-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Additivs für ein Bindemittel oder einen Baustoff, ein Additiv für ein Bindemittel oder einen Baustoff sowie eine Verwendung eines Gemisches aus Schiefer und Wüstensand als Additiv für ein Bindemittel oder einen Baustoff.
-
Stand der Technik
-
Die Verwendung von Sand insbesondere für die Herstellung von Baustoffen wurde im Stand der Technik bereits diskutiert.
-
Derartige Verfahren sind oft aufwändig, kosten- und energieintensiv und auf toxische Bindemittel oder andere problematische Zusatzstoffe angewiesen.
-
Teilweise konnte Wüstensand auch nicht als Komponente von insbesondere Baustoffen eingesetzt werden, ohne die Qualität, Belastbarkeit und Haltbarkeit des Baustoffs herabzusetzen.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden.
-
Lösung der Aufgabe
-
Zur Lösung der Aufgabe führen die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Ein Verfahren zur Herstellung eines Additivs für ein Bindemittel oder einen Baustoff, das Verfahren umfassend folgende Schritte:
- - Mahlen eines Gemisches enthaltend Schiefer und Wüstensand.
-
Das Mahlen kann in einer geeigneten Mahl-Vorrichtung erfolgen.
-
Wie nachstehend beschrieben handelt es sich bei dem Verfahren besonders bevorzugt um die Herstellung eines Additivs für einen Baustoff.
-
Das Mahlen kann so erfolgen, dass Schiefer und Wüstensand gleichzeitig und gemeinsam die Mahl-Vorrichtung, d.h. eine Mühle oder dergleichen, gegeben werden. Alternativ kann daran gedacht sein, zunächst den Schiefer in die Mahl-Vorrichtung zu geben, und den Wüstensand zu einem späteren Zeitpunkt zuzugeben. Der Schiefer kann beispielsweise als Schotter, Splitt, Kies, Sand oder Mehl vorliegen, wobei vorzugsweise eine grobe Körnung wie Schotter, Splitt oder Kies vorliegt. Es kann auch daran gedacht sein, dass der zu mahlende Schiefer in Partikeln vorliegt, die grösser sind als Splitt und Schotter, oder dass der zu mahlende Schiefer nicht in partikulärer Form vorliegt. Wird der Schiefer vor der Zugabe des Wüstensands bereits gemahlen, so können zum Zeitpunkt der Wüstensand-Zugabe bereits Schiefer-Partikel wie Kies vorliegen, welche nicht um mehrere Grössenordnungen grösser sind als die Wüstensand-Partikel, was das Mahlen vereinfachen kann.
-
Weiter alternativ kann daran gedacht sein, den Wüstensand zuerst zu mahlen, und den Schiefer zeitversetzt zuzugeben.
-
In sämtlichen Ausführungsbeispielen erfolgt jedoch vorzugsweise ein gemeinsames Mahlen von Schiefer und Wüstensand über einen gewissen Zeitraum hinweg.
-
Bei dem Gemisch handelt es sich vorzugsweise um ein Schüttgut.
-
Das Gemisch kann neben Schiefer und Wüstensand weitere Bestandteile enthalten. Beispielsweise können organische Stoffe beigefügt werden. So kann daran gedacht sein, neben Wüstensand auch Meeressand beizufügen. Meeressand enthält natürlicherweise Bestandteile abgestorbener Meerespflanzen und Meerestiere wie beispielsweise Korallen, welche natürlicherweise Kohlenstoff enthalten. Alternativ kann daran gedacht sein, anstelle organischer Stoffe solche Stoffe zuzugeben, welche jedenfalls einen signifikanten Kohlenstoffanteil enthalten, auch wenn sie aus chemischer Sicht nicht als organischer Stoff zu bezeichnen sind.
-
Das Gemisch kann einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäss aus Schiefer, Wüstensand und Meeressand bestehen.
-
Das Gemisch kann einem anderen Ausführungsbeispiel gemäss aus Schiefer, Wüstensand und einer Kohlenstoffquelle bestehen.
-
Einem Ausführungsbeispiel gemäss kann auch daran gedacht sein, dass das Gemisch aus Schiefer und Wüstensand besteht, und somit neben den vorgenannten zwei Bestandteilen keine weiteren Bestandteile umfasst.
-
Vorzugsweise umfasst das Gemisch kein Bindemittel, welches für ein Verkleben oder Verklumpen der Bestandteile des Gemischs untereinander sorgt. Dies widerspricht nicht dem Einsatz des Gemischs als Bestandteil eines Bindemittels wie beispielsweise Zement. In Zement oder dergleichen wird das Gemisch vorzugsweise eingesetzt, um später Bestandteil eines Baustoffs zu sein, welchem der Zement oder dergleichen als Bindemittel zugegeben wurde.
-
Das Gemisch gemäss den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird also besonders bevorzugt in Baustoffen eingesetzt.
