DE3600547A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen und foerdern eines baustoffes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen und Fördern eines Baustoffes, wobei dieser zunächst als Trocken­ produkt gefördert und der fertige, mit Wasser angemachte Baustoff anschließend über eine Düse ausgetragen wird sowie eine entsprechende Vorrichtung.

Unter dem Begriff "Baustoff" wird im Rahmen der Erfindung sowohl das anorganisches (vorzugsweise hydraulische) Bindemittel (insbesondere Zement, Kalk, Gips), als auch dessen Kombination mit einem Zuschlag (zum Beispiel Sand, Fasern) verstanden, und zwar sowohl das Trockenprodukt, als auch die mit Wasser angemachte Bindemittelmischung.

Die Begriffe "Bindemittel" und "Zuschlag" umfassen auch Gemische aus verschiedenen derartigen Stoffen.

Soweit von einem "Trockenprodukt" gesprochen wird, wird hierunter ein Produkt mit einem Wassergehalt kleiner dem für die chemische (hydraulische) Bindung notwendigen Wasser­ gehalt verstanden, insbesondere ein Produkt mit einem Wasseranteil von weniger als zehn, vorzugsweise weniger als sechs Gewichtsprozent.

Im Bereich der Spritzbeton-Technologie sind verschiedene Herstellungsverfahren bekannt, die im wesentlichen in Trockenspritz- und Naßspritzverfahren unterteilt werden können. Die beiden Verfahren weisen grundsätzliche Unter­ schiede auf.

Beim Trockenspritzen steht als Ausgangsprodukt eine Trocken­ mischung aus Bindemittel und Zuschlag zur Verfügung. Der Feuchtigkeitsgehalt derartiger Trockenprodukte liegt bei etwa 6 Gewichtsprozent, wobei der größte Anteil durch den Zuschlag eingebracht wird.

Die Förderung des trockenen Materials oder Materialgemisches erfolgt pneumatisch im sogenannten Dünnstrom, zum Beispiel durch eine Flugförderung in einer Transportleitung. Der Materialtransport wird beispielsweise über eine mit einem Rotor, Zellenrad oder Taschenrad ausgebildete Spritzmaschine erreicht, wie sie aus der DE-PS 31 35 657 bekannt ist.

Erst an der endseitigen Düse der Transportleitung wird Wasser zugegeben, und zwar in der Regel bis zu einem Wasser/ Zement-Wert von 0,45 bis 0,55. Durch die Wasserzugabe kurz vor dem Materialaustrag ist der Wasser/Zement-Wert nur schwer einstellbar und unterliegt in erheblichem Maße dem Einfluß des sogenannten Düsenführers.

Aus "Glückauf" 121 (1985) 34, 38 ist bekannt, daß Erstar­ rungsbeschleuniger und Kleber als Zusatzmittel beim Trocken­ spritzen eingesetzt werden. Eine Zugabe erfolgt entweder pulverförmig in das Trockengemisch oder das Zusatzmittel wird im Anmachwasser, das der Düse zugeführt wird, gelöst.

Abgesehen davon, daß eine Dosierung auch insoweit äußerst schwierig ist, müssen Festigkeitseinbußen in Kauf genommen werden.

Im Gegensatz zum Trockenspritzen wird bei einem Naßspritz­ verfahren eine fertige Suspension (also ein Materialgemisch mit einem sehr viel höheren Wasseranteil als beim Trocken­ spritzen) der Spritzmaschine zugeführt. Die Förderung zur Spritzdüse erfolgt dabei im wesentlichen im Dicht­ strom, das heißt durch eine Schubförderung.

Bei der üblichen Dichtstromförderung werden konventionelle Pumpen eingesetzt, beispielsweise Kolben- oder Schnecken­ pumpen. Die Einstellung der Konsistenz (die Pumpbarkeit) des zu fördernden Materials stellt dabei das größte Problem dar. In der Regel wird die Pumpbarkeit durch hohe Wasser/ Zement-Werte erreicht. Es ist auch bekannt, die Förderbar­ keit durch Zusatz eines Betonverflüssigers zu verbessern.

Dadurch ist aber gleichzeitig eine deutliche Erhöhung der Rückprallverluste bedingt, worunter man den Prozentsatz an ausgetragenem Baustoff versteht, der an der mit dem Baustoff (Beton) zu belegenden Fläche nicht haftet und herunterfällt.

