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Verfahren zur Herstellung von Graniten, buitem Diarmorg Ziersteinent
Schottersteinen und ähnlichen künstlichen Materialieng und die so erhaltenen
Materialien selbst
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Graniten, buntem Marmor, Ziersteinen, Schottersteineng Abriebsteinen und ähnlichen
künstlichen Materialieng die gleiche oder bessere Eigenschaften und Kennwerte haben
als die entsprechenden natürlichen Steine. Die Erfindung betrifft außerdem die nach
dem Verfahren erhaltenen Materialien selbst.
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Es ist bekanntg daß bis jetzt Materialien aus Kiesen oder Stücken
von Marmorg Granit oder anderen Natursteineng nach Wunsch ausgewählt, die mit hydraulischen
Binderng wie Zement oder plastischen Massen gebunden wurdeng hergestellt worden
sind. Die so hergestellten Stücke werden pollertg so d#ß sie wie Marmor oder Granit
aussehen. Jedoch weisen sie die nachstehend
aufgeführten Nachteile
auf: 1. Infolge der Unmöglichkeit, dem Bindematerial die gleiche Härte zu
gebeng wie sie das gebundene Material hatg kann unterschiedliche Abnutzung in den
Fußböden festgestellt werden.
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2. Es ist mit den hydraulischen Bindemitteln schwer, spiegelartige
Flächen der gebundenen Oberfläche mit folgenden opaken Zonen zu bekommen, die nur
teilweise und zeitweilig das Wachs beim Reinigen aufnehmen.
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3. Vienn die Fußböden oder Beschichtungen am Ort selbst aufgebracht
werden, werden die Marmorstücke oder Kiese für gewöhnlich mit Zementpasten gebunden,
da es nicht möglich ist, das Ganze zu pressen, wie es bei in der Fabrik hergestellten
Gegenständen der Fall ist. So tritt infolge starken Schrumpfens der Paste die Unannehmlichkeit
des Schrumpfens und die Bildung von Rissen aufg die schmutzaufnahmefähig sind.
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4. Wenn ein Bindematerial aus der Gruppe der plastischen Massen genommen
wirdv ist der unter 1. beschriebene Nachteil groß,und außerdem ist jedem
die geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber Hitze dieser Art von Bindematerialien
bekannt.
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Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
von
Graxiitenjp buntem Marmor, Schottersteineng Ziersteinen und ähnlichen künstlichen
Materialien gefunden worden$ bei welchem die oben aufgeführten Nachteile vollständig
beseitigt sindy und das gestattets Produkte zu erhalteng die mit natürlichen Ziersteinen
verglichen werden können und in einigen Fällen noch bessere Eigenschaften haben.
Die Ausgangsmaterialien bei diesem Verfahren sind für diesen Zweck geschmolzene
und mit Wasser oder Luft gekühlte Materialieng oder es sind aus der eisenverarbeitenden
Industrie stammende Schlacken und Legierungen folgender chemischer Zusammensetzung
si02 10 bis 65 dIo CaO 30 bis 60
A120 3 2 bis
12 Mg0 1 bis 8
Fe 2 0 3 1 bis 20 ##b lvhlo 1 bis 20
% 9
die noch andere Oxyde, wie TiO 29 BaO usw. enthalten kann und welche die
Eigenschaften einer vollständigen chemischen Verbindung hat. Wenn zu diesem Zweck
geschmolzene Materialien verwendet werden, ist es möglich, der flüssigen Masse Farbpigmente
zuzufügeng um die gewünschten Farben zu erhalten.
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Die so erhaltenen "Schlacken" oder geschmolzenen Materialien
werden
gemahlen und gesiebt. Auf diese Weise wird ein aktiver künstlicher Kies eines Teilchendurchmessers
von 0,02 bis 25 mm erhalten.
