DE19533998C1

DE19533998C1 - Kupolofenschlacke als gebrochener Mineralstoff

Info

Publication number: DE19533998C1
Application number: DE1995133998
Authority: DE
Inventors: Thomas Bilke; Lutz Bilke
Original assignee: Individual
Current assignee: Gasteier Juergen 65195 Wiesbaden De
Priority date: 1994-11-05
Filing date: 1995-09-14
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2015-09-15

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupolofenschlacke als gebrochener Mineralstoff, der als Zuschlagstoff und Zusatzstoff in zement- und kalkgebundenen Baustoffen, und als Wärmedämmittel einsetzbar ist, wobei die Kupolofenschlacke als Stückschlacke während der flüssigen Phase nicht technologisch behandelt ist und als eine zu einem kristallinen wenig porigen Gestein erstarrte Masse vorliegt und die granulierte Kupolofenschlacke, die technologisch vorbehandelt ist, zu einem Zuschlagstoff und/oder Zusatzstoff verarbeitet wird.

Vom Stand der Technik ist die Verwertung von Hüttenschlacken aus dem Verhüttungsprozeß seit langem bekannt. Diese Schlacken fallen in erheblichen Mengen in den Hüttenwerken an, die metallischen (z. B. Eisen, Kupfer, Blei, Zink) oder nichtmetallischen Werkstoffe (z. B. Schwefel, Glas, Ziegel) werden durch Anwendung überwiegend thermischer Verfahren aus Erzen bzw. Mineralien sowie deren Konzentraten gewonnen. Die Weiterverarbeitung von Hüttenschlacken ist in vielen Patentschriften gewürdigt worden.

Ein erheblicher Nachteil aller Verwertungsbereiche ist die sehr schwankende chemische Zusammensetzung der Hüttenschlacken. Dieser technische Nachteil kann nicht behoben werden, da die Hüttenerze (selbst aus einer Lagerstätte) unterschiedliche mineralische Bestandteile haben. So sind die erheblichen Schwankungen in den chemischen Grundbestandteilen zu erklären, die auch zu veränderten mechanischen Eigenschaften führen.

Die Verwertung von Schmelzkammerschlacken als Baustoff aus Steinkohlekraftwerken ist vom Stand der Technik bekannt. Gemäß Druckschrift DE 33 21 899 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Mauersteinen aus gebrochenem Schmelzkammerschlackengranulat, Flugasche oder Füller und Kalkhydrat als Bindemittel dargestellt. Diese Mischung wird mit einem Preßdruck vom mindestens 4000 KN gepreßt. Der Nachteil dieser Erfindung ist der erhebliche technologische Aufwand und der hohe Energiebedarf in der Herstellung. Die Schwankung der chemischen Zusammensetzung der Schmelzkammerschlacke ist bei diesem Verfahren problematisch.

Der Einsatz von Stahlwerksschlacken als Zuschlagstoff für Beton und Mörtel wird in der Druckschrift DE 43 32 085 A1 beschrieben. Diese Erfindung betrifft einen Beton oder Mörtel, der Zement, Basalt und Stahlwerksschlacke enthält und während der Härtung im wesentlichen keine Kontraktion eingeht. Als Nachteil dieser Lösung ist anzusehen, daß ein hoher mechanischer und energetischer Aufwand im Mahlverfahren besteht und durch die ständig sich veränderten chemischen Zusammensetzungen gut homogenisierte Chargen hergestellt und ständig geprüft werden müssen.

Das Überschreiten der stahlangreifenden Stoffe ist beim Einsatz von Stahlwerksschlacken in Beton und Mörtel besonders problematisch. In dieser Baustoffmischung ist der Anteil von Stahlwerksschlacken, insbesondere wegen der schädlichen Wirkung des freien Kalks, eng begrenzt.

Gemäß Druckschrift DE 26 26 041 B2 wird ein Verfahren zur Herstellung von Beton und Mörtel aus Portlandzement und einem Gemisch aus wassergranulierter Hochofenschlacke und gebrochener Hochofenschlacke dargestellt.

Der Nachteil der Lösung besteht darin, daß die Vorteile aus der verbessertem Kornzusammensetzung nur optimal erreicht werden, wenn die chemische Zusammensetzung der Hochofenschlacke ständig konstant ist. Vor dem Herstellen von Beton sind ständig Überwachungsprüfungen durchzuführen. Dies erfordert einen hohen technischen Aufwand, der nur durch homogen gemischte Chargen teilweise ausgeglichen werden kann.

