DE4038147A1

DE4038147A1 - Verbesserte spritzbetonmischungen

Info

Publication number: DE4038147A1
Application number: DE19904038147
Authority: DE
Inventors: Josef F Dipl Ing Drs
Original assignee: Sandoz AG; Sandoz Patent GmbH
Current assignee: Sandoz AG; Sandoz Patent GmbH
Priority date: 1990-01-27
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1991-08-01

Description

Beim Spritzen von Beton nach dem Naßspritzverfahren wird eine fertige Betonmischung in pumpbarer Konsistenz mittels einer Pumpe oder pneu matisch durch Rohr- und Schlauchleitungen zu einer Düse gepumpt. An der Düse wird der dichte Betonstrang mittels zugeführter Preßluft aufge lockert, beschleunigt und an eine Auftragsfläche gespritzt. Zur raschen Erstarrung bzw. Erhärtung dieses verspritzten Betons kann durch spezielle Dosiervorrichtungen bzw. über den Luftstrom ein Erstarrungsbeschleuniger zugesetzt werden.

Um ein Zuwachsen mit aushärtendem Beton oder zumindest ein Ansteifen des Spritzbetons und dadurch verursachte Stopfer in den Förderleitungen zu vermeiden, muß bei jeder Arbeitsunterbrechung diese Leitung entleert und gereinigt werden. Vor allem aus diesem Grund fand das Naßspritzen von Beton nur geringe Anwendung.

Beim Trockenspritzverfahren dient eine Trockenmischung, bestehend aus Zement, Zuschlägen und gegebenenfalls Zusatzstoffen sowie Zusatzmitteln, als Spritzgut, das in der Düse mit Wasser benetzt wird. Auf Grund der Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe (etwa 2 bis 6%) wird Wasser in die Trockenmischung eingebracht, welches mit dem Zement eine Vorhydratation eingeht. Daher darf, um ein einwandfreies Auftragen des Spritzbetons zu gewährleisten, die Verarbeitungszeit von 1½ Stunden in der Regel nicht überschritten werden. Besonders bei Sanierungsarbeiten, Hangsicherungen, usw., aber auch bei umfangreichen Spritzarbeiten treten jedoch unbe rechenbare Arbeitsunterbrechungen auf, die zu Verarbeitungszeiten von mehreren Stunden führen und dadurch eine wesentliche Qualitätsverminde rung bis hin zur Unbrauchbarkeit der Trockenmischung bewirken.

Es bestand also ein Problem, sowohl bei Naßspritzbeton, als auch beim Trockenspritzverfahren, das jedoch nicht mit herkömmlichen Verzögerern, die in sonstigen Betonmischungen eingesetzt werden, gelöst werden kann, weil man einen zu starken Einfluß auf die Erstarrung befürchten mußte.

Es wurde nun gefunden, daß bei Verwendung bestimmter Stabilisatoren im Spritzbeton eine längere Verarbeitungszeit erzielt werden kann, so daß Arbeitsunterbrechungen von mehreren Stunden möglich werden. Trotzdem kann die stabilisierte Betonmischung durch Einsatz der üblichen Beschleuniger jederzeit aktiviert und in gewohnter Weise gespritzt werden, ohne daß die Druckfestigkeit des gespritzten Betons darunter leidet. Während der Unterbrechung ist keinerlei Reinigungs- oder Wartungsaufwand zu treffen. Beim Trockenspritzverfahren gibt es außerdem keine schädliche Auswirkung auf und sogar Verbesserung (Reduktion) von Rückprall und Staubentwicklung und es wird die erhöhte Stopfergefahr in der Förderleitung vermieden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Spritzen von Beton, wel ches durch die Anwesenheit eines Stabilisators, der Calciumionen als Chelate binden kann, als Verzögerer in der Betonmischung gekennzeichnet ist, wobei die Betonmischung beim Spritzen mit einem üblichen Beschleuni ger aktiviert wird. Dieses Verfahren kann sowohl als Naßspritzverfahren, als auch als Trockenspritzverfahren ausgestaltet sein. In beiden Fällen enthält die Betonmischung, welche zur Düse geführt wird, den Stabili sator, während der Beschleuniger in der Düse zugefügt wird.

