DE19537246C1

DE19537246C1 - Kupolofenschlacke als Hartstoff für zementgebundene Hartstoffestriche und Verfahren zum Einsatz dieser

Info

Publication number: DE19537246C1
Application number: DE1995137246
Authority: DE
Inventors: Thomas Bilke; Lutz Bilke
Original assignee: Individual
Current assignee: Gasteier & Bilke Verfahrenstechnik 65582 Aul GmbH
Priority date: 1994-11-05
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2015-10-07

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupolofenschlacke als Hartstoff für zementgebundene Hartstoffestriche und Verfahren zum Einsatz dieser, die in der Nutzschicht des Estrichs als Zusatzstoff 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, die mechanisch bearbeitet 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.

Nach der Druckschrift 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 Blähtonartikeln 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 Biegezugfestigkeit verfügt, daß sie für den Einsatz dieser als Zuschlagstoff für Hartstoff in der Nutzschicht von zementgebundenen Hartstoffschichten nicht eingesetzt werden kann.

Um diese Nachteile zu beseitigen, bedarf es eines hohen technologischen und technischen Aufwandes, damit diese nicht mechanisch bearbeitete, unzerkleinerte Kupolofenschlacke als Granulat die notwendige verwendungsfähige Druck- und Biegezugfestigkeit erreicht.

Weiterhin ist nach der Druckschrift DE-PS 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 als Grobzuschlagsstoff eingesetzt wird, der wärmedämmend wirkt 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 zu sein. Ein weiterer Nachteil der Hochofenschlacke ist die oft zu verzeichnende Nichtraumbeständigkeit.

Der Stand der Technik weist somit Zuschlagstoffe und Zusatzstoff aus, die aus Kesselschmelzschlacke und Hochofenschlacke hergestellt sind, wobei die Schlacken vor ihrer mechanischen Behandlung und vor ihrem Erstarren einer technologischen Vorbehandlung unterliegen und weist 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.

Die Verwendung von Schmelzkammer-Kraftwerksschlacken in Schichten, wo sie einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt sind, ist aus der Druckschrift DE 36 08 831 A1 bekannt.

Da es sich um eine glasige Schlackenschmelze handelt, besitzt diese Schlacke, im Gegensatz zur Kupolofenstückschlacke keine ausreichenden Schlag zertrümmerungswerte. Aus o. g. Gründen ist ersichtlich, daß das einzelne Korn der Schmelzkammerschlacke, so wie sie anfällt, leicht teilbar ist. Darin liegt der Grund für unzureichende Schlagzähigkeit und geringe Druckfestigkeit.

Die Erfindungsbeschreibung beinhaltet nur eine allgemeine technische Lehre. Wegen Fehlens exakter Rezepturbeschreibungen und der chemischen Zusammensetzungen der Schmelzkammerschlacke ist eine Reproduzierbarkeit nicht gegeben, weshalb die Funktionsfähigkeit bzw. industrielle Anwendbarkeit nicht regelmäßig gewährleistet ist.

Ein Verfahren zur Herstellung von hochbelastbaren Beton-Fußböden ist Gegenstand der Druckschrift DE 37 07 613 A1. Danach soll ein Hartstoff zum Einsatz kommen, der aus Quarzsand, Korund oder Schlacke aus metallurgischen Prozessen besteht.

Die Erfindung läßt dabei offen, um welche Schlacke aus metallurgischen Prozessen es sich handelt. Die Erfindungsbeschreibung beinhaltet nur eine allgemeine technische Lehre. Jedoch reicht das Merkmal, daß als Hartstoff auch eine Schlacke aus metallurgischen Prozessen eingesetzt werden kann, nicht aus, um die unmittelbare technische Wirkung des Erfindungsvorschlages erkennen zu lassen. Es mangelt hier wegen des Fehlens der chemischen Zusammensetzungen der verwendeten metallurgischen Schlacken an der nachvollziehbaren Offenbarung. Die Funktionsfähigkeit bzw. industrielle Anwendbarkeit ist deshalb nicht regelmäßig gewährleistet.

