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Bezeichnuny: Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung kunst-
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stoffhaltiger Trocken-Spritzbetone Die Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren zur Herstellung kunststoffhaltiger Trocken-Spritzbetone mit Zement
als Bindemittel, Wasser, einem Kunststoff und einem Zuschlag, die einem Düsenmischkörper
zugeführt werden, sowie einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Spritzbetone sind in der deutschen Norm DIN 18 551 (Dezember 1974)
genormt, auf diese Norm wird hier voll inhaltlich Bezug genommen, sie gehört zum
Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung. Sie betrifft jedoch nicht kunststoffhaltige
Spritzbetone. Die Bezeichnung "Beton" wird weiterhin für ausschließlich Kunststoff-gebundene
Baumaterialien verwendet, siehe z.Bsp. "Kunststoff-Taschenbuch", 2O.Ausgabe, Seite
379 oder den Aufsatz von Schwabe im 4. Heft 1980 der Zeitschrift "kib-Kunststoffe
im Bau". Derartige Kunststoff-Betone werden als Kunstharzreaktionsbeton oder (international)
als Polymerbeton bezeichnet. Auch derartige Betone können im Spritzverfahren aufgebracht
werden, wie beispielsweise aus der US-PS 3 674 600 oder der DE-OS 27 o6 433 bekannt
ist.
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Das Verfahren der Eingangs genannten Art ist aus dem Artikel "Korrosionsschutz
und Oberflächensanierung an Wasserbauwerken" in der Zeitschrift "Bau und Bauindustrie"1961,
Heft 1 Seite 12 bekannt. Danach wird einem Trockengemisch aus Zement und Quarzsand
in einem Düsenmischkörper eine Mischung einer Polyvinylacetat - Emulsion und Wasser
zugeführt.
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Dieses seit etwa 1951 bekannte Verfähren hat den Vorteil, daß sich
der frische Spritzbeton auch in dünnen Schichten ohne vorherige Stemmarbeit haftfest
mit altem Beton verbindet. Die Haftspannung ist Dabei außergewöhnlich hoch. Der
Kunststoff Polyvinylacetat (PVA) bewirkt eine Umhüllung der Zementpartikelchen und
der einzelnen Teile des Zuschlagsstoffes in Form einer dünnen Kunststoffhaut. Bei
der hydraulischen Abbindung findet durch die Kunststoffhülle
hindurch
eine kristalline Verklammerung der Zementklinker untereinander statt. Verdunstet
nun auch das Emulsionswasser des PVA-Kunststoffs, dann verbleiben zäh-harte Kunststoff
-Membranen, die als Gelenke im Gefüge kristallin verklammerter Mörtelteile liegen
(siehe Zeitschrift "Bauwelt", 1957, Heft So Seite 1324).
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Der Kunststoff PVA trocknet somit nur aus, er kann, sofern Wasser
zugeführt wird, jederzeit wieder aufquellen und ist reemulgierbar. Beim Aufquellen
dürfen die ursprünglichen Feuchtigkeitsgehalte nicht überschritten werden, weil
sonst die quellenden PVA-Teilchen den Verband sprengen. Der vom PVA gebildete Film
gewährleistet einen gewissen Zusammenhalt zwischen den umgriffenen Stoffen, allerdings
macht sich dieser Zusammenhalt praktisch nicht in einer größeren Festigkeit des
hergestellten Betons bemerkbar.
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Das PVA ist somit in erster Linie ein Füllstoff im gespritzten Beton,
der led-iglich eingetrocknet ist, nicht aber eine dauerhafte Umwandlung erfahren
hat. Beim Feuchtwerden des PVA-Betons wird der schwache, durch die getrockneten
Filme gebildete Zusammenhang wieder reversibel gelöst. Besonders nachteilig ist
aber, daß PVA im Zementbeton nach einiger Zeit verseift und damit seine Eigenschaften
verliert. Der bekannte PVA-Spritzbeton wird daher heute praktisch nicht mehr verwendet.
