DE19503134A1

DE19503134A1 - Verfahren zur Herstellung von wasserdichten betonähnlichen Baumaterialien unter Verwendung von höheren Steinkohlenfilteraschen-Anteilen und von hydraulisch aktiven Braunkohlenfilteraschen

Info

Publication number: DE19503134A1
Application number: DE1995103134
Authority: DE
Inventors: Beate Werner; Harald Wagner
Original assignee: BIOELEMENT SPEZIALBAU GmbH
Current assignee: BIOELEMENT SPEZIALBAU GmbH
Priority date: 1995-02-01
Filing date: 1995-02-01
Publication date: 1996-11-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dichten und von hoch festen betonähnlichen Baumaterialien mittels der Verwendung von hydraulisch aktiven Braunkohlenfilteraschen und von Steinkohlenfilteraschen. Hierbei wirkt die hydraulisch aktive Braunkohlenfilterasche als Selbstverfestiger und als Anreger für puzzolanische Reaktionen der Steinkohlenfilterasche.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, Stein- und Braunkohlenfilteraschen aus kohlenstaubgefeuerten Kraftwerken bautechnisch zu nutzen.

Die Verarbeitung dieser Aschen anstelle von Zement aufgrund ihrer binde mittelartigen Eigenschaften führte allerdings bisher nicht zu den angestrebten Erfolgen.

Die verfestigenden Eigenschaften einiger Aschen, insbesondere von Steinkohlen filteraschen, waren nur durch besondere Maßnahmen, wie durch den Zusatz von Anregern, durch besondere mechanische Behandlung oder durch Druckerhärtung freizusetzen, ohne jedoch einen Zementersatz zu erreichen (DD-PS 2 74 206). Es wurde auch versucht, künstliche Zuschläge für die Bauwirtschaft unter Verwendung von Steinkohlenfilteraschen herzustellen (DE-PS 35 39 264). Ebenso soll durch die Herstellung großer Blöcke aus Steinkohlenfilteraschen und CaO- haltiger Bindemittel mit anschließender Zerkleinerung und erneuter Verpressung ein Baumaterial hergestellt werden können (DE-PS 35 24 693).

Durch ihre besondere stoffliche Zusammensetzung zeigen (kalkhaltige) hydraulisch aktive Braunkohlenfilteraschen ein eigenes Erhärtungsverhalten, wobei der Aktivierung der festigkeitserzeugenden Mineral- und Glasphasen und der Zumischung weiterer Komponenten große Bedeutung zukommt. Aufgrund dieser bisher nicht fundiert abgeklärten Verhältnisse erfolgte ihr Einsatz als mineralisches Bindemittel bzw. als mineralische Bindemittelkomponente nur in vergleichsweise geringem Umfang.

Durch die Herstellung einer Asche - Wasser - Suspension mit einem hohen Anmachwassergehalt konnte erreicht werden, daß durch die völlige Teilchen benetzung die Bindeeigenschaften der Braunkohlenfilterasche freigesetzt werden (DD-PS 2 44 472, DD-PS 2 44 545, DD-PS 2 44 546), wobei nach der Suspensionsherstellung weitere Bindemittel und andere Zuschlagstoffe wie z. B. auch Faserstoffe zugesetzt werden können. Bei einer hohen Zugabewasser menge müßte jedoch bzgl. der Herstellung, Verfestigung und Verarbeitung überschüssiges Wasser wieder aus dem Endgemisch mittels eines besonderen technischen und technologischen Aufwandes entfernt werden.

Die Ermittlung einer Rezeptur für die baupraktische Verwendung einer Asche bzw. eines Aschegemisches kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden.

