DE3720783A1 - Verfahren zum auftragen einer spritzbetonschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von der Lehre des Hauptpatentes. Die Lehre des Hauptpatentes bezieht sich auf ein Verfahren zum Auftragen einer Spritzbetonschicht auf eine Oberfläche, wobei aus Zement, Zuschlag­ stoffen, gegebenenfalls Zusatzstoffen, und Wasser eine pump- sowie spritzfähige Spritzbetonmischung angemacht wird, wobei ein vorgegebe­ ner Mengenstrom der Spritzbetonmischung mit Hilfe einer Betonförder­ pumpe einer Betonförderleitung mit einem Spritzaggregat mit Treibluft­ einführungseinrichtung für unter einem Förderdruck von mehreren bar stehende Treibluft zugeführt wird, und wobei die Spritzbetonmischung mit der Treibluft verspritzt wird. - Füller meint dabei feinkörnige Füller, insbesondere Flugasche. Die Zusatzstoffe können z.B. Abbinde­ beschleunigungsmittel oder Abbindeverzögerungsmittel sein. Es kann sich aber auch um Kunstharzkomponenten handeln. Der Ausdruck "För­ derdruck" meint den statischen Druck der Treibluft, die von einer ent­ sprechenden Druckluftquelle zur Verfügung gestellt wird, beim Einlei­ ten in die Treiblufteinführungseinrichtung.

Die vorstehend geschilderten bekannten Maßnahmen, von denen das Hauptpatent ausgeht, haben sich bewährt, jedoch ist die Ansteifzeit verhältnismäßig groß. Die pump- und spritzfähige Spritzbetonmischung weist Überschußwasser auf, welches bei der Hydratation nicht ver­ braucht wird. Es verlängert in störendem Maße die Ansteifzeit. Das beeinträchtigt die Dicke der 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 wasser­ glas- oder aluminathaltige Erstarrungsbeschleuniger, um das Ansteifen zu beschleunigen und größere Schichtdicken zu ermöglichen. Diese Zu­ sätze sind jedoch störend in den Erhärtungsprozeß eingreifende Zu­ satzmittel. Da Wasserglas den pH-Wert des Frischbetons über den nor­ malen Wert von pH=12,6 anhebt, können unerwünschte Alkalisilikat­ reaktionen dafür verantwortlich sein, daß die Festigkeit des erhärte­ ten Betons in Abhängigkeit von der Zeit bisweilen eine abfallende Tendenz zeigt. Im übrigen ist es bekannt (GB-PS 20 20 722) einer Spritzbetonmischung Silicastaub beizugeben. Silicastaub bezeichnet staubfeine, amorphe oder kolloidale Kieselsäure, die als Fällungskie­ selsäure oder durch Hochtemperaturhydrolyse hergestellt wird. Im Rah­ men dieser bekannten Maßnahmen wird zunächst aus Zement, gegebe­ nenfalls feinkörnigen Füllern, und Wasser eine fließfähige Mischung angemacht, die später mit den trockenen Zuschlagstoffen versetzt wird. In die fließfähige Mischung wird der Silicastaub eingebracht, dessen innere Oberfläche im Rahmen der bekannten Maßnahmen nicht spezifi­ ziert ist. Der Silicastaub 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 Kon­ sistenz verändernde Effekt nicht ausgenutzt werden, weil er den Pump­ vorgang und die Beförderung des Betons in den Förderleitungen behin­ dert. Vermutlich reagiert Silicastaub mit dem Kalziumhydroxid des Ze­ mentes unter Bildung von Kalziumsilicathydraten. Das bewirkt eine den Klinkerphasen des Zementes verwandte Kristallstruktur und macht es verständlich, daß Festigkeitssteigerungen erreicht werden. Der Lehre des Hauptpatentes liegt die Aufgabe zugrunde, bei dem beschriebenen Verfahren die Ansteifzeit zu reduzieren, und zwar ohne störend in den chemischen Erhärtungsprozeß einzugreifen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Qualität des aufgebrachten Spritzbetons weiter zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruches 1. Weitere Ausbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 5.

