DD298872A7 - Schlackebetone fuer verkehrsflaechen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Baustoffe fuer Verkehrsflaechen und Gruendungen unter Verwendung von Industrieanfallprodukten. Die vorgeschlagenen Baustoffe eignen sich besonders fuer Tragschichten und Trag-Deckschichten von Verkehrsflaechen, aber auch fuer Gruendungen anderer Baukonstruktionen. Das Wesen der Erfindung besteht in neuen Rezepturen, wobei 72 bis 96 * Konverterstahlschlacke und 4 bis 28 * definierte feingranulierte Anfallstoffe von Stahl- und Kraftwerken gemischt sind. Als unmittelbare technische Wirkungen sind bei diesen neuen mineralischen Baustoffen vor allem ohne Einsatz synthetischer hydraulischer Bindemittel vorzuegliche Struktur- und Festigkeitsentwicklung im Verlaufe statischer und dynamischer Belastungen der entsprechenden baulichen Objekte sowie unter Fahrbahnbedingungen infolge Anfangshydratation und kinetischer Stabilitaet physikalische Parameter, die eine Sofortnutzung ermoeglichen, festzustellen.{Industrieanfallprodukt; Konverterstahlschlacke; Anfallstoff, feingranuliert; Baustoff, mineralisch; Verkehrsflaeche; Fahrbahnbedingung; Gruendung; Anfangshydratation; Stabilitaet, kinetisch; Belastung; Strukturentwicklung; Festigkeitsentwicklung}

Description

zusammensetzen, die Beziehung 0,1 < β < 0,5

am Anteil der Korngrößen g 1 mm des Gesamtgemisches relevant ist, die Korngrößenverteilung der Konverterschlacke

- bei homogener Korngrößenverteilung nach der Potenzfunktion

mit x>0,2 für max d = 32 mm und χ > 0,25 für max d = 16 mm

erfolgt '

- bei inhomogener Korngrößenverteilung den zur Realisierung von β notwendigen Anteil der

Korngrößengruppe d S= 1 mm der Konverterstahlschiacke im Gemisch enthält und die Korngrößenverteilung der Zusatzstoffe einen Mindestanteil von 80 Ma.-% der Korngröße d < 0,25mm und 40 Ma.-%d < 0,063 mm enthält

2. Baustoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Freikalkgehalt des Baustoffgemisches von größer 8 Ma.-% durch die Korngrößenverteilung ein Restporenraum von 5% und mehr vorgegeben wird.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Baustoff für Verkehrsflächen und Gründungen. Der vorgeschlagene Baustoff ist vorzugsweise für Tragschichten und Trag-Deckschichten geeignet.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Verwendung von Schlacken und Aschen als Baustoffkomponente ist bekannt. So werden Hochofenschlacken seit etwa Jahren für bauliche Zwecke eingesetzt, während die praktische Verwendung von Stahlwerksschlacken wegen ihrer anderen chemischen Zusammensetzung recht problematisch ist. Aber auch dafür gibt es heute einige mehr oder weniger brauchbare Lösungen.

Dazu gehören Vorschläge, die Abfallschlacke aus der LD-Stahlerzeugung (Linz-Donawitz-Verfahren), wobei Stahl aus Stahleisen im Konverter durch Sauerstoff-Frischen hergestellt wird, und aus dem Siemens Martin-Verfahren zum Beispiel im Straßenbau zu benutzen. Dabei gelang es bereits, durch definierte Kombination vom SM-Schlacke, die das Mineral Monticellit (Fe-Monticellit) enthält, und Flugasche basischen Charakters, die einen niedrigen SO₃-Gehalt hat, einon Baustoff zu entwickeln, der ohne Verwendung von Zement Druckfestigkeiten von 30N/mm² erreltnt (DD-WP CO 4 B/277756-1).

Weiterhin ist entsprechend der DE-AS 1.293.072 bekannt, den Hauptbestandteilen Hochofenschlacke und/oder Naturstein eines Mineralbetons für die Verwendung im Straßenbau abgelagerte Siemens-Martin- und/oder Konverterschlacke mit Korngrößen im Bereich von 0 bis 12 mm zuzusetzen, wobei der freie Kalkgehalt dieser Schlacken im wesentlichen ausgespült oder chemsich gebunden ist. In dieser Baustoffmischung ist der Anteil der Stahlwerksschlacken insbesondere wegen der schädigenden Wirkung des freien Kalkes eng begrenzt.

