EP4063030A1 - Verfahren und anlage zur gewinnung eines sandartigen bodenbaustoffs und dessen verwendung zur herstellung von beton oder asphalt - Google Patents

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EP4063030A1
EP4063030A1 EP22163317.5A EP22163317A EP4063030A1 EP 4063030 A1 EP4063030 A1 EP 4063030A1 EP 22163317 A EP22163317 A EP 22163317A EP 4063030 A1 EP4063030 A1 EP 4063030A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
perforation
input material
screening
fraction
screening machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22163317.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg K. Müller
Markus Beukenberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Soil2sand Ug Haftungsbeschraenkt
Original Assignee
Soil2sand Ug Haftungsbeschraenkt
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Soil2sand Ug Haftungsbeschraenkt filed Critical Soil2sand Ug Haftungsbeschraenkt
Publication of EP4063030A1 publication Critical patent/EP4063030A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B13/00—Grading or sorting solid materials by dry methods, not otherwise provided for; Sorting articles otherwise than by indirectly controlled devices
    • B07B13/04—Grading or sorting solid materials by dry methods, not otherwise provided for; Sorting articles otherwise than by indirectly controlled devices according to size
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B1/00—Sieving, screening, sifting, or sorting solid materials using networks, gratings, grids, or the like
    • B07B1/46—Constructional details of screens in general; Cleaning or heating of screens
    • B07B1/4609—Constructional details of screens in general; Cleaning or heating of screens constructional details of screening surfaces or meshes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
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    • B07B13/14—Details or accessories
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    • B07B1/00—Sieving, screening, sifting, or sorting solid materials using networks, gratings, grids, or the like
    • B07B1/46—Constructional details of screens in general; Cleaning or heating of screens
    • B07B1/4609—Constructional details of screens in general; Cleaning or heating of screens constructional details of screening surfaces or meshes
    • B07B1/4645—Screening surfaces built up of modular elements

Definitions

  • the invention relates to a method and a plant for obtaining a new, sand-like soil building material for the production of concrete or asphalt from an input material in the form of excavated soil. Furthermore, the invention relates to the use of the soil building material obtained by the method according to the invention as a sand substitute for the production of concrete or asphalt, i.e. a method for concrete or asphalt production in which the sand-like soil building material is first obtained from the input material in the form of excavated soil and this is then used as a sand substitute used to make the concrete or asphalt.
  • Concrete is one of the most important building materials in the construction industry. It consists of a mixture of cement, concrete aggregate and water and, if necessary, one or more concrete admixtures or concrete additives, and is created by the hardening of the cement-water mixture.
  • Concrete aggregate consists of natural or artificial, dense or porous rock with grain sizes suitable for concrete or asphalt production.
  • Sand is mainly used as an aggregate for normal concrete, eg gravel sand with a maximum particle size of 32mm, which is obtained from river and glacier debris by dredging or suction.
  • Alternative concrete aggregates for normal concrete are crushed stone, grit and crushed sand obtained by crushing or grinding, or granite, porphyry, basalt or limestone.
  • Pumice, expanded clay, lava, crushed bricks and slag are usually used as aggregate for lightweight concrete.
  • a screening plant for separating a particle stream into two particle sizes uses a screen surface inclined in the shape of a stair with holes arranged at the stair nosings.
  • two such sieve surfaces are arranged one above the other, so that three particle streams are obtained.
  • German patent DE 41 21 584 C1 describes coaxial ring screen sections with different hole sizes, which are arranged axially next to each other on the one hand, but also coaxially inside one another on the other hand, so that the input material is divided into several particle streams and certain particle streams are sieved twice.
  • German utility model specification discloses DE 202 18 820 U1 A process for the recovery of material of a specified particle size from waste material which is fed to a screening device and then transported therein over a downstream vibrating screen surface having a first screening area with a first mesh size and a downstream second screening area with a second mesh size, the meshes of which have smaller dimensions than the meshes of the first mesh size.
  • this process does not produce any sand-like soil building material that can be used as a sand substitute for concrete or asphalt production, nor is excavated soil used.
  • the object of the present invention is to provide a simpler and cleaner method and a corresponding plant for carrying out the method, which relates to the extraction of a new soil building material from excavated soil, which has properties of natural sand and is an alternative to sand for the production of concrete or asphalt and is also used for it.
  • the core idea of the invention is to obtain the soil building material by screening the input material or excavated soil, with the soil building material having a particle size distribution of 0 to 2 mm.
  • a screening machine which separates the input material or the fraction into a first grain fraction and a second grain fraction, which forms the soil building material, with a grain size of essentially less than or equal to 2 mm separated by the input material or the fraction being transported in the screening machine over an oscillating screening surface which is directed at least in sections downwards in a working direction and which has at least a first screening area with a first perforation or mesh size, and a second screening area with a second perforation located behind it in the working direction or comprises mesh width, the holes or meshes of which have a smaller dimension in at least one direction than the holes or meshes of the first perforation.
  • the soil building material obtained is then used to produce concrete or asphalt.
  • the second grain size is screened from the material with which the screening machine is fed.
  • the first grain fraction therefore has a lower proportion of grains smaller than 2mm than the input material and is at best cleaned of these grains.
  • the sieving success is all the greater, the smaller the proportion of grains of the second grain fraction remains in the first grain fraction.
  • the first grain fraction thus contains a grain size of essentially larger than 2mm, but also shares of the grain fraction smaller than 2mm.
  • the working direction is the direction in which the material mainly moves in the screening machine during its operation. It also corresponds to the direction of the inclination of the screen surface.
  • the method according to the invention and the corresponding system make soils or excavated soil available for use as building material and building aggregate that have so far remained unused.
  • the soil building material obtained in this way from the soil as an input material has properties comparable to natural sand and can therefore be used as a substitute for sand in concrete or asphalt production.
  • landfill operators, gravel pit operators and civil engineering companies have the opportunity to use their excavated soil as a new source of valuable materials and to make it technically usable for new purposes, in particular for the production of concrete or asphalt. This increases the capacity of landfills and gravel pits can be operated for longer. Due to its sand-like properties, the soil building material obtained from the excavated soil can contribute to covering the growing global demand for sand in the production of concrete or asphalt and thus conserve natural sand resources.
  • the system according to the invention can be set up at the site of an excavation and from the excavated soil there obtained directly the new soil building material as input material for the method according to the invention, which can be further processed on the spot to form concrete or asphalt.
  • the effort, the logistics and the costs for the procurement, the transport of building materials from and to a construction site can be reduced and the intermediate storage of the excavated soil can be avoided.
  • Materials that can be used as input material are basically all mineral, stony, sandy and/or loamy soils, in particular soils with the aggregate according to DIN EN 12620.
  • the input material should be free of components that could damage the concrete - or asphalt production process and the later strength of the concrete or asphalt have a lasting effect.
  • these are in particular organic components such as humus, peat, topsoil, digested sludge and/or plant remains (roots), but also flint and/or flint stones.
  • Non-organic soils are therefore preferred, since the organic components impair the hydration of the hydraulic binder in the concrete or asphalt.
  • the input material can be obtained both from pits, especially excavation pits, and from landfills.
  • the input material should be free of contamination from substances harmful to humans, especially toxins and heavy metals.
  • the percentage yield of the second grain fraction can vary from 0-2mm.
  • the limit value can thus be between 33% and 66%, for example, preferably 50%.
  • the conveying speed of the transport device loading the screening machine can be changed or adjusted at least in one section. In this way, the conveying quantity of the input material per unit of time can be adjusted.
  • the system can include a corresponding system control for setting the conveying speed of the transport device.
  • the assessment or determination of the amount of soil building material, input material or first grain fraction can be based on weight or volume. Furthermore, the evaluation or determination can be carried out by a person operating the system or in an automated manner. If the first and second grain fractions are each thrown onto a cone of heap, for example by means of a conveyor belt, the ratio of the first and second grain fractions can be recognized immediately and qualitatively by comparing the height or size of the cones of heap. The person can recognize when the heap of repose of the second grain fraction, ie the soil building material, is significantly smaller than the heap of repose of the first grain fraction and in this case reduce the conveying speed, ie reduce the amount of input material that is fed to the screening machine.
  • a size comparison of the two material cones can also be done automatically. For example, their diameter and/or height can be recorded with a camera and evaluated, in particular compared, using image processing software. If necessary, a vertical bar around which the respective cone of repose is formed, or a scale on the bottom of the respective cone of repose, e.g. with concentric measuring rings as floor markings, can provide quantitative information about the current height or the current diameter of the cone of repose.
  • a camera in connection with image evaluation software can record these heights and/or diameters and make them available to an evaluation unit.
  • a sensor system for example one or more light barriers, can also be used, which signal to an evaluation unit that a certain height or a certain diameter of the corresponding heap of repose has been reached at a certain point in time, in which case the difference in time between the points in time indicates the size or Indicates the ratio of the two material cones.
  • the evaluation unit can form the size or quantity ratio of the heaped cones and send a control signal to the system controller, as a result of which the latter then reduces the conveying speed of the transport device if the above-mentioned limit value is undershot, in other words, the heaped cone of the second grain fraction is considerably smaller than that Cone of repose of the first grain fraction.
  • This evaluation can be carried out at a specific point in time after the system has been switched on, several times at specific points in time or even continuously as part of a regulation.
  • the mass or weight of the total soil building material obtained can be used and compared with the weight of the input material or the total first grain fraction produced. This can done using scales. For example, the weight of the bunker can be continuously measured. Likewise, the first and/or second grain fraction can be collected in appropriate containers, the weight of which is continuously determined. While the weight of these containers can then be compared directly with one another, the difference in weight for the bunker must first be determined in order to quantify the amount of input material that has already been removed from the bunker. This weight difference can then be related to the weight of the quantity of the second grain fraction.
  • the transport device conveying the input material or its fraction from the bunker to the screening machine preferably has a scale which weighs the material on the transport device at all times. By integrating the measured values over a period of time, the weight of the total input material extracted can be determined.
  • a scale can be part of another transport device that transports the second grain fraction or the soil building material away from the screening machine. By integrating the measured values over the period of time, the weight of the total soil building material extracted or extracted can then also be determined here.
  • the evaluation unit can form the weight ratios and send a control signal to the system control, as a result of which it reduces the conveying speed of the transport device if the above-mentioned limit value is undershot, in other words, the mass of the second grain fraction is considerably smaller than the mass of the first grain fraction or .of the input material.
  • This evaluation can be carried out at a specific point in time after the system has been switched on, several times at specific points in time or even continuously as part of a regulation.
  • the amount of input material to be fed to the screening can also be increased per unit of time if the amount of soil building material obtained in relation to the amount of input material is above the limit value or another limit value that is smaller than the first-mentioned limit value. This makes sense above all in the context of the aforementioned regulation in order to increase the throughput (amount of input material per time) of the plant and thus its profitability.
  • a high yield of soil building material is achieved when the throughput of the plant is set to a value between 50 kg and 200 kg per minute and square meter of screen area, preferably to about 100 kg per minute and square meter of screen area. For example, if the screening area of the screening machine is 20m 2 , the throughput is 2 tons per minute or 120 t per hour.
  • the input material is screened in several stages.
  • an oversized grain is separated in a first screening stage upstream of it.
  • Oversize is that fraction of the input material whose grain size exceeds an upper limit, for example greater than 45 mm. This prevents oversized grain from getting into the screening machine and damaging its screening elements. Because of the vibration of the screen surface, the oversized grain can absorb such great kinetic energy and be accelerated that it breaks through the screen elements when it hits it or the screen holes tear open.
  • the oversize can be separated by a coarse separator, which forms the first screening stage.
  • the screening machine then forms the downstream second screening stage.
  • the input material is then separated by the first screening stage into an oversize fraction and a fraction freed from oversize.
  • the latter is then separated into the first and second grain fractions on the screening machine.
  • the input material has already been freed from oversize, it can be delivered directly to the screening machine.
  • the screen surface is formed by screen elements in the form of rectangular, elongated individual screens that lie against one another on their longitudinal sides, the working direction of the screening machine being transverse to the longitudinal extent of the individual screens, ie in the direction of their width.
  • Elongated individual screens have the advantage that the screen surface can easily be convex or concave.
  • the length of the individual wires can be at least five times, preferably ten times, their width. With a width of approx. 30cm, the individual screens can preferably have one have a length of 3m.
  • the screening machine can have the same or double the width of the individual screens.
  • the individual screens are formed by elastic screen mats, for example made of elastomeric polyurethane. These have the advantage that they absorb the kinetic energy of the larger grains of the input material sent to the screening machine or their fraction freed from oversized grains on impact and thus dampen the grain movement overall. The kinetic energy is transferred to the material on the screen surface by the vibration of the screen surface. Due to the impact, smaller grains of the second grain fraction adhering to the larger grains of the input material are thrown off and can thus fall through the sieve holes. As a result of the damping, the kinetic energy of the grains is prevented from becoming too great and penetrating the individual sieves.
  • the elasticity of the screen mats has the advantage that the screen holes are not rigid in shape and size. Rather, their deformability allows a granule of slightly larger dimension than a screen hole to be pushed through it, particularly when another granule of corresponding size impacts that one granule. Thus, the risk of clogging of the sieve holes by grains that could get stuck in them is minimal. Furthermore, a blockage of the screen openings by fine particles (less than 0.5 mm), which are increasingly deposited on the edge of the screen holes and growing from there and in the worst case close the entire screen hole, is prevented as a result of the possible deformation of the edge of the screen hole by the movement of the coarser grains. In this respect, the elastic screen mats have a self-cleaning effect.
  • a particularly high yield of soil building material is achieved if the individual screens have a screen perforation with elongated screen holes that are oriented parallel to the working direction.
  • the screen holes are preferably in the form of oblong holes, ie they have no inside corners. This has the advantage that they are less clogged with very fine particles and can be cleaned more easily, particularly as part of the aforementioned self-cleaning effect.
  • the vertical up and down movement takes place along an elliptical path.
  • the input material on the screen surface simultaneously receives a movement component in the direction of the working direction and is thus transported forward on the screen surface.
  • the screening machine can have more or fewer individual screens, in particular between 15 and 25 individual screens.
  • the number of individual screens depends on the size of the screening machine. If, purely by way of example, 21 individual screens are used, this results in an area of 18.9 m 2 with a length of 3 m and a width of approx. 30 cm for the individual screens.
