NL1017858C2

NL1017858C2 - Werkwijze voor de vorming van in hoofdzaak verticale, voor water ondoorlatende wanden, en gestabiliseerde montmorilloniet-klei voor toepassing in de werkwijze.

Info

Publication number: NL1017858C2
Application number: NL1017858A
Authority: NL
Inventors: Peter Johannes Ir Bleeker
Original assignee: Insulinde Recycling B V
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2002-10-18
Also published as: EP1253119A1

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor de vorming van in hoofdzaak verticale, voor water ondoorlatende wanden, en gestabiliseerde montmorilloniet-klei voor toepassing in de werkwijze.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vorming van in hoofdzaak verticale, voor water ondoorlatende wanden door in situ of ex situ mengen van ten minste een hydraulisch bindmiddel, een gelaagde zwelbare bindingsstabilisator bevattende, al dan niet 5 gemodificeerde klei en water en het aldus gevormde mengsel te laten harden.

Een werkwijze van dit type is bijvoorbeeld bekend uit EP-A-0262302. Meer in het bijzonder openbaart deze publicatie het gebruik van een combinatie van hoogovenslakken, een activator voor 10 deze slakken, en een gelaagde klei zoals calcium- of natriummontmorilloniet-klei en natriumcarbonaat, voor de vervaardiging van voor water ondoorlatende wanden.

Een werkwijze is nu gevonden waarmee extra sterkte zou worden verschaft aan het gevormde cementbouwwerk, welke sterkte gelijk kan 15 worden geacht aan die welke kan worden verkregen met een gebruikelijke versterking.

De werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de gelaagde, zwelbare klei is voorzien van een, bij voorkeur poedervormig, verzwaringsmiddel.

20 Voorts wordt opgemerkt dat een werkwijze voor het vormen van in hoofdzaak verticale, voor water ondoorlatende wanden door in-situ of ex-situ mengen van ten minste een hydraulisch bindmiddel, een gelaagde expandeerbare klei en water en het aldus gevormde mengsel te laten harden, bekend is uit EP-B-0522347. Meer in het bijzonder 25 bestaat het daarbij toegepaste mengsel uit bentoniet en gemalen hoogovenslakken, alsmede een activator voor de hoogovenslakken. Deze activator kan bestaan uit een cement, of een aardalkalimetaalhydroxide, zoals Ca(OH)2, of een alkalimetaalzout, zoals Na2S04. Door de toepassing van een activator, bijvoorkeur in 30 een waterige oplossing, kunnen de harding alsmede de ontwikkeling van t 01 78 58 - 2 - de gewenste eigenschappen van de wanden goed controleerbaar worden ingesteld.

Bij toepassing van aardalkalimetaalionen bevattende activators wordt echter een bentoniet toegepast, die een Ca2*-chelaat vormend 5 middel of een Ca2+-precipitatiemiddel bevat.

In ΞΡ-Β-0522347 is voorts aangegeven,· dat het in veel gevallen, in het bijzonder bij gebruikelijke restvochtigheid bij toepassing van de geactiveerde Ca-bentoniet, voordelig is om de mogelijke maximale zwelling van het bentoniet te verkrijgen door, voor het afvangen van 10 Ca2* en andere meerwaardige kationen, die uit de gemalen hoogovenslakken in het bentoniet kunnen komen, aanvullend reeds bij het opwerken van het bentoniet, chelaatvormers voor Ca2*-precipitatiemiddelen toe te voegen aan het bentoniet.

Men heeft nu gevonden dat de toepassing van Ca2*-chelaatvormers 15 en/of Ca2*-precipitatiemiddelen, gemengd met een klei, kan worden voorkomen en desalniettemin toch voor water ondoorlatende wanden kunnen worden gevormd op basis van een mengsel van een hydraulisch bindmiddel, een gelaagde, zwelbare klei en water, welke wanden gewenste eigenschappen bezitten.

20 Volgens een doelmatige uitvoeringsvorm van de onderhavige werkwijze bestaat het verzwaringsmiddel uit emailleslijpsel.

Hoewel Aanvraagster niet wenst te worden gebonden aan welke theoretische verklaring dan ook, wordt vooralsnog verondersteld dat de in het emailleslijpsel aanwezige glasfase en metaalfase 25 verantwoordelijk zijn voor het verschaffen van de extra sterkte.

