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Die wärmedämmende Wirkung von stückigen bzw. körnigen Zuschlagstoffen
für Beton oder Leichtbeton hängt bekanntlich eng von ihrer Eigenporosität, d. h.
den in den einzelnen Körpern vorhandenen, mehr oder weniger geschlossenen Poren
ab, aber auch von spezifischen Stoffeigenschaften, die z. B. im amorphen oder kristallinen
Zustand vorliegen. Es ist ferner bekannt, daß auf die Wärmedämmung des fertigen
Leichtbetons die sogenannte Haufwerkporosität, d. h. die zwischen den einzelnen
Körnern vorhandenen Hohlräume, Einfluß hat.
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Natürliche Zuschlagstoffe, wie Bims oder Lava, besitzen ein großes
Volumen an Eigenporen. Dadurch sind sie nicht nur relativ leicht, sondern die in
den Poren eingeschlossene Luft wirkt auch stark wärmedämmend. Ihrer Entstehung nach
sind diese Stoffe natürliche Gesteinsschmelzen glasigen Charakters. Zu diesen für
den wärmedämmenden Effekt günstigen Faktoren kommt bei der Verarbeitung hinzu, daß
Bims in seiner natürlichen Körnung mit Bindemitteln, wie Zement, Kalk u. ä., Massen
bildet, die zwischen den einzelnen verschieden großen Bimskörnern zahlreiche Hohlräume
enthalten, die dem Wärmedurchgang Widerstand entgegensetzen. Ähnliche Wirkungen
kann man auch mit künstlich hergestellten Leichtbetonzuschlagstoffen, wie Hüttenbims,
Sinterbims u. ä., erzielen.
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Die hiermit erreichbaren Betondruckfestigkeiten sind indessen wegen
der vergleichsweise geringen Eigenfestigkeit des Zuschlagstoffes in vielen Fällen
nicht ausreichend.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, aus Kies und Sand unter Weglassung
bestimmter Kornfraktionen einen sogenannten »Einkornbeton« herzustellen, dessen
einzelne Körner möglichst gleichmäßiger Größe punktförmig zusammengekittet werden.
Durch die sich hierbei in der Betonmasse ergebenden Lufträume ist ein solcher Beton
zwar weniger wärmeleitend als ein normaler Beton aus Kies und Sand, der infolge
der Anwesenheit aller Kornfraktionen wesentlich dichter und geschlossener ist. Ein
Einkornbeton aus Kies und Sand hat zwar eine bessere Festigkeit als Bimsbeton u.
dgl., ist aber weit weniger wärmedämmend, da Kies und Sand kristalline Struktur
haben.
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Die Entwicklung der Verbrennungstechnik hat dazu geführt, daß in modernen,
mit festen Brennstoffen arbeitenden Hochleistungskraftwerken große Mengen von Verbrennungsrückständen
anfallen. Der trockene Ascheabzug ist - vorwiegend aus Gründen der Bewältigung der
Rückstände - mehr und mehr der Schmelzfeuerung gewichen. Während beim trockenen
Ascheabzug der Rückstand gänzlich in Form von feinstem, trockenem Staub anfällt,
wird bei .der Schmelzfeuerung der weitaus überwiegende Teil des Rückstandes als
flüssige Schlacke abgezogen, die im Wasserbad abgekühlt und dabei granuliert wird
(Schlackengranulat). Der kleinere Teil des Rückstan-Jes wird als Flugstaub (vgl.
G u n z / K i r s c h / NI a c k o w s k i, Schlackenkunde, 1958, S. 192 ff.) in
Filteranlagen abgezogen.
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Beide Aschestoffe sind tatsächlich Glasschmelzen. A,uch der Flugstaub
besteht zum größten Teil in der Flugschlacke aus kleinen Glaskügelchen und ichlackeglasfetzen.
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Es ist bekannt, den Flugstaub von Kraftwerken md ähnliche Stoffe entweder
unter Ausnutzung der larin noch befindlichen brennbaren Anteile oder durch Beimischung
von Brennbarem, unter anderem durch Rollieren in einem Teller oder Rohr zu Granalien
od. dgl. zu formen, die auf einem Sinterband oder im Schachtofen gebrannt werden
können. Hierbei wird das Material, durch etwa vorhandene tonige Anteile noch begünstigt,
zu einem leichten und porigen Zuschlagstoff zusammengesintert, der allerdings noch
gebrochen und klassiert werden muß. Durch die mehr oder weniger bizarre Kornform
ist die Masse sperrig. Die technischen Anlagen für eine solche Verarbeitung sind
unverhältnismäßig aufwendig; auch ist der Betrieb kostspielig und demzufolge das
Endprodukt teuer.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es, die vorerwähnten
Verbrennungsrückstände und ähnliche Stoffe in wirtschaftlicher Weise für die Herstellung
vorteilhafter wärmedämmender Betonzuschlagstoffe auszunutzen.
