<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hydraulisch gebundenen Tragschichten bzw. stabilisierten, frostbeständigen Bodenschichten und zur Bodenverfestigung, wobei mindestens eine bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe insbesondere in Heiz-und/oder kalorischen Kraftwerken, anfallende "Additiv-Flugasche", die eine Anlage zur Abscheidung von Schwefeloxyden aus Verbrennungsgasen mittels Kalziumverbindungen, insbesondere mittels feinkörnigen bzw. staubförmigen Kalkgesteins (CaCOs-und/oder MgCOo-hältig) bzw. hochkalkhältiger Gesteinsmehle mit mergeligen, tonigen und/oder silikatischen Anteilen durchlaufen hat und gegebenenfalls übliche
EMI1.1
und, gegebenenfalls unter Zusatz von Wasser, in den Boden eingearbeitet werden, bzw.
anstehen- der und/oder zugeführter Boden, dem gegebenenfalls andere Böden, Schotter, Kiese, Sande od. dgl. zugesetzt werden, in einer Mischanlage mit der Flugasche und den gegebenenfalls vorhandenen
Zusätzen, Zuschlägen, Bindemitteln od. dgl., vermischt und am Einbauort eingebaut werden, wo- nach eine Verfestigung der so erhaltenen Schichten auf eine jeweils gewünschte Proctor-Dichte erfolgt.
Derartige Schichten bzw. Tragschichten dienen insbesondere als Unterlagen für Beläge aller
Art für Wege, Strassen, Plätze, Flug- und Park-, Sportplätze, für Böden von Hallen od. dgl. und insbesondere auch zur Verfestigung rutschgefährdeter Böden. Die eingebauten Schichten aus Boden und Bindemittel werden unter Druck, z. B. mit einer Strassenwalze auf eine gewünschte Proctor- - Dichte verfestigt.
Bisher wurden für die beschriebenen Zwecke zur Herstellung von stabilisierten Bodenschich- ten und als "Unterbau-Binder" insbesondere Zemente oder (hydraulische) Kalke eingesetzt. Dabei hatte Zement neben seinem für die genannten Zwecke relativ hohen Preis den Nachteil, im Boden praktisch keine Trocknungsfunktion auszuüben. Die Stabilisierung mit Zement gelingt insbesondere dann nicht, wenn der zu stabilisierende Boden zu feucht ist. Hat also die Verwendung von Zement zwar den Vorzug, hohe Endfestigkeiten rasch zu erreichen, so weist er den eben beschriebenen
Nachteil der schlechten Trocknungseigenschaften auf.
Um diese Nachteile bei der Anwendung von Zement zu vermeiden, wurden als Bindemittel zur Herstellung von Tragschichten vorzugsweise hydraulische Kalke, insbesondere Weisskalke, angewendet. Die Verarbeitung der zu stabilisierenden Bodenschichten erfolgt in gleicher Weise wie oben beschrieben. Kalke vermögen dem Boden Feuchtigkeit zu entziehen. Dieser bei Herstellung der stabilisierten Böden durch Verwendung von Kalk nicht zu unterschätzende Vorteil wird durch den Nachteil einer langsamen Festigkeitsentwicklung erkauft. Auf mit Kalken stabilisierten Schichten können also üblicherweise nicht sofort nach ihrer Herstellung gewünschte Beläge aufgebracht werden.
Es wurde nun gefunden, dass die Verwendung bestimmter Flugaschen für die Stabilisierung und Verfestigung von Böden bzw. Bodenschichten die jeweiligen Vorteile von Zementen und Kalken bei diesen Anwendungen zu vereinen imstande ist.
Es ist schon lange bekannt, Flugasche, insbesondere Flugasche aus grosstechnischen Verbrennungsanlagen, wie z. B. Heizwerken oder kalorischen Kraftwerken, als puzzolanähnliche Komponente, z. B. zusammen mit, vorzugsweise hydraulischen, Bindemitteln, insbesondere Zement, in Baustoffen einzusetzen.
In den US-PS Nr. 4, 050, 258, Nr. 4, 050, 261, Nr. 4, 050, 950 und Nr. 4, 062, 195 sind derartige Massen beschrieben, die als Auffüllmaterial dienen sollen und aus Portlandzement, Flugasche, Zuschlägen und Wasser bestehen. Ebenfalls ist im Bulletin 231,1959, S. 67-81 des Highway Research Board, Washington D. C. auf die Verwendung von Flugasche zur Bodenverfestigung hingewiesen.
Infolge der wachsenden Forderungen des Umweltschutzes und dabei insbesondere zur Reduktion der bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen geringerer Qualität auftretenden, erhöhten Gehalte der Verbrennungsabgase an Schwefelverbindungen, insbesondere an Schwefeloxyden, vor allem an Sous, werden zur Abscheidung dieser Schwefeloxyde aus den Abgasen im steigenden Masse nach verschiedenen Methoden arbeitende Entschwefelungsanlagen den Verbrennungsanlagen nachgeschaltet.
