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Verfahren zum Spritzen von Nassbeton und Vorbe-
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reitungskammer für Nassbeton-Spritzanlagen Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Spritzen von Nassbeton, bei welchem man den Beton zuerst
diskontinuierlich und anschliessend mittels Druckluft pneumatisch fördert und spritzt
sowie eine Vorbereitungskammer für Nassbeton-Spritzanlagen, mit mindestens einer
Betonzuspeisung und mindestens einer Förderluftzuspeisung.
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Beim Nassspritzverfahren unterscheidet man prinzipiell zwei bekannte
Methoden, die aber bis heute nicht zum Durchbruch kamen.
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Das Flugförderverfahren besteht darin, dass der Fertigbeton mittels
Flugförderung durch Rohre oder Schläuche bis zur Spritzdüse transportiert wird.
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Dieses Verfahren weist folgende Nachteile auf: - Entmischungsgefahr
während des Transportes über längere Strecken - keine grossen Förderdistanzen möglich
- schlagende Förderschläuche, Verstopfungsgefahr - hoher Luftverbrauch bei hohem
Druck - hoher Rückprall des Betons am Bauwerk, da der Beton teilweise entmischt
aus der Düse austritt.
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Das Nassspritz-Flugförderverfahren konnte sich nie durchsetzen und
wird heute praktisch nicht mehr angewandt.
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Die Probleme sind: Begrenzte Förderdistanz, Schichtstärke nur 2 -
3 cm pro Spritzung, zu geringe Haftung auf der Unterlage und zwischen den einzelnen
Spritzbetonschichten, grosses Schwindmass, End-2 festigkeit bei ca. 20 n/mm , wasserdurchlässig.
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Beim Pumpbeton-Nassspritzverfahren wird der Beton durch Rohr- und
Schlauchleitungen mittels Schnecken-oder Kolben-Betonpumpe gefördert und an der
Spritzdüse mittels Druckluft zerteilt und beschleunigt.
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Dieses Verfahren hat folgende Nachteile: - Die kompakte Betonsäule
wird erst an der Spritzdüse durch die Druckluft zerteilt und trifft in Klumpen an
der Spritzfläche auf.
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- Die Auftreffgeschwindigkeit beträgt ca. 7 - 12 m/sek.
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Sie ist viel zu klein.
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- Die Verdichtung auf dem Objekt ist mangelhaft und entspricht nicht
den Anforderungen, die an einen Spritzbeton gestellt werden.
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- Der Förderschlauch ist unhandlich, weil zu schwer; der ganze Schlauch
ist bis zur Düse mit einer kompakten Betonsäule gefüllt.
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- Die Zugabe von Abbindebeschleunigern ist problematisch, da keine
einwandfreie Durchmischung mit dem Beton stattfinden kann.
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- Die Auftragsstärke ist wegen der geringen Verdichtung und Haftung
auf einige Zentimeter beschränkt. Ueberkopf ist ein Spritzen ohne Schnellbinder
nicht möglich.
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- Die Qualität des Spritzbetons entspricht nicht den geforderten Werten,
insbesondere im Tunnelbau.
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Das heute weit verbreitete und technisch beherrschte Trockenbeton-Spritzverfahren
weist den grossen Nachteil auf, dass bei dessen Durchführung viel Staub entwickelt
wird, was für das Bedienungspersonal nicht nur sehr mühsam und unangenehm ist, sondern
auch gesundheitsschädigende Folgen haben kann. Daher wurde versucht, anstelle des
Trockenbeton-Spritzverfahrens das Nassbeton-Spritzverfahren durchzuführen, bei welchem
der fertige sprühbare Beton entsprechend der Kolbenzahl mit einer Kolbenpumpe stossweise
in eine pneumatische Zuspeisevorrichtung gefördert und in dieser, von der Druckluft
übernommen, pneumatisch gefördert und ausgesprüht wird. Dieses Verfahren weist wohl
den erwähnten Nachteil der Staubbildung nicht auf, ist jedoch qualitativ mit dem
Trockenspritzen nicht zu vergleichen, da die pneumatische Förderung infolge der
stossweisen Aufgabe des Betons ebenfalls stossweise erfolgt. Dies ist nicht nur
dem Auftragen des Betons auf das Bauwerk abträglich, sondern stellt an die Bedienungsmannschaft,
insbesondere den Düsenführer, sehr grosse Anforderungen, da durch das stossweise
Aussprühen des Betons infolge des stossweise ändernden Impulses an dieser Düse hohe
Kräfte auftreten, welche im wesentlichen durch den Düsenführer aufgenommen werden
müssen.
