DE3415782A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von lufthaltigen zementartigen verbindungen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von lufthaltigen zementartigen verbindungen

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DE3415782A1 DE19843415782 DE3415782A DE3415782A1 DE 3415782 A1 DE3415782 A1 DE 3415782A1 DE 19843415782 DE19843415782 DE 19843415782 DE 3415782 A DE3415782 A DE 3415782A DE 3415782 A1 DE3415782 A1 DE 3415782A1
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Description

COAL INDUSTRY (PATENTS) LIMITED,
Hobart House, Grosvenor Place, London, SWlX 7AE, Großbritannien
Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von lufthaltigen zementartigen Verbindungen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von lufthaltigen zementartigen Verbindungen.
Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, betrifft die vorliegende Erfindung die Erzeugung von leichtgewichtigen lufthaltigen zementartigen Verbindungen zum Füllen oder tei!weisen Füllen von Hohlstellen oder Hohlräumen in Tiefbaugruben.
In Tiefbaugruben treten häufig Hohlstellen oder Hohlräume von unterschiedlicher und unbestimmter Größe als Resultat von Bergbauarbeiten· auf. Beispielsweise treten Hohlräume im allgemeinen um den Firstausbau herum auf, der entlang der Förderstrecke vorgesehen ist, oder überhalb des Firstausbaus, der entlang des Abbaustoßes vorgesehen ist. Um ein effizientes Arbeiten in den Tiefbaugruben zu ermöglichen, werden die Hohlräume üblicherweise ganz oder teilweise mit Materialien wie beispielsweise Bau- bzw. Bergholz, gebrochenem Gestein oder gepumpten Zementmörtel gefüllt. Unglücklicherweise trifft man oft auf Schwierigkeiten, wenn die Hohlräume mit diesen Materialien gefüllt werden, beispielsweise kann das Ausfüllen von Hohlräumen am Abbaustoß mit Holz möglicherweise gefährlich sein, nachdem die Gefahr besteht, daß sich Gestein von den Seiten eines Hohlraums loslöst bzw. abgespalten wird und auf die darunter befindlichen Bergleute fällt. Zementmörtel haben ein spezifisches Gewicht von über 1,0 und es ist daher besonders schwierig, sie in obenliegenden Hohlräumen zu halten, insbesondere dann, wenn die verfügbare Schalung typischerweise von rudimentärer Art ist. Es werden ganz beträchtliche Mengen an Zement erforderlich, um große Hohlräume zu füllen.
Es ist auch bekannt, daß lufthaltige oder aufgeschäumte Zementverbindungen bei der Herstellung von leichtgewichtigen Bausteinen verwendet werden, wobei solche Verbindungen nach einer von zwei alternativen Verfahren hergestellt werden. Das aufschäumende Mittel kann ein oder mehrere der folgenden Materialien umfassen: Hydrolysierte Proteine, Fettsäuresalze, Alkyl-aryl-sulphonate, Alkyl-sulphonate, Phenoläthoxilate, wobei der Zweck des Schäumungsmittels darin besteht, Luft in eine Mixtur von Schäumungsmittel, Zement und Wasser einzufangen. Schäumungsmittel sind im allgemeinen auf Materialien basiert, welche die Oberflächenspannung der Zusammensetzung vermindern und welche helfen, die Stabilität von Luftblasen aufrechtzuerhalten, indem die Viskosität der Zusammensetzung geringfügig erhöht wird und indem die Blasen mit einer stabilisierenden Haut versehen werden. Bei einem bekannten Verfahren wird das Schäumungsmittel dem Zement und Wasser beigefügt und das Ganze wird stark gemischt. Das Schäumungsmittel bildet während des Mischprozesses Luftblasen und stabilisiert sie. Bei einem anderen Verfahren wird zunächst ein steifer Schaum üblicherweise in einem Schaumrohr oder einem Venturi hergestellt. Das Schäumungsgerät mischt Druckluft und die Aufschäumungsmittellösung innig und erzeugt einen kontinuierlichen Strom von steifem Schaum, der sich aus I
/kleinen Luftbläschen zusammensetzt. Der steife Schaum wird dann mit ·
dem Zementmörtel gemischt, um einen lufthaltigen Zementmörtel zu erzeugen. Bei beiden bekannten Verfahren können feine oder grobe Zusätze dem lufthaltigen Zementmörtel beigefügt werden. 25
Unglücklicherweise weisen beide bekannten Verfahren Nachteile auf. Bezüglich des erstgenannten Verfahrens ist es schwierig, mit der "VerquirV'-Technik genügend Luft einzufangen, um sowohl die gewünschte Dichtigkeit als auch eine thixotrop!sehe Charakteristik zu erreichen. Weiterhin ist eine ziemlich lange Zeit erforderlich, Luft in eine Mischung aus Zementmörtel und Schäumungsmittel einzuquirlen. Weiterhin kann das erstgenannte Verfahren nicht im kontinuierlichen Betrieb durchgeführt werden und das Verfahren kann daher bei dem gewünschten sehr schnellen Abbinden der Zementverbindung nicht angewandt werden. Bezüglich des zweiten obengenannten Verfahrens ist anzumerken, daß dieses eine komplizierte Herstellungstechnik voraussetzt und es daher sehr schwierig unter. Tiefbaugruben-Bedingungen anwendbar ist. Es hängt auch von zwei getrennten Bestandteilen ab, d. h.
