WO2020064362A1 - Vorrichtung und verfahren zum ausbringen von spritzbeton - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum ausbringen von spritzbeton Download PDF

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WO2020064362A1
WO2020064362A1 PCT/EP2019/074456 EP2019074456W WO2020064362A1 WO 2020064362 A1 WO2020064362 A1 WO 2020064362A1 EP 2019074456 W EP2019074456 W EP 2019074456W WO 2020064362 A1 WO2020064362 A1 WO 2020064362A1
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shotcrete
nozzle
metering
sensor
angle
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PCT/EP2019/074456
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Inventor
Michael HÖSS
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Putzmeister Engineering Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28C—PREPARING CLAY; PRODUCING MIXTURES CONTAINING CLAY OR CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28C5/00—Apparatus or methods for producing mixtures of cement with other substances, e.g. slurries, mortars, porous or fibrous compositions
    • B28C5/02—Apparatus or methods for producing mixtures of cement with other substances, e.g. slurries, mortars, porous or fibrous compositions without using driven mechanical means effecting the mixing
    • B28C5/026—Mixing guns or nozzles; Injector mixers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28C—PREPARING CLAY; PRODUCING MIXTURES CONTAINING CLAY OR CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28C7/00—Controlling the operation of apparatus for producing mixtures of clay or cement with other substances; Supplying or proportioning the ingredients for mixing clay or cement with other substances; Discharging the mixture
    • B28C7/04—Supplying or proportioning the ingredients
    • B28C7/0404—Proportioning
    • B28C7/0418—Proportioning control systems therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04F—FINISHING WORK ON BUILDINGS, e.g. STAIRS, FLOORS
    • E04F21/00—Implements for finishing work on buildings
    • E04F21/02—Implements for finishing work on buildings for applying plasticised masses to surfaces, e.g. plastering walls
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    • E04F21/12—Mechanical implements acting by gas pressure, e.g. steam pressure
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/04—Lining with building materials
    • E21D11/10—Lining with building materials with concrete cast in situ; Shuttering also lost shutterings, e.g. made of blocks, of metal plates or other equipment adapted therefor
    • E21D11/105—Transport or application of concrete specially adapted for the lining of tunnels or galleries ; Backfilling the space between main building element and the surrounding rock, e.g. with concrete

Definitions

  • the invention relates to a device for applying shotcrete with a shotcrete nozzle and a mixing device assigned to the shotcrete nozzle for metering solidification accelerators to be sprayed with sprayed concrete by means of the shotcrete nozzle.
  • the invention also relates to a method for applying shotcrete with a shotcrete nozzle and a computer program for carrying out the method.
  • Shotcrete systems are used for example in tunnel construction or in mines for expansion and backfilling purposes.
  • the shotcrete is conveyed to the installation site in a closed hose line, where it is pneumatically applied from a shotcrete nozzle and compressed by the impact energy.
  • the recipe largely corresponds to that of normal concrete.
  • the addition of a solidification accelerator increases the so-called early strength, so that the shotcrete solidifies quickly, at least in sections, quickly after the impact.
  • Powdery building materials, in particular cement, additives and optionally additives are added with the addition of mixing water and a liquid or in a liquid, usually water, transported starter accelerator.
  • the solidification accelerator which is added during the application process, is usually a liquid component that leads to an early strength of the hardening building material. If the building material is conveyed dry (so-called dry spray method), then the necessary agile mixing water must also be added to the shotcrete nozzle. The conveyance takes place by means of compressed air through a delivery pipe to the shotcrete nozzle. Only shortly before the nozzle area is the dry mixture provided with the necessary mixing water. As a rule, the solidification accelerator is then contained in the mixing water.
  • the powdery building materials are mixed together with the mixing water and conveyed to a shotcrete nozzle by means of a concrete pump (dense current delivery) or compressed air (thin flow delivery) (the thin flow process can also be used in the dry spray process).
  • the conveyed building material mix is fed to the shotcrete nozzle
  • the dose of the solidification accelerator supplied is kept constant for reasons of simplicity or regulated depending on the delivery rate of the shotcrete.
  • the amount of solidification accelerator required varies among other things with the position of the surface to which the shotcrete is placed.
  • the correct amount of solidification accelerator metered in depends on many different parameters, including the position of the surface to which the shotcrete is to be applied. In order to ensure that the shotcrete has sufficient hold both on the more vertical surfaces (lower area of the tunnel - also known as the stope) and on the more horizontal areas (upper area of the tunnel - also referred to as the calotte) of a tunnel a different amount of solidification accelerator is necessary. Incorrect metering (overdosing or underdosing) of solidification accelerators can lead to a reduction in the concrete strength, less post-hardening or less water impermeability and thus to loss of quality of the sprayed concrete applied. Overdosing the solidification accelerator also leads to increased costs.
  • the invention proposes a device for applying shotcrete or a method for applying shotcrete and a computer program for carrying out the method with the features of the independent claims.
  • Setting accelerators are termed setting accelerators which reduce the setting time, in other words, accelerate the setting.
  • Alkaline based on aluminate or silicate
  • Typical products contain alkali carbonates (potassium carbonate), alkali hydroxides or alkali aluminates as active ingredients.
  • solidification accelerators By adding solidification accelerators, the shotcrete sets faster and achieves a higher early strength. This enables the subsequent layers to be applied more quickly and in larger layers.
  • solidification accelerators contribute significantly to an increase in production capacity.
  • the use of solidification accelerators is particularly advantageous in tunnel construction, as it results in a quick section build-up, high early strength and waterproofing.
  • the addition of solidification accelerators depends on various parameters and factors.
  • the amount to be added depends essentially on the type of solidification accelerator used. Depending on the chemical composition of the solidification accelerator, an addition between 3% and 15% is expedient.
  • the metering thus varies with the shotcrete delivery rate.
  • the required proportion of solidification accelerators can also depend on the inclination of the surface to which the shotcrete is applied - rather horizontal surfaces require a higher amount of solidification accelerators than vertical surfaces. It may therefore be necessary to change the dose of the shotcrete to be delivered by means of the shotcrete nozzle as a function of external parameters.
  • the shotcrete nozzle is usually aligned along the surface normal of the surface to be sprayed, the angle of impact of the shotcrete on the surface to be sprayed is 90 ° (angle of attack).
  • the shotcrete nozzle is optimally parallel to Surface normals aligned. Due to the spray cone, which is given by the spray concrete emerging from the shotcrete nozzle, there are always slight deviations in the angle of incidence.
  • a sensor-controlled metering of the solidification accelerator is provided as a function of an external parameter. This makes it possible to automatically adjust the metering of the solidification accelerator as a function of external parameters detected by the sensor. This opens up the possibility of adapting or changing the metering during the spray application.
  • the sensor control takes over
  • the accelerator dosage can be adjusted immediately (i.e. in real time).
  • the external parameter can be, for example, the ambient temperature or the air humidity (for example in a tunnel vault).
  • the metering can then be adjusted depending on the temperature or humidity, which is measured by a sensor. It is also possible to adjust the metering depending on the composition of the solidification accelerator. It is also conceivable to use a sensor (acceleration sensor) to measure the relative movement of the shotcrete nozzle, for example, or to map the area to be sprayed and thus adapt the dosage to any changing external circumstances during application.