Erfindungsgemäß wird das Verfahren, welches die Lehre des Hauptpa­ tentes bildet, dadurch weiter ausgebildet, daß in Kombination zu den im Hauptpatent beanspruchten Komponenten ein Kleber auf Basis von Polyacrylamid und/oder ein Schnellbinder qualitätsverbessernd in den Spritzbeton eingebaut wird, jedoch auf besondere Art und Weise, wo­ bei der Silicastaub besondere Funktionen erfüllt:

Wie bei der Lehre des Hauptpatentes erfolgt eine spontane Temperatur­ erhöhung um einige Grad Kelvin. Der Spritzbeton verliert in einer sehr kurzen Zeitspanne beim Auftreffen und nach dem Auftreffen auf die Oberfläche seine weichplastische Konsistenz und geht in eine erdfeuch­ te Konsistenz über. Da der Silicastaub mit der Treibluft in die Spritz­ betonmischung eingebracht wird, erfolgt das Einmischen unmittelbar vor dem und beim Verspritzen. Der Silicastaub nimmt das Überschuß­ wasser in der pump- und fließfähigen Spritzbetonmischung spontan auf, und zwar praktisch beim Auftreffen der Spritzbetonmischung auf die zu beschichtende Oberfläche. Man kann davon ausgehen, daß die kolloidal kleinen Teilchen des Silicastaubes physikalisch als Kristalli­ sationskeime für den Zement wirken, wobei eine schnelle Reaktion be­ stimmter Klinkerphasen sich einstellt. Die Reaktion der Klinkerphasen ist bekanntlich eine exotherme Reaktion, bei der ein Teil der Wärme der spontanen Temperaturerhöhung freigesetzt wird. Man kann weiter­ hin davon ausgehen, daß auf der großen Oberfläche des Silicastaubes sich Wassermoleküle anlagern. Die Anordnung der Moleküle geht dabei vermutlich aus dem regellosen Zustand in eine geordnete, quasikristal­ line Struktur über. Der beschriebene Temperatursprung kann vermut­ lich zum Teil darauf zurückgeführt werden, daß die Energie als Wärme freigesetzt wird, die der bereitgestellten Energie beim Übergang von der amorphen zur quasikristallinen Anordnung entspricht. Die Tempe­ ratur der spontanen Temperaturerhöhung läßt sich experimentell für eine vorgegebene Spritzbetonmischung leicht ermitteln. Sie wird ermit­ telt, um die Silicastaubmenge wirksam zu dosieren, so daß eine be­ achtliche Reduzierung der Ansteifzeit erreicht wird und folglich we­ sentlich größere Schichtdicken aufgetragen werden können. Außerdem trägt der Silicastaub langfristig zur Festigkeitssteigerung des erhärte­ ten Spritzbetons bei. - All diese auch für die Erfindung nach dem Hauptpatent wesentlichen Funktionen des Silicastaubes bleiben erhal­ ten. Der Silicastaub erfüllt jedoch im Rahmen der Erfindung eine zu­ sätzliche Funktion, nämlich die eines Transporteurs für den feinkörni­ gen Kleber und/oder den Schnellbinder. Der Kleber bildet zusammen mit dem Anmachwasser lange Molekühlketten. Die Anwesenheit des Sili­ castaubes beeinträchtigt dies überraschenderweise nicht. Das gilt auch für die Wirkung des Schnellbinders, der die schnelle Erhärtung des Spritzbetons fördert. Im Ergebnis können auf einfache Weise verhält­ nismäßig große Mengen des Klebers bzw. des Schnellbinders in sehr homogener Verteilung wirksam eingebracht werden. Andererseits trägt der Silicastaub langfristig zur Festigkeitssteigerung des erhärteten Spritzbetons bei. Zum Beispiel wird der Silicastaub vermischt mit dem Kleber bzw. dem Schnellbinder in den Mengenstrom der Spritzbetonmi­ schung in solcher Menge eingebracht, daß die spontane Temperaturer­ höhung 5-10 Grad Kelvin beträgt. Das führt bei üblichen Spritzbeton­ mischungen dazu, daß mit der Treibluft in den Mengenstrom der Beton­ mischung, bezogen auf den Zementgehalt, 2-6 Gew.-%, vorzugsweise etwa 4 Gew.-%, des Silicastaubes eingebracht werden. Nach bevorzug­ ter Ausführungsform der Erfindung wird die unter dem Förderdruck stehende Treibluft mit dem Silicastaub beladen, was die Bildung von Flocken und Klumpen aus dem Silicastaub vermeidet.