das Schäumungsnrittel und der Zement müssen vorort während der Erzeugung der lufthaltigen Zusammensetzung bzw. Verbindung gemischt werden. Weiterhin besteht die Gefahr, daß eine nicht-homogene lufthaltige
Verbindung erzeugt wird.
5
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben zum Erzeugen von lufthaltigen zementartigen Verbindungen, wobei die oben genannten Nachteile des Standes der
Technik überwunden bzw. reduziert werden sollen. IO
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Erzeugen von lufthaltigen zementartigen Verbindungen vorgesehen, welches die Verfahrensschritte umfaßt, die Bestandteile Zement, Schäumungsmittel und Flüssigkeit einer Mischkammer zuzuführen, die gegenüber der Atmosphäre geöffnet
!5 ist, die der Mischkammer zugeführten Bestandteile zu mischen, und die erzeugte benetzte Mischung zum gewünschten Ort zu pumpen, wobei die Pump leistung größer ist als die Zuführgeschwindigkeit der Bestandteile in die Mischkammer, so daß während des Betriebes Luft in die Mischkammer hineingezogen wird und von der benetzten Mischung mitgezogen wird.
Vorzugsweise kann die Zuführgeschwindigkeit der Bestandteile zu der Mischkammer variiert werden. Es wurde herausgefunden, daß beim Gegenstand der Erfindung die in die Mischkammer hineingezogene Luft während des Pumpens komprimiert wird, und vorzugsweise tritt bis zum Punkt des Benutzenskeine Druckverminderung auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens vorgesehen, wobei die Vorrichtung eine Mischkammer umfaßt, eine Zuführeinrichtung zum Zuführen der Bestandteile Zement, Schäumungsmittel und Flüssigkeit zu der Mischkammer, eine Mischeinrichtung zum Mischen der zugeführten Bestandteile in der Mischkammer, eine Pumpeneinrichtung zum Pumpen der erzeugten benetzten Mischung zu einem gewünschten Ort, wobei die Nennpumpleistung der Pumpeneinrichtung größer 1st als die Zuführgeschwindigkeit der Bestandteile zu der Mischkammer, so daß während des Betriebes LUft in die Mischkammer hineingezogen wird und von der benetzten Mischung mitgezogen wird.
Vorzugsweise kann die Zuführgeschwindigkeit bzw. der Einlauf zumindest eines Teils der Zuführeinrichtung variiert werden.
Zweckmäßigerweise wird eine zuvor vorbereitete Mischung aus Zement und Schäumungsmittel der Mischkammer zugeführt, aber die vorliegende Erfindung ist keineswegs auf die Verwendung einer solchen Mischung beschränkt.
Vorzugsweise umfaßt die Zuführeinrichtung einen Antriebsförderer zum Zuführen der Mischung aus Zement und Schäumungsmittel zu der Mischkammer und eine Düseneinrichtung zum Zuführen von Flüssigkeit in die Mischkammer.
Vorzugsweise kann die Geschwindigkeit des angetriebenen Förderers geändert werden, um den Einlauf bzw. die Zuführmenge pro Zeiteinheit zu variieren.
Vorzugsweise ist der angetriebene Förderer ein Schneckenförderer.
. Vorzugsweise umfaßt die Mischeinrichtung einen Schneckenförderer, der so angeordnet ist, daß er die benetzte Mischung zur Pumpenein- . richtung hin zwingt.