Die Druckschrift AT 22 1004 beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung von Mörtel oder Beton aus Hochofenschlacke oder ähnlichen Schlacken, die als gebrochenes Granulat zur Verbesserung der Kornbeschaffenheit eingesetzt werden. Wie bereits dargestellt haben Hochofenschlacken oder ähnliche aus dem Hüttenprozeß anfallende Schlacken den Nachteil, daß die chemische Zusammensetzung der anfallenden Schlacken einer enormen mineralogisch bedingten Veränderung unterliegen.

Die Erfindung gemäß Druckschrift DE 38 18 774 A1 betrifft eine hydraulisch abbindende Baustoffmischung auf der Basis einer Verbrennungsasche aus Kraftwerken, welcher ein Gehalt an gemahlener Hochofenschlacken zugegeben wird.

Der Nachteil dieser Lösung ist, daß kein sicherer Einsatz der Anreger für das Baustoffgemisch zur Anwendung kommen kann, da immer die chemische Beschaffenheit der Hochofenschlacke in jedem Einzelfall geprüft werden muß.

Nach der Patentschrift DE 37 01 856 A1 ist der Einsatz von Hochofenschlacke, die eine nicht mechanisch bearbeitete, unzerkleinerte Kupolofenschlacke ist, an Stelle von frisch gewonnenen Sand als billiger Einsatzstoff zur Herstellung von Kalksandsteinen aufgezeichnet. Der Einsatz von nicht mechanisch bearbeiteter, unzerkleinerter Kupolofenschlacke an Stelle von Frischsand ist auch beim Abmagern von Ton bei der Ziegelsteinherstellung, bei der Herstellung von zementgebundenen Steinen, bei der Herstellung von Blähtonpartikeln bzw. in Asphaltmischanlagen gegeben.

Man geht in dieser Patentschrift u. a. auch davon aus, daß die Kupolofenschlacke federt und zusammengedrückt werden kann, daß sie sich danach wieder ausdehnt bzw. sich in die Ausgangsgröße formiert. Aufgrund dieser Eigenschaften muß diese Kupolofenschlacke während der flüssigen Phase technologisch in der Weise vorbehandelt worden sein, daß das flüssige Gestein mit einem Wasserstrahl granuliert wurde, denn Kupolofenschlacke ist eine zu einem kristallinen wenig porigen Gestein erstarrte Masse bzw. liegt als Kupolofenstückschlacke vor, die diese besonderen Eigenschaften nicht aufweist.

Der Nachteil des Einsatzes dieser Hochofenschlacke, die eine nicht mechanisch bearbeitete, unzerkleinerte Kupolofenschlacke ist, liegt darin, daß sie nicht über die erforderliche Druckfestigkeit und die benötigte Druckeigenschaft verfügt, daß sie für den Einsatz dieser als Zuschlagstoff und/oder Zusatzstoff für zement- und kalkgebundenen Baustoffen, als Füller in der Transportbeton- und Betonwarenindustrie, zur Mörtel- und Putzherstellung, als künstlicher Betonzuschlag an Stelle von Kies, als Spritzbeton und als Betonzusatz nicht geeignet ist. Um diese Nachteile zu beseitigen, bedarf es eines hohen technologischen und technischen Aufwandes damit diese nicht mechanisch bearbeitete, unzerkleinerte Kupolofenschlacke die notwendige verwendungsfähige Korngröße erhält, wobei der Korngrößenanteil von 0,0 mm bis 0,5 mm kaum erreichbar ist oder die granulierte Kupolofenschlacke müßte dann noch mechanisch nachbehandelt werden.

Weiterhin ist nach der Druckschrift DE-AS 13 02 315 eine glasig erstarrte, granulierte Schlacke als sandiger Zuschlagsstoff bekannt, der in Mörtel und Beton mit einem Bindemittel (Kalk oder Zement) und gegebenenfalls mit Grobzuschlagsstoff eingesetzt wird, der wärmedämmend und zur Erhöhung der Druckfestigkeit beiträgt. Diese glasig erstarrte, granulierte Schlacke ist eine Kesselschmelzschlacke.

Der Nachteil ist, daß diese Kesselschmelzschlacke einer "richtigen" Wassergranulierung zur Erreichung eines höheren Grades der Verglasung unterzogen werden muß, bevor sie mittels Walzenmühle in die entsprechende Korngröße gebracht wird. Somit ist die Kesselschmelzschlacke vor ihrem Erstarren technologisch vorbehandelt bzw. nach ihrem Erstarren nochmals verflüssigt worden und dann technologisch behandelt, damit sie anschließend über eine mechanische Bearbeitung als Zuschlagsstoff und/oder Zusatzstoff einsetzbar ist.

Nach der Druckschrift DE 37 26 903 A1 ist ein selbstnivellierender, hydraulisch erhärtender Fließestrich unter Verwendung eines hydraulischen Bindemittels bekannt, indem das hydraulische Bindemittel aus zermahlener abgeschreckter und granulierter Hochofenschlacke besteht.