Eine heute häufig angewendete, zielführende Methode stellt das Additioverfahren dar, bei welchem in das schwefelhaltige Abgas eine Kalziumverbindung, insbesondere Kalkstein-Mehl,
<Desc/Clms Page number 2>
eingeblasen wird ; das CaC03 wird im heissen Abgas zumindest teilweise entsäuert, das gebildete CaO reagiert insbesondere mit dem S03 des Abgases (zu Kalziumsulfat), teilweise werden die Schwe- feloxyde auch von den Teilchen des Kalkstein-Mehls oberflächlich adsorbiert. Daneben laufen ver- schiedene andere Nebenreaktionen zwischen CaO und Schwefelverbindungen im Abgas bzw. Rauchgas ; ab. Es ist aber auch möglich, Mehle von dolomitischen Kalken und/oder Dolomiten bzw. hochkalk- hältige Gesteinsmehle mit mergeligen und/oder silikatischen Anteilen, wie z. B. Zementrohmehle, einzublasen.
Die bei mit nach dem Additivverfahren arbeitenden Abgas-Entschwefelungseinrichtungen ausge- statteten Verbrennungsanlagen anfallenden Flugaschen zeichnen sich im Vergleich zu aus ) konventionellen Verbrennungsanlagen ohne derartige Entschwefelungsanlagen stammenden Flugaschen insbesondere durch erhöhte Gehalte an Kalziumverbindungen, es seien davon nur beispielhaft Kalziumoxyd,-sulfat und-carbonat genannt, sowie durch einen besonderen Kornaufbau aus, was die beiden Produkte nicht ohne weiteres vergleichbar erscheinen lässt.
Die Flugaschen aus nach dem Additivverfahren arbeitenden Entschwefelungsanlagen stellen
EMI2.1
wassergefährdung führen kann.
Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, derartige, mit Kalzium- und Schwefelverbindungen "beladene"Flugaschen einer technischen Verwertung zuzuführen, die deren Deponierung unnötig macht.
So ist in den Aufsätzen "The C-E air pollution control system" von J. R. Martin et al (1970 Industrial coal conference, University of Kentucky, S.1-10) und "Study of the potential for profitable utilization of pulverized coal flyash modified by the addition of limestone-dolomite
EMI2.2
zu diesem Zweck Additivflugasche zusammen mit Zement einzusetzen, ist nicht erwähnt.
Im Aufsatz C. F. Cockwell wird dazu ausgeführt, dass Additivflugasche auch ohne Zusatz von Kalk einsetzbar ist, dass aber in Anbetracht der Vielfalt der verschiedenen Bodentypen vor dem Einsatz der Additivflugasche jeweils eine analytische Optimierung von Fall zu Fall erforder- lich ist.
Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, dass Additivflugasche in Kombination mit Ze- ment trotz der weitreichenden Verschiedenheit der zu verfestigenden Böden, die in jedem Fall eine Beeinflussung des Stabilisationsverhaltens ergibt, generell mit guten Ergebnissen zur Herstellung von hydraulisch gebundenen Tragschichten, Bodenschichten bzw. zur Bodenverfestigung einsetzbar ist. Insbesondere werden hohe Festigkeiten und gute Trocknungseigenschaften erzielt.
Demgemäss ist das erfindungsgemässe Verfahren vor allem dadurch gekennzeichnet, dass eine Additivflugasche mit einer Feinheit von mindestens 1500 cm2/g nach Blaine und einem Gehalt von mindestens 10 Masse-%, vorzugsweise mindestens 15 Masse-%, insbesondere mindestens 20 Masse-%, in Kalziumsilikaten, Kalziumaluminaten, ternären Verbindungen, insbesondere Kalziumaluminat-Silikaten, und/oder andern löslichen Kalziumverbindungen gebundenem CaO, bestimmt nach den Analysen-Vorschriften des VÖZ, und einem Gehalt von mindestens 2 Masse-%, vorzugsweise 5 bis 50 Masse-%, insbesondere 10 bis 20 Masse-%, an freiem, ungebundenem CaO, bestimmt nach Schläpfer-Bukowski, zusammen mit Zement als Bindemittel eingesetzt wird, wobei gegebenenfalls die Zumahlstoffe, wie z.
B. inerte und/oder puzzolanische und/oder latent hydraulische Stoffe und gegebenenfalls die Zusätze, wie beispielsweise Verflüssigungs-, Beschleunigungs-, Hydrophobie- rungs-und/oder andere Bindemittel sowie weiters gegebenenfalls die Zuschläge, wie beispielsweise Sand, Kies, Splitt, geblähter Ton, Schiefer oder Perlit, Kunststoffschaum-Teilchen, natürliche oder synthetische, anorganische oder organische Fasern od. dgl., zugegeben werden.
