DD274206A1

DD274206A1 - Verfahren zum autoklavlosen herstellen silikathydratgebundener bauelemente

Info

Publication number: DD274206A1
Application number: DD88318161A
Authority: DD
Inventors: Jochen Auerbach; Heinz Schmid; Horst Apel; Frank Reitz
Original assignee: Steinkohlenkokereien August Be
Priority date: 1988-07-21
Filing date: 1988-07-21
Publication date: 1989-12-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum autoklavlosen Herstellen silikathydratgebundener Bauelemente. Das Ziel der Erfindung besteht in der Loesung der Aufgabe, solche Verfahrensbedingungen zu entwickeln, die das Haerten von aus Stein- und/oder Braunkohlen-Verbrennungsrueckstaenden und gegebenenfalls Karbidkalkhydrat und Wasser hergestellten Formlingen im Durchlauf durch eine Dampfkammer ohne erhoehten Druck ermoeglicht. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass der fuer die Bauelementen-Qualitaet entscheidende Teil der gefuegeauflockernden Hydratationsreaktionen im befeuchteten Einsatzkomponentengemisch vor den Zeitpunkt der Pressverdichtung verlegt wird und damit trotz weniger intensiv ablaufender festigkeitsbildender Reaktionen unter Verzicht auf eine Autoklavhaertung die bisher erreichte Bauelementen-Festigkeit erreicht und ueberboten wird. Die Erfindung ist anwendbar bei der Nutzung von Stein- und/oder Braunkohlenverbrennungsrueckstaenden durch die Betreiber von Kesselanlagen sowie in der Baumaterialienindustrie.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum autoklavlosen Herstellen silikathydratgebundener Bauelemente, wie es zur energieökonomischen Nutzung von Stein- und/odei Braunkohlenverbrennungsrückständen bei gleichzeitiger Gewinnung von Baustoffen benötigt wird. Sie kann von Betreibern stein- und/oder braunkohlebefeuerter Kesselanlagen und in der Baumaterialienindustrie angewendet werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß Mischungen aus reaktionsfähigen Calciumverbindungen und SiO₂-haltigen Materialien unter Zusatz von Wasser nach hydrothermaler Härtung im Autoklaven bei 0,6 bis 1,0MPa und 150 bis 200⁰C relativ feste Formkörper ergeben. Der Härtevorgang im Autoklaven besteht aus einer Aufheizperiode von etwa 1 bis 4 Stunden, einer isothermen Halteperiode von 5 bis 10 Stunden und einer Abkühlperiode von etwa 2 bis 4 Stunden. Die bekannten Nachteile des Autoklavisierens, wie diskontinuierliche Arbeitsweise, ungenügende Auslastung des Autoklavvolumens, der hrhe Wärmebedarf und die hohen Anlagenkosten waren Ausgangspunkt für wiederholte Versuche, die Härtung von entsprechenden Komponentengemischen ohne das Anwenden von Autoklaven durchzuführen. Dies führte zu der Lösung, nach der feinstverteilte oder kolloidale Oxide, Hydroxide oder Oxihydrate von Metallen, wie Mg, Al, Zn, Fe, Cr oder Ti oder des Si unter Zusatz von Wasser vermischt werden und sich bei Temperaturen unter 100°C verfestigen.

Bei diesen niedrigen Behandlungstemperaturen und der Mischungszusammensetzung des Systems mit einem im Vergleich zu Kalksandstein sehr hohen Kalkanteil findet im allgemeinen keine Umsetzung zu neuen festigkeitsbildenden Phasen statt, sondern die auftretenden Bindungen sind vorwiegend physikalischer oder kolloidchemischer Natur. Auf Grund dieser Bindup.gsverhältnisse waren nur geringe Festigkeiten erzielbar ^p'nd Anwendungen als Bauelemente nicht möglich. Es wird euch ein Verfahren zur Herstellung selbsterhärtender Massen aus Mischungen von Flugasche, Kalkschlamm und einem Zusatz von Alkalilauge beschrieben. Nach erforderlicher Preßverdichtung erfolgt die Härtungsreaktion mittels 14tägiger Luftlagerung. Bei den ohne Autoklaven arbeitenden Verfahren ist auch das Anwenden feinverteilter SiCyhaltiger Rohstoffe bekannt sowie der Zusatz wasserlöslicher Substanzen. Dies sind entweder nichtalkalisch reagierende Salze, wie CaCI₂, oder alkalische Stoffe, wie NaOH, Na₂CO₃ und Wasserglas.