Bij voorkeur bezit het toegepaste emailleslijpsel een soortelijk gewicht van 4200 tot 5800 kg/m-^ en/of een deeltjesgrootte van ± 500 pm.

Emailleslijpsel is een restproduct van ijzergieterijen dat in 30 principe inert is en kan op deze wijze zeer waardevol worden benut. In principe is emaille een glazuur, die wordt aangebracht op metalen oppervlakken ter bescherming of verfraaiing daarvan. Wellicht dankzij de in dit product aanwezige glasfase kan de eveneens aanwezige metaalfase goed in het hydraulische bindmiddel worden opgenomen en 35 deel uitmaken van het in aanwezigheid van het water te vormen rooster. Dankzij de metaalfase neemt het soortelijke gewicht van het uiteindelijke, geharde product, verkregen uitgaande van een mengsel volgens de uitvinding, aanzienlijk toe. Overigens kan de 1017858 - 3 - samenstelling van emailleslijpsel nogal variëren,· emailleslijpsel dat bekend is als poetsstof bezit gewoonlijk ± 90% metallisch ijzer en + 10% silicaten, terwijl emailleslijpsel dat bekend is als straalstof gewoonlijk voor ± 25% uit metallisch ijzer en voor ± 75% uit 5 silicaten bestaat.

De in de werkwijze volgens de uitvinding toegepaste gelaagde, zwelbare klei is bij voorkeur een al dan niet gemodificeerde, montmorilloniet-klei, die een bindingsstabilisator bevat.

Door een stabilisator is het mogelijk om de gewenste zwelling 10 van het kleimateriaal in te stellen en vast te houden tijdens de vorming van de wanden.

Bij voorkeur past men volgens de uitvinding als gemodificeerde montmorilloniet-klei, calcium- of natriummontmorilloniet, meer in het bijzonder natriumbentoniet toe, en als stabilisator daarvoor een 15 alkalimetaalcarbonaat, in het bijzonder natriumcarbonaat (ofwel soda).

In praktijk is gebleken dat wanneer de hoeveelheid stabilisator 1 tot 6, bij voorkeur 1 tot 4% (gew./gew.), gebaseerd op de totale hoeveelheid van hydraulisch bindmiddel en klei, bedraagt, gunstige 20 resultaten worden verkregen, omdat in dat traject de na afloop van het hardingsproces nog aanwezige hoeveelheid vrij water, het laagst is, zoals hierna nader wordt toegelicht.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm past men als hydraulisch bindmiddel een door verbranding van steenkolen gevormde wervelbedas 25 met puzzolane eigenschappen toe, welke as een zwavelgehalte, berekend als CaS04/ bezit van ten minste 10%.

Opgemerkt wordt dat gewoonlijk aan cementsamenstellingen calciumsulfaat wordt toegevoegd in een hoeveelheid van ongeveer 5% om een vertraging in de vorming van de cementbinding te verkrijgen en 30 daarmee een snelle binding te voorkomen.

Voorts wordt opgemerkt dat de door verbranding, in een elektriciteitscentrale, van steenkolen gevormde wervelbed-as een kwarts-(Si02) , een anhydriet-(CaS04), en calciumoxide-(CaO) , en een glasfase bezit. De anhydrietfase die in de wervelbedkamer ontstaat, 35 wordt echter bij een temperatuur van gewoonlijk slechts 750°C tot 850°C gevormd, namelijk wanneer de kolen in aanwezigheid van kalksteen worden ontzwaveld. De daarbij gevormde asrest bezit naast een bepaald calciumsulfaatgehalte eveneens een tamelijk grote 1017858 - 4 - hoeveelheid amorfe fase, die als CaSi03 wordt aangeduid. Onder deze amorfe fase wordt het gedeelte van de calciumverbindingen verstaan, die met zoutzuur reageren, doch niet aanwezig zijn als vrij CaO, of calciet (CaC03) . Opgemerkt wordt dat in een hoogoven de anhydrietfase 5 wordt gevormd bij een veel hogere temperatuur, namelijk ± 1400°C.

Op verrassende wijze is nu gebleken dat bij de vorming van in hoofdzaak verticale, voor water ondoorlatende wanden, waarbij een gelaagde, zwelbare klei wordt toegepast, de genoemde asrest zeer doelmatig kan worden toegepast.

