DD290176A5 - Baustoff fuer gebettete bauelemente - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Baustoff fuer gebettete Bauelemente. Die Baustoffkomponenten Elektroofenzerfallsschlacke und Kalzinatstaub der keramischen Industrie werden ohne Einsatz eines konventionellen Bindemittels innig mit Wasser vermischt und anschlieszend verfestigt. Der Baustoff wird in einem Drei-Phasen-Prozesz in einem frostunempfindlichen gebundenen Zustand ueberfuehrt, der wegen seiner langzeitigen Entwicklung die Herausbildung mechanisch erzeugter Strukturdefekte kompensiert.{Bauelement; Befestigungsschichten; Baustoff; Baustoffkomponenten; Elektroofenzerfallschlacke; Kalzinatstaub; Wasser; Vermischung; Verfestigung; Hydrolyse; Tragfaehigkeit; Verschleiszfestigkeit; Riszfestigkeit}

Description

enthält, Kalzinatstaub der keramischen Industrie, der als Hauptbestandteile

AI₂O₃ - Masseanteil in % 30-40

Fe₂O₃ - Masseanteil in % 1,5-4

CaO - MasseanteMin% 0,5-1,0

Alkalien - Masseanteil in % 1,5-2 SiO₂ - Masseanteil in % 40-50 sowie

Spuren von MgO

enthält und aus natürlichem Lockergestein und/oder anderen körnigen, festen, wasserlöslichen Stoffen silikatischer Art besteht, wobei der Masseanteil der Elektroofenzerfallsschlacke an der Gesamtmasse 6-24% und der Masseanteil des Kalzinatstaubes an der Gesamtmasse 6-12% beträgt und der Masseanteil beider Komponenten zwischen 12% und 30% liegt.

2. Baustoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Korngrößenverteilung der Elektroofenzerfallsschlacke 0-2 mm beträgt.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Befestigungsschichten für gebettete Bauelemente, insbesondere auf Tragschichten in Straßenkonstruktionen, Trag-Deckschichten von Baustraßen, Wegen, Abstell- und Lagerplätzen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In vielen Ländern werden Hütten- und Stahlwerksschlacken für verschiedene Zwecke verwendet. In WP C04 B/277756-1 werden hauptsächliche Anwendungsrichtungen von Stahlwerksschlacken beschrieben. Konverterschlacken besitzen im Vergleich zu Siemens-Martin-Schlacken eine größere Zerfallsneigung bei Wasserzutritt, die auf den dispergieren Kalkgehalt, vielmehr jedoch auf die Oxidation und Hydratation der reichlich vorhandenen Wüstitphase zurückgeführt wird. Aufgrund dieser Eigenschaft des schalenartig fortschreitenden Zerfalls der Körner wird Konverterschlacke als schlechter Baustoff bezeichnet, der für die Verwendung als Zuschlagstoff in zementgebundenen Baustoffen nicht geeignet ist und daher nicht existiert. Als Mineralgemisch mit geeigneter Korngrößenverteilung wird Konverterschlacke in größerem Umfang verwendet, um sogenannte „ungebundene Tragschichten" für Straßenkonstruktionen herzustellen. In WP C04B/277756-1 wird f;in BauMoff beschrieben, der aus Siemens-Martin-Schlacke und kalkreicher Flugasche besteht, und der gegenüber Witterungserscheinungen und mechanischen Einwirkungen überaus resistent ist. Publikationen über die Anwendung von Flugaschen zur Herstellung von Baustoffen in Kombination mit natürlichem Lockergestein sind sehr zahlreich. Es ist auch eine technisch verwertete Lösung bekannt, daß Siemens-Martin-Schlacken als Hauptkomponente als homogen korngrößenverteilter Mineralbeton mit Zusätzen aus natürlichem Lockergestein auch Formsand aus Eisengießereien versehen werden, um die Rohdichte des verdichteten Gemisches und somit die Schubfestigkeit und den Verformungswiderstand der daraus gefertigten Tragschichten zu erhöhen.

Zur Stabilisierung bindiger Böden werden bekanntlich mit gutem Erfolg CaO und Ca(OH)₂ eingesetzt. Flugaschen mit einem hohen CaO-Gshült können, jedoch mit größeren Masseanteilen, ersatzweise hierfür verwendet werden. Diese Lösung ist jedoch nur zweckmäßig, wenn im Lockargestein genügend Tonminerale zum Austausch der Kalzium-Kationen verfügbar sind. Bei Schlufien wirken primär der Wasserentzug zur Hydratation des Kalziumoxids und sekundär durch Karbonisierung die Bildung von Ca₂CO₃, das zwar wasserunlöslich ist, jedoch die Mikroporosität und somit die Quellneigung nur begrenzt herabsetzt. Zur höheren Verfestigung der natürlichen Lockergesteine werden daher hydraulische Bindemittel eingesetzt, die Festigkeiten der geforderten Größe gewährleisten können. Dabei nimmt die Frost-Tau-Beständigkeit mit abnehmender Korngröße des Lockergesteins ebenfalls ab. Die notwendige Verarbeitung hydraulischer Bindemittel im Feld führt wegen der kontraktiven

