DE3525633A1 - Verfahren zum flammstrahlen von beton - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Flammstrahlen von Beton mit einem Brenner mit vorzugsweise Führungselementen, der in beliebiger Vorschubrichtung über eine Betonoberfläche geführt wird und aus dessen Flammaustrittsöffnungen Flammen austreten.

Ungeschützte Betonflächen zeigen unter Witterungseinflüssen zunehmende Korrosionsschäden. Eine dauerhafte Konservierung oder Sanierung mit Beschichtungsmaterialien setzt eine saubere gereinigte Betonoberfläche der Qualität "Kernbeton" voraus. Zur Erzielung einer solchen Oberfläche dient Flammstrahlen. Mit Hilfe einer hochenergetischen Brenngas-/Sauerstoffflamme wird kurzzeitig eine hohe Wärmemenge auf den Beton gebracht, wodurch in der obersten/äußersten etwa 1 bis 2 mm dicken Betonzone ein Sprengen (Spratzen) infolge Umwandlung der Kristalle und ein Schmelzen der Gesteinsteile erfolgt. Dabei wird in der Regel eine 1 bis 2 mm dicke Betonschicht flächig gelöst (geschält). Bei geringeren Betongüten oder bei beschädigtem Beton auch mehr (etwa 5 mm).

Da durch das Flammstrahlen das Gefüge der verbleibenden äußeren Betonzone teilweise in der Festigkeit gemindert wird, wird diese Schicht durch Klopf- oder Bürstgeräte mechanisch entfernt. Die mechanische Nachbehandlung erfolgt bei großen, ebenen horizontalen Flächen durch selbstfahrende hydraulische Klopfmaschinen.

Um Schädigungen der Betonoberfläche durch den Flammstrahlprozeß zu vermeiden, ist eine richtige Verfahrensführung erforderlich, wobei insbesondere die Brenngas-Sauerstoff-Flamme, das Gerät für die thermische Behandlung und die Arbeitstechnik entscheidend sind.

Aus dem Entwurf zur DVS-Richtlinie 0302, Flammstrahlen von Beton, ist es bekannt, den Flammstrahlbrenner unter einem Neigungswinkel von etwa 45° zur Betonoberfläche anzustellen, wobei die Flamme gleichmäßig über die ganze Breite des Flammstrahlbrenners wirken muß. Dabei wird der Brenner zum Flammstrahl geradlinig mit gleichmäßigem Vorschub über die Betonoberfläche geführt.

Beim Flammstrahlen von insbesondere längeren Arbeitsflächen, beispielsweise Autobahnteilstücken, wird das von dem Flammstrahlbrenner gelöste Spratzgut vor dem Brenner angehäuft. Wird diese Anhäufung von Spratzgut mit dem Flammstrahlbrenner überfahren, wird die darunterliegende Betonoberfläche thermisch nicht erfaßt. Dies führt zu aufwendigen Nacharbeiten beginnend bei der Suche nach diesen fehlerhaften Stellen bis hin zur Nachbehandlung mit den Klopf- oder Bürstgeräten.

Dabei muß in Betracht gezogen werden, daß Fahrbahn- Objekte mit Tagesleistungen von mehr als 1000 qm² mit Flammstrahlbrennern mit einer Brennbreite von 500 bis 750 mm bearbeitet werden, so daß die Fehlersuche zeit- und personalintensiv ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anhäufung des Spratzgutes vor dem Flammstrahlbrenner bei gleichbleibendem Reinigungseffekt und gleichbleibender Reinigungstiefe der Betonoberfläche zu vermeiden sowie eine kontinuierliche thermische Bearbeitung durch Flammstrahlen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flammen unter einer zur Vorschubrichtung schrägen Richtung auf die Betonoberfläche gerichtet werden.

