DE102011050669A1

DE102011050669A1 - Verfahren zur Auswahl einer Charge eines Natursteins

Info

Publication number: DE102011050669A1
Application number: DE201110050669
Authority: DE
Inventors: Hossein Tudeshki
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-11-29

Abstract

Offenbart ist Verfahren zur Auswahl einer Charge eines Natursteins für die Herstellung eines Baurohstoffs, wobei zunächst mindestens zwei Kategorien eines Merkmals des Natursteins festgesetzt werden, von denen mindestens eine die Eignung der Charge für die Herstellung des Baurohstoffs definiert, sodann das Merkmal an der Charge mindestens stichprobenartig bestimmt und genau einer der Kategorien zugeordnet wird, und wobei die Charge nur dann für die Herstellung des Baurohstoffs ausgewählt wird, wenn die dem Merkmal zugeordnete Kategorie die Eignung definiert. Um eine gegen „Wethering” im Wesentlichen qualitätsbeständige Charge auszuwählen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Merkmal die magnetische Suszeptibilität χ des Natursteins ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswahl einer Charge eines Natursteins für die Herstellung eines Baurohstoffs, wobei zunächst mindestens zwei Kategorien eines Merkmals des Natursteins festgesetzt werden, von denen mindestens eine die Eignung der Charge für die Herstellung des Baurohstoffs definiert, sodann das Merkmal an der Charge mindestens stichprobenartig bestimmt und genau einer der Kategorien zugeordnet wird, und wobei die Charge nur dann für die Herstellung des Baurohstoffs ausgewählt wird, wenn die dem Merkmal zugeordnete Kategorie die Eignung definiert.
Weltweit werden jedes Jahr mehrere Mrd. t, allein in Deutschland rund 350 Mio. t Natursteine zur Herstellung von Baurohstoffen für den Einsatz im Hoch- und Tiefbau gewonnen. Insbesondere kommen magmatische Gesteine, die sich entstehungsbedingt durch hohe Festigkeiten und Verschleißwiderstände auszeichnen, bevorzugt im Straßenbau, in der Betonherstellung, in der Herstellung von Eisenbahnstrecken und im Wasserbau zum Einsatz.
Insbesondere ändern sich die Gefüge magmatischer Gesteine häufig unter atmosphärischem Einfluss. Die Gesteine verlieren ihre Festigkeit und weisen ähnliche Eigenschaften wie Lockergesteine auf – ein Phänomen, das als „Wethering”, speziell für Basaltgesteine auch als „Sonnenbrand” bezeichnet wird. Im Rahmen von bekannten Verfahren zur Auswahl einer möglichst gegen „Wethering” beständigen Charge eines Natursteins wird eine Vielzahl von Merkmalen untersucht. Verschiedene solcher Verfahren sind in DIN EN 1367-3 und DIN EN 933-9 normiert. Jedes der bekannten Verfahren normiert Kategorien des jeweils ermittelten Merkmals unter denen die Charge als geeignet oder als ungeeignet für die Herstellung von Baurohstoffen definiert wird.
Alle bekannten Verfahren erfordern eine zeitaufwändige labortechnische Behandlung und Untersuchung einzelner Proben, liefern aber gleichwohl häufig keine zuverlässig reproduzierbaren quantitativen Aussagen zur Qualitätsbeständigkeit der betroffenen Charge. Häufig schließt sich an die Gewinnung unmittelbar eine Bearbeitung, mindestens aber eine Umlagerung der Charge an. Der teilweise große zeitliche Abstand zwischen einerseits der Gewinnung der Charge – und der Probe – und andererseits der im Labor getroffenen Aussage erschwert zusätzlich die Zuordnung der Aussagen zur Qualitätsbeständigkeit zu dem ursprünglichen Abschnitt der Lagerstätte des Natursteins.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegen „Wethering” im Wesentlichen qualitätsbeständige Charge auszuwählen.
Lösung
Ausgehend von den bekannten Verfahren wird nach der Erfindung vorgeschlagen, dass das Merkmal die magnetische Suszeptibilität χ des Natursteins ist. Die magnetische Suszeptibilität χ ist eine einheitenlose Verhältnisgröße und beschreibt die Änderung der Magnetisierung M eines Materials bei Änderung der anliegenden magnetischen Feldstärke H (M und H jeweils in der Einheit A·m^–1). Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Neigung von Naturstein zu „Wethering” mit steigender magnetischer Suszeptibilität χ abnimmt.
Die magnetische Suszeptibilität χ lässt sich einfach und schnell mit bekannten, insbesondere tragbaren Messgeräten bestimmen. Das Merkmal und damit die Eignung der Charge für die Herstellung des Baurohstoffs wird so besonders schnell, preisgünstig und reproduzierbar bestimmt.
Bevorzugt werden im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens Messwerte der magnetischen Suszeptibilität χ zunächst für eine Mehrzahl von Proben des Natursteins gemessen, und ein Wendepunkt der kumulierten Frequenz der Messwerte über der magnetischen Suszeptibilität als Grenzwert des Merkmals zwischen zwei Kategorien gewählt. Erfahrungsgemäß liegt Naturstein in Lagerstätten häufig in Populationen unterschiedlichen Qualitäten vor. Unter der Annahme, dass die magnetische Suszeptibilität innerhalb jeder der Populationen normalverteilt vorliegt, stellt der Wendepunkt der kumulierten Frequenz einen besonders einfach zu bestimmenden Grenzwert zwischen zwei Qualitäten dar.
Vorzugsweise wird im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens das Merkmal an Bohrklein aus einer Sprengbohrung oder aus einer Erkundungsbohrung in einer Lagerstätte des Natursteins bestimmt. In einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren wird ein bei der Vorbereitung der Gewinnung anfallendes Abfallprodukt für die Bestimmung der Eignung der Charge für die Herstellung des Baurohstoffs verwendet.
