DE2430688A1 - Verfahren zum pneumatischen auftrag einer zementartigen zusammensetzung - Google Patents

Verfahren zum pneumatischen auftrag einer zementartigen zusammensetzung

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Description

OR. J. D. FRHR. von UEXKÜLL DR. ULRICH GRAF STOLBERG OIPL.-ING. JÜRGEN SUCHANTKE
W. R. Grace & Co. ... (Prio: 25. Juli 1973
US 382 612 - 11492)
Grace Plaza 2430688
1114 Avenue of the Americas
Mew York, N■Y./V.St.A. Hamburg, 25. Juni 1974
Verfahren zum pneumatischen Auftrag einer zementartigen Zusammensetzung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pneumatischen Anwendung von leichten hydraulischen zementartigen Zusammensetzungen. Insbesondere betrifft sie die pneumatische Anwendung solcher Zusammensetzungen zur Herstellung gehärteter Produkte niederer Dichte. .
Es sind bereits verschiedene hydraulische zementartige Zusammensetzungenen bekannt. Sie bestehen aus einer Mischung wie beispielsweise aus Sand oder Kies mit einem zementartigen Bindemittel, die, mit Wasser gemischt, eine fließfähige formbare plastische Masse bildet, die langsam (im Zeitraum von Tagen) zu einem festen felsähnlichen Produkt härtet. Zu bekannten Beispielen solcher hydraulischer zementartiger Bindemittel zählen Zement (beispielsweise Portland-Zement, calcinierter Gips (beispielsweise Kalkgips), verschiedene Kalkprodukte wie beispielsweise hydraulische Kalke oder Mischungen aus solchen Bindemitteln. Bei der Herstellung der sogenannten leichten oder isolierenden hydraulischen zement-
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— O .
artigen Zusammensetzungen werden einige oder alle der typischen dichten Bestandteile wie beispielsweise Sand durch leichte Materialien ersetzt. Hierzu zählt beispielsweise expandierter Vermiculit, expandierter Perlit, Flugasche, expandierter Schiefer, expandierter Haydit, expandierter Ton oder ähnliche Materialien und/oder deren Mischungen. Zu anderen geeigneten Additiven zählen Absetz- oder Härtungsverzögerer oder -beschleuniger; luftporenbildende Agentien und ähnliche können in den hydraulischen zementartigen Zusammensetzungen ebenfalls anwesend sein. Ein typisches Beispiel für bekannte leichte isolierende hydraulische zementartige Zusammensetzungen wird in der US-PS 3 042 681 beschrieben. In der FR-PS 1 475 265 werden fluide kolloidale Mörtel beschrieben, die Wasser, ein Bindemittel wie beispielsweise Zement und große Mengen Füllmaterial wie Vermiculit oder Perlit oder deren Mischungen enthalten. Diese Mörtel sollen geeignet sein, äußere oder innere Isolierbeschichtungen auf zu beschichtende Oberflächen aufzuwerfen.
Ebenso ist es bekannt, zementartige Zusammensetzungen pneumatisch aufzubringen. Eine entsprechend geeignete Vorrichtung ist unter dem Namen "Allentown Pneumatic Gun", beschrieben im Instruction Manual and Parts Catalog 0O35-1969 (Copyright 1961 von Allentown Pneumatic Gun Company, Allentown, Pennsylvania), bekannt. Die Konstruktion und Wirkungsweise dieser Vorrichtung
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wird schematisch auf Seite 318 in einem Artikel von J.F. Wygant unter der Überschrift "Pneumatic Gun Operating Variables Affecting Castable Refractories", Seite 317 und folgende des American Ceramic Society Bulletin, Band 42, Nr, 5 (1963) beschrieben. Eine andere geeignete Vorrichtung zum pneumatischen Auftrag zementartigen Materials wird in der US-PS 2. 161 553 beschrieben.