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Die mangelnde Qualität und das ausserordentlich mühsame, nur von sehr
kräftigen Leuten durchstehbare,Nassspritzen brachte dieser Art daher wenig Anhänger.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung eines Verfahrens
und einer Vorrichtung, welche erlauben, Nassbeton kontinuierlich und ohne die erwähnten
Nachteile, zu spritzen.
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In diesem Sinne zeichnet sich das erfindungsgemässe Verfahren dadurch
aus, dass man den diskontinuierlich anfallenden Beton zu einem im wesentlichen kontinuierlichen
Betonstrom aufbereitet und diesen Betonstrom der pneumatischen, mindestens annähernd
kontinuierlich arbeitenden, Förderanlage zuspeist.
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Eine Vorbereitungskammer, mit welcher es möglich ist, die stossweise
angelieferte Betonmasse mit der Luft in einen kontinuierljhen Strom zu verwandeln,
ist dadurch gekennzeichnet, dass Mittel angeordnet sind, um den stossweise in die
Kammer geförderten Beton in einen mindestens annähernd kontinuierlichen Betonstrom
zu verwandeln.
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Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand einer Figur
erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 das Schema einer Nassbetonspritzanlage, wie sie
an und für sich, mit Ausnahme der Vorbereitungskammer und deren Zubehörteilen, in
der Betonnassspritztechnik bekannt ist,
Fig. 2 einen Längsschnitt
durch eine Vorbereitungskammer mit Lagerbock und Anschlüssen, Fig. 3 einen Querschnitt
durch c;. Vorbereitungskammer gemäss Linie III - III der Fig. 4, Fig. 4 eine Aufsicht
auf die Vorbereitungskammer gemäss Fig. 2, teilweise geschnitten nach den Schnittlinien
IV - IV der Fig. 3.
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Zum Spritzen von Beton benützt man eine Nassbeton-Spritzmaschine 1,
welche normalerweise eine Mehrfachkolbenpumpe besitzt. Diese befördert den Nassbeton
entsprechend der Kolbenzahl und der Pumpendrehzahl stossweise durch ein Betonförderrohr
3, welches in eine Vorbereitungskammer 4 mündet.
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Ein Luftdruckerzeuger (nicht dargestellt) liefert die nötige Druckluft
durch eine Druckluftleitung 6.
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Ein Teil dieser Druckluft dient der Speisung eines Dosiergerätes 7,
in welchem aus einem Zusatzmittelgefäss 9 ein Zusatzmittel aufbereitet 1 Ed durch
eine Förderleitung 10 gepumpt wird.
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Die aus der Druckluftleitung 6 kommende Druckluft wird, wie in Fig.
1 ersichtlich, einer Oberluftleitung 12 und einer Unterluftleitung 13 zugeführt,
die beide in die Vorbereitungskammer 4 münden, die Oberluft hinten oben, die Unterluft
mehr im vorderen unteren Teil der Kammer 4. Ebenfalls durch die Druckluftleitung
6 angespiesen, führt eine Druckluftleitung 15 zu einem hier als Exzenterrüttler
16 ausgebildeten Rüttler. Eine Steuerluft-
leitung 18, deren Luftdruck
dem Luftdruck in einer Aufbereitungskammer 19 der Vorbereitungskammer 4 entspricht,
dient der Steuerung eines Rüttlerdruckluftsteuerventils 21.
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Der Vorbereitungskammer 4 folgt eine pneumatische Transportleitung
23, an deren Ende sich eine Spritzdüse 24 befindet. Von der Druckluftleitung 6 ist
ebenfalls eine Dosierdruckluftleitung 25 abgezweigt, welche dem pneumatischen Transport
und Beimischen des Zusatzmittels dient. In Fig. 1 ist ferner eine mit Nassbeton
zu besprühende Felswand 26 ersichtlich, mit bisher gespritztem Beton 27.
