DE3610722A1

DE3610722A1 - Verfahren zur herstellung von damm- und hinterfuellbaustoffen

Info

Publication number: DE3610722A1
Application number: DE19863610722
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr. 4630 Bochum Erdmann; Rolf Dr.-Ing. 4630 Bochum Köhling; Dieter Dr. 4300 Essen Leininger; Peter Prof. Dr.-Ing. 3014 Laatzen Neumann-Venevere; Theo Dr. 4300 Essen Schieder
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1985-04-04
Filing date: 1986-03-29
Publication date: 1986-10-09

Description

Verfahren zur Herstellung von Damm- und
Hinterfüllbaustoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Damm- und Hinterfüllbaustoffen für den Untertagebergbau, bestehend aus hydraulisch abbindenden Bindemitteln und gegebenenfalls Zuschlagstoffen.
Hydraulisch abbindende Damm- und Hinterfüllbaustoffe sind sowohl als pulverförmige als auch als körnige Baustoffe bekannt. Die körnigen Baustoffe unterteilt man nach Kornfraktionen von 2 - 0, 4 - 0 bzw. 8 (15) - 0 mm, je nachdem, ob diese als Feinmörtel (2 - 0 mm), als Grobmörtel (4 - 0 mm) oder als Hinterfüllbeton (8 (15) -0 mm) eingesetzt werden. Sie finden, je nach den Anteilen der Bindemittel - überwiegend Zemente - und entsprechender Zugabe von Beschleuniger als soforttragende, als früh tragende oder als spät tragende Baustoffe Verwendung.
Die vorerwähnte Abstufung entspricht dem zeitlichen Ablauf der Drucklestigkeitsentwicklung während der Entsorgungs-und Erhärtungszeit (nach Stunden und Tagen), wobei für die einzelnen Baustoffe nach der Zeit abgestufte Grenzwerte einzuhalten sind, wie aus der Figur der Zeichnung und der Tabelle 1 hervorgeht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Damm- und Hinterfüllbaustoff der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der sowohl hohe Anfangsfestigkeiten als frühtragender Mörtel nach 3 h und 5 h als auch hohe Festigkeitswerte wie ein spättragender Mörtel nach 24 h und 48 h erzielt.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird überraschenderweise sowohl schnelleres Erstarren der Mischung mit vergleichsweise hohen Anfangsfestigkeiten, z. B. 2 -6 N/mm 2 nach 3 h bzw. 10 - 20 N/mm nach 5 h Erstarrungszeit, erreicht, als dies für frühtragende Mörtelmischungen gefordert wird, als auch nach dem Erhärten sehr hohe Festigkeiten der Damm- und Hinterfüllbaustoffe mit 25 - 35 NImm2 nach 24 h und mit 34 - 43 NImm2 nach 48 h Erhärtungszeit erzielt, die über den Festigkeitswerten der üblichen spättragenden Mörtelmischungen liegen.
Die stark kohlehaltigen, aus Schieferton bestehenden Flotat i onsbe rge im Brennprozeß einer Wirbelschichtanlage werden im Temperaturbereich von etwa 850 c unter Zusatz von Kalksteinmehl so umgesetzt, daß ein Abbrand mit nicht rehydratisierbarem Tonanteil anfällt. Dieser Abbrand weist ohne Mahlprozeß eine natürliche, stoffeigene Feinheit von etwa 7.000 cm2/g bis etwa 10.000 cm2/g auf.
Mit einer Wasseraufnahme, die im Mörtel gemessen bei 30 -40 Gew.-% Liegt, besitzt der Abbrand eine um 10 - 15 Gew.-% höhere Wasseraufnahme als die Normmörtel bekannter Bindemittel. Der Abbrand setzt sich nämlich körnungsmäßig aus feinen, blättrigen Partikeln zusammen, die sich schichtig, oft aufeinander aufbauend, mittig strukturell einordnen.
Die blättrigen Kornflächen zeigen sich reihig aufgliedernde Nocken, was eine intensive Durchfeuchtung des Einzelblattes jedes einzelnen Kornes ermöglicht.
Wird der Abbrand der Flotationsberge mit Wasser allein zu einer Paste verarbeitet, ergibt er keine nennenswerte Festigkeit. Wird dem Abbrand hingegen z. B. Zement zugemischt, so zeigt sich in Abhängigkeit von der zugesetzen Menge an Zement eine entsprechend intensive Aktivierung des in der Mischung enthaltenen latent-hydraulischen Abbrandes. Die Intensität der Puzzolan-Aktivierung kann durch einen auf die Mischung abgestimmten AufmahLprozeß des Abbrandes noch gesteigert werden.
Zum Vergleich wurden Mischungen A und B aus Abbrand und Zement mit Wasser sowie aus Normsand und Zement mit Wasser hergestellt, die unterschiedliche Festigkeitsentwicklungen zeigten. Die Mischungen A und B sind für Mörtel des Untertagebaues als charakteristisch anzusehen. Die Prismenfestigkeit nach DIN 1164 der beiden Mörtelmischungen A und B ergaben folgende Werte: Mischung A 2 80 % Abbrand als künstliches Puzzolan mit 9.500 cm /g (nach Blaine) 20 % Zement der Güte 45 F mit 3.500 cm2/g (nach Blaine) wurden mit Normsand und Wasser zu Mörtel verarbeitet.
