DE10152064B3 - Verfahren zur Herstellung von Betonzusatzstoffen unter Verwendung von Aschen - Google Patents

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 Diese wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass DOLLAR A als Flugasche eine CaO-arme Braunkohlenflugasche (BFA) mit einem Gesamtkalkgehalt von maximal 15 M.-% verwendet wird, deren Anteile im Bereich von 200 mum bis 4 mm abgesiebt sowie separiert wird und der verbleibende Anteil der BFA durch eine Klassierung in einen Grobgutbereich von 50 bis 200 mum und einen Feingutbereich von < 50 mum aufgeteilt, der Grobgutanteil durch einen Aufmahlprozess auf einen Blain-Wert von 2000 bis 6000 cm·2·/g gemahlen und dem Feingut anschließend wieder zugeführt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Betonzusatzstoffes, unter Verwendung von Flugaschen aus mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerken.
• Der Einsatz von Flugaschen, insbesondere von Braunkohlenflugaschen mit hohen CaO-Gehalten, zur Substitution 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 4mm abgesiebt sowie separiert werden und der verbleibende Anteil der BFA durch eine Klassierung in einen Grobgutbereich von 50 bis 200 μm und einen Feingutbereich von < 50 μm aufgeteilt, der Grobgutanteil durch einen Aufmahlprozess auf einen Blain-Wert von 2000 bis 6000 cm²/g gemahlen und dem Feingut anschließend wieder zugeführt wird.
• Es kann zweckmäßig sein, nach der Separierung der Anteile von 200 μm bis 4 mm ohne eine vorherige Klassierung die Mahlung der verbleibenden BFA auf einen Blaine-Wert von 3000 bis 5000 cm²/g, vorzugsweise 3500 cm²/g, durchzuführen.
• Der separierte Anteil der BFA im Bereich von 200 μm bis 4 mm wird einer thermischen Verwertung und /oder zur Filterung von Gasen und/oder Flüssigkeiten zugeführt.
• 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. Auch spielt der in Braunkohlenflugaschen oft sehr hohe Anteil an freiem CaO für deren begrenzter Verwendung als normaler Betonzusatzstoff eine wichtige Rolle, da dies in einer Betonmischung durch die Hydratation des Kalkes zu einer nicht zu tolerierenden Volumendehnung und letztendlich zu einem Zertreiben des Betons führt. Es wurde gefunden, dass Braunkohlenflugaschen mit einem Gesamtkalkgehalt von maximal 15 M-% besonders gut für einen Einsatz als erfindungsgemäßen Betonzusatzstoff geeignet sind.
• 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.
• Die Aufmahlung des klassierten Grobgutes und seine Vermischung mit dem verbliebenen Feingutanteil ist aus Gründen einer optimierten Kornsieblinie sehr vorteilhaft. Die Vermahlung der gesamten BFA hätte eine Zerstörung der gewünschten kugelförmigen Schmelzperlen zur Folge, die hauptsächlich im Feingutanteil beinhaltet sind. Das zu vermahlende Grobgut weist hingegen größtenteils kantige und damit bauphysikalisch ungünstige Quarzkörner auf. Der zweite Veredlungsschritt hat folgende Vorteile:
• – besseres Wasserbindevermögen des Frischbetons
• – bessere Pumpbarkeit des Frischbetons
• – höhere Dichte und Festigkeit des Betons
• – längere Verarbeitungszeiten
• – verringerte Gefahr eine späten Kalktreibens
• – weiter verringerter Wasseranspruch und damit eine höheres Einsparungspotential an Bindemitteln
• – dichtere Oberflächen, die zu einer erhöhten Abriebsfestigkeit und Frost-Tau-Wechselbeständigkeit führen
• – verringerte Neigung zum Ausbluten von Estrichen.
• Anhand eines Ausführungsbeispieles soll nachstehend die Erfindung näher erläutert werden.
• Aus 2 wird ersichtlich, daß die klassierte und gemahlene Asche letztendlich die höchsten Festigkeiten auf grund des geringsten Wasseranpruches der 2 Mörtelmischungen erreicht.
• Die Asche, die nur aufgemahlen wurde, erreichte durch die mechanische Aktivierung der aktiven Phasen die höchsten Frühfestigkeiten, liegt aber im weiteren Verlauf zwischen der unbehandelten und der klassierten/gemahlenen Asche.
• Eine mögliche Betonrezeptur mit dem erfindungsgemäßen Betonzusatzstoff ist folgende: Zement CEM I 32,5 R 270 kg/m³
  BFA gemahlen und gesiebt 60 kg/m³
  Zuschlagstoff 0–32 mm 1.836 kg/m³
  Wasser 180 kg/m³.
• Damit ist ein Beton der Klasse B 25 KR mit einer Druckfestigkeit nach 28 Tagen von ca. 36 MPa erreichbar.
• Ein Fließschema (1) soll das Verfahren näher erläutern.
• Die Asche gelangt dabei über eine Förderschnecke 1 auf ein Sieb 2, welches einen Siebeinsatz von 0,5 mm aufweist. Die Koksbestandteile werden separiert und einer gesonderten Verwertung zugeführt. Die Fraktion < 0,5 mm wird über eine Zellenradschleuse 2 einem Zyklon 3 aufgegeben in dem eine Trennung von Grob- und Feingut vorgenommen wird. Das Feingut gelangt gemeinsam mit der Luft der Zellenradschleuse 3 in den Filter 6. Das Grobgut > 0,1 mm wird einer Rohrmühle 5 zugeführt und aufgemahlen. Beide Bestandteile werden gemeinsam dem Mischer 7 aufgegeben und vermischt. Das Ergebnis des Verfahrens stellt ein hochwerter Betonzusatzstoff dar.

1

Förderschnecke

2

Sieb

3

Zellenradschleuse

4

Zyklon

5

Rohrmühle

6

Filter

7

Mischer (Zwangsmischer)

Claims (2)

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 M.-% verwendet wird, deren Anteile im Bereich von 200 μm bis 4mm abgesiebt sowie separiert werden und der verbleibende Anteil der BFA durch eine Klassierung in einen Grobgutbereich von 50 bis 200 μm und einen Feingutbereich von < 50 μm aufgeteilt, der Grobgutanteil durch einen Aufmahlprozess auf einen Blaine-Wert von 2000 bis 6000 cm²/g gemahlen und dem Feingut anschließend wieder zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, dass nach der Separierung der Anteile von 200 μm bis 4 mm die Mahlung der verbleibenden BFA auf einen Blaine-Wert von 3000 bis 5000 cm²/g, vorzugsweise 3500 cm²/g, durchgeführt wird.