Maximal kann hierbei der Kornanteil von 0 bis 12mm durch SM- und/oder Konverterschlacke vollständig erseht werden, wofür aber eine aufwendige Behandlung dieser Stahlwerksschlacken durch Schwingbrechen, Prallmühlenzerkleinerung, Klassierung und längere feuchte Lagerung erforderlich ist. Andernfalls tritt „Kalktreiben" in den Straßenflächen ein.

Gemäß der DE-AS 1.915.551 kann gemahlene Siemens-Martin-Schlacke mit einer maximalen Korngröße von 3mm zur Herstellung einer Dichtungsmasse für wasserbauliche Anlagen Verwendung finden. Hier setzt man dieser Schlacke hydraulischen Kalk und 25 bis 35% Wasser zu, um eine pumpbare Masse für die Abdichtung von z. B. Sohlen und Böschungen von Kanälen, Flüssen und Teichen zu erhalten. Dabei wird die SM-Schlacke auf einen Kalkgehalt von über 30%- vorzugsweise über 00%- (jebracht, wobei sich die Prozentangaben auf den Feststoffgehalt der Dichtungsmasse beziehen. Alternativ ist Zusatz von Tonmehl, Natriumchlorid, Wasserglas, Aluminiumsulfat und/oder Trass vorgesehen.

Ein feinkörniges Bindemittel aus granulierter Hochofenschlacke und Stahlwerksschlacke für durch Wärmebehandlung und/oder Dampf härtung herzustellende Bauelemente wird im der DE-AS 2.040.484 beschrieben. Dieses Bindemittel enthält 60 bis 40Gew.-% Hochofenschlacke und 40 bis 60Gew.-% Stahlwerksschlacke. Von allen Stahlwerksschlacken werden die SM- und/oder LD-Schlacke als Anreger bevorzugt. Dem Gemisch können 5 bis 10Gew.-% Gips oder Anhydrit zugegeben sein. Den hydraulisch reaktionsfähigen Bestandteil stellt dabei die Hochofenschlacke in Form von Hüttensand dar, denn bekanntlich sind SM- und LD-Srhlacken nach dem Abschrecken nicht hydraulisch.

Ein Betongemisch mit Konverterschlacke zweier unterschiedlicher Klassierungen ist Gegenstand der japanischen Patentschrift 55-27026. Danach enthält ein Kubikmeter dieses Baustoffgemisches 376kg Zement, 1187 kg grobe und 745 kg feine Konverterschlacke, 65 kg eines SiO₂-reichen Zusatzes und 210 Liter Wasser.

Auch entsprechend dem SU-Urheberschein 1.074.842 werden zur Herstellung eines verschleißfesten Betons unter Verwendung von Konverter- und Hochofenschlacke 14 bis 15Ma.-% Zement benötigt. 3ei diesem Baustoffgemisch beträgt dergrößte Korndurchmesser der Konverterschlacke 20mm und der der granulieren Hochofenschlacke bmm. Gleichzeitig erfolgt hier der Einsatz toter CaO-reicher Rückstände der Sodaindustrie und alternativ gebrannten SiO₂-reichen Gesteins. Beide Zusätze werden dabei hochfein aufgemahlen.

Anderterseits sind viele Vorschläge bekannt, das industrielle Anfallprodukt Asche nützlich zu verwerten. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, daß kieselsäurereiche und & :hwefelarme Aschen für die Bau- und Baumaterialienindustrie recht gut geeignet sind. Dazu gehören vorrangig einige ElektrofiU naschen mit einem SiO₂-Gehalt von 45 bis 55Ma.-%.

Sowirdz. B. in der US-PS 4.050.950 ein Baumaterial für den Schutz.rdverlegter Leitungen beschrieben, das aus Portlandzement, Flugasche, Zuschlagstoffen und Wasser besteht. Zur Herstellung dieses porenarmen Baustoffes wird sogenannte Trenton Channel Fly Ash aus Jer Kohleverbrennung eingesetzt, die als Trockenasche 21 % Fe₂O₃,25% AI₂O₃,1 % MgO, 1,8% CaO, 0,4% Na₂0,1,5% K₂0,1,3% TiO₂ und 48% SiO₂ aufweist. Diese Flugasche ist also durch hohe Hydraulikfaktoren charakterisiert, wobei der pH-Wert bei 10,4 liegt.