Auch hier ist der Nachteil, daß die Hochofenschlacke im Hüttenwerk technologisch vorbehandelt werden muß, um anschließend mechanisch behandelt, hier gemahlen, einsatzfähig zugestalten.

Der Stand der Technik weist somit Zuschlagstoffe und Zusatzstoffe aus, die aus Kesselschmelzschlacke und Hochofenschlacke hergestellt sind, wobei die Schlacken vor ihrer mechanischen Behandlung und vor ihrem Erstarren einer technologischen Vorbehandlung unterliegen und Kupolofenschlacke aus, die als Zuschlagstoff oder Zusatzstoff, vor ihrem Einsatz und vor dem Erstarren einer technologischen Vorbehandlung unterzogen werden muß, jedoch nicht mechanisch bearbeitet wird.

Ein weiterer Nachteil ist, daß mit dem Einsatz von Hochofenstückschlacke Kalk- und Eisenzerfall vorhanden ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Kupolofenschlacke als gebrochenen Mineralstoff in zement- und kalkgebundenen Baustoffen, in Beton und Mörtel und als Wärmedämmittel einzusetzen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach den in dem Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Die Verwertung von Kupolofenschlacke als Zuschlagstoff für Bauzwecke weist in ihrer chemischen konstanten Zusammensetzung gegenüber den Hütten-, Kraftwerks- und Stahlwerksschlacken erhebliche Vorteile auf. Die Gießereischlacken, zu denen auch die Kupolofenschlacke zu rechnen ist, entstehen bei der Herstellung von schmelzfähigen Metall zum Gießen in entsprechende Gußformen.

Durch die stets chemisch konstanten Beschickungsmaterialien (Roheisen, Gußbruch, Schrott, Koks und Zuschläge) entsteht beim Erschmelzen von Gußeisen im Kupolofen eine Schlacke mit stets annähernd gleichen Zusammensetzungen, die durch zielgerichtete Änderung der Zuschläge verändert werden können. Diese technologischen Voraussetzungen liegen bei den bekannten Anwendungsgebieten der Hütten-, Kraftwerks- und Stahlwerksschlacken nicht vor.

Die erfindungsgemäß erzeugten Baustoffe aus Kupolofenschlacke und deren Eigenschaften befinden sich in Abhängigkeit von den verschiedenen Varianten der Abkühlungsbedingungen.

1. Kupolofenschlackengranulat:
entsteht durch eine rasche Abkühlung durch Wasser, Wasserdampf bzw. Luft. Es entsteht ein glasiger Ausgangsstoff mit amorphen Eigenschaften und günstigen Wärmedämmeigenschaften. Das Granulat hat latent-hydraulische Eigenschaften, die in direkter Abhängigkeit von der Korngröße zu sehen ist. Das feingemahlene Granulatkorn hat die günstigen latent-hydraulischen Eigenschaften.
2. Kupolofenschlackebims:
entsteht durch langsame Abkühlung mit zusätzlichen Blähmitteln. Der dabei entstandene Ausgangsstoff hat eine glasig-kristalline-poröse Struktur mit latent hydraulischen Eigenschaften mit kleinen Wärmeleitzahlen und somit günstigen Wärmedämmwerten.
3. Kupolofenstückschlacke:
entsteht durch langsame Abkühlung mit bzw. ohne Impfung. Die Eigenschaften dieser Schlacke ist kristallin mit geringen latent-hydraulischen Eigenschaften und kleinen Wärmeleitzahlen.

Die kalkreiche Kupolofenschlacke als Betonzuschlagstoff mit dem hohen Hydrationsfaktor pH = 10,2 zeichnet sich durch erheblich höhere Druckfestigkeitsergebnisse im Vergleich mit Referenzprüfungen bekannter technischer Schlacken aus.

Somit bestehen hervorzuhebende Vorteile der Erfindung darin, daß Kupolofenschlacke vor ihrer Verarbeitung zu einem Zuschlagstoff und/oder Zusatzstoff keiner technologischen Vorbehandlung ausgesetzt werden muß und nach ihrer Verarbeitung zu einem Zuschlagstoff und/oder Zusatzstoff dieser die Eigenschaft besitzt, als Zuschlagstoff und/oder Zusatzstoff in zement- und kalkgebundenen Baustoffen, und als Wärmedämmittel eingesetzt zu werden, wobei

