DE102019000384A1 - Beton und Verfahren zur Herstellung von Beton - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Beton, hergestellt ausA. wenigstens einem der folgenden Ausgangsstoffe- Bohrschlamm,- Bohrklein,- Klärschlamm,- belasteter BodenundB. wenigstens einem Beton-Bindemittel, undC. wenigstens einem Schadstoff-Bindemittel.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Beton und ein Verfahren zur Herstellung von Beton sowie ein Fertigbauteil.
  • Bohrschlamm, Bohrklein, Klärschlamm und/oder belastete Böden sind nicht beliebig lagerfähig, sondern müssen aufwendig entsorgt werden. Sinnvoll sind Maßnahmen zur Aufbereitung oder Verwertung.
  • Aus der DE 39 39 513 A1 ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Bohrschlamm bekannt, bei dem aus Bohrschlamm und Zement eine Betonmischung hergestellt wird, gegebenenfalls in Verbindung mit Wasser und Zuschlagsstoffen. Der Zement hat dabei die Funktion eines Beton-Bindemittels.
  • In der DE 10 2015 103 583 A1 ist ein Verfahren zur Aufbereitung und Wiederverwertung von Bohrschlamm offenbart. Dem Bohrschlamm hinzugefügt wird ein Beton-Bindemittel, insbesondere Zement, Kalk oder eine Zement-Kalk-Mischung. Auch können Wasser und Zuschlagstoffe hinzugefügt werden.
  • Versuche haben ergeben, dass die bekannten Verfahren die in den beschriebenen Ausgangsstoffen enthaltenden Schadstoffe zwar binden, ein Auswaschen oder Lösen aber noch in zu hohen Mengen möglich ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines neuen Betons, in dem die genannten Ausgangsstoffe besser als bisher gebunden sind bzw. weniger als bisher auswaschbar sind. Daneben soll ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Betons geschaffen werden.
  • Zur Lösung der Aufgabe weist ein erfindungsgemäßer Beton die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Insbesondere ist der Beton zumindest hergestellt aus drei Stoffen A, B und C, nämlich
    1. A. wenigstens einem der folgenden Ausgangsstoffe
      • - Bohrschlamm,
      • - Bohrklein,
      • - Klärschlamm,
      • - belasteter Boden und
    2. B. wenigstens einem Beton-Bindemittel, und
    3. C. wenigstens einem Schadstoff-Bindemittel.
  • Der Beton enthält demnach neben den Ausgangsstoffen wenigstens ein Beton-Bindemittel und wenigstens ein Schadstoff-Bindemittel. Natürlich kann der Beton noch andere, nicht aufgeführte Bestandteile enthalten. Insofern handelt es sich bei den aufgeführten Bestandteilen um zumindest vorhandene Bestandteile.
  • Als Bohrschlamm wird eine bei der Durchführung von Horizontal- und Vertikalbohrungen im Erdreich anfallende Zusammensetzung aus Erdmaterial (vorkommende Erd-/Gesteinsschichten) und einer Bohrsuspension (meist Bentonit-Wasser-Gemisch) verstanden. Der Bohrschlamm kann Schadstoffe aus dem Erdmaterial und aus der Bohrsuspension enthalten. Als Schadstoffe gelten insbesondere Kohlenwasserstoffe, Chloride, Blei, Arsen, Mineralöle, Mineralölerzeugnisse, Schwermetalle, Säuren, Laugen. Als Bohrschlamm wird auch zur Reduzierung der Schadstoffbelastung bereits aufbereiteter Bohrschlamm verstanden.
  • Als Bohrklein werden bei Tiefbohrungen anfallende Zusammensetzungen aus Erdmaterial und einer Bohrsuspension, welche bei Bohrungen insbesondere nach Erdöl oder Erdgas im On- und Offshore-Bereich anfällt, verstanden. Auch hier kann eine Belastung mit den genannten Schadstoffen vorliegen. Typischerweise ist die Belastung mit Schadstoffen deutlich höher als bei Bohrschlamm. Als Bohrklein wird auch zur Reduzierung der Schadstoffbelastung bereits aufbereitetes Bohrklein verstanden.
