DE10354711B4

DE10354711B4 - Verfahren zur Herstellung poröser Granulate und deren Verwendung

Info

Publication number: DE10354711B4
Application number: DE2003154711
Authority: DE
Inventors: Mattias Reinhold; Ullrich Knopf; Anette Müller; Barbara Schwieger
Original assignee: VERFAHRENSTECHNISCHES INST SAA; VERFAHRENSTECHNISCHES INSTITUT SAALFELD GmbH; Bauhaus Universitaet Weimar
Current assignee: IAB Institut fuer Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2003-11-22
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2023-11-23
Also published as: DE10354711A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung poröser Granulate mit einer Korngröße von 2 bis 8 mm, einem inneren Porendurchmesser von 10 bis 1000 μm und einer Schüttdichte von 0,3-0,9 g/cm³, bei dem
– ein bei der Zerkleinerung von Porenbeton anfallendes Feinkorn von < 4 mm auf 100 μm zerkleinert wird,
– eine sich zu 100 Masse-% ergänzende Ausgangsmischung aus 20 bis 70 Masse-% des Porenbetons, 30 bis 80 Masse-% Ziegelmehl und 0,3 bis 3 Masse-% SiC als Blähmittel zu einem Rohgranulat verarbeitet,
– das Rohgranulat getrocknet;
– und in einem Drehrohrofen einem thermischen Blähprozess unterzogen wird, bei dem es 7 bis 10 Minuten bei einer Temperatur oberhalb 1000°C und 5 bis 8 Minuten bei 1190 bis 1200°C behandelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung poröser Granulate mit einer Korngröße von 2 bis 8 mm, einem inneren Porendurchmesser von 10 bis 1000 μm und einer Schüttdichte von 0,3-0,9 g/cm³, sowie ein Verfahren zur Herstellung poröser Granulate mit einer Korngröße von 4 bis 8 mm, einem inneren Porendurchmesser von 10 bis 1000 μm und einer Schüttdichte von 0,3-0,9 g/m³ sowie die Verwendung dieser Granulate.
Traditionell werden poröse Granulate, die als Leichtzuschlagstoffe für Baustoffe eingesetzt werden, aus natürlich vorkommenden Rohstoffen gewonnen. Entweder werden bereits in der Natur in poröser Form vorliegende Rohstoffe wie z.B. Bimsstein nur gebrochen und klassiert, oder die poröse Struktur wird, wie bei Leichtzuschlagstoffen aus Ton oder Schiefer, durch einen thermischen Blähprozess erst erzeugt. Geeignete Materialzusammensetzungen, technologische Varianten und apparative Umsetzungen dieses Prozesses sind in zahlreichen Patenten beschreiben (DD-PS 63 324, DD PS 47325, DD PS 74465, DE 1 471 380 A , DE 1 284 348 C2 , US Patent 3 834 862).
Neben der Ausbeutung natürlicher Lagerstätten werden in steigendem Maße Anstrengungen unternommen, für die Produktion von Leichtzuschlagstoffen auch Abfälle zu nutzen. Damit können sowohl Entsorgungskosten gespart als auch gleichzeitig natürliche Ressourcen geschont werden.
Es ist bekannt, dass beim Gebäuderückbau vorwiegend Abfälle aus Ziegel und Beton anfallen. In Zukunft werden darüber hinaus steigende Mengen an Porenbeton erwartet. Während entsprechend aufbereitete Abfälle aus Ziegel und Beton vorrangig für den Landschafts- und Wegebau eingesetzt bzw. als Zu schlagbeton genutzt werden, gibt es für die Verwertung von Porenbetonabfällen in der zu erwartenden Menge und Qualität (Verunreinigungen) noch keine befriedigende Lösung.
Die erprobten Verwertungswege für bereits hydratisierte nur geringfügig verunreinigte Porenbetonabfälle wie Zusatz zur Trockenrezeptur, Herstellung von Sonderprodukten wie Tierstreu, Ölbinder, Substrate für Gründächer (Lang-Beddoe, I; Schober, G.: Zeitschriftenaufsatz aus Baustoff Recycling und Deponietechnik BR, Band 15(1999 Heft 10) oder die Herstellung von Gasbetonkalk aus Gasbetonbauteilen ( DE 196 49 021 A1 ) erfassen nur vergleichsweise geringe Mengen ausgewählter Qualität.
Eine höherwertige Verwertung, die darüber hinaus den steigenden Anfallmengen Rechnung trägt, ist nicht bekannt.
Die Nutzung von Abfallstoffen für die Produktion von Leichtzuschlagstoffen ist Gegenstand vieler neuerer Veröffentlichungen. So wird in DE 3 150 993 C2 und DE 3 300 052 C2 der Zusatz von möglichst hohen Anteilen an feinkörnigen Fluss- und Seesedimenten zu bekannten blähfähigen Ausgangsmischungen auf der Basis von Ton vorgeschlagen, wobei gleichzeitig eine Entfernung bzw. Inertisierung der in den Sedimenten enthaltenen Schadstoffen erfolgen soll. Ein Leichtzuschlagstoffgranulat, hergestellt aus Klärschlamm, Flugasche und Tonsubstanz beschreibt DE 39 08 172 A1 .
Die Nutzung von Glasabfällen für die Herstellung von qualitativ hochwertigen Leichtzuschlagstoffen wird in DE 4 342 996 C2 und DE 4 344 994 A1 beschrieben, während in DE 43 17 402 A1 Abfälle aus der Glasindustrie aluminium- und eisenoxidhaltigen Schlämmen zugesetzt werden, um blähfähige Zusammensetzungen für die Herstellung poröser Produkte zu erhalten.
