DE4332644A1 - Wasserdichtes Baumaterial und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein wasserdichtes Baumaterial auf der Basis eines hydraulisch erhärtenden Stoffgemisches aus üblichen Betonzuschlagstoffen, Bindemitteln, Wasser und solchen Zusatz- und/oder Verstärkungsstoffen, die wenigstens teilweise die Funktion einer quellfähigen Komponente haben.

Baumaterialien, die Braunkohle-Filteraschen als einen ihrer Bestandteile aufweisen, sind bereits bekannt. Genutzt wird dieser Zusatzstoff überwiegend als Bindemittel- Substitutionsmaterial. Problematisch ist jedoch das Herstellen des Gemisches, da die Braunkohlen- Filterasche sehr stark zur Agglomeratbildung neigt. Weder im Trockenmischverfahren noch im Naßmischverfahren ist diese Agglomeratbildung auszuschließen.

In der DD-PS 2 44 472 wird ein Verfahren zur Herstellung von gefügedichtem Aschemörtel und Aschebeton auf der Basis von Filter- und Trockenasche aus mit Braunkohle beheizten Heiz- und Wärmekraftwerken aufgezeigt, bei dem die sonst üblichen Langzeitwirkungen der mit Braunkohle- Kraftwerksaschen versetzten Mörtel und Betone, wie das u. a. durch die Agglomeratbildung der Braunkohlefilter­ asche hervorgerufene Quellen und Treiben des Betons, minimiert werden.

Unter Berücksichtigung des realen Wasseranspruchs der verwendeten Braunkohlen-Trockenasche und des Oberflächenwasseranspruchs eines Zuschlagstoffes wird zunächst eine fließfähige Wasser-Asche-Suspension durch Vermischen hergestellt.

Dieser Suspension werden die Zuschlagstoffe und nach einer ausreichenden Mischzeit bedarfsweise die herkömmlichen Bindemittel zugegeben.

Nachteil dieses Verfahrens ist die Notwendigkeit der Berücksichtigung des realen Wasseranspruchs für das Herstellen der homogenen Suspension, wodurch es leicht bei der späteren Zugabe des Bindemittels zu einem Fehl an benötigter Abbindefeuchte kommen kann.

Eine ausreichende Dichtigkeit kann ohne mechanische Verdichtungsvorgänge kaum erreicht werden.

Die zum Abbinden der zugesetzten Bindemittel benötigte Feuchtigkeit wird der Asche-Wasser-Suspension entzogen und kann damit zur Porenbildung im erstarrten Gemisch führen. Infolgedessen ist die gewünschte Dichtigkeit zumindest teilweise in Frage zu stellen.

Die Porigkeit des erstarrten Gemischs ermöglicht es wiederum, den nicht vollständig hydratisierten Teil der suspendierten Aschen, der auch bei längeren Mischzeiten nicht ausgeschlossen werden kann, einer nachträglichen Hydratisierung auszusetzen. Deshalb können gegebenenfalls unerwünschte Quell- und Treiberscheinungen nicht völlig ausgeschlossen werden.

Der Aufschluß eines Agglomerates, das aus hydraulisch erhärtbarer Braunkohle-Filterasche gebildet ist und das bereits mit Wasser in Berührung gekommen ist, ist weitaus schwieriger, da die äußeren Aschepartikel des Agglomerates mit dem Wasser reagieren und eine stabile Außenhaut bilden, zu deren Zerstörung beispielsweise größere mechanische Kräfte benötigt werden.

Die mechanische Wirkung beim üblichen Mischvorgang ist nicht ausreichend, um die Stabilität einer hydratisierten Agglomerataußenhaut in jedem Fall zu überwinden.

Für wasserdichte Gebrauchsgüter, vorzugsweise Behälter, Kanäle, Rohrleitungen und Schächte oder sonstige Bauelemente mit einem solchen Anspruch, ist ein derartig hergestellter Baustoff aus den genannten Gründen offensichtlich nicht geeignet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein wasserdichtes Baumaterial, bei dem die Nachteile des Standes der Technik überwunden sind, und ein Verfahren zur Herstellung dieses wasserdichten Baumaterials zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bis 10 gelöst.