Dauer der Erhärtung 7 Tage 28 Tage 2 Druckfestigkeit in N/mm 9,50 22,50 Mischung 8 8Q % Quarzmehl (inerter Stoff) mit 5.830 cm2/g (nach Blaine) 2 20 x Zement der Güte PZ 45 F mit 3.550 cm /g (nach Blaine) wurden mit Normsand und Wasser zu Mörtel verarbeitet.
Dauer der Erhärtung 7 Tage 28 Tage Druckfestigkeit in N/mm 3,60 5,20 Danach sind Abbrände aus Flotationsbergen als hochwertiger latent-hydraulischer Zusatzstoff durch Zemente aktivierbar und erreichen die Festigkeitswerte von früh-und spättragenden Baustoffen des Untertagebaues, wie aus der Figur der Zeichnung ersichtlich ist.
Erfindungsgemäß werden höhere Temperaturen bei der Verarbeitung des Mörtels angewendet. In das vorteilhaft mit Fegekorn angereicherte Mischgut wird auf 60 - 80 c vorerhitztes Wasser eingearbeitet.
Das Eintragen des Mörtels in die Form oder das Auftragen des Mörtels auf das Gebirge geschieht vorteilhaft im Mörtelspritzverfahren. Durch die Feinverdüsung des heißen Wassers wird dieses beim Aufprall der Mörtelmischung auf den festen Untergrund der schon vorgespritzten Masse in die blättrigen, narbig aufgerauhten Kornteilchen des Abbrandes eingedrückt. Dadurch wird auch das sich mittlerweile gebildete Zementgel in die Kapillaren des Abbrandkornes eingetragen. Auf diese Weise erfolgt eine intensive Hydratation, sowohl des latent-hydraulischen Abbrandes ats auch des mit dem Abbrand in Reaktion befindlichen Zementes.
Durch den einsetzenden Prozeß der Hydratation und den ständigen weiteren Auftrag der Mischung mit dem darin enthaltenen hochfeinen Abbrand ergibt sich eine dichte, geschlossene Oberfläche. Diese dichte Masse übernimmt die Funktion sowohl eines Wärmespeichers als auch eines Wasserspeichers und beeinflußt das Reaktionsvermögen der einzelnen Stoffkomponenten positiv. Die Verfilzung der aufgetragenen Mörtelmasse ist so hoch, daß ein Rückprall von Feststoff nicht erfolgt. Ein Wasseraustrag aus der aufgetragenen Stoffmasse findet ebenfalls nicht statt.
Die sonst verwendeten Zusatzmittel, wie Wasserglas oder ähnliches Material, die üblicherweise für eine schnelle Abbindung der Masse sorgen, sind somit hier nicht erforderlich.
Da der Abbrand eine sehr hohe Wasseraufnahme besitzt, kann bei der Herstellung des Mörtels mit Verflüssigern gearbeitet werden, um den Wasseranteil zu mindern. Für die Hydratation des Bindemittels ist dann immer noch eine ausreichende Wasserreserve in der blättrigen Struktur des Einzelkornes vorhanden.
Die Erfindung wird durch folgende Beispiele erläutert, deren Ergebnisse ebenfalls in der Figur der Zeichnung dargestellt sind: Mischung C Ein Abbrand-Zement-Mischgut hatte folgende Zusammensetzung: 37,5 % latent-hydraulischer Abbrand aus Bergematerial 37,5 % Zement und 25,0 % Fegekorn aus gebrochenen grünen Bergen.
Bei einem Wasser/Feststoff-Verhältnis von 0,34 und einer Verarbeitung des Frischmörtels mit einer Temperatur von 0 40 c ergaben sich folgende Kennziffern: Erhärtungsdauer 3 h 5 h 24 h 48 h Druckfestigkeit in N/mm 2,0 10,8 26,0 34,1 Mischung D Ein Mischgut mit der gleichen Zusammensetzung wie Mischung C wurde mit einem Wasser/ Feststoff-Verhältnis des Mörtels von 0,3 und mit 60 c heißem Wasser zu einem Mörtel verarbeitet. Es ergaben sich folgende Kennziffern: Erhärtungsdauer 3 h 5 h 24 h 48 h 2 Druckfestigkeit in N/mm 6,2 19,4 35,2 43,2 Die Festigkeitswerte beider Mischungen liegen damit günstiger als die bei den üblichen frühtragenden Baustoffen nach 3 h und 5 h und auch höher als die der spättragenden Baustoffe nach 24 h und 48 h.
Vergleichsversuch Mischung E Zum Vergleich wurde ein Abbrand-Zement-Mischgut folgender Zusammensetzung hergestellt: 46 % Abbrand aus Flotationsbergen als künstlich hergestellter latent-hydraulischer Rohstoff, 46 % Zement PZ 45 F und 8 % grüne Berge als Fegekorn.
Das Mischgut wurde bei einem Wasser/Feststoff-Verhältnis von 0,32 und einer Wassertemperatur von ca. 20 C zu einem Mörtel verarbeitet. Es ergaben sich folgende Kennziffern: Erhärtungsdauer 3 h 5 h 24 h 7 d 28 d Druckfedtigkeit in N/mm 0,38 1,10 20,52 35,60 44,15 Die vorgegebenen Werte frühtragender Baustoffe werden im Vergleichsversuch nicht erreicht.