Diese bekannten Versuchs oder Verfahren führten zu Produkten, deren Eigenschaften die der im Autoklaven gehärteten Formkörper nicht erreichen. Deshalb wird in der Literatur die Autoklavhärtung als unerläßlich angesehen. Neuere Untersuchungen haben zu einer Reihe weiterer Verfahrensvorschläge geführt.

So schlägt die DE 3411010 das Verwenden von Flugstaub als Zusatzstoff ft""·'3eton vor. Die CaO enthaltenden Flugstäube werden danach befeuchtet und mit speziellen Zusatzmitteln deponiert, bis sich der Gehalt an freien Ca-Verbindungen auf weniger als 1,5% reduziert hat. Danach erfolgt das Trocknen und Zerkleinern, um als Betonzuschlag verwendet werden zu können.

Die DD 233120 sieht das Herstellen dampfgehärteter Calniumhydrat-Formkörper mittels Kalk-Kieselsäure-Gemisch dadurch vor, daß als reaktionsfähige Si0₂-Komponente ein SiO₂-reicher Rückstand aus der wäßrigen salz- oder salpetersauren Extraktionsaufbereitung von aktivierten Silikaten verwendet wird.

Ein Verfahren zum Herstellen von Bauelementen aus Verbrennungsrückständen macht die DE 3524693 bekannt. Unter Ausnutzung der hydraulischen Bindekräfte der Verbrennungsrückstände wird zunächst ein Rohblock hergestellt, der nach erfolgter Aushärtung zu Splitt zerkleinert wird. L^;eser Splitt wird mit weiteren CaO-haltigen Bindemitteln gemischt, bei erhöhten Temperaturen gelagert, in Formen gepreßt und danach gehärtet.

Eine weitere Variante für das autoklavlose He:stellen von Bauelementen beschreibt die DD 240734. Nach dieser Lösung wird Braunkohlenfilterasche bei einem Mischvorgang gleichmäßig mit 5 bis 20% Wasser benetzt, danach in Abhängigkeit vom Wasseranteil bis zur Kompressibilitätsgrenze verpreßt und unter Lufterhärtung abgebun^. j.i. Schließlich wird mit der DD 242 609 vorgeschlagen, Braunkohlenfilterasche als hydraulisches Bindemittel einzusetzen, indem bei der Beton- oder Mörtelherstellung vor der Zuschlagstoff- und Zementzugabe zunächst aus dem Anmachwasser und der Filterasche eine Aschesuspension erzeugt

Die neueren Entwicklungen machen deutlich, ausreißend qualifizierte Baustoffe vor allem durch das weitgehende Abbinden der sogenannten freien Calciumverbindungen der Verbrennungsrückstände zu erreichen. Dabei werden zusätzliche Abbinde- oder Deponievorgänge in Kauf genommen. In gleicherweise sind Vorschläge einzuordnen, die das Suspendieren oder Einsumpfen der zu verwendeten Abprodukte vorsehen.

Eine nutzbare Lösung für das Herstellen von kleinformatigen Wandbauelementen ohne zusätzliche und die kontinuierliche Fertigung unterbrechende Verfahrensschritte, die unabhängig vom Zusatz spezieller SiOj-haltiger Produkte oder siedepunkterhöhender Stoffe für die autoklavlose Bauelementeproduktion auf der Basis von Stein- und/oder Braunkohlenverbrennungsrückstände angewendet werden kann, wurde bisher noch nicht vorgeschlagen.

