Hochofenschlacken 2006

Hochofenschlacken –
Produkte für den
modernen Hoch- und Tiefbau
Fachverband Eisenhüttenschlacken e. V.
Hochofenschlacken entstehen bei der
Hochofenstückschlacke (HOS)
Roheisenerzeugung – Grundbestandteile sind Kalk, Kieselsäure, Magnesia
und Tonerde
Einleitung
Begriffe
Bereits seit tausenden von Jahren
wird Eisen durch Verhüttungsprozesse
gewonnen. In Deutschland erfolgt die
Roheisenherstellung in Hüttenwerken
an verschiedenen Standorten. Die bei
der Roheisenerzeugung entstehenden
Hochofenschlacken werden mit den
bei der Stahlerzeugung entstehenden
Stahlwerksschlacken unter dem Begriff
„Eisenhüttenschlacken“ zusammengefaßt.
Der Begriff „Schlacke“ ist ein metallurgischer Ausdruck. Er bezeichnet allgemein die nichtmetallischen mineralischen Bestandteile, die bei der Gewinnung von Metallen aus den Rohstoffen
entstehen.
In der Stahlindustrie hat man sich zu
allen Zeiten intensiv damit befaßt,
hochqualifizierte Produkte aus Eisenhüttenschlacken herzustellen. Diese
Anstrengungen haben dazu geführt,
dass Eisenhüttenschlacken heute insbesondere im Bauwesen und als Düngemittel eingesetzt werden.
Hochofenschlacke besteht wie auch
viele Naturgesteine aus den Grundbestandteilen Kalk, Kieselsäure, Magnesia
und Tonerde. Organische Bestandteile
können aufgrund der hohen Entstehungstemperaturen nicht vorhanden
sein.
Aus der homogenen, schmelzflüssigen
Hochofenschlacke lassen sich je nach
Abkühlungsbedingungen unterschiedliche Produkte erzeugen:
Bei langsamer Abkühlung in Schlackenbeeten entsteht die kristalline Hochofenstückschlacke, aus der durch
Brechen und Klassieren Gesteinskörnungen und Gesteinskörnungsgemische
hergestellt werden. Die Verarbeitungsschritte während der Produktion entsprechen denen, die auch bei Naturgestein angewendet werden.
Hüttensand (HS)
Bei schneller Abkühlung mit Wasser
in Granulationsanlagen entsteht der
glasige, feinkörnige Hüttensand. Aufgrund seiner hydraulischen Eigenschaften wird er in der Regel als Hauptbestandteil von Normzementen verwendet. Für den Straßenbau wird der
Hüttensand in Gemischen mit anderen
Gesteinskörnungen eingesetzt.
Grundlage für die Nutzung von Eisenhüttenschlacken bilden Normen und
weitere Technische Regelwerke, die
Eigenschaften, Anforderungen und
Prüfungen beschreiben.
Hochofenstückschlacke (M=1:3)
Hüttensand (M=1:3)
Herstellung von Baustoffgemischen
Die durch gezielte Abkühlung aus dem
schmelzflüssigen Zustand bei etwa
1.500 ºC entstehende Hochofenschlacke
unterscheidet sich grundsätzlich von
den Aschen, die Rückstände aus Verbrennungsprozessen sind. Eisenhüttenschlacken sind industriell erzeugte
künstliche Gesteine. Sie werden durch
verschiedene Maßnahmen gezielt in
ihrer chemischen und mineralischen
Zusammensetzung, ihrer physikalischen
Beschaffenheit und den mechanischen
Eigenschaften hergestellt. Ihre Entstehung und Nutzung entspricht der
natürlicher magmatischer Gesteine, wie
beispielsweise Basalt oder Granit.
Einsatz als Düngemittel und im
Verkehrswegebau
Anwendungsbereiche
Eigenschaften
Die aus der kristallinen Hochofenstückschlacke hergestellten Produkte werden
heute überwiegend im Bauwesen mit
Erfolg eingesetzt. Im Verkehrswegebau
reicht das Spektrum vom Einsatz im
Erdbau über Frostschutz- und Schottertragschichten bis hin zu Asphaltschichten und Schichten mit hydraulischen
Verarbeitbarkeit
Bindemitteln. Im Bereich des Betons
hat sich der Einsatz in Normbetonen,
aber auch in Hochleistungsbetonen
bewährt.
Außerhalb des Bauwesens wird Hochofenstückschlacke auch als Düngemittel eingesetzt. Die Verwendung
von „Hüttenkalk“ als Kalkdüngemittel
in der Land- und Forstwirtschaft hat
eine lange Tradition und im Vergleich
zu Konkurrenzprodukten eine nachgewiesenermaßen hohe Düngeeffizienz.
