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Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von bei der Trocken-
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reinigung der Rauchgase von Großfeuerungen anfallendem Flugstaub,
der im Anfallzustand freies Calciumoxid enthält, als Zusatzstoff zu Beton.
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Im Rahmen der (aus der Praxis) bekannten Maßnahmen wird der Flugstaub
trocken dem Boden oder den Ausgangsstoffen beigemischt, die zu einem Beton vorgegebener
Zusammensetzung angemacht werden. Es zeigt sich jedoch, daß ein Beton mit Flugstaub
der angegebenen Provenienz als Zusatzstoff durch Quellen und andere Erscheinungen
häufig eine Qualitätsbeeinträchtigung erfährt, die sogar bis zur Zerstörung des
Betons führen kann. Die herrschende Lehre geht dahin, daß die Qualitätsbeeinträchtigung
durch den Gehalt des Flugstaubes an freiem Calciumoxid (CaO) bedingt ist und mit
zunehmendem Gehalt an freiem Calciumoxid zunimmt und daß karbonatisierter Kalk (CaCO3
) in einem Hydratationsprozeß, wie beim Erhärten von Beton, zur Erhärtung nicht
mehr beitragen kann. Ersteres ist der Grund, weshalb nach deutschen Bauvorschriften
Flugstaub als Zusatzstoff zu Beton nicht eingesetzt werden darf, wenn der Gehalt
an freiem Calciumoxid mehr als 1,5 Gew.-% ausmacht.
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Grundsätzlich ist das Problem Flugstaub als Zusatzstoff zu Beton komplex:
Mit der weltweit zunehmenden Verfeuerung von Kohlen jeglicher Art fällt immer mehr
Flugstaub an. Zwar wird dieser Flugstaub weitgehend der Bauwirtschaft zugeführt,
im Winter ist jedoch der Flugstaubanfall häufig so groß, daß die im Winter witterungsbedingt
nur reduziert arbeitende Bauwirtschaft diesen Flugstaub nicht aufnehmen
kann.
Es ist vorgeschlagen worden, diesen Flugstaub in Silos von bis zu 5000 t Fassungsvermögen
trocken zu lagern, um ihn zu Zeiten intensiver Baumaßnahmen als Zusatzstoff für
Beton einzusetzen.
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Silos von 5000 t Fassungsvermögen liegen bereits an der Grenze der
Wirtschaftlichkeit. Größere Silos sind nicht mehr wirtschaftlich, weil Herstellkosten
und Betrieb zu teuer sind und in zu großen Silos abgelagerter Flugstaub nach längerer
Lagerungsdauer infolge "Verfestigung" nicht mehr ohne weiteres austragbar ist. Andererseits
werden z.B. Großkraftwerke mit einer Leistung von 700 MW und mehr erstellt, die
pro Jahr über 100000 t Flugstaub produzieren. Wo der Flugstaub, beispielsweise im
Winter, von der Bauwirtschaft nicht aufgenommen werden kann, wird er auf Deponien
verbracht, wo er ständig verbleibt. Das ist aufwendig. Hinzu kommt, daß Kohlenarten
der Verstromung zugeführt werden, die einen Flugstaub mit einem so hohen Gehalt
an freiem Calciumoxid produzieren, daß dieser Flugstaub ohne hin als Zusatzstoff
für Beton gar nicht eingesetzt werden darf. Dieser Flugstaub muß bisher aufwendig
auf Deponien abgelagert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Flugstaub der angegebenen
Provenienz, der im Anfallzustand freies Calciumoxid enthält, als Zusatzstoff zu
Beton so zu verwenden, daß der Beton keine Qualitätsbeeinträchtigung erfährt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung
von bei der Trockenreinigung der Rauchgase von Großfeuerungen anfallendem Flugstaub,
der im Anfallzustand freies Calciumoxid enthält und mit 5 bis
15
Gew.-%, vorzugsweise 8 bis 12 Gew.-%, Wasser angefeuclltet und danach deponiert
ist, als Zusatzstoff für Beton mit der Maßgabe, daß dem Wasser 2 bis 10 Gew.-% Stoffe
aus der Gruppe "Ligninsulfate, Melaminharze" oder Mischungen davon beigemischt sind,
und mit der weiteren Maßgabe, daß die Deponierung lediglich als Zwischenlagerung,
jedoch zumindest so lange durchgeführt wird, bis das freie Calciumoxid sich bis
auf unter 1,5 Gew.-% (bezogen auf den trockenen Flugstaub) umgesetzt hat, und daß
danach der zwischengelagerte Flugstaub getrocknet und zerkleinert wird. Im allgemeinen
ist es ausreichend, mit 4 bis 8 Gew . -der genannten Stoffe zu arbeiten. Das freie
Calciumoxid wird überraschenderweise zu vorwiegend Ca(OH) 2 unter weitesgehender
Ausschaltung der Bildung von CaCO 3 umgewandelt. Vorzugsweise wird der getrocknete
Flugstaub durch mechanische Beseitigung von Zusammenbackungen wieder auf die vorherige
Korngrößenverteilung gebracht.