Ziel der Erfindung

Das Ziei der Erfindung besteht in der Bauelementeherstellung auf der Basis von Stein- und/oder Braunkohlenverbrennungsrückstände unter Umgehung des Einsatzes weiterer SiCVhaltiger Feinststoffe, siedepunkterhöhender Zusätze und der energieaufwendigen Autoklavhärtung.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solcher Verfahrensbedingungen zu entwickeln, die das Härten der unter Einsatz von Stein- und/oder Braunkohlenverbrennungsrücksvänden erzeugten Formlinge im Durchlauf durch eine Dampfkammer ohne erhöhten Druck ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der für die Bauelementen-Qualität entscheidende Teil der gefügeauflockernden Hydratationsreaktionen im befeuchteten Einsatzkomponentengemisch vor den Zeitpunkt der Preßverdichtung verlegt wird und damit trotz weniger intensiv ablaufender festigkeitsbildender Reaktionen unter Vr rzicht auf eine Autoklavhärtung die bisher erreichte Bauelementen-Festigkeit erreicht und überboten wird.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß die in Stein- und/oder Braunkohlenverbrennungsrückständen enthaltenden Anteile an CaO und MgO in einem für das Einleiten der Bildungsreaktionen für die Calciumhydrogensilikate ausreichendem Maße hydratisiert werden, wenn dem befeuchteten Einsatzkomponentengemisch grobkörnige Rückstandsvarietäten zugese::*.

werden, das vorgemischte Feuchtgut einer Mindestreifezeit unterzogen und/oder einsm nachträglichen intensiven Zwsngsmischprozeß unterworfen wird. Als bedeutungsvoll hat sich ebenfalls herausgestellt, d?ß nach der Preßverdichtung die festigkeitsbildenden Reaktionen um so stärker zur Wirkung kommen, je schneller die erzeugten Formlinge einer Darppfatmosphäre ausgesetzt werden.

Das zielstellungsgemäße Verfahren zum autoklavlosen Herstollen silikathydratgebundener Bauelemente auf der Grundlage des Erzeugens eines Gemisches aus Stein- und/oder Braunkohlenverbrennungsrückständen, Karbidkalkhydrat und Wasser, anschließendes Formen von Bauelementen mittels Preßverdichtung und durch hydrothermale Härtung sieht demzufolge vor, daß als Stein- und/oder Braunkohlenverbrennungsrückstände Flugaschen im Kornband zwischen 2 und 0mm verwendet werden, wobei diesen Flugaschen bis zu 15 Ma.-% Rostasche im Kornband zwischen 20 und 1 mm zugesetzt wird.

In an sich bekannter Weise werden diesem Gemisch Anteile von etwa 15 bis 20 Ma.-%, bezogen auf die gesamte Trockensubstanz, Karbidalkhydrst hinzugefügt. Nach Homogenisieren der Trockensubstanz werden dem Gemisch 18 bis 24Ma₁-⁰ZoWaOSCrbezogen auf die gesamte Trockensubstanz-zugesetzt. Nach innigem Vermischen wird eine Reifezeit für das Feuchtgemisch von wenigstens 15 Minuten vorgesehen, bevor das gereifte Vorgemisch in einer zweiten Zwangsmischstufe nochmals homogenisiert wird.

Daran schließt sich das Herstellen der Formlinge durch Preßverdichtung und Formung mit Preßdrücken zwischen 80 und 120MPa an. Die erzeugten Formlinge gelangen daraufhin sofort oder spätestens nach 30 Minuten Vorausstehzeit in eine mit Dampf beaufschlagte Kammer, wo sis durch einen wenigstens Bstündigen Aufenthalt ohne erhöhten Druck bei Temperaturen zwischen 80 und 95^CC gehärtet werden.

Nach Verlassen der Dampfkammer verfugen die Bauelemente über eine Mindestfestigkeit von 4 N/mm² und sind umschlagsfähig.

Es gehört zum Wesen der Erfindung, daß die Zugabe von Karbidkalkhydrat auf etwa 8 bis 10Ma.-% reduzir rt wird, wenn die Alkalität der eingesetzten Flugaschen in einer Suspension aus 1 g Flugasche und 150g Wasser mit einer Temperatur zwischen 20 und 3O⁰C nach etwa 1 Minute Kontaktze'¹. mit einem pH-Wert von etwa 9 ausgewiesen wird.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Erfindung dadurch vorteilhaft nutzbar, indem die Zugabe von Karbidalkhydrat auf 4 bis

0 Ma.-% reduziert wird, wenn die Alkalität der eingesetzten Flugaschen in einer Suspension aus 1 g Flugasche und 150g Wasser mit einer Temperatur zwischen 20 und 30°C nach etwa 1 Minute Kontaktzeit mit einem pH-Wert von wenigstens 11 ausgewiesen wird.

