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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwendung von Stahlwerksschlacken zur Herstellung von Dichtungsbaustoffen, beispielsweise zur Abdichtung von Deponien oder zur Abdichtung unterhalb der Bodenoberfläche liegende Bodenschichten gegen Durchsickerung.
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Bei Deponien ist üblicherweise das Volumen der Deponie durch das Genehmigungsverfahren festgelegt. Um die Umwelt vor Einflüssen aus dem Deponat zu schützen wird über dem Deponat eine Abdichtung aus einem Dichtungsbaustoff angelegt, welcher ein Eindringen von Sickerwasser in das Deponat verhindern soll. Daher ist die Wasserdurchlässigkeit des Dichtungsbaustoffs eine kritische Größe. Beispielsweise werden hierzu Materialien, wie tonmineralische Abdichtungskomponenten oder Kunststoffdichtungsbahnen als Oberflächenabdichtung zum Abschluss auf das Deponat aufgebracht. Dieses Volumen zählt aber zu dem Volumen des Deponiekörpers, sodass eine dünnere Schicht an Dichtungsbaustoff zu einer größeren Menge an Deponat führt.
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Aus der
CN 101 565 297 A ist eine ultraleichte Keramik aus Stahlschlacke bekannt, die die Gewichtskomponenten der Rohmaterialien wie folgt aufweist: 10-35 Teile getrockneter Schlamm, 10-25 Teile Konverterstahlschlacke sowie 30-80 Teile Ton. Die ultraleichte Keramik hat eine Schüttdichte von 400-500 kg/m
3, eine Teilchendichte von 760-925 kg/m
3, eine Wasserabsorptionsrate von 4,0-6,0 Gew.-% und eine Expansionsrate von 17-30 %. Eine hohe Expansionsrate bedeutet aber auch, dass die Keramik nicht volumenstabil ist und daher als Dichtungsbaustoff nicht verwendbar ist.
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Aus der
JP 2002 321988 A ist ein Schlackenglas bekannt, welches ein amorphes Material auf Glasbasis ist, das durch Schmelzen und Verglasen von verbrannter Asche aus Siedlungsabfällen, Klärschlamm oder Industrieabfällen, Hochofenschlacke, Gussschlacke oder Metall wie Gusseisenschlacke oder Nichteisenmetallschlacke gewonnen wird. Es wird hier also nicht die Schlacke selbst, sondern das in einem thermisch sehr aufwendigen Prozess aus einer Schlacke hergestellte Schlackenglas verwendet.
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Aus der
CN 107 721 456 A ist eine Anti-Korrosions-Eisenerz-Keramik, welche einen Eisenerzanteil von etwa 40 % aufweist.
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Der Dichtungsbaustoff dient also dazu, eine möglichst wasserundurchlässige Schicht zu erzeugen, welche das darunter angeordnete Material schützt und abdichtet. Dadurch wird insbesondere ein Eindringen von Niederschlag oder anderem Oberflächenwasser weitestgehend verhindert. Dadurch wiederum wird vermieden, dass Schadstoffe ausgewaschen werden können.
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Eine Dichtungsschicht wird üblicherweise durch das Auftragen des Dichtungsbaustoffs und anschließendes Verdichten erzeugt. Die Dichtungsschicht wird entsprechend nicht weiter behandelt, insbesondere nicht thermisch behandelt.
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Zwar ist es bekannt, dass Schlacken prinzipiell als Zusatzstoffe geeignet sein können. Hierbei ist zu berücksichtigen, das Schlacken in vielen unterschiedlichen Prozessen entstehen, die sich alle chemisch unterscheiden und deren chemische und mineralogische Zusammensetzung und Eigenschaft sehr stark von dem Prozess abhängig ist, in dem die Schlacke erzeugt wurde. Oftmals können diese jedoch gerade nicht für einen Dichtungsbaustoff verwendet werden, da die Schlacken beispielsweise durch Freikalk (CaO) mit Wasser meist unter Volumenvergrößerung reagieren können. Dadurch würden aber Risse in einer Dichtungsschicht entstehen und so könnte wieder Wasser eindringen. Um Schlacken dennoch zu verwenden sind entweder aufwändige Behandlungen bekannt oder sehr komplexe Zusammensetzungen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Menge an Deponat in einer Deponie zu erhöhen und natürliche Ressourcen, beispielsweise und insbesondere Ton, zu schonen. Hierzu soll ein geeigneter nicht primärer Rohstoff gefunden werden, welcher ohne weitere (aufwändige) Behandlung direkt in einer einfachen Mischung zu einem Dichtungsbaustoff umgesetzt werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch den Dichtungsbaustoff mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, durch