DE19819660A1 - Spritzdüse und Verfahren zum Trockenspritzen von Spritzbeton - Google Patents
Spritzdüse und Verfahren zum Trockenspritzen von SpritzbetonInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Spritzdüse sowie ein Verfahren
zum Trockenspritzen von Spritzbeton.
Um Spritzbeton hoher Qualität herzustellen, muß neben der
optimierten Ausgangsmischung ein besonderes Augenmerk auf
eine ausreichende Benetzung der Komponenten Bindemittel und
Zuschlag gelegt werden. Speziell im Trockenspritzverfahren
spielt die Benetzungstechnik im Düsenbereich eine
entscheidende Rolle. Innerhalb weniger Meter, ab
Wasserzutritt bis Auftragsfläche, muß eine intensive
Durchmischung des Spritzgutes mit dem Zugabewasser möglich
sein. Düsensysteme bilden dabei einen wichtigen Bestandteil
der Spritzausrüstung, da sie einen erheblichen Beitrag zur
Rückprallminderung und Staubminderung bilden.
Das Trockenspritzverfahren wird gemäß der österreichischen
Richtlinie Spritzbeton in drei Verfahrenstechniken
eingeteilt:
- a) EM - konventionelle Verfahrenstechnik
- b) TM - Verarbeitung von werksgemischtem Trockengemisch
- c) EM-S - Mischung von naturfeuchten Zuschlägen und Bindemittel knapp vor der Spritzbetonmaschine.
Das Trockenspritzverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß im
Förderschlauch vor der Düse (Vorbenetzung) oder am Ende des
Förderschlauchs an der Düse (Hauptbenetzung) Wasser zur
Benetzung zugegeben wird. Die Zuführung erfolgt bei
herkömmlichen Düsen auf unterschiedliche Weise mit
verschiedenen Ausführungsformen (Wasserringe, Ort der Zugabe,
Einbau von Umlenkkörpern, Wasserdruck).
Teile herkömmlicher Düsensysteme für das
Trockenspritzverfahren ohne Vorbenetzung des Mischgutes sind
im allgemeinen:
- a) Strahlrohr mit gleichbleibendem oder zum Ende hin verjüngendem Querschnitt und unterschiedlicher Länge,
- b) Gehäuse mit Wasserzufuhr und Reguliereinrichtung,
- c) Düsenringe mit unterschiedlicher Anzahl von Bohrungen, Bohrungsdurchmessern, Zugaberichtung des Wasserstrahls und Anordnung von Bohrungen in verschiedenen Ebenen,
- d) Düsenringe mit Einkerbungen zur Wasserzugabe,
- e) Düsenkörper mit Einbauten von Störkörpern und/oder Umlenkkörpern im Strahlrohr.
Diese bekannten Düsensysteme haben den Nachteil, daß das
Wasser in konzentrierter flüssiger Form als gebündelter,
scharf begrenzter Wasserstrahl auf das Mischgut trifft und
sofort die Reaktion eingeleitet wird.
Dadurch kommt es bei einem längeren Spritzvorgang zum Belegen
der feinen Bohrungen am Düsengehäuse sowie zu Anbackungen in
der Förderleitung. Die Folge sind unbenetzte Zonen im
Spritzstrahl mit negativer Auswirkung auf die Spritzbeton-
Qualität an der Auftragsfläche, sowie erhöhte Staub- und
Rückprallanteile. Um diese negative Auswirkung zu minimieren,
sind regelmäßige Reinigungsarbeiten (nach jedem
Spritzvorgang) an der Düse erforderlich.
In Verbindung mit den vorgenannten Düsenarten besteht die
Möglichkeit, das Spritzgut einige Meter vor der
Hauptwasserzugabe an der Düse vorzubefeuchten. Dies ist
jedoch nur beschränkt und in Abhängigkeit der Mischgutart
möglich. Sehr reaktionsschnelle Spritz-Bindemittel reagieren
sofort mit dem Vorbenetzungswasser. An der Spritzdüse wird
mit dem Regulierventil die Restwassermenge eingestellt.
