DE3703762A1 - Verfahren und spritzaggregat zum auftragen einer spritzbetonschicht - Google Patents

Verfahren und spritzaggregat zum auftragen einer spritzbetonschicht

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Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zum Auftragen einer Spritzbetonschicht auf eine Oberfläche, wobei aus Zement, Zuschlagstoffen, gegebenenfalls Zusatzstoffen, und Wasser eine pump- sowie spritzfähige Spritzbetonmischung angemacht wird, wobei ein vorgegebener Mengenstrom der Spritzbetonmischung mit Hilfe einer Betonförderpumpe durch eine Betonförderleitung einem Spritzaggregat mit Treiblufteinführungseinrichtung für unter einem Förderdruck von mehreren bar stehende Treibluft zugeführt wird, und wobei die Spritzbetonmischung mit der Treibluft verspritzt wird. die Erfindung bezieht sich fernerhin auf ein Spritzaggregat mit Treiblufteinführungseinrichtung für die Durchführung eines solchen Verfahrens. - Füller meint feinkörnige Füller, insbesondere Flugasche. Die Zusatzstoffe können z. B. Abbindebeschleunigungsmittel oder Abbindeverzögerungsmittel sein. Es kann sich aber auch um Kunstharzkomponenten handeln. Der Ausdruck Förderdruck meint den statischen Druck der Treibluft, die von einer entsprechenden Druckluftquelle zur Verfügung gestellt wird, beim Einleiten in die Treiblufteinführungseinrichtung.
Die (aus der Praxis bekannten gattungsgemäßen Maßnahmen haben sich bewährt, jedoch ist die Ansteifzeit verhältnismäßig groß. Die pump- und spritzfähige Spritzbetonmischung weist Überschußwasser auf, welches bei der Hydratation nicht verbraucht wird. Es verlängert in störendem Maße die Ansteifzeit. Das beeinträchtigt die Dicke bei einem Spritzvorgang und insgesamt auftragbaren Spritzbetonschicht. Um die Ansteifzeit zu reduzieren, ist es bekannt, der Spritzbetonmischung Wasserglas beizumischen. Die aus der Praxis bekannten gattungsgemäßen Maßnahmen verwenden wasserglas- oder aluminathaltige Erstarrungsbeschleuniger, um das Ansteifen zu beschleunigen und größere Schichtdicken zu ermöglichen. Diese Zusätze sind jedoch störend in den Erhärtungsprozeß eingreifende Zusatzmittel. Da Wasserglas den pH-Wert des Frischbetons über den normalen Wert von pH = 12,6 anhebt, können unerwünschte Alkalisilikatreaktionen dafür verantwortlich sein, daß die Festigkeit des erhärteten Betons in Abhängigkeit von der Zeit bisweilen eine abfallende Tendenz zeigt. Im übrigen ist es bekannt (GB-PS 20 20 722) einer Spritzbetonmischung Silica-Staub beizugeben. Silica-Staub bezeichnet staubfeine, amorphe oder kolloidale Kieselsäure, die als Fällungskieselsäure oder durch Hochtemperaturhydrolyse hergestellt wird. Im Rahmen dieser bekannten Maßnahmen wird zunächst aus Zement, gegebenenfalls feinförnigen Füllern, und Wasser eine fließfähige Mischung angemacht, die später mit den trockenen Zuschlagstoffen versetzt wird. In die fließfähige Mischung wird der Silica-Staub eingebracht, dessen innere Oberfläche im Rahmen der bekannten Maßnahmen nicht spezifiziert ist. Der Silica- Staub kommt so sehr frühzeitig mit dem Wasser in der fließfähigen Mischung in Berührung, und zwar längere Zeit vor dem Spritzvorgang. Bei dieser Arbeitsweise kann jedoch der die Konsistenz verändernde Effekt nicht ausgenutzt werden, weil er den Pumpvorgang und die Beförderung des Betons in den Förderleitungen behindert. Vermutlich reagiert Silica-Pulver mit dem Kalziumhydroxid des Zementes unter Bildung von Kalziumsilicathydraten. Das bewirkt eine den Klinkerphasen des Zementes verwandte Kristallstruktur und macht es verständlich, daß Festigkeitssteigerungen erreicht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dem gattungsgemäßen Verfahren die Ansteifzeit zu reduzieren, und zwar ohne störend in den chemischen Erhärtungsprozeß einzugreifen. Anders ausgedrückt soll der Spritzbeton in einer sehr kurzen Zeitspanne beim Auftreffen und nach dem Auftreffen auf die Oberfläche seine weichplastische Konsistenz in eine erdfeuchte Konsistenz verändern.