Nach der Druckschrift DE-GM 92 04 857 kommt ein Hochofenschlackenbeton bzw. Granulatestrich im Fußbodenbelag zum Einsatz. Der Nachteil ist hierbei der sehr hohe technische und technologische Aufwand, sowie die auftretenden Spannungsrisse in der Granulat-Estrichschicht aus Hochofenschlacke. Das zusätzliche Armierungsgewebe kann nur teilweise diese Nachteile aufheben. Es ist auch nicht nachvollziehbar, daß alle Hochofenschlacken die gleichen Ergebnisse erreichen können, da die chemische Zusammensetzung fehlt.

Wie bereits dargestellt, haben Hochofenschlacken oder ähnliche, aus dem Hüttenprozeß anfallenden Schlacken den Nachteil, daß die chemische Zusammensetzung der anfallenden Schlacken einer erheblichen mineralogisch bedingten Veränderung unterliegt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und Kupolofenschlacke als Hartstoff für zementgebundene Hartstoffestriche einzusetzen, wobei die Kupolofenschlacke während ihrer flüssigen Phase bis zum Erstarren nicht technologisch vorbehandelt werden muß und vorzugsweise von Deponien oder von Gießereien direkt zu einem Zuschlagstoff verarbeitet werden soll und technologisch vorbehandelte Kupolofenschlacke als Granulat vorliegend, mechanisch aufgearbeitet eingesetzt werden soll.

Erfindungsgemäß liegen in der Verwendung von Kupolofenschlacke, die in ihrer chemischen konstanten Zusammensetzung gegenüber den Hütten-, Kraftwerks- und Stahlwerksschlacken begründet sind, erhebliche Vorteile.

Die Gießereischlacken, zu denen auch die Kupolofenschlacke zu rechnen ist, entstehen bei der Herstellung von schmelzflüssigen 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 kann.

Diese technologischen Voraussetzungen liegen bei den bekannten Anwendungsgebieten der Hütten-, Kraftwerks- und Stahlwerksschlacken nicht vor.

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

1. Kupolofenschlackengranulat:
entsteht durch eine rasche Abkühlung mit 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 sind. Das feingemahlene Granulatkorn hat die günstigen latent-hydraulischen Eigenschaften.
2. Kupolofenschlackenbims:
entsteht durch langsame Abkühlung mit zusätzlichen Blähmitteln. Der dabei entstandene Ausgangsstoff hat eine glasig-kristalline-poröse Struktur mit latent hydraulischen Eigenschaften und 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.

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

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß Kupolofenschlacke vor ihrer Verarbeitung zu einem Zuschlagstoff keiner technologischen Vorbehandlung ausgesetzt werden muß und nach ihrer Verarbeitung zu einem Zuschlagstoff, die Eigenschaft besitzt, als Hartstoff in der Nutzschicht von zementgebundenen Hartstoffestrichen eingesetzt zu werden, wobei

- erhärtungsstörenden Stoffe nicht vorliegen,
- eine höhere Druckfestigkeit vorliegt,
- die Raumbeständigkeit gegeben ist und kein Kalk- und Eisenzerfall feststellbar ist,
- 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,
- der Einsatz als künstlicher Hartstoff für zementgebundene Hartstoffestriche gegeben ist,
- die Frostbeständigkeit des Estrichs erhöht wird,
- die Oberfläche an Qualität gewinnt und eine höhere Dichtheit vorliegt,
- eine verbesserte Nachhärtung eintritt,
- die Kupolofenstückschlacke eine besondere Härte aufweist,
- der Estrich einen hohen Widerstand gegen Verschleiß hat,
- 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 durch nachstehende 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 von 1,3 bis 1,8 aus. Durch diese chemische Zusammensetzung der Schlacke, die mit Anreger, z. B. Zement, werden gute latent-hydraulische Eigenschaften erreicht, die durch Mahlfeinheit bzw. durch Erhöhung des Glasgehaltes verbessert werden.

Die Schlacke fällt in Gießereien als Stückschlacke bzw. als Granulaten an, wobei das Granulat entsteht, wenn die flüssige Schlacke über einen Wasserstrahl geleitet wird. Dabei kann die Granulatkörnung durch veränderten Wasserstrahl reguliert werden. Eine Granulierung im Trockenverfahren ist ebenfalls möglich.

Erfindungsgemäß wird die Kupolofenschlacke, die als Stückschlacke anliegt, mit einem Prallmühlenbrecher 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 Walzenbrecher oder Kugelmühlen zu einem Feinzuschlag gemahlen.

