DE3821684A1 - Baustoff zur herstellung von schutzraumbauten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Baustoff zur Herstel­ lung von Schutzraumbauten in Form von Mörtel oder Bausteinen.

Im Stande der Technik gilt beim Bau von Schutz­ räumen der Grundsatz, daß ein Mehr an Mauerwerk ein größeres Maß an Schutz bietet, eine Formel, die sowohl vom Bundesamt für Zivilschutz als auch in den öffentlichen Bauämtern praktiziert wird. In diesen Bereichen kommt ebenso wie beim Bau von Selbstschutzräumen der Streitkräfte kein eigentli­ cher Strahlenschutzbaustoff zum Einsatz. Nur für spezielle und kerntechnische Einsatzzwecke ist ge­ läufig, Neutronenabschirmplatten, Bleielemente und Sandwichbänder einzusetzen, die bereits aus Kosten­ gründen für den Bau von Schutzräumen ausscheiden. Zwar ist es bekannt, als Strahlenschutzbaustoffe Verbundmaterialien einschließlich Beton, Zement, gebundenen Mörtel mit bleihaltigem Spezialglas oder Blei und porenhaltigen natürlichen Materalien als Zuschlag zu verwenden, die jedoch weder in großen Mengen zu wirtschaftlichen Preisen zur Ver­ fügung stehen, noch auf herkömmliche Art und Weise als Fertigmörtel verarbeitbar sind. Daneben ver­ bietet sich aus Kostengründen die von der Verwen­ dung im Siedewasserreaktorbau her bekannten Mine­ ralzuschlagstoffe.

Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Schaf­ fung eines Baustoffes zur Aufgabe gemacht, der sich in Verarbeitung und Preis nicht wesentlich von her­ kömmlichen Baustoffen unterscheidet und für eine breite Anwendung zur Verfügung steht.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ei­ nen Baustoff, der sich im trockenen Zustand aus folgenden, in Gewichtsprozent angegebenen Bestand­ teilen zusammensetzt:

15-35% Metallspäne und/oder -granulat, insbeson­ dere aus Eisen, in einer Korngröße von vorzugsweise 0,1 bis 3 mm 5-25% Graphitpulver in einer Körnung von vor­ zugsweise 0,1 bis 2 mm.

Bekannt ist, daß die bei atomaren Unfällen oder Explosionen frei werdende Alpha- und Betastrahlung durch nahezu jeden Baustoff fast vollständig abge­ schirmt werden. Die Qualität des Baustoffes im Hinblick auf Schutzzwecke wird deshalb in ent­ scheidender Weise bestimmt durch die Fähigkeit zur Abschirmung gegen Gamma-, Röntgen-, Neutro­ nonen- und thermische Strahlung.

Die Aufgabe der im Baustoff enthaltenen Metall­ partikel in Form von Spänen oder Granulaten, die insbesondere aus Eisen bestehen können, haben im wesentlichen zur Aufgabe, Röntgen- und Gammastrah­ lung abzuschirmen. Zwar weisen die Eisenmetallpar­ tikel gegenüber der an sich bekannten Verwendung von Blei eine etwa doppelt so hohe Halbwertsdicke auf, besitzen dem gegenüber jedoch eine Vielzahl entscheidender Vorzüge. So stehen Metallpartikel in Form industrieller Spanabfälle nicht nur in großerem Maßstab und in verschiedenen, also z.B. rostenden und nichtrostenden Qualitäten zur Ver­ fügung, sondern sie sind darüberhinaus auch preis­ günstiger und leichter zu verarbeiten als das Ma­ terial Blei. Da Herstellung, Verarbeitung, Über­ wachung und Entsorgung bei Verwendung bleihalti­ ger Materialien kostenintensiver sind, ergibt sich bei Verwendung eisenhaltiger Baustoffe eine wesent­ lich höhere Wirtschaftlichkeit der Gesamtkosten- Nutzen-Rechnung. Das Handhaben metallischen Bleis ist deshalb problematisch und schwierig, weil es zementschädlich ist, weil metallische Bleibei­ mengungen bei höheren Temperaturen in Form gesund­ heitsschädlicher Dämpfe aus den Baumaterialien ab­ gegeben werden können und weil durch das hohe spe­ zifische Gewicht von Blei eine ausgeprägte Ent­ mischungstendenz bei der Fertigung auftritt. Wei­ ter ist es bei der Verwendung von Eisenspänen bei Zugrundelegen geeigneter Legierungen des span- oder pulverfömigen Ausgangsmateriales ohne weite­ res möglich, die Oxidation und die Poreneffekte in geeigneter Weise zu steuern und zu beeinflussen. Aus diesem Grunde wird die Zugabe von Porenbild­ nern wie Manganoxid oder von Trübungsmitteln wie Titanoxid, Rutil, Ilmenit oder Chromoxide unnö­ tig.

