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Zementartige Masse, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung
derselben Die Erfindung betrifft eine stärker reaktionsfähige zementartige Masse,
ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung. Insbesondere betrifft die
Erfindung ein erdalkali-und flugaschehaltiges, zementartiges Material, das relativ
rasch aushärtet und im Vergleich zu einem bekannten Kalk/ Flugascile-Zement eine
weit höhere Druckfestigkeit aufweist.
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Unter "Pozzolan" und "natürlichem Pozzolan" sind Materialien zu verstehen,
die in der Regel vulkanischen Ursprungs sind und die in Gegenwart von Erdalkalimetalloxi
den und Feuchtigkeit unter Lunahme der Bindefestigkeit innerhalb der Masse eine
langsame Umsetzung erfahren und die schließlich zu einem harten, steinartigen Material
abbinden. Unter dem Ausdruck "Flugasche" ist im vorliegenden Falle, abgesehen von
der späteren Spezifizierung, ein feinteiliger Ascherückstand zu verstehen, der bei
der Verbrennung pulverisierter Kohle entsteht. Diese Asche wird mit den aus dem
Ofen, in dem die Kohle verbrannt wird, austretenden Verbrennungsgasen mitgerissen
und aus diesen Gasen in der Regel mittels einer geeigneten Niederschlagsvorrichtung,
z.B. einem elektrostatischen Abscheider, abgeschieden.
Die bei der
Verbrennung von Ö1 und bei der Verbrennung von Abfällen in einem großen Verbrennungsofen
anfallenden feinpulverisierten Aschen können erfindungsgemäß ebenfalls verwendet
werden, sofern ihre chemische Zusammensetzung der chemischen Zusammensetzung pulverisierter
Kohleflugaschen in angemessener Weise entspricht. Eine derartige Flugasche fällt
in feinteiligem Zustand an, sodaß in der Regel mindestens 70 Gew.-ç%O durch ein
Sieb einer Maschenweite von 200-mesh durchtreten; Aschen aus Müliverbrennungsöfen
können jedoch beträchtlich gröber sein. Flugaschen können zum Unterschied von "natürlichen
Pozzolanen" als "k-ünstliche Pozzolane" bezeichnet werden.
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Der Ausdruck "Kalk" bedeutet hier und im folgenden ungelöschten Kalk,
gelöschten Kalk, oder Kalkschlamm. Der Ausdruck "gelöschter Kalk" wird für ein trockenes
Pulver verwendet, das bei der Behandlung von ungelöschtem Kalk mit soviel Wasser,
daß seiner chemischen Affinität zu Wasser unter den ihm eigenen Hydratisierungsbedingungen
Genüge geleistet wird, erhalten wurde. Er besteht im wesentlichen aus Kalzimntwdroxid
oder einem Gemisch aus Kalziumhydroxid mit Magnesiumoxid und/oder Magnesiumhydroxid.
Der Ausdruck "ungelöschter Kalk" steht für ein kalziniertes Material, -dessen Hauptteil
aus Kalziumoxid oder einer Mischung von Kalziumoxid mit geringeren Mengen an Magnesiumoxid
besteht und das in Wasser aufgeschlämmt werden kann. Der Ausdruck "Kalkschlamm"
läßt sich im vorliegenden Falle auch ohne weiteres gegen "gelöschten Kalk" austauschen.
Sowohl "gelöschter Kalk" als auch 'tKalkschlamm" können mit einem Überschuß an Wasser
versetzt sein, wobei dann in jedem Falle eine feuchte oder aufgeschlämmte Masse
zu verstehen ist.
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Zur Pozzolanreaktion fähige zementartige Massen,die aus einer
Umsetzung
von Kalk mit Flugasche hervorgegangen sind, sind, insbesondere zur Herstellung von
Straßen- und Gehwegunterlagen, beispielsweise aus den USA-Patentschriften 2 564
690 und 3 076 717 bekannt.
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In derartige Passen werden oftmals auch Zuschlagstoffe eingearbeitet.
Unter dem Ausdruck "Zuschlagstoffe" sind hier und im folgenden natürlich vorkommende
oder künstliche anorganische Materialien zu verstehen, von denen die meisten gegenüber
Flugasche und Kalk praktisch chemisch inert und in Wasser praktisch unlöslich sind.
In typischer Weise können solche Zuschlagstoffe aus Kalkstein, Sand, Hochofenschlacke,
Kies, synthetischen Zuschlagstoffen und dgl. bestehen.
