Hinter den grauen Mauern – die Kunst des Betonspritzens

13. August 2013

Eine Mischung aus Sand, Kies und Wasser, die unter hohem Druck auf eine Oberfläche gespritzt wird. Es mag einfach klingen, aber die heutige moderne Betonsprittechnik ist nichts weniger als eine Kunstform. Tom Kurth, Marketing Manager bei Atlas Copco MEYCO erklärt die anspruchsvolle Kunst der Sprühverfahren für Bergwerke, Stollen und Tunnel.

Beton, der auf eine Tunnelwand mit Meyco-Geräten gesprüht wird.

Heute wird aufgrund ihrer hohen Kapazität in Tunneln nur die Nassspritzmethode eingesetzt, für die die MEYCO Robotikgeräte ideal geeignet sind.

Die vertraute graue Substanz, die heute die Wände und Dächer der heutigen Tunnel und Bergwerke bedeckt, sieht vielleicht nicht besonders bemerkenswert aus, aber hinter der grauen Schicht liegt mehr als ein Jahrhundert wissenschaftlicher Forschung und Produktentwicklung. Zum ersten Mal wurde Spritzbeton 1907 in Tunneln und Bergwerken eingesetzt und patentiert. Die ursprüngliche Mischung aus Sand, Kies und Wasser wurde schnell zu einer beliebten Methode zur Stabilisierung einer Vielzahl von Strukturen. Im Gegensatz dazu ist der heutige Spritzbeton weit von einer einfachen Mischung entfernt. Über die Jahre wurden eine Vielzahl von unterschiedlichen Zusammensetzungen entwickelt, die sorgfältig für eine stetig wachsende Anzahl von Anwendungen entworfen wurden. Gleichzeitig hat sich die erforderliche Ausrüstung zur Anwendung der verschiedenen Verbindungen zu Hightech-Werkzeugen gemausert, die viel fortgeschrittener und technisch anspruchsvoller als je zuvor sind. All dies ist eine gute Nachricht für Bergleute und Bauingenieure. Nicht nur wegen der wichtigen Rolle von Spritzbeton, um Felswände nach dem Aushub in ihrer geplanten Position zu halten, sondern auch, da er nun den Bedarf nach maßgeschneiderten Lösungen erfüllen kann. Dies trifft sicherlich auf Anwendungen zu, bei denen der Spritzbeton die strengen Anforderungen an hohe Qualität, Haltbarkeit, Beständigkeit gegen das Eindringen von Wasser, geringes Risiko für die Gesundheit sowie geringe negative Auswirkungen auf die Umwelt erfüllen muss.

Trocken im Gegensatz zu nass

Heute werden zwei grundlegende Arten von Spritzbeton in Tunneln und Bergwerken verwendet – Trocken und Nass. Viele Jahre lang bestand die einzige Art und Weise der Anwendung von Spritzbeton aus einer trockenen Mischung. Dabei handelt es sich um eine Mischung aus Sand und Zement, die in einem Trichter eingespeist wird. Druckluft wird dann verwendet, um die Mischung in Form eines Strahls über einen Schlauch mit einer Düse zu treiben, wo Wasser hinzugefügt wird. Die nasse Mischmethode, die in den 1970er Jahren eingeführt wurde, besteht aus einer Vormischung von Sand, Zuschlagstoffen, Zement, Wasser und einem Additiv in einer Betonmischanlage. Diese Mischung wird dann über Kolbenpumpen durch ein Schlauchsystem zu einer Düse befördert, wo mit Druckluft der Beton auf eine Geschwindigkeit gebracht wird, die zur Positionierung der Düse 1,5 m von der Felsoberfläche geeignet ist. Spezielle Chemikalien, bekannt als Beschleuniger, werden häufig hinzugefügt, um das Aushärten des Spritzbetons zu beschleunigen. Die trockene Mischung ist tendenziell im Bergbau mehr verbreitet, da kleine Nutzfahrzeuge und eine kompaktere Ausrüstung verwendet werden, während bei der nassen Methode, größere Geräte zum Einsatz kommen. Diese wird in der Regel als vorteilhafter eingestuft und ist die bevorzugte Wahl für den Tiefbau. Ein weiterer großer Unterschied liegt darin, dass eine Charge der nassen Mischung sofort verwendet werden muss, während die Komponenten der trockenen Mischung für Stunden vor der Verwendung gelagert werden können. Logistisch ist es einfacher, mit einer trockenen Mischung zu arbeiten, aber die nasse Mischung hat viele andere wesentliche Vorteile.

Signifikante Verbesserungen

Zwei signifikante Verbesserungen bei der Entwicklung von Spritzbeton waren die Einführung von Silicastaub in die trockene Mischung – einem Nebenprodukt von Silikonmetall – und eine Verstärkung aus Stahl- oder Polypropylenfasern. Silicastaub, auch bekannt als Mikrosilika, reagiert mit dem Calciumhydroxid, das während der Zementhydratation produziert wird. Durch diesen Zusatz erreicht der Spritzbeton eine zwei- oder dreimal so hohe Druckfestigkeit wie herkömmliche Spritzbetonmischungen, was zu einem extrem starken, undurchlässigen und beständigen Spritzbeton führt. Auf dieselbe Weise erhöht der Zusatz von Stahlfasern, die ebenfalls als Verstärkungsmittel eingesetzt werden, in den Spritzbeton, drastisch die Zugfestigkeit des Spritzbetons und ermöglichen es den Bergleuten und Tunnelbauern, den Aufwand für die Installation von Drahtgittern zu reduzieren. So sparen sie eine Menge Zeit und Geld. Die Dicke der Spritzbetonschichten variiert je nach Typ der Mischung und den Anforderungen an das Projekt, aber sie beträgt in der Regel bis zu 50 mm bei der nassen Mischung und 30 mm bei der trockenen in einem Pfad. In vielen Fällen jedoch ist eine dickere Anwendung erforderlich, was bedeutet, dass mehrere Schichten aufgetragen werden müssen. Viele Parameter müssen berücksichtigt werden, den passenden Spritzbeton für die unterschiedlichen Anwendungen zu finden. Dazu gehören Sand-/Zuschlagsgesteinskörnung, Zementtyp und -menge, Flüssigkeitszufuhr der Zusatzmittelmischungen, Art der Verflüssiger/Superverflüssiger, Verarbeitbarkeit, Beschleunigertyp, Temperatur, Pulsation, Düsensystem, um nur einige zu nennen. Die Sicherheit ist natürlich ein wichtiger Aspekt im Tunnelbau, ebenso wie die Geschwindigkeit und die Kosten. Jede Operation muss im Tunnel so schnell und so effizient wie möglich durchgeführt werden. Je schneller der Auftragnehmer den Spritzbeton auftragen kann, desto besser ist es für die Gesamtökonomie des Projekts, und desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Auftragnehmer den vertraglich vereinbarten Fertigstellungstermin einhalten kann. Ebenso gilt, je mehr die mit Betonspritzen verbrachte Zeit reduziert werden kann, desto schneller wird der Vortrieb, wodurch die Kosten für den Tunnelbau reduziert werden.

2016 hat Atlas Copco beschlossen, ihr Hauptaugenmerk auf Nassspritzbeton als Anpassung an die Anforderungen der Kunden zu legen.

Betonspritzgeräte