DE4205354A1

DE4205354A1 - Trockenmischung zur herstellung hydromechanisch foerderbarer baustofftrueben

Info

Publication number: DE4205354A1
Application number: DE19924205354
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Esser
Original assignee: Anneliese Zementwerke AG
Current assignee: Heidelberg Materials AG
Priority date: 1992-02-21
Filing date: 1992-02-21
Publication date: 1993-08-26
Anticipated expiration: 2012-02-22
Also published as: DE4205354C2

Description

Die Erfindung betrifft eine pulverförmige Trockenmischung und eine damit herstellbare hydromechanisch förderbare Baustofftrübe, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Untertage-Baustoffes.

Im Bergbau werden hydraulisch abbindbare Baustoffe für verschiedenste ausbautechnische Maßnahmen gebraucht, wie Streckenbegleitdämme, Hinterfüllen von Strecken ausbau, Verfüllen von Hohlraum, Abdichten oder Abdäm men von groben Bauen oder zur Konsolidierung des Ge birges.

Daraus ergeben sich vielfältige und hohe Anforderungen an die Qualität und die Eigenschaften des Baustoffs. So ist gerade im heutigen Bergbau mit zunehmenden Gewin nungsteufen und damit wachsendem Gebirgsdrücken die erzielte Druckfestigkeit des Baustoffs von großer Be deutung. Es sind soforttragende, frühtragende, spät tragende Baustoffe und Hohlraumfüller zu unterscheiden, die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit die gewünschte Druckfestigkeit des Stoffs erreichen. Der Baustoff sollte aus rationellen Gründen möglichst vielseitig verwendbar sein. Er sollte beim Abbinden wenig schwinden, und in seiner Wirksamkeit von der Umgebungstemperatur möglichst unabhängig sein. Ein weiteres Kriterium liegt in der Frage, wie der Baustoff zu seinem Ziel ort verbracht wird. Für sofort- und frühtragende Bau stoffe wird eine pneumatische Einbringtechnik verwen det, das heißt der Baustoff wird mit Luft trocken in Rohrleitungen vor Ort geleitet und dort mit Wasser vermischt. Dadurch kann das Wasser-Feststoff-Verhältnis niedrig gehalten werden und die Verdichtung der Bau stoffe ist beim Einbringen sehr hoch. Derartige Anfor derungen werden im allgemeinen nur durch die Verwendung körniger Baustoffe und bei offenem Austrag erreicht. Hier ergeben sich jedoch Nachteile mit zunehmender Förderlänge und es bestehen große Probleme mit der Staubbekämpfung.

Je nach Einsatz, zum Beispiel für Abdämmungs- und Ab dichtungsarbeiten oder insbesondere für Streckenaus bauhinterfüllungen sind oft fließfähige Materialien erwünscht. Hier bieten sich hydraulische Fernförder anlagen an, das heißt der Baustoff wird in einer Fest stoff-Wasser-Suspension durch Leitungen über Tage vor Ort gepumpt, und dort vor dem Austrag mit Additiven versetzt, die den Erhärtungsvorgang einleiten. Diese Anlagen zeichnen sich durch eine hohe Leistungsfähig keit von etwa 20 m³/h über Entfernungen bis zu 6 km aus, ohne daß eine Zwischenstation erforderlich ist. Zudem lassen sich die Schlauchleitungen schnell verlegen und so eine hohe Anpassungsfähigkeit an örtliche Veränderungen bewirken. Das hydromechanische Verfahren ist bislang weniger üblich, denn es war verfahrensbedingt auf spättragende Baustoffe be schränkt, weil der Verfüllstoff sehr dünn angerührt werden muß. Bei einer üblichen Abmessung der Mörtel förderschläuche von DN 50, d. h. 50 mm lichter Durch messer, muß eine Mindestdurchsatzmenge von 6-7 m³/h vor Ort abgenommen und verarbeitet werden, damit die Fließgeschwindigkeit des Trübestromes nicht unter eine kritische Grenze von 1 m/s sinkt. Dieser Wert mußte bislang eingehalten werden, weil es sonst aufgrund der Baustoffzusammensetzung zu Ablagerungen kam, die zu Verstopfern im Leitungssystem führten. Auch die Verweil dauer der Trübe in der Leitung durfte aus den gleichen Gründen etwa eine Stunde nicht überschreiten, da sonst schon Abbindeerscheinungen auftraten. Demgemäß führen intervallartige Abnahmen und längere Verweilzeiten zu großen Problemen. Nach jeder Betriebsunterbrechung und insbesondere nach Schichtende muß das Leitungssystem mit Wasser gespült werden. Die Entfernung des Spülwas sers, das etwa in der Größenordnung von bis zu 15 m³ anfällt, ist aufwendig und wegen der Entsorgung problematisch.

