DE4036427A1 - Baustoff-gemisch mit einem hydraulischen bindemittel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Baustoff-Gemisch mit einem hydraulischen Bindemittel.

Die Wiederverwendung von gebrauchten Baustoffen stellt eine wichtige Möglichkeit dar, um die Abstoffproblematik in Bezug auf knapper werdenden Deponieraum besser in den Griff zu bekommen und natürliche Ressourcen einzusparen. Zu diesen Abstoffen sind auch die industriellen Nebenpro­ dukte zu zählen, für die es zunächst keine hinreichenden Verwendungsmöglichkeiten gibt. Im "Merkblatt über die Ver­ wendung von industriellen Nebenprodukten im Straßenbau" der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Köln, 1983, werden bereits industrielle Nebenprodukte ge­ nannt, die im Straßenbau eingesetzt werden können, und zwar unter anderem Steinkohlenflugasche.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Baustoff-Gemisch bereit­ zustellen, das im wesentlichen aus Abstoffmaterial besteht und dennoch hervorragende bauphysikalische und umweltver­ trägliche Eigenschaften aufweist.

Dies wird erfindungsgemäß mit dem im Anspruch 1 gekenn­ zeichneten Baustoff-Gemisch erreicht. In den Ansprüchen 2 bis 6 sind vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsge­ mäßen Baustoff-Gemischs gekennzeichnet. Das erfindungsge­ mäße Baustoff-Gemisch ist insbesondere zur Herstellung hydraulisch gebundener Tragschichten im Straßenbau ge­ eignet.

Das erfindungsgemäße Baustoff-Gemisch besteht, abgesehen von dem hydraulischen Bindemittel, aus Abstoffen, nämlich Vorsiebmaterial, das aus gebrauchten Baustoffen gewonnen wird.

Die mittlere Korngröße des Vorsiebmaterials ist vorzugs­ weise kleiner als 3 mm, besonders bevorzugt kleiner als 1 mm, wobei die untere Grenze der mittleren Korngröße des Vorsiebmaterials im allgemeinen bei 0,3 mm liegt. Der An­ teil der Kornklasse über 5 mm liegt bei dem Vorsiebmate­ rial vorzugsweise unter 2 Gew.-%.

Die Dichte des Vorsiebmaterials liegt in der Regel zwi­ schen etwa 2,3 und 2,8 g/cm³, je nach dem Bauschutt, aus dem es hergestellt worden ist. Der Wassergehalt des Vor­ siebmaterials schwankt im allgemeinen zwischen 5 und 15 Gew.-%.

Das erfindunsgemäße Baustoff-Gemisch besteht vorzugsweise zusätzlich aus Steinkohlenflugasche. Die Steinkohlen­ flugasche weist vorzugsweise eine mittlere Korngröße von kleiner als 0,05 mm, vorzugsweise kleiner als 0,02 mm auf. Der Anteil der Kornklasse über 1 mm beträgt bei der Stein­ kohlenflugasche im allgemeinen höchstens 2 Gew.-%. Die Dichte der Steinkohlenflugasche schwankt im allgemeinen zwischen etwa 2,2 und 2,6 g/cm³.

Das Gewichtsverhältnis des Vorsiebmaterials zu der Stein­ kohlenflugasche beträgt 1 : 1 bis 4 : 1, vorzugsweise 1,5 : 1 bis 2,5 : 1, und besonders bevorzugt etwa 2 : 1.

Als hydraulisches Bindemittel kann beispielsweise Hoch­ ofenzement eingesetzt werden. Auch hat sich "Pectacrete" als sehr geeignet herausgestellt, da dieses hydraulische Bindemittel zu einer deutlichen Reduzierung der Wasserauf­ nahme am verdichteten und erhärteten Material führt und damit zu einer Verbesserung der Eigenschaften des erfin­ dungsgemäßen Gemischs hinsichtlich der sulfatbedingten Vo­ lumenänderungen sowie des Frost- und Elutionsverhaltens.

Der Gehalt des hydraulischen Bindemittels beträgt vorzugs­ weise 5 bis 12 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bau­ stoff-Gemischs. Dabei läßt sich bereits mit einer relativ geringen Bindemittelzugabe von 6 bis 8 Gew.-% eine Druck­ festigkeit von 7 N/mm² des verdichteten und erhärteten Ma­ terials erreichen, wie sie nach "Zusätzliche technische Vorschriften und Richtlinien für die Ausführung von Trag­ schichten im Straßenbau-ZTVT-StB. Bundesminister für Ver­ kehr", Bonn, 1986, für Tragschichten im Straßenbau gefor­ dert wird. Auch reicht eine Bindemittelzugabe von 6 bis 10 Gew.-% aus, um im Hinblick auf die Umweltverträglichkeit der Gefahr einer Elution von Inhaltsstoffen wirksam zu be­ gegnen.

