EP0640061A1 - Hydraulisches bindemittel für beton oder mörtel - Google Patents

Hydraulisches bindemittel für beton oder mörtel

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Publication number
EP0640061A1
EP0640061A1 EP93911654A EP93911654A EP0640061A1 EP 0640061 A1 EP0640061 A1 EP 0640061A1 EP 93911654 A EP93911654 A EP 93911654A EP 93911654 A EP93911654 A EP 93911654A EP 0640061 A1 EP0640061 A1 EP 0640061A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cement
concrete
fine
mortar
clinker
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP93911654A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Clemens Reimann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Knoch Kern und Co KG
Original Assignee
Knoch Kern und Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Knoch Kern und Co KG filed Critical Knoch Kern und Co KG
Publication of EP0640061A1 publication Critical patent/EP0640061A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
    • C04B7/48—Clinker treatment
    • C04B7/52—Grinding ; After-treatment of ground cement
    • C04B7/527—Grinding ; After-treatment of ground cement obtaining cements characterised by fineness, e.g. by multi-modal particle size distribution
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
    • C04B2111/00146—Sprayable or pumpable mixtures
    • C04B2111/00155—Sprayable, i.e. concrete-like, materials able to be shaped by spraying instead of by casting, e.g. gunite

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic binder for concrete or mortar, in particular for concrete or mortar to be processed in the dry or wet spray process, preferably tunnel concrete, with a content of commercially available cement, such as fly ash cement, slag cement and optionally aggregates and with a content on fine cement and / or fine clinker.
  • a hydraulic binder for concrete or mortar in particular for concrete or mortar to be processed in the dry or wet spray process, preferably tunnel concrete, with a content of commercially available cement, such as fly ash cement, slag cement and optionally aggregates and with a content on fine cement and / or fine clinker.
  • the binder according to the invention is particularly suitable for shotcrete or mortar for producing environmentally friendly shotcrete in any (conventional) spraying technique (dry and wet spraying methods).
  • the binder according to the invention can be used wherever rapid solidification and high early strength are important.
  • the use in shotcrete and mortar in the production of cement-bound wood fiber boards and in the production of concrete pipes can be mentioned as examples.
  • Shotcrete is installed in the so-called “new Austrian tunnel construction" using the wet or dry spray method and is one of the most important supporting measures. If sufficient compressive strengths and layer thicknesses are achieved, the shotcrete layer can be statically tightened for the final tunnel expansion.
  • the dry spraying process the dried aggregate is mixed with the cement or delivered to the construction site as a finished mixture and water is only added at the nozzle.
  • the desired rapid setting can be achieved by adding a (liquid) setting accelerator to the nozzle, but also by mixing a powdered setting in the cement / aggregate mixture.
  • the cement In the wet spraying process, the cement is premixed with moist aggregates and water, delivered to the construction site and conveyed to the spray nozzle with a special pump.
  • a solidification accelerator (EB agent) is attached to the nozzle. mixed in so that the concrete solidifies quickly.
  • Solidification accelerators customary today consist essentially of alkali hydroxides, alkali aluminates, alkali carbonates and / or water-soluble alkali silicates. These solidification accelerators are strongly alkaline and lead to serious health damage when handled carelessly (especially chemical burns on the people working as the nozzle operator / foreman). In addition, these solidification accelerators must not get into the groundwater or the receiving water. In addition, the solidification accelerators have a very negative influence on the further development of the strength of the concrete, since the rapid solidification produces a very porous concrete.
  • Shotcrete is the outermost layer of a tunnel against the basement and therefore very often comes into contact with water. Depending on the amount and chemical nature of the water, components can be removed from the shotcrete. This is strongly promoted by the above-mentioned porous concrete structure caused by the solidification accelerators. Above all, the alkalis added for acceleration are responsible for a high pH of the water running off. This contaminated water must never get into the ground water (drinking water) and can lead to damage in the drainage (precipitation, further leaching). Attempts have already been described to solve the problems mentioned.
  • AT-B-382 859 proposes a calcium sulfate-free cement (ie clinker ground without gypsum) for the production of shotcrete with a specific Blaine surface area of 2,000-8,000 cm 2 / g.
  • AT-B-382 859 is therefore limited to dry shotcrete.
  • spoonbinders show an extremely poor strength development.
  • the spray cement produced according to AT-B-382 859 is very little resistant to sulfate attack.
  • JP-A-50-98 514 Portland cement is mixed with quick cement and early high strength cement in order to achieve certain properties.
  • a product that contains sodium gluconate and sodium carbonate is named as quick cement. These products are harmful to the environment.
  • JP-A-50-98 514 uses a normal PZ 475 (Blaine 5300 cm 2 / g) as Portland cement, but not a micro-cement.