Vorzugsweise wird der Schneckenförderer und die Pumpeneinrichtung von einem gemeinsamen Antriebsmotor angetrieben.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, wobei die Zeichnung einen schematischen Längsschnitt durch die Vorrichtung zeigt.
Die Zeichnung zeigt einen Motor a, welcher antriebsmäßig mit einem Getriebe b verbunden ist, welches einen Getriebesteuerhebel c aufweist. Ein Getriebeausgang ist antriebsmäßig mit einem ersten Schneckenförderer e verbunden, welcher einen Zuführtrichter d aufweist sowie eine Entladungsschütte f, welche so angeordnet ist, daß sie vom Schneckenförderer gefördertes Material einem weiteren Zufuhrtrichter h für einen weiteren Schneckenförderer h zuführt, welcher antriebsmäßig mit einem zweiten Ausgang des Getriebes b
verbunden ist, wobei der Trichter h gegenüber der Atmosphäre offen ist. Der Antrieb von diesem zweiten Ausgang wird über den Schneckenförderer k zu einer Pumpe 1 übertragen, welche eine weite Eingangsöffnung aufweist, die direkt mit dem Ausgang des Schneckenförderers k verbunden ist, sowie eine Entladeöffnung m, welche mit einer (nicht dargestellten) Leitung, die zu dem gewünschten Ort führt, verbunden ist. Wie man sieht, stellen der Schneckenförderer k und der Trichter h eine Mischkammer für in den Trichter eingeführtes Material dar und das Schraubenelement ρ des Schneckenförderer k stellt eine Mischeinrichtung für Material innerhalb der Mischkammer dar.
Eine Düseneinrichtung g ist vorgesehen, um der Mischkammer Flüssigkeit, typischerweise Wasser, zuzuführen.
Im Betrieb wird zur Erzeugung einer lufthaltigen zementartigen Verbindung eine Mischung aus Zement und Schäumungsmittel in den Zufuhrtrichter d für den Schneckenförderer e eingeführt. Die Mixtur umfaßt eine Mischung von hydraulischem bzw. Wasser-Zement und puderförmigem Schäumungsmittel. Der hydraulische Zement kann beispielsweise ein Portlandzement, Tonerdezement, Gipszement oder eine Mischung hieraus sein. Zusätzlich kann die Mischung Zusätze enthalten, um gewünschte · Eigenschaften zu erreichen, wie beispielsweise Thixotropic und/oder eine schnelle Beschleunigung der Abbindzeit. Die Mischung kann weiterhin pulverisierte Brennstoffasche, Hochofenschlacke, Kalziumoxid oder Kalziumhydroxid, Silizium oder Kalziumkarbonat enthalten. Bei einer typischen Anlage, bei der die erzeugte lufthaltige zementartige Verbindung dazu benutzt wird, Hohlräume oder Leerräume in Tiefbaugruben teilweise oder ganz zu füllen, kann die Mixtur einen schnei1-abbindenden Zement enthalten, wie er beispielsweise in der GB-PS 2 033 367 der Anmelderin beschrieben und beansprucht ist, in der ein schneilabbindender Zement offenbart ist, der Portlandzement umfaßt und relativ zum Gewicht des Portlandzements 10 bis 70 % einer Mischung aus Kalziumaluminat-Material und Kalziumsulfat-Material, ein Vierzigste! bis 15 Gewichtsprozent zumindest eines anorganischen Salzes bzw. Metallsalzes und ein Fünfzigste! bis 3 Gewichtsprozent einer Karbonsäure und/oder einer Hydrokarbonsäure oder eines Salzes eines oder mehreren der vorgenannterySäuren. Es kann auch auf die schnellabbindenden Zementverbindungen verwiesen werden, die in der
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veröffentlichten GB-Anmeldung 2 123 808A beschrieben sind.
Bei einer typischen Anlage umfaßt das Schä'umungsmittel einen puderförmigen Schaumerzeuger, welcher in der Lage ist, stabile Luftblasen in einer hydraulischen Zement/Wasser-Umgebung zu bilden. Das Schä'umungsmittel kann beispielsweise eine Mischung aus hydrolisierten oder unhydrolisierten Proteinen, die vorzugsweise hinsichtlich ihrer synergistischen Charakteristika ausgewählt sind, umfassen. Das bevorzugte Schäumungsmittel ist verfügbar unter der Bezeichnung Cormix NCB6 Special Blend von Cormix Limited, P. O. Box 132, Warrington, Cheshire WA5 1AG, England. Geeignete Dosierungsmengen für das Schäumungsmittel können experimentell bestimmt werden, liegen jedoch vorzugsweise um 0,1 bis 5 %, zweckmäßigerweise um 1 % des Gewichts des Zements.