Somit ist eine allumfassende Verwertung aller aufkommenden und schon auf Deponien vorhandenen Kupolofenschlacken gegeben. Eine Verwertung der Kupolofenschlacke als mechanisch bearbeitete Kupolofenschlacke 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 Verwertungs möglichkeiten dieser Erfindung kann aus dem Reststoff ein wertvoller Ausgangsstoff für die vielfältigsten Anwendungsgebiete geschaffen werden.

So hat die Fachwelt bisher noch keine Versuche für das Einsatzgebiet als Hartstoff in Estrich mit mechanisch bearbeitete Kupolofenschlacke als Zuschlagstoff durchgeführt.

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 Walzenmühle ist aus dem Stand der Technik bekannt.

Die mittels Walzenmühle zerkleinerte Kupolofenschlacke zeigt, daß in der angegebenen Körnung die Schlacke besonders gut vom Bindemittel umgeben ist. Diese sehr guten Eigenschaften der Kupolofenschlacke sind entscheidend für die Leistungsfähigkeit von Beton und Estrich und damit auch für die Leistungsfähigkeit von Zement im Beton. Durch die Grenzfläche, welche bei der Kupolofenschlacke als Reaktionszone (quasi-kontinuierliche Übergänge, vergleichbar einer Schweißnaht, zwischen Zementsteinmatrix und den Kupolofenschlackenkörnern) ausgebildet ist, werden die Festigkeitseigenschaften des Werkstoffs Beton bestimmt. Der chemische Bestand der Reaktionszone repräsentiert einen Übergangsmechanismus zwischen Kupolofenschlackekorn und der Zementsteinmatrix. Leitelemente sind dabei Aluminium und Kalium.

Das glasartige Material ist energiereich und trägt dadurch zur Erhöhung der latent hydraulischen Eigenschaften bei.

Damit verbessern sich die Hydrationsbedingungen im Estrich. Es werden erhebliche höhere Druckfestigkeit und Verschleißwerte erreicht im Vergleich von Estrich ohne die Verwendung von Kupolofenschlacke als Zuschlagstoff.

Dabei ist es erheblich, ob es sich um gebrochene Stückschlacken oder ein Schlackengranulat handelt, da das Granulat nur bedingt die erforderliche Grundhärte bringt. Die gebrochene Stückschlacke erreicht eine Härte von 7 bis 7,5 nach der 10-teiligen Mohsschen Härteskala und ist damit sehr gut geeignet zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen Schleifverschleiß.

Dabei wurden bei der Prüfkörnung 8 mm bis 16 mm sehr gute Schlagzertrümmerungswerte erreicht. Die Untersuchung auf Frostbeständigkeit nach DIN 52104 Teil 1, Verfahren N mit den erforderlichen Frost-Tausalzwechsel mit der Prüfkörnung 8/16 (Absplitterung < 5 mm) ergaben durchschnittlich 0,1 bis 0,2 Gewichtsprozentanteile in der Prüfung.

Nach DIN 1100 kann der Zuschlag aus Kupolofenstückschlacke als Hartstoff in der Nutzschicht von zementgebundenen Hartstoffestrichen eingesetzt werden. Dabei ist die Kupolofenstückschlacke in Hartstoffgruppe A und/oder im Gemisch mit Stoffen der Hartstoffgruppe M (Metall) und der Hartstoffgruppe KS (Elektrokorund und Siliciumcarbit) einsetzbar. Die erforderlichen Schleifverschleißwerte (DIN 52108) nach Böhme der Hartstoffgruppe A von max. 5,5 cm³ je 50 cm² wird erreicht. Die Biegezugfestigkeit Größe 10 N/mm² und Druckfestigkeit über 80 N/mm² ist nachgewiesen.

Der Einsatz von feingemahlener Kupolofenschlacke 0 mm bis 2 mm und gebrochen als Zuschlag 0 mm bis 4 mm ist beim Einsatz im Hartstoffestrich besonders vorteilhaft. Dabei spielt der Kornbereich zwischen 0,001 und 0,2 mm eine besondere Rolle. Man spricht von einem mineralischen Mehlkorn, das eine Füllerwirkung im Estrichgemisch hat. Dabei hat dieser Kornbereich gleichzeitig eine latent-hydraulische Wirkung.

Der latent-hydraulische Effekt der Kupolofenschlacke beruht auf der Stellung im Dreistoffsystem (SiO₂-Al₂O₃-CaO). Die feinkörnige Kupolofenschlacke bildet wie bei der Erhärtung des Zementes freiwerdendes Calciumhydroxyd, Calcium-Silikat und Aluminathydrate.

