DE20214788U1 - Korngemisch als Baustoff für Verkehrswege, Plätze sowie Schutzverbauungen - Google Patents

Description

Korngemisch als Baustoff für Verkehrswege, Plätze sowie Schutzverbauungen

Die Erfindung bezeichnet ein Korngemisch unter Verwendung von gebrochenen künstlichen Mineralstoffen, insbesondere Metallhüttenschlacke.

Für Trag- und Schutzschichten im Verkehrswegebau ist es allgemein üblich, Korngemische aus ungebrochenen und gebrochenen natürlichen Mineralstoffen einzusetzen.
Ebenso bekannt ist die Aufbereitung natürlicher Mineralstoffe für einen neuen Verwendungszweck, die vorher als ungebundene natürliche Mineralstoffe oder gebunden eingesetzt waren.

Zur Schonung der natürlichen Ressourcen als auch der Nutzung von Neben- oder Abfallprodukten werden unter anderem künstliche Schlacken in gebrochener Form, Aschen und Filterstäube mit natürlichen Mineralstoffen gemischt. Derartige Gemische sind auf Grund potenzieller Gewässerschädigung durch die Elution von Schadstoffen nur unter bestimmten Bedingungen einbaubar.

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise ein Baustoff für Tragschichten und Trag-Deckschichten nach der Druckschrift DE 39 15 373 Al bekannt, der den Einsatz von Konverterstahlschlacke in einer Mischung mit anderen fein granulierten Anfallstoffen aus Stahl- und Kraftwerken beinhaltet. Aus dieser Mischung hergestellte bauliche Objekte sollen infolge einer Anfangshydration der Mischung gute Struktur- und Festigkeitswerte aufweisen. Die Realisierung des Gemischs in Zwangsmischern mit unmittelbar daran anschließendem Transport zur Baustelle ist gegenüber anderen Baustoffen, insbesondere solchen für Tragschichten sehr aufwändig. Bei diesem Baustoff besteht zumindest in der Einbauphase die Gefahr der Elution schädlicher Stoffe, die ins Grundwasser gelangen könnten.

Auch der in der Druckschrift DE 30 00 649 Al offenbarte Oberbau für den Straßenbau aus Müllverbrennungsschlacke ist wegen der potenziellen Elution von gewässerschädigenden Stoffen den problematischen Baustoffen zuzurechnen.
Ein noch problematischeres Mineralstoffgemisch mit begrenzten Einbaumöglichkeiten der daraus hergestellten Tragschichten ist in der Druckschrift DE 43 18 614 Al beschrieben worden. Das Mineralstoffgemisch besteht aus metallurgischer Schlacke, insbesondere Siemens-Martin-Schlacke sowie schwermetallbelasteten Feststoffen und Schlämmen.

Bekannt ist auch die Verwendung von Elektro-Ofen-Schlacke zur Herstellung von Fahrbahnschichten aus der Druckschrift DE 692 30 712 T2, wobei das Zumischen von hydraulischen Binde- und Aktivierungsmitteln erfolgt.

Ein Straßenbaustoff, insbesondere für eine Tragschicht, die aus einer Mischung von Hochofenstückschlacke und bis zu 80% Schmelzkammergranulat besteht, wird in der Druckschrift DE 44 36 870 Al vorgeschlagen.
Der Einsatz von Hochofen- oder anderer Eisenhüttenschlacken in Korngemischen unterliegt generell besonderen Anforderungen. Aus Gründen des vorbeugenden Gewässerschutzes ist deren uneingeschränkter Einbau grundsätzlich nicht möglich, da es zur Elution von umweltschädlichen Stoffen kommen kann.

In der Druckschrift DE 195 37 247 Cl wird der Einsatz von Kupolofenschlacke als gebrochener Mineralstoff im Straßenbau beschrieben. Die Schlacke liegt als, bis zum Erstarren technologisch unbehandelte Stückscklacke im kristallinen Zustand vor. Nach dem Brechen und/oder Mahlen ist die Schlacke mit einer Körnung von 0 bis 63 als Zuschlagstoff im Straßenbau und in bituminösen Fahrbahnen einsetzbar. Der Einbau von Kupolofenschlacke im ungebundenen Zustand unterliegt, wegen der potenziellen Gefahr der Grundwasserschädigung in Analogie zu Hochofenschlacke, Restriktionen.

