DE4335642A1 - Verfahren zur Herstellung von wasserdichten Baumaterialien - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von wasserdichten BaumaterialienInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dichten und von hoch
festen betonähnlichen Baumaterialien mittels der Verwendung von Braun- und
Steinkohlenfilteraschen. Hierbei wirkt die Braunkohlenfilterasche als Selbst
verfestiger und als Anreger für puzzolanische Reaktionen der Steinkohlen
filterasche.
Es hat nicht an Versuchen gefehlt, Braunkohlenfilteraschen aus kohlenstaub
gefeuerten Kraftwerken bautechnisch zu nutzen.
Die Verarbeitung dieser Aschen anstelle von Zement aufgrund ihrer binde
mittelartigen Eigenschaften führte allerdings bisher nicht zu den angestrebten
Erfolgen, so daß diese Aschen gegenwärtig nur für bauaufsichtlich nicht relevante
Einsatzfälle wie z. B. für Rekultivierungsmaßnahmen und zur Restlochverfüllung
im bergbaulichen Versatz verwendet werden.
Die verfestigenden Eigenschaften einiger Aschen, insbesondere von Steinkohlen
filteraschen, waren nur durch besondere Maßnahmen, wie durch den Zusatz von
Anregern, durch besondere mechanische Behandlung oder durch Druckerhärtung
freizusetzen, ohne jedoch einen Zementersatz zu erreichen (DD-PS 2 74 206). Es
wurde auch versucht, künstliche Zuschläge für die Bauwirtschaft unter
Verwendung von Steinkohlenfilteraschen herzustellen (DE-PS 35 39 264). Ebenso
soll durch die Herstellung großer Blöcke aus Steinkohlenfilteraschen und CaO-
haltiger Bindemittel mit anschließender Zerkleinerung und erneuter Verpressung
ein Baumaterial hergestellt werden können (DE-PS 35 24 693).
Durch ihre besondere stoffliche Zusammensetzung zeigen die kalkhaltigen
Braunkohlenfilteraschen ein eigenes Erhärtungsverhalten, wobei der Aktivierung
der festigkeitserzeugenden Mineral- und Glasphasen und der Zumischung
weiterer Komponenten große Bedeutung zukommt. Aufgrund dieser bisher nicht
fundiert abgeklärten Verhältnisse erfolgte ihr Einsatz als mineralisches Bindemittel
bzw. als mineralische Bindemittelkomponente nur in vergleichsweise geringem
Umfang.
Durch die Herstellung einer Asche-Wasser-Suspension mit einem hohen
Anmachwassergehalt konnte erreicht werden, daß durch die völlige Teilchen
benetzung die Bindeeigenschaften der Braunkohlenfilterasche freigesetzt werden
(DD-PS 2 44 472, DD-PS 2 44 545, DD-PS 2 44 546), wobei nach der
Suspensionsherstellung weitere Bindemittel und andere Zuschlagstoffe wie z. B.
auch Faserstoffe zugesetzt werden können. Bei einer hohen Zugabewasser
menge müßte jedoch bzgl. der Herstellung, Verfestigung und Verarbeitung
überschüssiges Wasser wieder aus dem Endgemisch mittels eines besonderen
technischen und technologischen Aufwandes entfernt werden. Dies kann jedoch
baupraktisch nicht gewährleistet werden.
Die Ermittlung einer Rezeptur für die baupraktische Verwendung einer Asche
bzw. eines Aschegemisches kann auf verschiedene Weise vorgenommen
werden.
Diesbezüglich ist in DE-PS 41 03 412 angegeben:
Ausgehend von vereinzelten Aschekomponenten unterschiedlicher Körnungs
bänder gelingt über eine experimentell aufzustellende Wasseranspruchsfunktion
die optimale Festlegung des prozentualen Anteils der Komponenten, des
spezifischen Wasseranspruchs sowie der technologischen Grenzen, in denen die
Herstellung einer Dispersion für Bau- und Dichtstoffprodukte möglich ist. Die
Verdichtung der Körnungsstruktur unter Wassereinfluß wird dadurch bewirkt, daß
der Aschemischung bei aufgebrachten Scherbewegungen diejenige
Wassermenge zugegeben wird, welche zum Erreichen der oberen Fließgrenze
benötigt wird. Hierzu müssen zwei sich hinsichtlich ihrer Korngrößenverteilung
deutlich unterscheidende Aschefraktionen vorliegen.
