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BEREICH DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Baumaterialien und insbesondere auf Bauverbundwerkstoff unter Verwendung von Abfallstoffen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Hintergrundbeschreibung enthält Informationen, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nützlich sein können. Sie ist kein Eingeständnis dafür, dass die hierin enthaltenen Informationen zum Stand der Technik gehören oder für die vorliegende Erfindung relevant sind, oder dass Veröffentlichungen, auf die ausdrücklich oder implizit Bezug genommen wird, zum Stand der Technik gehören.
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Einweg-Kunststoffabfälle verursachen Umweltprobleme, da sie bei der Verbrennung Boden, Wasser und Luft verschmutzen. Auch das Recycling ist problematisch, da die Kunststoffabfälle Verunreinigungen wie Lebensmittel, Erde, Schmutz usw. enthalten. Die Reinigung, das Recycling und die Wiederverwendung verbrauchen auch viele Wasserressourcen. Daher können diese Kunststoffe als End-of-Cycle-Kunststoffe eingestuft werden und als Bindemittel für die Herstellung von Bausteinen verwendet werden.
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Andererseits verursacht gebrauchtes Speise- oder Motoröl auch Umweltprobleme, wenn es wahllos in die Kanalisation entsorgt wird. Die Behandlung von mit Öl vermischten Abwässern führt zu Problemen in Kläranlagen. Ähnlich verhält es sich mit dem Klärschlamm der Färbereiindustrie oder dem Textilschlamm, der in den Kläranlagen der Färberei und Textilindustrie anfällt. Die Textilschlämme werden auf offenen Höfen gelagert oder auf Mülldeponien entsorgt. Wenn es regnet, löst sich der Textilschlamm mit Farbstoffen und schädlichen Chemikalien im Regenwasser und verschmutzt erneut Land und Wasser.
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In der Vergangenheit wurden bereits Anstrengungen unternommen, um Kunststoffabfälle zu verwerten. In Kenia werden Kunststoffabfälle zusammen mit Erde oder Sand zur Herstellung von Bausteinen verwendet (Plastic bricks in Kenya - NZAMBI MATEE - Young Champion of the Earth 2020 for Africa). Eine andere Studie zeigt, dass Kunststoffabfälle, Altspeiseöl und Styropor zur Herstellung von Bausteinen auf den Philippinen verwendet werden (Jervin Kabigting, Tarlac City, Tarlac, Philippinen). Einige wenige Studien haben gezeigt, dass Altspeisefette als Weichmacher und Luftporenbildner in Zementbeton verwendet werden und dass Altspeisefette zur Herstellung von Biodiesel verwendet werden (M.C. Matha Sudheer Prem Kumar b Soma V.Chettyc, Technologies for biodiesel production from used cooking oil - A review, Energy for Sustainable Development, 5 Volume 14, Issue 4, December 2010, Pages 339-345).
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Eine Studie zeigt, dass Textilschlamm in Zementbeton bis zu maximal 20 % des Gewichts von Zement oder Zuschlagstoffen zugesetzt wird. Aufgrund der hohen Konzentration von Sulfaten und Chloriden werden Haltbarkeit und Festigkeit verringert (Lekshmi, S., Sasidharan, S., Experimental Investigation on the use of Textile Sludge in Concrete, International Journal of Advances in Engineering & Technology). Die Patentanmeldung
CN104211334A zeigt Hohlziegel und die Rohstoffe für die Herstellung der Hohlziegel sind Abfälle aus dem täglichen Leben der Menschen, wie Plastiktüten, Papier, Plastikflaschen und Textilien. Eine Studie in
CN107032683A zeigt einen energiesparenden Umweltschutzziegel und ein Herstellungsverfahren, bei dem der Ziegelkörper Abfälle oder gebrauchte Kunststoffe, Abfälle und alte Fasern sowie Stroh enthält.
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Daher besteht die Notwendigkeit, Mittel zur Verwertung von Industrieabfällen bereitzustellen, da nur wenige Recycling- oder Wiederverwendungsmethoden nicht ausreichen, um Abfälle, die tonnenweise in einem einzigen Bezirk eines jeden Staates eines Landes entsorgt werden, zu verwerten. Der Schwerpunkt sollte auf dem Recycling oder der Wiederverwendung der oben genannten Abfälle liegen und die durch sie verursachten Umweltgefahren mindern. Daher bietet die vorliegende Offenlegung einen umweltfreundlichen Bauverbundwerkstoff, der Abfallmaterialien verwendet.
