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Dokumentenidentifikation DE60208425T2 24.08.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001440284
Titel VERFAHREN ZUR GESTEUERTEN AUFBRINGUNG VON BETON UND DESSEN ZUSAMMENSETZUNG
Anmelder Specialty Minerals Michigan Inc., Bingham Farms, Mich., US
Erfinder COLAVITO, Michael, Dominick, Bangor, US;
SCHMIDT, Michael, Joseph, Saylorsburg, US;
BUSCARINI, Joseph, Michael, Waterdown, CA;
ROSSO, Charles, James, Waterdown, CA;
SCHMIDT, Warren, Ronald, Macungie, US;
GRIFFIN, Charles, Richard, Mount Bethel, US
Vertreter Grosse, Bockhorni, Schumacher, 45133 Essen
DE-Aktenzeichen 60208425
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 25.10.2002
EP-Aktenzeichen 027911916
WO-Anmeldetag 25.10.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/US02/34300
WO-Veröffentlichungsnummer 2003038360
WO-Veröffentlichungsdatum 08.05.2003
EP-Offenlegungsdatum 28.07.2004
EP date of grant 28.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.08.2006
IPC-Hauptklasse F27D 1/16(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse C04B 28/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Betonmaterialien und die Verwendung solcher Materialien. Insbesondere betrifft die vorliegende Enrfindung ein Material, welches in einem Fall als gewöhnliches Betonmaterial und in einem anderen Fall als feuerfestes Betonmaterial verwendet werden kann.

Betonmaterialien weisen eine Vielfalt von Verwendungen auf, darunter die Verwendung als Beton für Anwendungen im Bauwesen und als feuerfestes Material, wie z. B. in der stahlerzeugenden Industrie.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Betonmaterialien können aufgetragen werden über Verfahren des Mischens einer Charge formbaren Betonmaterials, des Transportierens des Materials (Förderbänder, Kübel, Kipploren, Pumpen und ähnliches) und dann des Verteilens eines solchen Materials in Formen zum Erstarren in einen gehärteten Zustand. Typischerweise werden solche Betonmaterialien in den Formen bearbeitet, bevor die Aushärtungsreaktion des Materials das Material festsetzt und dieses nicht mehr verformbar ist. Weil die Zeitdauer des Härtens eine Totzeit darstellen kann, in welcher die Arbeit nicht weiter fortgesetzt werden kann, bis die Härtung auftritt, können dem Betonmaterial Additive hinzugefügt werden, welche die Härtungsgeschwindigkeit beschleunigen. Solche Additive dürfen jedoch nicht so wirksam sein, dass die Härtung im Auftragungsgerät oder vor der Vollendung des Arbeitsprozesses auftritt, damit die Homogenität in der geformten gehärteten Struktur sichergestellt ist. Demgemäß kann die Verwendung von Beschleunigern keine Beschleuniger umfassen, die zu schnell wirken.

Betonmaterialien können entweder durch Gießen oder durch Schleudern des feuerfesten Materials in Position durch Trockenauftragsverfahren und Nassauftragsvertahren aufgetragen werden, wie z. B. durch die Torkretierverfahren „Gunnite-Verfahren" und „Shotcrete-Verfahren", um ein schnelles formloses Auftragen eines feuerfesten Materials bereitzustellen. Die praktische Leistungsfähigkeit der nach dem Gunnite-Verfahren oder Shotcrete-Verfahren torkretierten feuerfesten Produkte kann gut sein, aber praktische Installationen werden häufig von den Problemen der heutigen Technologie beeinflusst, bei der nur eine sehr begrenzte Steuerung der Glätte und der Dicke des Auftrags möglich ist. Um diese Probleme zu überwinden und sowohl die gewünschte glatte Oberfläche als auch die kontrollierte Dicke zu erreichen, benötigt das durch Gießen aufgetragene feuerfeste Produkt maßgefertigte Formen und kann Probleme hinsichtlich der Erstarrungs- oder Aushärtungszeiten machen. Häufig machen solche Erstarrungsprozesse ein abschnittweises Gießen und Härten erforderlich, so dass in Monolithen des feuerfesten Materials Nahtstellen vorliegen, das fertige Produkt also keine echte monolithische Form aufweist, sondern Diskontinuitäten aufweist, welche Quellen für Probleme der Leistungsfähigkeit sein können.

Was benötigt wird, ist ein Betonmaterial, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auftragen solch eines Materials, um das kontinuierliche Formen einer echten monolithischen Struktur mit kontrollierten Abmessungen zu ermöglichen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Betonmaterial mit einer kontrollierten Härtungsgeschwindigkeit, welches verwendet werden kann, um eine kontinuierliche monolithische Struktur mit kontrollierten Abmessungen zu formen. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, durch welches solch ein Material aufgetragen werden kann, um einen nahtlosen Monolithen ohne Unterbrechungen der Oberfläche zu formen, in einer Weise, die Vorteile aus dem kontrollierten Härten des Material ziehen kann.