Tabelle 1

DRUCKFESTIGKEIT IN NImm2 NACH EINER ABBINDEDAUER VON

FESTIGKEITSKLASSEN t 15 15 min 1 h 3 h 5 h 24 h 48 h 7 d 28 d

soforttragend 2 5 7,5 10 30 30 30 30

frühtragend 0 0 2 5 15 20 26 30

spättragend 0 0 0 0 5 8 14 20

- Leersite -

Claims

Verfahren zur Herstellung von Damm- und Hinterfullbaustoffen Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen von Damm- und Hinterfüllbaustoffen für den Untertagebergbau, bestehend aus hydraulisch abbindenden Bindemitteln und ggf. Zuschlagstoffen, dadurch gekennzeichnet, a) daß als hydraulisch abbindende Bindemittel Abbrände aus kohlenstoffhaltigem Bergematerial aus der Auf-2 bereitung mit einer Feinheit von mindestens 6.000 cm /g (nach Blaine) in einer Menge bis zu 70 Gew.-% verwendet wird, und b) als weiteres hydraulisch abbindendes Bindemittel 30 Gew.-% bis 50 Gew.-% Zement zugesetzt wird sowie c) bis zu 30 % Fegekorn als Zuschlagstoff eingearbeitet wird, und d) Mörtelmischungen unter Zusatz von Wasser mit einer Temperatur von 60 bis 80 c hergestellt werden.
2. Verfahren zur Herstellung von Damm- und Hinterfüllbaustoffen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mörtel als Spritzmörtel in Formen eingebracht bzw. auf das Gebirge aufgebracht wird.