Diese Hydratprodukte sind mit denen der Zemente weitgehend identisch. Die Füllerwirkung beruht darauf, daß die Zwickel zwischen den Körnern des Beton- und Estrichzuschlags 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. Die Kristalle der hydratisierten Ca-Silikate haften fest an der Kupolofenschlacke bzw. sind in den Reaktionszonen fest miteinander verbunden und erzielen somit erhöhte Abriebfestigkeiten.

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

Mit der Anwendung im Hartstoffestrich unter Zugabe von Kupolofenschlacke sind nachfolgende wirtschaftliche Effekte zu erzielen:

- der Estrich hat einen hohen Widerstand gegen Verschleiß, d. h. die unerwünschte Lostrennung kleiner Teilchen infolge mechanischer Ursachen wird wesentlich verbessert,
- das werksgemischte Gemenge trocken bzw. als Zuschlag im werksseitig hergestellten Estrich von ungebrochenen und gebrochenen Körnern bestimmter Größenverteilungen nach der Sieblinie mit einem Größtkorn von 8 mm aus Kupolofenschlacke, wie nachfolgend dargestellt,
- kann wirtschaftlich in allen hochbeanspruchten Verkehrsflächen eingesetzt werden,
- das Hartstoffgemisch hat eine gute Verarbeitbarkeit.

Der Einsatz der Kupolofenschlacke als Hartstoff für zementgebundene Hartstoffestriche in der Körnung 0 mm bis 8 mm als Gemisch verschiedener Korngruppen erfolgt in der Regel in der obersten Estrichschicht als werksseitig vorgefertigter Estrich oder in Verbindung mit Zement frisch auf frisch auf den Tragbeton durch Einarbeitung mit Flügelglätter bzw. mit Handreibebrettern.

Das Verfahren ist dadurch charakterisiert, daß die Kupolofenschlacke als Zuschlagstoff in den vorbezeichneten Körnungen der zuvor angeführten Sieblinie 0 mm bis 8 mm, vorzugsweise 0 mm bis 4 mm, in verschiedenen Körnungen mit 1 : 0,4 bis 1 : 0,8 Anteilen Zement, trocken vermischt, den noch nicht abgebundenen aber begehbaren Estrich und/oder Beton aufgestreut wird und anschließend auf der Oberfläche verrieben wird.

Zur Erhöhung des Schleifverschleißes ist ein Gemisch aus Kupolofen-Schlacken- Hartstoff und bekannten Hartstoffzuschlägen, wie Metallen oder Elektrokorund oder Siliziumcarbid im Verhältnis 1 : 04 bis 1 : 0,8 vorteilhaft möglich.

Dem trockenen Gesamtgemisch aus den verschiedenen Hartstoffzuschlägen ist ein Zementanteil von 1 : 0,5 bis 1 : 0,9 trocken zuzugeben. Die weitere Verarbeitung erfolgt dann nach dem bereits genannten Verfahren.

Die Herstellung eines Hartstoffestrichs nach einem werksseitig gemischten Mörtelverfahren ist ebenfalls vorteilhaft möglich. Dabei wird der Zuschlagstoff aus Kupolofenschlacke unter Beachtung der Idealsieblinie A8/B8 hergestellt. Die Mischung erfolgt mit einem Mindestzementgehalt von 350 kg bis 450 kg Zement je m³ Fertig-Hartstoffestrich bei einem Wasserzement-Faktor von 0,5.

Der werksseitig so hergestellte frische Hartstoffestrich wird auf der Baustelle in zwei verschiedenen Verfahren, entsprechend der örtlichen Bedingungen eingebaut.

1. Eine bereits abgebundene Betonfläche, mit einer Güte von mindestens B25, ist nach den allgemein anerkannten Regel des Fachmanns vorzubereiten, d. h. säubern, lose Teile, Staub, Zementschlämme, Öl und Fett entfernen. Anschließend gründlich vorwässern, dabei ist jedoch Pfützenbildung zu vermeiden. Auf die mattfeuchte Oberfläche ist eine Haftbrücke - vorzugsweise bestehend aus einer Dispersion aus Zement und Styrolacrylat - mit einem harten Besen einzubürsten.