Es ist gleichfalls bekannt, für Baustoffe zur Fernförde rung Entsorgungsprodukte mit zu verwenden. Übliche Mischungen bestehen z. B. 30 bis 40% Zement und 60 bis 70% Flugasche. Um Frühtrageeigenschaften der Baustoff trübe zu erreichen wird ihr vor Ort an der Mischdüse flüssiger Beschleuniger beigegeben.

Aufgabe der Erfindung war es, für die hydraulische Fernförderung eine Trockenmischung bereit zu stellen, die als Baustofftrübe in fließfähiger Konsistenz über die im Bergbau erforderlichen, langen Distanzen hydro mechanisch förderbar ist und diese Eigenschaft bei Temperaturen bis zu 30°C mindestens 24 Stunden behält, ohne abzubinden oder zu sedimentieren. Trotz längerer Betriebsunterbrechung, z. B. über Nacht zwischen zwei Schichten, soll die Baustofftrübe vor Ort wie aus der Wasserleitung entnommen werden können, wo dem Trübe strom mit den üblichen Zumischdüsen über Dosierpumpen Erstarrungsbeschleuniger zugesetzt werden.

Diese vorteilhaften Eigenschaften werden erfindungs gemäß mit einer Trockenmischung zur Herstellung von hydromechanisch förderbaren Baustoffsuspensionen der folgenden Zusammensetzung erreicht:
10-80 Gewichtsteile hydraulische Bindemittel auf Zementklinkerbasis,
10-80 Gewichtsteile Filterasche aus Kohle feuerungen und
1-20 Gewichtsteile quellfähige Tone
0,1-1 Gewichtsteile Abbindeverzögerer,
0,1-2 Gewichtsteile Fließmittel.

Hydraulische Bindemittel auf Zementklinkerbasis sind bekannt. Es handelt sich dabei insbesondere um Norm zemente und bauaufsichtlich zugelassene Zemente wie z. B. Portlandzementklinker in Form von Portlandzement, Eisenportlandzement, Hochofenzement, Ölschieferzement oder Trasszement. Es können aber auch Sonderbindemittel außerhalb der DIN 1164 und EN 196 verwendet werden. Eine bevorzugte Konzentration liegt bei 20 bis 40 Ge wichtsteilen.

Als Filterasche kann Steinkohle- und Braunkohlenflug asche aus Kohlefeuerungen sowie Wirbelschichtasche verwendet werden. Sie besteht gewöhnlich aus etwa 35 bis 48% CaO, 30 bis 38% SiO₂, 6 bis 18% Al₂O₃ und geringen Mengen von MgO, MnO und Eisenoxiden. Bevorzugt eingesetzt werden 40 bis 70 Gewichtsteile in der Trockenmischung.

Die für den Baustoff geeigneten quellfähigen Tonmine ralien mit Schichtgitterstruktur sind bekannt. Es handelt sich insbesondere um Kaolinit, Attapulgit, Bentonite und Montmorillonite. Diese werden erfin dungsgemäß in der Natrium-, Calcium- oder Magnesium form eingesetzt. Im Rahmen der Erfindung werden die hochquellfähigen Tonminerale, insbesondere in Mengen von 5 bis 12 Gew.-% eingesetzt.

Es ist des weiteren möglich, Gesteinsmehle, insbeson dere aus Kalkstein oder Kalkmergel, als inerte Füll stoffe zu verwenden.

Abbindeverzögerer sind Zusatzmittel, die den Zeitraum zwischen dem plastischen und festen Zustand eines Baustoffs verlängern. Für die Zwecke der Erfindung bevorzugt werden organische Substanzen, die schwer lösliche Calciumsalze oder Calciumkomplexe bilden können, insbesondere Hydroxycarbonsäuren, wie Wein säure, Gluconsäure, Gluconsäurelacton, Heptonsäure, Citronensäure, Gallussäure, Pyrogallol, Saccharose, Glucose, Fructose, Äpfelsäure, Tartronsäure, 2,4,6- Trihydroxybenzoesäure (Monohydrat) und die jeweili gen Mono- bzw. Dialkalisalze.