Eine weitere Variante zur Nutzung von Altglas für die Herstellung von Leichtzuschlagstoffen ist „Keraglas", ein Blähglas, das durch Zusatz von Gesteinsmehl zu Abfallglas hergestellt wird. Abweichend von den oben genannten Pa tenten werden als Blähmittel keine organischen Substanzen, sondern SiC- bzw. CaCO₃-Pulver eingesetzt.
Nach DE 199 47 247 sind zur Herstellung von Leichtzuschlagstoffen auch Gesteinsmehle, vorzugsweise Bimsmehl, einsetzbar.
Durch Regenerierung von z.B. in Brauereien anfallendem Alt-Kieselgur ist nach DE 4 444 521 ebenfalls ein hoch wärmedämmender Leichtzuschlagstoff herstellbar.
Nach DE 197 35 063 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines umhüllten Zuschlagstoffs für Konstruktionsbeton bekannt, wobei die Beschichtung aus Zementen, Betonzusatzmitteln und/oder Betonzuschlagstoffen sowie sonstigen Hilfsstoffen aufgebaut wird. Hierbei wird auf der Kornoberfläche des runden oder gebrochenen Zuschlags eine kompakte und dichte Beschichtung aufgebracht, die dünner als der Korndurchmesser ist. Als Zuschlag wird ein Recyclat aus Rückmaterialien mit offenporigem Gefüge verwendet, beispielsweise Betonabbruch, Ziegelsplitt, Mauermörtel, Putze, Estriche, baukeramische Stoffe, Dachziegel, Mauersteine aus Kalksandstein, Ziegel, Porenbeton, Bimsbeton, Blähtonbeton etc.
Ferner ist in DE 43 24 974 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Zuschlagstoffes insbesondere aus Porenbeton-Bruch für ein hochwertiges Dämm-Material beschrieben, bei dem der Porenbeton-Bruch gebrannt wird, so dass die Bruchstücke bzw. ihre Poren verglasen bzw. verschlossen werden.
Aus DE 18 11 033 A ist ein Zuschlagstoff für Konstruktionsleichtbeton und Stahlleichtbeton bekannt, der aus dampfgehärteten kugeligen Gas- oder/und Porenbetonteilchen besteht und dessen Teilchen eine versiegelte Oberfläche aufweisen können. Die Formung erfolgt durch Rollen, Trommeln, Walzen oder Pressen unter Verdichtung der Oberfläche.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem aus Baustoffabfällen der Bauindustrie ein für die Herstellung von Beton geeigneter Zuschlagstoff hergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gelöst, welches die in Anspruch 1 oder in Anspruch 2 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahren sind in den zugehörigen Unteransprüchen angegeben.
Die porösen Granulate beinhalten aus zu Rohgranulat oder Mehl zerkleinerte Baustoffabfälle in Form von Porenbeton- und Ziegelabfällen sowie Zusätze eines Beschichtungs- oder Blähmittels.
Das Beschichtungsmittel besteht aus einer Mischung von Ziegel- und Tonmehl, das Blähmittel aus Silizium-Carbid, vorzugsweise aus SiC-Filterstaub.
Die Korngrößen der erfindungsgemäßen porösen Granulate betragen 2-8 mm bzw. 4-8 mm und ihre inneren Porendurchmesser 10-1000 μm.
Die erfindungsgemäßen porösen Granulate sind gekennzeichnet dadurch, dass aus dem beim Abbruch anfallenden Porenbeton ein grobporiges Granulat entsteht, bei dem die in diesem Material enthaltenen Poren weitgehend erhalten bleiben.
Dieses Rohgranulat mit einer Schüttdichte von ca: 0,3 g/cm³ und einer Kornrohdichte von 0,6 g/cm³ erfüllt die über die geringe Dichte hinaus bestehenden Forderungen an einen Leichtzuschlagstoff hinsichtlich Festigkeit und Wasser aufnahme erst dann, wenn die Struktur des Porenbetons durch eine partielle Schmelzphase verfestigt und verdichtet ist. Dabei führt dieser Prozess weder zu einer wesentlichen Verringerung der Porosität, noch zu einer den Verwendungszweck einschränkenden Erhöhung der Dichte. Die Handhabbarkeit des Granulats im technologischen Prozess ist gesichert.
Die genannten Bedingungen sind erfüllt, wenn das gebrochene Granulat mit einer Mischung aus Ziegelmehl und Ton beschichtet und anschließend bei Temperaturen zwischen 1150 und 1200°C eingebrannt wird.
Optimale Ergebnisse sind erzielt, wenn 50 Masse% Porenbetongranulat der Körnung 4-8 mm mit 50 Masse% einer Mischung aus Ziegelmehl (40 Masse%) und Tonmehl (10 Masse%) gecoatet und nach einem Trocknungsprozess einer thermischen Behandlung unterzogen wurden. Diese thermische Behandlung erfolgt vorzugsweise in einem Drehrohr, wobei die Verweilzeit des Granulates oberhalb 1000°C 10 min. und im Temperaturbereich von 1000-1200°C 7-9-min. beträgt.
Unter den genannten technologischen Bedingungen ist das Endgranulat vorzugsweise durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet:

