DE3523143A1 - Vorrichtung zum pneumatischen ausbringen eines hydromechanisch im dichtstrom gefoerderten, erhaertenden baustoffes, insbesondere eines hydraulischen spritzbetons oder -moertels - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum pneumati­ schen Ausbringen eines hydromechanisch im Dichtstrom geförderten, erhärtenden Baustoffes, insbesondere eines hydraulischen Spritzbetons oder -mörtels gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgebrach­ ten, erhärtenden Baustoffe dienen allgemein gesehen zur Verkleidung oder zur Bildung von Teilen eines Bauwerkes. Daher ist die Erfindung außer auf Spritz­ beton bzw.-mörtel auch auf andere hydromechanisch geförderte Baustoffe abweichender Zusammensetzung anwendbar. Dazu gehören u.a. die spritzbaren Putze. Hydraulische Baustoffe werden auch unter Tage, d.h. im Berg- und Tunnelbau eingesetzt. Häufig handelt es sich hierbei um körnige bis pulverförmige Substan­ zen mit unterschiedlichem Wasser-Feststoff-Faktor. Beim Verspritzen werden diese Substrate häufig mit Zuschlägen u.a. aus Kunststoff oder Fasermischungen verarbeitet. Die Erfindung ist u.a. auf Spritzbetone bzw. Spritzmörtel aus diesen Baustoffen anwendbar, die ihrerseits in mehreren Zentimetern Dicke auf den Gesteinsmantel von Grubenbauen, darunter vor allem von Strecken unter Aussparung der Sohle möglichst frühzeitig nach dem Hereingewinnen, beispielsweise Sprengen des Ausbruches aufgetragen werden, um die Eigentragfähigkeit des umgebenden Gebirges zu erhöhen. Neben dieser Ausbruchssicherung beim Auffahren von Räumen im Berg- und Tunnelbau dient die erfindungs­ gemäße Vorrichtung auch bei Brand- und Wetterdämmen zum Abdichten sowie bei Wänden zum Glätten mit dem Ziel der Herabsetzung von Wetterwiderständen, sowie allge­ mein für Verbauarbeiten. Mit dem Ziel der Frühfestig­ keit wird dem Baustoff flüssiger Beschleuniger bei­ gemischt, um diesen zur Erhärtung anzuregen und da­ durch in möglichst kurzer Zeit eine optimale Trag­ fähigkeit zu gewährleisten, die u.a. im Untertage­ betrieb die Konvergenz der Gebirgsschichten gering hält. Bei den Beschleunigern handelt es sich häufig um Wasserglas, das je nach Dosierung zu einer mehr oder weniger großen Beschleunigung des Erhärtens führt.

Die hydromechanische Förderung des nassen Baustoffes, insbesondere in Form eines Mörtels oder Betons hat gegenüber der auch bekannten Trockenförderung, bei der man dem Baustoff am Ende der Leitung das notwendige Anmachwasser und den Beschleuniger zusetzt, den Vorteil einer gleichmäßigen Zusammensetzung der aufgetragenen Schichten gemäß einer vorgegebenen Rezeptur, welche die im Gefolge von ungleichmäßigen Zusammensetzungen des Baustoffes und unkontrollierter Wasserzugabe auftretenden Festigkeitsschwankungen in den aufgetra­ genen Schichten vermeidet. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Baustoff mit Hilfe des vorzugs­ weise mit einer Düse versehenen Mundstückes einer z.B. mit einer Pumpe beaufschlagten Förderrohr- bzw. -schlauchleitung ausgetragen und auch die zu beschich­ tende Fläche gespritzt, welche durch Dirigieren des flexiblen Förderleitungsabschnittes mit einem Auftrag oder einer Hinterfüllung versehen wird. Dieses Dirigieren erfolgt in aller Regel von Hand durch einen Arbeiter.

Hierbei wird der Baustoff mit Hilfe der häufig über Düsen zugesetzten Druckluft beschleunigt und in Suspension gebracht. Der Zusatz des Beschleunigers muß einerseits so erfolgen, daß das Erhärten des Baustoffes erst beginnt, wenn der Baustoff ausge­ tragen worden ist und die betreffende Bauwerks­ fläche erreicht hat. Deshalb ist es günstig, den Beschleuniger möglichst an dem Ausblasende der Vor­ richtung dem Baustoff zuzusetzen. Das führt jedoch leicht dazu, daß der Beschleuniger sich nicht völlig und nicht homogen mit dem Baustoff vermischt, wodurch die auf der betreffenden Fläche durch das Dirigieren des flexiblen Förderleitungsabschnittes geschaffenen Schicht inhomogen ausfallen und deshalb die Früh­ festigkeit nicht überall erreicht wird. Auch muß darauf geachtet werden, daß möglichst wenig Beschleu­ nigerflüssigkeit mit der Förderluft weitergetragen wird, weil sie sonst in der Atmosphäre zu unerwünsch­ ten Schadstoffkonzentrationen führt.