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Die Hauptschwierigkeit bei den bekannten, zementartigen Kalk/Pozzolan-
oder KalkiFlugasche-Massen bildet ihre ziemlich langsame Aushärten bzw. Abbindegeschwindigkeit.
Hinzu kommt noch die Frage der Haltbarkeit bei abwechselndem Naßwerden und Trocknen
oder Gefrieren und Wie derauft auen.
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Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, eine zementartige Masse
zu schaffen, die rascher aushärtet oder abbindet sowie bei Verwendung normaler Mengen
an zementartigem Material eine größere Druckfestigkeit und bei Verwendung von weniger
zementartigem Material eine entsprechende Druckfestigkeit aufweist wie übliche bekannte
zementartige Massen.
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Es wurde nun gefunden, daß sich die gestellte Aufgabe mit einem Gemisch
aus einer hochaktiven Flugasche und einer Erdalkalimetallionen liefernden Verbindung,
beispielsweise einer Mischung aus aufgelockerten Kalkpartikeln und Flugasche lösen
läßt. Diese einzigartigen Materialien rühren von der Wechselwirkung
kleiner
glasartiger Kügelchen, die in der Flugasche enthalten sind oder als Bestandteil
derselben gebildet werden, mit anderen Partikeln oder mit sich selbst her. sie anderen
Partikel können beispielsweise aus Kalk, der im Rahmen dieses Verfahrens für eine
Auflockerung und Aktivierung besonders empfänglich ist, bestehen. Zur Ausbildung
dieses hochaktiven Zustands aufgelockerter Substanzen mit verringerter Partikelgröße
kann das Material beispielsweise in Gegenwart solcher kleiner Glaskügelchen in einer
Kugelmühle vermahlen werden. Ähnliche Ergebnisse erhält man auch bei der Durchführung
anderer Aktivierungsverfahren, bei denen eine rasche Bewegung der einzelnen Partikel
gegeneinander stattfindet. Diese Gegenbewegung führt zu einer Auflockerung, einer
allgemeinen Verminuerung der Partikelgröße und möglicherweise zu einem gewissen
Bruch der Glaskügelchen. Die wesentlichste Anforderung an das Aktivierungsverfahren
besteht darin, daß bei-seiner Durchführung die kleinen Glaskügelchen in der Flugasche
mit den anderen Partikeln oder mit sich selbst in eine solche Wechselwirkung gebracht
werden, daß es zu einer Auflockerung und zu einer Verminderung der Partikelgröße
und einer daraus resultierenden Aktivierung kommt.
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In der Regel sollen Magnesium und Kalzium, deren Konzentrationen
auf der Basis ihrer Oxide berechnet werden, mindestens 5 Gew.-% der jeweiligen Masse
ausmachen.
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Einer aktivierten, zementartigen Masse gemäß der Erfindung können
vor Gebrauch beliebige reaktionsfähige oder nicht-reaktionsfähige Zuschlagstoffe,
wie beispielsweise Kiesel, Schlacke, Sand, Schotter oder Kalkstein zugesetzt werden.
Unter bestimmten Bedingungen kann es auch zweckmäßig sein, in die aktivierte, zementartige
Masse nicht-aktivierte Flugasche einzuarbeiten.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Im einzelnen zeigen: Fig. 1 eine Mikrophotographie einer in üblicher Weise dispergierten
Kalk/Flugasche-Miachung; Fig. 2 eine Mikrophotographie einer Kalk/Flugasche-Mischung
entsprechend Fig. 1 nach einer erfindungsgemäß durchgeführten Behandlung; Fig. 3
eine Mikrophotographie von Kalk, wie er in den in Fig. 1 und 2 dargestellten Mischungen
verwendet wurde; Fig. 4 eine Mikrophotographie des Kalks, wie er in Fig. 3 dargestellt
ist, nach einer erfindungsgemäß durchgeführten Behandlung, ähnlich der zur Herstellung
der in Fig. 2 dargestellten Mischung durchgeführten Behandlung; Fig. 5 und 6 Mikrophotographien
typischer Steinkohlenflugaschen, aus welchen die Glaskügelchen, in den Glaskügelchen
eingeschlossene Materialien und nicht glasartige Partikel ersichtlich sind; Fig.
7 und 8 Mikrophotographien, mit polarisiertem bzw.