Bevorzugte Stabilisatoren im erfindungsgemäßen Verfahren sind Phosphon säure-Derivate mit Hydroxy- oder Aminogruppen, die Calciumionen als Chelate binden können. Bevorzugt werden Verbindungen, die als Dequest- Produkte von der Firma Monsanto C. verkauft werden, und zwar:

- Dequest 2000: Aminotri(methylenphosphonsäure),
- Dequest 2006: Aminotri(methylenphosphonsäure)-pentanatriumsalz,
- Dequest 2010: 1-Hydroxyäthyliden-1,1-diphosphonsäure,
- Dequest 2016: 1-Hydroxyäthyliden-1,1-diphosphonsäure-tetranatriumsalz,
- Dequest 2041: Aethylendiamintetra(methylenphosphonsäure),
- Dequest 2047: Aethylendiamintetra(methylenphosphonsäure)-calcium-/ natriumsalz,
- Dequest 2051: Hexamethylendiamintetra(methylenphosphonsäure),
- Dequest 2054: Hexamethylendiamintetra(methylenphosphonsäure)-kaliumsalz,
- Dequest 2060: Diäthylentriaminpenta(methylenphosphonsäure),
- Dequest 2066: Diäthylentriaminpenta(methylenphosphonsäure)-natriumsalz.

Andere geeignete Verzögerer sind Hydroxycarbonsäuren und ihre Salze, wie Salicyl-, Zitronen-, Milch-, Glucon-, Wein-, Mucon-, und Glucoheptan säure; Polycarbonsäuren und ihre Salze, wie Malein-, Fumar-, Itacon-, Malon-, Bernstein- und Phthalsäure sowie auch Polymalein-, Polyfumar-, Polyacryl- und Polymethacrylsäuren, vorzugsweise mit niedrigem Molekular gewicht; Antioxydantia, wie Ascorbin- und Isoascorbinsäure; Polymere wie sulfonsäurehaltige Acrylpolymere und Polyhydroxysilane vorzugsweise mit niedrigem Molekulargewicht; Aldosen bzw. Ketosen, wie Zucker und Maissirup sowie Lignonsulfonate wie Calciumlignosulfonat. Außerdem kommen anorganische (Phosphate, Borate) oder organische Komplexbildner (EDTA, NTA) und Zeolithe in Frage. Hydroxycarbonsäuren, Polycarbonsäuren, Phos phate und organische Komplexbildner sind von diesen bevorzugt.

Besonders geeignete Verzögerer sind Mischungen von mindestens einem Phosphonsäurederivat und mindestens einem anderen Verzögerer. Da viele der Verzögerer, die nicht zur Gruppe der Phosphonsäurederivaten gehören, auch Wasser reduzierende Eigenschaften aufweisen, können diese auch die Druckfestigkeit des ausgehärteten Betons erhöhen.

Besonders bevorzugte Verzögerer sind Mischungen eines Dequest-Produktes mit Zitronensäure, vor allem Dequest 2000 und Zitronensäure. Bevorzugte Verhältnisse von Dequest-Produkt zu Zitronensäure gehen von 1 : 1 bis 2 : 1.

Als Beschleuniger werden die üblicherweise beim Spritzbeton eingesetzten Produkte verwendet. So können nicht nur Alkalialuminate und deren Mischungen mit Pottasche, sondern auch Silikate wie Wasserglas ohne zusätz liche Inanspruchnahme eines Aktivators die Zementhydratation wieder star ten und schnelle Erhärtung des Spritzbetons erfolgt. Die Dosierung ist - wie immer - von vielen Randbedingungen abhängig und schwankt zwi schen 1,0 und 25% des Zementgewichtes, bevorzugt 3-10%. Als Richtwerte gelten für das Trockenspritzverfahren etwa 6 Masse-% des Bindemittels (Zement bzw. Zement + Zusatzstoff), beim Naßspritzen dagegen ca. 8 Masse-%.