  • JP-A-60-180 944 a normal cement is mixed with up to 40% extra-fine cement (Blaine> 6,000 cm 2 / g, preferably Blaine 9,000 cm 2 / g) and mixed with ⁇ 30% water in order to achieve early to produce high-strength molded concrete parts.
  • extra-fine cement Blaine> 6,000 cm 2 / g, preferably Blaine 9,000 cm 2 / g
  • the high early strengths of cement / fine cement mixtures are used in particular. Not used and in JP-A-60-180 944 too
  • JP-A-58-223 652 proposes a mixture of normal Portland cement with microsilica and a "calcic expanding material". This latter material has very high contents of CaO (free lime) and CaF 2 as well as a clinker phase typical of some quick cements (HCa0. Al 2 0 3 .CaF 2 ). Micro cement is not mentioned. No particularly fine hydraulic phase is used either.
  • the mortar obtained according to JP-A-58-223 652 is said to be usable as a joint filler in concrete components.
  • DE-A-3 503 385 relates to a binder mixture of Portland cement, alumina cement, limestone and hydrated lime and discloses the addition of concrete flow agents and solidification accelerators. This is exactly one of those mixtures which should be avoided for environmental reasons, since the solidification accelerator used (water glass or a related substance) is harmful to the environment.
  • the addition of alumina cement to accelerate solidification brings with it the known disadvantages of such mixtures (reduced resistance, low final strengths).
  • DE-A-2 055 120 mentions the addition of cement as a powdery accelerator at the spray nozzle as an unsatisfactory possibility of accelerating solidification.
  • DE-A-2055 120 teaches the admixing of a residual portion of milled clinker to the nozzle.
  • DE-B-2 341 493 describes the mixture of a normal Portland cement with a special calcium aluminate cement.
  • the acceleration of setting is based on the special properties of C 12 A 7 , but not on the high fineness of one of the components.
  • DE-B-1211097 in turn describes a mixture of Portland cement and alumina cement as well as anhydrite.
  • the special their properties are based on the admixture of alumina cement, but not on a high fineness and thus reactivity of part of the binder mixture.
  • the rapid solidification is to be achieved directly at the nozzle by admixing a suspension or concrete mixture to alumina cement and / or calcium haloaluminum cement.
  • the object of the present invention is to provide a binder, the use of which does not require conventional solidification accelerators.
  • the rebound should be significantly reduced if the binder is used for shotcrete or mortar. Due to the high stickiness of the concrete or mortar mixed with the binder according to the invention, it should be possible to apply the product without technical modifications in both conventional spraying methods, to give the young concrete more time than before to solidify and thus to improve the strength development and fewer pores to be achieved and nevertheless to ensure sufficient early strengths for a further tee in tunnel construction after 1 to 5 hours.
  • the fine cement and / or fine clinker has a specific surface area of Blaine> 12,000 cm 2 / g, preferably from 15,000 to 20,000 cm 2 / g.
  • the present invention provides a binder, in particular for shotcrete or mortar, which can be processed both in the dry and in the wet spraying process without environmentally harmful influences. It was found that this was achieved surprisingly and particularly well if a commercially available cement - for example the fly ash cement "FAZ 20" or slag cement PZ 275 (H) 20 (“tunnel cement”) with 5 to 80, which is widely used in Austrian tunnel construction %
  • a specially produced cement or clinker of very high fineness (Blaine> 8,000 cm 2 / g), preferably Blaine> 12,000 cm 2 / g) is added.
  • the method is preferably the ultra-fine clinker, for the wet spraying method the ultra-fine cement (which is available, for example, under the name “Microcem” A “and” B “from the Heidelberg cement works or” Microdur P “from Dyckerhoff, or in each Cement works can be easily produced by sifting.)
  • a mixture of two cements of different grinding fineness wet spraying method
  • a mixture of a conventional cement with clinker of very high grinding fineness Blaine> 8000 cm 2 / g
  • Teroc - Kenspritzclar very high grinding fineness
  • fine cement is understood to mean a clinker ground with gypsum additive and "fine clinker” to mean a clinker ground without gypsum additive.
  • compositions of the binder according to the invention are the subject of the dependent claims.
  • a method according to the invention in which the concrete or mortar containing water and optionally additives and binder containing fine clinker is sprayed onto the surface to be coated, which is thereby characterized is characterized in that the fine clinker is mixed only immediately before the concrete or mortar emerges from the spraying device, in particular directly at the spray nozzle. This prevents the concrete or mortar from solidifying prematurely.
  • Fine cements with the designations mentioned above have the following specifications: Microcem A: Blaine: about 11,000 cm 2 / g
  • the spraying was carried out using an Aliva 242 spraying machine suitable for the construction site using the dry spraying method.
  • the W / B value (water / binder value) was about 0.55 for the mixtures without a plasticizer; for mixtures with a condenser about 0.50.
