DD247935A1

DD247935A1 - Verfahren zur herstellung von lagerungs- und gefuegedichten gesteinsschlaemmungen

Info

Publication number: DD247935A1
Application number: DD83255966A
Authority: DD
Inventors: Bernhard Zinke
Original assignee: Orgreb Inst Kraftwerke
Priority date: 1983-10-26
Filing date: 1983-10-26
Publication date: 1987-07-22

Abstract

Die Erfindung ist anzuwenden zur Herstellung von aufwandsreduzierten Konstruktionen im Strassen- und Ingenieurtiefbau sowie fuer technologisch einfache Konstruktionen im Hochbau einschliesslich Betonwaren mit geringen Waermedaemm- oder hohen Dichtigkeitsanforderungen. Ziel und Aufgabe bestehen in der Erweiterung des Einsatzgebietes von Kraftwerkstrockenaschen bzw. in der vollstaendigen Substitution herkoemmlicher Bindemittel. Geloest wird die Aufgabe darin, dass ein Stuetzgeruest aus poreinfreien Gestein von einer Korngroesse von groesser als 4 mm aufgebaut, angefeuchtet, dann mit einer Wasser-Asche-Suspension kontinuierlich oder schubweise ausgeschlaemmt und schliesslich bis zur Erreichung der Suspensionsbuendigkeit feucht gehalten wird.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist anzuwenden zur Herstellung von aufwandsreduzierten Konstruktionen im Straßen- und Ingenieurtiefbau sowie für technologisch einfache Konstruktionen im Hochbau einschließlich Betonwaren mit geringem Wärmedämm-, aber hohen Dichtigkeitsanforderungen.

Charakterstik der bekannten technischen Lösungen

Konstruktive Gesteinsschlämmungen unter Einsatz von Bindemitteln und Zuschlagstoffen sind aus der Literatur bekannt. Zu ihnen gehören die technologisch aufwendigen Zement-Schotter-Trag-/Deckschichten, welche die Herstellung eines Zementmörtels und anschließendes Einbringen und intensives Verdichten dieses Zementmörtels in ein vorbereitetes lagerungsgünstiges gereinigtes Schotterbett bedingt. Trotz intensiver Verdichtung und Einsatz eines teuren gebrochenen Zuschlagstoffes, wie Schotter, gelingt es in der Regel nicht, alle Zuschlagstoffhaufwerksporen mit Zementmörtel zu füllen, was sich darin äußert, daß der untere Teil der Schotterkonstruktionsschicht mit Zementmörtel nicht gefüllt ist und im oberen Teil nicht vollständig und dicht alle Schotterstückchen mit Zementmörtel umhüllt sind.

Eine Gesteinskonstruktion aus vorzugsweise gebrochenem kornabgestuften Gestein und feiner Braunkohlenfilterasche ist als modifizierter Mineralbeton aus der Patentliteratur nach WP 2000992 bekannt.

Die Herstellung beschränkt sich jedoch auf den Einsatz einer nichthydraulischen feinkörnigen Braunkohlenfilterasche, welche zusammen mit dem Zuschlagstoff in stationären oder mobilen Mischanlagen nach dem Prinzip der dichtesten Lagerung hergestellt wird und anschließend nach Transport zur Einbaustelle mit Fertiger, Flachbagger oder von Hand als Mischgut verteilt wird. Dieses Mischgut kann grundsätzlich nur mit Vibrationsmaschinen, bevorzugt Vibrationswalzen, verdichtet werden, wobei 4 Verdichtungsübergänge bis zum Erreichen des Sollwertes erforderlich sind und eine anschließende Glättung der Oberfläche mit statischen Walzen in 2 Übergängen als Nachbehandlung notwendig ist. Trotz der genannten hohen technologischen Aufwendungen wird eine nichtbindige Konstruktionsschicht erreicht, welche der Herstellungszielstellung — dichteste Lagerung — nicht gerecht wird, da der projektgemäße Ascheeinsatz noch nicht einmal ausreicht, um unverdichtet im Schüttzustand alle Zuschlagstoffhaufwerksporen zu füllen.