Um beim Flammstrahlen von Beton mit Brennern mit geradlinig zur Brennerachse austretenden Flammen vorteilhaft einen Anhäufung des Spratzgutes vor dem Brenner zu vermeiden, wird der Brenner schräg zur Vorschubrichtung angestellt.

Um insbesondere während des gesamten Bearbeitungsvorganges eine gleichmäßige Anstellung bzw. einen gleichmäßigen Austrittswinkel der Flammen zur Brennerachse zu erhalten und gleichzeitig eine einfache Führung des Brenners auch bei nicht geradlinigem Verlauf der Vorschubrichtung zu ermöglichen, treten die Flammen schräg zur Brennerachse aus dem Brenner aus und der Brenner wird gerade zur Vorschubrichtung geführt.

Eine bevorzugte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Maschinenbrenner zum Flammstrahlen, bei dem die Flammaustrittsöffnungen und/oder der Brenner und/oder Teile des Brenners schräg zur Vorschubrichtung angeordnet sind.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das beim Flammstrahlen einer Betonoberfläche erzeugte Spratzgut in einfacher Weise aus dem direkten Arbeitsbereich des Flammstrahlbrenners entfernt wird und somit Störungen im Arbeitsablauf entfallen. Überraschenderweise hat sich hierbei gezeigt, daß der Reinigungseffekt und die Reinigungstiefe durch schräg auf die Betonoberfläche gerichtete Flammen verbessert wird. Dabei hat sich in ersten Versuchen gezeigt, daß bei einer Schrägstellung unter einem Winkel von vorzugsweise 20 bis 30° zur Vorschubrichtung gleichzeitig eine vollständige Entfernung des Spratzgutes aus dem Arbeitsbereich des Brenners erfolgt. Werden größere Brennerbreiten beispeilsweise 1000 mm und mehr verwendet, so ist es besonders vorteilhaft, wenn die Brenner segmentweise aufgebaut sind, wobei die Schrägstellung der einzelnen Segmente entsprechend den Unebenheiten der Betonoberfläche angepaßt werden können.

Durch die Entfernung des Spratzgutes aus dem unmittelbaren Arbeitsbereich vor dem Flammstrahlbrenner ist vorteilhaft eine kontinuierliche Arbeitsweise möglich. Ferner wird hierdurch eine automatische Flammstrahlbearbeitung in besonders einfacher Weise möglich. Dabei wird der Führungseinrichtung, insbesondere dem Fahrwagen des Maschinenbrenners ein selbstfahrender Fahrantrieb zugeordnet, so daß eine gleichbleibende, vom Bedienungspersonal unabhängige Vorschubgeschwindigkeit erreichbar ist. Durch die kontinuierliche Entfernung des Spratzgutes aus dem Arbeitsbereich vor dem Flammstrahlbrenner ist eine Bearbeitung über große Strecken ohne Unterbrechung möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Flammstrahlbrenners mit geradlinig zur Brennerachse aus dem Brenner austretenden Flammen und schräg zur Vorschubrichtung angestelltem Brenner;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Winkelbrenners mit schräg zur Vorschubrichtung angestelltem Brenner­ kopfhalter;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Zweikopfbrenners

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Geradbrenners mit zur Vorschubrichtung seitlich austretenden Flammen.

In der Fig. 1 ist ein Flammstrahlbrenner 10 mit gerade zur Brennerachse 24 aus dem Brenner austretenden Flammen 22 (Geradbrenner) dargestellt, der im wesentlichen aus der Druckdüse 11, der Mischkammer 12, dem Mischrohr 13, der Brennerkopfhalterung 14 und dem Brennerkopf 15 besteht. Dem nach dem Saugprinzip arbeitenden Flammstrahlbrenner ist eine Führungsvorrichtung 16 zugeordnet, die bei einem Handbrenner aus dem nicht näher dargestellten Griffstück besteht und bei einem Maschinenbrenner aus mindestens zwei Führungselementen 17. In Fig. 1 sind die Führungselemente als Führungsrollen ausgebildet und an dem Brennerkopf 15 befestigt. Dabei sind die die Führungsrollen tragenden Halteelemente 18 entsprechend der Schräglage 19 des Flammstrahlbrenners 10 abgewinkelt, so daß die Führungsrollen 17 parallel zur Vorschubrichtung 20 angeordnet sind.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Führungsrollen 17 an der Brennerkopfhalterung 14 oder an anderen Brennerteilen (strichliert dargestellt) mittels einer Achse 21 zu befestigen. Hierbei ist jedoch der Flammstrahlbrenner 10 so auszubilden, daß der Schwerpunkt des Brenners in Achsenmitte liegt.

