DE3827612A1 - Baustoff fuer die verwendung im untertagebetrieb - Google Patents

Baustoff fuer die verwendung im untertagebetrieb

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Description

Die Erfindung betrifft einen Baustoff für die Verwendung im Untertagebetrieb, insbesondere im Steinkohlebergbau für Streckenbegleitdämme und/oder für das Hinterfüllen des Strec­ kenausbaus und/oder für die Konsolidierung des Gebirges im Streckenvortrieb, bestehend aus einem Bindemittel mit Füll­ stoffen und Zuschlagstoffen.
Derartige Baustoffe sind bekannt (Zeitschrift "Glück auf", 1984, Seiten 1397 bis 1410). Je nach Einsatz werden hieran unter­ schiedliche Anforderungen gestellt. In allen Fällen sind hohe Werte der Druck- und Biegezugfestigkeit erforderlich, die unab­ hängig von dem Bindemittel des Baustoffes und dementsprechend auch seiner Zuschlagstoffe erreicht werden müssen. Für den Ein­ satz des Baustoffes sind die Werte für die Abbindezeit maßgeb­ lich.
Man unterscheidet soforttragende, frühtragende und spättra­ gende Baustoffe. Soforttragende Baustoffe müssen weniger als 1 Stunde nach dem Einbringen eine Druckfestigkeit von wenig­ stens 5 N/mm2, nach weniger als 5 Stunden wenigstens 10 N/mm2 erreichen. Frühtragende Baustoffe müssen nach 5 Stunden wenig­ stens 5 N/mm² und nach 48 Stunden wenigstens 20 N/mm² errei­ chen. Spättragende Baustoffe müssen nach 24 Stunden wenigstens 5 N/mm2 und nach 28 Tagen wenigstens 20 N/mm2 erreichen.
Die Baustoffe werden je nach Anwendungstechnik hydromechanisch oder pneumatisch eingebracht. Dabei ist zu berücksichtigen, daß das Material einen bestimmten körnigen Aufbau haben muß und das Wasser-Feststoff-Verhältnis niedrig sein soll. Wenn diese Voraus­ setzungen gegeben sind und die Verdichtung beim Einbringen hoch ist sowie die Abbindezeit kurz ist, sind z.B. entsprechende Frühfestigkeitswerte erzielbar.
Überwiegend werden pneumatisch einzubringende Stoffe eingesetzt. Da sie einen körnigen Aufbau mit hohen staubförmigen Anteilen haben, hat die Staubbekämpfung einen hohen Stellenwert. Die Staubbekämpfung ist nur dann gesichert, wenn die pulverförmigen Anteile und damit insbesondere das Bindemittel leicht benetzbar sind. Als Bindemittel für die Herstellung der Baustoffe werden überwiegend Zement, β-Halbhydrat bzw. Anhydrit verwendet, denen körnige bzw. staubförmige Zuschlagstoffe beigemischt sind. Pneu­ matisch zu verarbeitende Baustoffe enthalten zwischen 5 bis 10 oder mehr Prozente sog. Fegekorn der Körnung 3 bis 10 mm.
Natur-Anhydrit wird in einer bestimmten Körnung unter Zusatz eines Abbindebeschleunigers pneumatisch eingetragen. Die Abbinde­ zeit, das Wasser-Feststoff-Verhältnis und die nach bestimmten Abbindezeiten erreichten Druck- und Biegezugfestigkeitswerte sind die Parameter nach denen die Bindemittel bewertet werden.
Da die Teufe im Abbau immer mehr zunimmt und damit die Tempe­ raturen vor Ort ebenfalls zunehmen, sind auch diese Kenngrößen zu berücksichtigen. Die Abbindefähigkeit ist abhängig von der Temperatur. So hat z.B. β-Halbhydrat oder Natur-Anhydrit bei Temperaturen um 40 bis 50°C nur begrenzte Einsatzmöglichkeiten, da sich die Abbindung so stark verzögert, daß es zu keiner Verfestigung des Materials kommt. β-Halbhydrat zeigt z.B. bei der Verfestigung in unterschiedlichen Zeitpunkten eine Verringerung der Festigkeit, die später wieder ansteigt. Es sind daher bei der heutigen Abbautechnik unter Tage Baustoffe einzu­ setzen, die eine gleichmäßige Verfestigung erbringen und auch bei höheren Temperaturen vor Ort (30 bis 50°C) Verwendung finden kön­ nen. Auch die Wasserfestigkeit ist zu berücksichtigen.
Ein zweites Problem ist der große Anteil an anfallendem Indu­ striegips aus Chemieanlagen, aus Entschwefelungsanlagen in Kraftwerken und dergleichen mehr. Dieses Problem ist dadurch gegeben, daß man in der Gipsindustrie nur Industriegipse mit einem Weißgrad von mindestens 70 verarbeiten kann.
Die Gewinnung von REA-Gips kann zu wertmäßig guten Gipsen mit hohem Weißgrad führen, wenn der Einsatz von entsprechend hoch­ wertigen Kalksteinen gegeben ist. Anders ist es z.B. in der chemischen Industrie. Um Produktionskosten nicht unnötig zu steigern, kann, wenn es die Verfahren erfordern, in der Produk­ tion minderwertiger Kalkstein verarbeitet werden, der als End­ produkt Gips mit niedrigeren Weißgraden erzielt. Der Gips kann aber auch infolge der chemischen Verfahren verfärbt sein. Derar­ tige Gipse müssen dann deponiert werden. Die Deponiekosten sind sehr hoch, insbesondere wenn Sonderdeponien erforderlich werden. Abgesehen davon sind die Möglichkeiten zu deponieren abhängig von den Deponieflächen, die auf Dauer auch nur beschränkt ver­ fügbar sind. Hinzu kommen die Umweltprobleme, die durch derartige Sonderdeponien entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Baustoff zu schaffen, mit dem einerseits eine wirtschaftliche Verwertung der verfärbten Industriegipse und darüber hinaus ein Einsatz als Verfüllstoff im Untertagebau ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Binder ein Industrie­ gips verwendet wird, der thermisch zu Anhydrit umgewandelt wird und daß dem Anhydrit Füllmittel und Zuschlagstoffe zugegeben wer­ den, wobei die thermische Behandlung des Industriegips in einem an sich bekannten Reaktor bei Temperaturen zwischen 300 und 600°C durchgeführt wird, so daß sich ein BET-Wert zwischen 8 und 15 m2/gr des Anhydrit einstellt.
