DE102018209329A1 - Process for the production of sand as building material - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung von Sand als Baustoff mit folgenden Schritten:- Bereitstellen von Rundsand- Erwärmen des Rundsands bis der Rundsand einen teilgesinterten und teilgeschmolzenen Zustand aufweist- Abkühlen des teilgesinterten und teilgeschmolzenen Sandes- Zerkleinern des teilgesinterten und teilgeschmolzenen Sandes zu Brechsand.Process for the production of sand as a building material with the following steps: - providing round sand - heating the round sand until the round sand has a partially sintered and partially melted state - cooling the partially sintered and partially melted sand - crushing the partially sintered and partially melted sand to crushable sand
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sand als Baustoff.The present invention relates to a process for the production of sand as a building material.
Sand als Baustoff wird beispielsweise für die Herstellung von Beton benötigt. Der Sand wird hierbei mit Zement als Bindemittel vermengt. Um eine gute Bindung zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn die Kanten der Sandkörner scharfkantig sind. Üblicherweise wird für die Betonherstellung Küstensand verwendet. Die Verwendung von Wüstensand, wir beispielsweise Sahara-Sand, ist aufgrund der runden Form der Sandkörner nicht geeignet. Derartiger Sand mit runder Form wird auch als Rundsand bezeichnet. Ein weiterer Unterschied zwischen Küstensand und Rundsand ist ferner die Korngröße. Während Küstensand zumeist im Bereich Mittelsand bis Grobsand einzuordnen ist, besteht Wüstensand zumeist aus Körnern der Kategorie Feinsand.Sand as a building material is needed, for example, for the production of concrete. The sand is mixed with cement as a binder. In order to allow a good bond, it is advantageous if the edges of the grains of sand are sharp-edged. Coastal sand is commonly used for concrete production. The use of desert sand, such as Sahara sand, is not suitable due to the round shape of the grains of sand. Such sand with round shape is also referred to as round sand. Another difference between coastal sand and round sand is the grain size. While coastal sand is mostly classified as medium sand to coarse sand, desert sand mostly consists of fine sand grains.
Ein Problem von Küstensand besteht darin, dass die Menge von Küstensand begrenzt ist, jedoch die weltweit benötigte Masse an Sand zur Betonherstellung stetig zunimmt.A problem of coastal sand is that the amount of coastal sand is limited, but the mass of sand needed for concrete production is steadily increasing worldwide.
Sande werden auch zur Neulandgewinnung verwendet. Auch hierbei besteht die Schwierigkeit darin, dass Rundsande nicht geeignet sind, sondern die Sande scharfkantige Körper aufweisen müssen.Sands are also used for reclamation. Again, the difficulty is that round sands are not suitable, but the sands must have sharp-edged body.
Es wäre daher wünschenswert, Rundsande, wie beispielsweise Wüstensande, als Baustoffe, beispielsweise für die Betonherstellung, nutzen zu können.It would therefore be desirable to be able to use Rundsande, such as desert sands, as building materials, for example for the production of concrete.
Erste Ansätze, Rundsande zu Sand als Baustoff zu wandeln, sind aus
Es hat sich herausgestellt, dass auf diese Weise hergestellter Brechsand bei der Verwendung zur Herstellung von Beton recht gut geeignet ist, da Beton mit recht hoher Druckfestigkeit erzeugt werden kann.It has been found that crushed sand produced in this way is quite well suited for use in the production of concrete, since concrete with a fairly high compressive strength can be produced.
Die Bereitstellung von Sand als Baustoffen, mit denen Beton mit einer noch größeren Druckfestigkeit herstellbar ist, wäre jedoch wünschenswert.The provision of sand as building materials, with which concrete can be produced with an even greater compressive strength, however, would be desirable.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Sand als Baustoff bereitzustellen, mit dem ein im Vergleich zu dem vorbekannten Verfahren verbesserter Brechsand herstellbar ist sowie diesen Brechsand bei Betonherstellung zu verwenden.It is therefore an object of the present invention to provide a method for producing sand as a building material, with which an improved compared to the previously known method crushing sand can be produced and to use this crushed sand in concrete production.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist definiert durch die Merkmale des Anspruch 1. Die erfindungsgemäße Verwendung ist definiert durch die Merkmale des Anspruch 12.The method according to the invention is defined by the features of
Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind folgende Schritte vorgesehen:
- - Bereitstellen von Rundsand
- - Erwärmen des Rundsands, bis der Rundsand einen teilgesinterten und teilgeschmolzenen Zustand aufweist
- - Abkühlen des teilgesinterten und teilgeschmolzenen Sandes
- - Zerkleinern des teilgesinterten und teilgeschmolzenen Sandes zu Brechsand.