Auf Grund der Verschiedenheit der Struktur und der chemischen Reaktionsfähigkeit lag es nicht nahe, Additivflugasche an Stelle von gewöhnlicher Flugasche in Kombination mit Zement einzusetzen.
Die Menge der zugegebenen Flugasche aus den Additivverfahren liegt im üblichen Bereich wie bei Zementen und/oder Kalken, vorzugsweise bei etwa 50 bis 300 kg/m3 Mischgut, insbesondere 60 bis 150 kg/m3 Mischgut.
<Desc/Clms Page number 3>
Wie sich zeigte, bringt das neue Verfahren neben der vom Standpunkt des Umweltschutzes zu begrüssenden technologischen Verwertung von"problematischen"Flugaschen den grossen Vorteil des ausreichenden Feuchtigkeitsentzuges sowie hohe Festigkeiten der mit den Additivflugaschen versetzten Böden. Infolge der relativ verzögerten Erhärtung kann ein vorerst nur vorverdichteter Boden noch über längere Zeit ohne Schwierigkeiten nachverdichtet werden. Bei der Vorverdichtung wird vorerst für die Trocknung des Bodens Sorge getragen, wonach insbesondere zur Erreichung hoher Tragfähigkeit die Nachverdichtung unter Druck, z. B. mit Walzen, erfolgt.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es insbesondere, und darin liegt ein grosser Vorteil, ein umweltbelastendes Material technisch zu verwerten. Dabei ist der meist hohe Gehalt derartiger Flugaschen an Schwefelverbindungen, insbesondere SOa, für diese Verwertung insbesondere im Hinblick auf die Festigkeitsentwicklung sogar von Vorteil.
EMI3.1
durch Vermahlen oder Siebung oder Sichtung der aus der Entschwefelungsanlage kommenden Flug- asche oder durch eine Kombination dieser Vorgänge erreicht.
Vorteilhaft wird eine Flugasche entsprechend einem Siebrückstand auf dem Sieb mit der lich- ten Maschenweite 0, 2 mm von weniger als 10 Masse-%, vorzugsweise von weniger als 5 Masse-%, eingesetzt.
Für die Homogenität der Schichten kann es auch vorteilhaft sein, wenn eine durch Abtren- nung, insbesondere Siebung oder Sichtung bei einer Korngrösse von 200 gm, von Grobanteilen und/ oder unverbrannten Anteilen befreite Flugasche eingesetzt wird.
Vorteilhaft wird erfindungsgemäss eine Flugasche mit einem Gehalt von mindestens 10 Masse-%, vorzugsweise mindestens 15 Masse-%, insbesondere mindestens 20 Masse-%, in Kalziumsilikaten,
Kalziumaluminaten, ternären Verbindungen, insbesondere Kalziumaluminat-Silikaten, und/oder andern löslichen Kalziumverbindungen gebundenem CaO, bestimmt nach den Analysen-Vorschriften des VÖZ, sowie mindestens 2 Masse-%, vorzugsweise 5 bis 50 Masse-%, insbesondere 10 bis 20 Mas- se-%, an freiem, ungebundenem CaO, bestimmt nach Schläpfer-Bukowski, eingesetzt. Die Obergren- zen liegen vorteilhaft jeweils bei praktisch 100 bzw. 50 Masse-%.
Je nach Feuchtigkeit der zu stabilisierenden Bodenschichten wird der Gehalt an freiem CaO in der zum Einsatz kommenden Additivflugasche eingestellt. Dies kann insbesondere durch Variation der Menge des eingeblasenen Kalkmehls bzw. Gesteinsmehls in der Entschwefelungsanlage erfolgen. Verlangen besonders feuchte Böden einen Zusatz von höheren Mengen Kalkmehls bei der Entschwefelung, ist damit gleichzeitig der Vorteil gegeben, dass eine noch bessere Abscheidung des SOg aus den Verbrennungsgasen erreicht wird.
Die zum Einsatz kommende Flugasche kann weiters einen Gehalt von mindestens 1 Masse-%, vorzugsweise mindestens 2, 5 Masse-%, insbesondere mindestens 4 Masse-%, Schwefelverbindungen, bestimmt als Sous, aufweisen. Eine Obergrenze kann z. B. mit 35 Masse-% angegeben werden.
Vorteilhaft kann es weiterhin sein, wenn der Flugasche 1 bis 70 Masse-%, vorzugsweise 5 bis 50 Masse-%, insbesondere 10 bis 30 Masse-%, Zemente, natürliche oder künstliche Puzzolane, wie z. B. herkömmliche Flugasche oder Trasse, latent hydraulische Stoffe, wie z. B. Hochofenschlacken, Branntkalke, Weisskalkhydrat, hydraulische Kalke, hochhydraulische Kalke, Kalziumsulfat, Gipse, gebrannte Gipse und/oder Anhydrite, zugesetzt werden. Diese Substanzen wirken unter anderem auch als Anreger und können zur Abbinde- und Erhärtungsbeschleunigung beitragen. Auf diese Weise lässt sich eine gewünschte Festigkeitsentwicklung von erfindungsgemäss stabilisierten Böden erreichen.
