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Verfahren zur Herstellung von als Zuschlagstoff für Beton und Mörtel
geeigneter zerkleinerter Schmelzkammergranulatschlacke Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Aufbereitung und Verwendung granulierter Schmelzkammer-(Granulat-)
Schlacke, insbesondere aus den Kesseln der Kraftwerke zu einem Zuschlagstoff, unter
anderem zur Herstellung von Mörtel und Beton. Bei der Verbrennung der Kohle in den
modernen Steinkohlengroßkraftwerken fällt eine Schlacke an, die in Größe, Struktur
und ihren Eigenschaften von der bekannten Schlacke alter Kesselfeuerungen bedeutend
abweicht. Mittels in die Kessel eingebauter Brennkammern wird die Schlacke verflüssigt.
Glühend-flüssig fließt oder tropft sie in stehendes Wasser und wird dadurch abgeschreckt.
Je nach Einflußmenge und Abkühlungsgrad entsteht eine Schlacke schwarzglänzenden
Aussehens von ungleichmäßiger Größe und Form. Die Gestaltung kann klumpig, aber
auch stäbchen- bis fadenartig sein. Das Gefüge ist meist dicht abgeschlossen und
nur wenig porig. Die Oberflächen sind spiegelglatt, die Kanten sehr scharf. Durch
ihren glasigen Charakter ist sie leicht spaltbar und sehr spröde, jedoch ist das
einzelne, nicht mehr spaltbare Korn von großer Härte. Die Spaltflächen sind ebenfalls
sehr glatt und neu sich bildende Kanten sehr scharf.
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Schlagfestigkeitsprüfungen nach DIN 52109 an korngrößenmäßig gleich
aufgebauten Vergleichsmaterialien haben bewiesen, daß das aufbereitete, nicht mehr
spaltbare Granulat eine Schlagfestigkeit besitzt, die um etwa 50/, besser
als Basalt, um etwa 120/, besser als Kalkstein und um etwa 220/, besser als Hochofenschlacke
ist.
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Der Kornaufbau dieser unbearbeiteten Schlacken ist völlig unregelmäßig.
Der Anteil unter 1 mm Korngröße erreicht fast nie 10 °/o, der staubförmige Anteil
ist äußerst geringfügig. Der größte Anteil ist äußerst geringfügig. Der größte Anteil
liegt innerhalb der Größenordnung von 1 bis 7 mm, wiederum ein nur relativ kleiner
Anteil über 7 mm Korngröße. Allgemein entspricht er weder den Sieblinien für Betonsande
noch denen für Beton-Gesamtzuschlagstoffe nach DIN 1045.
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Chemisch gesehen bestehen diese Schlacken in der Hauptsache aus Kieselsäure,
Tonerde und Kalk. Vorhandenes Eisen erscheint als Eisenoxyd. Brennbare Bestandteile
sind nicht mehr vorhanden. Somit sind diese Schlacken ihrer chemischen Natur nach
als Betonzuschlagstoffe gut geeignet, da Sulfat und Schwefel nur in geringen Mengen
vorkommen.
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Da es sich nicht um eine kristalline, sondern ausgesprochen glasige
Schlackenschmelze handelt, besitzt diese Schlacke - im Gegensatz zu Quarzsanden
und anderen mörtel- und betonbildenden schweren Zuschlagstoffen - die Eigenschaft
einer besonders guten Wärmedämmung.
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Mehrfache Vergleichsmessungen unter gleichen Bedingungen, z. B. an
kalkgebundenen, autoklav gehärteten Mischungen, haben bewiesen, daß Mischungen aus
1000/" aufbereitetem Granulat um rund 220/, günstigere Mischungen von zu gleichen
Teilen aufbereitetem Granulat und Quarzsand um rund 16 °/o günstigere Wärmeleitzahlen
ergeben als Mischungen aus 1000/, Quarzsand.
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Der Erweichungs- und Schmelzpunkt dieser Schlakken liegt bedeutend
höher als der von Sand, Kies und anderen natürlichen Betonzuschlagstoffen. Somit
bietet sich die Schlacke auch zur Herstellung von hochwertigen Betonen mit höherer
Feuersicherheit an.
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In teilweiser Erkennung der betontechnischen Eigenschaften dieser
Schmelzkammeraschen sind bereits mehrfach Versuche zur Verwendung als Betonzuschlagstoff
unternommen worden. In geringem Umfang findet auch eine Verwendung als solcher statt.
Jedoch hat infolge des ungünstigen Kornaufbaues einerseits und der geringen Eigenfestigkeit
des Kornes, die in der auf der glatten Flächung beruhenden leichten Spaltbarkeit
ihre Hauptursachen hat, andererseits die Verarbeitung zu Beton insofern eine Begrenzung
erfahren, als die Schlacke lediglich zu Verschnittbeton benutzt wird, also als Beimengung
zu Bims, Hüttenbims u. a., zur Herstellung von Voll- und Hohlblocksteinen und anderen
Baukörpern, bei denen die geforderte Festigkeit bei etwa 25 bis 50 kg/cm2 liegt.
Die Verschnittmenge dieses Materials ist verhältnismäßig gering. Die Grenze wird
bestimmt einesteils durch die Sprödigkeit der Schlacke, die wiederum die Ursache
im
Fehlen des Feinkornes hat, andernteils durch die verschiedenen Eigengewichte der
zur .Mischung verwendeten Zuschlagstoffe. Die praktische Verarbeitbarkeitsgrenze
der Granulatschlacke, wie sie anfällt, liegt also verhältnismäßig niedrig.
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Es ist auch bereits versucht worden, die Granulatschlacke mit Walzenbrechern
oder ähnlichen Zerkleinerungsmaschinen zu zerkleinern. Die erzielten Ergebnisse
zeigten aber, daß die so aufbereitete Schlacke in betontechnischem Sinn wenig wirksam
ist.
