DE19843092C5

DE19843092C5 - Verfahren zur Herstellung einer Dichtwandmasse

Info

Publication number: DE19843092C5
Application number: DE1998143092
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr. Brenner
Original assignee: IKO Minerals GmbH
Current assignee: DYWO DYCKERHOFF WOPFINGER UMWELTBAUSTOFFE GMBH, WA
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: DE19843086A1; DE19843092C2; DE19843086C2; DE19843092A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Dichtwandmasse, indem
– ein lagerstättenbedingt zementsuspensionsstabiler oder lagerstättenbedingt nichtzementsuspensionsstabiler Bentonit durch Schocktrocknung in mikroporösem Zustand verbracht und gemahlen wird, so dass ein Feingrieß entsteht, der
einen Korngrößenbereich bis 0,1 mm,
eine Dichte von 900 bis 1200 kg/m³,
einen Wassergehalt von 7 bis 12 Gew.-%,
einen Na₂O-Gehalt von 0,5 bis 3,5 Gew.-% und
eine spezifische Oberfläche pro Kornvolumen von 0,25 bis 0,5 m²/cm³ aufweist,
und der Feingrieß
– entweder in einem Einstufenverfahren mit Zement gemischt,
der einen Portlandzementklinkeranteil sowie einen Hüttensandund/oder Hochofenschlacken- oder Trassanteil aufweist, und mit Wasser angerührt wird,
– oder in einem Zweistufenverfahren mit Wasser vordispergiert und erst dann der genannte Zement oder ein Portlandzement eingerührt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtwandmasse nach dem Hauptanspruch.
Um aus Deponien oder dem Untergrund chemischer Fabriken den Austritt von Schadstoffen, insbesondere in das Grundwasser zu verhindern, umschließt man sie mit vertikalen Dichtwänden, die bis in Tiefen undurchlässiger Bodenschichten reichen. Dichtwandmassen sind selbstaushärtende thixotrope Suspensionen aus quellfähigen Tonmineralien und Zement.
In der DE 41 21 776 C2 wird ein Mittel zur Herstellung einer Dichtwandmasse-Suspension beschrieben, insbesondere für die Erstellung von Dichtungsschlitzwänden nach dem Einphasenverfahren auf der Basis von Bentonit, gemahlener Hochofenschlacke und Anreger für die Hochofenschlacke, wobei das Mittel durch a) eine Trockenmischung, die Bentonit und gemahlene Hochofenschlacke enthält und b) einen von der Trockenmischung räumlich getrennten Anreger für die Hochofenschlacke gekennzeichnet ist.
Eine Dichtwandmasse gemäß dem Stand der Technik ist zum Beispiel mit einem zementsuspensionsstabilen Tonmineralpulver, das unter dem Handelsnamen TIXOTON CV 15 der Fa. Südchemie, München, oder IBECO Bentonit CR 4 bzw. CT der Fa. IBECO, Mannheim, bekannt ist, herstellbar.
Zur Erzielung der Eigenschaft der Zementsuspensionsstabilität eines Tonmineralpulvers sind die Grundeigenschaften des Abbauminerals, die Verfahrensabläufe bei der Trocknung einschließlich Vermahlung und die Gemengebildung mit Hilfsstoffen entscheidend. Derzeit ist die Erzielung der Zementsuspensionsstabilität an relativ teure Bentonite bestimmter Fundstätten gebunden.
Die Trocknung des Ausgangsminerals erfolgt in bekannten Trocknungsverfahren, z. B. in Horden-, Etagen- oder Trommeltrocknern, zur Vermahlung werden Walzenschüssel-, Kugelmühlen, ggf. Kollergänge eingesetzt. Die ausgangsfeuchten smektitischen Tone bestimmter üblicher Ausgangskörnung werden bei bestimmter Temperatur- und Durchsatzführung in einer Trockeneinrichtung durch Feuchteabfuhr auf eine bestimmte Endfeuchte auf dem Weg der Verdampfungstrocknung getrocknet.
