DE3630962A1 - Feststoffmasse fuer spritzbeton - Google Patents
Feststoffmasse fuer spritzbetonInfo
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Feststoffmasse
für Spritzbeton, die hydraulische Bindemittel, Zuschlag
und Fasern sowie gegebenenfalls Erstarrungshilfen
und andere übliche Hilfs- und Zusatzmittel enthält.
Derartige Massen können in an sich bekannter Weise mit dem
Anmachwasser vorgemischt oder in der Spritzdüse mit
dem Anmachwasser versetzt werden.
Ein bekanntes Verfahren zur Aufbringung von Spritzbeton
ist z. B. das sogenannte Torkret-Verfahren, das im Grundbau,
Tiefbau, Gebirgsbau und zur Sanierung und Ausbesserung
von Bauwerkskörper im Hochbau, Straßen-, Tunnel- und
Brückenbau vielfach Anwendung findet.
Hierbei wird von einer Spritzbetonmaschine ein Gemisch von
Zuschlägen und Bindemitteln durch eine Rohrleitung zur
Spritzdüse vor Ort gefördert. Über eine getrennte Schlauchleitung
wird das Anmachwasser zur Düse geführt, in dieser
mit der Zuschlag-Bindemittel-Masse vermischt und unter
Druck auf Schalung, Baukörper oder gewachsene Wand, gegebenenfalls
mit Baustahlgitter bzw. Bewehrungskorb bewehrt,
gespritzt (Trockenspritzverfahren). Ebenso wird oft,
bedingt durch örtliche Gegebenheiten, die Mische zur Gänze
vorgemischt, d. h. Zuschlag + Bindemittel + Anmachwasser
wird im sogenannten Naßspritzverfahren vor Ort gefördert.
Ebenfalls Stand der Technik ist die Zugabe von Erstarrungshilfen
- Beschleunigern - die den Erstarrungsprozeß der Betonmische
beschleunigen. Diese Erstarrungsbeschleuniger, die
meist auf Basis von Natriumaluminat aufgebaut sind, werden
über eine Dosierpumpe dem Anmachwasser in einer ca. 30%igen
Lösung beigegeben. Eine Beigabe von Erstarrungsbeschleunigern
in Pulverform wird für spezielle Einsätze (starker Wasserandrang)
deshalb gewählt, weil die Zugabe in Pulverform
nicht an die Sättigungsgrenze der flüssigen Lösung gebunden
ist und Überdosierungen als Maßnahme gegen zusätzlich
austretendes Wasser möglich werden. Dabei muß allerdings
mit einem starken Festigkeitsabfall der Betonerhärtung gerechnet
werden.
Ebenso ist die Zumischung von Fasern zum Gemisch aus Zuschlag
und Bindemittel mit oder ohne Anmachwasser Stand
des Wissens. Diese Zumischungen werden vorgenommen, um die
Biegezugfestigkeit und den E-Modul des Spritzbetons zu verbessern
und gegebenenfalls den üblichen Einbau von Baustahlgittern
durch das "Mitspritzen einer Bewehrung" zu
ersetzen.
Eingesetzt werden Glasfasern mit einer Stapellänge von
20-30 mm aus alkalibeständigem Glas wie Aluminium-Bor-
Silikatglas oder Soda-Zirkon-Glas, da Normalglas in der
alkalischen Zementmischung nicht beständig ist und vom
Zementstein angegriffen wird. Diese Gläser sind erheblich
teurer als Normalglas.
Weiters werden Stahlfasern verwendet, entweder in einer
Stapellänge von ca. 30 mm aus Stahlblöcken ausgefräst,
oder Stahlfasern aus blankem gezogenem Stahl mit einer
Stapellänge von ca. 25 mm oder Stahlfasern aus blankem
Draht mit abgewinkelten Enden und einer Stapellänge von
ca. 30 mm.
Die Stapellänge der bisher eingesetzten Fasern bewegt sich
allgemein zwischen 20 und 30 mm, was auch für versuchsweise
zugemischte Kunststoffasern gilt. Es erwies sich beim
Einsatz der Fasern bisher als notwendig, für die Zugabe ein
Entwirrungsgerät zwischenzuschalten, um die Verknäuelung der
Fasern mit daraus resultierender Inhomogenität des Betonbestandes
zu vermeiden.
Die in der nachstehenden Tabelle 1 aufscheinenden Werte ergeben
den statischen Nachweis, das gesteckte Ziel (Ersatz
des Baustahlgitters) erreichen zu können.