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Der feine Teil der "Schlacken" wird zu einer Feinheit der Zemente
gemahlen und gemäß der Erfindung mit einem Zusatz der später aufgeführten Substanzen
als Bindematerial verwendet.-Das Bindematerial wird mit dem künstlichen Kies und
Wasser vermischt, und eine so erhaltene Mischung wird mittels Pressen, Gießen oder
Ziehen in die gewünschte Form gebracht.
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Der so hergestellte Gegenstand wird einer verstärkten Alterung unter
Dampfdruck bei einer Temperatur von 160 bis 200 0 0 6 bis 12 Stunden
unterworfen; es wird ein Produkt mit der Grundeigenschaftl kompakt zu erscheinen
und das Aussehen eines gesinterten glasigen Materials zu habeng erhalten. Infolge
seiner gleichbleibenden Zusammensetzung und infolge der abgeschlossenen vollständigen
chemischen Reaktion zwischen dem Bindematerial und dem Kies ist die Kontinuität
zwischen dem Kies und dem Bindematerial nirgendwo unterbrochen, es ist vollständig
homogen und isotrop und zeigt daher an allen Punkten den gleichen mechanischen Viiderstandy
die gleiche Abriebfestigkeit, den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten, die
gleiche Chemikalienbeständigkeit und, wenn es poliert worden ist,
die
gleiche spiegelartige Oberfläche.
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Dies ist die Folge davong daß das Bindematerial und der Kies die gleiche
chemische Zusammensetzung und die gleiche physikalische Struktur habent abgesehen
von mit den üblichen technischen Mitteln nicht feststellbaren Unterschieden. Alles
dies trägt dazu bei$ den erfindungsgemäßen Produkten gleiche und/oder bessere Eigenschaften
zu verleiheng als sie Marmorg die Granite und natürlichen Ziersteine im allgemeinen
besitzen$ wobei außerdem die Nachteile der letzteren# wie geringe Widerstandsfähigkeit
gegenüber Chemikalien und den atmosphärischen Einflüssen, nicht bestehen.
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Ferner ist gefunden wordeng daß der künstliche aktive Kies und das
Bindematerialg welche gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden$ aufgrund
ihrer ausgezeichneten Eigenschaften-für sich eingesetzt werden können,-der Kies
zusammen mit den gebräuchlichen Bindematerialien für handgeformte Gegenstände oder
andere Einsatzzwecke anstelle von natürlichem Kiesq das Bindematerial zum Binden
irgendwelcher Arten von Kies oder Aggregaten oder inerten Materialien oder natürlichen
Gesteinsabfällen zur Herstellung irgendwelcher Arten von Gegenständen für die verschiedensten
Einsatzzweckeg u.a.9 insbesondere wegen der spezifischen Härte des Bindematerialag
als Pflasterboden.
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Es ist auch gemäß der Erfindung die Herstellung von
Schleifmaterial
versucht worden, das ganz aus den künstlichen aktiven Kiesen in verschiedenen Partikelgrößenfraktioben,
gebunden mit dem oben beschriebenen Bindematerialg bestehtg was zu guten Ergebnissen
geführt hat.
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Es sind einige Schleifmaterialien erhalten wordeng die zum Glätten
und Polieren von Marmor und Granit und für verschiedene andere Zwecke geeignet sind.
Ferner können die so gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltenen Materialien eine
verfestigende Verstärkung enthalten. In der Praxis wird das Verfahren der vorliegenden
Erfindung folgendermaßen ausgeführt: Wenn Schlacke als Ausgangsmaterial verwendet
wird" die aus Kostengründen nicht sortiert ist, wird die chemische Zusammensetzung
derselben bestimmt, und aufgrund des Ergebnisses wird die erforderliche Korrektur
des gemahlen Teilesq der als Bindematerial eingesetzt wird, vorgenommen, wie aus
den nachstehenden Beispielen zu ersehen ist. Es ist bekannt, daß bei der Alterung
unter Dampfdruck, welche in diesem Fall unbedingt notwendig ist# Reaktionen ablaufeng
die von denen bei normaler Alterung verschieden ist.