Der Flammstrahlbrenner 10 ist über nicht näher dargestellte Schlauchanschlüsse an nicht dargestellte Sauerstoff- und Brenngasversorgungen angeschlossen.

Der Flammstrahlbrenner 10 arbeitet - wie bereits erwähnt - nach dem Saugprinzip als Injektorbrenner. Hierbei strömt Sauerstoff aus der Druckdüse 11 und saugt das Acetylen aus den um die Druckdüse 11 angeordneten Kanälen an. Im Mischraum 13 werden beide Gase miteinander gemischt und strömen zum Flammstrahlbrenner 15. Das aus dem Flammstrahlbrenner austretende Gasgemisch wird gezündet und die Arbeitsflamme eingestellt. Nach dem Einstellen der Flamme 22 wird der Flammstrahlbrenner 10 auf die zu bearbeitende Betonoberfläche leicht aufgesetzt; dabei gleitet der Brennerkopf 15 des Flammstrahlbrenners 10 auf dem Beton. Durch die Führungselemente 17 wird ein Abstand zur Betonoberfläche vorgegeben. Die Flammstrahlbrenner werden unter einem Neigungswinkel von etwa 45° zur Betonoberfläche angestellt, wobei die Spitzen der Flammkegel die Betonoberfläche gleichmäßig über die ganze Breite des Flammstrahlbrenners berühren.

Gemäß den Fig. 1 bis 4 werden die Flammstrahlbrenner 10 so über die Betonoberfläche geführt, daß die Flammen 22 unter einer zur Vorschubrichtung 20 schrägen Richtung auf die Betonoberfläche 23 gerichtet werden. Nach einem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 treten dabei die Flammen geradlinig zur Brennerachse 24 aus dem Brenner 10 aus und der Brenner 10 wird schräg zur Vorschubrichtung 20 angestellt. Dabei können die Flammaustrittsöffnungen 25 des Brennerkopfes 15 aus in dem Brennerkopf angeordneten Bohrungen oder bevorzugt als in den Brennerkopf eingeschraubte Einzeldüsen 26 ausgebildet werden.

Wie bereits erwähnt, werden die Flammen unter einem Neigungswinkel von ca. 45° und einer Schräge 19 mit einem Winkel von vorzugsweise 20° bis 30° zur Brennerachse 24 auf die alkalisierten, labilen Oberflächenbereiche der Betonoberfläche 23 gerichtet und diese Oberflächenbereiche - oder auch Schlämmschichten - kurzfristig bis zur Rotglut, etwa 1500° erhitzt.

Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Betons dringt die Wärme jedoch nicht sofort in die Tiefe. Lediglich in einer Oberflächenschicht von maximal 4 mm Dicke kommt es zu einer Rißbildung. Oberflächenpartikel mit einem Gewicht von bis zu mehr als 10 Gramm können dadurch weggesprengt werden.