So gibt Feistkorn in "Glückauf" (a.a.O., 35) bei Suspen­ sionen mit einem Wasser/ Zement-Wert von 0,44 bis 0,60 einen Rückprall von lediglich 5 bis 10 Prozent an, der bei Reduzierung des Wasser/Zement- Wertes auf 0,38 bis 0,44, bei gleichzeitiger Zugabe eines Betonverflüssigers, auf 25 bis 40 Prozent steigt.

Verzichtet man auf den Zusatz eines Betonverflüssigers, so muß man aufgrund des überstöchiometrischen Wasseranteils negative Einflüsse auf die Abbinde- und Festigkeitsent­ wicklung des verspritzten Materials in Kauf nehmen.

Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen und Fördern eines Baustoffes anzubieten, das einerseits eine leichte und reproduzierbare Förderung, vorzugsweise in einer Schlauch- oder Rohrleitung erlaubt (ähnlich der Förderung eines Naßgemisches mit hohem Wasseranteil (und deren günstige Rückprallwerte erreicht), andererseits aber auch günstige Abbindeeigen­ schaften und Festigkeitsentwicklung zeigt (ähnlich denen bei trockenverspritzten Materialien).

Die Erfindung steht unter der Erkenntnis, daß anorganische Baustoffe, insbesondere solche auf der Basis hydraulischer Bindemittel, auch mit einem geringen Wasser/Bindemittel- Faktor in dem für Trockengemische üblichen Dünnstromver­ fahren zum Spritzaustrag gefördert werden können, ohne auf die Vorteile der Naßspritztechnik verzichten zu müssen.

Dazu schlägt die Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art vor, bei dem im Abstand vor der Düse, entlang der Förderstrecke für das Trockenprodukt, diesem Wasser zugegeben und das Wasser-Feststoff-Gemisch anschIie­ ßend über die restliche Förderstrecke im Dünnstrom zur Düse geführt und ausgebracht wird.

Im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten Dünnstromförderung (pneumatischen Förderung) von Trocken­ gemischen wird hier also das Wasser nicht erst an der Spritzdüse zugegeben, sondern im Abstand vorher. Es wird damit eine Teil-Förderstrecke ausgebildet, in der das Wasser-Feststoff-Gemisch gemeinsam gefördert und dabei automatisch homogenisiert wird, was die Gleichmäßigkeit der geförderten Paste deutlich verbessert.

Die Homogenisierung wird grundsätzlich schon allein aufgrund der Tatsache der gemeinsamen Förderung von Wasser und Feststoff (Bindemittel plus gegebenenfalls Zuschlag) bewirkt. Sie kann optimiert werden durch eine besondere Führung der Förderleitung (zum Beispiel wellenförmig), oder aber - wie es eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vorsieht - indem die Wasser-Feststoff-Mischung zumindest über einen Teilabschnitt der Förderstrecke einer zusätzlichen mechanischen Zwangsmischung unterworfen wird.

Diese kann nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung durch in die Förderstrecke ragende und/oder dort eingebaute Vorsprünge, Schikanen, Räder, Rotoren oder dergleichen erreicht werden, aber zum Beispiel auch durch Vibratoren, die außen an der Förderleitung angeord­ net sind. Dabei sind Einbauten vorzugsweise so anzuordnen, daß eine ungestörte Materialförderung erreicht wird und Verstopfungen zuverlässig vermieden werden.

Um eine noch bessere Dosierbarkeit und weitere Steigerung des Homogenisierungseffektes zwischen Wasser und Feststoff zu erreichen, sieht eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung vor an mehreren im Abstand zueinander angeordneten Stellen entlang der Förderstrecke Teilwasser­ mengen zuzugeben. Der Gesamtwasserbedarf wird also in mehreren Teilen an unterschiedlichen Stellen in die Förder­ leitung eingeleitet, was eine zusätzliche Steuerungsmög­ lichkeit für die einzustellende Konsistenz erlaubt.

Insbesondere bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen und Fördern von Spritzbeton ist es vorteilhaft, im Abstand zur Düse, entlang der Förder­ strecke, dem Trockenprodukt beziehungsweise -gemisch min­ destens ein Zusatzmittel, insbesondere einen Verflüssiger, zuzusetzen. Auf diese Weise kann bei weiterhin sehr geringem Wasser-Bindemittel(Zement)-Wert (vorzugsweise 0,25 bis 0,38 im Düsenbereich) eine Viskositätserniedrigung erzielt werden, die sowohl der Förderung des Materialstromes, als auch seiner Homogenisierung nützlich ist.