- - Provide broadcast sand
- - Heating the round sand until the sand has a partially sintered and partially melted state
- - cooling the partially sintered and partially melted sand
- - crushing the partially sintered and partially melted sand to crushed sand.
Es hat sich herausgestellt, dass Brechsand, der durch Zerkleinern von teilgesintertem und teilgeschmolzenem Sand erzeugt wird, in besonders vorteilhafter Weise als Baustoff einsetzbar ist. Durch Erwärmen gesinterter Sand, der zerkleinert wird, kann im Vergleich zu Normsand bereits die Qualität von Beton verbessern. Geschmolzener Sand, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann gegenüber der Verwendung von gesintertem Sand noch eine Verbesserung des Betons hervorrufen. Es hat sich nun überraschenderweise herausgestellt, dass durch Erwärmen von Rundsand bis zu einem teilgesinterten und teilgeschmolzenen Zustand beim anschließenden Zerkleinern zu Brechsand Sand erzeugt, der gegenüber gesintertem oder geschmolzenem Sand noch eine deutliche Qualitätssteigerung bei der Betonherstellung hervorrufen kann. Eine derartige Verbesserung ist überraschend, da vielmehr eine Qualität zu erwarten war, die zwischen nur aus gesinterten, zerkleinerten Sand und nur aus geschmolzenen, zerkleinerten Sand hergestellten Beton einzuordnen ist, jedoch keine gegenüber dem geschmolzenen Sand gesteigerte Qualität von Beton.It has been found that crushed sand, which is produced by crushing partially sintered and partially melted sand, can be used in a particularly advantageous manner as a building material. Heating sintered sand that is crushed can already improve the quality of concrete compared to standard sand. Molten sand, as known in the art, may still improve the concrete over the use of sintered sand. It has now surprisingly been found that by heating from round sand to a partially sintered and partially melted state during subsequent crushing crushed sand generates sand, which can still cause a significant increase in quality in concrete production compared to sintered or molten sand. Such an improvement is surprising since, on the contrary, a quality was to be expected which is to be classified between concrete produced only from sintered, crushed sand and only from molten, crushed sand, but no increased quality of concrete compared with the molten sand.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Verfahren den folgenden weiteren Schritt aufweist: Bereitstellen von konzentrierter Solarstrahlung, wobei das Erwärmen des Rundsands mit der konzentrierten Solarstrahlung erfolgt. Durch die Verwendung von konzentrierter Solarstrahlung zum Erwärmen des Rundsands kann auf besonders umweltfreundliche Weise die Energie zum Erwärmen des Rundsands bereitgestellt werden. Insbesondere da zum Erwärmen des Rundsands bis zum teilgesinterten und teilgeschmolzenen Zustand ein relativ hoher Energieeintrag notwendig ist, ist die Verwendung von konzentrierter Solarstrahlung von besonderem Vorteil.Preferably, it is provided that the method has the following further step: providing concentrated solar radiation, wherein the heating of the round sand takes place with the concentrated solar radiation. By using concentrated solar radiation to heat the round sand, the energy for heating the round sand can be provided in a particularly environmentally friendly manner. In particular, since a relatively high energy input is necessary for heating the round sand to the partially sintered and partially melted state, the use of concentrated solar radiation is of particular advantage.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der teilgesinterte und teilgeschmolzene Sand einen Gewichtsanteil von geschmolzenem Sand aufweist, der zwischen 33 % und 66 % beträgt. Die Herstellung von teilgesintertem und teilgeschmolzenem Sand, bei dem der geschmolzene Sand einen derartigen Gewichtsanteil aufweist, hat sich insbesondere als vorteilhaft herausgestellt, um Brechsand als Baustoff herzustellen.Preferably, it is provided that the partially sintered and partially melted sand has a weight fraction of molten sand which is between 33% and 66%. The production Partially sintered and partially melted sand, in which the molten sand has such a proportion by weight, has proven particularly advantageous for producing crushed sand as a building material.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass beim Bestrahlen des Rundsandes mit der konzentrierten Solarstrahlung ein Energieeintrag in den Rundsand zwischen 1,5 kW/(g·s) und 2,5 kW/(g·s), vorzugsweise 2 kW/(g.s), erfolgt.Preferably, it is provided that, when the round sand is irradiated with the concentrated solar radiation, an energy input into the wide sand is made between 1.5 kW / (g.s) and 2.5 kW / (g.s), preferably 2 kW / (gs) ,
