DE19710589A1

DE19710589A1 - Stabilisierender Zuschlagstoff für bitumengebundene Baustoffe und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE19710589A1
Application number: DE1997110589
Authority: DE
Inventors: Wilfried Schlobohm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2017-03-15
Also published as: DE19710589C2

Description

Die Erfindung betrifft einen stabilisierenden Zuschlagstoff für bitumengebunde Baustoffe, insbesondere Asphalt aber auch Verguß- und Spachtelmassen sowie Anstrichstoffe auf Bitumenbasis und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Dabei werden unter Bitumen sämtliche bituminöse Stoffe, auch polymermodifiziertes Bitumen sowie artverwandte organische Bindemittel verstanden.

Es ist bekannt, zur Stabilisierung von bitumengebundenen Baustoffen dem Bitumen Fasern zuzusetzten, die die Fließeigenschaften des Bitumens verändern. So wird beispielsweise durch die Zugabe von Fasern bei Anstrichstoffen eine tropfhemmende Wirkung erreicht. Damit wird es möglich, Anstriche in dickeren Schicht aufzutragen ohne daß es zum Ablaufen des Anstrichstoffes kommt.

Besondere Bedeutung haben stabilisierende Zuschläge bei Asphaltgemischen für den Straßenbau. Insbesondere für den mit hohem Bitumenanteil versehenen Splittmastixas phalt sind stabilisierende Zuschläge notwendig, die verhindern, daß es während der Zeit zwischen Herstellung und Einbau des Asphaltgemisches zu Entmischungen von Bitumen und Splitt kommt. Die Qualität des Splittmastixasphaltes wird entscheidend vom Bitu menanteil bestimmt. Durch Zugabe verschiedener Füll- und Zuschlagstoffe soll erreicht werden, daß im eingebauten Asphalt (Splittmastixasphalt) eine ausreichende Menge Bitumen enthalten ist und auch in Folge eine Entmischung von Splitt und Bitumen weit gehend verhindert wird. Fasern als Zuschlagstoff haben sich dabei in besonderer Weise bewährt.

In der DE-OS 37 14 828 werden ein Reihe von Fasern beschrieben, die als Zuschlagstoff Anwendung finden. Nicht unproblematisch ist das homogene Einmischen der Fasern in den Bitumen bzw. das Asphaltgemisch. Die zur Klumpen- bzw. Wattebildung neigenden Fasern lassen sich nur mit erhöhtem Aufwand dosieren und es bedarf oft auch einer erhöhten Mischzeit, bis eine ausreichend homogene Verteilung erreicht wird. Retten maier schlägt deshalb in o.g. Offenlegungsschrift die Verwendung eines unter Zugabe von Bindemitteln hergestellten fließfähigen Granulates, das die Fasern umfaßt, vor. Das Bindemittel ist so beschaffen, daß es sich im Bitumen auflöst. Der besondere Vorteil des Granulates liegt in einer optimalen Dosierbarkeit. Allerdings ist die Herstellung des Granulates mit erheblichen zusätzlichen Aufwendungen verbunden.

Eine gute Dosierbarkeit und Mischbarkeit von Faserstoffen als Zuschlagstoffe bei der Asphaltherstellung versucht Kadelka in seiner DE-OS 40 42 064 durch ein Gemisch aus Faserstoff und Sand und/oder Gesteinsmehl und/oder Gasbetongranulat als Zuschlag stoff zu erreichen. Bei derartigen Gemischen kommt es aber sehr schnell zu einer Entmischung der spezifischen unterschiedlichen Bestandteile.

