Moderne Sandverarbeitungstechnik bei „Kruszywa SKSM S.A.“

Wir leben in einer Zeit, in der nicht nur der Preis über den Erfolg entscheidet. Immer häufiger ist die Qualität bei der Auswahl des Lieferanten maßgebend, daher erfüllt die Aktiengesellschaft Kruszywa SKSM die Erwartungen ihrer Kunden durch die Einführung neuer Verarbeitungstechnik für Sand mit Körnung 0/2.
Ein wesentliches Problem auf dem Zuschlagstoffmarkt ist die Qualität. Bei Sand sind alle Anforderungen in Bezug auf die eventuellen organischen oder anorganischen Einschlüsse sowie auf die entsprechende Korngröße entscheidend, weil diese den Verbrauch von sonstigen Bestandteilen des Betons, wie z.B. und vielleicht vor allem – Zement reduzieren können. Es ist keine leichte Aufgabe, die Anforderungen an eine angemessene Korngröße und die Sandreinheit zu erfüllen, allein schon wegen der Größe der Sandkörner, die von 0 mm bis 2 mm reichen. Bei Fraktionen im Größenbereich 0-2 mm ist es sehr schwierig, die Verunreinigungen abzutrennen, weil deren Gewicht dem Gewicht des Zuschlagstoffs selbst entspricht. Aber nichts ist unmöglich. Nach langen Beratungen mit Ingenieuren von Fachfirmen, die Sandverarbeitungsanlagen herstellen und liefern, haben wir den richtigen Lieferanten ausgewählt, der uns die Anlagen entsprechend unseren Erwartungen konzipiert und geliefert hat. Diese Anlagen sind so konzipiert, dass sie den Sand reinigen und je nach Korngröße trennen, so dass wir auf dieser Basis feinere oder gröbere Sandmischungen herstellen können, die sich für den Transportbeton, aber auch für kleinere Vorort hergestellte Betonteile gut eignen. Die Erwartungen an Sand sind in der Regel identisch oder sehr ähnlich und als Vorbild dabei gilt stets die Sandqualität für den Brückenbaubeton. Es handelt sich hier in erster Linie um einen hoch reinen Zuschlagstoff, der von Fremdverunreinigungen frei ist und definierte Körnungsgrenzkurven aufweist. Leider sind Sandsorten, die von Natur her diese Eigenschaften erfüllen, sehr selten. Daher kommt die Idee, Sandmischungen durch Kombination von vorher getrennten Fraktionen in geeigneten Anteilen herzustellen.

Um die Erwartungen unserer Kunden zu erfüllen, investiert Firma Kruszywa SKSM S.A. in neue Technologien mit folgenden Zielen:
– Verbesserung der Qualität des Sandes in Bezug auf seine Reinheit und Kontamination, und
– Verbesserung der Qualität in Bezug auf die Korngröße.

Die Verbesserung der Sandqualität hinsichtlich der Reinheit besteht darin, den Anteil der Verunreinigungen zu reduzieren, indem zusätzliches sauberes Wasser dem Aufbereitungsprozess zugleitet wird, durch Zuschaltung von Entwässerungsanlagen mit größeren Kapazitäten zur besseren Absonderung von Verunreinigungen, von Pulssichtern, die ebenfalls eine wirksame Lösung zur Entfernung von Kontaminationen sind, sowie Entwässerungssieben, die den Zuschlagstoff anschießend effektiv entwässern. Die Verbesserung der Sandqualität in Bezug auf die Korngröße besteht grundsätzlich in der Reduzierung der Verluste von Feinsandfraktionen (hauptsächlich im Bereich der Körnung 0,0 – 0,25 mm), die einen erheblichen Einfluss auf die Körnerverdichtung in der Betonmischung haben. Diese Fraktionen sind wünschenswert, weil sie den Verbrauch von Zement, offensichtlich dem teuersten Bestandteil von Beton, reduzieren können. Der Einsatz der bereits erwähnten Entwässerungsanlagen, Hydrozyklone an den Wasserabläufen sowie die Rückführung eines Spülwasserteils zur Speisung der Siebköpfe ermöglicht die Rückführung feiner ausgewaschener Sandfraktionen in den Zuschlagstoff zurück, wodurch deren prozentualer Anteil ansteigt, sowie Sand von leichten Verunreinigungen wie: Kohle, Pflanzenreste, Holz usw. effektiver gereinigt wird.

Alle diese Maßnahmen zielen darauf ab, den Anteil der Feinfraktion 0,063-0,25 mm im Fertigsand zu erhöhen und die Qualität in Bezug auf den Anteil unerwünschter Verunreinigungen zu verbessern.

Wie groß und bedeutsam das Problem der Körnung der Betonmischung ist, kann man einer Studie niederländischer Wissenschaftler entnehmen, die eindeutig belegen, dass man durch die richtige Anpassung der Körnung und Verdichtung der Körner, den Wasser- und Zementverbrauch im Beton reduzieren und trotzdem an Festigkeit zu gewinnen und Eigenschaften des Betons wie Schwinden oder Kriechen zu verbessern.