Als Nachteil der Lösung gemäß der US-PS 4.050.950 ist anzusehen, daß der hier vorgeschlagene Baustoff die Druckfestigkeiten gewöhnlicher Betone nicht erreicht, was nicht zuletzt seine Ursache in der Auswahl der verwendeten Zuschlagstoffe hat.

Nach der DE-PS 932.360 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Baustoffes aus Aschen aller Art, insbesondere aus Steinkohlenflugasche, die als Hauptbestandteile Kieselsäure und Tonerde enthält, bekannt.

Dabei ist Wasserglas Bestandteil eines Kalkmilch und Zement enthaltenden Bindemittels. Wesentlich ist bei dieser Erfindungsbeschreibung, daß der Rohasche vor Zumischung des Bindemittels Schwefelsäure zugesetzt wird; wodurch die in der Rohasche vorhandenen, die Festigkeit des Bindemittels beeinträchtigenden Bestandteile unschädlich werden, so daß bei Verwendung eines so vorbehandelten Materials Formkörper mit immer gleichen Festigkeitseigenschaften herstellbar sein sollen. Jedoch ist dafür der Zementgehalt des Bindemittels maßgebender Faktor.

Diese Erfindungsbeschreibung beinhaltet nur eine allgemeine technische Lehre. Wege r Fehlens exakter Rezepturangaben ist die Reproduzierbarkeit bzw. eine effektsichere industrielle Anwendbarkeit nicht gegeben.

Entsprechend der DE-PS 934.396 .vird ein Baustoff aus Qipsreicher Asche (Braunkohlenflugasche) und Wasser vorgeschlagen, dem je nach Verwendungszweck die Bindekraft oder deren Haftfähigkeit steigernde Stoffe, wie Wasserglas, Natronlauge, Soda, Alaun, Lack, Zelleim odor Sulfitablauge zugegeben sind. Die dargestellten Baustoffvarianten eignen sich als Mörtel, PuU, Isoliermittel gegen aufsteigende Nässe und zum Schutz leicht brennbarer Bauelemente. Gleichfalls können daraus Nutzschichten für Fußböden gefertigt, werden. Bei Zugebe von Füllstoffen zu dem Asche-Wasser-Gemisch ist auch die Produktion von Leichtbauelementen durch Formen und Pressen möglich.

Im Straßenbau ist das Asche-Wasser-Gemisch gemäß der DE-PS 934.396 unter Zugabe teerhaltiger Stoffe allenfalls als Deckschicht für leichten Verkehr brauchbar, wobei das entsprechende Baustoffgemisch erst am Einbauort mittels trockener Asche herzustellen und unmittelbar danach zu verarbeiten ist.

Gemäß dem SU-Urheberschein 491.759 wird eine sogenannte Haldenaschenschlackenmischung aus Splitt- und Sandfraktionen enthaltender granulierter Brennstoffschlacke und Flugasche für den U.iterbau von Verkehrsflächen eingesetzt.

Das betreffende zementlose Baustoffgemisch besteht aus 80 bis 90Ma.-% dieses Asche-Schlacke-Gemenges, 2 bis 10Ma.-% Kalk, 0,2 bis 1,0Ma.-% Chlorkalzium und 7 bis 15Ma.-% Wasser. Jedoch reicht das Merkmal, daß 35 bis 85Ma.-% Brennstoffschlacke und 15 bis 65Ma.-% Flugasche in dem Anfallprodukt enthalten sind, nicht aus, um die unmittelbaren technischen Wirkungen des Erfindungsvorschlages erkennen zu lassen. Es mangelt hier also wegen Fehlens der chemischen Zusammensetzungen der zu verwendenden Schlacke und Asche an der nacharbeitbaren Offenbarung, weshalb die Funktionsfähigkeit bzw. industrielle Anwendbarkeit nicht regelmäßig gewährleistet sind.