  • Duriment Gork4 concrete GCR4 formulation is composed as follows (otherwise the formulation corresponds to the "mortar mixture” mentioned below):
  • Rubble weight about 1,600 kg / m 3
  • Solidification end about 60 sec
  • the accelerator Addiment BE-2 is an alkaline solidification accelerator (manufacturer: Heidelberger Baustofftechnik) based on sodium aluminate.
  • Liquiment is a condenser based on naphthalene sulfonate resin.
  • BE-2 is an accelerator based on sodium aluminate (trade name "Addiment BE-2)
  • w & p (-S0 3 ) is a micro cement of the above specification, the S0 3 content compared to normal micro cement" w & p "being 3% is reduced.
  • the Addiment ST 2 stabilizer used in the mortar formulation for the spray tests is chemically a cellulose ether.
  • a preferred feature of the invention is as follows: The use of specific surfaces of Blaine> 8000 cm 2 / g. preferably Blaine> 12,000 cm 2 / g, in particular Blaine 15,000 to 20,000 cm 2 / g ground or sifted cements or clinker of the usual phase composition and HS clinker as an admixture in proportions from 5% to commercially available cements for the production of spray cement.
  • This spraying cement subsequently enables the production of environmentally friendly sprayed concrete without accelerators containing alkali and with minimized rebound in the dry as well as in the wet spraying process.
  • any commercially available accelerator e.g. alkali hydroxides, alkali aluminates, alkali carbonates and / or water-soluble alkali silicates
  • the dosage required for normal cements can be reduced by at least 75% due to the high reactivity of the micro-cement used in the mixture.
  • a sprayed concrete of strength class J3 of the sprayed concrete guideline with a normal sprayed concrete could only be achieved with a dosage of 6% accelerator (sodium alumina), and 30% of the binder could be replaced by micro-cement Early strength can be achieved by adding only 0.8% of the same accelerator.
  • the invention can be represented as follows, for example:
  • a hydraulic binding agent for concrete or mortar with a content of commercially available cement, such as fly ash cement, slag cement and possibly aggregates, and with a content of fine cement and / or fine clinker.
  • the binder contains at least 5% by weight of fine cement for the production of concrete or mortar, in particular tunnel concrete, to be processed in the wet spray process and for the production of Dry spraying process for processed concrete or mortar, especially tunnel concrete, at least 5% by weight of fine clinker.
  • the fine cement and the fine clinker have a specific surface area of> 12,000 cm 2 / g, preferably from 15,000 to 20,000 cm 2 / g.
  • the binder can be combined with concrete admixtures.
  • the dosage of these concrete additives can be reduced by at least 75% compared to conventional cements. If commercially available concrete admixtures are added to the binder according to the invention, dosages on the order of 10 to 20% of the dosages customary in known binders are sufficient to achieve the desired changes in properties.

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Abstract

Ein hydraulisches Bindemittel für Beton oder Mörtel, mit einem Gehalt an handelsüblichem Zement, wie Flugaschezement, Schlackezement und gegebenenfalls Zuschlagstoffen sowie mit einem Gehalt an Feinzement und/oder Feinklinker. Das Bindemittel enthält zur Herstellung von im Naßspritzverfahren zu verarbeitendem Beton oder Mörtel, insbesondere Tunnelbeton, wenigstens 5 Gew.-% Feinzement und zur Herstellung von im Trockenspritzverfahren zu verarbeitendem Beton oder Mörtel, insbesondere Tunnelbeton, wenigstens 5 Gew.-% Feinklinker. Der Feinzement und der Feinklinker weisen eine spezifische Oberfläche von > 12 000 cm2/g, vorzugsweise von 15 000 bis 20 000 cm2/g, auf.

Description

Hydraulisches Bindemittel für Beton oder Mörtel
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Bindemittel für Beton oder Mörtel, insbesondere für im Trocken- oder im Naßspritz¬ verfahren zu verarbeitenden Beton oder Mörtel, vorzugsweise Tunnelbeton, mit einem Gehalt an handelsüblichem Zement, wie Flugaschezement, Schlackezement und gegebenenfalls Zuschlag- Stoffen und mit einem Gehalt an Feinzement und/oder Feinklin¬ ker.
Das Bindemittel gemäß der Erfindung ist insbesondere für Spritzbeton oder -mörtel zur Erzeugung eines umweltgerechten Spritzbetones bei beliebiger (herkömmlicher) Spritztechnik (Trocken- und Naßspritzverfahren) geeignet. Allgemein kann das erfindungsgemäße Bindemittel überall dort eingesetzt werden, wo es auf ein schnelles Erstarren und eine hohe Frühfestigkeit ankommt. Als Beispiele können zusätzlich zu der Verwendung in Spritzbeton und -mörtel der Einsatz in der Betonfertigteilin¬ dustrie, bei der Erzeugung von zemen gebundenen Holzfaserplat¬ ten und bei der Herstellung von Betonrohren erwähnt werden.