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Erfindungsgemäß werden hierzu Schmelzkammerschlacke, die durch Aufbereiten
in Form von Brechen oder Sieben den Norm-Sieblinien der Betonsande nach DIN 1045
angepaßt worden ist, in Verbindung mit Flugasche und/oder Filterstaub von Feststoff-Feuerungsanlagen
mit einem härtenden Bindemittel in einem Granulierteller und/oder -rohr granuliert
und danach die so hergestellten Pellets gehärtet.
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Aus Veröffentlichungen über die Technik des Pelletisierens, also der
Herstellung von Pellets (Granalien), auch neueren Datums, ist zu ersehen, daß als
Voraussetzung hierfür die Verwendung feinstkörnigen, staubartigen Materials gilt
bzw., wenn die Rohstoffe dieser Voraussetzung nicht genügen, die Verfeinerung derselben
zu solchen Feinststoffen, um sie für das Pelletisieren überhaupt brauchbar zu machen.
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So ist es bekannt, daß Pellets aus Flugasche zur Herstellung 15 bis
25 olo Wasser benötigen, während für die Herstellung von Pellets gemäß dem Verfahren
nach der Erfindung lediglich 7 bis 8 % Wasser erforderlich sind. Der Grund hierfür
liegt in der Tatsache, daß die erfindungsgemäß verwendeten Ausgangsstoffe infolge
des zusammengesetzten Kornaufbaus geringere Oberfläche besitzen, daher zur Anfeuchtung
derselben weniger Wasser bedürfen, woraus wiederum eine Verringerung der Bindemittelmenge
herrührt, ohne daß die Anfangs- und Endfestigkeiten verringert werden.
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Der wesentliche technische Fortschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens
gegenüber dem Stand der Technik besteht also darin, daß entgegen der bisherigen
Regel für die Herstellung von Pellets nicht mehr nur feine und feinste Rohstoffe,
sondern - entsprechend den Gesetzmäßigkeiten der Betontechnologie - solche Rohstoffe
eingesetzt werden können, deren abgestufter Kornaufbau unter anderem einen Verbund
innerhalb der Formlingsmasse zur Erzielung geringerer Stoffoberfläche, geringeren
Bindemittelbedarfs, aber trotzdem höhere Anfangs- und Endfestigkeiten bei geringerem
Oberflächenabrieb hervorrufen.
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Die Größe der hergestellten Pellets ist durch die Veränderung der
Arbeitsweise der Granuliereinrichtung in den gewünschten Grenzen zu halten. Die
Härtung der Körper erfolgt teils durch die Bindemittel, teils durch die im Feststoff
enthaltenen bindefähigen Anteile.
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Die verwendete Schmelzkammerschlacke ist im Ausgangszustand durch
die Abschreckung durch Wasser als glasiger Körper zu spröde. Die einzelnen
Teile
sind mit feinen Haarrissen und Spaltflächen durchsetzt, die Eigenfestigkeit wird
dadurch wesentlich verringert. Die Oberflächen des Granulats sind glatt, die Kanten
scharf. Im Kornaufbau fehlen Anteile unter 1 mm fast ganz. Wird nun dieses Granulat
z. B. in Prallmühlen starken mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, so tritt nicht
nur eine Zerkleinerung ein, die die Anreicherung der Anteile unter 1 mm Größe zur
Folge hat, sondern es wird auch eine Veränderung der Struktur erreicht, indem z.
B. Haarrisse und Spaltflächen die Teilung der betreffenden Körner herbeiführen,
die Flächen aufgerauht, scharfe Spitzen und Kanten abgeschlagen werden. Das Erscheinungsbild
wird kubischer, die Aufrauhung ermöglicht bessere Bindemittelhaftung. Der Kornaufbau
eines so bearbeiteten Granulats entspricht in etwa den Norm-Sieblinien der Betonsande
nach DIN 1045 bzw. den Sieblinien für Betondachsteine nach Hummel.
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Das in dieser Weise vorbereitete Granulat wird nun, mit Filterstaubbeimischung,
mit Zement oder Kalk gemischt, danach auf Granulierteller oder ähnliche Einrichtungen
gebracht und unter entsprechendem Einsprühen von Wasser z. B. zu Granalien geformt.
Die gewünschten Korngrößenbereiche sind durch entsprechende Einstellung der Verformungseinrichtung
leicht einzuhalten.
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Es ist aber auch möglich, falls die Struktur und die Kornzusammensetzung
des anfallenden Schlackengranulats dazu geeignet sind, den unteren Korngruppenbereich
bis zum gewünschten Größtmaß durch Absiebung abzuziehen, mit Filterstaub zu mischen
und im übrigen dem beschriebenen weiteren Verarbeitungsgang zuzuführen.