Beton-Zusatzmittel, insbesondere Beton-Verflüssiger unter­ schiedlichster chemischer Zusammensetzung sind bekannt. Beispielhaft seien Melaminharze (zum Beispiel Melamin- Formaldehyd-Polykondensat), Lignosulfonate (Kalziumligno­ sulfonat) und oberflächenaktive Stoffe (Tenside) genannt.

Im Rahmen der Erfindung dienen die Verflüssiger nicht dazu, die Förderfähigkeit zu verbessern, sondern zur Ver­ besserung des Spritzvorgangs beziehungsweise der Material­ qualität (Rückpralleigenschaft, Festigkeitsentwicklung).

Es können erfindungsgemäß sowohl ein als auch mehrere Zusatzmittel Verwendung finden. Die Zugabe kann grund­ sätzlich auch durch Beimischung in den Trockenbaustoff erfolgen, wenngleich die Wirkungsweise durch Zugabe entlang der Förderstrecke höher ist. Das oder die Zusatzmittel können an einer Stelle oder unterschiedlichen Stellen in den Materialstrom eingegeben werden; ebenso sieht die Erfindung die gemeinsame Zugabe von Wasser und Zusatz­ mittel vor, wobei letzteres dann vorzugsweise im Anmachwasser bereits vollständig gelöst ist.

Die vorstehend genannten erfindungsgemäßen Merkmale ermög­ lichen eine individuelle Einstellung der Konsistenz des zu fördernden Gutes.

Der Förderweg von der eigentlichen Spritzvorrichtung (Einschleusvorrichtung) zur Düse kann in folgende Teil­ strecken unterteilt werden, wobei von einer durchgehenden Dünnstromförderung ausgegangen wird.

Nach einer zunächst reinen Luftströmung wird dann (wie aus der Trockenspritztechnik bekannt) ein Luft-Feststoff- Gemisch durch die Förderleitung transportiert. Erst in der letzten Teilstrecke wird, sobald das Wasser zugegeben ist, eine Luft-Wasser-Feststoff-Mischung bis zur Düse geführt und dort ausgebracht.

An Spritzbeton werden heute hohe und gleichmäßige Qualitäts­ anforderungen gestellt. Dies gilt insbesondere für Spritz­ betone im Tunnelbau sowie für solche, die unter Tage einge­ setzt werden, und die zum Beispiel in Schichten von mehreren Zentimetern Dicke auf den Gesteinsmantel von Strecken aufgespritzt werden, um die Tragfähigkeit des umgebenen Gebirges zu erhöhen. Ebenso finden Spritzbetone auch An­ wendung zur Abdichtung von Brand- und Wetterdämmen oder zur Glättung von Wänden mit dem Ziel der Herabsetzung von Wetterwiderständen sowie allgemein für Verbauarbeiten. Gerade in bezug auf eine Vergleichmäßigung des geförderten und ausgebrachten Baustoffes bietet die Erfindung große Vorteile. In bezug auf Konsistenz und/oder Wasser/Feststoff- Wert kann das erfindungsgemäße Verfahren dadurch optimiert werden, daß die Konsistenz und/oder der Wassergehalt des Trockenproduktes (der Einzelkomponenten oder des Gemisches) vor der Restwasserzugabe gemessen wird. Die Restwassermenge und/oder Menge des zugegebenen Zusatzmittels kann durch Vergleich der gemessenen Werte mit der gewünschten Kon­ sistenz (dem gewünschten Wasser/Feststoff-Wert) des ausge­ tragenen Gemisches verglichen und über entsprechende Eich­ kurven zum Beispiel geregelt und/oder gesteuert werden. Vorzugsweise geschieht dies mittels elektronischer Prozeß­ steuerung.

Die Qualität des Spritzbetons wird dabei auch durch die Energie des Spritzstrahles und seine Verdichtung, die von der Auftreffgeschwindigkeit und der Körnung des Binde­ mittels beziehungsweise Zuschlages abhängt, beieinflußt.

Die Erfindung ermöglicht es, die sich in dieser Hinsicht aus der Dünnstromförderung ergebenen Vorteile uneinge­ schränkt zu nutzen. Dabei wird zusätzlich der Vorteil eines verminderten Rückpralls erzielt und Werte erreicht, die denen der Naßspritzverfahren im Dichtstrom nahekommen.

Umgekehrt können aber aufgrund des relativ geringen Wasser­ gehaltes die Vorteile der Trockenspritztechnik ebenso genutzt werden. In diesem Zusammenhang sind in erster Linie günstige Festigkeitswerte aufgrund eines dichten Gefüges und geringen Porenanteils zu nennen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß weitestgehend auf konventionelle Spritzmaschinen zum Trocken­ spritzen zurückgegriffen werden kann, an die lediglich eine Förderleitung der vorstehend beschriebenen Art mit einer oder mehreren Zuleitungen für Wasser und gegebenen­ falls Zusatzmittel angeschlossen wird (werden).