Der werksseitige im Mörtelverfahren hergestellte Hartstoffestrich ist dann auf die Haftbrücke "frisch in frisch" in einer Schichtdicke von mindestens 20 mm im Innenbereich und von mindestens 30 mm im Außenbereich aufzubringen. Der Hartstoffestrich ist zwischen Lehren zu verteilen und mit einer Rüttelbohle bzw. von Hand abzuziehen. Nach dem Ansteifen des Materials ist die Oberfläche reib- und glättfähig.

Es werden dazu Flügelglätter bzw. Handreibebretter verwendet. Im Untergrund vorhandene Fugen müssen auch in der Neubeschichtung deckungsgleich angeordnet werden. Die Nachbehandlung des Hartstoffestrichs erfolgt nach den Regeln der Technik (z. B. durch Abdecken mittels Folie vor zu schneller Austrocknung zu schützen). Unterschiedliche Temperaturen beeinflussen den Erstarrungs- und Erhärtungsverlauf.

2. Auf eine frisch eingebaute noch nicht abgebundene Betonfläche (mindestens eine Betongüte B25) wird nach dem Ansteifen des Hartstoffestrich im "frisch in frisch"- Verfahren sofort aufgebracht. Es ergeben sich hierbei einige Vorteile. Die im vorgenannten Verfahren unbedingt notwendige Haftbrücke kann entfallen. Zwischen dem Unterbeton und den Hartstoffestrich entsteht eine monolitische Verbindung. Es ist damit eine Schalenbildung zwischen Unterbeton und Estrich ausgeschlossen. Die Mindestschichtstärke des Hartstoffestrichs ist im Innenbereich von 15 mm und im Außenbereich von 20 mm einzuhalten. Die weitere Bearbeitung und Nachbehandlung erfolgt analog des unter 1. genannten Verfahrens.

Nachstehend wird an drei konkreten Einzelfällen die Kupolofenschlacke als Hartstoff für zementgebundene Hartstoffestriche dargestellt, wobei der Hartstoff aus Kupolofenschlacke als kristalline Stückschlacke und/oder Granulat besteht und im Trockenverfahren Anwendung findet. Das Ausgangsmaterial wird in der Sieblinie (A8/B8) hergestellt.

Im ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird der Kupolofenschlacke-Hartstoff aus kristalliner Stückofenschlacke mit den Körnungen

- 0 mm bis 0,5 mm mit 26 Gewichtsprozentanteilen,
- 0,5 mm bis 2 mm mit 31 Gewichtsprozentanteilen,
- 2 mm bis 8 mm mit 43 Gewichtsprozentanteilen

hergestellt.

Auf 100 kg des genannten Kupolofenschlacke-Hartstoffes werden 50 kg Zement homogen im trockenen Zustand vermischt. Dieses trockene Hartstoff-Zement- Gemisch 1 wird auf den Unterbeton/Estrich frisch 2, nach dem diese begehbar sind, frisch auf frisch auf dem Tragbeton und/oder Estrich in ca. 1 cm Stärke aufgestreut und als abriebfeste Verschleißschicht mit Flügelglättern bzw. mit Handreibebrettern in den frischen Beton und/oder Estrich eingearbeitet. (Druckfestigkeit nach 28 Tagen 55 N/mm², Schleifverschleiß nach Böhme: mindestens 4 cm³/50 cm²).

Das erforderliche Wasser für die Hydration des Hartstoff-Zement-Gemisch 1 wird aus dem Überschußwasser (Bluten) des Betons und/oder Estrich aufgenommen. Zwischen der so aufgebrachten Hartstoff-Zement-Gemisch 1 und dem Unterbeton und/oder Estrich 2 entsteht somit eine monolitische Verbindung 3 als Unterbeton/Estrich frisch nach der Einarbeitung 4. Eine häufig bei Hartstoffen auftretende Schalenbildung bzw. Rißbildung erfolgt somit nicht.

Der Zementanteil zum Hartstoffgemisch von 100 kg kann je nach Erfordernissen zwischen 40 kg und 80 kg schwanken.

Zur weiteren Erhöhung der Verschleißeigenschaften kann das Körnungsgemisch aus Kupolofenschlacke-Hartstoff und anderen Hartstoffen, wie Hartmetallen, oder Elektrokorund oder Siliziumcarbid, mit einer Körnung von 0 mm bis 4 mm, gemischt werden.