Diese und andere Aufgaben werden hierin erfüllt.

STAND DER TECHNIK

In US-Patentschrift 4,726,570 wird ein System zum Gießen in eine Pfanne bereitgestellt, wobei Verschlussmittel verwendet werden, um einen Dorn und zugehörige Teile gegen die Auftriebskraft eines gießbaren feuerfesten Materials, welches beim Auskleiden der Pfanne verwendet wird, in der Pfanne zu halten. Wenn das gießbare feuerfeste Material sich verfestigt hat, wird der zugehörige Verschlussmechanismus, welcher die gesamte Baueinheit an Zapfen festklemmt, gelöst, und die gesamte Baueinheit wird durch Verwendung geeigneten Hebegeräts, welches an einer Hebeöse befestigt ist, von der Pfanne angehoben.

In US-Patentschrift 5,958,312 wird ein Verfahren zur teilweisen Wiederherstellung der Auskleidung mit feuerfestem Material in der oberen Zone der Mauerfläche einer Pfanne offenbart, ebenso wie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens. In dem Verfahren wird ein gießbares feuerfestes Material mit einem aufblasenden Versiegelungskörper verwendet.

In der Japanischen Patentanmeldung 10-064419 ist die Mischung eines feuerfesten Materials mit Natriumpolyacrylat zur Nassstrahl-Konstruktion offenbart. Ein bestimmtes flüssiges Silikat wird als Beschleunigungsmittel verwendet.

In der Japanischen Patentanmeldung 09-097895 ist eine Düse und ein Anwendungsverfahren zum Vermischen eines monolithischen feuerfesten Materials mit einem Härtungsbeschleuniger offenbart, bevor das monolithische feuerfeste Material auf die innere Oberfläche eines Behälters für geschmolzenes Metall gebracht wird.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Eine Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zum Formen einer Betonstruktur unter Anwendung eines vorteilhaften Verfahrens des Vermischens eines Betonmaterials mit einer Beschleunigerzusammensetzung. Ein Vorteil der Erfindung ist die kritische Steuerung der Betonhärtung, so dass eine Monolithstruktur erzeugt werden kann. Eine weitere Steuerung kann durch die Verbindung oder den Einschluss ausgewählter optionaler Materialien erreicht werden.

Ein Element einer Vorrichtung zur Durchführung des erfinderischen Verfahrens ist das vorteilhafte Bereitstellen eines Films als Gleitebene zwischen dem Betonmaterial und der Vorrichtung, so dass eine monolithische Struktur mit kontrollierten Oberflächentoleranzen erhalten wird.

In noch einer anderen Erscheinungsform stellt die Erfindung eine formbare Zusammensetzung bereit, welche eine neue Mischungszusammensetzung eines Betonmaterials und einer Beschleunigerzusammensetzung gemäß Anspruch 14 ist. Eine optionale Substanz kann für eine weitere Steuerung des Härtungsprozesses zugeordnet werden.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen aufgezählt.

BESCHREIBUNGEN DER FIGUREN

In 1 ist eine Vorrichtung abgebildet, welche dafür geeignet ist, in einem anfänglichen Schritt des Verfahrens der Konstruktion einer monolithischen Pfannenauskleidung das Verfahren der vorliegenden Erfindung auszuführen.

In 2 ist dieselbe Vorrichtung in einem folgenden Schritt des Konstruktionsverfahrens abgebildet.

In 1 und 2 ist die Verwendung einer Vorrichtung abgebildet, die der vorliegenden Erfindung entspricht. In 1 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgebildet, in welcher die Konstruktion einer monolithischen Auskleidung für eine Stahlpfanne durchgeführt wird. Abgebildet ist eine Vorrichtung, die den aufrecht stehenden Tragebaum 1, die horizontale Tragebasis 2 und die Winkelstrebe 3 enthält. Diese Teile sind starr befestigt und werden auf Laufrollen 12 bewegt und sind mit dem Positionierbock 11 verankert. Durch das Bewegen der Plattform 4 wird für einen Bediener der Vorrichtung ein Boden zum Stehen bereitgestellt. Der Bediener bringt die verstellbaren Gleitformstreben 6 in Position, welche senkrecht zu der Gleitform 5 angebracht sind. Die Gleitform 5 kann dann durch Abrollen oder Aufrollen des Hubseils 10 mit der Kraft des Hubmotors 9 bewegt werden. Der Bediener steuert solch eine Bewegung. Die Gleitform 5 befindet sich in einer gewünschten Entfernung von der vorhandenen Wand 14 und wird auf dem vorhandenen Boden 15 abgesetzt. Beton 13 wird in den Zwischenraum zwischen der Wand 14 und der Gleitform 5 gegeben. Die Filmabgaberolle 7 gibt einen Polymerfilm 8 in die Position zwischen dem Beton 13 und der Gleitform 5 ab. Die Grenzfläche zwischen der Gleitform 5 und dem Polymerfilm 8 schafft eine Gleitebene, so dass die Gleitform 5 neu positioniert werden kann, sobald der Beton 13 sich ausreichend stabilisiert hat, um die strukturelle Integrität zu behalten. In 2 ist das Anheben der Gleitform 5 entlang der Wand nach oben abgebildet, um das Einbringen weiteren Betons 13 zu ermöglichen, wie in 1 abgebildet.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Anbringen einer Betonzusammensetzung. Diese Ausführungsform des Verfahrens umfasst Folgendes:

