DE69119606T2

DE69119606T2 - Leichte Zuschlastoffe

Info

Publication number: DE69119606T2
Application number: DE69119606T
Authority: DE
Inventors: Bryan James Walker
Original assignee: National Power PLC
Current assignee: National Power PLC
Priority date: 1990-12-07
Filing date: 1991-12-05
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2011-12-06
Also published as: JPH06503061A; EP0560837B1; ZA919578B; GR3020801T3; ES2089487T3; CA2097699A1; DK0560837T3; AU9034991A; EP0560837A1; AU664162B2; DE69119606D1; CN1062888A; WO1992010438A1; GB9026682D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen leichten Zuschlagsstoff in der Form von Pellets oder Granulat und insbesondere einen leichten Zuschlagsstoff in der Form von Pellets oder Granulat zum Gebrauch in der Bauindustrie. Die Pellets aus Zuschlagsstoff sind zum Beispiel zum Herstellen tragender oder nicht tragender Bausteine, für Leichbaufüllblöcke und als ein Füllmittel für leichten Zement, zum Beispiel für leichte Zementestriche, geeignet. Diese Erfindung umfaßt weiter als wichtigen Bestandteil pulverisierte Brennstoffasche, die ein Abfallprodukt aus Kohlekraftwerken darstellt.
Es wurde bereits früher gezeigt, daß das Einarbeiten von expandierten Polystyrolkügelchen in leichten Beton, Zement und Gipsmörtelmischungen zur Herstellung leichter Baumaterialien führen kann.
JP-60176976 lehrt die Herstellung von leichtem Baumaterial aus Mischungen aus einem anorganischen Bindemittel, einem leichten Zuschlagsstoff wie Polystyrolkügelchen und Verstarkungsfasern.
GB-1118621A betrifft Zement- oder Kunststoffmischungen, die Zement oder Gipsmörtel, expandiertes Polystyrol, einen Füllstoff und ein Suspensionsmittel umfassen.
GB-2095227A lehrt ein Verfahren zum Herstellen von leichtem Beton, der Zement, expandiertes Polystyrol, Sand, Wasser und ein oberflächenaktives Mittel umfaßt.
US-3764357A lehrt die Zubereitung von leichtem Beton und Gipsmörtel durch ein Verfahren, das mehrere Schritte umfaßt, um sicherzustellen, daß der leichte Zuschlagsstoff einheitlich mit dem Zementmaterial und anderen, verhältnismäßig schweren Inhaltsstoffen der Mischungen vermischt wird.
GB-2100244A lehrt die Herstellung von Isolierbausteinen, die einen Zement, einen Füllstoff und ein leichtes Material, zum Beispiel Polystyrol aufweisen, welches bis zu 25% des Volumens des Steins ausmacht.
Es ist weiter bekannt, einen leichten Zuschlagsstoff in der Form von Pellets aus pulverisierter Brennstoffasche und einem verhältnismäßig kleinen Anteil von Kalk oder Zement, gemessen an dem Gehalt von Brennstoffasche, herzustellen.
Es wurde jedoch bisher nie als praktikabel betrachtet, große Mengen expandierter Polystyrolkügelchen in solche Pellets einzuarbeiten, da man annahm, daß die Anwesenheit von Polystyrol den Pelletisier- oder Granulierprozeß durch Verhindern des Kompaktierens der Brennstoffasche-/Zementmischung stören würde, und daß das Polystyrol während der Bildung der Pellets in Richtung der Oberfläche derselben wandern würde, so daß die Pellets aus einem Kern aus festem Material und einer weichen, hauptsächlich aus Polystyrolkügelchen bestehenden Oberflächenschicht bestehen würden.
Es wurde jetzt festgestellt, daß ein leichter, große Mengen von expandierten Polystyrolkügelchen enthaltener Zuschlagsstoff erfolgreich hergestellt werden kann.
Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bildung eines leichten Zuschlagsstoffes, bei dem 80 bis 99 Gew.-% pulverisierte Brennstoffasche, 1 bis 20 Gew.-% Zement und eine solche Menge expandierter Polystyrolkügelchen mit einer Teilchengröße von weniger als 2,5 mm, daß das Volumen der Polystyrolkügelchen 15 bis 80% des Gesamtvolumens der Endmischung beträgt, zur Bildung einer pelletisierbaren Mischung gemischt werden, die Mischung zu Pellets mit einem Durchmesser von weniger als 15 mm geformt wird, die jeweils eine Anzahl von expandierten Polystyrolkügelchen enthalten, und die Pellets in einer feuchten Atmosphäre bei einer Temperatur unter dem Siedepunkt eines gegebenenfalls in den Polystyrolkügelchen enthaltenen Treibmittels ausgehärtet werden.
Der bevorzugte Gehalt von Zement in der Mischung beträgt von 10 bis 15 Gew.-%, die bevorzugte Größe der Polystyrolkügelchen beträgt weniger als 1 Millimeter und der bevorzugte Durchmesser der Pellets beträgt von 3 bis 9 Millimeter. Die Mindestmenge von 1 Gew.-% Zement ist zum Zusammenhalten des Pellets erforderlich.
Die Pellets werden vorzugsweise bei einer Temperatur ausgehärtet, die nicht über 50ºC beträgt und werden je nach der Aushärtungstemperatur in 1 bis 2 Tagen ausreichend gehärtet.
Die Aushärtungsgeschwindigkeit der Pellets kann erhöht werden, wenn pulverisierte Brennstoffasche, die Wärme aus dem Kraftwerk speichert, in dem sie erzeugt wurde, in dem Prozeß verwendet wird.
Brennstoffasche, die zum Gebrauch bei der Zubereitung des erfindungsgemäßen leichten Zuschlagsstoffes bevorzugt ist, wird als Abfall aus Kohlekraftwerken hergestellt, in denen Steinkohle verbrannt wird, wie in beispielsweise in Großbritannien zu findenden Kohlekrattwerken. Bevorzugt liegt die Brennstoffasche entweder in Form von Trockenasche oder in Form einer klebrigen Mischung vor, die etwa 12 bis 15% Wasser aufweist. Wenn die zum Zubereiten des Zuschlagsstoffes verwendete Brennstoffasche bereits feucht ist, zum Beispiel in der Form einer klebrigen Mischung, braucht eine Zugabe von Wasser zum Bilden einer pelletisierbaren Mischung nicht erforderlich sein. Wenn die Brennstoffasche in der Form von Trockenasche verwendet wird oder nicht genug Wasser zum Bilden einer pelletisierbaren Mischung enthält, ist während des Mischens der festen chargenbestandteile und der Polystyrolkügelchen die Zugabe von zusätzlichem Wasser erforderlich. Der in dem Prozeß verwendete Zement ist vorzugsweise Portland-Zement. Die in dem Prozeß verwendete pulverisierte Brennstoffasche ist vorzugsweise Flugasche.