Spritzbeton wird bei der sogenannten "neuen österr. Tunnel- bauweise" im Naß- oder Trockenspritzverfahren eingebaut und ist eine der wichtigsten Stützmaßnahmen. Werden ausreichende Druckfestigkeiten und Schichtdicken erzielt, kann die Spritz¬ betonschicht für den endgültigen Tunnelausbau statisch mither¬ angezogen werden. Beim Trockenspritzverfahren wird der ge- trocknete Zuschlag mit dem Zement gemischt bzw. als fertige Mischung zur Baustelle angeliefert und erst an der Düse Wasser zugegeben. Das gewünschte schnelle Erstarren kann durch Zugabe eines (flüssigen) Erstarrungsbeschleunigers an der Düse, aber auch durch Einmischen eines pulverförmigen Beschleunigers in die Zement/Zuschlagmischung erzielt werden.
Beim Naßspritzverfahren wird der Zement mit feuchten Zuschlä¬ gen und Wasser fertig vorgemischt, an die Baustelle zugelie¬ fert und mit einer speziellen Pumpe zur Spritzdüse gefördert. An der Düse wird ein Erstarrungsbeschleuniger (EB-Mittel) zugemischt, damit der Beton rasch erstarrt.
Heute übliche Erstarrungsbeschleuniger bestehen im wesentli¬ chen aus Alkalihydroxiden, Alkalialuminaten, Alkalikarbonaten und/oder wasserlöslichen Alkalisilikaten. Diese Erstarrungs¬ beschleuniger sind stark alkalisch und führen beim unachtsamen Handhaben zu bedenklichen Gesundheitsschäden (speziell Ver¬ ätzungen bei den als Düsenführer/Vorarbeiter arbeitenden Per¬ sonen). Außerdem dürfen diese Erstarrungsbeschleuniger weder in das Grundwasser noch in den Vorfluter gelangen. Zusätzlich beeinflussen die Erstarrungsbeschleuniger die weitere Festig¬ keitsentwicklung des Betons sehr negativ, da durch das rasche Erstarren ein sehr poröser Beton hergestellt wird.
Als weiteres Problem beim Verarbeiten (Auftragen) von Spritz¬ beton ist der sogenannte Rückprall zu erwähnen. Durch das Spritzen unter Druck prallt Beton teilweise von der Wand/Decke zurück. Zum einen verändert dieser Vorgang die Zusammensetzung der Spritzbetonmischung, zum anderen muß dieser Rückprall zur Gänze als Bauschutt z.B. aus dem Tunnel entfernt werden. Durch den durch die Zusammensetzung der Erstarrungsbeschleuniger gegenüber normalem Beton erhöhten Alkaligehalt ist er als Sonderabfall zu klassifizieren. Der Materialbedarf beim Sprit¬ zen steigt durch den Rückprall beträchtlich an. Damit eine definierte (gewünschte) Schichtdicke erreicht wird, ist eine deutlich verlängerte Spritzzeit und damit auch ein verlänger¬ tes Aussetzen der Spritzmannschaft gegenüber den gesundheits¬ schädlichen Einflüssen unvermeidlich.
Spritzbeton ist die äußerste Schicht eines Tunnels gegen das Grundgebirge und kommt daher sehr oft mit Wasser in Berührung. Abhängig von der Menge und chemischen Beschaffenheit des Was¬ sers können aus dem Spritzbeton Bestandteile gelöst werden. Dies wird durch die oben erwähnte, von den Erstarrungsbe- schleunigem verursachte poröse Betonstruktur noch stark ge¬ fördert. Vor allem die zur Beschleunigung zugesetzten Alkalien sind für einen hohen pH-Wert des ablaufenden Wassers verant¬ wortlich. Dieses verunreinigte Wasser darf keinesfalls ins Grundwasser (Trinkwasser) gelangen und kann zu Schäden in den Drainagen führen (Ausfällungen, weitere Auslaugungen). Es sind auch schon Versuche beschrieben worden die genannten Probleme zu lösen. So wird in der AT-B-382 859 für die Her¬ stellung von Spritzbeton ein kalziumsulfatfreier Zement (also ein ohne Gips gemahlener Klinker) mit einer spezifischen Ober- fläche nach Blaine von 2 000 - 8 000 cm2/g vorgeschlagen.
