Projekt 04577/02

Entwicklung von Schnellbestimmungsmethoden zur baustofftechnischen Charakterisierung von Braunkohlenfilteraschen (BFA) im Hinblick auf einen großtechnischen Einsatz als Bindemittelkomponente im Deponie/Wasser- und Elementebau sowie zur Schadstoffimmobili

Projektdurchführung

mpa-Labor für Materialprüfung und -analyse GmbH
Ernst-Thälmann-Str. 12
04349 Leipzig

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Gegenstand des Vorhabens waren weiterführende stoffliche Untersuchungen von Braunkohlenfilteraschen (BFA) bezüglich des baustofflichen Einsatzes. Überwiegend handelte es sich dabei um chemische, mineralogische und baustofftechnischen Untersuchungen mit dem Ziel, ermittelte mechanischtechnologische Kennwerte von aus BFA, Bindemitteln und inerten Zuschlagstoffen gefertigten Prüfkörpern und Bauteilen mit den stofflichen Ausgangskenngrößen zu vergleichen. Auf der Basis der hydrostatischen Wägung wurden Schnellbestimmungsmethoden entwickelt, die, auf verschiedene BFAen angewendet, eine praxisbezogene Klassifizierung dieser Art von Reststoffen ermöglicht. Mit praxisnahen Versuchen wurde die Wirksamkeit der Schnellbestimmung überprüft.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenVoraussetzung für einen großtechnischen Einsatz von BFAen im Bauwesen ist die genaue Kenntnis des baustofftechnischen Reaktionsverhaltens. Es ist bekannt, daß die chemischen, mineralogischen als auch die Baustoffparameter einzelner Aschechargen und -typen schwanken. Ursachen liegen in dem differierenden stofflichen Bestand der Ausgangskohlen, in den spezifischen Kohleabbaubedingungen und in den Entaschungssystemen der Kraftwerke begründet.
Zunächst wurden verschiedene BFAen mitteldeutscher Kraftwerke stofflich umfassend untersucht. Dabei werden Methoden der chemischen Analytik, der Röntgendiffraktion, der Rasterelektronen- und Lichtmikroskopie, der energiedispersiven Mikroanalyse als auch baustofftechnische Untersuchungsmethoden eingesetzt.
Als Schnellbestimmungsmethode wurde das Prinzip der hydrostatischen Wägung apparatetechnisch weiterentwickelt und auf die Ausgangsaschen und die Baustoffgemische angewendet. Die dabei aufgenommenen Meßwerte sollten eine Charakterisierung des baustofflichen Verhaltens ermöglichen. In kleintechnischen Versuchen der Verwendung unbekannter BFA - Chargen beim baustofflichen Einsatz ist durch diese Schnellbestimmungsmethode eine kurzfristige Charakterisierung des zu erwartenden Reaktionsverhaltens möglich.