Auch die Natrium-, Kalium- oder Ammoniumsalze der Lignosulfonsäure sind als Abbindeverzögerer ähn lich wie die Hydroxycarbonsäuren brauchbar. Für die Zwecke der Erfindung werden die Gluconsäure und ihre Alkali- und Ammoniumsalze besonders bevorzugt. Die Abbindeverzögerer werden in der erfindungsge mäßen Trockenmischung zur Herstellung von Baustoff trüben für die hydraulische Fernförderung in Mengen zwischen 0,1 und 1 Gew.-%, bezogen auf das Gemisch von hydraulischem Bindemittel, Filterasche und Ton einge setzt. Bevorzugt sind Mengen von 0,2 bis 0,5 Gew.-%. Für die Zwecke der Erfindung ist der Abbindeverzögerer am besten in dünner, möglichst monomolekularer Schicht auf feinpulverigen inerten Stoffen, wie Kalksteinmehl, Talkum oder Quarzmehl oder einer der Wirkstoffkompo nenten des Gemischs aufgezogen.

Fließmittel oder Betonverflüssiger haben die Aufgabe, die Konsistenz oder Viskosität der Baustofftrübe zu erniedrigen. Die in der Literatur beschriebenen Substanzen mit Carboxylgruppen haben neben verflüssi genden Eigenschaften auch deutlich verzögernde Wir kungen und zählen deshalb zu den kombiniert wirkenden Substanzen. Für die Zwecke der Erfindung sind insbe sondere die folgenden, handelsüblichen Betonverflüssiger oder deren Mischungen geeignet:

- sulfoniertes Lignin (Ligninsulfonat, als Calcium- oder Natriumsalz vorliegend)
- sulfoniertes Naphthalinformaldehydkondensat (Calcium- oder Natriumsalz)
- sulfoniertes Melaminformaldehydkondensat (als Natriumsalz vorliegend)
- sulfoniertes Phenolformaldehydkondensat (als Natriumsalz vorliegend).

Die Alkalisalze von Ligninsulfonat und Naphthalinform aldehydkondensat werden besonders bevorzugt. In den erfindungsgemäßen Trockenmischungen zur Herstellung von langzeitstabilen für die Fernförderung geeigneten Baustofftrüben werden die Fließmittel in Mengen von 0,1 bis 2%, vorzugsweise 0,2 bis 1,0%, bezogen auf das Gemisch von hydraulischem Bindemittel, Filterasche und Ton eingesetzt.

Für die Zwecke der Erfindung empfiehlt es sich auch die Fließmittel in dünner Schicht, vorzugsweise in monomolekularen Schichten auf feinpulverigen inerten Stoffen, wie Kalksteinmehl, Talkum oder Quarzmehl, aufzuziehen.

Im Rahmen der Erfindung werden die Mengen der ge nannten Abbindeverzögerer und Fließmittel so auf einander abgestimmt, daß der gestellten Aufgabe gemäß die Baustofftrübe in den Förderschläuchen für die Dauer von mindestens 24 Stunden weder sedimentiert noch abbindet und folglich trotz längerer Betriebs unterbrechung vor Ort entnommen werden kann. Diese Mengenverhältnisse lassen sich experimentell bestim men. Bei Verwendung von Natriumglukonat als Abbinde verzögerer und den Natriumsalzen der Naphthalinform aldehydkondensatsulfonsäure oder Ligninsulfonsäure als Fließmittel liegt das Gewichtsverhältnis etwa zwischen 1:2 und 1:6.

Die Feinheit der erfindungsgemäßen Trockenmischung des Baustoffes sollte abgesehen von den Zusatzstoffen nicht geringer als 2000 cm²/g und vorzugsweise größer als 3500 cm²/g nach Blaine sein.

Aus der erfindungsgemäßen Trockenmasse wird in be kannten übertägigen Misch- und Pumpanlagen unter Zu gabe von Wasser die langzeitstabile für die Fernför derung geeignete Baustofftrübe mit einem Wasser/Fest stoff-Wert von 0,25 bis 1, vorzugsweise 0,4 bis 0,6 eingestellt.

Nach der üblichen hydraulischen Fernförderung wird der Trübe vor Ort kontinuierlich mit üblichen Dosier pumpen über eine Zumischdüse ein Erstarrungsbeschleu niger beigemischt. Dieser besteht aus Wasserglas oder einem Gemisch von Magnesium- und Calciumchlorid und häufig noch einem Verdicker. Auch derartige Erstar rungsbeschleuniger sind handelsüblich. Sie werden er findungsgemäß in Mengen von 1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Trockensubstanz der Baustofftrübe eingesetzt. Dadurch wird die Baustofftrübe vor Ort angesteift und der Erhärtungsvorgang eingeleitet.

Je nach Gehalt des hydraulischen Bindemittels können Festigkeitseigenschaften eines Hohlraumfüllers, eines spättragenden oder auch frühtragenden Baustoffes erreicht werden. Die wesentlichen Einsatzmöglichkeiten als spättragender Baustoff sind Ausbauhinterfüllung, Streckenbegleitdämme, Ausbruchverfüllung, Strecken sanierung und Gebirgsverfestigung.

