WO2017178362A1 - Verwendung von behandeltem wüstensand als zuschlagstoff für beton - Google Patents

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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/06—Quartz; Sand
    • C04B14/068—Specific natural sands, e.g. sea -, beach -, dune - or desert sand

Definitions

  • the invention relates to the use of treated desert sand as an aggregate for concrete.
  • the aggregate forms a filler which does not affect the strength of the concrete and which is bound by the binder of ground cement clinker, concrete admixtures and concrete admixtures.
  • the concrete additives influence the setting behavior of the concrete and its rheological properties.
  • the concrete admixtures are chemically active in the setting concrete, such as water.
  • sand Although most types of sand that are used as aggregates are mostly quartz-quar- tered, different types of sand also contain car- bonate-containing rocks, for example, when the sand is beach sand or grainy or basaltic rocks when the sand from Gravel pits dates. The sand provenance thus determines its chemical composition, the particle size distribution and also the grain shape.
  • the worldwide demand for construction land is large. Sand is the economic commodity in third place in world consumption. The worldwide demand for sand per year is about 15 billion tons.
  • the scarce reserves of sand suitable as a concrete additive mean that building sand is meanwhile obtained by ships from the sea. For this purpose, the suitable sand is transported by ship over long sea distances.
  • desert sand especially when mined as surface sand or as dune sand, has a round to spherical sand form.
  • the grain shape is created by rolling the sand over millions of years within the desert, with the individual grains being ground round.
  • beach sand which is repeatedly circulated by the surf, has a round shape of the individual grains of sand.
  • Desert sand as such is therefore not suitable for use as a concrete aggregate for concrete applications requiring particularly strong concrete.
  • a geologically young break sand is usually required, which is usually obtained from rivers, where the sand is removed from moraines. It may thus be necessary to transport sand at great expense in sandy desert regions in order to use it there as a building sand.
  • the object of the invention is therefore to develop a method by which desert sand can be used as an aggregate for concrete.
  • the object according to the invention is achieved in that the desert sand has previously been crushed in a high-pressure roller press in which the desert sand is crushed in a bed in a bed by compressive stress and agglomerated and then in a second stage the agglomerates are destroyed by a further mechanical stress, wherein the compressive stress in the first stage is effected by a single pressure between two surfaces with over 50 MPa pressure.
  • desert sand having a substantially round grain shape is provided by a high-pressure roller press, as described by Schonert et al. has been published for the first time in German Offenlegungsschrift DE 27 08 053 and the disclosure of which is incorporated in this application.
  • the desert sand is fractured, forming a fissured and irregular grain shape that is roughly comparable to the irregularity of rock split commonly used for road construction in Europe.
  • this desert sand thus treated suddenly tends to agglomerate, forming flakes which, in a second stage, are destroyed by further mechanical stress.
  • air classifiers are suitable, in which the slightly disintegrating slugs fall over jalousie-like arranged sheets and thereby break up and free the treated desert sand from its agglomeration.
  • the broken desert sand is detected by a corresponding air separation process from the grinding circuit, if it is a high-pressure roller press in a circular mill or the desert sand is broken by a single pass through the high-pressure roller press with Schülpendesagglomerator.
  • sand obtained has the property of forming a steeper angle of slope in a bed than the round-grained desert sand has.
  • the sand of sand treated by a high-pressure roller press differs from a grinding in the muller or a vertical mill.
  • the formation of the steeper slope angle is due to the fact that, according to Schönert et al. high pressure treated sand a grain has shape, which leads to a mutual wedging of the individual grains of sand in the bed. It is assumed here that the same geometric properties of the crushed sand by a high-pressure treatment lead to the concrete strength of freshly broken desert sand is higher than other natural sands.
  • the high-pressure treatment according to Schönert et al. treated desert sand of provenance Dubai, Oman, United Arab Emirates and Saudi Arabia, but also Morocco proved particularly suitable.
  • the 7-day strength, 40-day strength and 100-day strength of a high-pressure treated sand of 50 MPa proved sufficient for use in the construction of high-rise buildings, bridges and underwater foundations.
  • the criteria of concrete strength are specified in the corresponding standards, such as DIN 1045, DIN 1992.
  • the formulations for the respective desired concrete, in particular the particle size distributions of the sand to be used, are also specified in the relevant concrete manuals.
  • the given grain size and grain size distribution can be at the preparation of the crushed by the high-pressure treatment sand by known means such as sifting and mixing can be adjusted.
  • the sand is conveyed back pneumatically or via a mechanical conveyor after passage of the roller press back again and again abandoned the roller press.
  • the circulating sand as regrind is spotted by a static or a dynamic sifter, such as a rod sifter.
  • the fine material leaves the circulating grinding plant and the grits as coarse material of the classifier are recirculated.
  • the crushed desert sand is adjusted to the desired particle size distribution by sieving, which can also be done in the aforementioned circulation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Wüstensand als Zuschlagstoff für Beton, ein Verfahren zur Herstellung eines Zuschlagstoffes für Beton und einen Zuschlagstoff für Beton. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dieser Zuschlagstoff durch Brechen von Wüstensand in einer Hochdruckrollenpresse gewonnen worden ist, bei der in einer ersten Stufe der Wüstensand in einer Schüttung durch Druckbeanspruchung gebrochen wird und agglomeriert und dann in einer zweiten Stufe die Agglomerate durch eine weitere mechanische Beanspruchung zerstört werden, wobei die Druckbeanspruchung in der ersten Stufe durch einmalige Pressung zwischen zwei Flächen mit über 50 MPa Druck erfolgt. So hergestellter Zuschlagstoff führt bei Zuschlag zu Beton zu einer wesentlich höheren Betonfestigkeit als bei Zuschlag von unbehandeltem Wüstensand.

