Pulsation dampers for improving the sustainability of shotcrete systems

Spritzbetonpumpen zeigen konstruktionsbedingt keinen stetigen Betonfluss, weil beim Wechsel der Förderung vom ersten auf den zweiten Pumpenzylinder für eine kurze Zeit der Betonfluss unterbrochen wird und damit die kontinuierliche Beschleunigerdosierung zu einem deutlich höheren Anteil an Erstarrungsbeschleuniger im Spritzbeton führt, was zu Festigkeits‐ und Dauerhaftigkeitsproblemen führt. Diese Erkenntnis wurde von der Technischen Universität Graz in Zusammenarbeit mit der Universität Innsbruck im FFG‐Forschungsprojekt P8460‐084‐000 Sprayed Optimised Concrete (SpOC) gewonnen und führte in der Folge zu der erstmaligen Aufnahme eines Grenzwerts in der neu bearbeiteten Richtlinie Spritzbeton 2025 hinsichtlich des Pulsationsgrads der eingesetzten Spritzbetonpumpen. Der Grenzwert für den Pulsationsgrad beträgt ≤ 20 %. Dieses Forschungsergebnis bildete den Anlass für die Entwicklung eines Geräts zur Minderung der Pulsation. Die dafür angemeldete und erteilte Erfindung (AT 528202 B1 2025‐11‐15 4) beschreibt eine mechanisch‐hydraulische Vorrichtung, die während der Zeit eines Kolbenhubs der Betonpumpe ein Kompensationsvolumen kontinuierlich ansammelt, das beim Wechsel auf den zweiten Pumpenzylinder und dem damit einhergehenden Druckabfall sehr schnell dem Betonfluss zugeführt wird, sodass die Betondruckkurve geglättet und die Pulsation vermindert wird oder im besten Fall vollständig verschwindet. Im Versuch konnte der Pulsationsgrad von etwa 25 % auf rund 10 % reduziert werden. Die Anforderungen der Richtlinie Spritzbeton 2025 wurden somit erfüllt. Der neu entwickelte „Pulsationsdämpfer“ kann auf alle gängigen Spritzbetonsysteme nachgerüstet werden.

Due to their design, shotcrete pumps do not exhibit a continuous concrete flow. When switching from the first to the second pump cylinder, the concrete flow is briefly interrupted, resulting in a significantly higher proportion of setting accelerator in the shotcrete, which is normally added continuously. This leads to problems with strength and durability. This finding was obtained by TU Graz in collaboration with the University of Innsbruck in the FFG research project P8460‐084‐000 Sprayed Optimised Concrete (SpOC). Consequently, a limit value regarding the pulsation level of shotcrete pumps used was included for the first time in the newly revised Shotcrete 2025 guideline. This research result motivated the development of a device to reduce pulsation. The patent application and granted invention (AT 528202 B1 2025‐11‐15 4) describes a mechanical‐hydraulic device that continuously accumulates a compensation volume during a piston stroke of the concrete pump. This volume is rapidly fed into the concrete flow when the pump switches to the second cylinder and the associated pressure drop occurs, thus smoothing the concrete pressure curve and reducing pulsation or, ideally, eliminating it entirely. The device, called a „pulsation damper“, can be retrofitted to all common shotcrete systems.