Eigenschaften dlosor Stoffe infolge der Notwendigkeit, bei kleinen Korngrößen des Lockergesteins wegen Ihrer großen spezitischen Oberfläche mehr Bindemittel als bei Grobzuschlagstoffen anwerben zu müssen, zu Schwindneigungen und daraus folgenden Rissen in größerem Abstand. Diese Risse bilden In Fahrbahnen Int^mogenitätserscheinungen mit nachteiligen Folgen für überlagernde Schichten und für die Langzoitbeständigkoit.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, olnon Baustoff für gebettete Bauelemente aus natürlichem Lockergestein und/oder anderen feinkörnigen Baustoffkompononton sowie Zusatzstoffen in Form von Sekundärrohstoffen zu schaffen, die eine Anwendung künstlich hergestellter Bindemittel nicht erforderlich macht, deren Lebensdauer und Qualität den Nutzererwartungen entspricht und die in dor Produktion geringere ökonomische und energetische Aufwendungen verursacht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, metallurgische Schlacken und Industrieanfallstoffe der Keramikproduktion im Zusammenwirken mit natürlichem und/oder gebrochenem natürlichen und/oder künstlichem Gestein anzuwenden, um ohne Einsatz konventioneller Bindemittel einen Baustoff für gebettete Bauelemente herstellen zu können, der den Anforderungen an Tragfähigkeit, Verschleißfestigkeit und Rissefreiheit entspricht.

Erfindungsgemäß wird dio Aufgabe mit einem Baustoff für gebettete Bauelemente unter Verwendung von Schlacke dadurch gelöst, daß er aus den mit Wasser gemischten Komponenten Elektroofenzerfallsschlacke, die als Hauptbestandteile

SiO - Masseanteil in % 5-15 AIjO₃ - Masseanteil in % 3-5 FeO - Masseanteil in % 5-10 Fe_v0₃ - Masseanteil in % 8-16 MnO - Masseanteil in % 2-5

i'tOi - Masseanteil in % 1-4

CaO - Masseanteil in % 50-60 S - Masseanteil in % 0-0,5

enthält, Kalzinatstaub der keramischen Industrie, der als Hauptbestandteile

AI₂O₃ - Masseanteil in % 30-40 Fe₂O₃ - Masseanteil in % 1,5-4 CaO - Masseanteil in % 0,5-1,0

Alkalien - Masseanteilin% 1,5-2 SiOj - Masseanteilin%40-50sowie

Spuren von MgO

enthält und aus natürlichem Lockergestein und/oder anderen körnigen, festen, wasserlöslichen Stoffen silikatischer Art besteht, wobei der Masseanteil der Elektroofenzerfallsschlacke an der Gesamtmasse 6-24% und der Masseanteil des Kalzinatstaubes an der Gesamtmasse 6-12% beträgt und der Masseanteil beider Komponenten zwischen 12% und 30% liegt. Für eine optimale Verfestigung des Komponentengemisches ist vorzugsweise Elektroofenzerfallsschlacke mit einer Korngrößenverteilung von 0-2 mm zu verwenden.

Nach einer Vielzahl langwieriger Versuche werden die bindigen Erdstoffe in einem Drei-Phasen-Prozeß in einem frostunempfindlichen gebundenen Zustand überführt, der wegen seiner langzeitigen Entwicklung die Herausbildung mechanisch erzougter Strukturdefekte kompensiert. In der ersten Phase des Prozesses zur Umwandlung des Tonminerals bindiger Böden erhöht der im Komponentengemisch des Baustoffe enthaltene freie Ca(OH)₂-Gehalt den pH-Wert und trägt damit zur erhöhten Lösungsgeschwindigkeit der Mineralstoffe bei und führt zur Umwandlung des Tonmi.-ierals bindiger Böden durch den Austausch von Kalzium- und Natriumionen, aber auch Magnesiumionen. In der zweiten Phase oqs Prozesses erfolgt die Bildung von Kalziumhydrosilikaten und Kalziumalumlnatsilikaten. In der dritten Phase des Prozesses w^;rd auf der Grundlage der Hydrolyse über einen langen Zeitraum durch puzzolanische Reaktionen eine weitere Verfestigung hervorgerufen, bis durch den Verbrauch von Kalzium für die neuen Reaktionsprodukte ein chemischer bedingter Gleichgewichtszustand herbeigeführt wirJ. Die technische Wirkung der Erfindung bestoht darin, daß die erfindungsgemäß hergestellten Schichten von gebetteten Bauelementen bereits wenige Stunden nach der Herstellung genutzt bzw. einer weiteren Verwendung zugeführt werden können, ohne daß z. B. bei Straßenkonstruktionen Spurbildungen entstehen. Weiterhin werden durch die langzeitig wirkende physikechemische Strukturkinetik mechanische Störungen der materiellen Struktur behoben. Zur Unterstützung der Hydrolyse in Trockenperioden ist eine ständige Feuchthaltung zu gewährleisten. Dabei hat es sich bewährt, speziell bei Verkehrsflächen seitlich gelegene Erdstoffe bindiger Art, z. B. in einer Dicke von 30-60 mm, aufzutragen und feuchtzuhalten. Bei Temperaturabfall und zeitweiliger Austrocknung kommt die Festigkeitsbildung zum Stillstand. Bei wieder verfügbarer Temperatur und Feuchte wird der Prozeß fortgesetzt. Zwischenzeitlich eintretende Frosteinwirkungen können im frühen Stadium der Entwicklung durchaus zur Herausbildung lokaler oder auch umfassender Strukturdefekte führen, die aber bei höheren Temperaturen mit ausreichendem Wassergehalt wieder geschlossen werden.