Bestimmte Bereiches des Bauwesens, wie der Behälterbau zur Aufnahme und verlustfreien Lagerung von Flüssigkeiten, machen es erforderlich, ein Baumaterial zu schaffen, das sowohl bei der Vorfertigung als auch bei der Schalungsbauweise vor Ort schwindfrei erhärtet und im erhärteten Zustand wasserdicht ist.

Die erfindungsgemäße Lösung geht davon aus, daß eine vollständige Hydratisierung von hydratisierbaren Bestandteilen von Braunkohlen-Filteraschen nur mit unvertretbar hohem technischen und energetischen Aufwand zu bewerkstelligen ist.

Deshalb war die Entwicklung einer Vorgehensweise nötig, mit deren Hilfe die im Baumaterial verbleibenden hydratisierbaren Materialbestandteile nicht zu störenden oder schädigenden Wirkungen führen.

Es war bereits bekannt, daß die Verwendung von Braunkohlen-Filterasche zu einem außerordentlich gefügedichten Baustoff führt, dem allerdings die für ausgewählte Anwendungen erwünschte Wasserdichtigkeit fehlt.

Eine wesentliche Ursache dafür konnte im Entzug der für die Hydratation erforderlichen Wassermengen aus dem erhärtenden Asche-Wasser-Gemisch selbst erkannt werden, wo dieser Entzug zu einer die Wasserdichtigkeit beeinträchtigenden Porigkeit führt.

Diese Porigkeit bildet offensichtlich neben gegebenenfalls auftretenden Schwindrissen die Ursache für den Zugang von Reaktionsfeuchte zu im Baumaterial verbliebenen hydratisierbaren Materialbestandteilen.

Die entscheidende Voraussetzung für das Vermeiden dieser Situation wurde im Bereitstellen einer jederzeit verfügbaren Feuchtigkeitsreserve in unmittelbarer Nähe der reaktionsfähigen Materialkomponenten erkannt.

Dazu wird erfindungsgemäß das wasserdichte Baumaterial dadurch gebildet, daß zunächst in einem ersten Schritt sowohl feinkörnige Braunkohlen-Filterasche als auch feinstkörniger poröser Zusatzstoff gemeinsam in Wasser suspendiert werden.

Diese Suspensionsphase dient gleichzeitig dem sogenannten Einsumpfen zum Zwecke der weitgehenden Hydratisierung von reaktionsfähigen Aschebestandteilen und dem Wassersättigen der ebenfalls suspendierten porigen Zusatzstoffe.

Durch das Auffüllen des offenen Porenvolumens der suspendierten porigen Zusatzstoffe wird eine Wasserreserve gebildet, die im erhärtenden wasserdichten Baumaterial zur Verfügung steht, ohne dabei im die Einzelkörner der porigen Zusatzstoffe und gegebenenfalls die Zuschlagstoff- und/oder Verstärkungsstoffkörner umschließenden Matrixmaterial aus Bindemittel-/Ascheleim neues Porenvolumen zu bilden.

Das wasserdichte Baumaterial enthält bedarfsweise auch betonübliche Zuschlagstoffe, wie Sand, Kies und/oder Gesteinssplitte.

Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeitskennwerte des wasserdichten Baumaterials können dem unausgehärteten Materialgemisch Verstärkungsstoffe aus organischem, anorganischem und/oder metallischem beigefügt sein, vorzugsweise Bewehrungsstahl, Stahlfasern, Faserige Pflanzenbestandteile, Plastfasern, Glas- und/oder Mineralfasern.

Durch die vorteilhafte Wasserdichtigkeit des Baumaterials kann eine hohe Sicherheit der verwendeten Verstärkungsstoffe gegen mögliche Korrosion oder Verrottung gewährleistet werden.

Entsprechend dem vorgesehenen Verwendungszweck kann als Bestandteil des wasserdichten Baumaterials auch Bindemittel, vorzugsweise Portlandzement, angewendet werden.