Gemahlener Klinker erhärtet bei Wasserzugabe unmittelbar (Löf¬ felbinder), ein Erstarrungsbeschleuniger ist also nicht not¬ wendig. Ein wesentlicher Nachteil ist es aber, daß nur völlig trockene Zuschlagstoffe verwendet werden können. Die AT-B- 382 859 ist daher auf Trockenspritzbeton beschränkt. Als wei¬ terer Nachteil zeigen Löffelbinder eine ausgesprochen schlechte Festigkeitsentwicklung. Zudem ist der nach der AT-B- 382 859 hergestellte Spritzzement gegen Sulfatangriff sehr wenig beständig. Es kommt zu sekundären Reaktionsumwandlungen von ursprünglich gebildetem Kalziumaluminiumhydrat (C4AH6) zu Ettringit. Bei dieser Phasenumwandlung kommt es zu einer star¬ ken Volumsvergrößerung und damit zu Treibeffekten.
In der DE-B-18 00 103, US-A-4 405 372 und in darin zitierten weiteren US-Patentschriften wird ebenfalls ein gipsfrei ver- mahlener Klinker verwendet, hier jedoch mit geringen Zugaben anderer erstarrungsverzögernder Stoffe wie Methylzellulose, Aminformiat oder Aminacetat in Verbindung mit Kalk.
Nach einem in der JP-A-50-98 514 erwähnten Vorschlag wird Portlandzement mit Schnellzement und frühhochfestem Zement gemischt, um bestimmte Eigenschaften zu erreichen. Als Schnellzement wird ein Produkt genannt, das Natriumglukonat und Natriumcarbonat enthält. Diese Produkte sind umweltschäd¬ lich. Als Portlandzement wird in der JP-A-50-98 514 ein nor¬ maler PZ 475 verwendet (Blaine 5300 cm2/g), nicht aber ein Mikrozement.
Gemäß der JP-A-60-180 944 wird ein normaler Zement mit bis zu 40 % extrafeinem Zement (Blaine > 6.000 cm2/g, bevorzugt Blaine 9.000 cm2/g) gemischt und mit < 30 % Wasser versetzt, um früh¬ hochfeste Betonformteile herzustellen. Dabei werden insbeson¬ dere die hohen Frühfestigkeiten von Zement/Feinzementmischun- gen genutzt. Nicht genutzt und in der JP-A-60-180 944 auch nicht angesprochen, wird die hohe Reaktivität des MikroZemen¬ tes zur extremen Erstarrungsbeschleunigung, die beim Einsatz¬ gebiet Spritzbeton/-mörtel viel wichtiger ist als die hohe Festigkeit.
In der JP-A-58-223 652 wird eine Mischung von normalem Port¬ landzement mit Mikrosilica und einem "calcic expanding materi- al" vorgeschlagen. Dieses letztere Material weist sehr hohe Gehalte an CaO (Freikalk) und CaF2 sowie eine für einige Schnellzemente typische Klinkerphase (HCa0. Al203.CaF2) auf. Mikrozement wird nicht erwähnt. Es wird auch keine besonders feine hydraulische Phase eingesetzt. Der gemäß der JP-A-58-223 652 erhaltene Mörtel soll als Fugenfüller bei Betonbauteilen verwendbar sein.
Die DE-A-3 503 385 betrifft ein Bindemittelgemisch aus Port¬ landzement, Tonerdeschmelzzement, Kalkstein und Kalkhydrat und o fenbart die Zugabe von Betonfließmitteln und Erstarrungsbe¬ schleunigern. Dies ist genau eine jener Mischungen, die aus Umweltschutzgründen vermieden werden sollen, da der verwendete Erstarrungsbeschleuniger (Wasserglas oder eine verwandte Sub¬ stanz) umweltschädlich ist. Überdies bringt die Zugabe von Tonerdeschmelzzement zur Erstarrungsbeschleunigung die bekann¬ ten Nachteile von solchen Mischungen (verringerte Beständig- keit, geringe Endfestigkeiten) mit sich.
In der DE-A-2 055 120 wird die Zugabe von Zement als pulver- förmiger Beschleuniger an der Spritzdüse als unbefriedigende Möglichkeit der Erstarrungsbeschleunigung erwähnt. Die DE-A- 2055 120 lehrt das Zumischen eines Restanteiles von gemahle¬ nem Klinker an der Düse.
Die DE-B-2 341 493 beschreibt die Mischung eines normalen Portlandzementes mit einem speziellen Calciumaluminatzement. Die Beschleunigung des Abbindens beruht auf den besonderen Eigenschaften von C12A7, nicht aber auf der hohen Mahlfeinheit einer der Komponenten.
Die DE-B-1211097 beschreibt wiederum eine Mischung aus Port- landzement und Tonerdeschmelzzement sowie Anhydrit. Die beson- deren Eigenschaften beruhen auf der Zumischung von Tonerde¬ schmelzzement, nicht jedoch auf einer hohen Mahlfeinheit und damit Reaktivität eines Teils des Bindemittelgemisches.