  • the device has a sensor assigned to the shotcrete nozzle for determining an inclination and / or angle of attack of the shotcrete nozzle during the spraying process.
  • This configuration thus allows the solidification accelerator to be added to the sprayed concrete application depending on an angle as an external parameter at which the shotcrete is applied.
  • the sensor-controlled metering can take place as a function of an angle of inclination of the shotcrete nozzle during the spraying process.
  • the angle of inclination of the spray nozzle is the angle between the orientation of the shotcrete nozzle and the horizontal.
  • the angle of inclination is, so to speak, the angle that corresponds to the slope of the direction of the shotcrete to be applied.
  • the angle of inclination can therefore take values between + 90 ° and - 90 °. If the shotcrete nozzle is aligned horizontally, the angle of inclination is 0 °. If the shotcrete nozzle is oriented vertically upwards, for example because the surface to be sprayed is a ceiling, the angle of inclination is 90 °. If the shotcrete nozzle is oriented vertically downwards, for example because the surface to be sprayed is the floor, the angle of inclination is -90 °.
  • the device can thus automatically determine whether the surface to be sprayed has a more horizontal or more vertical orientation by automatically determining the angle of inclination.
  • Horizontal and vertical surfaces or walls or wall sections represent the force of gravity acting on the shotcrete applied has different demands on the shotcrete.
  • This embodiment of the invention therefore enables the device to set different additions of solidification accelerators alone and automatically on the basis of the determination of the inclination angle by the inclination sensor. Thanks to the inclination sensor assigned to the shotcrete nozzle, the machine detects whether shotcrete is being applied to an upper or a lower area of a vault or tunnel, thereby automatically regulating the accelerator portion up or down. The quality of the shotcrete applied in this way is thus significantly improved compared to conventionally applied shotcrete. The device is less prone to errors overall, since it works independently of an operator's metering signals.
  • metering can also be carried out alternatively or additionally as a function of a measured angle of attack.
  • the angle of incidence is the angle of impact of the shotcrete to be applied to the surface to be sprayed, hence the angle between the surface normal at the point of impact and the direction of spraying of the shotcrete applied.
  • the optimal angle of attack for the shotcrete application is 90 °. This is the case if the shotcrete nozzle is held perpendicular to the surface to be sprayed (i.e. parallel to the surface normal).
  • the optimal alignment for example if the surface to be sprayed has a more complex geometry that deviates from the ideal.
  • the metering of the solidification accelerator can thus be changed according to the invention depending on deviations from the optimal angle of attack.
  • This can be done by using a suitable sensor to detect a surface inclination with respect to the beam direction.
  • the sensor can be designed as a laser scanner or be part of a laser scanner that scans the profile of a contour to be sprayed (such as a tunnel) and the control device calculates an optimal spraying process / metering plan based on the scan data.
  • the sensor can also be an independent component that is installed at any location on the spraying machine or the nozzle.
  • the device according to the invention preferably comprises a control device for the sensor data-dependent generation of metering signals for the mixing device.
  • the correct amount of solidification accelerator is thus automatically set in the mixing device and can be set in real time according to the sensor data via the control device.
  • the mixing device has a conveying line for conveying the mixture and a metering device (metering pump) arranged in the conveying line for introducing the additive into the mixture.
  • the dose can be set via appropriate metering signals.
  • the solidification accelerator is added increasing angle of inclination of the shotcrete nozzle relative to the horizontal.
  • the solidification accelerator is added increasing angle of inclination of the shotcrete nozzle relative to the horizontal.
  • Strossse because here the maximum force of gravity acts on the fresh shotcrete.
  • the metering is correspondingly higher in this area and is cut according to the invention at the transition to more vertical walls or wall sections. This makes it possible to use the solidification accelerator in the required amount in a targeted manner and to prevent overdosing. Overdosing of solidification accelerators leads not only to increased costs but also to a loss in quality of the sprayed concrete applied, for example to a reduction in the concrete strength, less post-curing or less water impermeability.
  • the increase in the solidification accelerator is preferably increased continuously or depending on the interval.
  • a minimum addition (in%) can be specified for an inclination angle of 0 ° and a maximum addition (in%) for an inclination angle of 90 °.
  • the area in between can be approximated, for example, linearly or quadratically, thus providing a continuous addition of solidification accelerators.
  • special metering factors (in%) in certain angular ranges, for example based on empirical values. The metering factor then changes only when these predetermined intervals are exceeded (for example every 10 °, 20 ° or 30 °).
  • the invention thus makes it possible to control the metering of solidification accelerators in a sensor-controlled manner Adjust dependency on external conditions, without this, as previously, solely the responsibility of an operator (the so-called “spray nozzle operator” or “Nozzleman”).
  • Sensor-controlled metering is less prone to errors and offers high reproducibility in different sections.
  • the sensor control replaces the manual control by the operator, who usually does not make any changes to the metering in practice during a spraying operation.
  • the sensor-controlled metering improves the quality of the shotcrete, and subsequent layers can be applied more quickly and therefore more effectively. In addition, there is less breakdown of shotcrete from the fresh shotcrete layer.
  • the inventive method can be continued with the features described in connection with the device for applying shotcrete according to the invention.
  • the device according to the invention can be continued with the features described in connection with the method according to the invention.
  • the present invention also relates to a computer program with program code means to carry out all steps of the method according to the invention when the computer program is executed on a computer or a corresponding computing unit.
  • the computer program is preferably executed on a control device assigned to a mixing device of a shotcrete nozzle.
  • Figure 1 shows a schematic block diagram representation of a device according to the invention for applying shotcrete.
  • Figure 2 shows an enlarged schematic representation of a shotcrete nozzle according to the invention.
  • FIG. 3 illustrates in a schematic
  • Figure 4 shows an operator at the
  • FIG. 1 shows a concrete spraying system, such as is used for example in tunnel construction, with a device 10 according to the invention for applying or delivering shotcrete S (English, "shotcrete") by means of a pointed concrete nozzle 14 at a construction site.
  • shotcrete Norwegian, "shotcrete"
  • spray manipulators M are preferably used for applying shotcrete S, as illustrated in FIG. 4.
  • the concrete spraying system comprises a spraying concrete machine 12, which is usually movable in order to be moved flexibly from one place of use to the next.
  • the shotcrete machine 12 comprises a shotcrete pump which is connected to the shotcrete nozzle 14 via a (flexible) delivery line 16 for conveying fresh concrete 15.
  • the fresh concrete 15 is ge with pumps (dense flow) or with compressed air (thin stream) to the shotcrete nozzle 14 promotes.
  • the shotcrete S is discharged from the shotcrete nozzle 14 by spraying at high speed and sprayed on and compacted by the impact.
  • a connection for compressed air 22 via a compressed air line 20, 32 is also provided on the shotcrete nozzle 14.
  • a solidification accelerator 24 is added or metered into the fresh concrete 15 at 34 via the compressed air line 20, 32.
  • the early strength of the shotcrete S is increased, whereby the shotcrete adheres better after the impact and solidifies faster.
  • Figure 2 shows a shotcrete nozzle 14 of the invention in an enlarged view.
  • the mixture of solidification accelerator 24 and (compressed) air 22 is the
  • Fresh concrete 15 from the delivery line 16 is accelerated with compressed air supplied 22 and broken up in order to introduce the solidification accelerator 24 and to share it. Good mixing is achieved by introducing the mixture (mixture lines 32) into the fresh concrete 15 in the shotcrete nozzle 14 on both sides.