Sowohl für die soeben beschriebenen Metallpartikel mit Gültigkeit in gleicher Weise für die weiteren und im folgenden beschriebenen Zuschlagstoffe gilt, daß man die Korngröße entsprechend dem späteren Verwendungszweck wählen wird. Geringe Korngrößen finden Verwendung als Fugenwerk bzw. Kleinbautei­ le, die größeren Durchmesser hingegen für die Her­ stellung monolithischer Körper, Wände, Deckungen udgl. Eine Beeinflussung der mechanischen Festig­ keit des Schwindens, aber auch die Geschwindigkeit des Mauerbaues selbst lassen sich auf diese Weise beeinflussen. So wird ein zügiger Mauerbau dann möglich, wenn die Zuschlagstoffe bzw. Metallparti­ kel etwa in Fugengröße gewählt werden, da dann be­ reits vor dem Abbinden der gesamten Mörtelmasse die darüberliegenden Mauersteine tragfähig angeordnet werden können.

Der weitere Zuschlagsstoff Graphit bietet einmal Schutz gegen Neutronenstrahlung, ist darüberhi­ naus jedoch auch von Bedeutung für die Erzeugung eines in seiner Gesamtheit spezifisch leichten Gemisches und zur Verbesserung der Mischfähig­ keit. Darüberhinaus ergeben sich wesentlich glat­ tere Oberflächen, die eine wirksame Flächende­ kontamination sowie das schnelle Anbringen reflek­ tierender Schutz- oder Hinweisanstriche erlaubt. Von ausschlaggebender Bedeutung ist, daß das be­ kanntermaßen als Gleitmittel wirkende Graphit in vielen Zustandsformen zu einer erheblichen Vermin­ derung der Stabilität beiträgt, die Erfindung dem­ gegenüber erkannt hat, daß bei der vorgeschla­ genen Zusammensetzung des Gemisches die Druck­ belastbarkeit erhalten bleibt. Als weiterer Vor­ teil ergibt sich, daß der erfindungsgemäße Bau­ stoff von sich aus ohne weiteres und vor allem ohne zusätzliche Bearbeitungsschritte aushärtet. Die Anwendung von Preß-, Rüttel- oder Walzver­ fahren ist überflüssig. Die Addition langfri­ stig gesundheitsbedenklicher Zusätze oder brand­ gefährdeter Stoffe wie Benzol-, PVC- oder Asbest­ verbindung werden vermieden.

Der zunächst im Trockenzustand vorliegende Bau­ stoff ergibt durch Beigabe von Wasser einen Frischmörtel, der verwendet werden kann für Fu­ gen, für die Herstellung eines Mauerwerkes, das Herstellen von Bausteinen, Abdeckungen, Wänden und geschalter Gießbauteile. Die Verwendung be­ darf keinerlei besonderer Kenntnisse und kann so­ gar von einfachen Helfern bei der Herstellung der Schutzraumbauten, strahlengeschützter Tierunter­ stände usw. verwendet und eingesetzt werden. Es vereinigen sich einmal Einfachheit der Beschaffung, Überwachung, Lagerung und Verarbeitung mit einer hohen Schutzwirkung gegen Auswirkungen atomarer Unfälle und Explosionen. Dies gilt gleichermaßen für den Baustoff in trockenem Zustand (Werktrok­ kenmörtel) als auch für den zementgebundenen Frischmörtel. Der Baustoff besitzt eine Poren­ bzw. Gammastrahlen- und Neutronenabsorbtionsdich­ te, bietet demnach einen hohen Schutz vor atoma­ rer Strahlung und zusätzlich eine relativ glatte Oberfläche, die dem Niederschlagen gefährlicher Stoffe (zB. B-Waffen) entgegenwirkt sowie die Dekontamination erleichtert bei gleichzeitig ver­ gleichsweise hoher Säurefestigkeit, um Schutz vor Einwirkung chemischer Substanzen (C-Waffen) zu erleichtern. Diese Ergebnisse erhält man ohne die Zugabe faserhaltiger, polymerer oder polyzykli­ scher, aromatischer Kohlenwasserstoffverbindungen. Damit bietet der Baustoff Schutz gegen die Auswir­ kungen atomarer, biologischer und chemischer Waffen. Da dessen Rohdichte nur vergleichsweise geringfügig nach oben abweicht, kann er wie ein herkömmlicher Baustoff, d.h. ohne technische Schwierigkeiten auf der Baustelle verarbeitet werden.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung wird die Bei­ gabe von bis zu 25% Naturstein in einer bevorzug­ ten Körnung von 3-30 mm, hier insbesondere von Schwerspat und/oder Granit und/oder Basalt, vorge­ schlagen. Ein reduzierter Anteil wasseraufnehmen­ der Gesteine wie Sandstein erhöht die Frostsicher­ heit, während großstückige Quarzzuschläge mit ihrer sprunghaften Wärmedehnung oberhalb 575 Grad Celcius vermieden werden können.