Aus Tabelle 1 und der beiliegenden Zeichnung gehen die
Festigkeits- und E-Modul-Werte für bekannte Stahlfaserspritzbetone
hervor, wobei von einem Beton der folgenden
Zusammensetzung ausgegangen wird:
ZuschlagstoffKornfraktion 0/41170 kg/m3Kornfraktion 4/8300 kg/m3Kornfraktion 8/16450 kg/m3Zuschlagstoffgehalt1920 kg/m3
BindemittelZement PZ 375365 kg/m3Bindemittelgehalt365 kg/m3
Erstarrungsbeschleunigerflüssig20 kg/m3Anmachwasser80 kg/m3
Als nachteilig bei der Aufbringung von Spritzbeton wird die
meist sehr hohe Rückprallmenge angesehen, die bis zu 45%
des Spritzbetongutes ausmachen und wegen des eingeleiteten
Abbindeprozesses keiner Verwertung mehr zugeführt werden
kann.
Bei Leistungen von Anlagen auf mittleren und Großbaustellen
von 20 m3 Spritzgut/h, das sind im 8-Stunden-
Schichtbetrieb 160 m3 Frischbeton, würden auf diese Weise
bis zu 70 m3 Beton/Schicht verloren gehen.
Die Rückprallwerte werden vor Ort unmittelbar nach dem
Spritzvorgang ermittelt. Sie werden aus der Gewichtsmenge
des rückgeprallten Spritzgutes, bezogen auf den
eingebauten Beton errechnet und werden in Prozenten angegeben.
Das Betongewicht ergibt sich in funktioneller
Abhängigkeit aus der Förderleistung und der Spritzzeit.
Der bisher übliche, der Erhöhung (Armierung) der mechanischen
Festigkeit dienende Zusatz von Fasern mit Stapellängen
von 20 bis 30 mm in einer Menge von etwa 15% des
Bindemittelgewichts (50 bis 60 kg/m3 FB) bringt keine Verminderung
des Rückpralls.
In neuerer Zeit werden dem Zement als Bindemittelergänzung
latent-hydraulische Puzzolane beigegeben (Elektrofilteraschen
aus Dampfkraftwerken oder Naturpuzzolane wie Trass,
etc.). Der Vorteil einer Zumengung von latent-hydraulischen
Puzzolanen liegt in der Erhöhung der Bestandsdichte des
Betons, der Verringerung des Festigkeitsabfalls, Verminderung
der Staubentwicklung beim Spritzvorgang und Verbesserung
des Transportverhaltens der Trockenmische.
Daher soll im vorliegenden Fall unter hydraulischem Bindemittel
gegebenenfalls auch eine Mischung mit latent-hydraulischen
Bindemitteln verstanden werden.
Auf Grund der spezifischen Klebewirkung der Puzzolane im
Spritzgutgemisch konnte eine Verringerung des Rückpralls
bei puzzolanhaltigen Spritzbetonen festgestellt werden.
Neueste Erfahrungen der Baustellenpraxis unter Mitverwendung
von Puzzolanen erbringen mittlere Rückprallwerte von
23-25 Gew.%: an den Ulmen rund 16 Gew.%; in der Kalotte
ca. 33%.
Das bedeutet noch immer einen Verlust von rund einem
Viertel des Spritzbetongutes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Zusammensetzung
für Spritzbeton anzugeben, bei der diese
Rückprallwerte deutlich vermindert sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Feststoffmasse für die Spritzbetonherstellung Fasern
mit einer Stapellänge von höchstens 20 mm und einer
Dicke von höchstens 3 mm in einer Menge, bezogen auf das
Bindemittelgewicht, von 0,5 bis 5% enthält.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß mit den
verschiedensten eingesetzten Faserarten, sofern diese die
genannten Dimensionen haben, eine deutliche Verringerung
des Rückpralls erreicht werden kann. In der Regel ergibt
sich eine Verringerung um mindestens ein Drittel, beispielsweise
auf 10% an den Ulmen, gegenüber den bisherigen
Werten von 16% an den Ulmen.
Die Länge der eingesetzten Fasern beträgt vorzugsweise weniger
als 10 mm, insbesondere 2-5 mm. Ihre Dicke liegt vorzugsweise
bei 5 µm bis 1 mm, insbesondere bei 5 bis 20 µm.
Vorzugsweise werden die Fasern, bezogen auf das Bindemittelgewicht,
in einer Menge von 0,5 bis 2% eingesetzt.