Erfindungswesentlich ist auch die Verfahrensvariante, bei der das sogenannte Reifen des Feuchtgemisches während der Kontaktzeit von der Wasserzugabe bis zur Preßverdichtung überwiegend bei mechanicher Mischgutbeanspruchung in einem Zwangsmischer durchgeführt wird.

Die bewirkte Scherbeanspruchung des befeuchteten Mischgutes führt im Zusammenwirken mit den grobkörnigeren Mischungsbestandteilen in Form der zugesetifen Rostasche offensichtlich zu solchen Hydratationseffekten, die einerseits die in den Verbrennungsrückständen enthaltenen Erdalkalioxide als sogenannte Betonschadstoffe in ihrer Wirkung entscheidend einschränken und andererseits zur Bereitstellung des alkalischen Mediums für das Ausbilden der Calciumhydrogensilikate beitragen.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachstehend mit Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1:

In einer Fertigungsstätte für Wandbausteine werden aus Rückständen der Dampferzeuger!: steuerung unter bedarfsweisem Zusatz von Karbidkalkhydrat mittels Preßverdichtung eines Feuchtgemisches i:nd anschließende Härtung in einer chne erhöhten Druck betriebenen Dampfkammer Bauelemente im normalen Ziegelformat hergestellt. Es kommen Steinkohleverbrennungsrückstände zum Einsatz. Die verwendete Trockensubstanz besteht aus 7 Masseteilen Flugasche,

1 Masseteil Rostasche und 2 Masseteilen Karbidkalkhydrat.

Nach Befeuchtung des Trockengemischs weist das Feuchtgemisch einen Wassergehalt von 18Ma.-% auf. Vor dem abschließenden Zwangsmischen des Feuchtgemischs in ein am Mischaggregat mit einer Materialverweilzeit von 1,5 Minuten beträgt der Aufenthalt im Fördersystem zwischen der Feuchtgemischherstellung bis zum Zwangsmischer vor dem Preßaggregat 16 Minuten. Die Preßverdichtui.j erfolgt mit einem Preßdruck von etwa 90MPa. Die erzeugten Formlinge gelangen nach längstens 15 Minuten in eine Dampfkammer ohne erhöhten Druck, in dar Temperaturen bis zu 95⁰C herrschen. Die Formlinge werden nach 9,5 Stunden der Dampfkammer entnommen. Nach witterungsgeschützter Lagerung weisen sie folgende Festigkeitswerte auf:

18 Stunden nach Entnahme aus der Dampfkammer = 6,5N/mm²

140 Stunden nach Entnahme aus der Dampfkammer = 7,2n/mm² 450 Stunden nach Entnahme aus der Dampfkammer =8,4 N/mm².

Beispiel 2:

In der gleichen Fertigungsstätte wie bei Beispiel 1 kommen Stein- und Braunkohlenverbrennungsrückstände zum Einsatz, die aus der Mischbekohlung der Dampferzeuger des angeschlossener. Kesselhauses resultieren. Die verwendete Trockensubstanz besteht aus 8,5Masseteilen Flugasche, 0,5 Masseteilen Rostasche und 1 Masseteil Karbidalkhydrat.

Nach Befeuchtung des Trockengemischs weist das Feuchtgemisch einen Wassergehalt von 17,5 Ma.-% auf. Vor dem abschließenden Zwangsmischen des Feuchtgemisches in einem Mischaggregat mit einer Verweilzeit von 3 Minuten beträgt der Aufenthalt im Fördersystem zwischen der Feuchtgemischhersteilung bis zum Zwangsmischer vor dem Preßaggregat 20 Minuten. Die Preßverdichtung erfolgt wie im Beispiel 1. Die erzeugten Formlinge gelangen nach etwa 12 Minuten in die Dampfkammer, in der ohne erhöhten Druck durch Sattdampfeinspeisung mittlere Temperaturen von 85°C herrschen.

Die Formlinge werden der Dampfkammer nach 8 Stunden entnommen und witterungsgeschützt gelagert.

