LU103086B1 - Verfüllmaterial - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfüllmaterial, wobei das Verfüllmaterial aus vier Komponenten hergestellt wird, wobei die erste Komponente eine Stahlwerksschlacke ist, wobei die zweite Komponenten Wasser ist, wobei die dritte Komponente ein mineralisches Material ist, wobei die vierte Komponente ein Bindemittel ist, wobei das Verfüllmaterial mit 10 bis 50 Gew.-% Wasser, 0 bis 15 Gew.-% der dritten Komponente und 5 bis 10 Gew.-% der vierten Komponente hergestellt ist, wobei der Anteil der Stahlwerksschlacke 100 Gew.-% abzüglich der Anteile der zweiten Komponente, der dritten Komponente und der vierten Komponente ist.
Description
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Verfüllmaterial
Die Erfindung betrifft einen temporär fließfähigen und selbstverdichtenden Baustoff, welcher zur dauerhaften und festen Verfüllung von Hohlräumen geeignet ist.
Gerade bei Erdarbeiten besteht immer wieder die Anforderung Hohlräume sicher zu verfüllen. Dieses kann beispielsweise im Bereich von Grabungen bei Leitungen oder
Rohren sein oder auch bei künstlichen Hohlräumen, wie zum Beispiel unterirdischen
Keller- oder Bunkeranlagen. Diese Hohlräume sollen sicher und dauerhaft verfüllt werden, um ein Einbrechen zu verhindern. Natürlich kann man zum Beispiel Sand verwenden, dieser kann aber nicht alle Hohlräume in einfacher Weise verfüllen, sodass regelmäßig kleinere Resthohlräume verbleiben. Alternativ kann Zement verwendet werden, um dadurch einen fließfähigen Baustoff einzubringen (der dann zu festem Beton abbindet). Dieses ist jedoch teuer, CO2-intensiv und erzeugt einen Baustoff (Beton) mit einer zumeist unnötig hohen Festigkeit, was gegebenenfalls spätere Reparaturen zum
Beispiel an Kabeln oder Rohren erheblich erschweren kann.
Es wäre daher wünschenswert einen Baustoff zu haben, der als fließfähiges
Verfüllmaterial leicht raumfüllend einbringbar ist, sich nach dem Einbringen ausreichend, aber nicht unnötig stark verfestigt und dabei möglichst ressourcensparend und somit umweltfreundlich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein geeignetes neuartiges Verfüllmaterial bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch Verfüllmaterial mit den in Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Das erfindungsgemäße Verfüllmaterial dient dazu fließfähig in Hohlräume eingebracht zu werden und sich dort zu verfestigen. Das Verfüllmaterial wird also aus verschiedenen
Komponenten hergestellt und ist somit zunächst fließfähig, wandelt sich aber im Laufe der Zeit zu einem festen Baustoff um, ähnlich wie die Herstellung von Beton mit dem
Bindemittel Zement. Das Verfüllmaterial ist also zunächst fließfähig (während der
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Verarbeitung) und später fest (als fertiges Erzeugnis). Das Verfüllmaterial wird aus vier
Komponenten hergestellt. Da nach der Vermischung der Komponenten eine größere
Anzahl an chemisch-mineralogischen Reaktionen innerhalb des Verfüllmaterials ablaufen, unterscheidet sich das Endprodukt des Verfüllmaterials von diesen
Ausgangskomponenten, eine Charakterisierung des erhärteten Verfüllmaterials erfolgt dennoch, ähnlich wie bei Beton, über die Komponenten, welche zur Herstellung vermischt werden. Das erfindungsgemäße Verfüllmaterial wird aus vier Komponenten hergestellt. Die erste Komponente ist eine Stahlwerksschlacke. Die Stahlwerksschlacke ist die Hauptkomponente mit 25 bis 85 Gew.-%. Stahlwerksschlacke hat geeignete
Abbindeeigenschaften. Diese sind nicht so stark ausgeprägt, wie beispielsweise im
Zement-Klinker, der gebrannten Kalk als Hauptkomponente aufweist. Für die Anwendung eines Verfüllmaterials ist jedoch nicht die gleiche Endfestigkeit wie zum Beispiel bei Beton ausschlaggebend. Vielmehr kann durch den Einsatz der Stahlwerksschlacke als
Hauptkomponente eine ausreichende Verfestigung für diesen Anwendungszweck erreicht werden und dafür auf die Verwendung primärerer Ressourcen, wie zum Beispiel