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Alle hierin enthaltenen Veröffentlichungen werden durch Bezugnahme in demselben Umfang einbezogen, als ob jede Veröffentlichung ausdrücklich und einzeln als durch Bezugnahme einbezogen angegeben wäre. Wenn eine Definition oder die Verwendung eines Begriffs in einer inkorporierten Referenz nicht mit der hier angegebenen Definition dieses Begriffs übereinstimmt oder im Widerspruch dazu steht, gilt die hier angegebene Definition dieses Begriffs. Dementsprechend sind die in der schriftlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen angegebenen numerischen Parameter bei einigen Ausführungsformen Näherungswerte, die je nach den gewünschten Eigenschaften, die mit einer bestimmten Ausführungsform erreicht werden sollen, variieren können.
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GEGENSTAND DER ERFINDUNG
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Ein Ziel der Erfindung ist es, einen Konstruktionsverbundwerkstoff aus Abfallmaterialien bereitzustellen.
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Ein Ziel der Erfindung ist es, einen Konstruktionsverbundstoff aus Kunststoffabfällen von Verpackungskunststoffen bereitzustellen, die normalerweise in die Umwelt entsorgt und nicht richtig recycelt werden.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Konstruktionsverbundstoff bereitzustellen, der gebrauchte Speiseöle verwendet, die normalerweise Umweltprobleme verursachen, wenn sie wahllos in die Kanalisation entsorgt werden.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Verbundwerkstoff bereitzustellen, bei dem Schlamm aus Färbereien oder Kläranlagen der Textilindustrie als Misch- oder Füllmaterial verwendet wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung offenbart einen Konstruktionsverbundwerkstoff unter Verwendung von Abfallmaterialien, der ein geschmolzenes Material, das ein erstes Material und ein zweites Material umfasst, und Industrieschlamm umfasst.
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In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das erste Material mindestens einen Kunststoffabfall, ausgewählt aus Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und Polyethylenterephthalaten (PET).
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In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der mindestens eine Kunststoffabfall so beschaffen, dass er bei einer Temperatur von weniger als 160 °C (PP), 125 °C (LDPE und HDPE) bzw. 260 °C (PET) geschmolzen werden kann.
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In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung besteht das zweite Material aus mindestens einem gebrauchten Speiseöl, ausgewählt aus Palmöl, Erdnussöl, Sonnenblumenöl, raffinierten Ölabfällen oder Mineralölen.
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In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung handelt es sich bei dem Industrieschlamm um den Schlamm einer Färbe- oder Textilindustrie-Kläranlage.
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In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung besteht das geschmolzene Material aus mindestens einem Kunststoffabfall und mindestens einer gebrauchten Speiseölkombination, die bei einer Temperatur von nicht mehr als 150-190 °C unter Verwendung eines Extruders oder Schmelzers mit einem Mischbehälter geschmolzen wird.
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In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird das geschmolzene Material mit dem Industrieschlamm in einem vordefinierten Verhältnis gemischt, um den Konstruktionsverbund zu erhalten.
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In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst der Konstruktionsverbundwerkstoff mindestens einen Kunststoffabfall in einem Bereich von 40-50%, mindestens ein gebrauchtes Speiseöl in einem Bereich von 25-30% und den Industrieschlamm in einem Bereich von 25-30%.
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In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst der Konstruktionsverbundstoff ferner beliebige andere Beimischungen wie Steinbruchstaub, Flugasche, gemahlene granulierte Hochofenschlacke, Kläranlagenschlamm aus der Gerbereiindustrie oder andere gefährliche Abfälle aus der Industrie, um Eigenschaften wie Festigkeit, Verkapselungsfähigkeit und Dichte des Konstruktionsverbundstoffs zu verbessern.
