DD242609A1

DD242609A1 - Verfahren zum einsatz von braunkohlenfilterasche als hydraulisches bindemittel

Info

Publication number: DD242609A1
Application number: DD85282788A
Authority: DD
Inventors: Hartmut Feind
Original assignee: Karl Marx Stadt Energie
Priority date: 1985-11-13
Filing date: 1985-11-13
Publication date: 1987-02-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einsatz von Braunkohlenfilterasche als hydraulisches Bindemittel. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass Braunkohlenfilteraschen mit bestimmten chemischen und physikalischen Eigenschaften bereitgestellt werden, die ohne Aufbereitung als Bindemittel zusammen mit Portlandzement im Beton und Moertel nach entsprechenden Rezepturen eingesetzt werden, um Zement und Kalk zu substituieren. Die herkoemmliche Betonmischtechnologie wird dahingehend veraendert, dass zunaechst eine Aschesuspension im Mischer hergestellt wird und anschliessend Zement und Zuschlagstoffe eingegeben werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur qualitätsgerechten Bereitstellung von Braunkohlenfilteraschen höchst unterschiedlicher Chemischerzusammensetzung, zur Verwendung von Filteraschen als hydraulisches Bindemittel zusammen mit Portlandzement in Betonen und Mörteln*und zur Herstellung von aschehaltigen Betonen und Mörteln.

Die filteraschehaltigen Betone sind vorzugsweise in unbewehrten Betonteilen, wie zum Beispiel Fundamenten, Gefälle- und Unterbeton, zur Herstellung von kleinformatigen Bauelementen sowie im Straßenbau als Tragschichten u.a. anwendbar. Die filteraschehaltigen Mörtel sind je nach Ascheanteil entsprechend den Mörtelgruppen I, Il und III herstell- und anwendbar. Die Filterasche ersetzt vollständig den Kalkanteil im Mörtel.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß bestimmte Braunkohlenfilteraschen hydraulische Bindemitteleigenschaften besitzen und zusammen mit Zement verarbeitet werden können. Es ist weiterhin bekannt, daß die Schwierigkeiten bei der Verwendung der Braunkohlenfilteraschen darin liegen, daß diese Aschen mehr oder weniger das sogenannte Treiben hervorrufen, d. h., daß der aschehaltige Beton oder Mörtel während oder nach dem Abbindeprozeß Risse erhält und zum Teil, meistens sogar vollständig, seine Festigkeit verliert.

Es ist auch bekannt, daß man die Neigung zum Treiben durch bestimmte Maßnahmen, wie Begrenzung des Aschegehaltes pro m³ Beton oder Mörtel und durch Zusatz bestimmter Stoffe günstig beeinflussen kann.

In Heizkraftwerken fallen durch die Belieferung mit Kohle aus verschiedenen Gruben die unterschiedlichsten Aschen an. Es ist bekannt, daß die Aschen homogenisiert werden können, d.h., daß die stark treibenden mit den wenigertreibenden Aschen gemischt werden und somit eine annähernd gleiche Aschequalität mit mittlerer treibender Wirkung gewährleistet ist.

Bekannt ist außerdem, daß die mechanischen Bindekräfte der Asche deren feine Einzelkörner zu Großkömern zusammenklumpen, wenn sie nach der traditionellen Betonmischtechnologie verarbeitet wird. Es entsteht ein inhomogenes Betongefüge mit geringen Festigkeitswerten. Bei Wasserzutritt nach der Betonerhärtung können weitere chemische Reaktionen mit Volumenvergrößerung und somit einer sprengenden Wirkung auftreten.

Es ist ebenfalls als bekannt anzusehen, daß die Bindefähigkeit der Aschen durch Feinmalen entscheidend verbessert wird und Filteraschen als künstliche Puzzolane mit Zementklinkern vermalen werden können.