Das Mischungsverhältnis besteht aus:

- 100 kg Kupolofenschlacke-Hartstoff
- 40-80 kg Hartstoffe (Hartmetall, Elektrokorund, Siliziumcarbid).

Die weitere Verarbeitung erfolgt unter Zugabe von Zement 50 kg bis 90 kg Zement je 100 kg des Hartstoffgemisches im trockenen Zustand.

Nach Auftragen des Kupolofenschlacke-Hartstoff-Zementgemisches auf den frischen Beton und/oder Estrich wird dieses Gemisch wie zuvor beschrieben eingearbeitet. (Druckfestigkeit nach 28 Tagen 55 N/mm², Schleifverschleiß nach Böhme: mindestens 4 cm³/50 cm²).

Eine weitere Anwendung des Kupolofenschlacke-Hartstoffes als Zuschlagstoff im Estrich im Mörtelverfahren soll im Anwendungsbeispiel erläutert werden. Mit einem vorgesehenen W/Z Wert = 0,5 wird eine Mischung aus:

- Kupolofenschlacke nach der Sieblinie A8/B8 (siehe vorheriges Beispiel im Text) 1786 kg/m³ Estrich,
- Zement 380 kg/m³ Estrich,
- Wasser 190 kg/m³ Estrich

hergestellt.

Die so hergestellte Estrichmischung mit Hartstoffeigenschaften wird in zwei unterschiedlichen Verfahren eingebaut.

Das erste Verfahren wird nun als Ausführungsbeispiel in Fig. 2 erläutert. So wird auf bereits abgebundenen Unterbeton 5 eine Haftbrücke 6 - vom Stand der Technik bekannt - aufgebracht, um eine gute Adhäsion zu dem frischen Estrich mit Hartstoffeigenschaften zu erreichen.

Die Haftbrücke 6 ist vorzugsweise eine mineralische Haftbrücke, bestehend aus Zement und Styrolacrylaten in Dispersion, für die kraftschlüssige Verbindungen von zementgebundenen Beschichtungen. Die anschließende Beschichtung wird die noch weiche Haftbrücke "frisch in frisch" aufgebracht. Nach Einbau einer 2 cm bis 8 cm dicke Estrichschicht als Hartstoff-Estrich-Mischung (flüssig/plastisch) 7 ist eine Bearbeitung mit Handreibebrett bzw. mit Flügelglätter erforderlich.

Im zweiten bevorzugten Verfahren nach Fig. 3 wird der "frisch in frisch" Aufbau- Unterbeton und Estrich in Schichten von 1,5 cm bis 5 cm dargestellt. Wobei die Hartstoff-Estrich-Mischung 8 (flüssig/plastisch) vor der Einarbeitung, der Unterbeton 9 (flüssig/plastisch) vor der Einarbeitung und die Hartstoff-Estrich- Mischung 10 nach der Einarbeitung in den abgebundenen Unterbeton 11 dargestellt wird. Es entsteht somit ein monolitischer Aufbau des Betonbodens 12. Abschließend sollte, wie in den zuvor beschriebenen Verfahren, das Verdichten mit Handreibebrett bzw. Flügelglätter erfolgen.

Bei allen genannten Verfahren ist die Nachbehandlung der Hartstoffestrichbeschichtungen nach den anerkannten Regeln des Faches unter Beachtung der Normen durchzuführen.

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 Beurteilung des 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, Prüfwerte 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. Bodens bei möglicher Eluierung des mit aufbereiteter Schlacke ausgeführten Betons, wird somit ausgeschlossen.

Bezugszeichenliste

1 Hartstoff-Zement-Gemisch mit weiteren Hartstoffen vor der Einarbeitung nach Ausführungsbeispiel 1
2 Unterbeton/Estrich frisch vor der Einarbeitung nach Ausführungsbeispiel 1
3 monolitische Verbindung
4 Unterbeton/Estrich frisch nach der Einarbeitung nach Ausführungsbeispiel 1
5 Hartstoff-Estrich-Mischung (flüssig/plastisch) nach Ausführungsbeispiel 2
6 Haftbrücke
7 Unterbeton/Estrich abgebunden
8 Hartstoff-Estrich-Mischung (flüssig/plastisch) vor der Einarbeitung nach Ausführungsbeispiel 2
9 Unterbeton (flüssig/plastisch) frisch vor der Einarbeitung nach Ausführungsbeispiel 3
10 Hartstoff-Estrich-Mischung nach der Einarbeitung nach Ausführungsbeispiel 3
11 Unterbeton abgebunden nach der Einarbeitung nach Ausführungsbeispiel 3
12 monolitischer Aufbau des Betonbodens

