DE10120837C1

DE10120837C1 - Verfahren zur Herstellung eines Betonzusatzstoffes unter Verwendung von Flugaschen

Info

Publication number: DE10120837C1
Application number: DE2001120837
Authority: DE
Inventors: Lutz Stache; Olaf Kotzan; Guenter Schwertfeger
Original assignee: Mac Mix Baustoffe & Co KG GmbH
Current assignee: Mac Mix Baustoffe & Co KG GmbH
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2021-04-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Betonzusatzstoffes, unter Verwendung von Aschen, insbesondere von Flugaschen aus mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerken, wobei diese Aschen miteinander in einem bestimmten Verhältnis vermischt werden. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Betonzusatzmittel aus Flugaschen herzustellen, welches eine Verfärbung im Beton, in Putzen und Mörteln vermeidet, zu einer Senkung des Wasseranspruches des Gesamtgemisches führt, ein Schwinden und Quellen des Betons verhindert und organische Fehlstellen ausschließt. DOLLAR A Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass DOLLAR A als Flugasche eine CaO-arme Braunkohlenflugasche (BFA) mit einem Gesamtkalkgehalt von maximal 15 Masse-% verwendet wird, deren Anteile im Bereich von 200 mum bis 4 mm abgesiebt sowie separiert werden und der verbleibende Anteil der BFA mit einer Steinkohlenflugasche (SFA) im Verhältnis von 30 : 70 bis 70 : 30 Masse-% vermischt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Betonzusatzstoffes, unter Verwendung von Flugaschen aus mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerken, wobei diese Aschen miteinander in einem bestimmten Verhältnis vermischt werden.

Der Einsatz von Flugaschen, insbesondere von Braunkohlenflugaschen mit hohen CaO-Gehalten, zur Sustitution von Bindemitteln ist aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen hinreichend bekannt (DD-PS 244 472, DD-PS 244 545). Die hohen CaO-Anteile, insbesondere jedoch die Anteile an freiem CaO, haben auf die Dauerfestigkeit des herzustellenden Betons eine nachhaltig schlechte Wirkung. Treib- und Quell- sowie Schwinderscheinungen konnten bislang nicht im erforderlichen Maß ausgeschlossen werden. Auch der erhöhte Wasseranspruch dieser Mischungen, der vorrangig zur Ablöschung der freien Kalkbestanteile der Asche genutzt wurde, führte in der Regel zu einer Minderung der Festigkeiten des Betons.

Die DE-OS 43 32 644 versuchte die o. g. Nachteile zu beseitigen, wobei der in Wasser suspendierten hydraulisch erhärtenden Braunkohlenfilterasche in Wasser suspendierte feinkörnige poröse Zusatzstoffe sowie bedarfsweise Verstärkungsstoffe und Erstarrungsanreger zugegeben werden. Als feinkörnige poröse Zusatzstoffe kommen dabei u. a. Steinkohlenaschen zur Anwendung. Auch diese Schrift kann sich von einem erhöhten Wassereinsatz zur Suspendierung mit ihren bekannten Nachteilen nicht trennen.

Den erhöhten Wasseranspruch zu beseitigen, war das Ziel der DE-OS 195 09 528, bei der dichte, hochfeste betonähnliche Baumaterialien unter Verwendung von hydraulisch aktiver Braunkohlenfilteraschen in derart hergestellt werden sollten, dass die hydraulisch aktiven Braunkohlenfilteraschen ohne vorherige Wasserbehandlung unter Berücksichtigung ihres Mindestwasseranspruches direkt zur Herstellung von betonähnlichen Baumaterialien eingesetzt wird.

Als Zugabestoffe sollten weitere Bindemittel und/oder inerte, reaktive oder teilweise reaktive Stoffe, z. B. fasrige Stoffe und/oder Zusatzmittel und/oder Schadstoffe der trockenen Asche zugegeben werden. Die angestrebte Herstellung von wasserdichten Bauteilen führte in keiner Weise zum Erfolg. Eine spezielle Sichtung oder Klassierung oder Mahlung der Asche fand nicht statt.

In gleicher Weise verhält es sich mit den wasserdichten Baumaterialien, die gemäß der DE-OS 195 34 236 hergestellt werden sollten. Dies sollte in der Gestalt ausgeführt werden, dass (hydraulisch aktive Braunkohlefilter-)Asche mit Zugabestoffen gemischt wird und anschließend eine Zugabe von Wasser erfolgt, wobei ein massebezogenes Wasser-Asche-Verhältnis von kleiner 0,4 ausgeführt wird und eine weitere Wasserzugabe sich nach dem Mindestwasseranspruch eines jeweils dazugegebenen Zugabestoffes ausrichtet. Als Zugabestoff sollten Steinkohlenaschen fungieren.

