DE4244249C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Betonbauteilen sowie Betonbauteil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Betonbauteilen sowie ein Betonbauteil.

Zur Reinigung von kontaminierten Böden sind mittler­ weile Technologien entwickelt worden, die eine weit­ gehende Reinigung der kontaminierten Böden erlauben, so daß diese nach der Reinigung wiederverwendet wer­ den können. Jedoch sind zum einen mit der Reinigung selbst und zum anderen mit der Entsorgung der aus den Böden herausgelösten Kontaminanten erhebliche Kosten verbunden. Insbesondere die Langwierigkeit der bekannten Reinigungsverfahren und die damit ver­ bundene relativ geringe Effektivität sowie die durch die Endlagerung der Kontaminanten auf hierfür be­ stimmten Deponien verursachten Kosten erweisen sich in der Praxis als beträchtlich.

Aus der WO 88/02739 ist ein Verfahren zur Entsorgung von schadstoffbelasteten Materialien mittels Zugabe einer latent hydraulischen Asche bekannt. Das derart behandelte Material wird nach der Hydration als Bo­ denmaterial an die Entnahmestelle zurückgeführt oder als Filterschicht verwendet. Im Unterschied zu dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die schadstoff­ belasteten Materialien weder gereinigt noch einer Weiterverarbeitung zu einem Betonbauteil zugeführt. Vielmehr beruht das Verfahren darauf, das schad­ stoffbelastete Material "abzubinden" und schließlich einer Deponielagerung zuzuführen.

Aus der DE-OS 29 49 528 ist ein Verfahren zum Her­ stellen eines Zuschlagstoffes für Beton oder Mörtel bekannt, bei dem eine Verarbeitung von unverbrenn­ baren Anteilen von Abfallstoffen oder Rückständen aus der Abfallstoffverbrennung zu einem Granulat erfolgt. Dieses Granulat, das auch fraktioniert wer­ den kann, wird als Zuschlagstoff bei der Betonher­ stellung verwendet. Im Unterschied zu dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren ist weder die Granulierung noch die Fraktionierung Bestandteil eines Reini­ gungsverfahrens, sondern dient zur Weiterverarbei­ tung von Rückständen aus der Verbrennung von Abfall­ stoffen.

Aus der DE-OS 40 22 913 ist ein Verfahren zum Sanie­ ren von kontaminierten Erdbereichen bekannt, das auf einer Reduzierung der maximal auftretenden Schad­ stoffbelastungen durch eine Dekonzentration der Kon­ taminierungsstoffe beruht. Dies geschieht durch eine Homogenisierung der Böden.

Aus der Entgegenhaltung DE-OS 36 00 644 ist ein Ver­ fahren zur vorbereitenden Behandlung von kontami­ nierten und kontaminierenden Stoffen bekannt. Dabei werden die kontaminierten Stoffe zu Transportzwecken, also zur Überführung vom Kontaminationsort zu einer Reinigungsstelle, zu Formstücken ausgebildet. Auf Grund der feinkörnigen, staubartigen Ausbildung der Stoffe ist eine Betonbauteilherstellung ausge­ hend von diesen nicht möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrun­ de, zum einen eine schnellere Reinigung kontaminier­ ter Böden zu ermöglichen und zum anderen den Anteil der auf einer Deponie endzulagernden Kontaminanten zu reduzieren bzw. eine Deponielagerung von Kontami­ nanten überflüssig zu machen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der An­ sprüche 1, 5 oder 7 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf.

Erfindungsgemäß werden Bodenfraktionen von in einer Bodenreinigungsanlage fraktioniertem Bodenmaterial als Zuschlagstoffe bei der Herstellung von Betonbauteilen verwendet.

Dieser Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, durch eine Einbindung von Bodenfraktionen kontaminierter Böden eine Möglichkeit zu schaffen, die in den Boden­ fraktionen nach einer Reinigungsbehandlung noch ent­ haltenen Restkontaminanten einer sicheren Endlagerung zuzuführen, ohne daß eine über den Lagerungseffekt hinaus nutzlose Deponielagerung erforderlich wäre. Vielmehr ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, die Restkontaminanten als Bestandteil von Betonbautei­ len einer gefahrlosen Wiederverwendung zuzuführen.