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nicht-polarisiertem Licht, einer ausgehärteten bzw. abgebundenen
Kalk/Fu'gasche-Mischung; Fig. 9 eine graphische Darstellung von nicht-umgesetstem
-Restkalziumhydroxid in ausgehärteten Kalk/Flugasche-Mischungen nach verschiedenen
Zeiträumen, wobei in der graphischen Darstellung erfindungsgemäß
behandelte
Mischungen nicht-erfindungsgemäß behandelten Mischungen gegenüber gestellt sind
und Fig. 10 und 11 graphische Darstellungen der IkuckSestigkeit gegen den Kalkgehalt
von Kalk/Blugasche/Sand' Mischungen, wobei die erfindungsgemäß behandelten Mischungen
nicht-erfindungsgemPR behandelten Mischungen gegenüber gestellt sind.
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Es hat sich gezeigt, daß bei der Gewinnung von Flugasche bei hohen
Temperaturen in kohlebeheizten Dampfgeneratoren etwas Siliziumdioxid und Aluminiumtrioxid
(der Asche) in situ zu winzigen Glaskügelchen verfestigt werden; ferner wurde gefunden,
daß Flugasche, und sofern weiteres Erdalkalimetalloxid benötigt wird, Kalk in Gegenwart
solcher winziger Glaskügelchen zu einer relativ rasch eine hohe Druckfestigkeit
entwickelnden Masse verarbeitet werden können. Die relativ harten Glaskügelchen
machen, je nach der Herkunft der Flugasche, in der Regel 40 bis 60% der Flugasche
aus und besitzen einen Durchmesser von 1 bis 70 Mikron. Bei dem Aktivierungsverfahren
wirken sie daher als mikroskopisch kleine Schleifkugeln, mit deren Hilfe die anderen
Partikel in der Mischung, insbesondere nicht-glasartige Flugaschepartikel und aufgelockerte
Kalkpartikel, zerbrochen werden. Hierbei werden in dem nicht aus Glaskügelchen bestehenden
Anteil der Flugasche enthaltene reaktionsfähige Verbindungen, wie beispielsweise
Xalziumoxid, das in der Regel unter einer Kalziunisulfathülle verborgen ist, und
Magnesiumoxid, das in der Regel von einer Hülle aus totgebranntem Material derselben
Zusammensetzung bedeckt ist, in Freiheit gesetzt. Weitere reaktionsfähige Bestandteile
des nicht-glasartigen Anteils der Flugasche sind AlkalImetallverbindungen und Sulfate.
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Je nach dem Behandlungsverfahren können die Glaskügelchen selbst
ebenfalls bis zu einem gewissen Ausmaß brechen.
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Hierbei werden die Innenflächen der Glaskügelchen, die in der Regel
aus Si lizium/Aluminium-verb indungen anderer und höherer Reaktionsfähigkeit als
sie die äußeren Schichten der Glaskügelchen aufweisen, blogelegt. Diese andersartige
und höhere Reaktionsfähigkeit beruht auf einer durcn die rasche Abkühlung dieser
glasartigen Partikel beruhenden, belastungsbedingten, kristallinen Disorientierung.
Beim Zerbrechen der Glaskügelchen werden auch die durch die rasche Abkühlung und
Bildung der glasartigen Partikel in fester Lösung eingeschlossenen metastabilen
Arten und andere reaktionsfähigen Bestandteile freigesetzt.
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In der Regel erhöht sich die Reaktionsfähigkeit der Ibrischung mit
zunehmender Verfügbarkeit an reaktionsfähigen J3estandteilen, der mikroskopischen
Verteilung dieser Substanzen und einer Erhöhung des Oberflächenbereichs der reaktionsfähigen
Partikel.
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Diese Eigenschaften gehen am besten aus den Mikrophotographien der
Figuren 1 bis 6 hervor. Die Mikrophotographie gemäß Fig. 1 zeigt eine 1:10 Kalk/Flugasche-Mischung,
die durch kräftiges Schütteln der Einzelbestandteile der Mischung in üblicher Weise
zusammengemischt wurde. In der Mikrophotographie sind deutlich große Kalkpartikel
A mit maximalen Abmessungen in der Größenordnung von 100 Mikron, kleinere Partikel
B von Flugaschebestandteilen und spezifisch glasartige, kugelförmige teilchen C
zu sehen. Nach 30-minütiker Bearbeitung dieser Substanzen in einer chargenweise
arbeitenden Labormühle ist die Durch-Mischung, wie sich dies aus Fig 2 ergibt, wesentlich
vollständiger und inniger. Wesentlich
wichtiger ist jedoch, daß
die Kalkpartikel A deutlich aufgelockert und die Partikelgröße der Bestandteile
allgemein vermindert sind. Die maximalen Abmessungen der aus Fig. 2 ersichtlichen,
aufgelockerten Kalkpartikel liegen in der Regel unter 35 Mikron. In der Mikrophotographie
von Fig. 2 sind auch zerbrochene Glaspartikel C deutlich zu sehen.