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Es hat in der vergangenen Zeit daher nicht an Versuchen gefehlt, andere
Kunststoffe für Spritzbetone einzusetzen. Diese Versuche sind jedoch bislang erfolglos
geblieben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen kunststoffhaltigen, im Trockenspritzverfahren
herstellbaren Beton der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Kunststoff
eine irreversible und dauerhafte, zusätzliche Bindung bewirkt, die sich deutlich
in den mechanischen Eigenschaften bemerkbar macht.
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Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß als Kunststoff
ein Reaktionsharz (siehe DIN 16 9453 insbesondere ein Epoxidharz eingesetzt wird
und daß ein auf dieses Reaktionsharz abgestimmtes Reaktionsmittel, insbesondere
ein modifiziertes Polyamin vorgesehen ist.
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Damit wird erstmals die Verwendung von Duroplasten zur Erzielung einer
sehr festen, dauerhaften Kunststoffbindung zusätzlich zur Zementbindung für Trocken-Spritzbetone
erreicht. Reaktionsharze (siehe Kunststoff-Taschenbuch, 20. Auflage) sind eine Untergruppe
der Duroplaste, die nach irreversiblem Aushärten starr und auch bei hohen Temperaturen
nicht plastisch formbar sind.
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Epoxidharze sind laugenbeständig und somit zementverträglich.
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überraschend wurde somit eine echte doppelte Bindung (Doppel-Matrix)
erreicht, wie sie bislang zwar angestrebt, nicht aber erzielt werden konnte. Die
Bruchdehnung erweist sich bei gleicher oder erhöhter Festigkeit im Zylinderdruckversuch
etwa doppelt so hoch, wie bei lediglich zemertgebundenem Spritzbeton. Weiterhin
tritt eine Rißbildung erst bei größerer Verformung auf. Die Werte desE-Modul sind
bedeutend geringer als bei konventionellem Spritzbeton, sodaß geringere Spannungen
bei gleichen aufgebrachten Verformungen auftreten. Der erfindungsgemäße Spritzbeton
nimmt daher Verformungen der Auftragsfläche, also des Altbetons besser auf. Die
Biegezugfestigkeit weist im Vergleich zu konventionellem Spritzbeton extrem hohe
Werte auf, was besonders günstig für eine Verhinderung der Rißbildung ist. Schließlich
wird eine frühe Rißbildung an frisch aufgetragenem Material, das sich an einem schwingenden
Baukörper (Brücken) befindet,weitgehend verhindert.
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Entscheidend ist dabei, daß diese Eigenschaften alterungsbeständig
sind.
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Aus der DE-OS 28 40 874 ist ein Bindemittelgemisch für Mörtel oder
Beton bekannt, das ebenfalls einen Epoxidharz und ein zugehöriges Reaktionsmittel
enthält. Man hat jedoch bis zum Prioritätstag dieser Anmeldung nicht gewagt, derartige
Mörtel im Spritzverfahren aufzutragen. Führende Fachleute haben eine derartige Verarbeitung
sogar abgelehnt. Es wurde ein zu geringer Mischeffekt erwartet, wobei insbesondere
die Zähigkeit des Reaktionsharzes als nachteilig eingestuft wurde. Man hatte erwartet,
daß der üblicherweise sehr rasch aushärtende Reaktionsharz bereits in den Zuleitungen
zum Düsenmischkörper, spätestens aber im Düsenmischkörper selbst Klumpen und Verstopfungen
hervorrufen könnte, die nur sehr schwer zu beheben sind. Unter diesen Voraussetzungen
überrascht es, daß sich Spritzbetonemit Reaktionsharzen im Tockenverfahren
aufbringen
lassen, wobei eine ausreichende Durchmischung und eine homogene Verteilung der einzelnen
Bestandteile ( Zement, Zuschlag, Wasser, Reaktionsharz und Reaktionsmittel ) zu
erreichen ist.
