DE3716438A1 - Verfahren zur bereitung einer betonmischung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitung einer Betonmischung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der Herstellung von Betonfertigbauteilen, insbesondere bei der Fertigung von Rohren aus Stahlbeton oder Spannbeton spielt die Zeit, die der Frischbeton benötigt, um ausreichend standfest zu sein bzw. eine solche Festigkeit zu haben, daß er in der Lage ist, die Druckspannungen aus der Vorspannung aufzunehmen, eine große Rolle. Die Anzahl der in einer Zeiteinheit herzustellenden Rohre ist weitgehend von dieser Erhärtungszeit abhängig; sie bedingt wiederum die Anzahl der in einem Betonwerk vorzuhaltenden Schalungsformen.

Durch gezielten Einsatz einer Wärmebehandlung des Frischbetons, teilweise auch durch Zugabe von Betonzusatzmitteln zur Beschleunigung des Erhärtens gelang es, bei Spannbetonrohren die Standard-Härtungszeit von 10 bis 11 Std. auf etwa die Hälfte, nämlich je nach Vorspanngrad und Rohrdurchmesser auf 4,5 bis 6 Std. herabzusetzen. Angesichts dessen, daß der Formenpark eines Betonwerks bei der Herstellung von Spannbetonrohren immer noch unmittelbar von dieser Standard-Härtungszeit abhängig ist, werden aber auch diese Zeiten noch als zu lang empfunden.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um durch weitere Verkürzung der Standard-Härtungszeit von Frischbeton bei der Herstellung von Betonfertigbauteilen, insbesondere von Spannbetonrohren eine bessere Auslastung der Formen und somit eine Verringerung des Formenparks zu erreichen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das sogenannte Abbinden und Erhärten des Betons bestimmte Reaktionen des verwendeten Bindemittels, also des hydraulischen Zementes, voraussetzt, für die lediglich die Anwesenheit von Wasser nötig ist, die sich also im Zementleim abspielen. Demgemäß besteht die Erfindung darin, diese Reaktionsphasen vor die eigentliche Betonbereitung vorzuverlegen; zu diesen Reaktionsphasen gehören das Anquellen der Zementkörner und die Gelbildung. Auf diese Weise gelingt es, einen Großteil der Reaktionszeit des Zementleims vorwegzunehmen, so daß der Frischbeton in der Schalungsform die Festigkeit, die er benötigt, um standfest oder vorspannbar zu sein, bedeutend schneller erreicht.

Für die Vorwegnahme dieser Reaktionsphasen des Zementes gibt es im wesentlichen zwei Verfahrensweisen, die nacheinander, aber auch nebeneinander eingesetzt werden können. Durch eine intensive Durchmischung von Zement und Wasser in Rührwerken oder in Spezialmischern mit hoher Mischgeschwindigkeit wird infolge der dabei auftretenden großen Scher- und Reibungskräfte eine besonders feine Verteilung der Suspension erreicht und die Bildung von gelförmigen Hydratationsprodukten gefördert. Ähnliche Wirkungen werden erreicht bzw. die bereits eingetretenen Wirkungen verstärkt, wenn der Zementleim nach seiner Bereitung bzw. einer solchen Intensivmischung über eine gewisse Zeit gelagert wird, wobei er allerdings gleichmäßig mit vergleichsweise geringer Drehzahl gerührt werden muß.

Diese Behandlungsarten sind kommutierbar, d.h. eine längere und/oder intensivere Zementleimvorbehandlung durch Intensivmischen ohne Lagerung erbringt die gleichen Vorteile wie eine kürzere Zementleimvorbehandlung, jedoch mit entsprechend längerer Lagerung. Die aus dieser Erkenntnis zu ziehenden Schlüsse haben Bedeutung für den Energiebedarf einer Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens, in der hochtourige Mischgeräte für das Intensivmischen zwar wartungsfreundlich und unempfindlich gegen Betriebsunterbrechungen sind sowie einen geringen Platzbedarf haben, jedoch einen vergleichsweise höheren Energieaufwand bedingen als Rührwerke zur Bevorratung von Zementleim, die einen geringen Energiebedarf haben, jedoch empfindlich sind gegen Betriebsstörungen und einen hohen Reinigungsaufwand sowie größeren Platzbedarf bedingen.