Erfindungsgemäß können bei Bindemitteleinsatz basischer Trockenaschen höchst unterschiedlicher Qualität ohne Zusätze und energieintensive Aufbereitung mit Hilfe von Grenzwerten für die chemischen Verbindungen und von Rezepturen sowie einer geeigneten Betonmischtechnologie die schädigenden Treiberscheinungen weitestgehend abgebaut werden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist, den Zementanteil in Beton und Mörtel bzw. den Kalkanteil im Mörtel durch teilweise bzw. vollständige Substitution mit Braunkohlenfilterasche aus Heizkraftwerken zu reduzieren. Im Vergleich zu den bekannten Verfahren soll die Braunkohlenfilterasche unter bestimmten Voraussetzungen ohne Aufbereitung, d. h. ohne Energiezufuhr, als Bindemittel eingesetzt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Braunkohlenfilteraschen mit bestimmten chemischen und physikalischen Eigenschaften bereitzustellen, die ohne Aufbereitung als Bindemittel zusammen mit Portlandzement in Beton und Mörtel einsetzbar sind und bis zu 50% Zement im Beton oder Mörtel und 100% Kalk im Mörtel substituieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie folgt gelöst:

DiezurVewendung vorgesehene Filterasche wird in gesonderte Silos geleitet und nach V3 und ²h Silofüllung Analysenmaterial entnommen, analysiert und entsprechend ihrer Zusammensetzung in Ascheverwendungsgruppen gemäß der Grenzwerttabelle eingeordnet. Ist eine Charge als Bindemittel nicht geeignet, erfolgt die Rückführung in die in jedem Heizkraftwerk vorhandenen

Filteraschenbunker.

Die Betonrezepturen sind entsprechend den späteren Einbaubedingungen, der Filteraschenzusammensetzung und den

geforderten Betongüten auszuwählen.

Die herkömmliche Betonmischtechnologie wird dahingehend verändert, daß zunächst eine Aschesuspension im Mischer hergestellt wird und anschließend Zement und Zuschlagstoffe eingegeben werden.

Grenzwerte für die chemische Zusammensetzung der Braunkohlenfilterasche (BFA) zur Verwendung als Bindemittel in

aschehaltigen Betonen

Diese Angaben gelten nur für Kesselbrenntemperaturen >1 200°C

BFA-Anteile im Bindemittel in % 100 >50-75

Verwendungs- Verwendungs

gruppe gruppe

I Il

<50

Verwendungs

gruppe

chemische Verbindungen

Fe₂O₃ AI₂O₃ Kalziumoxid allgemein davon:

—CaO in Verbindung SO₃

—freier Kalk CaO Ca(OH)₂ MgO

Korngrößen

0,09-0,2 0,063-0,09

<2,0

6,0-8,0

7,0-9,0

=£1,5 <2,0 <6,0

1-5 10-15 15-20 65-70 mind. 85%

40-65 <5,0

18,0

<3,0 <3,0 <5,0

5,0-8,0 6,0-9,0

<4,0 <3,5 <4,0

Na₂O K₂O	g/cm³	> 1,10	-	<0,5	<0,3 <0,4
Schüttdichte		>1,05 >1,0
pH-Wert	%	12-14
Glühverlust		<1,0 <1,5

5-10 10-15 15-20 60-65 mind. 80%

Ausführungsbeispiel 1

Die Qualität und die bindemitteltechnische Eignung der Filteraschen hängt im wesentlichen von der chemischen Zusammensetzung der Kohle, den Brenntemperaturen der Kessel und den Aushalteanlagen ab.

Für den Bindemitteleinsatz kommen nur basische Trockenaschen in Frage. Es sind Kesselbrenntemperaturen von 1200°C und

darüber erforderlich.

Zur Bereitstellung einer qualitätsgerechten Filterasche seien folgende Arbeitsschritte beispielhaft beschrieben:

— Füllen eines gesondert aufgestellten Silos mit Filterasche

— Entnahme von Analysenmaterial bei V3 und ²/3 Silofüllung

— Chemische Analyse der Proben und Bewertung mit Hilfe der Tabelle für die chemische Zusammensetzung

— Bei ungeeigneter Charge Abblasen des Siloinhaltes in vorhandene Aschebunker

— Wiederholung des Vorganges zu einem späteren Zeitpunkt, eventuell bei Kohlelieferung aus anderer Grube.