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Wenn zum Nassbetonspritzen die Nassbetonspritzmaschine 1 und der Drucklufterzeuger
in Betrieb gesetzt werden, gelangt der Beton stossweise in die Vorbereitungskammer
4, wo er in noch zu erläuternder Weise so vorbereitet wird, dass er, mit Ober-und
Unterluft vermischt, in die pneumatische Transportleitung 23 gelangt und durch diese
der Spritzdüse 24 zugeleitet wird. Diesem Strom wird in der Spritzdüse 24 das klebstoffähnliche
Zusatzmittel, z.B. Schnellbinder, zugesetzt.
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Bei den bisher bekannten Anlagen wurde der stossweise geförderte Beton
mit der Druckluft zusammengebracht, so, dass infolge der stossweisen Anlieferung
des Betons zum Druckluftstrom, der Beton stossweise, entsprechend der Pumpfrequenz
und der Kolbenzahl, durch die Spritzdüse 24 ausgespritzt wurde und zu den eingangs
erwähnten Mängeln führte.
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Mit Hilfe der in den Fig. 2 - 4 dargestellten Vorbereitungskammer
4 wird es ermöglicht, der Spritzdüse 24 ein Luft-Betongemisch inform eines kontinuierlichen
Strahles zuzuführen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, mündet die Oberluftleitung 12 in
eine Oberluftdüse 30, deren vorderer Abschluss eine gelochte Düsenplatte 31 bildet.
Durch diese mündet die Druckluft in einzelnen Strahlen in die Aufbereitungskammer
19. In dieser Kammer 19 ist ein Verteilerboden 32 angeordnet, welcher mit dem Mantel
der Aufbereitungskammer 19 und mit einem Abschlussflansch 35 verschweisst ist. Dieser
Boden 32 legt mit dem Mantel der Aufbereitungskammer 19 eine Unterluftkammer 34
fest, deren Abschluss kaskadenförmig durch eine Luftdüsensegmentplatte 36 des Abschlussflansches
35 erfolgt. Die Ausbildung dieser Luftdüsensegmentplatte 36 ist aus Fig. 3 ersichtlich.
Auch hier wird die durch die Unterluftleitung 13 in die Unterluftkammer 34 zugespiesene
Druckluft in einzelne Luftdruckstrahlen aufgeteilt. Es ist möglich, mehrere Kaskaden
hintereinander zu schalten. Anstelle der oder zusätzlich zur Platte 36 kann ein
Teil oder eine vollständige Ringluftdüse angeordnet werden.
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Oben auf dem Mantel der Aufbereitungskammer 19 befindet sich ein Reinigungswasseranschluss
38, welcher gestattet, am Ende eines Spritzvorganges das pneumatische System durchzuspülen
und zu reinigen.
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Die Vorbereitungskammer 4 ist auf Gummischwingklötzen 39 gelagert,
welche auf einer Trägerplatte 40 befestigt sind. Diese ist am einen Ende mittels
einer Lasche 41 schwenkbar mit einem Verstellankerstab 42 verbunden, dessen unteres
Ende über eine Lasche 43 am Grundrahmen 44 befestigt ist.
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Auf der anderen Seite ist die Trägerplatte 40 über eine feste Strebe
46 in einer Lasche 47 schwenkbar um einen Lagerzapfen 48 angeordnet.
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Durch Verstellen des Ankerstabes 42 kann auf diese Weise die Schwenklage
der Vorbereitungskammer 4 bezüglich einer Horizontalebene verstellt werden, womit
akch die Neigung des Verteilerbodens 32 geändert wird. Diese Aenderungsmöglichkeit
ist wichtig, da sie eine Anpassung der Lage der Kammer 4 an das Betongemisch und
eine Möglichkeit der Beeinflussung der pneumatischen Förderung erlaubt.
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Der Grundrahmen 44 mit dem ganzen Ueberbau steht auf der einen Seite
fest auf dem Boden. Auf der anderen Seite weist er ein Radpaar 50 auf, was gestattet,
die ganze Vorbereitungskammer mühelos zu verschieben. Im Betrieb wird die Vorbereitungskammer
4 so geneigt, dass ein Neigungswinkel zwischen Boden 32 und Horizontaler von 0 bis
250 entsteht.