Neben der Deponiesubstitution ermöglicht es das er­ findungsgemäße Verfahren, das Bodenreinigungsverfahren wegen der sicheren Einbindung der Restkontaminanten in das Betonbauteil auf einen höheren zulässigen Restkon­ taminationswert auszurichten, wodurch die Bodenreini­ gung hinsichtlich der Verfahrensdauer kürzer und damit effektiver wird.

Die Fraktionierung der kontaminierten Böden in der Bodenreinigungsanlage ermöglicht es, während des Reini­ gungsverfahrens eine Klassierung der Bodenpartikel vorzunehmen, so daß hinsichtlich ihres Partikeldurch­ messers definierte Bodenfraktionen als Zuschlagstoffe auswählbar sind. Somit ist es bei entsprechender Aus­ wahl von Bodenfraktionen möglich, ein derartiges Korn­ spektrum bei den Zuschlagstoffen zu erzeugen, wie es durch die Sieblinien nach DIN 1045 für die Herstellung von Norm-Beton vorgeschrieben ist.

Die Höhe des erwähnten zulässigen Restkontaminations­ wertes ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von verschiedenen Parametern abhängig. Entscheidend hier­ auf wirkt sich neben der Art des Kontaminanten sowohl die Menge und Art des verwendeten Bindemittels als auch die Menge und Art eventuell verwendeter Betonzu­ sätze aus. Dementsprechend wird der Restkontamina­ tionswert variabel festgelegt. Hierbei wird davon ausgegangen, daß zur Verhinderung einer Kontamination der Umgebung von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Betonbauteilen die im Eluat gemessenen Schadstoffmengen einen bestimmtem Wert nicht über­ schreiten dürfen.

Wenn es sich bei dem Kontaminanten etwa um Mineral­ ölkohlenwasserstoff handelt, kann als Maßstab für die Höhe des zulässigen Restkontaminationswertes der in Eluatversuchen an mit herkömmlichen Zuschlagstoffen versehenen Betonteilen ermittelte Kohlenwasserstoff­ gehalt im Eluat herangezogen werden. Wie sich in Ver­ suchen herausstellte, reagiert dieser Wert besonders empfindlich auf den Anteil des im Beton enthaltenen Bindemittels. Bei Verwendung von Zement als Bindemit­ tel konnte festgestellt werden, daß bei geringeren Ze­ mentgehalten weniger Kohlenwasserstoff eluiert wird als bei höheren Zementgehalten. Diese dem Fachmann zu­ nächst abwegig erscheinende Tatsache liegt darin be­ gründet, daß der Zement selbst durch sein Herstellung­ sverfahren sowie die verwendeten Rohstoffe bedingt eine erhebliche Schadstoffbelastung, insbesondere durch Kohlenwasserstoff, aufweist. Daher kommt es in der Regel darauf an, den Bindemittelanteil, insbeson­ dere den Zementgehalt, im Rahmen der für die Bauteil­ verwendung vorgeschriebenen Betondruckfestigkeit so gering wie möglich zu halten. Zudem erweist es sich als vorteilhaft, dem Beton Zusätze zuzufügen, die eine abdichtende Wirkung haben und die Wasserdurchström­ barkeit der gefertigten Betonbauteile reduzieren. Beispiele hierfür sind Epoxydharze oder auch Acrylhar­ ze. Derartige Betonzusätze ermöglichen es, den Zement­ gehalt zu erhöhen, ohne gleichzeitig die Eluatwerte zu erhöhen.

Daher kann bei einem geringen Bindemittelanteil, ins­ besondere einem geringen Zementanteil, ein relativ hoher Kohlenwasserstoffwert der Bodenfraktionen zu­ gelassen werden, wohingegen bei einem hohen Bindemit­ telanteil ein relativ niedriger Wert zu wählen ist. Bei Zugabe von entsprechenden Betonzusätzen kann eben­ falls ein höherer Kohlenwasserstoffwert gewählt wer­ den.

Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich als be­ sonders effektiv, wenn entsprechend der Herstellung von Norm-Beton zu verwendende Bodenfraktionen mit festgelegten Partikeldurchmessern von der Bodenreini­ gungsanlage einem nachgeordneten Betonmischwerk zuge­ führt und in diesem mit Bindemittel und etwaigen Be­ tonzusätzen vermischt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn dabei das für die Betonherstellung notwendige Wasser dem Reinigungswas­ serkreislauf der Bodenreinigungsanlage entnommen und dem Betonmischwerk zugeführt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Betonbauteilen weist die Merkmale des Anspruchs 5 auf.

