DD252954A3 - Baustoff für Straßen und Gründungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Baustoff fuer Strassen und Gruendungen und loest die technische Aufgabe, in Stahlwerken anfallende Schlacke mit geeigneter Flugasche so zu kombinieren, dass daraus ohne Einsatz von Zement oder anderen kuenstlichen Bindemitteln insbesondere verschleissfeste Tragschichten und kompakte Tragdeckschichten fuer Strassen und andere Verkehrsflaechen hergestellt werden koennen, die selbst bei Belastung durch schwere Rad- und Kettenfahrzeuge Rissbildungen und Schlagbeanspruchungen widerstehen. Mit der Erfindung wird das Ziel erreicht, einen hochwertigen Baustoff fuer Strassen und Gruendungen aus Industrieabfallstoffen zu schaffen, der ohne Verwendung kuenstlicher Bindemittel herstellbar ist und Anforderungen an hohe Trag- und Verformungsbestaendigkeit erfuellt, wobei eine bedeutende Verlaengerung der Reproduktionszyklen baulicher Anlagen eintritt. Die erfinderische Loesung ist dadurch charakterisiert, dass der neue Baustoff aus Siemens-Martin-Schlacke, basischer Flugasche und Wasser besteht, wobei die Siemens-Martin-Schlacke ein Granulat bis zu einer Korngroesse von 63 mm ist und der Anteil der Flugasche am Baustoff 10 bis 25 Ma.-% betraegt.

Description

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist seit langem bekannt, Hochofenschlacke bei der Herstellung von Zement (Hochofenzement, Eisenportlandzement, Sulfathüttenzement), als Schottermaterial, für Bausteine und als Isolierstoff zu verwenden.

Die DE-AS 1.200.189 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Unterbaumischung für Straßen bei Verwendung von Hochofenstückschlacken ohne Zugabe vollhydraulischer Bindemittel. Dabei werden in der Regel Hochofenstückschlacke und Hüttensand im Verhältnis 2:1 gemischt, und dem Anmachwasser kann als Anregerstoff Kalkhydrat zugesetzt werden. Ebenso ist ggf. die Zugabe hygroskopischer Stoffe in dieses Anmachwasser vorgesehen. Aus Hochofenschlacke, insbesondere geschäumter Hochofenschlacke, werden auch Leichtbausteine, wie zum Beispiel Hochofenschwemmsteine, Hohlblocksteine und Deckenkörper, sowie Bauplatten und Stegzementdielen produziert.

Nach der DR-PS 525.716 wird vorgeschlagen, Kupolofenschlacke zur Herstellung von Belägen und Baukörpern zu verwenden, wobei diese Schlacke mit einem hydraulischen Bindemittel und Füllstoffen wie Bimskies, Bimssand, Korkschrot, Holzmehl, Talk und Magnesit vermischt wird.

Bekannt ist auch die Verwertung von Kupferschlacken, Chromschlacken (DE-PS 913.513) und Phosphorschlacken, wobei letzteren zur Herstellung von Pflastersteinen Tonerde zugesetzt werden muß.

Ein Verfahren zur Herstellung von Zement aus Kupferschlacken wird in der DR-PS 391.486 beschrieben, wobei man in Wasser gekörnte Kupferschlacke mit 20 bis 30% gebranntem Kalk zusammen vermahlt.

Stahlschlackenzement und ein Verfahren zu dessen Herstellung sind Gegenstand der DE-AS 2.728.289, wobei die Stahlschlacke eines Konverters, eines SM-Ofens (Herdofen) oder eines elektrischen Lichtbogenofens verwertet wird.