Es wurde nun erfindungsgemäß gefunden, daß schnell abbindende, leichte zementartige Beschichtungen ausgebildet werden können, indem man eine granulierte Vormischung aus einem hydraulischen zementartigen Bindemittel und einem leichten Aggregat mit einem bestimmten Teil des Gesamthydratationswassers pneumatisch aufbringt und den granulierten Feststoffen das restliche Hydratationswasser in Schäumform unmittelbar vor Aufbringung auf die zu beschichtende Oberfläche zufügt. Durch Erhöhung des Anteils an leichtem Aggregat und/oder Verwendung von Schaum, der weniger als normale Mengen an Gesamthydrationswasser liefert, erhält man relativ schnell abbindende, sehr leichte, gehärtete Produkte.
Ein entscheidender Schritt im erfindungsgemäßen Verfahren ist die Vorgranulierung des zementartigen Bindemittels mit dem leichtgewichtigen Aggregat mit einem Teil des Gesamt-
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hydratationswassers. Das Granulieren wird durchgeführt, indem ein Teil des für die Hydratation nötigen Wassers der Trockenraischung zugegeben und das Material zur Bildung von Kügelchen aus der Feuchtiaischung in Trommeln behandelt wird. Wasser kann auf verschiedene Weisen zugefügt werden: (1) Wasser wird auf das trockene leichte Aggregat (beispielsweise expandierten Vermiculit) aufgesprüht und in einer Mischvorrichtung geschüttelt; dann .wird ein zementartiges Bindemittel (beispielsweise Portland-Zeihent) zugefügt und das Schütteln fortgesetzt, bis sich ein Granulat oder Kügelchen aus der Feuchtmisehung gebildet haben; (2j Wasser wird in die trockene Mischung aus Bindemittel und Aggregat gesprüht und die Feuchtraischung bis 2ur Bildung des Granulats geschüttelt; oder (3) Wasser und Bindemittel werden gleichzeitig dem geschüttelten Aggregat in einer Zementmischvorrichtung zugefügt; das Schütteln wird so lange fortgesetzt, bis sich ein Granulat bildet. Die Größe des Granulats wird durch die zugegebene Wassermenge, das Verhältnis von Bindemittel zu Aggregat, Schüttelzeit, Schüttelgeschwindigkeit und Geschwindigkeit der Wasserzugabe geregelt. Bei Bedarf können die granulierten Mischungen aus Bindemittel und Aggregat ändere typische Bestandteile wie Verzögerer oder Beschleuniger für das Abbinden, luftporenbildende Zusätze und ähnliche enthalten. Normalerweise beträgt das Volumenverhältnis von Bindemittel zu Aggregat in den erfindungsgemäß verwendbaren
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Zusammensetzungen von 1:3 bis 1 a20, beispielsweise 1 i5 bis T:1O.
