DE3204908A1

DE3204908A1 - Moertel mindestens bestehend aus einem calciumsulfathalbhydrat und flugasche und verfahren zur herstellung des moertels

Info

Publication number: DE3204908A1
Application number: DE19823204908
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing. 4010 Hilden Deuster; Klaus Dipl.-Ing. Dr. 5628 Heiligenhaus Hannes
Original assignee: Steag GmbH
Current assignee: Steag GmbH
Priority date: 1982-02-12
Filing date: 1982-02-12
Publication date: 1983-10-13

Description

Stichwort: Hydratvermahlung
Mörtel mindestens bestehend aus einem Calciumsulfathalbhydrat und Flugasche und Verfahren zur Herstellung des Mörtels Die Erfindung betrifft zunächst einen Mörtel der Im Oberbegriff des vorstehenden Anspruches 1 genannten Art.
Ein solcher Mörtel kann insbesondere im Bergbau als Baustoff für den streckenbegleitenden und -sichernden Ausbau eingesetzt werden, d. h. z. B. für Streckenbegleitdämme, Hinterfüllungen und dgl.
Aus der DE-OS 29 06 230 ist der Einsatz von Beta-Calciumsulfathalbhydrat zusammen mit Flugasche bekannt. Es ist auch möglich, dieser. Mischung weitere Zuschläge in Form von Wasch- oder Ortsbergen aus der Kohlegewinnung und/ oder Aschegranulat bzw. Schlacke aus der Kohlenverbrennung und/oder Schlacken aus der Hüttenindustrie, sowie aus Dihydrat aufgearbeitetes Alpha-Calciumsulfathalbhydrat, zuzusetzen. Das eingesetzte Calciumsulfathalbhydrat wird mit den Komponenten zusammengebracht und in einem Mischer homogenisiert.
Aus der De-OS 29. 23 545 ist es darüber hinaus bekannt, auch Alpha-Calciumsulfathalbhydrat alleine mit Flugasche aus Kohleverbrennungsanlagen und/oder mit Wasch- oder Ortsbergen aus der Kohlegewinnung und/oder Aschegranulat und/ oder Schlacken aus der Kohleverbrennung und/oder Schlacken aus der Hüttenindustrie und/oder mit dem aus der Abgaswäsche auf Kalkbasis stammenden Calciumsulfit und/oder den daraus aufgearbeiteten Calciumsulfatdihydrat zu vermischen. Zur Herstellung des Mörtels wird der aus der Aufbereitung stammende Gips (Calciumsulfatdihydrat) zu Alpha-Calciumsulfathalbhydrat umkristallisiert und mit dem Zuschlagstoff, insbesondere Flugasche, vermischt bzw.
homogenisiert.
Für den Untertage-Einsatz von Baustoffen werden vom Bergbau Druckfestigkeiten gefordert, die in Abhängigkeit zum Alter des verarbeiteten Mörtels stehen. Als Richtwerte für Druckfestigkeiten frühtragender Baustoffe gelten: > 5 N/mm2 nach 5 Stunden > 10 N/mm2 nach 24 Stunden nach 2 > 20 nach 28 Tagen.
Diese Anforderungen wurden mit den vorstehend erwähnten Baustoffen auf Basis von Alpha-Calciumsulfathalbhydrat bei Zugabe von bis zu 60 Gew.-% Flugasche und bei Baustoffen aus Beta-Calciumsulfathalbhydrat bei einer geringeren Flugaschenzugabe erfüllt. Die unterschiedlichen Plugaschegehalte bei Einsatz von Alpha-Halbhydrat bzw.
Beta-Halbhydrat resultieren aus den unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der beiden Halbhydrat-Modifikationen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei den gattungsgemäßen Mörteln eine Festigkeitssteigerung zu erzielen und/oder eine Erhöhung des Flugascheanteils zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Bergbaumörtel gemahlenes Calciumsulfathalbhydrat enthält. Die Mahlung wird so geführt, daß keine Teildehydratisierung von Calciumsulfathalbhydrat zu Anhydrit III in wesentlichem Umfange auftritt. Das eingesetzte Calciumsulfathalbhydrat kann aus Naturgips oder Rückstandsgips erzeugt werden.
Als Rückstandsgipse kommen insbesondere die Rückstandsgipse aus der Entschwefelung der Rauchgase von Wärmekraftwerken in Frage. Weitere Rückstandsgipse sind z. B.
Fluor-Rückstandsgipse und Phosphor-Rückstandsgipse.