Die Aufnahme der für die Verarbeitung benötigten Wasseranspruchsfunktion und
deren Einhaltung, erfordert allerdings einen sehr hohen technischen, techno
logischen und analysetechnischen Aufwand, so daß diese Vorgehensweise aus
baubetriebstechnischen Gründen für die allgemeine Baupraxis entfällt:
Die Abgabe von Filteraschen aus modernen Großkraftwerken erfolgt nämlich als
Mischasche aller Filterstufen, so daß eine erfindungsgemäße Verarbeitung eine
aufwendige, baupraktisch nicht durchführbare Separation der Mischasche in
einzelne Aschefraktionen voraussetzt.
Ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung dagegen
das Anliegen zugrunde, unter Verwendung von erfindungsgemäß vorgegebenen
Anteilen von Braun- und Steinkohlenfilteraschen mittels einer einfachen,
baupraktisch anwendbaren Technologie die Herstellung von betonähnlichen
Baumaterialien hoher Dichtigkeit und hoher Festigkeit bei hoher Volumenkonstanz
bzgl. herstellungsmäßigem Schwinden und Quellen zu ermöglichen.
Nach einer Vielzahl, über Jahre dauernden umfangreichen derartigen Versuchs
reihen wurde folgende Rezeptur entwickelt:
In Abhängigkeit ihrer bindemitteltechnischen Aktivität werden
5 bis 9,8 Anteile Braunkohlenfilterasche
0,2 bis 5 Anteile Steinkohlenfilterasche
mit 2 bis 6 Anteilen Anmachwasser bezogen auf
10 Anteile Trockensubstanz
in der Anfangsphase intensiv zwangsgemischt und danach zu einem verarbeitbaren Gemisch fertig aufbereitet unter möglichem Zusatz von Zugabestoffen wie weitere Bindemittel und/oder inerte, reaktive oder teilweise reaktive Zusatzstoffe und/oder Zuschlagstoffe und/oder Zusatzmittel unter Berücksichtigung von deren für die Gesamtgemischherstellung, -verarbeitung bzw. -anwendung und -erhärtung erforderlichen Mindestwasseranspruches. Ein unerwünschtes Quellen kann hierbei durch die zugegebenen nicht reaktiven oder schwindenden Zugabestoffe bis zur Volumenkonstanz der erhärteten Mischung unterbunden werden.
5 bis 9,8 Anteile Braunkohlenfilterasche
0,2 bis 5 Anteile Steinkohlenfilterasche
mit 2 bis 6 Anteilen Anmachwasser bezogen auf
10 Anteile Trockensubstanz
in der Anfangsphase intensiv zwangsgemischt und danach zu einem verarbeitbaren Gemisch fertig aufbereitet unter möglichem Zusatz von Zugabestoffen wie weitere Bindemittel und/oder inerte, reaktive oder teilweise reaktive Zusatzstoffe und/oder Zuschlagstoffe und/oder Zusatzmittel unter Berücksichtigung von deren für die Gesamtgemischherstellung, -verarbeitung bzw. -anwendung und -erhärtung erforderlichen Mindestwasseranspruches. Ein unerwünschtes Quellen kann hierbei durch die zugegebenen nicht reaktiven oder schwindenden Zugabestoffe bis zur Volumenkonstanz der erhärteten Mischung unterbunden werden.
Hierzu wurden die kinetisch-mineralogisch-chemischen Vorgänge bei der
Wechselwirkung von Braun- und Steinkohlenfilteraschen mit Wasser untersucht
und deren Eigenaktivität sowie das Aktivierungsverhalten von Braun- auf
Steinkohlenfilteraschen abgeklärt.