Aschen werden auch gemäß der DD-PS 26.756 in einem Verfahren zum kurzfristigen Dichten und regelbaren plastischen Versteifen von Bodenarten verwertet, wonach u.a. Gemenge aus Asche und Klärschlamm, die sauer oder alkalisch und schwach- oder nichtbindig sind, unter Verwendung von Wasser mit Wasserglas und/oder hydratisierend wirkenden Tonen oder Bentoniten, die feingemahlen oder aufgeschlämmt sind, ggf. unter Zusatz von alkalischen Salzen, wie z. B. Kalium- oder Natriumkarbonat, durchmischt werden, um in bestimmbarer Zeit eine je nach Dosierung der Mischung regelbar plastisch bleibende Masse zu erhalten, die insbesondere zum Dichten von Deichen, Dämmen, Kanälen u. dgl. geeignet ist. Dieses Baustoffgemisch versteif* sehr schnell und ist in Wasser unlöslich. Dabei entstehen Hydrate, die eine hohe Dichtigkeit und eine sehr beständige Kohäsion der Masse bewirken, wodurch hohe Frostbeständigkeit und große Gleitsicherheit gegeben sind. Bei der Lösung nach der DD-PS 26.756 bestehen die unmittelbaren technischen Wirkungen darin, daß die durch die zugesetzten bzw. bereits vorhandenen Salze und Wasser verflüssigten und hydratisierten Tonminerale (Montmorillonit usw.) eine vollständige Ummantelung der nicht hydrationsfählgen, nicht tonigen Bestandteile des zu veredelnden Gemenges bilden, ähnlich wie der Zement die Zuschlagstoffe im Beton umhüllt, wobei jedoch im vorliegenden Falle eine nach der Versteifung plastischbleibende Masse entsteht.

Wichtig ist hier, daß die benetzbare Oberfläche der zu umhüllenden Körnungen möglichst groß ist.

Wird bei diesem Verfahren natürlicher Ton verwendet, bei dem die Fließgrenze zwischen 0,4 und 0,6 liegt, sind etwa 15 bis 24% Ton erforderlich, um die dargestellten Effekte zu erzielen.

Die DE-PS 1.127.822 beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung von Straßenunterbauten und Tragschichten, bei dem 10 bis 30 Gewichtsteile silicium- oder aluminiumhaltige „rohe" Flugasche mit sehr geringen Bindeeigenschaften, 70 bis 90 Gewichtsteile eines Bodens mit hohem Feinheitsgrad und 2 bis 9 Teile Ätzkalk mit Wasser vermischt werden. Hierbei ist der langwierige Reaktionsprozeß des Baustoffgemisches bis zur Erreichung brauchbarer inhärenter Festigkeitseigenschaften nachteilig. Zum Beispiel ist erst nach einem Jahr die halbe der bei vollständig abgelaufener Erhärtungsreaktion entstehenden Druckfestigkeit vorhanden. Die Ursache dafür liegt im wesentlichen in dem ungünstigen Einfluß des Kalkes auf das Wasserrückhaltevermögen, da der Kalk nur diskontinuierlich mit den anderen Komponenten des Gemisches zusammenwirkt. Weiterhin ist bekannt, daß bei der Stahlerzeugung im Konverter-Verfahren im Gegensatz zum Siemens-Martin-Verfahren keine vollständige Auflösung des Kalkes, d. h. kein vollständiges Schmelzgleichgewicht erreicht wird. In der erstarrten Konverter-Stahlwerksschlacko befindet sich daher ein Anteil von CaO in dispergierter Anordnung.

Der bekannte Zerfall von Konverter-Stahlwerksschlacken wird vor allem auf die Oxidation und Hydratation der reichlich vorhandenen Wüstitphase zurückgeführt. Deshalb ist diese Schlacke auch nicht als Zuschlagstoff für Schwerbeton geeignet. Konverterstahlschlacken nach dem LD-Vorfahron unterscheiden sich von Siemens-Martin-Schlacken durch ihre mineralogische Konstitution sowie durch die Verteilung der Mineralstoffe in der erstarrten Masse. Diese Unterschiede sind verfahrenstechnisch und vom Einsatz der Grundstoffe abhängig. In „Metallurgie und Werkstofftechnik" von Zimmermann und Günther, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1977, wirde dieser Unterschied auch anhand thermodynamischer Analysen dargestellt.