Neben den damit erzielbaren zusätzlichen Beiträgen für das Ausbilden der festigkeitsbegründenden Calciumhydro­ silikatphasen ist für die technische Nutzung des Baumaterials insbesondere die Funktion des Bindemittels als Erstarrungsanreger von Bedeutung.

Ein vorteilhaftes wasserdichtes Baumaterial, das hohen Anforderungen an die Wasserdichtigkeit, an die schwindfreie Erhärtung und an die Maßhaltigkeit der daraus hergestellten Gebrauchsgüter entspricht, wird durch die Anwendung von 10 bis 70 Masse-% Braunkohlen- Filterasche im Kornbereich von 0 bis 2 mm, von 5 bis 30 Masse-% feinstkörniger poröser Zusatzstoffe im Kornbereich von 0 bis 0,063 mm, vorzugsweise Steinkohlen-Verbrennungsrückstände, und 5 bis 40 Masse-% Bindemittel, jeweils bezogen auf die Masse des gesamten Trockengemische, erreicht.

Die erfindungsgemäß eingesetzten feinstkörnige porösen Zusatzstoffe aus natürlichem und/oder künstlichem anorganischen Material, vorzugsweise Tuffgestein, geblähter Perlit, Blähschiefer, Blähton oder Steinkohlen- Verbrennungsrückstände stellen im wasserdichten Baumaterial nicht nur die Basis für die erforderliche innere Wasserreserve dar. Sie bieten zugleich für eine innige Ausbildung von festen Calciumhydrosilikatphasen eine vergleichsweise große reaktionsfähige silikatische Oberfläche.

Erfindungswesentlich ist die Dauer der Suspendier-, Sumpf- und Sättigungsphase für die zum Einsatz gebrachten Braunkohlen-Filteraschen und feinstkörnigen porösen Zusatzstoffe in Anwesenheit von Wasser in einer Menge, die immer über dem unmittelbaren Wasseranspruch für die hydraulischen Sofortreaktionen des eingesetzten Stoffgemisches liegt.

Als minimale Suspendierungszeit sind bei inniger mechanischer Beanspruchung der Suspension durch Rühr-, Umwälz- und/oder Pumpprozesse ca. 6 Minuten zu veranschlagen.

Eine Suspendierungsdauer von bis zu 10 Stunden hat sich bei bisherigen Versuchen nicht als nachteilig erwiesen. Dabei muß allerdings vorausgesetzt werden, daß es während der gesamten Suspendierungsdauer nicht zu größeren Unterbrechungen der mechanischen Beanspruchung kommt, damit das vorzeitige Entstehen dichter Sedimente mit einsetzenden Erhärtungsreaktionen sicher vermieden wird.

Unmittelbar vor der bestimmungsgemäßen Anwendung des nichtausgehärteten Baumaterials erfolgt die Zumischung des erforderlichen Rezepturanteils des erstarrungsanregenden Bindemittels.

Entweder in dieser Form oder nach weiterer Vermischung mit Zuschlag- und/oder Verstärkungsstoffen erfolgt das Einbringen in Schalungen, in Formen oder auf abzudichtende Flächen.

In Abhängigkeit von der mit Hilfe des gewählten Wasserüberschusses eingestellten Konsistenz des erzeugten Feststoff-Wassergemisches wird die Materialverdichtung vor der hydraulischen Erhärtung mit Hilfe der Feststoffsedimentation und/oder mit Hilfe mechanischer Rüttelung vorgenommen.

Die gefundenen Rezepturen für die Zusammensetzung der Stoffgemische als Ausgangspunkt für die wasserdichten Baumaterial-Varianten berücksichtigen, daß zwischen den ein mögliches Schwinden begründenden Hydratations­ reaktionen zwischen den hydraulisch erhärtenden Bestandteilen der eingesetzten Braunkohlen-Filteraschen und der angewendeten Bindemittel sowie dem Abbindewasser im unausgehärteten Matrixmaterial und den Quellprozessen, beispielsweise aus den Hydratationsreaktionen zwischen den reaktionsfähigen Bestandteilen der Braunkohlen- Filterasche und den eingesetzten Bindemitteln sowie von Anteilen der inneren Wasserreserve ein ausgewogenes Verhältnis besteht.