Vermischen (a) einer ersten Zusammensetzung, welche eine Betonzusammensetzung umfasst, und (b) einer zweiten Zusammensetzung, welche eine Beschleunigerzusammensetzung umfasst, um ein schleuderbares Gemisch zu bilden;

Schleudern des Gemisches in einen Zwischenraum zwischen einer Basiswand und einer beweglichen Form, welche in einer zur Basiswand benachbarten Position einen Oberflächenbereich aufweist.

Ermöglichen, dass das Gemisch erstarrt, um eine Wand mit einer freien Wandoberfläche zu formen; und

Bewegen der Form in eine andere benachbarte Position.

Dieses obige Verfahren wird wirksam wiederholt, um einen monolithischen Wandbereich zu bilden, welcher einen Oberflächenbereich aufweist, der größer ist als der Oberflächenbereich der beweglichen Form. Ein monolithischer Strukturbereich ist so gestaltet, dass die unterschiedlichen Strukturbereiche, die zwischen der Form und der Basisstruktur gebildet werden, mit einer kontinuierlichen Struktur verbunden sind. Das heißt, dass keine Nahtstellen oder Diskontinuitätslinien vorliegen, was zu einem Unterschied in der Leistungsfähigkeit führen würde. Zum Beispiel kann in einer Anwendung, bei der die Basisstruktur ein feuerfester Behälter ist, die monolithische Struktur eine Pfannenwand sein, welche eine freie Oberfläche aufweist, die während des Gebrauchs des Behälters geschmolzenem Metall ausgesetzt ist.

Die monolithische Form der Wand führt dazu, dass es dort keine Nahtstelle oder andere Diskontinuität gibt, welche ermöglicht, dass das geschmolzene Metall die äußere Metallwand des Behälters in einer Weise erreicht, dass ein Durchschmelzen des Behälters droht.

Das erfinderische Verfahren führt dazu, dass der Praktiker die Möglichkeit hat, eine monolithische Struktur mit einer Schwankung der Dicke von weniger als etwa 10 Millimetern, vorzugsweise weniger als etwa 5 Millimetern, zu erzeugen.

Die Beschleunigerzusammensetzung, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist die Trockenform vorzugsweise eines der bekannten Beschleuniger, die auf dem Fachgebiet des Betons verwendet werden. Die Form der Beschleunigerzusammensetzung ist ein Pulver. Die vorliegende Erfindung bietet auch die Möglichkeit, bekannte Beschleuniger in einer Form zu verwenden, welche eine Verwendung solcher Beschleuniger ermöglicht, die für die derzeitigen Anwendungen bislang nicht möglich war. Zum Beispiel wirken einige bekannte Beschleuniger in einem flüssigen Zustand für die Verwendung in den derzeitigen Anwendungen zu schnell. Wenn es jedoch als Pulver verwendet wird, kann ein solches Material jetzt durch die Anwendung des vorliegenden erfinderischen Verfahrens verwendet werden. Es wird angenommen, dass solche Beschleunigungsmittel typischerweise so wirken, dass sie eine Verdickung oder ein Gelieren verursachen, so wie jenes, welches aus einem Ausflocken in Verbindung mit einer Erhöhung des pH-Wertes der Zusammensetzung resultiert. Solche Beschleunigungsmittel können auch durch Verfestigen oder Erstarren der Betonbindung wirken, also durch das Hervorrufen des Beginns der Bindungsphase des Systems, in welcher die Festigkeit und die Tragfähigkeitseigenschaften entstehen. Im vorliegenden Verfahren kann das Beschleunigerpulver mit der Betonzusammensetzung vermischt werden, wenn die Betonzusammensetzung von einem Lagerzustand zur Zuführung an den Ort der Verwendung transportiert wird, wie z. B. in einer Betonform oder einer Form für feuerfestes Material. Dies kann auch in einem zwischenzeitlichen Kurzlagerungsschritt vor der Zuführung an den Ort der Verwendung geschehen. Ein bevorzugtes Zuführverfahren wird als Torkretierverfahren („Shotcrete"-Verfahren) bezeichnet. In diesem Verfahren wird die Betonzusammensetzung unter Druck zugeführt, wie z. B. durch Luft- oder Wasserdruck, über eine Düse zum Aufbringen auf eine Oberfläche. Vorteilhafterweise wird der Beschleuniger vor seinem Austritt aus der Düse zur Vermischung mit der Betonzusammensetzung in die Düse befördert. Eine solche Vermischung kann alternativ auch durch die Funktion einer Schnecke bereitgestellt werden.