Siemens-Martin-Schlacke liegt als Mineralstoffgemisch vor und wird zur Herstellung von Mineralbeton-Tragschichten verwendet. Die granulometrische Beständigkeit wird durch Zerfallsanalysen nachgewiesen. Sie bildet eine wichtige Bedingung für die langzeitige Frostbeständigkeit der ungebundenen Tragschichten. Die langzeitige vorhergehende Lagerung der Siemens-Martin-Schlacken trägt durch Ausspülung wasserlöslicher Inhaltsstoffe und durch Hydratation grober hydratationsfähiger Einschlüsse mit der hierdurch verursachten Sprengung einiger Körper dazu bei, daß in den Mineralbetonen keine lokalen Störungen eintreten. Diese Vorgänge sind nach ein bis zwei Jahren Lagerung abgeschlossen. Das Kornhaufwerk besitzt danacch Kornstrukturen, die im weiteren Verlauf der technischen Anwendung erhalten bleiben. Hingegen ist die Kornstruktur der Konverterstahlschlacken wegen der Mineralstoffverteilung im Korn, insbesondere der Verteilung "on Kalkeinschlüssen feindispergierter Art und des Wüstits unter Witterungseinfluß, einem ständigen schalenartigen Zerfall unterworfen. Dieser kommt erst zum Stillstand, wenn in dem Restkorn keine dispergieren Einschlüsse im Bereich der Kornschalen mehr vorhanden sind. Im Gegensatz zur Siemens-Martin-Schlacke, bei der nur ein geringer Anteil der Körner durch Hydratation von Stoffbestandteilen vollständig gesprengt wird, sind alle Körner der LD-Schlacken dieser schalenartig von außen nach innen fortschreitenden Zerfallsmechanik unterworfen. Dampfbehandlungen und die Lagerung von Konverterstahlschlacken im Wasserbad weisen den ständigen kontinuierlichen Zerfallsprozeß nach, der durch den zeitabhängigen Feinheitsgrad bzw. den Grad der Komzertrümmung nachgewiesen ist (siehe Diplomarbeit von Pohl und Bergmann „Untersuchungen zur Anwendung von Konverterstahlschlacken im Straßenbau", Ingenieurhochschule Cottbus, 1985).

Die Haldenlagerung von Schlacken kann durch Behandlung der Schlacken mit Säuren auch ersetzt werden. Aufgrund der dargestellten Unterschiede der Wirkungen partieller Hydratationen besitzt diese Technologie bei Siemens-Martin-Schlacken eine gewisse Bedeutung, indem die Kornzertrümmerung einzelner Körner durch Hydratation der groben inneren Einschlüsse beschleunigt wird. Voraussetzungsgemäß kann infolge der dispergieren Anordnung expandierender Inhaltsstoffe von Konverterstahlschlackekörnern dieser Prozeß erst dann zum Stillstand kommen, wenn der schalenartige Zerfall abgeschlossen und eine Korngröße entstanden ist, die dem Abstand der dispergieren expandierenden Stoffe entspricht. Die auf diese Weise erzielte Korngrößenverteilung des Zerfallsproduktes ist wegen des hohen Feinheitsgrades nicht für technische Produkte des Straßenbaues mit geforderter hoher Anfangsstabilität und Frostbeständigkeit geeignet.

Zusammengefaßt bestehen die Mängel der bekannten Lösungen darin, daß sie alle keine wirtschaftlich bedeutsame Verwertung von Konverterstahlschlacken nach dem LD-Verfahren, auch in Verbindung mit anderen Stoffen ermöglichen, ohne wertvolle synthetische Bindemittel und teure Zuschlagstoffe einzusetzen.

Somit ist Nachteil des Standes der Technik, daß Schichten von Verkehrsflächen unter Verwendung von Konverter-Stahlwerksschlacke bicher nicht ausreichend biegezugfest, steif und unmittelbar nach ihrer Herstellung benutzbar hergestellt werden können. Unier diesen Bedingungen existiert keine Lösung, die für hochwertige mineralistische Kompaktschichten mit der kombinierten Funktion als Trag- und Deckschicht, als Deckschicht auf flexiblen Tragschichten und als Tragschicht in Straßenkonstruktionen sowie für Gründungen geeignet ist.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat zum Ziel, einen hochwertigen mineralischen Baustoff für Verkehrsflächen, vorzugsweise Straßen, aber auch für Gründungen anderer Konstruktionen unter Verwendung von Industrieanfallprodukten zu entwickeln, der ohne industriell produzierte synthetische Bindemittel herstellbar ist. Dabei sollen eine große Gebrauchsdauer der entsprechenden baulichen Anlagen und gegenüber dem Stand der Technik eine Reduzierung der Aufwendungen für die Reproduktion erreicht werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, anfallende Konvertei stahlschlacken mit geeigneten mineralischen Anfallstoffen so zusammenzusetzen, daß daraus ohne Zugabe von Zement und/oder anderen synthetischen hydraulischen Bindemitteln mineralische Baustoffe entstehen, die sich durch hohe Anfangsstabilität, durch schnelle Entwicklung hoher Biegezugfestigkeit und durch eine langzeitig positive Struktur- und Festigkei skinetik auszeichnen. Rißbildungen durch Temperatur- und verkehrsbedingte Spannungen und Störungen der Struktur in Fahrbahnoberflächen sind auszuschließen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß 72-96Ma.-% Konverterstahlschlacken, die als chemische Hauptbestandteile