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Es ist zu beachten, dass, obwohl die vorliegende Offenbarung in Bezug auf eine definierte Gruppe von Funktionsmodulen erläutert wurde, jedes andere Modul oder jede andere Gruppe von Modulen hinzugefügt/gelöscht/geändert/kombiniert werden kann, und alle derartigen Änderungen in der Architektur/Konstruktion des vorgeschlagenen Systems vollständig in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen. Jedes Modul kann auch in ein oder mehrere funktionale Untermodule unterteilt werden, die alle ebenfalls vollständig in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen.
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Verschiedene Objekte, Merkmale, Aspekte und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen deutlicher werden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf Bauverbundwerkstoffe unter Verwendung von Abfallstoffen.
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Es folgt eine detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der Offenbarung. Die Ausführungsformen sind so detailliert, dass sie die Offenbarung klar vermitteln. Im Gegenteil, die Absicht ist, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Geist und den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert.
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Jeder der beigefügten Ansprüche definiert eine eigene Erfindung, die für Verletzungszwecke als Äquivalent zu den verschiedenen in den Ansprüchen angegebenen Elementen oder Einschränkungen anerkannt wird. Je nach Kontext können sich alle nachstehenden Verweise auf die „Erfindung“ in einigen Fällen nur auf bestimmte Ausführungsformen beziehen. In anderen Fällen wird anerkannt, dass sich die Bezugnahmen auf die „Erfindung“ auf einen Gegenstand beziehen, der in einem oder mehreren, aber nicht notwendigerweise in allen Ansprüchen aufgeführt ist.
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Verschiedene Begriffe, die hier verwendet werden, sind nachstehend aufgeführt. Soweit ein in einem Anspruch verwendeter Begriff nachstehend nicht definiert ist, sollte ihm die weiteste Definition gegeben werden, die Personen auf dem einschlägigen Gebiet diesem Begriff gegeben haben, wie sie in gedruckten Veröffentlichungen und erteilten Patenten zum Zeitpunkt der Anmeldung wiedergegeben ist.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Bauverbundwerkstoff unter Verwendung von Abfallstoffen offenbart. Der Bauverbundwerkstoff besteht aus einem geschmolzenen Material, das ein erstes Material und ein zweites Material umfasst, und aus Industrieschlamm. Das erste Material besteht aus mindestens einem Abfallkunststoff, ausgewählt aus Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und Polyethylenterephthalaten (PET). Der Kunststoffabfall kann bei einer Temperatur von weniger als 160 °C (PP), 125 °C (LDPE und HDPE) bzw. 260 °C (PET) geschmolzen werden.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung besteht das zweite Material aus mindestens einem gebrauchten Speiseöl, ausgewählt aus Palmöl, Erdnussöl, Sonnenblumenöl, raffinierten Ölabfällen oder Mineralölen. Bei dem Industrieschlamm handelt es sich um den Schlamm einer Kläranlage der Färbe- oder Textilindustrie.
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung besteht das geschmolzene Material aus mindestens einem Kunststoffabfall und mindestens einer gebrauchten Speiseölkombination, die bei einer Temperatur von nicht mehr als 150-190 °C unter Verwendung eines Extruders oder Schmelzers mit Mischbehälter geschmolzen wird. Das geschmolzene Material wird mit dem Industrieschlamm in einem vorgegebenen Verhältnis gemischt, um den Bauverbundstoff zu erhalten.
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Die Synthese von Verbundwerkstoffen umfasst die Schritte Schmelzen und Mischen. Das Schmelzen des ersten Materials und des zweiten Materials erfolgt in einer Schmelzeinheit, um ein geschmolzenes Material zu erhalten. Das erste Material besteht aus Kunststoffabfällen, während das zweite Material aus gebrauchtem Speiseöl besteht. Die Kombination aus Altkunststoff und Altspeiseöl kann mit einer Temperatur von höchstens 150-190 °C unter Verwendung eines Extruders oder Schmelzers mit Mischbehälter geschmolzen werden. Das erste geschmolzene Material und der Klärschlamm aus der Färberei oder der Textilindustrie werden in einem vorgegebenen Verhältnis gemischt, um einen Konstruktionsverbund zu erhalten.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung besteht der Verbundwerkstoff aus 40-50% Kunststoffabfall, 25-30% Altspeiseöl und 25-30% Industrieschlamm.