Dies führte zur Erkenntnis eines neuartigen Wirkmechanismus zwischen mehr
oder weniger freikalkhaltigen Braunkohlenfilteraschen (BFA) und Steinkohlen
filteraschen (SFA). Er besteht in der spezifischen aktivierenden Rolle einer BFA in
bezug auf die puzzolanischen Reaktionen einer SFA:
Die Untersuchungen ergaben, daß in der Anfangsphase der Erhärtung im System
BFA - Wasser eine gegenüber herkömmlichem Portlandzement höhere Konzen
tration an Ga-Ionen in der Porenlösung festzustellen ist. Dies führt zu einem
höheren Umsatz der siliziumhaltigen Glasphasen der SFA und damit zu einer
höheren Ausbeute der sich bildenden festigkeitserzeugenden Hydratphasen. Um
ausreichend Ca⁺⁺-Ionen zur puzzolanischen Reaktion der SFA zu erhalten, muß
der Bereich des Mischungsverhältnisses BFA/SFA eingeschränkt und die
Zugabewassermenge niedrig gehalten werden. Die unterschiedliche Verteilung
der einzelnen Korngrößengruppen sowohl der BFA als auch der SFA muß für die
Festlegung eines Mischungsverhältnisses BFA/SFA ebenfalls berücksichtigt
werden. Zudem wirken sich auch die physikalischen Eigenschaften der
Steinkohlenfilteraschen, wie ein hoher Anteil an kugeligen Teilchen, ihre
Feinkörnigkeit und ihr geringer Wasseranspruch günstig auf die Herstellung,
Verarbeitbarkeit und das Verdichtungsverhalten des Frischgemisches aus. Die
Zusammensetzung derartiger BFA/SFA-Gemische wurde dann innerhalb des
möglichen o.a. Mischungsverhältnisbereiches derart variiert, daß bei weiterhin
niedrigem Wasser-(Gesamt-)Asche-Verhältnis unter Berücksichtigung der dies
bezüglichen Auflagen für die Herstellung, Verarbeitung, Anwendung und
Erhärtung der letztlich entstehenden Mischung das bei der Reaktion mit Wasser
verbundene Quellen der BFA durch eine entsprechende Zugabe von SFA gezielt
herabgesetzt werden konnte. Das niedrige Wasser-(Gesamt-)Asche-Verhältnis
ermöglichte, daß auch bei der Zugabe weiterer Zusätze lediglich deren
entsprechender Mindestwasseranspruch berücksichtigt werden muß.
An Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.
Hergestellt werden soll ein monolitischer Abwasserschacht mit hoher
Dichtheit.
Zur Herstellung eines Gemischvolumens werden in der ersten Verarbeitungs
phase 213 kg Braunkohlenfilterasche und 25 kg Steinkohlenfilterasche mit 149 kg
Anmachwasser intensiv vermischt, wobei die Mischzeit sich nach der
einstellenden Gemischverflüssigung richtet (i.R. zwischen 2 und 5 Minuten).
In dieses Gemisch werden nacheinander 553 kg Kiessand (0-4 mm), 60 kg
Portlandzement (PZ 45 F) und 12,5 kg Stahlfasern eingegeben und
homogenisiert. Der Mindestwasseranspruch des PZ 45 F ist hierbei im
Anmachwasser bereits enthalten.
Dieses Gemisch wird in eine vorbereitete Schalungsform gegeben und z. B. mittels
Vibration optimal verdichtet. Nach einem Tag kann das Schachtelement bereits
entschalt werden. Eine (vorgeschriebene) Nachbehandlung mit Wasser ist
erforderlich, um ein vorzeitiges Austrocknen der ausgeschalten Oberfläche zu
verhindern.
Bei Verarbeitung z. B. einer Braunkohlenfilterasche mit einem Freikalkgehalt von
ca. 5 Mass.-% und einem SiO₂ : Al₂O₃-Verhältnis von 1,5 zu 1 bei ca.