  • Als Klärschlamm wird ein Abfallprodukt von Kläranlagen verstanden, mit oder ohne vorherige Aufbereitung. Der Klärschlamm kann auch bereits leicht verfestigt sein, etwa als „flüssiger Pudding“. Klärschlamm umfasst Rohschlamm und behandelten Klärschlamm. Auch kann der Klärschlamm teilweise entwässert sein. Detaillierte Angaben zum Klärschlamm finden sich unter http://www.chemie.de/lexikon/KI%C3%A4rschlamm.html. Klärschlamm kann ebenfalls die im Zusammenhang mit Bohrschlamm genannten und/oder weitere Schadstoffe enthalten.
  • Als belastete Böden werden verunreinigte Böden verstanden, mit oder ohne vorherige Aufbereitung, insbesondere aus den Grundstoffen Sand, Klei, Oberboden, Mergel, Ton, Kiessand und weiteren Bodenarten. Auch hier können die genannten Schadstoffe und/oder weitere Schadstoffe enthalten sein. In Abhängigkeit von der Art der Belastung mit Schadstoffen sind die belasteten Böden kategorisiert bzw. nach einer sogenannten LAGA Analyse deklariert. LAGA bezeichnet die Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Abfall in der Bundesrepublik Deutschland, gegründet am 2. Juli 1963. Die LAGA hat in ihrer Mitteilung 20 Anforderungen an die stoffliche Verwertung von mineralischen Reststoffen/Abfällen aufgestellt. In der Mitteilung 20 der LAGA und der weiteren von der LAGA herausgegebenen Literatur sind Klassifizierungen der belasteten Böden enthalten, siehe auch www.laga-online.de/documents/m20_hintergrundinformationen_2_1517834519.pdf.
  • Die Mitteilung 20 steht insbesondere in der 5. Auflage vom 06.11.2003 zur Verfügung. Als belastete Böden werden insbesondere sämtliche verunreinigte Bodenarten nach LAGA Z1.1, Z1.2, Z2 und größer Z2 verstanden, vorzugsweise ohne vorherige Aufbereitung, einschließlich durch Ölkatastrophen verunreinigte Böden (Strände, Wattboden oder dergleichen).
  • Als Beton-Bindemittel ist vorrangig Zement vorgesehen. Es kann aber auch alternativ oder zusätzlich Bitumen, Silikat, Ton, einzeln oder in einer Mischung aus verschiedenen Beton-Bindemitteln vorgesehen sein.
  • Als Zement ist vorzugsweise Zement gemäß DIN EN 197 oder DIN 1164 vorgesehen. Insbesondere handelt es sich um Zemente der Kategorie CEM I/Portlandzemente und CEM II/Portlandkompositzemente. Sämtliche angegebene Normen gelten in der jüngsten vor dem Zeitrang der vorliegenden Patentanmeldung geltenden Fassung, soweit nicht ausdrücklich anders angegeben. Besonders bevorzugt ist ein Zement CEM II 32,5 R.
  • Eine wichtige Besonderheit des erfindungsgemäßen Betons ist das Vorhandensein eines Schadstoff-Bindemittels zusätzlich zum Beton-Bindemittel. Das Schadstoff-Bindemittel ist vorzugsweise auf den Ausgangsstoff und die darin enthaltenen Schadstoffe abgestimmt. Die durch das Schadstoff-Bindemittel mögliche Bindung der Schadstoffe muss nicht chemischer Art sein. Es kann sich vielmehr auch um eine physikalische oder andere Art der Bindung handeln.
  • Der Beton kann zusätzliches Wasser nach Bedarf enthalten, je nach vorgegebenem Ausgangsstoff und dessen Wassergehalt.
  • Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung enthält der Beton wenigstens eines der folgenden Schadstoff-Bindemittel
    • - Ölbindemittel,
    • - Kieselgur,
    • - Moler,
    • - Bindemittel für Säuren,
    • - Bindemittel für Laugen,
    • - Bindemittel für feuergefährliche/brennbare Flüssigkeiten,
    • - Bindemittel für wässrige oder polare Flüssigkeiten.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei dem Schadstoff-Bindemittel um ein Granulat.
  • Ölbindemittel werden insbesondere verwendet zum Aufsaugen/Binden von Mineralölen und mineralölhaltigen Produkten oder anderen Ölen. Insbesondere gilt als Ölbindemittel zumindest das, was vom jeweiligen Hersteller als Ölbindemittel bezeichnet wird.