Für den Eisenbahnunterbau werden zur Herstellung von Trag- und Schutzschichten ebenfalls gebrochene Mineralstoffe eingesetzt. Bei derartigen Einsatzfällen sind die spezifischen technischen Lieferbedingungen des Abnehmers einzuhalten. So wird in der Bahnnorm BN 918 062 für ein hochwertiges Korngemisch aus gebrochenen Mineralstoffen, künstlichen Schlakken, speziell Hochofenschlacke, neben den Bedingungen für den Verlauf der Körnungslinie ein Anteil von 30 Masse-% ungebrochener Mineralstoffe, Rundkorn in Form von Natursand bzw. Kies-Sand gefordert, um die Anforderungen an die Wasserundurchlässigkeit bzw. Wasserdurchlässigkeit der Trag- und Schutzschicht im Bereich von < 1 &khgr; 10"⁶ bis 1 &khgr; 10~⁵ m/s bei entsprechender Proctordichte einzuhalten.
Zum Erreichen der geforderten Proctordichte ist eine Mindestfeuchte des Korngemischs von 5-8 % erforderlich, die bei Gemischen mit Schlacken generell am Einbauort hergestellt bzw. wieder hergestellt werden muss, da sich diese beim Transport wesentlich verringert.
Die Druckschrift DE 36 26 772 C2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Straßenbaustoffen und der Wärmerückgewinnung aus metallurgischen Schlacken, wie Hochofen-, Stahlwerks- und Metallhüttenschlacken. Die flüssige Schlakke wird auf profilierte Kühlkörper gegossen, in die noch zähflüssige Schlackenschicht ein weiterer, profilierter Kühlkörper zur Bildung von Sollbruchstellen gedrückt und die erstarrte Schlacke dann abgekippt, um möglichst viele gebrochene Schlackestücke zu erhalten. Dieses Verfahren kann nur angewendet werden, wenn die Schlacke flüssig ist, für auf Halde liegende Schlacken ist es ungeeignet. Zum Einsatz als Baustoff, beispielsweise für Verkehrswege, müssen die Schlackestücke noch gebrochen werden.
Gebrochene Kupferschlacken werden gegenwärtig lediglich als ungebundene Tragschicht unter Straßendecken, beispielsweise aus Beton, eingesetzt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin ein Korngemisch unter Verwendung von Metallhüttenschlacke als Baustoff für Verkehrswege, Plätze, sowie Schutzverbauungen zu entwikkeln, das allen spezifischen Anforderungen anpassbar, uneingeschränkt einbaubar, umweltverträglich und natürliche Ressourcen schonend, mit üblichen Verfahren kostengünstig herstellbar ist.

Die Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, auf Halden über Jahrzehnte abgelagerte, unbehandelte, kristallin erstarrte Schlacken der Kupfererzverhüttung als Sekundärrohstoff mit natursteinidentischen Qualitätsmerkmalen zu verwerten. Nach dem Brechen der Schlackebrocken in bekannter Weise wird das Brechkorn klassiert, wobei alle üblichen Kornklassen realisierbar sind, jedoch vorzugsweise die Klassierungen in 2-32 mm, 0-32 mm sowie in Brechsand 0-2 mm erfolgen. Das Brechkorn der Kupferschlacke ist gegenüber dem von natürlichen Mineralstoffen wie Granit, Grauwacke oder Quarzporphyr wesentlich unregelmäßiger geformt und scharfkantiger, so dass sich die Körner während des Verdichtens einer entsprechenden Schicht, die beispielsweise als Schottertragschicht im Straßenbau unter Beton- oder Asphaltdecken einsetzbar ist, aus einem Korngemisch bei geringer Nachzerkleinerung ineinander verkeilen, wodurch sich hohe Proctordichten mit großer Randstabilität ergeben.
Hohen Anforderungen unterliegen Trag- und Schutzschichten zur Herstellung von Eisenbahnfahrwegen. Für die einzusetzenden Korngemische werden spezifische Lieferbedingungen vorgegeben. Zur Erzielung der geforderten Qualität eines in der Bahnnorm BN 918 062 (Fassung 03/2000) festgelegten Korngemischs KGl mit künstlichen Schlacken, wobei nur Hoch-

