beseitigt, die ein konventioneller Betonfördermechanis mus ist. Die Rührschraube wird ersetzt durch die Beschleuniger zufuhrdüse, die in einer im wesentlichen tangentialer Richtung des Flügelrads angeordnet ist. Da der Beschleuniger von der Beschleunigerzufuhrdüse in Spritzrichtung ausgestoßen wird, bindet der Beton während eines kurzzeitigen Stopps kaum in dem Hauptabschnitt ab, so daß eine Reinigung und Wartung nicht jedesmal notwendig wird, wenn die Arbeit gestoppt wird. Da eine Rührschraube und eine Einheit zum Antrieb der Rührschraube darüber hinaus beseitigt wurde, kann der Hauptabschnitt minia turisiert/gewichtsreduziert werden, und so ist es möglich, den Tragarm, einen hydraulischen Zylinder oder Ähnliches zum Bewegen des Kopfabschnitts zu miniaturisieren.

Ferner wird nach der vorliegenden Erfindung eine Betonspritz maschine vorgesehen, die einen Kopfabschnitt enthält, der ein schließt: ein Flügelrad mit einer Vielzahl von Flügeln zum Fördern von Beton in seine Umgebung, das mit hoher Geschwindig keit um eine Achse rotiert; und ein Betonzufuhrrohr zur Zufuhr von frischem Beton in Richtung auf das Rotationszentrum von einer äußeren Peripherie des Flügelrads, wobei der Kopfabschnitt eine Beschleunigerzufuhrdüse enthält, die in einer im wesent lichen tangentialen Richtung des Flügelrads positioniert ist, und die Beschleunigerzufuhrdüse den Beschleuniger gegen den geförderten Beton ausstößt.

Nach dieser Verfassung der vorliegenden Erfindung wird die Rührschraube, die der konventionelle Fördermechanismus ist, beseitigt. Da der Beschleuniger gegen den ausgeschleuderten Beton ausgestoßen wird, kann der Beton bei einem kurzzeitigen Stopp kaum in dem Kopfabschnitt abbinden, so daß auf diese Weise die Reinigung und Wartung nicht erforderlich ist, wenn die Arbeit stoppt. Da die Rührschraube und die Einheit zum Antrieb dieser Schraube beseitigt sind, kann der Kopfabschnitt darüber hinaus miniaturisiert/gewichtsreduziert werden, und dadurch ist es möglich, der Tragarm, den hydraulischen Zylinder oder Ähnliches zum Bewegen des Kopfabschnitts zu miniaturisieren.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Kopfabschnitt ein Gehäuse zum Umgeben des Flügelrads, und die Beschleunigerzufuhrdüse ist so angeordnet, daß sie die Gehäuseöffnung umgibt, den ausgeschleuderten Beton durchläßt und den Beschleuniger gegen den ausgeschleuderten Beton ausstößt.

Da die Beschleunigerzufuhrdüse das durch das Gehäuse gebohrte Durchgangsloch und die Düse zum Ausstoßen des Beschleunigers gegen das Durchgangsloch enthält, kann der Beschleuniger nach dieser Konstruktion zuverlässig mit dem Beton vermischt werden, der das Durchgangsloch passiert, und der Kopfabschnitt kann auch miniaturisiert/gewichtsreduziert werden.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorlie genden Erfindung ist die Gehäuseöffnung der Beschleunigerzufuhr düse gerade oder konisch verjüngt. Durch diese Konstruktion wird der frische Beton durch die Rotation des Flügelrads mit hoher Geschwindigkeit in tangentialer Richtung geschleudert und kann gleichmäßig auf die Tunnelinnenwand oder Ähnliches gespritzt werden, ohne Verklumpung oder Ähnliches zu verursachen. Der Beschleuniger und der Beton können auch wirksam miteinander in Kontakt gebracht werden und in dem Durchgangsloch miteinander gemischt werden.

Vorzugsweise ist der Beschleuniger ein flüssiger Beschleu niger. Auf diese Weise kann der Beschleuniger gespritzt und leicht mit dem Beton gemischt werden, und eine ausreichende Vermischung kann ohne Rührschraube erreicht werden.

Ferner kann der Beschleuniger eine Mischung aus einem puder förmigen und einem flüssigen Beschleuniger sein. D.h., Staub entstehung wird unterdrückt, während eine ausgezeichnete Abbin dungscharakteristik leicht erreicht werden kann durch eine gemischten Aufschlämmung von puderförmigem Beschleuniger und Wasser oder einem Mischgas von puderförmigem Beschleuniger und einer geringen Menge Luft.

