DE3630962A1

DE3630962A1 - Feststoffmasse fuer spritzbeton

Info

Publication number: DE3630962A1
Application number: DE19863630962
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Roubin; Friedrich Dr Howanietz
Original assignee: ALLGEMEINE BAUGESELLSCHAFT - A PORR AG
Current assignee: ALLGEMEINE BAUGESELLSCHAFT - A PORR AG
Priority date: 1985-09-27
Filing date: 1986-09-11
Publication date: 1987-04-02
Also published as: GB2182324B; AT385027B; FR2587987B1; FR2587987A1; CH669784A5; GB2182324A; GB8622595D0; ATA281985A

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

TABELLE 1

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.

Ausführungsbeispiele:

Es wurde ein Spritzbeton der Güte 225 verarbeitet, dessen Zusammensetzung aus der folgenden Tabelle 2 hervorgeht:

TABELLE 2

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

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

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:

Tabelle 3

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

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.