„Die von Wissenschaftlern seit dem 19. Jahrhundert weltweit am Beton durchgeführten Experimente belegen, dass eine effektive Körnerverdichtung dazu beitragen kann, die Zementmenge im Beton zu reduzieren.
Durch Einsatz entsprechend angepasster Körnerverdichtung in der Mischung ist es möglich, eine Zusammensetzung des Gemisches zu erzielen, bei der der Zementanteil um über 50% und die CO2-Emissionen um 25% reduziert werden können.
Das Verfahren zur Optimierung der Körnerverdichtung basiert auf der Auswahl der richtigen Abstufung und Anzahl verschiedener Körnungsstufen. Die Körner sollten so gewählt werden, dass sie die Hohlräume zwischen den größeren Partikeln so genau wie möglich verfüllen und so den Verdichtungsgrad der Partikel erhöhen. Die Definition des Verdichtungsgrad: Volumen der festen Partikel pro eine Volumeneinheit.
Die von Fuller, dem Erfinder der berühmten Fuller-Kurve [Fuller und Thompson, 1907], beschriebene Kurve soll die Gradation bei der höchsten Dichte widerspiegeln, basierend auf der Annahme des Erfinders, dass die Gradation der höchsten Verdichtung nicht unbedingt mit der höchsten möglichen Dichte in Verbindung mit Wasser und Zement gleichzusetzen sei und zwar aufgrund der Art und Weise, wie die kleineren Zementpartikel die geringen Hohlräume füllen.
Höhere Verfülldichten lassen weniger Raum für Wasser übrig, um die Hohlräume zu füllen, was den Wasserbedarf reduziert und die Festigkeit der Betonmischungen erhöht. Mit Hilfe des Verdichtungsgefüges der Wassermenge in der tatsächlichen Mischung und des Zementverteilungskoeffizienten ist es möglich, die Festigkeit des Betons zu ermitteln.

Anhand von Experimenten mit Öko-Beton wird gezeigt, wie der Zementanteil mithilfe der Verdichtungstechnik reduziert werden kann, ohne dabei seine Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen.
Für die Forschungszwecke sind drei Öko-Mischungen unter Verwendung von Flugasche, Quarzmehl und Asche aus Müllverbrennungsanlage hergestellt worden, mit deren Hilfe der Verbrauch von Portlandzement um 57 % und die anfallenden CO2-Emissionen um 25 % reduziert worden sind [Fennis, 2011]. Mit Hilfe der zyklischen Methode haben alle ökologischen Gemische mindestens ihre erwartete Soll-Festigkeit erreicht. Die Gemische sind auf Druck- und Zugfestigkeit, Elastizitätskoeffizient, Schwind-, Kriechverhalten und elektrischen Widerstand geprüft worden. Die Ergebnisse haben belegt, dass das Verhältnis zwischen der Druck- und Zugfestigkeit des Würfels, sowie das Elastizitätsmodul den Parametern von Normalbeton entsprechen. Darüber hinaus hat die Optimierung der Verdichtung zur Versteifung und Verstärkung des Gefüges geführt, was sich positiv auf die Betoneigenschaften wie Schwind- und Kriechverhalten ausgewirkt hat. Allerdings können sich Eigenschaften wie Schwind-, Kriechverhalten und elektrischer Widerstand aufgrund von Änderungen der mineralogischen Zusammensetzung des Füllstoffs und der Bindemittel erheblich ändern.
Die Prüfungen des elektrischen Widerstands an den ökologischen Mischungen haben gezeigt, dass die erhöhte Verdichtung und reduzierter Wasserverbrauch letztlich zu einem dichteren Betongefüge führen. Das empirische Programm hat gezeigt, dass mithilfe der Verdichtung der Körnung im Rahmen der Betonmischungsoptimierung ökologische Betonsorten mit 50% weniger Zement hergestellt werden können.”

Using particle packing technology for sustainable concreto mixture design
Sonja A.A.M. Fennis, Joost C. Walraven
Delft University of Technology, Niederlanden

Unter Berücksichtigung Ergebnisse unserer betriebsinternen Prüfungen von Sand vor und nach der Optimierung des Verarbeitungsprozesses sowie unter Berücksichtigung von variablen Parametern der jeweiligen Lagerstätte können wir feststellen, dass unsere Anstrengungen den erwarteten Effekt bringen. Am Beispiel der Förderbetriebe, wo wir die Optimierungen implementiert haben, beträgt der durchschnittliche Anteil der Fraktionen < 0,25 mm unter Berücksichtigung der Minimal- und Maximalwerte im Vergleich 2019 zu 2020: 2019 Förderbetrieb Debówko Anteil der Körnung < 0,25 mm 1,4 bis 3,6 %,

 

2020 Förderbetrieb Dębówko Anteil der Körnung < 0,25 mm beträgt 3,5 - 6,9 %,

 

2019 Förderbetrieb Ognica Anteil der Körnung < 0,25 mm beträgt 4,5 bis 8,3%,

 

2020 Förderbetrieb Ognica Anteil der Körnung < 0,25 mm beträgt 9,5 bis 11,0%,

 

2019 Förderbetrieb Gorzupia Anteil der Körnung < 0,25 mm 4,6 – 8,1%,

 

2020 Förderbetrieb Gorzupia Anteil der Körnung < 0,25 mm 8,3 – 13,1%,

Anhand dieser Grafiken kann man erkennen, dass der Anteil der Feinfraktion von Jahr zu Jahr tatsächlich zugenommen hat. Trotz der Zunahme der Fraktion < 0,25 mm ist keine Zunahme der unerwünschten Fraktion im Sand, d.h. der Tonstaubfraktion, zu verzeichnen. Basierend auf dem Motto von Johann Wolfgang von Goethe - „Wer nicht nach vorne geht, der bleibt zurück“ - werden wir uns mit dem Erreichten nicht zufriedenstellen und weiter nach neuen Lösungen und Möglichkeiten suchen, um effektiv und bewusst Zuschlagstoffe von höchster Qualität zu produzieren und zu vertreiben. 2020 solle eine Wende in Bezug auf die Verbesserung der Sandqualität bei Kruszywa SKSM S.A. sein.