  • the use of a comparatively small width of eg 30 cm is advantageous in order to be able to equip the screen surface with as many variants as possible with individual screens with different perforations.
  • the screen surface comprises at least a first screen area with a first perforation or mesh size and a second screen area located behind it in the working direction with a second perforation or mesh size.
  • three or more such screen areas can also be located one behind the other.
  • the individual screens can each have a uniform perforation and each belong to a group, of which at least a first group has a first perforation and a second group has a second perforation, the second perforation being smaller in at least one direction in which the screen holes extend than the first hole is.
  • the individual wires of the first group can then form the first wire area and the individual wires of the second group can form the second wire area.
  • the sieves of a group are always the same.
  • the individual screens belong to one of three groups, each of which has a first, second and third perforation, the second perforation being smaller than the first perforation in at least one direction in which the screen holes extend and the third perforation being smaller in at least one direction in which the screen holes extend than the second hole is.
  • the individual wires of the first group can then form the first wire area, the individual wires of the second group the second wire area and the individual wires of the third group a third wire area which follows behind the second wire area in the working direction.
  • the selection of the perforation or perforation sequence for the individual screen areas is dependent on the moisture content of the input material should in order to get a high yield of soil building material.
  • the sequence of perforations or individual sieves mentioned above is suitable for sieving off the second grain fraction, preferably in the case of comparatively dry input material.
  • a different sequence of perforations can be used with moister input material.
  • larger perforations should be used with increasing moisture in the input material and smaller perforations with dry input material.
  • Soils with a relative humidity (adhesive moisture) or a water content below 8% can be regarded as comparatively dry input material, whereby comparatively moist input material has a higher moisture content than 8% water content.
  • the relative humidity in comparatively dry soils, which form the input material in summer is between 6% and 7%, in particular around 6.6%.
  • the relative humidity of soils, which form the input material in winter is mainly between 10% and 15%, for example 13.8% water content.
  • the input material must not be wet, which is why it should be stored under cover.
  • the moisture content of the input material or a variable dependent on it, such as the electrical conductivity is determined and the perforations or the individual screens are selected and used depending on the moisture content or the variable dependent thereon substantially larger perforation or individual screens with a substantially larger perforation, and at a lower moisture level a substantially smaller perforation or individual screens with a substantially smaller perforation can be used.
  • the terms “smaller perforation” and “larger perforation” refer to the cross-sectional area of the screen holes.
  • wetter input material e.g. ten individual screens with the first perforation, five individual screens with the second perforation and six individual screens with the third perforation can form the screening surface.
  • the number of individual screens can also be different here.
  • the system according to the invention has a first screening machine and a second screening machine to which the input material can be selectively fed, the first screening machine being responsible for drier and the second screening machine for wetter input material.
  • the first screening machine being responsible for drier and the second screening machine for wetter input material.
  • the first and second screening machine can each have a screening surface with at least one first and second perforation, the screening holes of the first and second perforation of the screening surface of the first screening machine having a substantially larger cross-sectional area than the screening holes of the first and second perforation of the screening surface of the second screening machine.
  • the first screening machine can have the first-mentioned perforation sequence (5x25, 3x20, 3x10)
  • the second screening machine can have the last-mentioned perforation sequence (7x25, 5x25, 2x20).
  • the input material can be fed to the respective screening machine via a common transport device, which can be pivoted between the first and second screening machine, for example, and is aligned depending on the input material or its moisture content.
  • the input material can be fed to the respective screening machine through one of the corresponding Transport device assigned to the screening machine takes place, which supplies either only the first or only the second screening machine and is optionally fed from the bunker depending on the input material or depending on its moisture content.
  • lime in particular unhydrated lime (calcium oxide CaO)
  • CaO calcium oxide CaO
  • the moisture content of the input material is determined and lime, in particular fine white lime, is added to it depending on the moisture content. In one embodiment, this can be done in such a way that above a certain moisture limit value, which can be between 8% and 12%, for example, a defined proportion by weight of lime is added, e.g. 1%.
  • adding 1% lime can reduce the relative humidity to 11.24%.
  • 2% (by weight) lime would further reduce moisture.
  • the amount of lime added may vary in a stepwise or linear manner depending on the moisture, for example between 1% lime from 8% moisture and 5% from 20% moisture.
  • lime can be added by emptying a so-called “big bag” filled with lime over a heap of input material and then mixing in the lime using a sieve shovel, a shovel separator or a sieve bucket of an excavator. It is also possible to equip the bunker with an agitator, for example a rotating blade, which mixes the input material with the lime.
  • the addition of lime is a maximum of 5% of the mass of input material. Because with a lime content of more than 5%, the strength of the concrete decreases, which is undesirable. It is therefore preferable to initially work with a small addition of lime, for example 1%. If the yield of soil building material is too low, the screening process can be repeated by adding 1% lime, for example, to the first grain fraction, mixing it up and feeding it to the screening machine.
  • the input material mixed with lime When the input material mixed with lime is mixed, it is aerated at the same time.
  • the input material should then rest, preferably for at least 4 hours. Aeration and resting are of particular importance for the lime (CaO) to bind the moisture (H 2 O) in the input material and form calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) and with the carbon dioxide (CO 2 ) in the air to form calcium carbonate (CaCO 3 ) can react. This inhibits the pozzolanic reaction that would cause the floor material to harden over time, limiting its use.
  • Hardening is disadvantageous, for example, when the base material is used to embed electrical cables, because in this case it is less able to absorb the waste heat of the cable, in other words it thermally insulates the cable, which could lead to local overheating of the cable.
  • lime can be added in the form of a binder, but the proportion of fine white lime should be at least 70%.
  • Dorosol ⁇ can be used as a binder.
  • the moisture content of the second grain fraction or of the soil building material is determined and the amount of input material fed to the screening machine per unit of time is adjusted as a function of the moisture content.
  • the amount of input material to be supplied per unit of time can be reduced for the processing of wetter input material and increased for the processing of drier input material.
  • the electrical conductivity or the electrical resistance of the input material can be measured and the moisture can be determined therefrom.
  • electrodes can be installed in the bunker, which measure the electrical conductivity or the electrical resistance of the input material at the beginning of the process and/or continuously and report this to the system control. Depending on the electrical conductivity or the electrical resistance, this can then increase or reduce the amount of input material that is fed to the screening machine, for example by adjusting the conveying speed of the transport device accordingly.
  • the soil building material obtained or the screened second grain fraction is thrown onto a cone of heap and it is observed whether a ring of coarser grains is increasingly forming around the cone of heap at its foot, i.e. grains with a grain size larger than 2mm.
  • This can be prevented by reducing the amount of input material fed to the screening machine over time, when a ring of coarser grains increasingly forms at the foot of the heap.
  • FIG 1 shows a screening plant 1 according to the invention for obtaining a sand-like soil building material 3, hereinafter called sand substitute 3, for the production of concrete or asphalt from an input material 2 in the form of excavated soil.
  • the system 1 essentially comprises a bunker 4 for receiving input material 2, a first screening stage 8 in the form of a coarse separator 8 and a second screening stage 9 in the form of a screening machine 9, which is located behind the coarse separator 8 in the transport direction of the input material 2.
  • the coarse separator 8 is used to separate oversize 13, in particular with a grain size larger than 45 mm, before the input material 2 is fed to the screening machine 9. At the coarse separator 8, an oversized grain fraction is thus removed from the input material 2, which can damage the screen elements within the Screening machine 9 can lead.
  • the oversize 13 is piled up on a heap, e.g. via a transport device not shown here, and the remainder of the input material 2, hereinafter referred to as fraction 14, which has been cleaned of the oversize 13, is fed to the screening machine.
  • the oversize 13 can be supplied to another utilization.
  • the screening machine 9 serves to separate said fraction 14 into a first grain fraction 12 and a second grain fraction 3.
  • the latter is the sand substitute 3 to be obtained, which has a grain size of essentially 0 to 2 mm and can therefore also be referred to as fine grain.
  • the first grain fraction 12 ideally has a grain size between 2 and 45 mm. In practice, however, it is not possible to screen 100% of the first grain fraction 12 from the fraction 14 of the input material 2, so that the first grain fraction 12 always also contains a more or less large proportion of the second grain fraction 3. The lower this proportion, the higher the yield of the screening plant or the screening success.
  • the first grain fraction 12 and the second grain fraction 3 are each piled up on a cone of heap.
  • the input material 2 is conveyed from the bunker 4 to the coarse separator 8 continuously via a first transport device 5.1, 5.2, which in the variant according to FIG figure 1 consists of a first section 5.1 and a second section 5.2.
  • the transport facilities of Annex 1 can basically be configured in any way. In the variant according to figure 1 they are implemented as a running conveyor belt. Alternatively, they can also be formed by a rotating transport screw. Furthermore, there can also be a combination of conveyor belt and conveyor screw.
  • the conveying speed of the first section 5.1 of the first transport device is adjustable, in particular regulated, in order to set the amount of input material 2 that is processed or transported to the screening machine 9 per unit of time.
  • a motor M is assigned to the first section 5.1, which is controlled by a system controller 15 in order to set its speed, and consequently the conveying speed of the first transport device 5.1, 5.2.
  • the second section 5.2 of the first transport device is operated at a fixed speed. It is possible that the speed of all or only some of the transport devices of the screening plant 1 can be adjusted.
  • a second transport device 6, or second conveyor belt continuously conveys the residual fraction 14 of the input material 2, freed from oversize 13, which the coarse separator 8 outputs, to the screening machine 9.
  • a third transport device 7, or a third conveyor belt conveys the residual fraction 14 screened second grain fraction 3, which outputs the screening machine 9, continuously to a heap.
  • the first section 5.1 of the first transport device and the third transport device 7 are each assigned a scale 10, 11 in order to determine the weight of the bulk material being conveyed in each case. This can be done during ongoing operation, with the weight values being available at any point in time and having to be integrated or added up in order to determine the total amount of material conveyed after a specific time.
  • the measured values of the carriages 10, 11 are fed to the system control 15, which can evaluate them, in particular put them into relation.
  • the screening machine 9 has a screening surface 19 which is directed downwards at least in sections in a working direction 18 and vibrates during operation.
  • the screen surface 19 consists of a first screen area 19a with a first perforation, one in the working direction 18 behind it, the second sieve area 19b with a second perforation and a third sieve area 19c, in turn behind it in the working direction 18, with a third perforation.
  • Each of the perforations is formed by an arrangement of a plurality of screen holes with specific dimensions.
  • the perforation of the second screen area 19b consists of screen holes 17b, which have smaller dimensions in at least one direction than the screen holes 17a of the first perforation.
  • the perforation of the third screen area 19c consists of screen holes 17c, which have smaller dimensions in at least one direction than the screen holes 17b of the second perforation. In other words, the perforation becomes gradually smaller from screen area to screen area.
  • the screen holes 17a, 17b, 17c are in the form of elongated holes whose longitudinal axis is oriented parallel to the working direction 18. The dimensions of these slots relate to the length of their longitudinal axis and their width.
  • the screen holes are only exemplary in terms of their shape, size and arrangement and only shown in the left part of the screen surface 19.
  • Corresponding sieve holes 17a, 17b, 17c are of course also located in the right-hand part of the sieve surface 19, and consequently over the entire sieve surface 19.
  • the sieve holes 17a, 17b, 17c are arranged symmetrically in rows.
  • the screen surface 19 is slightly concave overall. It is oscillatingly mounted and consists of a number of, for example, 21 individual, elongated, narrow screen elements, hereinafter referred to as individual screens 16a, 16b, 16c.
  • the individual screens 16a, 16b, 16c are approx. 3m long and approx. 25-30cm wide. They lie directly next to one another with their long sides, so that their transverse direction, i.e. the direction of their width, corresponds to the working direction 18 .
  • the individual screens 16a, 16b, 16c are elastic screen mats made from elastomeric polyurethane.
  • the perforation of the individual screens 16a, 16b, 16c forms the perforation of the corresponding screen area 19a, 19b, 19c.
  • the individual screens 16a, 16b, 16c thus belong to one of three groups, each having a first, second and third perforation, the second perforation being smaller in at least one direction of extent of the screen perforations 17b than the first perforation and the third perforation being smaller in at least one direction of extent of the screen holes 17c is smaller than the second hole.
  • the individual screens 16a of the first group form the first screening area 19a
  • the individual screens 16b of the second group form the second screening area 19b
  • the individual screens 19c of the third group form the third screening area 19c, which follows in the working direction 18 behind the second screening area 19b, which in turn behind the first Sieve area 19a is located.
  • the first sieve area 19a consists of a number of individual sieves 16a with the first perforation
  • the second sieve area 19b consists of a number of individual sieves 16b with the second perforation
  • the third sieve area 19c consists of a number of individual sieves 16c with the third perforation.
  • the perforations are therefore always larger than the nominal sand grain size of 0-2mm. Because deposits form at the edge of the hole, so that the effective perforation is smaller. Due to the fact that there is also material with a larger grain size, ie 2-45 mm, on the screen surface 19, these deposits are removed again, so that the screen holes 16a, 16b, 16b do not become overgrown but remain free.
  • the two sieve sequences mentioned are in accordance with the table figure 3 specified. Investigations have shown that the first-mentioned sieve sequence is suitable for wetter input material 2 and the other sieve sequence for comparatively dry input material in order to obtain a comparatively high yield of sand substitute 3 from the input material 2.
  • the conductivity of the input material 2 can be easily measured and allows a statement to be made about the moisture content and the salt concentration of the material, since water dissolves the ions in the soil and enables their transport under the influence of an electric field.
  • the 0-2mm grains of the second grain fraction 3 forming the sand substitute in fraction 14 of the input material 2 fall through the sieve holes 17a, 17b, 17c and are taken away from the sieve machine 9 by a third transport device 7 in the form of a conveyor belt and deposited threw up a heap.
  • the larger grains with grain sizes between 2 and 45 mm that do not fit through the sieve holes 17a, 17b, 17c as well as unscreened 0 to 2mm grains are transported in the working direction 18 and fall off the sieve surface 19 at the end of it. They form the first grain fraction 12 and are also taken away from the screening machine 9 by a fourth transport device 7a in the form of a conveyor belt and thrown onto a heaping cone.
  • the first grain fraction 12 can also be used separately. It makes sense to store the first grain fraction 12 and the second grain fraction 3 in a covered place to protect them from rain and moisture.
  • the screening process can be repeated by first grain fraction 12 is returned to the bunker 4 and fed back to the screening machine 9.