Es wurde ferner gefunden, daß für die Langzeitstabilität eines eingebauten Splittma stixasphaltes die Art und Beschaffenheit der verwendeten Fasern von Bedeutung ist. Die hauptsächlich in der Preis bisher verwendeten Cellulosefasern werden durch die bei der Herstellung des Asphaltgemisches auftretenden hohen Temperaturen in ihren Eigen schaften stark geschädigt, teilweise sogar zersetzt. Ihre Wirkung entfalten sie deshalb überwiegend nur während der Zeit zwischen der Herstellung und dem Einbau des Asphaltgemisches. Hinsichtlich der Langzeitstabilität des eingebauten Splittmastixasphal tes kommen sie kaum zum Tragen. Hierfür ist es wichtig, daß im eingebauten Splittma stixasphalt geeignete Fasern mit hoher Beständigkeit enthalten sind. Auf diese positive Wirkung beständiger Faserstoffe wird in der DE-OS 195 11 441 verwiesen, in der mono phile Kunststoffasern als stabilisierender Zuschlag zur Asphaltherstellung beschrieben werden. Der beschriebene Herstellungsaufwand dieser Kunststoffasern ist aber beträchtlich, auch wenn man berücksichtigt, daß im betrachteten Fall ein Sekundärroh stoff als Ausgangsmaterial verwendet wird.

Ziel der Erfindung ist es, einen stabilisierenden Zuschlagstoff für bitumengebundene Baustoffe zu schaffen, der ressourcenschonend und kostengünstig zu produzieren ist und mit dem qualitativ hochwertige, langzeitbeständige, bitumengebundene Baustoffe, insbesondere Asphalte, hergestellt werden können. Es ist außerdem Ziel der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Zuschlagstoffes zu schaffen. Dazu besteht die Aufgabe, einen Zuschlagstoff zu entwickeln, der zu einem auseichenden Prozentsatz aus Faserstoffen besteht, die auch bei Temperaturen bis 190°C kaum geschädigt werden und sich durch eine hohe Beständigkeit auszeichnen, der gut dosierbar ist und leicht mit Bitumen und ggf. weiteren Stoffen zu einem homo genen Gemisch verarbeitet werden kann. Desweiteren besteht die Aufgabe der Erfin dung in der Entwicklung eines Verfahrens zur effektiven Herstellung dieses Zuschlagstof fes.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese Aufgabe durch einen Zuschlagstoff gelöst wird, der aus unter Zugabe von Kalk nachentwässertem und getrocknetem, kommunalem Klärschlamm in Form von fließfähigen Partikeln und Fasern besteht. Für die Qualität des Zuschlagstoffes ist es von großer Bedeutung, daß er organische und mineralische Bestandteilen aufweist, der Anteil der organischen und mineralischen Bestandteile zwischen 30 und 70 Gew.-% liegt die sich zu 100 Gew.-% ergänzen, und der Faseranteil der organischen Bestandteile mehr als 20 Gew.-% beträgt. Diese Zusam mensetzung des Zuschlagstoffes kann problemlos ohne weitere Zusätze erreicht werden, wenn der zur Herstellung des Zuschlagstoffes eingesetzte, mechanisch vorent wässerte kommunale Klärschlamm mehr als 20 Gew.-% organische Bestandteile enthält. Nach den durchgeführten Untersuchungen ist dies in aller Regel der Fall. Ausnahmen, d. h. kommunale Klärschlämme mit weniger als 20 Gew.-% an organischen Bestandtei len, sind nur bei Havarien im Klärwerk gegeben.

Der Faseranteil des erfindungsgemäßen Zuschlagstoffes zeichnet sich dadurch aus, daß neben einem hohen Anteil an natürlichen Fasern auch unterschiedlichste synthetische Fasern enthalten sind. Insgesamt wird durch Fasern als Zuschlagstoff zu Bitumen bekann termaßen eine tixotrope Wirkung erreicht. Dies ist zum einen bei Anstrichstoffen auf Bitumenbasis erwünscht, weil große Schichtdicken weitgehend tropffrei aufgetragen werden können, zum anderen wird dadurch bei der Asphaltherstellung und Verarbei tung eine Entmischung von Bitumen und Splitt verhindert. Von besonderer Bedeutung ist dies für die Herstellung von Splittmastixasphalt, weil hierbei zur Erzielung großer Stabilitäten des Asphaltstraßenbelages mit einem Überschuß an Bitumen gearbeitet wird. Für die Bundesrepublik gibt es hierzu einschlägige Vorschriften.