-
Ein solcher Baustoff kann neben dem vorbeschriebenen Gemisch umfassend gemeinsam gemahlenen Schiefer und Wüstensand zumindest einen Zuschlagstoff und zumindest ein Bindemittel umfassen Beispielsweise kann an Beton gedacht sein, welcher neben dem vorbeschriebenen Gemisch einen bei der Betonherstellung üblichen Zuschlagstoff und Zement als Bindemittel umfasst. Der Baustoff, insbesondere der Beton, kann weitere Komponenten umfassen, die beispielsweise seine Eigenschaften verbessern sollen. Es kann aber auch daran gedacht sein, dass der Baustoff, insbesondere Beton, aus dem vorbeschriebenen Gemisch, einem Zuschlagstoff und einem Bindemittel, beispielsweise Zement, besteht, und somit keine weiteren Komponenten umfasst.
-
Indem das Verfahren zur Herstellung des Additivs gemäss den vorgenannten Ausführungsbeispielen nur das Mahlen der beschriebenen Komponenten umfasst, jedoch keine weiteren Schritte wie etwa die Herstellung grösserer Partikel aus den gemahlenen Bestandteilen, ist das Verfahren besonders einfach durchzuführen, umweltfreundlich und günstig. Diese Vorteile werden auch dadurch bewirkt, dass keine toxischen Bindemittel eingesetzt werden, welche für ein Anhaften, Verklumpen oder dergleichen der vorbeschriebenen gemeinsam gemahlenen Bestandteile sorgen.
-
Wüstensand besteht meist überwiegend aus Siliziumdioxid. Beim Mahlen mit dem Schiefer kommt es zu Veränderungen auf den Oberflächen der Schieferpartikel und der Wüstensandpartikel. Schiefer hat einem Ausführungsbeispiel gemäss eine basische Wirkung. Beim Mahlen oder nach dem Mahlen kann es zur Bildung von Silikatverbindungen kommen. Dies geschieht entweder durch die basische Wirkung des Schiefers, insbesondere dessen basische Bestandteile, oder auf anderen Weise.
-
Zusätzliche oder alternative Oberflächenveränderungen der Schieferpartikel und/oder der Wüstensandpartikel sind denkbar. Allgemein können derartige Oberflächenveränderungen sowohl chemischer als auch rein mechanischer Natur sein. Es können also neue Bindungen zwischen Atomen oder Molekülen geknüpft werden, oder die Oberflächenbeschaffenheit, beispielsweise die Rauheit oder Rautiefe, verändert werden. Insbesondere eine Erhöhung der Rauheit oder Rautiefe durch das Mahlen ist möglich, was die Wirkung des Gemischs im Beton dahingehend verbessert, dass raue Partikel in einem beispielsweise aus dem Beton hergestellten Bauteil für höhere Stabilität und Belastbarkeit sorgen, weil der Zusammenhalt der im Beton enthaltenen Bestandteile untereinander verbessert wird.
-
Die Zerkleinerung von Schiefer und Sand beim Mahlvorgang sowie etwaige auftretende Oberflächenveränderungen machen aus dem Gemisch ein vorteilhaftes Additiv für die Herstellung von Bindemitteln und insbesondere von Baustoffen wie beispielsweise Zement, Kalk, Puzzolane, Beton, Putz oder Mörtel. Besonders bevorzugt wird das Gemisch für Baustoffe wie Beton, Putz oder Mörtel verwendet.
-
Die Oberflächenveränderungen, beispielsweise eine höhere Rauheit, und an der Oberfläche sich bildende Silikatverbindungen können dafür sorgen, dass das Gemisch enthaltend gemeinsam gemahlenen Schiefer und Wüstensand nach dem Mahlen zu grösseren Partikeln verklumpt, welche beim Abbinden des Baustoffs, in welchem das Gemisch eingesetzt wird, vorteilhaft sein kann. Derartige verklumpte Partikel können auch die mechanischen Eigenschaften des ausgehärteten Baustoffs, also eines aus dem Baustoff hergestellten Bauteils, verbessern. Das Gemisch kann sich jedoch auch ohne ein solches Verklumpen vorteilhaft auf die Eigenschaften des Baustoffs und daraus hergestellter Bauteile auswirken. Hierbei sei erwähnt, dass in der Vergangenheit oft angenommen wurde, dass Sand und insbesondere Wüstensand wegen seiner geringen Rauheit und der sehr kleinen Korngrösse sowie seiner Korngrössenverteilung ohne grössere Körner grundsätzlich ungeeignet für die Herstellung von Baustoffen sei.
-
Die durch das Mahlen bewirkte Oberflächenvergrösserung von Wüstensand und Schiefer kann weiterhin bewirken, dass basisch wirkende Bestandteile des Schiefers mit dem Silciumdioxid des Wüstensands zu Silikat-Hydraten reagieren. Dies kann während des Abbindens oder aber während des teilweise über Jahre andauernden Nachhärtens eines aus dem Baustoff, beispielsweise Beton, gefertigten Bauteils geschehen. Durch den Mahlvorgang steht eine grössere Oberfläche des Wüstensands und des Schiefers zur Verfügung, so dass sowohl die basischen wirkenden Bestandteile des Schiefers als auch das Siliciumdioxid des Wüstensands an den jeweiligen Oberflächen einfacher und häufiger als Reaktionspartner miteinander in Verbindung treten können.