Bei einem derartigen Energieeintrag lässt sich in besonders vorteilhafter Weise Rundsand erwärmen, so dass dieser einen teilgesinterten und teilgeschmolzenen Zustand einnimmt.With such an energy input, it is possible in a particularly advantageous manner to heat the round sand, so that it assumes a partially sintered and partly melted state.
Die konzentrierte Solarstrahlung kann beispielsweise eine Flussdichte zwischen 2 und 5 MW/m2 aufweisen. Vorzugsweise wird die Solarstrahlung mittels eines Sonnenofens konzentriert. Ein Sonnenofen hat sich für die Bereitstellung der konzentrierten Solarstrahlung als besonders vorteilhaft herausgestellt, da dieser Strahlung mit einer hohen Konzentration bereitstellen kann und darüber hinaus in vorteilhafter Weise regelbar ist.The concentrated solar radiation, for example, have a flux density between 2 and 5 MW / m 2 . Preferably, the solar radiation is concentrated by means of a solar oven. A solar furnace has proven to be particularly advantageous for the provision of concentrated solar radiation, since it can provide radiation with a high concentration and moreover is advantageously controllable.
Die Zerkleinerung des teilgesinterten und teilgeschmolzenen Sandes kann über Druckzerkleinerung erfolgen. Dabei kann beispielsweise ein Brecher, vorzugsweise ein Backenbrecher, verwendet werden. Eine derartige Zerkleinerung für die Herstellung des Brechsandes aus dem teilgeschmolzenen und teilgesinterten Sand hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.The comminution of the partially sintered and partly melted sand can be done by pressure crushing. In this case, for example, a crusher, preferably a jaw crusher, can be used. Such comminution for the production of crushed sand from the partially melted and partially sintered sand has been found to be particularly advantageous.
Das Erwärmen des Rundsand kann im Batchbetrieb erfolgen. Selbstverständlich ist auch ein kontinuierlicher Betrieb möglich.The heating of the sand can be done in batch mode. Of course, a continuous operation is possible.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass beim Bestrahlen des Rundsands der Rundsand durch eine Fokusfläche der konzentrierten Strahlung bewegt wird. Dadurch lässt sich der Energieeintrag in den Rundsand in vorteilhafter Weise steuern. Der Rundsand kann beispielsweise mit einer Geschwindigkeit zwischen 10 mm/s und 30 mm/s, vorzugsweise mit 20 mm/s, durch die Fokusfläche bewegt werden. Derartige Geschwindigkeiten haben sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.Preferably, it is provided that, when the round sand is irradiated, the round sand is moved through a focus area of the concentrated radiation. As a result, the energy input into the round sand can be controlled in an advantageous manner. The round sand, for example, at a speed between 10 mm / s and 30 mm / s, preferably with 20 mm / s, are moved through the focus area. Such speeds have been found to be particularly advantageous.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung von Brechsand, der durch Zerkleinerung von teilgeschmolzenem und teilgesinterten Rundsand hergestellt wird, zur Herstellung von Beton. Der Brechsand kann beispielsweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der teilgesinterte und teilgeschmolzene Rundsand einen Gewichtsanteil von geschmolzenem Sand aufweist, der zwischen 33 % und 66 % beträgt.The invention further relates to the use of crushed sand, which is produced by comminution of partially melted and partially sintered round sand, for the production of concrete. The crushing sand can be produced, for example, by the method according to the invention. It can be provided that the partially sintered and partially melted sand has a weight fraction of molten sand, which is between 33% and 66%.