15-40Ma.-%	Fe und FeOx	FeO
35-55Ma.-%	CaO, davon 3-18Ma.-%CaO(te|	Fe2O3
7-18Ma.-%	SiO2	CaO, davon 0-8Ma.-% CaOf„i
1- 6Ma.-%	MgO	SiO2
2- 6,5Ma.-%	MnOx	MgO
0,3- 2Ma.-%	AI2O3	MnO
1- 2,5Ma.-%	P2O6	AI2O3
, und 4 bis 28Ma.-% Aschen bzw. staubförmiger	SO3
0-17Ma.-%
&-15Ma.-%
18-65Ma.-%
6-45Ma.-%
0,5-12Ma.-%
2-15Ma.-%
2-25Ma.-%
0-15Ma.-%

enthalten.

Die Konverterstahlschlacke hat dabei eine homogene Korngrößenverteilung nach der Potenzfunktion

^{v l}maxd^;

mit χ > 0,2 für max d = 32 mm

und χ > 0,25 für max d = 16 mm.

Der feingranulierte (staubförmig bis feinköt nig) Anfallstoff der Stahl- und Kraftwerke besitzt eine Korngrößenverteilung, für die

ein Mindestanteil von '

80 Ma.-% der Korngröße d < 0,25 mm und 40Ma.-% der Korngröße d < 0,063 mm

vorliegt.

Unter der Voraussetzung, daß der Freikalkgehalt des neuen Baustoffgemisches größer 8 Ma.-% ist, erfolgt die Einstellung der Korngrößenverteilung so, daß ein Restporenraum von größer gleich 5% gegeben ist. Das Verhältnis β der im Baustoffgemisch vorhandenen Masse des feinkörnigen Anfallstoffes zum Gesamtanteil der Korngrößen mit d kleiner gleich 1 mm am Baustoffgemisch gemäß voranstehender chemischer Zusammensetzung liegt dabei im Bereich

0,10 < β < 0,50.

Bei Verwendung inhomogener Kornverteilungen mit Ausfallkörnungen gelten die gleichen Bedingungen für die feinkörnigen zugesetzten Anfallstoffe, wobei es grundsätzlich erforderlich ist, daß die Konverterstahlschlacke eine Körnungsfraktion enthält, die den zur Realisierung von β notwendigen Anteil der Korngrößengruppe d kleiner gleich 1 mm gewährleistet. Die Struktur- und Festigkeitsentwicklung dieser neuen Baustoffrezeptur für Schlackebetone, deren Wirkungsgrad also nicht nur vom Mischungsverhältnis der beteiligten Komponenten aus chemischer Sicht abhängt, vollzieht sich während eines langen Zeitraumes, nachdem aber durch Anfangshydratation und kinetische Stabilität Anfangsnutzbarkeit kurzfristig gegeben ist. Im Gegensatz zu konventionellen Baustoffen, die aus inerten Zuschlagstoffen mit geeigneter Korngrößenverteilung zur Erfüllung der Aufgabe, einen minimalen Lückenanteil durch maximale Packungsdichte der Körner der Zuschlagstoffe zu gewährleisten, und einem Bindemittel bestehen, das die Aufgabe zu erfüllen hat, die inerten Körner der Zuschlagstoffe durch feste Brücken mit technisch wirksamer Adhäsion an den Zuschlagstoffkörnern zu verbinden, wobei das verwendete Bindemittel gewissermaßen

als autonomer Bestandteil der Betone eine von den Zuschlagstoffen unabhängige Erhärtungskinetik besitzt, ist das Wesen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß alle Bestandteile des Baustoffes daran beteiligt sind, in der ersten Phase ihrer Existenz im Gemisch physikalische Bindungen und Reibung sowie aufgrund ihrer Anordnung und Form große Verformungswiderstände zu erzeugen.