Nichtzementsuspensionsstabile Bentonite, hier mit NBF bezeichnet, ergeben zusammen mit Zement praktisch keine stabile Suspension bestimmter Viskosität, Fließgrenze und Filtrationseigenschaften. Die Haupteigenschaften suspensionsstabiler Minerale, wie Bentonite, werden durch ihre Morphologie und Ladungsverteilung charakterisiert, wobei eine direkte Zuordnung dieser Eigenschaften zu ihren chemischen Bestandteilen nicht ohne weiteres gelingt, folglich die sicherste Analyse im empirischen Vorgehen mit Erproben im System liegt.
Zur Herstellung von Dichtwandmassen ist es gebräuchlich, Bentonit und Zement plus eventuell Zuschlägen, wie z. B. Steinmehl oder Adsorbentien, trockengemischt zu halten und zum Einsatz mit Wasser anzurühren als Komponentengemisch in Wasser – oder Einstufenverfahren, hier mit ESTV bezeichnet. Alternativ werden Bentonit und Wasser vordispergiert und erst dann Zement eingerührt, als Einkomponenten in Wasser – oder Zweistufenverfahren, hier mit ZSTV bezeichnet.
In dem Zementmerkblatt Betontechnik der Bauberatung Zement (8/1996) werden die üblichen Zementarten und ihre Herstellung beschrieben.
Die im Dichtwandbau einschlägig eingesetzten Bentonite, hier mit ZBF bezeichnet, weisen qualitativ, insbesondere fundstättenmäßig, die oben dargelegte Zementsuspensionsstabilität auf.
Nichtzementsuspensionsstabile Bentonite, NBF, in Mischung mit jeweils verschiedenen Zementarten zeigen bekanntermaßen keinen einwandfreien Ablauf und entfallen bislang für die Dichtwandanwendung und zwar unabhängig von der generell zumischbaren Zementart. Herkömmliche zementsuspensionsstabile Bentonite, ZBF, beschränken sich in Mischung auf bestimmte geeignete Zemente.
Die heutigen Zementarten von Bedeutung für die Herstellung von Dichtwandmassen unterscheiden sich im wesentlichen im Anteil von Hüttensand/Hochofenschlacke. Für Dichtwandmassen schlecht geeignete Zemente sind solche mit niedrigem Anteil von Hüttensand (ca. 50 bis 60 Gew.-%) sowie Portlandklinker. Nach dem Zementhandbuch ist der im wesentlichen aus Zementklinker bestehende Portlandzement CEM I, hier mit QA3 bezeichnet, der am meisten hergestellte. Der speziell für Unterwasserabbindung abgestimmte Hochofenzement CEM III/B, hier mit QA2 bezeichnet, zum Beispiel HOZ 35L, enthält über 60 Gew.-% Hochofenschlacke, beim Normzement Traßzement ist äquivalent zum Hüttensand Traß enthalten.
Ein Zement, der neben Portlandzementklinker einen Hochofenschlackenanteil von 20 bis 80 Gew.-%, hier mit QA1 bezeichnet, für den einen Ansatz und von 30 bis 60 Gew.-% für den anderen Ansatz in der Trockennmischung mit zementsuspensionsstabilem Bentonit ZBF wird gemäß DE 36 33 736 A1 zur Herstellung von Dichtwandmassen nach dem Einstufenverfahren ESTV eingesetzt. Für das Zweistufenverfahren ZSTV eignen sich der vorgenannte Zement QA1 sowie der Hochofenzement QA2, allerdings wiederum nur in Bezug auf die bekannten zementsuspensionsstabilen Bentonite ZBF Ungeeignet stellen sich Portlandzement QA3 bei den Verfahren ESTV und ZSTV und Hochofenzement QA2 beim Verfahren ESTV dar.
Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, eine Dichtwandmasse bereitzustellen, bei der Tonminerale mit einem gegenüber dem Stand der Technik erweiterten Anwendungsbereich zum Einsatz kommen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtwandmasse gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen wieder.