Hochofenstückschlacke und Hüttensand werden in diesen Anwendungsgebieten seit Jahrzehnten vollständig
vermarktet. Insgesamt konnten seit
1945 über 500 Millionen Tonnen eingesetzt werden.
Die Einbaudichte von Gesteinskörnungsgemischen aus Hochofenschlacke
ist nur geringfügig von Wassergehaltsveränderungen abhängig. Der Einbau
in Tragschichten ohne Bindemittel ist
daher auch bei schwierigen Witterungsverhältnissen gut möglich. Die verdichteten Schichten können unmittelbar
belastet werden.
Tragfähigkeit/Standfestigkeit
Gute Kornform, Kantigkeit sowie rauhe
Oberfläche der Hochofenstückschlacke
bewirken, dass die geforderten Werte
für die Tragfähigkeit beim Bau von
Frostschutz- und Schottertragschichten schon beim Einbau sicher erreicht
werden.
Kornform, Kantigkeit und Oberfläche der Hochofenstückschlacke gewährleisten hervorragende Tragfähigkeits- und
Standfestigkeitswerte
Diese vorteilhaften Eigenschaften
verleihen auch Asphalttragschichten
einen hohen Verformungswiderstand.
Asphaltmischgut mit Gesteinskörnungen aus Hochofenstückschlacke bietet
sich daher für den Einbau bei Verkehrsflächen mit besonderer Beanspruchung
an.
Ist die Tragfähigkeit des Untergrunds
nicht ausreichend oder ungleichmäßig,
ist eine Untergrundverbesserung mit
grobkörniger Hochofenstückschlacke
vorteilhaft.
Verwitterungsbeständigkeit
Hochofenstückschlacke und Hüttensand sind verwitterungsbeständig und
erfüllen sicher die Anforderungen des
einschlägigen Regelwerks. Definierte
Korngrößenverteilungen gewährleisten
die Frostsicherheit der produzierten
Gesteinskörnungsgemische nach ihrem
Einbau in die Straße. Die Raumbeständigkeit ist aufgrund der Erzeugungstechnologie heutzutage immer gegeben.
Selbsterhärtung
Umweltverträglichkeit
Gesteinskörnungsgemische aus Hochofenstückschlacke erhärten nach dem
Einbau in die Tragschichten ohne Bindemittel. Dieses führt zu einer Erhöhung
der Tragfähigkeit des Straßenoberbaus.
Der zeitliche Verlauf der Erhärtung
kann durch Zugabe von Hüttensand
beschleunigt werden.
Hochofenstückschlacke besteht aus
Mineralen, die auch in vielen natürlichen Gesteinen vorkommen. Der
Feststoffgehalt an Schwermetallen ist
bedingt durch die Betriebsweise des
Hochofens geringer als in vielen Naturgesteinen. Zudem sind die Schwermetalle fest in das Kristallgitter der
Minerale eingebaut.
Die Verbesserung der Tragfähigkeit solcher selbsterhärtender Schottertragschichten aus Hochofenstückschlacke
und Hüttensand wurde durch systematische Untersuchungen an Erprobungsstrecken nachgewiesen.
Die positiven Erfahrungen führten
zur Einführung des „Merkblatts über
die Verwendung von Hüttensand in
Frostschutz- und Schottertragschichten“. Nach diesem Merkblatt kann
die Asphaltüberdeckung von selbsterhärtenden Schottertragschichten
verringert werden.
Die wasserwirtschaftliche Verträglichkeit der Gesteinskörnungen aus Hochofenstückschlacke bzw. Hüttensand
wurde seit jeher durch umfassende
Untersuchungen sowohl unter verschiedenen baupraktischen Gegebenheiten im Straßen- und Wegebau als
auch unter verschiedensten Laborbedingungen festgestellt. Die dabei
gewonnenen Erfahrungen zeigen, dass
sich bei Auslaugung mit Wasser pHWerte im alkalischen Bereich einstellen.
Durch die Einwirkung von CO2 aus der
Luft und dem Boden bildet sich Calciumcarbonat, wodurch sich der pHWert wieder zum Neutralbereich hin
verschiebt.
Aufgrund der langjährigen Erfahrungen
mit Produkten aus Hochofenstückschlacke und Hüttensand sind bei der
Prüfung der wasserwirtschaftlichen
Merkmale nur bestimmte Parameter
nachzuweisen. Die durch das geltende
Regelwerk vorgegebenen Richt- und
Grenzwerte werden eingehalten.
Beim Einsatz von Hochofenstückschlacke sind die örtlichen Wasserverhältnisse zu beachten. Der Baukörper darf weder während noch nach
der Bauphase in stehendem oder
extrem langsam sickerndem Wasser
(„stauende Nässe“) liegen, weil sich
unter diesen Bedingungen Schwefelverbindungen im Wasser anreichern
können. Auch die Durchlässigkeit der
Unterlage muß gewährleistet sein.