Ein anderer Weg der Benetzung wird in der EP 0 698 419 A1
beschrieben. Die T-förmige Eintragsvorrichtung ist Teil eines
Gesamtsystems zur Verarbeitung von ofentrockenem,
werksgemischtem Mischgut. Die Eindüsvorrichtung zeigt in der
Praxis eine unvollkommene Vorbefeuchtung, wobei es zu
Anbackungen und Verstopfungen der Förderleitung kommen kann.
Dies ist auf die senkrechte Einführung des Wasserstromes zum
Druckluftstrom sowie die senkrechte Einleitung des Gemisches
in die Befeuchtungsvorrichtung zurückzuführen. Aufgrund
dieser Konstruktion wird das Luft-/Wassergemisch an die
Innenwandung des Rohres gedrückt, dort in Form eines
Wasserfilms abgeschlagen und reagiert somit stärker mit dem
schnellreaktiven Bindemittel. Es bilden sich lagenweise
Zementsteinschichten und in Folge findet ein Zuwachsen der
Förderstrecke in diesem Bereich statt. Die nicht definierten
Druckverhältnisse (Wasser/Luft) können ebenso dazu beitragen.
Aufgabe der Erfindung ist eine Verbesserung bei der
Applikation von Spritzbeton im Trockenspritzverfahren.
Insbesondere soll eine Möglichkeit aufgezeigt werden, um eine
innige Vermischung eines Spritzgemisches mit gleichbleibender
Spritzbetonqualität bei gleichzeitiger Reduzierung oder
Vermeidung von Verschleiß, Verstopfungen und Anbackungen im
Bereich der Düse und eines zugehörigen Förderschlauches sowie
wenig Rückprall und Staub zu erreichen.
Die Lösung beruht auf einem neu konzipierten
Benetzungssystem. Eine zugehörige Spritzdüse ist durch die
Merkmale des Anspruches 1 gekennzeichnet. Ausführungsformen
beschreiben die Ansprüche 2 bis 7. Das Trockenspritzverfahren
ist in seiner allgemeinsten Ausführungsform durch die
Merkmale des Anspruches 8 charakterisiert. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der Ansprüche 9 bis 14.
Die daraus resultierende Benetzungstechnik ist als
eigenständiges System konzipiert und für jede
Trockenmischgutart (TM, FM, FM-S), Bindemittelart (SBM-T,
SBM-FT, TZ) und Zusatzmittelart
(EB-AF, EB-A) nach der österreichischen Richtlinie
"Spritzbeton" individuell angleichbar.
Mit dieser Benetzungstechnik kann das Trockenmischgut homogen
durch ein Druckluft-/Wassergemisch benetzt und dadurch der
Rückprall- und Staubanfall reduziert werden.
In Fig. 1 ist eine Düse als Hauptbenetzungsdüse, in Fig. 2
als Vorbenetzungsdüse dargestellt, jeweils bei einem
Schlauchdurchmesser von 65 mm.
Die Spritzdüse ist jedoch für alle Schlauchdurchmesser
geeignet.
Eine Wasserzuführung 1 (Normalwasserdruck) und
Druckluftzuführung 2 erfolgt getrennt und beide münden knapp
vor einem Verlängerungsrohr 3 zusammen. Das Verlängerungsrohr
3 in der winkelhalbierenden Zuleitungszusammenführung von
Wasser und Druckluft muß mit kurzer Länge und kleinem
Austrittsdurchmesser ausgebildet werden.
Nur so wird der Wasserstrahl vom Druckluftstrom optimal
aufgerissen, wobei der erzeugte Sprühnebel mit hoher
Austrittsenergie das Anschlußrohr 4 ausfüllt. In dieser Zone
liegen keine Wassertropfen, sondern eine mit Wasser
gesättigte Luft (Nebeleffekt) vor.
Die Aufweitung des Verlängerungsrohres zum Anschlußrohr 4 mit
einer Länge von vorzugsweise 25 cm, erfolgt mit
Innendurchmesser 50 mm (für Förderschlauchdurchmesser 65 mm)
und 40 mm (für Förderschlauchdurchmesser 50 mm). Die
Einleitung des feinst verteilten Sprühnebels zur
Förderrichtung in ein der Benetzung dienendes Formstück 5
erfolgt schleifend (< 50°, ideal mit 30°). Dadurch ergibt
sich eine große Durchdringungsöffnung 6, so daß ein Zuwachsen
beziehungsweise Anbackungen nicht mehr möglich sind.