  • the compressed air line 20 is associated with a mixing device 18.
  • the solidification accelerator 24 is fed to the compressed air line 20 by means of a mixing or metering pump 19 and then metered into the fresh concrete 15 via the mixture line 32 at the shotcrete nozzle 14.
  • Solidification accelerator 24 is supplied from a storage container 26 via a feed line 28 to the mixing pump 19 and from there at 30 to the compressed air line 20.
  • the solidification accelerator 24 and the compressed air 22 are only just before the shotcrete emerges the shotcrete nozzle 14 mixed with the concrete 15.
  • Shotcrete S is finally applied pneumatically from the shotcrete nozzle 14 onto the surface to be coated and is compressed by the impact energy upon impact.
  • the solidification accelerator 24 is metered into shotcrete S to be applied by means of the shotcrete nozzle 14 via the mixing device 18 in a sensor-controlled manner.
  • the sensor control provided permits precise setting of the solidification accelerator 24 metered in as a function of a measured variable detected by a sensor 40.
  • the measured variable is an external parameter, such as the temperature, air humidity or an angle of inclination of the shotcrete nozzle 14 (cf. also FIG. 3) or else the layer thickness of the shotcrete on the wall (which, for example, by means of a laser scanning device as a sensor Before / after measurements can be determined; other scanner systems such as infrared scanners, ultrasound scanners etc. are also possible - the selection of which is the responsibility of the person skilled in the art).
  • a control device 50 which is assigned to the mixing device 18, is provided for generating corresponding feed signals.
  • the sensor 40 is connected to the control device 50 by means of a data or signal line 42 known per se. It goes without saying that the sensor is encapsulated in a suitable manner with regard to its operating environment, a cast or in some other way against environmental / dirt / water effects and the like. is protected.
  • FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of a tunnel vault in which 14 shotcrete S is brought out by means of a shotcrete nozzle according to the invention.
  • the shotcrete nozzle 14 has by means of an inclination sensor 40.
  • the shotcrete nozzle 14 is inclined at an angle of inclination of approximately 50 ° to a horizontal H, ie a direction of application or spraying D of the applied shotcrete S is 50 ° to the horizontal H. .
  • Figure 3 also illustrates the impact situation of the sprayed concrete S applied to the tunnel or vault wall at an angle cp.
  • the angle of attack is the impact angle of the shotcrete S applied to the surface section of the vault wall, hence the angle cp between a surface normal N at the point of impact and the direction of spray D of the shotcrete S applied.
  • the metering of solidification accelerator 24 has been set manually by the operating personnel of the spraying clay system and has remained unchanged during an application process.
  • the sensor control according to the invention allows an automatic change of the metering factor (in%) continuously or at intervals depending on the application process and thus an optimization of the use of solidification accelerator 24 and the associated quality of the sprayed concrete applied and reduction of the running costs by saving accelerators.
  • the sensor 40 is assigned to the shotcrete nozzle 14 and is designed as a tilt sensor 40.
  • the inclination sensor 40 measures the inclination angle, ie the angle of the shotcrete nozzle 14 to a horizontal H, as is illustrated in FIG. 3.
  • the exact arrangement is exemplary and can vary depending on the measurement size.
  • the angle of inclination can take any value between + 90 ° and -90 °.
  • the angle of inclination can accordingly be up to -90 °.
  • this spraying situation there are the lowest rebound losses and the best impact compression.
  • the shotcrete can be metered with sensor-controlled increase in setting angle cp, a higher amount of solidification accelerator.
  • an optimal addition factor was determined with a horizontal surface (ceiling) of approx. 7% and with a vertical surface of approx. 5%. In the area of the floor, little to no starter accelerator is added.
  • the metering should be adjusted accordingly if the shotcrete nozzle is aligned / inclined vertically. This is realized by the inclination sensor 40 and the control device 50 assigned to the sensor when metering He accelerating accelerator 24.
  • the optimization of the metering allows good adhesion between the individual layers of shotcrete and ensures the durability of the shotcrete in the long term.
  • the values determined on the basis of the sensor 40 are transmitted via the data line 42 (or wirelessly) to the control device 50, which generates metering signals as a function of the determined sensor data and sends this via a line, not shown, or also wirelessly to the mixing unit 18, which carries out the metering via the mixing pump 19.
  • sensor-controlled, the metering of solidification accelerators is controlled and set via metering signals via the mixing unit 18.
  • the solidification accelerator is metered in according to the invention as a function of external parameters detected by the sensor. Outer parameters are, for example. Inclination angle, angle of attack, temperature, air humidity, nozzle movement, etc.
  • the control device 50 is designed such that it calculates the metering factor on the basis of the measured variable of the sensor 40 designed to detect external parameters. This can be done, for example, by specifying a maximum and a minimum value, the range between the extreme values being approximated linearly or quadratically. As a rule, the exact assignment between the measured value and the metering factor (depending on the solidification accelerator) will have to be set by the operator in each individual case and before spraying concrete application. The adjustment of the metering during the spray application is then carried out automatically under sensor control.
  • the data signals detected by the sensor according to the invention can be forwarded to a central data management system in the machine and processed and stored there with respect to the control of the accelerator dosage.
  • the data e.g. using a USB pen or WIFI transmission
  • construction site planning software e.g. BIM
  • FIG. 4 shows an operator B (also spray nozzle operator) when applying shotcrete S by means of a spray manipulator M.
  • the Spritzma nipulator M is preferably used as a mobile device for applying shotcrete S in a tunnel vault.
  • the operator B controls the spray nozzle 14 which is pivotally mounted in all directions on the spray manipulator M from a safe distance with a remote control F. It is understood that the sensor 40 assigned to the spray nozzle 14 is arranged both on the spray nozzle 14 itself and on the spray concrete manipulator M. can be.
  • the connections for compressed air (compressed air line 20) and solidification accelerator (feed line 28) and the flexible delivery line 16 provided for conveying fresh concrete can be suspended on an underside of the spraying manipulator M.

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Abstract

Aufbringen von Spritzbeton (S) mittels einer Spritzbetondüse (14) mit zugeordneter Mischeinrichtung (18) zum Zudosieren von Erstarrungsbeschleuniger (24) zu mittels der Spritzbetondüse (14) auszubringendem Spritzbeton (S), wobei eine sensorgesteuerte Zudosierung des Erstarrungsbeschleunigers (24) in Abhängigkeit eines äußeren Parameters vorgesehen ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Ausbringen von
Spritzbeton
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausbringen von Spritzbeton mit einer Spritzbetondüse und einer der Spritzbetondüse zugeordneten Mischeinrichtung zum Zudosieren von Erstarrungsbeschleuniger zu mittels der Spritzbetondüse auszubringendem Spritzbeton. Die Er findung betrifft außerdem ein Verfahren zum Ausbringen von Spritzbeton mit einer Spritzbetondüse sowie ein Com puterprogramm zur Durchführung des Verfahrens.