die Verwendung einer Stahlwerksschlacke mit den in Anspruch 6 angegebenen Merkmalen, durch das Verfahren zur Herstellung eines Dichtungsbaustoffes mit den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen, durch die Dichtungsschicht mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen sowie durch die Verwendung eines Dichtungsbaustoffs zur Herstellung einer Dichtungsschicht mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Der erfindungsgemäße Dichtungsbaustoff dient zur Erzeugung einer wasserundurchlässigen Dichtungsschicht. Das bedeutet, der Dichtungsbaustoff kann einfach beispielsweise als Deckschicht auf eine Deponie aufgebracht werden und bildet dort, gegebenfalls nach einer Verdichtung dann eine entsprechend den Anforderungen wasserundurchlässige Dichtungsschicht. Der Dichtungsbaustoff besteht zu 50 bis 85 Vol.-% aus Ton und zu 15 bis 50 Vol.-% aus Stahlwerksschlacke, beispielsweise und insbesondere LD-Schlacke oder Gießpfannenschlacke. Die Summe aus Ton und Stahlwerksschlacke beträgt 100 Vol.-%, wenigstens bezogen auf den Feststoffgehalt. Gegebenfalls kann zusätzlich noch Wasser hinzugegeben werden, wobei sich das Volumen üblicherweise jedoch nicht oder nicht nennenswert ändert, wobei es sogar zu einer Volumenverringerung kommen kann. Stahlwerksschlacke hat sich für diesen Anwendungszweck im Vergleich zu anderen Schlacken aus anderen Prozessen als geeignet herausgestellt. Während üblicherweise unbehandelte Stahlwerkschlacke, beispielsweise und insbesondere LD-Schlacke, aufgrund von enthaltendem Freikalk (CaO) beziehungsweise MgO und durch deren Hydratisierung nicht volumenstabil ist und damit nicht generell als Dichtungsbaustoff verwendbar ist, hat sich gezeigt, dass in Kombination mit Ton zum einen die Volumenstabilität gegeben ist. Hierbei ist kein weiterer zusätzlicher Behandlungsschritt, beispielsweise ein Verglasen der Schlacke notwendig, sondern die Stahlwerksschlacke kann einfach verwendet werden, ohne vorher (abgesehen von beispielsweise Sieben) modifiziert worden zu sein. Dieses gilt analog für eine Gießpfannenschlacke, welche eine der LD-Schlacke nicht unähnlichen Anteil an Freikalk (CaO) beziehungsweise MgO aufweist. Zum anderen konnte ebenfalls gezeigt werden, dass die Wasserdurchlässigkeit geringer als 5 · 1010 m/s ist. Damit kann zum einen überraschender Weise die Dicke einer wasserundurchlässigen Schicht um beispielsweise 40 % reduziert werden, was wertvollen Deponieraum für Deponat schafft. Zum anderen kann sogar Stahlwerksschlacke, die selber als Deponat eingebracht wird, sogar in der Dichtungsschicht mit eingebracht werden, sodass das Deponievolumen noch effizienter genutzt werden kann. Zusätzlich weist der Dichtungsbaustoff eben nur die beiden festen Komponenten Stahlwerksschlacke und Ton auf, auf weitere, meist aufwändige und/oder teure Zusatz- / Zuschlagsstoffe kann verzichtet werden.
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Es kann vermutet werden, dass der Ton aufgrund seiner plastischen Eigenschaften in der Lage ist eine Volumenvergrößerung aufgrund einer Hydratisierung, beispielsweise von CaO oder MgO, in der Stahlwerksschlacke zu kompensieren.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Ton einen Wassergehalt von 30 bis 40 Gew.-% auf. Besonders bevorzugt ist der Ton hierzu hochgewässert, also mit Wasser nachgereicht worden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Stahlwerksschlacke eine Körnung von 0 bis 25 mm, bevorzugt eine Körnung von 0 bis 10 mm, weiter bevorzugt eine Körnung von 0 bis 3 mm, auf. Das heißt, dass bevorzugt keine Feinfraktion der Stahlwerksschlacke abgetrennt ist, sondern, dass auch sehr kleine Schlackepartikel in dem Dichtungsbaustoff enthalten sind. Beispielsweise kann auch gezielt eine bimodale Größenverteilung verwendet werden, wobei die kleineren Partikel eine Anordnung zwischen den größeren Partikeln einnehmen können, wodurch eine höhere Beladung ermöglicht wird.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Ton einen Schluffanteil von 40 bis 60 % auf.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Stahlwerksschlacke eine nicht stabilisierte LD-Schlacke. LD-Schlacke entsteht bei der Stahlerzeugung nach dem Linz-Donawitz-Verfahren, auch Blasstahlverfahren oder LD-Konverterverfahren, genannt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Stahlwerksschlacke eine nicht stabilisierte Gießpfannenschlacke.