Dieser Baustoff ist als soforttragender Stoff für alle Möglichkei­ ten verwendbar, nachdem dessen Abbindefähigkeit durch veränderliche Temperaturen und Wassereinbruch nicht beeinflußt wird. Damit kann der erfindungsgemäße Baustoff auch bei unterschiedlicher Teufe und damit bei höheren Temperaturen ohne schädliche Einwirkungen einge­ setzt werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist in der Be­ seitigung von Altlasten, nämlich der Beseitigung von auf Halden oder in Sonderdeponien gelagerten verfärbten Industriegipsen zu sehen. Es ist ein dem Umweltschutz dienender Baustoff.
Ein besonders vorteilhafter Baustoff ist bei einem Anteil des Anhydrit von 50 bis 70 Gew.-% darin zu sehen, dem folgendes Ge­ misch hinzugefügt wird:
  • a) 2-10 Gew.-% α-Halbhydrat
  • b) 8-20 Gew.-% gemahlene Hochofenschlacke mit einer Körnung zwischen 80 und 100 µm
  • c) 0,5-2,0 Gew.-% Anreger für K₂SO₄
  • d) 10-25 Gew.-% Kalksteine mit einer Körnung zwischen 1 und 20 mm.
Gegenüber den bekannten Baustoffen hat der erfindungsgemäße Bau­ stoff den Vorteil, daß er die Wärmeempfindlichkeit nicht auf­ weist, die beispielsweise die bekannten Baustoffe haben, in dem β-Halbhydrat oder Natur-Anhydrit als Bindemittel verwendet werden. Außerdem ist der erfindungsgemäße Baustoff gegenüber den bekannten Stoffen wirtschaftlich günstiger, denn er vermeidet teu­ re Zuschlagstoffe oder Binder, wie Zement o. dgl. Auch der zwischen­ zeitliche Abfall der Festigkeit und die geringere Wärmeempfindlich­ keit wird mit dem erfindungsgemäßen Baustoff vermieden, das die Füll- bzw. Zuschlagstoffe entsprechend ihrer Zusammensetzung eine gleichmäßige Verfestigung ermöglichen und gegen Wassereinbrüche inert sind. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Baustoffes ist darin zu sehen, daß er pneumatisch verfüllbar ist und wegen seiner Wärme- und Wasserunempfindlichkeit beim Abbinden frühzeitig hohe Druckfestigkeiten aufweist. Ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.
Auf einem Lagerplatz 1 ist eine Halde 2 mit verfärbtem Indu­ striegips mit einer vorzugsweisen Körnung von 1 bis 5 mm ge­ lagert. Sollte der zu verwendende Industriegips eine gröbere Körnung enthalten, so kann er mittels einer Zuführung 4, einer Mühle 3 zugegeben werden, so daß der Industriegips in der ver­ wendbaren Form mittels einer Fördereinrichtung 5 auf Halde ge­ legt werden kann. Der entsprechend gekörnte Industriegips wird mit einem Fördermittel 6, einer Einlaufschurre 7 eines Drehrohr­ ofens 8 zugeführt, der mittels eines Brenners 9 beheizt wird. Dabei kann das zu behandelnde Gut entweder im Gleichstrom oder auch im Gegenstrom zur Brennerflamme durch den Drehrohrofen geführt werden. Bei einer Temperatur zwischen 300 und 600°C wird der Industriegips thermisch zu einem Anhydrit umgewandelt, das mittels Fördereinrichtungen 10, 12 einem Zwischenbunker 13 zugeführt wird. Sollte eine Kühlung vor der Zwischenlagerung er­ forderlich sein, so kann eine Kühleinrichtung 11 zwischen den Fördereinrichtungen 10 und 12 eingebaut sein. Der Anhydrit wird mittels einer Austragevorrichtung 14 dem Bunker 13 entnommen und einem Förderband zugeführt. Gleichzeitig wird aus einem Bunker 16 dem über Leitungen 17 Füllstoffe und Zuschlagstoffe zugegeben sind, diese mittels einer Austragevorrichtung 18 eben­ falls dem Förderband 15 zugeführt. Dabei vermischen sich Anhydrit mit Füllstoffen und Zuschlagsstoffen. Dieses Gemisch wird mittels eines Transportmittels 19 an den Untertagebaubetrieb transportiert. Dieses Transportmittel kann ein Kesselwagen sein, der als LKW über die Straße fährt oder ein Eisenbahn-Kesselwagen. Auch können ande­ re Transportmöglichkeiten vorgesehen werden, beispielsweise die Ver­ packung des Gemisches in Säcken o. dgl., die dann ebenfalls per Bahn oder LKW an den Untertagebaubetrieb transportiert werden. Dort wird das Gemisch in einem Bunker 20 gelagert und mittels einer Aus­ tragevorrichtung 21 sowie einem Pneumatikförderer 22 mit Leitungen 23 an den Verwendungsort 24 gefördert. Unmittelbar vor der Ver­ wendung wird mittels einer Leitung 25 dem Gemisch Wasser zuge­ geben.