  • Kieselgur besteht im Wesentlichen aus Kieselalgen und wird auch als Diatomeenerde bezeichnet.
  • Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung enthält der Beton wenigstens einen der weiteren Bestandteile
    • - Polymer,
    • - Harz, insbesondere Kunstharz,
    • - Acryl,
    • - Kalk.
  • Als Polymer wird insbesondere ein Flüssigkunststoff auf Acrylbasis verstanden. Das Polymer kann ein 1-komponentiger, insbesondere flüssiger Zusatzstoff sein, etwa auf der Grundlage von Emulsionspolymer. Auch kann es sich um einen Mehrkomponenten-Kunststoff handeln, etwa aus Härter und Verbinder.
  • Bei dem Kunstharz handelt es sich vorzugsweise um Epoxidharz.
  • Als Acryl werden chemische Substanzen verstanden, die die Acrylgruppe (CH2=CH-COR) enthalten. Eine derartige Substanz kann auch ein Polymer sein.
  • Die Zugabe von Kalk kann sich nach dem verwendeten Beton-Bindemittel und nach dem Ausgangsstoff richten, ebenso nach dem vorgesehenen Schadstoff-Bindemittel. Auch kann der Zusatz von Polymer, Harz, Kunstharz, Acryl und/oder Kalk vom Grad der Schadstoffbelastung abhängen. Grundsätzlich soll bei höherer Schadstoffbelastung Polymer oder Kunstharz hinzugefügt werden.
  • Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann der Beton wenigstens einen der Zuschlagsstoffe
    • - Sand,
    • - Kies,
    • - Schotter,
    • - Split,
    • - Fasern
    enthalten.
  • Die Verwendung von Zuschlagstoffen für die Herstellung von Beton ist grundsätzlich bekannt. Die Ausgangsstoffe können aber bereits einen oder mehrere der genannten Zuschlagstoffe enthalten, sodass im Extremfall keine weiteren Zuschlagstoffe hinzugefügt werden müssen.
  • Fasern können die Ausbildung von Rissen beim Abbinden vermindern und außerdem zulässige Druck- und Zugspannungen erhöhen. Vorzugsweise kann es sich um Metallfasern, Stahlfasern, Kunststofffasern, Kohlenstofffasern, Kevlarfasern handeln.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist die Merkmale des Anspruchs 5 auf. Insbesondere geht es um die Verwertung von wenigstens einem der folgenden Ausgangsstoffe
    • - Bohrschlamm,
    • - Bohrklein,
    • - Klärschlamm,
    • - belasteter Boden
    durch Herstellung von Beton unter Zugabe von wenigstens einem Beton-Bindemittel und nach Bedarf Wasser. Vorgesehen ist insbesondere die Zugabe wenigstens eines Schadstoff-Bindemittels. Letzteres wird demnach zusätzlich zum Beton-Bindemittel bei der Herstellung des Betons hinzugefügt.
  • Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann wenigstens eines der folgenden Schadstoff-Bindemittel verwendet werden
    • - Ölbindemittel,
    • - Kieselgur,
    • - Moler,
    • - Bindemittel für Säuren,
    • - Bindemittel für Laugen,
    • - Bindemittel für feuergefährliche/brennbare Flüssigkeiten,
    • - Bindemittel für wässrige oder polare Flüssigkeiten.
  • Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann die Zugabe wenigstens eines der weiteren Bestandteile
    • - Polymer,
    • - Harz, insbesondere Kunstharz,
    • - Acryl,
    • - Kalk
    vorgesehen sein.
  • Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann die Zugabe wenigstens eines der Zuschlagstoffe
    • - Sand,
    • - Kies,
    • - Schotter,
    • - Split,
    • - Fasern
    vorgesehen sein.
  • Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann vorgesehen sein, dass erst
    • - Ausgangsstoffe,
    • - nach Bedarf Zuschlagstoffe,
    • - Schadstoff-Bindemittel,
    miteinander vermischt werden, bevor
    • - Beton-Bindemittel,
    • - nach Bedarf Wasser,
    hinzugefügt werden. Die je nach Bedarf vorgesehenen Zuschlagstoffe können vor den Schadstoff-Bindemitteln mit den Ausgangsstoffen vermischt werden. Alternativ werden zunächst die Schadstoff-Bindemittel mit den Ausgangsstoffen vermischt und anschließend die nach Bedarf vorgesehenen Zuschlagstoffe zugegeben und vermischt. Schließlich können auch Ausgangsstoffe, Zuschlagstoffe und Schadstoff-Bindemittel zugleich miteinander vermischt werden.
  • Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann vorgesehen sein, dass weitere Bestandteile, nämlich Polymer, Harz, Kunstharz, Acryl und/oder Kalk, erst hinzugefügt werden, nachdem die Ausgangsstoffe mit dem Schadstoff-Bindemittel und dem Beton-Bindemittel vermischt wurden. Zuschlagsstoffe und/oder Wasser können nach Bedarf bereits eingemischt sein oder nachträglich zugemischt werden.
  • Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann das Massenverhältnis der Ausgangsstoffe zu den Schadstoff-Bindemitteln 4:1 bis zu 15:1 betragen, insbesondere 6:1 bis 11:1, vorzugsweise 8:1 bis 9:1.
  • Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung enthalten die Ausgangsstoffe einen Massenanteil Wasser in Höhe von
    • 10 % bis 80 % für den Ausgangsstoff Bohrschlamm,
    • 10 % bis 80 % für den Ausgangsstoff Bohrklein,
    • 0 % bis 90 % für den Ausgangsstoff Klärschlamm,
    • 10 % bis 60 % für den Ausgangsstoff belastete Böden.
  • Vorzugsweise enthalten die Ausgangsstoffe einen Massenanteil Wasser in Höhe von 10 % bis 20 %.
  • Sämtliche Angaben zum erfindungsgemäßen Beton können auch in das erfindungsgemäße Verfahren Eingang finden.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein Fertigbauteil, zumindest teilweise hergestellt aus Beton nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12. Fertigbauteile sind beispielsweise Betonfertigteile wie Pflastersteine, L-Wände, Bordsteine und Schachtbauteile und können auf Vorrat hergestellt und gelagert werden, je nach Menge der zu verwertenden Ausgangsstoffe.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Übrigen und aus den Patentansprüchen. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
  • Die Erfindung betrifft insbesondere einen Beton sowie ein Verfahren für die Wiederverwertung von bei einer Erdbohrung anfallendem Bohrschlamm/Bohrklein, Klärschlamm und allen belasteten Böden größer Z2 (nach LAGA).
  • Bohrschlamm fällt bei der Herstellung von Horizontal-und Vertikalbohrungen im Erdreich an. Dieser Bohrschlamm ist eine Zusammensetzung aus Erdmaterial (vorkommende Erd-/ Gesteinsschichten) und einer Bohrsuspension (meist Bentonit-Wasser-Gemisch). Dieses Material, zusammengesetzt aus den Komponenten Erdmaterial und Suspension, kann ohne vorherige Aufbereitung wiederverwertet werden.
  • Bohrklein aus Tiefbohrungen ist wie der Bohrschlamm ebenfalls eine Zusammensetzung aus Erdmaterial und einer Suspension, welche bei den Bohrungen nach Erdöl und Erdgas im On- und Offshore-Bereich anfällt. Dieses Material ist wesentlich stärker mit Schadstoffen (Kohlenwasserstoffen, Chloriden, Arsen, etc.) belastet. Dieses Material kann unaufbereitet oder aufbereitet (Suspension herausgefiltert) wiederverwertet werden.
  • Klärschlamm ist ein Abfallprodukt der Kläranlagen. Der Klärschlamm kann in bereits leicht verfestigter Konsistenz („flüssiger Pudding“) direkt für die Wiederverwertung genutzt werden. Unter folgendem Link ist eine genaue Beschreibung über Klärschlamm ersichtlich: http://www.chemie.de/lexikon/KI%C3%A4rschlamm.html.
  • Belastete Böden sind Böden unterschiedlichster Art. Diese Böden können aus den Grundstoffen Sand, Klei, Oberboden, Mergel, Ton, Kiessand und allen weiteren Bodenarten bestehen. Diese unterschiedlichen Bodenarten sind aus verschiedenen Gründen verunreinigt und werden nach einer LAGA Analyse deklariert. Es besteht die Möglichkeit sämtliche verunreinigte Bodenarten (nach LAGA Z1.1, Z1.2, Z2 und größer Z2) wiederzuverwerten, ohne diese im Vorfeld aufzubereiten durch Misch- oder Bindeverfahren. Hierzu gehören auch durch Ölkatastrophen verunreinigte Böden (Strände, Wattböden oder dergleichen).