Die bei der Granulatbildung verwendete Wassermenge ist wesentlich. Wird beispielsweise erfindungsgemäß eine bekannte handelsübliche leichte Isolierende Zementzusammensetzung (gegenwärtig als Aufschlämmung für Fußböden und Decken verwendet), die Nr- 1 Portland-Zement (1*51 g/cm ; 94 pound/
3 ' ' 3
foot ) und Nr. 3 expandiertes vermiculitaggregat (0,11 g/cm ; 7 pound/foot ) in einem 1:6 Volumenverhältnis enthält, angewendet, wurde gefunden, daß die Menge des zur Vorgranulierung verwendeten Wassers von etwa 1,89 1 bis 3,78 1 je 28,3 dm Aggregat betragen sollte. Werden weniger als 1,89 1 Wasser verwendet, neigen die Mischungsbestandteile zur Entmischung; darüber hinaus ist das Material sehr staubig und außerdem treten Probleme hinsichtlich der Bindung auf, wenn es pneuma tisch angewendet wird. Werden mehr als etwa 3,78 1 Wasser verwendet, treten Verstopfungsprobleme im Einlauftrichter und/oder im Förderschlauch der Vorrichtung für die pneumatische Anwendung wegen vorzeitigen Abbindens des Zementbindemittels auf. Bei einem Testversuch wurde beobachtet, daß nach 5 Minuten Verstopfung auftrat, wenn 5r67 1 Wasser je 28,3 dm Vermiculitaggregat verwendet wurden. Der Fachmann kann jedoch in einfacher Welse die geeigneten Wassermengen zur Granulierung
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be8tinmen, wmn das erfindungageatße Verfahren
unter Verwendung anderer leichter hydraulischer zementartiger Zusammensetzungen durchgeführt wird. Weiteres Wasser zur Hydratisierung der leichten aenentartigen Zusammensetzung wird in Schaumform an der Düse, des pneumatischen Förderschlauches unmittelbar vorm Aufsprühen des Feuchtproduktes auf die zu beschichtende Oberfläche zugefügt. Erfindungsgemäß wird weniger Gesamtwasser zur Hydratisierung des Endproduktes (das ist dag Wasser, das bei der Vorgranulierung und im wässrigen Schaum, der an der Schiauchdüse mit dem Granulat vermischt wird) verwendet, als üblicherweise angewendet. So beträgt beispielsweise bei erfindungsgemäßer Verwendung der zuvor beschriebenen Zusammensetzung aus Portland-Zement und expandiertem Vermiculit (Volumenverhältnis 1x6) die verwendete Wassermenge von etwa 7,56 1 bis etwa 11,34 1 je 28,3 dm Aggregat, v/ährend demgegenüber 13,23 1 bis 15,12 1 je 28,3 dm bisher üblicherweise verwendet wurden. Die Verminderung des Wasserbedarfs gemäß Erfindung führt zu erheblich verkürzter anfänglicher Abbindezeit (notwendige Zeit, um eine Penetro-
meterhärte von 0,7 kg/cm zu erhalten) und Gesamthärtungszeit (notwendige Zeit zum Erreichen maximaler kompressiver Festigkeit) Größere Wassermengen führen zu Absetzproblemen, wenn das Produkt auf vertikale oder nach unten weisende Oberfläche aufgetragen wird, und/oder zu längeren anfänglichen Absetzzeitea.
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Das Wasser, das mit den vorgranulierten Bindemittel/Aggregatzusammensetzungen an der Schlauchdüse der pneumatischen Vorrichtung gemischt wird, wird als Schaum zugegeben, um ein gehärtetes Endprodukt optimaler Porosität und Trockendichte zu erhalten. Es ist ein starker Schaum notwendig, um die Tendenz, während der Anwendung" zusammenzufallen und damit ebenfalls eine unerwünschte übermäßige Verdichtung des Produktes zu verhindern. Der Schaum kann in beliebiger Weise durch Lösen irgendeines geeigneten oberflächenaktiven Mittels im Düsenwasser und Aufschäumen der Lösung vor der Eingabe in die Düse hergestellt werden, in der es mit dem Granulat vermischt und versprüht wird. Bisher wurden die besten und zuverlässigsten Ergebnisse mit dem handelsüblichen Schaumerzeuger der Waukesha Foundry Company und einem handelsüblichen schaumetzeugenden Mittel "Thermofoam", das ein auf Protein basierender I/uftporenzusatzstoff ist, erreicht. Die erfindungsgemäß pneumatisch anwendbaren, leichten zementförmigen Zusammensetzungen können auf waagerechte und senkrechte und, unter entsprechenden Bedingungen, auf nach unten weisende Oberflächen aufgetragen werden. Die Produkte haften fest auf Papier, Holz, Kunststoff oder Metalloberflächen und können leicht in Beschichtungsdicken bis hin zu vielen Zentimetern aufgetragen werden. 5
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert. Bei diesen Versuchen wurde als Vorrichtung zu pneumatischen Anwendung eine N-OO Allentown Pneumatic Gun folgender Parameter und. Eigenschaften verwendet:
Materialeingabegeschwindigkeit Geschwindigkeit des E^ngabemotors Tankluftdruck
Luftdruck im Materialschlauch Durchmesser des Materialschlauchs Länge des Materialschlauchs Düsendurchmesser
Düsenlänge
Wasserring der Düse: Größe dee Mundstücks
lineare Luftgeschwindigkeit am Düsenauslaß
0,67.28,3 dm3/min
40 ü/min.
