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