DE20214788U1 - Grain mixture as a building material for traffic routes, squares and protective structures - Google Patents
Grain mixture as a building material for traffic routes, squares and protective structuresInfo
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Description
Korngemisch als Baustoff für Verkehrswege, Plätze sowie SchutzverbauungenGrain mixture as a building material for traffic routes, squares and protective structures
Die Erfindung bezeichnet ein Korngemisch unter Verwendung von gebrochenen künstlichen Mineralstoffen, insbesondere Metallhüttenschlacke.The invention relates to a grain mixture using crushed artificial minerals, in particular metallurgical slag.
Für Trag- und Schutzschichten im Verkehrswegebau ist es allgemein üblich, Korngemische aus ungebrochenen und gebrochenen natürlichen Mineralstoffen einzusetzen.
Ebenso bekannt ist die Aufbereitung natürlicher Mineralstoffe für einen neuen Verwendungszweck, die vorher als ungebundene natürliche Mineralstoffe oder gebunden eingesetzt waren.For base and protective layers in road construction, it is common practice to use grain mixtures of uncrushed and crushed natural minerals.
Also known is the processing of natural minerals for a new purpose, which were previously used as unbound natural minerals or bound.
Zur Schonung der natürlichen Ressourcen als auch der Nutzung von Neben- oder Abfallprodukten werden unter anderem künstliche Schlacken in gebrochener Form, Aschen und Filterstäube mit natürlichen Mineralstoffen gemischt. Derartige Gemische sind auf Grund potenzieller Gewässerschädigung durch die Elution von Schadstoffen nur unter bestimmten Bedingungen einbaubar.In order to conserve natural resources and to use by-products or waste products, artificial slag in crushed form, ashes and filter dust are mixed with natural minerals. Such mixtures can only be installed under certain conditions due to potential damage to water bodies caused by the elution of pollutants.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise ein Baustoff für Tragschichten und Trag-Deckschichten nach der Druckschrift DE 39 15 373 Al bekannt, der den Einsatz von Konverterstahlschlacke in einer Mischung mit anderen fein granulierten Anfallstoffen aus Stahl- und Kraftwerken beinhaltet. Aus dieser Mischung hergestellte bauliche Objekte sollen infolge einer Anfangshydration der Mischung gute Struktur- und Festigkeitswerte aufweisen. Die Realisierung des Gemischs in Zwangsmischern mit unmittelbar daran anschließendem Transport zur Baustelle ist gegenüber anderen Baustoffen, insbesondere solchen für Tragschichten sehr aufwändig. Bei diesem Baustoff besteht zumindest in der Einbauphase die Gefahr der Elution schädlicher Stoffe, die ins Grundwasser gelangen könnten.For example, a building material for base layers and base-surface layers is known from the prior art according to the publication DE 39 15 373 Al, which involves the use of converter steel slag in a mixture with other finely granulated waste materials from steel and power plants. Building objects made from this mixture should have good structural and strength values as a result of the initial hydration of the mixture. The production of the mixture in compulsory mixers with immediate subsequent transport to the construction site is very complex compared to other building materials, especially those for base layers. With this building material, at least during the installation phase, there is a risk of leaching of harmful substances that could enter the groundwater.
Auch der in der Druckschrift DE 30 00 649 Al offenbarte Oberbau für den Straßenbau aus Müllverbrennungsschlacke ist wegen der potenziellen Elution von gewässerschädigenden Stoffen den problematischen Baustoffen zuzurechnen.
Ein noch problematischeres Mineralstoffgemisch mit begrenzten Einbaumöglichkeiten der daraus hergestellten Tragschichten ist in der Druckschrift DE 43 18 614 Al beschrieben worden. Das Mineralstoffgemisch besteht aus metallurgischer Schlacke, insbesondere Siemens-Martin-Schlacke sowie schwermetallbelasteten Feststoffen und Schlämmen.The superstructure for road construction made from waste incineration slag disclosed in the publication DE 30 00 649 Al is also classified as problematic building materials due to the potential elution of substances harmful to water bodies.
