DE19710589C2 - Verwendung von behandeltem Klärschlamm als stabilisierender Zuschlagstoff für bitumengebundene Baustoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines stabilisierenden Zuschlagstoffs für bitumengebundene Baustoffe, insbesondere Asphalt aber auch Verguß- und Spachtelmassen sowie Anstrichstoffe auf Bitumenbasis. Dabei werden unter Bitumen sämtliche bituminöse Stoffe, auch polymermodifiziertes Bitumen sowie artverwandte organische Bindemittel verstanden.

Es ist bekannt, zur Stabilisierung von bitumengebundenen Baustoffen dem Bitumen Fasern zuzusetzten, die die Fließeigenschaften des Bitumens verändern. So wird beispielsweise durch die Zugabe von Fasern bei Anstrichstoffen eine tropfhemmende Wirkung erreicht. Damit wird es möglich, Anstriche in dickeren Schichten aufzutragen, ohne daß es zum Ablaufen des Anstrichstoffes kommt.

Besondere Bedeutung haben stabilisierende Zuschläge bei Asphaltgemischen für den Straßenbau. Insbesondere für den mit hohem Bitumenanteil versehenen Splittmastixas­ phalt sind stabilisierende Zuschläge notwendig, die verhindern, daß es während der Zeit zwischen Herstellung und Einbau des Asphaltgemisches zu Entmischungen von Bitumen und Splitt kommt. Die Qualität des Splittmastixasphaltes wird entscheidend vom Bitu­ menanteil bestimmt. Durch Zugabe verschiedener Füll- und Zuschlagstoffe soll erreicht werden, daß im eingebauten Asphalt (Splittmastixasphalt) eine ausreichende Menge Bitumen enthalten ist und auch in Folge eine Entmischung von Splitt und Bitumen weit­ gehend verhindert wird. Fasern als Zuschlagstoff haben sich dabei in besonderer Weise bewährt.

In der DE-OS 37 14 828 werden ein Reihe von Fasern beschrieben, die als Zuschlagstoff Anwendung finden. Nicht unproblematisch ist das homogene Einmischen der Fasern in den Bitumen bzw. das Asphaltgemisch. Die zur Klumpen- bzw. Wattebildung neigenden Fasern lassen sich nur mit erhöhtem Aufwand dosieren und es bedarf oft auch einer erhöhten Mischzeit, bis eine ausreichend homogene Verteilung erreicht wird. Retten­ maier schlägt deshalb in o. g. Offenlegungsschrift die Verwendung eines unter Zugabe von Bindemittel hergestellten fließfähigen Granulates, das die Fasern umfaßt, vor. Das Bindemittel ist so beschaffen, daß es sich im Bitumen auflöst. Der besondere Vorteil des Granulates liegt in einer optimalen Dosierbarkeit. Allerdings ist die Herstellung des Granulates mit erheblichen zusätzlichen Aufwendungen verbunden.

Eine gute Dosierbarkeit und Mischbarkeit von Faserstoffen als Zuschlagstoffe bei der Asphaltherstellung versucht Kadelka in seiner DE-OS 40 42 064 durch ein Gemisch aus Faserstoff und Sand und/oder Gesteinsmehl und/oder Gasbetongranulat als Zuschlag­ stoff zu erreichen. Bei derartigen Gemischen kommt es aber sehr schnell zu einer Entmischung der spezifischen unterschiedlichen Bestandteile.

Es wurde ferner gefunden, daß für die Langzeitstabilität eines eingebauten Splittma­ stixasphaltes die Art und Beschaffenheit der verwendeten Fasern von Bedeutung ist. Die hauptsächlich in der Praxis bisher verwendeten Cellulosefasern werden durch die bei der Herstellung des Asphaltgemisches auftretenden hohen Temperaturen in ihren Eigen­ schaften stark geschädigt, teilweise sogar zersetzt. Ihre Wirkung entfalten sie deshalb überwiegend nur während der Zeit zwischen der Herstellung und dem Einbau des Asphaltgemisches. Hinsichtlich der Langzeitstabilität des eingebauten Splittmastixasphal­ tes kommen sie kaum zum Tragen. Hierfür ist es wichtig, daß im eingebauten Splittma­ stixasphalt geeignete Fasern mit hoher Beständigkeit enthalten sind. Auf diese positive Wirkung beständiger Faserstoffe wird in der DE-OS 195 11 441 verwiesen, in der mono­ phile Kunststoffasern als stabilisierender Zuschlag zur Asphaltherstellung beschrieben werden. Der beschriebene Herstellungsaufwand dieser Kunststoffasern ist aber beträchtlich, auch wenn man berücksichtigt, daß im betrachteten Fall ein Sekundärroh­ stoff als Ausgangsmaterial verwendet wird.