Beispiel

Die folgenden Komponenten wurden in einem geeigneten Mischer gleichmäßig vermischt:
58,2 Gew.-Teile Portlandzement EPZ 45 F
33,0 Gew.-Teile Steinkohlenfilterasche
8,0 Gew.-Teile Bentonit
0,3 Gew.-Teile Naphthalinformaldehydkondensat sulfonat als Natriumsalz
0,3 Gew.-Teile Natriumligninsulfonat
0,2 Gew.-Teile Natriumglukonat.

Die Feinheit des Gemisches betrug etwa 4.000 cm²/g nach Blaine.

1000 kg dieser Trockenmischung wurden mit 500 l Wasser zu einer fließfähigen Baustofftrübe angemacht (Fließ rinne 70 cm). Die Trübe wurde dann in eine Schlauch leitung von 50 mm lichtem Durchmesser gepumpt und darin 24 Stunden bei einer Umgebungstemperatur von 30°C belassen. Anschließend wurden verschiedene Proben entnommen. Die Baustofftrübe war unverändert fließ fähig (Fließrinne 70 cm) und ließ sich mit 3 Gew.-% Wasserglaslösung ansteifen. Der daraus erzeugte Bau stoff zeigte die folgenden Druckfestigkeiten:
1 Tag 5 N/mm²
28 Tage 20 N/mm².

Claims

1. Trockenmischung zur Herstellung hydromechanisch förderbarer Baustoffsuspensionen, enthaltend eine Mischung aus
10-80 Gew.-Teilen hydraulische Bindemittel auf Zementklinkerbasis,
10-80 Gew.-Teilen Filterasche aus Kohle feuerungen und
1-20 Gew.-Teilen quellfähige Tone
0,1-1 Gew.-Teilen Abbindeverzögerer,
0,1-2 Gew.-Teilen Fließmittel,
wobei insbesondere der Anteil der quellfähigen Tone, Abbindeverzögerer und Fließmittel so ab gestimmt ist, daß die daraus hergestellte Bau stofftrübe mindestens 24 Stunden hydromechanisch förderbar bleibt ohne zu sedimentieren oder ab zubinden.

2. Trockenmischung nach Anspruch 1 enthaltend
20-40 Gew.-Teile hydraulische Bindemittel auf Zementklinkerbasis,
40-70 Gew.-Teile Filterasche aus Kohle feuerungen und
5-12 Gew.-Teile quellfähige Tone,
0,2-0,5 Gew.-Teile Abbindeverzögerer,
0,2-1,0 Gew.-Teile Fließmittel.

3. Trockenmischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Abbindeverzögerer:Fließmittel zwischen etwa 1:2 und 1:6 liegt.

4. Trockenmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbindeverzögerer Hydroxycarbonsäure oder deren Alkalisalze enthält.

5. Trockenmischung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß Glukonsäure oder Natriumglukonat eingesetzt wird.

6. Trockenmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Fließmittel hochmolekulare sulfonierte Substanzen eingesetzt werden.

7. Trockenmischung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß Ligninsulfonate und Naphthalin- oder Melamin-formaldehydkondensatsulfonate einge setzt werden.

8. Trockenmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinheit min destens 2000 cm²/g, vorzugsweise über 3500 cm²/g nach Blaine, beträgt.

9. Hydromechanisch förderbare, langzeitstabile Baustoff trübe, enthaltend eine Trockenmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die mit Wasser auf einen Wasser/Feststoff-Wert von 0,25 bis 1 angemischt wird.

10. Baustofftrübe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß sie einen Wasser/Feststoff-Wert von 0,3 bis 0,4 hat.

11. Baustofftrübe nach den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine fließfähige Konsistenz hat, und innerhalb von 24 Stunden bei 30°C nicht sedimentiert oder abbindet.

12. Verfahren zur Herstellung eines Untertage-Baustoffs, dadurch gekennzeichnet, daß man die hydromechanisch förderbare Baustofftrübe nach einem der Ansprüche 9 bis 11 vor Ort mit einem Erstarrungsbeschleuniger versetzt und aushärten läßt.

13. Verfahren zur Herstellung eines Untertage-Baustoffs nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Erstarrungsbeschleuniger Wasserglas oder eine Calcium- oder Magnesiumchloridlösung mit einem Verdicker enthält.

14. Verfahren zur Herstellung eines Untertage-Baustoffs nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekenn zeichnet, daß bis zu 3% des Erstarrungsbeschleunigers, bezogen auf den Feststoffanteil der Baustofftrübe, hinzugefügt werden.