Entwicklung eines Verfahrens zum Wirksamkeitsnachweis von Spritzbeton-Beschleunigern
Kombiniertes Misch- und Prüfverfahren
Breitenbücher, Rolf / Ibuk, Hursit
Spritzbeton, der im Tunnelbau zur ersten Gebirgssicherung im Nassspritzverfahren auf die Tunnelleibung aufgetragen wird, muss i.d.R. ein Erstarrungsbeschleuniger zugegeben werden, um die notwendige rasche Festigkeitsentwicklung erreichen zu können. Die Wirkung dieser Beschleuniger hängt neben der Temperatur sehr maßgeblich von den Eigenschaften des verwendeten Zements ab. Bereits geringe Veränderungen in der Zusammensetzung des Beschleunigers oder des Zements, wie sie u. U. innerhalb verschiedener Lieferungen auftreten, können zu einem gravierend abweichenden Erstarrungsverhalten des Zementleims bzw. des Spritzbetons führen. Daher ist es notwendig, die Wirksamkeit dieses Zusatzmittels z.B. bei Anlieferung neuer Lieferchargen auf der Baustelle rasch und zuverlässig zu überprüfen. Hierzu fehlt jedoch bislang ein geeignetes praxisgerechtes Prüfverfahren, das ohne großen Aufwand auch auf der Baustelle durchgeführt werden kann. Hierzu wurde ein Verfahren auf der Basis einer Zweikomponentenmischschnecke entwickelt, mit dem der Erstarrungsbeschleuniger binnen kürzester Zeit homogen in den Zementleim eingemischt werden kann. Die Mischapparatur besteht aus einem Stahlrahmen, in dem parallel zwei unterschiedlich große Kartuschen mit röhrenförmigen Querschnitten angeordnet sind. Die größere Kartusche für den vorgemischten Zementleim hat immer die gleiche Größe. Demgegenüber werden für den Beschleuniger Kartuschen mit unterschiedlichem inneren Querschnitt eingesetzt. Dadurch können stufenweise verschiedene Dosierungen an Beschleuniger eingestellt werden, bei denen auch der Wasserzementwert des Zementleims und die Dichte des Erstarrungsbeschleunigers berücksichtigt werden können. Durch das Vorpressen eines Kolbens in die Kartusche wird der vorgemischte Zementleim in eine Zwischenkammer gepresst. Synchron dazu wird ein Kolben auch in die Beschleuniger-Kartusche eingedrückt, sodass der Erstarrungsbeschleuniger parallel dazu ebenfalls in die o.g. Zwischenkammer eingepresst wird. Beide Komponenten werden anschließend aus der Zwischenkammer in den statischen Mischer (Mischstrecke) gefördert und dort homogen vermengt. An den so hergestellten Zementleimen kann dann mit einer geringfügig modifizierten Erstarrungsprüfung das Erstarrungsverhalten reproduzierbar ermittelt und bewertet werden. Anstelle der klassischen Vicat-Nadel nach DIN EN 196-3 wird dafür ein Tauchkonus nach DIN 1068, Teil 2 verwendet. Die Zusatzmasse nach DIN EN 196-3 zur Bestimmung von Erstarrungszeiten wird für diese modifizierte Erstarrungsprüfungen beibehalten, sodass das Fallgewicht 304,5 g beträgt. Die Zeitspanne, die vom Austritt der beschleunigten Zementleimprobe aus dem statischen Mischer bis zu dem Zeitpunkt vergeht, bei dem der Abstand zwischen Tauchkonus und Glasplatte e = 6 ± 3 mm beträgt, kann als Erstarrungsbeginn des beschleunigten Zementleims definiert werden. Im Gegensatz zu den Vorgaben in DIN EN 196-3 wird hier bei der Prüfung des Erstarrungsendes auf einen Wechsel der Probenstirnfläche verzichtet. Auch für diesen Kennwert wird der vorgenannte Tauchkonus verwendet. Sobald der Abstand zwischen Glasplatte und Tauchkonusspitze e = 39,5 mm beträgt, ist das Erstarrungsende erreicht. Mit der Mischapparatur wurden unterschiedlich zusammengesetzte und beschleunigte Zementleimproben (zwei Zemente; vier w/z-Werte; vier BE-Zugabemengen; drei BE-Produkte) hergestellt und deren Erstarrungsverhalten mit der modifizierten Erstarrungsprüfung untersucht. Ziel dieser Untersuchungsreihe war es unter anderem, festzustellen, inwieweit mit der entwickelten Misch- und Prüftechnik das Erstarrungsverhalten von verschiedenen Zementleim-BE-Kombinationen ausreichend differenziert wiedergegeben werden kann. Bei den entwicklungsbegleitenden Untersuchungen konnte folgendes festgestellt werden: Für das Prüfverfahren konnte eine für Vergleichsprüfungen ausreichende Reproduzierbarkeit des damit ermittelten Erstarrungsverhaltens nachgewiesen werden. Ebenso wurde aufgezeigt, dass sich für verschiedene Zementleime (Zementart, Wasserzementwert) und verschiedene Beschleuniger (Art, Dosiermenge) das daraus resultierende unterschiedliche Erstarrungsverhalten mit diesem Prüfverfahren auch quantitativ ausreichend differenziert bestimmen lässt. Lediglich bei extrem hohen Beschleunigerdosierungen, in Verbindung mit sehr reaktiven Zementen (z.B. CEM I 42,5 R) kann das Erstarren noch vor Verlassen der Mischstrecke eintreten und somit die Bestimmung des Erstarrungsbeginns unmöglich machen.
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beton 12/2007 ab Seite 566
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