Den Flugaschen können erhärtungsverbessernde Zusatzmittel, wie z. B. Kalziumchlorid, zugesetzt werden.
Weiters kann auch vorgesehen werden, dass der Flugasche 1 bis 15 Masse-%, vorzugsweise 1 bis 5 Masse-%, Alkaliverbindungen, insbesondere Karbonate, Bikarbonate, Hydroxyde, Sulfate, Silikate, Aluminate und/oder alkalihältige Abfallprodukte, insbesondere Zementofenflugstaub, zugesetzt werden.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Flugasche mit alkalihältigen, vorzugsweise wässerigen, Lösungen von Alkalikarbonaten und/oder Alkalisulfaten als Anmachwasser vermischt
<Desc/Clms Page number 4>
wird und dass diese Mischungen dann den Böden zugesetzt werden.
Für die Regelung der Konsistenz und Verarbeitbarkeit der mit den zu stabilisierenden Böden zu vermischenden Flugasche-Wasser-Mischungen ist es günstig, wenn der Flugasche verflüssigende und/oder wassereinsparende Mittel und/oder Fliessmittel, wie beispielsweise Melaminharzprodukte, Ligninsulfonate od. dgl., zugesetzt werden.
Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, der Flugasche treibende, porenbildende Zusätze, wie beispielsweise Aluminiumpulver, und/oder schaumbildende Zusätze, wie z. B. Tenside und/oder
Proteine, zuzusetzen. Es können auf diese Weise stabilisierte Bodenschichten mit hoher Festigkeit bei gleichzeitiger Porosität erzielt werden.
Soll eine Hydrophobierung der Böden erreicht werden, kann so vorgegangen werden, dass der Flugasche hydrophobierende Mittel, wie z. B. Schwermetallseifen, Stearate oder Silikone, gege- benenfalls auch Montanwachs und/oder Paraffin, zugefügt werden.
Beispiel 1 : Ein Bodengemisch (Kalkstein) wurde mit einem Gemisch aus Flugasche (Additiv- flugasche aus der Rauchgasentschwefelung) und Zement stabilisiert, wobei die Flugasche eine
Feinheit nach Blaine von 3200 cm2/g und einen Gehalt an freiem CaO von 16% aufgewiesen hatte.
Durch Proctorversuche wurden der optimale Wassergehalt des Boden/Bindemittelgemisches, die Proctordichte und die Zylinderdruckfestigkeit bestimmt. Zum Vergleich wurde ein Versuch mit
Kalkhydrat als Bindemittel durchgeführt. Nachfolgende Tabelle zeigt die Vorteile des Flugasche- - Zement-Gemisches an Hand der damit erzielbaren höheren Druckfestigkeit.
EMI4.1
<tb>
<tb>
Tragschichte <SEP> Bindemittelgehalt <SEP> opt. <SEP> Wassergehalt <SEP> Proctor-Zylinderdruckmit <SEP> bezogen <SEP> auf <SEP> (bezogen <SEP> auf <SEP> dichte <SEP> festigkeit
<tb> trockenen <SEP> Boden <SEP> Gesamtmischung) <SEP> nach <SEP> 56 <SEP> d
<tb> Gew.-% <SEP> kg/m'% <SEP> kg/dm"N/mm' <SEP>
<tb> 95% <SEP> Additivflugasche
<tb> 5% <SEP> PZ <SEP> 275 <SEP> (H) <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP> 60 <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 81 <SEP> 2, <SEP> 2 <SEP>
<tb> Kalkhydrat <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP> 60 <SEP> 7, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 83 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP>
<tb>
Beispiel 2 :
Ein vorwiegend quarzitischer Boden wurde mit einer Bindemittelmischung aus 98, 5% Additivflugasche aus einer Rauchgasentschwefelungsanlage, mit einer Feinheit nach Blaine von 5900 cm2/g, einem Gehalt an Schwefelverbindungen, bestimmt als S03, von 3, 5 Masse-% und einem Gehalt an freiem, ungebundenem CaO von 9%, und 1, 5% Zement versetzt und danach im Vergleich zu einem Bindemittel, bestehend nur aus Zement, auf seine Verarbeitungszeit (Liegezeit) überprüft. Zusätzlich wurde die Zylinderdruckfestigkeit nach 90 Tagen berücksichtigt. Nachfolgende Tabelle zeigt, dass beim Einsatz eines Bindemittels aus Flugasche und Zement im Vergleich zu Zement allein bei gleicher Festigkeit weit länger die Möglichkeit bestand, das Gemisch zu verarbeiten.