Asphaltschichten mit Hochofenstückschlacke:
Technisch und wirtschaftlich vorteilhaft
Wirtschaftlichkeit
Vorschriften
Die geringe Rohdichte der Hochofenschlacke ermöglicht im Vergleich zu
vielen natürlichen Gesteinen niedrige
Einbaugewichte. Dadurch ist die Verwendung von Hochofenstückschlacke
im Straßenbau besonders wirtschaftlich. Weitere wirtschaftliche Vorteile
bildet die bei selbsterhärtenden Tragschichten aus Hochofenstückschlacke
und Hüttensand mögliche Verringerung der Asphaltüberdeckung.
Seit Jahrzehnten werden Hochofenstückschlacke und Hüttensand vollständig genutzt. Aufgrund der guten
Erfahrungen beim Einsatz dieser Produkte im In- und Ausland wurden frühzeitig Normen, Richtlinien und Merkblätter geschaffen bzw. die Schlackenprodukte in bestehende Regelwerke
für das Bauwesen und insbesondere
für den Straßenbau aufgenommen.
Bereits seit 1941 gibt es in Deutschland die DIN 4301 „Eisenhüttenschlacke
und Metallhüttenschlacke im Bau-
wesen“, welche Eigenschaften beschreibt und grundlegende Anforderungen festlegt.
Im Rahmen der Harmonisierung der
europäischen Normen wurden Hochofenstückschlacke und Hüttensand
in europäischen Normungsgremien
behandelt. Die dort erarbeiteten europäischen Normen beinhalten Anforderungen und Prüfkriterien für die
Produkte aus Hochofenschlacke.
Selbstverständlich halten Gesteinskörnungen aus Hochofenschlacke alle
relevanten Anforderungen der TL Gestein-StB bzw. der TL SoB-StB auf Basis
der Europäischen Normen ein. Auf
der Grundlage der Zertifizierung seiner
werkseigenen Produktionskontrolle
(WPK) erklärt der Hersteller die Konformität seiner Produkte mit den geltenden Vorschriften.
Einhaltung der entsprechenden Anforderungen verleiht die Gütegemeinschaft
ein von RAL – Deutsches Institut für
Gütesicherung und Kennzeichnung e. V.
anerkanntes Gütezeichen. Im Vergleich
mit dem auf die WPK gestützten Konformitätsnachweissystem 2+ halten
die Mitglieder der Gütegemeinschaft
die strengeren Fremdprüfungen durch
neutrale anerkannte Prüfstellen als
wichtigen Baustein für die Qualitätssicherung bei. Baustoffeingangsprüfungen werden hierdurch überflüssig.
Von dieser Steigerung des Sicherheitsniveaus sollen ausschreibende Stellen
und Baufirmen gleichermaßen profitieren: Qualität schafft Vertrauen!
Darüber hinaus aber werden Produkte
aus Hochofenschlacke auch entsprechend den RAL-Bestimmungen für
Eisenhüttenschlacken überwacht.
Die Gütegemeinschaft Eisenhüttenschlacken e. V. überwacht im Rahmen
von Eigen- und Fremdüberwachung
die Einhaltung festgelegter Güte- und
Prüfbestimmungen hinsichtlich technologischer Eigenschaften und wasserwirtschaftlicher Verträglichkeit. Bei
Fachverband Eisenhüttenschlacken e. V.
Bliersheimer Straße 62
47229 Duisburg
Telefon: 02065 49220
Telefax: 02065 900963
E-Mail: [email protected]
Forschung und
Entwicklung
Eine kontinuierliche Forschungs- und
Entwicklungsarbeit ist die Voraussetzung für die Sicherstellung von Markteinführung, Marktpräsenz und Produktimage der Eisenhüttenschlacken. Bereits
seit 1954 wird seitens der deutschen
Eisenhüttenindustrie gemeinschaftliche
Forschung betrieben. Im FEhS – Institut
für Baustoff-Forschung e. V., 1968 als
Forschungsgemeinschaft Eisenhüttenschlacken gegründet, werden Kompetenz und Engagement zur Nutzung
von Eisenhüttenschlacken gebündelt.
Beratung und Vertretung
Die Vertretung der fachlichen Interessen der Produzenten und Verarbeiter
liegt im Tätigkeitsbereich des Fachverbands Eisenhüttenschlacken e. V.
Weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist
die technische Beratung für Verwendungsmöglichkeiten von Gesteinskörnungen aus Hochofenschlacke. Durch
langjährige Arbeit konnten wertvolle
Erfahrungen gesammelt werden, die
bundesweit anerkannt und in Regelwerke umgesetzt wurden.
12/2006
Qualitätssicherung