DE19710589C2 - Verwendung von behandeltem Klärschlamm als stabilisierender Zuschlagstoff für bitumengebundene Baustoffe - Google Patents
Verwendung von behandeltem Klärschlamm als stabilisierender Zuschlagstoff für bitumengebundene BaustoffeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines stabilisierenden Zuschlagstoffs für bitumengebundene
Baustoffe, insbesondere Asphalt aber auch Verguß- und Spachtelmassen sowie
Anstrichstoffe auf Bitumenbasis. Dabei werden unter Bitumen sämtliche bituminöse
Stoffe, auch polymermodifiziertes Bitumen sowie artverwandte organische Bindemittel
verstanden.
Es ist bekannt, zur Stabilisierung von bitumengebundenen Baustoffen dem Bitumen
Fasern zuzusetzten, die die Fließeigenschaften des Bitumens verändern. So wird
beispielsweise durch die Zugabe von Fasern bei Anstrichstoffen eine tropfhemmende
Wirkung erreicht. Damit wird es möglich, Anstriche in dickeren Schichten aufzutragen,
ohne daß es zum Ablaufen des Anstrichstoffes kommt.
Besondere Bedeutung haben stabilisierende Zuschläge bei Asphaltgemischen für den
Straßenbau. Insbesondere für den mit hohem Bitumenanteil versehenen Splittmastixas
phalt sind stabilisierende Zuschläge notwendig, die verhindern, daß es während der Zeit
zwischen Herstellung und Einbau des Asphaltgemisches zu Entmischungen von Bitumen
und Splitt kommt. Die Qualität des Splittmastixasphaltes wird entscheidend vom Bitu
menanteil bestimmt. Durch Zugabe verschiedener Füll- und Zuschlagstoffe soll erreicht
werden, daß im eingebauten Asphalt (Splittmastixasphalt) eine ausreichende Menge
Bitumen enthalten ist und auch in Folge eine Entmischung von Splitt und Bitumen weit
gehend verhindert wird. Fasern als Zuschlagstoff haben sich dabei in besonderer Weise
bewährt.
In der DE-OS 37 14 828 werden ein Reihe von Fasern beschrieben, die als Zuschlagstoff
Anwendung finden. Nicht unproblematisch ist das homogene Einmischen der Fasern in
den Bitumen bzw. das Asphaltgemisch. Die zur Klumpen- bzw. Wattebildung neigenden
Fasern lassen sich nur mit erhöhtem Aufwand dosieren und es bedarf oft auch einer
erhöhten Mischzeit, bis eine ausreichend homogene Verteilung erreicht wird. Retten
maier schlägt deshalb in o. g. Offenlegungsschrift die Verwendung eines unter Zugabe
von Bindemittel hergestellten fließfähigen Granulates, das die Fasern umfaßt, vor. Das
Bindemittel ist so beschaffen, daß es sich im Bitumen auflöst. Der besondere Vorteil des
Granulates liegt in einer optimalen Dosierbarkeit. Allerdings ist die Herstellung des
Granulates mit erheblichen zusätzlichen Aufwendungen verbunden.
Eine gute Dosierbarkeit und Mischbarkeit von Faserstoffen als Zuschlagstoffe bei der
Asphaltherstellung versucht Kadelka in seiner DE-OS 40 42 064 durch ein Gemisch aus
Faserstoff und Sand und/oder Gesteinsmehl und/oder Gasbetongranulat als Zuschlag
stoff zu erreichen. Bei derartigen Gemischen kommt es aber sehr schnell zu einer
Entmischung der spezifischen unterschiedlichen Bestandteile.
Es wurde ferner gefunden, daß für die Langzeitstabilität eines eingebauten Splittma
stixasphaltes die Art und Beschaffenheit der verwendeten Fasern von Bedeutung ist. Die
hauptsächlich in der Praxis bisher verwendeten Cellulosefasern werden durch die bei
der Herstellung des Asphaltgemisches auftretenden hohen Temperaturen in ihren Eigen
schaften stark geschädigt, teilweise sogar zersetzt. Ihre Wirkung entfalten sie deshalb
überwiegend nur während der Zeit zwischen der Herstellung und dem Einbau des
Asphaltgemisches. Hinsichtlich der Langzeitstabilität des eingebauten Splittmastixasphal
tes kommen sie kaum zum Tragen. Hierfür ist es wichtig, daß im eingebauten Splittma
stixasphalt geeignete Fasern mit hoher Beständigkeit enthalten sind. Auf diese positive
Wirkung beständiger Faserstoffe wird in der DE-OS 195 11 441 verwiesen, in der mono
phile Kunststoffasern als stabilisierender Zuschlag zur Asphaltherstellung beschrieben
werden. Der beschriebene Herstellungsaufwand dieser Kunststoffasern ist aber
beträchtlich, auch wenn man berücksichtigt, daß im betrachteten Fall ein Sekundärroh
stoff als Ausgangsmaterial verwendet wird.