Ziel der Erfindung

Mit der Erfindung soll der materialökonomische-, technologische- und zeitliche Aufwand für die Herstellung dichter Konstruktionen im Straßen- und Ingenieurtiefbau, im Hochbau sowie für die Betonwarenproduktion in der Vorfertigung reduziert werden. Außerdem soll die Erfindung Ausgangsgrundlage für neue Einsatzgebiete sein.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Zielstellung entsprechend besteht das Problem in einer aufwandsreduzierten vollständigen Substitution von Bindemitteln und/oder feinkörnigen Porenfüllern durch in Kraftwerken anfallende geeignete feinkörnige Trockenaschen für Schotter-Trag-/ Deckschichten und sonstigen Konstruktionslösungen im Straßen- und Ingenieurtiefbau und bei Betonelementen mit einem Grobzuschlagstoff-Stützgerüst, wobei andere Stützgerüste aus festen, dichten und billigen Zuschlagstoffen Verwendung finden können.

Die Lösung des Problems besteht darin, daß in ein vorbereitetes Gesteinsstützgerüst mit einem Körnungsband von größer 4mm, das nach dichter Lagerung engenäßt worden ist, eine homogene Asche-Wasser-Suspension bis zur vollständigen Ausfüllung der Hohlräume mit Asche-Festsubstand kontinuierlich oder schubweise geschlämmt wird, welche bis zum Erreichen der Suspensionsbindigkeit (Wasserhaltevermögen) feucht gehalten wird.

Die Suspension wird dabei durch intensives Mischen von Wasser und Asche, welche in das Wasser hineingeschüttet wird, hergestellt. Als Mindestwasseranspruch ist hierbei eine Wassermenge zu berücksichtigen, die als bindiges Wasser der Wasseraufnahme der Asche entspricht (Wassermenge entsprechend der freien Hohlraumporosität der Asche im Schüttzustand), wobei die Bestimmung des Mindestwasseranspruches dergestalt passiert, daß eine definierte Menge feinkörnige Asche in einer definierten Menge Wasser hineingerieselt wird und nach ca. 5 Minuten (nach Aschesedimentation im Wasser) das überschüssige freie, nicht von der Asche gebundene Wasser ermittelt wird und von der definierten Gesamtwassermenge abgezogen wird und die errechnete Differenz als Mindestwasseranspruch berücksichtigt wird.

Eine Suspensionsherstellung aus einer Wassermenge, die über dem Mindestwasseranspruch liegt, ist möglich und bei warmer, trockener Witterung und/oder wasserdurchlässigen Untergründen bzw. Begrenzungen erforderlich. Als Grenzbereich für die Wassermenge zur Herstellung der Suspension gilt:

Mindestwasseranspruch :£ Suspensionswassermenge ^ 2xMindestwasseranspruch.

Werden aufwandsminimierte schwachbindige Gesteinsschlämmungen anstelle eines modifizierten Mineralbetons hergestellt, dann können Aschen mit folgenden Kriterien zur Anwendung gelangen:

— Charakter der Asche: entsprechend einem minderwertigen, schwach bindigen, mageren Fertigmörtel, welcher als Suspension mit Mindestwasseranspruch nach optimaler Aushärtung einen rißfreien Körper (Prisma 4 χ 4 χ 16) mit Wasserbeständigkeit ergibt,

— Mindestwasseranspruch: <1,0 x der Aschemasse

— WasserdurchlässigkeitsendwertlKp-Wert nach Darcy) eines ausgehärteten, aus Suspension hergestellten Körpers: <10~⁵

— Korngröße: >70Ma.-%mitd < 0,09mm.

Werden aufwandsreduzierte bindige, dichte und beständige Gesteinsschlämmungen für den Straßen- und Ingenieurtiefbau sowie für Hochbaumaßnahmen und für die Herstellung dichter Betonwaren benötigt, dann müssen die einzusetzenden Aschen folgenden Kriterien genügen:

— Charakter der Aschen: entsprechend einem bindigen, extrem feinkörnigen Fertigmörtel, welcher als Suspension mit Mindestwasseranspruch nach optimaler Endaushärtung einen festen rißfreien Körper (Prisma 4 χ 4 χ 16 mit Druckfestigkeit von > 5 N/mm²) Wasserbeständigkeit ergibt

— Mindestwasseranspruch: <0,9 χ der Aschemasse

— Wasserdurchlässigkeitsendwert (Kp-Wert nach Darcy) eines ausgehärteten, aus Suspension hergestellten Körpers: < 10"⁷ (<10~⁸bei Gesteinsschlämmung)

— Korngröße: >70Ma.-%mitd < 0,09mm

— CaO-Gehalt:>16Ma.-%

Mit der Erfindung ergeben sich folgende Vorteile:

— Einsatz einer aufwandsreduzierten einfachen Technologie für die Realisierung des Prinzips der dichtesten Lagerung bei hoher Gefügedichtheit (maximale Tragfähigkeit).