  • the throughput of the screening machine 9, or the amount of input material 2 fed to the screening machine 9 per unit of time, can also be reduced by reducing the speed V belt of the first section of the first transport device 5.1.
  • the said ratio (Grain ratio) are fed to the system control 15, which then makes the appropriate speed adjustment.
  • a flip-flow screening machine for example, can be used as the screening machine 9, as is described in the international application WO 2007/060155 A1 is described.
  • This screening machine 9 consists of a single screen deck and may have a 10°-18° downwardly inclined screening surface 19 curved in a banana (concave) shape.
  • the vibration of the screen surface 19 is preferably vertical along an elliptical path with a frequency of, for example, 800 min -1. This frequency can be excited by a single unbalance shaft drive.
  • the screen surface 19 forms a cantilever with a circular amplitude and a superimposed elliptical amplitude excited by resonance.
  • Input material 2 is excavated soil from pits or landfills with non-organic, mineral, stony, sandy or loamy and uncontaminated soil. Before loading the bunker 4, it can be piled up to form a heaping cone, from which the bunker 4 is then loaded.
  • the input material 2 can be subjected to pre-processing. Such pre-processing is also advisable if the yield of sand substitute 3, i.e. the percentage of the second grain fraction 3 (0-2mm) in relation to the amount of input material 2 or in relation to the first grain fraction 12, is too low.
  • Lime can be added in the form of so-called BigBags, which are emptied onto the dumping cone and mixed in using a shovel wheel loader.
  • a controllable device for metering the addition of the lime and with a mixer, e.g. a rotating blade.
  • a test of its pH value can be carried out after the lime has been added. If the pH is less than 11, there is a guarantee that there is no longer any unbound or reactive calcium hydroxide in input material 2. As a result, a pozzolanic reaction is no longer possible and the input material 2 remains capable of digging and spreading.
  • the input material can be processed in the simplest case with a so-called shovel separator, which is available as special equipment for hydraulic excavators or shovel wheel loaders, or with similar special equipment, which achieves a high level of digestion of the input material 2 during mixing becomes.
  • This effect can also be achieved by stationary, mobile or semi-mobile devices that are designed accordingly, such as so-called disk separators based on the disk-in-disk principle or comparable mechanical devices.
  • the interlocking of the discs and chisels closes the input material 2 as best as possible, which is then mixed with the lime and this can be evened out in the input material.
  • the spaces between the panes can never become clogged, even with very moist, cohesive or soggy soil, because they are constantly being cut free by the panes on the opposite side. It is also possible to let air flow through the bunker 4 from below. If the mixing plant is also in operation, the input material 2 is also well aerated.
  • the pozzolanic reaction With the carbonation (conversion of the hydrated lime into calcium carbonate), the pozzolanic reaction is stopped to a certain extent. This is always the case when the proportion of unbound lime is so low that no more hydrate phases can be formed and the pozzolanic reaction cannot continue.
  • the shovel separator also has a sieving function, so that the specified grain sizes for further use can be produced in connection with the mixing process. These granulations are made possible depending on the individual disc distances of the separator shafts.
  • the yield of sand substitute 3 i.e. the percentage of the second grain fraction 3 (0-2mm) in relation to the amount of input material 2 or in relation to the first grain fraction 12 is too low, after the pre-processing of the input material 2 is too low or continues to increase is low, the addition of lime followed by aeration and allowing the input material 2 to rest can be repeated.
  • Another parameter for controlling the system 1 is the moisture content of the input material 2 .
  • This can be determined, for example, in the bunker 4 using the electrical conductivity of the input material 2 and fed to the system control 15 .
  • the actual input quantity per time or belt speed V belt is therefore a function of its moisture content (in %) and the proportion of fine grain in the medium grain. Schematically shows figure 5 this connection.
  • Curve A describes the case where too little fine grain remains in the middle grain and curve C that too much fine grain remains in the middle grain.
  • Curve B describes the optimal case between these borderline cases.
  • the sand substitute 3 obtained according to the invention can be stored and then used for the production of concrete or asphalt.
  • test cubes can be produced from concrete or asphalt and examined in the laboratory.
  • the salt content of all aggregates in the concrete does not exceed 0.4%.
  • the salt content in the sand content of the concrete (typically 25-30%) must not be more than 0.15%.
  • the salt content can be determined via a conductivity measurement.
  • the pH must also be less than 11. This can easily be measured.
  • the pH value can be adjusted by adding DOROSOL ® .
  • the proportion of dust in the fine grain must be less than 3%.
  • the invention also includes any changes, alterations or modifications of exemplary embodiments which have the exchange, addition, alteration or omission of elements, components, method steps, values or information as their subject matter, as long as the basic idea according to the invention is retained, regardless of whether the change, alteration, or modifications improves or degrades an embodiment.

Landscapes

  • Combined Means For Separation Of Solids (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Gewinnung eines sandartigen Bodenbaustoffs (3) für die Beton- oder Asphaltherstellung aus einem Inputmaterial (2) in Form von Bodenaushub. Dabei wird das Inputmaterial (2) oder zumindest eine Fraktion (14) des Inputmaterials (2) einer Siebmaschine (9) zugeführt, die das Inputmaterial (2) oder die Fraktion (14) in eine erste Kornfraktion (12) und eine den Bodenbaustoff (3) bildende zweite Kornfraktion (3) mit einer Korngröße im Wesentlichen kleiner gleich 2mm auftrennt, indem das Inputmaterial (2) oder die Fraktion (14) in der Siebmaschine (9) über eine in eine Arbeitsrichtung (18) zumindest abschnittsweise abwärts gerichtete, schwingende Siebfläche (19) transportiert wird, die wenigstens einen ersten Siebbereich (19a) mit einer ersten Lochung oder Maschenweite, und einen in Arbeitsrichtung (18) dahinter liegenden zweiten Siebbereich (19b) mit einer zweiten Lochung oder Maschenweite umfasst, deren Löcher (17b) oder Maschen in wenigstens eine Richtung eine geringere Abmessung haben, als die Löcher (17a) oder Maschen der ersten Lochung. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des gewonnenen Bodenbaustoffs (3) zur Herstellung von Beton oder Asphalt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Gewinnung eines neuen, sandartigen Bodenbaustoffs für die Beton- oder Asphaltherstellung aus einem Inputmaterial in Form von Bodenaushub. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Bodenbaustoffs als Sandersatz zur Herstellung von Beton oder Asphalt mithin ein Verfahren zur Beton- oder Asphaltherstellung, bei dem zunächst der sandartige Bodenbaustoff aus dem Inputmaterial in Form von Bodenaushub gewonnen und dieser anschließend als Sandersatz zur Herstellung des Betons oder Asphalts verwendet wird.
  • Beton ist in der Bauindustrie einer der wichtigsten Baustoffe. Er besteht aus einem Gemisch aus Zement, Betonzuschlag und Wasser und gegebenenfalls einem oder mehreren Betonzusatzmitteln oder Betonzusatzstoffen, und entsteht durch das Erhärten des Zement-Wasser-Gemischs. Nach ihrer Rohdichte werden Leicht-, Normal- und Schwerbeton unterschieden. Betonzuschläge bestehen aus natürlichem oder künstlichem, dichtem oder porigem Gestein mit Korngrößen, die für die Betonoder Asphaltherstellung geeignet sind. Für Normalbeton werden überwiegend Sande als Zuschlag verwendet, z.B. Kiessande mit 32mm Größtkorn, die aus Fluss- und Gletschergeschieben durch Baggern oder Saugen gewonnen werden. Alternative Betonzuschläge für Normalbeton sind Schotter, Splitt und Brechsand, die durch Brechen oder Mahlen erhalten werden, oder Granit, Porphyr, Basalt oder Kalkstein. Für Leichtbeton werden meist Bims, Blähton, Lava, Ziegelsplitt und Schlacken als Zuschlag verwendet.
  • Neben Wasser ist Sand allerdings die am stärksten nachgefragte, und zudem knappste natürliche Ressource weltweit. Im Jahr 2017 betrug der globale Verbrauch 47 Milliarden Tonnen, und er steigt weiter an. Dabei sind die Verbraucher- und Lieferländer von Sand häufig nicht identisch, was zu erheblichem logistischem Aufwand führt, um den Sand vom Abbauort zum Verwendungsort zu transportieren. Der Abbau von Sand führt zudem zu nicht unerheblichen Umweltschäden, sofern er nicht nachhaltig erfolgt, was häufig nicht der Fall ist. Verteilungskämpfe sind in manchen Regionen der Welt bereits jetzt erkennbar, beispielsweise in Afrika. Die Fachwelt spricht sogar von einer weltweiten Sandkrise.
  • Die Gewinnung von Sand aus Baustoff- und Aushubabfall ist bekannt. So beschreibt der im Internet unter https://www.baunetzwerk.biz/ietzt-mal-tacheles-zum-themasand veröffentlichte Artikel "Jetzt mal Tacheles zum Thema Sand", 1.2.2021, O. Robinson, die aktuelle "Sandkrise" als Ergebnis einer raschen Urbanisierung, die unsere Sandressourcen erschöpft, und das wachsende Bedürfnis nach einer Alternative. Der Artikel nennt, dass in der EU fast zwei Drittel (64 %) des Gesamtabfallaufkommens im Jahr 2016 auf größere mineralische Abfälle, unter anderem aus Bergbau und Steinbrüchen sowie aus Baustoff- und Aushubaktivitäten entfielen, was 3,2 t pro Einwohner entspräche. Ein Großteil des Baustoff- und Aushubabfalls werde auf Deponien gelagert oder zur Wiederverfüllung von Baugruben verwendet. Zur Lösung des Problems wird vorgeschlagen, Nassaufbereitungslösungen zu verwenden, um den im Baustoff- und Aushubabfall enthaltenen Wert zu realisieren. Durch den Einsatz hochinnovativer Nassaufbereitungstechnologien, bei denen das Material gewaschen, von Leichtstoffen getrennt und die Endprodukte klassiert werden, könne dieser Abfallstrom wiederverwendet werden, um gewaschene Materialien herzustellen, die für die Verwendung in hochwertigen Bauprojekten geeignet sind. Laut dem Artikel entstünden dabei hochwertig aufbereiteter Sand und Zuschlagstoffe, die aus Baustoff- und Aushubabfall zurückgewonnen werden.
  • Nachteilig ist bei einer Nassaufbereitung von Baustoff- und Aushubabfall jedoch der enorme Wasserbedarf, die Komplexität der hierfür nötigen Anlagen umfassend Becken, Pumpen, Rührwerke etc. und der damit verbundene technische Aufwand für die Installation und Wartung einer derartigen Nassreinigungsanlage, deren Mobilität zudem nicht gegeben ist. Darüber hinaus ist eine Nassaufbereitung aufgrund des zu handhabenden schlammigen Materials eine äußerst schmutzige Angelegenheit.
  • Aus der internationalen Anmeldung WO 9748503 A1 ist eine Siebanlage zur Auftrennung eines Partikelstroms in zwei Partikelgrößen bekannt. Sie verwendet eine in Gestalt einer Treppe geneigte Siebfläche mit an den Treppenstufenkanten angeordneten Löchern. In einer Ausführungsvariante (Fig. 19) sind zwei derartige Siebflächen übereinander angeordnet, so dass drei Partikelströme erhalten werden.
  • Aus der Schrift DE20205891U1 sind Wellen für einen Schaufelseparator bekannt.
  • Die deutsche Patentschrift DE 41 21 584 C1 beschreibt koaxiale Ringsiebabschnitte mit unterschiedlichen Lochgrößen, die einerseits axial nebeneinander, andererseits aber auch koaxial ineinander angeordnet sind, so dass das Inputmaterial in mehrere Partikelströme aufgeteilt wird und bestimmte Partikelströme zweimal gesiebt werden.
  • Ferner offenbart die deutsche Gebrauchsmusterschrift DE 202 18 820 U1 ein Verfahren zur Gewinnung von Material einer bestimmten Teilchengröße aus Abfallmaterial, das einer Absiebvorrichtung zugeführt wird und darin dann über eine in Arbeitsrichtung abwärts gerichtete, schwingende Siebfläche transportiert wird, die einen ersten Siebbereich mit einer ersten Maschenweite und einen in Arbeitsrichtung dahinter liegenden zweiten Siebbereich mit einer zweiten Maschenweite umfasst, deren Maschen eine geringere Abmessung als die Maschen der ersten Maschenweite haben. Allerdings wird durch dieses Verfahren kein sandartiger Bodenbaustoff gewonnen, der als Sandersatz für die Beton- oder Asphaltherstellung einsetzbar ist, und es wird auch kein Bodenaushub verwendet.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfacheres und saubereres Verfahren und eine entsprechende Anlage zur Ausführung des Verfahrens bereitzustellen, das bzw. die die Gewinnung eines neuen Bodenbaustoffs aus Bodenaushub betrifft, der Eigenschaften von Natursand hat und sich als Alternative zu Sand zur Herstellung von Beton oder Asphalt eignet und dafür auch verwendet wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend beschrieben.
  • Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, die Gewinnung des Bodenbaustoffs durch Siebung des Inputmaterials bzw. Bodenaushubs zu erreichen, wobei der Bodenbaustoff eine Kornverteilung von 0 bis 2mm besitzt. Hierzu wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung vorgeschlagen, dass das Inputmaterial oder zumindest eine Fraktion des Inputmaterials einer Siebmaschine zugeführt wird, die das Inputmaterial oder die Fraktion in eine erste Kornfraktion und eine den Bodenbaustoff bildende zweite Kornfraktion mit einer Korngröße von im Wesentlichen kleiner gleich 2mm auftrennt, indem das Inputmaterial oder die Fraktion in der Siebmaschine über eine in eine Arbeitsrichtung zumindest abschnittsweise abwärts gerichtete, schwingende Siebfläche transportiert wird, die wenigstens einen ersten Siebbereich mit einer ersten Lochung oder Maschenweite, und einen in Arbeitsrichtung dahinter liegenden zweiten Siebbereich mit einer zweiten Lochung oder Maschenweite umfasst, deren Löcher oder Maschen in wenigstens eine Richtung eine geringere Abmessung haben, als die Löcher oder Maschen der ersten Lochung. Anschließend wird der gewonnene Bodenbaustoff zur Herstellung von Beton oder Asphalt verwendet.
