DE19826516C2 - Verfahren zur Herstellung von nichtmineralischen Zuschlagstoffen in Form von homogenisierten, inertisierten und mineralisierten Kunststoffen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das Herstellen von nichtmineralischen Zuschlagstoffen in Form von homogenisierten, inertisierten und mineralisierten Kunststoffen.

Im Stand der Technik sind beispielsweise Materialien nach der DE 195 12 069 A1 bekannt, die zur Herstellung von Bauten, Baustoffen, Halb- und Fertigbaumaterialien als Schüttmaterial eingesetzt werden.

Gemischte Altkunststoffe, Textilien, Mischfraktionen, die mechanisch zerkleinert und nachfolgend behandelt werden, haben den Nachteil, daß diese Schnitzel eine inhomogene Menge darstellen, d. h. im Beton befinden sich Schnitzel aus zerkleinerter Hartplaste neben Stückchen zerkleinerter Folie, ggf. sind noch Fasern und Holzspäne eingebunden. Die prinzipielle Funktionalität des Betons ist zwar gegeben, dessen Eigenschaften sind aber nicht genau vorher berechenbar. Die Betonindustrie lehnt aus naheliegenden Gründen derartige unkalkulierbare Schwankungsbreiten ab, sie benötigt wiederholbare Rezepturen mit gesicherten Eigenschaften. Dies wird nur durch die Verwendung von Agglomerat ermöglicht, da die unterschiedlichen Kunststoffe im Agglomerationsprozess homogenisiert werden.

Die zerkleinerten (shreddern, mahlen) Kunststoffe und Textilien behalten ihre ursprüngliche Farbe, d. h. die fertige Betonmischung trägt "Konfetti-Charakter". Der Zementleim bindet zwar die Zuschlagstoffe, deckt aber nicht die gesamte Oberfläche ab bzw. der anhaftende Zementstein ist so dünn, dass die ursprüngliche Farbe der eingesetzten Materialien durchschimmert. Die "Farbgebung" ist für die Betone nicht akzeptabel.

Ein anderer Fakt ist die äußerliche Erkennbarkeit, daß "Müll" verarbeitet wurde, was zu Akzeptanzproblemen führt. Agglomerat hat meist eine grau-schwärzliche, grau-bräunliche Färbung, die in Verbindung mit Zementleim kaum von herkömmlichen Leichtbauzuschlägen zu unterscheiden ist. Körnung, Struktur und Farbe der mit behandeltem Agglomerat hergestellten Betone entsprechen dem "gewohnten" Bild. Eine Farbgebung des Betons ist unter Zugabe handelsüblicher Betonfarben möglich.

Geshredderte Materialien (speziell Kunststoffe) besitzen vorwiegend flächige Strukturen, die sich im Beton vielfach ausrichten und somit Schichtenstrukturen bilden. Der Einsatz von Agglomerat, dessen Körnung herkömmlichen Leichtbauzuschlägen ähnelt, verhindert das. Die Verwendung von geshredderten Gemischen aus Altkunststoffen, Textilien und Fasern haben den Nachteil, daß sich speziell diese Bestandteile beim Mineralisieren vollsaugen, was zu einem Mehrverbrauch an Mineralisierungsflüssigkeit führt. Zuschlagstoffe aus Textilien, speziell aus Textilgemischen haben während der Verarbeitung ein nicht vorher berechenbares Wasseraufnahmevermögen, was zu einer Beeinträchtigung des Hydratationsprozesses führen kann.

Der Einsatz von geshredderten oder mittels Mühlen zerkleinerten Materialien als Zuschlagstoff für Betone führt zu geringen Ausbreitmaßen und damit zu verminderten Einsatzmöglichkeiten der Betone. Die unter Verwendung von behandeltem Agglomerat hergestellten Betone weisen analoge Ausbreitmaße zu Betonen auf, die unter Verwendung herkömmlicher Leichtbauzuschläge hergestellt werden.

Beispielhaft seien die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Agglomerisation und zur Mineralisation nach der DE 196 32 446 A1 und der DE 44 19 965 A1 angeführt. Den genannten Verfahren und den zu deren Ausführung notwendigen Vorrichtungen haften verschiedene Nachteile an.

Durch den Agglomerationsprozess werden die Ausgangsmaterialien so stark erhitzt (< 100°C), dass eine vollständige Inertisierung der eingesetzten Materialien erfolgt und damit eine umweltverträgliche Anwendung des Zuschlagstoffes möglich ist.