ofenstückschlacke nach DIN 4301 ausgewiesen ist, muss dieses einen Anteil an ungebrochenen Mineralstoffen von 30 Masse-% als Rundkorn in der Zusammensetzung aufweisen.
Wie aus durchgeführten Untersuchungen hervorging, ist ein solches Korngemisch bei Einhaltung der geforderten Körnungslinie aus Fraktionen gebrochener Kupferschlacke mit den Korngrößen 2-32 mm, 0-32 mm und Natursand der Körnung 0-2 mm, die miteinander vermischt werden, herstellbar. Die Masseanteile für 100 % Gemisch liegen hierbei für die beiden Fraktionen gebrochener Kupferschlacke jeweils im Bereich von 29-35 % und den Natursand bei mindestens 30 % bis maximal 40 %, vorzugsweise 37 %.

Der Anteil der beiden Fraktionen aus gebrochener Kupferschlacke bis zur Korngröße von 32 mm, ohne Berücksichtigung von zulässigem Überkorn, und dem Natursand verschiebt sich zueinander in dem Verhältnis, wie sich der Fein- und/oder Grobanteil im Natursand bei möglichem Einsatz von anderen Klassierungen wie 0-4 mm oder etwa Kies-Sand verändert.
Der Natursand lässt sich zudem ohne Nachteile für den Anwender auch vollständig durch den Brechsand der Fraktion 0-2 mm aus Kupferschlacke ersetzen.

Aus gebrochener Kupferschlacke sind weitere Korngemische als Baustoff herstellbar, deren Anteil unterschiedlicher Fraktionen gebrochener Kupferschlacke im Bereich von 60 bis zu 100 Masse-% liegen. Die Einhaltung der vom jeweiligen Einsatzzweck abhängigen Qualität eines Gemischs, insbesondere der Körnungslinien, der Korngrößenverteilung im geforderten Bereich, wird dabei durch das Mischen von mehreren Fraktionen des Brechkorns erzielt und eingehalten.

Neben der Einhaltung von Körnungslinien, ist eine Mindestfeuchte des Korngemischs ein weiteres Kriterium, um die erforderlichen Proctordichten beim Einbau von Trag- und Schutzschichten durch Verdichten zu erzielen, wobei diese im Bereich von 5-8 % liegen sollte. In den meisten Fällen muss diese Mindestfeuchte am Einbauort durch aufwändiges

besprengen mit Wasser hergestellt werden, da sich beim Antransport eines Korngemischs aus gebrochenen sowie ungebrochenen natürlichen als auch künstlichen Mineralstoffen dessen Wassergehalt wesentlich verringert.

In einer Variante des Korngemischs werden 5-25 Masse-% des Anteils an Natursand durch eine Fraktion aus gebrochenem Kalkstein der Korngrößen 0-5 mm ersetzt. Diese Fraktion ist ein Nebenprodukt bei der Verarbeitung von Kalkstein. Mit dem Anteil von gebrochenem Kalkstein wird sicher gestellt, dass das Korngemisch über längere Transportdistanzen die geforderte Mindestfeuchte hält, ohne wie beim Herstellen bisher üblicher Korngemische einen erhöhten Wasseranteil dosieren zu müssen, der dann lediglich als Ballast zu transportieren ist.

Korngemische aus gebrochener Kupferschlacke, Sand und/oder gebrochenem Kalkstein sind auch als Deckschicht für Wege und Plätze einsetzbar. Der Anteil an gebrochenem Kalkstein im Korngemisch kann dann bis zu 40 Masse-%, vorzugsweise 20 % betragen.