Letztendlich ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Flugaschen bekannt, bei dem problematische Flugaschen aus Schmelz-, Trocken- und Rostfeuerungen für Stein- und Braunkohlen mit hohen Anteilen an Restkohlenstoffen, Sulfaten und sonstigen Beimengungen verwendet werden (DE-OS 37 33 334). Die Patentanmeldung gibt in allgemeingültiger Art und Weise alle bislang bekannten Trenn- und Klassierungsverfahren in beliebiger Reihenfolge und Verschaltung an, ohne auch nur andeutungsweise eine Nacharbeitbarkeit oder eine Handhabbarkeit zu gewährleisten. Die praktische Erfahrung mit einer Vielzahl der erwähnten Verfahren belegt, dass eine in der Weise durchgeführte Trennung und Verschaltung von nassen und trockenen Verfahren unweigerlich zu Agglomeraten und Klumpen führt, die bei einer Verwendung in der Betonherstellung gravierenden Schäden im Gefüge zur Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Betonzusatzstoff aus Flugaschen herzustellen, welcher eine Verfärbung im Beton, in Putzen und Mörteln vermeidet, zu einer Senkung des Wasseranspruches des Gesamtgemisches führt, ein Schwinden und Quellen des Betons verhindert und organische Fehlstellen ausschließt.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass als Flugasche eine CaO-arme Braunkohlenflugasche (BFA) mit einem Gesamtkalkgehalt von maximal 15 M-% verwendet wird, deren Anteile im Bereich von 200 µm bis 4 mm abgesiebt sowie separiert werden und der verbleibende Anteil der BFA mit einer Steinkohlenflugasche (SFA) im Verhältnis von 30/70 bis 70/30 Masse-% vermischt wird.

Der Betonzusatzstoff kann mit einem Anteil von bis 15 M-% einem herzustellendem Beton zugegeben werden.

Für andere hydraulisch abbindende, nicht genormte Erzeugnisse sind sogar Zugaben bis 90% möglich.

Die Glühverluste der Gesamtmischung werden auf maximal 5 M-%, vorzugsweise kleiner 3 M-%, begrenzt.

Der separierte Anteil der BFA im Bereich von 200 µm bis 4 mm kann einer thermischen Verwertung und/oder zur Filterung von Gasen und/oder Flüssigkeiten zugeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass praktisch alle Bestandteile der BFA einer sinnvollen Nutzung zugeführt werden können. Darüber hinaus eignen sich die o. g. Anteile der BFA aufgrund ihrer speziellen Zusammensetzung hierfür ganz besonders.

Überraschender Weise wurde gefunden, dass die in der Asche beinhalteten unverbrannten Koksbestandteile für eine Reihe von nachteiligen Effekten bei der Verwendung in Betonen zuständig waren. Eine Separierung führte zu folgenden Vorteilen:

- Beseitigung der Verfärbungen im Beton, Putzen und Mörtel
- Senkung des Wasseranspruches der BFA
- Erhöhung der Betonfestigkeit durch den geringeren Wasseranspruch und das Entfernen von organischen Fehlstellen
- Verringerung des Absandens durch das Entfernen der mechanisch instabilen Partikel von der Oberfläche
- die verringerte Porosität verbessert das Frost-Tau-Wechselverhalten.

Der nächste Schritt zur Herstellung eines qualitativ sehr vorteilhaften Betonzusatzstoffes liegt in der erfindungsgemäßen Vermischung der o. g. vorbehandelten BFA mit einer ausgewählt feinkörnigen Steinkohlenflugasche im Verhältnis von 30/70 bis 70/30 M-%.

Haupthindernis, eine BFA ganz normal als Betonzusatzstoff zuzulassen, ist ihr meist zu hoher CaO-Anteil. Dieser hohe, freie CaO-Anteil bewirkt in einer Betonmischung durch die Hydratation des Kalkes eine nicht tolerierbare Volumendehnung. Daher sollte der Anteil von freien CaO möglichst unter 1% liegen und der Gesamtkalkgehalt unter 10%. Die typische Lausitzer Braunkohlenflugasche weist aber einen Gesamtkalkgehalt von ca. 15% auf, während die typische Steinkohlenflugasche einen CaO-Gehalt unter 5% besitzt.