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Es ist ein Verfahren entdeckt und gefunden wordeng die Bildung
von Hydrosilikaten des Caleiums aus der Reaktion zwischen den Oxyden mit höherer
Ausbeute ablaufen zu lasseng das dem Bindematerial dieser neuen Entdeckung das Aussehen
geainterten Glases neben einer außerordentlichen
Widerstandsfähigkeit
verleiht.
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Das Systeml das entwickelt wurde, um dieses Ergebnis zu erzieleng
erfordert Zusätze in verschiedenen Mengen, abhängig von der Art der Schlacken oder
den künstlichen Kiesen, die zur Verfügung stehen. Es hat sich jedoch als zweckmäßig
erwieseng Natriumsulfatg Magnesiumsulfatg Natriumfluosilikat, Borsäureg Kieselsäurep
Alkalien (Natrium- und Kalium-Karbonat) und alkalische Silikate des Natriums oder
Kaliums oder Gemische davon zuzugeben oder Silikagelg welches infolge seiner hohen
spezifischen Oberfläche und der Aktivierung der Oxyde und insbesondere des Galeiumsilikates,
unterstützt durch die anderen zugegebenen Substanzen, eine vollständige Reaktion#
wie oben beschriebeng gestattet.
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Alles oben beschriebene wurde entweder unter Ausnutzung und Verwendung
al'Ier Schlacken und Legierungen aus der eisenverarbeitenden Industrie oder unter
Verwendung von hierfür hergestellten Schlacken durchgeführtg welche geeigneter sindg
hochwertige Produkte zu erhalten.
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Die folgenden Beispiele werden zur besseren Veranschaulichung der
Vorteile dieser Erfindung gegeben$ obgleich sie keine Begrenzung darstellen.
Beispiel
1
10 kg in Wasser gekühlter Schlacke eines Schachtofens folgender
Zusammensetzung si02 45 9# A120 3 9 %
Fe 203 2 %
Mno
3 %
0a0 38 74 97 %
wurde so gemahleng daß 6 kg
Kies einer*Teilchengröße im Bereich von 0,2 bis 3 mm erhalten wurden. Die
restlichen -4 kg wurden zu einer solchen Feinheit gemahlen# daß auf einem
170-mesh-Sieb (gemäß ASTM Standard) 1 % Rückstand blieb.
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'Daneben wurde eine Mischung aus 100 g festem Natriumhydroxyd
und 100 g Natriumsilikat hergestellt; Natriumhydroxyd wurde unter Rühren
gelöst» die Lösung wird warm; nachdem das Natriumhydroxyd gelöst warg wurden noch
900 g Natriumsilikat zugegeben. Es wurde eine Lösung einer sehr niedrigen
Viskosität erhalten. 50 g Magnesiumsulfat und 200 g Wasser wurden
dieser 'Lös=g unter Rühren zugegeben, bis das Ganze gelöst war. Zum Schluß wurde
diese Lösung dem gemahlenen Teil zugefügt und dann die ganze Mischung dem Kies zUgesetzt,
wodurch
die Endmischung erhalten wurde. Die Mischung wurde bei 200 kg/cm 2 gepreßt und für
10 Stunden in einen Autoklaven bei 10 atm gebracht. Das Produkt wurde
in der üblichen Weise poliertt so daß ein Material mit einer im wesentlichen gleichen
spiegelartigen Oberfläche und dem gleichen Glanz sowohl im Bindematerial als im
gebundenen Material erhalten wurde.
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Ein solches Material zeigte eine Druckfestigkeit von 2 2 1540 kg/cm
und eine Bruchfestigkeit von 84 kg/cm Beispiel 2 10 kg luftgekühlter
Schlacke eines Schachtofens folgender Zusammensetzungs si02 4 7
A120
3 12 %
pe20 3 3 %
Mno 2 %,
CaO 33 %
wurden vermahleng
so daß 6 kg Kies erhalten werden. Die restlichen 4 kg wurden zu einer
solchen Feinheit vermahlent daß sie auf einem 170-mesh-Sieb (ASTM Series)
1
% Rückstand hinterließen.