Daraus, aber auch aus anderen Ursachen können sich Rückprallverluste einstellen, worunter man den Prozentsatz an ausgetragenem Baustoff versteht, der nicht haftet und herunterfällt. Zwar werden die bei trockenen Verfahren im Untertagebetrieb festgestell­ ten Größenordnungen von 30% bis 40 & von den nassen Verfahren nicht erreicht, auf die sich die Erfindung bezieht, jedoch hat auch deren Quote unterschiedli­ che Ursachen. Sie hängt u.a. von dem Haftvermögen des Baustoffes, dem Auftreffwinkel des aus der Aus­ blasöffnung austretenden Baustoffstrahles und ähnli­ chen Parametern ab. Insbesondere aber stellen die systembedingten Veränderungen der Tragfähigkeit des Untergrundes, auf den der Baustoff beim Spritzen auftrifft, eine der wesentlichen Ursachen des Rück­ pralls dar. Denn unabhängig von der Härte des Stoßes, z.B. einer Gebirgsoberfläche, verändert sich der Widerstand des Untergrundes im Zuge des Aufbaus der Spritzschicht und wird in der Regel umso geringer, je mehr der Auftrag wächst. Die Frühfestigkeit des Baustoffes spielt daher in diesem Zusammehang ebenso wie die jeweils ausgetragene Baustoffmenge eine Rolle. Durch sorgfältiges Dirigieren des Ausblasendes der Vorrichtung lassen sich die Rückprallverluste vor allem an überhängenden Partien weitgehend einschrän­ ken.

Die Erfindung geht von einer vorbekannten Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art aus (DE 33 36 963 A1). Hierbei dient der unmittelbar an das Mundstückrohr, mit dem der Dichtstrom des Baustoffes in den Druckluft­ strom eingebracht wird, anschließende Endabschnitt der Förderschlauchleitung, die den hydromechanisch geför­ derten Dichtstrom des Baustoffes heranführt, zusammen mit dem Mundstück als flexibler Dirigierleitungsab­ schnitt. Das dem tragenden Ende des als Düse ausgebil­ deten Förderrohres des Mundstückes gegenüberliegende Ende dieses Förderrohres weist außer der Mündung der Druckluftleitung auch die Mündung der Zuleitung des Beschleunigers auf. Die Düse besteht in der Regel aus einem Kunststoffrohr, das auf dem Förderrohr befestigt ist und sich in Richtung auf das freie Ende verjüngt.