Diese Vorrichtung besteht quasi aus einer Kopplung von einer eine Fraktionierung durchführenden Reinigungs­ anlage mit einem Betonmischwerk.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Bodenreinigungsanlage als eine mechanische Boden­ waschanlage ausgebildet ist, und das Betonmischwerk an einen Reinigungswasserkreislauf der Waschanlage ange­ schlossen ist. Hierdurch läßt sich das je nach Kon­ taminationsgrad nicht ohne weiteres in die Umgebung ableitbare Reinigungswasser im Beton abbinden.

Das erfindungsgemäße Betonbauteil weist die Merkmale des Anspruchs 7 auf.

Erfindungsgemäß weist das Betonbauteil neben dem Bin­ demittel Zuschlagstoffe auf, die zumindest teilweise aus in einer Bodenreinigungsanlage fraktionierten Bodenfraktionen gebildet sind. Derartige Bauteile ermöglichen eine Rückführung von kontaminierten Bo­ denmaterialien als Baustoff, ohne daß eine weitestge­ hend vollständige Dekontamination der Bodenmaterialien notwendig wäre.

Es erweist sich in diesem Zusammenhang als vorteil­ haft, wenn als Bindemittel Zement, Bitumen oder auch Kunststoff verwendet wird. Durch die Wahl eines auf den Schadstoff abgestimmten Bindemittels ist es mög­ lich, den Schadstoff besonders effektiv abzubinden, ohne daß im Vergleich zum Bindemittel beim Betonbau­ teil erhöhte Schadstoffwerte im Eluat auftreten. Daher erweist es sich als vorteilhaft, zur Abbindung von polyzyklischen Aromaten (PAK) etwa Bitumen oder zur Abbindung von Mineralölkohlenwasserstoffen (MKW) etwa Zement zu verwenden.

Soll insgesamt der eluierbare Schadstoffgehalt mög­ lichst gering gehalten werden, so erweist es sich insbesondere bei einer Kontamination mit Mineralölkoh­ lenwasserstoffen wegen der ohnehin im Zement in der Regel enthaltenen Mineralölkohlenwasserstoffe als vorteilhaft, den Zementanteil beim Betonteil so gering wie möglich zu wählen. Wohingegen es bei einer Kon­ tamination mit polyzyklischen Aromaten und einer Ver­ wendung von Bitumen als Bindemittel vorteilhaft ist, den Bitumenanteil wegen der ohnehin im Bitumen in der Regel enthaltenen polyzyklischen Aromaten möglichst gering zu wählen. Dasselbe kann auch in bezug auf Mineralölkohlenwasserstoffe gelten.

Um wegen der in den Zuschlagstoffen enthaltenen Rest­ kontaminationen und den - insbesondere im Fall von Zement und Bitumen - im Bindemittel von Haus aus ent­ haltenen Schadstoffe die Eluierbarkeit der im Beton­ bauteil enthaltenen Schadstoffe zu reduzieren, können dem Beton dessen Wasserdurchströmbarkeit reduzierende Betonzusätze, etwa Alkalisilikate, mineralische Zusät­ ze auf Zementbasis, Polymerharze, usw. zugesetzt wer­ den.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung sollen nachfolgend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung; Tabelle mit Ergebnissen von Eluatversuchen in tabellari­ scher Übersicht.

Fig. 1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Beton­ bauteilen, bei dem Bodenfraktionen 1-5 von in einer mechanischen Bodenwaschanlage gereinigtem kontaminier­ tem Bodenmaterial als Zuschlagstoffe verwendet werden. Das in die Bodenwaschanlage eingebrachte kontaminierte Material wird zunächst einer Vorfraktionierung unter­ zogen, bei der Bodenpartikel mit einem Partikeldurch­ messer < 100 mm zunächst in einem Brecher zerkleinert und schließlich wieder mit dem übrigen kontaminierten Material vereint einer ersten Wasch-/Fraktionierungs­ station zugeführt werden. Anschließend erfolgt eine erste Klassierung in gereinigtes Material mit einem Partikeldurchmesser < 32 mm, das die Bodenfraktion 1 bildet, die Grobkies bzw. Schotter umfaßt.