Ferner kann der Beschleuniger puderförmiger Beschleuniger sein. Die Beschleunigungsfähigkeit kann durch die Verwendung von puderförmigem Beschleuniger verbessert werden.

Andere Ziele und vorteilhafte Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch die Spritzeinrichtung nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 zeigt die Verfassung eines Kopfabschnitts der Spritz einrichtung nach dem Stand der Technik, in der Preßluft nicht verwendet wird;

Fig. 3 zeigt schematisch ein Betonspritzverfahren, das eine Betonspritzmaschine nach der vorliegenden Erfindung verwendet;

Fig. 4 zeigt die Verfassung des Kopfabschnitts der Beton spritzmaschine nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ist eine vergrößerte Darstellung eines Düsenabschnitts von Fig. 4; und

Fig. 6 zeigt schematisch das Betonspritzverfahren nach der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Über alle Zeichnungen hinweg haben gemeinsame Abschnitte dieselben Bezugszeichen und eine wiederholte Beschreibung wird weggelassen.

Fig. 3 zeigt schematisch ein Betonspritzverfahren, das eine Betonspritzmaschine nach der vorliegenden Erfindung verwendet. In dieser Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 4 eine Haupt maschine. Die Hauptmaschine 4 hat einen Bewegungsabschnitt 4a und eine Betonpumpe 4b an seiner Rückseite. Ein Roboterarm 5 ist an der Vorderseite der Hauptmaschine 4 angeordnet. In diesem Beispiel enthält der Roboterarmmechanismus 5 einen Haupttragarm 5a, einen Querschwenkzylinder 5c, der an einem Ausfahrarm 5b des Haupttragarms 5a angebracht ist, einen geradeaus gerichteten Zylinder 5d, eine Plattform 5e, die am Ende des Arms des gerade aus gerichteten Zylinders 5d befestigt ist, oder Ähnliches. Der Roboterarmmechanismus 5 kann einen Kopfabschnitt 10 in eine gewünschte Position und in einer gewünschten Richtung bewegen.

Fig. 4 zeigt die Verfassung des Hauptabschnitts der Beton spritzmaschine für die Benutzung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung. In dieser Zeichnung enthält der Hauptabschnitt 10 ein Flügelrad 12, ein Gehäuse 14, ein Betonzufuhrrohr 16 und eine Beschleunigerzufuhrdüse 18.

Das Flügelrad 12 wird mit hoher Geschwindigkeit um eine Achse O durch eine Antriebseinheit (nicht gezeigt, z. B. einen hydrau lischen Motor) gedreht. Das Flügelrad 12 hat eine Vielzahl von Flügeln 13 zum Ausschleudern von Beton in einer tangentialen Richtung in seine Umgebung. In dieser Ausführungsform besteht das Flügelrad aus zwei Scheiben, die parallel zu einander und mit einem Abstand angeordnet sind. Die vier Flügel 13 sind zwi schen den beiden Scheiben befestigt, so daß sie auf dem Umfang verteilt sind. Die Flügel sind ebene Platten, die sich in radia ler Richtung erstrecken, und sind vorzugsweise auswechselbar.

Das Gehäuse 14 umgibt das Flügelrad 12, so daß ein Zwischen raum dazwischen liegt. Vorzugsweise kann das Gehäuse 14 leicht geteilt werden (z. B. in zwei Teile), so daß seine Innenseite gereinigt oder gewartet werden kann.

Das Betonzufuhrrohr 16 ist an einem teilweise äußeren Umfang des Gehäuses 14 angeordnet und mit der Betonpumpe 4b über ein Betonrohr 6 verbunden (siehe Fig. 3), so daß frischer Beton 7 zu dem Rotationszentrum von der äußeren Peripherie des Flügelrads 12 zugeführt (gedrückt/gefördert) werden kann.

Fig. 5 ist eine vergrößerte Darstellung des Düsenabschnitts von Fig. 4. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist die Beschleunigerzufuhr düse 18 an der Gehäuseöffnung 14a des Gehäuses in der tangen tialen Richtung des Flügelrads 12 angeordnet. Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, hat die Beschleunigerzufuhrdüse 18 ein Durchgangsloch 19 zum Durchlassen des ausgeschleuderten Betons 7 durch sich durch und ein Einspritzloch 20 zum Ausstoßen des Beschleunigers 8 gegen das Durchgangsloch 19.