Besonders bevorzugt wird ein Mörtel, der eine Mischung von gemeinsam ermahlenem Calciumsulfathalbhydrat und Flugasche enthält.
Bei der gemeinsamen Ermahlung von Calciumsulfathalbhydrat und Flugasche übernimmt die Flugasche aufgrund ihrer kugeligen Kornform die Funktion einer Mahlhilfe, wodurch die bei alleiniger Vormahlung von Calciusulfathalbhydrat erforderliche Mahldauer erheblich reduziert wird. Durch die kurze Verweilzeit des Mahlgutes in der Mühle kann die Produkttemperatur so niedrig gehalten werden, daß die für verschiedene Anwendungsfälle des Mörtels unerwünschte, ggf. eintretende Teildehydratisierung von Calciumsulfat völlig vermieden wird. Hinzu-kommt, daß bei gemeinsamer vermahlung der Mörtelkomponenten Calciumsulfathalbhyrat und Flugasche diese durch den Mahlprozeß homogenisiert werden, so daß eine üblicherweise erforderliche Mischanlage entfällt, wenn nicht weitere Komponenten zugesetzt werden sollen, die nicht mit ermahlen werden sollen und/oder können, wie z. B. ein geringer Anteil-an Grobkorn (sog. Fegekorn,- z. B. Kalkstein oder Kies 2 - 8 mm), um bei pneumatischem Transport Ablagerungen in den Förderwegen und bei der Benetzung mit Wasser Anbackungen im Bereich des -Blasaustrags zu verhindern. Selbstverständlich können dem Mörtel nach dem Mahlprozeß für spezielle Anwendungsfälle weitere Additive mit z. B. verflüssigender oder abbindeverzögernder Wirkung zugesetzt werden. Der Mörtel wird dem Verbraucher als Trockensubstanz angeliefert. Mittels Druckkammerblas- maschinen oder anderen Einrichtungen kann der Mörtel über Rohr- oder Schlauchleitungen pneumatisch gefördert und unmittelbar vor dem Austritt über Düsen mit Wasser benetzt werden. Das Wasser-Feststoff-Gemisch wird dann beispielsweise in den Dammraum oder als Spritz- und -Hinterfüllmasse zur Streckensicherung eingesetzt. Der Mörtel erstarrt sehr schnell und weist eine enorm hohe Frühtrageigenschaft auf. Er ist damit für den Einsatz im Bergbau besonders geeignet, da er der Gebirgsverformung sofort entgegenwirkt.
Bei der Herstellung des Mörtels ist es auch möglich, daß das Calciumsulfathalbhydrat zunächst gesondert ermahlen und dann mit der Flugasche vermischt wird; bevorzugt wird jedoch, daß das Calciumsulfathalbhydrat gemeinsam mit der Flugasche vermahlen wird, wie dies bereits vorstehend erläutert wurde.
Weiterhin erscheint es möglich, das natürliche oder synthetische Calciumsulfatdihydrat nicht erst auf Calciumsulfathalbhydrat umzuarbeiten und dann alleine oder gemeinsam mit Flugasche zu vermahlen, sondern das Calciumsulfatdihydrat unter Wärmezufuhr in einer Mahlanlage zu vermahlen, bis zumindest ein Teil des Calciumsulfatdihydrats zu Calciumsulfathalbhydrat dehydratisiert ist.
Durch diesen thermischen Prozeß wird das eingebrachte Calciumsulfatdihydrat zu Beta-Calciumsulfathalbhydrat aufgearbeitet. Die Wärmezufuhr bei der Herstellung von Beta-Galciumsulfathalbhydrat kann vorzugsweise unter Nutzung der Kraftwerksabwärme oder der Auskopplung von Kesselverbrennungsluft erfolgen.
Wie bekannt fällt die Flugasche bei der Abscheidung der staubförmigen Verbrennungsrückstände aus dem Rauchgas in Elektrofiltern an. Die Erfindung soll nun anhand ver- schiedener Beispiele erläutert werden.
Beispiele Aus 50 Gew,-9Ó Beta-Calciumsulfathalbhydrat aus der Rauchgaswäsche eines Steinkohlekraftwerks und 50 Gew.-% Flugasche werden zwei Mörtelproben A und B hergestellt, wobei die Komponenten im Falle der Probe A ungemahlen homogenisiert und im Falle der Probe B gemeinsam vermahlen wurden. Aus beiden Mörteln wurden unter Zugabe von 40 Gew.-% Wasser, bezogen auf die Trockensubstanz, d. h.