Das schnelle Erstarren soll gemäß der DE-A-2 518 799 durch das Zumischen einer Suspension oder Betonmischung zu Tonerde¬ schmelzzement und/oder Kalziumhalogenaluminatzement unmittel¬ bar an der Düse erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt ein Bindemittel zur Verfügung zu stellen, bei dessen Verwendung auf herkömmliche Erstarrungsbeschleuniger gänzlich verzichtet werden kann. Dabei soll der Rückprall, wenn das Bindemittel für Spritzbeton oder -mörtel verwendet wird, deutlich verrin- gert sein. Durch eine hohe Klebrigkeit von mit dem erfindungs- gemäßen Bindemittel angemachtem Beton oder Mörtel soll es möglich sein, das Produkt ohne technische Modifikationen in beiden herkömmlichen Spritzverfahren aufzutragen, dem jungen Beton mehr Zeit als bisher zum Erstarren zu geben und damit eine bessere Festigkeitsentwicklung und weniger Poren zu er¬ reichen und trotzdem nach 1 bis 5 Stunden ausreichende Frühfe¬ stigkeiten für einen weiteren Abschlag im Tunnelbau zu gewähr¬ leisten.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Feinzement und/oder Feinklinker eine spezifische Oberfläche von Blaine > 12 000 cm2/g, vorzugsweise von 15 000 bis 20 000 cm2/g auf¬ weist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Bindemittel insbesondere für Spritzbeton oder -mörtel bereit, der sich sowohl im Trok- ken- als auch im Naßspritzverfahren ohne umweltschädigende Einflüsse verarbeiten läßt. Es wurde festgestellt, daß dies überraschend und besonders gut erreicht wurde, wenn ein han- delsüblicher Zement - beispielsweise der im österreichischen Tunnelbau weithin eingesetzte Flugaschezement "FAZ 20" bzw. Schlackezement PZ 275 (H) 20 ( "Tunnelzement" ) mit 5 bis 80 Gew.-% eines speziell hergestellten Zementes oder Klinkers sehr hoher Mahlfeinheit (Blaine > 8 000 cm2/g), bevorzugt Blaine > 12 000 cm2/g) versetzt wird. Für das Trockenspritz- verfahren ist bevorzugt der hochfeine Klinker, für das Na߬ spritzverfahren der hochfeine Zement (der beispielsweise unter dem Namen "Microcem "A" und "B" von den Heidelberger Zement¬ werken bzw. "Microdur P" von Dyckerhoff im Handel erhältlich oder in jedem Zementwerk durch Sichtung problemlos herstellbar ist) einzusetzen. Bei der Erfindung wird also eine Mischung aus zwei Zementen unterschiedlicher Mahlfeinheit (Naßspritz¬ verfahren) bzw. eine Mischung eines herkömmlichen Zementes mit Klinker sehr hoher Mahlfeinheit (Blaine > 8 000 cm2/g) (Troc- kenspritzverfahren) eingesetzt.
Dabei wird in dieser Beschreibung und in den Patentansprüchen unter "Feinzement" ein mit Gipszusatz vermahlener Klinker und unter "Feinklinker" ein ohne Gipszusatz vermahlener Klinker verstanden.
Bevorzugte Zusammensetzungen des erfindungsgemäßen Bindemit¬ tels sind Gegenstand der Unteransprüche.
Soll ein Spritzbeton oder -mörtel mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel im Naßspritzverfahren verarbeitet werden, wird erfindungsgemäß ein Verfahren, bei dem man den Wasser und gegebenenfalls Zuschlagstoffen sowie Feinklinker enthaltendes Bindemittel enthaltenden Beton oder Mörtel auf die zu be- schichtende Fläche aufspritzt, bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, daß der Feinklinker erst unmittelbar vor dem Austritt des Betons oder Mörtels aus der Spritzvorrichtung, insbesondere unmittelbar an der Spritzdüse zugemischt wird. So wird ein vorzeitiges Erstarren des Betons oder Mörtels verhin- der .
Feinzemente mit den oben erwähnten Bezeichnungen haben folgen¬ de Spezifikationen: Microcem A: Blaine: etwa 11.000 cm2/g
Korngröße: 95% < 16 um, Microcem B:
Blaine: etwa 15 000 cm2/g
Korngröße: 100 % < 10 μm 98 % < 8 μm Im folgenden wird eine O-Probe mit der Duriment GK4-Rezeptur (werksgemischter Trockenfertigbeton der Wietersdorfer & Peg- gauer Zementwerke) mit 5% eines handelsüblichen Beschleunigers (Addiment BE-2) auf Alkalibasis mit Proben ohne Beschleuniger aber Ersatz von PZ 275 (H) 20 durch Mikrozement verglichen. Zusätzlich wurde mit und ohne Verflüssiger (Liquiment der Fa. Chemie Linz) sowie mit unterschiedlichen Mikrozementen (Wie¬ tersdorfer Mikrozement, Heidelberger Mikrozement "Microcem B" (Handelsware) sowie Wietersdorfer Mikrozement mit reduziertem S03-Gehalt) gearbeitet. Die Spritzarbeiten erfolgten mit einer baustellengerechten Spritzmaschine Aliva 242 im Trockenspritz- verfahren. Der W/B-Wert (Wasser/Bindemittel-Wert) betrug für die Mischungen ohne Verflüssiger etwa 0,55; für die Mischungen mit Verflüssiger etwa 0,50.