Obgleich das Durchgangsloch 19 der Beschleunigerzufuhrdüse 18 in dieser Ausführungsform gerade ist, kann es konisch verjüngt sein. Vorzugsweise ist ein Gehäuseabschnitt zwischen dem Flügel rad 12 bis zur Beschleunigerzufuhrdüse 18 und ein Abschnitt zwi schen der Beschleunigerzufuhrdüse 18 und einer Auslaßöffnung ebenfalls gerade oder konisch verjüngt. Durch diese Verfassung kann der frische Beton 7, der durch eine Rotation des Flügelrads 12 mit hoher Geschwindigkeit in der tangentialen Richtung aus geschleudert wird, gleichmäßig auf eine Tunnelinnenwand oder Ähnliches gespritzt werden, ohne daß ein Verklumpen des Betons oder Ähnliches verursacht wird. Darüber hinaus wird eine erfor derliche Menge des Beschleunigers 8 aus dem Einspritzloch 20 gegen das Durchgangsloch 19 ausgestoßen. Wenn der geförderte, frische Beton 7 das Durchgangsloch 19 passiert, haftet der Beschleuniger 8 an der Oberfläche des frischen Betons 7. Dann wird der Beschleuniger 8 und der Beton 7 miteinander gemischt, während der Beton 7 auf die Tunnelinnenwand oder Ähnliches gespritzt wird, wodurch der Beschleuniger 8 und der Beton 7 wirksam in Kontakt zueinander gebracht und miteinander gemischt wird.

Vorzugsweise ist der Beschleuniger 8 ein flüssiger Beschleu niger. Da der Beschleuniger 8 durch Verwendung eines flüssigen Beschleunigers gespritzt und leicht in Kontakt mit dem Beton 7 gebracht werden kann, kann eine ausreichende Vermischung ohne eine Rührschraube erreicht werden.

Eine Mischung eines puderförmigen Beschleunigers und einer Flüssigkeit, d. h., eine gemischte Aufschlämmung eines puder förmigen Beschleunigers und Wasser, oder ein Mischgas aus einem puderförmigen Beschleuniger und einer kleinen Menge von Luft kann auch als Beschleuniger 8 verwendet werden. Mit solch einem Beschleuniger 8 wird Staubentstehung unterdrückt, während eine ausgezeichnete Abbindungscharakteristik leicht erreicht wird.

Ferner kann der Beschleuniger 8 der pulverförmige Beschleu niger sein. Die Abbindegeschwindigkeit kann durch die Verwendung eines pulverförmigen Beschleunigers verbessert werden.

Fig. 6 zeigt schematisch das Betonspritzverfahren nach der vorliegenden Erfindung. Wie in dieser Zeichnung gezeigt, enthält das Betonspritzverfahren nach der vorliegenden Erfindung, das Verfahren zur Förderung des Betons aus dem Hauptabschnitt her aus, der Hauptabschnitt: das Flügelrad 12 mit einer Vielzahl von Flügeln 13 zum Fördern des Betons in seine Umgebung und zum Rotieren mit hoher Geschwindigkeit um eine Achse O; das Beton zufuhrrohr 16 zum Zuführen des frischen Betons aus der äußeren Peripherie des Flügelrads 12 zu dem Rotationszentrum; das Gehäuse 14 und die Auslaßöffnung 14a, die ausgebildet ist, um ein Verstreuen des gespritzten Betons zu vermeiden; und die Beschleunigerzufuhrdüse 18, die in einer im wesentlichen tangentialen Richtung des Flügelrads 12 positioniert ist, und das Verfahren enthält die Schritte: Ausstoßen des Beschleunigers aus der Beschleunigerzufuhrdüse gegen den geförderten Beton 7; Vermischen des ausgestoßenen Beschleunigers mit dem Beton; und Spritzen des mit dem Beschleuniger gemischten Betons.

In diesem Betonspritzverfahren kann das Gehäuse 14 weg gelassen werden. Die Beschleunigerzufuhrdüse kann unabhängig vorgesehen werden, so daß der Beschleuniger von ihr gegen den geförderten Beton 7 ausgestoßen und der Beschleuniger mit dem Beton vermischt und dann gespritzt werden kann.