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Durch die Mischung von Schlackengranulat entsprechender Körnung mit
Filterstaub wird ein den Gesetzmäßigkeiten der Betonzuschlagstoffe genügender Kornaufbau
erreicht, der durch den Verbund innerhalb der Formlingmasse die Erzielung hoher
Betonfestigkeiten ermöglicht. Beispiel 1 Mit einer Beimischung von 5 Gewichtsprozent
Hochofenzement Z 275 zu Flugstaub wurden Granalien in gleichmäßiger Korngröße bis
maximal etwa 10 mm hergestellt. Bei höherer Korngröße steigt der Wasseranspruch,
die Granalien werden ungleichmäßig groß und ihre Grünstandfestigkeit sinkt ab. Die
nach 7 Tagen Luftlagerung gemessene Spaltdruckfestigkeit lag im Bereich von 58 bis
82 kg. Da die Körper nur aus staubförmigem Stoff bestanden, zeigte sich ein erheblicher
Flächenabrieb. Durch höhere Zementzugabe können sowohl Grünstandfestigkeit als auch
Spaltdruckfestigkeit und Abriebfestigkeit verbessert werden. Beispiel 2 Flugstaub
und gebrochenes Schlackengranulat zu gleichen Gewichtsteilen wurden unter Zugabe
von 5 Gewichtsprozent Hochofenzement Z 275 gemicht. Aus dem Gemisch lassen sich
Granalien in gleichmäßiger Größe bis zu etwa 25 mm Größe herstellen. Die Grünstandfestigkeit
dieser Granalien wird durch höheren Wasseranspruch nicht beeinträchtigt. An derart
hergestellten Granalien in der Kornfraktion 7 bis 15 mm wurde nach 7 Tagen Luftlagerung
eine Spaltdruckfestigkeit von 140 bis 149 kg festgestellt. Der Flächenabrieb bei
diesem Gemisch ist sehr gering.
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Für die Erhärtung der Granalien kann sowohl die natürliche Lufthärtung
als auch eine beschleunigte Erhärtung durch Zuführung von Wärme mittels der bei
Beton üblichen Verfahren gewählt werden.
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Das effektive Raumgewicht von Granalien der Korngröße 7 bis 15 mm
beträgt bei der beschriebenen Zusammensetzung rund 2000 kg/cbm. Das Schüttgewicht
hingegen ist etwa 1100 kg/cbm. Der innerhalb eines Kubikmeters solcher Granalien
enthaltene Luftporenraum entspricht also rund 900 kg Material. Da die Größe der
herzustellenden Granalien durch den Spielraum, den die Granuliervorrichtung in Verbindung
mit der Materialzusammensetzung gewährt, weitgehend den Verwendungsmöglichkeiten
des Betonzuschlagstoffes angepaßt werden kann, ist es möglich, auch das Volumen
der Haufwerksporen jeweils auf das gewünschte Optimum zu bringen. Es ist aber erfindungsgemäß
auch möglich, durch Beigabe entsprechender gas- oder porenbildender Stoffe die Masse
poröser zu machen und dadurch das Eigengewicht der Formlinge, z. B. der Granalien,
zu verringern.
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Die durch entsprechende Mischungen zu erzielende hohe Eigenfestigkeit
der Granalien, auch bereits unmittelbar nach Herstellung, gewährleistet eine einfache,
wenig Verlust ergebende Weiterverarbeitung. Sie ermöglicht eine im Verhältnis zu
sperrigem Zuschlagstoff sparsame Anwendung von Bindemitteln zur Verkittung der Granalien.
Bei der Verarbeitung der Granalien ist eine Zusammenrüttlung infolge der Eigenfestigkeit
des Materials nur in kaum nennenswertem Maß möglich, ebenfalls im Gegensatz zu den
meisten anderen Zuschlagstoffen. Hierdurch ist das verhältnismäßig hohe Schüttgewicht
in anderer Relation zu sehen als andere Zuschlagstoffe, die bei geringeren Schüttgewichten
einer mehr oder weniger starken Einrüttlung unterliegen.
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Die Bindung der erfindungsgemäß herzustellenden Granalien kann auch,
statt mit Zement oder Kalk, durch Verklebung mit Kunstharzen oder durch Ausfüllung
mit Schaumkunststoffen erfolgen. Hierdurch wird derselbe wärmetechnische Effekt
erzielt, außerdem aber eine Verbesserung auch der luftschalldämmenden Eigenschaften
erreicht.
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Die Verwendungsmöglichkeiten des durch die Erfindung herstellbaren
Betonzuschlagstoffes sind, allein oder in Verbindung mit anderen zweckmäßigen Zuschlagstoffen,
mannigfaltig. Die Herstellung ist im Vergleich zu anderen Verwertungsmöglichkeiten
der beschriebenen Rohstoffe verhältnismäßig einfach und ohne große Investitionen
möglich. Durch die zahlreichen Anfallstellen der notwendigen Rohstoffe ist die Herstellung
nicht als frachtenverteuernd standortgebunden zu betrachten, somit die Bereitstellung
eines verhältnismäßig billigen, guten, vielseitig verwendbaren Betonzuschlagstoffes
gewährleistet.