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Getrennt davon wurde eine Lösung in der gleichen Weisey wie in Beispiel
1 besehriebeng hergestellt unter Verwendung von 100 g Natriumhydroxydp
100 g + 900 g Natriumsilikat, 50 g Natriumsulfatg 25 g Magnesiumsulfatp
200 g
Wasser. Dieser flüssige Teil,wurde mit einem festen Teil, wie in Beispiel
1, vermischt. Die Mischung wurde bei 200 kg/cm 2 gepreßt und wie in Beispiel
1 beschrieben in einen Autoklaven gebracht. Das Produkt wurde in der üblichen
Weise poliert, wobei ein Material erhalten wurde, das im wesentlichen die gleiche
spiegelartige Oberfläche und den gleichen Glanz sowohl im Bindematerial als auch
im gebundenen Material aufwies.
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Ein solches Material zeigte eine Druckfestigkeit von 2 2 1420 kg/am
und eine Zugfestigkeit von 80 kg/cm Beispiel 3
728 kg
wassergekühlter Hochofenschlacke folgender Zusammensetzung:
si02
34 54
A12 0 3 10 %
Mn 0 2 %
mg0 4 5# BaO 1 %
S
%
TiO 2 %
0a0 4 5 P' wurden vermahlen, so daß 492 kg Kies
einer Teilchengröße im Bereich von 0,2 bis 3 mm und 1,8 kg Silikatsand
einer Teilchengröße von 0,2 bis 3 mm erhalten wurden. Die restlichen
396 kg wurden mit 0»4 kg Silikatsand zu einem Feinheitsgrad vermahleng
so daß auf einem 170 mesh-Sieb (ASTM) ein Rückstand von 1 % blieb.
Getrennt davon wurde eine Lösung, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt
unter Verwendung von 50 g Natriumhydroxyd, 100 + 700 g
Natriumsilikatt
50'g Borsäure, 50 g Natriumfluosilikatg 200 g Wasser. Der flüssige
Teil wurde mit dem festen Teil wie in Beispiel 1 vermischt. Die Mischung
wurde bei 200 kg/cm 2 gepreßt und das Produkt wie in Beispiel 1 in einen
Autoklaven gebracht.
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Es wurde nach den gebräuchlichen Methoden poliertg wodurch ein Material
erhalten wurde$ das im wesentlichen die gleiche spiegelartige Oberfläche und den
gleichen Glanz sowohl im Bindematerial als auch im gebundenen Material aufwies.
Bei
diesem Material wurden folgende Vierte bestimmt: Druckfestigkeit
2100 kg/cm 2 und Bruchfestigkeit 104 kg/cm 2 Beispiel 4
858 kg luftgekühlter
Schlacke eines elektrischen Ofens folgender Zusammensetzung: si02 13
Fe203
10
mgo 8
Eho 8 %
CaO 60 %
wurden so vermahlen, daß
6 % Kies einer Teilchengröße von 092 bis 7 mm erhalten wurde;
2,8 kg des Rückstandes wurde mit 1"2 kg Silikatsand so vermahlen"
daß auf einem 170-mesh-Sieb 1 % Rückstand blieb. Es wurde eine Lösung, wie
in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt unter Verwendung von 30 g Hatriumhydroxyd"-100
9 + 500 g Natriumsilikat, 25 g Magnesiumsulfat, 75 g
Borsäure, 75 9 Natriumfluosilikat2 600 9 Wasser.