  • Soweit hier von einem Auftrennen die Rede ist, bedeutet dies keine absolute Trennung von Fraktionen bestimmter Korngrößen. Vielmehr wird die zweite Korngröße von dem Material abgesiebt, mit dem die Siebmaschine beschickt wird. Die erste Kornfraktion besitzt somit einen geringeren Anteil an Körnern kleiner 2mm als das Inputmaterial und ist bestenfalls von diesen Körnern bereinigt. Dabei ist der Sieberfolg umso größer, je weniger Anteil an Körnern der zweiten Kornfraktion in der ersten Kornfraktion verbleibt. Die erste Kornfraktion enthält damit eine Korngröße von im Wesentlichen größer als 2mm, aber auch noch Anteile der Kornfraktion kleiner 2mm.
  • Bei der Arbeitsrichtung handelt es sich um diejenige Richtung, in die sich das Material in der Siebmaschine während ihres Betriebs hauptsächlich bewegt. Sie entspricht außerdem der Richtung der Neigung der Siebfläche.
  • Des Weiteren wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung eine Anlage zur Gewinnung des sandartigen Bodenbaustoffs für die Beton- oder Asphaltherstellung aus dem Inputmaterial in Form von Bodenaushub vorgeschlagen, umfassend
    • einen Bunker zur Aufnahme von Inputmaterial,
    • eine Siebmaschine zur Auftrennung des Inputmaterials oder zumindest eine Fraktion des Inputmaterials in eine erste Kornfraktion und eine den Bodenbaustoff bildende zweite Kornfraktion mit einer Korngröße von im Wesentlichen kleiner gleich 2mm, und
    • eine Transporteinrichtung zur Förderung des Inputmaterials der der Fraktion vom Bunker zur Siebmaschine,
    wobei die Siebmaschine eine in eine Arbeitsrichtung zumindest abschnittsweise abwärts gerichtete, schwingende Siebfläche aufweist, die wenigstens einen ersten Siebbereich mit einer ersten Lochung oder Maschenweite, und einen in Arbeitsrichtung dahinterliegenden zweiten Siebbereich mit einer zweiten Lochung oder Maschenweite umfasst, deren Löcher oder Maschen in wenigstens eine Richtung eine geringere Abmessung haben als die Löcher oder Maschen der ersten Lochung.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Anlage werden Böden bzw. Bodenaushub für die Verwendung als Bau- und Bauzuschlagsstoff verfügbar gemacht, die bislang ungenutzt blieben. Der auf diese Weise aus den Böden als Inputmaterial gewonnene Bodenbaustoff besitzt dem Natursand vergleichbare Eigenschaften und kann dadurch als Ersatz für Sand bei der Betonoder Asphaltherstellung verwendet werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt zahlreiche Vorteile. So haben einerseits Deponiebetreiber, Kiesgrubenbetreiber und Tiefbauunternehmen die Möglichkeit, ihren Bodenaushub als eine neue Wertstoffquelle zu erschließen und technisch für neue Zwecke, insbesondere zur Beton- oder Asphaltherstellung, nutzbar zu machen. Die Kapazität von Deponien wird dadurch erweitert und Kiesgruben können länger betrieben werden. Der aus dem Bodenaushub gewonnene Bodenbaustoff kann aufgrund seiner sandartigen Eigenschaften einen Beitrag zur Deckung des weltweit wachsenden Bedarfs an Sand bei der Beton- oder Asphaltherstellung leisten und somit die natürlichen Ressourcen an Sand schonen.
  • Es ist außerdem ein Vermischen des neuen Bodenbaustoffs mit Natursanden wie z.B. Wüstensand möglich, der aufgrund seiner nahezu kreisrunden, glatten Außenform und der damit verbundenen reibungsminimalen Abgleitung zweier Sandkörner voneinander nicht ohne Weiteres zur Beton- oder Asphaltherstellung geeignet ist und somit hierzu nutzbar gemacht wird.
  • Die erfindungsgemäße Anlage kann am Ort einer Baugrube aufgestellt werden und aus dem dort anfallenden Bodenaushub als Inputmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren unmittelbar den neuen Bodenbaustoff gewinnen, welcher an Ort und Stelle zu Beton oder Asphalt weiterverarbeitet werden kann. Somit können der Aufwand, die Logistik und die Kosten für die Beschaffung, den Transport von Baumaterialien von und zu einer Baustelle reduziert sowie die Zwischenlagerung des Bodenaushubs vermieden werden.
  • Als Inputmaterial verwendbare Materialien eignen sich grundsätzlich alle mineralischen, steinigen, sandigen und/ oder lehmigen Böden, insbesondere Böden mit der Gesteinskörnung nach DIN EN 12620. Für die Verwendung des Sandersatzes zur Beton- oder Asphaltherstellung sollte das Inputmaterial frei von Bestandteilen sein, die den Beton- oder Asphaltherstellungsprozess und die spätere Festigkeit des Betons oder Asphalts nachhaltig beeinträchtigen. Dies sind insbesondere organische Bestandteile wie z.B. Humus, Torf, Mutterboden, Faulschlamm und/ oder Pflanzenreste (Wurzeln), aber auch Feuer- und/ oder Flintsteine. Bevorzugt werden somit nicht organische Böden, da die organischen Bestandteile die Hydratation des hydraulischen Bindemittels im Beton oder Asphalt beeinträchtigen.
  • Das Inputmaterial kann sowohl aus Gruben, insbesondere Baugruben gewonnen als auch Bodendeponien entnommen werden. Selbstverständlich sollte das Inputmaterial frei von Kontaminationen durch für den Menschen schädliche Stoffe sein, insbesondere Giftstoffe und Schwermetalle.
  • Je nach Zusammensetzung des Inputmaterials kann eine bestimmte Aufbereitung sinnvoll sein, wobei der Ertrag der zweiten Kornfraktion von 0-2mm prozentual unterschiedlich ausfallen kann.
  • Um den Ertrag der zweiten Kornfraktion zu steigern, kann versucht werden, den Durchsatz der Siebmaschine zu verringern, d.h. die Menge an Inputmaterial pro Zeit, die der Siebmaschine zugeführt wird. Untersuchungen haben gezeigt, dass bei einer zu großen Menge an Inputmaterial auf der Siebfläche weniger der zweiten Kornfraktion abgesiebt wird, weil das Inputmaterial auf der Siebfläche weniger schwingt und sich die Löcher mehr zusetzen bzw. weniger gut wieder frei werden. Es ist deshalb zu empfehlen, dass während des Betriebs der Anlage die Menge des insgesamt gewonnenen Bodenbaustoffs im Verhältnis zur Menge des Inputmaterials oder zur Menge der ersten Kornfraktion bewertet wird. Sinnvollerweise kann die der Siebmaschine zugeführte Menge an Inputmaterial pro Zeit reduziert werden, wenn die Menge des insgesamt gewonnenen Bodenbaustoffs im Verhältnis zur Menge des Inputmaterials oder zur Menge der ersten Kornfraktion unter einem Grenzwert liegt. Je nach Art und Beschaffenheit des Inputmaterials kann aus diesem ein Anteil des sandartigen Bodenbaustoffs von bis zu 75% gewonnen werden, wobei auch ein Anteil von 33% noch wirtschaftlich sinnvoll ist.
  • Somit kann der Grenzwert beispielsweise zwischen 33% und 66%, vorzugsweise bei 50% liegen.
  • Um die der Siebmaschine zuzuführende Menge an Inputmaterial pro Zeit zu reduzieren, kann vorgesehen sein, dass die die Siebmaschine beschickende Transporteinrichtung zumindest in einem Abschnitt in ihrer Fördergeschwindigkeit änderbar bzw. einstellbar ist. Somit kann die Fördermenge des Inputmaterials pro Zeiteinheit eingestellt werden. Die Anlage kann eine entsprechende Anlagensteuerung zur Einstellung der Fördergeschwindigkeit der Transporteinrichtung umfassen.
  • Die Bewertung oder Bestimmung der Menge an Bodenbaustoff, Inputmaterial bzw. erster Kornfraktion kann anhand des Gewicht oder des Volumens erfolgen. Ferner kann die Bewertung oder Bestimmung durch eine die Anlage bedienende Person oder automatisiert erfolgen. Werden die erste und zweite Kornfraktion jeweils auf einen Schüttkegel geworfen, beispielsweise mittels eines Transportbands, so kann anhand eines Höhen- oder Größenvergleichs der Schüttkegel unmittelbar qualitativ das Verhältnis der ersten und zweiten Kornfraktion erkannt werden. Die Person kann erkennen, wenn der Schüttkegel der zweiten Kornfraktion, d.h. des Bodenbaustoffs, deutlich kleiner als der Schüttkegel der ersten Kornfraktion ist und in diesem Fall die Fördergeschwindigkeit reduzieren, d.h. die Menge an Inputmaterial, das der Siebmaschine zugeführt wird, verringern.
  • Ein Größenvergleich der beiden Schüttkegel kann auch automatisch erfolgen. Beispielsweise können deren Durchmesser und/ oder Höhen mit einer Kamera erfasst und mittels einer Bildverarbeitungssoftware ausgewertet, insbesondere verglichen werden. Gegebenenfalls kann eine senkrechte Messlatte, um die herum der jeweilige Schüttkegel entsteht, oder eine Maßeinteilung auf dem Boden des jeweiligen Schüttkegels, z.B. mit konzentrischen Messringen als Bodenmarkierung, eine quantitative Aussage über die aktuelle Höhe oder den aktuellen Durchmesser der Schüttkegel liefern. Eine Kamera in Verbindung mit einer Bildauswertungssoftware können diese Höhen und/ oder Durchmesser erfassen und einer Auswerteeinheit bereitstellen. Alternativ kann auch eine Sensorik, beispielsweise eine oder mehrere Lichtschranken verwendet werden, die einer Auswerteeinheit das Erreichen einer bestimmten Höhe oder eines bestimmten Durchmessers des entsprechenden Schüttkegels zu einem bestimmten Zeitpunkt signalisieren, wobei in diesem Fall der zeitliche Unterschied zwischen den Zeitpunkten das Größen- bzw. Mengenverhältnis der beiden Schüttkegel angibt.
  • Die Auswerteeinheit kann das Größen- oder Mengenverhältnis der Schüttkegel bilden und ein Steuersignal an die Anlagensteuerung senden, infolge welchem diese dann die Fördergeschwindigkeit der Transporteinrichtung reduziert, wenn der oben genannte Grenzwert unterschritten, mit anderen Worten, der Schüttkegel der zweiten Kornfraktion erheblich kleiner ist als der Schüttkegel der ersten Kornfraktion. Diese Auswertung kann zu einem bestimmten Zeitpunkt nach dem Einschalten der Anlage, mehrmalig zu bestimmten Zeitpunkten oder sogar im Rahmen einer Regelung kontinuierlich erfolgen.
  • Alternativ zu einer visuellen Beurteilung der Schüttkegel, d.h. des Volumens der ersten und zweiten Kornfraktion, kann die Masse bzw. das Gewicht des insgesamt gewonnenen Bodenbaustoffs herangezogen und mit dem Gewicht des Inputmaterials oder der insgesamt erzeugten ersten Kornfraktion verglichen werden. Dies kann mittels Waagen erfolgen. Beispielsweise kann das Gewicht des Bunkers laufend gemessen werden. Ebenso können die erste und/ oder zweite Kornfraktion in entsprechenden Behältnissen gesammelt werden, deren Gewicht laufend bestimmt wird. Während das Gewicht dieser Behältnisse dann direkt miteinander verglichen werden können, ist bei dem Bunker zunächst das Differenzgewicht zu bestimmen, um die Menge an aus dem Bunker bereits abgeführten Inputmaterial zu quantifizieren. Dieses Differenzgewicht kann dann ins Verhältnis gesetzt werden mit dem Gewicht der Menge der zweiten Kornfraktion.
  • Bevorzugt weist die das Inputmaterial oder deren Fraktion vom Bunker zur Siebmaschine fördernde Transporteinrichtung eine Waage auf, die zu jedem Zeitpunkt das auf der Transporteinrichtung befindliche Material wiegt. Durch Integration der Messwerte über einen Zeitraum kann dann das Gewicht des insgesamt geförderten Inputmaterials bestimmt werden. Eine ebensolche Waage kann Teil einer anderen Transporteinrichtung sein, die die zweite Kornfraktion bzw. den Bodenbaustoff von der Siebmaschine abtransportiert. Durch Integration der Messwerte über den Zeitraum kann dann auch hier das Gewicht des insgesamt geförderten bzw. gewonnenen Bodenbaustoffs bestimmt werden.
  • Die Auswerteeinheit kann die Gewichtsverhältnisse bilden und ein Steuersignal an die Anlagensteuerung senden, infolge welchem diese die Fördergeschwindigkeit der Transporteinrichtung reduziert, wenn der oben genannte Grenzwert unterschritten, mit anderen Worten, die Masse der zweiten Kornfraktion erheblich kleiner ist, als die Masse der ersten Kornfraktion bzw. des Inputmaterials. Diese Auswertung kann zu einem bestimmten Zeitpunkt nach dem Einschalten der Anlage, mehrmalig zu bestimmten Zeitpunkten oder sogar im Rahmen einer Regelung kontinuierlich erfolgen.
  • Insbesondere kann die der Siebung zuzuführende Menge an Inputmaterial pro Zeit auch gesteigert werden, wenn die Menge gewonnenen Bodenbaustoffs im Verhältnis zur Menge des Inputmaterials über dem Grenzwert oder einem anderen Grenzwert liegt, der kleiner als der erstgenannte Grenzwert ist. Dies ist vor allem im Rahmen der zuvor erwähnten Regelung sinnvoll, um den Durchsatz (Menge an Inputmaterial pro Zeit) der Anlage und damit deren Wirtschaftlichkeit zu steigern.
  • Ein hoher Ertrag an Bodenbaustoff wird erreicht, wenn der Durchsatz der Anlage auf einen Wert zwischen 50 kg und 200 kg pro Minute und Quadratmeter Siebfläche, vorzugsweise auf etwa 100 kg pro Minute und Quadratmeter Siebfläche eingestellt wird. Beträgt die Siebfläche der Siebmaschine beispielsweise 20m2, liegt der Durchsatz bei 2 Tonnen pro Minute bzw. 120 t pro Stunde.