Claims

1. Kupolofenschlacke als Hartstoff für zementgebundene Hartstoffestriche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupolofenschlacke als Hartstoff in der Nutzschicht in der Korngröße 0 mm bis 8 mm einsetzbar ist, wobei der Hartstoff

- mit der Körnung von 0 mm bis 0,5 mm 14-39 Gewichtsprozentanteile,
- mit der Körnung von 0,5 mm bis 2 mm 22-32 Gewichtsprozentanteile,
- mit der Körnung von 2 mm bis 8 mm 29-64 Gewichtsprozentanteile

aufweist und aus granulierter Kupolofenschlacke und/oder Kupolofenstückschlacke besteht, die jeweils im feingemahlenen und/oder gebrochenen Zustand vorliegt.

2. Kupolofenschlacke als Hartstoff für zementgebundene Hartstoffestriche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartstoff vorzugsweise mit der Körnung 0 mm bis 4 mm einsetzbar ist.

3. Kupolofenschlacke als Hartstoff für zementgebundene Hartstoffestriche nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartstoff mit Zement im Verhältnis 1 : 0,4 bis 1 : 0,8 als Gemisch in trockenem Zustand einsetzbar ist.

4. Kupolofenschlacke als Hartstoff für zementgebundene Hartstoffestriche nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartstoff mit weiteren Hartstoffen, wie Hartmetall oder Elektrokorund oder Siliziumcarbid, ein Kupolofenschlacke-Hartstoff-Gemisch bildet, wobei die Kupolofenschlacke mit 55 bis 71 Gewichtsprozentanteilen und die weiteren Hartstoffe mit 29 bis 45 Gewichtsprozentanteilen im Gemisch mit einer Körnung von 0 mm bis 4 mm vorliegen, indem das Kupolofenschlacke-Hartstoff-Gemisch mit Zement im trockenen Zustand im Verhältnis 1 : 0,5 bis 1 : 0,9 einsetzbar ist.

5. Kupolofenschlacke als Hartstoff für zementgebundene Hartstoffestriche nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartstoff mit 82 - 87 Gewichtsprozentanteilen, der Zement mit 8-11 Gewichtsprozentanteilen und das Wasser unter Berücksichtigung des Wasser-Zement-Faktors mit WZ 0,5 als Estrichmischung mit Hartstoffeigenschaften einsetzbar ist.

6. Verfahren zum Einsatz von Kupolofenschlacke als Hartstoff für zementgebundene Hartstoffestriche nach Anspruch 1 bis Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartstoff-Zement-Gemisch im trockenen Zustand auf den frischen Beton oder Estrich, nach dem diese begehbar sind, frisch auf frisch auf dem Tragebeton und/oder Estrich als eine 1 cm starken abriebfesten Verschließschicht mit Flügelglättern oder Handreibebrettern in den frischen Beton und/oder Estrich eingearbeitet wird, wobei das Wasser für die Hydration des Hartstoff-Zement-Gemisches aus dem Überschußwasser (Bluten) des Betons oder Estrichs zur Verfügung steht.

7. Verfahren zum Einsatz von Kupolofenschlacke als Hartstoff für zementgebundene Hartstoffestriche nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Estrichmischung mit Hartstoffeigenschaften auf bereits abgebundenen Unterbeton in einer Dicke von 2 cm bis 8 cm aufgetragen wird und mittels Flügelglätter oder Handreibebretter diese Estrichmischung bearbeitet wird, indem vorher auf dem abgebundenen Unterbeton eine Haftbrücke aufgebracht ist, damit eine gute Adhäsion zu dem frischen Estrichgemisch erreicht wird.

8. Verfahren zum Einsatz von Kupolofenschlacke als Hartstoff für zementgebundene Hartstoffestriche nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Estrichmischung mit Hartstoffeigenschaften frisch in frisch als Aufbau- Unterbeton und Estrich in Schichten von 1,5 cm bis 5 cm als monolitischer Aufbau des Betonbodens aufgetragen wird und anschließend die Schichten mittels Flügelglätter oder Handreibbretter verdichtet werden.