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Der flüssige Teil wurde mit dem festen Teil wie in Beispiel
1 vermischt. Die Mischung wurde in Formen gegossen und wie in Beispiel
1 in einen Autoklaven gestellt. Das so erhaltene Material zeigte folgende
Werte.- DruckfeBtigkeit 900 kg/CM2 und Bruchfestigkeit 80 kgleJ.
Beispiel
5
Es wurden mit iiasser gekühlte Eisen-Ohrom-Schlacken folgender
Zusammensetzung verwendet: si02 3 6 %
A12 0 3 12 %
mgo
10 %
CaO 40 %
und Silikatsand einer Teilchengröße von 0,2 bis
7 mm anstelle des künstlichen Kieses. 392 kg Schlacke wurden mit
0,8 kg Silikateand zu einer Feinheit gemahleng dass auf einem 1-70-mesh-Sieb
(ASTM) 1 % zurückblieb. Eine Lösung wurde getrennt davon wie in Beispiel
1 hergestellt unter Verwendung von 40 g Natriumhydroxyd,
100 + 600 g
liatriumsilikatg 100 g Natriumfluosililut,
25 g Borsäureg 10OOg I',lasser.
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Der flüssige Teil wurde mit dem festen Teil wie in Beispiel
1 vermischt. Die Mischung wurde in Formen gegossen und in einen Autoklaveng
wie in Beispiel lp eingesetzt. Das so ,
erhaltene Material ergab folgende
Wertet Druckfestigkeit 970 kg/cm2 und Bruchfestigkeit 105 kg/CM2.
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Beispiel 6 992 kg luftgekühlter Schlacke eines
Martin-Ofens und einer
Zusammensetzung von si02 14 9; A120
3 2.,5 7# Fe20 3 20 %
Mgo 4 %
Mao 11 %
0a0 45
%
wurden gemahleni so daß 6 kg Kies einer Teilchengröße von 0,2 bis
7 mm erhalten wurden; 3,2 kg des Rückstandes wurden mit 0,8
kg Silikatsand zu einer Feinheit vermahlen, daß auf einem 170-mesh-Sieb (ASTM)
ein Rückstand von-1 %
blieb. Getrennt davon wurde die Lösung wie in Beispiel
1
hergestellt unter Verwendung von 50 g Natriumhydroxyd,
100 9 + 300 g Ilatriumsilikat., 50 g Magnesiumsulfat.9
50 g
7
Natriumfluosilikat» 25 g Borsäure und 400
g Wasser. Der flüssige Teil wurde mit dem festen Teil vermischt wie in Beispiel
1 und die Mischung in Formen gegossen und in einen Autoklaven wie in Beispiel
1 eingestellt. Das so erhaltene Material zeigte eine Druckfestigkeit von
2 2 1070 kg/am und eine Bruchfestigkeit von 110 kg/am Beis2iel
7
Eine Mischung folgender Zusammensetzungs
45 Gao
45 si02 8 Ä120 3
2 pe203 wurde geschmolzen und mit Viasser gekühlt7
derart, daß sie glasiges Aussehen annahm; dieser künstliche Kies wurde getrocknet7
vermahlen, gesiebt und fein vermahlenj, so daß drei verschiedene Teilchengrößen
wie folgt erhalten wurden: a) ein erster Kies -einer Teilchergröße zwischen
8 meshsereen und 30 mesh-sereen (gemäß der ASTM-Standard-Reihe)
b) ein zweiter Kies einer Tellehengröße zwischen 30 mesh-sereen und
50 meah-sereen (ASTM-Reihe) c) ein feiner Teil (als Bindematerial)"
der ein 170-mesh-Sieb (ASTM, entsprechend 4900 mesh der Italienischen UNI-Relhe)
passiert.
