AT395146B - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines baustoffes aus silikaten - Google Patents

Description

AT395 146 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung eines Baustoffes, der aus Silikaten wie Granitsand gewonnen wird und der im geschmolzenen zähflüssigen Zustand ein Bindemittel darstellt, das die mit ihm vermengten festen Zuschlagstoffe Sand, Splitt oder Schotter miteinander verbindet und in Formen gegossen nach seiner Auskühlung einen felsenartigen, kompakten und porenlosen Baublock bildet S Es ist bekannt durch Schmelzen von Quarz und Reduktion auf Siliziumdioxid unter Zusatz von Soda, Pottasche,

Calzium als Flußmittel und Metalloxide u. a. Glas herzustellen. Als Baustoff ist Glas jedoch nur ausnahmsweise als Glasstahlbeton ein tragender Baukörper. Es wird eher wegen seiner Brüchigkeit zusammen mit Skelettsystemen aus Stahl oder Stahlbeton angewandt.

Bekanntistauch Zement,der als gesinterter Mergel (Kalk,Ton)gemahlen und mit Wasser angerührt ein klebriges 10 Bindemittel ist, das die beigemengten Zuschlagstoffe Sand, Splitt oder Schott^' zu poriges Konglomerat verbindet

Die Lebensdauer von Betern ist allerdings begrenzt, weil ihn eindringendes Wasser und Säuren langsam zerstören.

Aufgabe de Erfindung ist es, einen langlebigen Baustoff zu schaffen, der die den bekannten Baustoffen Glas und Beton anhaftenden Nachteile vermeidet und der zur Errichtung von Strahlenschutzbauten oder langzeitigen Endlagerstätten für radioaktiven Atommüll geeignet ist 15 Zur Lösung der gestellten Aufgabe dienen erfindungsgemäß die Merkmale der Ansprüche 1 bis 8.

Erfindungsgemäß wird dies durch folgende Maßnahmen erreicht: Als Grundmaterial dienen Sande aus Silikaten wie Granit Diese Sande werden in einem elektrischen Schmelzofen aus feuerfestem Material bei ca. 1.500 °C geschmolzen. Zugesetzte Erdalkalien wie Kalkstein oder Dolomit dienen als Flußmittel und sichern wie bei Glas die chemische und mechanische Haltbarkeit der Gesteinsschmelze nach der Auskühlung. 20 Dieser Baustoff hat glasähnliche Konsistenz aber entsteht ohne Reduktion auf reines Siliziumdioxid. Die

Silikatschmelze wird noch im flüssigen Zustand mit den festen Zuschlagstoffen Sand, Splitt oder Schotter z. B. im Verhältnis 1:3 vermengt, in einer elektrisch geheizten rotierenden Trommel durchgemischt und als zähflüssiges Gemenge bei ca. 900bis 1.000°C verarbeitet. In Formen oder Stahlschalungen gegossen sintert sich das Baumaterial ohne Rüttelverfahren zusammen und füllt alle Hohlräume zwischen den festen Zuschlagstoffen Sand, Splitt oder 25 Schotter aus, verbindet und verdichtet dadurch das Füllmaterial miteinander porenlos und wird nach der Auskühlung ein druckfester tragender Baustein oder Baukörper mit den Eigenschaften des natürlichen Granitgesteins.

Dieser Silikatbaustoff hat entgegen der Lebensdauer von Beton (100 Jahre) wegen sein«* Dichte wie Glas eine Lebensdauer von Jahrtausenden, denn Erosion, Gase der Luft durch Verbindungen mit Kohlensäure und Schwefel, Oxydation, Hydrolyse und wachsende Pflanzenwurzeln haben wegen seiner glatten und geschlossenen Oberfläche 30 kaum Angriffspunkte, wodurch er äußerstresistent bleibt. Vorteilhaftkann daher dieser Baustoff für die Kompaktierung des Atom- und Sondermülls und den Bau von Endlagergebäuden für den radioaktiven Atommüll verwendet werden.