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Das Stabilisieren einer Schlacke, beispielsweise durch Zugabe von Zusatzstoffen und/oder Einblasen von beispielsweise Sand und Sauerstoff nach der Entnahme der Schlacke aus dem schlackebildenden Prozess kann zwar die Eigenschaften der Schlacke optimieren, ist aber ein zusätzlicher Prozess, der zudem aufwändig ist, da dieser durchgeführt werden muss, solange die Schlacke noch flüssig ist. Es hat sich aber eben gerade gezeigt, dass auf einen solchen aufwändigen Stabilisierungsschritt mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung und der Auswahl der Stahlwerksschlacke hierfür eben gerade verzichtet werden kann.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung einer Stahlwerksschlacke, insbesondere einer LD-Schlacke oder einer Gießpfannenschlacke, zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Dichtungsbaustoffes.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Dichtungsbaustoffes. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- a) Bereitstellen eines Tones,
- b) Bereitstellen einer Stahlwerksschlacke,
- c) Mischen des in Schritt a) bereitgestellten Tones und der in Schritt b) bereitgestellten Stahlwerksschlacke in einem Verhältnis von 50 bis 85 Vol.-% Ton und 15 bis 50 Vol.-% Stahlwerksschlacke, wobei die Summe aus Ton und Stahlwerksschlacke 100 Vol.-% beträgt.
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Hierbei führt eine möglichst gute Homogenisierung zu einer möglichst hohen Wasserundurchlässigkeit.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zwischen Schritt a) und Schritt c) der Ton auf einen Wassergehalt von 30 bis 40 Gew.-% hochgewässert. Dadurch wird der Ton besser plastisch verformbar.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt b) die Stahlwerksschlacke mit einer Körnung von 0 bis 25 mm, bevorzugt eine Körnung von 0 bis 10 mm, weiter bevorzugt eine Körnung von 0 bis 3 mm, bereit gestellt. Diese Körnungen, jeweils einschließlich der Kleinfraktionen, also ohne vorheriges Abtrennen einer Feinfraktion, beispielsweise mittels Sieben, hat sich als besonders geeignet herausgestellt.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Dichtungsschicht aus einem erfindungsgemäßen Dichtungsbaustoff. Es hat sich überraschend herausgestellt, dass die Dicke einer solchen erfindungsgemäßen Dichtungsschicht um etwa 40 % geringer ausfallen kann im Vergleich zum reinen Ton als Dichtungsbaustoff.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Dichtungsbaustoffs zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Dichtungsschicht.
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Nachfolgend ist der erfindungsgemäße Dichtungsbaustoff anhand eines in dem folgenden Beispiel dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Zur Homogenisierung wurde der Ton auf einen Wassergehalt von über 35 % hochgewässert, sodass der Ton gut plastisch verformbar war. Die Stahlwerksschlacke, beispielsweise BaseLith, wurde eingearbeitet. Danach wurde der Wassergehalt festgehalten. Es wurden jeweils 3 Mischungen mit unterschiedlichen Anteilen hergestellt, wobei das Verhältnis Ton zu Stahlwerksschlacke eingestellt wurde auf 80: 20, 70: 30 und 60: 40, jeweils Volumenverhältnis. Das Material wurde beim eingestellten Wassergehalt mit Proctorenergie verdichtet und die Trockendichte ermittelt. Von jedem gemischten Material wurde ein Proctorversuch durchgeführt, um die Grenzbeziehung bei Dpr = 95 % zu ermitteln und mit Hilfe des Bezugsproctors den Verdichtungsgrad der jeweiligen Materialproben angeben zu können. Anschließend wurde in einer weiteren Untersuchungsreihe der Wassergehalt eingestellt, um die Ergebnisse an weiteren Proben mit reduziertem Wassergehalt zu verifizieren. Weiter wurde der Wasserdurchlässigkeitsbeiwert mit eingestelltem Wassergehalt bei Dpr = 95 % ermittelt. Weiter wurden der Kalkgehalt und die Raumbeständigkeit untersucht. Dabei konnte festgestellt werden, dass bei allen untersuchten Proben durchgängig Wasserdurchlässigkeitsbeiwerte kf < 5,0 · 10-10 m/s ermittelt wurden. Damit ist der erfindungsgemäße Dichtungsbaustoff hervorragend für den geplanten Zweck geeignet. Die ermittelten Kalkgehalte an den Mischproben liegen durchgängig unter dem Anforderungswert von < 15 %. Die Untersuchungen der Raumbeständigkeit und der Quellhebung sind absolut unkritisch, insbesondere da die Untersuchungen ohne Auflast erfolgten, sodass die Hebung unter Auflast innerhalb eines Abdichtungssystems noch geringer ausfällt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 101565297 A [0003]
- JP 2002321988 A [0004]
- CN 107721456 A [0005]