Duriment Torkretbeton GK4-Rezeptur ist wie folgt zusammenge¬ setzt (im übrigen entspricht die Rezeptur der weiter unten erwähnten "Mörtelmischung" ):
Größtkorn: 4 mm
Schuttgewicht: etwa 1 600 kg/m3
Erstarrungsbeginn: etwa 30 sec
Erstarrungsende: etwa 60 sec
Der Beschleuniger Addiment BE-2 ist ein alkalischer Erstar¬ rungsbeschleuniger (Hersteller: Heidelberger Baustofftechnik) auf Basis von Natriumaluminat.
Liquiment ist ein Verflüssiger auf Basis von Naphthalinsul- fonatharz.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. n.g. = nicht gefunden 20 Verflüssiger "Liquiment" w & p ist ein Mikrozement mit folgender Spezifikation: Blaine: etwa 18 000 cmz/g, Korngröße: 100 % < 10 μm, 95 % < μm.
BE-2 ist ein Beschleuniger auf Basis von Natriumaluminat (Handelsname "Addiment BE-2) w & p (-S03) ist ein Mikrozement der o.g. Spezifikation, wobei der S03-Gehalt gegenüber normalem Mikrozement "w & p" um 3 % verringert ist.
25
Staub und Rückprall bei 10-30% am geringsten, dann bis 75% Mikrozement nur Staub zunehmend, bei 100% Mikrozement Staub und Rückprall wie bei Mischung 0.
Mit allen Varianten ließen sich problemlos Schichtdicken > 30 cm in einem Arbeitsgang spritzen. Die Mischungen 3 und 4 wur¬ den auch über Kopf gespritzt. Die Mindestanforderung an Spritzbeton laut Richtlinie Spritzbeton vom Jänner 1989 (Dl > 5 N/mm2) wird von allen Rezepturvarianten problemlos erreicht. Die Frühfestigkeiten bis zu 1 Stunde sind schwächer als bei nach heutiger Technik beschleunigten Spritzbetonen. Dies wird durch die hohe Klebrigkeit kompensiert. Ab 1 Stunde setzt bei den nach vorliegender Erfindung hergestellten Spritzbetonen eine sehr schnelle Festigkeitsentwicklung ein, welche die erzielbaren Festigkeitswerte nach 24 Stunden von nach dem derzeitigen Stand der Technik hergestellten Spritzbetonen weit übersteigt.
Der in der Mörtelrezeptur für die Spritzversuche eingesetzte Stabilisator Addiment ST 2 ist chemisch ein Cellulose-Ether.
Für die Versuche wurde folgende Mörtelrezeptur eingesetzt:
PZ 275 (H) 20 170 kg <— anteiliger Ersatz durch Feinzement
Splitt 0/0,3 90 kg
0,3/0,8 310 kg
0,8/2,0 171 kg
2,0/4,0 250 kg Addiment ST 2 0,25 kg.
Als betontechnische Vorteile des erfindungsgemäßen Bindemit¬ tels sind zu nennen:
weniger Bluten, höhere Frühfestigkeiten, größere Beständigkeit gegen Verwitterungseinflüsse, größere Dichtigkeit, besserer Korrosionsschutz von Stahlbewehrungen, geringerer mechanischer Abrieb, schnelleres Erhärten und hohe Reaktivität auf Betonzusatzmittel.
Ein bevorzugtes Merkmal der Erfindung ist folgendes: Die Verwendung von auf spezifische Oberflächen von Blaine > 8000 cm2/g. bevorzugt Blaine > 12.000 cm2/g, im speziellen Blaine 15 000 bis 20 000 cm2/g gemahlenen bzw. gesichteten Zementen bzw. Klinker üblicher Phasenzusammensetzung sowie HS- Klinker als Beimischung in Anteilen ab 5 % zu handelsüblichen Zementen zur Herstellung von Spritzzement. Dieser Spritzzement erlaubt in weiterer Folge die Herstellung eines umweltfreund- liehen Spritzbetons ohne alkalihaltige Beschleuniger und mit minimiertem Rückprall im Trocken- als auch im Naßspritzver- fahren.