EMI4.2
<tb>
<tb>
Tragschichte <SEP> Bindemittelgehalt <SEP> Verarbeitungs-Zylinderdruckfestigkeit <SEP>
<tb> mit <SEP> bezogen <SEP> auf <SEP> zeit <SEP> bei <SEP> optimalem <SEP> Wassertrockenen <SEP> Boden <SEP> gehalt <SEP> nach <SEP> 90 <SEP> Tagen
<tb> Gew.-% <SEP> kg/m" <SEP> (h) <SEP> (N/mm2)
<tb> 98, <SEP> 5% <SEP> Additivflug- <SEP>
<tb> asche <SEP> mit
<tb> 1, <SEP> 5% <SEP> Zement <SEP> 6,3 <SEP> 140 <SEP> 24 <SEP> 6,0
<tb> Zement <SEP> (100%) <SEP> 6, <SEP> 3 <SEP> 140 <SEP> 6 <SEP> 6, <SEP> 3 <SEP>
<tb>
<Desc/Clms Page number 5>
Beispiel 3 :
Es wurde ein stark bindiger Boden, der einen Feuchtigkeitsgehalt von 25% aufge- wiesen hatte, mit einer Mischung aus 80% Additivflugasche aus einer Rauchgasentschwefelungsanla- ge, 10% gemahlener Hochofenschlacke mit einer Feinheit nach Blaine von 3800 cm2 jg und 10% Port- landzement versetzt und anschliessend die Proctordichte bestimmt.
Die Flugasche war durch Sichtung von Grobanteilen ( > 200 gm) befreit und wies einen Ge- halt an Schwefelverbindungen von 4, 5 Masse-%, bestimmt als S03, und einen Gehalt an ungebun- denem, freiem CaO von 15% auf.
Beim Vergleichsversuch wurde als Bindemittel ausschliesslich Portlandzement eingesetzt :
EMI5.1
<tb>
<tb> Tragschichte <SEP> Bindemittelgehalt <SEP> bezogen <SEP> Proctordichte
<tb> mit <SEP> auf <SEP> trockenen <SEP> Boden
<tb> Gew.-% <SEP> kg/m"kg/dm"
<tb> 80% <SEP> Additivflugasche
<tb> 10% <SEP> Hochofenschlacke
<tb> 10% <SEP> Zement <SEP> 7,8 <SEP> 180 <SEP> 2, <SEP> 10
<tb> 100% <SEP> Zement <SEP> 7, <SEP> 8 <SEP> 180 <SEP> keine <SEP> Verdichtung
<tb> möglich, <SEP> Wassergehalt <SEP> zu <SEP> hoch
<tb>
Beispiel 4 : Ein quarzitischer Boden wurde mit einem Gemisch aus 75% Additivflugasche und 25% Zement stabilisiert, wobei die Flugasche eine Feinheit von 5600 cm2/g (nach Blaine), einen Gehalt an Schwefelverbindungen (als S03 bestimmt) von 2, 6 Masse-% und einen Gehalt an freiem CaO von 10% aufgewiesen hatte.
Mangels an Feinanteilen im Boden wurde weiters ein Steinmehl in einer Menge von 5 Masse-% dem Boden zugesetzt.
Als Vergleich diente ein Versuch mit Kalkhydrat als Bindemittel.
EMI5.2
<tb>
<tb> <SEP>
Tragschichte <SEP> Bindemittelgehalt <SEP> optimaler <SEP> Proctordichte
<tb> mit <SEP> bezogen <SEP> auf <SEP> Wassergehalt
<tb> trockenen <SEP> Boden
<tb> Gew.-% <SEP> kg/m <SEP> % <SEP> kg/dm3
<tb> 75% <SEP> Additivflugasche
<tb> 25% <SEP> PZ <SEP> 275 <SEP> (H) <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 110 <SEP> 7, <SEP> 5 <SEP> 4, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 100% <SEP> Kalkhydrat <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 110 <SEP> keine <SEP> Verdichtung <SEP> möglich
<tb>
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.
<Desc / Clms Page number 1>
The invention relates to a process for the production of hydraulically bound base layers or stabilized, frost-resistant soil layers and for soil consolidation, wherein at least one "additive fly ash" which is produced during the combustion of fossil fuels, in particular in heating and / or calorific power plants, and which is a plant for Separation of sulfur oxides from combustion gases by means of calcium compounds, in particular by means of fine-grained or dusty limestone (containing CaCOs and / or MgCOo) or high-lime rock powder with marly, clayey and / or silicate components and, if necessary, the usual ones
EMI1.1
and, if necessary with the addition of water, incorporated into the soil, or
pending and / or supplied soil, to which other soils, gravel, gravel, sand or the like may be added, in a mixing plant with the fly ash and any that are present
Additives, aggregates, binders or the like are mixed and installed at the installation site, after which the layers obtained in this way are solidified to a desired proctor density.
