DE3800776C2

DE3800776C2 -

Info

Publication number: DE3800776C2
Application number: DE19883800776
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Dyckerhoff GmbH
Current assignee: Dyckerhoff GmbH
Priority date: 1988-01-13
Filing date: 1988-01-13
Publication date: 1991-11-21
Also published as: DE3800776A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Bindemittelmischung für Dicht wandmassen auf Zementbasis.

Zur Sicherung von Deponien - im Sinne einer Verhinderung oder Verminderung der Wechselwirkung mit der Umgebung - werden insbesondere zur vertikalen Abdichtung Dichtungs schlitzwände als Umschließungsbauwerk hergestellt. Dabei wird in der Schlitzwandbauweise zwischen dem Einphasen- und dem Zweiphasenverfahren unterschieden.

Während beim Zweiphasenverfahren zunächst mit einer reinen Bentonitsuspension als Stützflüssigkeit im ausgehobenen Erdschlitz gearbeitet wird und erst in einem zweiten Schritt das eigentliche Dichtungsmaterial, z. B. Beton oder bentonithaltiger Beton, im Kontraktorverfahren durch Verdrängung der Stützflüssigkeit eingebracht wird, ermög licht das Einphasenverfahren durch Verwendung einer selbst erhärtenden Bentonit-Zement-Suspension die Lösung der Aufgabe in besonders wirtschaftlicher Weise.

Die für das Einphasenverfahren erforderlichen Schlämme aus Bentonit und Zement werden auf der Baustelle in speziellen Mischanlagen gemischt, wobei weitere Zusatz stoffe (z. B. Steinmehle, Tone mit hohen Gehalten an nicht quellenden Tonmineralen) und Zusatzmittel - wie Verzöge rer - je nach Erfordernis zugegeben werden.

Die frischen Massen haben vergleichbare Eigenschaften wie reine Bentonitsuspensionen, die in der Schlitzwand technik üblicherweise eingesetzt werden, d. h. sie haben eine Fließgrenze und bilden an den Erdwänden einen Fil terkuchen, der eine Übertragung des hydrostatischen Stützdrucks über Membranwirkung ermöglicht. Die frische Dichtwandmasse ist eine Suspension, die über mehrere Stunden stabil bleiben muß. Sie darf sich nicht ent mischen, der Zementanteil muß in der Schwebe gehalten werden, und die bei der Erhärtung des Zementes ablaufenden chemischen Reaktionen dürfen nicht zu einer Flockung der kolloidchemisch aktiven Tonminerale in der Suspension führen.

Die Viskosität der Frischmasse ist so niedrig, daß die Suspension pumpfähig ist und zudem beim Ausheben des Erdreiches leicht aus dem Greifer abfließt.

Die Ausbildung eines Zementsteingefüges soll erst nach Beendigung der Arbeit im Schlitz einsetzen, da dann die Gefügestörungen gering bleiben, so daß die geforderten Festigkeiten und Durchlässigkeitsbeiwerte (K_f-Wert) erzielt werden können. Die Festigkeiten werden dabei in der Größenordnung der Tragfähigkeit des anstehenden Bodens - also relativ niedrig - erwartet. Eine hohe Druckfestigkeit wird nicht angestrebt, da die erhärtete Wand auf Setzungen und Scherbewegungen im anstehenden Erdreich nicht durch plastische Verformung folgen könnte.

Erhärtete Schlitzwandmassen, die unter Verwendung von Zementen nach DIN 1164 und handelsüblichen Bentoniten im Labor hergestellt werden, erreichen Durchlässigkeits beiwerte in der Größenordnung von K = 1 × 10^-7 bis 5 × 10^-9 m/s (Meseck, 1981).

Bei Einsatz von Zementen nach DIN 1164 lassen sich nicht in allen Fällen die gewünschten Anforderungen an die Verarbeitbarkeit, die Festigkeit und die Wasserdurch lässigkeit erreichen. Dies wird besonders dann beobach tet, wenn die Schlitze sehr tief auszuheben sind und so über lange Zeit das Erstarren des Zementes unterdrückt werden muß.

Es ist Stand der Technik, daß Hochofenzemente der Klasse 35 L mit Vorteil eingesetzt werden können. Dabei bestehen die Suspensionen in der Regel aus

30 bis 60 kg Na-Bentonit
175 bis 300 kg Hochofenzemente der Klasse 35 L und
880 bis 940 kg Wasser
oder bei höher gefüllten Massen aus
200 bis 250 kg Ca-Bentonit
200 bis 300 kg Hochofenzement der Klasse 35 L und ebenfalls
900 bis 1000 kg Wasser.