Ziel der Erfindung ist ein stabilisierender Zuschlagstoff für bitumengebundene Baustoffe, der ressourcenschonend ist, kostengünstig zur Verfügung gestellt werden kann und mit dem qualitativ hochwertige, langzeitbeständige, bitumengebundene Baustoffe, insbe­ sondere Asphalte, hergestellt werden können. Dazu besteht die Aufgabe, einen Zuschlagstoff zu finden, der zu einem ausreichenden Prozentsatz aus Faserstoffen besteht, die auch bei Temperaturen bis 190°C kaum geschädigt werden und sich durch eine hohe Beständigkeit auszeichnen, der gut dosierbar ist und leicht mit Bitumen und ggf. weiteren Stoffen zu einem homogenen Gemisch verarbeitet werden kann.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Aufgabe durch die Verwendung von mechanisch vorentwässertem und unter Zugabe von Kalk nachentwässertem und nach Behandlung in einer Mikrowirbelmühle in Form von fließfähigen Partikeln und fließfähi­ gen Fasern vorliegendem kommunalem Klärschlamm, dessen organische und minerali­ sche Bestandteile zwischen 30 und 70 Gew.-% liegen und sich zu 100 Gew.-% ergänzen, wobei die organischen Bestandteile ihrerseits einen Faseranteil von mindestens 20 Gew.-% und die mineralischen Bestandteile einen Anteil an Calciumcarbonat aufweisen und bei dem mindestens 90 Gew.-% der fließfähigen Partikel eine Korngröße kleiner 0,09 mm besitzen und die enthaltenen Fasern eine Länge von bis zu 1,8 mm aufweisen, als stabilisierenden Zuschlagstoff für bitumengebundene Baustoffe gelöst wird. Für die stabilisierende Wirkung ist es wichtig, daß die organischen und mineralischen Bestandteile des aufbereiteten kommunalen Klärschlammes zwischen 30 und 70 Gew.- % liegen und sich zu 100 Gew.-% ergänzen und das der Faseranteil der organischen Bestandteile mehr als 20 Gew.-% beträgt. Dies kann problemlos ohne weitere Zusätze erreicht werden, wenn der als Ausgangsstoff eingesetzte kommunale Klärschlamm nach der mechanischen Vorentwässerung mehr als 20 Gew.-% organische Bestandteile enthält. Nach den durchgeführten Untersuchungen ist dies in aller Regel der Fall. Ausnahmen, d. h. kommunale Klärschlämme mit weniger als 20 Gew.-% an organischen Bestandteilen, sind nur bei Havarien im Klärwerk gegeben.

Der Faseranteil des erfindungsgemäß verwendeten stabilisierenden Zuschlagstoffes zeichnet sich dadurch aus, daß neben einem hohen Anteil an natürlichen Fasern auch unterschiedlichste synthetische Fasern enthalten sind. Insgesamt wird durch Fasern als Zuschlagstoff zu Bitumen in bitumengebundenen Baustoffen bekanntermaßen eine thixotrope Wirkung erreicht. Dies ist zum einen bei Anstrichstoffen auf Bitumenbasis erwünscht, weil große Schichtdicken weitgehend tropffrei aufgetragen werden können, zum anderen wird dadurch bei der Herstellung und Verarbeitung bitumengebundener Baustoffe eine Entmischung von Bitumen und Zusatz- sowie Füllstoffen verhindert. Darüber hinaus verbessern die Fasern die Elastizität des verarbeiteten bzw. eingebauten Baustoffes, was zu einer erhöhten Frosttaubeständigkeit und einer erhöhten Wärme­ standsfestigkeit führt.

Von besonderer Bedeutung sind Fasern im stabilisierenden Zuschlagstoff für die Herstel­ lung von Splittmastixasphalt, weil hierbei zur Erzielung großer Stabilitäten des Asphalt­ straßenbelages mit einem Überschuß an Bitumen gearbeitet wird. Für die Bundesrepu­ blik gibt es hierzu einschlägige Vorschriften.