Diese Erscheinungen können noch gefördert werden durch eine Wärmebehandlung des Zementleims. Dabei ist es zweckmäßig, bereits den Zementleim mit erwärmtem Wasser anzumachen, was einen geringeren Aufwand bedeutet als die Mischer zu beheizen. Insbesondere dann, wenn die Mischgeräte mit wärmedämmenden Verkleidungen versehen werden, gelingt es auf diese Weise bei einer Vorlauf-Wassertemperatur von 90 bis 120 Grad und einer Zementleimtemperatur von etwa 70 bis 80 Grad noch eine Frischbetontemperatur von 35 bis 45 Grad C zu halten, die vor allem dann, wenn auch die Schalungsformen wärmedämmend verkleidet sind, zusätzliche Maßnahmen im Betonmischer bzw. an der Schalungsform entbehrlich machen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Anlage zur Betonbereitung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung zur Vorbehandlung des Zementleims mit einem Intensivmischer und einem nachgeschalteten Zwischensilo,

Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung zur Vorbehandlung des Zementleims mit einem in das Zwischensilo integrierten Mischer und

Fig. 4 einen Ausschnitt aus einem Horizontalschnitt durch das Zwischensilo nach Fig. 3 im Bereich des Mischers.

Fig. 1 zeigt in einem schematischen Längsschnitt eine dreistöckige Anlage für die Betonbereitung. Im obersten Stockwerk befinden sich die Zementzugabe 1 zu einer Zementwaage 2 und eine Wasserwaage 3. Zement und Wasser bilden den Zementleim, der in einem darunter angeordneten Intensivmischer 4 intensiv vorgemischt und dann in ein im mittleren Stockwerk befindliches Zwischensilo 5 abgegeben wird. Aus dem Zwischensilo 5 wird der Zementleim je nach Bedarf abgezogen und in einem Betonmischer 6 mit den über einen Aufzug 7 zugeführten Zuschlägen zu Beton verarbeitet. Über einen Auslauftrichter 8 kann die fertige Betonmischung im unteren Stockwerk abgezogen werden. Ein Prozeßrechner 9 dient der Steuerung der gesamten Anlage.

In Fig. 2 ist der zentrale Teil der Betonbereitungsanlage, die Vorrichtung zur Vorbehandlung des Zementleims in einem Vertikalschnitt dargestellt. Dabei wird der Zement über ein Zementzugaberohr 10 in einem pulverförmigen Strahl 11 umgeben von einer Wasserschürze 12 zur Staubvermeidung in den Intensivmischer 4 eingegeben, der hier im Querschnitt dargestellt ist. Der Intensivmischer 4 besteht aus einer Mischtrommel 13, in der ein Rührwerk 14 umläuft. Das Rührwerk 14 hat beispielsweise eine Drehzahl von 135 U/min. In die Mischtrommel 13 integriert sind ein oder mehrere sogenannte Suspensionsmühlen 15 mit jeweils einer in das Innere der Mischtrommel 13 hineinragenden Dissolverscheibe 16, die mit Drehzahlen in der Größenordnung von 3000 U/min. für eine äußerst feine Verteilung der Zementkörner in der Suspension aus Zement in Wasser sorgen und die Gelbildung fördern. Nach einer Mischzeit von 5 bis 30 Minuten, insbesondere 10 bis 15 Minuten wird der auf diese Weise vorbehandelte Zementleim durch einen Auslaufstutzen 17 in das Zwischensilo 5 abgegeben.

Das Zwischensilo 5 besteht aus einem zylindrischen Behälter 18 mit vertikaler Achse, der ein kegelförmiges Unterteil 19 mit einer Auslauföffnung 20 und eine ebenfalls kegelförmige Abdeckung 21 mit Einfüllöffnung 22 aufweist. Die Abdeckung 21 ist abnehmbar. In dem Behälter 18 befindet sich achsparallel mit diesem eine Rührwerkstrommel 23, die am oberen Ende in einer Halterung 24 drehbar aufgehängt und durch einen in ihrem Inneren vorgesehenen Antriebsmotor 25 im Sinne einer Drehbewegung antreibbar ist. Die Rührwerkstrommel 23 ist nach oben hin durch einen kegelförmigen Verteilerdeckel 26 abgedeckt.