Als Fasermaterial eignet sich grundsätzlich jede zur
Verfügung stehende Faserart, z. B. mineralische Glas-
oder Asbestfasern und Metallfasern, bevorzugt werden
aber Fasern verwendet, die bei Reibung an ihren Grenzflächen
eine Kontaktelektrizität aufbauen, insbesondere
Fasern, die in der reibungselektrischen Spannungsreihe
dem Kollodium vorangehen. Als solche eignen sich am
besten organische Polymerfasern natürlichen oder
synthetischen Ursprungs. Zu den Fasern natürlichen
Ursprungs zählen alle Arten von Zellulosefasern, Regeneratzellulose,
Zellulose-Ether oder -Ester, aber auch
Alginat- und Eiweißfasern.
Eine besonders starke reibungselektrische Aufladung
zeigen die synthetischen, auch als Chemiefasern bekannten
Polymerfasern. Es handelt sich dabei um die
verschiedensten Polymeren, vorzugsweise um Thermoplaste,
wie Polyolefin-, Polyamid, Polyester, Polyurethan- oder
Polycarbonatfasern. Somit sind Polyethylen, Polypropylen,
Polyamide, Polyacrylsäureester, Acrylnitrilpolymerisate
ebenso geeignet wie Methyl- oder Ethylzellulose und
Acetylzellulose.
Es können sowohl einheitliche Fasern als auch Fasergemische
und Fasern aus Materialgemischen eingesetzt
werden.
Vorzugsweise werden Polyacrylnitril- und/oder Polyesterfasern
verwendet.
Auch Abfallfasern, Fasern aus Altmaterial oder aus
recycliertem Kunststoffmaterial können verwendet werden.
Das Fasermaterial mit der oben definierten Länge und
Dicke gewährleistet eine ausgezeichnete gleichmäßige
Feinverteilung im Spritzgut und einen dreidimensionalen
Verbund in der Mische, wobei die Kristallbildung im
Betonmikrobereich durch diese Punktbewehrung nicht behindert
und die sogenannte Igelbildung vermieden wird.
Die Fasern bauen nach Beigabe in die laufende Mischtrommel
und während des Mischguttransportes in der
Rohrleitung durch die Reibung am Zuschlag und der
Förderrohrwandung eine hohe positiv-elektrische Kontaktspannung
auf, die nach Zugabe des Anmachwassers vor Ort
in der Spritzdüse einen starken Zusammenhalt des Frischbetons
bewirkt.
Es wurde ein Spritzbeton der Güte 225 verarbeitet,
dessen Zusammensetzung aus der folgenden
Tabelle 2 hervorgeht:
ZuschlagstoffKornfraktion 0/41170 kg/m3Kornfraktion 4/8300 g/m3Kornfraktion 8/16450 kg/m3Zuschlagstoffgehalt1920 kg/m3
BindemittelZement PZ 375330 kg/m3Flugasche35 kg/m3Bindemittelgehalt365 kg/m3
Erstarrungsbeschleunigerflüssig20 kg/m3Anmachwasser80 kg/m3Frischbetongewicht2385 kg/m3
Mittlere RohdichteBohrkern 28 Tage2340 kg/m3
Mittlerer E-ModulBohrkern 28 Tage25000 N/mm2
Mittlere DruckfestigkeitBohrkern 28 Tage38,0 N/mm2
Mittlere RohdichteBohrkern 28 Tage2340 kg/m3
Mittlerer E-ModulBohrkern 28 Tage25000 N/mm2
Mittlere DruckfestigkeitBohrkern 28 Tage38,0 N/mm2
Die Rückprallwerte für diesen Beton liegen bei 23-25%, an
den Ulmen 16%, in der Kalotte 33%.