In dor Entwicklungsphase des Baustoffes zu einem heterogenem multidispersen System mit festen Bindungen sind alle Baustoffbestandteile an der Erzeugung von Reaktionsprodukten beteiligt. Die Korngrößenverteilung wird hierzu nicht entsprechend dem konventionellen Ziel organisiert, eine maximale Packungsdichte zu erreichen, sondern sie soll bewirken, daß der Prozeß der Umsetzung der Bestandteile über einen möglichst langen Zeitraum erfolgt. Die Packungsdichte ist daher in der Anfangskonstitution im Gegensatz zum S. d. T. nicht maximal. Es sind lediglich Anforderungen an die Mindestgröße des Verformungswiderstandes als hinreichende Bedingung zu erfüllen.

In diesem Zusammenhang übt die sonst als nachteilig bezeichnete Zerfallseigenschaft von Konverterstahlschlacke eine wichtige Funktion aus. Sie besteht darin, daß der schalenartige Zerfall, von außen nach innen fortschreitend, nicht nur eine während des Prozesses der Entwicklung des Baustoffes ständige Verfügbarkeit von Schlackepartikeln mit großer spezifischer Oberfläche produziert, die mit den im Gemisch befindlichen feinkörnigen Aschen und Schlacken neue Reaktionsprodukte erzeugen.

Dieser Prozeß wird dadurch gefördert, daß die im Gemisch befindlichen kalkreichen feinkörnigen Aschen und Schlacken für einen pH-Wert sorgen, der größer als 11,5 ist. Im Vergleich hierzu besitzen die KSS einen pH-Wert von ca. 8.

Mit auf diese Weise der langzeitig wirkenden Strukturentwicklung wird sowohl die langzeitig positive Festigkeitskinetik gewährleistet als auch die Fähigkeit, Strukturella Störungen während des langzeitigen Evolutionsprozesses, etwa durch mechanische Einwirkungen entstandene Mikrorisse, die bei konventionellen Baustoffen wegen der abgeschlossenen Strukturentwicklung bereits zu einem frühen Zeitpunkt wie etwa bei Zementbeton zu einer negativen Festigkeitsentwicklung führt, zu kompensieren.

Die angegebenen Bedingungen für die Baustoffzusammensetzung gewährleisten, daß die beschriebenen Wirkungen eir treten.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird mit zwei Beispielen weiter beschrieben.

Gemäß einer ersten Variante werden Konverterstahlschlacke der Korngröße 0 bis 32 mm, die aus den Fraktionen 0/2,2/4,4/8, 8/16 und 16/32mm entsprechend der Korngrößenverteilung

£ = 0,3

zusammengesetzt ist, einen Hauptchemismus von

16,iMa.-% FeO

7,1Ma.-% Fe₂O₃

48,1 Ma.-% CaO, davon 7,5Ma.-% CaO₍„i

14,0Ma.-% SiO₂

1,0Ma.-% MgO

3,5Ma.-% MnO

0,8Με.-% AI₂O₃

aufweist, und Elektro-Ofen-Feinungsschlacke, die den Anforderungen an die oben genannten mineralischen Anfallstoffe entspricht, wobei ihr Chemismus durch

9,42Ma.-% FeO

5,19Ma.-% Fe₂O₃

58,40 Ma.-% CaO

7,70Ma.-% SiO₂

2,47Ma.-% MnO

3,15Ma.-% AI₂O₃

1,69Ma.-% P₂O₆

0,80Ma.-% SO₃

gekennzeichnet ist, in einem Zwangsmischer gemischt. Die Relation β beträgt 0,18 und somit der Anteil Elektroofen-Feinungsschlackemitd = 0 bis 1 mm 5 Ma.-% und der Anteil Konvertersiahlschlacke mit d = 0 bis 32 mm 95 Ma.-% am Baustofftrockengemisch.

Nach Herstellung des Gemisches im Zwangsmischer erfolgt mittels Kippfahrzeugen derTransport zur Einbaustelle, wo mit einer 12-t-Vibrations-Glattmantelwalze Schichten von 100 bis 200mm Dicke bzw. mit einer entsprechenden 25-t-Walze Schichten von 150 bis 250 mm Dicke verdichtet werden.

Der Baustoff entwickelt dann unter Fahrbahnbedingungen, d. h. unter Spannungsverhältnissen, auf überraschende Weise ohne Einsatz hydraulischer Bindemittel die vorstehend angeführten ausgezeichneten Struktur- und Festigkeitseigenschaften, die gegenüber dem Stand der Technik zu neuen Vorteilen führen.