Vorzugsweise wird bei dem Verfahren eine zweite Zusammensetzung verwendet, welche den Beschleuniger wirksam in Verbindung mit einem Träger aufweist, um die Verteilung und/oder den Transport des Beschleunigers zu steuern. Solch ein Träger kann ein Pulver, eine Flüssigkeit oder eine Schmelze sein. Die beigegebene Substanz kann gegebenenfalls als Überzug auf dem Beschleunigerpulver vorliegen. Vorzugsweise können solche Überzüge Fettsäuren oder andere lösliche Einkapselungszusammensetzungen umfassen.

Vorzugsweise ist der Träger eine Flüssigkeit und insbesondere eine organische flüssige Zusammensetzung. Nicht beschränkende Beispiele für Trägersubstanzen sind Glykole. Bevorzugte organische Flüssigkeiten sind Ethylenglykole, Propylenglykole oder andere Glykole, welche bei Raumtemperaturen flüssig sind; Öle wie Mineral- oder synthetische Öle; oder andere geeignete Flüssigkeiten mit Viskositäten und Entzündungstemperaturen, welche für die derzeitigen Verwendungen geeignet sind.

Vorzugsweise umfasst die zweite Zusammensetzung ferner einen Träger, der sich von dem Überzug auf dem Beschleunigerpulver unterscheidet. Der Träger umfasst eine oder mehrere Substanzen, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Pulver, einer Flüssigkeit und einer Schmelze. Der Träger wirkt am besten, wenn er in Wasser mischbar ist.

Der Ausdruck „Betonzusammensetzung" bedeutet eines oder viele aus Calcium, Aluminium oder gleichwertigen Systemen anorganischer Materialien, welche in der Materialtechnik verwendet werden, welche aushärten, um nützliche Funktionen der Festigkeit und Tragfähigkeit zu erfüllen. Vorzugsweise enthält die Betonzusammensetzung ein oder mehrere Zement(e), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Calciumaluminatzement, Calciumsilicatzement, einem silicatgebundenen Zement, einem chlorgebundenen Zement, einem kolloiden Siliciumoxid-Binderzement und einem kolloiden Aluminiumoxid-Binderzement. In einem bevorzugten Verfahren ist die Betonzusammensetzung eine feuerfeste Zusammensetzung.

Vorzugsweise macht die Beschleunigerzusammensetzung von etwa 0,05 bis etwa 5 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des schleuderbaren Gemisches aus, insbesondere von etwa 0,1 bis 1 Prozent des Gesamtgewichts des schleuderbaren Gemisches.

In einer anderen Ausführungsform wird bei dem Verfahren eine Beschleunigerzusammensetzung verwendet, welche sowohl ein Flockungsmittel als auch ein Härtemittel umfasst. Insbesondere umfasst das Verfahren ferner das Einstellen des Verhältnisses des Flockungsmittels und des Härtemittels, um die Wirkung des Beschleunigerpulvers wirksam zu steuern, um zu ermöglichen, dass die schleuderbare Zusammensetzung vorübergehend fließt. Diese Einstellung kann von Aufgabe zu Aufgabe geschehen oder während des Ablaufes einer bestimmten Aufgabe, so wie die Bedingungen es rechtfertigen.

In noch einer anderen Ausführungsform wird das Verfahren verwendet, um eine nicht horizontale Struktur zu erzeugen. Zum Beispiel kann eine Verwendung sein, eine Auskleidung einer Behälterwand in einem feuerfesten Behälter zu erzeugen. In solch einer Anwendung wird eine Form benachbart zu einer vertikalen Wand bereitgestellt. Solch eine Form verläuft parallel zur inneren Oberfläche des Behälters und dient dazu, eine Betonzusammensetzung in Position zu halten, bis solch eine Zusammensetzung ausreichend erstarrt oder härtet, um nach dem Entfernen der Form an Ort und Stelle stehen bleiben zu können. Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner das Zuführen einer Gleitebene zwischen der Betonzusammensetzung und der beweglichen Form, um das Bewegen der Form an eine andere benachbarte Position zu ermöglichen, derart, dass die freie Wandoberfläche die Integrität bewahrt. Die Form kann die Wand entlang nach oben bewegt werden, nachdem das Verfahren an einer niedrigeren oder Bodenposition des Behälters begonnen wurde. In dieser Anwendung wird durch das Verfahren ein Wandbereich in einer monolithischen Form vom Boden bis zum Oberteil des Gefäßes gebildet, da die Form bewegt wird, wenn sich einmal eine ausreichende Menge des feuerfesten Materials im unteren Teil der Form verfestigt, und zusätzliches feuerfestes Material zugeführt wird, um den dann freien Zwischenraum zwischen Wand und Form über dem Material zu füllen. Dieses Material verbindet sich monolithisch mit dem vorhandenen Material in der Form, da sich das vorhandene Material im oberen Teil der Form immer noch in einem formbaren Zustand befindet, so dass praktisch Nahtlosigkeit vorliegt. Wahlweise könnte die Form auch seitwärts bewegt werden, horizontal zum Boden des Behälters.