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Zum Vergleich bricht Kalk, von welchem in Fig. 3 eine Mikrophotographie
dargestellt ist, bei 30-minütiger, getrennter Bearbeitung in einer chargenweise
arbeitenden Mühle - anders als bei einer gleichzeitigen Bearbeitung von Kalk und
Flugasche- nicht. Statt dessen bleibt die Größe der zusammengeballten kalkpartikel
gleich oder wird sogar größer (vgl. Fig. 4). Das selbe Phänomen ist in der USA-Patentschrift
2 409 546 beschrieben.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen zu Vergleichszwecken Mikrophotographien
zweier typischer Flugasche mit Glaskügelchen C und darin eingeschlossenen Partikeln
D. Andere in den Mikrophotographien der Figuren 5 und 6 feststellbare Flugaschebestandteile
sind nicht-verbrannte Kohlepartikel E und andere kristalline Partikel F.
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Wie bereits erwähnt, sind bei bekannten Kalk/Flugasche-Mischungen
die Partikelgröße sowie der Einschluß und die Verteilung der Reaktionspartner für
eine relativ niedrige Reaktionsgeschwindigkeit zwischen den Reaktionspartnern verantörtlich.
Der nachteilige Einfluß dieser relativ langsamen Reaktionsgeschwindigkeit bei den
bekannten Mischungen wird noch dadurch verstärkt, daß neben der Hauptreaktion unter
Bildung der verschiedensten Verbindungen, von denen einige selbst die Hauptreaktion
weiter hemmen können, unerwünschte Nebenreaktionen ablaufen können. Ein Beispiel
für solche
Nebenreaktionen ist die Bildung von Kalziumkarbonathüllen
auf den zusammengeballten Kalkpartikeln, was zu einer beträchtlichen Verminderung
der Reaktionsgeschwindigkeit des restlichen Kalks führt. Diese Kalziumkarbonathüllen
können aus den Mikrophotographien der Figuren 7 und 8, die mit polarisiertem bzw.
nicht-polarisiertem Licht auf genommen worden sind, als kristalliner Rand G rund
um die Kalkpartikel H entnommen werden. Diese Kalziumkarbonathüllen isolieren in
der hat die Kalkpartikel gegen eine weitere Reaktion. Die Mikrophotographien der
Figuren 7 und 8 zeigen einen uer schnitt durch einen feuchten, gehärteten Kalk/ilugasche-Prüfling.
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Erfindungsgemäß lassen sich die geschilderten Einflüsse der genannten
Hemmfaktoren erheblich vermindern. Dies ergibt sich insbesondere daraus, daß zahlreiche
Proben von aus aufgelockertem Kalk und Flugasche bestehendem, zementartigem Material
verminderter Partikelgröße und mikroskopischer Verteilung der einzelnen Partikel
sowohl vollständiger als auch rascher reagieren als entsprechende bekannte Mischungen.
Diese Verbesserung läßt sich an Hand des nicht-umgesetzten Restkalks und der durch
das betreffende Material während aufeinanderlolgender Intervalle entwickelten Festigkeit
oder an Hand der bei niedrigeren Kalkkonzentrationen im selben Zeitraum entwickelten
Festigkeit ermitteln.
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Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.
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Beispiel 1 Es wurde eine Mischung aus einem Gewichtsteil dolomitischem
Kalk-Monohydrat
und zwei Gewichtsteilen Steinkohlenflugasche hergestellt. Hierauf wurde die erhaltene
Mischung 30 min lang in der zur Herstellung der in den Mikrophotographien der Figuren
2 und 4 dargestellten Mischungen verwendeten, chargenweise arDeitenden Labormühle
behandelt.