10 Vooralsnog is Aanvraagster van mening, dat de binding met het bindmiddel volgens de uitvinding plaatsvindt doordat het in de wervelbedas aanwezige (ongebluste) calciumoxide, onder blussen, reageert met de aanwezige kleimineralen en de anhydrietfase (dat wil zeggen CaS04) uit de asrest, onder vorming van de verharde 15 calciumsilicaatsulfaatfase. De anhydrietfase wordt volgens de uitvinding derhalve eveneens nuttig gebruikt.

Daarentegen is een bekend bindmiddelsysteem, dat bijvoorbeeld is gebaseerd op vliegas en cement, met name gebaseerd op de vorming van calciumsilicaathydraten uit de klinkermineralen (de aliet- en 20 belietfasen) en deels uit de glasachtige/amorfe fasen, die in de vliegas aanwezig zijn (puzzolanereactie). De voor de puzzolanereactie benodigde kalk is echter afkomstig van het cement (kalk komt vrij als reactieproduct). Zoals hierboven reeds is vermeld, dient het sulfaat in dit systeem primair voor de regeling van de bindtijd en niet als 25 bijdrage aan de sterkte.

Bij voorkeur bezit de wervelbedas volgens de uitvinding een zwavelgehalte, berekend als CaS04, van ten minste 19%, bij voorkeur 25 tot 30%.

Dergelijke grote sulfaathoeveelheden zijn in de uitvinding geen 30 enkel bezwaar gebleken, waarschijnlijk dankzij de hierboven uiteengezette reactie.

Doelmatig bezit de volgens de uitvinding toegepaste wervelbedas een deeltjesgrootte van 0,02 tot 0,20 mm, in het bijzonder van 0,02 tot 0,06 mm.

35 Een dergelijke deeltjesgrootte heeft een voldoende reactiviteit tot gevolg.

Bij voorkeur bevat het hydraulische bindmiddel volgens de uitvinding voorts gemalen, gegranuleerde hoogovenslakken. De toe te 1017858 - 5 - voegen hoeveelheid van deze hoogovenslakken zal gemakkelijk empirisch kunnen worden bepaald en zal eveneens afhankelijk zijn van de uiteindelijk gewenste sterkte van het eindproduct. De toevoeging van gemalen, gegranuleerde hoogovenslakken heeft tot gevolg dat in het 5 mengsel de hoeveelheid van de glasfase zal toenemen. Zoals bekend is, is calciumhydroxide een initiator voor de glasfase, in casu de hoogovenslakken. De vereiste calciumhydroxide is, zoals hierboven reeds is toegelicht, afkomstig van de wervelbedas.

Bij voorkeur bedraagt de aanwezige hoeveelheid gemalen, 10 gegranuleerde hoogovenslakken ten minste 5 gew.% gebaseerd op de hoeveelheid bindmiddel. In praktijk zal de gewenste hoeveelheid empirisch worden vastgesteld, in samenhang met de overige bestanddelen en hoeveelheden daarvan in het te verharden mengsel.

Bij de vorming van de in hoofdzaak verticale, voor 15 waterondoorlatende wand wordt gewoonlijk eerst ter plaatse een sleuf gevormd. Deze sleuf wordt volgestort met een graaf-suspensie welke in situ verhardt tot een ondoorlatend medium.

Deze suspensie kan op twee manieren worden vervaardigd: a. droge voormenging van de ingrediënten op een centrale locatie, 20 waarna het aanmaken van de suspensie ter plaatse plaats vindt door de droge fractie in de gewenste samenstelling te mengen met water.

b. natte menging waarbij de afzonderlijke bestanddelen ter plaatse met water worden gemengd.

25 De uitvinding heeft eveneens betrekking op een verzwaringsmiddel en natriumcarbonaat bevattende calcium- of natriummontmorilloniet-klei, in het bijzonder geschikt voor toepassing bij de werkwijze volgens de uitvinding. Dit verzwaringsmiddel bestaat doelmatig uit emailleslijpsel.

30 De uitvinding wordt hierna toegelicht met de volgende voorbeelden.

Voorbeeld I

Voor het verhogen van de stabiliteit van het mengsel van 35 hydraulisch bindmiddel volgens de uitvinding en de montmorilloniet-klei wordt aan de klei een stabilisator, bij voorkeur soda toegevoegd. Om de optimale hoeveelheid soda te bepalen, werd de volgende proef uitgevoerd.