Die Mengen an Verzögerer und Beschleuniger, die als Gewichtsprozent der Betonmischung im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, hängen von verschiedenen Faktoren ab, die der Fachmann ohne weiteres erkennen kann. Als solche seien genannt:

1. Die Formulierung der verwendeten Verzögerer und Beschleuniger.
2. Die Dauer der gewünschten Verzögerung. Normalerweise ist diese 2-18 Stunden (über Nacht), gelegentlich auch bis 72 Stunden (Wochenende).
3. Der Zementtyp. Es können ASTM-Typen I-V benützt werden, Typ I und II sind aber bevorzugt. Der Gehalt an Zusatzstoffen wird zum Zement gehalt dazugerechnet.
4. Die Zeit zwischen Herstellung der Betonmischung und Zugabe des Ver zögerers. Dieser kann zum ungebrauchten Teil der Betonmischung zugegeben werden und zwar solange die Betonmischung die benötigten Frischbetoneigenschaften hat. Vorzugsweise wird der Verzögerer bis maximal 1,5 Stunden nach Herstellung der Mischung zugegeben. Je länger dieser Zeitabschnitt ist, umso mehr Verzögerer muß zugegeben werden.
5. Die Temperatur der Betonmischung. Je höher die Temperatur ist, umso schneller härtet die Mischung aus und umso mehr Verzögerer wird ent sprechend gebraucht. Wegen der schnelleren Aushärtung sollte man bei Temperaturen über 20°C vorzugsweise den Verzögerer innerhalb einer Stunde nach der Herstellung der Betonmischung zugeben.
6. Die Art und die Mengen der Zusätze in der ursprünglichen und in der frisch zugegebenen Zementmischung.

Falls gewünscht, können dem Beton auch wasserreduzierende Zusatzmittel zugegeben werden. Bevorzugt sind diejenigen, welche in ASTM C 494 als "Type A admixtures" bezeichnet werden. Diese Wasser reduzierenden Mittel haben selbst keine wesentlichen Verzögerungs- oder Beschleunigungseigen schaften. Ein solches Produkt wird von der Firma Master Builders Inc. unter dem Namen Pozzolith Polyheed und von MBT unter dem Namen Rheo build 1000 verkauft.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert. Prozentangaben sind als Gewichtsprozent zu verstehen, Temperaturangaben in Celsiusgraden.

Beispiel 1 (Naßspritzbeton)

Als Betonspritzmaschine wird eine Betonpumpe Guni 48 (Firma Turbosol) mit 40 m Schlauchleitung (Durchmesser 5 cm) verwendet. Als Spritzgut wird eine Betonmischung eingesetzt, die aus Portlandzement, Wasser und einem Aggregat mit Körnung 0/4 mm, Sieblinie B und mit hohem Feinteilgehalt besteht. Das Wasser/Zement-Verhältnis ist ca. 0,56 und das Ausbreitmaß ca. 60 cm. Als Stabilisator wird eine wäßrige Lösung von 12,8% Amino tri-(methylen-phosphonsäure) und 8% Zitronensäure, als Beschleuniger eine wäßrige Lösung von Natriumaluminat und Pottasche (Barra Gunit F 96 der Firma MBT) eingesetzt.

Um das Konsistenzverhalten von fertiggemischtem Beton in der Pumpe und in den Schlauchleitungen zu prüfen, wird eine Betonmischung mit der Zu sammensetzung:

Portlandzement 375
450 Teile
Steinmehl	50 Teile
Sand 0/1	680 Teile
Sand 1/4	1000 Teile
Stabilisator	9 Teile
Wasser	261 Teile

im Betonmischer gemischt, in die Pumpe gefüllt, im Kreis gepumpt, die Pumpe über längere Zeit abgestellt, wieder angefahren und die Beton konsistenz, der Pumpendruck und die Betontemperatur gemessen. Der Pumpendruck bleibt von Anfang bis zum Ende des Versuchs (nach 5 Stunden) gleich und beträgt 10 bar. Die Betontemperatur bleibt in der Pumpe über 4 Stunden konstant und beträgt 12°, im in der Sonne liegenden Schlauch steigt die Temperatur auf 16°. Das Ausbreitmaß fällt von 62 cm in der ersten Stunde um 1 cm auf 61 cm, nach weiteren 1,5 Stunden auf 56 cm, was jedoch keinen Einfluß auf den Pumpendruck hat. Durch Ergänzung der Betonmischung mit Frischbeton wird die Konsistenz wieder auf 62 cm erhöht und fällt innerhalb von weiteren 2,5 Stunden auf 58 cm.