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Es versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung die Deponierung nicht
mehr auf einer Enddeponie erfolgen muß. Da der Flugstaub in der angegebenen Weise
angefeuchtet ist, kann er unschwer im Freien, beispielsweise auf dem Kraftwerksgelände,
zwischengelagert werden.
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Die Zeit der Zwischenlagerung hängt von dem Gehalt an freiem Calciumoxid
und insoweit auch von der Temperatur in der Brennkammer der Feuerung ab, kann aber
unschwer experimentell ermittelt werden.
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Gegenstand der Erfindung ist, anders ausgedrückt, ein Verfahren zur
Verwertung von bei der Trockenreinigung der Rauchgase von Großfeuerungen anfallendem
Flugstaub, der im Anfallzustand freies Calciumoxid
enthält und
der mit 5 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 8 bis 12 Gew.-%, Wasser unter Zumischung von
2 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 4 bis 8 Gew.-%, Lininsulfonat, Melaminharz oder Mischungen
davon (bezogen auf die Menge des Wassers) angemacht ist, welches Verfahren dadurch
gekennzeichnet ist, daß der angemachte Flugstaub zumindest so lange zwischengelagert
wird, bis das freie Calciumoxid bis auf unter 1,5 Gew.-% (bezogen auf den trockenen
Flugstaub) zu vorwiegend Ca(OH)2 unter weitestgehender Ausschaltung der Bildung
von CaCO 3 umgewandelt ist, und daß danach der zwischengelagerte Flugstaub getrocknet
und wieder zerkleinert, vorzugsweise durch mechanische Beseitigung möglicher Zusammenbackungen
wieder auf die vorherige Korngrößenverteilung gebracht wird. Im einfachsten Fall
erfolgt das Auflösen möglicher Zusammenbackungen durch bloße Verwirbelung, was den
Vorteil hat, daß die betontechnologisch erwünschte günstige kugelige Struktur der
Staubkörnchen erhalten bleibt. Der Flugstaub kann im Anfallzustand mehr als 1,5
Gew.-%, sogar 3 bis 5 Gew.-% und mehr, an freiem Calciumoxid enthalten. Die Trocknung
nach der erfindungsgemäßen Zwischenlagerung bringt kein Problem und kann mit Hilfe
von Abwärme aus der Großfeuerung durchgeführt werden.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei der Trockenreinigung
der Rauchgase von Großfeuerungen anfallender Flugstaub, der freies Calciumoxid enthält,
in bezug auf seine Verwendbarkeit als Zusatzstoff zu Beton durch eine mit einer
Wasser-Ligninsulfonat-Lösung (oder Vergleichbarem) speziell vorbereiteten Zwischenlagerung,
in der das freie Calciumoxid vorwiegend zu Ca(OH)2 umgewandelt
wird,
wesentlich verbessert werden kann. Überranderweise wird die Karbonatisierung des
Calciumoxids im Flugstaub durch die erfindungsgemäße Behandlung um > 85 % gegenüber
nur mit Wasser angemachtem ausgelagertem Flugstaub reduziert, so daß keinerlei Reaktionsbeeinträchtigung,
sondern eine Qualitätsverbesserung des Betons bei Verwendung des erfindungsgemäß
behandelten Flugstaubes als Zusatzstoff zum Beton eintritt. Von besonderem Vorteil
ist die Tatsache, daß die Zwischenlagerung gleichsam beliebig lange durchgeführt
werden kann.