Bisherige konstruktive Ausführungen von Mineralisierungsanlagen weisen teilweise einen hohen konstruktiven Aufwand wie zusätzliche Wannen, erforderliche Überwachungseinrichtungen, zusätzliche Fördereinrichtungen auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil durch die verfahrensgemäße Kombination von Mineralisierung und Lagerung zu beseitigen.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen 1 und 5 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nach Konzeption der Erfindung ist das neue Verfahren zur Herstellung von Zuschlagstoffen in Form von homogenisierten, inertisierten und mineralisierten Kunststoffen dadurch gekennzeichnet, dass

• - Fraktionen von Altkunststoffen und/oder Texitilien und/oder Fasern in handelsüblichen Agglomeratoren durch Erhitzen in einen plastischen Zustand versetzt und homogenisiert werden, wobei eine vollständige Inertisierung der eingesetzten Materialien erfolgt und
• - die so hergestellten Agglomerate einer Lagerung zugeführt werden, während welcher
• - die gesamte Oberfläche der Agglomerate zum Zwecke der Mineralisierung und des Brandschutzes mit einer Mineralisierungsflüssigkeit in Form einer wässrigen Lösung oder wässrigen Suspension mineralischer Stoffe benetzt wird.

Das für die Herstellung des Zuschlagstoffes notwendige Agglomerat kann in handelsüblichen Agglomeratoren hergestellt werden. Als Ausgangsstoffe für das Agglomerat werden nur Kunststofffraktionen verwendet, die als sortierte oder gemischte Fraktion verarbeitet werden können. Eine Vorzerkleinerung der Kunststofffraktionen mittels herkömmlicher Technik (Shredder, Mühle) ist abhängig von der Leistungsfähigkeit des Agglomerators. Geringfügige Verunreinigungen (z. B. Papier, Pappe, Glas, Metalle und Nichteisenmetalle) der Kunststofffraktionen (außer Aluminium) haben keine schädigende Wirkung. Aluminium, aluminiumbeschichtete und aluminiumhaltige Stoffe müssen möglichst vollständig vor Beschickung des Agglomerators aus der Kunststofffraktion entfernt werden. Verunreinigungen durch Aluminium, die im Herstellungsprozess nicht beseitigt werden, führen dazu, dass durch den Zuschlagstoff im Frischbeton Gase entstehen, die speziell bei gefügedichten Betonen zu Beeinträchtigungen führen. Kleinste Aluminiumrestmengen werden im Agglomerator vom plastifizierten Kunststoff ummantelt und haben deshalb keine schädigende Wirkung mehr.

Im Agglomerationsprozess ist darauf zu achten, daß die Ausgangsmaterialien in einen plastischen Zustand überführt und möglichst gut durchmischt werden, um eine Homogenisierung zu erreichen.

Der Herstellungsprozess des Agglomerates kann so beeinflusst werden, daß bestimmte durchschnittliche Korngrößen des Agglomerates entstehen. Diese Eigenschaft wird gezielt zur Herstellung von Siebkennlinien genutzt, auf deren Basis sich wiederholbare Rezepturen zur Verwendung des Zuschlagstoffes erarbeiten lassen.

Korngröße und Wichte des Agglomerates, aus dem der Zuschlagstoff hergestellt wird, beeinflussen ähnlich herkömmlicher Leichtbauzuschläge die Eigenschaften des daraus hergestellten Baustoffes.

Um Agglomerat als Zuschlagstoff einsetzen zu können, muss es mineralisiert werden, d. h. auf die Oberfläche des Agglomerates sind Kristalle aufzubringen, die als Haftvermittler zwischen dem Kunststoff und z. B. der Zementmatrix (Betonen) dienen. Diese Mineralisierung wird durch das vollständige Benetzen des Agglomerates mit einer Mineralisierungsflüssigkeit erreicht. Als Mineralisierungsflüssigkeit können alle latent hydraulisch reagierenden Stoffe auf mineralischer Basis Verwendung finden, da das Agglomerat herstellungsbedingt eine rauhe, fettfreie und auf die Korngröße bezogen, große Oberfläche aufweist, und dadurch mit dem Mineralisierungsmittel eine hinreichende zumindest adhäsive Bindung sicherstellt, die zur Ausbildung von Kristallen auf der Oberfläche führt.