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Insbesondere aber bestand ein Vorurteil gegen die Verwendung von Reaktionsharzen
im Trockenspritzverfahren, weil die bekanntermaßen kurze Erhärtungszeit derartiger
Harze zu der Befürchtung Anlaß gab, daß die Schläuche und die Düse der Spritzvorrichtung
verstopfen könnten. Die GB-PS 1 192 864, in der ebenfalls ein mit einem Reaktionsharz
versetzter Mörtel, insbesondere Estrich, gelehrt wird, stellt in allen Ausführungsbeispielen
auf die sehr kurze Zeitspanne zwischen Auftrag des Estrichs und dem Erhärten ab.
Dem mit den Problemen des Trockenspritzens von Beton vertrauten Fachmann war damit
klar, daß die Gefahr des Verklumpens und Zustopfens der Zuleitungen oder des Düsenmischkörper
für derartige Stoffgemische zu hoch ist und daß praktisch keine Unterbrechung des
Spritzens stattfinden durfte, ohne die Zuleitungen und Düsen sorgfältigst zu reinigen.
Das ist jedoch im praktischen Betrieb störend und allgemein nicht immer durchführbar.
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In bevorzugter Ausführung der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen,
den Aushärtungsvorgang des Reaktionsharzes zu verlangsamen bzw. zeitlich verzögert
zum Beginn des Abbindevorgangs des Zements auszulösen. Dies wird insbesondere nach
den Verfahren gemäß den Ansprüchen sechs bis acht und siebzehn erreicht. Der Abbindevorgang
von Zement benötigt bekanntlich etwa drei Stunden. Erst kurz vor erfolgter Abbindung,
gegenbenenfalls erst nach erfolgtem Abbinden wird der Härtevorgang ausgelöst, wobei
durchaus ein relativ schnell härtendes Harz eingesetzt werden kann, beispielsweise
ein Reaktionsharz nach der genannten GB-PS 1 19-2 864. Verwendet man dagegen eine
in etwa gleicher Zeitspanne aushärtende Reaktionsharzmasse wie sie der Zement für
den Abbindevorgang benötigt, so kann der Härtevorgang zeitgleich mit dem Abbindevorgang
eingeleitet werden. - Besondere Vorkehrung während des Spritzens, insbesondere während
Unterbrechnungen und Pausen sind dann in den beiden genannten Fällen nicht erforderlich.
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Besonders hohe Festigkeitswerte werden entsprechend den Merkmalen
des Anspruchs 2 bei etwa fünf bis 20 Gewichtsprozenten Reaktionsharz (bezogen auf
den Zementanteil) erreicht. Vorzugsweise wird der Reaktionsharz in emulgierter Form
dem Düsenmischkörper zugeführt, weil dadurch eine besonders innige und homogene
Vermischung erreicht wird. Das Emulsionswasser dient nämlich zugleich als das für
den Abbindevorgang des Zements erforderliche Wasser, sodaßeine enge Nachbarschaft
von Zement- und Reaktionsharzbindung erzielt wird. Zugleich ist ein Ausdursten des
Betons nicht zu befürchten, weil die Emulsion relativ stabil ist.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung weist das Reaktionsmittel
einen wasserunempfindlichen Härter auf. Dieser wird entweder zusammen, d.h. gemischt,
mit dem Reaktionsharz dem Düsenmisch-.
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körper zugeführt, insbesondere ist er ein im Reaktionsharz enthaltener
Härter, oder er wird getrennt vom Reaktionsharz dem Düsenmischkörper zugeführt.
Im ersten Fall wird die Härtung vorteilhafterweise erst durch ein zusätzliches Mittel
ausgelöst, sodaß sie zeitlich gesteuert werden kann. Im zweiten Fall ist ebenfalls
eine Härtung durch dritte Mittel entsprechend der Ansprüche 6 bis 9 möglich, aber
nicht erforderlich. Die gewünschte innige Vermischung von Härter und Reaktionsharz
ist jedoch schwieriger einzustellen. Bevorzugt wird eine Auslösung der Härtung durch
den Abbindevorgang des Zements oder durch nachträgliche, nicht mit dem Düsenmischkörper
aufgebrachte Mittel physikalischer oder chemischer Art.