Die ökonomische Wirkung besteht darin, daß zur Herstellung der Baustoffkomponenten im Gegensatz zu konventionellen Bindemitteln keine Prozeßenergie erforderlich ist und daß Sekundärrohstoffe in den Wirtschaftskreislauf zurückgeführt werden und damit eine Senkung des spezifischen ökonomischen Aufwandes erreicht wird.

AusfOhrungsbelsplele Die Erfindung soll anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

1. Ausführungsbeispiel

Ein Erdstoff mit der Korngrößenverteilung

0-0,002 mm - Masseanteil in % 6

0,002-0,063mm - Masseanteil in % 9

0,063-0,1 mm - Masseanteilin% 6

0,09-0,25mm - Masseanteil in % 14

0,25-0,5mm - Masseanteilin% 15

0,5-1,0 mm - Masseanteil in % 25

1,0-2,0 mm - Masseanteil in % 25

wird mit 18% Masseantell Elektroofenzerfallsschlacke und 6% Masseanteil Kalzinatstaub, bezogen auf die Trockensubstanz des Gesamtgemisches mit Hilfe bekannter Technologien der Bodenstabilisierung mit 8% Masseanteil Wtisser, bezogen auf die Trockensubstanz der Gesamtmasse, innig vermischt und mittels Gummiradwalzen bis zur Erreichung des für die Verdichtungsintensität möglichen Maximums der Trockenrohdichte verdichtet. Bei Trockenperioden ist für den Zeitraum von 10-14 Tagen eine ständige Feuchthaltung zu gewährleisten. Dabei hat es sich bewährt, speziell bei Verkehrsflächen, seitlich gelegene Erdstoffe bindiger Art in einer Dicke von 30-50 mm aufzutragen und täglich 1 mal anzunässen. Nach 28 Tagen wird eine Biegezugfestigkeit erreicht, die eine rissefreie Konstruktion bei einer Schichtdicke von 200mm gewährleistet. Bei Temperaturen um20^oCwirdeine28-Tage-FestigkeitvonRt₎₁» 2 N/mm² und Rd» 12 bis 15 N/mm² erreicht.

2. Ausführungsbeispiel

Ein Erdstoff mit einer Korngrößenverteilung

0-0,002 mm - Masseanteil in % 30

0,002-0,063mm - Masseanteil in% 18

0,063-1,0mm - Masseanteil in % 52

1,0-2,0mm - Masseanteilin% 0

wird mit 24% Masseanteil Elektroofenzerfallsschlacke und 4% Masseanteil Kalzinatstaub analog zum 1 .Ausführungsbeispiel mit 14% Masseanteil Wasser innig, vorzugsweise mittels Bodenfräse, gemischt und anschließend verdichtet. Die gemäß des 1 .Ausführungsbeispieles vorgenommene Nachbehandlung sorgt dafür, daß die Voraussetzung für die Hydrolyse erfüllt wird. Nach 28 Tagen wird eine Druckfestigkeit von 10 N/mm² und (tine Biegezugfestigkeit von 1,5N/mm² ermittelt, wobei die Lagerungstemperatur 22⁰C betrug. Nach 56 Tagen wird eine Erhöhung d*r Festigkeit um 20% festgestellt.

Claims (1)

1. Baustoff fürgebettete Bauelemente unter Verwendung von Schlacke, gekennzeichnet dadurch, daß er aus den mit Wasser gemischten Komponenten Elektroofenzerfallsschlacke, die als Hauptbestandteile

SiO - Masseanteil in % 5-15

AI₂O₃ - Masseanteil in % 3-5

FeO - Massoanteilin% 5-10

Fe₂O₃ - Masseanteil in % 8-16

MnO - Masseanteil in % 2-5

P₂O₅ - Masseanteil in % 1-4

CaO - Masseanteil in % 50-60

S - Masseanteil in % 0-0,5