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Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, die Struktur des Granulats im betontechnischen Sinn zu verbessern sowie
das Granulat so aufzuschließen, daß der. Kornaufbau im Sinne einer günstigen Sieblinie
vorhanden ist.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Granulat in einer
Prallmühle derart zerkleinert wird, daß die Anteile der Kornfraktion 0 bis 1 mm
etwa 50 °/o vom Gewicht des gesamten Granulats ausmachen und dabei in ihren einzelnen
Fraktionen der DIN 1045 genügen. Durch die hohe Umlaufgeschwindigkeit z. B. einer
prallmühlenähnlichen Konstruktion in Verbindung mit der dazu günstigen Aufgabemenge
wird das Granulat mechanisch derart beansprucht, daß eine Zerkleinerung in Ausnutzung
der leichten Spaltbarkeit eintritt, . bis eine Flächenabscherung im einzelnen Korn
nicht mehr stattfindet.. Die Folge ist, daß die äußere Form der Körner kubischer
wird und die glatten Flächen durch die mechanische Beanspruchung weitgehend nufgerauht
werden. Die weitere entscheidende Folge dieser Bearbeitung ist die . Anreicherung
an Teilen unter 0,2 mm und Teilen der Fraktion 0;2 bis 1 mm bis zu etwa 50 °/o des
Gesamtgewichtsvolumens. Damit gelingt es, die Granulatasche zu einem Kornaufbau
zu bringen, der dem günstigsten bzw. guten Bereich der Sieblinien für Betonsande
nach DIN 1045 entspricht. Ein besonderer betontechnischer Wert der Aufbereitung
liegt in der Schaffung der dem Ausgangsprodukt fehlenden feineren Fraktionen von
0 bis 1 mm Größe, und zwar hauptsächlich im unteren Bereich von 0 bis 0,2 mm. Diese
Anteile sind infolge des geschmolzenen, verunreinigungsfreien Ausgangsproduktes
frei von beispielsweise in Natursanden und auch in Naturbrechsanden vorkommenden
unerwünschten und schädlichen Feinteilen; wie Ton, Lehm, Erde usw. Erfahrungsgemäß
ist der Anteil unter 0,2 mm zusammen mit dem Bindemittel mitbestimmend unter anderem
für die Geschmeidigkeit der Mischung, die gute Verdichtung und die Erzielung einer
geschlossenen Beton-Oberfläche.
Die Möglichkeit der Veränderung der Umlaufgeschwindigkeit in Zusammenhang mit der
Aufgabemenge gestattet ferner die Erzielung eines gleichmäßigen Endproduktes auch
bei verschiedener Kornzusammensetzung des Ausgangsmaterials.
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Mit dieser so aufgeschlossenen Granulatschlacke wird ein Betonzuschlagstoff
gewonnen, der durch seine veränderte Struktur und den günstigsten Kornaufbau in
der Verarbeitbarkeit normalisiert worden ist. Mit ihm lassen sich sehr hohe Festigkeiten
erzielen. Durch entsprechende Veränderung des Verhältnisses der Anteile 0 bis 0,2
mm und 0,2 bis 1 mm Korngröße läßt sich auch leicht ein rüttelfähiger, dichter Beton
herstellen, auch dann, wenn statt Schwerbetonzuschlag,_ wie z. B. Kies oder gebrochenes
Gestein, Leichtbetonzuschlagstoffe, wie z. B.. Hüttenbims;- Bims; Lava, Blähton
u. a. m., Verwendung finden sollen. -Bei der Verarbeitung von Granulatschlacke im
Anfallzustand zu Beton hat es sich gezeigt; daß in Einhaltung der praktischen Verarbeitbarkeitsgrenze
ein Zuschlag dieses Materials bei etwa 200/() des Gesamtzuschlagsgewichts liegt.
Mit einer solchen Mischung unter Zugabe von 300 kg/m3 Zement kann eine Druckfestigkeit
von 200 kg/cm2 erreicht werden.
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Bei der Verarbeitung des erfindungsgemäß aufbereiteten Materials jedoch
wird bei einer Zugabe von 70 % des Gesamtzuschlagsgewichts an Granulatschlacke
und z. B. 30 °/a Hüttenbims 4/20 mm und Zugabe von 300 kg/m3 Zement eine Druckfestigkeit
von über 350 kg/cm2 (28 Tage) erzielt.
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Das Raumgewicht dieses Betons liegt wesentlich niedriger als bei gleichwertigem
Schwerbeton. Auch die Wärmedämmung mit 0,43 kg cal - /m - h - ° C ist wesentlich
günstiger als bei einem Schwerbeton gleicher Festigkeit.
Durch solche
und ähnliche Zusammensetzungen unter Verwendung des aufbereiteten Granulats können
wesentliche Gewichtsersparnisse bei Bauteilen bei gleichen Betonfestigkeiten erzielt
werden. Es lassen sich wärmetechnisch günstige Bauelemente herstellen, die aber
auch bessere feuerhemmende Eigenschaften aufweisen.
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Bei den gleichen Kraftwerken, deren Verbrennungsprodukt die beschriebene
Granulatschläcke darstellt, wird der während des Verbrennungsvorganges anfallende
Staub in Staubfiltern gesammelt. Dieser Staub kann zur Erhöhung des Anteils unter
0,2 mm der aufbereiteten Schlacke dieser in gewissen Mengen als Plastifizierungsmittel
beigegeben werden, wodurch sich die Rüttelfähigkeit des Mörtels oder Betons weiterhin
verbessert und die Festigkeit des Betons in gewünschter Weise nochmals erhöht werden
kann.