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Sie kann ohne Nachteil für die Umsetzung des freien Calciumoxids insbesondere
auch so geführt werden, daß im Winter anfallender Flugstaub durch die Zwischenlagerung
zur Verwendung in Zeiten intensiver Bautätigkeit gepuffert werden kann. Andererseits
reicht häufig bereits eine Zwischenlagerung von einigen Tagen aus, um das freie
Calciumoxid in der angegebenen Weise abzubauen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert:
Beispiel 1): Flugstaub ohne freien Kalk 1.1 Kornzusammensetzung vor und nach erfindungsgemäßer
Behandlung (Zwischenlagerung vorzugsweise im Freien).
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Korn aufbau
| frischer Flugstaub Flugstaub nach erfindungsgem. |
| Anfallzustand Behandlung |
| Flugstaub 1 <20 µm = 43,0 % < 20 µm = 43,7 % |
| <40 pm = 63,0 % <40 pm = 65,8 % |
| <90 pm = 84,9 % <90 llm = 84,2 % |
| Kornrohdichte 2,15 g/cm3 Kornrohdichte 2,21 g/cm3 |
| Flugstaub 2 <20 pm = 33,8 % (20 µm = 42,0 % |
| <40 I-im = 58,5 % <40 pm = 62,0 % |
| C90 Zum = 80,5 % <90 pm = 81,0 % |
| Kornrohdichte 2,05 g/cm3 Kornrohdichte 2,09 g/cm3 |
1.2 Veränderung des Festigkeitsbildungsvermögens infolge erfindungsgemäßer Behandlung
(Zwischenlagerung im Freien). Die Ermittlung der Druckfestigkeiten erfolgte an Mörtelprismen
4 x 4 x 16 cm, die in Anlehnung an DIN 1164 hergestellt wurden, wobei statt 100
% PZ 45 F ein Bindemittel aus 80 % PZ 45 F + 20 %- des jeweiligen Flugstaubes verwendet
wurde.
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Druckfestigkeit in N/mm 2
| frischer Flugstaub im Flugstaub nach erfindungsgem. |
| Anfallzustand Lagerung und Aufbereitung |
| Flugstaub 1 nach 7 Tagen 36,6 nach 7 Tagen 38,9 |
| nach 28 Tagen 51,2 nach 28 Tagen 53,3 |
| Flugstaub 2 nach 7 Tagen 35,9 nach 7 Tagen 37,9 |
| nach 28 Tagen 51,5 nach 28 Tagen 51,7 |
Beispiel 2): Flugstaub mit freiem Kalk Veränderungen des Gehaltes
an freiem Kalk (CaO) im Flugstaub infolge erfindungsgemäßer Behandlung (Zwischenlagerung
im Freien).
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2.1 Flugstaub 3 Freier Kalk im Flugstaub in Gew.-%
| frischer Flugstaub im Flugstaub nach erfindungsgem. |
| Anfallzustand Behandlung |
| 2,26 0,6 |
2.2 Flugstaub 4
| frischer Flugstaub im Flugstaub nach erfindungsgem. |
| Anfallzustand Behandlung |
Kornaufbau
| (20 um = 49,6 % <20 pm = 49,8 % |
| <40 pm = 70,5 % <40 um = 72,5 % |
| <90 um = 88,0 % <90 pm = 89,1 % |
| Freier Kalk im Flugstaub in Gew.-% |
| 4,3 0,185 |
Raumbeständigkeit Kochversuch nach DIN 1164, Teil 6)
| nicht raumbeständig |
| (Treibrisse ) |
(Kochversuch nach DIN EN 112, Entw. 6.78, Le Ch atelier-Verf ahren ) Dehnungsdifferenz
des Nadelabstandes mm*
* bauaufsichtliche Forderung c 4 mm Flugstaub 4 im Anfallzustand ist betonschädigend
und kann nicht für Beton verwendet werden.
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Flugstaub 4 nach erfindungsgemäßer Behandlung ist nicht betonschädigend
und kann als Betonzusatzstoff nach DIN 1045 verwendet werden.
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Beispiel 3): Karbonatisierung Veränderung des Gehaltes an Karbonat
(CaCO 3) im ausgelagerten Flugstaub infolge erfindungsgemäßer Behandlung.
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3.1 Flugstab 3 CaCO3 - Anteile in Gew.-%
| unbehandelt ausgelagert erfindungsgemäß behandelt |
| ausgelagert |
| nach 5 Tg. 1,3 % |