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Besonders gut verarbeitbar ist ein nach dem Merkmal des Anspruchs
11 hergestellter Spritzbeton, da auf diese Weise eine sehr innige Durchmischung
erreicht wird. Bei ausreichenden Strömungsgeschwindigkeiten ist die Gefahr des Klumpens
oder Verstopfens vernachlässigbar.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der dem Düsenmischkörper zugeführte
Strom an Reaktionsharz während des Spritzvorganges verändert werden kann. Reaktionsharze
sind teilweise sehr teuer, sodaß man sie sehr gezielt einsetzen möchte. Dabei ist
es besonders vorteilhaft,
wenn bei Verringerung der Zugabe von
Reaktionsharz der Strom an Zement vergrößert wird und vice versa. Auf diese Weise
wird die Gesamtbindung etwa konstant gehalten.
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Sehr vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend dem
Merkmal des Anspruchs 18, weil die Basisschicht eine hervorragende Haftung auf Altbeton
zeigt, daneben praktisch wasserundurchlässig ist und der Übergang zur preiswerteren
Auflageschicht gleitend ist. Die Schichten können in praktisch kontinuierlichem
Arbeitsablauf aufgetragen werden.
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Das erfindungsgemäße Spritzbetaiveifahren zeigt praktisch alle Vorteile
der bekannten Trocken- Spritzverfahren gemäß der DIN 18 551.
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Darüber hinaus hat das erfindungsgemäße Verfahren jedoch den Vorteil
eines geringeren Rückpralls, weil das aufgespritzte Material klebriger ist. Der
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestell--e Spritzbeton bindet ebenfalls
unter Wasser ab. Er eignet sich zudem für Schutzschichten gegen aggressive Medien,
beispielsweise in Abwasserbecken oder -rohren und allgemein zur Sanierung von Entwässerungs-
und Abwasserkanälen. Er ermöglicht ein Abdichten auch bei feuchten Untergründen
und somit eine Vorarbeit für feuchtigkeitsempfindliche Auflageschichten, z.B. Isolierlagen.
Aufgrund der stark polaren Eigenschaften des Epoxidharzeswird eine übertragung besonders
hoher Haftzugspannungen zwischen einer Auftragsfläche und dem erfindungsgemäßen
Spritzbeton erzielt.
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Der Spritzbeton zeigt schließlich eine gegenüber konventionellem Spritzbeton
verbesserte Frühfestigkeit, wenn das Reaktionsharzsystem als Emulsion vorliegt.
Durch die Emulsion wird gezielt ein für das Abbinden des Zements benötigter Wasseranteil
zugeführt. Dagegen wird bei herkömmlichem Spritzbeton mit Überschuß an Wasser gearbeitet,
sodaß anfänglich zuviel Wasser im Beton enthalten ist. Ein emulgierbarer Reaktionsharz
ist somit für das erfindungsgemäße Verfahren sehr vorteilhaft, dagegen muß der Härter
nicht notwendigerweise emulgierbar sein . Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße
Verfahren somit die Herstellung eines Betons, der gegenüber rein zementgebundenen
Spritzbetonen praktisch keinen Nachteil hat.
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Dies läßt Anwendungen zu, bei denen ausschließlich zement-gebundener
Spritzbeton nicht mehr ausreicht, reine Polymerbetone aber zu teuer
sind.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens strömt ein in
einem Tragluftstrom mittels Flugförderung transportierter Strom an Zuschlagstoffen
in den Düsenmischkörper. Dort wird dieser Trockenstrom mit einem vorteilhafterweise
als Emulsion vorliegendas Reaktionsharz und ggfs. mit zusätzlichem Wasser vermischt.