- erhärtungsstörenden Stoffe nicht vorliegen,
- eine höhere Druckfestigkeit der Baustoffe vorliegt,
- die Raumbeständigkeit gegeben ist, und daß kein Kalk- und Eisenzerfall vorliegt,
- die Gehalte an Schwefelverbindungen und an stahlangreifenden Stoffen deutlich unter den Grenzwerten nach DIN 4226 T. 1 liegen, somit ist der Einsatz im Stahl- und Spannbeton gegeben,
- die abschlämmbaren Bestandteile von <0,063 mm in allen Korngruppen weit unter den geforderten Werten liegen,
- der Einsatz als künstlicher Betonzuschlag gegeben ist, ein gleichbleibendes, dichtes, kristalline Gefüge ausgewiesen wird und Schüttdichten von <0.9 kg/dm³ gemessen an der Kornklasse 16 mm bis 32 mm, erreicht werden,
- die Frostbeständigkeit des Betons erhöht wird, entspricht der DIN 52104 Teil 1 und somit den höchsten Anforderungen,

der Einsatz für den Straßenbeton günstig ist.

Ein weiterer Vorteil des Einsatzes der zu Zuschlagstoff und/oder Zusatzstoff verarbeiteten Hüttenschlacke in Beton und Fertigteilwerken ist dadurch charakterisiert, daß

- sich die Grünstandsfestigkeit verbessert,
- das Bluten des Betons verhindert wird,
- die Verdichtungsarbeit minimiert wird,
- die Oberfläche an Qualität gewinnt und eine höhere Dichtheit vorliegt,
- eine verbesserte Nachhärtung eintritt
- gute wärmedämmende Eigenschaften vorliegen,
- er umweltverträglich ist.

Die Erfindung wird anhand einer Kupolofenschlacke mit nachstehenden chemischen Bestandteilen dargestellt, wobei geringe Abweichungen im Ca-, Mg- und Mn-Gehalt im Vergleich mit Kupolofenschlacken aus unterschiedlichen Eisengießereien vorliegen können:

Die Schlacke besteht aus glasig erstarrten Calcium-Eisen-Aluminium Silikaten, die wasserunlöslich und rein mineralisch sind.

Rohdichte d = 2,6 kg/dm³/Farbe: grau-grün

Die nach Tabelle ausgewiesene Position HCl-Unlöslich stellt extrem verglaste Silikate dar, die durch Salzsäure nicht lösbar sind und beinhalten im wesentlichen SiO₂; Al₂O₃ und CaO.

Bei der Berechnung der Reaktivität der Schlacke ist der Vergleich dieser durch nachstehender Formel

dem Fachmann bekannt, wobei z. B. der Wert größer 1 bis 1,9 eine steigende Reaktivität der Schlacke ausweist. Die Kupolofenschlacke weist im Durchschnitt Werte um 1,3 bis 1,8 aus. Diese chemische Eigenschaft der Schlacke, die mit Anreger, z. B. Zement, gute latent-hydraulische Eigenschaften aufweist, kann durch die Mahlfeinheit bzw. durch Erhöhung des Glasgehaltes erhöht werden.

Die Schlacke fällt in Gießereien als Stückschlacke bzw. als Granulat an, wobei das Granulat entsteht, wenn die flüssige Schlacke über einen Wasserstrahl geleitet wird. Dabei kann die Granulatkörnung durch veränderten Wasserstrahl reguliert werden.

Erfindungsgemäß wird die Kupolofenschlacke, die als Stückschlacke anliegt, mit einem Backenbrecher gebrochen, wobei sich die Schlacke während dieser mechanischen Bearbeitung sehr gut verhält und es können alle gewünschten Korngruppen hergestellt werden.

Dagegen wird die als Granulat vorliegende Kupolofenschlacke in Kegelbrecher oder Kugelmühlen zu einem Feinzuschlag bzw. als Füller gemahlen.

Somit ist eine allumfassende Verwertung aller aufkommenden und schon auf Deponien vorhandenen Kupolofenschlacken gegeben. Eine Verwertung der Kupolofenschlacke als mechanisch bearbeitete Kupolofenschlacke, die bisher nicht mechanisch bearbeitet als Reststoff von Eisengießereien durch Lagerung auf Deponien entsorgt wurde, ist von der Fachwelt in erstaunlicher Weise bisher noch nicht in Betracht gezogen, obwohl eine Verwertung von Hochofenschlacke und Kesselschmelzschlacke vorliegt.

Aufgrund dessen, daß die deutsche Gießereiindustrie nach den neuen Vorschriften über den Umweltschutz zukünftig die Kupolofenschlacke nicht mehr deponieren darf, müssen neue Anwendungsgebiete erschlossen werden. Mit den umfangreichen Verwertungsmöglichkeiten dieser Erfindung kann aus dem Reststoff ein wertvoller Ausgangsstoff für die vielfältigsten Anwendungsgebiete geschaffen werden.

So hat die Fachwelt bisher noch keine betontechnologischen Versuche mit mechanisch bearbeitete Kupolofenschlacke als Zuschlagstoff und/oder Zusatzstoff durchgeführt. Die Schlacke hat eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie Steinkohlen-Filterasche (Einsatz als Füller im Beton).