Im einzelnen bestehen verschiedene Möglichkeiten der weiteren Ausbil­ dung und Gestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Stets ist eine innere Oberfläche von zumindest 25 mg²/g erforderlich. Nach Möglich­ keit soll die innere Oberfläche größer sein. Eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Treibluft mit einem Silicastaub beladen wird, der eine innere Oberfläche im Be­ reich 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 kann mit allen üblichen Spritzbetonmischun­ gen gearbeitet werden, insbesondere auch mit solchen, die eine Kunst­ harzkomponente enthalten. Bewährt hat sich eine Spritzbetonmischung, die etwa 360 kg/m³ Zement, 1760 kg/m³ Zuschlagstoff der Sieblinie B₈/C₈ und 200 kg/m³ Wasser aufweist. Der Zement ist zweckmäßiger­ weise ein Portlandzement 45F. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens nimmt der Silicastaub das Überschußwasser der Spritzbetonmi­ schung auf, was das Aufbringen von wesentlich dickeren Spritzbeton­ schichten erlaubt.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Spritzaggregat zur Durchfüh­ rung des beschriebenen Verfahrens. Es ist in der Zeichnung darge­ stellt.

Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein solches Spritz­ aggregat.

Man erkennt in der Figur ein gerades Führungsrohr 1 für die mit dem Silicastaub 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 Füh­ rungsrohr 1 für die Führung der Spritzbetonmischung und das schräg eingeführte Zuführungsrohr 3 für die mit dem Silicastaub beladene Treibluft dient. An das gerade Führungsrohr 1 ist im Ausführungsbei­ spiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ein von ei­ ner Bedienungsperson beim Auftragen des Spritzbetons führbarer Schlauch 4 angeschlossen. Er dient gleichzeitig als Verwirbelungslanze oder Verwirbelungsschlauch 4. Entsprechend könnte man mit einem Ver­ wirbelungsrohr 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 kine­ tische 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 be­ sitzen dazu einen Innendurchmesser D von etwa 50 mm. Der Einfüh­ rungswinkel a beträgt etwa 30°.

Claims (5)

1. Verfahren zum Auftragen einer Spritzbetonschicht auf eine Oberflä­ che

• - wobei aus Zement, Zuschlagstoffen, gegebenenfalls Zusatzstoffen, und Wasser eine pump- sowie spritzfähige Spritzbetonmischung angemacht wird,
• - wobei ein vorgegebener Mengenstrom der Spritzbetonmischung mit Hil­ fe einer Betonförderpumpe durch eine Betonförderleitung einem Spritz­ aggregat mit Treiblufteinführungseinrichtung für unter einem Förder­ druck von mehreren bar stehende Treibluft zugeführt wird,
• - wobei die Treibluft mit Silicastaub beladen wird, der eine innere Oberfläche von zumindest 25 m²/g aufweist,
• - wobei mit der Treibluft in den Mengenstrom der Spritzbetonmischung der Silicastaub in solcher Menge eingebracht wird, daß der aufgetra­ gene Spritzbeton unmittelbar nach dem Aufbringen eine spontane Temperaturerhöhung von einigen Grad Kelvin erfährt,
• - wobei der Silicastaub mit einem pulverförmigen Kleber auf Basis von Polyacrylamid vermischt und diese Mischung mit der Treibluft in den Mengenstrom der Spritzbetonmischung eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei dem Silicastaub zusätzlich ein Schnellbinder auf Aluminatbasis beigemischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in den Silicastaub, des­ sen Menge etwa 3 Gewichtsprozent des Zementgewichtes ausmacht, 0,5 bis 2 Gewichtspromille, vorzugsweise etwa 1 Gewichtspromille, des Kle­ bers eingebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei in den Silicastaub, dessen Menge etwa 3 Gewichtsprozent des Zementgewichtes ausmacht, etwa 0,75 bis 2 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 1,2 Gewichtsprozent des Schnell­ binders eingemischt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mit einer Spritz­ betonmischung der Zusammensetzung Zement PZ45Fetwa  370 kg/m³ Steinkohlenflugascheetwa   70 kg/m³ Wasseretwa  200 kg/m³ Zuschlagetwa 1670 kg/m³Sieblinien mit 8 mm Größtkornfür etwa 1 m³ Spritzbeton gearbeitet wird.