Es hat sich herausgestellt, dass der Brechsand, der durch Zerkleinerung von teilgeschmolzenen und teilgesinterten Rundsand hergestellt wird, in besonders vorteilhafter Weise für die Betonherstellung geeignet ist, da Beton mit einer besonders hohen Druckfestigkeit und relativ geringer Porosität herstellbar ist.It has been found that the crushed sand, which is produced by comminution of partially melted and partially sintered round sand, is particularly suitable for the production of concrete, since concrete with a particularly high compressive strength and relatively low porosity can be produced.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Beispiels erläutert.The method according to the invention is explained below by means of an example.
Zunächst wird Rundsand in Form von Sahara-Wüstensand bereitgestellt. Mittels eines Sonnenofens wird konzentrierte Solarstrahlung erzeugt. Diese wird dazu genutzt, den Rundsand zu erwärmen, bis der Rundsand einen teilgesinterten und teilgeschmolzenen Zustand aufweist. Anschließend wird der teilgesinterte und teilgeschmolzene Sand abgekühlt und mittels eines Backenbrechers zerkleinert. Um die Qualität des Brechsandes zu beurteilen, wird gemäß
Beispielsweise wird mittels des Sonnenofens eine Solarstrahlung mit einer Flussdichte von 5 MW/m2 auf eine Fokusfläche mit einem Durchmesser von 70 mm fokussiert. Der Rundsand wird durch die Fokusfläche mit einer Geschwindigkeit von 20 mm/s bewegt. Der Sand wird somit zwischen 3 und 4 Sekunden der konzentrierten Solarstrahlung ausgesetzt. Hierbei erfolgt ein Energieeintrag von etwa 2 kW/(g·s). Der anschließend durch Zerkleinern des teilgesinterten und teilgeschmolzenen Sandes erhaltene Brechsand wird zur Betonherstellung genutzt. Der so hergestellte Beton wird hinsichtlich seiner Druckfestigkeit getestet und mit Beton aus Vergleichsversuchen, der mit Normsand, Wüstensand, Brechsand aus geschmolzenem Sand und Brechsand aus gesintertem Sand hergestellt wurde, verglichen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt. Wie aus der Tabelle 1 hervorgeht, besitzt Beton, der aus Brechsand aus gesintertem Sand hergestellt wurde, bereits eine Verbesserung gegenüber Wüstensand. Brechsand, der aus geschmolzenem Sand hergestellt wurde, besitzt gegenüber Beton aus gesintertem Sand noch eine Steigerung an Druckfestigkeit. Der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Brechsand, der aus teilgeschmolzenem und teilgesintertem Sand hergestellt worden ist, führt zu einem Beton, der gegenüber der Verwendung von den anderen Sanden eine deutlich höhere Druckfestigkeit aufweist.For example, solar radiation with a flux density of 5 MW / m 2 is focused on a focus area with a diameter of 70 mm by means of the solar heater. The round sand is moved through the focus area at a speed of 20 mm / s. The sand is thus exposed to concentrated solar radiation for between 3 and 4 seconds. In this case, an energy input of about 2 kW / (g · s). The crushed sand then obtained by crushing the partially sintered and partially melted sand is used for concrete production. The concrete thus produced is tested for compressive strength and compared with concrete from comparative trials made with standard sand, desert sand, crushed sand crushed sand and sintered sand crushed sand. The results are shown in Table 1. As can be seen from Table 1, concrete made from crushed sand crushed sand already has an improvement over desert sand. Crushed sand, which is made of molten sand, has an increase in compressive strength compared to sintered sand concrete. The crushed sand produced from the partially molten and partially sintered sand produced by the process of the invention results in a concrete which has a significantly higher compressive strength than the other sands.
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