Die Dichte eines mineralisierenden Besatzes auf dem Kunststoffagglomerat wird

• - über die Konzentration der gelösten bzw. suspendierten Stoffe,
• - die Konzentration von Anregern bei latent hydraulischen Stoffen in der Mineralisierungsflüssigkeit und/oder
• - die Verweilzeit der zu behandelnden Kunstfoffagglomerate in der Mineralisierungsflüssigkeit eingestellt.

Mineralisierung und Lagerung lassen sich ggf. vereinigen. Speziell die in der Betonindustrie verwendeten Silos für Zemente oder Zuschläge lassen sich kostengünstig dahingehend modifizieren, daß Mineralisierung und Lagerung vereint werden. Diese Silos, die pneumatisch oder mechanisch beschickt werden, mit oder ohne Ablufteinrichtung versehen sind, erhalten (im Silo oben) neben der bereits vorhandenen Beschickungseinrichtung (für das unbehandelte Agglomerat) eine Zuführung für die Mineralisierungsflüssigkeit. Nach der pneumatischen oder mechanischen Beschickung des Silos mit Agglomerat erfolgt eine Durchfeuchtung mit der Mineralisierungsflüssigkeit unter Nutzung der Schwerkraft bei gleichmäßiger Verteilung über die Oberfläche des Agglomerates im Silo. Dabei ist die Flüssigkeitszugabe vorzugsweise als Sprinkleranlage zu gestalten, welche das unbehandelte Agglomerat von oben mit Mineralisierungsflüssigkeit besprüht.

Die Entnahme des mineralisierten Agglomerates erfolgt am Boden des Silos über eine Schnecke (Volumenaustrag). Am Siloboden sind geeignete Einrichtungen zu installieren, die den Ablauf überflüssiger Mineralisierungsflüssigkeit gewährleisten. Diese wird in einem entsprechenden Behältnis aufgefangen und kann zyklisch (bis ein entsprechender Mineralisierungsgrad des Agglomerates erreicht ist) mittels Pumpen wieder zur Oberkante Silo befördert werden und über die Zuführung für Mineralisierungsflüssigkeit erneut zur Mineralisierung verwendet werden. Die Mineralisierungsflüssigkeit verändert nur unterkritisch bei mehrmaliger Verwendung (ausgewaschener Schlamm, etc. ist ggf. herauszufiltern) ihre Eigenschaften, z. B. ihre Konzentration. Sie verbraucht sich, in dem ihr Gesamtvolumen abnimmt. Verbrauchte Mineralisierungsflüssigkeit ist über geeignete Systeme aufzufüllen. Ein solches System kann z. B. aus der Kombination einer Aufbereitungsanlage für die Mineralisierungsflüssigkeit mit den Anlageteilen Rührwerk, Mischbehälter, Füllstandskontrolle und Ventilen bestehen, in der die Mineralisierungsflüssigkeit entsprechend Rezeptur hergestellt wird, und als zweite Komponente einen Vorratsbehälter aufweisen.

Um eventueller Brückenbildung im Silo entgegen zu wirken, sind an den dafür notwendigen Stellen ggf. geeignete Maßnahmen zu ergreifen (z. B. Vibrationsrüttler an der Siloaußenwand, Schnecken im Silo).

Weiterhin kann eine Kombination von Mineralisierung und Brandschutz dergestalt erreicht werden, dass die Zuführung für die Mineralisierungsflüssigkeit zugleich die Aufgabe als Zuführung für Löschwasser übernimmt. Die im Silo vorhandenen Füllstandssensoren werden so modifiziert, dass sie gleichzeitig Aufgaben der Feuchtigkeits- und Feuerwarnkontrolle übernehmen. Der Einsatz der Sensoren zur Feuchtigkeits- und Feuerwarnkontrolle hat weiterhin den Vorteil, dass u. a. starke lokale Erwärmungen rechtzeitig erkannt werden und ggf. mittels Mineralisierungsflüssigkeit (eine mehrmalige Mineralisierung hat keine negativen Einflüsse auf die Zuschlagstoffe) abgekühlt werden können.

Um einen kontinuierlichen Produktionsablauf zu sichern, ist es sinnvoll, zwei Silos oder ein Zweikammersilo einzusetzen und diese wechselseitig (Beschickung/Mineralisierung/Lagerung und Entnahme) zu verwenden.