Such layers or base layers serve in particular as underlays for coverings of all
Kind for paths, streets, squares, airfields, parking lots, sports fields, for floors of halls or the like and in particular also for the consolidation of non-slip floors. The built-in layers of soil and binder are under pressure, e.g. B. solidified with a road roller to a desired Proctor - density.
So far, in particular cements or (hydraulic) limes have been used for the purposes described for the production of stabilized soil layers and as "substructure binders". In addition to its relatively high price for the purposes mentioned, cement had the disadvantage that it practically had no drying function in the floor. Stabilization with cement is particularly unsuccessful if the soil to be stabilized is too moist. So if the use of cement has the advantage of quickly reaching high final strengths, then he has the one just described
Disadvantage of the poor drying properties.
In order to avoid these disadvantages when using cement, preferably hydraulic limes, in particular white limes, were used as binders for the production of base layers. The soil layers to be stabilized are processed in the same way as described above. Limes are able to extract moisture from the soil. This advantage, which should not be underestimated in the production of stabilized soils by using lime, is paid for by the disadvantage of slow strength development. Desired coverings cannot usually be applied to layers stabilized with lime.
It has now been found that the use of certain fly ash for the stabilization and consolidation of soils or soil layers is able to combine the respective advantages of cements and limes in these applications.
It has long been known to fly ash, especially fly ash from industrial combustion plants, such as. B. heating plants or calorific power plants, as a pozzolana-like component, for. B. together with, preferably hydraulic, binders, especially cement, in building materials.
No. 4, 050, 258, No. 4, 050, 261, No. 4, 050, 950 and No. 4, 062, 195 describe such compositions which are intended to serve as filler material and are made from Portland cement, Fly ash, aggregates and water exist. Bulletin 231, 1959, pp. 67-81 of the Highway Research Board, Washington DC, also mentions the use of fly ash for soil stabilization.
As a result of the growing demands of environmental protection and, in particular, to reduce the increased contents of the combustion exhaust gases of sulfur compounds, especially of sulfur oxides, especially of sous, which occur during the combustion of fossil fuels of lower quality, the removal of these sulfur oxides from the exhaust gases continues to increase Desulphurization plants using different methods are connected downstream of the incineration plants.
A method that is often used today is the additive method, in which a calcium compound, in particular limestone flour, is added to the sulfur-containing exhaust gas.
<Desc / Clms Page number 2>
is blown in; the CaC03 is at least partially deacidified in the hot exhaust gas, the CaO formed reacts in particular with the S03 of the exhaust gas (to calcium sulfate), in part the sulfur oxides are also adsorbed superficially by the particles of the limestone flour. In addition, there are various other side reactions between CaO and sulfur compounds in the exhaust gas or flue gas; from. However, it is also possible to mix dolomitic limes and / or dolomites or high-lime rock flour with marl and / or silicate components, such as. B. cement raw meal.
In comparison to conventional combustion plants without such desulphurization plants, the fly ash produced in the combustion plants equipped with the additive desulphurization devices are distinguished in particular by increased contents of calcium compounds, of which calcium oxide, sulfate and carbonate are only mentioned as examples , as well as a special grain structure, which does not make the two products seem comparable.
Provide the fly ash from desulphurization plants that use the additive process
EMI2.1
water hazard.
There has therefore been no lack of attempts to recycle fly ash of this kind "loaded" with calcium and sulfur compounds, which makes their disposal unnecessary.
The essays "The CE air pollution control system" by JR Martin et al (1970 Industrial coal conference, University of Kentucky, pp. 1-10) and "Study of the potential for profitable utilization of pulverized coal flyash modified by the addition of limestone dolomite
EMI2.2
The use of additive fly ash together with cement for this purpose is not mentioned.
In the article C. F. Cockwell it is explained that additive fly ash can also be used without the addition of lime, but that in view of the diversity of the different soil types, an analytical optimization is required on a case by case basis before the additive fly ash is used.
Surprisingly, it has now been found that additive fly ash in combination with cement can generally be used with good results for the production of hydraulically bound base layers, soil layers or for soil consolidation, despite the far-reaching diversity of the soils to be consolidated, which in any case results in an influence on the stabilization behavior . In particular, high strengths and good drying properties are achieved.
Accordingly, the method according to the invention is primarily characterized in that an additive fly ash with a fineness of at least 1500 cm2 / g according to Blaine and a content of at least 10% by mass, preferably at least 15% by mass, in particular at least 20% by mass, in calcium silicates , Calcium aluminates, ternary compounds, in particular calcium aluminate silicates, and / or other soluble calcium compounds bound CaO, determined according to the analysis regulations of the VÖZ, and a content of at least 2% by mass, preferably 5 to 50% by mass, in particular 10 to 20% by mass, of free, unbound CaO, determined according to Schläpfer-Bukowski, is used together with cement as a binder, where appropriate the additives, such as.