Das Mundstück ist wegen seiner beschriebenen zahlrei­ chen Bauteile und wegen des Gewichtes der gefüllten Leitungen schwer und kann deshalb nur mit erheblicher Kraftanstrengung von dem Arbeiter aufgenommen werden, der damit den Baustoffstrom dirigiert. Außer dieser nach unten ziehenden Belastung muß der ARbeiter auch noch die Reaktionskräfte tragen, welche sich aus der Beschleunigung ergeben, die der austretende Förder­ luftstrom und der Baustoff an dem Mundstück hervor­ rufen und andererseits eine Folge des hohen, meistens von einer Pumpe aufgebrachten Druckes in der Förderrohr- bzw. -schlauchleitung sind; auf der letztgenannten Bedingung beruht auch die hinderliche Wirkung, daß die an das Mundstück angeschlossene Förderschlauchleitung des Dichtstromes vollkommen steif wird. Die Folge der mit den beschriebenen Erscheinungen verbundenen Kraft­ anstrengung ist ein unzureichendes Dirigieren des Bau­ stoffstromes und damit eine befriedigende Qualität der durch das Aufspritzen auf die betreffenden Flächen des Bauwerkes erzeugten Schichtenfolge. Hinzu kommt eine potentielle Unfallgefährdung, die besonders hoch anzu­ setzen ist, wenn der Arbeiter den Baustoffstrom von einer unsicheren oder begrenzt belastbaren Standfläche aus, z.B. auf einer Bühne oder einem Mastkorb stehend dirigie­ ren muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vor­ richtung der als bekannt vorausgesetzten Art das Dirigie­ ren des austretenden Baustoffstromes auf einfache Weise zu erleichtern, nämlich insbesondere so, daß dafür keine zusätzlichen maschinellen Hilfsmittel eingesetzt zu werden brauchen.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruches 1. Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfin­ dung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung wird der gesamte, mit dem Gewicht des Dichtstromes belastete Förderleitungsabschnitt und das anschließende Mundstück z.B. auf den Boden oder der Sohle des Bauwerkes abgelegt. Das Dirigieren erfolgt mit einem an das Mundstück angeschlossenen flexiblen Leitungsabschnitt, beispielsweise einem Schlauch, der an sich schon leichter als der abgelegte Teil ist, aber noch wesentlich weniger Gewicht aufbringt, weil in diesem Abschnitt der Dichtstrom bereits in die Suspension des Baustoffes im Förderluftstrom überführt und daher die Konzentration der schweren Baustoffteile erheblich geringer als im Dichtstrom ist. Infolgedessen braucht der Arbeiter nur noch ein stark reduziertes Gewicht auf­ zunehmen und hat abgesehen von den an der Ausblasöffnung auftretenden und den geringen, an der Mündung der Leitung des Härters entstehenden Reaktionskräften keine weiteren Reaktionskräfte zu tragen. Die Erfindung vermeidet anderer­ seits die eingangs beschriebenen Schwierigkeiten bei nicht ordnungsgemäßer Wahl des Ortes, an dem der Härter zugesetzt wird, indem sie vorsieht, die Beschleuniger­ zuleitung an das freie Ende des Dirigierschlauchabschnit­ tes anzuschließen und unmittelbar vor der Ausblasöffnung münden zu lassen.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie durch konsequente Nutzung der günstigen Belastungsverhältnisse eines Dirigierschlauches, welcher den in der Förderluft suspendierten Baustoff führt, das Führen des Blas­ strahles von allen Belastungen, welche die Folge der schweren Bestandteile in der Dichtstromleitung und des Gewichtes des Mundstückes sind, freimacht und außerdem die Behinderung des Dirigierens des ausblasenden Bau­ stoffstromes durch den steifen Zuführungsschlauch der Dichtstromförderung aufhebt, so daß im Ergebnis das Dirigieren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbe­ sondere durch einen Arbeiter von Hand wesentlich erleich­ tert ist und dadurch die Qualität der aufgetragenen Spritzschichten ebenso wie die Arbeitssicherheit ge­ steigert wird. Das geschieht erfindungsgemäß ohne maschinelle Hilfsmittel, also ohne die üblichen Moni­ toren. Wird im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung Wasserglas als Härter verwendet, so erfolgt dessen Zuführung praktisch drucklos. Handelt es sich um wässrige Lösungen anderer Beschleuniger, so werden diese ohne Schwierigkeiten mit hohem Druck am Ende des Dirigierschlauches eingedüst.

Vorzugsweise und mit den Merkmalen des Anspruches 2 ist es möglich, einerseits die Menge des am Dirigier­ schlauch zugesetzten Beschleunigers zu vermindern und dadurch das Dirigieren des ausblasenden Baustoff­ stromes weiter zu erleichtern, andererseits aber den Beschleuniger besser im Baustoff zu verteilen und dessen Erhärtung genauer zu steuern. Das ist eine Folge der Aufteilung des Beschleunigers auf zwei Massenströme, von denen der eine bereits an dem abge­ legten Mundstück zugesetzt wird.

Sofern man die Erfindung benutzt, indem man wie ange­ geben und im Anspruch 3 beschrieben das Mundstück mit jeweils wenigstens einem anschließenden Teilstück der Druckluft- und der Rohr- bzw. Schlauchförderleitung ablegt und dazu den Boden bzw. die Sohle des Bau­ werkes verwendet, entfallen in der Regel zusätzliche Maßnahmen. Wenn jedoch das Dirigieren des ausblasen­ den Baustoffstromes von der der eingangs beschrie­ benen unsicheren Standflächen aus erfolgen muß, kann es sich empfehlen, von den Merkmalen des Anspruches 4 Gebrauch zu machen. Hierbei werden nämlich die Reaktionskräfte und auch das Gewicht von Bauteilen einer Bühne bzw. eines Mastes aufgenommen, die diesen Belastungen gewachsen sind, so daß der Korb bzw. die Bühnenfläche selbst, die von dem Arbeiter betreten wird, nicht belastet zu werden braucht und daher mit ihrer begrenzten Belastbarkeit auch nicht die Anwend­ barkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmt.