Die Erfindung beschreitet einen völlig neuen Weg. Weder die Verwendung von Kupolofenschlacke als glasig erstarrten, nicht granulierten Zuschlagstoff und/oder Zusatzstoff noch das Brechen dieser und das Brechen von granulierter Kupolofenschlacke mittels Kegelbrecher ist aus dem Stand der Technik bekannt.

Die Sieblinie für die als Zuschlagstoff dienende Kupolofenschlacke entspricht der für Zuschlagstoffe geltenden Sieblinie nach DIN N.V 1045, können jedoch auch in den vorgeschriebenen Sieblinien bzw. als Lieferkörnung hergestellt werden.

Die spezifische Kornauswahl gemäß vorliegender Erfindung steht nicht im Widerspruch zu den bisherigen Anschauungen in bezug auf eine günstige Kornauswahl für Beton- und Mörtelzuschlagstoff. Die mittels Kegelbrecher zerkleinerte Kupolofenschlacke zeigt, daß in der angegebenen Körnung die Schlacke besonders gut vom Bindemittel umgeben ist. Das glasartige Material ist energiereich und trägt dadurch zur Erhöhung der latent-hydraulischen Eigenschaften bei.

Damit verbessern sich die Hydrationsbedingungen im Beton und Mörtel. Es werden damit erheblich höhere Druckfestigkeiten erreicht im Vergleich von Beton und Mörtel ohne den Feinzuschlagstoff aus Kupolofenschlacke.

Die weiteren Untersuchungen galten der Verwendung als künstlicher Betonzuschlag in den einzelnen Korngruppen 0 bis 2 mm, 2 bis 8 mm, 8 mm bis 16 und 16 bis 32 mm. Dabei wurden bei der Prüfkörnung 2 bis 8 mm und 8 bis 16 mm sehr gute Schlagzertrümmerungswerte erreicht, die der DIN 4301 entsprechen. Die Untersuchung auf Frostbeständigkeit nach DIN 52104 Teil 1, Verfahren N mit den erforderlichen Frost-Tausalzwechsel Beanspruchungen Prüfkörnung 8/16 (Absplitterung <5 mm) mit durchschnittlichen 0,1 bis 0,2 Gewichtsprozentanteile. Der gebrochene Mineralstoff entspricht damit höchsten Anforderungen. Die Absplitterung für Edelsplitte z. B. betragen bis zu 1,0 Gewichtsprozentanteile.

Es sind ebenfalls erhöhte Festigkeitswerte im Beton zu verzeichnen. Die erforderlichen Werte für den Straßenbeton konnten erreicht werden.

Der erhöhte CaO-Anteil an der Schlacke ermöglicht in hervorragender Weise den Einsatz in kalkgebundenen Baustoffen, wie Putze und Mörtel. Der Anteil des Bindemittels Kalk kann damit um ca. 10% gesenkt werden.

Die Versuche mit kalkgebundenen Putzen unter Zugabe von 5 bis 20 Gewichtsprozentanteile Kupolofenschlacke als Feinzuschlag von 0 mm bis 0,5 mm ergaben höhere Druckfestigkeiten. Gleiche Ergebnisse sind auch bei Kalk-Zementputzen zu verzeichnen.

Durch die Erhöhung der Fließfähigkeit des Mörtels unter Verwendung von Kupolofenschlacke ist ein hervorragender Einsatz als Bergbaumörtel gegeben, der für den Bau streckenbegleitender Dämme und für Spritzbeton im Untertagebau eingesetzt werden kann. Der Mörtel kann über lange Pumpleitungen transportiert und in Spalten und Klüften eingebracht werden.

Gleiche und ähnliche Ergebnisse sind beim Einsatz als Spritzbeton bei der Gebirgsbefestigung zu erzielen.

Der Einsatz von feingemahlener Kupolofenschlacke von 0 mm bis 2 mm und gebrochen als Zuschlag von 2 mm bis 8 mm im Betonwarenbereich, wie z. B. Fertigelemente, Schleuderbetone, Betonpflaster aus Schwer- und Leichtbeton ist vorteilhaft möglich.

Dabei spielt der Kornbereich zwischen 0,001 mm und 0,2 mm eine besondere Rolle. Betontechnologisch spricht man von einem zementfreien Mehlkorn, der eine Füllerwirkung im Beton hat. Dabei hat dieser Kornbereich gleichzeitig eine latent hydraulische Wirkung. Die Füllerwirkung beruht darauf, daß die Zwickel zwischen den Körnern des Betonzuschlages von den Partikeln der Kupolofenschlacke gefüllt werden. Das Gefüge wird dichter. Die geometrischen Verhältnisse in einem Korngemisch hängen wesentlich von der Relation der Korngrößen voneinander ab. Normalerweise ist im Beton nur der Kornaufbau für den Zuschlag über 0,25 mm bekannt. Dieser macht aber nur 60% des Volumens des Betons aus. Die restlichen 40% des Betonvolumens macht der Feinmörtel aus. Dieser Feinmörtel ist in seinen Eigenschaften maßgebend für die Verarbeitbarkeit des Gesamtgemisches.