Ziel der Erfindung ist ein stabilisierender Zuschlagstoff für bitumengebundene Baustoffe,
der ressourcenschonend ist, kostengünstig zur Verfügung gestellt werden kann und mit
dem qualitativ hochwertige, langzeitbeständige, bitumengebundene Baustoffe, insbe
sondere Asphalte, hergestellt werden können. Dazu besteht die Aufgabe, einen
Zuschlagstoff zu finden, der zu einem ausreichenden Prozentsatz aus Faserstoffen
besteht, die auch bei Temperaturen bis 190°C kaum geschädigt werden und sich durch
eine hohe Beständigkeit auszeichnen, der gut dosierbar ist und leicht mit Bitumen und
ggf. weiteren Stoffen zu einem homogenen Gemisch verarbeitet werden kann.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Aufgabe durch die Verwendung von
mechanisch vorentwässertem und unter Zugabe von Kalk nachentwässertem und nach
Behandlung in einer Mikrowirbelmühle in Form von fließfähigen Partikeln und fließfähi
gen Fasern vorliegendem kommunalem Klärschlamm, dessen organische und minerali
sche Bestandteile zwischen 30 und 70 Gew.-% liegen und sich zu 100 Gew.-% ergänzen,
wobei die organischen Bestandteile ihrerseits einen Faseranteil von mindestens 20
Gew.-% und die mineralischen Bestandteile einen Anteil an Calciumcarbonat aufweisen
und bei dem mindestens 90 Gew.-% der fließfähigen Partikel eine Korngröße kleiner
0,09 mm besitzen und die enthaltenen Fasern eine Länge von bis zu 1,8 mm aufweisen,
als stabilisierenden Zuschlagstoff für bitumengebundene Baustoffe gelöst wird.
Für die stabilisierende Wirkung ist es wichtig, daß die organischen und mineralischen
Bestandteile des aufbereiteten kommunalen Klärschlammes zwischen 30 und 70 Gew.-
% liegen und sich zu 100 Gew.-% ergänzen und das der Faseranteil der organischen
Bestandteile mehr als 20 Gew.-% beträgt. Dies kann problemlos ohne weitere Zusätze
erreicht werden, wenn der als Ausgangsstoff eingesetzte kommunale Klärschlamm nach
der mechanischen Vorentwässerung mehr als 20 Gew.-% organische Bestandteile
enthält. Nach den durchgeführten Untersuchungen ist dies in aller Regel der Fall.
Ausnahmen, d. h. kommunale Klärschlämme mit weniger als 20 Gew.-% an organischen
Bestandteilen, sind nur bei Havarien im Klärwerk gegeben.
Der Faseranteil des erfindungsgemäß verwendeten stabilisierenden Zuschlagstoffes
zeichnet sich dadurch aus, daß neben einem hohen Anteil an natürlichen Fasern auch
unterschiedlichste synthetische Fasern enthalten sind. Insgesamt wird durch Fasern als
Zuschlagstoff zu Bitumen in bitumengebundenen Baustoffen bekanntermaßen eine
thixotrope Wirkung erreicht. Dies ist zum einen bei Anstrichstoffen auf Bitumenbasis
erwünscht, weil große Schichtdicken weitgehend tropffrei aufgetragen werden können,
zum anderen wird dadurch bei der Herstellung und Verarbeitung bitumengebundener
Baustoffe eine Entmischung von Bitumen und Zusatz- sowie Füllstoffen verhindert.
Darüber hinaus verbessern die Fasern die Elastizität des verarbeiteten bzw. eingebauten
Baustoffes, was zu einer erhöhten Frosttaubeständigkeit und einer erhöhten Wärme
standsfestigkeit führt.
Von besonderer Bedeutung sind Fasern im stabilisierenden Zuschlagstoff für die Herstel
lung von Splittmastixasphalt, weil hierbei zur Erzielung großer Stabilitäten des Asphalt
straßenbelages mit einem Überschuß an Bitumen gearbeitet wird. Für die Bundesrepu
blik gibt es hierzu einschlägige Vorschriften.