Sie weisen die folgenden Festigkeitswerte juf:

18 Stunden nach Entnahme aus der Dampfkammer = 4,5N/mm²

140 Stunden narh Entnahme aus der Dampfkammer = 7,1 N/mm² 450 Stunden nach Entnahme aus der Dampfkammer = 8,1 N/mm².

Beispiel 3:

In der Fertigungsstätte analog Beispiel 1 kommen Braunkohlenverbrennungsrückstände zum Einsatz. Die verwendete Trockensubstanz besteht aus 8,5 Masseteilen Flugasche und 1,5 Masseteilen Rostasche. Nach Befeuchtung des Trockengemisches weist das Feuchtgemisch einen Wassergehalt von 15,5 Ma.-% auf. Der Aufenthalt im Fördersystem zwischen Feuchtgemsich-Herstellung und Zwangsmischer vor dem Preßaggregat beträgt 6 Minuten. Die Verweilzeit des Feuchtgemischs im Zwangsmischer beträgt 12 Minuten. Die Preßverdichtung erfolgt wie im Beispiel 1. Die Formlinge gelangen nach 30 Minuten in die Dampfkammer, in der ohne erhöhten Druck durch Dampfeinleitung mittlere Temperaturen von 9O⁰C herrschen. Nach 6 Stunden werden die Formling entnomme η und witterungsgeschützt gelagert. Sie weisen folgende Festigkeitswerte auf: 18 Stunden nach Entnahme aus der Dampfkammer = 4,1 N/mm²

140 Stunden nach Entnahme ais der Dampfkammer = 5,5N/mm² 450 Stunden nach Entnahme aus der Dampfkammer = 6,7 N/mm².

Claims

1. Verfahren zum autoklavlosen Herstellen silikathydratgebundener Bauelemente durch Erzeugen eines Gemisches aus Stein- und/oder Braunkohlenverbrennungsrückständen, Karbidkalkhydrat und Wasser, mittels Preßverdichtung zu Bauelementen geformt und hydrothermal gehärtet wird, gekennzeichnet dadurch, daß als Stein- und/oder Braunkohlenverbrennungsrückstände Flugaschen im Kornband zwischen 2 und 0 mm verwendet werden, denen ein Anteil von bis zu 15 Ma.-% Rostasche im Kornband zwischen 20 und 1 mm zugesetzt wird, daß diesem Gemisch in an sich bekannter Weise etwa 15 bis 20 Ma.-%, bezogen auf die gesamte Trockensubstanz, Karbidkalkhydrat hinzugefügt werden und das Befeuchten mit 18 bis 24Ma.-%, bezogen auf die gesamte Trockensubstanz, Wasser sowie ein inniges Vermischen erfolgt, anschließend eine Reifezeit von wenigstens 15 Meuten vorgesehen wird, bevor das gereifte Feuchtgemisch in einer zweiten Zwancsmischstufe noom.ials homogenisiert und anschließend in an sich bekannter Weise mit Preßdrücken von etwa 80 bis 120MPa preßverdichtet und geformt wird, bevor die erzeugten Formlinge nach höchstens 30 Minuten Vorausstehzeit durch wenigstens 6 Stunden Aufenthalt in einer dampfbeaufschlagten Kammer ohne erhöhten Druck bei Temperaturen zwischen 80 und 95°C gehärtet werden.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zugabe von Karbidkalkhydrat auf etwa 8 bis 10 Ma.-% reduziert wird, wenn die Alkalität der eingesetzten Flugaschen in einer Suspension aus 1g Flugasche und 150g Wasser mit einer Temperatur zwischen 20 und 30⁰C nach etwa 1 Minute Kontaktzeit mit einem pH-Wert von etwa 9 ausgewiesen wird.

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zugabe von Karbidkalkhydrat auf 4 bis 0Ma.-°/c reduziert wird, wenn die Alkalität der eingesetzten Flugaschen in einer Suspension aus 1 g Flugasche und 150g Wasser mit einer Temperatur zwischen 20 und 3O⁰C nach etwa 1 Minute Kontaktzait mit einem pH-Wert von wenigstens 11 ausgewiesen wird.

4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß das sogenannte Reifen des Feuchtgemisches während der Kontaktzeit von der Wasserzugabe bis zur Prozeßverdichtung überwiegend bei mechanischer Mischgutbeanspruchung in einem Zwangsmischer durchgeführt wird.