Die Beigabe von vulkanischem Granit-, Basalt und insbesondere Schwerspatgestein erhöht die Strah­ lungsabsorption und die thermomechanische Belast­ barkeit des Baustoffes wesentlich, ohne die Kosten in die Höhe zu treiben. Sie können ohne weiteres und vorteilhaft als Ersatz der üblichen Zuschlag­ stoffe Sand und Kies eingesetzt werden. Insbesonde­ re der als bevorzugt anzusehende Schwerspat weist ähnlich wie die Eisenpartikel eine im Vergleich zu Blei höhere Halbwertsdicke auf, bietet dafür gerin­ ge Endmischungstendenzen bei immer noch ausgepräg­ tem Strahlenschutz. Bei den angegebenen Steinmate­ rialien handelt es sich um allgemein zur Verfügung stehende und insbesondere auch in der Bundesre­ publik Deutschland in großen Lagerstätten auftre­ tende Mineralien. Sie können in Kohlenlagern oder oberflächlich auftreten und abgebaut werden. Ähn­ liches gilt bei Zugabe von Sand hoher Strahlungs­ absorption wie z.B. von Schwerspatmehl. Die bis­ her beschriebenen Zugaben von Sand und Naturstein haben zum Ziel die Erhöhung der Absorption von Gamma- und Röntgenstrahlen.

Zur Unterstützung des der Absorption der Neutro­ nen dienenden Graphites wird vorgeschlagen, 0,05 bis 0,5% Bor-Phosphorverbindungen beizufügen. Hierdurch erhöht sich zusätzlich die Säurefestig­ keit verbessert sich das Korrosionsverhalten gegen­ über den Stahlarmierungen. Schließlich sind die Wir­ kungen als Fließmittel bzw. Betonverflüssiger als zusätzliche Vorteile zu erwähnen. Unter Bor-Phos­ phorverbindungen sind im speziellen zu verstehen: Bor-Phosphat sowie Bor-Phosphidverbindungen unter­ schiedlicher Wertigkeit. In stereometrischer Hin­ sicht kann Bor-Phosphat (BP04) das Siliciumdioxid des Sandes in strukturmäßiger Hinsicht ersetzen. Als Vorteil ist auch anzusehen, daß bei Verwendung von Bor-Phosphat als Fließmittel an Stelle von Kalziumligninsulfonat die langfristige Feucht­ festigkeit erhöht wird und zur Korrosion beitra­ gende Fäulniserreger, wie z.B. der Hausschwamm, überhaupt nicht auftreten können, da das zu ihrer Ernährung erforderliche Lignin nicht mehr zur Ver­ fügung steht.

Von besonderem Vorteil ist im Hinblick auf den Schutz gegen C-Waffen die Verwendung von säurefe­ stem Zement mit einem prozentualem Gewichtsanteil von 5-35%. Hierzu zählen insbesondere der Sul­ phadur-Zement.

Eine wesentliche Verbesserung des Schutzes gegen die Einwirkungen insbesondere chemischer als auch konventioneller Waffen läßt sich erreichen durch Verwendung von aluminiumoxidhaltigen Verbindungen, wie sie beispielsweise in Form des Feuerzements bekannt sind und auch in Tonerdeverbindungen oder Feldspat zur Verfügung stehen. Sie erhöhen die Bindungseigenschaft sowie die Oberflächenfestig­ keit, verbessern die Beständigkeit gegenüber Rauch­ gasen, Nebelkerzen und Chemikalien in Gas-, Aero­ sol-, Tropfen- oder flüssiger Form und insbesondere die Feuer- und Hitzefestigkeit. Diese Stoffe haben zum Vorteil, daß sie gesundheitlich völlig unbedenk­ lich sind, keine Zementallergie, wie beispielsweise das Chromoxid, auslösen können, und eine vernachläs­ sigbar geringe, kontrollierbare und deshalb spätere Strahlungsmessungen nicht beeinträchtigende Eigenra­ dioaktivität aufweisen. Durch geeignete Wahl von Kerngrößen und Gewichtsanteilen lassen sich problem­ los brauchbare, den Betonnormen entsprechende Sieb­ linien erreichen.

Claims (6)

1. Baustoff zur Herstellung von Schutzraumbauten in Form von Mörtel oder Bausteinen, dadurch gekennzeichnet, daß er sich im trockenen Zustand aus folgenden Bestandteilen in Gewichtsprozent zusammensetzt:
1-35% Metallspäne oder -granulat, insbeson­ dere aus Eisen, in einer Korngröße von vorzugsweise 0,1 bis 3 mm,
5-25% Graphitpulver in einer Körnung von vorzugsweise 0,1 bis 2 mm.

2. Baustoff nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch bis zu 25% Natur­ stein, insbesondere Schwerspat, Granit, Basalt in einer bevorzugten Körnung von 3 bis 30 mm.

3. Baustoff nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch 5 bis 15% Sand ho­ her Strahlungsabsorption, z.B. Schwerspatmehl, in einer Körnung von 0,1 bis 3 mm.

4. Baustoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch 0,05 bis 0,5% Bor-Phosphor-Verbindungen.

5. Baustoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch 5 bis 35% säurefesten Zement, wie Sulphadur-Zement.

6. Baustoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch bis zu 25% Aluminiumoxid-Verbindungen, wie Feuerze­ ment, Tonerde, Feldspat.