  • Sinnvoll ist es, wenn die Siebung des Inputmaterials mehrstufig erfolgt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass vor der Zuführung des Inputmaterials zur Siebmaschine in einer dieser vorgelagerten ersten Siebstufe eine Abscheidung eines Überkorns erfolgt. Als Überkorn ist diejenige Fraktion des Inputmaterials zu verstehen, deren Korngröße einen oberen Grenzwert überschreitet, beispielsweise größer als 45mm ist. Dadurch wird verhindert, dass Überkorn in die Siebmaschine gelangt und deren Siebelemente beschädigt. Denn durch die Schwingung der Siebfläche kann das Überkorn eine derart große kinetische Energie aufnehmen und beschleunigt werden, dass es die Siebelemente beim Auftreffen durchschlägt bzw. die Sieblöcher aufreißen.
  • Die Abscheidung des Überkorns kann durch einen Grobabscheider erfolgen, der die erste Siebstufe bildet. Die Siebmaschine bildet dann die nachgelagerte zweite Siebstufe. Das Inputmaterial wird dann durch die erste Siebstufe in eine Überkornfraktion und eine von Überkorn befreite Fraktion aufgetrennt. Letztere wird dann an der Siebmaschine in die erste und zweite Kornfraktion aufgetrennt. Ist das Inputmaterial allerdings bereits von Überkorn befreit, kann es direkt an die Siebmaschine geliefert werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die Siebfläche durch Siebelemente in Gestalt von rechteckigen, länglichen Einzelsieben gebildet, die an ihrer Längsseite aneinander liegen, wobei die Arbeitsrichtung der Siebmaschine quer zur Längserstreckung der Einzelsiebe, d.h. in Richtung ihrer Breite liegt. Längliche Einzelsiebe haben den Vorteil, dass die Siebfläche auf einfache Weise konvex oder konkav gebogen sein kann. Beispielsweise kann die Länge der Einzelsiebe mindestens dem Fünffachen, vorzugsweise dem Zehnfachen ihrer Breite entsprechen. Bei einer Breite von ca. 30cm können die Einzelsiebe bevorzugt eine Länge von 3m haben. Die Siebmaschine kann die einfache oder doppelte Breite der Einzelsiebe aufweisen.
  • Von Vorteil ist es, wenn die Einzelsiebe durch elastische Siebmatten gebildet sind, beispielsweise aus elastomerem Polyurethan. Diese haben den Vorteil, dass sie die kinetische Energie der größeren Körner des auf die Siebmaschine geschickten Inputmaterials oder deren von Überkorn befreiten Fraktion beim Aufprall absorbieren und damit insgesamt die Kornbewegung dämpfen. Die kinetische Energie wird durch die Schwingung der Siebfläche auf das Material auf der Siebfläche übertragen. Durch den Aufprall werden an den größeren Körnern des Inputmaterials haftende kleinere Körner der zweiten Kornfraktion abgeworfen und können somit durch die Sieblöcher hindurchfallen. Infolge der Dämpfung wird vermieden, dass die kinetische Energie der Körner zu groß wird und sie die Einzelsiebe durchschlagen.
  • Des Weiteren hat die Elastizität der Siebmatten den Vorteil, dass die Sieblöcher in Form und Größe nicht starr sind. Vielmehr lässt ihre Verformbarkeit zu, dass ein Korn mit einer geringfügig größeren Abmessung als ein Siebloch durch dieses hindurchgedrückt werden kann, insbesondere wenn ein anderes Korn entsprechender Größe gegen dieses eine Korn prallt. Somit ist das Verstopfungsrisiko der Sieblöcher durch Körner, die in diesen stecken bleiben könnten, minimal. Ferner wird auch eine Verstopfung der Sieböffnungen durch Feinstkorn (kleiner 0,5mm), das sich zunehmend am Rand der Sieblöcher ablagert und von dort wachsend schlimmstenfalls das ganze Siebloch schließt, infolge der möglichen Verformung des Sieblochrandes durch die Bewegung der gröberen Körner verhindert. Die elastischen Siebmatten bewirken insoweit einen Selbstreinigungseffekt.
  • Ein besonders hoher Ertrag an Bodenbaustoff wird erreicht, wenn die Einzelsiebe eine Sieblochung mit länglichen Sieblöchern aufweisen, die parallel zur Arbeitsrichtung orientiert sind. Vorzugsweise sind die Sieblöcher als Langlöcher ausgebildet, d.h. sie besitzen keine Innenecken. Dies hat den Vorteil, dass sie sich weniger mit Feinstkorn zusetzen und leichter gereinigt werden können, insbesondere im Rahmen des vorgenannten Selbstreinigungseffekts.
  • Ideal für ein gutes Siebergebnis ist es ferner, wenn die Schwingung der Siebfläche durch eine vertikale auf und ab Bewegung erreicht wird. Dies bewirkt allgemein betrachtet ein Hüpfen des Inputmaterials auf der Siebfläche. Genauer betrachtet, wird dadurch erreicht, dass die gröberen Körner im Inputmaterial immer wieder auf die Siebfläche schlagen, wodurch
    1. 1. die zweite Kornfraktion von den gröberen Körnern abgeschüttelt wird, was den Ertrag an Bodenbaustoff erhöht,
    2. 2. die gröberen Körner solche Körner, die Sieblöcher verstopfen, dort hindurch stoßen, sowie Feinstkornablagerungen an den Sieblöchern entfernen, und
    3. 3. die Körner der zweiten Kornfraktion mit den gröberen Körnern kollidieren und von diesen in Richtung der Sieblöcher geschleudert werden, wo sie dann entsprechend hindurchfallen.
  • Es ist des Weiteren von Vorteil, wenn die vertikale auf und ab Bewegung entlang einer elliptischen Bahn erfolgt. Hierdurch erhält das Inputmaterial auf der Siebfläche gleichzeitig eine Bewegungskomponente in Richtung der Arbeitsrichtung und wird somit auf der Siebfläche vorwärts transportiert.
  • Je nach gewünschter Siebfläche kann die Siebmaschine mehr oder weniger Einzelsiebe aufweisen, insbesondere zwischen 15 und 25 Einzelsiebe. Die Anzahl an Einzelsieben hängt von der Siebmaschinengröße ab. Werden rein beispielhaft 21 Einzelsiebe eingesetzt, ergibt sich z.B. bei einer Länge von 3m und einer Breite von ca. 30cm der Einzelsiebe eine Fläche von 18,9m2. Selbstverständlich könnte auch beispielsweise nur die Hälfte an Einzelsieben mit einer doppelten Breite verwendet werden, um dieselbe Siebfläche zu erreichen. Die Verwendung einer vergleichsweise geringen Breite von z.B. 30cm ist jedoch von Vorteil, um die Siebfläche möglichst variantenreich mit Einzelsieben unterschiedlicher Lochungen ausstatten zu können.
  • Erfindungsgemäß umfasst die Siebfläche wenigstens einen ersten Siebbereich mit einer ersten Lochung oder Maschenweite und einen in Arbeitsrichtung dahinterliegenden zweiten Siebbereich mit einer zweiten Lochung oder Maschenweite. Innerhalb eines Siebbereichs liegt somit eine einheitliche Lochung vor bzw. liegen Sieblöcher einheitlicher Größe vor. In einer Ausführungsvariante können auch drei oder mehr derartiger Siebbereiche hintereinanderliegen.
  • Um die genannten Siebbereiche zu bilden, können die Einzelsiebe jeweils eine einheitliche Lochung aufweisen und je einer Gruppe angehören, von denen wenigstens eine erste Gruppe eine erste Lochung und eine zweite Gruppe eine zweite Lochung aufweist, wobei die zweite Lochung in wenigstens einer Erstreckungsrichtung der Sieblöcher kleiner als die erste Lochung ist. Die Einzelsiebe der ersten Gruppe können dann den ersten Siebbereich und die Einzelsiebe der zweiten Gruppe den zweiten Siebbereich bilden. Die Siebe einer Gruppe sind immer gleich.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung gehören die Einzelsiebe einer von drei Gruppen an, die jeweils eine erste, zweite und dritte Lochung haben, wobei die zweite Lochung in wenigstens einer Erstreckungsrichtung der Sieblöcher kleiner als die erste Lochung und die dritte Lochung in wenigstens einer Erstreckungsrichtung der Sieblöcher kleiner als die zweite Lochung ist. Die Einzelsiebe der ersten Gruppe können dann den ersten Siebbereich, die Einzelsiebe der zweiten Gruppe den zweiten Siebbereich und die Einzelsiebe der dritten Gruppe einen dritten Siebbereich bilden, der in Arbeitsrichtung hinter dem zweiten Siebbereich folgt.
  • Empirische Untersuchungen bei einer Siebmaschine mit drei Siebbereichen haben gezeigt, dass ein besonders hoher Sieberfolg dann vorliegt, wenn
    • die erste Lochung Sieblöcher mit einer Lochabmessung von 5x25mm,
    • die zweite Lochung Sieblöcher mit einer Lochabmessung von 3x20mm, und
    • die dritte Lochung Sieblöcher mit einer Lochabmessung von 3×10mm aufweist. Allerdings sind auch Lochungen mit anderen Lochabmessungen möglich. Besitzt die Siebmaschine nur zwei Siebbereiche, können diese durch Einzelsiebe der ersten und zweiten Lochung gebildet sein.
  • Für den vorgenannten Fall können z.B. vier Einzelsiebe mit der ersten Lochung, fünfzehn Einzelsiebe mit der zweiten Lochung und zwei Einzelsiebe mit der dritten Lochung die Siebfläche bilden. Allerdings kann die Anzahl der Einzelsiebe auch anders sein.
  • Es wurde ferner erkannt, dass die Wahl der Lochung bzw. der Lochungsfolge für die einzelnen Siebbereiche in Abhängigkeit der Feuchtigkeit des Inputmaterials erfolgen sollte, um einen hohen Ertrag an Bodenbaustoff zu erhalten. So eignet sich die vorstehend genannte Folge von Lochungen bzw. Einzelsieben zum Absieben der zweiten Kornfraktion bevorzugt bei vergleichsweise trockenem Inputmaterial. Demgegenüber kann bei feuchterem Inputmaterial eine andere Folge von Lochungen verwendet werden. Insbesondere sollte mit zunehmender Feuchte des Inputmaterials eine größere Lochung und bei trockenem Inputmaterial eine kleinere Lochung verwendet werden.
  • Als vergleichsweise trockenes Inputmaterial können Böden mit einer relativen Feuchtigkeit (Haftfeuchte) bzw. der Wasseranteil unter 8% betrachtet werden, wobei vergleichsweise feuchtes Inputmaterial eine höhere Feuchtigkeit als 8% Wasseranteil besitzt. Beispielsweise liegt die relative Feuchtigkeit bei vergleichsweise trockenen Böden, die im Sommer das Inputmaterial bilden, zwischen 6% und 7%, insbesondere bei ca. 6,6%. Demgegenüber liegt die relative Feuchtigkeit bei Böden, die im Winter das Inputmaterial bilden überwiegend zwischen 10% und 15%, beispielsweise bei 13,8% Wasseranteil. Selbstverständlich darf das Inputmaterial nicht nass sein, weshalb seine Lagerung überdacht erfolgen sollte.
  • Es kann deshalb vorgesehen sein, dass die Feuchtigkeit des Inputmaterials oder eine davon abhängige Größe wie beispielsweise die elektrische Leitfähigkeit bestimmt wird und die Lochungen respektive die Einzelsiebe in Abhängigkeit der Feuchtigkeit bzw. der davon abhängigen Größe ausgewählt und verwendet werden, wobei bei einer höheren Feuchtigkeit eine im Wesentlichen größere Lochung bzw. Einzelsiebe mit einer im Wesentlichen größeren Lochung, und bei einer geringeren Feuchtigkeit eine im Wesentlichen kleinere Lochung bzw. Einzelsiebe mit einer im Wesentlichen kleineren Lochung verwendet werden. In diesem Zusammenhang beziehen sich die Angaben "kleinere Lochung" und "größere Lochung" auf die Querschnittsfläche der Sieblöcher. Der Erkenntnisgewinn, bei trockenerem Inputmaterial eine kleinere Sieblochquerschnittsfläche zu verwenden, als bei feuchterem Inputmaterial, ist darin begründet, dass die zweite Kornfraktion bei feuchterem Inputmaterial die effektive Querschnittsfläche der Lochung verringert. Diesem Phänomen wird durch Sieblöcher mit einer größeren Querschnittsfläche entgegengewirkt.
  • Ist das Inputmaterial feuchter, kann somit eine andere Folge von Lochungen verwendet werden, insbesondere Lochungen, die im Wesentlichen größere Lochabmessungen bzw. Lochquerschnittsflächen haben. Beispielsweise kann in diesem Fall
    • die erste Lochung Sieblöcher mit einer Lochabmessung von 7x25mm,
    • die zweite Lochung Sieblöcher mit einer Lochabmessung von 5x25mm, und
    • die dritte Lochung Sieblöcher mit einer Lochabmessung von 2x20mm aufweisen. Allerdings sind auch hier Lochungen mit anderen Lochabmessungen möglich.
  • Für den vorgenannten Fall feuchteren Inputmaterials können z.B. zehn Einzelsiebe mit der ersten Lochung, fünf Einzelsiebe mit der zweiten Lochung und sechs Einzelsiebe mit der dritten Lochung die Siebfläche bilden. Allerdings kann die Anzahl der Einzelsiebe auch hier anders sein.
  • In einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Anlage eine erste Siebmaschine und eine zweite Siebmaschine aufweist, denen das Inputmaterial wahlweise zuleitbar ist, wobei die erste Siebmaschine für trockeneres und die zweite Siebmaschine für feuchteres Inputmaterial zuständig ist. So kann die Feuchtigkeit oder eine davon abhängige Größe bestimmt und in Abhängigkeit der ermittelten Feuchtigkeit oder Größe die erste oder zweite Siebmaschine beschickt werden. Die erste und zweite Siebmaschine können dabei jeweils eine Siebfläche mit wenigstens einer ersten und zweiten Lochung aufweisen, wobei die Sieblöcher der ersten und zweiten Lochung der Siebfläche der ersten Siebmaschine eine im Wesentlichen größere Querschnittsfläche aufweisen, als die Sieblöcher der ersten und zweiten Lochung der Siebfläche der zweiten Siebmaschine. Rein beispielhaft kann die erste Siebmaschine die zuerst genannte Lochungsreihenfolge (5x25, 3x20, 3x10), und die zweite Siebmaschine die zuletzt genannte Lochungsreihenfolge (7x25, 5x25, 2x20) aufweisen.