Description

Verwendung von behandeltem Wüstensand als Zuschlagstoff für Beton
Die Erfindung betrifft die Verwendung von behandeltem Wüstensand als Zuschlagstoff für Beton.
Es ist bekannt, herkömmlichen Sand als Zuschlagstoff für Beton zu nutzen. Der Zuschlagstoff bildet ein die Festigkeit des Betons nicht beeinflussendes Füllmittel, das durch das Bindemittel aus gemahlenem Zementklinker, Betonzusatzstoffen und Betonzusatzmitteln gebunden wird. Die Betonzusatzstoffe beeinflussen das Abbindeverhalten des Betons und dessen rheologischen Eigenschaften. Die Betonzusatzstoffe sind im abbindenden Beton chemisch aktiv, wie beispielsweise Wasser. Bei der empirischen Untersuchung der Betonfestigkeit hat sich herausgestellt, dass Sand unterschiedlicher Provenienz als Zuschlagstoff einen sehr erheblichen Einfluss auf die Betonfestigkeit hat. Wenngleich die meisten Sandsorten, die als Betonzuschlagstoff genutzt werden, größtenteils aus Quarzbruch bestehen, so finden sich in verschiedenen Sandsorten auch Anteile von car- bonathaltigem Gestein, wenn der Sand beispielsweise Strandsand ist, oder gra- nit- oder basalthaltigem Gestein, wenn der Sand von Kiesgruben stammt. Die Sandprovenienz bestimmt also dessen chemische Zusammensetzung, die Korngrößenverteilung und auch die Kornform. Der weltweite Bedarf an Bausand ist groß. Sand steht als Wirtschaftsgut an dritter Stelle im weltweiten Verbrauch. Der weltweite Sandbedarf pro Jahr beträgt etwa 15 Milliarden Tonnen. Die knappen Reserven von als Betonzusatzstoff geeignetem Sand führen dazu, dass Bausand mittlerweile mit Schiffen aus dem Meer gewonnen wird. Dazu wird der geeignete Sand mit Schiffen über große Meeresdistanzen transportiert. Es besteht auch sehr großer Bedarf an Bausand in Ländern mit ausgedehnten Sandwüsten oder in Ländern nahe ausgedehnter Sandwüsten, so dass sich die Verwendung von Wüstensand als Betonzuschlagstoff anbietet. Leider hat Wüstensand, besonders, wenn er als Oberflächensand oder als Dünensand abgebaut wird, eine runde, bis kugelförmige Sandform. Die Kornform entsteht durch das Rollen des Sandes über Jahrmillionen innerhalb der Wüste, wobei die einzelnen Körner regelrecht rundgeschliffen werden. Auch Strandsand, der durch die Brandung immer wieder umgewälzt wird, weist eine runde Form der einzelnen Sandkörner auf. Wüstensand als solcher ist also zur Verwendung als Betonzuschlagstoff für Betonanwendungen, die besonders festen Beton erfordern, nicht geeignet. Für Turmbauten, Brückenbauten, Unterwasserfundamente wird in der Regel ein geologisch junger Bruchsand benötigt, der in der Regel aus Flüssen gewonnen wird, wo der Sand aus Moränen abgetragen wird. Es kann somit notwendig sein, Sand mit hohem Aufwand in Sandwüstenregionen zu transportieren, um diesen dort als Bausand verwenden zu können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu entwickeln, durch den Wüstensand als Zuschlagstoff für Beton verwendet werden kann.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Wüstensand zuvor in einer Hochdruckrollenpresse gebrochen worden ist bei der in einer ersten Stufe der Wüstensand in einer Schüttung durch Druckbeanspruchung gebrochen wird und agglomeriert und dann in einer zweiten Stufe die Agglomerate durch eine weitere mechanische Beanspruchung zerstört werden, wobei die Druckbeanspruchung in der ersten Stufe durch einmalige Pressung zwischen zwei Flächen mit über 50 MPa Druck erfolgt.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, Wüstensand mit im Wesentlichen runder Kornform durch eine Hochdruckrollenpresse, wie sie nach Schönert et al. in der deutschen Offenlegungsschrift DE 27 08 053 erstmals veröffentlicht worden ist und dessen Offenbarungsgehalt in diese Anmeldung einbezogen wird, laufen zu lassen. Bei der Passage des Wüstensandes mit im Wesentlichen runder Korn- form durch die erste Stufe der Hochdruckrollenpresse durch den Walzenspalt zweier zwei Walzenoberflächen mit über 50 MPa Druck wird der Wüstensand gebrochen und bildet eine zerklüftete und unregelmäßige Kornform, die etwa vergleichbar ist mit der Unregelmäßigkeit von Gesteinssplit, der üblicherweise für den Straßenbau in Europa verwendet wird. Durch die Ausbildung der unregelmäßigen, zerklüfteten Kornform neigt dieser so behandelte Wüstensand plötzlich zur Agglomeration, so dass sich Schülpen bilden, die in einer zweiten Stufe durch eine weitere mechanische Beanspruchung zerstört werden. Als zweite Stufe eignen sich insbesondere Windsichter, in welcher die leicht zerfallenden Schülpen über jalousieartig angeordnete Bleche