Durch die Füllerwirkung der Kupolofenschlacke vermindert sich der Wasseranspruch einer Mischung, wenn die Zuschlagstoffe entsprechend angepaßt sind. Es kann damit ein günstiger Wasser-Zement-Wert erreicht werden. Der Mischungsentwurf ist entsprechend der technologischen Anforderungen mit Hilfe der Stoffraumrechnung festzulegen. Dabei kann mit einer Kornrohdichte von 2,6 kg/dm³ bis 2,7 kg/dm³ gerechnet werden.

Der latent-hydraulische Effekt der Kupolofenschlacke beruht auf der Stellung im Dreistoffsystem (SiO₂ - AL₂O₃ - CaO). Die feinkörnige Kupolofenschlacke bildet mit dem bei der Erhärtung des Zementes freiwerdenden Calciumhydroxyd, Calcium-Silikat und Aluminathydrate. Diese Hydrationsprodukte sind mit denen der Zemente weitgehend identisch.

Mit der Anwendung in Beton und Fertigteilwerken unter Zugabe von Kupolofenschlacke sind nachfolgende wirtschaftliche Effekte zu erzielen:

- die Grünstandsfestigkeit verbessert sich,
- das Bluten des Betons wird vermieden,
- die Verdichtungsarbeit wird minimiert,
- die Oberfläche der Betonfertigteile wird verbessert, verbunden mit einer höheren Dichtigkeit,
- die Nachhärtung der Betonfertigteile verbessert sich,
- erhärtungsstörende Stoffe sind nicht nachweisbar,
- die unter Verwendung aufbereiteter Schlacke durchgeführten Prüfungen ergaben höhere Druckfestigkeiten als bei Referenzprüfungen,
- zur Nichtraumbeständigkeit führende Inhaltsstoffe sind im untersuchten Probe material nicht nachzuweisen,
- die Gehalte an Schwefelverbindungen und stahlangreifenden Stoffen liegen deutlich unter den Grenzwerten nach DIN 4226 T. 1.

Der Einsatz ist somit im Stahl- und Spannbeton möglich.

Vorzugsweise werden im Transportbeton und in Betonfertigteilwerken 30 kg bis 60 kg feingemahlene Kupolofenschlacke mit der Körnung von 0 mm bis 0,5 mm je Kubikmeter zur Verbesserung des Mehlkornanteils und zur Minimierung des Zementgehaltes zugegeben. Der Einsatz von Kupolofenschlacke als gebrochener Mineralstoff in Beton- und Fertigteilwerken bringt damit technische und wirtschaftliche Vorteile.

Der weitere Teilbereich der Erfindung bezieht sich auf den Einsatz von Kupolofenschlackegranulat in den Korngrößen von 0 mm bis 2 mm sowie von 2 mm bis 8 mm für Mörtel und Beton und Beton mit guten wärmedämmenden Eigenschaften und hoher Druckfestigkeit.

Im Bauwesen erhalten wärmedämmende Baustoffe zur Senkung des Energieverbrauchs in Bauwerken eine zunehmende höhere wirtschaftliche Bedeutung.

Die granulierte Kupolofenschlacke ist ein glasartig erstarter Zuschlagstoff, der sich zusätzlich noch durch seine Porigkeit auszeichnet. Das technische Glas hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit zwischen 0,8 und 1,3 W/(m. K.) und kann Druckfestigkeit von 600-1200 N/mm² erreichen.

Der technisch wichtigste Glasbildner ist das Silicumdioxid, daß auch in einem hohen Anteil in der Kupolofenschlacke vorkommt. Aus dieser Tatsache heraus ist auch der glasige Zustand des Granulates zu erklären. Die natürliche Zuschlagstoffe Kies und Sand bestehen zu einen erheblichen Teil aus Quarzit mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit.

Durch den Einsatz von max. 50 Gewichtsprozentanteile des Kupolofen schlackegranulats mit der geringen Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,26 W/(m. K.) werden erhebliche Wärmedämmeigenschaften erreicht, die in Verbindung mit dem Feinkornanteil unter 0,05 mm zu einer Erhöhung der Festigkeitsentwicklung führt. Dieser Anteil sollte ca. 10 Gewichtsprozentanteile ausmachen. Der Anteil von 0 mm bis 2 mm an der Mischung 25 Gewichtsprozentanteile und der Anteil 2 mm bis 8 mm weitere 25 Gewichtsprozentanteile.