-
Der Anteil an Schiefer und Wüstensand am Gemisch kann jeweils zumindest 20% betragen.
-
Der Anteil an Schiefer beträgt zumindest 20%. Er kann zumindest 30%, zumindest 40%, zumindest 50% und bis zu 80% betragen.
-
Der Anteil an Wüstensand beträgt zumindest 20%. Er kann zumindest 30%, zumindest 40%, zumindest 50% und bis zu 80% betragen.
-
Beispielsweise kann das Gemisch aus 20% Schiefer und 80% Wüstensand bestehen. Alternativ kann das Gemisch aus 30% Schiefer und 70% Wüstensand bestehen. Alternativ kann das Gemisch aus 40% Schiefer und 60% Wüstensand bestehen. Alternativ kann das Gemisch aus 50% Schiefer und 50% Wüstensand bestehen. Alternativ kann das Gemisch aus 60% Schiefer und 40% Wüstensand bestehen. Alternativ kann das Gemisch aus 70% Schiefer und 30% Wüstensand bestehen. Alternativ kann das Gemisch aus 80% Schiefer und 20% Wüstensand bestehen.
-
Umfasst das Gemisch neben Schiefer und Wüstensand weitere Bestandteile, so sind dennoch vorzugsweise zumindest 20% Schiefer und zumindest 20% Wüstensand enthalten.
-
Der im Gemisch enthaltene Wüstensand kann auf eine Korngrösse von 0,5 mm oder kleiner gemahlen werden.
-
Ferner kann daran gedacht sein, dass der Wüstensand auf eine Korngrösse von maximal 0,25 mm, maximal 0,1 mm, maximal 0,75 mm, maximal 0,05mm oder maximal 0,04 mm gemahlen wird.
-
Üblicherweise werden Schüttgüter mit einer Korngrösse unterhalb von 0,063 mm nicht mehr als Sand, sondern als Mehl bezeichnet. Die vorliegende Erfindung umfasst also auch Ausführungsbeispiele, bei welchen Schiefer zu Schiefermehl und/oder Wüstensand zu entsprechendem Mehl gemahlen wird.
-
Der Mahlvorgang kann so geführt sein, dass die vorstehend für den Wüstensand genannten maximalen Korngrössen auch für den Schiefer gelten. Alternativ kann daran gedacht sein, das Verfahren so zu führen, dass grössere Schieferpartikel resultieren. Dies kann beispielsweise durch Variieren einer Mahl-Dauer geschehen.
-
Es kann daran gedacht sein, zumindest zwei Mahl-Schritte durchzuführen. Vorzugsweise ist ein Mahlgrad eines zweiten Mahl-Schritts feiner ist als derjenige eines ersten Mahl-Schritts.
-
Das Verfahren kann auch mehr als zwei Mahl-Schritte umfassen, wobei der Mahlgrad jedes Mahl-Schritts vorzugsweise feiner ist, als der Mahlgrad des vorhergehenden Mahl-Schritts.
-
Hierbei kann daran gedacht sein, bereits im ersten Mahl-Schritt Schiefer und Wüstensand gemeinsam zu vermahlen. Im zweiten Mahl-Schritt kann dann optional einer der Stoffe, vorzugsweise Wüstensand, zugegeben werden. Dies gilt insbesondere, wenn die zu mahlenden Schiefer-Partikel anfangs deutlich grösser sind als die Wüstensand-Partikel, und der Anteil an Schiefer in der Mahl-Vorrichtung demnach im ersten Mahl-Schritt vorteilhafterweise möglichst gross ist.
-
Es kann auch daran gedacht sein, dass vor dem zweiten oder etwaigen weiteren Mahl-Schritten keine Zugabe von Schiefer oder Wüstensand erfolgt, und das Verhältnis der Komponenten des zu mahlenden Gemischs somit vor dem ersten Mahl-Schritt festgelegt wird.
-
Alternativ kann daran gedacht sein, im ersten Mahl-Schritt nur Schiefer zu mahlen, und den Wüstensand erst im zweiten Mahl-Schritt zuzugeben.
-
Die vorliegende Erfindung umfasst neben dem vorstehend beschriebenen Verfahren ferner ein Additiv für ein Bindemittel oder einen Baustoff, wobei das Additiv Schiefer und Wüstensand umfasst, welche gemeinsam gemahlen wurden.
-
Alle hinsichtlich des vorstehend beschriebenen Verfahrens erläuterten Details und Einzelheiten gelten auch für die Ausführungsbeispiele des Additivs und umgekehrt.
-
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin einen Baustoff oder ein Bindemittel umfassend eine Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Additivs. Der Baustoff kann ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend aus der Gruppe Beton, Mörtel und Putz. Das Bindemittel kann ausgewählt sein aus der Gruppe Zement, Kalk und Puzzolane.
-
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin eine Verwendung eines Gemisches aus gemeinsam gemahlenem Schiefer und Wüstensand als Additiv für ein Bindemittel oder einen Baustoff.
-
Die vorliegende Erfindung umfasst ausserdem ein Additiv für ein Bindemittel oder einen Baustoff, erhalten durch ein Verfahren wie vorstehend beschrieben.