Claims (14)

1. Baustoff für die Verwendung im Untertagebetrieb, insbe­ sondere im Steinkohlebergbau für Streckenbegleitdämme und/ oder für das Hinterfüllen des Streckenausbaus und/oder für die Konsolidierung des Gebirges im Streckenvortrieb, be­ stehend aus einem Bindemittel mit Füllstoffen und Zuschlag­ stoffen, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein Industriegips verwendet wird, der thermisch zu Anhydrit umgewandelt wird und daß dem Anhydrit Füllmittel und Zu­ schlagstoffe zugegeben werden.
2. Baustoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung des Industriegips in einem an sich bekannten Reaktor bei Temperaturen zwischen 300 und 600°C durchgeführt wird, so daß sich ein BET-Wert zwischen 5-15 m2/gr des Anhydrit einstellt.
3. Baustoff nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Anteil des Anhydrit 50-70 Gew.-% und der An­ teil der Füllmittel und Zuschlagstoffe 30-50 Gew.-% be­ trägt.
4. Baustoff nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Füllmittel und Zuschlagstoffe aus einem Ge­ misch eines sofortbindenden Stoffes, einem hydraulischen Bindemittel, einem Abbindebeschleuniger und körniger Mine­ ralstoffe besteht.
5. Baustoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllmittel sofortbindende Stoffe α oder β-Halbhydrat bzw. Portland-Zement mit Calciumchlorid o. dgl.,
als weitere hydraulische Bindemittel Hochofenschlacke, Flug­ asche, E-Filterasche o. dgl.,
als Abbindebeschleuniger ein Beschleuniger für die Abbin­ dung des Anhydrit nach DIN 4208 und
als körnige Mineralstoffe Kalksteine, Natur-Anhydrit-Berge o.dgl. verwendet werden.
6. Baustoff nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Füllmittel und Zuschlagstoffe aus folgendem Gemisch bestehen:
  • a) 2-10 Gew.-% α-Halbhydrat
  • b) 8-20 Gew.% gemahlene Hochofenschlacke mit einer Körnung zwischen 80 und 100 µ/m
  • c) 0,3-1,0 Gew.-% Anreger K₂SO₄
  • d) 10-25 Gew.% Kalksteine mit einer Körnung zwischen 1 und 20 mm.
7. Baustoff nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß ca. 10-20% der Körnung des Baustoffes zwischen 3 und 10 mm liegt.
8. Baustoff nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Reaktor für die thermische Behandlung des Industriegips ein Drehrohrofen verwendet wird.
9. Baustoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der In­ dustriegips dem Drehrohrofen mit einer Körnung zwischen 1 und 5 mm zugeführt wird.
10. Baustoff nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anhydrit nach der thermischen Behandlung zwischengelagert wird.
11. Baustoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anhy­ drit vor der Zwischenlagerung einer Kühlung unterworfen wird.
12. Baustoff nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anhydrit einerseits und die Bindemittel und Zuschlagstoffe andererseits aus getrennten Bunkern gemischt werden.
13. Baustoff nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Anhydrit, Füllmittel und Zuschlagstoffen in Säcken verpackt oder mittels Kesselwagen o. dgl. an den Unter­ tagebaubetrieb transportiert, dort in Bunkern o. dgl. ge­ lagert und von dort pneumatisch an den Verwendungsort trans­ portiert und beim Verblasen mit dem erforderlichen Wasser gemischt wird.
14. Baustoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser dem Baustoff beim Verblasen und damit unmittelbar vor seiner Verfüllung beigemischt wird.
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