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Der Zement wird entweder trocken durch die Zuführung für den Zuschlag
und vorteilhafterweise mit diesem Zuschlag vermischt oder durch die Zuführung für
den Reaktionsharz dem Düsenmischkörper zugeführt. Im letzteren Falle ist er mit
der Harzemulsion innig vermischt. Dasselbe, jedoch unabhängig von der Einführung
des Zements, gilt für den erforderlichen Härter. Die entsprechenden Mengen an Zuschlag,
Emulsion (Reaktionsharzsystem + Wasser), Zement, Härter werden entsprechendeingestellt,
beispielsweise durch fernbedienbare Ventile.
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In vorteilhafter Ausbildung hat die für die Durchführung des Verfahrens
geeignete Vorrichtung jedoch zusätzlich zur Zuführung für die erste Flüssigkeit
eine zweite Zuführung für eine zweite Flüssigkeit, wodurch eine ausgezeichnete Durchmischung
und Steuerung der Ströme der 5 Bestandteile des erfindungsgemäßen Spritzbetons erreicht
wird. Diese zweite Zuführung befindet sich vorteilhafterweise strom-abwärts der
ersten, für den Reaktionsharz dienenden Zuführung. Damit ergeben sich weitere Möglichkeiten
für die Zuführung des Zements, des Härters, für die Zuführung von ggfs. zusätzlichem
Wasser oder weiterer Mittel, wie beispielsweise Beschleuniger, Auslöser des Härters
oder dergleichen. Insbesondere ist es möglich, den Mengenstrom der beiden Bindemittel,
also des Zements und des Reaktionsharzes, unmittelbar am Düsenmischkörper einzuregen,
ggfs. mit Hilfe eines einzigen Mischventils, das bei Verringerung der Reaktionsharzzugabe
die Menge des Zementstroms erhöht und umgekehrt. Die Ströme an Zement und Reaktionsharz
sind dabei so voneinander abhängig, daß stets eine ausreichende Bindung erzielt
wird.
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Bei diesem Düsenmischkörper dient die zentrale Zuführung wie bis-.
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lang für den Zuschlag, die erste Zuführung für das Reaktionsharz.
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Durch welche der drei Zuführungen der Zement und unabhängig hiervon
der
Härter sowie wiederum unabhängig hiervon mindestens ein zusätzliches, nicht notwendigerweise
erforderliches Mittel eingebracht werden, ist frei. Beispielsweise kann über die
zweite Zuführung Zementleim zugeführt werden, der Härter kann dem Reaktionsharz
zugegeben werden, oder über die beiden anderen Zuführungen eingeleitet werden. Andererseits
kann über die zweite Zuführung flüssiger Härter zugeleitet-werden, der Zement kann
dann über eine der drei Zuführungen eingegeben werden. Andere Variationen lassen
sich im Rahmen der obigen Voraussetzungen bilden.
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Dabei ist es auch möglich, daß über zwei Zuführungen ein Grundgemisch
der fünf wesentlichen Bestandteile des Spritzbetons zugeführt wird und über die
dritte Zuführung flüssig eine Zement/ Reaktionsharzmischung zugeleitet wird, deren
Mischungsverhältnis regelbar ist. Hierdurch läßt sich das Mischungsverhältnis gemäß
Anspruch 2 gezielt erreichen.
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Ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung
kunststoffhaltiger Trockenspritzbetone wird im folgenden näher erläutert und unter
Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Diese hat lediglich eine einzige Figur,
die einen Längsschnitt durch einen Düsenmischkörper mit insgesamt drei Zuführungen
zeigt.
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Der in der Figur dargestellte Düsenmischkörper 1 befindet sich am
Ende einer (nicht dargestellten) Förderleitung, durch die ein Zuschlag im Sinne
des Pfeils Z zentrisch in den Düsenmischkörper eingeleitet wird. Die Befestigung
dieser Förderleitung erfolgt an einer Hülse 2 am rückwärtigen Ende des Düsenmischkörpers
1.