Diesbezüglich ist in DE-PS 41 03 412 angegeben:

Ausgehend von vereinzelten Aschekomponenten unterschiedlicher Körnungs bänder gelingt über eine experimentell aufzustellende Wasseranspruchsfunktion die optimale Festlegung des prozentualen Anteils der Komponenten, des spezifischen Wasseranspruchs sowie der technologischen Grenzen, in denen die Herstellung einer Dispersion für Bau- und Dichtstoffprodukte möglich ist. Die Verdichtung der Körnungsstruktur unter Wassereinfluß wird dadurch bewirkt, daß der Aschemischung bei aufgebrachten Scherbewegungen diejenige Wassermenge zugegeben wird, welche zum Erreichen der oberen Fließgrenze benötigt wird. Hierzu müssen zwei sich hinsichtlich ihrer Korngrößenverteilung deutlich unterscheidende Aschefraktionen vorliegen.

Die Aufnahme der für die Verarbeitung benötigten Wasseranspruchsfunktion und deren Einhaltung, erfordert allerdings einen sehr hohen technischen, techno logischen und analysetechnischen Aufwand, so daß diese Vorgehensweise aus baubetriebstechnischen Gründen für die allgemeine Baupraxis entfällt:
Die Abgabe von Filteraschen aus modernen Großkraftwerken erfolgt nämlich als Mischasche aller Filterstufen, so daß eine erfindungsgemäße Verarbeitung eine aufwendige, baupraktisch nicht durchführbare Separation der Mischasche in einzelne Aschefraktionen voraussetzt.

Ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung dagegen das Anliegen zugrunde, unter Verwendung von erfindungsgemäß vorgegebenen Anteilen von hydraulisch aktiven Braunkohlenfilteraschen und von Steinkohlen filteraschen mittels einer einfachen, bau praktisch anwendbaren Technologie die Herstellung von betonähnlichen Baumaterialien hoher Dichtigkeit und hoher Festigkeit bei hoher Volumenkonstanz bzgl. herstellungsmäßigem Schwinden und Quellen zu ermöglichen.

Nach einer Vielzahl, über Jahre dauernden umfangreichen derartigen Versuchs reihen wurde folgende Rezeptur entwickelt:
In Abhängigkeit ihrer bindemitteltechnischen Aktivität werden
5,1 bis 9,9 Anteile Steinkohlenfilterasche 0,1 bis 4,9 Anteile hydraulisch aktive Braunkohlenfilterasche
unter möglichem Zumischen von weiteren Zugabestoffen wie Bindemittel und/oder inerte, reaktive oder teilweise reaktive Zusatzstoffe, z. B. fasrige Stoffe, und/oder Zuschlagstoffe und/oder Zusatzmittel eingesetzt und unter teilweiser bzw. vollständiger vorheriger und/oder gleichzeitiger und/oder nachfolgender Zumischung des für die Gesamtgemischherstellung, -verarbeitung, -anwendung und -erhärtung erforderlichen Mindestwasseranspruches verwendet.

Ein unerwünschtes Quellen kann hierbei durch die zugegebenen nicht reaktiven oder schwindenden Zugabestoffe bis zur Volumenkonstanz der erhärteten Mischung unterbunden werden.

Hierzu wurden die kinetisch-mineralogisch-chemischen Vorgänge bei der Wechselwirkung von hydraulisch aktiver Braunkohlenfilterasche und von Steinkohlenfilteraschen mit Wasser untersucht und deren Eigenaktivität sowie das Aktivierungsverhalten von hydraulisch aktiven Braunkohlenfilteraschen auf Steinkohlenfilteraschen abgeklärt.