Schüttdichte in g/cm³ ca. 0,5-0,9

Wasseraufnahme in % nach 30 min ca. 12-18

Einzelkornfestigkeit in N: ca. 25-40.
Die porösen Granulate sind auch dadurch herstellbar, dass eine blähfähige Ausgangsmischung mit folgender Zusammensetzung eingesetzt wird:

20-70 Masse% Porenbetonmehl einer Korngröße 10-100 μm
30-80 Masse% Ziegelmehl
0,3-3 Masse% SiC, vorzugsweise SiC-Filterstaub.

Das bei der Zerkleinerung von Porenbeton anfallende Feinkorn < 4mm wird auf < 100 μm zerkleinert und unter Zusatz von Ziegelmehl und SiC-Filterstaub zu Rohgranulat der gewünschten Körnung verarbeitet.
In der Mischung dient der Zusatz von Ziegelmehl der Herstellung einer blähfähigen Zusammensetzung und SiC-Filterstaub als Blähmittel.
Das hergestellte Rohgranulat wird getrocknet und im Drehrohr (Verweilzeit 22 min.) 7-10 min bei einer Temperatur oberhalb 1000°C und 5-8 min bei 1190 bis 1200°C thermisch behandelt.
Die entstehenden Endgranulate sind vorzugsweise durch folgende Kennwerte gekennzeichnet:

Schüttdichte in g/cm³ 0,3-0,7

Wasseraufnahme in % nach 30 min 1-3

Einzelkornfestigkeit in N 100-250 N, abhängig von der Dichte des

Korns

Körnung mm 4-6.
Die Granulate weisen eine geschlossene Oberfläche auf. Die Spannbreite der Porendurchmesser im Innern der Granulate reicht von 10 und 1000 μm.
Die Erfindung soll nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Bei der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen porösen Granulate werden die Baustoffabfälle aus Porenbeton auf zunächst 4-8 mm zerkleinert und mit ca. 75% Wasser bezogen auf die Trockensubstanz versetzt. Auf dieses wassergesättigte Granulat wird solange das trockene Coatingmaterial bestehend aus 80% Ziegel- und 20% Tonmehl aufgebracht, bis das im Granulat enthaltene Wasser nicht mehr ausreicht, um das Coatingmaterial auf der Oberfläche zu binden. Zu diesem Zeitpunkt wird erneut Wasser gleichmäßig auf die Oberfläche verteilt. Der Prozess wird solange wiederholt, bis die optimale Menge an Coatingmaterial aufgebracht ist. Die Zugabe von Ton zum Ziegelmehl ist erforderlich, um die aufgebrachte Coatingschicht auch nach der Trocknung stabil zu halten und den während der stattfindenden Transportprozesse nicht zu vermeidenden Abrieb in technologisch beherrschbaren Grenzen zu halten.
Ein beispielhaftes Mengenverhältnis von Porenbeton und Coatingmaterial beträgt 1:1, bezogen auf die eingesetzte Trockensubstanz. Zu geringe Anteile an Coatingmaterial führen zu einer unzureichenden Bedeckung der Oberfläche, sehr hohe Anteile zu einer Erhöhung der Dichte und damit zu einer Verschlechterung der Qualität in Bezug auf den Einsatz als Leichtzuschlagstoff. Für das gecoatete Granulat ergeben sich Feuchten von ca. 30%.
Das Granulat wird auf Wassergehalte < 5% getrocknet und anschließend einer thermischen Behandlung im Drehrohr unterzogen, wobei die Verweilzeiten des Granulates oberhalb 1000°C ca. 10 min und im Temperaturbereich von 1000-1200°C ca. 7-9 min. betragen.
Eine weitere Ausführungsform der porösen Granulate ist dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Zerkleinerung des Porenbetons anfallende Material in der Korngröße < 4 mm z.B. in einer Prallmühle zu Mehl in einer Körnung zwischen 10 und 100 μm zerkleinert und weiter verarbeitet wird.
Hierzu werden die auf Korngrößen im Bereich 10-100 μm zerkleinerten. Ausgangsstoffe Porenbetonmehl, Ziegelmehl und SiC-Filterstaub mit der Zusammensetzung

49,5 Masse% Porenbeton
49,5 Masse% Ziegelmehl
1,0 Masse% SiC, vorzugsweise SiC Filterstaub.