Vorzugsweise wird bei dem Verfahren eine Vorrichtung verwendet, welche einen Film oder eine gleichwertige Barriere zwischen dem feuerfesten Material und der Form abgibt. Dies dient dazu, eine „Gleitebenen"-Funktion bereitzustellen, welche wechselseitige Reibungsbeeinflussungen zwischen der Form-Oberfläche und der erstarrenden Oberfläche des feuerfesten Materials verhindert, wodurch eine Erosion oder ein Abrieb der Oberfläche des feuerfesten Materials und eine Unterbrechung der Oberfläche des feuerfesten Materials vermieden wird. Wahlweise wird bei dem Verfahren eine Gleitebene verwendet, welche ein oder mehrere Materialien umfasst, ausgewählt aus einem Kunststoff, einem Gummi, einer Metallfolie, einem Papier und einem Raster. Vorzugsweise ist die Matrix eine Latex- oder Polymerzusammensetzung, wie zum Beispiel ein Polyethylen-, Polypropylen- oder Polyesterfilm.

In ähnlicher Weise weist in einer Anwendung, in welcher die geformte Struktur eine horizontale monolithische Struktur mit einer freien oberen Oberfläche ist, die Ausführungsform des Verfahrens Folgendes auf:

Vermischen (a) einer ersten Zusammensetzung, welche eine Betonzusammensetzung umfasst, und (b) einer zweiten Zusammensetzung, welche eine Beschleunigerzusammensetzung, vorzugsweise ein Pulver, umfasst, um ein gießbares oder schleuderbares Gemisch zu bilden;

Gießen oder Schleudern des Gemisches in einen Zwischenraum zwischen einer Basisstruktur und einer beweglichen Form, welche in einer zur Basisstruktur benachbarten Position einen Oberflächenbereich aufweist.

Ermöglichen, dass das Gemisch erstarrt, um eine Struktur mit einer freien Strukturoberfläche zu formen; und

Bearbeiten des Gemisches, um eine monolithische Struktur mit einer Schwankung der Dicke von einer gewünschten Dicke zu formen.

Bei der Ausführung der Erfindung wählt man einen Träger aus, welcher die Verteilung der Beschleunigerzusammensetzung ermöglicht und eine Auflösungsgeschwindigkeit des Beschleunigers ermöglicht, welche die folgende Härtungsgeschwindigkeit bewirkt. Das bedeutet, dass man die Verteilungseigenschaften der Flüssigkeit und jede Verlangsamung oder jeden anderen Einfluss der Flüssigkeit auf die Auflösungsgeschwindigkeit des Beschleunigers ausbalancieren kann. Zum Beispiel löst sich das Beschleunigerpulver, welches anfänglich nicht aufgelöst ist, nach dem Vermischen der Betonzusammensetzung und der Beschleunigerzusammensetzung, welche eine Mischung aus Beschleunigerpulver und Träger ist, mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit auf, welche auf der Partikelgröße, auf dem Überzug des Beschleunigerpulvers oder auf der Trägerflüssigkeit basiert. Dementsprechend findet in einer bevorzugten Ausführungsform nach der Herstellung der Mischung die anfängliche Härtungsreaktion nicht statt, oder sie findet statt, aber mit einer im Verhältnis geringeren Geschwindigkeit als unter Beisein eines vorgelösten Beschleunigers. Nach einer Zeit beschleunigt sich die Geschwindigkeit, da der Beschleuniger sich auflöst, und das Betonmaterial beginnt mit Wechselwirkungen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die formbare Zusammensetzung eine pumpbare Zusammensetzung. Die pumpbare Zusammensetzung umfasst ein Gemisch einer ersten Zusammensetzung, welche eine Betonzusammensetzung enthält. Diese Zusammensetzung kann man durch eine Pumpvorrichtung strömen lassen, in welcher Luft oder Wasser, welches) eine Schleuderkraft liefert, und eine Beschleunigerzusammensetzung, welche ein Beschleunigerpulver und optionale Substanz(en) enthält, vor dem Schleudern über die Düse auf die Oberfläche, auf welcher das Material geformt werden soll, vermischt werden. Vorzugsweise umfasst die Wahlsubstanz eine organische Flüssigkeit. Die verzögerte Reaktion, welche durch die Auflösung des Beschleunigerpulvers bewirkt wird, ermöglicht das anfängliche Formen, wie zum Beispiel durch Schaufelblätter oder Rüttelgeräte, vor irgendeinem bedeutsamen Beginn der Härtungsreaktion unter Beschleunigung aufgrund des Vorliegens des Beschleunigers. Vorzugsweise ermöglicht ein solcher Zeitverlauf das kontinuierliche Bilden einer monolithischen Form durch schnelle schrittweise Bewegung oder durch kontinuierliche Bewegung der Auftragungsvorrichtung.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass das pumpbare Material in einen Gleitform-Hohlraum strömt und die Form des Hohlraums annimmt, bevor ein Erstarren erreicht wird. Durch die verzögerte Reaktion zwischen dem Betonmaterial und dem Beschleuniger wird ein schnelles Erstarren erreicht, welches eine schnelle Bewegung der Gleitform ermöglicht. Das erstarrte Material, welches freigegeben wird, wenn die Gleitform bewegt wird, behält sowohl eine glatte Oberfläche als auch die im Wesentlichen genauen Abmessungen der Gleitform. Das erstarrte Material kann sofort Gewicht tragen, wodurch das Erfordernis einer maßgeschneiderten, anwendungsspezifischen Form vermieden wird, um sowohl Glätte als auch eine Steuerung der Dicke zu erreichen. Anders als im Stand der Technik, in welchem nur durch die Verwendung von maßgeschneiderten Formen zum Gießen sowohl die Glätte als auch die zulässigen Abweichungen der Abmessungen erreicht werden konnten, vermeidet die vorliegende Erfindung solche einschränkenden Vorgehensweisen. In früheren Verfahren liegt das Material beim Gießen vollständig fließfähig in der Form vor, was das Erfordernis einer Form großer Festigkeit hervorruft. Gemäß der vorliegenden Erfindung erfordert das neue Verfahren nur, dass zu jeder Zeit nur eine verhältnismäßig kleinere Materialmenge fließfähig ist, wodurch die Verwendung einer leichteren und einfacheren Formstruktur ermöglicht wird. Außerdem erfordert das herkömmliche Gießen typischerweise eine ausgedehnte Härtezeit in der Form (außer bei den schnellabbindenden Materialien), häufig 24 bis 48 Stunden, um vor dem Entfernen der Form eine akzeptable Erstarrung zu erreichen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht vorteilhafterweise die Vermeidung zusätzlicher Aushärtungszeit vor dem Entfernen der Form, nachdem die gewünschte Erstarrung erreicht worden ist.