Kalkstein zur Herstellung von Klinker, verzichtet werden und weiter die für den
Brennvorgang eingesetzte Energie und CO2 aus der Entsäuerung des Kalksteins eingespart werden. Somit wird eben nicht nur ein Nebenprodukt aus der Stahlherstellung nutzbringend weiter verwendet, sondern auch wertvolle Ressourcen geschont. Die zweite
Komponente ist Wasser. Diese Komponente wird zum Abbinden benötigt. Zunächst werden Bestandteile hydrolisiert und so reaktive basische Zentren geschaffen, die dann wiederum zu einer Vernetzung führen. Dem entsprechend findet sich das Wasser entweder chemisch gebunden oder als Kristallwasser im fertig ausgehärteten
Verfüllmaterial wieder. Die dritte Komponente ist ein mineralisches Material. Die vierte
Komponente ist ein Bindemittel. Das Bindemittel wird zugesetzt, um eine schnellere und vollständigere Verfestigung zu erreichen. Das Verfüllmaterial wird mit 10 bis 50 Gew.-%
Wasser, 0 bis 15 Gew.-% der dritten Komponente und 5 bis 10 Gew.-% der vierten
Komponente hergestellt. Der Anteil der Stahlwerksschlacke ist somit 100 Gew.-% abzüglich der Anteile der zweiten Komponente, der dritten Komponente und der vierten
Komponente. Somit ist die Summe aller vier Komponenten 100 Gew.-%.
Das erfindungsgemäße Verfüllmaterial hat damit sehr gute Eigenschaften für den Zweck der Verfüllung, ohne wie zum Beispiel Beton gleich zu hohe und nicht notwendige
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Anforderungen zu erfüllen. Dadurch ist das erfindungsgemäße Verfüllmaterial besonders ressourcenschonend. Das erfindungsgemäße Verfüllmaterial ist bei Erhärten sehr formstabil. Es hat sich gezeigt, dass die Schwindung, also eine Volumenverkleinerung, geringer als 3Vol-% beziehungsweise eine Ausdehnung, also eine
Volumenvergrößerung, weniger als 3,5 % beträgt und damit in den für das Verfüllmaterial akzeptablen Bereichen liegen. Da die Stahlwerksschlacke herstellungsbedingt geringen
Schwankungen in der Zusammensetzung unterliegt und keine chemisch eindeutig zu definierende Verbindung ist, gibt es naturgemäß eine gewisse Bandbreite. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass die Stahlwerksschlacke sich positiv auf die Wasserdurchlässigkeit, das Verformungsmodul, die einaxiale Druckfestigkeit sowie die
Temperaturempfindlichkeit auswirkt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Stahlwerksschlacke eine LD-
Schlacke. LD-Schlacke stammt aus dem Linz-Donawitz-Verfahren, ein
Sauerstoffblasverfahren zur Stahlerzeugung. Es hat sich gezeigt, dass gerade diese
Stahlwerksschlacke aus gerade diesem Stahlherstellungsprozess, sich besonders gut eignet und ein nahezu ideales Abbindeverhalten aufweist und damit besonders gut zur
Reduktion zum Beispiel von Zement im Verfüllmaterial geeignet ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das mineralische Material der dritten
Komponente ein Gießereialtsand. Gießereialtsand ist bereits in einem Gießereiprozess verwendet worden, belastet also nicht natürliche Ressourcen, sondern führt vielmehr dieses Abfallprodukt einer sinnvollen wertschöpfenden Verwendung zu und hilft weiter dadurch, natürliche Ressourcen, beispielsweise Sand, einzusparen. Besonders bevorzugt ist das mineralische Material als dritte Komponente ein bentonit-gebundener
GieBereialtsand. Alternativ gibt es zum Beispiel harz-gebundener Gießereialtsand oder wasserglas-gebundener Gießereialtsand. Der bentonit-gebundene Gießereialtsand hat sich jedoch aufgrund der Beimengung von Bentonit für die Verwendung in einem
Verfüllmaterial als besonders geeignet herausgestellt. Hierdurch kann der Anteil an
Bindemittel, zum Beispiel Zement oder Primärton , weiter reduziert und so weitere
Ressourcen geschont werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Bindemittel als vierte
Komponente Zement, Hüttensand oder Flugasche oder eine Mischung hieraus.