Vorzugsweise setzt man die Erfindung außerdem mit den Merkmalen des Anspruches 5 in die Praxis um. Somit ist es nämlich möglich, den Zusatz des Beschleunigers in einem Abschnitt der Dirigierleitung vorzunehmen, der starrer als ein Schlauch ist und der es deshalb ermöglicht, die Beschleunigerflüssigkeit wie erforderlich und gewünscht mit einem hohen Druck von z.B. 30 bis 40 bar und damit gleichmäßiger in dem Strom, in dem der Baustoff suspendiert ist, zu verteilen.

Die Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt unter Fortlassung aller für das Verständnis der Erfindung nicht erfor­ derlichen Einzelheiten und im Längsschnitt sowie in teilweise abgebrochener Darstellung eine Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art.

Die allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung dient zum pneumatischen Ausbringen eines hydromechanisch im Dichtstrom durch eine Förderleitung 2 herangeführten Baustoffes, nämlich eines Spritzbetons. Der letzte Abschnitt dieser Förderleitung 2 wird von einem Schlauch 3 gebildet, in den ein Anschlußrohr 4 ein­ gebunden ist. Mit Hilfe einer Kupplung 5 ist das Anschlußrohr 4 an einen Rohrstutzen 6 angeschlossen, der im spitzen Winkel in ein Förderrohr 7 eines allgemein mit 8 bezeichneten Mundstückes führt. Das hintere Ende 9 des Förderrohres 7 trägt einen Düsen­ einsatz 10, dessen Düse 11 mit der Achse 12 des Förder­ rohres 7 ausgefluchtet ist. Der Düseneinsatz 10 bildet das Ende einer Zuleitung 12, welche einen ersten Be­ schleuniger zuführt.

Die Zuleitung 12 durchdringt ein S-förmig gebogenes Endrohr 13. Daran schließt sich ein Absperrhahn 14 an, welcher mit einer C-Kupplung 15 für einen nicht dar­ gestellten Schlauch versehen ist, durch den Druckluft über den geöffneten Hahn 14 durch den Düseneinsatz 10 in das Rohr 7 eingeführt werden kann.

Die Mündung des Rohrstutzens 6 ist mit 16 bezeichnet und liegt zwischen dem Ende 9 und dem gegenüberliegen­ den Ende 17 des Rohres 7. Das Ende 17 ist durch eine Überwurfmutter 18 mit dem Ende eines Dirigierschlau­ ches 19 zu verbinden. Die Überwurfmutter wirkt dabei auf ein Schutzrohr 20, das mit Hilfe mehrerer radial angeordneter Schrauben 21 auf dem Dirigierschlauch 19 befestigt ist.

Das freie Ende 22 des Dirigierschlauches 19 ist seiner­ seits mit einem Schutzrohr 23 und einer Überwurfmutter 24 versehen. Die Überwurfmutter dient zum Anschluß einer Rohrmuffe 25, auf deren Umfang mehrere jeweils um 45° versetzte Düsen 26 angebracht sind. Die Düsen werden über einen Nippel 27 und ein Winkelstück 28 aus einer Schlauchleitung 29 mit einem zweiten Beschleuni­ ger beaufschlagt.

An das freie Ende der Muffe 25 schließt sich ein kurzes Rohr 30 an, welches düsenförmig ausgebildet sein kann, d.h. sich in Richtung auf das freie aus­ blasende Ende 31 verjüngt ist.

Im Betrieb wird der gesamte bis zur Überwurfmutter 18 reichende Teil der beschriebenen Vorrichtung auf der Sohle oder auf den Boden eines Bauwerkes abgelegt oder z.B. an einem Mast befestigt, der eine Arbeitsbühne oder einen Korb trägt, auf dem ein Arbeiter steht. Der Arbeiter nimmt nur den vorderen Teil der Vorrichtung, nämlich das Rohr 30 auf, welches mit dem abgelegten oder befestigten Teil der Vorrichtung durch den Dirigier­ schlauch 19 verbunden ist. Er richtet die Ausblas­ öffnung 31 auf die mit dem Spritzbeton zu beaufschla­ gende Gebäudefläche und führt die Öffnung 31 gleich­ mäßig und nach Maßgabe der Ausbildung einer gewünschten Schichtdicke über diese Fläche.