Ein feinkörniges Bindemittel aus granulierter Hochofenschlacke und Stahlwerksschlacke für durch Wärmebehandlung und/oder Dampfhärtung herzustellende Bauelemente wird in der DE-AS 2.040.484 vorgeschlagen. Dabei enthält das Bindemittel 60-40 Gew.-% Hochofenschlacke und 40-60 Gew.-% Stahlwerksschlacke. Zusätzlich können dem Gemisch 5-10 Gew.-% Gips oder Anhydrit zugegeben werden. Bei der Herstellung dieses feinkörnigen Bindemittels wird von allen Stahlwerksschlacken der Siemens-Martin-Schlacke und/oder Linz-Donawitz-Schlacke als Anreger der Vorzug gegeben. Den hydraulisch reaktionsfähigen Bestandteil bildet die Hochofenschlacke in Form von Hüttensand.

Mit dem vorgeschlagenen Bindemittel und silikatischen Zuschlagstoffen können nach Dampfhärtung Steine mit Druckfestigkeiten von 172kp/cm² gefertigt werden.

Auch die Eignung von Schmelzkammerschlacken aus den Kesseln der Kraftwerke als Betonzuschlagstoffe ist bekannt, da sie nur geringe Mengen Sulfat und Schwefel enthalten.

Diese Schlacken bestehen in der Hauptsache aus Kieselsäure, Tonerde und Kalk. Vorhandenes Eisen erscheint in ihnen als Eisenoxid. Über brennbare Bestandteile verfügen sie nicht mehr. Mit der DE-OS 1.471.534 wird zum Beispiel vorgeschlagen, granulierte Schmelzkammerschlacke in Kombination mit Sand, Flugasche und Hochofenschlacke für die Herstellung von Steinen einzusetzen, die leichter als Kalksandsteine sind und gute feuerhemmende und wärmetechnische Eigenschaften aufweisen.

Gemäß der CH-PS 525.167 wird Müllverbrennungsschlacke zur Herstellung von Betonzuschlagstoffen verwendet, wobei nach der Sinterung der Schlacke eine Benetzung mit Kalk- oder Zementschlämme erfolgt.

Darüber hinaus gibt es viele Vorschläge, bisher praktisch wertlose, vornehmlich in den Elektrofiltem von Kraftwerken als Abfallprodukt anfallende Braunkohlenflug-oder-filterasche in ihren Eigenschaften so zu verbessern, daß siefür viele Zwecke ein wertvolles Ausgangs- oder Streckmaterial ist.

Nach der DE-AS 1.203.658 wird eine Flugaschefraktion als Zuschlagmaterial zu Baustoffen für die Zubereitung von Mischungen mit verbesserten physikalischen und chemischen Eigenschaften verwendet, die vor allem für den Straßenbau geeignet sind.

Dabei besteht diese Flugaschefraktion im wesentlichen aus Kieselsäure-Tonerdeglas und wird mit Kalk oder Zement vermischt.

Aus den vorstehenden Darlegungen ist ersichtlich, daß die meisten Schlackearten in vielseitiger Weise praktische Anwendung finden, während Siemens-Martin-Schlacke nur begrenzt verwertet wird.

Nach der DE-AS 1.293.072 ist aber bekannt, den Hauptbestandteilen Hochofenschlacke und/oder Naturstein eines Mineralbetons für Straßenbauzwecke abgelagerte Siemens-Martin- und/oder Linz-Donawitz-Schlacke mit Korngrößen im Bereich 0 bis 12 mm zuzusetzen, wobei der freie Kalkgehalt der Schlacken im wesentlichen ausgespült oder chemisch abgebunden ist. In dieser Baustoff kombination ist der Anteil von SM- und/oder LD-Schlacke insbesondere wegen der schädigenden Wirkung des freien Kalkes eng begrenzt. Maximal ist dabei der Kornanteil von 0 bis 12 mm durch SM- und/oder LD-Schlacke vollständig ersetzbar, wofür aber eine aufwendige Behandlung dieser Stahlwerksschlacken durch Schwingbrechen, Prallmühlenzerkleinerung, Klassierung und längere feuchte Lagerung erforderlich ist. Anderenfalls tritt „Kalktreiben" in den Straßenflächen ein.