Zement und Bentonit, gegebenenfalls andere Zusatzstoffe und Zusatzmittel, werden auf der Baustelle getrennt vor gehalten und in Spezialmischgeräten zu einer verarbei tungsgerechten Frischmasse gemischt, die mit dem Fort gang der Aushubarbeit in den Erdschlitz gefüllt wird. Diese Arbeitsweise erfordert eine außerordentliche Sorgfalt und kann nicht immer gewährleistet werden. Für den Einsatz z. B. bei der Sanierung von Altdeponien ist insbesondere die Durchlässigkeit der Dichtwandmassen für Sicherwässer bedeutsam. Sie erfordert feststoffreiche re Dichtwandmassen. Die Suspension derartiger Massen weisen aber ungünstigere physikalisch-chemische Eigenschaften auf; sie sind häufig stark thixotrop.

Die DE-OS 36 10 755 beansprucht eine aus 15 bis 25 Gew.-% eines hochquellfähigen Tonminerals, 17 bis 84,7 Gew.-% Hochofenschlacke sowie 0,3 bis 5 Gew.-% eines Hydroxidionen bildenden Anregers für die Hochofenschlacke bestehende Trockenmischung zur einstufigen Herstellung von Dichtwandmassen. Diese weist jedoch eine übermäßige Thixotropie auf.

Aufgabe der Erfindung ist, eine feststoffreiche, insbesondere für eine trockene Fertigmischung geeignete, als Dichtwandmasse verwendbare Bindemittelmischung zu schaffen, die eine lange Verarbeitbarkeit der Frischmasse bei schwachem bis keinem thixotropen Verhalten, hohe Dichtigkeit und hohe Stabilität der Dichtwand gegen aggressive Wässer gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Bindemittelmischung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Mischung werden in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß werden gute Ergebnisse mit Bindemittelmischungen mit hohem Hüttensand- und geringem Anregeranteil erreicht, wobei in Kombination damit hohe Mahlfeinheiten der Mischungspartner gewählt werden.

Vorteilhaft sind folgende trockene Fertigmischungen:

a) Bentonit, 10 bis 60 Gew.-%, insb. 25 bis 50 Gew.-%; insbesondere Ca-Bentonit;
b) Hüttensand 36 bis 81 Gew.-%, insb. 45 bis 67,5 Gew.-%;
c) Anreger 2,0 bis 4,5 Gew.-%, insb. 2,5 bis 3,75 Gew.-%, insbesondere Portlandzement-Klinker;
d) reaktive, disperse Kieselsäure 2,0 bis 4,5 Gew.-%, insb. 2,5 bis 3,75 Gew.-%.

Hüttensand und Klinker werden gemeinsam oder getrennt vermahlen, wobei wesentlich ist, daß bis auf eine Mahlfeinheit von über 3500 cm²/g, vorzugsweise auf eine Mahlfeinheit zwischen 4000 und 5000 cm²/g, gemahlen wird.

Die Verwendung der Bindemittelmischung bei Wasser-Bindemittelmischung- Werten von vorzugsweise 2 bis 3 ergibt feststoffreiche Dichtwand-Frischmassen mit schwachem thixotropen Verhalten.

Die als Zusatzstoff verwendete Kieselsäure ist z. B. Silica- Staub, der bei der Herstellung von Stahllegierungs-Hilfsstoffen anfällt und/oder feingemahlenes Wasserglas und/oder gemahlene Fällungskieselsäure. Die Kieselsäure sollte zweckmäßigerweise eine spezifische Oberfläche von 8000 bis 12 000 cm²/g aufweisen.

Vorteilhaft ist, den Klinker mit dem Hüttensand und der Kieselsäure gemeinsam zu vermahlen und dabei ebenfalls Feinheiten der Mischung über 4000 cm²/g, insbesondere zwischen 4000 und 5000 cm²/g, zu erzeugen.

Der Hüttensand sollte zweckmäßigerweise einen Al₂O₃-Gehalt/ SiO₂-Gehalt von 0,4 bis 0,6, vorzugsweise von 0,42 bis 0,5, aufweisen.

Zur Erzielung höherer Füllfaktoren der Dichtwandmasse können zusätzlich oder anstelle von Bentonit feingemahlene inerte Füllstoffe, z. B. Tonmehle, in Mengen von 5 bis 30 Gew.-%, insbesondere von 10 bis 25 Gew.-%, der Bindemittelmischung zugesetzt sein, wobei jedoch ein Einsatz inerter Füllstoffe anstelle von Bentonit, der zu einem Bentonitanteil außerhalb des Bereichs gemäß Anspruch 1 führt, nicht in Betracht kommt.

Die Bindemittelmischung kann zudem Zusatzmittel enthalten, die z. B. die Oberflächenspannung des Wassers senken. Vorzugsweise wird hierfür ein Celluloseether niedriger Viskosität verwendet. Des weiteren können Zusatzmittel eingesetzt werden, die Schutzkolloide bilden wie z. B. Polyvinylalkohole oder dgl. Auch Abbindeverzögerer auf den Klinkeranteil des Bindemittels können verwendet werden wie z. B. Oxycarbonsäuren.