Bevorzugt enthält die vierte Komponente wenigstens anteilig Zement, um eine schnelle
Reaktion sicherzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Stahlwerksschlacke eine
Korngröße zwischen 100 mm und 20 um auf. Beispielsweise kann für die Obergrenze ein
Sieb mit 63mm Maschenweite verwendet werden. Bevorzugt weist die
Stahlwerksschlacke eine Korngröße zwischen 10 mm und 50 um auf. Beispielsweise kann für die Untergrenze ein Sieb mit einer 63 um Maschenweite verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Verfüllmaterial mit 15 bis
Gew.-% Wasser hergestellt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Verfüllmaterial mit 5 bis 15 Gew.- % der dritten Komponente hergestellt.
Claims (9)
1. Verfüllmaterial, wobei das Verfüllmaterial aus vier Komponenten hergestellt wird, wobei die erste Komponente eine Stahlwerksschlacke ist, wobei die zweite Komponente Wasser ist, wobei die dritte Komponente ein mineralisches Material ist, wobei die vierte Komponente ein Bindemittel ist, wobei das Verfüllmaterial mit bis 50 Gew.-% Wasser, 0 bis 15 Gew.-% der dritten Komponente und 5 bis 10 Gew.-% der vierten Komponente hergestellt ist, wobei der Anteil der Stahlwerksschlacke 100 Gew.-% abzüglich der Anteile der zweiten Komponente, der dritten Komponente und der vierten Komponente ist.
2. Verfüllmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlwerksschlacke eine LD-Schlacke ist.
3. Verfüllmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mineralische Material der dritten Komponente ein Gießereialtsand ist.
4. Verfüllmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mineralische Material als dritte Komponente ein bentonit-gebundener Gießereialtsand ist.
5. Verfüllmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel als vierte Komponente KlinkerZement, Hüttensand oder Flugasche oder eine Mischung hieraus ist.
6. Verfüllmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlwerksschlacke eine Korngröße zwischen 100 mm und 20 um aufweist.
7. Verfüllmaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlwerksschlacke eine Korngröße zwischen 10 mm und 50 um aufweist.
8. Verfüllmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfüllmaterial mit 15 bis 25 Gew.-% Wasser hergestellt ist.
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9. Verfüllmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfüllmaterial mit 5 bis 15 Gew.-% der dritten Komponente hergestellt ist.
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| EP0172088A1 (de) * | 1984-07-24 | 1986-02-19 | Claude Herbinger | Verwendung einer Schlacke, allgemein L.D.-Schlacke genannt, als Zuschlagstoff für dichten Beton und Ballastmaterialien für off-shore-Anwendungen |
| CN109956730A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-07-02 | 山东佳运环保科技有限公司 | 改性石膏土及其在作为基础工程填料中的应用与施工方法 |
-
2023
- 2023-03-14 LU LU103086A patent/LU103086B1/de active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SHA FEI ET AL: "Development of steel slag composite grouts for underground engineering", JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH AND TECHNOLOGY, vol. 9, no. 3, 1 May 2020 (2020-05-01), BR, pages 2793 - 2809, XP093083800, ISSN: 2238-7854, Retrieved from the Internet <URL:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2238785419318447/pdfft?md5=25f8bcdf101d49030ad0ac5a0f90dc76&pid=1-s2.0-S2238785419318447-main.pdf> [retrieved on 20230920], DOI: 10.1016/j.jmrt.2020.01.014 * |
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