fallen und dabei aufbrechen und den behandelten Wüstensand aus seiner Agglomeration befreien. Dabei wird der gebrochene Wüstensand durch ein entsprechendes Windsichtungsverfahren aus dem Mahlkreislauf herausgesichtet, wenn es sich um eine Hochdruckwalzenpresse in einer Kreislaufmühle handelt oder der Wüstensand wird durch einen einmaligen Durchlauf durch die Hochdruckwalzenpresse mit Schülpendesagglomerator gebrochen. Durch die Behandlung des Wüstensandes in einer Hochdruckwalzenpresse nach Schönert et al. bricht das Korn des Wüstensandes, wobei eine feinere Körnung entsteht. Es ist also für die an sich bekannten Betonrezepturen, die auch die Körnung des als Betonzuschlagstoff verwendeten Sandes auf der als RRSB-Verteilung (nach Rosin, Rammler, Sperling und Bennet) bekannten Statistik vorschreibt, darauf zu achten, dass das Grobgut als Mahlgut eine entsprechend gröbere Korngröße aufweist. Der Wüstensandbruch ist sodann mit den bekannten Mitteln der Windsichtung und der Sandmischung auf die vorgegebene Korngrößenverteilung zu bringen. Der durch die Hochdruckbehandlung nach Schönert et al. erhaltene Sand hat überraschenderweise die Eigenschaft einen steileren Böschungswinkel bei einer Schüttung auszubilden als es der rundkörnige Wüstensand hat. Dadurch unterscheidet sich der durch eine Hochdruckrollenpresse behandelte Sand von Sand aus einer Vermahlung im Kollergang oder einer Vertikalmühle. Die Ausbildung des steileren Böschungswinkels ist darauf zurückzuführen, dass er nach Schönert et al. hochdruckbehandelte Sand eine Korn- form aufweist, die zu einer gegenseitigen Verkeilung der einzelnen Sandkörner in der Schüttung führt. Es wird hier vermutet, dass die gleichen geometrischen Eigenschaften des durch eine Hochdruckbehandlung gebrochenen Sandes dazu führen, dass die Betonfestigkeit des frisch gebrochenen Wüstensandes höher ist als bei anderen Natursandsorten. Eine weitere Vermutung ist, dass die frischen Bruchkanten des gebrochenen Wüstensandes noch keine chemische Passivierung durchlaufen sind, so dass die Reaktivität an der Bruchfläche des Sandes höher ist, so dass eine kristalline Verbindung zwischen dem abbindenden Zementklinker und der frischen Bruchkante des gebrochenen Sandes entsteht. Natürlich gealterter Sand hat auf der Oberfläche aufgewachsene Oxidschichten, Eisenoxid oder Phosphatschichten, die eine direkte Reaktion der sich ausbildenden Calciumsilikat-Phasen aus dem Zementklinker mit der Quarzbruchkante des Sandes verhindern oder dämpfen. Die Hochdruckbehandlung führt offensichtlich zu größeren Einzelbruchflächen in dem Gefüge des einzelnen Sandkorns als eine Zerkleinerung durch eine scherende Behandlung, in der vor allem Schleifspuren das grobe Korn charakterisieren. Das feinere Mahlgut weist dann zwar eine frische Oberfläche auf, jedoch bei eher runder Kornform.
Insbesondere hat sich durch die Hochdruckbehandlung nach Schönert et al. behandelter Wüstensand der Provenienz Dubai, Oman, Vereinigte Arabische Emirate und Saudi-Arabien, aber auch Marokko als besonders geeignet herausgestellt. Die 7-Tage- Festigkeit, 40-Tage- Festigkeit und 100-Tage-Festigkeit eines mit einer Hochdruckbeanspruchung von 50 MPa behandeltem Sand hat sich als ausreichend für die Verwendung im Bau von Hochhäusern, Brücken und Unterwasserfundamenten erwiesen. Die Kriterien der Betonfestigkeit sind in den korrespondierenden Normen, wie z.B. DIN 1045, DIN 1992 festgelegt. Die Rezepturen für den jeweils erwünschten Beton, insbesondere die Korngrößenverteilungen des einzusetzenden Sandes, werden auch in den einschlägigen Betonhandbüchern vorgegeben. Die vorgegeben Körnung und Korngrößenverteilung kann bei der Herstellung des durch die Hochdruckbehandlung gebrochenen Sandes durch bekannte Mittel wie Sichten und Mischen eingestellt werden.
In Ausgestaltung des Verfahrens ist es möglich, den Wüstensand im Umlauf zu zerkleinern. Dazu wird der Sand pneumatisch oder über einen mechanischen Förderer nach Passage der Rollenpresse stets wieder zurück gefördert und erneut der Rollenpresse aufgegeben. Um das Mahlgut, also den gebrochenen Wüstensand auszusortieren, wird der umlaufende Sand als Mahlgut durch einen statischen oder durch einen dynamischen Sichter, wie ein Stabkorbsichter gesichtet. Das Feingut verlässt die Umlaufmahlanlage und die Grieße als Grobgut des Sichters werden rezirkuliert. Zur Einstellung der richtigen Korngrößenverteilung wird der gebrochene Wüstensand durch Sieben, das auch im zuvor genannten Umlauf geschehen kann, auf die erwünschte Korngrößenverteilung eingestellt.