An even more problematic mineral mixture with limited installation options for the base layers produced from it is described in the publication DE 43 18 614 Al. The mineral mixture consists of metallurgical slag, in particular Siemens-Martin slag, as well as solids and sludges contaminated with heavy metals.
Bekannt ist auch die Verwendung von Elektro-Ofen-Schlacke zur Herstellung von Fahrbahnschichten aus der Druckschrift DE 692 30 712 T2, wobei das Zumischen von hydraulischen Binde- und Aktivierungsmitteln erfolgt.The use of electric furnace slag for the production of road layers is also known from the publication DE 692 30 712 T2, whereby hydraulic binding and activating agents are added.
Ein Straßenbaustoff, insbesondere für eine Tragschicht, die aus einer Mischung von Hochofenstückschlacke und bis zu 80% Schmelzkammergranulat besteht, wird in der Druckschrift DE 44 36 870 Al vorgeschlagen.
Der Einsatz von Hochofen- oder anderer Eisenhüttenschlacken in Korngemischen unterliegt generell besonderen Anforderungen. Aus Gründen des vorbeugenden Gewässerschutzes ist deren uneingeschränkter Einbau grundsätzlich nicht möglich, da es zur Elution von umweltschädlichen Stoffen kommen kann.A road building material, in particular for a base course, consisting of a mixture of blast furnace slag and up to 80% melt chamber granulate is proposed in the publication DE 44 36 870 Al.
The use of blast furnace slag or other iron and steel slag in grain mixtures is generally subject to special requirements. For reasons of preventive water protection, their unrestricted incorporation is generally not possible, as this could lead to the elution of environmentally harmful substances.
In der Druckschrift DE 195 37 247 Cl wird der Einsatz von Kupolofenschlacke als gebrochener Mineralstoff im Straßenbau beschrieben. Die Schlacke liegt als, bis zum Erstarren technologisch unbehandelte Stückscklacke im kristallinen Zustand vor. Nach dem Brechen und/oder Mahlen ist die Schlacke mit einer Körnung von 0 bis 63 als Zuschlagstoff im Straßenbau und in bituminösen Fahrbahnen einsetzbar. Der Einbau von Kupolofenschlacke im ungebundenen Zustand unterliegt, wegen der potenziellen Gefahr der Grundwasserschädigung in Analogie zu Hochofenschlacke, Restriktionen.The publication DE 195 37 247 Cl describes the use of cupola furnace slag as a crushed mineral in road construction. The slag is in the form of lump slag in a crystalline state that has not been technologically treated until it solidifies. After crushing and/or grinding, the slag with a grain size of 0 to 63 can be used as an aggregate in road construction and in bituminous road surfaces. The installation of cupola furnace slag in an unbound state is subject to restrictions due to the potential risk of groundwater damage, similar to blast furnace slag.
Für den Eisenbahnunterbau werden zur Herstellung von Trag- und Schutzschichten ebenfalls gebrochene Mineralstoffe eingesetzt. Bei derartigen Einsatzfällen sind die spezifischen technischen Lieferbedingungen des Abnehmers einzuhalten. So wird in der Bahnnorm BN 918 062 für ein hochwertiges Korngemisch aus gebrochenen Mineralstoffen, künstlichen Schlakken, speziell Hochofenschlacke, neben den Bedingungen für den Verlauf der Körnungslinie ein Anteil von 30 Masse-% ungebrochener Mineralstoffe, Rundkorn in Form von Natursand bzw. Kies-Sand gefordert, um die Anforderungen an die Wasserundurchlässigkeit bzw. Wasserdurchlässigkeit der Trag- und Schutzschicht im Bereich von < 1 &khgr; 10"6 bis 1 &khgr; 10~5 m/s bei entsprechender Proctordichte einzuhalten.