[0002] Spritzbetonsysteme kommen beispielsweise beim Tunnelbau oder in Minen für Ausbau- und Verfüllzwecke zum Einsatz. Der Spritzbeton wird in einer geschlossenen Schlauchleitung zur Einbaustelle gefördert, dort aus ei ner Spritzbetondüse pneumatisch aufgetragen und durch die Aufprallenergie verdichtet. Die Rezeptur entspricht weit gehend derjenigen von Normalbeton. Durch die Zugabe eines Erstarrungsbeschleunigers wird die sogenannte Frühfestig keit erhöht, so dass der Spritzbeton schnell nach dem Aufprall zumindest abschnittsweise erstarrt.
[0003] Pulverförmige Baustoffe, insbesondere Zement, Zusatzstoffe und gegebenenfalls Zusatzmittel werden unter Zugabe von Anmachwasser und eines flüssigen oder in einer Flüssigkeit, üblicherweise Wasser, transportierten Er starrungsbeschleuniger ausgebracht. Bei dem Erstarrungs beschleuniger, der beim Ausbringvorgang beigemischt wird, handelt es sich in der Regel um eine flüssige Komponente, die zu einer Frühfestigkeit des härtenden Baustoffes führt . [0004] Wird der Baustoff trocken gefördert (soge nannte Trockenspritzverfahren) , so muss ihm auch das not wendige Anmachwasser an der Spritzbetondüse zugesetzt werden. Die Förderung erfolgt mittels Druckluft durch ein Förderrohr zur Spritzbetondüse. Erst kurz vor dem Düsen bereich wird das Trockengemisch mit dem nötigen Anmach wasser versehen. In der Regel ist dann der Erstarrungsbe schleuniger in dem Anmachwasser enthalten.
[0005] Es ist jedoch auch möglich, den mit dem An machwasser vermischten Baustoff beispielsweise hydrau lisch zu fördern. Bei dem sogenannten Nassspritzverfahren werden die pulverförmigen Baustoffe mit dem Anmachwasser zusammengemischt und mittels einer Betonpumpe (Dicht stromförderung) oder Druckluft (Dünnstromförderung) zu einer Spritzbetondüse befördert (das Dünnstromverfahren kann auch im Trockenspritzverfahren angewandt werden) .
Bei der hydraulischen Förderung wird das geförderte Bau stoffgemisch an der Spritzbetondüse mit zugeführter
Druckluft beschleunigt und aufgebrochen, um den Erstar rungsbeschleuniger einzubringen und zu verteilen.
[0006] Mischeinrichtungen, welche eine effektive Vermischung eines zuzudosierenden Zusatzmittels in ein pumpfähiges Gemisch ermöglichen, sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie bspw. aus der WO 2012/042012 Al oder der DE 94 05 045 Ul.
[0007] In der Praxis wird bei der Applikation von Spritzbeton, bspw. in Tunneln, die Dosis des zugeführten Erstarrungsbeschleunigers aus Gründen der Einfachheit konstant gehalten bzw. in Abhängigkeit der Fördermenge des Spritzbetons geregelt. Die erforderliche Menge des Erstarrungsbeschleunigers variiert jedoch unter anderem mit der Position der Fläche, auf die der Spritzbeton auf gebracht wird.
[0008] Die richtige Menge von zudosiertem Erstar rungsbeschleuniger hängt von vielen verschiedenen Parame tern ab, unter anderem der Position der Oberfläche auf die der Spritzbeton aufzubringen ist. Um sicherzustellen, dass der Spritzbeton sowohl an eher vertikal verlaufenden Flächen (unterer Bereich des Tunnels - auch als Strosse bezeichnet) als auch an eher horizontal verlaufenden Flä chen (oberer Bereich des Tunnels - auch als Kalotte be zeichnet) eines Tunnels ausreichenden Halt hat, ist eine unterschiedliche Menge von Erstarrungsbeschleuniger not wendig. Falsche Zudosierungen (Über- oder Unterdosierun gen) von Erstarrungsbeschleuniger können zu einer Minde rung der Betonfestigkeit, geringeren Nacherhärtung oder geringer Wasserundurchlässigkeit führen und somit zu Qua- litätsverlusten des aufgebrachten Spritzbetons. Bei der Überdosierung des Erstarrungsbeschleunigers kommt es au ßerdem zu erhöhten Kosten.
[0009] Ausgehend hiervon wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Ausbringen von Spritzbeton bzw. ein Ver fahren zum Ausbringen von Spritzbeton und ein Computer programm zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkma len der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen.
[0010] Zunächst werden einige Begriffe erläutert.
[0011] Als Erstarrungsbeschleuniger werden abbinde- beschleunigende Zusatzmittel bezeichnet, die die Erstar rungszeit verringern in anderen Worten eine Beschleuni gung des Erstarrens bewirken. Es werden Alkalische (auf Aluminat- oder Silikatbasis) von Alkalifreien Erstar- rungsbeschleunigern unterschieden. Typische Produkte ent halten als Wirkstoff Alkalicarbonate (Kaliumcarbonat) , Alkalihydroxide oder Alkalialuminate . Durch den Zusatz von Erstarrungsbeschleuniger bindet der Spritzbeton schneller ab und erreicht eine höhere Frühfestigkeit. Dadurch können die nachfolgenden Schichten schneller und in größeren Schichten aufgebracht werden. Bei größeren Bauvorhaben tragen Erstarrungsbeschleuniger erheblich zu einer Zunahme der Produktionskapazität bei. Der Einsatz von Erstarrungsbeschleuniger ist besonders vorteilhaft im Tunnelbau, da es einen schnellen Abschnittsaufbau, eine hohe Frühfestigkeit und Wasserabdichtung bewirkt.
[0012] Die Zudosierung von Erstarrungsbeschleuniger hängt von verschiedenen Parametern und Faktoren ab. Die zuzudosierende Menge hängt wesentlich von der Art des verwendeten Erstarrungsbeschleunigers ab. Je nach chemi scher Zusammensetzung des Erstarrungsbeschleunigers ist eine Zudosierung zwischen 3 % und 15 % zielführend.
Grundsätzlich variiert die Zudosierung somit mit der Spritzbeton-Fördermenge. Der erforderliche Mengenanteil von Erstarrungsbeschleuniger kann außerdem von der Nei gung der Fläche abhängen, auf die der Spritzbeton aufge bracht wird - eher horizontale Flächen erfordern gegen über eher vertikalen Flächen eine höhere Zudosierung von Erstarrungsbeschleuniger. Es kann somit notwendig sein, die Dosis des mittels der Spritzbetondüse auszubringenden Spritzbetons in Abhängigkeit von äußeren Parametern zu verändern .
[0013] Die Spritzbetondüse wird gewöhnlich entlang der Flächennormalen der zu bespritzenden Fläche ausge richtet, wobei der Auftreffwinkel des Spritzbetons auf die zu bespritzende Fläche 90° beträgt (Anstellwinkel). Die Spritzbetondüse ist also optimalerweise parallel zur Flächennormalen ausgerichtet. Durch den Spritzkegel, der durch den aus der Spritzbetondüse austretenden Spritzbe ton gegeben ist, kommt es jedoch stets auch zu leichten Abweichungen des Auftreffwinkels.