Zwischen der Rührwerkstrommel 23 und dem Behälter 18 ist ein ringförmiger Raum 27 gebildet, in dem der von oben zugeführte Zementleim zwischengelagert und mittels außen an der Rührwerkstrommel 23 angeordneter Rührarme 28 durchmischt und in Bewegung gehalten wird, ohne die Reihenfolge der Herstellung der einzelnen Chargen zu stören. Durch diese Ausbildung des Zwischensilos 5 wird sichergestellt, daß die einzelnen Chargen des Zementleims in der zeitlichen Reihenfolge ihrer Aufbereitung im Intensivmischer 4 in dem Ringraum 27 langsam nach unten sinken, bevor sie durch die Auslauföffnung 20 in einen üblichen Betonmischer 29 mit Mischerrührwerk 30 abgezogen werden.

An der Innenseite der Abdeckung 21 sind ebenso wie an der Halterung 24 ringförmig Spüldüsen 31 bzw. 32 vorgesehen, um die Reinigung des Zwischensilos 5 zu erleichtern.

Um bei einer Wärmevorbehandlung des Zementleims, beispielsweise durch Verwendung erwärmten Anmachwassers, die Wärme möglichst lange zu erhalten, ist das Zwischensilo 5 an seiner gesamten Außenseite mit einer Wärmedämmung 33 versehen.

In den Fig. 3 und 4 ist noch ein Ausführungsbeispiel für einen Zwischensilo dargestellt, dessen Eingangsbereich zugleich als Mischwerk ausgebildet ist. Ein solches Zwischensilo kann für die Fälle verwendet werden, in denen eine intensive Aufbereitung des Zementleims in einem gesonderten Intensivmischer entbehrlich erscheint.

Fig. 3 zeigt in einem der Fig. 2 entsprechenden Vertikalschnitt das Zwischensilo 5′, das wiederum aus einem zylindrischen Behälter 18′ mit vertikaler Achse, einem kegelförmigen Unterteil 19′ mit einer Auslauföffnung 20′ und einer ebenfalls kegelförmigen Abdeckung 21′ mit Einfüllöffnung 22′ besteht. In dem Behälter 18′ befindet sich achsparallel mit diesem eine Rührwerkstrommel 23′, die an ihrem oberen Ende in einer Halterung 24′ drehbar aufgehängt und durch einen in ihrem Inneren vorgesehenen Antriebsmotor 25′ im Sinne einer Drehbewegung antreibbar ist. Die Rührwerkstrommel 23′ ist nach oben hin durch einen kegelförmigen Verteilerdeckel 26′ abgedeckt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel mündet die Zementzugabe 34, die mit einer Förderschnecke 35 ausgerüstet ist, unmittelbar in die Einfüllöffnung 22′ des Zwischensilos 5′ . Der trockene Zement gelangt von hier entlang der Kegelfläche des Verteilers 26′ in den oberen, als Mischwerk 36 ausgebildeten Bereich des Zwischensilos 5′, in dem über ringförmig angeordnete Düsen 37 Wasser zugegeben wird. In diesem Mischwerk 36 befinden sich ein oder mehrere, im Beispiel zwei horizontale Siebböden 38, die, wie der in Fig. 4 dargestellte Ausschnitt aus einem Horizontalschnitt durch das Zwischensilo nach Fig. 3 zeigt, mit einer Anzahl von vorzugsweise kreisförmigen Durchbrechungen 39 versehen sind. Über diesen Siebböden 38 laufen Mischarme 40 um, die in engeren Abständen voneinander angeordnet sind wie die Rührarme 28′. Die Mischarme 40 bewirken im Zusammenwirken mit den Durchbrechungen 39 der Siebböden 38 eine Durchmischung des Zementleims, bevor dieser im unteren, ein Rührwerk 41 enthaltenden Bereich des Zwischensilos 5′ gelagert und dabei durch die Rührarme 28′ in Bewegung gehalten wird. Der fertige Zementleim wird durch die Auslauföffnung 20, wie in Fig. 2 dargestellt, in den Betonmischer 29 abgegeben.