Um diesen Silikatbaustoff auch vielseitig einsetzen zu können, sieht die Erfindung besondere Verarbeitungsverfahren mit speziellen technischen Einrichtungen von Bei der Errichtung eines Mauerwerks aus Formsteinen oder Fertigbauteilen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, Silikatschmelze oder einen Kunststoffkleber als Fügever-35 binder zu verwenden, denn Kalk- oder Zementmörtel sind wegen der geringen Resistenz dafür weniger geeignet Es ist weiters vorgesehen, die Lager- und Stoßflächen der Bausteine rauh, karogerippt oder genoppt auszugestalten, wodurch die Bindemittel eine größere Angriffsfläche haben und ein horizontales Verrutschen der Blöcke verhindert wird. Für die Verarbeitung des erfindungsgemäßen Silikatbaustoffes auf der Baustelle ist eine mobile Aufbereitungsanlage 40 vorgesehen, bei der auf einem Räderfahrwerk ein elektrischer Schmelzofen mit einem über ihn angeordneten Silo für die Silikatsand-Kalkmischung und auf Lagerböcken ein oder zwei elektrisch geheizte Rotations-Mischtrommeln aufgebaut sind, wobei die Mischtrommeln wegen der Hitze der Schmelze einen Doppelmantel mit feuerfester Isolierung aufweisen. DieZuschlagstoffeSand, Splitt oder Schotter werden hingegen über ein von außen heranführendes Förderband in die Mischtrommeln zugeführt. Das heiße Mischgut wird in der Folge in einen Doppelmantelbehält»' 45 mit Isolierung gefüllt und von einem Kran zur Vergußstelle gebracht

Vorteilhaft sind zwei Mischtrommeln für die wechselweise Aufbereitung des Mischgutes vorgesehen. Sie sind ausklinkbar auf den Lagerböcken gelagert und mit dem Schmelzofen durch eine Teleskoprohrvorrichtung lösbar verbunden, wodurch jede Mischtrommel vom Kran aus- und aufgehoben und zur Vergußstelle gebracht werden kann.

In die vorbereiteten Stahlschalungen werden wie beim bekannten Stahlbetonbau die Stahlarmierungen hinein-50 gestellt und in der Folge mit dem zähflüssigen Mischgut eingegossen. Für den Bau von Endlagerstätlen für den radioaktiven Atommüll wird erfindungsgemäß weiters vorgeschlagen, auf eine vorbereitete Bodenplatte aus Silikatbaustoff eine fest verschweißte Stahlkonstruktion mit Stehern und Deckenträgern zu stellen, diese mit Stahlplatten einzuschalen und mit dem Silikatbaustoff einzugießen. Dadurch wird in einem kontinuierlichen Gußverfahren ein sehr stabiler Baukörper erreicht. Auf die gleiche Weise lassen sich 55 leicht weitere Etagen darüberbauen. Ein derartiges Endlagergebäude hätte vorschlagsgemäß einen Kellerraum (Tiefbau) für den mittelaktiven Atommüll und einen Hochbau für den schwachaktiven Atommüll. Dadurch wäre eine vorteilhafte effektive Überwachung möglich und eine Austauschbarkeit bzw. Umlagerung der Lagerbestände einfacher gegeben. -2-

AT 395 146 B

Der erfindungsgemäße Silikatbaustoff eignet sich vorteilhaft auch zur Kompaktierung des schwach- und mittelaktiv«! Atommülls in Blöcken und Fässern. Bereits vorhandene aber durchgerostete oder beschädigte mit Beton kompaktierte Füllfässer können vorteilhaft auch in größere Gußformcn gestellt und mit dem Silikat-Baustoff eingehiillt werden, wodurch sie strahlungssicher und umweltfreundlich durch Jahrhunderte auch oberirdisch oder 5 kellergründig gefahrlos gelagert werden können.