8 Mass.-% SO₃, können folgende Druck- und Biegezugfestigkeiten an wasserge
lagerten Mörtelprismen nach 28 Tagen festgestellt werden:
Druckfestigkeit - 76,5 N/mm²
Biegezugfestigkeit - 17,6 N/mm²
wobei nach 2 Tagen ca. 60% der Endfestigkeit erreicht werden.
Druckfestigkeit - 76,5 N/mm²
Biegezugfestigkeit - 17,6 N/mm²
wobei nach 2 Tagen ca. 60% der Endfestigkeit erreicht werden.
Hergestellt werden soll eine mineralische Dichtungsschicht für den
Deponiebau.
In der ersten Verarbeitungsphase für ein bestimmtes Gemischvolumen wird eine
Zwangsmischung aus 342 kg Braunkohlenfilterasche, 34 kg Stein
kohlenfilterasche und 182 kg Wasser hergestellt. Nach der eintretenden Gemisch
verflüssigung (i.R. zwischen 2 und 5 Minuten) werden nacheinander 406 kg
Bauschuttrecyclingmaterial und 36 kg Portlandzement (PZ 35 F) zugegeben und
homogenisiert. Der Mindestwasseranspruch des PZ 35 F ist hierbei im Anmach
wasser bereits enthalten.
Dieses Gemisch wird vor Ort auf ein vorverdichtetes Planum in einer Stärke von
ca. 150 mm ausgebracht und mechanisch verdichtet. Die Verarbeitung kann
aufgrund der Volumenkonstanz bzgl. herstellungsmäßigem Schwinden und
Quellen ohne diesbezügliche Dehnungs- bzw. Schwindfugen erfolgen.
Folgende technologischen Kennwerte wurden nach 56 Tagen an derart herge
stellten Laborprüfkörpern nach Wasserlagerung erreicht:
Druckfestigkeit - 28 N/mm²
Biegezugfestigkeit - 6,8 N/mm²
kf-Wert - 2,6 · 10-11m/sec Schwindung/Dehnung - +/- 0%.
Druckfestigkeit - 28 N/mm²
Biegezugfestigkeit - 6,8 N/mm²
kf-Wert - 2,6 · 10-11m/sec Schwindung/Dehnung - +/- 0%.
Die Ergebnisse wurden durch die Prüfung entsprechender baupraktischer
Bauteile bestätigt.
Durch die erreichbare hohe Dichtigkeit und/oder hohe Festigkeit des ausge
härteten, preiswert und baupraktisch üblich herzustellenden Gemisches folgen:
- - allgemein hohe mechanisch technologische Kennwerte;
- - geringe Durchlässigkeitsbeiwerte gegenüber Flüssigkeiten und Gasen;
- - bei möglicher Volumenkonstanz bzgl. herstellungsmäßigem Schwinden und Quellen;
und es ergeben sich somit eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten.
So lassen sich mittels der Erfindung z. B. Frischgemische für den Tief-, Wasser-
und Kanalbau sowie für Abdichtungen im Wasser- und Deponiebau herstellen.
Zum anderen läßt sich das Gemisch z. B. auch für die Herstellung von dichten
Fertigteilelementen (wie Wasserrohre, Gasbehälter), Fertigschächten sowie von
herkömmlichen Betonwaren (wie Wandelemente, Pflastersteine, Bord- und
Rasenkantensteine) anwenden.
Das Gemisch wird im Stahl- und Spannbetonbau mit ebensolchen Vorteilen
eingesetzt.
Die Weiterverarbeitung des Gemisches kann, wie beschrieben, in betontypischer
Art und Weise erfolgen. Durch die erwähnten stofflichen Vorteile lassen sich
jedoch auch betonuntypische Verarbeitungen realisieren, wie z. B. der Verzicht auf
herstellungsmäßige Schwindungs- bzw. Dehnungsfugen bei großflächiger
Verarbeitung, monolithischer Guß komplizierter Bauelemente und ein dichter
nachträglicher Verbund vorgefertigter einzelner Bauteile. Eine hohe Festigkeit
kann zudem bauingenieursmäßig vorteilhaft berücksichtigt werden.