Claims (20)

1. Verfahren zur Bereitung einer Betonmischung aus einem Bindemittel, vornehmlich hydraulischem Zement, Betonzuschlag und Wasser sowie gegebenenfalls Betonzusätzen, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst aus Zement und Wasser ein Zementleim bereitet wird, der über eine vorgegebene Zeit intensiv gemischt und/oder unter Rühren gelagert wird, bevor er mit dem Betonzuschlag zu der Betonmischung verarbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zementleim in einem mit einem Mischwerk ausgestatteten Mischbehälter mit einer Drehzahl von ca. 135 U/min. über einen Zeitraum von 5 bis 30 min., insbesondere 10 bis 15 min. intensiv gemischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zementleim vor dem Intensivmischen und/oder während des Intensivmischens mittels einer Suspensionsmühle mit hoher Drehzahl aufbereitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitung des Zementleims mit einer Drehzahl von ca. 3000 U/min. erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zementleim in einem mit einem Rührwerk versehenen Zwischensilo mit einer Drehzahl von ca. 35 U/min. über einen Zeitraum von 0 bis 120 min., insbesondere 30 bis 60 min. gelagert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Wärmebehandlung des Zementleims.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bereitung des Zementleims erwärmtes Wasser verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser mit einer Temperatur von 70 Grad bis 120 Grad, vorzugsweise 80 Grad bis 100 Grad verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zementleim während des Mischens und/oder Lagerns auf einer Temperatur von 35 Grad bis 80 Grad C, vorzugsweise 60 Grad bis 80 Grad C gehalten wird.

10. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9 mit einem Betonmischer, dadurch gekennzeichnet, daß dem Betonmischer (29) ein mit einem Rührwerk ausgestattetes Zwischensilo (5, 5′) und diesem ein mit einem Mischwerk ausgestatteter Mischer (4, 36) vorgeschaltet sind.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (4) als eigene Baugruppe ausgebildet und dem Zwischensilo (5) vorgelagert ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mischer (4) mindestens eine Suspensionsmühle (15) mit einer mit hoher Drehzahl umlaufenden Dissolverscheibe (16) integriert ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (36) mit dem Zwischensilo (5′) als einheitliche Baugruppe ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischensilo (5, 5′) in Form eines zylindrischen Behälters (18, 18′) mit vertikaler Achse ausgebildet ist und das Rührwerk eine koaxial in dem Behälter (18, 18′) drehbare Rührwerkstrommel (23, 23′) aufweist, die an ihrem Außenumfang mit Rührarmen (28, 28′) besetzt ist, welche in dem zwischen der Rührwerkstrommel (23, 23′) und der Wand des Behälters (18, 18′) gebildeten ringförmigen Mischraum (27, 27′) umlaufen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührwerkstrommel (23, 23′) an ihrem oberen Ende in einer Halterung (24, 24′) drehbar gelagert und durch einen in ihrem Inneren angeordneten Antriebsmotor (25, 25′) antreibbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Rührwerkstrommel (23, 23′) ein kegelförmiger Verteiler (26, 26′) für das durch eine axiale Einfüllöffnung (22, 22′) einzugebende Mischgut vorgesehen ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Bereich des Zwischensilos (5′) als Mischwerk (36) ausgebildet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührarme im oberen Bereich des Zwischensilos (5′) als Mischarme (40) ausgebildet sind und über mindestens einem mit Durchbrechungen (39) für den Durchtritt des Mischgutes versehenen, den ringförmigen Mischraum (27′) abschließenden Zwischenboden (38) umlaufen.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischensilo (5, 5′) ein kegelförmiges Unterteil (19, 19′) mit einer axialen Auslauföffnung (20, 20′) aufweist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischensilo an seiner Außenseite mit einer Wärmedämmung (33) versehen ist.