  • Die Zuleitung des Inputmaterials zur jeweiligen Siebmaschine kann über eine gemeinsame Transporteinrichtung erfolgen, die beispielsweise zwischen der ersten und zweiten Siebmaschine schwenkbar ist und je nach Inputmaterial bzw. in Abhängigkeit dessen Feuchtigkeit ausgerichtet wird. Alternativ kann die Zuleitung des Inputmaterials zur jeweiligen Siebmaschine durch je eine der entsprechenden Siebmaschine zugeordnete Transporteinrichtung erfolgen, die entweder nur die erste oder nur die zweite Siebmaschine beliefert und wahlweise je nach Inputmaterial bzw. in Abhängigkeit dessen Feuchtigkeit von dem Bunker aus beschickt wird.
  • Wie zuvor erläutert, besteht die Möglichkeit, dass das Inputmaterial eine zu hohe Feuchtigkeit aufweist, um es verarbeiten zu können. Dies kann beispielsweise bei Böden der Fall sein, die im Winter das Inputmaterial bilden. Ein hinreichender Sieberfolg ist dann nicht gewährleistet. In diesem Fall kann dem Inputmaterial Kalk, insbesondere unhydrierter Kalk (Calciumoxid CaO) hinzugegeben werden, der die Feuchtigkeit bindet. Es kann deshalb vorgesehen werden, dass die Feuchtigkeit des Inputmaterials bestimmt und diesem in Abhängigkeit der Feuchtigkeit Kalk, insbesondere Weißfeinkalk zugegeben wird. Dies kann in einer Ausführungsvariante derart erfolgen, dass oberhalb eines bestimmten Feuchtigkeitsgrenzwerts, der beispielsweise zwischen 8% und 12% liegen kann, ein definierter Gewichtsanteil an Kalk hinzugegeben wird, z.B. 1%. Bei einem Inputmaterial mit einer relativen Feuchtigkeit von 13,8% kann durch Zugabe von 1% Kalk die relative Feuchtigkeit auf 11,24% reduziert werden. 2% (Gewichtsprozent) Kalk würden die Feuchtigkeit weiter reduzieren. Alternativ kann die Menge an zugegebenem Kalk in Abhängigkeit der Feuchtigkeit stufenweise oder linear variieren, beispielsweise zwischen 1% Kalk ab 8% Feuchtigkeit und 5% ab einer Feuchtigkeit von 20%.
  • Die Zugabe von Kalk kann im einfachsten Fall dadurch erfolgen, dass mit dem Kalk gefüllter, sogenannter "Big Bag" über einem Schütthaufen von Inputmaterial entleert wird und der Kalk anschließend mittels einer Siebschaufel, einem Schaufelseparator oder einem Sieblöffel eines Baggers untergemischt wird. Ebenfalls möglich ist es, den Bunker mit einem Rührwerk, beispielsweise einer sich drehenden Schaufel auszustatten, die die Mischung des Inputmaterials mit dem Kalk bewirkt.
  • Vorzugsweise beträgt die Zugabe von Kalk maximal 5% der Masse an Inputmaterial. Denn ab einem Kalkgehalt von mehr als 5% nimmt die Festigkeit des Betons ab, was nicht erwünscht ist. Es ist deshalb bevorzugt, zunächst mit einer geringen Kalkzugabe von beispielsweise 1% zu arbeiten. Ist der Gewinn an Bodenbaustoff zu gering, kann der Siebvorgang wiederholt werden, indem der ersten Kornfraktion erneut z.B. 1% Kalk zugegeben, durchmischt und der Siebmaschine zugeführt wird.
  • Bei der Durchmischung des mit Kalk versetzten Inputmaterials wird dieses gleichzeitig belüftet. Anschließend sollte das Inputmaterial ruhen, vorzugsweise mindestens 4 Stunden. Belüftung und Ruhen sind von besonderer Bedeutung, damit der Kalk (CaO) die Feuchtigkeit (H2O) im Inputmaterial binden und zu Calciumhydroxid (Ca(OH)2) sowie mit dem Kohlendioxid (CO2) in der Luft zu Calciumcarbonat (CaCO3) reagieren kann. Dies hemmt die puzzolanische Reaktion, durch die der Bodenbaustoff mit der Zeit erhärten würde und sich sein Einsatzbereich somit einschränkt. Ein Erhärten ist beispielsweise nachteilig, wenn der Bodenbaustoff zum Einbetten elektrischer Kabel verwendet wird, weil er in diesem Fall die Abwärme des Kabels schlechter aufnehmen kann, mit anderen Worten das Kabel thermisch isoliert, was zu einer lokalen Überhitzung des Kabels führen könnte.
  • Beispielsweise kann die Zugabe von Kalk in Form eines Bindemittels erfolgen, dessen Anteil an Weißfeinkalk jedoch mindestens 70 % betragen sollte. Als Bindemittel kann Dorosol© verwendet werden.
  • In einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Feuchtigkeit der zweiten Kornfraktion bzw. des Bodenbaustoffs bestimmt und in Abhängigkeit der Feuchtigkeit die Menge an der Siebmaschine zugeführtem Inputmaterial pro Zeit angepasst wird. Insbesondere kann die Menge an zuzuführendem Inputmaterial pro Zeit für die Verarbeitung feuchteren Inputmaterials reduziert und für die Verarbeitung trockenerem Inputmaterials erhöht werden.
  • Um die Feuchtigkeit zu bestimmen, kann in einer Ausführungsvariante die elektrische Leitfähigkeit oder der elektrische Widerstand des Inputmaterials gemessen und daraus die Feuchtigkeit bestimmt werden. Beispielsweise können im Bunker Elektroden verbaut sein, die zu Beginn des Verfahrens und/ oder kontinuierlich die elektrische Leitfähigkeit oder den elektrischen Widerstand des Inputmaterials messen und an die Anlagensteuerung melden. Diese kann dann in Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit oder des elektrischen Widerstands die Menge an Inputmaterial, das der Siebmaschine zugeführt wird, erhöhen oder reduzieren, beispielsweise indem die Fördergeschwindigkeit der Transporteinrichtung entsprechend eingestellt wird.
  • Es ist ferner von Vorteil, wenn der gewonnene Bodenbaustoff bzw. die abgesiebte zweite Kornfraktion auf einen Schüttkegel geworfen und beobachtet wird, ob sich um den Schüttkegel herum an dessen Fuß zunehmend ein Kranz gröberer Körner bildet, d.h. Körner mit einer Korngröße größer als 2mm. Dies beeinträchtigt die Homogenität des gewonnenen Bodenbaustoffs, und ist das Ergebnis einer zu großen Menge an Inputmaterial auf dem ersten Siebbereich der Siebmaschine, wodurch anstelle der gewünschten feinen Körner der zweiten Kornfraktion viele gröbere Körner durch die Löcher oder Maschen des ersten Siebbereichs hindurch fallen oder hindurchgedrückt werden. Dies kann verhindert werden, indem die der Siebmaschine zugeführte Menge an Inputmaterial pro Zeit reduziert wird, wenn sich zunehmend ein Kranz gröberer Körner am Fuße des Schüttkegels bildet.
  • Des Weiteren wird gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung die Verwendung des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Bodenbaustoffs zur Herstellung von Beton oder Asphalt vorgeschlagen.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispiele und der beigefügten Figuren näher erläutert. Bei den Figuren behalten identische oder funktionsgleiche Elemente von Figur zu Figur dasselbe Bezugszeichen.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung die Begriffe "aufweisen", "umfassen" oder "beinhalten" keinesfalls das Vorhandensein weiterer Merkmale ausschließen. Ferner schließt die Verwendung des unbestimmten Artikels bei einem Gegenstand nicht dessen Plural aus.
  • Es zeigen:
    • Figur 1:
    Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Siebanlage zur Gewinnung des sandartigen Bodenbaustoffs
    Figur 2:
    Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Siebmaschine
    Figur 3:
    Tabelle mit Angaben zu Siebfolgen
    Figur 4:
    Diagramm zur Darstellung der Kalkzugabe in Abhängigkeit der Feuchte
    Figur 5:
    Diagramm zur Darstellung der Bandgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Feuchte
  • Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Siebanlage 1 zur Gewinnung eines sandartigen Bodenbaustoffs 3, nachfolgend Sandersatz 3 genannt, für die Beton- oder Asphaltherstellung aus einem Inputmaterial 2 in Form von Bodenaushub. Die Anlage 1 umfasst im Wesentlichen einen Bunker 4 zur Aufnahme von Inputmaterial 2, eine erste Siebstufe 8 in Gestalt eines Grobabscheiders 8 und eine zweite Siebstufe 9 in Gestalt einer Siebmaschine 9, die in Transportrichtung des Inputmaterials 2 hinter dem Grobabscheider 8 liegt.
  • Der Grobabscheider 8 dient zur Abscheidung eines Überkorns 13, insbesondere mit einer Korngröße größer als 45mm, vor der Zuführung des Inputmaterials 2 zur Siebmaschine 9. Am Grobabscheider 8 wird somit eine übergroße Kornfraktion aus dem Inputmaterial 2 entfernt, die zu einer Beschädigung der Siebelemente innerhalb der Siebmaschine 9 führen kann. Das Überkorn 13 wird auf einem Schüttkegel aufgehäuft, z.B. über eine hier nicht dargestellte Transporteinrichtung, und der vom Überkorn 13 bereinigte Rest des Inputmaterials 2, nachfolgend Fraktion 14 genannt, wird der Siebmaschine zugeführt. Das Überkorn 13 kann einer anderen Verwertung zugeführt werden.
  • Die Siebmaschine 9 dient zur Auftrennung der genannten Fraktion 14 in eine erste Kornfraktion 12 und eine zweite Kornfraktion 3. Letztere ist der zu gewinnende Sandersatz 3, der eine Korngröße von im Wesentlichen 0 bis 2mm besitzt und deshalb auch als Feinkorn bezeichnet werden kann. Die erste Kornfraktion 12 hat demgegenüber im Idealfall eine Korngröße zwischen 2 und 45 mm. In der Praxis ist es jedoch nicht möglich, 100% der ersten Kornfraktion 12 von der Fraktion 14 des Inputmaterials 2 abzusieben, so dass in der ersten Kornfraktion 12 immer auch ein mehr oder weniger großer Anteil der zweiten Kornfraktion 3 vorhanden ist. Je geringer dieser Anteil ist, desto höher ist der Ertrag der Siebanlage bzw. der Sieberfolg. Die erste Kornfraktion 12 und die zweite Kornfraktion 3 werden jeweils auf einem Schüttkegel aufgehäuft.
  • Die Förderung des Inputmaterials 2 vom Bunker 4 zum Grobabscheider 8 erfolgt kontinuierlich über eine erste Transporteinrichtung 5.1, 5.2, die in der Ausführungsvariante gemäß Figur 1 aus einem ersten Abschnitt 5.1 und einem zweiten Abschnitt 5.2 besteht. Die Transporteinrichtungen der Anlage 1 können grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein. In der Ausführungsvariante gemäß Figur 1 sind sie als laufendes Transportband realisiert. Sie können alternativ auch durch eine rotierende Transportschnecke gebildet sein. Ferner kann es auch die Kombination aus Transportband und Transportschnecke geben.
  • Der erste Abschnitt 5.1 der ersten Transporteinrichtung ist in seiner Fördergeschwindigkeit einstellbar insbesondere geregelt, um die Menge an Inputmaterial 2, die pro Zeit verarbeitet wird bzw. zur Siebmaschine 9 transportiert wird, einzustellen. Hierzu ist dem ersten Abschnitt 5.1 ein Motor M zugeordnet, der von einer Anlagensteuerung 15 angesteuert wird, um dessen Drehzahl, mithin die Fördergeschwindigkeit der ersten Transporteinrichtung 5.1, 5.2 einzustellen. Der zweite Abschnitt 5.2 der ersten Transporteinrichtung wird demgegenüber mit einer festen Geschwindigkeit betrieben. Es ist möglich, dass alle oder nur einen Teil der Transporteinrichtungen der Siebanlage 1in ihrer Geschwindigkeit einstellbar sind.
  • Eine zweite Transporteinrichtung 6, bzw. zweites Transportband, fördert die von Überkorn 13 befreite Restfraktion 14 des Inputmaterials 2, die der Grobabscheider 8 ausgibt, kontinuierlich zur Siebmaschine 9. Und eine dritte Transporteinrichtung 7, bzw. ein drittes Transportband, fördert die von der Restfraktion 14 abgesiebte zweite Kornfraktion 3, die die Siebmaschine 9 ausgibt, kontinuierlich zu einem Schüttkegel.
  • Dem ersten Abschnitt 5.1 der ersten Transporteinrichtung und der dritten Transporteinrichtung 7 ist jeweils eine Waage 10, 11 zugeordnet, um das Gewicht des jeweils geförderten Schüttguts zu bestimmen. Dies kann im laufenden Betrieb erfolgen, wobei die Gewichtswerte zu jedem Zeitpunkt vorliegen und zu integrieren bzw. aufzusummieren sind, um die nach einer bestimmten Zeit insgesamt geförderte Menge an Material zu ermitteln. Die Messwerte der Wagen 10, 11 sind der Anlagensteuerung 15 zugeführt, welche diese auswerten, insbesondere ins Verhältnis setzen kann.
  • Wie Figur 2 genauer darstellt, weist die Siebmaschine 9 eine in eine Arbeitsrichtung 18 zumindest abschnittsweise abwärts gerichtete Siebfläche 19 auf, die im Betrieb schwingt. Die Siebfläche 19 besteht in dieser Ausführungsvariante aus einem ersten Siebbereich 19a mit einer ersten Lochung, einem in Arbeitsrichtung 18 dahinterliegenden zweiten Siebbereich 19b mit einer zweiten Lochung und einem in Arbeitsrichtung 18 wiederum dahinterliegenden dritten Siebbereich 19c mit einer dritten Lochung. Jede der Lochungen wird durch jeweils eine Anordnung einer Vielzahl an Sieblöchern mit bestimmten Abmessungen gebildet. Die Lochung des zweiten Siebbereichs 19b besteht aus Sieblöchern 17b, die in wenigstens eine Richtung eine geringere Abmessung haben, als die Sieblöcher 17a der ersten Lochung. Ferner besteht die Lochung des dritten Siebbereichs 19c aus Sieblöchern 17c, die in wenigstens eine Richtung eine geringere Abmessung haben, als die Sieblöcher 17b der zweiten Lochung. Mit anderen Worten wird die Lochung von Siebbereich zu Siebbereich allmählich kleiner.