B. inert and / or pozzolanic and / or latent hydraulic substances and, where appropriate, the additives, such as liquefiers, accelerators, hydrophobizing agents and / or other binders, and furthermore, where appropriate, the additives, such as sand, gravel, grit, swollen Clay, slate or pearlite, plastic foam particles, natural or synthetic, inorganic or organic fibers or the like can be added.
Due to the difference in structure and chemical reactivity, it was not obvious to use additive fly ash instead of ordinary fly ash in combination with cement.
The amount of fly ash added from the additive process is in the customary range as for cements and / or limes, preferably around 50 to 300 kg / m3 of mix, in particular 60 to 150 kg / m3 of mix.
<Desc / Clms Page number 3>
As it turned out, the new process brings, in addition to the technological utilization of "problematic" fly ash, which is to be welcomed from the standpoint of environmental protection, the great advantage of sufficient moisture removal and high strength of the soils mixed with the additive fly ash. As a result of the relatively delayed hardening, a soil that was initially only pre-compacted can be compacted without difficulty for a long time. During the pre-compaction, care is initially taken to dry the soil, after which the post-compaction under pressure, e.g. B. with rollers.
The method according to the invention makes it possible in particular, and this is a great advantage to technically utilize an environmentally harmful material. The usually high content of such fly ash in sulfur compounds, in particular SOa, is even advantageous for this utilization, particularly with regard to the development of strength.
EMI3.1
achieved by grinding or screening or screening the fly ash coming from the desulfurization plant or by a combination of these processes.
A fly ash corresponding to a sieve residue on the sieve with a mesh size of 0.2 mm of less than 10% by mass, preferably less than 5% by mass, is advantageously used.
For the homogeneity of the layers, it can also be advantageous if a fly ash freed from coarse and / or unburned portions by separation, in particular sieving or screening, with a grain size of 200 gm.
According to the invention, a fly ash with a content of at least 10% by mass, preferably at least 15% by mass, in particular at least 20% by mass, in calcium silicates is advantageous.
Calcium aluminates, ternary compounds, in particular calcium aluminate silicates, and / or other soluble calcium compounds bound CaO, determined according to the analysis regulations of the VÖZ, and at least 2% by mass, preferably 5 to 50% by mass, in particular 10 to 20% by mass -%, of free, unbound CaO, determined according to Schläpfer-Bukowski. The upper limits are advantageously in each case practically 100 or 50% by mass.
Depending on the moisture content of the soil layers to be stabilized, the content of free CaO in the additive fly ash is used. This can be done in particular by varying the amount of lime powder or rock powder blown into the desulfurization system. If particularly moist soils require the addition of higher amounts of lime powder during desulfurization, there is at the same time the advantage that an even better separation of the SOg from the combustion gases is achieved.
The fly ash used can furthermore have a content of at least 1% by mass, preferably at least 2.5% by mass, in particular at least 4% by mass, of sulfur compounds, determined as sous. An upper limit can e.g. B. be given with 35 mass%.
It can also be advantageous if the fly ash 1 to 70% by mass, preferably 5 to 50% by mass, in particular 10 to 30% by mass, cements, natural or artificial pozzolans, such as. B. conventional fly ash or route, latent hydraulic substances such. B. blast furnace slag, quicklime, white lime hydrate, hydraulic lime, high-hydraulic lime, calcium sulfate, gypsum, burnt gypsum and / or anhydrites can be added. Among other things, these substances also act as stimulants and can contribute to accelerating setting and hardening. In this way, a desired strength development of floors stabilized according to the invention can be achieved.
The fly ash can hardening additives such. As calcium chloride can be added.
Furthermore, it can also be provided that 1 to 15% by mass, preferably 1 to 5% by mass, of alkali compounds, in particular carbonates, bicarbonates, hydroxides, sulfates, silicates, aluminates and / or alkali-containing waste products, in particular cement kiln flying dust, are added to the fly ash.
Another possibility is that the fly ash is mixed with alkali-containing, preferably aqueous, solutions of alkali carbonates and / or alkali sulfates as mixing water
<Desc / Clms Page number 4>
and that these mixtures are then added to the soils.
In order to regulate the consistency and processability of the fly ash-water mixtures to be mixed with the soils to be stabilized, it is advantageous if liquefying and / or water-saving agents and / or flow agents, such as melamine resin products, lignosulfonates or the like, are added to the fly ash .
Under certain circumstances, it may be advantageous to add pore-forming additives, such as aluminum powder, to the fly ash, and / or foam-forming additives, such as. B. surfactants and / or
Proteins to add. Stabilized soil layers with high strength and at the same time porosity can be achieved in this way.
If the floors are to be made hydrophobic, the procedure can be such that the fly ash has hydrophobicizing agents, such as. B. heavy metal soaps, stearates or silicones, optionally also montan wax and / or paraffin, are added.
Example 1: A soil mixture (limestone) was stabilized with a mixture of fly ash (additive fly ash from flue gas desulfurization) and cement, the fly ash being a
Blaine fineness of 3200 cm2 / g and a free CaO content of 16%.