Die Zugabe des Beschleunigerpulvers und des Trägers an der Schleuderdüse in diesem neuen Verfahren ist ein Vorteil gegenüber der Verwendung eines schnellabbindenden Gießmaterials. Die neue erfinderische Zusammensetzung kann über ausgedehnte Zeitperioden ohne das Befürchten eines vorzeitigen Erstarrens als Nassgemisch in Beschickungsbehältern oder Mischern gelagert werden. Dann erstarrt das Material gemäß der vorliegenden Erfindung, nachdem es mit dem Beschleuniger vermischt worden ist, bald, nachdem es in die Gleitform eintritt. Dies ermöglicht eine bei weitem größere praktische Flexibilität für die Installation.

Das Beschleunigerpulver der vorliegenden Erfindung umfasst eine oder mehrere Verbindung(en), ausgewählt aus den bekannten Beschleunigerpulvern auf dem Fachgebiet des Betons oder der feuerfesten Materialien, ebenso wie aus Beschleunigern, welche in solchen Anwendungen bislang nicht benutzt wurden. Vorzugsweise ist das Beschleunigerpulver ausgewählt aus den Alkaliverbindungen. Bevorzugte Alkaliverbindungen sind Natrium-, Lithium- oder Kaliumverbindungen. Nicht beschränkende Beispiele sind Natriumsilicat, Natriumaluminat, Lithiumcarbonat, Lithiumcitrat, Kaliumsilicat, Kaliumaluminat, Kaliumcarbonat, Natriumcarbonat und Lithiumhydroxid. Andere bekannte Beschleuniger sind auch verwendbar. Solche Beschleuniger sind z. B. organische Verbindungen wie Triethanolamin oder Sulfatverbindungen, als nicht beschränkende Beispiele. Die physikalischen Eigenschaften des Beschleunigerpulvers können bei der Auswahl und der Verwendung des Pulvers auch von Belang sein. Dementsprechend ist das Beschleunigerpulver in noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass es eine Partikelgrößenverteilung aufweist, welche wirksam die Auflösungsgeschwindigkeit und die darauf folgende Reaktion steuert. Eine vollständige Auflösung ist in allen Fällen für wirksame Reaktionen nicht erforderlich. Vorzugsweise ist die Partikelgröße klein genug, um das Pulver in den Trägermedien zu suspendieren, aber groß genug, um für die gewünschte Reaktionsgeschwindigkeit die Auflösung zu steuern.

Die organische Flüssigkeit kann jede sein, welche mit den anderen Materialien und der beabsichtigten Verwendung vereinbar ist. Vorzugsweise sind die relativen Verhältnisse von Betonmaterial, Beschleunigerpulver und organischer Flüssigkeit so gestaltet, dass die formbare Zusammensetzung von etwa fünfzehn Sekunden lang bis etwa 5 Minuten lang formbar ist. Solch ein Verhältnis ermöglicht das Einbringen des Betonmaterials in einer Vielfalt praktischer Verwendungen.

In einer bevorzugten Zusammensetzung eines feuerfesten Materials umfasst die zweite Zusammensetzung von etwa 30 bis etwa 60 Gewichtsprozent Beschleunigerpulver und von etwa 40 bis etwa 70 Gewichtsprozent Propylenglykol.

