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Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von Frischbeton Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Kühlen von Frischbeton, der insbesondere beim Bau von
BetonstaumauernX Brückenwiderlagern, Schutzbunkern, Schleusen und Kernreaktoren
verwendet wird und im Regelfall eine Temperatur zwischen 0 und 30 C besitzen muß,
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Es ist bekannt, daß die bei der Hydratation des Zements freiwerdende
Wärme aus großen Betonbauteilen nur langsam abfließt und daß daher in den Bauteilen
und zwischen verschiedenen Bauteilen größere Temperaturdifferenzen auftreten, die
Spannungen und Risse im Beton verursachen. Es werden zwei Arten von Rissen unterschieden,
nämlich Schalenrisse und Spaltrisse. Durch Temperaturunterschiede innerhalb des
Bauteils entstehen Schalenrisse, die von der Oberfläche nur wenige Zentimeter in
das Bauteil hinein reichen. Temperaturunterschiede treten in Bauteil auf, wenn sich
das in der Schalung stehende Bauteil in seinem Kern mehr erwärmt als in seiner Randzone
oder wenn die Außenflächen des Bauteils durch die Außenluft abgekühlt werden. Je
nach Größe des Bauteils führen Temperaturuntergchiede im Bauteil von 100C bereitJ
zu Schalenrissen. Spaltrisse gehen durch das ganze
Bauteil hindurch
und werden von Temperaturunterschieden verursacht, die zwischen dem frisch betonierten
Bauteil und dem Auflager bestehen, denn die mittlere Temperatur des frisch betonierten
Bauteils ist höher, als die des Auflagers. Kühlt das fest mit dem Auflager verbundene
Bauteil ab, so zieht es sich usammen und es entstehen Spaltrisse. Je nach Größe
des Bauteils führen Temperatur~ differenzen von 10 0C zwischen Bauteil und Auflager
bereits zu Spaltrissen.
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Es sind mehrere Verfahren zur Vermeidung von Schalen- und Spaltrissen
in Betonbauteilen bekannt, von denen auch mehrere bei der Erstellung eines Bauteils
angewendet werden können: 1. Auswahl geeigneter Baustoffe und Betonzusaimnensetzungen.
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2. Aufgliederung des Bauteils in mehrere kleine Bauteile.
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3. Kühlung des frisch betonierten Bauteils durch Rohrinnen kühlung,
bei der Kühlwasser durch in das Bauteil einbetonierte Rohre gepumpt wird.
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4. Kühlung des Frischbetons durch Berieselung des Zuschlags mit kaltem
Grundwasser, durch Zugabe von Splittereis oder Eisschnee anstelle von Anmachwasser,
durch Kühlung des Ansachwassers mit Kühlwasser und/oder durch Kühlung der Betonförderleitungen
mit Kühlwasser.
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Rißfreie, fugenlose, größere Bauteile können in der Regel
nur
mit gekühltem Frischbeton errichtet werden. Die Rohrinnenkühlung hat aber den Nachteil,
daß sie die Hydratations wärme zu Beginn des Abbindens des Betons nur unzureichend
abführt und sich lediglich zum Abbau von Temperaturspitzen eignet. Die Kühlung des
Frischbetons durch Verwendung von Splittereis oder Eisschnee anstelle von Anmachwasser
ist nur in bestirntiten Fällen sinnvoll, da der zu erreichende Eühleffekt vom unbedingt
einzuhaltenden Wasser-Zement-Verhältnis bestimmt wird. Auch bei hohen Außentemperaturen
kann also nur eine bestimmte Menge Eis zugesetzt werden, da anderenfalls der Frischbeton
zuviel Wasser enthalten würde. Die Be rieselung des Zuschlags mit kaltem Wasser
kann wegen des Abwasseranfalls,.des teilweise großen Wasserbedarfs und der oft zu
hohen Wassertemperatur nicht auf allen Baustellen angewendet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kühlen
von Frischbeton zu schaffen, das bei hoher Kühlleistung, guter Regelbarkeit und
wirtschaftlich vertretbaren Betriebskosten kontinuierlich durchgeführt sowie auf
den verschiedensten Baustellen bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen angewendet
werden kann0 Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
als Kühlmittel ein verflüssigtes Gas verwendet wird, welches mit den Bestandteilen
des Frischbetons keine chemischen Reaktionen eingeht. Das erfindungsgemaße Verfahren
kann mit besonders großem Erfolg durchgeführt werden, wenn als
Kühlmittel
flüssige Luft oder flüssiger Stickstoff verwendet werden. Insbesondere dann, wenn
große Betonherstellungsanlagen neu zu errichten sind, hat es sich als zweckmäßig
erwiesen daß wenigstens ein Bestandteil des Frischbetons vor dessen Herstellung
in einer geeigneten Vorrichtung gekühlt wird. Dabei ist in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung vorgesehen, daß der Zuschlag durch direkte und der Zement sowie das
Anmachwasser durch indirekte Kühlung gekühlt werden. Bei Betonherstellungsanlagen,
die eine kleinere Kapazität haben und/oder in denen nur zeitweise gekühlter Frischbeton
hergestellt wird, ist dagegen entsprechend der Erfindung vorgesehen, daß der Frischbeton
während seiner Herstellung im Betonmischer durch direkte Kühlung gekühlt wird. Werden
die Bestandteile des Frischbetons vor ihrer Mischung gekühlt, so wird entsprechend
der Erfindung eine Vorrichtung verwendet, bei der vor einem Betonmischer eine in
der Drehzahl regelbare, neigt bare und mit Düsen zum Eintrag des verflüssigten Gases
ausgerüstete Kuhltrommel zur direkten Kühlung des Zuschlags sowie zwei mit verflüssigtem
Gas betriebene Kühler zur indirekten Kühlung des Anmachwassers und des Zements angeordnet
sind, wobei die Steuerung der Vorrichtung durch einen Prozeßrechner erfolgen kann.