1,;27 atü
0,7 atü
2,54 cm
m
2,54 cm
15,24 cm
3/16 .2,54 cm (8 Löcher) 1900.0,3 m/min./6,45 cm2
Anstelle einer üblichen Wasserleitung zur Düse wurde mit dieser ein Generator (Modell 310 Waukesha Foam Generator)am Düsenwassereingang verbunden. Dieser Schaumerzeuger wies eine Generatorkopfzahl von1,5, eine Pumpgeschwindigkeit von 4000 ü/min und eine Wasserpumpgeschwindigkeit von 3,78 1 je Minute auf. Wurde er mit Wasser, das 0,83 g/l des zuvor beschriebenen Schäumerzeugungsmittels enthielt, beschickt, ergab sich ein Schaum mit einem Äusdehnungsverhältnis von 7,7:1 (Volumenver-
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hältnis de· erzeugten SchauM la Verhältnis sura Volumen de» zugeführten Wassers).
Das feste Eingaberaaterial in die Druckpistole war eine vorgranulierte Mischung eines Nr. 1 Portland-Zements und eines Nr. 3 expandierten Vermicuiitaggregats in einem Volumenverhältnis von 1:6. Verschiedene Proben des trockenen Materials wurden gleichmäßig in einen Zementmischer gemischt und dann mit 3,78 1 Wasser je 28,3 dm Veraiculitaggregat besprüht. Das Mischen und Schütteln wurde fortgeführt, bis sich ein Granulat mit einer Teilchengröße von 1/16.2,54 cm bis 1/4.2,54 cm Durchmesser gebildet hatte. Das feuchte, jedoch relativ trockene Granulat wurde in den Eingabetank der Druckpistole
.; ι
eingeführt, durch den Luftschlauch gefördert, mit Schaum aus dem Schaumerzeuger in der Schlauchdüse gemischt und dann auf eine vertikale ürid eine horizontale Oberfläche eines Aufbaus aus rostfreiem Stahl aufgesprüht. Das aufgesprühte Material war "trocken" und haftete gut an den vertikalen und horizontalen Oberflächen ohne zurüökzupfallen, herunterzulaufen oder Absetzprobleme zu zeigen. Beschichtungen mit einer Dicke von mehreren Zentimetern wurden ohne Schwierigkeiten gebildet. Einige Eigenschaften sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefaßt.
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Tabelle 1 Beispiele
1 2
Gesamtwasser (Liter je 28,3 dm Aggregat) 8,88 9,64
Geschäumtes Wasser (Liter je 28,3 dm3 Aggregat) 5,10 5,85 Feuchtdichte (kg/28,3 dm3) 18,6 18,6
Gewichtsverlust beim Trocknen in % 37,3 40,3
Trockendichte (kg/28,3 dm3) 11,6 11,1
Ausbeute* 1,04 1,08
Stunden zum Erreichen von 0,7 kg/cm
im Penetrometerversuch - 1 3
Druckfestigkeit (ASTMC 4S5j kg/cm2) 12,3 11,2
Die Ausbeute entspricht dem Gewicht des Materials, das mit 28,3 dm des Aggregats vermischt wird, geteilt durch die Feuchtdichte des Produktes.