Die Wirkung der natürlichen Fasern erstreckt sich dabei im wesentlichen auf die Zeit zwischen der Herstellung und dem Einbau des Asphaltes. In Folge der relativ hohen Temperaturen, die bei der Asphaltherstellung angewendet werden (bei Splittmastixas­ phalt bis 190°C), werden natürliche Fasern soweit geschädigt, daß sie im fertiggestellten Asphaltstraßenbelag kaum noch eine stabilisierende Wirkung entfalten. Es hat sich aber insbesondere für eine lange Haltbarkeit des Asphaltstraßenbelages als sehr positiv erwiesen, wenn in diesem langlebige elastische Fasern enthalten sind. Diese tragen wesentlich zu einer langen Lebensdauer und Stabilität des Asphaltstraßenbelages bei. Sie bewirken bei hohen Belastungen ein elastisches Verhalten des Belages und vermei­ den so Schäden, besonders bei winterlich tiefen Temperaturen. Bei im Sommer auftre­ tenden hohen Temperaturen bewirken sie eine verbesserte dauerhafte Wärmestands­ festigkeit des Asphalts. Es wurde gefunden, daß die im erfindungsgemäß verwendeten Zuschlagstoff enthaltenen unterschiedlichsten synthetischen Fasern überraschender­ weise überwiegend solcher Art sind, daß sie im fertiggestellten Asphaltstraßenbelag die vorstehend beschriebenen positiven Wirkungen hervorrufen.

Neben organischen Bestandteilen weist der erfindungsgemäß verwendete Zuschlag­ stoff zwischen 30 und 70 Gew.-% mineralische Bestandteile auf. Ein Teil dieser minerali­ schen Bestandteile ist Calciumcarbonat, das infolge der Klärschlammnachentwässerung unter Zugabe von Kalk entsteht. Die positiven Wirkungen von Calciumcarbonat als Zuschlag oder Füller bei der Herstellung bitumengebundener Baustoffe, insbesondere bei der Asphaltherstellung sind bekannt. Hervorzuheben ist, daß Calciumcarbonat die Affinität des Zuschlagstoffes zum Bitumen wesentlich verbessert. Damit wird die Verwendung saurer Zuschlagstoffe sehr erleichtert.

Ein weiterer wesentlicher Effekt der Erfindung wird in der Verwendung von kommuna­ lem Klärschlamm als Ausgangsstoff für den erfindungsgemäßen Zuschlagstoff gesehen. Es ist gelungen, unter Verwendung eines als Abfall deklarierten Stoffes als Ausgangsstoff einen stabilisierenden Zuschlagstoff zu entwickeln, der hinsichtlich seiner Qualität vergleichbaren, aus Primärrohstoffen hergestellten stabilisierenden Zuschlagstoffen nicht nur gleichwertig ist, sondern diese teilweise sogar übertrifft.

Bevorzugt erfolgt die Behandlung in der Mikrowirbelmühle derart, daß der mechanisch vorentwässerte und unter Zugabe von Kalk nachentwässerte kommunale Klärschlamm, in einem rieselfähigem Zustand vorliegend, im Luftstrom dosiert einer Mikrowirbelmüh­ le aufgegeben und hier vorzugsweise durch Partikelkollision zerkleinert und erhitzt wird, bis ca. 99 Massenprozent des Klärschlammes als Partikel mit einem Durchmesser kleiner 0,09 mm bzw. als Fasern mit einer Länge kleiner 1,8 mm innerhalb der Mikrowirbelmühle vorliegen, dann aus der Mikrowirbelmühle ausgetragen und vom Luftstrom abgeschie­ den wird. Empfehlenswert ist ein mechanisch vorentwässerter, kommunaler Klär­ schlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von ≧ 28 Gew.-% als Ausgangsstoff, der gege­ benenfalls durch Mischung verschiedener kommunaler Klärschlämme erzeugt werden kann.