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Treibluft mit Silica-Staub beladen wird, der eine innere Oberfläche von zumindest 25 m2/g aufweist, und daß mit der Treibluft in den Mengenstrom der Spritzbetonmischung der Silica-Staub in solcher Menge eingebracht wird, daß der aufgetragene Spritzbeton unmittelbar nach dem Aufbringen eine spontane Temperaturerhöhung in einigen Graden Kelvin erfährt. Gleichzeitig wird dabei die weichplastische Konsistenz in eine erdfeuchte Konsistenz überführt. Da das Silica-Pulver mit der Treibluft in die Spritzbetonmischung eingebracht wird, erfolgt das Einmischen unmitelbar vor dem und beim Verspritzen. Arbeitet man nach dem erfindungsgemüßen Verfahren, so nimmt das Silica-Pulver das Überschußwasser in der pump- und fließfähigen Spritzbetonmischung spontan auf, und zwar praktisch beim Auftreffen der Spritzbetonmischung auf die zu beschichtende Oberfläche. Es versteht sich, daß eine entsprechend innige Vermischung durchgeführt werden muß. Man kann entnehmen, daß die als Silica-Pulver beigegebene Kieselsäure mit ihrer extrem geringen Teilchengröße für den Zement Kristallisationskeime darstellt. Die Kristallisationskeime beschleunigen das Ansteifen und die Bildung von Kalziumsilicathydraten. Die durch die physikalische Wirkung (Kristallisationskeime) hervorgerufene chemische Reaktion (Betonverfestigung) führt zu einer Temperaturerhöhung, die spontan eintritt. Die Temperatur läßt sich experimentell für eine vorgegebene Spritzbetonmischung leicht ermitteln. Erfindungsgemäß wird die spontane Temperaturerhöhung ermittelt, um die Silica-Pulvermenge wirksam so zu dosieren, daß eine beachtliche Reduzierung der Ansteifzeit erreicht wird und folglich wesentlich größere Schichtdicken aufgetragen werden können. Andererseits trägt das Silica-Pulver langfristig, wie eingangs erläutert, zur Festigkeitssteigerung des erhärteten Spritzbetons bei. Vorzugsweise wird der Silica-Staub in den Mengenstrom der Spritzbetonmischung in solcher Menge eingebracht, daß die spontane Temperaturerhöhung 5-10 Grad Kelvin beträgt. Das führt bei üblichen Spritzbetonmischungen dazu, daß mit der Treibluft in den Mengenstrom der Betonmischung, bezogen auf den Zementgehalt, 2-6 Gew.-%, vorzugsweise etwa 4 Gew.-%, des Silica-Pulvers eingebracht werden. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird die unter dem Förderdruck stehende Treibluft mit dem Silica-Staub beladen, was die Bildung von Flocken und Klumpen aus dem Silica-Pulver vermeidet.
Im einzelnen bestehen verschiedene Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Stets muß die innere Oberfläche in ausreichendem Maße spontan das Wasser aufnehmen. Damit dies geschieht, ist eine innere Oberfläche von zumindest 25 mg2/g erforderlich. Nach Möglichkeit soll die innere Oberfläche größer sein. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Treibluft mit einem Silica-Staub beladen wird, der eine innere Oberfläche im Bereich zwischen 200-300 m2/g aufweist. Man kann aber auch mit einer inneren Oberfläche arbeiten, die 700 m2/g und mehr ausmacht. Je größer die innere Oberfläche ist, desto geringer kann die beigegebene Menge sein. Im Rahmen der Erfindung liegt es, dem Silica-Staub vor dem Einbringen oder beim Einbringen in die Treibluft feinkörniges Abbindebeschleunigungsmittel beizugeben, z. B. können dem Silica-Staub 25-40 Gew.-% eines Abbindebeschleunigungsmittels beigegeben werden, wobei die Mischung insgesamt mit 100 Gew.-% anzunehmen ist. - Erfindungsgemäß wirkt der Silica-Staub als eine physikalische Erstarrungshilfe. Die Erstarrungsbeschleunigung von Zementen durch chemische Zusätze ist in ihrer Wirkung stark abhängig von den chemischen Reaktionen im verwendeten Zement. Eine wesentliche Rolle spielt hierbei der Gehalt der Klinkerphase Tricalciumaluminat. Diese Klinkerphase wird wegen ihrer Reaktionsfähigkeit mit Sulfaten für hochsulfatbeständige Portlandzemente auf max. 3% beschränkt. Entsprechend träge reagieren diese Zemente mit dem chemischen Erstarrungsbeschleuniger. Durch den Silica-Staub wird dieser Nachteil von hochsulfatfesten Portlandzementen aufgehoben.
Im Rahmen der Erfindung kann mit allen üblichen Spritzbetonmischungen gearbeitet werden, insbesondere auch mit solchen, die eine Kunstharzkomponente enthalten. Bewährt hat sich eine Spritzbetonmischung, die etwa 360 kg/m3 Zement, 1760 mkg/m3 Zuschlagstoff der Sieblinie B8/C8 und 200 kg/m3 Wasser aufweist. Der Zement ist zweckmäßigerweise ein Portlandzement 45 F. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahren nimmt das Silica-Pulver das Überschußwasser der Spritzbetonmischung auf, was das Aufbringen von wesentlich dickeren Spritzbetonschichten erlaubt.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Spritzaggregat zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Es ist in der Zeichnung dargestellt.
Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein solches Spritzaggregat.