— Optimaler Wassergehalt in Abhängigkeit vom Aschetyp und von Aschechrakteristik wird in jedem Fall abgesichert.

— Langzeitnegativreaktionen und Schadwirkungen, wie Quellen, Treiben, Lösen usw., werden durch Einleitung aller Asche-Wasser-Reaktionen und somit vollständigen Abschluß aller mineralchemischen Umwandlungsreaktionen durch Suspensionsbildung vermieden bzw. minimiert.

— Durch Einsatz gefügedichter wasserundurchlässiger Zuschlagstoffe, wie Kiesel, Schotter, Splitt und Grobschlag, können bei Verwendung stark wasserundurchlässiger Aschen (geschlämmt nach Endaushärtung) durch gute Korneinbettung realtiv wasserundurchlässige Gesteinskonstruktionen mit analogen Eigenschaften wie ein Bitumenbetpn hergestellt werden (daraus leiten sich Einsatzmöglichkeiten für Wassersperr- bzw. Wasserabdichtungsmaßnahmen im Tiefbau, wasserdichte Betonwaren und Wasserdichtungsmaßnahmen im Hochbau ab).

— Günstige Voraussetzungen sind für Sanierungsmaßnahmen mit einfacher Technologie der als Schlämmung hergestellten Konstruktionen durch Neuverschlämmung mit der gleichen Aschesuspension gegeben.

— Aufschlämmen leichter schädlicher Aschebestandteile, wie z. B. Unverbranntes aus der Asche zur Oberfläche (daraus folgen keine schädigenden Langzeitwirkungen durch derartige Komponenten).

Ausführungsbeispiel

Anhand von 2 Beispielen aus der tiefbaulichen Nutzung wird die Erfindung näher erläutert.

Beispiel 1:

Ersatz einer Konstruktion aus modifiziertem Mineralbeton mit hohen technologischen Aufwendungen durch eine aufwandsminimierte Gesteinsschlämmung mit der gleichen Asche.

Modifizierter Mineralbeton wird mit nachfolgender Typrezeptur für 1 m³ Frischbeton hergestellt:

— 1 914kg gebrochener Zuschlagstoff

— 286kg Braunkohlenfilterasche mit einer Schüttdichte von 1,2kg/i

— 1321 Wasser

Unter der Berücksichtigung einer durchschnittlichen Zuschlagstoffreindichte von 2,7 g/cm³ ergibt sich bei einem Zuschlagstoffeinsatz von 1914kg/m³ ein freier Porenraum von ca. 30 Vol.-%. Würde das Prinzip der dichtesten Lagerung erreicht, dann müßte der Porenraum zumindest mit unverdichteter Asche gefüllt sein, was heißt, daß >360kg Asche (0,3 χ 1 000 x 1,2 = 360) je m³ Frischbeton zum Einsatz gelangen müßten. Dies wird deshalb nicht erreicht, weil der zu geringe Wasserzusatz das Prinzip der dichtesten Lagerung infolge des zu hohen Komreibungsbeiwertes des Asche-Wasser-Gemisches nicht zuläßt.

Wird dieselbe Asche als Suspension in ein vorbereitetes Gesteinsbett aus >4mm Körnern geschlämmt, wird das Prinzip der dichtesten Lagerung realisiert und alle mineralchemischen Reaktionen eingeleitet und zu Ende gebracht, was sich zusätzlich positiv auf die Dichtigkeit auswirkt.

Eine Zusammensetzung derfrischen Gesteinsschlämmung sieht bezogen auf einen m³dann wie folgt aus:

— 1 914 kg Zuschlagstoff mit > 4 mm Korndurchmesser

3001 Suspension — 360 kg Braunkohlenfilterasche in einer Schüttdichte von 1,2 kg/l

— 1801 Wasser.

Die Porosität der Gesteinsschlämmung ist demzufolge um mehr als 6VoI.-% geringer als die Porosität des aufwendig hergestellten Mineralbetons, wobei bei der Gesteinsschlämmung der Porenraum gleichmäßiger und als Mikroporosität mit wasserabweisendem Charakter vorliegt.

Beispiel 2:

Herstellung einer stark wasserabweisenden Straßenkonstruktion als einstufige Gesteinsschlämmung.