Dies führte zur Erkenntnis eines neuartigen Wirkmechanismus zwischen mehr oder weniger freikalkhaltigen hydraulisch aktiven Braunkohlenfilteraschen (BFA) und Steinkohlenfilteraschen (SFA). Er besteht in der spezifischen aktivierenden Rolle einer derartigen BFA in Bezug auf die puzzolanischen Reaktionen einer SFA:
Die Untersuchungen ergaben, daß in der Anfangsphase der Erhärtung im System BFA - Wasser eine gegenüber herkömmlichem Portlandzement höhere Konzen tration an Ca-Ionen in der Porenlösung festzustellen ist. Dies führt zu einem höheren Umsatz der siliziumhaltigen Glasphasen der SFA und damit zu einer höheren Ausbeute der sich bildenden festigkeitserzeugenden Hydratphasen. Um ausreichend Ca⁺⁺-Ionen zur puzzolanischen Reaktion der SFA zu erhalten, muß der Bereich des Mischungsverhältnisses BFNSFA eingeschränkt und die Zugabewassermenge niedrig gehalten werden. Die unterschiedliche Verteilung der einzelnen Korngrößengruppen sowohl der BFA als auch der SFA muß für die Festlegung eines Mischungsverhältnisses BFNSFA ebenfalls berücksichtigt werden. Zudem wirken sich auch die physikalischen Eigenschaften der Steinkohlenfilteraschen, wie ein hoher Anteil an kugeligen Teilchen, ihre Feinkörnigkeit und ihr geringer Wasseranspruch günstig auf die Herstellung, Verarbeitbarkeit und das Verdichtungsverhalten des Frischgemisches aus. Die Zusammensetzung derartiger BFNSFA-Gemische wurde dann innerhalb des möglichen o.a. Mischungsverhältnisbereiches derart variiert, daß bei weiterhin niedrigem Wasser - (Gesamt-)Asche - Verhältnis unter Berücksichtigung der dies bezüglichen Auflagen für die Herstellung, Verarbeitung, Anwendung und Erhärtung der letztlich entstehenden Mischung das bei der Reaktion mit Wasser verbundene Quellen der BFA durch eine entsprechende Zugabe von SFA gezielt herabgesetzt werden konnte.

An Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert:

Beispiel 1

Hergestellt werden soll ein Feinstkornbeton unter der Verwendung vergleichsweise geringer Anteile von Steinkohlenfilterasche. Zur Herstellung werden 5,1 Anteile Steinkohlenfilterasche und 4,9 Anteile hydraulisch aktiver Braunkohlenfilterasche zusammengegeben. Dann werden mit Bezug auf das Aschegemisch 20 Gew.-% Portlandzement PZ 35 zugefügt. Nach intensivem Mischen erfolgt die Zugabe von 25 Gew.-% Anmachwasser, bezogen auf das gesamte Trockengemisch. Somit erhält man einen Feinstkornbeton mit einer 3-, 7- und 28 - Tage-Druckfestigkeit von 7,14 und 29 [N/mm²].

Beispiel 2

Hergestellt werden soll ein Feinstkornbeton unter der Verwendung vergleichsweise hoher Anteile von Steinkohlenfilterasche.

Zur Herstellung werden 9,8 Anteile Steinkohlenfilterasche und 0,2 Anteile hydraulisch aktive Braunkohlenfilterasche zusammengegeben. Dann werden mit Bezug auf das Aschegemisch 20 Gew.-% Portlandzement PZ 35 zugefügt. Nach intensivem Mischen erfolgt die Zugabe von 25 Gew.-% Anmachwasser, bezogen auf das gesamte Trockengemisch. Somit erhält man einen Feinstkornbeton mit einer 3-, 7- und 28 - Tage-Druckfestigkeit von 5, 8 und 18 [N/mm²].

Durch die erreichbare hohe Dichtigkeit und/oder hohe Festigkeit des ausge härteten, preiswert und baupraktisch üblich herzustellenden Gemisches folgen:

- allgemein hohe mechanisch technologische Kennwerte;
- geringe Durchlässigkeitsbeiwerte gegenüber Flüssigkeiten und Gasen;
- bei möglicher Volumenkonstanz bzgl. herstellungsmäßigem Schwinden und Quellen;

und es ergeben sich somit eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten.