Aus diesem Baustoff lassen sich auch z. B. zylindrische Behälter mit eingegossenem Drahtkorb vorfertigen, in die aktiv«: Atommüll gesteckt und mit dem gleichen Baustoff eingegossen werden kann.

Vorteilhaft ließe sich mit dem erfindungsgemäßen Silikatbaustoff auch kontaminiertes (bestrahltes) Material aus Labors und Reaktoranlagen u. a. m. strahlensicher einhüll«! und verwahr«!. 10 Es ist weiters auch möglich, z. B. zwei, vier oder acht kompaktierte Atommüllbehälter in einen Stahlgitterkäfig mit Faßabstandhaltem zu stellen und in ein« Großgußform mit dem Silikatbaustoff zu einem Block einzugießen.

Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung h«vor, in der Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen erläutert sind: es zeigen...

Fig. 1 die mobile Aufbereitungsanlage mit Fahrwerk, Schmelzofen, Sandsilo, Mischtrommel und Gußform in 15 ein« Seitenansicht,

Fig. 2 den Kran mit dem Füllbehälter über der Mauerschalung mit Stahlarmierung in einer Seitenansicht,

Fig. 3 die mobile Aufbereitungsanlage mit zwei ausklinkbaren Mischtrommeln in einer Vorderansicht,

Fig. 4 den Kran mit einer ausgehobenen Mischtrommel in ein« Seitenansicht,

Fig. 5 eine Gußform mit eingegossenem Atommüllfaß in einer Seitenansicht und 20 Fig. 6 eine eingeschalte und eingegossene verschweißte Stahlkonstruktion eines Endlagergebäudes mit Tief- und

Hochbau in ein« Seitenansicht.

Fig. 1 und 2: Der «findungsgemäße Baustoff hat als Grundmaterial Sande aus Silikaten wie Granit, welche mit dem Flußmittel Kalk oder Dolomit versetzt und in einem Silo (2) vorteilhaft üb« dem Schmelzofen (4) vorgelagert (1) werden. Die Silikatsandmischung (1) gelangt in den elektrischen Schmelzofen (4), (5) und wird darin bei 25 1.500 °C geschmolzen (3). Dieser heißflüssige Silikatbaustoff (3) stellt in diesem Aggiegatzustand ein Bindemittel dar, hat glasähnliche Konsistenz aber entsteht ohne Reduktion auf reines Siliziumdioxid (S1O2)- In d« Folge gelangt die Silikatschmelze (3) durch einen Rohranschluß (10) in eine elektrisch geheizte (13) rotierende Mischtrommel (6) und wird darin mit den zugeführten Zuschlagstoffen Sand, Splitt oder Schotter im Verhältnis 1:3 (1 Teil Schmelze + 3 Teile festes Material) vermengt, durchgemischt (14) und auf Verarbeitungstemperatur 900 bis 1.000 °C 30 gehalten. Durch den Auslaufstutzen (15) an der Mischtrommel (6) fließt das Mischgut (14) in eine feuerfeste Form (18) oder wird in einen Behälter (21) abgefüllt und vom Kran (22) zu ein« Stahlschalung (19) für eine Mauer (20) gebracht und eingegossen. Während sich die festen unförmigen Zuschlagstoffe in d« Gußform absetzen und Hohlräume bilden, sintert die Silikatschmelze ab, füllt von unten nach oben die Hohlräume auf und verbindet sich mit den Feststoffen. 35 Wenn man annimmt, daß die Zuschlagstoffe annähernd eine Kugelform haben, reicht das Mischungsverhältnis 1:3 gerade noch aus, um die Hohlräume bis zur Oberfläche auszufüllen. Bei ein« 1:4 Mischung dagegen bleiben im oberen Teil des Gußblockes Hohlräume und Poren offen, weil die Menge des flüssigen Silikates für die volle Füllung nicht ausreicht.