Nach dem Verfahren und dem Apparat der vorliegenden Erfindung wird die Rührschraube, die ein konventioneller Fördermechanismus ist, weggelassen. Die Rührschraube wird ersetzt durch die Beschleunigerzufuhrdüse, die in der im wesentlichen tangentialen Richtung des Flügelrads angeordnet ist. Da der Beschleuniger 8 gegen den geförderten Beton 7 von der Beschleunigerzufuhrdüse ausgestoßen wird, bindet der Beton während eines kurzzeitigen Stopps kaum in dem Kopfabschnitt ab, so daß eine Reinigung und Wartung nicht erforderlich ist, wenn immer die Arbeit stoppt. Da die konventionelle Rührschraube (siehe Fig. 2) und die Einheit zum Antrieb dieser Schraube beseitigt sind, kann darüber hinaus der Kopfabschnitt miniaturisiert/gewichtsreduziert werden, und so ist es möglich, den Tragarm, den hydraulischen Zylinder oder Ähnliches zum Bewegen des Kopfabschnitts zu miniaturisieren.

Wie oben beschrieben, kann das Betonspritzverfahren und die Spritzmaschine nach der vorliegenden Erfindung das Abbinden des Betons in dem Kopfabschnitt unterdrücken und so ermöglichen, daß die Reinigung und Wartung jedesmal bei einem Arbeitsstopp unnö tig wird. Ferner kann das Verfahren und die Maschine den Kopf abschnitt miniaturisieren/gewichtsreduzieren, und so kann der Tragarm, der hydraulische Zylinder oder Ähnliches zum Bewegen des Kopfabschnitts miniaturisiert/gewichtsreduziert werden. Die obigen ausgezeichneten Ergebnisse wurden erzielt.

Obgleich die vorliegende Erfindung in den verschiedenen Aus führungsformen vorgestellt wurde, ist zu verstehen, daß der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Ausführungs formen begrenzt ist. Im Gegenteil, der Umfang der vorliegenden Erfindung schließt alle Verbesserungen, Modifikationen und Gleichwertigkeiten ein, die in den durch die angefügten Ansprüche definierten Umfang eingeschlossen sind.

Claims

1. Verfahren zum Betonspritzen für das Fördern des Betons von einem Kopfabschnitt, wobei der Kopfabschnitt enthält:
ein Flügelrad mit einer Vielzahl von Flügeln zum Fördern des Betons in seine Peripherie und zum Rotieren mit einer hohen Geschwindigkeit um eine Achse;
ein Betonzufuhrrohr zum Zuführen frischen Betons von einer äußeren Umgebung des Flügelrads in Richtung auf das Rotations zentrum; und
eine Beschleunigerzufuhrdüse, die in einer im wesentlichen tangentialen Richtung des Flügelrads positioniert ist,
wobei das Verfahren die Schritte enthält: Zufuhr des Betons in die Peripherie des Flügelrads; und Ausstoß des Beschleunigers gegen den zugeführten Beton aus der Beschleunigerzufuhrdüse;
wobei der ausgestoßene Beschleuniger mit dem Beton gemischt wird, und Spritzen des mit dem Beschleuniger vermischten Betons.

2. Betonspritzmaschine, die
einen Kopfabschnitt enthält, der einschließt:
ein Flügelrad mit einer Vielzahl von Flügeln zum Fördern von Beton in seine Umgebung, das mit hoher Geschwindigkeit um eine Achse rotiert; und
ein Betonzufuhrrohr zur Zufuhr von frischem Beton in Richtung auf das Rotationszentrum von einer äußeren Peripherie des Flügelrads,
wobei der Kopfabschnitt eine Beschleunigerzufuhrdüse enthält, die in einer im wesentlichen tangentialen Richtung des Flügel rads positioniert ist, und wobei die Beschleunigerzufuhrdüse den Beschleuniger gegen den geförderten Beton ausstößt.

3. Betonspritzmaschine nach Anspruch 2, wobei der Kopfabschnitt ein Gehäuse zum Umgeben des Flügelrads enthält, und die Beschleunigerzufuhrdüse so angeordnet ist, daß sie die Gehäuse öffnung umgibt, den ausgeschleuderten Beton durchläßt und den Beschleuniger gegen den ausgeschleuderten Beton ausstößt.

4. Betonspritzmaschine nach Anspruch 3, wobei das Gehäuse der Beschleunigerzufuhrdüse gerade oder konisch verjüngt ist.

5. Betonspritzmaschine nach Anspruch 3, wobei der Beschleuniger ein flüssiger Beschleuniger ist.

6. Betonspritzmaschine nach Anspruch 3, wobei der Beschleuniger eine Mischung von pulverförmigem und flüssigem Beschleuniger ist.

7. Betonspritzmaschine nach Anspruch 3, wobei der Beschleuniger ein pulverförmiger Beschleuniger ist.