Mit einem schockgetrockneten, speziell vermahlenen und dadurch mikroporös gewordenen Fein-/Feinstgrieß, hier mit ZBFM bezeichnet, aus lagerstättenbedingt zementsuspensionsstabilem Bentonit ZBF können Dichtwandmassen mit bisher dafür nicht geeigneten Zementen, z. B. QA3, hergestellt werden. Der Feinstgrieß, hier mit NBFM bezeichnet, aus lagerstättenbedingt nichtzementsuspensionsstabilem Bentonit NBF wandelt sich zu einer Qualität, wie sie der lagerstättenbedingt zementsuspensionsstabile Bentonit ZBF ursprünglich aufweist.
Der angewendete mikroporöse Feingrieß ZBFM, NBFM weist in der Trockenmischung mit Zement eine Lagerstabilität auf, bei der von mindestens sieben Tagen ausgegangen werden kann, wobei in der Regel bis 30 Tage keine Werteveränderung eintritt. Der Grieß zeichnet sich dadurch aus, dass seine Partikel mit ihrer geringen Oberfläche wenig Angriff für den reaktiven Zement bieten und ihre innere Oberfläche aufgrund großer Mikroporosität eine schnelle Dispergierbarkeit gewährleistet.
Als Vorteil der zugrundeliegenden Aufbereitung des Feingrießes ZBFM, NBFM zeigt sich, dass die Schnittverhältnisse hoch liegen, d. h. die Grießfraktion einen hohen Massenanteil erreicht, jedoch eng verteilt bleibt. Der Feingrieß weist günstige Eigenschaften auf hinsichtlich seiner Quelleigenschaften, leichten Dispergierbarkeit, was die Aufteilung in die Primärteilchen des Tones in Wasser betrifft, hohes Adsorptionsvermögen, Pulverfluidität und La gerstabilität.
Für den Vermahlungsprozeß gelten:
Eingangskörnung 5 bis 20 mm,
Grießkorn nach Vermahlung 0,025 bis 0,1 mm.
Die Dichte des erfindungsgemäß hergestellten Grießes beträgt 900 bis 1200 kg/m³. Der Wassergehalt beläuft sich auf 7 bis 12 Gew.-%. Für den Na₂O-Gehalt gelten 0,5 bis 3,5 Gew.-%.
Der Trocknungsprozeß für den Feingrieß ZBFM, NBFM wird mit hoher Trockengeschwindigkeit als Schocktrocknung geführt, wobei im wesentlichen folgende Parameterwerte zugrundezulegen sind:

– Eingangswert Gruben-, Lagerfeuchte 30 bis 42 Gew.-%,
– Restfeuchte 16 bis 22 Gew.-%,
– Verdampfungsleistung min. 0,2 kg Wasser/(kg Bentonit und min),
– bei Gleichstromtrocknung Eingangstemperatur 300 bis 700°C (Trommeltrockner),
– bei Mühlentrocknung 40 bis 110°C bei hoher Luftmenge,
– bei Querstromtrocknung 100 bis 300°C,
– Ausgangstemperatur kleiner/gleich 85°C.

Die innere Guttemperatur soll möglichst 60°C für längere Zeit nicht überschreiten, um irreversible Veränderungen in der Morphologie des Minerals zu vermeiden.
Vermahlung und Trocknung können sowohl in einer ge eigneten Mühle, z. B. einer Ultrarotormühle, kombiniert als auch stufig durchgeführt werden. Die Verweilzeit in der Mühle ist kürzest einzustellen, so dass die gewünschte Mahlfeinheit ohne zu lange Einwirkung auf das Partikel erreicht wird, was einen niederen Kreislauffaktor impliziert. Eine Pulverfeinheit, die in der Größenordnung der Mikroporosität liegt, ist auch wegen der Gefahr der Übertrocknung bei gleichzeitiger Morphologiezerstörung zu vermeiden. Bei zweistufiger Trocknungsführung/Trockenmahlungsführung ist eine Übertrocknung in der vorgeschalteten Trocknungsstufe aus den vorgenannten Gründen ebenfalls zu vermeiden. Die Minimalfeuchtigkeit vor Eintritt in die Mahltrocknung sollte 16 Gew.-% nicht unterschreiten. Sämtliche Angaben von Feuchtigkeitswerten beziehen sich nach DIN bezüglich Ofentrocknung bei 105°C bis Gewichtskonstanz.
