DE19534236A1 - Verfahren zur Herstellung von wasserdichten Baumaterialien - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von wasserdichten BaumaterialienInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von dichten und hochfesten Baumaterialien unter Ver
wendung von Asche, insbesondere von hydraulisch ak
tiver Braunkohlenfilterasche (BFA) und Steinkohlen
filterasche (SFA). Hierbei wirkt die hydraulisch ak
tive BFA als Selbstverfestiger und als Anreger für
puzzolanische Reaktionen der weiteren Zugabestoffe.
Es hat nicht an Versuchen gefehlt, Braunkohlenfilter
aschen aus kohlenstaubgefeuerten Kraftwerken bautech
nisch zu nutzen.
Die Verarbeitung dieser Aschen anstelle von Zement
aufgrund ihrer bindemittelartigen Eigenschaften führ
te allerdings bisher nicht zu den angestrebten Erfol
gen.
Die verfestigenden Eigenschaften einiger Aschen, ins
besondere von Steinkohlenfilteraschen, waren nur
durch besondere Maßnahmen, wie durch den Zusatz von
Anregern, durch besondere mechanische Behandlung oder
durch Druckerhärtung freizusetzen, ohne jedoch einen
Zementersatz zu erreichen (DD-PS 2 74 206). Es wurde
auch versucht, künstliche Zuschläge für die Bauwirt
schaft unter Verwendung von Steinkohlenfilteraschen
herzustellen (DE-PS 35 39 264). Ebenso soll durch die
Herstellung großer Blöcke aus Steinkohlenfilteraschen
und CaO-haltiger Bindemittel mit anschließender Zer
kleinerung und erneuter Verpressung ein Baumaterial
hergestellt werden können (DE-PS 35 24 693).
Durch ihre besondere stoffliche Zusammensetzung zei
gen (kalkhaltige) hydraulisch aktive Braunkohlenfil
teraschen ein eigenes Erhärtungsverhalten, wobei der
Aktivierung der festigkeitserzeugenden Mineral- und
Glasphasen und der Zumischung weiterer Komponenten
große Bedeutung zukommt. Aufgrund dieser bisher nicht
fundiert abgeklärten Verhältnisse erfolgte ihr Ein
satz als mineralisches Bindemittel bzw. als minera
lische Bindemittelkomponente nur in vergleichsweise
geringem Umfang.
Durch die Herstellung einer Asche-Wasser-Suspension
mit einem hohen Anmachwassergehalt konnte erreicht
werden, daß durch die völlige Teilchenbenetzung der
Bindeeigenschaften der Braunkohlenfilterasche freige
setzt werden (DD-PS 2 44 472, DD-PS 2 44 545, DD-PS 2 44 546),
wobei nach der Suspensionsherstellung wei
tere Bindemittel und andere Zuschlagstoffe wie z. B.
auch Faserstoffe zugesetzt werden können. Bei einer
hohen Zugabewassermenge müßte jedoch bezüglich der
Herstellung, Verfestigung und Verarbeitung überschüs
siges Wasser wieder aus dem Endgemisch mittels eines
besonderen technischen und technologischen Aufwandes
entfernt werden.
Die Ermittlung einer Rezeptur für die baupraktische
Verwendung einer Asche bzw. eines Aschegemisches kann
auf verschiedene Weise vorgenommen werden.
Diesbezüglich ist in der DE-PS 41 03 412 angegeben:
Ausgehend von vereinzelten Aschekomponenten unter schiedlicher Körnungsbänder gelingt über eine experi mentell aufzustellende Wasseranspruchsfunktion die optimale Festlegung des prozentualen Anteils der Komponenten, des spezifischen Wasseranspruchs sowie der technologischen Grenzen, in denen die Herstellung einer Dispersion für Bau- und Dichtstoffprodukte mög lich ist. Die Verdichtung der Körnungsstruktur unter Wassereinfluß wird dadurch bewirkt, daß der Asche mischung bei aufgebrachten Scherbewegungen diejenige Wassermenge zugegeben wird, welche zum Erreichen der oberen Fließgrenze benötigt wird. Hierzu müssen zwei sich hinsichtlich ihrer Korngrößenverteilung deutlich unterscheidende Aschefraktionen vorliegen.