Im folgenden werden weitere Wasch-/Fraktionierungs­ stationen durchlaufen, wobei zur Bildung von Kies- Fraktionen nacheinander in die Bodenfraktionen 2, 3 und 4 klassiert wird. Diese weisen jeweils Bodenparti­ kel mit einem Partikeldurchmesser von 16 bis 32 mm (Bodenfraktion 2), 8 bis 16 mm (Bodenfraktion 3) und 4 bis 8 mm (Bodenfraktion 4) auf. Schließlich folgt gemäß dem beispielhaft dargestellten Fraktionierungs­ ablauf noch eine weitere Wasch-/Fraktionierungsstation zur Reinigung des restlichen kontaminierten Materials mit einem Partikeldurchmesser von 0 bis 4 mm, also Sand, der die Bodenfraktion 5 bildet.

Je nach Art des herzustellenden Betons werden die Bodenfraktionen insgesamt oder zum Teil einer weiteren Station zugeführt, in der ein Sieblinienabgleich er­ folgt, um für die Betonherstellung aus den klassierten Bodenfraktionen ein Kornspektrum zusammenzusetzen, das einem Sieblinienbereich nach DIN 1045 entspricht. Dieser Sieblinienabgleich ermöglicht nunmehr unter entsprechender Zugabe von Zement in einem der Siebli­ nienabgleichstation nachfolgenden Betonmischwerk die Herstellung eines Norm-Betons. Durch Zugabe von Wasser entsprechend einem vorbestimmten Wasser/Zement-Wert und etwaiger Betonzusätze, die die Wasserdurchström­ barkeit bzw. die Wassereindringtiefe in den Beton reduzieren sollen, wird schließlich ein Beton erzeugt, der um- oder weiterverarbeitet werden kann.

Durch Gießen des Betons in bereitgestellte Formen lassen sich Betonfertigteile herstellen, die insbe­ sondere bei einem großen Gewicht/Oberfläche-Quotienten besonders geeignet sind, die Eluierbarkeit von in den Beton hineingelangten Restkontaminanten zu reduzieren. Eine möglichst geringe Zementzugabe führt zu einer weiteren Reduzierung der Eluierbarkeit von Mineral­ ölkohlenwasserstoffen.

Anhand der dargestellten Tabelle soll im folgenden der Zusammenhang zwischen dem Zementgehalt und den ermittelten Eluatwerten noch näher erläutert werden. Die Tabelle zeigt Ergebnisse einer Versuchs­ reihe in der verschiedene Klötze aus DIN-Beton der Festigkeitsklassen B 10, B 15 und B 25 mit einem Ge­ wicht von etwa 2 kg untersucht wurden. Als Betonzu­ schlagstoff wurde in einer mechanischen Bodenwasch­ anlage (BWA) bis auf eine Restkontamination von < 300 mg Mineralölkohlenwasserstoffe pro kg Trockenmasse ge­ reinigtes kontaminiertes Bodenmaterial verwendet.

Dieser Zuschlagstoff wurde in den Proben BWA B 10, BWA B 15 und BWA B 25 verwendet.

Zum Vergleich wurden Betonproben untersucht, bei denen als Zuschlagstoff handelsüblicher Betonkies verwendet wurde. Diese Proben sind mit B 10, B 15 und B 25 bezeichnet.

Der Eluierbarkeitsversuch wurde mit einem Wasser-/Pro­ benmengen-Verhältnis von 1 : 1 durchgeführt, wobei die Probe in ein geeignetes Gefäß gehängt und mit destil­ liertem Wasser umspült wurde. Der Versuch erstreckte sich über einen Zeitraum von 24 Stunden. Die Bestim­ mung der eluierten Wasserstoffgehalte erfolgte nach DIN 38 409 Teil 18 mittels Infrarot-Spektroskopie. Die Auswertung der Meßergebnisse erfolgte schließlich nach Gleichung 1 der DIN 38 141 Teil 4.

Die Versuchsergebnisse zeigen deutlich, daß gegenüber den Proben mit herkömmlichem Zuschlagstoff (B 10, B 15, B 25) die Proben mit restkontaminiertem Zu­ schlagstoff (BWA B 10, BWA B 15, BWA B 25) keine er­ höhten Kohlenwasserstoff-Gehalte im Eluat aufweisen. Weiterhin zeigt sich, daß bei zunehmendem Zementgehalt des Betons ein Anstieg des Kohlenwasserstoffgehaltes im Eluat zu beobachten ist. Dies gilt sowohl für die Proben mit herkömmlichem Zuschlagstoff als auch für die Proben mit restkontaminiertem Zuschlagstoff. Die daraus gezogene Schlußfolgerung, daß bereits der Ze­ ment Kohlenwasserstoffanteile enthält konnte durch Untersuchungen an reinem Zement bestätigt werden.