Zusammenfassend ist zu den bisher bekannten Vorschlägen, Stahlwerksschlacken des Konverter-Verfahrens, des Siemens-Martin-Verfahrens (Herdofenverfahren) und des Elektrostahl-Verfahrens (Lichtbogen-oder Induktionsverfahren) praktisch zu verwerten, festzustellen, daß mit diesen Stahlwerksschlacken gute Baustoffe nur im Gemisch mit künstlichen Bindemitteln, wie zum Beispiel Zement, Kalkhydrat und Bitumen, herstellbar sind und eine Lösung, Stahlwerksschlacke als Hauptbestandteil eines hochwertigen, besonders druckfesten und witterungsresistenten Baustoffes ohne künstliche Bindemittel einzusetzen, nicht existiert.

Bei den bekannten Varianten und Kombinationen der Schlacke- und Ascheverwertung werden ohne kostenaufwendige Bindemittel oder Zusatzstoffe (Aluminium, Natriumhydrat usw.) keine großen Druckfestigkeiten erreicht, oder es ist eine entsprechende Nachbehandlung der Bauelemente mit Wärme und/oder Dampf erforderlich. Dabei sind außerdem zumeist Verfahrensschritte zur Vorbehandlung der Stahlwerksschlacken wowie technologisch aufwendiges Pressen des Baustoffgemisches unumgänglich.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, einen hochwertigen Baustoff für Straßen und Gründungen aus Industrieabfallstoffen und Sekundärrohstoffen zu schaffen, der ohne Verwendung künstlicher Bindemittel herstellbar ist und Anforderungen an hohe Trag- und Verformungsbeständigkeit erfüllt.

Im Vergleich zu anderen Baustoffen soll ohne künstlich hergestellte Bindemittel eine bedeutende Verlängerung der Reproduktionszyklen baulicher Anlagen bei wesentlich geringeren erhaltungswirtschaftlichen Aufwendungen erreicht werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, in Stahlwerken anfallende Schlacke mit geeigneter Flugasche so zu kombinieren, daß daraus ohne Einsatz von Zement oder anderen künstlichen Bindemitteln insbesondere Tragschichten und kompakte Tragdeckschichten für Straßen und andere Verkehrsflächen mit großer Druckfestigkeit hergestellt werden können, die sich durch geringen E-Modul und hohe Verschleißfestigkeit auszeichnen, wobei Rißbildungen infolge schwerer Verkehrslasten wegen der Flexibilität der Schichten vermieden werden. Gleichzeitig sind die Schlagbeanspruchungen durch Kettenfahrzeuge schadensfrei aufzunehmen.

Diese Aufgabe wird nach einer Vielzahl langwieriger Versuche mit verschiedenen Stahlwerksschlacken und unterschiedlichen Flugaschen erfinderisch dadurch gelöst, daß Siemens-Martin-Schlacke, die als Hauptbestandteile

7-9 Ma.-% Fe

7-17 Ma.% FeO

3-9 Ma.-% Fe₂O₃ 38-55 Ma.-% CaO 15-25 Ma.-% SiO₂

6-12 Ma.-% MgO

4-9Ma.-%MnO

2-5 Ma.-% AI₂O₃ 1,2-1,6 Ma.-% P₂O₆ 0,3-0,5 Ma.-% S

enthält, mit basischer Flugasche, die hydraulisch aktive HCI-lösliche Calcium-Silikate, Aluminate, Ferrite und Sulfate bei einem Gehalt an gebundenem und freiem CaO von 26 bis 34 Ma.-% aufweist, und Wasser gemischt wird, wobei die Siemens-Martin-Schlacke Korngrößen von Null bis 63mm besitzt und der Anteil der basischen Flugasche am Baustoff, die höchstens 8 Ma.-% freies CaO enthält, 10 bis 25 Ma.-% beträgt.