  • Die Sieblöcher 17a, 17b, 17c haben die Gestalt von Langlöchern, deren Längsachse parallel zur Arbeitsrichtung 18 orientiert ist. Die Abmessungen dieser Langlöcher beziehen sich auf die Länge ihrer Längsachse sowie ihre Breite. In Figur 2 sind die Sieblöcher hinsichtlich ihrer Form, Größe und Anordnung nur exemplarisch und nur im linken Teil der Siebfläche 19 dargestellt. Entsprechende Sieblöcher 17a, 17b, 17c befinden sich selbstverständlich auch im rechten Teil der Siebfläche 19, mithin auf der gesamten Siebfläche 19. Die Anordnung der Sieblöcher 17a, 17b, 17c ist symmetrisch in Reihen.
  • Die Siebfläche 19 ist insgesamt leicht konkav gebogen. Sie ist schwingend gelagert und besteht aus einer Anzahl von beispielsweise 21 einzelnen länglichen, schmalen Siebelementen, nachfolgend Einzelsiebe 16a, 16b, 16c genannt. Die Einzelsiebe 16a, 16b, 16c sind ca. 3m lang und ca. 25-30cm breit. Sie liegen mit ihrer Längsseite unmittelbar aneinander, so dass ihre Querrichtung, d.h. die Richtung ihrer Breite der Arbeitsrichtung 18 entspricht. Die Einzelsiebe 16a, 16b, 16c sind elastische Siebmatten aus elastomerem Polyurethan.
  • Die Lochung der Einzelsiebe 16a, 16b, 16c bildet die Lochung des entsprechenden Siebbereichs 19a, 19b, 19c. Die Einzelsiebe 16a, 16b, 16c gehören somit einer von drei Gruppen an, die jeweils eine erste, zweite und dritte Lochung haben, wobei die zweite Lochung in wenigstens einer Erstreckungsrichtung der Sieblöcher 17b kleiner als die erste Lochung und die dritte Lochung in wenigstens einer Erstreckungsrichtung der Sieblöcher 17c kleiner als die zweite Lochung ist. Dabei bilden die Einzelsiebe 16a der ersten Gruppe den ersten Siebbereich 19a, die Einzelsiebe 16b der zweiten Gruppe den zweiten Siebbereich 19b und die Einzelsiebe 19c der dritten Gruppe den dritten Siebbereich 19c, der in Arbeitsrichtung 18 hinter dem zweiten Siebbereich 19b folgt, welcher wiederum hinter dem ersten Siebbereich 19a liegt. Mit anderen Worten besteht der erste Siebbereich 19a aus einer Anzahl von Einzelsieben 16a mit der ersten Lochung, der zweite Siebbereich 19b aus einer Anzahl von Einzelsieben 16b mit der zweiten Lochung und der dritte Siebbereich 19c aus einer Anzahl von Einzelsieben 16c mit der dritten Lochung.
  • In der Ausführungsvariante gemäß Figur 2 sind nicht alle Einzelsiebe 16a, 16b, 16c dargestellt. Rein exemplarisch bilden zehn Einzelsiebe 16a mit der ersten Lochung, fünf Einzelsiebe 16b mit der zweiten Lochung und sechs Einzelsiebe 16c mit der dritten Lochung die Siebfläche 19. Dabei weist die erste Lochung Sieblöcher 17a mit einer Lochabmessung von 5x25mm, die zweite Lochung Sieblöcher 17b mit einer Lochabmessung von 3x20mm und die dritte Lochung Sieblöcher 17c mit einer Lochabmessung von 3×10mm auf. Durch die Lochung und Anzahl der Einzelsiebe 16a, 16b, 16c wird somit eine spezifische Siebfolge definiert.
  • Eine andere Siebfolge der Siebmaschine 9 ist beispielsweise:
    • vier Einzelsiebe 16a mit der ersten Lochung, deren Sieblöcher 17a eine Lochabmessung von 7x25mm aufweisen;
    • fünfzehn Einzelsiebe 16b mit der zweiten Lochung, deren Sieblöcher 17b eine Lochabmessung von 5x25mm aufweisen;
    • zwei Einzelsiebe 16c mit der dritten Lochung, deren Sieblöcher 17c eine Lochabmessung von 2x20mm aufweisen.
  • Die Lochungen sind somit stets größer als die nominale Sandkorngröße 0-2mm. Denn es bilden sich am Lochrand Ablagerungen, so dass die effektive Lochung kleiner ist. Durch die Tatsache, dass auch Material größerer Körnung, d.h. 2-45mm auf der Siebfläche 19 liegt, werden diese Ablagerungen wieder abgetragen, so dass die Sieblöcher 16a, 16b, 16b nicht zuwachsen, sondern freibleiben.
  • Die beiden genannten Siebfolgen sind in der Tabelle gemäß Figur 3 angegeben. Untersuchungen haben gezeigt, dass die darin erstgenannte Siebfolge bei feuchterem Inputmaterial 2 und die andere Siebfolge bei vergleichsweise trockenem Inputmaterial geeignet ist, um einen vergleichsweise hohen Ertrag an Sandersatz 3 aus dem Inputmaterial 2 zu gewinnen. Die Leitfähigkeit des Inputmaterials 2 lässt sich leicht messtechnisch erfassen und ermöglicht eine Aussage zum Feuchtigkeitsgehalt und zur Salzkonzentration des Materials, da Wasser die im Boden befindlichen Ionen löst und deren Transport unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes ermöglicht.
  • Wie aus Figur 2 weiter ersichtlich ist, fallen die 0-2mm Körner der den Sandersatz bildenden zweiten Kornfraktion 3 in der Fraktion 14 des Inputmaterials 2 durch die Sieblöcher 17a, 17b, 17c und werden von einer dritten Transporteinrichtung 7 in Gestalt eines Transportbands von der Siebmaschine 9 weggebracht und auf einen Schüttkegel aufgeworfen. Die nicht durch die Sieblöcher 17a, 17b, 17c passenden größeren Körner mit Korngrößen zwischen 2 und 45mm sowie nicht abgesiebte 0 bis 2mm Körner werden in Arbeitsrichtung 18 transportiert und fallen am Ende der Siebfläche 19 von dieser herunter. Sie bilden die erste Kornfraktion 12 und werden von einer vierten Transporteinrichtung 7a in Gestalt eines Transportbands von der Siebmaschine 9 ebenfalls weggebracht und auf einen Schüttkegel aufgeworfen. Die erste Kornfraktion 12 kann ebenfalls einer gesonderten Verwendung zugeführt werden. Sinnvollerweise erfolgt die Lagerung der ersten Kornfraktion 12 und der zweiten Kornfraktion 3 an einem überdachten Ort, um sie gegen Regen und Nässe zu schützen.
  • Falls das Siebergebnis nicht zufriedenstellend ausfällt, d.h. der prozentuale Anteil der gewonnenen zweiten Kornfraktion 3 (0-2mm) im Verhältnis zum Inputmaterial 2 oder zur ersten Kornfraktion 12 zu gering ist, beispielsweise weniger als 30% beträgt, kann der Siebvorgang wiederholt werden, indem die erste Kornfraktion 12 zurück in den Bunker 4 gegeben und erneut der Siebmaschine 9 zugeführt wird. Dabei kann auch der Durchsatz der Siebmaschine 9, respektive die der Siebmaschine 9 zugeführte Menge an Inputmaterial 2 pro Zeit, verringert werden, indem die Geschwindigkeit VBand des ersten Abschnitts der ersten Transporteinrichtung 5.1 verringert wird. Wie Figur 1 veranschaulicht, kann das besagte Verhältnis (Kornverhältnis) der Anlagensteuerung 15 zugeführt werden, die dann die entsprechende Geschwindigkeitsanpassung vornimmt.
  • Als Siebmaschine 9 kann beispielsweise eine Spannwellensiebmaschine verwendet werden, wie sie in der internationalen Anmeldung WO 2007/060155 A1 beschrieben ist. Bei einer Breite von 6m können bei einem solchen Modell zwei der zuvor beschriebenen Einzelsiebe 16a, 16b, 16c jeweils paarweise an ihrem kopfseitigen Ende aneinandergelegt werden, um die Siebfläche 19 zu bilden. Diese Siebmaschine 9 besteht aus einem einzigen Siebdeck und kann über eine 10°-18° abwärts geneigte Siebfläche 19 verfügen, die bananenförmig (konkav) gebogen ist. Die Schwingung der Siebfläche 19 ist bevorzugt vertikal entlang einer elliptischen Bahn mit einer Frequenz von beispielsweise 800 min-1. Die Erregung dieser Frequenz kann durch einen Wellenantrieb mit Einfachunwucht erfolgen. Somit bildet die Siebfläche 19 einen Freischwinger mit Kreisamplitude und einer durch Resonanz erregten, überlagerten Ellipsenamplitude.
  • Das Inputmaterial 2 ist Bodenaushub von Gruben oder Deponien mit einem nicht organischen, mineralischen, steinigen, sandigen oder lehmigen und nicht kontaminierten Boden. Es kann vor der Beschickung des Bunkers 4 zu einem Schüttkegel aufgehäuft werden, von dem aus der Bunker 4 dann beschickt wird.
  • Da der Sieberfolg, d.h. die gewinnbare Menge an 0-2mm Kornfraktion 3 vom Inputmaterial 2 wesentlich von der Feuchtigkeit des Inputmaterials 2 und der Luftfeuchtigkeit abhängt, kann das Inputmaterial 2 einer Vorverarbeitung unterzogen werden. Eine solche Vorverarbeitung ist auch dann anzuraten, wenn der Ertrag an Sandersatz 3, d.h. der prozentuale Anteil der zweiten Kornfraktion 3 (0-2mm) bezogen auf die Menge an Inputmaterial 2 oder bezogen auf die erste Kornfraktion 12 zu gering ist.
  • Dies erfolgt in Gestalt einer dosierten Zugabe von unhydriertem Kalk, insbesondere Weißfeinkalk, oder eines Kalk-Zement-Mischbinders wie DOROSOL® C, wobei die Menge an Kalk zwischen 0,5% und 5% der Menge des Inputmaterials beträgt und die obere Grenze von 5% nicht überschreiten darf. Dies veranschaulicht Figur 4. Kalk wird somit in Abhängigkeit der Feuchte zugegeben. DOROSOL® C besteht aus Weißfeinkalk (EN 459), Portlandzementklinker (EN 197) und Füllern. Der Anteil an Weißfeinkalk im Bindemittel sollte etwa 70% betragen.
  • Die Kalkzugabe kann in Form von sogenannten BigBags erfolgen, die auf dem Schüttkegel entleert und mittels eines Schaufel-Radladers untergemischt werden. Es ist allerdings auch möglich, den Bunker 4 mit einer steuerbaren Einrichtung zur dosierbaren Zugabe des Kalks sowie mit einem Mischwerk auszustatten, z.B. einer drehenden Schaufel.
  • Für eine Bewertung des Langzeitverhaltens des Inputmaterials 2 kann nach der Kalkzugabe eine Prüfung seines pH-Wertes durchgeführt werden. Liegt ein pH-Wert kleiner 11 vor, so besteht die Gewähr, dass kein ungebundenes beziehungsweise kein reaktionsfähiges Calciumhydroxid mehr im Inputmaterial 2 vorhanden ist. Dadurch ist keine puzzolanische Reaktion mehr möglich und das Inputmaterial 2 bleibt grabfähig und streufähig.
  • Infolge der Kalkzugabe entsteht im Inputmaterial 2 in geringen Mengen Calciumhydroxid. Um dieses zu neutralisieren, ist es sinnvoll, das Inputmaterial vor oder nach der Kalkzugabe gut zu belüften. Dadurch reagiert das Calciumhydroxid mit dem Kohlendioxid (CO2) der Luft, indem das Calciumhydroxid kationisiert und dadurch inaktiv wird. Die Reaktionszeit beträgt mindestens 4 Stunden.
  • Kalkhydrat + Wasser + Kohlendioxid > Kalziumkarbonat + Wasser

             Ca(OH)2 + H20 + C02 > CaC03 + H20

  • Um diese Belüftung zu erreichen, kann das Inputmaterial im einfachsten Fall mit einem sogenannten Schaufel-Separator, wie er als Sonderausrüstung für Hydraulikbagger oder Schaufel-Radlader erhältlich ist, oder mit ähnlichen Sonderausrüstungen aufbereitet werden, durch die ein hoher Aufschluss des Inputmaterials 2 beim Mischen erreicht wird. Dieser Effekt kann auch durch stationäre, mobil oder semimobil aufgebaute Vorrichtungen, die entsprechend ausgelegt sind, wie zum Beispiel sogenannte Scheiben-Separatoren nach dem Scheibe-in-Scheibe-Prinzip oder vergleichbare mechanische Vorrichtungen erreicht werden. Das Ineinandergreifen der Scheiben und Meißel schließt das Inputmaterial 2 bestmöglich auf, das anschließend mit dem Kalk vermischt und dieser im Inputmaterial vergleichmäßigt werden kann. Darüber hinaus können sich die Scheibenzwischenräume auch bei sehr feucht-bindigen bzw. pampigen Böden nie zusetzen, weil diese ständig von den jeweils gegenüberliegenden Scheiben freigeschnitten werden. Es ist ferner möglich, Luft von unten durch den Bunker 4 strömen zu lassen. Ist dann zusätzlich das Mischwerk in Betrieb, erfolgt ebenfalls eine gute Durchlüftung des Inputmaterials 2.
  • Mit der Karbonatisierung (Umwandlung des Kalkhydrats in Kalziumkarbonat) wird die puzzolanische Reaktion gewissermaßen gestoppt. Das ist immer der Fall, wenn der Anteil von ungebundenem Kalk so gering ist, dass keine Hydratphasen mehr gebildet werden können und die puzzolanische Reaktion nicht fortgesetzt werden kann.
  • Wie bereits angesprochen, ist eine Messgröße für die Qualität der Vorbereitung des Inputmaterials durch Kalkzugabe und Durchlüftung der pH-Wert, der infolge der Karbonatisierung sinkt. Dieser Nachweis für den Erfolg der Verbesserung des Inputmaterials kann auf einer Baustelle, bzw. am Aufstellort der Anlage, mit einer in Wasser gelösten Bodenprobe und Lackmus-Papier leicht erbracht werden.