Wegen der Einbindung der kontaminierten Zuschlagstoffe in die Zementmatrix wird der im Eluat meßbare Gehalt an Kohlenwasserstoffen im wesentlichen durch die im Zement enthaltenen Kohlenwasserstoffe bestimmt. All­ gemein läßt sich daher schlußfolgern, daß je nach dem verwendeten Bindemittel und den darin enthaltenen Schadstoffen - bei Bitumen etwa in erster Linie poly­ zyklische Aromaten - Zuschlagstoffe in dem Maß eine Kontamination mit dem entsprechenden Schadstoff auf­ weisen können, als daß das durch den bindemittelimma­ nenten Kontaminationsgrad verursachte "Kontaminations- Grundrauschen" nicht überschritten wird.

Bezogen auf die Verwendung von Zement als Bindemittel läßt sich feststellen, daß bereits minderwertiger Beton der Güteklasse B 10, also mit einem relativ geringen Zementanteil, vollkommen ausreicht, um die im Zuschlagstoffin einer Menge < 300 mg pro kg Trocken­ masse enthaltene Restkontamination mit Mineralölkoh­ lenwasserstoffen ausreichend zu stabilisieren, so daß ein Auswaschen aus dem Beton und ein Entweichen in die Umgebung weitestgehend verhindert werden kann.

Neben der Herstellung von Betonfertigteilen kann der mit restkontaminierten Zuschlagstoffen versehene Beton natürlich auch zur Herstellung von Betonbauteilen ver­ wendet werden, die, wie etwa Fundamentteile, an Ort und Stelle gegossen werden. Dazu kann der Beton als Transportbeton zur Baustelle überführt werden oder auch an der Baustelle selbst hergestellt werden. Die Bodenreinigungsanlage zur fraktionierenden Reinigung der kontaminierten Bodenpartikel kann zusammenhängend mit dem zur Betonherstellung notwendigen Betonmisch­ werk oder auch örtlich von dem Betonmischwerk getrennt installiert sein.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung von Betonbauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß neben einem Bindemittel als Zuschlagstoffe Bodenfrak­ tionen von in einer Bodenreinigungsanlage bei der Reini­ gung fraktioniertem Bodenmaterial verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Menge und Art des verwendeten Bindemittels und etwaiger Betonzusätze der mit der Bodenreinigung in der Bodenreinigungsanlage zu erzielende Restkontaminationswert variabel festgelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend der Herstellung von DIN- Beton zu verwendende Bodenfraktionen mit festgelegten Partikeldurchmessern von der Bodenreinigungsanlage einem Betonmischwerk zugeführt und in diesem mit Bindemittel und etwaigen Betonzusätzen vermischt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem im Betonmischwerk gebildeten Gemisch Wasser aus einem Reinigungswasserkreislauf der Bodenreinigungsanlage zugeführt wird.

5. Vorrichtung zur Herstellung von Beton für Betonbauteile, gekennzeichnet durch eine Bodenreinigungsanlage, die Bodenmaterial bei der Reinigung fraktioniert, und ein Beton­ mischwerk, das der Bodenreinigungsanlage nach­ geordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenreinigungsanlage eine mechani­ sche Bodenwaschanlage ist, und das Beton­ mischwerk an einen Reinigungswasserkreislauf der Bodenwaschanlage angeschlossen ist.

7. Betonbauteil, dadurch gekennzeichnet, daß der Beton Zuschlagstoffe aufweist, die zumindest teilweise aus Bodenfraktionen von in einer Bodenrei­ nigungsanlage bei der Reinigung fraktioniertem Boden­ material gebildet sind.

8. Betonbauteil nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Verwendung von Zement als Bindemittel, wobei vorzugsweise der Zementgehalt so gering wie mög­ lich gewählt ist.

9. Betonbauteil nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Verwendung von Bitumen als Bindemittel, wobei vorzugsweise der Bitumengehalt so ge­ ring wie möglich gewählt ist.

10. Betonbauteil nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Verwendung von Kunststoff als Bindemit­ tel, wobei vorzugsweise der Kunststoffgehalt so gering wie möglich gewählt ist.

11. Betonbauteil nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch die Verwendung von die Wasserdurchströmbar­ keit des Bauteils reduzierenden Betonzusät­ zen.