Die Wirkung der natürlichen Fasern erstreckt sich im wesentlichen auf die Zeit zwischen der Herstellung und dem Einbau des Asphaltes. In Folge der relativ hohen Temperaturen, die bei der Asphaltherstellung angewendet werden (bei Splittmastixasphalt bis 190°C), werden natürliche Fasern soweit geschädigt, daß sie im fertiggestellten Asphaltstraßen belag kaum noch eine stabilisierende Wirkung entfalten. Es hat sich aber insbesondere für eine lange Haltbarkeit des Asphaltstraßenbelages als sehr positiv erwiesen, wenn in diesem langlebige elastische Fasern enthalten sind. Diese tragen wesentlich zu einer langen Lebensdauer und Stabilität des Asphaltstraßenbelages bei. Sie bewirken bei hohen Belastungen ein elastisches Verhalten des Belages und vermeiden so Schäden, besonders bei winterlich tiefen Temperaturen. Bei im Sommer auftretenden hohen Temperaturen bewirken sie eine verbesserte dauerhafte Wärmestandsfestigkeit des Asphalts. Es wurde gefunden, daß die im erfindungsgemäßen Zuschlagstoffenthaltenen unterschiedlichsten synthetischen Fasern überraschenderweise überwiegend solcher Art sind, daß sie im fertiggestellten Asphaltstraßenbelag die vorstehend beschriebenen positiven Wirkungen hervorrufen.

Neben organischen Bestandteilen weist der erfindungsgemäße Zuschlagstoff zwischen 30 und 70 Gew.-% mineralische Bestandteile auf ein Teil dieser mineralischen Bestand teile ist Calciumcarbonat, das infolge der Klärschlammnachentwässerung unter Zugabe von Kalk entsteht. Die positiven Wirkungen von Calciumcarbonat als Zuschlag oder Füller zur Asphaltherstellung sind bekannt. Hervorzuheben ist, daß Calciumcarbonat die Aphinität des Zuschlagstoffes zum Bitumen wesentlich verbessert. Damit wird die Verwendung saurer Zuschlagstoffe bei der Asphaltherstellung sehr erleichtert.

Ein weiterer wesentlicher Effekt der Erfindung wird in der Verwendung von kommuna lem Klärschlamm als Ausgangsstoff für den erfindungsgemäßen Zuschlagstoff gesehen.

Es ist gelungen, unter Verwendung eines als Abfall deklarierten Stoffes als Ausgangsstoff einen stabilisierenden Zuschlagstoff zu entwickeln, der hinsichtlich seiner Qualität vergleichbaren, aus Primärrohstoffen hergestellten stabilisierenden Zuschlagstoffen nicht nur gleichwertig ist, sondern diese teilweise sogar übertrifft.