Beim Verspritzen von industriell gemischtem Beton ähnlicher Zusammen setzung unter Zugabe von Beschleuniger (8% bezogen auf Zementgewicht) wurde festgestellt, daß diese Mischung trotz der relativ hohen Dosierung von 2% des Zementgewichtes eines Stabilisators eine ähnliche Festig keitsentwicklung zeigt, wie Beton ohne Stabilisator. Dabei ist die Re aktionsfähigkeit des Systems innerhalb von einigen Stunden unabhängig vom Betonalter, im Gegensatz zu konventionellen Spritzbeton, welcher mit zunehmendem Alter schlechter reagiert.

Beispiel 2 (Trockenspritzverfahren)

Aus 400 Teilen Portlandzement 375 und 1850 Teilen Zuschlag (Korngröße 0/8, Sieblinie B, 5% Eigenfeuchte) wird eine Trockenmischung herge stellt und während des Mischens in der Mischbirne mit 1,3% der Zement masse (d. h. 5,2 Teilen) eines Stabilisators wie in Beispiel 1 versetzt. Es wird 5 Minuten nachgemischt und zwei Mischungen miteinander ver glichen: die eine wird 16 Stunden nach der Herstellung, die zweite 1 Stunde nach der Herstellung unter Verwendung von 6% Barra Gunit LL (handelsüblicher Pulvergunittyp auf Aluminatbasis) verspritzt. Die Festigkeitsentwicklung entspricht den in der Spritzbetonpraxis üblichen Werten. Zwischen den lange bzw. kurz gelagerten Mischungen ist kein Unterschied feststellbar. Die Druckfestigkeit nach 7 und 28 Tagen war bei der Verarbeitungszeit von 16,5 Stunden höher als bei einstündiger Lagerung.

Claims

1. Verfahren zum Spritzen von Beton, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonmischung als Verzögerer einen Stabilisator enthält, der Calciumionen als Chelate binden kann.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonmischung beim Spritzen mit einem üblichen Beschleuniger aktiviert wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine fertige Betonmischung naß gespritzt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß dem Trockenspritzverfahren zunächst eine Trockenmischung hergestellt wird, die den Stabilisator bereits enthält.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Stabilisator ein Phosphonsäure-Derivat mit Hydroxy- und/oder Aminogruppen verwendet wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Stabilisator mindestens eine Verbindung aus der Gruppe von Aminotri(methylenphosphonsäure), Aminotri(methylenphosphonsäure)-pentanatriumsalz, 1-Hydroxyäthyliden-1,1-diphosphonsäure, 1-Hydroxyäthyliden-1,1-diphosphonsäuretetranatriumsalz, Aethylendiamintetra(methylenphosphonsäure), Aethylendiamintetra(methylenphosphonsäure)-calcium-/natriumsalz, Hexamethylen-diamintetra(methylenphosphonsäure), Hexamethylendiamintetra(methylenphosphonsäure)-kaliumsalz, Diäthylentriaminpenta (methylenphosphonsäure), Diäthylentriaminpenta(methylenphosphonsäure)-natriumsalz eingesetzt wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Stabilisator außerdem eine Verbindung aus der Gruppe von Hydroxy carbonsäuren oder Polycarbonsäuren und ihren Salzen, Ascorbinsäure, Isoascorbinsäure, Aldosen, Ketosen, anorganische bzw. organische Komplexbildner und Lignonsulfonaten eingesetzt wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Stabilisator eine Mischung eines Phosphonsäure-Derivats mit Zitronensäure eingesetzt wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschleuniger, eine Mischung von Alkalialuminat mit Pottasche eingesetzt wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Trockenspritzverfahren etwa 6 Masse-% des Bindemittels eingesetzt werden.