Ausgehend von vereinzelten Aschekomponenten unter schiedlicher Körnungsbänder gelingt über eine experi mentell aufzustellende Wasseranspruchsfunktion die optimale Festlegung des prozentualen Anteils der Komponenten, des spezifischen Wasseranspruchs sowie der technologischen Grenzen, in denen die Herstellung einer Dispersion für Bau- und Dichtstoffprodukte mög lich ist. Die Verdichtung der Körnungsstruktur unter Wassereinfluß wird dadurch bewirkt, daß der Asche mischung bei aufgebrachten Scherbewegungen diejenige Wassermenge zugegeben wird, welche zum Erreichen der oberen Fließgrenze benötigt wird. Hierzu müssen zwei sich hinsichtlich ihrer Korngrößenverteilung deutlich unterscheidende Aschefraktionen vorliegen.
Die Aufnahme der für die Verarbeitung benötigten Was
seranspruchsfunktion und deren Einhaltung, erfordert
allerdings einen sehr hohen technischen, technolo
gischen und analysetechnischen Aufwand, so daß diese
Vorgehensweise aus baubetriebstechnischen Gründen für
die allgemeine Baupraxis entfällt:
Die Abgabe von Filteraschen aus modernen Großkraft
werken erfolgt nämlich als Mischasche aller Filter
stufen, so daß eine erfindungsgemäße Verarbeitung
eine aufwendige, baupraktisch nicht durchführbare
Separation der Mischasche in einzelne Aschefraktionen
voraussetzt.
Ein weiterer Nachteil des Standes der Technik stellt
sich darin dar, daß das erzeugte Gemisch einer sofor
tigen Weiterverarbeitung zugeführt werden muß, da
durch die Zugabe von Anmachwasser eine sofortige Re
aktion der Zugabestoffe bzw. der Braunkohlenfilter
asche entsteht und ein Erhärtungsprozeß beginnt.
Somit ist eine Zwischenlagerung von Stoffgemischen
nicht möglich.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstel
lung von wasserdichten Baumaterialien zu schaffen,
wobei unter Verwendung von Asche mittels einfachen,
baupraktisch anwendbaren Technologien die Herstellung
von betonähnlichen Baumaterialien hoher Druckfestig
keit und Dichtigkeit ermöglicht wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Her
stellung von wasserdichten Baumaterialien zu reali
sieren, wobei durch einfache technologische Ver
fahrensschritte eine Volumenkonstanz bezüglich des
herstellungsmäßigen Schwindens und Quellens erreicht
werden soll und ein überschüssiger Wasserentzug eines
Endgemisches bei Anwendung des Baumaterials entfällt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Patent
anspruch 1 und seine Unteransprüche gelöst.
Dabei wird Asche, insbesondere hydraulisch aktive
Braunkohlenfilterasche und Steinkohlenfilterasche, in
einem jeweiligen Asche-Masse-Verhältnis von 0,2 bis
9,8 Masseteilen, bezogen auf 10 Masseteile Trockner
gesamtaschesubstanz, verwendet. Weiterhin kann die
Asche nur aus reiner hydraulisch aktiver
Braunkohlenfilterasche zusammengesetzt sein. Die
verwendete Aschesubstanz wird mit Zugabestoffen
intensiv gemischt. Anschließend wird eine
Wasserzugabe durchgeführt, wobei ein massebezogenes
Wasser-Asche-Verhältnis von kleiner 0,4, bezogen auf
die verwendete Braunkohlenfilterasche, ausgeführt
wird, und eine weitere Wasserzugabe sich nach dem
Mindestwasseranspruch eines jeweiligen dazugegebenen
Zugabestoffes ausrichtet.
In Abhängigkeit ihrer bindemitteltechnischen Aktivi
tät wird hydraulisch aktive Braunkohlenfilterasche
unter möglichem Zumischen von Zugabestoffen wie wei
tere Bindemittel und/oder inerte, reaktive oder teil
weise reaktive Zusatzstoffe, z. B. fasrige Stoffe,
und/oder Zuschlagstoffe und/oder Zusatzmittel
und/oder Schadstoffe und dem nachfolgenden Zumischen
des für die Herstellung, Verarbeitung, Anwendung und
Erhärtung erforderlichen Mindestwassergehaltes ohne
vorherige Wasserbehandlung direkt eingesetzt.
Ein unerwünschtes Quellen kann hierbei durch die zu
gegebenen nicht reaktiven oder schwindenden Zugabe
stoffe bis zur Volumenkonstanz der erhärteten Mi
schung unterbunden werden.