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen ohne weiteres die Förderung kleiner und großer Baustoffmengen, das heißt, es können sowohl Reparaturarbeiten als auch großflächige Ausspritzungen, wie sie zum Beispiel im Tunnelbau vor­ kommen, durchgeführt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt in schema­ tischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

Es steht eine Spritzmaschine 10 zum kontinuierlichen För­ dern und Spritzen einer Trockenbeton-Mischung zur Ver­ fügung, wie sie beispielsweise aus der DE-PS 31 35 657 bekannt ist. In einen Ausgangsstutzen 12 mündet eine (nicht dargestellte) Druckluftleitung ein, die Druckluft in Pfeil­ richtung A zuführt. Ein Luft-Feststoff-Gemisch wird dann aus dem Ausgangsstutzen 12 in die Förderleitung 14 eingedüst.

Hinter dem Ausgangsstutzen 12 der Spritzmaschine 10 (in Pfeilrichtung A gesehen), aber vor einer am freien Ende der Förderleitung 14 angeordneten Spritzdüse 16 mündet eine Wasserleitung 18 in die Förderleitung 14 ein. Die eingeleitete Wassermenge ist durch ein Ventil 20 steuerbar.

Vor dem Ventil 20 (in Fließrichtung des Wassers gesehen) mündet eine Leitung 22 in die Wasserleitung 18 ein, über die ein Verflüssiger (hier: ein Kalziumlignosulfonat) dem Anmachwasser zugegeben werden kann. Die Menge des Betonverflüssigers ist über ein entlang der Leitung 22 angeordnetes Ventil 24 steuerbar.

Zwischen der Stelle, an der die Wasserleitung 18 in die Förderleitung 14 einmündet und dem Austragsende 26 der Spritzdüse 16 wird ein Luft-Wasser-Feststoff-Gemisch im Dünnstrom gefördert, das heißt, es erfolgt eine pneumatische Förderung der Betonsuspension.

Über zwei, im Abstand zueinander entlang der Förderleitung 14 in den Förderweg ragende ringförmige Vorsprünge 28 a, b wird eine Zwangsumlenkung und damit Zwangsmischung der Betonpaste erreicht.

Im Ausführungsbeispiel ist ein Wasser/Zement-Wert von 0,27 eingestellt, bei einem Gehalt von 0,15 Gew.-% des Betonverflüssigers, bezogen auf den Zementanteil in der Paste. Daraus ergibt sich eine K1-Konsistenz.

Die Darstellung des Zugabebereiches zeigt, wo Wasser und/ oder Zusatzmittel erfindungsgemäß beigemischt werden. Der bevorzugte Bereich liegt in der ersten Hälfte der Förderleitung 14 (in Transportrichtung A gesehen). Es kann dann eine längere Mischstrecke zur Verfügung gestellt werden.

Die Paste (der Spritzbeton) kann mit hoher Austragsge­ schwindigkeit aus der Düse 16 verspritzt werden, in der Zeichnung ist der Teilabschnitt einer untertägigen Strecken­ wand 30 dargestellt. Der Rückprall liegt bei circa 20 Pro­ zent. Aufgrund des geringen Wasseranteils wird ein dichtes Gefüge bei gleichzeitig erhöhter Festigkeit gegenüber Verspritzen mit konventioneller Trockenspritztechnik er­ reicht.

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene vorteilhafte Ausbildungsformen möglich, die unter anderem durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben sind.

So kann zum Beispiel die Einleitung der Zuführleitungen 18 und/oder 22 in die Förderleitung 14 nicht nur T-förmig gestaltet sein. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Zuführleitungen 18 und/oder 22 in einen Ringkanal einmünden, der in den Förderweg des Materialstromes gerichtete Durchgangsöffnungen aufweist, über die das Wasser und/oder das Zusatzmittel dann dem Materialstrom aufgegeben wird. Hierdurch wird eine beson­ ders gleichmäßige Zuführung erreicht.

Weiterhin ist es auch möglich, an der Außenwand der Zuführ­ leitung 14 und/oder Düse 16 einen Zwangsagitator, wie einen Vibrator oder dergleichen anzubringen, um eine mechanische Beaufschlagung des darin geführten Material­ stromes und damit dessen Vermischung zu erreichen be­ ziehungsweise optimieren.