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In einer Ausführungsform kann der Anteil der Kunststoffabfälle aus Polypropylen oder Polyethylen oder einer Kombination aus beiden in einem Bereich von 40-50 % liegen. Das Polyethylenterephthalat kann dem Verbundwerkstoff zugesetzt werden, ohne dass der Anteil der Kunststoffabfälle von 40-50 % überschritten wird. Tabelle 1 zeigt, dass PPUOTS8 (PP-Polypropylen, UO-Altöl, TS-Textilschlamm) im Verhältnis 2:2:2 einen maximalen Anteil von 33,33 % Textilschlamm und 33,33 % Altspeiseöl aufweist und eine Druckfestigkeit von 10 N/mm2 bei einer Wasseraufnahme von 6,4 % hat, was für die Verwendung als Bausteine in Ordnung ist. PPPEUOTS9 (PP-Polypropylen, PE-Polyethylen, UO-Altöl, TS-Textilschlamm) mit einem Mischungsverhältnis von 1:1:1:1 besteht zu 25 % aus Textilschlamm und zu 25 % aus Speiseöl, zu 25 % aus Polypropylen und zu 25 % aus Polyethylen und hat die gleiche Druckfestigkeit wie PPUOTS8, aber die Wasseraufnahme ist aufgrund der Zugabe von Polyethylen geringer (1,96 %). PEUOTS6 mit einem Verhältnis von 3:1,5:2 kann 30% Textilschlamm und 23% Altöl 46% Polyethylen enthalten und hat eine Wasseraufnahme von Null Prozent. Es kann als Dampfsperre in Gebäuden mit einer Dicke von nur 7 cm oder 3 Zoll verwendet werden.
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PPUOTS7 im Verhältnis 3:2:2 besteht aus 28,5% Textilschlamm und 28,5% Altöl, 43% Polypropylen und hat eine Wasseraufnahme von Null Prozent. Es kann als feuchtigkeitsbeständiger Streifen in Gebäuden mit einer Dicke von nur 7 cm oder 3 Zoll verwendet werden. PPUOTS3- und PPUOTS4-Mischungen enthalten weniger Textilschlamm (16-11%). Trotzdem ist die Wasseraufnahme gleich Null. Aufgrund der geringeren Verwendung von Textilschlamm und der geringeren Festigkeit können diese Mischungen nicht verwendet werden. Basierend auf den Ergebnissen von PPUOTS1 mit 50 % Polypropylen, 25 % Speiseöl und 25 % Textilschlamm kann die Druckfestigkeit 12 N/mm2 betragen, und die Wasseraufnahme ist mit 1,4 % sehr gering. Eine Verringerung des Kunststoffs und eine Erhöhung des verwendeten Öls führt zu keiner Bindung, wie dies beim PPUOTS5-Würfel der Fall war. Tabelle 1 Vergleich der Ergebnisse
| Mischen Sie | Trockendichte Gms/cc | Wasseraufnahme in Prozent | Druckfestigkeit N/mm 2 |
| PPRS 14C RED SOIL | 1.5 | 2.9 | 12 |
| PPRS 14F RED SOIL | 1.69 | 2.4 | 24 |
| PPTS14 | 0.88 | 6.5 | 24.03 |
| PPTS12 | 0.86 | 3.4 | 20.02 |
| PPUOTS 1 2:1:1 | 1.02 | 1.4 | 12.01 |
| PPUOTS2 3:1.5:1.2 | 0.918 | 0 | 8 |
| PPUOTS3 3:1.5:0.9 | 0.816 | 0 | 6 |
| PPUOTS4 3:1.5:0.6 | 0.88 | 0 | 8.01 |
| PPUOTS5 1:3:3 | 1.18 | 1.21 | 0 |
| PEUOTS6 3:1.5:2 | .084 | 0 | 12.01 |
| PPUOTS7 3:2:2 | 0.87 | 0 | 8 |
| PPUOTS8 2:2:2 | 0.9 | 6.4 | 10 |
| PPPEUOTS9 1:1:1:1 | 0.74 | 1.96 | 10 |
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In einer Ausführungsform kann die so erhaltene Paste in ihren Eigenschaften, wie z. B. der Druckfestigkeit, weiter verbessert werden, indem Steinbruchstaub, Bauschutt, Flugasche und gemahlene granulierte Hochofenschlacke hinzugefügt werden. Klärschlamm aus der Gerbereiindustrie oder andere gefährliche Abfälle aus der Industrie können ebenfalls zusammen mit Textilschlamm verwendet werden, wobei der Anteil von 25-30% nicht überschritten werden darf. Es wurde untersucht, wie sich die Salze des Textilschlamms im Wasser auflösen. 