Zum Betrieb der Vorrichtung werden die Förderleitung 2 aus einer Betonpumpe, die Druckluftzuleitung 13 durch Öffnen des Hahnes 14 aus einer stationären Druckluft­ leitung, die Zuleitung des ersten Beschleunigers durch Anschluß an einen Vorratstank und der Schlauch 29 durch Anschluß an einen zweiten Vorratstank für den zweiten Beschleuniger, sowie jeweils an eine Hochdruckpumpe in Betrieb genommen. Der hinter dem Einsatz 10 austretende Druckluftstrom wird über die Düse 11 zunächst mit dem ersten Beschleuniger beaufschlagt, wobei der flüssige Beschleuniger in feine Tropfen aufgebrochen wird, die sich im Druckluftstrom verteilen. An der Mündung 16 des Rohres 6 bricht der Druckluftstrom den Dichtstrom des Baustoffes auf, der durch die Leitung 2 herangeführt wird. Dadurch werden die Baustoff- und Wasserpartikel der hydromechanischen Förderung in dem Druckluftstrom suspendiert. Diese Suspension wird durch den Dirigier­ schlauch 19 in die Muffe 25 gefördert, die in radialer Richtung von außen nach innen in dem Förderstrom den eben­ falls flüssigen zweiten Beschleuniger unter hohem Druck verteilt. Dieser Beschleuniger führt zu einer schnellen Erhärtung des Baustoffs, der deshalb unmittelbar durch das Düsenrohr 30 und der Ausblasöffnung 31 ausgetragen wird.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum pneumatischen Ausbringen eines hydromechanisch im Dichtstrom geförderten, erhär­ tenden Baustoffes, insbesondere eines hydraulischen Spritzbetons oder -mörtels, welcher am Ende einer den vorzugsweise mit einer Pumpe geförderten Baustoff heranführenden Rohr- oder Schlauchförderleitung ein Mundstück aufweist, dessen Förderrohr ein vorzugs­ weise als Düse ausgebildetes, austragendes Ende, ein gegenüberliegendes, die Mündung einer Druck­ luftzuleitung aufweisendes Ende und ein zwischen beiden Enden mündendes Rohr besitzt, welches den Dichtstrom in den Druckluftstrom einbringt, wobei dem Baustoff durch mindestens eine Zuleitung zur Anregung seines Erhärtens Beschleuniger zugesetzt und der ausblasende Baustoffstrom mit einem flexiblen Förderleitungsabschnitt dirigiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (8) mit jeweils wenigstens einem anschließenden Teilstück (3) der Druckluft- und der Rohr- bzw. Schlauchförderleitung (2) abgelegt und an das austragende Ende (17) des Mundstückes (8) der Dirigierleitungsabschnitt (19) angeschlos­ sen ist, und daß an das freie Ende (22, 23) des Dirigierleitungsabschnittes (19) die Beschleuniger­ zuleitung (25 bis 29) angeschlossen ist, die un­ mittelbar vor der Ausblasöffnung (31) mündet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuleitung (12) eines zweiten Beschleunigers, welcher mit dem ersten im Dirigierleitungsabschnitt (19, 30) zugesetzten Beschleuniger zusammen das Erhärten des Baustoffes anregt, in das die Mündung der Druckluftzuleitung (13) aufweisende Förderrohrende (9) des Mundstückes (8) mündet.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (8) mit jeweils wenigstens einem anschließenden Teilstück (13, 14) der Druckluft- und der Rohr- bzw. Schlauchförderleitung (2),sowie der Zuleitung (12) des zweiten Beschleunigers auf dem Boden oder der Sohle des Bauwerkes abge­ legt sind, dessen Bauteile mit dem ausgebrachten Baustoff verkleidet oder gebildet werden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (8) mit jeweils einem anschlies­ senden Teilstück (13) der Druckluft- und der Rohr- bzw. Schlauchförderleitung (2), sowie der Zuleitung (12) des zweiten Beschleunigers auf der Unterkonstruktion einer Arbeitsbühne bzw. dem Mast eines Arbeitskorbes befestigt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dirigierleitung aus einem flexiblen Schlauch (19) und einem Rohr (30) besteht, welches die Ausblasöffnung (31) aufweist und an eine Muffe (25) angeschlossen ist, durch die radial der Beschleuniger zugeführt wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (12) für den zweiten Beschleu­ niger die Zuleitung (13) für die Druckluft durch­ dringt.