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Der Düsenmischkörper 1 wird im wesentlichen durch ein Rohr 3 gebildet,
das an seinem vorderen Ende eine Austrittsöffnung 4 hat.
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Zwischen der Hülse 2 und der Austrittsöffnung 4 sind zwei als Ringdüsen
5, 6 ausgebildete Zuführungen A, B für jeweils e-ine Flüssigkeit vorgesehen. Beide
Ringdüsen 5, 6 weisen zum Rohr 3 koaxiale Hülsen 7, 8 auf, die in gleichmäßigen
Teilungswinkeln angeordnete, radiale und in Richtung Z-weisende Zuführungsöffnungen
9 haben. Die Hülse 7 wird von der Hülse 2 umgriffen, die Hülse 8 ist durch eine
äußere Hülse 2a umgeben. Dabei werden Ringkammern 10 gebildet, von der aus die Bohrungen
9 ausgehen. In diese Ringkammern 10 münden jeweils Leitungen 11 bzw. 12, an die
jeweils
ein Ventil 13, 14 angeschlossen ist. Über Anschlußstücke 15, 16 sind an diese Ventile
13, 14 flexible Schläuche anschließbar, durch die Flüssigkeiten zugeführt werden
können.
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Das Rohr 3 setzt sich aus zwei Rohrabschnitten 3a und 3b zusammen.
Der erste Rohrabschnitt 3a ist sowohl in die äußere Hülse 2 als auch in die äußere
Hülse 2 a eingeschraubt. Der zweite, die Austrittsöffnung 4 aufweisende Rohrabschnitt
3b ist in die äußere Hülse 2a eingeschraubt. Auf diese Weise kann der Düsenmischkörper
zu Reinigungszwecken zerlegt werden.
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Beim praktischen Gebrauch wird der Düsnmischkörper 1 rechtwinklig
auf eine (nicht dargestellte) Auftragsfläche gerichtet. Durch die zentrale Durchführung
(bei Z) wird Trockengut in Flugförderung zugeführt, durch die Leitungen 11 und 12
strömen Flüssigkeiten ein.
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Die Menge dieser Flüssigkeiten kann durch die Ventile 13 und 14 kontinuierlich
verändert werden. Vorzugsweise sind die Steuerorgane dieser Ventile 13, 14 gekoppelt,
sodaß sie gemeinsam im Sinne des Merkmals des Anspruchs 15 betätigbar sind.
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Als Beispiel für die Benutzung der Zuführungen A,B und Z sowie für
die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden abschliessend zwei konkrete
Rezepturen angegeben: Beispiel I: Z: 1650 kg Zuschlag mit 0-8mm Korngröße, 400 kg
Portlandzement 35 F, A: 102 kg emulgiertes Epoxidharz (Epoxidäquivalent 190) (gegebenenfalls
zusätzlich mit einem Entschäumungsmittel, insbesondere auf Silikonbasis) 50 kg modifiziertes
Polyamin als Härter, 120 kg Wasser, bis zur Verarbeitungskonsistenz variabel, und
B: 0 - 250 kg Wasser Beispiel II: Z: 1650 kg Zuschlag mit 0-8mm Korngröße, 400 kg
Portlandzement 35 F, A: 40 kg emulgiertes Epoxiharz (Epoxidäquivalent 190),
20
kg modifiziertes, aliphatisches Polyamin (Aminäquivalent 180), 150 kg Wasser, bis
zur Verarbeitungskonsistenz variabel und B: 0-200 kg Wasser Die ursprüngliche, die
innere Priorität begründende Patentanmeldung P 30 34 851.7 ist ausdrücklicher Bestandteil
des Offenbarungsgehalts dieser Anmeldung mit der Möglichkeit, jederzeit auf -den
Offenbarungsgehalt der ursprünglichen Anmeldung zurückgreifen zu können.