Aufgrund der schon o. a. guten Eigenschaften feingemahlener Kupolofenschlacke als Zuschlagstoff mit der Körnung 0 mm bis 0,5 mm ist er auch in bevorzugter Weise in selbstnivellierenden Fließestrich auf Zementbasis einsetzbar, wobei er dort bis zu 80 Gewichtprozentanteile einnehmen kann. Gleichzeitig wird die Oberflächenqualität und die Druckfestigkeit des selbstnivellierenden Fließestriches verbessert und äußert sich u. a. auch darin, daß Rißbildungen an der Oberfläche und im gesamten Materialbereich nach Aushärtung des Fließestriches vermieden werden, wobei die feingemahlene Kupolofenschlacke eine Blainewert von 3000 bis 10 000 cm²/g aufweist.

Untersuchungen zur Umweltverträglichkeit des aus Kupolofenschlacke hergestellten Zuschlagstoffes zeigten, daß nach Prüftabellen zur Beurteilung von Konzentrationsniveaus verschiedener verunreinigter Stoffe in Betonzuschlag nicht bestehen.

Gemessen an der Prüftabelle für die Beurteilung von Konzentrationsniveaus verunreinigter Stoffe in Böden und Grundwasser ("Holländische Liste") liegen die nach Prüfplan DIBt gemessenen Schwermetalle in wesentlich geringeren Konzentrationen in der untersuchten Probe vor, als diese für Grundwasser, Prüfwert c, zulässig wäre.

Gemessen an den für RCL-Baustoffe geltend Grenz-(bzw. Richt-)werten nach DIN 38414 sind die gemessenen Konzentrationen an Schwermetallen - soweit die Untersuchungen durchgeführt wurden - deutlich niedriger.

Die möglicherweise in der Feststoffsubstanz nachweisbaren Schwermetalle liegen somit überwiegend nicht in wasserlöslicher Form vor.

Eine Beeinträchtigung des Grundwassers bzw. des Bodens bei möglicher Eluierung des mit aufbereiteter Schlacke ausgeführten Betons, wird somit ausgeschlossen.

Die Erfindung wird mit zwei Beispielen beschrieben. Nach der zunächst ersten Variante wird eine Kupolofenstückschlacke mit den Korngrößen von 0 mm bis 32 mm eingesetzt, die aus den Fraktionen in den betonüblichen Zuschlagsstoffen von
0-2 mm mit 26 Gewichtsprozentanteil
2-8 mm mit 24 Gewichtsprozentanteil
8-16 mm mit 21 Gewichtsprozentanteil
16-32 mm mit 29 Gewichtsprozentanteil
besteht.

Der Zuschlagsstoff mit einem Gesamtgewichtsanteil von 1876 kg je m³ Frischbeton (Kornrohgröße: 2,6 kg/dm³) wird in der Idealsieblinie mit einer homogenen Korngrößenverteilung eingesetzt (Sieblinienbereich A32/B32).

Der Zementanteil von 318 kg Zementsorte P Z 35 F und einem Wasseranteil von 175 1 ergeben im Zwangsmischer nach 1,5 min Mischzeit einen Beton mit einer Konsistenz KR (Regelkonsistenz) weich. Es wurden Würfel für die Prüfung der Druckfestigkeit und des Frostwiderstandes mit der Kantenlänge von 15 cm nach DIN 1048 hergestellt.

Lagerung:

- 24 h feucht abgedeckt in der Form (20°C/relative Luftfeuchtigkeit)
- ausschalen und Wasserlagerung 6 Tage (20°C)
- Hauptlagerung (20°C/65% relative Luftfeuchtigkeit).

Die Prüfungen erfolgen im Alter von 2, 7, 28, 91, 365 Tagen.

Die Versuche zeigen, daß die relative Druckfestigkeit auch nach 28 Tagen, bei dem Einsatz von Kupolofenschlacke als Zusatzstoff im Beton, sich weiter erhöht. Eine Ursache liegt in der Tatsache, daß die latent-hydraulische Reaktion der Feinstanteile der Kupolofenschlacke auch nach 28 Tagen weiter erfolgt, die zusätzliche Sicherheiten in der Praxis zur Folge hat.

Die chemischen Grundbausteine der Kupolofenschlacke mit einem pH-Wert von 10,2 im Eluat, fördern die Calciumsilikathydratphase (CSH-Phase), die im wesentlichen für die Festigkeitseigenschaften des Werkstoffes Beton im Verbund mit den Zuschlagskörnern verantwortlich ist. Die Übergangszone zwischen Kupolofenzuschlagskörnern (Substrat) und der Zementsteinmatrix sind als Reaktionszone ausgebildet. Die Kristalle der hydratisierten Ca-Silikate haften fest auf den Zuschlagskörnern aus Kupolofenschlacke.