1017858 - 6 -

Men vormde 4 droge mengsels bestaande uit 40 kg/m3 bentoniet, 125 kg/m3 wervelbedas (bindmiddel volgens de uitvinding) en 75 kg/m3 gemalen, gegranuleerde hoogovens1akken. Aan deze droge mengsels werd soda toegevoegd in een hoeveelheid van 0, 2, 4 5 respectievelijk 6 kg/m3, waarna de aldus verkregen droge mengsels werden gesuspendeerd in water (1 m3}.

Van deze mengsels werd de stabiliteit van de suspensie, als hoeveelheid vrij water na 24 uur, gemeten. De resultaten zijn uiteengezet in fig. 1. Zoals blijkt uit fig. 1 is een sodagehalte van 10 1 tot 2% voor bovengenoemde samenstelling de meest optimale hoeveelheid. Uit fig. 1 blijkt derhalve dat soda de hoeveelheid vrij water van een hydraulisch bindmiddel kan beperken.

Voorbeeld II

15 Van het hydraulische bindmiddel volgens de uitvinding, de door verbranding van steenkolen in een elektriciteitscentrale gevormde wervelbedas, werd het uithardingsgedrag bepaald.

Tabel 1.

Samenstelling Hoeveelheid Meetresultaat _bindmiddel__vrij water__vaste fase_ 50 g Portlandcement 0% zacht, maar vormvast 150 g wervelbedas 80 g gemalen, gegranuleerde hoogovens lakken 5% hardt goed uit 80 g wervelbedas 20 g Portlandcement 100 g vliegas 100 g gemalen, gegra- 15% hardt goed uit nuleerde hoog- ovenslakken_|__________________ 20 1 0 1 7858

Voorbeeld III

- 7 -

Men vormde de volgende mengsels:

Tabel 2.

nr. 3% soda Bindmiddel Gemalen, ge- Portlandcement bevattende volgens de granuleerde resp.

natrium- uitvinding hoogoven- anhydriet bentoniet fkg/m3] slakken __[kg/m3]___[kg/m31__ 1 40 125 75 2 40 115 65 20 (Portlandcement) 3 40 115 65 20 (anhydriet) 4 40 75 125 ~ 5 40 65 115 10 (Portlandcement) 6 40 65 115 10 (anhydriet) 7 4Ö Ï5Ö 50 “ 8 40 50 ~~ 150 ~ 5

De toe te voegen hoeveelheden zijn gebaseerd op een dosering van het materiaal aan lm3 water.

Aan deze mengsels werken de volgende metingen uitgevoerd: 10 Tabel 3.

Vloeibare fase Vaste fase

Vrij water (CUR 189) XX XX

MF-viscositeit (DIN 4126) XX

Zwichtspanning (DIN 4126) XX

Filtraatwaterverliesc(DIN 4126) XX

Druksterkte (DIN 18 136) XX

E-modulus (DIN 18 136) XX

Doorlatendheid (DIN 18 130) XX

10 1 /85 8 - 8 -

Tabel 4.

Testresultaten

Monster nummer 1 2__3__4__5__6__7__8__ vrij water [%] 1__4__4___1_0__3__10__5__10_ MF viscositeit 39 38 36 34 33 33 38 33 _[s/dm3]__________________ zwichtspanning 9,6 9,6 9,6 9,6 9,6 9,6 9,6 9,6 [N/m2] 111111_i__I __ druksterkte 1102 813 1319 1424 1319 909 896 1705 _[kPa]________________ e-modulus [mPa] 361 243 557 607 539 268__358 793 doorlatendheid 3Ε-1(Γ 9E-10 2E-10 5E-10 2E-10 5E-10 3E-10 2E-10 _[m/s]_________ elastische rek 0,45 0,49 0,25 0,3 0,53 0,43 0,35 0,29 _[%]_1 1 I 1 I 1 11

Opvallend is dat alle monsters voldoen aan de sterkte- en 5 doorlatendheidseisen.

Zoals uit de in Tabel 4 weergegeven testresultaten blijkt zijn alle geteste samenstellingen bruikbaar als cementbentoniet mengsel, met een lichte voorkeur voor de mengsels nr. 1, 5 en 6 vanwege de elastische rek en de doorlatendheid.

10

Voorbeeld IV

Uitgaande van een mengsel van 40 g bentoniet, 65 g wervelbedas, 115 g gemalen gegranuleerde hoogovenslakken en 10 g anhydriet werden proefstukken gevormd voor het uitvoeren van uitloogproeven. De 15 volgende resultaten werden verkregen 1017858 - 9 -

Tabel 5.