Durch eine regelbare Wasser/Zusatzmittelzugabe kann das erfindungsgemäße Verfahren weiter optimiert werden. Die Eigenfeuchte insbesondere des Zuschlags, die einen wesent­ lichen Einfluß insoweit bedingt, kann dann zum Beispiel kontinuierlich gemessen und die dabei ermittelten Werte können einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage zuge­ führt werden, die wiederum die Ist-Werte mit den einpro­ grammierten Soll-Werten vergleicht und über einen Rechner die notwendige Wasser/Zusatzmittelmenge bestimmt, die der Transportleitung dann über die Zuführorgane zugegeben werden, um ein gleichbleibendes Endprodukt am Düsenaustritt zu erhalten.

Claims (19)

1. Verfahren zum Herstellen und Fördern eines Baustoffes, wobei dieser zunächst als Trockenprodukt gefördert und der fertige, mit Wasser angemachte Baustoff an­ schließend über eine Düse ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand vor der Düse, entlang der Förderstrecke für das Trockenprodukt, diesem Wasser zugegeben und das so gebildete Wasser-Feststoff-Gemisch (Paste) an­ schließend über die restliche Förderstrecke mittels Dünnstromfördertechnik zur Düse geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an mehreren im Abstand zueinander angeordneten Stellen entlang der Förderstrecke Teilwassermengen zugegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand zur Düse, entlang der Förderstrecke, dem Trockenprodukt beziehungsweise -gemisch und/oder der mit Wasser angemachten Paste mindestens ein Zusatz­ mittel, insbesondere ein verflüssigend wirkendes Zusatz­ mittel zugegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an mehreren, im Abstand zueinander angeordneten Stellen entlang der Förderstrecke, Teilmengen des Zusatz­ mittels zugegeben werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmittel zusammen mit dem Wasser, vorzugs­ weise in diesem gelöst, zugegeben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Paste entlang der Förderstrecke zwischen der Stelle der Wasserzugabe und der Düse zumindest entlang eines Teilabschnittes einer mechanischen Zwangsmischung unterworfen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Her­ stellen und Fördern von Spritzbeton.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zement oder Trockenbeton Wasser in einer solchen Menge zugegeben wird, daß sich ein Wasser/Zement-Wert von 0,25 bis 0,35 vor Erreichen der Düse einstellt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wasser/Zement-Wert von 0,25 bis 0,30 einge­ stellt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß soviel Betonverflüssiger zugegeben wird, daß sich eine einem Wasser/Zement-Wert von 0,45 bis 0,60 ent­ sprechende Konsistenz einstellt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß soviel Wasser und/oder Zusatzmittel zugegeben wird, bis sich eine Konsistenz von K1 bis K2 einstellt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasser- und Zusatzmittelmenge so eingestellt wird, daß sich ein Rückprall von weniger als 30 Prozent, vorzugsweise weniger als 20 Prozent einstellt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt und/oder die Konsistenz des Trockenproduktes (Einzelkomponenten oder Gemisch) bestimmt und in Abhängigkeit von dem gemessenen Wert (den gemessenen Werten) die Menge des zugegebenen Was­ sers und/oder eines Zusatzmittels zum Erreichen einer vorgegebenen Konsistenz/eines vorgegebenen Wasser/Fest­ stoff-Wertes eingestellt wird.

14. Vorrichtung zum Herstellen und Fördern eines Baustoffes, wobei dieser zunächst als Trockenprodukt über eine bestimmte Strecke förderbar ist mit einer zur Dünn­ stromförderung geeigneten Spritzmaschine (10), gekennzeichnet durch eine sich an die Spritzmaschine (10) anschließende Förderleitung (14), auf der am freien Ende eine Spritz­ düse (16) aufsitzt und in die mit Abstand zur Düse (16) mindestens eine Zuführleitung (18) für Wasser einmündet.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch mehrere, im Abstand zueinander angeordnete Zuführlei­ tungen (18) für Wasser.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch mindestens eine Zuführleitung (22) für ein Zusatzmittel, wobei die Zuführleitung (22) in die Wasserleitung (18) und/oder unmittelbar in die Förderleitung (14) führt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Förderleitung (14) zumindest über Teil­ abschnitte zumindest ein Mittel zur mechanischen Zwangs­ mischung des darin geführten Materialstromes vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Mittel in die Förderleitung (14) ragende Vorsprünge (28 a, b), Schikanen, Räder, Rotoren oder dergleichen sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Mittel unmittelbar hinter der oder den Zuführleitungen (18, 22) angeordnet ist (sind).