Im ausgekühlten Zustand ist der Gußblock ein homogener, amorpher, dichter, porenloser, druckfester und 40 tragender Baustein, der ein erforderliches Spannungsgleichgewicht aufweist und durch Zusatz von Aluminiumoxid in die Silikatschmelze auch elastisch gestaltet werden kann.

Fig. 1.3: Die mobile Aufbereitungsanlage besteht im wesentlich«! aus dem Fahrwerk (16), dem hochgelagerten elektrischen (5) Schmelzofen (4), dem darüber angeordneten Silikatsand-Silo (1), (2), den elektrisch geheizten (13) rotierenden Mischtrommeln (6), (6'), die auf den Lagerböcken (17) fix od« ausklinkbar (26) lagern und mit 45 Doppelmantel (7), (8) und Isolierung (9) ausgestaltet sind und die durch eine teleskopartige o. a. Rohrverbindung (10) mit dem Schmelzofen (4) fix od« trennbar miteinander verbunden sind. An das Verbindungsrohr (10) ist der Einfülltrichter (11) für die Zubringung der festen Zuschlagstoffe (12) angebaut.

In den Fig. 3.4 sind die Tragbügel (24), (25) an einer ausklinkbaren Mischtrommel (6') dargestellt, welche dadurch von einem Kran (22) aus- und aufgehoben w«den kann. 50 Fig. 2: Der mit Silikatbaustoff gefüllte Doppelmantelbehälter (21) wird vom Kran (22) hochgehievt und gießt die heiße Silikat-Feststoffmischung (14) in eine Stahlschalung (19) mit einer Stahlarmierung (20).

Fig. 5: In einer Gußform (18) wird ein mit Beton kompaktiertes radioaktives Füllfaß (30) mit dem Silikatbaustoff (14) eingegossen.

Fig. 6: Eine verschweißte Stahlkonstruktion (34) für die Kellerhalle (31) steht auf der vorbereiteten Bodenplatte 55 (36) aus Silikatbaustoff, ist eingeschalt (35) und vorteilhaft mit dem Silikatbaustoff (14) rundum eingegossen. Die

Etagenhalle (32) ist auf die gleiche Weise darübergebaut -3-

Claims (8)

1. AT 395 146 B PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung eines Baustoffes, dadurch gekennzeichnet, daß, unter Zusatz von Kalk oder Dolomit als Flußmittel, ein Silikatsand, wie Granit, in einem elektrischen Schmelzofen bei 1.500 °C geschmolzen wird und danach in ein»’ beheizten Mischtrommel im geschmolzenen Zustand mit festen Zuschlagstoffen, wie Sand, Splitt oder Schotter, im Verhältnis 1:3 gemischt und bei 900 bis 1.000 °C in Formen gefüllt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die S ilikatmischung durch Zusatz von Aluminiumoxid elastisch gemacht wird.
3. 3. Vorrichtung zur Herstellung eines Baustoffes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie, montiert auf einem Fahrwerk (16), aus einem elektrischen Schmelzofen (4), einem Silikatsandsilo (2) und einer oder zwei elektrisch beheizten (13) Mischtrommel(n) (6) besteht
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischtrommel (6) einen Doppelmantel (7), (8) mit Isolierung (9) aufweist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischtrommel (6) durch eine teleskopartige Rohrverbindung (10) mit dem Schmelzofen (4) fest oder trennbar miteinander verbunden ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischtrommel (6) ausklinkbar in den Lagerböcken (17) lagert.
7. 7. Verwendung des Baustoffes, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, zum Einbinden und Lagern von radioaktivem Abfall und für Strahlenschutzbauten.
8. 8. Verwendung des Baustoffes, hergestellt nach Ansprach 1, als Bausteine, welche gegebenenfalls mit rauhen, karogerippten oder genoppten Lager- und Stoßflächen ausgestaltet sind und mit Silikatschmelze oder Kunststoffkleber miteinander verbunden werden. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -4-