Es ist weiter möglich, einen inerten Füllstoff in einer Menge von 19 Gew.-% oder weniger des die Pellets bildenden Materials (mit Ausnahme des Polystyrols) hinzuzufügen. Solche Füllstoffe sollten ein sehr feines Material sein, vorzugsweise mit einer Teilchengröße von weniger als 20 Mikrometer. Beispiele solcher innerter Füllstoffe sind Ofensohlenasche, gemahlene Schlacke, Sand oder fein gemahlener Steinbruchabfall, so wie Felsstaub.
Nach dem Aushärten können die Pellets auf Temperaturen überhalb 250ºC erhitzt werden.
Wenn gewünscht, können die Pellets nach Erhärtung und Aushärtung erhitzt werden, um die auf der Oberfläche der Pellets freiliegenden Polystyrolkügelchen zu entfernen. Die völlig in den Pellets eingeschlossenen Polystyrolkügelchen beginnen bei etwa 300ºC zu schmelzen. Die ausgehärteten Pellets sind stark genug, um den internen Kräften standzuhalten, die durch jegliche weitere Expansion der Polystyrolkügelchen bei solchem Erhitzen erzeugt werden. Solche "ausgebrannten" Pellets, von deren Oberflächen die freiliegenden Polystyrolkügelchen entfernt wurden, weisen erhöhte Dichten auf und können weiter verbesserte Warmeeigenschaften aufweisen.
Es ist möglich, daß "ausgebrannte" Pellets, von deren Oberfläche die Polystyrolkügelchen entfernt wurden, in der Bauindustrie beliebter als die Pellets sind, auf deren Oberflächen die Polystyrolkügelchen verbleiben.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines leichten Zuschlagsstoffes, bei dem bis zu 15 Gew.-% eines flüssigen oder pulverisierten Brennstoffs als Ersatz der gleichen Menge eines Teils des Zements in der Mischung verwendet werden. Pellets, die unter Einschluß eines flüssigen oder puiverisierten Brennstoffs hergestellt wurden, werden durch Sintern bei einer Temperatur in dem Bereich von 800ºC bis 1400ºC ausgehärtet Dieses Erhitzen erhöht weiter die Porosität der Pellets durch Herausbrennen der verbrennbaren (organischen) Bestandteile der Pellets. Bei diesen Temperaturen verdampft die Feuchtigkeit der in den Pellets enthaltenen Polystyrolkügelchen und bildet Zwischenräume, das Siliciumoxid innerhalb der pulverisierten Brennstoffasche schmilzt, vitrifiziert und bildet beim Abkühlen eine Beschichtung um das Pellet herum. Während der Herstellung einer jeglichen erfindungsgemäßen Ausführungsform können 1 bis 6 Gew.-% gelöschter Kalk als Ersatz für die gleiche Menge eines Teils des Zements in der Mischung verwendet werden.
Die erfindungsgemäße pelletisierbare Mischung wird vorzugsweise hergestellt durch Abwiegen der gewünschten Mengen von Brennstoffasche und Zement, oder Brennstoffasche, flüssigem oder pulverisiertem Brennstoff und Zement, Abmessen des gewünschten entsprechenden Volumens Polystyrolkügelchen, An feuchten der Oberfläche der Kügelchen und Beschichten der angefeuchteten Kügelchen mit einer kleinen Menge wenigstens einer der abgewogenen Komponenten, vor dem Vermischen der Kügelchen mit den restlichen abgewogenen Komponenten. Ein Anfeuchten der Kügelchen fördert das Anhaften der pulverisierten Brennstoffasche und/oder anderer Komponenten der Mischung, an den Polystyrolkügelchen und zerstört die elektrostatischen Eigenschaften der Kügelchen. Zum anfänglichen Anfeuchten der Kügelchen ist nur ein Teil des insgesamt benötigten Wassers erforderlich.
Eine Vorbehandlung der Polystyrolkügelchen mit oberflächenaktiven Stoffen, einem anderen Oberflächenbehandlungsmittel oder Kombinationen von zwei oder mehr dieser Mittel kann erforderlich sein, um die Verträglichkeit mit den anderen Inhaltsstoffen der Pellets zu unterstützen. Die Pellets werden vorzugsweise auf einem Pfannenpelletisierer mit Wasserberieselung geformt, falls zusätzliches Wasser benötigt wird.
Die gemäß der Erfindung hergestellten Pellets haben eine Trockendichte in dem Bereich von 200 bis 750 Kilogramm pro Kubikmeter. Die Pellets mit einer Trockendichte von 300 Kilogramm pro Kubikmeter oder weniger sind zur Verwendung bei der Herstellung von Thermobausteinen geeignet und die Pellets mit einer Trockendichte von 400 Kilogramm pro Kubikmeter oder mehr können verwendet werden, um "Standardbausteine" herzustellen.
Die gemäß einer der erfindungsgemäßen Ausführungsformen hergestellten Pellets können für die Herstellung von Bausteinen verwendet werden, indem sie einem Bindemittel hinzugegeben werden und in der Standardweise geformt werden. Die bevorzugte Bindemittelmischung wird aus Zement, pulverisierter Flugasche und Wasser gebildet. Mit erfindungsgemäßen Pellets hergestellte Bausteine weisen Leistungsniveaus auf, die sich denen von Gasbetonsteinen stark annähern.
Der in dieser Beschreibung verwendete Ausdruck "Thermobaustein" soll Bausteine mit einer Trockendichte von 500 Kilogramm pro Kubikmeter oder weniger kennzeichnen, und der Ausdruck "Standardbaustein" soll Bausteine mit einer Trokkendichte von 600 Kilogramm pro Kubikmeter oder mehr umfassen.
Die vorliegende Erfindung wird weiter unten Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben;