Hierzu wurden die kinetisch-mineralogisch- chemischen
Vorgänge bei der Reaktion von hydraulisch aktiver
Braunkohlenfilterasche mit Wasser untersucht und
deren Eigenaktivität sowie das Aktivierungsverhalten
von hydraulisch aktiven Braunkohlenfilteraschen abge
klärt. Dies führte zur Erkenntnis eines neuartigen
Wirkmechanismus der mehr oder weniger freikalkhalti
gen hydraulisch aktiven Braunkohlenfilteraschen (BFA)
und Steinkohlefilteraschen (SFA). Er besteht in der
spezifischen aktivierenden Rolle einer derartigen BFA
z. B. auch gegenüber einer (wenig reaktionsfreudigen,
puzzolanen) Steinkohlefilterasche (SFA):
Die Untersuchungen ergaben, daß in der Anfangsphase der Erhärtung im System BFA-Wasser eine gegenüber herkömmlichem Portlandzement höhere Konzentration an Ca-Ionen in der Porenlösung festzustellen ist. Dies führt zu einem höheren Umsatz der siliziumhaltigen Glasphasen der SFA und damit zu einer höheren Ausbeu te der sich bildenden festigkeitserzeugenden Hydrat phasen. Trotz niedrig gehaltener Wasserzugabemenge können ausreichend Ca⁺⁺-Ionen für die puzzolanen Re aktionen der SFA bereitgestellt werden.
Die Untersuchungen ergaben, daß in der Anfangsphase der Erhärtung im System BFA-Wasser eine gegenüber herkömmlichem Portlandzement höhere Konzentration an Ca-Ionen in der Porenlösung festzustellen ist. Dies führt zu einem höheren Umsatz der siliziumhaltigen Glasphasen der SFA und damit zu einer höheren Ausbeu te der sich bildenden festigkeitserzeugenden Hydrat phasen. Trotz niedrig gehaltener Wasserzugabemenge können ausreichend Ca⁺⁺-Ionen für die puzzolanen Re aktionen der SFA bereitgestellt werden.
Die Zusammensetzung z. B. der BFA/SFA-Gemische kann
man derart variieren, daß unter Berücksichtigung der
diesbezüglichen Auflagen für die Herstellung, Verar
beitung, Anwendung und Erhärtung der letztlich en
tstehenden Mischung das bei der Reaktion mit Wasser
verbundene Quellen der BFA durch eine entsprechende
Zugabe von SFA gezielt herabgesetzt wird.
Die Erfindung wird an mehreren Ausführungsbeispielen
näher erläutert:
Hergestellt werden soll ein Feinstkornbeton unter der
Verwendung vergleichsweise hoher Anteile von hydrau
lisch aktiver Braunkohlenfilterasche und vergleichs
weise niedriger Anteile des Zugabestoffs Steinkohlen
filterasche.
Zur Herstellung werden 0,5 Anteile Steinkohlenfilter
asche und 9,5 Anteile hydraulisch aktiver Braunkoh
lenfilterasche zusammengegeben. Dann werden mit Bezug
auf das Aschegemisch 20 Gew.-% Portlandzement PZ 35
zugefügt. Nach intensivem Mischen erfolgt die Zugabe
von 25 Gew.-% Anmachwasser, bezogen auf das
Gesamt-Trockengemisch. Somit erhält man einen Feinstkorn
beton mit einer 3-, 7- und 28-Tage-Drückfestigkeit
von 10, 18 und 32 [N/mm²].
Hergestellt werden soll ein Feinstkornbeton unter der
Verwendung vergleichsweise niedriger Anteile von
hydraulisch aktiver Braunkohlenfilterasche und ver
gleichsweise hoher Anteile des Zugabestoffs Stein
kohlenfilterasche.
Zur Herstellung werden 9,5 Anteile Steinkohlenfilter
asche und 0,5 Anteile hydraulisch aktiver Braunkoh
lenfilterasche zusammengegeben. Dann werden mit Bezug
auf das Aschegemisch 20 Gew.-% Portlandzement PZ 35
zugefügt. Nach intensivem Mischen erfolgt die Zugabe
von 25 Gew.-% Anmachwasser, bezogen auf das Gesamt-Trocken
gemisch. Somit erhält man einen Feinstkorn
beton mit einer 3-, 7- und 28-Tage-Druckfestigkeit
von 2, 6 und 16 [N/mm²].
Hergestellt werden soll ein Feinstkornbeton unter der
Verwendung vergleichsweise ähnlichen Anteilen von
Steinkohlenfilterasche und hydraulisch aktiver
Braunkohlenfilterasche.