Zum Erreichen der geforderten Proctordichte ist eine Mindestfeuchte des Korngemischs von 5-8 % erforderlich, die bei Gemischen mit Schlacken generell am Einbauort hergestellt bzw. wieder hergestellt werden muss, da sich diese beim Transport wesentlich verringert.
Die Druckschrift DE 36 26 772 C2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Straßenbaustoffen und der Wärmerückgewinnung aus metallurgischen Schlacken, wie Hochofen-, Stahlwerks- und Metallhüttenschlacken. Die flüssige Schlakke wird auf profilierte Kühlkörper gegossen, in die noch zähflüssige Schlackenschicht ein weiterer, profilierter Kühlkörper zur Bildung von Sollbruchstellen gedrückt und die erstarrte Schlacke dann abgekippt, um möglichst viele gebrochene Schlackestücke zu erhalten. Dieses Verfahren kann nur angewendet werden, wenn die Schlacke flüssig ist, für auf Halde liegende Schlacken ist es ungeeignet. Zum Einsatz als Baustoff, beispielsweise für Verkehrswege, müssen die Schlackestücke noch gebrochen werden.
Gebrochene Kupferschlacken werden gegenwärtig lediglich als ungebundene Tragschicht unter Straßendecken, beispielsweise aus Beton, eingesetzt.Crushed minerals are also used for the railway substructure to produce base and protective layers. In such cases, the specific technical delivery conditions of the customer must be observed. For example, the railway standard BN 918 062 requires a high-quality grain mixture of crushed minerals, artificial slag, especially blast furnace slag, in addition to the conditions for the grain line, a proportion of 30 mass% of uncrushed minerals, round grain in the form of natural sand or gravel-sand in order to meet the requirements for the water impermeability or water permeability of the base and protective layer in the range of < 1 x 10" 6 to 1 x 10~ 5 m/s with the corresponding Proctor density.
To achieve the required Proctor density, a minimum moisture content of the grain mixture of 5-8% is required, which in the case of mixtures with slag must generally be created or restored at the installation site, as this is significantly reduced during transport.
The publication DE 36 26 772 C2 discloses a process for producing road building materials and recovering heat from metallurgical slags, such as blast furnace, steelworks and metallurgical slags. The liquid slag is poured onto profiled cooling bodies, another profiled cooling body is pressed into the still viscous slag layer to form predetermined breaking points and the solidified slag is then tipped off in order to obtain as many broken slag pieces as possible. This process can only be used when the slag is liquid; it is unsuitable for slag lying in stockpiles. To be used as a building material, for example for traffic routes, the slag pieces still have to be broken.
Crushed copper slag is currently only used as an unbound base layer under road surfaces, for example made of concrete.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin ein Korngemisch unter Verwendung von Metallhüttenschlacke als Baustoff für Verkehrswege, Plätze, sowie Schutzverbauungen zu entwikkeln, das allen spezifischen Anforderungen anpassbar, uneingeschränkt einbaubar, umweltverträglich und natürliche Ressourcen schonend, mit üblichen Verfahren kostengünstig herstellbar ist.The object of the invention is to develop a grain mixture using metal slag as a building material for traffic routes, squares and protective structures, which can be adapted to all specific requirements, can be installed without restrictions, is environmentally friendly and conserves natural resources, and can be produced cost-effectively using conventional processes.
Die Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The problem is solved by the features listed in claim 1. Preferred developments arise from the subclaims.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, auf Halden über Jahrzehnte abgelagerte, unbehandelte, kristallin erstarrte Schlacken der Kupfererzverhüttung als Sekundärrohstoff mit natursteinidentischen Qualitätsmerkmalen zu verwerten. Nach dem Brechen der Schlackebrocken in bekannter Weise wird das Brechkorn klassiert, wobei alle üblichen Kornklassen realisierbar sind, jedoch vorzugsweise die Klassierungen in 2-32 mm, 0-32 mm sowie in Brechsand 0-2 mm erfolgen. Das Brechkorn der Kupferschlacke ist gegenüber dem von natürlichen Mineralstoffen wie Granit, Grauwacke oder Quarzporphyr wesentlich unregelmäßiger geformt und scharfkantiger, so dass sich die Körner während des Verdichtens einer entsprechenden Schicht, die beispielsweise als Schottertragschicht im Straßenbau unter Beton- oder Asphaltdecken einsetzbar ist, aus einem Korngemisch bei geringer Nachzerkleinerung ineinander verkeilen, wodurch sich hohe Proctordichten mit großer Randstabilität ergeben.