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Wie aus Fig. 2 ferner ersichtlich, bildet der Verteilerboden 32 mit
der Vorbereitungskammerlängsachse 52 einen gewissen festen Winkel, den Einbauwinkel
von ca. 150, während der Winkel, den der Verteilerboden mit einer Horizontalebene
bildet, durch Verstellen des Ankterstabes 42 anpasbar ist.
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Um leicht in das Innere der Vorbereitungskammer 4 und insbesondere
in die Aufbereitungskammer 19 zu gelangen, ist die der Aufbereitungskammer 19 folgende
Beschleunigungskammer 54 mittels eines Schnell-Lösflansches 53 mit jener verbunden.
Dazu greifen zwei mit dem Abschlussflansch verbundene Oesen 56 durch zwei horizontal
angeordnete Längslöcher des Schnell-Lösflansches 53, wobei mittels zwei Keilen 57
die in Fig. 4 ersichtliche Verbindung hergestellt wird. Wenn die beiden Keile 57
gelöst werden, kann die Beschleunigungskammer 54 mit dem Schnell-Lösflansch 53 um
die Achse 55 geschwenkt werden, so dass die Aufbereitungskammer 19 frei zugänglich
wird, wie dies ungefähr in Fig. 3 ersichtlich ist. Als Abschluss der Beschleunigungskammer
54 ist ein Anschlussflansch 59 für die pneumatische Transportleitung 23 vorgesehen.
Es ist ferner möglich, in der oberen Hälfte der Kammer 54 eine verstellbare Einbaute
vorzusehen (strichpunktiert). Möglicherweise kann dann mindestens auf einen Teil
der Oberluft verzichtet werden.
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Beim Nassbetonspritzen liegt nach Beobachtungen der wesentliche Punkt
der vorliegenden Erfindung im folgenden: Das durch das Betonförderrohr 3 von der
Nassbeton-Spritzmaschine 1 stossweise angelieferte Betongemisch gelangt stossweise
in die Aufbereitungskammer 19. Hier erfolgt, bedingt durch den Exzenterrüttler 16,
ein Aufteilen und Verteilen des Betons, wozu auch der Verteilerboden 32 dient.
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Beim dargestellten Rüttler 16 handelt es sich um einen sog. Exzenter-
oder Unwuchtrüttler. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, die Vorbereitungskammer
4 mit einem sog. Wurfrüttler zu versehen, bei welchem die Bewegung kreisend ist,
wie dies bei sog. Schütteltransporten der Fall ist.
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Aufgrund der Rüttelbewegung breitet sich das Betongemisch mindestens
annähernd gleichmässig über den Verteilerboden 32 aus und fällt, praktisch kontinuierlich,
vor den Pressluftvorhang, der sich auf der Austrittseite der Luftdüsensegmentplatte
36 ausbildet. Die Druckluftstrahlen erfassen das bereits gelockerte Betongemisch
im Flug und fördern es in der Beschleunigungskammer 54 gegen den Anschlussflansch
59 und in die pneumatische Transportleitung 23.
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Das spritzfertige Gemisch bildet sich am Ende der Beschleunigungskammer
54 und zu Beginn der Leitung 23. Diese Teile müssen konstruktiv so ausgebildet werden
und die Menge des zugepumpten Gemisches sowie der Druck und die Menge der Förderluft
müssen so aufeinander abgestimmt werden, dass in der Leitung 23 spätestens kurz
vor dem Eintritt in die Spritzdüse 24 das Gemisch die gewünschte Geschwindigkeit
aufweist, die Geschwindigkeit nämlich, die es braucht, um tatsächlich einen Qualitätsnassspritzbeton
auf einem Bauwerksteil zu erstellen. Sie beträgt 50 - 100 m/sek.
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Da die Aufgabe des Betons in die Förderluftstrahlen aus der Luftdüsensegmentplatte
36 praktisch kontinuierlich erfolgt, ist auch das aus der Düse 24 austretende Luft-Beton-GemI-
- h ein im wesentlichen kontinuierlicher Strahl, praktisch ohne Schläge und Unterbrüche.
