DE3415782C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeu­ gen von lufthaltigen Zementmörtelmischungen.

Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, betrifft die vorliegende Erfindung die Erzeugung von leichtgewichtigen lufthaltigen Zementmörtel­ mischungen zum Füllen oder teilweisen Füllen von Hohlstellen oder Hohlräumen in Tiefbaugruben.

In Tiefbaugruben treten häufig Hohlstellen oder Hohlräume von unter­ schiedlicher und unbestimmter Größe als Resultat von Bergbauarbeiten auf. Beispielsweise treten Hohlräume im allgemeinen um den Firstaus­ bau 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 Bau- bzw. Bergholz, gebrochenem Gestein oder ge­ pumpten Zementmörtel, gefüllt. Unglücklicherweise trifft man oft auf Schwierigkeiten, wenn die Hohlräume mit diesen Materialien gefüllt werden, beispielsweise kann das Ausfüllen von Hohlräumen am Abbau­ stoß mit Holz möglicherweise gefährlich sein, nachdem die Gefahr be­ steht, 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 Zementverbin­ dungen 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, Phenol­ äthoxilate, wobei der Zweck des Schäumungsmittels darin besteht, Luft in eine Mixtur von Schäumungsmittel, Zement und Wasser einzufangen. Schäumungsmittel basieren im allgemeinen auf Materialien, 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 üblicher­ weise in einem Schaumrohr oder einem Venturi hergestellt. Das Schäu­ mungsgerät mischt Druckluft und die Aufschäumungsmittellösung innig und erzeugt einen kontinuierlichen Strom von steifem Schaum, der sich aus kleinen Luftbläschen zusammensetzt. Der steife Schaum wird dann mit dem Zementmörtel gemischt, um einen lufthaltigen Zementmörtel zu er­ zeugen. Bei beiden bekannten Verfahren können feine oder große Zuschläge dem lufthaltigen Zementmörtel beigefügt werden.

Unglücklicherweise weisen beide bekannten Verfahren Nachteile auf. Bezüglich des erstgenannten Verfahrens ist es schwierig, mit der "Verquirl"-Technik genügend Luft einzufangen, um sowohl die gewünsch­ te Dichtigkeit als auch eine thixotrope Charakteristik zu errei­ chen. 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 ge­ wünschten sehr schnellen Abbinden der Zementverbindung nicht ange­ wandt werden. Bezüglich des zweiten obengenannten Verfahrens ist an­ zumerken, daß dieses eine komplizierte Herstellungstechnik voraus­ setzt und es daher sehr schwierig unter Tiefbaugruben-Bedingungen an­ wendbar ist. Es hängt auch von zwei getrennten Bestandteilen ab, d. h. das Schäumungsmittel 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.

Aus der DE-PS 27 53 592 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Leichtmörtel oder Leichtbeton mit einem Schaumbildner auf Blutbasis bekannt, wobei eine Mischung aus Wasser, Zement, Sand und Luftporenbildner mittels eines Betonmischers heftig gerührt wird, um eine ausreichende Luftmenge einzuarbeiten.

Die DE-OS 23 33 317 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung poröser Baumaterialien, wobei die homogene Mischung aus hydraulischer Verbindung (Zement), Treibmittel (Schäummittel) und Wasser zum Aufschäumen in Luft gerührt wird.

Schäumungsmittel auf der Basis von hydrolysierten und nicht-hydrolysierten Proteinen sind beispielsweise aus der DE-PS 8 58 658 bekannt. Als geeignete hydraulische Verbindungen zur Herstellung von lufthaltigen Mörtelmischungen sind Portlandzement, Tonerdezement, Hochofenzement und Hüttenzement aus dem Stand der Technik bekannt.

Der Zusatz von Kalziumoxid oder Kalziumhydrozid zu einer Proteine enthaltende Mörtelmischung ist bereits in der AT- PS 1 36 398 beschrieben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von lufthaltigen Zementmörtelmischungen anzugeben, mit dem sowohl die gewünschte Dichtigkeit als auch eine thixotrope Charakteristik der Zementmörtelmischung auf einfache Weise im kontinuierlichen Betrieb erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens wird durch die Merkmale des Anspruchs 5 beschrieben.

Weitere besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

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 Zuführtrichter h für einen weiteren Schneckenförderer k 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 Schnecken­ förderer k zu einer Pumpe 1 übertragen, welche eine weite Eingangs­ öffnung 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 p des Schneckenförderer k stellt eine Misch­ einrichtung für Material innerhalb der Mischkammer dar.

Eine Düseneinrichtung g ist vorqesehen, um der Mischkammer Flüssig­ keit, typischerweise Wasser, zuzuführen.