Hohen Anforderungen unterliegen Trag- und Schutzschichten zur Herstellung von Eisenbahnfahrwegen. Für die einzusetzenden Korngemische werden spezifische Lieferbedingungen vorgegeben. Zur Erzielung der geforderten Qualität eines in der Bahnnorm BN 918 062 (Fassung 03/2000) festgelegten Korngemischs KGl mit künstlichen Schlacken, wobei nur Hoch-The basic idea of the invention is to use untreated, crystalline solidified slag from copper ore smelting that has been deposited on heaps for decades as a secondary raw material with quality characteristics identical to natural stone. After the slag chunks have been crushed in a known manner, the crushed grain is classified, whereby all usual grain classes can be implemented, but preferably the classifications are in 2-32 mm, 0-32 mm and in crushed sand 0-2 mm. The crushed grain of the copper slag is much more irregularly shaped and sharper-edged than that of natural minerals such as granite, greywacke or quartz porphyry, so that during the compaction of a corresponding layer, which can be used, for example, as a gravel base layer in road construction under concrete or asphalt surfaces, the grains wedge into one another from a grain mixture with little subsequent crushing, resulting in high Proctor densities with great edge stability.
High requirements are placed on the base and protective layers used to construct railway tracks. Specific delivery conditions are specified for the grain mixtures to be used. To achieve the required quality of a grain mixture KGl with artificial slag as specified in the railway standard BN 918 062 (version 03/2000), whereby only high-
ofenstückschlacke nach DIN 4301 ausgewiesen ist, muss dieses einen Anteil an ungebrochenen Mineralstoffen von 30 Masse-% als Rundkorn in der Zusammensetzung aufweisen.
Wie aus durchgeführten Untersuchungen hervorging, ist ein solches Korngemisch bei Einhaltung der geforderten Körnungslinie aus Fraktionen gebrochener Kupferschlacke mit den Korngrößen 2-32 mm, 0-32 mm und Natursand der Körnung 0-2 mm, die miteinander vermischt werden, herstellbar. Die Masseanteile für 100 % Gemisch liegen hierbei für die beiden Fraktionen gebrochener Kupferschlacke jeweils im Bereich von 29-35 % und den Natursand bei mindestens 30 % bis maximal 40 %, vorzugsweise 37 %.If the furnace slag is designated as furnace slag according to DIN 4301, it must contain 30 mass % of uncrushed minerals as round grain in its composition.
As shown by the tests carried out, such a grain mixture can be produced from fractions of broken copper slag with grain sizes of 2-32 mm, 0-32 mm and natural sand with grain sizes of 0-2 mm, which are mixed together, provided the required grain size is adhered to. The mass proportions for a 100% mixture are in the range of 29-35% for the two fractions of broken copper slag and at least 30% to a maximum of 40% for the natural sand, preferably 37%.
Der Anteil der beiden Fraktionen aus gebrochener Kupferschlacke bis zur Korngröße von 32 mm, ohne Berücksichtigung von zulässigem Überkorn, und dem Natursand verschiebt sich zueinander in dem Verhältnis, wie sich der Fein- und/oder Grobanteil im Natursand bei möglichem Einsatz von anderen Klassierungen wie 0-4 mm oder etwa Kies-Sand verändert.
Der Natursand lässt sich zudem ohne Nachteile für den Anwender auch vollständig durch den Brechsand der Fraktion 0-2 mm aus Kupferschlacke ersetzen.The proportion of the two fractions of crushed copper slag up to a grain size of 32 mm, without taking into account permissible oversize grain, and the natural sand shifts to each other in the ratio in which the fine and/or coarse fraction in the natural sand changes when other classifications such as 0-4 mm or gravel-sand are used.