Auf ein vorbereitetes, relativ wasserundurchlässiges Planum wird bei kühler, feuchter Witterung eine Splittmenge von Splitt der Körnung 11 bis 32 mm in einer Schichthöhe von 20cm innerhalb einer vorbereiteten Schalung eingebracht und unter Berücksichtigung der vorgeschriebenen Quer- und Längsneigung verteilt. Nach der Verteilung beträgt die Splittmenge ca. 1 900kg/m³ Straßenbett. Eine hochbindige Asche, deren Mörtelfestigkeit nach optimaler Herstellung und Lagerung bei einem Mindestwasseranspruch von 0,6 Masseteilen Wasser, bezogen auf einen Masseteil Asche (Schüttdichte 1 kg/l), 7,5N/mm² beträgt und deren Wasserundurchlässigkeitsendwert = 10~⁸ beträgt, wird mit dem genannten Mindestwasseranspruch zu einer Suspension mittels Fahrmischer verrührt und auf das vorbereitete Splittbett vergossen (ca. 300I Suspension aus 300 kg Asche + 1801 Wasser je m³), bis alle Poren gefüllt sind und dennoch eine ausreichende Oberflächenrauhigkeit abgesichert ist. Nach Endaushärtung (28—56 Tage) hat die Gesteinsschlämmung Eigenschaften, wie hohe Tragfähigkeit, gute Abriebbeständigkeit, hohe Wasserundurchlässigkeit (K_F-Wert: <10~⁹) und hohe Beständigkeit, analog einem hochwertigen Bitumenbeton (Schwarzdecke).

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Herstellung von lagerungs- und gefügedichten Gesteinsschlämmungen, gekennzeichnet dadurch, daß ein Stützgerüst aus porenfreiem Gestein und einem Körnungsband von größer 4 mm aufgebaut wird, dann dasselbe mit Wasser bis zur völligen Beseitigung von anhaftenden Verunreinigungen angefeuchtet wird, anschließend der freie Hohlraum des Stützgerüstes mit einer homogenen Wasser-Asche-Suspension kontinuierlich oder schubweise ausgeschlämmt wird und daß schließlich bis zur Erreichung der Suspensionsbindigkeit die so hergestellten Gesteinsschlämmungen feucht gehalten werden.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Gesteinsgerüst aus Splitt, Schotter, Kiesel-oder Grobschlag geschüttet wird.
3. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß das Gesteinsgerüst aus Pflastersteinen gesetzt wird.
4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Wasser-Asche-Suspension durch Einrühren von Aschein Wasser hergestellt wird.
5. Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß als Wasermenge der Wasser-Asche-Suspension in der Größenordnung

Mindestanspruch < Wassermenge < 2mal Mindestwasseranspruch gewählt wird, wobei der Mindestwasseranspruch der als bindiges Wasser der Wasseraufnahme der Asche, geschüttet in Wasser, entspricht.
6. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß für minderwertige Gesteinsschlämmungen im Straßen- und Ingenieurtiefbau Aschen mit folgenden Kriterien eingesetzt werden:

Prüfkörper (Prisma 4 χ 4 x 16,

aus Wasser-Asche-Suspension mit

Mindestwasseranspruch menge gegossen

und optimal ausgehärtet: Rißfrei, wasserbeständig

Mindestwasseranspruch: <1,0 χ der Aschemasse

Wasserdurchiässigkeitsendwert (Kp-Wert nach Darcy) eines ausgehärteten aus Suspension hergestellten Körpers: < 10~⁵ Korngröße: >70Ma.-%mitd < 0,09mm
7. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß für hochwertige, bindige Gesteinsschlämmungen mit Betoncharakter Aschen mit folgenden Kriterien

Prüfkörper (4 χ 4 χ 16,

aus Wasser-Asche-Suspension mit

Mindestwasseranspruch gegossen

und optimal ausgehärtet: fest, rißfrei, wasserbeständig, Druckfestigkeit > 5N/mm² Mindestwasseranspruch: <0,9 χ der Aschemasse

Wasserdurchiässigkeitsendwert (Kp-Wert nach Darcy) eines ausgehärteten aus Suspension hergestellten Körpers: < 10~⁷ (<10~⁸bei Gesteinsschlämmung)

Korngröße: >70Ma.-%mitd < 0,09mm

CaO-Gehalt: >16Ma.-%

eingesetzt werden.