Ergebnisse und Diskussion

Zum Projekt liegt der ausführliche Abschlußbericht vom Januar 1999 vor.
Das Projekt versteht sich als Fortsetzung der im Förderprojekt AZ 04577/01 erarbeiteten Ergebnisse. Im ersten Projektteil wurden 8 unterschiedliche BFAen ostdeutscher Kraftwerke stofflich umfassend charakterisiert. Nun konnten diese Untersuchungen auf weitere 24 BFA-Chargen angewendet werden.
Von allen BFA-Chargen wurde der chemische Bestand der Ausgangsaschen aufgenommen. Um die Unterschiede im Hydratationsverhalten auf die Varianz der chemischen Bestandteile zurückzuführen, wurden umfangreiche Untersuchungen zum zeitlichen Verlauf der Gehalte an wasserlöslichen Komponenten während der ersten Stunden der Hydratationsreaktion durchgeführt. Dabei wurden reine Aschessysteme und Mischungen aus 50% BFA und 50% Portlandzement untersucht.
Durch DIN-gerechte baustoffliche Untersuchungen wurden die mit den reinen Ausgangsaschen erreichbaren Druck- und Biegezugfestigkeiten nach 7, 14, 28, 56, 90 und 180 -Tagen aufgenommen. Es konnten deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen BFA festgestellt werden. Dies betraf auch die Variation der Verarbeitungs- und Lagerungsbedingungen.
Mit den vorgelegten Ergebnissen an reinen Ascheprüfkörpern und an den Sonderrezepturen wurde erstmals ein Überblick über das Erhärtungs- und Längenänderungsverhalten von speziellen Baustoffen aus BFA und anderen Binde- bzw. Zuschlagstoffkomponenten in Abhängigkeit vom BFA - Gehalt gegeben. Ausgehend von einer stofflichen Einschätzung einer Ausgangsasche wird es mit den dargestellten Ergebnissen möglich, gewünschte Baustoffeigenschaften auf der Basis einzustellender Rezepturen durch Variation der BFA- und PZ-Gehalte zu erzielen. Die Kenntnis der Aktivität der einzusetzenden Asche spielt dabei eine große Rolle.
Die umfangreichen Untersuchungen stehen in unmittelbarem Zusammenhang mit der praktischen Anwendung. Während der Einsatz des reinen Aschebinders ohne weitere Zusätze wegen der schwankenden Eigenschaften nicht realistisch ist, scheint der Einsatz der Spezialmischungen für besondere Anwendungen aussichtsreich. Um Bauschäden zu vermeiden, muß die eingesetzte BFA bezüglich ihrer stofflichen Aktivitäten geprüft werden. Im Sinne des Baufortschrittes hat diese Prüfung in wenigen Stunden zu erfolgen, um über den Einsatz dieser Aschecharge zu entscheiden.
Es konnte innerhalb der Arbeit gezeigt werden, daß sich dieses reaktive baustoffliche Verhalten mit Schnellbestimmungsmethoden vorhersagen läßt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Kontaktadresse:
Firma mpa Labor für Materialprüfung und -analyse GmbH, Ernst-Thälmann-Straße 12, 04349 Leipzig / OT Plaußig, Ansprechpartner: Herr Werner, Tel. 034298 / 30-270, Fax -117.


Fazit

Braunkohlenfilteraschen können ebenso wie andere Kraftwerksaschen in der Bauwirtschaft eingesetzt werden, wenn sie bestimmte Qualitätseigenschaften erfüllen bzw. mit Zement verschnitten werden (Hinweis: beim Dispersopt-Verfahren der IVU GmbH ist durch die Ettringit-Bildung keinerlei Zementzugabe erforderlich).
Die differierenden Braunkohleeigenschaften, aber auch die Fahrweise der Kraftwerke (wechselnde Feuerraumbedingungen) führen zu unterschiedlichen Aschetypen. Schnellbestimmungsmethoden können helfen, die Aschen bei der Abfüllung aus den Elektrofiltern oder aber aus Zwischenlagern hinsichtlich ihrer Verwertbarkeit zu kennzeichnen und zu sortieren. Durch die Anwendung der hydrostatischen Wägung kann der Zeitbedarf für die bautechnische Charakterisierung typisierter Aschen von über 3 Tagen auf 1 bis 2 Stunden verringert werden. Es können hochqualitative Nutzungsmöglichkeiten besser erschlossen, der ggf. notwendige Zementanteil reduziert und vor allem bei erkannter Nichteignung der Aschen mögliche Bauschäden vermieden werden.
Die Anwendung der Schnellbestimmungsmethode wurde an praktischen Beispielen demonstriert, wobei der Schwerpunkt die Herstellung von Baukörpern und -teilen aus der Asche-Zementmischung WEWA-NIT war, die von der Firma mpa entwickelt wurde. Eine Liste von Referenzobjekten verdeutlicht den Umfang der Arbeiten. Darunter befinden sich eine Leitwand für die Herstellung von Dichtwänden und eine Teichabdichtung in Woschkow. Untersuchungen zur Immobilisierung von kontaminierten Ölschlämmen einer Altdeponie konnten nicht fertiggestellt werden.
Mit Abschluß der Arbeiten liegen eine Fülle von Detailergebnissen vor, welche eine gute Grundlage für eine praktische Verwertung der Filteraschen darstellen. Damit wurde mit der Projektidee erfolgreich ein Verfahren entwickelt, welches die Möglichkeiten der stofflichen Verwertung von Braunkohlenfilteraschen deutlich erweitern kann.