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Eine lLischung- von
1 kg des getrockneten Materials wurde hergestellt"
der die folgende Zusarnynenset.-lun.#- hntte-.
| Erster Kies (a) 360 g |
| Zweiter Kies (b) 240 g |
| Feiner Teil (c) 360 g |
| Silikatsand (der gleichen |
| Teilchengröße wie der fei- |
| ne Teil) 40 g |
| 1000 g |
-Die Mischung wurde mit 120
g Wasser hergestellt und in eine Würfelform mit
7 x
7 x
7 cm langen Seiten gegossen; die Form wurde in einen
Autoklaven bei
15 Atmosphären
7 Stunden gestellt; es wurde ein Produkt
einer Druckfestigkeit von
550 kg/cm 2 erhalten.
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Beim Arbeiten unter den gleichen Bedingungen und unter Verwendung
einer Würfelform einer Seitenlänge von 4 x 4 x 4 cm wurde ein Produkt einer Druckfestigkeit
von 75 kg/cM2 erhalten.
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Beispiel 8
Beim Arbeiten unter den gleichen Bedingungen
wie in Beispiel 7 und Zufügen von 20 g Natriumsilikat (36 0
Baum6) zum Wasser wurde ein Produkt einer Druckfestigkeit von 820 kg/cm2
und einer Bruchfestigkeit von 103 kg/CM2- erhalten.
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Beisipi21 9
Beim Arbeiten unter den gleichen Bedingungen
wie in
Beispiel 7 und Zufügen von 20 g Natriumsilikat
und 3 9
NaOH zum Wasser wurde ein Produkt erhaltäng das eine Druckfestigkeit
von 1040 kg/cm2 -und eine Bruchfestigkeit von 124 kg/cm2 aufwies.
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Beispiel 10
Es wurde nochmals wie-in Beispiel
7 gearbeitetg doch nur mit 80 g Mischungswasser und Zugabe von
60 g Natriumsilikat und 4 g NaOH zu diesem Wasser. Es wurde
ein Produkt einer Druckfestigkeit von 1245 kg/cm 2 und einer Bruchfestigkeit von
145 kg/cm 2 erhalten.
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Beispiel 11 Es wurde wie in Beispiel
7 gearbeitet, jedoch
mit.80
g
Mischwasserl dem
80 g Natriumsilikat und 2
g NaOR zugegeben
war; da die so erhaltene Mischung weniger fließfähig war als die nach den Beispielen
79 89 9 und
10 erhalteneng war es nötig, sie in die Form zu stamlßn.
Es wurden die folgenden Ergebnisse erhaltent Druckfestigkeit
1500 kg/cm2
und Bruchfestigkeit
110 kg/cm2.
Beispiel 12
Eine Mischung der Zusammensetzung:
23
% 0a0
6 5 c51- si02
6 % A1203
6 % Fe203 wurde geschmolzen
und mit Wasser gekühlt, um einen künstlichen Kies eines glasigen Aussehens zu erhalten;
dieser künstliche Kies wurde dann getrocknetg gemahleng gesiebt und fein vermahleng
so daß drei verschiedene Teilchengrößen wie in Beispiel
7 erhalten wurden.
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Eine Mischung von
1000 g des trockenen Materials mit folgender Zusammensetzung
wurde hergestelltz
| Kies erster Teilchengröße (wie in Beispiel 7) 360 g |
| Kies zweiter Teilchengröße (wie in Beispiel 7) 240
g |
| Feiner Teil (als Bindematerial wie in Beispiel 7) 200
g |
| Weißer Portlandzement 200 g |
| 1000 g |
Dieser Mischung wurden
100 g Wasser und
3 g Natriumhydroxyd zugegeben
und wie in den Beispielen
7 bis
11 verarbeitet. Das erhaltene Produkt
zeigte eine Druckfestigkeit von
1100 kg/cm2 und eine Bruchfestigkeit von
103 kg/cm 2 Beia2iel
13
Es wurde wie in Beispiel 12 gearbeitet,
jedoch u#"#.ne
Zugabe von NaOR. Das erhaltene Produkt zeigt eine
Druckfestigkeit von
870 kg/cm 2 und eine Bruchfestigkeit von
92 kg/cm2.