Um das Verfahren der vorliegenden Erfindung auszuführen, kann eine Vorrichtung verwendet werden, welche Folgendes umfasst: (a) ein erstes Auftragungsmittel zum Auftragen einer formbaren Betonzusammensetzung auf eine Grundoberfläche, um eine monolithische Masse zu erzeugen, welche an der Grundoberfläche haftet; (b) ein Formungsmittel zum Gleitformen einer äußeren Oberfläche der monolithischen Masse in einem Abstand von der Grundoberfläche; (c) ein zweites Auftragungsmittel zum Auftragen einer Schutzbarriere zwischen der monolithischen Masse und dem Formungsmittel, welche wirksam die Integrität der äußeren Oberfläche bewahrt; (d) ein strukturelles Mittel zum wirksamen Positionieren des ersten Auftragungsmittels relativ zu der Grundoberfläche, um die monolithische Masse zu erzeugen; und (e) ein Steuerungsmittel zum Steuern des Formens der monolithischen Masse durch wirksames Steuern des Positionierens des strukturellen Mittels, derart, dass die monolithische Masse die Integrität bewahrt und an der Grundoberfläche haftet. Vorzugsweise wird das Steuerungsmittel betätigt, um die gewünschte zulässige Abweichung der Abmessungen einzuhalten. Diese Ausführungsform kann mit bekannten Betonzusammensetzungen oder den Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner ein Vermischungsmittel zum Vermischen einer Betonzusammensetzung und einer Betonbeschleunigerzusammensetzung, um die formbare Betonzusammensetzung zu erzeugen. Ausführungsformen können ferner ein Mittel zum Zumischen von Pressluft umfassen, um die formbare Betonzusammensetzung mit ausreichend Energie zu versorgen, um durch die Umgebungsluft hindurch auf die Oberfläche geschleudert zu werden.

Eine bevorzugte Mischvorrichtung zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung ist eine Torkretiervorrichtung (Shotcreteing Apparatus). Alternativ kann eine Dosierschnecke benutzt werden, um die Materialien zu vermischen, und die Abgabe des Materials kann durch Beförderung ohne Schleudern geschehen.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung beispielhaft darstellen und sie, wie auch immer, unter keinem Gesichtspunktbeschränken.

BEISPIEL 1 GIEßBARE FORMULIERUNG

Proben einer gießbaren Formulierung werden unter Verwendung der folgenden Materialien und Mengen erzeugt.

Diese Formulierung wird mit Wasser vermischt, um einen statischen Fluss von 65 Prozent zu erreichen.

Eine Probe (Probe A) der gießbaren Formulierung wird mit 0,3 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gewicht der gießbaren Formulierung, einer Natriumsilicatlösung (44 Gewichtsprozent Feststoffe) vermischt. Dies bewirkt ein Flocken auf den Fließzustand Null innerhalb von 15 Sekunden. Diese Probe wird zu dick, um in eine Form zu fließen.

Eine andere Probe (Probe B) der gießbaren Formulierung wird mit 0,3 Prozent einer Beschleunigerformulierung vermischt, welche 42 Prozent Natriumsilicatpulver, 7 Prozent hydratisiertes Aluminiumoxidpulver und 51 Prozent Propylenglykolflüssigkeit enthält. Alle Prozentsätze der Beschleunigerformulierung sind Gewichtsprozente. Probe B liefert die folgenden Ergebnisse: Anfänglicher Fluss – Guter Fluss Erstes Flocken – 0:48 (Minuten/Sekunden) Erstes Verfestigen – 1:10 (Minuten/Sekunden) Endgültiges Erstarren – 4:05 (Minuten/Sekunden)

  • „Guter Fluss" bedeutet, dass das Material noch fließt (wie vor der Zugabe des Beschleunigers).
  • „Endgültiges Erstarren" bedeutet, dass das Material durch festen Fingerdruck nicht verformbar ist.

BEISPIEL 2

Eine zweite Probe A wird wie in Beispiel 1 formuliert. Eine unterschiedliche Probe B wird unter Verwendung einer Zugabe von 0,45 (Gewichts)Prozent eines Beschleunigers formuliert, der 20 Prozent Natriumsilicatpulver, 30 Prozent Lithiumcarbonatpulver und 50 Prozent Propylenglykolflüssigkeit enthält. Alle Prozentsätze der Beschleunigerformulierung sind Gewichtsprozente. Probe B liefert die folgenden Ergebnisse: Anfänglicher Fluss – Guter Fluss Erstes Flocken – 0:44 (Minuten/Sekunden) Erstes Verfestigen – 4:00 (Minuten/Sekunden) Endgültiges Erstarren – 8:15 (Minuten/Sekunden)