Zur Herstellung werden 5,1 Anteile Steinkohlenfil
terasche und 4,9 Anteile hydraulisch aktive Braunkoh
lenfilterasche zusammengegeben. Dann werden mit Bezug
auf das Aschegemisch 20 Gew.-% Portlandzement PZ 35
zugefügt. Nach intensivem Mischen erfolgt die Zugabe
von 25 Gew.-% Anmachwasser, bezogen auf das
Gesamttrockengemisch. Somit erhält man einen
Feinstkornbeton mit einer 3-, 7- und 28-Tage-Druck
festigkeit von 7, 14 und 29 [N/mm²].
Hergestellt werden soll ein Feinstkornbeton unter
Verwendung vergleichsweise geringer
Steinkohlenfilterasche und zusätzlicher Zugabe von
Kiessand:
Zur Herstellung werden 1,1 Anteile Steinkohlenfilterasche und 8,9 hydraulisch aktiver Braunkohlenfilterasche zusammengegeben. Dann werden mit Bezug auf das Gesamttrockengemisch 15 Gew.-% PZ 45 F und 40% Kiessand zugefügt. Nach intensivem Mischen erfolgt die Zugabe von 16 Gew.-% Anmachwasser, bezogen auf das Gesamttrockengemisch. Somit erhält man einen Feinstkornbeton mit einer 3-, 7- und 28- Tage-Druckfestigkeit von 10, 21 und 34 [Nmm²].
Zur Herstellung werden 1,1 Anteile Steinkohlenfilterasche und 8,9 hydraulisch aktiver Braunkohlenfilterasche zusammengegeben. Dann werden mit Bezug auf das Gesamttrockengemisch 15 Gew.-% PZ 45 F und 40% Kiessand zugefügt. Nach intensivem Mischen erfolgt die Zugabe von 16 Gew.-% Anmachwasser, bezogen auf das Gesamttrockengemisch. Somit erhält man einen Feinstkornbeton mit einer 3-, 7- und 28- Tage-Druckfestigkeit von 10, 21 und 34 [Nmm²].
Hergestellt werden soll ein Feinstkornbeton unter
Verwendung vergleichsweise geringer Anteile von
Steinkohlenfilterasche und zusätzlicher Zugabe von
Fasern:
Zur Herstellung werden 0,6 Anteile Steinkohlenfilterasche und 9,4 Anteile hydraulisch aktiver Braunkohlenfilterasche zusammengegeben. Dann werden mit Bezug auf das Gesamttrockengemisch 15 Gew.-% PZ 45 F und 0,75% PAN-Fasern zugefügt. Nach intensiven Mischen erfolgt die Zugabe von 28 Gew.-% Anmachwasser, bezogen auf das Gesamttrockengemisch.
Zur Herstellung werden 0,6 Anteile Steinkohlenfilterasche und 9,4 Anteile hydraulisch aktiver Braunkohlenfilterasche zusammengegeben. Dann werden mit Bezug auf das Gesamttrockengemisch 15 Gew.-% PZ 45 F und 0,75% PAN-Fasern zugefügt. Nach intensiven Mischen erfolgt die Zugabe von 28 Gew.-% Anmachwasser, bezogen auf das Gesamttrockengemisch.
Somit erhält man einen Feinstkornbeton mit einer 3-,
7- und 28- Tage-Druckfestigkeit von 5, 11, und
28 [Nmm²].
Durch die erreichbare hohe Dichtigkeit und/oder hohe
Festigkeit von ausgehärteten, preiswert und bauprak
tisch üblich herzustellenden, durch die Verwendung
von hydraulisch aktiven Braunkohlenfilteraschen ge
kennzeichneter Gemische folgen:
- - allgemein hohe mechanisch technologische Kennwerte;
- - geringe Durchlässigkeitsbeiwerte gegenüber Flüssigkeiten und Gasen;
- - bei möglicher Volumenkonstanz bezüglich herstellungsmäßigem Schwinden und Quellen;
und es ergeben somit eine Vielzahl von Einsatzmög
lichkeiten.
So lassen sich mittels der Erfindung z. B. Frischge
mische für den Tief-, Wasser- und Kanalbau sowie für
Abdichtungen im Wasser- und Deponiebau herstellen.
Zum anderen läßt sich das Gemisch z. B. auch für die
Herstellung von dichten Fertigteilelementen (wie Was
serrohre, Schächte, Gasbehälter), Fertigschächten so
wie von herkömmlichen Betonwaren (wie Wandelemente,
Pflastersteine, Bord- und Rasenkantensteine) anwen
den.