Alternativ oder zusätzlich wird weiterhin bevorzugt im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens das Merkmal an Haufwerk des Natursteins nach einer Sprengung einer Lagerstätte des Natursteins bestimmt. So kann das Merkmal – und dessen Eignung – besonders einfach unmittelbar vor dem Umlagern der Charge zugeordnet werden.
In einer vorteilhaften Ausprägung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Merkmal an einer Stichprobe des Natursteins bestimmt. Die Beschränkung auf Stichproben beinhaltet zwar eine verbleibende Unsicherheit, ermöglicht aber demgegenüber die schnelle Auswahl großer Mengen von Naturstein.
Weiterhin wird die Stichprobe im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhafter Weise aus einem kontinuierlichen Strom des Natursteins entnommen. Insbesondere kommt hierzu ein Strom von Bohrklein beim Bohren einer Sprengbohrung oder Erkundungsbohrung oder ein Strom von Haufwerk des Natursteins beim Umlagern, beispielsweise unmittelbar nach der Sprengung und anschließender Zerkleinerung in Betracht. In einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren verzögert die Bestimmung des Merkmals und der Eignung für die Herstellung des Baurohstoffs nicht die Gewinnung des Natursteins.
Vorzugsweise wird im Rahmen eines solchen erfindungsgemäßen Verfahrens an einem Strom von Haufwerk des Natursteins die Charge, wenn sie ausgewählt wurde, automatisch aus dem Strom ausgesondert. Die Bestimmung des Merkmals und die Auswahl der Charge können so vollständig automatisiert werden.
Alternativ oder zusätzlich wird weiterhin bevorzugt im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens das Merkmal mittels einer Sonde bestimmt, wobei die Sonde in eine Sprengbohrung in einer Lagerstätte des Natursteins eingeführt wird. Messsonden zur Bestimmung der magnetischen Suszeptibilität sind aus Untersuchungen zur Alteration von Gesteinsformationen allgemein bekannt.
Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens definiert vorzugsweise eine Kategorie fehlende Eignung, wenn die Suszeptiblität χ kleiner als 1 ist. Untersuchungen haben gezeigt, dass magmatischer Naturstein mit geringeren Werten nur als Füllstoff verwendet werden sollte Besonders bevorzugt ist die Suszeptiblität χ sogar größer als 14. Dann ist die Charge von höchster Qualität und brauchbar für jede Verwendung.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens eine Mehrzahl von disjunkten Kategorien jeweils eine Eignung für die Herstellung unterschiedlicher Baurohstoffe definieren. So können unterschiedliche Qualitäten des Natursteins besonders einfach der Herstellung der unterschiedlichen Baurohstoffe zugeordnet werden.
Ausführungsbeispiel
Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren werden bei der bergmännischen Gewinnung eines Gesteins in einer oberirdischen Lagerstätte Chargen für die Herstellung eines Baurohstoffs ausgewählt. Hierzu werden zunächst in eine Abbausohle im Abstand von ca. 4 m senkrechte Sprengbohrungen eingebracht, wobei Bohrklein anfällt und automatisch in einen Behälter abgesaugt wird. Aus dem Strom des Bohrkleins werden an den Sprengbohrungen insgesamt 204 Stichproben abgezweigt, an denen jeweils mit einem Handgerät (beispielsweise mit dem Modell KT-9 oder KT-10 der Terraplus Inc., Kanada) die magnetische Suszeptibilität χ bestimmt wird. Die Messwerte werden in dem Handgerät gespeichert, zugleich automatisch durch Funk an eine Qualitätsdatenbank der Lagerstätte übermittelt und hierbei den jeweiligen Koordinaten der Bohrungen zugeordnet. Es zeigen
1 die Anzahl der in Intervallen von 0,25 klassifizierten Stichproben über der Suszeptibilität,
2 die kumulierte Frequenz der Messwerte über der Suszeptibilität und
3 die zugrunde liegenden Normalverteilungen von zwei Populationen des Gesteins.
Die in 1 dargestellten Messwerte liegen zwischen 0,9 und 10,8. Die kumulierte Frequenz der Messwerte (in 2 mit „+”-Zeichen gekennzeichnet) zeigt einen Wendepunkt bei einer Suszeptibilität von 4,5. Erfahrungen mit dem in der Lagerstätte gewonnenen Gestein zeigen, dass im wesentlichen zwei Populationen mit unterschiedlicher Qualität vorliegen. Der Wendepunkt in der kumulierten Frequenz kennzeichnet den Übergang zwischen den zwei Populationen.
Unter Annahme von Normalverteilungen innerhalb der Populationen weisen wie in 3 dargestellt Messungen in 139 Stichproben eine mittlere magnetische Suszeptibilität χ von 6,903 mit einer Standardabweichung von 1,338 und 65 Proben eine mittlere magnetische Suszeptibilität χ von 2,884 mit einer Standardabweichung von 0,9595 auf – ein Hinweis auf Alteration, die die Qualität des Natursteins und insbesondere dessen Eignung für die Herstellung des Baurohstoffs beeinträchtigt.
Nach der Sprengung wird das Haufwerk aus Bereichen, in denen die magnetische Suszeptibilität über 4,5 liegt, unmittelbar und ohne weitere Prüfung zur Herstellung von unterschiedlichen Körnungen umgelagert. Aus dem Strom des aus den anderen Bereichen abgeführten Haufwerks werden in kurzen Abständen automatisch Stichproben abgezweigt, an denen wiederum mit dem genannten Messgerät die magnetische Suszeptibilität χ bestimmt wird. Liegt der gemessene Wert unterhalb von 1, dann wird die der Probennahme folgende Charge automatisch auf eine Abraumhalde geführt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 1367-3 [0003]
DIN EN 933-9 [0003]