The natural sand can also be completely replaced by crushed sand of the 0-2 mm fraction made from copper slag without any disadvantages for the user.
Aus gebrochener Kupferschlacke sind weitere Korngemische als Baustoff herstellbar, deren Anteil unterschiedlicher Fraktionen gebrochener Kupferschlacke im Bereich von 60 bis zu 100 Masse-% liegen. Die Einhaltung der vom jeweiligen Einsatzzweck abhängigen Qualität eines Gemischs, insbesondere der Körnungslinien, der Korngrößenverteilung im geforderten Bereich, wird dabei durch das Mischen von mehreren Fraktionen des Brechkorns erzielt und eingehalten.Other grain mixtures can be produced from crushed copper slag as building materials, the proportion of different fractions of crushed copper slag being in the range of 60 to 100% by mass. Compliance with the quality of a mixture, which depends on the respective intended use, in particular the grain lines and the grain size distribution in the required range, is achieved and maintained by mixing several fractions of the crushed grain.
Neben der Einhaltung von Körnungslinien, ist eine Mindestfeuchte des Korngemischs ein weiteres Kriterium, um die erforderlichen Proctordichten beim Einbau von Trag- und Schutzschichten durch Verdichten zu erzielen, wobei diese im Bereich von 5-8 % liegen sollte. In den meisten Fällen muss diese Mindestfeuchte am Einbauort durch aufwändigesIn addition to compliance with grain size lines, a minimum moisture content of the grain mixture is another criterion for achieving the required Proctor densities when installing base and protective layers by compaction, whereby this should be in the range of 5-8%. In most cases, this minimum moisture content must be achieved at the installation site by complex
besprengen mit Wasser hergestellt werden, da sich beim Antransport eines Korngemischs aus gebrochenen sowie ungebrochenen natürlichen als auch künstlichen Mineralstoffen dessen Wassergehalt wesentlich verringert.sprinkling with water, since the water content is significantly reduced when a grain mixture of broken and unbroken natural and artificial minerals is transported.
In einer Variante des Korngemischs werden 5-25 Masse-% des Anteils an Natursand durch eine Fraktion aus gebrochenem Kalkstein der Korngrößen 0-5 mm ersetzt. Diese Fraktion ist ein Nebenprodukt bei der Verarbeitung von Kalkstein. Mit dem Anteil von gebrochenem Kalkstein wird sicher gestellt, dass das Korngemisch über längere Transportdistanzen die geforderte Mindestfeuchte hält, ohne wie beim Herstellen bisher üblicher Korngemische einen erhöhten Wasseranteil dosieren zu müssen, der dann lediglich als Ballast zu transportieren ist.In one variant of the grain mixture, 5-25% by mass of the natural sand is replaced by a fraction of crushed limestone with grain sizes of 0-5 mm. This fraction is a by-product of the processing of limestone. The crushed limestone content ensures that the grain mixture maintains the required minimum moisture content over longer transport distances without having to dose an increased proportion of water, as was the case when producing grain mixtures that were previously common, which then only has to be transported as ballast.
Korngemische aus gebrochener Kupferschlacke, Sand und/oder gebrochenem Kalkstein sind auch als Deckschicht für Wege und Plätze einsetzbar. Der Anteil an gebrochenem Kalkstein im Korngemisch kann dann bis zu 40 Masse-%, vorzugsweise 20 % betragen.Grain mixtures made from crushed copper slag, sand and/or crushed limestone can also be used as a surface layer for paths and squares. The proportion of crushed limestone in the grain mixture can then be up to 40% by mass, preferably 20%.