[0014] Erfindungsgemäß ist eine sensorgesteuerte Zu dosierung des Erstarrungsbeschleunigers in Abhängigkeit eines äußeren Parameters vorgesehen. Dies ermöglicht es, die Zudosierung des Erstarrungsbeschleunigers in Abhän gigkeit von durch den Sensor erfassten äußeren Parametern automatisch anzupassen. Dies eröffnet die Möglichkeit die Zudosierung während der Spritz-Applikation anzupassen bzw. zu verändern. Die Sensorsteuerung tritt an die
Stelle der manuellen Einstellung durch eine Bedienperson und ermöglicht somit eine höhere Reproduzierbarkeit und Nachverfolgbarkeit und insbesondere Zuverlässigkeit bei der Anwendung von Erstarrungsbeschleuniger. Je nach Stel lungswinkel der Spritzdüse kann die Beschleunigerdosie rung sofort (d.h. in Echtzeit) angepasst werden.
[0015] Bei dem äußeren Parameter kann es sich bei spielsweise um die Umgebungstemperatur oder die Luft feuchtigkeit (beispielsweise in einem Tunnelgewölbe) han deln. Die Zudosierung kann dann je nach Temperatur oder Luftfeuchtigkeit, welche durch einen Sensor gemessen wird, eingestellt werden. Es ist ebenfalls möglich, die Zudosierung abhängig von der Zusammensetzung des Erstar rungsbeschleunigers einzustellen. Es ist außerdem denk bar, über einen Sensor (Beschleunigungssensor) beispiels weise die relative Bewegung der Spritzbetondüse zu messen oder die zu bespritzende Fläche abzubilden und so die Zu dosierung während der Applikation beliebig auf sich ver ändernde äußere Umstände anzupassen. [0016] In einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung zum Aufbringen von Spritzbeton weist die Vor richtung einen der Spritzbetondüse zugeordneten Sensor zum Ermitteln eines Neigungs- und/oder Anstellwinkels der Spritzbetondüse beim Spritzvorgang auf.
[0017] Diese Ausgestaltung erlaubt somit die Zudo sierung des Erstarrungsbeschleunigers bei der Spritzbe ton-Applikation abhängig von einem Winkel als äußerem Pa rameter, unter dem der Spritzbeton ausgebracht wird.
[0018] Die sensorgesteuerte Zudosierung kann in Ab hängigkeit eines Neigungswinkels der Spritzbetondüse beim Spritzvorgang erfolgen. Als Neigungswinkel der Spritzbe tondüse wird der Winkel zwischen der Ausrichtung der Spritzbetondüse und der Horizontalen bezeichnet. Der Nei gungswinkel ist sozusagen der Winkel, der der Steigung der Richtung des aufzubringenden Spritzbetons entspricht. Der Neigungswinkel kann daher Werte zwischen +90° und - 90° annehmen. Ist die Spritzbetondüse horizontal ausge richtet beträgt der Neigungswinkel somit 0°. Ist die Spritzbetondüse senkrecht nach oben ausgerichtet, etwa weil es sich bei der zu bespritzenden Fläche um eine De cke handelt, beträgt der Neigungswinkel 90°. Ist die Spritzbetondüse senkrecht nach unten ausgerichtet, etwa weil es sich bei der zu bespritzenden Fläche um den Boden handelt, beträgt der Neigungswinkel -90°.
[0019] Bei einer optimalen Ausrichtung der Spritzbe tondüse senkrecht zu der Fläche, auf die der Spritzbeton aufgebracht wird, kann die Vorrichtung durch automatische Ermittlung des Neigungswinkels somit unterscheiden, ob die zu bespritzende Fläche eine eher horizontale oder e- her vertikale Ausrichtung hat. Horizontale und vertikale Flächen bzw. Wände bzw. Wandabschnitte stellen aufgrund der auf den aufgebrachten Spritzbeton wirkenden Schwer kraft unterschiedliche Anforderungen an den Spritzbeton. Diese Ausführungsform der Erfindung ermöglicht es der Vorrichtung daher, allein und automatisiert anhand der Bestimmung des Neigungswinkels durch den Neigungssensor unterschiedliche Zudosierungen von Erstarrungsbeschleuni ger einzustellen. Durch den der Spritzbetondüse zugeord neten Neigungssensor erkennt die Maschine, ob Spritzbeton in einen oberen oder einen unteren Bereich eines Gewölbes bzw. Tunnels ausgebracht wird, und regelt dadurch automa tisch den Beschleunigeranteil hoch oder runter. Die Qua lität des so aufgebrachten Spritzbetons ist damit gegen über herkömmlich aufgetragenem Spritzbeton deutlich ver bessert. Die Vorrichtung ist insgesamt weniger fehleran fällig, da sie unabhängig von Zudosierungssignalen einer Bedienperson auskommt.
[0020] Erfindungsgemäß kann eine Zudosierung auch alternativ oder ergänzend in Abhängigkeit eines gemesse nen Anstellwinkels erfolgen. Mit Anstellwinkel ist dabei der Auftreffwinkel des aufzubringenden Spritzbetons auf die zu bespritzende Fläche bezeichnet, mithin der Winkel zwischen der Flächennormalen am Auftreffpunkt und der Spritzrichtung des ausgebrachten Spritzbetons. Der für die Spritzbetonapplikation optimale Anstellwinkel beträgt 90°. Dies ist der Fall, wenn die Spritzbetondüse senk recht zu der zu bespritzenden Fläche (also parallel zur Flächennormalen) gehalten wird. Während der Spritzbeton- Applikation kommt es jedoch auch zu Abweichungen von der optimalen Ausrichtung, beispielsweise wenn die zu be spritzende Fläche eine vom Ideal abweichende komplexere Geometrie aufweist. [0021] Die Zudosierung des Erstarrungsbeschleunigers kann somit erfindungsgemäß auch in Abhängigkeit von Ab weichungen gegenüber dem optimalen Anstellwinkel verän dert werden. Dies kann durch Verwendung eines geeigneten Sensors zur Erkennung einer Flächenneigung gegenüber der Strahlrichtung erfolgen. Bspw. kann der Sensor als La serscanner ausgebildet bzw. Teil eines Laserscanners sein, der das Profil einer zu bespritzenden Kontur (wie eines Tunnels) scannt und die Steuereinrichtung auf der Grundlage der Scandaten einen optimalen Spritzprozess / Zudosierungsplan berechnet. Der Sensor kann aber auch ein eigenständiges Bauteil sein, das an einem beliebigen Ort an der Spritzmaschine oder der Düse verbaut ist.
[0022] Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst vor zugsweise eine Steuereinrichtung zur sensordatenabhängi gen Erzeugung von Zudosierungssignalen für die Mischein richtung. Die Einstellung der richtigen Menge von Erstar rungsbeschleuniger erfolgt somit automatisiert bereits in der Mischeinrichtung und kann in Echtzeit gemäß der Sens ordaten über die Steuereinrichtung eingestellt werden.
[0023] Mischeinrichtungen zur Zudosierung eines Zu satzmittels in ein pumpfähiges Gemisch, insbesondere ein pumpfähiges hydraulisch abbindendes Gemisch (beispiels weise eine flüssige Spritzbetonzusammensetzung) sind aus dem Stand der Technik an sich bekannt. Die Mischeinrich tung weist eine Förderleitung zur Förderung des Gemischs und eine in der Förderleitung angeordnete Dosiervorrich tung (Dosierpumpe) zum Einbringen des Zusatzmittels in das Gemisch. Die Dosis kann über entsprechende Zudosie rungssignale eingestellt werden.