Bei Zugabe von Fasern mit etwa 3 mm Stapellänge und einer
Faserdichte von 10 mm in den folgenden Mengen verringern sich
die Rückprallwerte wie folgt:
Zugabe:
5% des Bindemittelgewichts; Rückprall 3,7% 1)
3% des Bindemittelgewichts; Rückprall 8,2% 2)
2% des Bindemittelgewichts; Rückprall 8,0% 3)
1% des Bindemittelgewichts; Rückprall 9,4% 4)
1) Polymerfasern aus thermoplastischen Polymerisaten
2) Gemisch aus Acryl- und Polyesterfasern
3) Polyesterfasern
4) Acrylfasern
Zugabe:
5% des Bindemittelgewichts; Rückprall 3,7% 1)
3% des Bindemittelgewichts; Rückprall 8,2% 2)
2% des Bindemittelgewichts; Rückprall 8,0% 3)
1% des Bindemittelgewichts; Rückprall 9,4% 4)
1) Polymerfasern aus thermoplastischen Polymerisaten
2) Gemisch aus Acryl- und Polyesterfasern
3) Polyesterfasern
4) Acrylfasern
Mit geringfügig veränderter Zusammensetzung und Zusatz von
1 bzw. 2 Gew.% Fasern (3 mm Stapellänge, 10 µm Dicke, Gemisch
aus Polyacrylnitril- und Polyesterfasern) werden folgende
Werte erhalten:
Insbesondere bei der Verwendung von Kunststoffasern hat
sich gezeigt, daß ab etwa 5 Gew.% Fasergehalt
bezogen auf das Gesamtbindemittel Verarbeitungsschwierigkeiten
einsetzen, die in einer ungleichmäßigen Verteilung
der Kunststoffasern, insbesondere in einem Zusammenbacken
derselben bestehen.
Es wurde ferner gefunden, daß insofern eine Abhängigkeit
des Rückpralls von der Stapellänge der Fasern besteht, als
z. B. für 1 bis 3 gewichtsprozentige Zugaben von Fasern etwa
bei einer Stapellänge von ca. 3 bis 6 mm eine optimale Rückprallverminderung
vorliegt und wobei die Rückprallwerte bei kürzeren
und längeren Stapellängen wieder zunehmen.
Ferner wurde eine gewisse Abhängigkeit der mittleren Druckfestigkeit
(28 Tage) von der Stapellänge der beigemengten
Fasern beobachtet und zwar in der Weise, daß diese mittlere
Druckfestigkeit z. B. für 1 bis 3 gewichtsprozentige Zugaben
von Fasern mit steigender Stapellänge sinkt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen Beton gemäß
Tabelle 2 beschränkt, sie ist ebenso auf sogenannte "Nullbetone"
anwendbar, welche als Bindemittel lediglich Zement
enthalten. So konnte bei einem Nullbeton, dessen Komponenten
mit der Ausnahme der in Tabelle 2 angegebenen Komponenten entsprachen,
daß als Bindemittel 365 kg/m3 Contragreßzement PZ 375
verwendet wurde, festgestellt werden, daß vergleichbare prozentuelle
Verminderungen des Rückpralls bezogen auf die Rückprallwerte
des faserlosen Betons, erreicht werden konnten.
Claims (10)
1. Feststoffmasse für Spritzbeton, enthaltend hydraulische
Bindemittel, Zuschlag und Fasern sowie gegebenenfalls Erstarrungshilfen
und andere übliche Hilfs- und Zusatzmittel,
dadurch gekennzeichnet, daß sie Fasern
mit einer Stapellänge von höchstens 20 mm und einer Dicke von
höchstens 3 mm in einer Menge, bezogen auf das Bindemittelgewicht,
von 0,5 bis 5% enthält.
2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sie Fasern mit einer Stapellänge von
unter 10 mm, vorzugsweise von 2 bis 5 mm, enthält.
3. Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sie Fasern mit einer Dicke von
5 µm bis 1 mm, vorzugsweise von 0,5-20 µm, enthält.
4. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß sie die Fasern in einer
Menge bezogen auf das Bindemittelgewicht von 0,5 bis 2% enthält.
5. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß sie Fasern oder Fasergemische
aus einem einheitlichen Material oder Materialgemisch
enthält, das in der reibungselektrischen Spannungsreihe dem
Kollodium vorangeht.
6. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß sie als Fasern organische
Polymerfasern oder -fasergemische natürlichen oder synthetischen
Ursprungs enthält.
7. Masse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß sie Thermoplastfasern bzw. -fasergemische,
wie Polyolefin-, Polyamid-, Polyester-, Polyurethan-
oder Polycarbonatfasern enthält.
8. Masse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß sie Fasern oder Gemische von Fasern auf
Zellulosebasis, wie Regeneratzellulose, Zellulose-Ether oder
-Ester, sowie Eiweiß- oder Alginatfasern enthält.
9. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß sie Abfallfasern,
Fasern aus Altmaterial oder aus recycliertem
Kunststoffmaterial enthält.
10. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß sie
Polyacrylnitril- und/oder Polyesterfasern enthält.
Applications Claiming Priority (1)
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |