DK169313B1 - Cementholdigt fyldstof og overdækningsmateriale samt anvendelse af dette - Google Patents

Description

i DK 169313 Bl

Den foreliggende opfindelse angår fyldmasser og jordbin-demidler til opfyldning og genopfyldning af forskellige kaviteter og fordybninger, såsom rørgrave, hulrum under gulve og gader, opgravninger, til dækning af affaldsdyn-5 ger og -høje, dynger af skrald og andte mindre farlige materialer samt til fuldstændig indstøbning af farligt affald.

I mange forskellige tilfælde er det nødvendigt at opfylde 10 eller genopfylde med forskellige fyldmasser, f.eks. ved opgravninger til nedlægninger af kabler og rørledninger af forskellig art, efter udgravning til udstøbninger osv. Sædvanligvis ifyldes opfyldningsjord af varierende art, idet man eventuelt også først anbringer et specielt mate-15 riale, f.eks. sand, nærmest ved rør og kabler til optagning af spændinger samt til dræning. En sådan opfyldning og genopfyldning er fordelagtig, fordi den er billig, men resultatet kan være diskutabelt. På grund af massernes træghed opfyldes hulrum først efter lang tids forløb, 20 idet fyldmassen ikke flyder ind i sprækker og hulrum og giver en ordentlig opfyldning, hvilket medfører, at massen bliver bevægelig, hvilket atter medfører sætninger og i værste fald overrivning af ledninger.'.og kabler. Beton iz er blevet anvendt til opfyldning, men betonen er alt for 25 dyr og desuden særdeles vanskelig at fjerne ved senere reparationer eller omlægninger.

Et formål med opfindelsen går således ud på at tilvejebringe en fyldmasse, som er i stand til at opfylde hulrum 30 og kaviteter, som kan pumpes ind og flylde rundt om kabler og ledninger, som er sætningsfri, ;·dimensionsstabilt, som ikke udviser en nævneværdig volumenformindskelse eller volumenforøgelse med tiden, som hærder hurtigt og er modstandsdygtig mod tryk, som er let at fjerne, også efter 35 lang tids forløb, og som er billig.

DK 169313 B1 2

Et andet formål med opfindelsen er at tilvejebringe midler til at uskadeliggøre miljøfarligt affaldsmateriale. Meget miljøfarligt affaldsmateriale lægges ud på lossepladser, og i dette tilfælde bør der påføres et tætnings-5 lag, således at man undgår vandgennemtrængning. Jo mere findelt affaldet er, desto mere følsomt bliver det for vandudvaskning, da materialets kontaktoverflade øges stærkt med finheden. Meget farligt affald bør derfor ind-støbes helt, således at kontaktoverfladen bliver minimal.

10 Fyldmassen ifølge opfindelsen er særdeles velegnet til den slags formål.

Et andet formål med opfindelsen består i at anvende og nyttiggøre affalds- og restprodukter, som fremkommer i 15 særdeles store mængder, og som skal deponeres. Således fører forbrænding af kul og andet svovlholdigt brændsel til særdeles store miljøproblemer på griind af forsuring, og derfor må røggasserne renses for fiht støv og andre skadelige stoffer. Restprodukterne fra denne rensnings-20 procedure er flyveaske, bundaske, afsvovlingsprodukter eller kombinationer af disse. Der må deponeres store mængder af disse materialer, og deponeringen giver en forøget belastning af miljøet, da materialerne er særdeles finkornede og indeholder mange giftige forbin-25 delser, som kan udvaskes. Andre produkter, der også deponeres, er metalhydroxidslam, finkornet industriaffald, højovnsslagge osv., og da mange af restprodukterne er kemisk ustabile, kan en normal deponering medføre alvorlige konsekvenser.

30

Ifølge opfindelsen blandes en sammensætning bestående af 1-15 vægt-% cement og 99-85 vægt-% flyveaske, eventuelt indeholdende højovnsslagge, afsvovlingsmasse, forskellige typer af andet affald, såsom pyrit, metalhydroxidslagge, 35 dårlig aske, med 200-500 liter vand pr.'m pulverblanding samt en luftblæredanner til tilvejebringelse af et luftindhold på 5-20 vol-%, fortrinsvis 7-20 vol-%, især 10-15 DK 169313 Bl 3 vol—%, i form af meget små luftblærer. Flyveasken fungerer som en fin ballast ved cementens hydratisering og forhindrer den revnedannelse, som vil forekomme ved anvendelse af sædvanlig beton til opfyldning. Særdeles 5 gode resultater fås med en sammensætning af blandingen på 1-15 vægt-% cement eller kalk og 99-85 vægt-% flyveaske.