[0024] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform nimmt die Zudosierung von Erstarrungsbeschleuniger mit zunehmendem Neigungswinkel der Spritzbetondüse gegenüber der Horizontalen zu. Beispielsweise wird im Tunnelbau im Bereich der Kalotte verhältnismäßig mehr Erstarrungsbe schleuniger benötigt (im Vergleich zum Bereich der
Strosse) , da hier die Schwerkraft maximal auf den fri schen Spritzbeton einwirkt. Die Zudosierung ist in diesem Bereich entsprechend höher und wird gemäß der Erfindung beim Übergang zu eher vertikalen Wänden bzw. Wandab schnitten reduziert. Dies ermöglicht es, den Erstarrungs beschleuniger in erforderlicher Menge gezielt einzusetzen und einer Überdosierung vorzubeugen. Überdosierung von Erstarrungsbeschleuniger führt neben erhöhten Kosten auch zu Qualitätsverlusten des aufgebrachten Spritzbetons, etwa zu einer Minderung der Betonfestigkeit, geringeren Nacherhärtung oder geringer Wasserundurchlässigkeit.
[0025] Vorzugsweise erfolgt die Zunahme der Zudosie rung von Erstarrungsbeschleuniger kontinuierlich oder in tervallabhängig. Dabei kann beispielsweise für einen Nei gungswinkel von 0° eine minimale Zudosierung (in %) und für einen Neigungswinkel von 90° eine maximaler Zudosie rung (in %) vorgegeben werden. Der Bereich dazwischen kann je nach spezieller Anwendung beispielsweise linear oder quadratisch approximiert werden und so eine kontinu ierliche Zudosierung von Erstarrungsbeschleuniger vorge ben. Um ein stetiges und ständiges Nachj ustieren zu ver meiden, ist es ebenfalls möglich, in gewissen Winkelbe reichen spezielle Zudosierungsfaktoren (in %) vorzugeben, diese können beispielsweise auf Erfahrungswerten beruhen. Nur beim Überschreiten dieser vorgegebenen Intervalle (beispielsweise alle 10°, 20° oder 30°) ändert sich dann der Zudosierungsfaktor.
[0026] Die Erfindung ermöglicht es somit, die Zudo sierung von Erstarrungsbeschleuniger sensorgesteuert in Abhängigkeit von äußeren Gegebenheiten anzupassen, ohne dass dies wie bisher ausschließlich in die Verantwortung einer Bedienperson (dem sogenannten „Spritzdüsenführer" oder „Nozzleman") fällt. Die sensorgesteuerte Zudosierung ist weniger anfällig für Fehler und bietet eine hohe Re produzierbarkeit in verschiedenen Abschnitten. Die Sen sorsteuerung ersetzt die manuelle Steuerung durch die Be dienperson, die in der Praxis gewöhnlicherweise keine Veränderungen an der Zudosierung während eines Spritzvor gangs vornimmt. Durch die sensorgesteuerte Zudosierung wird eine verbesserte Qualität des Spritzbetons erreicht, und darauffolgende Schichten können schneller und somit effektiver aufgebracht werden. Zudem kommt es zu weniger Niederbruch von Spritzbeton aus der frischen Spritzbeton lage .
[0027] Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit den im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufbringen von Spritzbeton beschriebenen Merkmalen fort geführt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit den im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmalen weiter fortgeführt werden.
[0028] Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird. Vorzugs weise wird das Computerprogramm auf einer einer Mischein richtung einer Spritzbetondüse zugeordneten Steuerein richtung ausgeführt.
[0029] Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug nahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausfüh rungsformen beispielhaft beschrieben. [0030] Figur 1 zeigt eine schematische blockdia grammartige Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrich tung zum Aufbringen von Spritzbeton.
[0031] Figur 2 zeigt eine vergrößerte schemati sche Darstellung einer erfindungsgemäßen Spritzbetondüse.
[0032] Figur 3 veranschaulicht in schematischer
Weise eine erfindungsgemäße Neigungswinkelmessung in ei nem Tunnelquerschnitt.
[0033] Figur 4 zeigt eine Bedienperson bei der
Applikation von Spritzbeton mittels eines Spritzmanipula tors .
[0034] Figur 1 zeigt ein Betonspritzsystem, wie es beispielsweise im Tunnelbau zum Einsatz kommt, mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Aufbringen bzw. Aus bringen von Spritzbeton S (engl, „shotcrete") mittels ei ner Spitzbetondüse 14 an einer Baustelle. Im Tunnelbau kommen zum Aufbringen von Spritzbeton S bevorzugt mobile Vorrichtungen, sogenannte Spritzmanipulatoren M, zum Ein satz, wie es in Figur 4 veranschaulicht ist.
[0035] Das Betonspritzsystem umfasst eine Spritzbe tonmaschine 12, die in der Regel beweglich ist, um flexi bel von einem Einsatzort zum nächsten bewegt zu werden. Die Spritzbetonmaschine 12 umfasst eine Spritzbetonpumpe, die zur Förderung von Frischbeton 15 über eine (flexible) Förderleitung 16 mit der Spritzbetondüse 14 verbunden ist. Der Frischbeton 15 wird mit Pumpen (Dichtstrom) oder mit Druckluft (Dünnstrom) zu der Spritzbetondüse 14 ge fördert. Aus der Spritzbetondüse 14 wird der Spritzbeton S durch Spritzen mit hoher Geschwindigkeit ausgebracht und aufgespritzt und durch den Aufprall verdichtet. [0036] An der Spritzbetondüse 14 ist außerdem ein Anschluss für Druckluft 22 über eine Druckluftleitung 20, 32 vorgesehen. Über die Druckluftleitung 20, 32 wird dem Frischbeton 15 bei 34 ein Erstarrungsbeschleuniger 24 zu gegeben bzw. zudosiert. Durch die Zugabe des Erstarrungs beschleunigers 24 an der Spritzbetondüse 14 wird die Frühfestigkeit des Spritzbetons S erhöht, wodurch der Spritzbeton nach dem Aufprall besser anhaftet und schnel ler erstarrt.
[0037] Figur 2 zeigt eine Spritzbetondüse 14 der Er findung in vergrößerter Ansicht. Das Gemisch aus Erstar rungsbeschleuniger 24 und (Druck-) Luft 22 wird dem
Spritzbeton erst unmittelbar vor Austritt aus der Düse bei 34 über einen Injektor zugeführt/zudosiert . Der
Frischbeton 15 aus der Förderleitung 16 wird mit zuge führter Druckluft 22 beschleunigt und aufgebrochen, um den Erstarrungsbeschleuniger 24 einzubringen und zu ver teilen. Eine gute Durchmischung wird durch das beidsei tige Einbringen des Gemisches (Gemischleitungen 32) in den Frischbeton 15 in der Spritzbetondüse 14 erzielt.
[0038] Wie in Figur 1 gezeigt, ist der Druckluftlei tung 20 eine Mischeinrichtung 18 zugeordnet. Über die Mischeinrichtung 18 wird der Erstarrungsbeschleuniger 24 mittels einer Misch- oder Dosierpumpe 19 der Druckluft leitung 20 zugeführt und dann über die Gemischleitung 32 an der Spritzbetondüse 14 dem Frischbeton 15 zudosiert.