In Kenntnis dieser Zusammenhänge erlaubt es die erfindungsgemäße Lösung, bedarfsweise durch Verschiebung der Rezepturbestandteile zugunsten einer ausgeprägteren Inanspruchnahme der inneren Wasserreserven wasserdichte Baumaterialien nicht nur schwindfrei sondern sogar mit quellender Wirkung zu gestalten.

Zur erfindungsgemäßen Lösung gehört auch die Fähigkeit des wasserdichten Baumaterials, im Zusammenhang mit der Möglichkeit der Inanspruchnahme der inneren Wasserreserven einerseits und der Möglichkeit des Wasserentzugs aus der Bewitterung oder der bestimmungsgemäßen Nutzung des wasserdichten Baumaterials andererseits eine Nacherhärtung und ein bedarfsweises Nachquellen des die Zuschlagstoff- und /oder Verstärkungsstoffe umschließenden Matrixmaterials zu bewirken.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den schutzbegründenden Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 5 und 7 bis 10.

Die Erfindung soll nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Ausführungsbeispiel 1

Für das Herstellen eines schwindfrei erhärtenden wasserdichten Baumaterials werden 70 Masse-% des Gesamttrockengemischs hydraulisch erhärtbare Braunkohlen- Filterasche mit einem Kornspektrum bis zu 2 mm zusammen mit 20 Masse-% am Gesamttrockengemisch feinstkörnigen porösen Steinkohlen-Verbrennungsrückständen mit einem Kornbereich < 0.063 mm in soviel Wasser suspendiert, daß nach zweistündigem Mischvorgang ein fließfähiges Stoffgemisch vorliegt. Zum Einleiten des Erhärtungsprozesses werden diesem fließfähigen Stoffgemisch 10 Masse-% des Gesamttrockengemischs Portlandzement als herkömmliches Bindemittel unter weiterem Mischen und zum Erhalt der Fließfähigkeit des Baustoffgemisches ein weiterer Teil Wasser zugeführt. Dieses fließfähige Baustoffgemisch kann nun in Schalungen gefüllt werden, wobei sich nach dem Absetzen der Gemischpartikel ein überstehender Wasserfilm bildet, unter dem das Baumaterial schwindfrei aushärtet.

Ausführungsbeispiel 2

Zur Herstellung eines wasserdichten Mörtels werden jeweils 30 Masse-% an hydraulisch erhärtender Braunkohle- Filterasche im Kornbereich bis zu 2 mm mit feinstkörniger poröser Steinkohlen-Flugasche im Kornbereich bis zu 0,063 mm über einen Zeitraum von 0,5 Stunden in Wasser suspendiert, wobei die Wassermenge so bemessen ist, daß auch nach Zugabe des Bindemittels die Fließfähigkeit des Baustoffgemisch als Mörtel bestehen bleibt. Als Bindemittel werden dem Zuschlagstoffgemisch 40 Masse-% am Gesamttrockengemisch herkömmlicher Portlandzement zugemischt. Der so hergestellte wasserdichte Mörtel kann nun als Reparaturmasse für einen wasserdichten Fußboden verwendet werden.

Ausführungsbeispiel 3

Zum Herstellen einer fugenlosen, wasserdichten Flachdachabdeckschicht werden, gemessen am Gesamttrockengemisch 40 Masse% hydraulisch erhärtbarer Braunkohle-Filterasche im Kornbereich bis zu 1,0 mm mit 20 Masse-% feinstkörniger, poröser Steinkohlen-Flugasche im Kornbereich < 0,063 mm in Wasser suspendiert und 3 Stunden gerührt. Diesem fließfähigen Stoffgemisch werden 40 Masse-% herkömmlicher Portlandzement zum Einleiten des Erhärtungsprozesses und ein weiterer Teil Wasser zum Erhalt der Fließfähigkeit des Baustoffgemischs zugemischt und ohne jede Verzögerung auf der vorbereiteten Flachdachfläche vergossen. Das Material läuft gleichmäßig breit , die Gemischpartikel lagern sich auf Grund der abgestuften Korngröße und des gewählten Kornspektrums gefügedicht ab und erhärten unter der entstehenden Wasserschicht.