Die obigen Werte sind selbstverständlich bedingt variier bar.
Der Nachweis der Mikroporosität stützt sich praktisch auf die Oberfläche, hat jedoch theoretisch Gültigkeit für das ganze Korn.
Üblicherweise wird das Mahlgut durch Sichtung in oder direkt nach der Mühle in den Anteil mit gewünschter Korn feinheit und das noch zu grobe, wieder rückzuführende Material aufgetrennt. Dadurch befindet sich letzeres in einem unbestimmt langen Kreislauf. Bei einem dem Mahlvorgang überlagerten Trocknungsvorgang wird das zirkulierende Material übermäßig getrocknet, was bei smektitischen Tonen zur Folge hat, dass diese übertrocknete Teilfraktion nicht mehr genügend in Wasser dispergierbar/benetzbar ist und in den wichtigsten Anwendungsgebieten untauglich wird.
Bei Führung in der Ultrarotormühle wird das Material aufgesplittet, und das grobe, ansonsten rezirkulierende Material der Nutzfraktion zugeordnet.
Drehzahl, Anzahl und Ausbildung der Mahlkörper zusammen mit den Mahlbahneigenheiten bestimmen den Schnitt. Es ist das Ziel, grobes Spritzkorn zu vermeiden, das der Wiedervermahlung im Kreislauf bedarf.
Der dargestellte Feingrieß ZBFM ist einsetzbar für Dichtwandmassen bezüglich der Zementarten QA1, QA2 im Einstufen- (ESTV) sowie im Zweistufenverfahren (ZSTV), die Gängigkeit liegt auch für Portlandzement, Zementart QA3, im Zweistufenverfahren vor. Feingrieß NBFM, aus fundstättenbedingt nichtzementsuspensionsstabilem Bentonit NBF gewonnen, eignet sich wie ein herkömmlich zementsuspensionsstabiler Bentonit ZBF für den Dichtwandbau, wie oben im Zusammenhang mit den Mischverfahren und Zementarten für den Stand der Technik dargelegt. Die Bentonitqualität NBF wird somit auf die Verarbeitungsstufe ZBF in Form des ZBFM gehoben.
Der dargestellte Feingrieß ZBFM, NBFM eignet sich zur Zementvergütung bei Estrich- und Spritzbeton.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Dichtwandmasse, indem – ein lagerstättenbedingt zementsuspensionsstabiler oder lagerstättenbedingt nichtzementsuspensionsstabiler Bentonit durch Schocktrocknung in mikroporösem Zustand verbracht und gemahlen wird, so dass ein Feingrieß entsteht, der einen Korngrößenbereich bis 0,1 mm, eine Dichte von 900 bis 1200 kg/m³, einen Wassergehalt von 7 bis 12 Gew.-%, einen Na₂O-Gehalt von 0,5 bis 3,5 Gew.-% und eine spezifische Oberfläche pro Kornvolumen von 0,25 bis 0,5 m²/cm³ aufweist, und der Feingrieß – entweder in einem Einstufenverfahren mit Zement gemischt, der einen Portlandzementklinkeranteil sowie einen Hüttensandund/oder Hochofenschlacken- oder Trassanteil aufweist, und mit Wasser angerührt wird, – oder in einem Zweistufenverfahren mit Wasser vordispergiert und erst dann der genannte Zement oder ein Portlandzement eingerührt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mikroporöse Bentonit aus lagerstättenbedingt nichtzementsuspensionsstabilem Bentonit mit einem Zement angemischt wird, welcher neben Portlandzementklinker einen Hochofenschlackenanteil von 20 bis 80 Gew.-% enthält, und zwar nach dem Einstufen- oder Zweistufenverfahren oder mit einem Hochofenzement 35 L nach dem Zweistufenverfahren.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mikroporöser Bentonit aus lagerstättenbedingt zementsuspensionsstabilem Bentonit mit einem Zement hergestellt wird, welcher neben Portlandzementklinker einen Hochofenschlackenanteil von 20 bis 80 Gew.-% enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Feingrieß einen Korngrößenbereich von 0,02 bis 0,1 mm aufweist.