  • Zusätzlich hat der Schaufelseparator auch eine Siebfunktion, damit die für die weitere Verwendung vorgeschriebenen Körnungen in Verbindung mit dem Mischvorgang erzeugt werden können. Diese Körnungen werden in Abhängigkeit der individuellen Scheibenabstände der Separatorwellen ermöglicht.
  • Sofern der Ertrag an Sandersatz 3, d.h. der prozentuale Anteil der zweiten Kornfraktion 3 (0-2mm) bezogen auf die Menge an Inputmaterial 2 oder bezogen auf die erste Kornfraktion 12 zu gering ist, nach der Vorverarbeitung des Inputmaterials 2 zu gering ist oder weiterhin zu gering ist, kann die Zugabe von Kalk samt anschließender Belüftung und Ruhenlassen des Inputmaterials 2 wiederholt werden.
  • Des Weiteren ist zu beachten, dass sich am Schüttkegel der zweiten Kornfraktion 3 kein Kranz gröberer Körner bildet. Ist dies der Fall, so muss die zugeführte Menge an Inputmaterial reduziert werden, also die Geschwindigkeit VBand des ersten Abschnitts 5.1 der ersten Transporteinrichtung 5 verringert werden. Ob ein solcher Kranz vorhanden ist, kann der Anlagensteuerung 15 mitgeteilt werden, siehe Figur 1, die daraufhin eine entsprechende Geschwindigkeitsänderung vornimmt. Zudem sollte stets ein Anteil von 1-2 % Feinkorn, d.h. der zweiten Kornfraktion 3 (0-2mm), im Mittelkorn, d.h. in der ersten Kornfraktion 12 verbleiben.
  • Ein weiterer Parameter für die Steuerung der Anlage 1 ist die Feuchtigkeit des Inputmaterials 2. Diese kann z.B. im Bunker 4 anhand der elektrischen Leitfähigkeit des Inputmaterials 2 ermittelt und der Anlagensteuerung 15 zugeführt werden. Je feuchter das Inputmaterial ist, desto langsamer muss die Anlage 1 laufen, was von der Anlagensteuerung 15 entsprechend eingestellt werden kann. Andernfalls wird zu wenig Sandersatz 3 gewonnen. Die tatsächliche Inputmenge pro Zeit bzw. Bandgeschwindigkeit VBand ist also eine Funktion seiner Feuchte (in %) und des Anteils an Feinkorn im Mittelkorn. Schematisch zeigt Figur 5 diesen Zusammenhang. Dabei beschreibt Kurve A den Fall, dass zu wenig Feinkorn im Mittelkorn und Kurve C, dass zu viel Feinkorn im Mittelkorn verbleibt. Kurve B beschreibt den optimalen Fall zwischen diesen genannten Grenzfällen.
  • Der erfindungsgemäß gewonnene Sandersatz 3 kann gelagert und anschließend für die Herstellung von Beton oder Asphalt verwendet werden. In speziellen Fällen, in denen besondere Anforderungen an die Festigkeit oder Reinheit des Sandersatzes 3 als Beton- oder Asphaltzuschlagsstoff gestellt werden, können Prüfwürfel aus Beton oder Asphalt hergestellt und im Labor untersucht werden.
  • Für eine hohe Qualität der Betonherstellung aus dem Sandersatz 3 ist weiterhin zu beachten, dass der Salzgehalt aller Zuschlagstoffe des Betons 0,4 % nicht überschreit. Damit darf der Salzgehalt im Sandanteil des Betons (typisch 25-30%) nicht mehr als 0,15 % betragen. Der Salzgehalt kann über eine Leitfähigkeitsmessung bestimmt werden. Der pH-Wert muss ferner kleiner 11 sein. Dieser kann einfach gemessen werden. Zudem kann über eine Zugabe von DOROSOL® der pH-Wert eingestellt werden. Schließlich ist auch zu beachten, dass der Staubanteil im Feinkorn kleiner 3 % sein muss.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehende Beschreibung lediglich beispielhaft zum Zwecke der Veranschaulichung gegeben ist und den Schutzbereich der Erfindung keineswegs einschränkt. Merkmale der Erfindung, die als "kann", "beispielhaft", "bevorzugt", "optional", "ideal", "vorteilhaft", "gegebenenfalls" oder "geeignet" angegeben sind, sind als rein fakultativ zu betrachten und schränken ebenfalls den Schutzbereich nicht ein, welcher ausschließlich durch die Ansprüche festgelegt ist. Soweit in der vorstehenden Beschreibung Elemente, Komponenten, Verfahrensschritte, Werte oder Informationen genannt sind, die bekannte, naheliegende oder vorhersehbare Äquivalente besitzen, werden diese Äquivalente von der Erfindung mit umfasst. Ebenso schließt die Erfindung jegliche Änderungen, Abwandlungen oder Modifikationen von Ausführungsbeispielen ein, die den Austausch, die Hinzunahme, die Änderung oder das Weglassen von Elementen, Komponenten, Verfahrensschritte, Werten oder Informationen zum Gegenstand haben, solange der erfindungsgemäße Grundgedanke erhalten bleibt, ungeachtet dessen, ob die Änderung, Abwandlung oder Modifikationen zu einer Verbesserung oder Verschlechterung einer Ausführungsform führt.
  • Obgleich die vorstehende Erfindungsbeschreibung eine Vielzahl körperlicher, unkörperlicher oder verfahrensgegenständlicher Merkmale in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) nennt, so können diese Merkmale auch isoliert von dem konkreten Ausführungsbeispiel verwendet werden, jedenfalls soweit sie nicht das zwingende Vorhandensein weiterer Merkmale erfordern. Umgekehrt können diese in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) genannten Merkmale beliebig miteinander sowie mit weiteren offenbarten oder nicht offenbarten Merkmalen von gezeigten oder nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kombiniert werden, jedenfalls soweit sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen oder zu technischen Unvereinbarkeiten führen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1. Anlage
    • 2. Inputmaterial
    • 3. Bodenbaustoff, zweite Kornfraktion, Feinkorn, Sandersatz
    • 4. Bunker, Einfülltrichter
    • 5. erste Transporteinrichtung, Transportband
    • 5.1 erster Abschnitt einer ersten Transporteinrichtung, Band
    • 5.2 zweiter Abschnitt der ersten Transporteinrichtung, Band
    • 6 zweite Transporteinrichtung, Transportband
    • 7 dritte Transporteinrichtung, Transportband
    • 7a vierte Transporteinrichtung, Transportband
    • 8 erste Siebstufe, Grobabscheider
    • 9 Siebmaschine
    • 10 Waage für Inputmaterial
    • 11 Waage für Bodenbaustoff
    • 12 erste Kornfraktion
    • 13 Überkorn
    • 14 Fraktion des Inputmaterials
    • 15 Anlagensteuerung
    • 16a Einzelsieb mit erster Lochung
    • 16b Einzelsieb mit zweiter Lochung
    • 16c Einzelsieb mit dritter Lochung
    • 17a Siebloch der ersten Lochung
    • 17b Siebloch der zweiten Lochung
    • 17c Siebloch der dritten Lochung
    • 18 Arbeitsrichtung
    • 19 Siebfläche
    • 19a erster Siebbereich
    • 19b zweiter Siebbereich
    • 19c dritter Siebbereich

Claims (16)

  1. Verfahren zur Gewinnung eines sandartigen Bodenbaustoffs (3) für die Betonoder Asphaltherstellung aus einem Inputmaterial (2) in Form von Bodenaushub, dadurch gekennzeichnet, dass das Inputmaterial (2) oder zumindest eine Fraktion (14) des Inputmaterials (2) einer Siebmaschine (9) zugeführt wird, die das Inputmaterial (2) oder die Fraktion (14) in eine erste Kornfraktion (12) und eine den Bodenbaustoff (3) bildende zweite Kornfraktion (3) mit einer Korngröße im Wesentlichen kleiner gleich 2mm auftrennt, indem das Inputmaterial (2) oder die Fraktion (14) in der Siebmaschine (9) über eine in eine Arbeitsrichtung (18) zumindest abschnittsweise abwärts gerichtete, schwingende Siebfläche (19) transportiert wird, die wenigstens einen ersten Siebbereich (19a) mit einer ersten Lochung oder Maschenweite, und einen in Arbeitsrichtung (18) dahinter liegenden zweiten Siebbereich (19b) mit einer zweiten Lochung oder Maschenweite umfasst, deren Löcher (17b) oder Maschen in wenigstens eine Richtung eine geringere Abmessung haben, als die Löcher (17a) oder Maschen der ersten Lochung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der Siebmaschine (9) zugeführte Menge an Inputmaterial (2) pro Zeit reduziert wird, wenn die Menge des insgesamt gewonnenen Bodenbaustoffs (3) im Verhältnis zur Menge des Inputmaterials (2) oder zur Menge der ersten Kornfraktion (12) unter einem Grenzwert von beispielsweise 50% liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der Siebmaschine (9) zuzuführende Menge an Inputmaterial (2) pro Zeit dadurch reduziert wird, dass die Fördergeschwindigkeit zumindest eines Abschnitts einer Transporteinrichtung (5) verringert wird, die die Siebmaschine (9) beschickt.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Zuführung des Inputmaterials (2) zur Siebmaschine (9) eine Abscheidung eines Überkorns (13) erfolgt, insbesondere mit einer Korngröße größer als 45mm.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung der Siebfläche durch eine vertikale auf und ab Bewegung erreicht wird, insbesondere entlang einer elliptischen Bahn.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuchtigkeit des Inputmaterials (2) oder eine davon abhängige Größe bestimmt und die Lochungen des wenigstens einen und zweiten Siebbereichs (19a, 19b, 19c) in Abhängigkeit der Feuchtigkeit oder der davon abhängigen Größe ausgewählt und verwendet werden, wobei bei einer höheren Feuchtigkeit eine im Wesentlichen größere Lochung und bei einer geringeren Feuchtigkeit eine im Wesentlichen kleinere Lochung verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuchtigkeit des Inputmaterials (2) bestimmt und diesem in Abhängigkeit der Feuchtigkeit Kalk, insbesondere Weißfeinkalk zugegeben wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe von Kalk maximal 5 Gewichtsprozente des Inputmaterials (2) beträgt.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuchtigkeit der zweiten Kornfraktion (3) bestimmt und in Abhängigkeit der Feuchtigkeit die Menge an der Siebmaschine (9) zugeführtem Inputmaterial (2) pro Zeit angepasst wird.
  10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitfähigkeit des Inputmaterials (2) gemessen wird und daraus die Feuchtigkeit bestimmt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kornfraktion (3) auf einen Schüttkegel geworfen wird und die der Siebmaschine (9) zugeführte Menge an Inputmaterial (2) pro Zeit reduziert wird, wenn sich zunehmend ein Kranz gröberer Körner am Fuße des Schüttkegels bildet.
  12. Anlage (1) zur Gewinnung eines sandartigen Bodenbaustoffs (3) für die Betonoder Asphaltherstellung aus einem Inputmaterial (2) in Form von Bodenaushub, gekennzeichnet durch
    - einen Bunker (4) zur Aufnahme von Inputmaterial (2),
    - eine Siebmaschine (9) zur Auftrennung des Inputmaterials (2) oder zumindest eine Fraktion (14) des Inputmaterials (2) in eine erste Kornfraktion (12) und eine den Bodenbaustoff (3) bildende zweite Kornfraktion (3) mit einer Korngröße von im Wesentlichen kleiner gleich 2mm,
    - eine Transporteinrichtung (5) zur Förderung des Inputmaterials (2) oder der Fraktion (14) vom Bunker (4) zur Siebmaschine (9),
    wobei die Siebmaschine (9) eine in eine Arbeitsrichtung (18) zumindest abschnittsweise abwärts gerichtete, schwingende Siebfläche (19) aufweist, die wenigstens einen ersten Siebbereich (19a) mit einer ersten Lochung oder Maschenweite, und einen in Arbeitsrichtung (18) dahinter liegenden zweiten Siebbereich (19b) mit einer zweiten Lochung oder Maschenweite umfasst, deren Löcher (17b) oder Maschen in wenigstens eine Richtung eine geringere Abmessung haben, als die Löcher (17a) oder Maschen der ersten Lochung.
  13. Anlage (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebfläche (19) durch Einzelsiebe (16a, 16b, 16c) gebildet ist und die Einzelsiebe (16a, 16b, 16c) einer von drei Gruppen angehören, die jeweils eine erste, zweite und dritte Lochung haben, wobei die zweite Lochung in wenigstens einer Erstreckungsrichtung der Sieblöcher (17b) kleiner als die erste Lochung und die dritte Lochung in wenigstens einer Erstreckungsrichtung der Sieblöcher (17c) kleiner als die zweite Lochung ist, und wobei die Einzelsiebe (16a) der ersten Gruppe den ersten Siebbereich (19a), die Einzelsiebe (16b) der zweiten Gruppe den zweiten Siebbereich (19b) und die Einzelsiebe (19c) der dritten Gruppe einen dritten Siebbereich (19c) bilden, der in Arbeitsrichtung (18) hinter dem zweiten Siebbereich (19b) folgt.
  14. Anlage (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die erste Lochung Sieblöcher (17a) mit einer Lochabmessung von 7x25mm,
    - die zweite Lochung Sieblöcher (17b) mit einer Lochabmessung von 5x25mm, und
    - die dritte Lochung Sieblöcher (17c) mit einer Lochabmessung von 2x20mm aufweist,
    wobei vorzugsweise vier Einzelsiebe (16a) mit der ersten Lochung, fünfzehn Einzelsiebe (16b) mit der zweiten Lochung und zwei Einzelsiebe (16c) mit der dritten Lochung die Siebfläche (19) bilden.
  15. Anlage (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die erste Lochung Sieblöcher (17a) mit einer Lochabmessung von 5x25mm,
    - die zweite Lochung Sieblöcher (17b) mit einer Lochabmessung von 3x20mm, und
    - die dritte Lochung Sieblöcher (17c) mit einer Lochabmessung von 3×10mm aufweist,
    wobei vorzugsweise zehn Einzelsiebe (16a) mit der ersten Lochung, fünf Einzelsiebe (16b) mit der zweiten Lochung und sechs Einzelsiebe (16c) mit der dritten Lochung die Siebfläche (19) bilden.
  16. Verwendung des nach einem der Ansprüche 1 bis 11 gewonnenen Bodenbaustoffs (3) zur Herstellung von Beton oder Asphalt.
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