Erfindungsgemäß kann der im ersten Hauptanspruch beschriebene und in den folgen den zwei Unteransprüchen präzisierte stabilisierende Zuschlagstoff für bitumengebun dene Baustoffe mit einem Verfahren dem 4. Anspruch gemäß hergestellt werden, wobei die weiteren Ansprüche vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens darstellen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch charakterisiert, daß unter Zugabe von Kalk nachentwässerter kommunaler Klärschlamm, der ggf. unter weiterer Kalkzugabe in einen rieselfähigen Zustand gebracht wurde, im Luftstrom dosiert einer Mikrowirbel mühle aufgegeben und hier behandelt, d. h. vorzugsweise durch Partikelkollision zerklei nert und erhitzt wird, bis ca. 99 Massenprozent des Klärschlammes als Partikel mit einem Durchmesser kleiner 0,09 mm bzw. als Fasern mit einer Länge kleiner 1,8 mm vorliegt, dann aus der Mikrowirbelmühle ausgetragen und vom Luftstrom abgeschieden wird. Empfehlenswert ist ein mechanisch vorentwässerter, kommunaler Klärschlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von ≧ 28 Gew.-% als Ausgangsstoff der gegebenenfalls durch Mischung verschiedener kommunaler Klärschlämme erzeugt werden kann. Wenn der eingesetzte kommunale Klärschlamm mindestens 20 Gew.-% organische Bestandteile enthält, entsteht nach vorstehend beschriebener Behandlung in einer Mikrowirbelmühle ein fließfähiger Stoff mit vergleichmäßigtem Korn- und Faserspek trum, der sich aus organischen und mineralischen Bestandteilen zusammensetzt, wobei der Anteil der organischen und mineralischen Bestandteile zwischen 30 und 70 Gew.-% liegt, die sich zu 100 Gew.-% ergänzen, und die organischen Bestandteile zu mehr als 20 Gew.-% als Fasern vorliegen. Im Klärschlamm eventuell enthaltene Schwermetalle, Öle, Fette und/oder Lösungsmittel sind weitgehend abgetrennt bzw. inertisiert. Mit unterschiedlichen kommunalen Klärschlämmen durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, daß der erfindungsgemäß hergestellte Zuschlagstoff weitgehend frei von o.g. unerwünschten Stoffen ist. Dies ist auf die innerhalb der Mikrowirbelmühle stattfinden den intensiven Partikelzusammenstöße zurückzuführen, die eine Abtrennung von an Partikeln anhaftenden insbesondere Ölen, Fetten und/oder Lösungsmitteln, ggf. auch schwermetallhaltiger Verbindungen bewirken.

Es ist für den zeitlichen Verfahrensablauf vorteilhaft, wenn der den entwässerten, riesel fähigen Klärschlamm der Mikrowirbelmühle zuführende Luftstrom vorgewärmt ist. Günstigerweise kann eine Vorwärmung durch Rückführung erwärmter Abluft erfolgen. Wenn der der Mikrowirbelmühle zugeführte Klärschlamm Öle, Fett und/oder Lösungs mittel enthält, die während der Bearbeitung in der Mikrowirbelmühle in die Luft überge hen, kann es zweckmäßig sein, diese in einem Verbrennungsprozeß zur Vorwärmung einzusetzen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt ein Verfahrensschema.

Beispiel 1

Ein mechanisch vorentwässerter kommunaler Klärschlamm, der einen Trockensub stanzgehalt von ca. 30 Gew.-% aufweist worin ca. 35 Gew.-% organische Bestandteile enthalten sind, wird durch Zugabe von ca. 110 kg Calciumoxyd je m³ vorentwässerten Klärschlamm nach entwässert und in ein rieselfähiges Gut überführt. 0,5 kg des erzeug ten rieselfähigen Gutes werden je Sekunde dosiert, mittels eines Luftstromes von 1,25 m³/s kontinuierlich einer Mikrowirbelmühle aufgegeben und hier erfindungsgemäß behandelt. Das Gut wird aus der Mikrowirbelmühle ausgetragen, wenn überwiegend eine Partikelgröße kleiner 0,09 mm erreicht ist. Nach erfolgter Luft-Feststofftrennung liegt ein fließfähiger stabilisierender Zuschlagstoff vor, der einen Trockensubstanzgehalt von ca. 97% aufweist und zu ca. 55 Gew.-% aus mineralischen und zu ca. 45 Gew.-% aus organischen Bestandteilen besteht. Die mineralischen Bestandteile liegen in Form von Partikeln vor, die zu ca. 92 Gew.-% kleiner 0,09 mm sind, wobei davon wiederum ca. 50 Gew.-% kleiner 0,63 10^-6 m sind. Unter den organischen Bestandteilen sind ca. 27% Fasern enthalten. Die übrigen organischen Bestandteile liegen ebenfalls als Partikel, die überwiegend kleiner als 0,63 10^-6 m sind, vor. Der Faseranteil besteht zu ca. 65% aus natürliche Fasern und zu ca. 35% aus synthetischen Fasern. Sie liegen als haarfeine Fasern mit einer Länge kleiner 1,8 mm vor