Daneben tritt bei kleineren mineralischen Bestandteilen des Betons ein Schmelzprozeß auf. Der größte Teil der eingebrachten Flammenenergie wird für das Spratzen und Aufschmelzen in der unmittelbaren Oberflächenschicht verbraucht. Das sich hierbei ergebende Spratzgut wird durch sas seitliche Anstellen unter einem Winkel 19 von vorzugsweise 20 bis 30° entsprechend Pfeilrichtung 27 aus dem direkten Arbeitsbereich des Flammstrahlbrenners 10 entfernt, so daß eine kontinuierliche Bearbeitung ohne Unterbrechung vorteilhaft möglich ist. Überraschenderweise hat sich beim Flammstrahlen von Beton unter einer Schräglage von 20 bis 30° zur Brennerachse 24 die Reinigungstiefe nicht etwa verringert sondern der Reinigungseffekt, insbesondere die Homogenität der Betonoberfläche hat sich erhöht.

Bei den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen werden die gleichen Bezugsnummern für die gleichen Teile verwendet.

In Fig. 2 ist schematisch ein Winkelbrenner 30 dargestellt, bei dem die Brennerkopfhalterung 14 entsprechend einem Seitenwinkel 28 abgeknickt ist. Die Brennerkopfhalterung 14 weist zur Befestigung und Fixierung des Brennerkopfes 15 eine stirnseitige Haltefläche 8 auf, die unter dem Seitenwinkel 28 von kleiner 90° zur Brennerachse 24, vorzugsweise 70 bis 80°, zur Brennerachse 24 angeordnet ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, andere Brennerteile 11, 12, 13 unter dem Seitenwinkel abzuknicken, so daß die geradlinig aus dem Brennerkopf 15 austretenden Flammen 20 unter einem Winkel von vorzugsweise 20 bis 30° zur Vorschubrichtung 20 angeordnet sind.

In der Fig. 3 ist schematisch ein Zweikopfwinkelbrenner 40 dargestellt. Der Brenner 40 weist eine gabelförmig ausgebildete Brennerhalterung 14 auf, an der mindestens zwei Brennerköpfe 15 keilförmig zueinander befestigt sind. Jeder Brennerkopf ist schräg zur Vorschubrichtung 20 bzw. zur Brennerachse 24 an einer Haltefläche 8′, 8′′ unter einem Seitenwinkel 28 kleiner 90° angeordnet. Die beiden Brennerköpfe 15 können starr miteinander verbunden sein, oder auch durch ein auf ein Rad abgestützes Gelenk, um eine bessere Anpassung an Unebenheiten zu ermöglichen. Durch die Verwendung von zwei Brennerköpfen 15, wobei jeder Brennerkopf aus verschiedenen Segmenten zusammensetzbar ist und wobei der eine Brennerkopf 15′ unter einem linken Seitenwinkel 28′ von kleiner 90° und der andere Brennerkopf 15′′ unter einem rechten Seitenwinkel 28′′ von kleiner 90° zur Brennerachse 24 angeordnet ist, wird eine besonders wirtschaftliche Bearbeitung von Betonoberflächen erreicht.