Der Zuschlagstoff (z. B. im Silo mineralisiertes Agglomerat) wird über Volumenaustrag auf Band geschüttet und analog Leichtbetonzuschlägen verarbeitet. Die Wiederholbarkeit der Rezepturen ist durch Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens gewährleistet.

Der aus dem Zuschlagstoff hergestellte Baustoff ist analog Leichtbetonen verarbeitbar und verdichtbar (Rütteltisch, Schwingtisch, Formsteinmaschinen, . . .) und bindet analog ab.

Die Hauptvorteile der Erfindung bestehen darin, dass

• - wiederholbare Rezepturen mit gesicherten Eigenschaften des erzeugten Baustoffes erzielt werden und das eingesetzte Agglomerat
• - ausgesiebt werden kann und damit die Möglichkeit besteht, wiederholbare Siebkennlinien für das Agglomerat zusammenzustellen,
• - einen definierten Trockenheitsgrad in der Herstellung erlangt (< 4%) und damit das definierte Mineralisierungsergebnis gewährleistet,
• - ein homogenes Aussehen besitzt,
• - durch den Erwärmungsvorgang bei seiner Herstellung zuverlässig inertisiert ist,
• - eine gleichmäßige räumliche Verteilung des Zuschlagsstoffes im eingesetzten Baustoff ohne Ausbildung von flächigen Ausrichtungen einnimmt,
• - logistisch und technologisch analog herkömmlichen Leichtbauzuschlägen handelbar ist und
• - ein den Leichtbetonen adäquates Ausbreitmaß besitzt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Patentansprüche verwiesen Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Einsatzbeispielen.

Beispiel 1

Herstellung des Zuschlagstoffes mit dem Ziel, einen Baustoff für schallabsorbierende Schichten von Lärmschutzwänden herzustellen.

Unbehandeltes Agglomerat der Korngröße 4-8 mm wird in ein Silo entsprechend Patentschrift gefüllt und nach dem Füllvorgang mineralisiert.

Als Mineralisierungsflüssigkeit wird eine kristallbildende wäßrige Lösung aus 9 Teilen Wasser und 1 Teil Wasserglas, z. B. Natronwasserglas 48/50 Be° verwendet. Der Zyklus der Mineralisierung wird verfahrensgemäß dreimal durchlaufen. Nachdem die überflüssige Mineralisierungsflüssigkeit abgelaufen ist, wird das mineralisierte Agglomerat als Zuschlagstoff für die Betonherstellung eingesetzt.

Die Herstellung des Betons erfolgt analog wie bei Verwendung handelsüblicher Leichtbauzuschläge, wobei die nachfolgende Rezeptur Anwendung findet:
ca. 1300 l mineralisiertes Agglomerat (Wichte zwischen 0,3 und 1,5 Kg/l) werden mit ca. 408 Kg Zement und ca. 135 Kg Wasser gemischt.

Der Frischbeton wird anschließend in Formen eingebracht, die ggf. mit Schalungsöl vorbehandelt wurden, und mittels Schwingtisch verdichtet, die Form wird anschließend abgezogen. Die Aushärtung erfolgt in der Form.

Beispiel 2

Herstellung des Zuschlagstoffes mit dem Ziel, einen Baustoff für eine wasserdurchlässige, frostbeständige, gering elastische, untergeordnete Tragschicht für den Straßen- und Wegebau herzustellen.

Unbehandeltes Agglomerat der Korngröße 6-15 mm wird mineralisiert. Die Mineralisierung kann dahingehend erfolgen, dass ein Siebkorb (z. B. mittels Kran) indem sich das unbehandelte Agglomerat befindet, vollständig in eine Wanne mit Mineralisierungsflüssigkeit getaucht wird. Unmittelbar nach dem Tauchvorgang, bei dem das Agglomerat vollständig mit der Mineralisierungsflüssigkeit benetzt wird, kann der Siebkorb aus der Wanne herausgenommen werden. Nach dem Abtropfen der überflüssigen Mineralisierungsflüssigkeit, dass über dem Tauchbecken erfolgte, kann das mineralisierte Agglomerat in entsprechenden Lagern zwischengelagert werden. Als Mineralisierungsflüssigkeit wird eine kristallbildende, wäßrige Lösung aus 1 Teil Wasser und 1 Teil Tonerde, die gut durchmischt wird, eingesetzt.

Der so hergestellte Zuschlagstoff kann nach Abtrocknung mittels nachfolgender Rezeptur eingesetzt werden.