Begünstigt wird dies weiters durch den flachen
Einleitungswinkel, der das Mischgut im Förderstrom in diesem
Bereich nach unten verdrängt. Das zugeführte Luft-
/Wassergemisch bedingt durch den flachen Einleitungswinkel
weiters einen beschleunigenden Effekt des Fördermischguts,
infolge der erzeugten Unterdruck-Sogwirkung. Der Effekt wird
durch die hohe Geschwindigkeit des Zuschlag-
Bindemittelgemisches von etwa 30 m/s begünstigt. Hierdurch
können sich auch unbenetzte Zonen innerhalb des Spritzstrahls
nicht mehr ausbilden. Eine seitliche Verdrängung des
Zugabewassers an die Wandung des Strahlrohres, wie es bei
herkömmlichen Düsen der Fall sein kann, mit dem bekannten
Problem des "Freirotzens", ist nicht mehr gegeben.
Durch Variation der Benetzungslänge (Zugabestelle des Luft-
/Wassergemisches an der Düse bis zum Düsenende) kann auf jede
Mischgutart und Bindemittelart das optimale Ergebnis
bezüglich Staub- und Rückprallmimimierung sowie Spritzbeton-
Qualität erzielt werden.
Der Wasserdruck in der Zuleitung 1 (Normalwasserdruck) muß
kleiner als jener der zugeführten Druckluft 2 sein, um einen
effektiven Sprühnebeleffekt zu erzeugen. Höherer Luftdruck
und Luftmenge führen bei geringem Flüssigkeitsdruck zu einer
feineren Zerstäubung. Bei größerem Wasserdruck und kleinem
Luftdruck beziehungsweise Luftmenge erfolgt die Eintragung
des Wassers in den Förderstrom nur primär tröpfchenweise.
Der Druck, mit dem das Gemisch aus Luft und Wasser in den
Förderstrom eingetragen wird, muß höher dem des Förderdrucks
sein.
Die Länge des Anschlußrohres 4 muß so gewählt werden, daß der
Sprühnebelstrahl gerade nicht an der Rohrwandung anliegt.
Dadurch wird vermieden, daß sich das Luft-/Wassergemisch
entmischt, sich an der Rohrwandung als Wasserfilm abscheidet
und als reines Wasser in den Förderstrom eintropft und somit
diese verstopft.
Bei Bedarf können Zusatzmittel beziehungsweise Zusatzstoffe,
wie Erstarrungsbeschleuniger, Staubminderer oder
Rückprallminderer (fest oder flüssig) mittels eines Schlauchs
7, regelbar bei 11, dem Luftstrom zugegeben werden. Dadurch
ist die Eindüsung von flüssigen und auch pulverförmigen
Mitteln möglich. Der Vorteil liegt weiters in der
Feinstverteilung im Luftstrom, so daß sich das Zusatzmittel
mit dem Mischgut intensiver vermischt.
Die Düse kann für die Hauptbenetzung, als Vorbenetzungsdüse
oder kombiniert eingesetzt werden. Dabei sind keine
zusätzlichen Teile notwendig und der Umbau kann sehr schnell
mit einigen Handgriffen erfolgen.
Wird das Formstück 5 zur Hauptbenetzung eingesetzt, so kann
auf herkömmliche Düsen verzichtet werden. Es kann entweder
ein Kunststoffrohr 8 angeschlossen oder über einen
Förderschlauch geschoben, oder der Förderschlauch kann als
Schlauchdüse 8a verwendet werden. Das Formstück 5 wird dabei
zwischen 1 m und 3 m, vorzugsweise 2 m (abhängig von der
Bindemittelart) hinter der Austrittsöffnung angeordnet. Die
Regulierung der Gesamtwassermenge (bei 9) und Druckluftmenge
(bei 10) erfolgt vom Düsenführer.