Eingebaute Schichten aus den beschriebenen Korngemischen mit mind. 60 Masse-% aus gebrochener Kupferschlacke, 20-35 Masse-% Fein-/Natursand und 5-15 Masse-% gebrochenem Kalkstein weisen eine hohe Wasserundurchlässigkeit bei geringer Ausspülung von Feinstanteilen auf.Installed layers made of the described grain mixtures with at least 60 mass% of crushed copper slag, 20-35 mass% of fine/natural sand and 5-15 mass% of crushed limestone have a high water impermeability with little leaching of fine particles.
Für allgemeine Einsatzzwecke kann der Anteil des natürlichen Feinsands vollständig durch gebrochenen Kalkstein der genannten Fraktion der Korngrößen 0-5 mm ersetzt werden.
Derartige Korngemische sind auch für den Einsatz im Wasserbau, beispielsweise für Deichstützkörper geeignet. Es lassen sich dabei auch günstig Fraktionen mit Korngrößen im Bereich von 56 mm einsetzen. Deichstützkörper aus den beschriebenen Korngemischen haben eine größere Wasserdurchlässigkeit bei äußerst hoher Standfestigkeit. Der Strömungsdruck im Deichstützkörper wird dadurch vermindert und steilere Böschungen werden ermöglicht.For general purposes, the proportion of natural fine sand can be completely replaced by crushed limestone of the above-mentioned fraction of grain sizes 0-5 mm.
Such grain mixtures are also suitable for use in hydraulic engineering, for example for dyke support bodies. Fractions with grain sizes in the range of 56 mm can also be used inexpensively. Dyke support bodies made from the described grain mixtures have greater water permeability and extremely high stability. The flow pressure in the dyke support body is thus reduced and steeper slopes are made possible.
Die Herstellung der genannten Korngemische aus den unterschiedlichen und verschiedenen Komponenten kann in üblicher Weise mit Hilfe von Dosiereinrichtungen aus Vorratsbunkern auf eine Transporteinrichtung zu Vorratslagern oder Transportmitteln erfolgen.The production of the above-mentioned grain mixtures from the different and various components can be carried out in the usual way with the help of dosing devices from storage bunkers to a transport device to storage warehouses or means of transport.
Korngemische oder einzelne Fraktionen gebrochener Kupferschlacke sind auch als Zuschlagstoff im Hoch- und Tiefbau unter Verwendung von Bindemitteln geeignet.Grain mixtures or individual fractions of crushed copper slag are also suitable as aggregates in civil engineering and structural engineering using binding agents.
Der Anteil gebrochener Kupferschlacke, insbesondere der Fraktion 2-32 mm kann hierbei bis zu 85 Masse-% betragen, wobei der Rest bis 100 % aus üblichem Füller, Natursand und zugemischtem Bindemittel besteht.The proportion of broken copper slag, especially the 2-32 mm fraction, can be up to 85% by mass, with the remainder consisting of up to 100% of conventional filler, natural sand and added binding agent.
Die Vorteile der Verwendung gebrochener Kupferschlacke liegen insbesondere in der Schonung natürlicher Ressourcen und der mit dem Abbau bestehender Halden möglichen Renaturierung der zugehörigen Flächen.The advantages of using crushed copper slag lie in the conservation of natural resources and the possible renaturation of the associated areas with the removal of existing heaps.
Für den Anwender ergeben sich bei universellen Anwendungsmöglichkeiten gleichzeitig erhebliche Kostenvorteile bei Nutzung bekannter, üblicher Technologien und technischen Ausrüstungen.For the user, universal application possibilities also result in significant cost advantages when using known, common technologies and technical equipment.
Das Zumischen von gebrochenem Kalkstein beinhaltet die sinnvolle ökonomische Nutzung eines problematischen Nebenprodukts .
Der Einbau der Korngemische aus und mit gebrochener Kupferschlacke unterliegt keinen Beschränkungen, da diese der Bodenklasse ZO entsprechen.The addition of crushed limestone involves the sensible economic use of a problematic by-product.
The installation of grain mixtures made from and containing crushed copper slag is not subject to any restrictions, as they correspond to soil class ZO.
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