Da das erfindungsgemäße Baustoff-Gemisch ein relativ fein­ körniges Gemisch darstellt, liegt sein optimaler Wasserge­ halt, wie er sich aus Proctor-Versuchen ergibt, relativ hoch. Werden jedoch solche Wassergehalte eingestellt, ist zum einen die Gefahr der Rissebildung besonders groß - zum anderen lassen sich diese Gemische baupraktisch schlecht verdichten. Aus diesem Grunde liegt der Herstellungswas­ sergehalt des erfindungsgemäßen Baustoffgemischs unterhalb des optimalen Herstellungswassergehaltes. Das heißt, der Herstellungswassergehalt des erfindungsgemäßen Baustoffge­ mischs beträgt vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 16 Gew.-%. Bei Wassergehalten unter 15 Gew.-% und im verstärkten Maß unter 12 Gew.-%, also wenn das Material relativ "trocken" hergestellt wird, können Frosthebungen auftreten.

Das nachstehende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1. Vorsiebmaterial

Das für die nachstehenden Versuche verwendete Vorsiebmate­ rial wurde mit einer Baustoff-Recycling-Anlage hergestellt und weist die in der nachstehenden Tabelle 1 wiedergege­ bene Korngrößenverteilung (Prüfung: gemäß Technische Prüf­ vorschriften für Mineralstoffe im Straßenbau - TP Min-Stb, Teil 6.3.1/2/3: Korngrößenverteilung von Kies, Schotter, Splitt, Sand und Füller (Siebung). Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Köln, 1982) auf.

Tabelle 1

Das Vorsiebmaterial weist ferner einen Anteil von 9,4 Gew.-% an abschlämmbaren Bestandteilen auf (Prüfung: gemäß Technische Prüfvorschriften für Mineralstoff im Straßenbau - TP Min-Stb, Teil 6.6: Prüfung auf Reinheit, Abschlämm­ bare Bestandteile, Stoffe organischen Ursprungs, Mergelige und Tonige Körner, Fremdstoffe. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Köln, 1989). Ferner weist das Vorsiebmaterial im Anlieferungszustand 10,5% Wasser auf. Seine Rohdichte beträt 2,608 g/cm³.

Der Proctorversuch am Vorsiebmaterial gemäß DIN 18 127 er­ gibt eine Proctordichte von 1,890 g/cm³ bei einem optima­ len Wassergehalt von 9,2%.

2. Steinkohlenflugasche

Die für die nachstehenden Versuche verwendete Steinkohlen­ flugasche weist die in der nachstehenden Tabelle 2 angege­ bene Korngrößenverteilung auf (Prüfung: gemäß Technische Prüfvorschriften für Mineralstoffe im Straßenbau - TP Min- StB, Teil 6.3.2: Korngrößenverteilung von Sand (Luft­ strahlsiebung). Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Köln, 1982).

Tabelle 2

Die Rohdichte der Steinkohlenflugasche beträgt im Mittel, 2386 g/cm³ (Prüfung: gemäß Technische Prüfvorschriften für Mineralstoffe im Straßenbau - TP Min-StB, Teil 3.2.1/2: Dichte von Kies, Schotter, Splitt und Sand. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Köln, 1988).

3. Aus dem vorstehend unter Ziffer 1 genannten Vorsiebma­ terial und der vorstehend unter Ziffer 2 genannten Stein­ kohlenflugasche mit einem Gewichtsverhältnis des Vorsieb­ materials zur Steinkohlenflugasche im Verhältnis 2 : 1 sowie mit einem Bindemittelgehalt von 6,8 bzw. 10 Gew.-% Hoch­ ofenzement bzw. "Pectacrete" wurden sechs Gemische herge­ stellt. Als Hochofenzement wurde HOZ 35 L-NW/HS gemäß DIN 1164 verwendet und als "Pectacrete" wurde PZ 35 F "Pectacrete" eingesetzt. Mit allen sechs Gemischen wird ein Proctorversuch durchgeführt. Die Ergebnisse der Proctor­ versuche sind in der nachstehenden Tabelle 3 zusammen­ gestellt.

Tabelle 3

4. Aus dem vorstehend unter Ziffer 1 angegebenen Vorsieb­ material, der vorstehend unter Ziffer 2 angegebenen Stein­ kohlenflugasche sowie dem Hochofenzement HOZ 35 L-NW/HS bzw. PZ 35 F "Pectacrete" wurden mit den in der nachste­ henden Tabelle 4 angegebenen Rezepturen Probekörper herge­ stellt.