Die Wirkung der natürlichen Fasern erstreckt sich dabei im wesentlichen auf die Zeit
zwischen der Herstellung und dem Einbau des Asphaltes. In Folge der relativ hohen
Temperaturen, die bei der Asphaltherstellung angewendet werden (bei Splittmastixas
phalt bis 190°C), werden natürliche Fasern soweit geschädigt, daß sie im fertiggestellten
Asphaltstraßenbelag kaum noch eine stabilisierende Wirkung entfalten. Es hat sich aber
insbesondere für eine lange Haltbarkeit des Asphaltstraßenbelages als sehr positiv
erwiesen, wenn in diesem langlebige elastische Fasern enthalten sind. Diese tragen
wesentlich zu einer langen Lebensdauer und Stabilität des Asphaltstraßenbelages bei.
Sie bewirken bei hohen Belastungen ein elastisches Verhalten des Belages und vermei
den so Schäden, besonders bei winterlich tiefen Temperaturen. Bei im Sommer auftre
tenden hohen Temperaturen bewirken sie eine verbesserte dauerhafte Wärmestands
festigkeit des Asphalts. Es wurde gefunden, daß die im erfindungsgemäß verwendeten
Zuschlagstoff enthaltenen unterschiedlichsten synthetischen Fasern überraschender
weise überwiegend solcher Art sind, daß sie im fertiggestellten Asphaltstraßenbelag die
vorstehend beschriebenen positiven Wirkungen hervorrufen.
Neben organischen Bestandteilen weist der erfindungsgemäß verwendete Zuschlag
stoff zwischen 30 und 70 Gew.-% mineralische Bestandteile auf. Ein Teil dieser minerali
schen Bestandteile ist Calciumcarbonat, das infolge der Klärschlammnachentwässerung
unter Zugabe von Kalk entsteht. Die positiven Wirkungen von Calciumcarbonat als
Zuschlag oder Füller bei der Herstellung bitumengebundener Baustoffe, insbesondere
bei der Asphaltherstellung sind bekannt. Hervorzuheben ist, daß Calciumcarbonat die
Affinität des Zuschlagstoffes zum Bitumen wesentlich verbessert. Damit wird die
Verwendung saurer Zuschlagstoffe sehr erleichtert.
Ein weiterer wesentlicher Effekt der Erfindung wird in der Verwendung von kommuna
lem Klärschlamm als Ausgangsstoff für den erfindungsgemäßen Zuschlagstoff gesehen.
Es ist gelungen, unter Verwendung eines als Abfall deklarierten Stoffes als Ausgangsstoff
einen stabilisierenden Zuschlagstoff zu entwickeln, der hinsichtlich seiner Qualität
vergleichbaren, aus Primärrohstoffen hergestellten stabilisierenden Zuschlagstoffen nicht
nur gleichwertig ist, sondern diese teilweise sogar übertrifft.
Bevorzugt erfolgt die Behandlung in der Mikrowirbelmühle derart, daß der mechanisch
vorentwässerte und unter Zugabe von Kalk nachentwässerte kommunale Klärschlamm,
in einem rieselfähigem Zustand vorliegend, im Luftstrom dosiert einer Mikrowirbelmüh
le aufgegeben und hier vorzugsweise durch Partikelkollision zerkleinert und erhitzt wird,
bis ca. 99 Massenprozent des Klärschlammes als Partikel mit einem Durchmesser kleiner
0,09 mm bzw. als Fasern mit einer Länge kleiner 1,8 mm innerhalb der Mikrowirbelmühle
vorliegen, dann aus der Mikrowirbelmühle ausgetragen und vom Luftstrom abgeschie
den wird. Empfehlenswert ist ein mechanisch vorentwässerter, kommunaler Klär
schlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von ≧ 28 Gew.-% als Ausgangsstoff, der gege
benenfalls durch Mischung verschiedener kommunaler Klärschlämme erzeugt werden
kann.
Wenn der eingesetzte kommunale Klärschlamm mindestens 20 Gew.-% organische
Bestandteile enthält, entsteht nach vorstehend beschriebener Behandlung in einer
Mikrowirbelmühle ein fließfähiger Stoff mit vergleichmäßigtem Korn- und Faserspek
trum, der sich aus organischen und mineralischen Bestandteilen zusammensetzt, wobei
der Anteil der organischen und mineralischen Bestandteile zwischen 30 und 70 Gew.-%
liegt, die sich zu 100 Gew.-% ergänzen, und die organischen Bestandteile zu mehr als
20 Gew.-% als Fasern vorliegen. Nach dem Austragen des behandelten kommunalen
Klärschlammes aus der Mikrowirbelmühle und seiner Abkühlung auf Normaltemperatur
weisen noch mindestens 90 Gew.-% der fließfähigen Partikel eine Partikeldurchmesser
kleiner 0,09 mm und die enthaltenen Fasern eine Länge von bis zu 1,8 mm auf.