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Der Schraubenförderer e führt die den Zement und das Schäumungsmittel umfassende Mixtur über die Entladungsschütte f zu der Mischkammer, die vom Trichter h zusammen mit dem Schneckenförderer k gebildet wird, wobei das zugeführte Material von der Schütte in den Trichter fällt. Der Mischkammer wird über die Düseneinrichtung g Wasser so zugeführt, daß die der Mischkammer zugeführten Bestandteile unter der Wirkung der Mischeinrichtung, die vom Schraubenelement ρ des Schneckenförderers k gebildet wird, gemischt werden. Eine weitere Wirkungsweise des Schraubenförderers k ist darin zu sehen, daß er die benetzte Mischung in Richtung auf die große Eingangsöffnung der Pumpe 1 zwingt. Die Pumpe 1 zieht die benetzte Mischung von der Mischkammer ab und pumpt sie über die Ausgangsöffnung m und die Rohrleitung zu dem gewünschten Ort. Die Nennleistung der Pumpe 1 ist größer als die Geschwindigkeit, mit der die Bestandteile Zement, Schäumungsmittel und Wasser der Mischung der Mischkammer zugeführt werden. Der Eingang der Pumpe neigt daher dazu, nur teilweise mit benetzter Mischung gefüllt zu werden, und folglich wird Luft in die Mischkammer hineingezogen, welche mit der benetzten bzw. feuchten Mischung vermischt wird und der Pumpe zugeführt wird. Die Wirkung der Pumpe liegt darin, ein Aufschäumen der benetzten Mischung zu erzeugen und eine lufthaltige zementartige Verbindung zu erzeugen, welche über die Entladungsöffnung m zum gewünschten Ort transportiert wird.
In einer Grubenanlage wird die lufthaltige zeraentartige Verbindung typischerweise in Leerräume oder Hohlräume hineingepumpt, welche hierdurch durch die schnell abbindende Verbindung gefüllt oder teilweise gefüllt werden.
Es ist eine Möglichkeit vorgesehen, über den Getriebehebel c die Anlage in zwei Geschwindigkeiten laufen zu lassen. Hierdurch kann die Vorrichtung entweder große Deckenhohlräume in einer Hochgeschwindigkeits-Betriebsweise füllen oder kleinere Leerräume oder Hohlräume in einer Niedriggeschwindigkeits-Betriebsweise füllen, die um Strekken-Deckenstreben herum existieren. Auch eignet sich die Pudermischung, bestehend aus Zement und Schäumungsmittel, zum Transport unter Tiefbaugruben-Bedingungen.
Aus dem Vorstehenden wird deutlich, daß mit der bevorzugten Mischung eines hydraulischen Zements und eines Schäumungsmittels, wenn diese im Zusammenhang mit der anhand der Zeichnung beschriebenen Vorrichtung benutzt werden, ein Verfahren zum Füllen von Hohlräumen oder Leerräumen in Tiefbaugruben geschafft wird, welches die Nachteile, die im Zusammenhang mit den bislang bekannten Techniken zum Füllen von Hohlräumen entweder mit konventionellen Materialien, wie beispielsweise Holz oder gebrochenem Gestein oder mit den weiter oben diskutierten schäumenden Zementmörteln mit relativ hohem spezifischen Gewicht vermeidet.
Bei bevorzugten Ausführungsformen erzeugt die vorliegende Erfindung einen homogenen lufthaltigen Zementmörtel, welcher thixotropisch ist, bis er in ungefähr 5 Minuten abbindet. Er ist daher geeignet, in oben-1legende Hohlräume gepumpt zu werden. Das spezifische Gewicht des lufthaltigen Mörtels kann zwischen etwa 0,15 bis 0,40 variiert werden, wodurch es möglich ist, tragende und nur Leerstellen füllende Verbindungen zu erzeugen. Bei einem typischen spezifischen Gewicht von 0,2 erfordert die Verbindung 100 kg feste Bestandteile pro Kubikmeter gefülltem Hohlraum. Dies ist zu vergleichen mit einem typischen vorbekannten, nicht lufthaltigen Mörtel, welcher 1000 kg von festen Bestandteilen (d. h. Zement) pro Kubikmeter gefüllten Hohlraums erfordert..