Ein weiteres Kriterium für den Einsatz von Flugaschen als Betonzusatzstoff ist der Sulfatgehalt. Braunkohlenflugaschen besitzen meist einen 2- bis 3fach höheren Sulfatgehalt als Steinkohlenflugaschen. Auch hier wirkt sich das erfindungsgemäße Vermischen der speziell behandelten BFA mit der SFA günstig auf die Eignung als Betonzuatzstoff aus, da die zusammengestellte Mischasche einen geringeren Sulfatanteil gegenüber reiner BFA aufweisst.

Dem gegenüber gibt es viele Steinkohlenflugaschen, die einen problematisch hohen Anteil von deutlich über 5% an Glühverlusten besitzen. Diese Glühverluste sind in der SFA fein verteilt mit Korngrößen unter 0,1 mm und stellen später im Beton Fehlstellen dar. Auf Grund der geringen Korngröße, welche sich nicht wesentlich vom Kornband der restlichen Flugasche unterscheidet, ist ein trockenes Klassieren kaum zu bewerkstelligen und aus dem Stand der Technik nicht bekannt.

Im Gegensatz dazu hat eine BFA Glühverluste, die unter einem Prozent liegen, welche man nach dem oben beschriebenen Verfahren abtrennen kann. Mit einer erfindungsgemäßen Mischasche sind somit Glühverluste unter 3% realisierbar. Auch das Na₂O-Äquivalent ist bei Steinkohlenflugaschen mit 3% sehr hoch, während es bei einer BFA mit ca. 1% deutlich niedriger ausfällt. Damit ist der Zuschlagstoff in einer Betonmischung mit der erfindungsbemäßen Mischasche als Betonzusatzstoff einer deutlich geringeren Alkalibelastung ausgesetzt, als einem Einsatz von reiner SFA.

Beim Verbrennen von Steinkohlenstaub entstehen höhere Temperaturen als bei der Verbrennung von Braunkohlenstaub. Diese höheren Verbrennungstemperaturen in Verbindung mit dem niedrigeren Erweichungspunkt der SFA führt zu einem erhöhten Anteil an Glasphase, die bei der Abkühlung im Schwebezustand kugelig erstarrt. Diese Schmelzkugeln aus der SFA und teilweise der BFA führen besonders durch die vorher erfindungsgemäß gehandelten BFA-Anteile in der speziellen Mischasche zu einem sogenannten Kugellagereffekt in der Betonmischung. Dieser hat den Vorteil, dass die verringerte Reibung zwischen den Zuschlagskörnern und dem Betonzusatzstoff zu einer verminderten Viskosität der Frischbetonmischung führt. Um die gleiche Viskosität zu erreichen benötigt man also weniger Wasser und erhält somit höhere Festigkeiten im erhärteten Beton.

Das Vermischen von feiner SFA und gröberer BFA führt zu einem sehr breit gefächerten Kornband in der Mischasche, was ausdrücklich gewünscht ist. Weitere Vorteile des Mischens von speziell behandelter BFA mit feinkörnigen, kugeligen Materialien sind

- Erhöhung des Feinheitsgrades und damit eine bessere Füllerwirkung im Betongefüge
- Verringerung des Wasseranspruches der Frischbetonmischung

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll nachstehend die Erfindung näher erläutert werden.

In Versuchen, bei denen man die speziell behandelte BFA mit einer SFA im Verhältnis von 50% zu 50% mischte und danach als Betonzusatzstoff einsetzte, wurde überraschender Weise festgestellt, daß der Beton mit dieser Mischasche als Betonzusatzstoff sehr gute Druckfestigkeitswerte (siehe Tabelle) erreichte. Die zwei dafür verwendeten Aschen sind wegen ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften einzeln nicht als Betonzusatzstoff geeignet gewesen. (BFA zu hoher CaO-Gehalt; SFA zu hoher Glühverlust).

Selbstverständlich sind noch weitere Mischungsverhältnisse anwendbar.

Beispielsweise eignet sich ein Mischungsverhältnis von 70% SFA und 30% BFA sehr gut für eine Verwendung als Zuschlag als Dämmer für Injektionsarbeiten.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Betonzusatzstoffes unter Verwendung von Flugaschen aus mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerken, gekennzeichnet dadurch, dass als Flugasche eine CaO-arme Braunkohlenflugasche (BFA) mit einem Gesamtkalkgehalt von max. 15% verwendet wird, deren Anteile im Bereich von 200 µm bis 4 mm abgesiebt sowie separiert werden und der verbleibende Anteil der BFA mit einer Steinkohlenflugasche (SFA) im Verhältnis von 30/70 bis 70/30 Masse-% vermischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der CaO-Gehalt der Gesamtmischung auf maximal 10 M-% begrenzt wird.