Claims

Verwendung von behandeltem Wüstensand als Zuschlagstoff für Beton P A T E N T A N S P R Ü C H E
1 . Verwendung von Wüstensand als Zuschlagstoff für Beton, dadurch gekennzeichnet, dass der Wüstensand zuvor in einer Hochdruckrollenpresse gebrochen worden ist, bei der
- in einer ersten Stufe der Wüstensand in einer Schüttung durch Druckbeanspruchung gebrochen wird und agglomeriert und dann
- in einer zweiten Stufe die Agglomerate durch eine weitere mechanische Beanspruchung zerstört werden, wobei die Druckbeanspruchung in der ersten Stufe durch einmalige Pressung zwischen zwei Flächen mit über 50 MPa Druck erfolgt.
2. Verwendung von Wüstensand als Zuschlagstoff für Beton nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine erwünschte Körnung und Korngrößenverteilung durch Windsichten und Mischen verschiedener Mahlsandsorten erhalten wurde.
3. Verwendung von Wüstensand als Zuschlagstoff für Beton nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wüstensand im Umlauf gemahlen wurde und der gebrochene Wüstensand durch Sichten und/oder Sieben aus dem Umlauf aussortiert wurde.
4. Verfahren zur Herstellung eines Zuschlagstoffes für Beton, dadurch gekennzeichnet, dass dieser durch Brechen von Wüstensand in einer Hochdruckrollenpresse gewonnen worden ist, bei der
- in einer ersten Stufe der Wüstensand in einer Schüttung durch Druckbeanspruchung gebrochen wird und agglomeriert und dann
- in einer zweiten Stufe die Agglomerate durch eine weitere mechanische Beanspruchung zerstört werden, wobei die Druckbeanspruchung in der ersten Stufe durch einmalige Pressung zwischen zwei Flächen mit über 50 MPa Druck erfolgt.
5. Verfahren zur Herstellung eines Zuschlagstoffes für Beton nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine erwünschte Körnung und Korngrößenverteilung durch Windsichten und Mischen verschiedener Mahlsandsorten erhalten wird.
6. Verfahren zur Herstellung eines Zuschlagstoffes für Beton nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wüstensand im Umlauf gemahlen wird und der gebrochene Wüstensand durch Sichten und/oder Sieben aus dem Umlauf aussortiert wird.
7. Zuschlagstoff für Beton, dadurch gekennzeichnet, dass dieser durch Brechen von Wüstensand in einer Hochdruckrollenpresse gewonnen worden ist bei der
- in einer ersten Stufe der Wüstensand in einer Schüttung durch Druckbeanspruchung gebrochen wird und agglomeriert und dann
- in einer zweiten Stufe die Agglomerate durch eine weitere mechanische Beanspruchung zerstört werden, wobei die Druckbeanspruchung in der ersten Stufe durch einmalige Pressung zwischen zwei Flächen mit über 50 MPa Druck erfolgt.
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