In das hergestellte Gemisch sind ohne weiteres schadstoffbelastete Materialien
einzugeben, so daß eine Immobilisierung der Schadstoffe, z. B. toxische Stoffe, in
den ausgehärteten Fertigungsprodukten erfolgt.
In das hergestellte Gemisch sind auch solche Zuschlagstoffe einzugeben, z. B.
Plastregranulate, die unterschiedliche Materialeigenschaften ergeben, so z. B.
Schalldämm-, Wärmedämm- und/oder Hochfestigkeitseigenschaften.
In das Gemisch werden Zugabestoffe wie weitere Bindemittel und/oder inerte
Stoffe und/oder Zuschlagstoffe und/oder Zusatzmittel unter Berücksichtigung von
deren für die Gesamtgemischherstellung -verarbeitung, -anwendung und
-erhärtung erforderlichen Mindestwasseranspruch zugegeben und gemischt. Ein
unerwünschtes Quellen kann hierbei durch die zugegebenen nichtreaktiven oder
schwindenden Zugabestoffe bis zur Volumenkonstanz der erhärteten Mischung
unterbunden werden.
Darüberhinaus lassen sich solche z. B. Bauteile oder Elemente auch ohne
weiteres im Fertigungsprozeß zu speziellen Verbundmaterialien und/oder
Verbundelementen vereinigen.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von dichten und von hochfesten betonähnlichen
Baumaterialien unter Verwendung von Braun- und Steinkohlenfilteraschen,
gekennzeichnet dadurch, daß
5 bis 9,8 Anteile Braunkohlenfilterasche
0,2 bis 5 Anteile Steinkohlenfilterasche
mit 2 bis 6 Anteilen Anmachwasser bezogen auf
10 Anteile Trockensubstanz
in der Anfangsphase intensiv zwangsgemischt und danach zu einem Gemisch verarbeitet werden.
5 bis 9,8 Anteile Braunkohlenfilterasche
0,2 bis 5 Anteile Steinkohlenfilterasche
mit 2 bis 6 Anteilen Anmachwasser bezogen auf
10 Anteile Trockensubstanz
in der Anfangsphase intensiv zwangsgemischt und danach zu einem Gemisch verarbeitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in das Gemisch
Zugabestoffe wie weitere Bindemittel und/oder inerte, reaktive oder teilweise
reaktive Zusatzstoffe, z. B. fasrige Stoffe, und/oder Zuschlagstoffe und/oder
Zusatzmittel unter Berücksichtigung von deren für die Gesamtgemisch
herstellung, -verarbeitung, -anwendung und -erhärtung erforderlichen
Mindestwasseranspruches zugegeben und zugemischt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß in das
Gemisch schadstoffbelastete Materialien zugegeben werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß mit dem
hergestellten Gemisch Sanierungsmaßnahmen bei Bauteilen mit hoher
Dichtigkeitsauflage wie an wasserführenden Rohren, Schächten, Wannen
usw. durchgeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die
Gemische zum Erreichen verschiedener spezifischer Materialeigenschaften
(wie Schall- und Wärmedämmung, hohe Festigkeit) in einem einzigen
Fertigungsprozeß hergestellt werden.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934335642 DE4335642A1 (de) | 1993-10-15 | 1993-10-15 | Verfahren zur Herstellung von wasserdichten Baumaterialien |
DE1995109992 DE19509992A1 (de) | 1993-10-15 | 1995-03-22 | Verfahren zum Herstellen von dichten Baukonstruktionen |
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DE1995109992 Withdrawn DE19509992A1 (de) | 1993-10-15 | 1995-03-22 | Verfahren zum Herstellen von dichten Baukonstruktionen |
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