Ein Vorteil des Behaltens der guten Fließbarkeit der Probe B in Beispiel 1 und 2 ist, dass die Materialien nach der Zugabe des Beschleunigers leicht geformt werden können, um zu ermöglichen, dass eine einheitliche monolithische Struktur erzeugt wird.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Anbringen einer Betonzusammensetzung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Vermischen (a) einer ersten Zusammensetzung, welche eine Betonzusammensetzung umfasst, und (b) einer zweiten Zusammensetzung, welche eine Beschleunigerzusammensetzung umfasst, um ein schleuderbares Gemisch zu bilden; Schleudern des Gemisches in einen Zwischenraum zwischen einer Basiswand und einer beweglichen Form, welche in einer zur Basiswand benachbarten Position einen Oberflächenbereich aufweist, wobei dem Gemisch ermöglicht wird, zu erstarren, um eine Wand mit einer freien Wandoberfläche zu formen; und Bewegen der Form in eine andere benachbarte Position; wodurch das obige Verfahren wiederholt wird, um einen monolithischen Wandabschnitt zu formen, welcher einen Oberflächenbereich aufweist, der größer ist als der Oberflächenbereich der Form.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Zusammensetzung den Beschleuniger wirksam in Verbindung mit einer oder mehreren einer Trägersubstanz(en) umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Pulver, einer Flüssigkeit und einer Schmelze, derart, dass die eine oder mehrere der Komponenten das Wirken der Beschleunigerzusammensetzung steuert, um zu ermöglichen, dass die schleuderbare Zusammensetzung vorübergehend fließt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Trägersubstanz(en) eine organische flüssige Zusammensetzung ist.
  4. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren so durchgeführt wird, dass eine Abweichung in der Dicke von weniger als etwa zehn Millimeter erzielt wird.
  5. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger in Wasser mischbar ist.
  6. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betonzusammensetzung einen oder mehrere Zement(e) umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Calciumaluminatzement, einem silicatgebundenen Zement, einem chlorgebundenen Zement, einem kolloiden Siliciumoxid-Binderzement, einem Calciumsilicatzement und einem kolloiden Aluminiumoxid-Binderzement.
  7. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Beschleunigerpulver von etwa 0,05 bis etwa 5 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des schleuderbaren Gemisches ausmacht.
  8. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betonzusammensetzung eine feuerfeste Zusammensetzung ist.
  9. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Beschleunigerpulver ein Flockungsmittel und ein Härtemittel umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend das Einstellen des Verhältnisses des Flockungsmittels und des Härtemittels, um wirksam das Wirken des Beschleunigerpulvers zu steuern, um zu ermöglichen, dass die schleuderbare Zusammensetzung vorübergehend fließt.
  11. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner das Zuführen einer Gleitebene zwischen der Betonzusammensetzung und der beweglichen Form umfasst, um das Bewegen der Form an eine andere benachbarte Position zu ermöglichen, derart, dass die freie Wandoberfläche die Integrität bewahrt.
  12. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gleitebene eines oder mehrere Materialien umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Kunststoff, einem Gummi, einer Metallfolie, einem Papier und einem Raster.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Material eine Latex- oder Polymerzusammensetzung ist.
  14. Formbare Zusammensetzung, umfassend ein Gemisch aus (a) einer ersten Zusammensetzung, welche eine Betonzusammensetzung umfasst, und (b) einer zweiten Zusammensetzung, welche aus (i) einem Beschleunigerpulver und (ii) einer organischen flüssigen Zusammensetzung besteht, wobei die organische flüssige Zusammensetzung wirksam mit dem Beschleunigerpulver verbunden ist, derart, dass, wenn das Gemisch hergestellt wird, eine Reaktion zwischen der ersten Zusammensetzung und dem Beschleunigerpulver gesteuert wird, um zu ermöglichen, dass die formbare Zusammensetzung vorübergehend fließt.
  15. Zusammensetzung nach Anspruch 14, wobei die formbare Zusammensetzung eine pumpbare Zusammensetzung ist.
  16. Zusammensetzung nach Anspruch 14, wobei die formbare Zusammensetzung eine gießbare Zusammensetzung ist.
  17. Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Beschleunigerpulver eine oder mehrere Verbindung(en) umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Natriumsilicat, Natriumaluminat, Lithiumcarbonat, Lithiumcitrat, Kaliumsilicat, Kaliumaluminat, Kaliumcarbonat, Natriumcarbonat und Lithiumhydroxid.
  18. Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das Beschleunigerpulver dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Partikelgrößenverteilung aufweist, welche wirksam die Geschwindigkeit der Reaktion steuert.
  19. Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die organische Flüssigkeit ein Glykol ist.
  20. Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die organische Flüssigkeit ein Öl ist.
  21. Zusammensetzung nach Anspruch 19, wobei die zweite Zusammensetzung von etwa 30 bis etwa 60 Gewichtsprozent Beschleunigerpulver umfasst und von etwa 40 bis etwa 70 Gewichtsprozent Propylenglykol.
  22. Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 21, wobei die formbare Zusammensetzung von etwa fünfzehn Sekunden lang bis etwa 5 Minuten lang formbar ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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