Wenn der eingesetzte kommunale Klärschlamm mindestens 20 Gew.-% organische Bestandteile enthält, entsteht nach vorstehend beschriebener Behandlung in einer Mikrowirbelmühle ein fließfähiger Stoff mit vergleichmäßigtem Korn- und Faserspek­ trum, der sich aus organischen und mineralischen Bestandteilen zusammensetzt, wobei der Anteil der organischen und mineralischen Bestandteile zwischen 30 und 70 Gew.-% liegt, die sich zu 100 Gew.-% ergänzen, und die organischen Bestandteile zu mehr als 20 Gew.-% als Fasern vorliegen. Nach dem Austragen des behandelten kommunalen Klärschlammes aus der Mikrowirbelmühle und seiner Abkühlung auf Normaltemperatur weisen noch mindestens 90 Gew.-% der fließfähigen Partikel eine Partikeldurchmesser kleiner 0,09 mm und die enthaltenen Fasern eine Länge von bis zu 1,8 mm auf. Im Klärschlamm eventuell enthaltene Schwermetalle, Öle, Fette und/oder Lösungsmittel sind weitgehend abgetrennt bzw. inertisiert. Mit unterschiedlichen kommunalen Klär­ schlämmen durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, daß der erfindungsgemäß hergestellte Zuschlagstoff weitgehend frei von o. g. unerwünschten Stoffen ist. Dies ist auf die innerhalb der Mikrowirbelmühle stattfindenden intensiven Partikelzusammen­ stöße zurückzuführen, die eine Abtrennung von an Partikeln anhaftenden insbesondere Ölen, Fetten und/oder Lösungsmitteln, ggf. auch schwermetallhaltiger Verbindungen bewirken.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Ein, einen Trockensubstanzgehalt von ca. 30 Gew.-%, worin ca. 35 Gew.-% organische und 65 Gew.-% mineralische Bestandteile enthalten sind und die organischen Bestand­ teile zu ca. 27 Gew.-% Fasern sind, aufweisender mechanisch vorentwässerter kommu­ naler Klärschlamm, der durch Zugabe von ca. 110 kg Calciumoxyd je m³ vorentwässerten Klärschlammes unter Entstehung von Calciumcarbonat nachentwässert und in einen rieselfähigen Zustand versetzt wurde, danach dosiert und kontinuierlich, mittels eines Luftstromes einer Mikrowirbelmühle aufgegeben und hier behandelt wurde, wobei durch heftige Partikelkollision eine Zerkleinerung sowie eine Erwärmung erfolgte, so daß nach dem Austrag und der Abkühlung des behandelten kommunalen Klärschlam­ mes dieser in Form von fließfähigen Partikeln, die zu ca. 92 Gew.-% eine Korngröße klei­ ner 0,09 mm besitzen, wobei davon wiederum ca. 50 Gew.-% kleiner 0,63 . 10^-6 m sind, sowie fließfähigen Fasern, die zu ca. 65% aus natürlichem und zu ca. 35% aus syntheti­ schem Material bestehen, mit einer Länge kleiner 1,8 mm, vorliegt, wird als stabilisieren­ der Zuschlagstoff zur Asphaltherstellung verwendet. Bei die Herstellung von Splittma­ stixasphalt werden 2 Gew.-% erfindungsgemäß als stabilisierender Zuschlagstoff zu verwendender kommunaler Klärschlamm in das Asphaltgemisch eingearbeitet. Das im Zuschlagstoff vorhandene Calciumcarbonat ermöglicht ein schnelles und gleichmäßiges Einmischen des Zuschlagstoffes. Der Zuschlagstoff bewirkt zum einen, daß während der Herstellungs- und Einbauphase des Asphaltgemisches keine Entmischung von Bitumen und Splitt auftritt und zum anderen, daß im fertiggestellten Straßenbelag ein ausreichend hoher Anteil an nicht infolge der bei der Herstellung und Verarbeitung auftretenden hohen Temperaturen geschädigten Fasern vorhanden ist, so daß eine ausreichend hohe Frosttaubeständigkeit und Wärmestandsfestigkeit des Splittmastixasphaltes gegeben ist.

Claims (1)

1. Verwendung von mechanisch vorentwässertem, unter Zugabe von Kalk nachentwäs­ sertem, in einen rieselfähigen Zustand versetzten und nach Behandlung in einer Mikrowirbelmühle in Form von fließfähigen Partikeln, die zu mindestens 90 Gew.-% eine Korngröße kleiner 0,09 mm besitzen, und fließfähigen Fasern, die eine Länge von bis zu 1,8 mm aufweisen, vorliegendem kommunalem Klärschlamm, dessen organi­ sche und mineralische Bestandteile zwischen 30 und 70 Gew.-% liegen und sich zu 100 Gew.-% ergänzen, wobei die organischen Bestandteile ihrerseits einen Faseranteil von mindestens 20 Gew.-% und die mineralischen Bestandteile einen Anteil an Calci­ umcarbonat aufweisen, als stabilisierenden Zuschlagstoff für bitumengebundene Baustoffe.