  • Diese genannten belasteten Materialien Bohrschlamm, Bohrklein, Klärschlamm und weitere belastete Böden werden mit großem Aufwand aufbereitet oder direkt einer Deponie zugeführt. Hierdurch entstehen hohe wirtschaftliche Kosten und aus umwelttechnischer Sicht ein großer Schaden.
  • Hier setzt die Erfindung ein. Sie hat die Aufgabe die genannten belasteten und umweltschädigenden Materialien wiederzuverwenden und somit die Entsorgung zu verbessern, bzw. zu unterbinden
  • Mit der Erfindung ist es also gelungen, aus den Abfallprodukten Bohrschlamm, Bohrklein, Klärschlamm und weiteren belasteten Böden einen neuen Stoff (Beton) herzustellen, der einer sinnvollen Verwendung zugeführt werden kann.
  • Die genannten schadstoffbelasteten Ausgangsstoffe werden mit Zement, Kalk, Schadstoff-Bindemittel und Zuschlagstoffen vermischt, sodass alle Schadstoffe (Kohlenwasserstoffe, Chloride, Öle, etc.) fest in dem Endprodukt Beton gebunden sind und nicht mehr auswaschbar sind bzw. nicht mehr austreten können.
  • Bohrschlamm/Bohrklein kann viele verschiedene Schadstoffe beinhalten, unter anderem Kohlenwasserstoffe, Chloride, Blei, Arsen. Die Schadstoffe werden gemäß LAGA-Analyse festgestellt, siehe insbesondere Mitteilung 20 (2003) der LAGA. Die LAGA-Analyse beschreibt die Parameter und den Anteil der Belastung des Materials durch die einzelnen Stoffe. Durch die hohe Konzentration mancher Stoffe im Bohrschlamm/Bohrklein fällt das Material in die Eingruppierung Z1, Z2 und größer Z2, sogar in die DK Gruppen 0 bis III.
  • Durch die Zugabe von Zement, Kalk, Zuschlägen (Kies und Sand), Ölbindemittel (Granulat) und ggf. Polymer (Flüssigkunststoff) oder Harzen (Epoxid) erfolgt eine Bindung des belasteten Bohrschlammes/Bohrkleins, sodass das Endprodukt (Beton) die Grenze Z2 und sogar darunter bis Z1 einhält und somit als Betonrecycling-Material oder auch als Betonfertigteil/Ortbeton weiterverwendet werden kann.
  • Beispielformel für Bohrklein: Ein Beton mit der Festigkeitsklasse C20/25 besteht vorzugsweise aus folgenden Anteilen:
    • - Bohrschlamm/Bohrklein 600,00 kg, insbesondere mit einem Wasseranteil von 10 bis 20 %;
    • - Zuschlagstoffen (Kies 2/8 und Sand) 1200,00 kg;
    • - als Beton-Bindemittel Zement CEM II 32,5R 320,00 kg (gemäß DIN EN 197 und DIN 1164);
    • - Frischwasser 180,00 kg;
    • - als Schadstoff-Bindemittel ein Ölbindemittel 70,00 kg, insbesondere Ölbinder Typ III/R; darin als Grundmaterial: Moler/Diatomeenerde, mit einer Korngrößenverteilung < 0,125 mm und einem Masseanteil am Beton von 0,2% (1 kg Ölbinder bindet ca. 0,9 Liter Öl);
    • - nach Bedarf zusätzlich Bindemittel für Säuren, basische (alkalische) Substanzen (Laugen), feuergefährliche/brennbare Flüssigkeiten und für wässrige und polare Flüssigkeiten;
    • - optional: Polymer (Flüssigkunstoff) 5-10 kg als weiterer Bestandteil.
  • Der weitere Bestandteil wird optional als Füllstoff (Härter und Verbinder) zu dem Mischprozess hinzugefügt. Das Polymer kommt zum Einsatz, sobald sehr starke Verunreinigungen (Belastungen) durch Kohlenwasserstoffe, Chloride, Arsen, TOX oder PAK's nach LAGA nachweisbar sind. Durch den weiteren Bestandteil werden die Schadstoffe gebunden und das Ergebnis dementsprechend verbessert.