Ausführungsbeispiel 4

Für die Herstellung einer fugenfreien, wasserdichten Lagerfläche wird für diese Fläche das Erdreich bis zur gewünschten Tiefe abgetragen und gegebenenfalls in den vorgesehenen Randbereichen eingeschalt. Für das wasserdichte Baumaterial wird zunächst eine Mischung aus 10 Masse-% hydraulisch erhärtender Braunkohlen- Filterasche mit 5 Masse-% am Gesamttrockengemisch feinstkörniger, poröser Steinkohlen-Flugasche und 78 Masse-% am Gesamttrockengemisch feinstkörniger Sand sowie 2 Masse-% am Gesamttrockengemisch Stahlfasern in Wasser suspendiert und gemischt bis ein fließfähiges Stoffgemisch entsteht. Der Kornbereich der einzusetzenden Zusatz-/Zuschlag-/Verstärkungsstoffe setzt sich dabei wie folgt zusammen:

* Braunkohlen-Filterasche bis zu 2,0 mm,
* Steinkohlen-Flugasche bis zu 0,063 mm,
* Sand bis zu 2,0 mm und
* Stahlfasern bis zu 45 mm Länge.

Dieser Suspension wird vor dem Vergießen 5 Masse-% Portlandzement als Erstarrungsanreger und ein weiterer Teil Wasser zum Erhalt der Fließfähigkeit des Baustoffgemischs zugemischt.

Das Einfüllen in die Grube bzw. in die Schalung erfolgt ohne größere Verzögerung und so, daß ein gleichmäßiges und übergangsloses Breitlaufen der fließfähigen Masse erfolgen kann. Das Erstarren des wasserdichten Baumaterials erfolgt unter der entstehenden Wasserfläche, die das gefügedicht sedimentierte Baustoffgemisch abdeckt.

Claims (10)

1. Wasserdichtes Baumaterial auf der Basis eines hydraulisch erhärtenden Stoffgemischs aus üblichen Beton-Zuschlagstoffen, Bindemitteln, Wasser und solchen Zusatz- und/oder Verstärkungsstoffen, die wenigstens teilweise die Funktion einer quellfähigen Komponente haben, dadurch gekennzeichnet, daß es vor dem Erhärtungsprozeß aus in Wasser suspendierter hydraulisch erhärtbarer Braunkohlen- Filterasche, in Wasser suspendierten feinstkörnigen porösen Zusatzstoffe, einer in diesen porösen Zusatzstoffen enthaltenen inneren Wasserreserve sowie bedarfsweise Verstärkungsstoffen und einem gegebenenfalls nur als Erstarrungsanreger dienendem geringen Anteil hydraulischem Bindemittel besteht, wobei der Trockenmasseanteil des benötigten Bindemittels am Gesamttrockengemisch je nach Einsatzzweck des Baumaterials im Bereich zwischen 5 und 40 Masse-% liegt, der Trocken-Masseanteil der im Kornbereich bis zu 2 mm vorliegenden Braunkohlen-Filterasche am Gesamttrockengemisch je nach Einsatzzweck des Baumaterials im Bereich zwischen 10 und 70 Masse-% liegt, daß der Masseanteil der im Kornbereich < 0,063 mm einzusetzenden feinstkörnigen porösen Zusatzstoffe am Gesamttrockengemisch je nach Einsatzzweck des Baumaterials im Bereich zwischen 5 und 30 Masse-% liegt und daß sich der Masseanteil der inneren Wasserreserve in Abhängigkeit vom Gehalt an den feinstkörnigen porösen Zusatzstoffen ergibt.