Obwohl das Abbinden und Erhärten dieses neuen Baustoffes nach seiner Verdichtung nur bei Umgebungstemperaturen und nur unter atmosphärischem Druck erfolgen, wird nach wenigen Tagen eine Druckfestigkeit von 30 N/mm² erreicht. Nach Herstellung entsprechender Straßenkonstruktionsschichten entsteht eine Plattentragwirkung großer Tragfähigkeit.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachstehend anhand von zwei Beispielen weiter beschrieben.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird eine Mischung aus Siemens-Martin-Schlacke mit oben angeführten Hauptbestandteilen, aus 10 Ma.-% der genannten basischen Flugasche, die 30 Ma.-% CaO enthält, und Wasser in einem Zwangsmischer hergestellt. Dieser Baustoff wird anschließend auf einem für eine Straße vorbereiteten Planum verteilt und mittels Walzen verdichtet. Dabei entsteht eine Tragdeckschicht für schweren Verkehr, die bereits nach einer Stunde nach dem Verdichten durch mittelschwere Fahrzeuge benutzt werden kann, ohne daß Verschleißerscheinungen auftreten.

Die dabei verwendete Flugasche besitzt weniger als 20 Ma.-% der Korngröße größer 0,09 mm, weniger als 10 Ma.-% der Korngröße größer 0,20 mm und keine Anteile der Korngröße größer 1 mm.

Nach einer zweiten Variante besteht der neue Baustoff aus der oben beschriebenen SM-Schlacke, die aber 2 Ma.-% freies CaO aufweist, 25 Ma.-% basischer Flugasche, die 30 Ma.-% CaO beinhaltet, und Wasser. Dabei initiiert der „Freikalk" der SM-Schlacke als Anreger (Aktivator) das Abbinden der hydraulischen Flugasche in Anwesenheit des Wassers.

Die günstigen Hydraulefaktoren der Mischungskomponenten bewirken ein schnelles Abbinden und Erhärten des Baustoffes, und nach wenigen Tagen wird bei Straßenkonstruktionen die große Druckfestigkeit von 30 N/mm² erreicht.

Die dabei verwendete Flugasche besitzt 20 Ma.-% der Korngröße größer 0,09 mm, weniger als 10 Ma.-% der Korngröße 0,20 mm und weniger als 1 Ma.-% der Korngröße größer 1 mm.

Neue spezifische Vorteile sind die Einsparung von mindestens 50 kg Zement pro m² Verkehrsfläche gegenüber vergleichbaren Zementbetonstraßen und somit eine wesentliche Senkung der Kosten, die große Druckfestigkeit von 30 N/mm², die damit im Vergleich zur Druckfestigkeit bekannter Aschebetone um 80% höher liegt, und die selbst unter extremen Betriebsbedingungen hohen Gebrauchswerteigenschaften infolge flexiblen Verhaltens der Schichten, der Härte der SM-Schlacke und geringer Wärme- und Schwindspannungen, weil kein Zement verwendet wird. Daraus resultiert, daß aus dem neuen Baustoff bestehende Trag- und Tragdeckenschichten sehr verschleiß- und rißfest und bald nach ihrer Herstellung benutzbar sind.

Außerdem ist dieser Baustoff wenig sensitiv bezüglich Witterungseinflüssen und in der Produktion möglicher Dosierungsfehler, wodurch hohe Funktionssicherheit und große Praxiswirksamkeit gegeben sind.

Claims (1)

1. Baustoff für Straßen und Gründungen aus Schlacke und Flugasche, gekennzeichnet dadurch, daß er aus Siemens-Martin-Schlacke, basischer Flugasche und Wasser besteht, wobei die Siemens-Martin-Schlacke ein Granulat bis zu einer Korngröße von 63 mm ist und der Anteil der Flugasche am Baustoff 10 bis 25 Ma.-% beträgt.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Baustoff für Straßen und Gründungen, und sie ist besonders geeignet für Tragschichten im klassifizierten Straßennetz, für Wegebefestigungen, Befestigungen von Parkflächen, Abstellflächen, Lagerplätzen sowie für Gründungen im Wohnungs-, Gesellschafts- und Industriebau. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind durch schwere Rad- und Kettenfahrzeuge belastete Straßen.