Tabelle 4

Das heißt, sämtliche Probekörper wurden gezielt mit einem gegenüber dem optimalen Wassergehalt deutlich reduzierten Feuchtigkeitsanteil hergestellt, um bereits von vornherein das Verhalten von baupraktisch besser verarbeitbaren Gemi­ schen erfassen zu können.

5. Druckfestigkeitsprüfung

Die Druckfestigkeitsprüfung erfolgte gemäß "Technische Prüfvorschriften für hydraulisch gebundene Tragschichten - TP HGT-StB. Bundesminister für Verkehr, Bonn, 1986". Die Ergebnisse der Druckfestigkeitsprüfungen an 28 Tage alten Probekörpern sind in der nachstehenden Tabelle 5 wiederge­ geben.

Tabelle 5

Wie der Tabelle 5 zu entnehmen, führt die Zugabe von 6 Gew.-% "Pectacrete" zu Druckfestigkeitswerten von etwas mehr als 5 N/mm². Eine Erhöhung der Zugabe auf 8 Gew.-% bewirkt eine deutliche Festigkeitssteigerung bis über 9 N/mm², so daß danach ein Niveau von 7 N/mm², wie es zum Beispiel in den "Zusätzliche Technische Vorschriften und Richtlinien für die Ausführung von Tragschichten im Stra­ ßenbau - ZTVT-StB. Bundesminister für Verkehr, Bonn, 1986" gefordert wird, bei einem Bindemittelgehalt von 7 Gew.-% erreicht werden kann. Eine weitere Steigerung des Binde­ mittelgehalts zeigt ab 12 Gew.-% eine nochmalige Zunahme der Druckfestigkeit an. Die höheren Festigkeitsniveaus sind allerdings in der Praxis zumindest beim Einsatz des Gemischs als Tragschicht im Straßenbau nicht anzustreben, weil dann eine erhöhte Rißbildungsneigung besteht.

Weiterhin zeigt die vorstehende Tabelle 5, daß bei Verwen­ dung von HOZ 35 L-NW/HS bereits die vergleichsweise ge­ ringe Zugabe von 6 Gew.-% zu einer mittleren Druckfestig­ keit von 6,7 N/mm² führt. Bei einer Zugabe von 8 Gew.-% wird das geforderte Festigkeitsniveau von 7 N/mm² sicher erreicht. Überraschend ist, daß bei einem Bindemittelge­ halt von 10 Gew.-% ein geringeres Festigkeitsniveau er­ reicht wird als bei 6 und 8 Gew.-%. Tendenziell der glei­ che Effekt ist bei der Verwendung von PZ 35 F "Pectacrete" festzustellen.

6. Frost-Tau-Wechsel-Prüfung

Die Frost-Tau-Wechsel-Prüfung wurde gemäß "Technische Prüfvorschriften für hydraulisch gebundene Tragschichten - TP HGT-StB. Bundesminister für Verkehr, Bonn, 1986", durchgeführt. Zur Kontrolle des Verhaltens der Probekörper werden vor dem ersten, sowie nach dem dritten, sechsten, neunten und zwölften Frost-Tau-Wechsel jeweils die Länge und das Gewicht ermittelt, um eventuelle Längen- bzw. Ge­ wichtsänderungen erfassen zu können. Die Ergebnisse der Frost-Tau-Wechsel-Untersuchungen sind in den nachstehenden Tabellen 6 und 7 wiedergegeben.

Tabelle 6

Tabelle 7

Wie der vorstehenden Tabelle 6 zu entnehmen ist, schwankt die Längenänderung der Probekörper im Mittelwert zwischen -0,6 und + 0,8 pro mil. Gemäß "Zusätzliche technische Vorschriften und Richtlinien für die Ausführung von Trag­ schichten im Straßenbau - ZTVT-StB. Bundesminister für Verkehr, Bonn, 1986" und "Zusätzliche Vorschriften und Richtlinien für die Ausführung von Bodenverfestigungen und Bodenverbesserungen im Straßenbau - ZTVV-StB. Bundesmi­ nister für Verkehr, Bonn, 1981" sind die Gemische daher frostbeständig. Die graduellen Unterschiede der Längen­ änderungswerte sind auf Ungleichmäßigkeiten des Herstel­ lungswassergehaltes zurückzuführen. Derartige Ungleich­ mäßigkeiten wirken sich vor allem dann aus, wenn die Pro­ ben relativ "trocken" hergestellt werden. Die Gefahr von Frosthebungen ist umso geringer, je "feuchter" die Proben hergestellt werden.