Beispiel 1

Eine Charge aus 12,5 Gew.-% Portland-Zement und 87,5 Gew.-% Flugasche wurde abgewogen und das Schüttvolumen der Charge wurde bestimmt. Für je 100 Volumenteile der Charge wurden 185 Volumenteile Polystyrolkügeichen mit einem Durchmesser unter 1 Millimeter abgemessen. Die Polystyrolkügelchen wurden mit Wasser angefeuchtet und mit einer ausreichenden Menge von willkürlich aus der Charge entnommenem Material vermischt, um eine dünne haftende Beschichtung auf den Kügelchen zu bilden. Der Rest der Charge und eine kleine Menge Wasser wurde dann hinzugegeben und das Mischen wurde fortgesetzt, um eine innige Mischung aus Flugasche, Zement und Polystyrolkügelchen herzustellen, wobei die Polystyrolkügelchen 65 Vol.-% der Mischung darstellten.
Die Mischung wurde in einen 1 Meter-Pfannenpelletisierer mit einer Wasserberieselung gegeben. Der Neigungswinkel der Pfanne, die Pfannengeschwindigkeit und -tiefe und die Wasserberieselung wurden angepaßt, bis die die Pfanne verlassenden Pellets hart genug waren, um einer Bearbeitung standzuhalten, wobei sich der Hauptanteil in dem Größenbereich von 3 bis 9 Millimeter befand.
Die Pellets wurden zur Lagerung in einer sehr feuchten Atmosphäre weitergegeben und wurden bei Umgebungstemperatur zwei Tage lang aushärten gelassen.
Die ausgehärteten Pellets wiesen eine Schüttdichte von 450 bis 550 kg/m³ und eine durchschnittliche Bruchfestigkeit über 150 N/cm² auf, was auf einer Schleuniger-Tablettentestmaschine zwischen Filterpapierlagen zum Verhindern von Punktbelastung auf den Pellets gemessen wurde.
Eine Charge der Pellets wurde mit 20 Gew.-% einer 4:1 Flugasche-/Zement-Mischung vermischt, genügend Wasser wurde zum Erreichen von Verarbeitbarkeit hinzugegeben und dieselbe wurde zu Standardbausteinen von 100 mm geformt. Die Steine wiesen eine durchschnittliche Dichte von 640 kg/m³, eine Bruchfestigkeit von mindestens 2,8 N/cm² und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,15 W/m k auf, wobei gemäß BSS 874. Teil 2, Abschnitt 2.1 (1986) gemessen wurde.