Wasser/Peststoff-Wert = 0,4, Probekörper hergestellt.
Die Probekörper wurden unter definierten klimatischen Verhältnissen gelagert und nach Alterungen von 0,25 h, 1 h, 5 h, 24 h, 7 d und 28 d einer Druckfestigkeitsprüfung unterzogen. In der beigefügten Figur 1 ist in der Abszisse die Abbindezeit TA (0,772 x) und auf der Ordinate die Druckfestigkeit DF (N/mm2) aufgetragen. Wie aus der Betrachtung der beiden Kurven A und B in der Figur 1 hervorgeht, traten bis zu einer Abbindezeit von fünf Stunden keine signifikanten Unterschiede zwischen den. beiden Probekörpern A und B auf. Nach einer Lagerung von 28 d zeigte sich bei dem aus gemeinsam ermahlenem Material hergestellten Probekörper (Kurve B) eine um ca. 25 % höhere Druckfestigkeit als'bei dem aus ungemahlenem Material hergestellten Probekörper (Kurve A).
Weiterhin läßt sich aus dem Vergleich der Kurven A und B entnehmen, daß mit dem ungemahlenen Material (Kurve A) die von dem Bergbau nach 24 h und 28 d geforderten Mindestdruckfestigkeiten nicht erreicht wurden, wie sie in der Figur 1 durch die Kurve E für frühtragende Baustoffe und die Kurve F für spättragende Baustoffe dargestellt sind.
In gleicher Weise wie vorstehend beschrieben wurden Probekörper mit einem Wasser/Feststoff-Wert von 0,35 hergestellt und gelagert. In der Figur 1 zeigt die Kurve C das Verhalten der Körper aus ungemahlenen Komponenten und die Kurve D das Verhalten des Körpers aus gemeinsam ermahlenen Komponenten. Die Charakteristik der Festigkeitsentwicklung läuft analog der für die Kurven A und B beschriebenen Charakteristik. Bedingt durch die geringere Menge des Anmachwassers wurden auch mit dem ungemahlenen Material (Kurve C) die geforderten Mindestdruckfestigkeiten erreicht (Kurven E und F). Um diese Festigkeiten im Falle eines Mörtels aus gemeinsam vermahlenen Komponenten zu erzielen, kann der Flugascheanteil in dem Mörtel in wirtschaftlicher Weise um ca.
10 Gew.-% gesteigert bzw. der Beta-Calciumsulfathalbhydratanteil um den gleichen Prozentsatz reduziert werden.
Die Erhöhung des Flugascheänteils im Mörtel ist von besonderer Bedeutung, da die Steigerung des Flugascheantetls, insbesondere beim Einsatz von Beta-Cal-i ciumsulfathalbhydrat, eine im Vergleich zur Deponierung wirtschaftlichere und umweltfreundlichere Verwertung der Flugasche ermöglicht.
Wie bereits erwähnt, können außer den Komponenten Calciumsulfathalbhydrat und Flugasche in besonderen Anwendungsfällen Additive zugesetzt werden, auch der Einsatz von grobkörnigem Material als Fegekorn ist denkbar.
Die bevorzugten Plugaschegehalte sind bereits erwähnt.
Die Figur 2 zeigt im Vergleich zwischen den gemeinsamen vermahlenen Komponenten (Kurve G) und den ungemahlenen, homogenisierten Mörtelkomponenten (Kurve H) den Einfluß der Mahlarbeit anhand der Kornfraktion KF im Bereich 20 - 40/um. Auf der Abszisse ist die Körnung in/tcm und (luf der Ordinate der Siebdurchgang SD in Gew.-E aufgetragen.
Figur 2 gilt für Beta-Calciumsulfathalbhydrat-Flugasche-Mörtel. Durch die Mahlarbeit ist der Siebdurchgang in dem betrachteten Kornfraktionsbereich von 20 - 4OFm zu höheren Prozentsätzen hin verschoben.
In dem erfindungsgemäßen Mörtel hat das vor- oder gemeinsam mit Flugasche ermahlene Calciumsulfathalbhydrat die Funktion des Bindemittels, während die Flugasche die Funktion eines Füllers mit latenthydraulischen Eigenschaften übernimmt.
Abschließend soll nochmals betont werden, daß die gemeinsame Vermahlung der Komponenten Calciumsulfathalbhydrat und Flugasche bevorzugt wird. Als Mahlanlage wurde für die vorstehend genannten Beispiele eine Laborscheibenschwingmühle eingesetzt.