Til denne blanding sættes vand i en sådan mængde, at vand/bindemiddel-tallet, VBT bliver mellem 0,20 og 0,60.

10 vægt vand VBT = - vægt cement + vægt flyveaske I begrebet VBT kan alle materialer med bindemiddelvirk-ning indgå, f.eks. slagge, afsvovlingsprodukter, kalk 15 osv.

Blandingens konsistens styres med vand/bindemiddel-tal-let, f.eks. således at blandingen kan indpumpes i kaviteter, som er mere eller mindre vanskelige at opfylde, u eller således at massen kan skovles ned i fordybninger og huller. Styrkeegenskaberne varieres med cementmængden og afhænger ligeledes af vand/bindemiddel-tallet.

Den her omhandlede fyldmasse er særdeles velegnet til op-^ fyldning af opgravninger i veje og gader, såvel på langs som tværs, som opfyldningsmateriale i røropgravninger og som ujævningsunderlag for rørledninger, som opfyldning i hulrum under gulve og vægge, men også som belægningsmateriale på deponerede affaldsdynger til hindring af udvask-ning af forskellige giftige og skadelige stoffer.

Den her omhandlede fyldmasse er sætningsfri og volumenfast, og den kan tilmed anvendes i al slags vejr. Desuden er den let at fjerne også efter lang tids forløb. Den kan ^ således "skæres" bort med gravemaskine eller tilmed med spader.

DK 169313 B1 4

Styrken efter forløbet af 1 år eller mindre er maksimalt 10-15 MPa, afhængigt af materialets E-modul. Efter opfyldning hærdner massen hurtigt, og efter 18 timers forløb er penetrationsmodstanden så stor, at 0,3-1,0 MPa gi-5 ver en deformation på maksimalt 2-10 mm.

Blandingen af materialet kan gennemføres i sædvanlige cementblandere, enten industrielt til transport som fær-digblandet pumpelig fyldmasse eller direkte på arbejds-10 pladsen i mindre cementblandere. En anden mulighed går ud på at man tilfører komponenterne i en bil med roterende blandetromle, hvorefter blandingen foregår under massens transport til arbejdspladsen.

15 Til en del anvendelser kan det være nødvendigt at stille specielle krav til fyldmassen. Ved at indblande en stor mængde særdeles små luftblærer eller luftporer mindskes fyldmassens tendens til at separere, således at den bliver lettere at grave op ved dybe fyldninger, desuden fås 20 bedre isolationsegenskaber og betydeligt bedre frostbe-standighed. Desuden mindskes densiteten, og hærdningen foregår hurtigere.

En sådan fyldmasse fremstilles ved blanding af 1-15 vægt-25 % cement med 95-85 vægt-% flyveaske. Flyveasken kan være opblandet med forskelligt andet affaldsmateriale, f.eks. højovnsslagge, og man kan endvidere indblande forskelligt miljøfarligt affald, f.eks. i form af metalhydroxidslam, dårlige asker og andet affald, såsom pyrit, der er svært 30 at deponere forsvarligt. Man kan også anvende flyveaske med højt restkulindhold, skønt denne flyveaske tidligere blev anset for uansvarlig på grund af sin lave puzzolans-ke aktivitet.

35 Kvantiteten af det indblandede miljøfarlige affald bestemmes ifølge miljømyndighederne således, at udvaskningsvandet ikke forurener grundvandet, idet en større DK 169313 B1 5 andel af cement og flyveaske giver en forøget tæthed. Når der er tale om de ekstremt tætte blandinger, som fremstilles til deponering af miljøfarligt affald, er det ikke hensigten at materialet skal være egnet til opgrav-5 ning, men at det skal være tilstrækkeligt tæt, således at miljøet ikke skades.

3

Der tilsættes 400-500 liter pr. m pulverblanding. Man kan eventuelt også indblande plastificeringsmidler for at 10 gøre massen mere letflydende, således at den bedre udfylder hulrum og hulheder, idet man samtidigt kan formindske vandmængden. Til vandet tilsættes et skumdannende middel, som mindsker vandets overfladespænding, således at der dannes et stort antal luftporer. Det er væsentligt, at 15 luftblærerne er stabile så længe, at materialet når at hærdne. I praksis anvendes en række forskellige sådanne luftporedannende midler for at gøre konventionel beton frostbestandig samt ved fremstilling af skumbeton. De aktive bestanddele i sådanne midler er f.eks. fedtsyrer, 20 Vinsol Resin, tensider, lignosulfonat, ethersulfat og aminer. I betonteknikken stræber man efter et luftindhold på 5-7% og ved tilvirkning af skumbeton luftindhold over 30%. Ved den foreliggende opfindelse har det vist sig hensigtsmæssigt at udnytte kombinationen af en ensartet, 25 fin fraktion og en moderat luftindblanding, 5-20% fortrinsvis 7-20%, især 10-15% luft, til at stabilisere materialets begyndelsesegenskaber og til bryde kapillærpo-resystemet i en sådan grad, at materialer af sigtekarak-ter kan gøres vandtætte og frostbestandige.

30

Et eksempel på en blanding, som har vist sig at besidde gode egenskaber ved praktisk anvendelse, er 7 vægt-% cement og 35 93 vægt-% flyveaske, eventuelt indeholdende højovnsslag ge, miljøfarligt affald etc.

3 DK 169313 B1 6

Dette blandes med ca. 450 liter vand pr. m , hvor vandet indeholder et skumdannende middel, såsom tilvejebringer et tilsigtet luftindhold på 10-15%. Doseringen bestemmes ved forprøvning og varierer afhængigt af materialet mel- 3 5 lem 3 og 15 kg/m pulver.

Hvis der indgår afsvovlingsprodukter i blandingen, kan den nødvendige vandmængde være betydeligt mindre, ned til 3 200 1/m blanding, og endog endnu mindre. Afsvovlingspro-10 dukterne er som en art dispergeringsmiddel.

Da flyveaskes egenskaber er varierende, må sammensætningen varieres nogen fra gang til gang med større eller mindre tørstofindhold, idet den bedste konsistens for 15 fyldmassen let kan bedømmes erfaringsmæssigt. Der kan også indblæses trykluft i massen under blandingen.

Ved indblandingen af luftblærer fås et materiale, som ikke nedbrydes af frost, og som har en styrke, der kan 20 indstilles efter ønske, f.eks. således at fyldmassen bliver let at grave op igen. Fyldmassen separerer ikke ved indfyldning og opbevaring eller under den tid, der går mellem blanding og indfyldning, og den er derfor særligt anvendelig som genfyldningsmasse. Hærdningen foregår hur-25 tigt, men dog således at materialet efter hærdning fortsat er let at grave op. Et samlet volumen af luftblærer på mellem 5 og 20% har vist sig at give de bedste resultater. Hvis der indgår andre aktivatorer, såsom kalk, i de tilsatte affaldsmaterialer, bør cementmængden reduce-30 res tilsvarende. Således kan man ved blanding af afsvovlingsmasse med højt kalkindhold mindske cementmængden til 1-2 vægt-% i pulverblandingen.

Til opfyldning i rørudgravninger anvendes ifølge den 35 kendte teknik sand, som lægges rundt om og over røret, hvorefter røropgravningen opfyldes med grovere materiale. Herved fungerer sandet som et dræningslag og vand hidrø- DK 169313 B1 7 rende fra lækager på rør og rørsamlinger samt grundvand løber ukontrolleret ud i sandet. Med den her omhandlede fyldmasse, i stedet for sand om røret i udgravningens bund, fås en fiksering af rørets beliggenhed, som desuden 5 er tæt og vanskeliggør såvel ind- og udstrømning af vand. Desuden kommer fyldningen til at fungere som en bærende bjælke, der stabiliserer ved sætninger og forskydninger i jorden. Påføring af fyldmassen foregår på enkel måde, idet massen i form af en løs opslæmning tippes eller pum-10 pes ned i graven til ønsket højde. Hertil kræves intet komprimeringsarbej de.

De ovenfor omtalte afsvovlingsprodukter består hovedsageligt af en række forskellige calciumsalte samt små mæng-15 der af forskellige forbindelser som sporstoffer. Sammensætningen er direkte afhængig af det forbrændte kul. Afsvovlingsprodukter kan fremkomme på forskellig vis, f.eks. ved våd-tør-afsvovling, hvor en kalkopløsning indsprøjtes i røggassen under dannelse af et tørt restpro-20 dukt. Herved kan hovedparten af flyveasken enten fraskilles før afsvovlingen eller følge med og blandes med afsvovlingsprodukterne. En karakteristisk sammensætning af afsvovlingsprodukter er angivet i nedenstående tabel 1.

25 Tabel 1

Kemisk forbindelse vægt-%

CaS03.l/2aq 50-80 30 CaS04.2aq 5-20

CaCl2*2aq 1-10

Ca(0H)2 5-20

CaC03 5-15 35 Afsvovlingsprodukterne kan afsættes omkring flyveaskepar tiklerne som et fint pulver med en partikelstørrelse på 2-5 um. Når der ikke forekommer flyveaske, agglomereres DK 169313 B1 8 afsvovlingsprodukterne til sammenhængende agglomerat med særdeles høj porøsitet.