Ca. 1300 l mineralisiertes Agglomerat (Wichte zw. 0,3 und 1,5 Kg/l) werden mit ca. 450 Kg Zement und ca. 120 Kg Wasser gemischt.

Der entstandene Frischbeton kann über Trommelmischerfahrzeuge an die Baustelle gebracht und hier entsprechend herkömmlicher Betontechnologien verarbeitet werden.

Beispiel 3 Herstellung des Zuschlagstoffes mit dem Ziel, einen Baustoff für Schüttungen bzw. Verfüllungen herzustellen

Unbehandeltes Agglomerat der Korngröße 3-10 mm wird mineralisiert, dergestalt, dass das Agglomerat mittels Förderband in ein Siebbehältnis fällt. An der Stelle, wo das Agglomerat vom Förderband abgeworfen wird, wird dies mittels Sprüheinrichtung mit der Mineralisierungsflüssigkeit benetzt. Die überflüssige Mineralisierungsflüssigkeit kann ablaufen und erneut zum Mineralisieren eingesetzt werden. Das mineralisierte Gut wird aus dem Siebbehältnis ausgetragen und bis zur Abtrocknung zwischengelagert. Danach kann der Zuschlag zur Herstellung des Baustoffes verwendet werden.

Als Mineralisierungsflüssigkeit wird eine gut durchmischte kristallbildende, wäßrige Lösung aus 1 Teil Wasser und 2 Teilen Kalksteinmehl verwendet. Als Rezeptur für den Baustoff kann angesetzt werden, daß ca. 1300 l mineralisiertes Agglomerat (Wichte zw. 0,3 und 1,5 Kg/l) mit ca. 300 Kg Zement und ca. 105 Kg Wasser vor Ort mittels eines transportablen Mischers gemischt werden und entsprechend herkömmlicher Betontechnologien verbracht werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung von Zuschlagstoffen in Form von homogenisierten, inertisierten und mineralisierten Kunststoffen, bei dem
Fraktionen von Altkunststoffen und/oder Texitilien und/oder Fasern in handelsüblichen Agglomeratoren durch Erhitzen in einen plastischen Zustand versetzt und homogenisiert werden, wobei eine vollständige Inertisierung der eingesetzten Materialien erfolgt,
die so hergestellten Agglomerate einer Lagerung zugeführt werden, während welcher
die gesamte Oberfläche der Agglomerate zum Zwecke der Mineralisierung und des Brandschutzes mit einer Mineralisierungsflüssigkeit in Form einer wässrigen Lösung oder wässrigen Suspension mineralischer Stoffe benetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als mineralische Stoffe latent hydraulisch reagierenden Stoffe eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als mineralische Stoffe Wasserglas, Filterasche, Kalksteinmehl, Zement, Kalk, Ton oder Mergel eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte eines mineralisierenden Besatzes auf dem Kunststoffagglomerat
über die Konzentration der gelösten bzw. suspendierten Stoffe,
der Konzentration von Anregern bei latent hydraulischen Stoffen in der Mineralisierungsflüssigkeit und/oder
der Verweilzeit der zu behandelnden Kunstfoffagglomerate in der Mineralisierungsflüssigkeit eingestellt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus Silo, Beschickungsvorrichtung für unbehandeltes Agglomerat, Volumenaustragsvorrichtung für behandeltes Agglomerat, Zuführ-, Verteil- und Ablaufvorrichtung für Mineralisierungsflüssigkeit sowie aus einer Vorrichtung zur Bereitung der Mineralisierungsflüssigkeit besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschickungsvorrichtung für das unbehandelte Agglomerat eine mechanische oder pneumatische Beschickungsvorrichtung vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Volumenaustragsvorrichtung für das behandelte Agglomerat ein Schneckenaustrag vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Zuführvorrichtung für die Mineralisierungsflüssigkeit eine Sprinkleranlage vorgesehen ist, über welche das unbehandelte Agglomerat von oben mit Mineralisierungsflüssigkeit besprüht wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung für die Mineralisierungsflüssigkeit zugleich als Zuführung für das Löschmittel dient.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Silo Füllstandssensoren aufweist, die gleichzeitig als Feuerwarn- und Feuchtigkeitssensoren dienen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Silo zur Vermeidung von Brückenbildung des Siloinhaltes mit Vibrationsrüttlern an der Siloaußenwand und/oder Schnecken im Silo ausgestattet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Silo Einkammer- oder Zweikammersilos vorgesehen sind.