Beispiel 3
Bei einem anderen Versuch unter Verwendung der gleichen Vorrichtung und Verfahrensweisen wie zuvor, wurde ein leichtes Produkt hergestellt und angewendet, bei dem das Volumenverhältnis von expandiertem Vermiculit zu Zementbindemittel 8:1 betrug. Dieses Material wurde nach Vorgranulierung ebenfalls auf eine vertikale Oberfläche aufgesprüht; die Ergebnisse hinsichtlich guter Haftung ohne Setzprobleme, Abtropfen oder Zurückprallen waren ausgezeichnet. Andere Einzelheiten werden in Tabelle 2 zusammengefaßt.
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Tabelle 2
^. .:.-.. . Beispiel 3
Wässer inta Granulieren- - '"■"■ .-■'" ■"'"■·-' ■':-.■■■--' '.■■ -■■·;; 2,65 gBSchäumtes Wstsi&er ν - .:- .· ; ;:■· ;: 6r82 ■;
Gesäifttwass-er .'·.·■ " ? 9,45
Feuchtdichte** ' '- . 18,9
Gewichtsverlust beim Trocknen in % · ;. ■ 48,1
Trockendichte** 9,8
Stunden zum Erreichen des Soil 2 -----
Penetroraeterwertes von 0,7 kg/cm 6
Dfuökfestigkeit des Endproduktes (kg/cm ) . 9,5
*' IJv' 1 je£ 3ZB,^ dm Aggregat:
** in kg je 28,3 dm3
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Claims (12)

Patentansprüche
1.) Verfahren zum Aufbringen einer zementartigen Zusammensetzung mit Gehalt an einem hydraulischen Bindemittel, Aggregat: und Wasser unter Verwendung einer pneumatischen Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß man am Ort der Auftragung Granulate mit Gehalt an dem Bindemittel, dem Aggregat und einem Teil Wasser mit den verbleibenden Teilen Wasser in Form eines Schaumes vermischt und dann die Mischung aus Granulat und wässrigem Schaum auf Oberflächen pneumatisch aufbringt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zxm Aufbringen einer isolierenden zementartigen Zuisetzung ein leichtes Aggregat verwendet.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man. als Aggregat einen expandierten Vermiculit oder ein Material gleicher oder Ähnlicher Dichte verwendet.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bindemittel, das Aggregat und einen Teil des Wassers vermischt und granuliert und pneumatisch das Granulat zur Vermischung mit dem verbleibenden Wasser in eine entsprechende Vorrichtung fördert.
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5. Verfahren gemJlft Anspruch 1 bit 4, dadurch gekennzeichnet,
daß man als Vorrichtung zum Auftragen eine Sprühpistole verwendet/ und daß man das verbleibende Wasser dem Granulat in der Sprühpistole unmittelbar vor der Sprühdüse zufügt.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einem Volumenverhältnis von Schaum zu im Schaum vorhandenen Wasser von 3,4:1 bis 10:1 arbeitet.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einem Verhältnis etwa 7:1 arbeitet.
8. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einem Volumenverhältnis von Bindemittel zu Aggregat im Bereich von 1:3 bis 1:20 arbeitet.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einem Verhältnis von 1:5 bis 1:10 arbeitet.
10. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man 'als Bindemittel Portland-Zement verwendet.
11. Verfahren gemäß Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Portland-Zement zu Aggregat im
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Bereich von 115 bis It 10 liegt, daft' di· festkörper mit 2 bis 4 Liter Wasser j* 30 Lit«? Aggregat granuliert werden und dad man ausreichend Wasser als Schaum zufügt, so daß ein Gesamtwassergehalt von 8 bis 12 Liter Wasser je 30 Liter Aggregat erhalten wird.
12. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 1.1, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem als Schaum zuzufügenden Wasser ein oberflächenaktives Mittel löst, daß man die Lösung belüftet,
daß man den Schaum in die Düse einer Sprühpistole leitet und dort mit dem Granulat mischt, während es aus der Sprühdüse herausgeschleudert wird.
rew:kö
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