Wird hingegen der Frishhbeton direkt bei seiner Herstellung gekühlt, so sind im
Betonmischer Düsen zum Eintrag des Kühlmittels vorgesehen0 Gegenüber bekannten Kühlverfahren
wird mit der Erfindung erreicht, daß die notwendige Temperatur des Frischbetonsin
kurzer
Zeit eingestellt werden kann, ohne daß sich die Betonzusammensetzung ändert. Die
niedrigen Siedetemperaturen der verflüssigten Gase, insbesondere der flüssigen Luft
und des flüssigen Stickstoffs, bewirken eine hohe Kühlleistung und eine schnelle
Einstellung der Kühltemperatur. Dadurch, daß das Kühlmittel immer eine konstante
Temperatur hat, kann das erfindungsgemäße Verfahren gut geregelt und kontinuierlich
durchgeführt werden.
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Die entsprechend der Erfindung ausgebildete Vorrichtung hat den Vorteil,
daß durch die vorgesehene Änderung der Drehzahl und Neigung der Kühltrommel sowie
durch die Variation der Kühlmittelzufuhr eine gute Einstellung und Regelung der
Kühltemperatur des Frischbetons erfolgt. Bei großen Anlagen kann es zweckmäßig sein,
wenn das Kühlmittel gegebenenfalls nach einer erneuten Verflüssigung, im Kreislauf
geführt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung
dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.
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Der im Vorratsbehälter 1 befindliche Zuschlag gelangt nach der Temperaturmessung
durch den Meßfühler 2a in den Waagebe hält er 3 und anschließend durch die Förderleitung
4 in die Kühltrommel 5 deren Drehzahl und Neigung regelbar sind und die mit mehreren
Düsen 6 zum Eintrag des Kühlmittels ausgerüste ist. Flüssiger Stickstoff ist besonders
gut zur direkten Kühlung des Zuschlags geeignet. Der gekühlte Zuschlag gelangt durch
die Förderleitung 7, in der am Temperaturfühler 2b die Temperatur gemessen wird,
in den Betonmischer 8.
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In den Kühler 9 wird aus der Leitung 10 nach Temperatur~ messung am
Temperaturfühler 2c das Anmachwasser eingegeben und dort gekühlt. Das gekühlte Anmachwasser
gelangt über die Dosiervorrichtung li und nach einer Temperaturmessung am Meßfühler
2d in den Betonmischer 8. Aus dem Zemsntsilo 12 gelangt Zement in die Förderschnecke
13, die von einem Mantelkühler 14 umgeben ist, der mit dem Kühlmittel beaufschlagt
wird. Vor dem Eintritt des Zements in die Förderschnecke 13 wird dessen Temperatur
am Temperaturmeßfühler 2e gemessen. Der gekühlte Zement gelangt in den Betonmischer
8, wo der Frischbeton hergestellt und nach Temperaturmessung am Meßfühler 2f über
die Betonförderleitung 15 zur Baustelle abgegeben wird.
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Im Druckbehälter 16 befindet sich das als Kühlmittel verwendete, verflüssigte
Gas vorzugsweise flüssiger Stickstoff.
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Die Gesamtmenge des aus dem Druckbehälter 16 entnommenen Kühlmittels
wird im Mengenmesser 17 ermittelt. Über die Regelventile 18a, 18b und 18c werden
die erforderlichen Kühlmittelteilströme in die beiden Kühler 9 und 14 sowie in die
Kühltrommel 5 geführt. Das verdampfte Kühlmittel kann in großen Anlagen nach einer
erneuten Verflüssigung in der Anlage 19 im Kreislauf geführt werden.
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Die von den Temperaturmeßfühlern 2a bis 2f ermittelten Werte werden
über die Leitungen 20a bis 20f zum Prozeßrechner 21 übertragen, der über die Leitung
22 Drehzahl und Neigung der Kühltrommel 5 regelt und die Regelventile 18a bis 18cansteuertO
Zur
Abkühlung von lt der Bestandteile des Betons um iOC sind folgende Mengen flüssigen
Stickstoffs erforderlich: Zuschlag 3 kg Anmachwasser 15 kg Zement 6 kg Zur Abkühlung
von im³ Frischbetonun 1°C werden 8 bis 12 kg flüssiger Stickstoff benötigt. Bei
einer Anlage mit einer Kapazität von 25 m3 Frischbeton/h wird eine Abkühlung des
Frischbetons um 5°C in ca. 1 bis 2 Minuten erreicht.
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Die Erfindung wurde mit gutem Erfolg bei der Erstellung von Spannbeton-Druckbehältern
für Kernreaktoren eingesetzt. Die Bildung von Eiskristallen im Frischbeton tritt
bei einer hohen Mischgeschwindigkeit nicht auf.