2. Wasserdichtes Baumaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus Portlandzement besteht.

3. Wasserdichtes Baumaterial nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der feinstkörnige poröse Zusatzstoff aus natürlichem und/oder künstlichem anorganischen Material, wie Tuffgestein, geblähtem Perlit, Blähschiefer, Blähton oder Steinkohlen- Verbrennungsrückständen, besteht.

4. Wasserdichtes Baumaterial nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserreserve maximal aus dem im offenen Porenvolumen der porösen Zusatzstoffe enthaltenen Wasser besteht.

5. Wasserdichtes Baumaterial nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsstoffe aus organischem, anorganischem und/oder metallischem Material, wie Pflanzenfasern, Plastfasern, Glas- oder Mineralfasern, Bewehrungsstahl, Stahlfasern, bestehen.

6. Verfahren zum Herstellen des wasserdichten Baumaterials gemäß der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

• - 1 Masseteil feinkörnige und hydraulisch erhärtbare Braunkohlen-Filterasche im Kornbereich zwischen 0 und 2 mm und 0,1 bis 0,8 Masseteile feinstkörniger poröser Zusatzstoffe im Kornbereich zwischen 0 und 0,063 mm mit 0,5 bis 8 Masseteilen Wasser vermischt werden;
• - die erzeugte wäßrige Suspension sedimentations­ verhindernd über einen Zeitraum von wenigstens 0,1 h bis maximal 10 h durch regelmäßige oder dauernde Bewegung des Materials aufrechterhalten wird;
• - bedarfsweise der Suspension weitere betontypische Zuschlagstoffe im Umfang von bis zu 6 Masseteilen beigemischt werden;
• - bedarfsweise der Suspension mit oder ohne betontypischen Zuschlagstoffen Verstärkungsstoffe im Umfang von bis zu 0,2 Masseteilen beigemischt werden;
• - bedarfsweise dem erzeugten Materialgemisch unmittelbar vor dessen Einbringen in Schalungen, in Formen oder auf Flächen abbindeanregendes Bindemittel im Umfang von bis zu 3,2 Masseteilen beigemischt wird;
• - in Abhängigkeit von der Konsistenz des erzeugten Feststoff-Wassergemisches das Dichtlagern des Materials vor dem Beginn der hydraulischen Erhärtung durch Feststoffsedimentation und/oder durch mechanisches Rütteln vorgenommen wird und
• - die Nacherhärtung und das Nachquellen des die gegebenenfalls beigemischten Zuschlag- und/oder Verstärkungsstoffe umschließenden Matrixmaterials durch Langzeitreaktionen von reaktionsfähigen Bestandteilen des Matrixmaterials mit der Wasserreserve aus dem Porenvolumen der im Matrixmaterial feinverteilten feinstkörnigen porösen Zusatzstoffes sowie gegebenenfalls mit dem aus der Bewitterung oder dem Gebrauch des Baumaterials verfügbaren Wasser ermöglicht wird.

7. Verfahren zum Herstellen des wasserdichten Baumaterials nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als abbindeanregendes Bindemittel Portlandzement eingesetzt wird.

8. Verfahren zum Herstellen des wasserdichten Baumaterials nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als feinstkörnige poröse Zusatzstoffe natürliches oder künstliches anorganisches Material, wie Tuffgestein, geblähter Perlit, Blähschiefer, Blähton oder Steinkohlen- Verbrennungsrückstände, eingesetzt werden.

9. Verfahren zum Herstellen des wasserdichten Baumaterials nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkungsstoffe organisches, anorganisches und/oder metallisches Material, wie faserige Pflanzenbestandteile, Plastfasern, Glas- oder Mineralfasern, Bewehrungsstahl oder Stahlfasern, eingesetzt werden.

10. Verfahren zum Herstellen des wasserdichten Baumaterials nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das selbstheilende Dichten von auftretenden Schwind- oder Überlastungsrissen im wasserdichten Baumaterial durch Quellreaktionen zwischen eindringendem Wasser und reaktionsfähigen Bestandteilen des erhärteten Matrixmaterials erreicht wird.