Problemet ved afsvovlingsprodukterne er calciumsulfittens 5 stabilitet og spørgsmålet om direkte anvendelse af et kemisk ustabilt restprodukt, om oxidation kan forhindres, eller om materialet skal oxideres før anvendelsen. Selv om oxidation har givet gode resultater, er et oxidationsanlæg særdeles kostbart, og derfor er anvendelser, hvor 10 afsvovlingsprodukterne kan anvendes direkte, særdeles fordelagtige. Den her omhandlede fyldmasse repræsenterer en sådan anvendelse, som har vist sig at give særdeles gode resultater, især når fyldmassen anvendes som dækningsmateriale. Afsvovlingsmaterialet kan i sig selv 15 aktivere glasfasen i granuleret højovnsslagge samt i flyveaske. Styrkeforøgelsen kan reguleres ved tilsætning af Portland cement, selv om styrken ikke er den mest interessante parameter, eftersom materialet ikke er i en kemisk stabil fase. Selv om et for højt indhold af Port-20 land cement giver en uacceptabel kvældningsreaktion, er cement en bekvem aktivator, da materialet derved får et indre, basisk middel, som stærkt hæmmer oxidationen af den ustabile sulfit. Styrkeværdierne for blandingen bliver tilstrækkeligt store til også at hæmme oxygendiffu-25 sionen ind i materialet i betydelig grad.

Afsvovlingsprodukternes indhold af let opløselige salte fremmer vandoptagelsen og formindsker resistensen mod frostpåvirkning, og det er derfor en forudsætning for en 30 vellykket anvendelse, at matricen tættes med et andet, stærkere bindemiddel, eller at der opbygges et luftpore-system, som giver en tilstrækkelig udvidelsesgrad. Særligt egnet til indstøbning af farligt affald er en blanding af cement, afsvovlingsprodukt, flyveaske og slagge.

35 Med den masse kan man også fremstille tætte låg til mindre farlige affaldsdynger. Allerede i dag anvendes lerlag og sand-betonit-blandinger til dette formål, idet DK 169313 B1 9 man undgår beton på grund af risikoen for revnedannelse.

Ved tilpasning af mængderne af de forskellige komponenter i den her omhandlede blanding, kan der tilvejebringes særligt gode egenskaber. Hvis mængden af afsvovlingspro-5 dukt er for stor, bliver materialet vandfølsomt, og der foreligger risiko for omsætning med volumenforøgelse, hvis sulfitten omdannes til sulfat. Et for højt cementindhold giver også volumenforøgelsesproblemer på grund af ettringitdannelse, og i cement er det maksimalt acceptable) le indhold af SO^ 4%. I den her omhandlede blanding begrænses skadevirkningerne imidlertid, fordi cementindholdet er så lavt, at den dannede ettringit ikke kvælder i sådant omfang, at der forårsages brist i materialet. En passende sammensætning for den her omhandlede fyldmasse 15 til jordbeskyttelse er et cementindhold på 1-15 vægt-%, et indhold af afsvovlingsprodukt på 10-40 vægt-%, medens resten består af et puzzolanmateriale, som reagerer ved kontakt med visse forbindelser, f.eks. med et højt indhold af OH-ioner, og som kan sulf ataktiveres. Dette 20 puzzolanmateriale kan være flyveaske eller granuleret højovnsslagge. En tætningsmasse ifølge opfindelsen kan således fremstilles ved blanding 60-90 vægt-% flyveaske med 10-40 vægt-% afsvovlingsprodukt, hvorefter 99-85 vægt-% af denne blanding tilsættes 1-15 vægt-% Portland 25 cement.

En dynge af skrald, husholdningsaffald, kulaske eller lignende mindre risikobetonet materiale kan dækkes med et lag af et materiale, som kan sulfataktiveres eller reage-30 re med cementopløsningsekstrakt, dvs. med et højt indhold af OH-ioner, f.eks. med en pH-værdi på 12-14. Til sådanne materialer hører flyveaske og granuleret højovnsslagge, som kan udlægges vådt, samt forskellige blandinger, som skal udlægges tørt, f.eks. blandinger af flyveaske og af-35 svovlingsprodukt, blandinger af afsvovlingsprodukt og granuleret højovnsslagge eller flyveaske blandet med både slagge og afsvovlingsprodukt. Dette materiale må ikke DK 169313 B1 10 reagere før der er indtrådt skader på et udenpå liggende lag. Dette ydre, hårde lag indeholder cement i en sådan mængde, at der foreligger en basisk reserve, som kan udvaskes, som det f.eks. er tilfældet med al slags beton, 5 fyldmasser med mere end 10 vægt-% cement samt blandingen ifølge opfindelsen af flyveaske og/eller granuleret højovnsslagge aktiveret med afsvovlingsprodukt og cement. Øverst dækkes dyngen med et lag af jord eller lignende, der fungerer som underlag for vækster, græs, buske og 10 efterhånden træer.