  • Das Polymer ist vorzugsweise ein 1-komponentiger, flüssiger Zusatzstoff, auf der Grundlage von Emulsionspolymer. Die Emulsionspolymerisation ist ein Verfahren der radikalischen Polymerisation von Monomeren in einer wässrigen Phase. Die für eine Emulsionspolymerisation notwendigen Komponenten sind Wasser, ein wasserlöslicher Initiator sowie die Monomere, die eine geringe Wasserlöslichkeit besitzen müssen. Das Ergebnis ist eine Polymerdispersion, d. h. eine Dispersion der aus dem Monomer gebildeten Polymerpartikel in Wasser. (Quelle: Wikipedia).
  • Wichtig bei der Herstellung ist die Reihenfolge des Mischprozesses. Der Bohrschlamm/Bohrklein wird vorzugsweise als erstes in das Mischwerk gegeben. Dann folgen die Zuschlagstoffe und dann das Schadstoff-Bindemittel, insbesondere ein Ölbindemittel. Als nächstes wird Zement als Beton-Bindemittel hinzugeführt und dann Frischwasser. Ganz zum Schluss erfolgt die Zugabe des Polymers (optional).
  • Besonders wichtig sind das Schadstoff-Bindemittel, sowie die Zugabe des Polymers auf Acrylbasis oder von Harzen (Epoxid), je nach Belastungsgrad des Ausgangsstoffes (Bohrschlamm, Klärschlamm, belastete Böden, etc.).
  • Der Zement bzw. das Beton-Bindemittel kann auch aufgeteilt werden auf verschiedene Verfahrensschritte. So werden beispielsweise 50 % des insgesamt vorgesehenen Beton-Bindemittels erst nach Zugabe des Polymers zugemischt. Auch kann die Wassermenge aufgeteilt werden.
  • Bei der Herstellung mit Klärschlamm, Bohrschlamm, Bohrklein und belasteten Böden ist die Grundformel gleich, es ändern sich lediglich die Mengenzugaben und gegebenenfalls die Zugabe von Polymer und Harz.
  • Es kann Beton in verschiedenen Festigkeitsklassen hergestellt werden und so werden viele verschiedene Anwendungsbereiche abgedeckt, wie z. B. Betonfertigteile (Pflastersteine, L-Wände, Bordsteine, Schachtbauteile, usw.). Der Beton kann aber auch als Ortbeton/Fahrbeton genutzt werden für Fundamente, Sohlplatten, Magerbeton, Unterbeton. Folgende Festigkeitsklassen sind insbesondere je nach Anpassung der genannten Rezeptur zu erreichen: C12/15, C16/20, C20/25, C25/30 und C30/37.
  • Der Vorteil durch die Weiterverarbeitung des Bohrschlammes/Bohrkleins besteht in erster Linie aus umwelttechnischer Sicht. Das Material kann komplett mit allen beinhalteten Schadstoffen unaufbereitet oder auch aufbereitet (angedickt oder „gestreckt“) zu Beton hergestellt werden. Das Endprodukt Beton fließt wieder in den Wirtschaftskreislauf ein und kann somit sinnvoll verwertet werden.
  • Die verschiedenen Parameter (Belastungsgrade durch MKW, PAK, Chloride, etc.) werden durch den Mischprozess so verändert, dass diese wesentlich verbessert werden und nicht auswaschbar sind.
  • Beispielformel für die Herstellung von Beton aus Klärschlamm: Ein Beton mit der Festigkeitsklasse C8/10 (z. B. Unterbeton oder Beton zur Herstellung Recycling-Material) besteht vorzugsweise aus folgenden Anteilen:
    Estrichkies 0/8 1.628,00 kg
    Zement CEM II 32,5R 500,00 kg
    Polymer Fasern 0,60 kg
    Ölbindemittel 150,00 kg
    Klärschlamm 454,44 kg davon Wasseranteil 60 bis 70 %
    Gesamtmenge: 2.733,04 kg/m3
  • Belastete Böden kommen auf der ganzen Welt in den unterschiedlichsten Regionen vor, ob im Bereich von Straßen, Flughäfen, Wohngebieten, Gewerbegebieten oder direkt im eigenen Garten. Die Belastungen der Böden werden durch verschiedene Parameter nach LAGA Mitteilung 20 klassifiziert und den Klassen Z0, Z1, Z2, DK0, DK I, DK II und DK III zugeordnet. Die Grenzwerte der jeweiligen Einstufung des Bodens gibt die LAGA-Analyse vor, wie in der LAGA Mitteilung 20 angegeben.