Derartige quasi-kontinuierliche Übergänge, vergleichbar einer Schweißnaht, sind bei zementgebundenen Baustoffen in der Regel nur an den Grenzflächen zwischen Zementsteinmatrix und noch nicht vollständig hydralisierten Klinkerkörnern bzw. an Hüttensandkörnern beobachtet worden. Der chemische Bestand der Reaktionszone repräsentieren einen Übergangsmechanismus zwischen Kupolofenschlacke und Zementsteinmatrix.

Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Kupolofenschlacke mit Kegelmühlen bzw. Kugelmühlen fein gemahlen mit einem Großkorn von max. 0,5 mm. Um die optimalen Ergebnisse zur Verbesserung der Betoneigenschaften zu erreichen ist ein Aufmahlen bis zur maximalen Korngröße von 0,04 mm erforderlich. Es gilt hier der Grundsatz, je höher die Mahlfeinheit je höher die Reaktivität. Diese Eigenschaften können noch zusätzlich verbessert werden, wenn die Kupolofenschlacke wassergranuliert und anschließend fein aufgemahlen wird. Es sind damit optimale latent-hydraulische Eigenschaften zu verzeichnen.

Im zweiten Ausführungsbeispiel wurde feingemahlene granulierte Kupolofenschlacke mit einer spezifischen Oberfläche von 3500 cm²/g nach Blaine eingesetzt. Dabei wurde eine Mischung (1 m³) für den Beton-Warenbereich mit einem Wasserzementwert von 0,44 unter Verwendung von
240 kg/m³ PZ35F
90 kg/m³ Kupolofenschlacke
890 kg/m³ Sand 0-2 mm
1060 kg/m³ Kies 2-8mm
hergestellt.

Die Druckfestigkeit nach 28 Tagen liegt zwischen 55 und 60 N/mm².

Claims

1. Kupolofenschlacke als gebrochener Mineralstoff, der in zement- und kalkgebundenen Baustoffen, in Beton und Mörtel und als Wärmedämmittel einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß er als gebrochener Zuschlagstoff in den Korngrößen von 0 mm bis 32 mm aus granulierter Kupolofenschlacke und/oder Kupolofenstückschlacke besteht, mit 60 Gewichtsprozentanteil bis 85 Gewichtsprozentanteil als Zuschlagstoff für Beton und Mörtel mit Wasser und Zement mit einem WZ-Faktor von 0,4 bis 0,7 einsetzbar ist und/oder als Zusatzstoff in einem feingemahlenen Zustand in den Korngrößen von 0 mm bis 0,5 mm aus granulierter Kupolofenschlacke und/oder Kupolofenstückschlacke besteht, mit 5 Gewichtsprozentanteil bis 20 Gewichtsprozentanteil als Zusatzstoff für Beton und Mörtel verwendbar ist, der latent-hydraulische Eigenschaften besitzt, bei gleichzeitiger Füllerwirkung, dem Zement, Wasser und natürliche Zuschlagstoffe und/oder künstliche Zuschlagstoffe aus gebrochener Kupolofenschlacke zugesetzt werden.

2. Kupolofenschlacke als gebrochener Mineralstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Zusatzstoff in der Transportbeton- und Betonwarenindustrie als Füller im gemahlenen Zustand in den Korngrößen von 0 mm bis 0,5 mm mit einem Gewichtsprozentanteil von 5 bis 20 einsetzbar ist.

3. Kupolofenschlacke als gebrochener Mineralstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Zuschlagstoff als künstlicher Betonzuschlag mit den Korngrößen von 0 mm bis 2 mm, von 2 mm bis 8 mm, von 8 mm bis 16 mm und von 16 mm bis 32 mm einsetzbar ist, wobei jede einzelne Korngruppe bezogen auf die Menge des gesamten Zuschlages jeweils bis 50 Gewichtsprozentanteile eingesetzt werden.

4. Kupolofenschlacke als gebrochener Mineralstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Zuschlagstoff in Bergbaumörtel, insbesondere im Spritzbeton, mit einer Körnung von 0 mm bis 8 mm einsetzbar ist, wobei der Gewichtsprozentanteil 50 bis 70 beträgt.

5. Kupolofenschlacke als gebrochener Mineralstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Zuschlagstoff, bestehend aus granulierter Kupolofenschlacke, für wärmedämmenden Beton oder wärmedämmenden Mörtel mit einer Körnung von 0 mm bis 2 mm oder von 2 mm bis 8 mm einsetzbar ist, wobei der Gewichtsprozentanteil 60 bis 85 beträgt.