Man erkennt in der Figur ein gerades Führungsrohr 1 für die mit dem Silica-Staub beladene Treibluft und ein in das gerade Führungsrohr 1 in der durch den Pfeil 2 angedeuteten Spritzrichtung, jedoch schräg, eingeführtes Zuführungsrohr 3 für die vorher angemachte und mit der Betonförderpumpe zugeführte Spritzbetonmischung. Das Spritzaggregat kann aber auch anders geschaltet werden, so daß das gerade Führungsrohr 1 für die Führung der Spritzbetonmischung und das schräg eingeführte Zuführungsrohr 3 für die mit dem Silica-Staub beladene Treibluft dient. An das gerade Führungsrohr 1 ist im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ein von einer Bedienungsperson beim Auftragen des Spritzbetons führbarer Schlauch 4 angeschlossen. Er dient gleichzeitig als Verwirbelungslanze oder Verwirbelungsschlauch 4. Entsprechend könnte man mit einem Verwirbelungsrohr arbeiten. In bezug auf die Betonförderleitung kann das gerade Führungsrohr 1 auch als Düse ausgeführt und dazu mit einer Einschnürung versehen sein, in der sich der statische Druck in kinetische Energie umsetzt. Das dargestellte Spritzaggregat ist für einen Förderdruck der Treibluft von über 5 bar, vorzugsweise von etwa 8 bar, eingerichtet. Das Führungsrohr 1 sowie das Zuführungsrohr 3 besitzen dazu einen Innendurchmesser D von etwa 50 mm. Der Einführungswinkel a beträgt etwa 30°.

Claims (16)

1. Verfahren zum Auftragen einer Spritzbetonschicht auf eine Oberfläche,
  • wobei aus Zement, Zuschlagstoffen, gegebenenfalls Zusatzstoffen, und Wasser eine pump- sowie spritzfähige Spritzbetonmischung angemacht wird,
wobei ein vorgegebener Mengenstrom der Spritzbetonmischung mit Hilfe einer Betonförderpumpe durch eine Betonförderleitung einem Spritzaggregat mit Reiblufteinführungseinrichtung für unter einem Förderdruck von mehreren bar stehende Treibluft zugeführt wird, und wobei die Spritzbetonmischung mit der Treibluft verspritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibluft mit Silica-Staub beladen wird, der einen innere Oberfläche von zumindest 25 m2/g aufweist, und daß mit der Treibluft in den Mengestrom der Spritzbetonmischung der Silica-Staub in solcher Menge eingebracht wird, daß der aufgetragene Spritzbeton unmittelbar nach dem Aufbringen eine spontane Temperaturerhöhung von einigen Grad Kelvin erfährt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Silica-Staub in den Mengestrom der Spritzbetonmischung in solcher Menge eingebracht wird, daß die spontane Temperaturerhöhung 5 bis 10 Grad Kelvin beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Treibluft in den Mengenstrom der Spritzbetonmischung, bezogen auf den Zementanteil, 2-6 Gew.-% des Silica-Staubes eingebracht werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mengenstrom der Betonmischung, bezogen auf den Zementanteil, etwa 4 Gew.-% Silica-Staub eingebracht werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die unter dem Förderdruck stehende Treibluft mit dem Silica- Staub beladen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibluft mit einem Silica-Staub beladen wird, der eine innere Oberfläche im Bereich zwischen 200-300 m2/g aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Silica-Staub vor dem Einbringen oder beim Einbringen in die Treibluft mit einem feinkörnigen Abbindebeschleunigungsmittel gemischt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Silica-Staub 20-45 Gew.-% des Abbindebeschleunigungsmittels beigegeben werden, Mischung 100 Gew.-%.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Spritzbetonmischung gearbeitet wird, die etwa  360 kg/m3 Zement,
1760 kg/m3 Zuschlagstoffe der Sieblinie B8/C8,
 200 kg/m3 Wasseraufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit Portlandzement 45 F gearbeitet wird.
11. Spritzaggregat mit Treiblufteinführungseinrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein gerades Führungsrohr (1) für die mit dem Silica-Staub beladene Treibluft und durch zumindest ein in das gerade Führungsrohr (1) in Spritzrichtung, jedoch schräg, eingeführtes Zuführungsrohr (3) für die Spritzbetonmischung.
12. Spritzaggregat mit Treiblufteinführungseinrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein gerades Führungsrohr (1) für die Spritzbetonmischung und durch zumindest ein in das gerade in Spritzrichtung, jedoch schräg eingeführtes Zuführungsrohr (3) für die mit dem Silica- Staub beladene Treibluft.
13. Spritzaggregat nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß an das gerade Führungsrohr (1) eine Verwirbelungslanze (4) angeschlossen ist.
14. Spritzaggregat nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß an das gerade Führungsrohr (1) ein Verwirbelungsschlauch (4) angeschlossen ist.
15. Spritzaggregat nach einem der Ansprüche 11 bis 14 in der Ausführungsform für einen Förderdruck der Treibluft von über 5 bar, vorzugsweise von etwa 8 bar, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (1) sowie das Zuführungsrohr (3) einen Innendurchmesser (D) von etwa 50 mm aufweisen und der Einführungswinkel (a) etwa 30° beträgt.
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