In Fig. 4 ist schematisch ein Flammstrahlbrenner 10 dargestellt, bei dem die Flammen schräg aus dem Brennerkopf 15 austreten. Hierzu sind nach einer Ausbildung der Erfindung in dem Brennerkopf 15 schräg angebrachte Bohrungen vorgesehen. Nach einer bevorzugten Ausführung werden in den Brennerkopf 15 verschraubbare Einzeldüsen 9 unter einem Winkel 19 von 20 bis 30° schräg zur Vorschubrichtung 20 eingesetzt. Hierzu weist der Brennerkopf 15 an seiner Austrittsseite eine zick-zack-förmige Kontur 29 auf, deren Flächen rechtwinklig zu den Düsen 9 angeordnet sind. In diesen Flächen sind Gewindebohrungen vorgesehen, in die die Einzeldüsen eingeschraubt werden.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander zu kombinieren, so daß beispielsweise der Brennerkopf 15 gemäß Fig. 2 unter einem Seitenwinkel 28 zur Vorschubrichtung 20 angeordnet wird und dieser Brennerkopf schräg eingesetzte Einzeldüsen 9 aufweist.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausbildung wird dem Flammstrahlbrenner ein Fahrbetrieb zugeordnet, mit dem der Brenner kontinuierlich in Vorschubrichtung verfahrbar ist. Durch den nicht näher dargestellten Fahrantrieb, beispielsweise einem Antriebsmotor wird es in Verbindung mit der seitlichen Entfernung des vollständigen Spratzgutes vorteilhaft möglich, den Flammstrahlbrenner unabhängig vom Bedienungspersonal mit gleichbleibender Vorschubgeschwindigkeit über die Betonoberfläche zu verfahren. Durch die Schrägstellung der Flammen 22 unter einer von der Vorschubrichtung 20 seitlich abweichenden Richtung auf die Betonoberfläche und durch die Verwendung eines Fahrantriebes wird eine vollmechanisierte Bearbeitung von Betonoberflächen ermöglicht. Eine Unterbrechung des Flammstrahlvorganges zur Beseitigung des Spratzgutes vor dem Brenner und somit ein diskontinuierlicher Flammstrahlvorgang ist während der Bearbeitung nicht erforderlich.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, den Fahrantrieb als selbstfahrender Fahrwagen auszubilden, dem der Flammstrahlbrenner 10 vorgeschaltet und die Klopf- oder Bürstenmaschine nachgeschaltet ist. Über diese vollmechanische Arbeitsweise ist es möglich, breitere Brennerköpfe 15 einzusetzen und auch mit Brennern 10 erhöhter Flammleistung ohne Überhitzungsgefahr zu arbeiten.

Claims (11)

1. Verfahren zum Flammstrahlen von Beton mit einem Brenner mit vorzugsweise Führungselementen, der in beliebiger Vorschubrichtung über eine Betonoberfläche geführt wird und aus dessen Flammaustrittsöffnungen Flammen austreten, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammen (22) unter einer zur Vorschubrichtung (20) schrägen Richtung (28) auf die Betonoberfläche (23) gerichtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammen (22) geradlinig zur Brennerachse (24) aus dem Brenner (10) austreten und der Brenner (10) schräg zur Vorschubrichtung (20) angestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammen (22) schräg zur Brennerachse (24) aus dem Brenner (10) austreten und der Brenner (10) gerade zur Vorschubrichtung (20) geführt wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, mit einem Brenner bestehend aus mindestens einem Brennerkopf, der Flammaustrittsöffnungen aufweist und welchem eine Führungsvorrichtung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammaustrittsöffnungen (25) und/oder der Brenner (10) und/oder Teile des Brenners (11, 12, 13, 14, 15) schräg zur Vorschubrichtung (20) angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner als Winkelbrenner (30) ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (16) mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Führungselemente (17), vorzugsweise Führungsrollen, aufweist, die am Brenner (10) befestigt sind und der Brennerkopf ( 15) zu den Führungsrollen schräg, vorzugsweise unter einem Seitenwinkel (28) kleiner 90°, angeordnet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner zwei Brennerköpfe (15) aufweist, die keilförmig (40) zueinander angeordnet sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerköpfe (15) jeweils unter einem Winkel (28) kleiner 90° zu der dem jeweiligen Brennerkopf (15) zugeordneten Führungsrolle (17) angeordnet sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner als Geradbrenner (10) ausgebildet ist, der einen Brennerkopf (15) mit auswechselbaren Düsen (26) aufweist und die Düsen (26) schräg in den Brennerkopf (15) einsetzbar sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Flammstrahlbrenner (10, 30, 40) ein Fahrantrieb zugeordnet ist, mit dem der Brenner kontinuierlich in Vorschubrichtung (20) bewegbar ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrantrieb als selbstfahrender Fahrwagen ausgebildet ist, dem der Flammstrahlbrenner ( 10) vor- und ein Gerät zur mechanischen Nachbehandlung der Betonoberfläche nachgeschaltet ist.