Es ist vorgesehen, daß die Verwendung der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt ist, in Tiefbaugruben Hohlräume auszufüllen; es ist vorgesehen, daß die vorliegende Erfindung auch im Bauingenieurwesen, beim Bau, bei der Bauausführung, beim Ausbau und überhaupt immer in der Technik anwendbar ist, wenn ein Raum mit einem Material ausgefüllt werden soll, welches die wesentlichen Vorteile einer lufthaltigen zementartigen Verbindung mit niedriger Dichte aufweist, oder wenn ein solches Material auf andere Weise verwendet werden soll. Die Verbindung kann beispielsweise als Isolationsmaterial Ver-Wendung finden.
Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung wird die Mischkammer vom Pumpeneingang gebildet- Bei solchen Ausführungsformen ist es nicht erforderlich, daß die Mischeinrichtung das benetzte Material in Richtung zur Pumpe hin zwingt.
Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung werden der Zement und das Aufschäummittel in die Mischkammer mittels separater Zuführeinrichtungen eingeführt.
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Bei einigen Ausführungsformen wird das Aufschäummittel der Mischkam-· mer mit der Flüssigkeit zugeführt.
Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Claims (10)

BROSE + B4RTNER BflENMIWiU S European Patent Attorneys - M?ndata-'es en B-eve's t£u'opeens - z'igeipssene Vertreter beim Europaischen Patentamt D-8023 München-Pullach. Wiener Straße 2. Telefon (089) 7 9330 Π. Telex 3 212147 bros d; Cables: «Patentibus- München KARL A BROSEt 1981 Dipl.-Ing. D. K/4RL BROSE Dipl.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. MIOHEL RESCH Dipl-Phys. COAL INDUSTRY (PATENTS) LIMITED, Hobart House, Grosvenor Place, London, SW1X 7AE, Großbritannien Ihre Zeichen: Your ref: Case 4608/GER Tag: Dale: 27. April 1984 Re/pr PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Erzeugen einer lufthaltigen zementartigen Verbindung durch Mischen von Zement, Aufschäummittel und flüssigen Bestandteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile einer Mischkammer zugeführt werden, welche gegenüber der Atmosphäre offen ist, daß die Bestandteile gemischt werden, um eine benetzte bzw. nasse Mischung zu erzeugen, und daß die benetzte bzw. nasse Mischung mittels einer Pumpe zu einem Benutzungspunkt gepumpt wird, welche unter einer höheren Geschwindigkeit arbeitet als die Zuführgeschwindigkeit der Bestandteile in die Mischkammer, so daß Luft in die benetzte Mischung gezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Schäumungsmittel eine Mischung aus hydro!ysierten und nicht-hydrolysierten Proteinen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zement Portlandzement, Tonerdezement, Gipszement oder eine
Mischung von zweien oder mehreren hiervon ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile Zusätze beinhalten, welche aus folgenden Materialien ausgewählt sind: Pulverisierte Brennstoffasche, Hochofenschlacke, Kalziumoxid, Kalziumhydroxid, Silizium und Kalziumkarbonat.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zement und das Schä'umungsmittel gemeinsam als vorher erzeugte Mischung der Mischkammer zugeführt werden.
6. Vorrichtung zum Erzeugen einer lufthaltigen zementartigen Verbindung durch Mischen von Bestandteilen, wie Zement, Schäumungsmittel und Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischkammer, welche zur Atmosphäre offen ist, einer Zuführeinrichtung für die Bestandteile zugeordnet ist und mit einer Pumpe verbunden ist, welche eine Nennleistung aufweist, die größer ist als die Zuführgeschwindigkeit der Bestandteile, so daß Luft in die Mischkammer gezogen wird und in die vermischten Bestandteile hineingezogen wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführgeschwindigkeit zumindest eines Teils der Zuführeinrichtung variiert werden kann.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung einen Antriebsförderer umfaßt, um eine Mischung aus Zement und Schäumungsmittel der Mischkammer zuzuführen, sowie eine Düseneinrichtung, um der Mischkammer Flüssigkeit zuzuführen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsförderer ein Schneckenförderer ist, der so angeordnet ist, daß er die gemischten Bestandteile zur Pumpe hin fördert.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufülleinrichtung, die Einrichtung zum Mischen der Bestandteile in der Mischkammer und die Pumpe von einem gemeinsamen Antriebsmotor angetrieben sind.
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