Im Betrieb wird zur Erzeugung einer lufthaltigen zementartigen Ver­ bindung eine Mischung aus Zement und Schäumungsmittel in den Zuführ­ trichter d für den Schneckenförderer e eingeführt. Die Mixtur umfaßt eine Mischung von hydraulischem 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 Thixotropie und/oder eine schnelle Beschleunigung der Abbindzeit. Die Mischung kann weiter­ hin pulverisierte Brennstoffasche, Hochofenschlacke, Kalziumoxid oder Kalziumhydroxid, SiO₂ oder Kalziumkarbonat enthalten. Bei einer typischen Anlage, bei der die erzeugte lufthaltige zementartige Verbindung dazu benutzt wird, Hohlräume oder Leerräume in Tiefbau­ gruben teilweise oder ganz zu füllen, kann die Mixtur einen schnell­ abbindenden Zement enthalten, wie er beispielsweise in der GB-PS 20 33 367 der Anmelderin beschrieben und beansprucht ist, in der ein schnellabbindender Zement offenbart ist, der Portlandzement umfaßt und relativ zum Gewicht des Portlandzements 10 bis 70% einer Mi­ schung aus Kalziumaluminat-Material und Kalziumsulfat-Material, ein Vierzigstel bis 15 Gewichtsprozent zumindest eines anorganischen Salzes bzw. Metallsalzes und ein Fünfzigstel bis 3 Gewichtsprozent einer Karbonsäure und/oder einer Hydroxykarbonsäure der eines Salzes eines oder mehrerer der vorgenannten Säuren. Es kann auch auf die schnellabbindenden Zementverbindungen verwiesen werden, die in der veröffentlichten GB-Anmeldung 21 23 808 A beschrieben sind.

Bei einer typischen Anlage umfaßt das Schäumungsmittel einen puder­ förmigen Schaumerzeuger, welcher in der Lage ist, stabile Luftblasen in einer hydraulischen Zement-/Wasser-Umgebung zu bilden. Das Schäu­ mungsmittel kann beispielsweise eine Mischung aus hydrolysierten oder unhydrolysierten Proteinen, die vorzugsweise hinsichtlich ihrer synergistischen Charakteristika ausgewählt sind, umfassen. Geeignete Dosierungsmengen für das Schäu­ mungsmittel können experimentell bestimmt werden, liegen jedoch vor­ zugsweise um 0,1 bis 5%, zweckmäßigerweise um 1% des Gewichts des Zements.

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 p 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 zementartige Verbindung typischerweise in Leerräume oder Hohlräume hineingepumpt, welche hierdurch durch die schnell abbindende Verbindung gefüllt oder teil­ weise 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 Hochgeschwin­ digkeits-Betriebsweise füllen oder kleinere Leerräume oder Hohlräume in einer Niedriggeschwindigkeits-Betriebsweise füllen, die um Strec­ ken-Deckenstreben herum existieren. Auch eignet sich die Pudermi­ schung, 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 Vorrich­ tung 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 bei­ spielsweise Holz oder gebrochenem Gestein oder mit den weiter oben diskutierten schäumenden Zementmörteln mit relativ hohem spezifi­ schen Gewicht vermeidet.

Bei bevorzugten Ausführungsformen erzeugt die vorliegende Erfindung einen homogenen lufthaltigen Zementmörtel, welcher thixotrop ist, bis er in ungefähr 5 Minuten abbindet. Er ist daher geeignet, in obenliegende Hohlräume gepumpt zu werden. Das spezifische Gewicht des lufthaltigen Mörtels kann zwischen 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 Kubik­ meter 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 er­ fordert.

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 Bauingenieur­ wesen, 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 Rich­ tung zur Pumpe hin zwingt.

Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung werden der Zement und das Aufschäummittel in die Mischkammer mittels separater Zuführein­ richtungen eingeführt.

Bei einigen Ausführungsformen wird das Aufschäummittel der Mischkam­ mer mit der Flüssigkeit zugeführt.

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und Zeichnungen her­ vorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich kon­ struktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Claims (9)

1. Verfahren zum Erzeugen einer lufthaltigen Zement­ mörtelmischung aus Zement, Aufschäummittel, wie hydrolysierten und nicht-hydrolysierten Proteinen, flüssigen Bestandteilen und ggf. weiteren Zusatzstoffen, wobei die Bestandteile in einer Mischkammer, welche gegenüber der Atmosphäre offen ist, gemischt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die benetzte oder nasse Mischung zu einem Benutzungspunkt mittels einer Pumpe, deren Pumpleistung größer ist als die Zuführgeschwindigkeit der Bestandteile in die Misch­ kammer, gepumpt wird, so daß Luft in die Mischkammer und in die benetzte Mischung gezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zement Portlandzement, Tonerdezement, Gipszement oder eine Mischung von zweien oder mehreren hiervon verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Zusätze pulverisierte Brennstoffasche, Hochofenschlacke, Calciumoxid, Calciumhydroxid, Calcium­ carbonat und/oder Siliciumdioxid der Mischung zugeführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zement und das Schäumungsmittel gemeinsam als vorher erzeugte Mischung der Mischkammer zugeführt werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• - eine mit der Mischkammer verbundene Zuführeinrichtung für die Bestandteile,
• - eine Mischkammer, welche zur Atmosphäre offen ist,
• - eine mit der Mischkammer über einen Antriebsförderer verbundene Pumpe, welche eine Nennleistung aufweist, die größer ist als die Zuführgeschwindigkeit der Bestand­ teile in die Mischkammer.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine variierbare Zuführgeschwindigkeit zumindest eines Teiles der Zuführeinrichtung.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, 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.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsförderer ein Schneckenförderer ist, der so angeordnet ist, daß er die gemischten Bestandteile zur Pumpe hin fördert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung, die Einrichtung zum Mischen der Bestandteile in der Mischkammer und die Pumpe von einem gemeinsamen Antriebsmotor angetrieben sind.