The optimum water content of the soil / binder mixture, the proctor density and the cylinder compressive strength were determined by proctor tests. For comparison, an attempt was made with
Lime hydrate carried out as a binder. The following table shows the advantages of the fly ash - cement mixture based on the higher compressive strength that can be achieved with it.
EMI4.1
<tb>
<tb>
Base course <SEP> binder content <SEP> opt. <SEP> water content <SEP> Proctor cylinder pressure with <SEP> related <SEP> to <SEP> (related <SEP> to <SEP> tight <SEP> strength
<tb> dry <SEP> soil <SEP> total mixture) <SEP> according to <SEP> 56 <SEP> d
<tb>% by weight <SEP> kg / m '% <SEP> kg / dm "N / mm' <SEP>
<tb> 95% <SEP> additive fly ash
<tb> 5% <SEP> PZ <SEP> 275 <SEP> (H) <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP> 60 <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 81 <SEP> 2, <SEP> 2 <SEP>
<tb> Lime hydrate <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP> 60 <SEP> 7, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 83 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP>
<tb>
Example 2:
A predominantly quartzitic soil was made with a binder mixture of 98.5% additive fly ash from a flue gas desulfurization plant, with a Blaine fineness of 5900 cm2 / g, a content of sulfur compounds, determined as S03, of 3.5% by mass and a content of free , unbound CaO of 9%, and 1.5% cement and then compared to a binder consisting only of cement, checked for its processing time (lay time). In addition, the cylinder compressive strength after 90 days was taken into account. The following table shows that when using a binder made from fly ash and cement, compared to cement alone, the ability to process the mixture was much longer with the same strength.
EMI4.2
<tb>
<tb>
Base course <SEP> binder content <SEP> processing cylinder compressive strength <SEP>
<tb> with <SEP> related <SEP> to <SEP> time <SEP> with <SEP> optimal <SEP> water drying <SEP> soil <SEP> content <SEP> after <SEP> 90 <SEP> days
<tb>% by weight <SEP> kg / m "<SEP> (h) <SEP> (N / mm2)
<tb> 98, <SEP> 5% <SEP> additive flight- <SEP>
<tb> ash <SEP> with
<tb> 1, <SEP> 5% <SEP> cement <SEP> 6.3 <SEP> 140 <SEP> 24 <SEP> 6.0
<tb> Cement <SEP> (100%) <SEP> 6, <SEP> 3 <SEP> 140 <SEP> 6 <SEP> 6, <SEP> 3 <SEP>
<tb>
<Desc / Clms Page number 5>
Example 3:
A very cohesive soil with a moisture content of 25% was obtained, with a mixture of 80% additive fly ash from a flue gas desulphurization plant, 10% ground blast furnace slag with a Blaine fineness of 3800 cm2 jg and 10% Portland cement offset and then the Proctor density determined.
The fly ash was freed from coarse fractions (> 200 gm) and had a sulfur compound content of 4.5% by mass, determined as S03, and a content of unbound, free CaO of 15%.
In the comparative test, only Portland cement was used as a binder:
EMI5.1
<tb>
<tb> base course <SEP> binder content <SEP> related <SEP> proctor density
<tb> with <SEP> on <SEP> dry <SEP> soil
<tb>% by weight <SEP> kg / m "kg / dm"
<tb> 80% <SEP> additive fly ash
<tb> 10% <SEP> blast furnace slag
<tb> 10% <SEP> cement <SEP> 7.8 <SEP> 180 <SEP> 2, <SEP> 10
<tb> 100% <SEP> cement <SEP> 7, <SEP> 8 <SEP> 180 <SEP> no <SEP> compaction
<tb> possible, <SEP> water content <SEP> too <SEP> high
<tb>
Example 4: A quartzitic soil was stabilized with a mixture of 75% additive fly ash and 25% cement, the fly ash having a fineness of 5600 cm2 / g (according to Blaine), a content of sulfur compounds (determined as S03) of 2.6 mass. % and had a free CaO content of 10%.
In the absence of fine particles in the soil, stone powder was added to the soil in an amount of 5% by mass.
A test with hydrated lime as a binder served as a comparison.
EMI5.2
<tb>
<tb> <SEP>
Base course <SEP> binder content <SEP> optimal <SEP> Proctor density
<tb> with <SEP> related <SEP> to <SEP> water content
<tb> dry <SEP> soil
<tb>% by weight <SEP> kg / m <SEP>% <SEP> kg / dm3
<tb> 75% <SEP> additive fly ash
<tb> 25% <SEP> PZ <SEP> 275 <SEP> (H) <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 110 <SEP> 7, <SEP> 5 <SEP> 4, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 100% <SEP> lime hydrate <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 110 <SEP> no <SEP> compression <SEP> possible
<tb>
** WARNING ** End of DESC field may overlap beginning of CLMS **.