Im Verlaufe der Frost-Tau-Wechsel haben die Proben Gele­ genheit, Kapillarfeuchtigkeit über den wassergesättigten Film aufzunehmen. Wie der vorstehenden Tabelle 7 zu ent­ nehmen, ist das Wasseraufnahmevermögen der Proben - ausge­ drückt durch die Gewichtsänderungen - stark von der verwendeten Zementart abhängig. "Pectacrete" zeigt dabei im Gegensatz zum Hochofenzement deutlich sichtbare hydro­ phobe Eigenschaften. Aufgrund der sehr geringen Wasserauf­ nahme bei Verwendung von Pectacrete besteht für die ver­ festigten Gemische ein stark reduziertes Frostgefährdungs­ potential.

7. Umweltverträglichkeitsprüfung

Für die baustoffchemischen Prüfungen zur Umweltverträg­ lichkeit wurden 2 Teilproben (ein gebundenes Gemisch aus Vorsiebmaterial gemäß Ziffer 1 und Steinkohlenflugasche gemäß Ziffer 2 im Verhältnis 2 : 1 mit 8 Gew.-% PZ 35 F "Pectacrete" bzw. mit 8 Gew.-% HOZ 35 L-NW/HS) eingesetzt. Als Probegut wurden je 100 g der Gemische eingesetzt. Das Elutionsverfahren erfolgte nach "DIN 38 414, Teil 4: Deut­ sche Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlam­ muntersuchung; Schlamm und Sedimente (Gruppe S); Bestim­ mung der Eluierbarkeit mit Wasser (S4)". Die gebundenen Gemische werden nach dem Mischen 24 Tage in geschlossenen Behältern bei etwa 21°C gelagert, um das Erhärten der Um­ hüllung kontrolliert und praxisorientiert zu gewährlei­ sten.

Die Ergebnisse der Elutions-Untersuchungen sind in der nachstehenden Tabelle 8 (gebundenes Gemisch mit 8 Gew.-% PZ 35 F "Pectacrete") und der nachstehenden Tabelle 9 (gebundenes Gemisch mit 8 Gew.-% HOZ 35 L-NW/HS) wiederge­ geben.

Tabelle 8

Tabelle 9

Allgemein gültige straßenbauspezifische Anforderungen im Hinblick auf die Umweltverträglichkeit bestehen noch nicht. Die TVO kann jedoch zur Orientierung herangezogen werden.

Die vorstehende Tabelle 8 gibt die Konzentrationen wieder, die sich mit der Zugabe von 8 Gew.-% PZ 35 F "Pectacrete" im Eluat einstellen. Trotz der praxisfremden Eigenheiten des DEV S4-Verfahrens, das zur Elution eingesetzt wurde, ist erkennbar, daß bei "Pectacrete"-Zugabe bei fast allen untersuchten Parametern, abgesehen von den zementspezifi­ schen Parametern, wie pH-Wert, Leitfähigkeit sowie Cal­ cium- und Kalium-Gehalt, die Konzentrationen deutlich un­ ter der TVO liegen. Dies gilt insbesondere für Sulfat und Arsen. Der für Chrom festgestellte Wert liegt allerdings über der TVO-Norm. Gleiches gilt für die Konzentration von Ammonium im Eluat bei Hochofenzement als Bindemittel gemäß Tabelle 9.

Claims (7)

1. Baustoff-Gemisch mit einem hydraulischen Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem aus gebrauchten Baustoffen gewonnenem Vor­ siebmaterial und dem hydraulischen Bindemittel besteht, wobei der Gehalt des hydraulischen Bindemittels, bezo­ gen auf das Baustoff-Gemisch, 3 bis 20 Gew.-% ausmacht.

2. Baustoff-Gemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich aus Steinkohlenflugasche besteht, wobei das Gewichtsverhältnis des Vorsiebmaterials zu der Steinkohlenflugasche 1 : 1 bis 4 : 1 beträgt.

3. Baustoff-Gemisch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis des Vorsiebmaterials zu der Steinkohlenflugasche 1,5 : 1 bis 2,5 : 1 beträgt.

4. Baustoff-Gemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt des hydraulischen Bindemittels, bezogen auf das Gewicht des Baustoff-Gemischs 5 bis 12% beträgt.

5. Baustoff-Gemisch nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als hydraulisches Bindemittel Hochofenzement oder Pectacrete verwendet wird.

6. Baustoff-Gemisch nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Herstellungswassergehalt 10 bis 20 Gew.-% beträgt.

7. Verwendung des Baustoff-Gemischs nach einem der vorste­ henden Ansprüche zur Herstellung einer hydraulisch ge­ bundenen Tragschicht im Tief- und Straßenbau oder zur Bodenverfestigung.