Die gleichen Wirkungen und Effekte sind bei Anwendung der neuen Baustoffrezeptur bei Gründungen von entsprechenden Bauwerken auf dem Gebiet des gesamten Bauwesens erreichbar.

1.1 einem zweiten Falle wird als feingranulierter Anfallstoff (28 Ma.-%) eine kalkreiche Asche, die als chemische Hauptbestandteile

7,95Ma.-% Fe₂O₃

19,50Ma.-% CaO

25,70Ma.-% SiO₂

1,50Ma.-% MgO

9,14Ma.-% AI₂O₃

6,90Ma.-% SO₃

aufweist, und deren Phasenbestand durch 85% Gläser und Mischphasen charakterisiort ist, mit 72 Ma.-% Konverterstahlschlacke der Korngrößengruppe 0 bis 32mm bei homogener Verteilung der Korngrößen gemischt.

Bei der Herstellung dieses neuen Baustoffes geht man wie bei der Produktion von Zementboton vor. Die unter Anwendung dieser Rezeptur gefertigten Schichten von Straßenkonstruktionen sind nach ihrer Verdichtung befahrbar, ohne daß Reifenfahrzeuge Spuren auf der frisch hergestellten Schicht hinterlassen.

Mit zunehmender Belastung wird die Tragfähigkeit der Straßenkonstruktion aus dem erfindungsgemäßen Baustoff erhöht.

Während dieses Prozesses sind keine Spurbildungen feststellbar. Diese vorteilhafte Wirkung wird durch die hohe Anfangsstabilität der verdichteten Schicht und die Festigkeitskinetik des Baustoffes verursacht.

Die speziellen Möglichkeiten der Anwendung der Erfindung ergeben sidh aus der Fähigkeit des Baustoffes, über einen langen Zeitraum Störungen der Mikro- und Makrostrukturen durch mechanische Einwirkungen kompensieren zu können .

Die Erfindung ist daher besonders geeignet für dynamisch beanspruchte obere Tragschichten für Zementbetondeckschichten, für hochbeanspruchte Baustraßen, Werkstraßen und militärisch genutzte Straßen, für kompakte Trag-Deckschichten im Stadt- und Landstraßenbau, für Parkflächen sowie für Gründungen von Wohn- und Gesellschaftsbauten.

Die spezifischen Vorteile der Anwendung des Baustoffes bestehen darin, daß bei insbesondere dynamisch beanspruchte Trag- und Deckschichten in Straßenkonstruktionen infolge der langzeitig positiven Struktur- und Festigkeitskinetik des Baustoffes keine Verluste der Eigenschaftskapazität in bezug auf ihre Tragfähigkeit eintreten, die Lebensauer der Bauteile und Baukonstruktionen aufgrund der qualifizierbaren Kinetik funktional vorausbestimmt und gesteuert sowie Straßenkonstruktionen hergestellt werden können, die unabhängig von der Anzahl wiederholt einwirkender Fahrprozesse sind.

Der Vorteil der Anwendung des Baustoffes ist auch dadurch begründet, daß die zur Herstellung des Gemisches erforderliche Komponente Wasser nicht aus Gründen der Hydratation von Stoffkomponenten, sondern lediglich zur Erreichung der für die Technologie erforderlichen Eigenschaft Verarbeitbarkeit zugegeben wird, ohne daß technisch relevante nachteilige Wirkungen bei Variation des Wassergehaltes eintreten.

Claims (1)

1. Baustoff für Verkehrsflächen und Gründungen unter verwendung von Stahlschlacken, gekennzeichnet dadurch, daß er aus 72 bis 96 auf das jeweilige Baustofftrockengemisch bezogene Ma.-% Konverterstahlschlacke, die als chemische Hauptbestandteile

aufweisen, und 4 bis 28 auf das jeweilige Baustofftrockengemisch bezogene Ma.-% feinkörniger Anfallstoffe der Stahl- und Kraftwerke enthält, wobei die feinkörnigen Anfallstoffe sich aus den chemischen Hauptbestandteilen

5-15Ma.-% Fe₂O₃

18-65 Ma.-% CaO, davon 0-8Ma.-% CaO_trei

6^45Ma.-% SiO₂

0,5-12Ma.-% MgO

2-15Ma.-% MnO

2-25 Ma.-% AI₂O₃