Das vorgemischte Granulat wird auf einen Granulierteller aufgegeben, wobei die Verweilzeit des Granulates auf dem Teller durch Regelung der Tellerneigung und des Granulatdurchsatzes so einstellbar ist, dass ein Granulat der ge wünschten Korngröße 4-5,6 mm entsteht. Das überlaufende Granulat wird einer Siebung unterzogen. Das dabei anfallende Unterkorn wird wieder auf den Granulierteller gegeben, während das Überkorn nochmals dem Mischer zugeführt wird und anschließend den Granulierprozess erneut durchläuft.
Das entstehende Granulat mit einer Feuchte von 20% wird bis auf Feuchten < 2% getrocknet und anschließend einem thermischen Blähprozess im Drehrohr unterzogen.
Der thermische Blähprozess führt nur dann zu den angestrebten geringen Schüttdichten, wenn das Granulat mehrere Minuten Temperaturen von 1190°C-1200°C ausgesetzt ist. Die nachfolgend genannten Verweilzeiten in den angegebenen Temperaturbereichen

Verweilzeit im Drehrohr 22 min

Verweilzeit oberhalb 1000°C 7-10 min

Verweilzeit bei 1190 bis 1200°C 5-8 min

führen zu porösen Endgranulaten mit folgenden Kennwerten:

Schüttdichte in g/cm³ 0,3-0,7

Wasseraufnahme in % nach 30 min 1-3

Einzelkornfestigkeit 100-250 N; abhängig von der Dichte des

Korns.
Die Granulate besitzen eine geschlossene Oberfläche.
Die Poren im Inneren der Granulate weisen Durchmesser von 10-100 μm auf.

Claims

Verfahren zur Herstellung poröser Granulate mit einer Korngröße von 2 bis 8 mm, einem inneren Porendurchmesser von 10 bis 1000 μm und einer Schüttdichte von 0,3-0,9 g/cm³, bei dem – ein bei der Zerkleinerung von Porenbeton anfallendes Feinkorn von < 4 mm auf 100 μm zerkleinert wird, – eine sich zu 100 Masse-% ergänzende Ausgangsmischung aus 20 bis 70 Masse-% des Porenbetons, 30 bis 80 Masse-% Ziegelmehl und 0,3 bis 3 Masse-% SiC als Blähmittel zu einem Rohgranulat verarbeitet, – das Rohgranulat getrocknet; – und in einem Drehrohrofen einem thermischen Blähprozess unterzogen wird, bei dem es 7 bis 10 Minuten bei einer Temperatur oberhalb 1000°C und 5 bis 8 Minuten bei 1190 bis 1200°C behandelt wird.
Verfahren zur Herstellung poröser Granulate mit einer Korngröße von 4 bis 8 mm, einem inneren Porendurchmesser von 10 bis 1000 μm und einer Schüttdichte von 0,3-0,9 g/m³, bei dem – Baustoffabfälle aus Porenbeton auf 4 bis 8 mm zerkleinert werden, – mit 75 Masse-% Wasser, bezogen auf die Trockensubstanz der Baustoffabfälle, zu einem wassergesättigten Granulat verarbeitet, welches unter weiterem Wasserzusatz mit einer Mischung aus Ziegel- und Tonmehl beschichtet wird, bis sich ein Gemisch aus 40-60 Masse-% Porenbetongranulat, 35-40 Masse-% Ziegelmehl und 5-10 Masse-% Tonmehl einstellt, – das Granulat auf Wassergehalte unter 5% getrocknet – und anschließend im Drehrohrofen thermisch behandelt wird, wobei die Verweilzeiten des Granulats oberhalb 1000°C 10 Minuten und im Temperaturbereich von 1000 bis 1200°C 7 bis 9 Minuten betragen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als SiC SiC-Filterstaub eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ungebrannten Granulate auf eine Schüttdichte von 0,3 g/m³ und eine Kornrohrdichte von 0,6 g/cm³ eingestellt werden.
Verwendung von, nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellten porösen Granulaten als Leichtzuschlagstoff für Baustoffe oder als Schüttdämmmaterial im Bauwesen.