Eingebaute Schichten aus den beschriebenen Korngemischen mit mind. 60 Masse-% aus gebrochener Kupferschlacke, 20-35 Masse-% Fein-/Natursand und 5-15 Masse-% gebrochenem Kalkstein weisen eine hohe Wasserundurchlässigkeit bei geringer Ausspülung von Feinstanteilen auf.

Für allgemeine Einsatzzwecke kann der Anteil des natürlichen Feinsands vollständig durch gebrochenen Kalkstein der genannten Fraktion der Korngrößen 0-5 mm ersetzt werden.
Derartige Korngemische sind auch für den Einsatz im Wasserbau, beispielsweise für Deichstützkörper geeignet. Es lassen sich dabei auch günstig Fraktionen mit Korngrößen im Bereich von 56 mm einsetzen. Deichstützkörper aus den beschriebenen Korngemischen haben eine größere Wasserdurchlässigkeit bei äußerst hoher Standfestigkeit. Der Strömungsdruck im Deichstützkörper wird dadurch vermindert und steilere Böschungen werden ermöglicht.

Die Herstellung der genannten Korngemische aus den unterschiedlichen und verschiedenen Komponenten kann in üblicher Weise mit Hilfe von Dosiereinrichtungen aus Vorratsbunkern auf eine Transporteinrichtung zu Vorratslagern oder Transportmitteln erfolgen.

Korngemische oder einzelne Fraktionen gebrochener Kupferschlacke sind auch als Zuschlagstoff im Hoch- und Tiefbau unter Verwendung von Bindemitteln geeignet.

Der Anteil gebrochener Kupferschlacke, insbesondere der Fraktion 2-32 mm kann hierbei bis zu 85 Masse-% betragen, wobei der Rest bis 100 % aus üblichem Füller, Natursand und zugemischtem Bindemittel besteht.

Die Vorteile der Verwendung gebrochener Kupferschlacke liegen insbesondere in der Schonung natürlicher Ressourcen und der mit dem Abbau bestehender Halden möglichen Renaturierung der zugehörigen Flächen.

Für den Anwender ergeben sich bei universellen Anwendungsmöglichkeiten gleichzeitig erhebliche Kostenvorteile bei Nutzung bekannter, üblicher Technologien und technischen Ausrüstungen.

Das Zumischen von gebrochenem Kalkstein beinhaltet die sinnvolle ökonomische Nutzung eines problematischen Nebenprodukts .
Der Einbau der Korngemische aus und mit gebrochener Kupferschlacke unterliegt keinen Beschränkungen, da diese der Bodenklasse ZO entsprechen.

Claims (5)

1. Korngemisch unter Verwendung von gebrochener, kristalliner Metallhüttenschlacke, die bis zum Erstarren technologisch nicht behandelt wurde, als Baustoff für Trag- und Schutzschichten von Verkehrswegen, Plätzen sowie Schutzverbauungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Korngemisch mindestens zwei Fraktionen gebrochener, klassierter Kupferschlacke, insbesondere der Korngrößenklasse 2-32 mm mit einem Anteil von 29-35 Masse-% sowie der Korngrößenklasse 0-32 mm mit einem Anteil von 29-35 Masse-% aufweist und der Rest bis 100 Masse-% aus Natursand besteht.

2. Korngemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Masseanteil des Natursandes durch Brechsand aus Kupferschlacke ersetzt ist.

3. Korngemisch nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass 5-25 Masse-% des Natur- bzw. Brechsandes durch eine Fraktion gebrochenen Kalksteins der Größenklasse 0-5 mm ersetzt sind.

4. Korngemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rest bis 100 Masse-% aus der Fraktion gebrochenen Kalksteins der Größenklasse 0-5 mm besteht.

5. Korngemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Korngrößenklasse 2-32 mm bis zu 85 Masse-% beträgt und der Rest bis 100 Masse-% aus Füller und Natursand besteht, dem Bindemittel zugemischt sind.