Die Einstellung der richtigen Zudosierungsmenge von Er starrungsbeschleuniger erfolgt über die Mischeinrichtung 18. Erstarrungsbeschleuniger 24 wird aus einem Vorratsbe hälter 26 über eine Zuführleitung 28 der Mischpumpe 19 und von dort bei 30 der Druckluftleitung 20 zugeführt.
Der Erstarrungsbeschleuniger 24 und die Druckluft 22 wer den erst unmittelbar vor Austritt des Spritzbetons aus der Spritzbetondüse 14 dem Beton 15 zugemischt. Der
Spritzbeton S wird schließlich aus der Spritzbetondüse 14 pneumatisch auf die zu beschichtende Fläche ausgebracht und beim Aufprall durch die Aufprallenergie verdichtet.
[0039] Die Zudosierung von Erstarrungsbeschleuniger 24 zu mittels der Spritzbetondüse 14 auszubringendem Spritzbeton S über die Mischeinrichtung 18 erfolgt sen sorgesteuert. Die vorgesehene Sensorsteuerung erlaubt eine präzise Einstellung des zudosierten Erstarrungsbe schleunigers 24 in Abhängigkeit einer mittels eines Sen sors 40 erfassten Messgröße. Bei der Messgröße handelt es sich um einen äußeren Parameter, wie beispielsweise die Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder einen Neigungswinkel der Spritzbetondüse 14 (vgl. auch Figur 3) oder aber auch die Schichtdicke des Spritzbetons an der Wand (die bspw. mittels einer Laserscanvorrichtung als Sensor über Vorher-/Nachher-Messungen ermittelbar ist; andere Scan nersysteme wie bspw. Infrarot-Scanner, Ultraschallscanner usw. sind ebenfalls möglich - deren Auswahl obliegt dem Können des Fachmanns) . Zur Erzeugung entsprechender Zudo sierungssignale ist eine Steuereinrichtung 50 vorgesehen, die der Mischeinrichtung 18 zugeordnet ist. Der Sensor 40 ist mit der Steuereinrichtung 50 mittels einer an sich bekannten Daten- bzw. Signalleitung 42 verbunden. Es ver steht sich von selbst, dass der Sensor im Hinblick auf seine Einsatzumgebung in geeigneter Weise gekapselt, ein gegossen oder in anderer Art und Weise vor Umwelt- /Schmutz-/Wasser-Einwirkungen u.dgl. geschützt ist.
[0040] Figur 3 zeigt eine schematische Querschnitts darstellung eines Tunnelgewölbes, in dem mittels einer erfindungsgemäßen Spritzbetondüse 14 Spritzbeton S ausge bracht wird. Die Spritzbetondüse 14 verfügt erfindungsge- mäß über einen Neigungssensor 40. In der in Figur 3 dar gestellten Position ist die Spritzbetondüse 14 unter ei nem Neigungswinkel von ca. 50° zu einer Horizontalen H geneigt, d.h. eine Ausbring- oder Spritzrichtung D des ausgebrachten Spritzbetons S beträgt 50° zur Horizontalen H.
[0041] Figur 3 veranschaulicht darüber hinaus die Aufprallsituation des ausgebrachten Spritzbetons S an der Tunnel- bzw. Gewölbewandung unter einem Anstellwinkel cp. Mit Anstellwinkel ist dabei der Aufprallwinkel des ausge brachten Spritzbetons S auf den Flächenabschnitt der Ge wölbewandung bezeichnet, mithin der Winkel cp zwischen ei ner Flächennormalen N am Aufprallpunkt und der Spritz richtung D des ausgebrachten Spritzbetons S.
[0042] Bislang ist die Zudosierung von Erstarrungs beschleuniger 24 manuell vom Bedienpersonal des Spritzbe tonsystems eingestellt worden und während eines Applika tionsvorgangs unverändert geblieben. Die erfindungsgemäße Sensorsteuerung erlaubt eine automatische Veränderung des Zudosierungsfaktors (in %) kontinuierlich oder intervall abhängig während des Applikationsvorgangs und somit eine Optimierung des Einsatzes von Erstarrungsbeschleuniger 24 und der damit verbundenen Qualität des aufgebrachten Spritzbetons und Reduzierung der laufenden Kosten durch die Einsparung von Beschleuniger.
[0043] In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Sensor 40 der Spritzbetondüse 14 zugeordnet und als Nei gungssensor 40 ausgebildet. Der Neigungssensor 40 misst den Neigungswinkel , also den Winkel der Spritzbetondüse 14 zu einer Horizontalen H, wie dies in Figur 3 veran schaulicht ist. Die genaue Anordnung ist exemplarisch und kann je nach Messgröße variieren. Der Neigungswinkel kann beliebige Werte zwischen +90° und -90° annehmen. Zur Bestimmung des Neigungswinkels der Spritzbetondüse 14 gegenüber einer Horizontalen H ist es zweckmäßig, den Neigungssensor 40 direkt an der Spritzbetondüse 14 anzu ordnen. In der in Figur 1 gezeigten Position ist die Spritzbetondüse 14 mit der Horizontalen H ausgerichtet und der Neigungswinkel beträgt 0°. In der in Figur 3 dar gestellten Position zielt die Spritzbetondüse 14 mit ei nem Winkel von ca. 50° in einen oberen Gewölbebereich.
Bei der Aufbringung von Spritzbeton im Bereich der Tun nelsohle oder des Bodens kann der Neigungswinkel entspre chend bis zu -90° betragen.
[0044] Zur Erzielung optimaler Ergebnisse ist man im Betrieb bestrebt, die Spritzbetondüse 14 wo möglich im Wesentlichen senkrecht zu der zu bespritzenden Fläche auszurichten, also parallel zu der Flächennormalen N (vgl. Figur 3), mithin unter einem Anstellwinkel von f = 0°. In dieser Spritzsituation gibt es die geringsten Rückprallverluste und die beste Aufprallverdichtung. Al lerdings gibt es in der Praxis viele Situationen, in de nen sich ein Anstellwinkel von f = 0° nicht realisieren lässt, so bspw. aufgrund spezifischer Geometrien der zu bespritzenden Wandung oder auch in den obersten Gewölbe abschnitten. Um in solchen Situationen eine trotz
schlechterer Aufprallverdichtung ausreichend gute und schnelle Verfestigung des Spritzbetons zu erreichen, kann erfindungsgemäß dem Spritzbeton sensorgesteuert bei zu nehmendem Anstellwinkel cp eine höhere Menge von Erstar rungsbeschleuniger zudosiert werden. Hierfür kann der Spritzbetondüse 14 ein weiterer (nicht dargestellter) an sich bekannter Anstellsensor zugeordnet sein, der dazu geeignet ist, eine Neigung g der zu bespritzenden Fläche am Aufprallpunkt zu bestimmen (bspw. unter Einsatz von Lasertechnik, Ultraschalltechnik und/oder CCD-Sensoren- technik) , aus der wiederum der Anstellwinkel über f = 90° - g berechnet werden kann.
[0045] Beim Aufbringen von Spritzbeton auf einen e- her vertikalen Wandabschnitt wird grundsätzlich weniger Erstarrungsbeschleuniger 24 benötigt als beim Aufbringen des Spritzbetons auf einen eher horizontalen Wandab schnitt (Decke) . Überdosierung von Erstarrungsbeschleuni ger 24 führt zu Qualitätsverlusten des aufgebrachten Spritzbetons. Aufgrund der Schwerkraft ist bei der Auf bringung von Spritzbeton auf eine Überkopffläche (hori zontale Fläche) die Zugabe von mehr Erstarrungsbeschleu niger erforderlich. Bei der Aufbringung von Spritzbeton auf die Tunnelsohle bzw. den Boden wird wenig bis gar kein Erstarrungsbeschleuniger zudosiert.