Beispiel 2

Ein mechanisch vorentwässerter kommunaler Klärschlamm, der einen Trockensub stanzgehalt von 36-40 Gew.-% aufweist, worin 25-35 Gew.-% organische Bestandteile enthalten sind, wird durch Zugabe von ca. 65 kg Calciumoxyd je m³ vorentwässerten Klärschlamm nach entwässert und in ein rieselfähiges Gut mit einem Trockensubstanzge halt von ca. 47 Gew.-% überführt. Dieses Gut wird nachfolgend wie im Beispiel beschrieben behandelt. Es entsteht ein fließfähiger stabilisierender Zuschlagstoff der einen Trockensubstanzgehalt von ca. 97% aufweist und zu ca. 50 Gew.-% aus minerali schen und zu ca. 50 Gew.-% aus organischen Bestandteilen besteht. Die mineralischen Bestandteile liegen in Form von Partikeln vor die zu ca. 90 Gew.-% kleiner 0,09 mm sind, wobei davon wiederum ca. 50 Gew.-% kleiner 0,63 10^-6 m sind. Unter den organischen Bestandteilen sind ca. 25% Fasern enthalten. Die übrigen organischen Bestandteile liegen ebenfalls als Partikel, die überwiegend kleiner als 0,63 10^-6 m sind, vor. Der Faseranteil besteht zu ca. 65% aus natürliche Fasern und zu ca. 35% aus synthetischen Fasern. Sie liegen als haarfeine Fasern mit einer Länge kleiner 1,8 mm vor.

Beispiel 3

Zum Abschluß soll das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft beschrieben werden. Vorentwässerter Klärschlamm mit einem Anteil von mehr als 30 Gew.-% organischer Bestandteile aus einer kommunalen Kläranlage wird unter Zugabe von Calciumoxyd nach entwässert. Der mit Calciumoxyd versetzte Klärschlamm verbleibt bis zum weitge henden Abschluß der einsetzenden exothermen Reaktion in einem Behälter 1. Die zuzugebende Menge an Calciumoxyd wird dabei so bemessen, daß nach Abschluß der exothermen Reaktion ein rieselfähiges Gut entsteht. Mittels Rührwerke 2 wird das riesel fähige Gut gleichmäßig einem Schneckenförderer 3 zugeführt. Dieser fördert je Sekun de ca. 0,5 kg rieselfähiges Gut in einen Einfülltrichter 4 einer Mikrowirbelmühle 5. Der Einfülltrichter 4 weist eine Zuführschnecke 6 auf; die kontinuierlich und dosiert riesel fähiges Gut der Einfüllöffnung der Mikrowirbelmühle 5 zuführt, das hiervon einem in einem Heißlufterzeuger 7 vorgewärmten Luftstrom von 1,25 m³/s erfaßt und in den Mahlraum der Mikrowirbelmühle 5 gefördert wird. Luftstrom und rieselfähiges Gut sind so dosiert, daß das rieselfähige Gut ständig in der Luftschwebe gehalten wird.

Im Mahlraum der Mikrowirbelmühle 5 prallen die Partikel des rieselfähigen Gutes infolge sehr starker Turbulenzen heftig gegeneinander bzw. gegen die Wandungen der Mikro wirbelmühle 5. Es erfolgt eine Zerkleinerung der Partikel des rieselfähigen Gutes. Parallel dazu erfolgt eine Einkapselung eventuell enthaltener Schadstoffe durch das in der Vorkonditionierung beigemischte Calciumoxyd. Nach einer Verweilzeit von ca. 0,16 Sekunden sind ca. 99 Massenprozent des rieselfähigen Gutes in Partikel kleiner 0,09 mm bzw. haarfeine Fasern kürzer 1,8 mm überführt und werden im Luftstrom aus der Mikrowirbelmühle 5 ausgetragen.