  • Die belasteten Böden wie Oberboden, Sande, Kies, Schotter, Recyclingmaterial, Aushubmaterial (Mischboden), Klei, Schluffe, Tone können im unaufgereinigten Zustand für die Herstellung von Beton weiterverwendet werden.
  • Es können verschiedene Betonarten hergestellt werden:
    • Transportbeton ist Beton, der in stationären Betonmischanlagen zentral hergestellt und dann mit Betonmischfahrzeugen auf den Baustellen angeliefert wird. Eine andere Bezeichnung von Transportbeton ist Fertigbeton, weil er bereits fertig gemischt ist und nur noch eingebracht werden muss. Die Herstellung von Transportbeton ist in der Europäischen Norm EN 206 festgelegt.
  • Mit Ortbeton bezeichnet man Beton, der vor Ort auf der Baustelle verarbeitet wird und dort, meist in einer Schalung, abbindet, im Gegensatz zu Betonfertigteilen, die in erhärtetem Zustand direkt eingebaut werden. Ortbeton wird entweder als Transportbeton auf die Baustelle geliefert oder dort als Baustellenbeton hergestellt. Nach dem Einfüllen in die Schalungen muss der Ortbeton verdichtet werden, das heißt eingeschlossene Luftblasen werden mit Rüttelmaschinen entfernt.
  • Estrichbeton ist ein Spezialbeton zur Herstellung von Fußbodenschichten in Gebäuden. Er erfüllt besondere Anforderungen, u. a. durch Begrenzung der Korngröße (i. A. bis maximal 8 mm) der Zuschlagstoffe, sodass dünne Schichten von wenigen Zentimetern Dicke bei guten Oberflächeneigenschaften (insbesondere Widerstandsfähigkeit, Glättbarkeit) hergestellt werden können.
  • Beim Faserbeton werden dem Beton zur Verbesserung der Zugfestigkeit, und damit des Bruch- und Rissverhaltens, Fasern zugegeben. Diese Fasern sind in der Matrix (Zementstein) eingebettet. Sie wirken als Bewehrung. Bei höheren Zugbeanspruchungen treten Risse im Beton auf. Durch die Verwendung eines Faserbetons werden die Risse in viele sehr schmale und damit normalerweise unschädliche Risse verteilt.
  • Es können kurze oder lange in Zugbeanspruchungsrichtung eingelegte Fasern verwendet werden. Lange Fasern werden meist in Form von Glasfasertextilmatten eingesetzt. Man spricht dann von textilbewehrtem Beton oder auch Textilbeton. Es können unterschiedliche Fasern verwendet werden:
    • Glasfasern: Normales Glas reagiert mit den Alkalien des Betons. Deshalb sollen alkalibeständige Glasfasern verwendet werden (z. B.: AR-Glasfaser).
    • Stahlfasern: Es werden Stahlfasern verschiedenster Art verwendet (nicht rostend, Baustahl, aufgebogen, nicht aufgebogen).
    • Kunststofffasern: Hier sind insbesondere Kevlarfasern interessant, da sie ähnlich gute Eigenschaften wie die übrigen Fasern besitzen.
    • Kohlenstofffasern: Kohlenstofffasern besitzen den höchsten E-Modul der hier angeführten Fasern.
  • Des Weiteren sieht die Erfindung vor das Endprodukt Beton für Fertigbauteile zu verwenden, wie z. B. Pflastersteine, Treppenstufen, Winkelstützwände, Schachtringe, etc.
  • Die Herstellung von Fertigbauteilen ist aus wirtschaftlicher Sicht interessant, da kontinuierlich belastete Materialien zu Beton verarbeitet werden können, die Fertigteile nach dem Ausschalen gelagert werden können und zu einem späteren Zeitpunkt in den Wirtschaftskreislauf einfließen können.
  • Eine weitere Möglichkeit beinhaltet die Erfindung. Hergestellter Beton aus den oben genannten schadstoffbelasteten Materialien kann gebrochen und als Recycling-Material für den Straßenbau verwendet werden. Untersuchungen haben gezeigt, dass das gebrochene Material den Anforderungen nach LAGA-Analyse entspricht.