Beispiel 2

Leichte Zuschlagsstoffe wurden in Übereinstimmung mit Beispiel 1 unter Verwendung von pulverisierter Abfallbrennstoffasche aus verschiedenen Kohlekraftwerk-Herkunftsorten hergestellt. Die Mengen von festem Chargematerial und Polystyrolkügelchen waren die folgenden;
Zur Herstellung jedes Zuschlagsstoffes wurden eine Gesamtmenge von 500 ml festes Chargematerial und 1500 ml Polystyrolkügelchen verwendet.
Die Polystyrolkügelchen stellten 75 Vol.-% der Endmischung jedes Zuschlagsstoffes dar.
Tabelle 1 zeigt die Schüttdichten der mit der aufgeführten pulverisierten Brennstoffasche aus den jeweiligen Herkunftsorten hergestellten Zuschlagsstoffe. Tabelle 1 PBA-Herkunftsort Schüttdichte des Zuschlagsstoffes Eggborough West Burton Blyth Drax Referenz Drax (nur konstituierte PBA)
Die in Tabelle 1 aufgeführten Zuschlagsstoffe weisen Trokkendichten auf, die zur Verwendung beim Herstellen von Thermobausteinen geeignet sind.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines leichten Zuschlagsstoffes, bei dem 80 bis 99 Gew.-% pulverisierter Brennstoffasche, 1 bis 20 Gew.-% Zement und eine solche Menge expandierten Polystyrolkügelchen mit einer Teilchengröße von weniger als 2,5 mm, daß das Volumen der Polystyrolkügelchen 15 bis 80% des Gesamtvolumens der Endmischung beträgt, zur Bildung einer pelletisierbaren Mischung gemischt werden, die Mischung zu Pellets mit einem Durchmesser von weniger als 50 mm geformt wird, die jeweils eine Anzahl von expandierten Polystyrolkügelchen enthalten, und die Pellets in einer feuchten Atmosphäre bei einer Temperatur unter dem Siedepunkt eines gegebenenfalls in den Polystyrolkügelchen enthaltenen Treibmittels ausgehärtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Polystyrolkügelchen eine Teilchengröße von weniger als 1 mm haben.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Mischung zu Pellets mit einem Durchmesser im Bereich von 3 bis 5 mm geformt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Polystyrolkügeichen vor dem Mischen mit den Feststoffkomponenten der Mischung mit einem oberflächenaktiven Mittel oder einem anderen Oberflächenbehandlungsmittel oder Kombinationen von zwei oder mehr dieser Mittel behandelt werden.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem bei der Bildung der pelletisierbaren Mischung zusätzlich Wasser zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem 19 Gew.-% oder weniger des die Pellets bildenden Materials (mit Ausnahme des Polystyrols) ein inerter Füllstoff sind.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Pellets unter Verwendung eines Pfannenpelletisierers geformt werden.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Pellets nach dem Aushärten zusätzlich auf Temperaturen überhalb 250ºC erhitzt werden.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem bis zu 15 Gew.-% eines flüssigen oder pulversisierten Brennstoffs zum Ersatz der gleichen Menge eines Teils des Zements in der Mischung verwendet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Pellets bei einer Temperatur von 800 bis 1400ºC gesintert werden.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche bei dem 1 bis 6 Gew. -% gelöschter Kalk verwendet werden, um die gleiche Menge eines Teils des Zements in der Mischung zu ersetzen.

12. Leichter Zuschlagsstoff, der nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.

13. Leichter Zuschlagsstoff nach Anspruch 12 mit einer Trockendichte von 200 bis 750 kg pro kg/m³.

14. Leichter Zuschlagsstoff nach Anspruch 12, der vorzugsweise eine trockene Schüttdichte von 300 kg/m³ oder weniger aufweist.

15. Baustein, der aus einem leichten Zuschlagsstoff nach einem der Ansprüche 12 bis 14 hergestellt ist.

16. Baustein nach Anspruch 15 mit einer Dichte von 400 kg/m³ oder mehr.