Claims

Stichwort: Hydratvermahlung Mörtel mindestens bestehend aus einem Calciumsulfathalbhydrat und Flugasche und Verfahren zur Herstellung des Mörtels Patentansprüche ,t) Mörtel mindestens bestehend aus einem Calciumsulfathalbhydrat und Flugasche, dadurch gekennzeichnet, daß er gemahlenes Calciumsulfathalbhydrat enthält.
2. Mörtel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er gemahlenes Alpha-Calciumsulfathalbhydrat und/oder gemahlenes Beta-Calciumsulfathalbhydrat enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz von Alpha-Calciumsulfathalbhydrat der Elugaschegehalt 35 - 90 Gew.-%, vorzugsweise 30 - 75 Gew.-% beträgt.
4. Mörtel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz von Beta-Calciumsulfathalbhydrat der Flugaschegehalt 15 - 70 Gew.-, vorzugsweise 35 - 55 Gew.-, beträgt.
5. Mörtel nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Calciumsulfathalbhydrat aus einem Rückstandsgips oder einem natürlichen Gips hergestellt ist.
6. Mörtel nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstandsgips aus der Entschwefelung der Rauchgase von Verbrennungsanlagen, insbesondere von Steinkohlenkraftwerken, stammt.
7. Mörtel nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Mischung von gemeinsam gemahlenen Calciumsulfathalbhydrat und Flugasche enthält.
8. Mörtel nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß er Additive zur Optimierung der Festigkeitseigenschaften enthält.
9. Mörtel nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß er Grobkorn zur Vermeidung von Ablagerungen bei pneumatischer Förderung enthält.
10. Verfahren zur Herstellung eines Mörtels nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß aus Calciumsulfatdihydrat aufgearbeitetes Calciumsulfathalbhydrat gemahlen und danach mit Flugasche vermischt wird.
11. Verfahren zur Herstellung des Mörtels nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß aus Calciumsulfatdihydrat aufgearbeitetes Calciumsulfathalbhydrat gemeinsam mit Flugasche vermahlen wird.
12. -Verfahren zur Herstellung des Mörtels nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß Caiciumsulfatdihydratdihydrat unter Wärmezufuhr alleine oder gemeinsam mit Flugasche vermahlen wird, bis zumindest ein Teil des Calciumsulfatdihydrats zu Calciumsulfathalbhydrat dehydratisiert ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach gemeinsamer Vermahlung oder Mischung von gemahlenen Hydrat und Flugasche weitere Komponenten zugesetzt werden.