[0046] In einem Fall wurde ein optimaler Zudosie rungsfaktor bei einer horizontalen Fläche (Decke) von ca. 7 % und bei einer vertikalen Fläche von ca. 5 % ermit telt. Im Bereich des Bodens wird wenig bis gar kein Er starrungsbeschleuniger hinzudosiert. Die Zudosierung sollte dementsprechend bei einer Ausrichtung/Neigung der Spritzbetondüse in die Vertikale angepasst werden. Dies wird durch den Neigungssensor 40 und die dem Sensor zuge ordnete Steuereinrichtung 50 bei der Zudosierung von Er starrungsbeschleuniger 24 realisiert. Die Optimierung der Zudosierung erlaubt eine gute Haftung zwischen den ein zelnen Schichten aufgebrachten Spritzbetons und sichert die Haltbarkeit des Spritzbetons auf lange Sicht.
[0047] Die anhand des Sensors 40 ermittelten Werte werden über die Datenleitung 42 (oder drahtlos) an die Steuereinrichtung 50 übermittelt, die abhängig von den ermittelten Sensordaten Zudosierungssignale erzeugt und diese über eine nicht dargestellte Leitung oder auch drahtlos an die Mischeinheit 18 sendet, die über die Mischpumpe 19 die Zudosierung vornimmt. Somit wird erfin dungsgemäß sensorgesteuert die Zudosierung von Erstar rungsbeschleuniger über Zudosierungssignale über die Mischeinheit 18 kontrolliert und eingestellt. Insbeson dere erfolgt die Zudosierung des Erstarrungsbeschleuni gers erfindungsgemäß in Abhängigkeit von durch den Sensor erfassten äußeren Parametern. Äußere Parameter sind bspw. Neigungswinkel, Anstellwinkel, Temperatur, Luftfeuchtig keit, Düsenbewegung, u.a.m. Die Steuereinrichtung 50 ist so ausgebildet, dass sie den Zudosierungsfaktor anhand der Messgröße des zur Erfassung äußerer Parameter ausge bildeten Sensors 40 berechnet. Dies kann beispielsweise durch Vorgabe eines Maximal- und eines Minimalwertes ge schehen, wobei der Bereich zwischen den Extremwerten li near oder quadratisch approximiert wird. In der Regel wird die genaue Zuordnung zwischen Messwert und Zudosie rungsfaktor (in Abhängigkeit des Erstarrungsbeschleuni gers) in jedem individuellen Fall und vor der Spritzbe ton-Applikation durch die Bedienperson einzustellen sein. Die Anpassung der Zudosierung während der Spritzapplika tion erfolgt dann automatisch sensorgesteuert.
[0048] Die von dem erfindungsgemäßen Sensor erfass ten Datensignale, wie bspw. Bewegungen des Spritzarmes bzw. Spritzdüse, können an ein zentrales Datenmanagement system in der Maschine weitergeleitet und dort hinsicht lich Steuerung der Beschleunigerdosierung verarbeitet und gespeichert werden. Von diesem Datenlogger-System können die Daten (bspw. mittels USB-Stift oder WIFI-Übertragung) an eine Baustellen-Planungssoftware (z.B. BIM) oder ein Prozessüberwachsungstool der Bauleitung übertragen und dort weiter verarbeitet werden. [0049] In Figur 4 ist eine Bedienperson B (auch Spritzdüsenführer) bei der Applikation von Spritzbeton S mittels eines Spritzmanipulators M gezeigt. Der Spritzma nipulator M wird bevorzugt als mobile Vorrichtung zum Aufbringen von Spritzbeton S in einem Tunnelgewölbe ein gesetzt. Die Bedienperson B steuert die in alle Richtun gen schwenkbar am Spritzmanipulator M angebrachte Spritz betondüse 14 aus sicherer Entfernung mit einer Fernbedie nung F. Es versteht sich, dass der der Spritzbetondüse 14 zugeordnete Sensor 40 sowohl an der Spritzbetondüse 14 selbst als auch am Spritzbetonmanipulator M angeordnet sein kann. Die Anschlüsse für Druckluft (Druckluftleitung 20) und Erstarrungsbeschleuniger (Zuführleitung 28) sowie die zur Förderung von Frischbeton vorgesehene flexible Förderleitung 16 können an einer Unterseite des Spritzma nipulators M aufgehängt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (10) zum Aufbringen von Spritzbeton (S) , mit einer Spritzbetondüse (14) und einer der Spritzbeton düse (14) zugeordneten Mischeinrichtung (18) zum Zudosieren von Erstarrungsbeschleuniger (24) zu mittels der Spritzbe tondüse (14) auszubringendem Spritzbeton (S) , wobei eine sensorgesteuerte Zudosierung des Erstarrungsbeschleuni gers (24) in Abhängigkeit eines äußeren Parameters vorgese hen ist.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, mit einem der Spritzbe tondüse (14) zugeordneten Sensor (40) zum Ermitteln eines Neigungs- und/oder Anstellwinkels ( ; cp) der Spritzbeton düse (14) beim Spritzvorgang.
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, die eine Steuer einrichtung (50) zur sensordatenabhängigen Erzeugung von Zudosierungssignalen für die Mischeinrichtung (18) umfasst.
4. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die sensorgesteuerte Zudosierung in Abhängigkeit eines Nei gungswinkels ( ) der Spritzbetondüse (14) beim Spritzvor gang erfolgt.
5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, bei der die Zudosierung von Erstarrungsbeschleuniger (24) mit zunehmendem Neigungs winkel ( ) der Spritzbetondüse (14) gegenüber einer Hori zontalen (H) zunimmt.
6. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die sensorgesteuerte Zudosierung in Abhängigkeit eines An stellwinkels (cp) der Spritzbetondüse (14) gegenüber einer Flächennormalen (N) einer mit Spritzbeton (S) zu besprit zenden Fläche beim Spritzvorgang erfolgt.
7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, bei der die Zudosierung von Erstarrungsbeschleuniger (24) mit zunehmendem Anstell winkel (cp) zunimmt.
8. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 7, bei der die Zu
nahme der Zudosierung mit Erstarrungsbeschleuniger (24) kontinuierlich oder intervallabhängig erfolgt.
9. Verfahren zum Aufbringen von Spritzbeton (S) mit einer
Spritzbetondüse (14), bei dem auszubringendem Spritzbeton (S) sensorgesteuert Erstarrungsbeschleuniger (24) zudosiert wird .
10. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem mittels eines Sen
sors (40) ein Neigungs- und/oder Anstellwinkel ( ; cp) der Spritzbetondüse (14) beim Spritzvorgang gemessen und mit tels einer zugeordneten Steuereinrichtung (50) eine dem Spritzbeton (S) zuzudosierende entsprechende Menge von Er starrungsbeschleuniger (24) ermittelt wird.
11. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 oder 10 durch zuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einer Mischeinrichtung (18) einer Spritzbetondüse (14) zugeordne ten Steuereinrichtung (50), ausgeführt wird.
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