So lassen sich mittels der Erfindung z. B. Frischgemische für den Tief-, Wasser- und Kanalbau sowie für Abdichtungen im Wasser- und Deponiebau herstellen. Zum anderen läßt sich das Gemisch z. B. auch für die Herstellung von dichten Fertigteilelementen (wie Wasserrohre, Gasbehälter), Fertigschächten sowie von herkömmlichen Betonwaren (wie Wandelemente, Pflastersteine, Bord- und Rasenkantensteine) anwenden.

Das Gemisch wird im Stahl- und Spannbetonbau mit ebensolchen Vorteilen eingesetzt.

Die Weiterverarbeitung des Gemisches kann, wie beschrieben, in betontypischer Art und Weise erfolgen. Durch die erwähnten stofflichen Vorteile lassen sich jedoch auch betonuntypische Verarbeitungen realisieren, wie z. B. der Verzicht auf herstellungsmäßige Schwindungs- bzw. Dehnungsfugen bei großflächiger Verarbeitung, monolithischer Guß komplizierter Bauelemente und ein dichter nachträglicher Verbund vorgefertigter einzelner Bauteile. Eine hohe Festigkeit kann zudem bauingenieurmäßig vorteilhaft berücksichtigt werden.

In das hergestellte Gemisch kann man auch schadstoffbelastete Materialien eingeben, so daß eine Immobilisierung der Schadstoffe, z. B. toxische Stoffe, in den ausgehärteten Fertigungsprodukten erfolgt.

In das hergestellte Gemisch sind evtl. auch solche Zuschlagstoffe einzumischen, z. B. Kunststoffregranulate, die unterschiedliche Materialeigenschaften ergeben, so z. B. Schalldämm-, Wärmedämm- und/oder Hochfestigkeitseigenschaften.

In das Gemisch werden gegebenenfalls Zugabestoffe wie weitere Bindemittel und/oder inerte Stoffe und/oder Zuschlagstoffe und/oder Zusatzmittel unter Berücksichtigung von deren für die Gesamtgemischherstellung, -verarbeitung, -anwendung und -erhärtung erforderlichen Mindestwasseranspruch zugegeben und gemischt. Ein unerwünschtes Quellen kann hierbei durch die zugegebenen nichtreaktiven oder schwindenden Zugabestoffe bis zur Volumenkonstanz der erhärteten Mischung unterbunden werden.

Darüber hinaus lassen sich solche z. B. Bauteile oder Elemente auch ohne weiteres im Fertigungsprozeß zu speziellen Verbundmaterialien und/oder Verbundelementen vereinigen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von dichten und von hochfesten betonähnlichen Baumaterialien unter Verwendung von höheren Steinkohlenfilteraschen- Anteilen und von hydraulisch aktiven Braunkohlenfilteraschen, gekennzeichnet dadurch, daß
5,1 bis 9,9 Anteile Steinkohlenfilterasche
0,1 bis 4,9 Anteile hydraulisch aktive Braunkohlenfilterasche
unter Berücksichtigung des jeweiligen Mindestwasseranspruchs zur Herstellung eingesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in das Gemisch auch Zugabestoffe wie weitere Bindemittel und/oder inerte, reaktive oder teilweise reaktive Zusatzstoffe, z. B. fasrige Stoffe, und/oder Zuschlagstoffe und/oder Zusatzmittel sowie die für die Gesamtgemischherstellung, -verarbeitung, -anwendung und -erhärtung erforderlichen Mindestwasser gehalte zugemischt werden können.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß in das Gemisch schadstoffbelastete Materialien zugegeben werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß mit dem hergestellten Gemisch Sanierungsmaßnahmen bei Bauteilen mit hoher Dichtigkeitsauflage wie an wasserführenden Rohren, Schächten, Wannen usw. durchgeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Gemische zum Erreichen verschiedener spezifischer Materialeigenschaften (wie Schall- und Wärmedämmung, hohe Festigkeit) in einem einzigen Fertigungsprozeß hergestellt werden.