100 g Textilschlamm wurden in 1 Liter Wasser gegeben. Zum Zeitpunkt der Zugabe stieg der Gesamtgehalt an gelösten Feststoffen (TDS) um 500 ppm, wie in Tabelle 2 dargestellt. Am 6. Tag erreichte er 1440 ppm. Die Auslaugungsergebnisse der Würfel stiegen jedoch nur um 20 ppm zum Zeitpunkt der Zugabe ins Wasser. Die Würfel im Wasser erhöhten den TDS-Wert des Wassers am 4. Tag um etwa 200 ppm. Nach dem 3. Tag der Auslaugung von Salz aus den Würfeln als TDS, wie in Tabelle 3 gezeigt, war der Anstieg des Wertes vernachlässigbar, so dass die Auslaugung fast aufgehört hat. Dies beweist die Wirksamkeit des Verbundstoffs bei der Verhinderung der Auslaugung von Salzen aus Textilschlamm. Tabelle 2 TDS-Anstieg im Wasser aufgrund von Textilschlamm
| Seriennummer | TAG | TDS (GESAMTE GELÖSTE FESTSTOFFE) |
| 1. | 0 | 38 OHNE TS (FESTSTOFFE GESAMT) |
| 2. | 0 | 500 |
| 3. | 1 | 710 |
| 4. | 2 | 850 |
| 5. | 3 | 1060 |
| 6. | 4 | 1300 |
| 7. | 5 | 1420 |
| 8. | 6 | 1440 |
Tabelle 3 Auslaugung von Salz aus Würfeln nach TDS
| TAG | PPTS 1:4 | PPUOTS 2:1:1 |
| (Ursprüngliche) 0 | 50 | 32 |
| (Sofort) 0 | 70 | 50 |
| 1 | 130 | 110 |
| 2 | 190 | 160 |
| 3 | 253 | 203 |
| 4 | 253 | 206 |
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In einer Ausführungsform kann der Schlamm aus den Kläranlagen der Färberei- oder Textilindustrie aus den Kläranlagen der Textil- oder Färbereiindustrie gewonnen werden.
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In einer Ausführungsform kann der Konstruktionsverbundwerkstoff beliebige Verhältnisse aufweisen, wie sie in den Testergebnissen gezeigt wurden, oder beliebige andere geeignete Verhältnisse, die die physikalischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs verbessern.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Konstruktionsverbundstoff außerdem beliebige andere Beimischungen wie Steinbruchstaub, Flugasche, gemahlene granulierte Hochofenschlacke, Kläranlagenschlamm aus der Gerbereiindustrie oder andere gefährliche Abfälle aus der Industrie enthalten, um Eigenschaften wie Festigkeit, Einkapselungsfähigkeit (Verringerung der Auflösung von Textilschlamm oder Bestandteilen in Wasser) und Dichte des Konstruktionsverbundstoffs zu verbessern.
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Vorteile der Verbundbauweise unter Verwendung von Abfallstoffen:
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- - Er reduziert den Abfall.
- - Er recycelt Industrieabfälle und Speiseöl.
- - Die Herstellung erfordert ein einfaches Verfahren und ist kostengünstig.
- - Der Verbundstoff ist ungiftig und umweltfreundlich.
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Während das Vorstehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung entwickelt werden, ohne vom grundsätzlichen Umfang der Erfindung abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche bestimmt. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Varianten oder Beispiele beschränkt, die enthalten sind, um eine Person mit gewöhnlichem Fachwissen auf dem Gebiet der Technik in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, wenn sie mit Informationen und Wissen kombiniert wird, die der Person mit gewöhnlichem Fachwissen auf dem Gebiet der Technik zur Verfügung stehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 104211334 A [0006]
- CN 107032683 A [0006]