Claims

Verfahren zur Auswahl einer Charge eines Natursteins für die Herstellung eines Baurohstoffs, wobei zunächst mindestens zwei Kategorien eines Merkmals des Natursteins festgesetzt werden, von denen mindestens eine die Eignung der Charge für die Herstellung des Baurohstoffs definiert, sodann das Merkmal an der Charge mindestens stichprobenartig bestimmt und genau einer der Kategorien zugeordnet wird, und wobei die Charge nur dann für die Herstellung des Baurohstoffs ausgewählt wird, wenn die dem Merkmal zugeordnete Kategorie die Eignung definiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Merkmal die magnetische Suszeptibilität χ des Natursteins ist.
Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Messwerte der magnetischen Suszeptibilität χ zunächst für eine Mehrzahl von Proben des Natursteins gemessen, und dass ein Wendepunkt der kumulierten Frequenz der Messwerte über der magnetischen Suszeptibilität als Grenzwert des Merkmals zwischen zwei Kategorien gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Merkmal an Bohrklein aus einer Sprengbohrung in einer Lagerstätte des Natursteins bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Merkmal an Haufwerk nach einer Sprengung einer Lagerstätte des Natursteins bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Merkmal an einer Stichprobe des Natursteins bestimmt wird.
Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Stichprobe aus einem kontinuierlichen Strom des Natursteins entnommen wird.
Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Charge, wenn sie ausgewählt wurde, automatisch aus dem Strom ausgesondert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Merkmal mittels einer Sonde bestimmt wird, wobei die Sonde in eine Sprengbohrung in einer Lagerstätte des Natursteins eingeführt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kategorie fehlende Eignung definiert, wenn die Suszeptiblität χ kleiner als 1 und Eignung, wenn die Suszeptiblität χ größer als 14 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von disjunkten Kategorien jeweils eine Eignung für die Herstellung unterschiedlicher Baurohstoffe definieren.