Cumulatieve uitloging in mg/m2

Gemeten cumulatieve uitloging Emissie eis voor in mg/m2 t.o.v. cat. 1 eis vormgegeven product uit ______ categorie 1_

Volume uitloogwater 2,3 uitwendig oppervlak 0,0459______I_ chloride 5700 32% 18000 sulfaat 13500 50% 27000 bromide 12 22% 54 fluoride__80__6%__1300_ antimoon <0,3 3,7 arseen <0,84 41 barium 13 2% 600 cadmium_ <0,03 1,1_ chroom 1,4 1% 140 kobalt <0,3 29 koper <0,3 51 kwik__<0.14___0,43_ lood <0,3 120 molybdeen 8,2 59% 14 nikkel 2,9 6% 50 seleen__<1,4__<100%_ 1,4_ tin <0,3 29 vanadium 11 5% 230 zink__<1,4___200_

Volume uitloogwater in liter; uitwendig oppervlak in m2 5

De gemeten cumulatieve uitloging voldoet derhalve voor alle onderzochte parameters, dat zijn 15 metalen en 4 anionen, aan de eisen voor categorie 1 vormgegeven bouwstoffen.

10 Voorbeeld V

Aan een droog mengsel van 50 g Portland cement en 150 g wervelbedas werd 40 g natrium-bentoniet, dat was gestabiliseerd met 3 gew.% soda, toegevoegd. Aan het verkregen mengsel werd 1180 g emailleslijpsel, bekend als poetsstof of als straalstof, toegevoegd.

15 Poetsstof bezit gewoonlijk een dichtheid van 4200-5800 kg/m3 een een samenstelling van ± 90% metallisch ijzer en ± 10% silicaten, terwijl straalstof gewoonlijk een dichtheid van 2600-4500 kg/m3 en een samenstelling van ± 25% metallisch ijzer en ± 75% silicaten bezit.

Na toevoeging van water werd zowel in aanwezigheid van 20 poetsstof als in aanwezigheid van straalstof een zeer hard product verkregen.

i0i‘"59

Claims

1. Werkwijze voor de vorming van in hoofdzaak verticale, voor water ondoorlatende wanden door in situ of ex situ mengen van ten minste een hydraulisch bindmiddel, een gelaagde zwelbare bindingsstabilisator bevattende, al dan niet gemodificeerde klei en 5 water en het aldus gevormde mengsel te laten harden, met het kenmerk, dat de gelaagde, zwelbare klei is voorzien van een, bij voorkeur poedervormig, verzwaringsmiddel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het 10 verzwaringsmiddel bestaat uit emailleslijpsel .

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het emaillesli jpsel een soortelijk gewicht van 2000 tot 6000 kg/nb* bezit.

4. Werkwijze volgens conclusies 1 tot 3, met het kenmerk, dat men als hydraulisch bindmiddel een door verbranding van steenkolen gevormde wervelbed-as met puzzolane eigenschappen toepast, welke as een zwavelgehalte, berekend als CaS04, bezit van ten minste 10%.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de wervelbed-as een zwavelgehalte, berekend als CaS04, bezit van ten minste 19%, bij voorkeur 25 tot 30%.

6. Werkwijze volgens conclusies 4 of 5, met het kenmerk, dat de 25 wervelbed-as een deeltjesgrootte bezit van 0,02 tot 0,20 mm, in het bijzonder van 0,02 tot 0,06 mm.

7. Werkwijze volgens conclusies 1 tot 6, met het kenmerk, dat het hydraulische bindmiddel voorts gemalen, gegranuleerde 30 hoogovenslakken bevat.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de hoeveelheid gemalen, gegranuleerde hoogovenslakken ten minste 5 gew.%, gebaseerd op de hoeveelheid bindmiddel bedraagt. V i4 T O. 7' ^ a U t i' (j 35 - 11 -

9. Verzwaringsmiddel en natriumcarbonaat bevattende, calcium-of natriummontmorilloniet-klei, in het bijzonder geschikt voor toepassing bij de werkwijze volgens een of meer der conclusies 1 tot 8 . 5

10. Montmorilloniet-klei volgens conclusie 9, waarbij het verzwaringsmiddel bestaat uit emailleslijpsel. 1017858