Es ist überraschend, daß durch die Feinmahlung des Hütten sandes mit dem Klinker und durch den Zusatz von reaktiver Kieselsäure die Thixotropie der Dichtwand- Frischmasse derart günstig beeinflußt werden kann. Offenbar wird die Ca-Ionenaktivität in der Suspension abgesenkt, so daß deren Stabilität gewährleistet werden kann. Die dispersive Kieselsäure wird insbesondere durch Mischen oder gemeinsames Vermahlen mit dem Klinker ein gebracht. Vorzugsweise wird Siliciumdioxid-Staub aus der Herstellung von Stahllegierungsstoffen verwendet. Verwendbar ist aber auch Wasserglas, und zwar insbeson dere unhydratisiertes Wasserglas sowie Mischungen aus hochdispersiver Kieselsäure und Tonerden.

Beispiel 1

An einer Dichtwandmasse auf der Basis von 35 kg/m³ Na-Bentonit und 200 kg/m³ Spezialbindemittel, das auf eine Feinheit von 4850 cm²/g nach Blaine gemahlen war und aus 68,4 M.-% Hüttensand, 26,6 M.-% Klinker und 5 M.-% reaktiver Kieselsäure mit Tonerde bestand, wurden folgende Werte im Vergleich zur Nullprobe (ohne reaktive Kieselsäure) gemessen:

Die obigen Werte wurden in Anlehnung an DIN 4127 bestimmt: die Fließgrenze mit der Kugelharfe; die Marshzeit als Auslaufzeit aus dem Marshtrichter (Maß für die Viskosität); der Filterwasserverlust (Filtratwasserabgabe) mit einer Filterpresse (Maß für die Stabilität); die Wasserdurchlässigkeit ("Durchlässigkeitsbeiwert") in einer Triaxialzelle.

Beispiel 2

An einer Dichtwandmasse auf der Basis von 200 kg/m³ Ca-Bentonit und 200 kg/m³ Spezialbindemittel, das auf eine Feinheit von 4500 cm²/g nach Blaine gemahlen war und aus 90,25 M.-% Hüttensand, 4,75 M.-% Klinker und 5 M.-% reaktiver Kieselsäure bestand, wurden folgende Werte im Vergleich zu einer Nullprobe mit 71,25 M.-% Hüttensand, 23,75 M.-% Klinker und 5 M.-% reaktiver Kieselsäure gemessen:

Claims

1. Bindemittelmischung für Dichtwandmassen auf der Basis von Bentonit, Hüttensand und Anreger für den Hüttensand, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgende Zusammensetzung aufweist:

a) Bentonit, 10 bis 60 Gew.-%,
b) Hüttensand, 36 bis 81 Gew.-%,
c) Anreger, 2 bis 4,5 Gew.-%,
d) reaktive, disperse Kieselsäure, 2 bis 4,5 Gew.-%,

wobei der Hüttensand und der Anreger auf eine Mahlfeinheit von über 3500 cm²/g vermahlen werden.

2. Bindemittelmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgende Zusammensetzung aufweist:

a) Bentonit, 25 bis 50 Gew.-%,
b) Hüttensand, 45 bis 67,5 Gew.-%,
c) Anreger, 2,5 bis 3,75 Gew.-%,
d) Kieselsäure, 2,5 bis 3,75 Gew.-%.

3. Bindemittelmischung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bentonit Ca-Bentonit ist.

4. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anreger Portlandzement-Klinker ist.

5. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüttensand mit dem Klinker gemeinsam vermahlen ist.

6. Bindemittelmischung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüttensand mit dem Klinker auf eine Mahlfeinheit zwischen 4000 und 5000 cm²/g vermahlen ist.

7. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselsäure Silica-Staub und/oder feingemahlenes Wasserglas und/oder gemahlene Fällungskieselsäure ist.

8. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselsäure eine spezifische Oberfläche von 8000 bis 12 000 cm²/g aufweist.

9. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Klinker mit dem Hüttensand und der Kieselsäure gemeinsam vermahlen oder gemischt ist, und die Feinheit der Mischung über 3500 cm²/g liegt.

10. Bindemittelmischung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinheit der Mischung zwischen 4000 und 4800 cm²/g liegt.

11. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüttensand einen Al₂O₃-Gehalt zu SiO₂-Gehalt von 0,4 bis 0,6 aufweist.

12. Bindemittelmischung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüttensand einen Al₂O₃-Gehalt zu SiO₂-Gehalt von 0,42 bis 0,5 aufweist.

13. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie 5 bis 30 Gew.-% eines inerten, feingemahlenen Füllstoffs enthält.

14. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie als inerten, feingemahlenen Füllstoff Tonmehl in einer Menge von 5 bis 30 Gew.-% aufweist.

15. Bindemittelmischung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie Tonmehl in einer Menge von 10 bis 25 Gew.-% aufweist.

16. Bindemittelmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie Zusatzmittel zur Senkung der Oberflächenspannung und/oder zur Bildung von Schutzkolloiden und/oder zur Abbindeverzögerung aufweist.