Von einem Hochleistungsventilator 8 wird die mit Partikeln und Fasern beladene Luft durch einen Zyklonvorabscheider 9 gesaugt. Die im Zyklonvorabscheider 9 abgetrenn ten Partikel und Fasern gelangen über eine Zellenradschleuse 10 zu einer Sammel schnecke 11. Ein weiterer Ventilator 12 führt die noch mit Feinstpartikeln und -fasern beladene Luft einem Ovalschlauchfilter 13 zu. Die im Ovalschlauchfilter 13 abgeschiede nen Partikel und Fasern gelangen über eine Zellenradschleuse 14 ebenfalls zur Sammel schnecke 11 und weiter in einen Sammelcontainer 15. Dieser nimmt den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten stabilisierenden Zuschlagstoff auf der als fließfähiges Partikel-Faser-Gemisch vorliegt. Die Luft wird abschließend durch einen Bio- Filter (16) geleitet und dann über einen Kamin (17) in die Atmosphäre entlassen.

Der Verfahrensablauf wird prozeßgrößenabhängig geführt.

Claims

1. Stabilisierender Zuschlagstoff für bitumengebundene Baustoffe insbesondere zur Herstellung von Asphaltstraßenbelägen, Fasern enthaltend, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlagstoffaus, unter Zugabe von Kalk nachentwässertem und getrockne tem, kommunalem Klärschlamm in Form von fließfähigen Partikeln und Fasern besteht.

2. Stabilisierender Zuschlagstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stabilisierende Zuschlagstoffaus organischen und aus mineralischen Bestandteilen besteht, der Anteil der organischen und mineralischen Bestandteile zwischen 30 und 70 Gew.-% liegt, die sich zu 100 Gew.-% ergänzen, und daß die organischen Bestandteile ihrerseits einen Faseranteil von mindestens 20 Gew.-% und die mineralischen Bestandteile einen Anteil an Calciumcarbonat aufweisen.

3. Stabilisierender Zuschlagstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ca. 90 Gew.-% der fließfähigen Partikel eine Korngröße < 0,09 mm aufweisen und die Fasern eine Länge von bis zu 1,8 mm besitzen.

4. Verfahren zur Herstellung eines stabilisierenden Zuschlagstoffes für bitumengebun dene Baustoffe insbesondere für die Herstellung von Asphaltstraßenbelägen, dadurch gekennzeichnet, daß mechanisch vorentwässerter und unter Zugabe von Kalk nachentwässerter ggf. unter weiterer Zugabe von Kalk in einen rieselfähigen Zustand versetzter kommuna ler Klärschlamm, der organische Bestandteile enthält, im Luftstrom dosiert einer Mikrowirbelmühle (5) aufgegeben und innerhalb der Mikrowirbelmühle (5) in der Luftschwebe gehalten wird, daß nach erfolgter Zerkleinerung von ca. 99 Massenpro zent des aufgegebenen rieselfähigen Klärschlammes auf einen Partikeldurchmesser kleiner 0,09 mm bzw. eine Faserlänge kleiner 1,8 mm das Gut im Luftstrom aus der Mikrowirbelmühle (5) ausgetragen wird und danach eine Trennung von Feststoff und Luft erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanisch vorentwässerte, kommunale Klärschlamm einen Trockensub stanzgehalt ≧ 28 Gew.-% aufweist

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanisch vorentwässerte kommunale Klärschlamm mehr als 20 Gew.-% organische Bestandteile enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der den rieselfähigen Klärschlamm der Mikrowirbelmühle (5) zuführende Luft strom vorgewärmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft nach der Abtrennung des Feststoffes einer Gasreinigung unterzogen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Feststoffgetrennte Luft teilweise oder vollständig der Mikrowirbelmühle (5) wieder zugeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Feststoffgetrennte Luft teilweise oder vollständig zur Vorwärmung des den rieselfähigen Klärschlamm der Mikrowirbelmühle (5) zuführenden Luftstromes verwendet wird, indem sie als Verbrennungsluft dient.