Auf diese Weise ist es möglich, ein stossweise anfallendes Betongemisch in ein quasi
kontinuierliches Stromgebilde zu verwandeln. Dessen Aufgabe in die Förderluft führt
zur erwünschten Gleichmässigkeit des Betonsprühstrahles aus der Düse 24.
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Um diese Bewegung und den Vorgang zu unterstützen, dienen die Druckluftstrahlen,
welche aus der gelochten Düsenplatte 31 austreten. Sie dienen der Hilfe der Aufbereitung
des Betonstromes. In der Beschleuniaungskammer 54 führen sie den unteren Förderluftstral
mit dem Beton und helfen zu vermeiden, dass Unterluft durch Wirbelbildung den pneumatischen
Transport behindert.
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Durch die Lagerung der Vorbereitungskaer 4 auf den Gummischwingklötzen
39 wird sichergestellt, dass der Rüttler 16 seine Rüttelenergie der Vorbereitungskammer
4 voll zuführen und damit die Aufteilung des Betons auf den Verteilerboden 32 zu
einem gleichmässigen Betonstrom erreichen kann.
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Obschon es grundsätzlich möglich wäre, den Rüttler 16 beispielsweise
elektrisch anzutreiben, haben die Versuche gezeigt, dass die dargestellte Anordnung
es ermöglicht, eine Art Selbstregulierung zu erreichen. Wenn nämlich aus irgend
einem Grunde
der Abtransport der Betonmenge nicht der durch das
Betonförderrohr 3 stossweise angelieferten Betonmenge entspricht, kann sich in der
Aufbereitungskammer 19 ein Betonberg aufbauen, welcher den Durchströmquerschnitt
für die Ober luft aus der gelochten Düsenplatte 31 verkleinert. Dies führt dazu,
dass der Luftdruck unmittelbar nach der gelochten Düsenplatte 31 ansteigt und die
Luftgeschwindigkeit zunimmt. Da normalerweise ein positiv förderndes Druckluftgebläse
verwendet wird, welches konstante Luftvolumina liefert, wird, wenn die Druckluftabnahme
für den Antrieb des Rüttlers 16 aus der Oberluftleitung 12 erfolgt, die Luftmenge
zum Rüttler ansteigen und dieser eine vermehrte Rüttelleistung abgeben. Dies wiederum
beschleunigt den Abbau des Betonberges in der Aufbereitungskammer 19, so dass dieser
nicht nur stationär bleibt, sondern abgebaut wird und zwar so lange, bis der Luftquerschnitt
für die Oberluft in der Aufbereitungskammer 19 wieder grösser geworden ist und die
Rüttlerleistung entsprechend abnimmt. Auf diese Weise ist eine Selbstregulierung
der Anlage möglich.
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Eine andere Reguliermöglichkeit ist in Fig. 1 ersichtlich, bei welcher
der Druck hinten in der Aufbereitungskammer 19 als Steuerdruck für das Rüttlerdruckluftsteuerventil
21 dient, welchem soviel Luft durch die Druckluftleitung 15 zum Rüttler 16 entnommen
wird, dass die Aufbereitungskammer 19 weder entleert noch zugeschüttet wird.
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Mit Hilfe dieser Vorbereitungskammer 4 kann das neue Verfahren mühelos
und ohne irgendwelche Verstopfungsgefahr durchgeführt werden. Die grundsätzlichen
Grössenverhältnisse gehen aus den massstäblichen Fig. 2 - 4 hervor, während die
absoluten Dimensionen von der geforderten Leistung an Nassbeton abhängen.
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Das beschriebene Verfahren und die erläuterten Vorrichtungen weisen
gegenüber den bisher bekannten u.a. folgende Vorteile auf: - Erreichen von praktisch
unbegrenzten Förderstrecken - Hohe Verdichtung, Wasserundurchlässigkeit und Betonqualität,
ähnlich wie beim Trockenspritzbeton - Praktisch staubfreie Arbeitsweise - Handhabung
der Spritzdüse wie beim Trockenspritzverfahren - Einwandfreie Schnellbindemittel-Zuffihrung
in das Feststoff-Luftgemisch - Leichte, bewegliche Installation der Beton-Spritzeinheit.
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Jetzt kann Nassbeton mit 30 mm Körnung optimal gespritzt werden