Im Klärschlamm eventuell enthaltene Schwermetalle, Öle, Fette und/oder Lösungsmittel
sind weitgehend abgetrennt bzw. inertisiert. Mit unterschiedlichen kommunalen Klär
schlämmen durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, daß der erfindungsgemäß
hergestellte Zuschlagstoff weitgehend frei von o. g. unerwünschten Stoffen ist. Dies ist
auf die innerhalb der Mikrowirbelmühle stattfindenden intensiven Partikelzusammen
stöße zurückzuführen, die eine Abtrennung von an Partikeln anhaftenden insbesondere
Ölen, Fetten und/oder Lösungsmitteln, ggf. auch schwermetallhaltiger Verbindungen
bewirken.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert
werden.
Ein, einen Trockensubstanzgehalt von ca. 30 Gew.-%, worin ca. 35 Gew.-% organische
und 65 Gew.-% mineralische Bestandteile enthalten sind und die organischen Bestand
teile zu ca. 27 Gew.-% Fasern sind, aufweisender mechanisch vorentwässerter kommu
naler Klärschlamm, der durch Zugabe von ca. 110 kg Calciumoxyd je m3 vorentwässerten
Klärschlammes unter Entstehung von Calciumcarbonat nachentwässert und in einen
rieselfähigen Zustand versetzt wurde, danach dosiert und kontinuierlich, mittels eines
Luftstromes einer Mikrowirbelmühle aufgegeben und hier behandelt wurde, wobei
durch heftige Partikelkollision eine Zerkleinerung sowie eine Erwärmung erfolgte, so
daß nach dem Austrag und der Abkühlung des behandelten kommunalen Klärschlam
mes dieser in Form von fließfähigen Partikeln, die zu ca. 92 Gew.-% eine Korngröße klei
ner 0,09 mm besitzen, wobei davon wiederum ca. 50 Gew.-% kleiner 0,63 . 10-6 m sind,
sowie fließfähigen Fasern, die zu ca. 65% aus natürlichem und zu ca. 35% aus syntheti
schem Material bestehen, mit einer Länge kleiner 1,8 mm, vorliegt, wird als stabilisieren
der Zuschlagstoff zur Asphaltherstellung verwendet. Bei die Herstellung von Splittma
stixasphalt werden 2 Gew.-% erfindungsgemäß als stabilisierender Zuschlagstoff zu
verwendender kommunaler Klärschlamm in das Asphaltgemisch eingearbeitet. Das im
Zuschlagstoff vorhandene Calciumcarbonat ermöglicht ein schnelles und gleichmäßiges
Einmischen des Zuschlagstoffes. Der Zuschlagstoff bewirkt zum einen, daß während der
Herstellungs- und Einbauphase des Asphaltgemisches keine Entmischung von Bitumen
und Splitt auftritt und zum anderen, daß im fertiggestellten Straßenbelag ein ausreichend
hoher Anteil an nicht infolge der bei der Herstellung und Verarbeitung auftretenden
hohen Temperaturen geschädigten Fasern vorhanden ist, so daß eine ausreichend hohe
Frosttaubeständigkeit und Wärmestandsfestigkeit des Splittmastixasphaltes gegeben ist.
Claims (1)
- Verwendung von mechanisch vorentwässertem, unter Zugabe von Kalk nachentwäs sertem, in einen rieselfähigen Zustand versetzten und nach Behandlung in einer Mikrowirbelmühle in Form von fließfähigen Partikeln, die zu mindestens 90 Gew.-% eine Korngröße kleiner 0,09 mm besitzen, und fließfähigen Fasern, die eine Länge von bis zu 1,8 mm aufweisen, vorliegendem kommunalem Klärschlamm, dessen organi sche und mineralische Bestandteile zwischen 30 und 70 Gew.-% liegen und sich zu 100 Gew.-% ergänzen, wobei die organischen Bestandteile ihrerseits einen Faseranteil von mindestens 20 Gew.-% und die mineralischen Bestandteile einen Anteil an Calci umcarbonat aufweisen, als stabilisierenden Zuschlagstoff für bitumengebundene Baustoffe.
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- 1997-03-14 DE DE1997110589 patent/DE19710589C2/de not_active Expired - Fee Related
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