Das Gemisch kann auch im Stahl- und Spannbetonbau mit
ebensolchen Vorteilen eingesetzt werden.
Die Weiterverarbeitung des Gemisches kann, wie be
schrieben, in betontypischer Art und Weise erfolgen.
Durch die erwähnten stofflichen Vorteile lassen sich
jedoch auch betonuntypische Verarbeitungen realisie
ren, wie z. B. der Verzicht auf herstellungsmäßige
Schwindungs- bzw. Dehnungsfugen bei großflächiger
Verarbeitung, monolithischer Guß komplizierter Bau
elemente und ein dichter nachträglicher Verbund vor
gefertigter einzelner Bauteile. Eine hohe Festigkeit
kann zudem bauingenieurmäßig vorteilhaft berücksich
tigt werden.
In das hergestellte Gemisch kann man auch schadstoff
belastete Materialien eingeben, so daß eine Immobi
lisierung der Schadstoffe, z. B. toxische Stoffe, in
den ausgehärteten Fertigungsprodukten erfolgt.
In das hergestellte Gemisch sind eventuell auch sol
che Zuschlagstoffe einzumischen, z. B. Kunststoff
regranulate, die unterschiedliche Materialeigenschaf
ten ergeben, so z. B. Schalldämm-, Wärmedämm- und/oder
Hochfestigkeitseigenschaften.
In das Gemisch werden gegebenenfalls Zugabestoffe wie
weitere Bindemittel und/oder inerte Stoffe und/oder
Zuschlagstoffe und/oder Zusatzmittel zugegeben und
dann unter Berücksichtigung des für die Ge
samtgemischherstellung, -verarbeitung, -anwendung und
-erhärtung erforderlichen Mindestwasseranspruchs ge
mischt.
Ein unerwünschtes Quellen kann hierbei durch die zu
gegebenen nichtreaktiven oder schwindenden Zugabe
stoffe bis zur Volumenkonstanz der erhärteten Mi
schung unterbunden werden.
Darüber hinaus lassen sich solche z. B. Bauteile oder
Elemente auch ohne weiteres im Fertigungsprozeß zu
speziellen Verbundmaterialien und/oder Verbundelemen
ten vereinigen.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von wasserdichten Bauma
terialien unter Einsatz von Asche sowie Zugabestoffen
und Wasser, welches im Umfang des Mindestwasseran
spruchs zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß
Asche mit Zugabestoffen gemischt wird und anschlie
ßend eine Zugabe von Wasser erfolgt, wobei ein masse
bezogenes Wasser-Asche-Verhältnis von kleiner 0,4
ausgeführt wird und eine weitere Wasserzugabe sich
nach dem Mindestwasseranspruch eines jeweils dazuge
gebenen Zugabestoffes ausrichtet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß hydraulisch aktive Braunkohlenfilterasche und
Steinkohlenfilterasche verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die jeweiligen Asche-Masseteile der
hydraulisch aktiven Braunkohlenfilterasche und der
Steinkohlenfilterasche von 0,2 bis 9,8 Masseteilen,
bezogen auf 10 Masseteile trockener Gesamtaschesub
stanz, verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß nur hydraulisch aktive Braunkohlen
filterasche verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Zugabestoffe in Form von Bindemitteln und/oder
inerte, reaktive oder teilweise reaktive Zusatz
stoffe, wie fasrige Stoffe, und/oder Zuschlagstoffe
und/oder Zusatzmittel und/oder Schadstoffe zugegeben
werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die massebezogene Wasserzugabe sich nach dem zu
berücksichtigenden Mindestwasseranspruch der Gesamt
gemischherstellung in Abhängigkeit der Verarbeitung,
der Anwendung und der Erhärtung ausrichtet.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Zugabe von Wasser mit einem massebezogenen
Wasser-Asche-Verhältnis kleiner 0,4 ausgeführt wird,
wobei das Verhältnis sich nur auf hydraulisch aktive
Braunkohlenfilterasche bezieht.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19534236A DE19534236A1 (de) | 1995-02-01 | 1995-09-15 | Verfahren zur Herstellung von wasserdichten Baumaterialien |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1995109528 DE19509528A1 (de) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | Verfahren zur direkten Herstellung von wasserdichten betonähnlichen Baumaterialien unter Verwendung von hydraulisch aktiven Braunkohlenfilteraschen |
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