Der Druck der zugeführten Luft (nach den Regulierventilen 9,
10) soll 1 bis 3 bar höher liegen als der Wasserdruck
(Feinstregulierung) und beispielsweise 3 bis 8 bar
(Luftdruck) gegenüber 2 bis 6 bar (Wasserdruck) betragen.
Wird das Formstück 5 zur Vorbenetzung eingesetzt, so erfolgt
die Anordnung unmittelbar hinter einer Aufgabeeinheit 12 des
Mischgutes. Dabei wird an der Vorbenetzung < 30% der
erforderlichen Wassermenge (abhängig von der Bindemittelart)
mit Druckluft eingedüst. Die Restmenge wird vom Düsenführer
mit herkömmlichen Spritzdüsen oder mit einem zweiten
Benetzungsformstück zudosiert.
Durch das speziell ausgebildete Formstück 5 kann ohne Aufwand
und Umbaumaßnahmen schnell zwischen Vor- und/oder
Hauptbenetzung gewechselt werden.
Die Benetzungsstrecke kann nach Spritzende mit dem Luftdruck
trocken und gegebenenfalls freigeblasen werden. Die einfache
Ausbildung des Benetzungsformstückes 5 zeichnet sich neben
der robusten Bauart besonders durch den hohen
Verschleißwiderstand aus.
Im Trockenspritzverfahren mit diesem Benetzungssystem ist es
möglich, den Staubanfall beträchtlich zu reduzieren. Im
Vergleich zu Standarddüsen ist eine Reduktion um mehr als
zwei Drittel möglich. Der Rückprall kann wegen der innigen
und gleichmäßigen Durchmischung ebenfalls herabgesetzt
werden.
Claims (14)
1. Spritzdüse zur homogenen Vermischung von Wasser mit
Trockenmischgut, gekennzeichnet durch ein Anschlußrohr
(4), welches mit einem Winkel < 50° zur Förderrichtung
in ein, das Trockenmischgut förderndes Formstück (5) der
Düse einmündet sowie eine Wasserzuleitung (1) und eine
Luftzuleitung (2), die in einem Winkel zwischen 40° und
130° in einem Verlängerungsrohr (3) zusammengeführt
sind, welches in das Anschlußrohr (4) einmündet.
2. Spritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Winkel zwischen Anschlußrohr (4) und Formstück (5)
< 20°, vorzugsweise 30° beträgt.
3. Spritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Anschlußrohr (4) einen größeren Durchmesser als das
Verlängerungsrohr (3) aufweist.
4. Spritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wasserzuleitung (1) und/oder die Luftzuleitung (2)
mit einem Regulierventil (9, 10) ausgerüstet ist(sind).
5. Spritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verlängerungsrohr (3) in Verlängerung der
Winkelhalbierenden zwischen Wasserzuleitung (1) und
Luftzuleitung (2) verläuft.
6. Spritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen Verlängerungsrohr (3) und Anschlußrohr (4) ein
im Querschnitt aufgeweiteter Bereich liegt.
7. Spritzdüse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen
Schlauch (7) für Zusatzmittel oder Zusatzstoffe, der in
die Luftzuleitung (2) einmündet.
8. Verfahren zum Trockenspritzen von Spritzbeton, dadurch
gekennzeichnet, daß dem über einen Förderschlauch
antransportierten Mischgut in einer Zone mit Wasser
gesättigte Luft in Form eines Sprühnebels zugeführt
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der Sprühnebel in einem Winkel < 50° zugeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
das Wasser und die Luft unter einem Winkel zwischen 40°
und 130° zusammengeführt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der Druck der zugeführten Luft 1 bis 3 bar über dem
Wasserdruck eingestellt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem Wasser unter einem
Druck von 2 bis 6 bar und Luft unter einem Druck von 3
bis 8 bar zugeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Wassermenge zur
Einstellung eines Wasser-/Zement-Wertes von ≦ 0,55
eingesetzt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Druck, mit dem
die mit Wasser gesättigte Luft in das Mischgut
eingetragen wird, höher als der Förderdruck des
Mischgutes ist.
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