Hvis der sker en sætning i affaldsdyngen dannes der ingen hulrum, idet den hårde, ydre skal revner, således at resterne ligger tilbage på det indre pulvermateriale som 15 større eller mindre stykker. Det hårde materiale i skallen er således beskaffent, at det revner relativt let og falder sammen, så snart der opstår tendens til dannelse af hulrum. Det underliggende pulverlag skal være så tykt, at der ved sætninger fremdeles dannes et sammenhængende 20 lag uden brud, hvilket i praksis modsvarer en lagtykkelse på mindst ca. 1 m. Efter revnedannelsen går regnvandet efterhånden gennem revnerne, hvorved det underliggende pulvermateriale aktiveres, således at det hærdner. Gennem passagen over det hårde og gennem sprækkerne udludes des-25 uden OH-ioner, således at regnvandets pH-værdi forøges, således at hærdningen af pulvermaterialet aktiveres yderligere. Efter 2-3 måneders forløb er alle revner sædvanligvis helt lægte.

30 Affald, som kan skade det omgivende miljø, hvis der passerer vand over materialet, kan deponeres på mere sikker måde, hvis det blandes med det her omhandlede bindemiddel, hvorefter blandingen støbes til homogene, tætte fundamenter. Tætheden reguleres under anvendelse af gængs 3 5 proportioneringsteknik.

11 DK 169313 B1

Ved anvendelse af den her omhandlede spildmasse som tæt- —8 ning til affald må permeabiliteten højest være 10 m/s.

Ved proportionering kan materialet imidlertid indstilles -11 -12 til en tæthed på 10 - 10 m/s, dvs. en tæthed mod- 5 svarende eller lavere end tæthed af sandblandet betonit.

Ved tætningen kan man også forhindre, at der trænger gasser ud, som forpester omgivelserne. Et yderligere aspekt består i, at fugtkvoten kan styres, hvis man vil anvende de afgående gasser som brændsel. Uafhængigt af regn kan 10 man styre gasudviklingen og ved tilsætning af vand gennem dækningslaget, når der er behov for varme, f.eks. om vinteren, kan gassen opbevares til et passende tidspunkt.

De her omhandlede fyldmasser åbner således mulighed for 15 en række forskellige anvendelser, og opfindelsen løser tilmed en stor opgave ved at anvise nyttige anvendelser for affaldsprodukter, som tidligere har forårsaget store bortskaffelsesproblemer.

20 25 30 35

Claims (4)

1. Fyldmasse og jordbindemiddel til opfyldning og genop-5 fyldning af forskellige kaviteter og fordybninger, såsom rørgrave, hulrum under gulve og gader, opgravninger, til dækning af affaldsdynger og -høje, dynger af skrald og andre mindre farlige materialer samt til fuldstændig ind-støbning af farligt affald, kendetegnet ved, 10 at den indeholder 1-15 vægt-% cement, 99-85 vægt-% flyveaske, eventuelt indeholdende højovnsslagge, afsvovlingsmasse, forskellige typer af anden affald, såsom pyrit, metalhydroxidslagge, dårlig aske, 3 15 blandet med 200-500 liter vand pr. m pulverblanding samt en luftblæredanner til tilvejebringelse af et luftindhold på 5-20 vol-% i form af meget små luftblærer.

2. Fyldmasse ifølge krav 1, kendetegnet ved, 20 at den har sammensætningen 7 vægt-% cement, 93 vægt-% flyveaske samt 3 450 liter pr. m pulverblanding samt en tilsætning af et skumdannende middel og 25 10-15 vol-% luft i form af småblærer.

3. Anvendelse af fyldmassen ifølge krav 1 eller 2 som indblandingsmasse i miljøfarligt affald til binding af dette og til hindring af udvaskning af skadelige og gif- 30 tige vandopløselige stoffer.

4. Anvendelse af fyldmassen ifølge krav 1 eller 2 som dækningsmateriale på deponerede affaldsdynger og -høje, dynger af skrald og lignende til hindring af udvaskning 35 af skadelige og giftige vandopløselige stoffer.