Als weitere Besonderheit der erfindungsgemäßen Zement-Mikroze- mentmischungen wurde festgestellt, daß sie überraschend beson¬ ders stark auf handelsübliche Betonzusatzmittel, wie z.B. Beschleuniger reagieren. Ist eine besonders schnelle Frühfe- stigkeitsentwicklung erforderlich, kann jeder marktübliche Beschleuniger (z.B. Alkalihydroxide, Alkalialuminate, Alkali¬ karbonate und/oder wasserlösliche Alkalisilikate) zur Abbinde¬ beschleunigung eingesetzt werden. Im Gegensatz zu der für normale Zemente notwendigen Dosierung (oft 5 - 7 %) kann die Dosierung wegen der hohen Reaktivität des in der Mischung verwendeten Mikrozementes jedoch um mindestens 75 % reduziert werden. So konnte in Laborversuchen im direkten Vergleich ein Spritzbeton der Festigkeitsklasse J3 der Richtlinie Spritzbe- ton mit einem normalen Spritzbeton nur bei einer Dosierung von 6 % Beschleuniger (Natriumalumina ) erreicht werden, bei Er¬ satz von 30 % des Bindemittels durch Mikrozement konnten ent¬ sprechende Frühfestigkeiten durch Zusatz von nur mehr 0,8 % desselben Beschleunigers erreicht werden.
Zusammenfassend kann die Erfindung beispielsweise wie folgt dargestellt werden:
Ein hydraulisches Bindemittel für Beton oder Mörtel, mit einem Gehalt an handelsüblichem Zement, wie Flugaschezement, Schlackezement und gegebenenfalls Zuschlagstoffen sowie mit einem Gehalt an Feinzement und/oder Feinklinker. Das Binde¬ mittel enthält zur Herstellung von im Naßspritzverfahren zu verarbeitendem Beton oder Mörtel, insbesondere Tunnelbeton, wenigstens 5 Gew.-% Feinzement und zur Herstellung von im Trockenspritzverfahren zu verarbeitendem Beton oder Mörtel, insbesondere Tunnelbeton, wenigstens 5 Gew.—% Feinklinker. Der Feinzement und der Feinklinker weisen eine spezifische Ober¬ fläche von > 12 000 cm2/g, vorzugsweise von 15 000 bis 20 000 cm2/g, auf. Das Bindemittel kann mit Betonzusatzmitteln kom¬ biniert werden. Durch die hohe Reaktivität des Mikrozement- anteiles im Bindemittel kann die Dosierung dieser Betonzusatz¬ mittel gegenüber herkömmlichen Zementen um mindestens 75 % reduziert werden. Wir das erfindungsgemäße Bindemittel mit handelsüblichen Betonzusatzmitteln versetzt, so genügen be¬ reits Dosierungen in der Größenordnung von 10 bis 20 % der bei bekannten Bindemitteln üblichen Dosierungen, um die gewünsch¬ ten Änderungen der Eigenschaften zu erzielen.

Claims

Patentansprüche:
1. Hydraulisches Bindemittel für Beton oder Mörtel, insbeson¬ dere für im Trocken- oder im Naßspritzverfahren zu ver- arbeitenden Beton oder Mörtel, vorzugsweise Tunnelbeton, mit einem Gehalt an handelsüblichem Zement, wie Flugasche¬ zement, Schlackezement und gegebenenfalls Zuschlagstoffen und mit einem Gehalt an Feinzement und/oder Feinklinker, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinzement und/oder Fein- klinker eine spezifische Oberfläche von Blaine > 12000 cm2/g, vorzugsweise von 15 000 bis 20 000 cm2/g aufweist.
2. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens 5 Gew.-% Feinzement und/oder Feinklinker enthält.
3. Bindemittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es 5 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%, ins¬ besondere 20 bis 30 Gew.—% Feinzement und/oder Feinklinker enthält.
4. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zur Herstel¬ lung von im Naßspritzverfahren zu verarbeitendem Beton oder Mörtel, dadurch gekennzeichnet, daß es Feinzement enthält.
5. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zur Herstel¬ lung von im Trockenspritzverfahren zu verarbeitendem Beton oder Mörtel, dadurch gekennzeichnet, daß es Feinklinker enthält.
6. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es mit handelsüblichen Betonzusatz¬ mitteln versetzt ist.
7. Verfahren zum Aufbringen von Spritzbeton oder -mörtel im Naßspritzverfahren, bei dem man dem Beton oder Mörtel, der Wasser und gegebenenfalls Zuschlagstoffe sowie ein Fein¬ klinker enthaltendes Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5 und 6 enthält, auf die zu beschichtende Fläche aufspritzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinklinker erst unmittelbar vor dem Austritt des Betons oder Mörtels aus der Spritzvorrichtung, insbesondere unmittelbar an der Spritzdüse zumischt.
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