  • Die Erfindung ist eine gute Lösung aus ökonomischer und umwelttechnischer Sicht. Es können große Mengen Bohrschlamm, Bohrklein, Klärschlamm und belastete Böden mit geringem Aufwand und Kosten für die Wiederverwendung aufbereitet werden. Es entstehen keine hohen Deponieaufwendungen und somit auch keine umweltschädigenden Belastungen.
  • Die Schadstoffe (Parameter) werden mit diesem Verfahren soweit verbessert, dass der Beton kein Abfall mehr ist. In den eingangs erwähnten Patentdokumenten wird genannt, dass die Schadstoffe nicht auswaschbar sind. Mit dem neuen Verfahren werden die Schadstoffe wesentlich herabgesetzt bzw. fallen weg.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 3939513 A1 [0003]
    • DE 102015103583 A1 [0004]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN EN 197 [0014]
    • DIN 1164 [0014]

Claims (13)

  1. Beton, hergestellt zumindest aus A. wenigstens einem der folgenden Ausgangsstoffe - Bohrschlamm, - Bohrklein, - Klärschlamm, - belasteter Boden und B. wenigstens einem Beton-Bindemittel, und C. wenigstens einem Schadstoff-Bindemittel.
  2. Beton nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Schadstoff-Bindemittel - Ölbindemittel, - Kieselgur, - Moler, - Bindemittel für Säuren, - Bindemittel für Laugen, - Bindemittel für feuergefährliche/brennbare Flüssigkeiten, - Bindemittel für wässrige oder polare Flüssigkeiten.
  3. Beton nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens einen der weiteren Bestandteile - Polymer, - Harz, insbesondere Kunstharz, - Acryl, - Kalk.
  4. Beton nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch wenigstens einen der Zuschlagstoffe - Sand, - Kies, - Schotter, - Split, - Fasern.
  5. Verfahren zur Verwertung von wenigstem einem der folgenden Ausgangsstoffe - Bohrschlamm, - Bohrklein, - Klärschlamm, - belasteter Boden durch Herstellung von Beton unter Zugabe von wenigstens einem Beton-Bindemittel und nach Bedarf Wasser, gekennzeichnet durch die Zugabe wenigstens eines Schadstoff-Bindemittels.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der folgenden Schadstoff-Bindemittel verwendet wird - Ölbindemittel, - Kieselgur, - Moler, - Bindemittel für Säuren, - Bindemittel für Laugen, - Bindemittel für feuergefährliche/brennbare Flüssigkeiten, - Bindemittel für wässrige oder polare Flüssigkeiten.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch die Zugabe wenigstens eines der weiteren Bestandteile - Polymer, - Harz, insbesondere Kunstharz, - Acryl, - Kalk.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch die Zugabe wenigstens eines der Zuschlagstoffe - Sand, - Kies, - Schotter, - Split, - Fasern.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass erst - Ausgangsstoffe, - nach Bedarf Zuschlagstoffe, - Schadstoff-Bindemittel, miteinander vermischt werden, bevor - Beton-Bindemittel, - nach Bedarf Wasser hinzugefügt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Bestandteile, nämlich Polymer, Harz, insbesondere Kunstharz, Acryl und/oder Kalk erst hinzugefügt werden, nachdem die Ausgangsstoffe mit den Schadstoff-Bindemitteln und den Beton-Bindemitteln vermischt wurden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Massenverhältnis der Ausgangsstoffe zu den Schadstoff-Bindemitteln 4:1 bis 15:1 beträgt, insbesondere 6:1 bis 11:1, vorzugsweise 8:1 bis 9:1.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstoffe einen Massenanteil Wasser in Höhe von 10 % bis 20 % enthalten.
  13. Fertigbauteil, zumindest teilweise hergestellt aus Beton nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3939513A1 (de) 1989-11-29 1991-06-06 Voss Ludwig Gmbh Co Kg Verfahren zur aufbereitung von bohrschlamm
DE102015103583A1 (de) 2015-03-11 2016-09-15 Max Wild Gmbh Verfahren zur Aufbereitung und Wiederverwertung von Bohrschlamm

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Non-Patent Citations (2)

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Title
DIN 1164
DIN EN 197

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