Ausführungsbeispiel 2

Der Ascheanteil im Bindemittel ist von den Einbaubedingungen wie aggressive Medien und Feuchtigkeit sowie von der Aschequalität entsprechend den Verwendungsgruppen abhängig.

Für Filteraschen der Verwendungsgruppen Il und III darf der Filteraschengehalt 180kg/m³ Beton nicht überschreiten. Der Bindemittelbedarf richtet sich nach der Kornzusammensetzung und wird wie folgt bestimmt:

— Ermittlung der Haufwerksporigkeit des trockenen Zuschlagstoffes

— Haufwerkporosität entspricht dem Bindemittelleimvolumen

— Bindemittelleimvolumen entspricht dem trockenen Bindemittelvolumen.

Der Wasseranspruch der Filterasche wird nach dem Prinzip der Sättigung bestimmt und liegt weit über dem von Zement.

Es ist zu beachten, daß aschehaltige Betone leichter verarbeitbar sind und somit die konsistenzbedingte Wasserzugabe geringer ist als bei reinem Zementbeton.

Zur Verdeutlichung dieser Zusammenhänge seien drei Rezepturen für Fundamente mit unterschiedlichen Einb-aubedingungen dargestellt. Die Haufwerksporigkeit der Zuschlagstoffe beträgt 260 l/m³.

Betonrezepturen für Fundamente

Einsatzbe	Asche-	Aschegehalt	Zementgehalt	Gesamtwasser-	Zuschlagstoffe 0/16
dingungen	verwen-	Menge Volumen	Menge Volumen	mengefürdie	SL-Bereich 3/4
	dungsgr.	kg/m³ dm³/m³	kg/m³ dm³/m³	Konsistenzstufen	kg/m³ dm³/m³
				V₁ V₂ V₃

Il

fürtrockene bis feuchte Böden für nasse bindige Böden

für Fundamente II, im Grundwasser Aggressivitätsstufe I

II, III

165 156

148 140

129 122

127 104

146 120

168 138

154 192 236

150 188 232

145 184 —

1 825 1 043

1 8371 1 050

1 850 1057

Ausführungsbeispiel 3

Um die Bildung von Ascheklumpen zu verhindern und ein homogenes Betongemisch herstellen zu können, läuft der Mischvorgang wie folgt ab:

— Einfüllen der für die Mischung erforderlichen gesamten Wassermenge in den Mischer.

— Herstellen einer gleichmäßigen Asche-Wasser-Suspension durch Eingeben der gesamten Aschemenge in den Mischer.

— Einfüllen der Zuschlagstoffe und Vermischen zu einem gleichmäßigen Mischgut.

— Zugabe der Zementmenge und Fertigmischen des Betons.

Korrektur der Konsistenz des Betons durch nachträgliche Zugabe geringer Wassermengen ist möglich.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zum Einsatz von Braunkohlenfilterasche als hydraulisches Bindemittel mit höchst unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, gekennzeichnet dadurch, daß die in ein gesondertes Silo geleitete Filterasche durch Probenentnahme analysiert und entsprechend chemischer, physikalischer und granulometrischer Grenzwerte in Ascheverwendungsgruppen eingeordnet wird.
2. Verfahren nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß diese mit Portlandzement in Betonen und Mörteln in Abhängigkeit von der Filteraschenqualität, den Einbaubedingungen und den geforderten Betongüten entsprechende Rezepturen bestimmt werden. .
3. Verfahren nach Pkt. 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Filterasche keiner Aufbereitung unterliegt, sondern lediglich bestimmte Qualitätsmerkmale nach Verfahren Pkt. 1 besitzen muß.
4. Verfahren nach Pkt. 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß bei der Herstellung des aschehaltigen Betons oder Mörtels zunächst eine Aschesuspension im Mischer hergestellt wird und anschließend Zement und Zuschlagstoffe eingegeben werden.