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Die verwendete Mühle enthielt einen 25,4 cm langen Sylinder eines
Durchmessers von 58,4 cm. Der Zylinder war anhin der Mitte beider kreisförmiger
Enden befestigter Auflager drehbar gelagert und wurde mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit
von 30 Upm umlaufen gelassen. Längs der Innenseite der zylindrischen Wand waren
3 voneinander in gleichem Abstand angeordnete Erhebungen, d.h. vorspringende Grate,
vorgesehen.
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Diese Erhebungen waren so ausgestaltet, daß die im Zylinderinneren
befindlichen Kugeln in Drehrichtung teilweise angehoben wurden und dann auf die
Probe fielen. Letztere wurde hierbei zerstoßen.' Die in der verwendeten Mühle zum
Zerstoßen des jeweiligen Materials zu einem feinen Pulver enthaltenen Kugeln bestanden
aus etwa 136,1 kg gehärteter Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 1,27 cm.
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In der Regel wurde die verwendete Mühle mit 9,1 kg des zu behandelnden
Materials beschickt.
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Bestimmte Mengen der gemahlenen bzw. zerstoßenen Mischung wurden
mit genügend Wasser zu einem feuchten Kuchen gemischt.
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Jeweils 6 g des erhaltenen feuchten Kuchens wurden in eine zylindrische
Form eines Durchmessers von 28,58 mm eingebracht und in einer Carver-Laboratoriumspresse
verdichtet. Die hierbei erhaltenen Prüflinge wurden anschließend bei einer Temperatur
von 320C und einer relativen Luftfeuchtigkeit; von etwa 100% ausgehärtet.
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Ein Gewichtsteil desselben hydratisierten Kalks wurde mit zwei Gewichtsteilen
derselben Flugasche durch kräftiges Schütteln in einem verschlossenen Behälter vorgemischt.
Der auf diese Weise erreichte Mischungsgrad war vermutlich ebenso gut wie bei den
bekannten Kalk/Flugasche-DIischungen. Die hierbei erhaltene Mischung wurde mit Wasser
versetzt, verfestigt und unter denselben Härtungsbedingungen wie die erfindungsgemäß
behandelte Kalk/Flugasche-Mischung ausgehärtet.
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Nach 3-tägigem Härten wurde jeweils 1 Prüfling (aus den einzelnen
Mischungen) aus der Härtungskammer entnommen und einem Bruchbiegungstest unterworfen.
Der aus der zerstoßenen Kalk/Flugasche-Mischung hergestellte Prüfling besaß einen
Bruchpunkt bei 433 g; der Prüfling aus der nicht-erfindungsgemäß behandelten Kalk/Flugasche-Mischung
besaß einen Bruchpunkt von weniger als 100 g. Ein weiterer Prüfling aus jeder der
Mischungen wurde nach insgesamt 1 Woche dauernder Härtung aus der Härtungskammer
entnommen. Zu ,7leoem Zeitpunkt besaß der aus der erfindungsgemäß zerstoßenen KalkjFlugasche-Idischung
gefertigte Prüfling einen Bruchpunkt von 830 g, während der aus der durch Schütteln
hergestellten Kalk/Flugasche-Mischung gefertigte Prüfling eine Bruchfestigkeit von
nur 180 g aufwies.
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In gleicher Weise, wir beschrieben, wurden Prüflinge aus einer Kalk/Flugasche-Mischung,
enthaltend einen Gewichtsteil desselben dolomitischen Kalk -Monohydrats und, 10
Gewichtsteile derselben Steinkohlenflugasche hergestellt und auf ihre Bruchbiegefestigkeit
untersucht. Nach 3-tägigem Aushärten in feuchter Atmosphäre besaß der aus der erfindungsgemäß
zerstoßenen bzw. vermahlenen Kalk/Flugasche-Mischung gefertigte Prüfling einen Bruchpunkt
von 540 g; der aus der durch Schütteln hergestellten Ealk/Flugasche-Niischung gefertigte
Prüfling besaß dagegen nur einen Bruchpunkt von weniger als 100 g. Nach
einer
insgesamt eine Woche dauernden Aushärtung besaß der aus der zerstoßenen bzw. vermahlenen
Kalk/Flugasche-Mischung gefertigte Prüfling einen Bruchpunkt von 1086 g, während
der aus der nicht-behandelten Mischung hergestellte Prüfling lediglich eine Festigkeit
von 180 g aufwies. Diese Werte zeigen klar und deutlich die stark verbesserte Festigkeit,
die sich durch Verwendung einer innig dispergierten, aufgelockerten Kalk/Flugasche-Mischung
bzw. -Masse gemäß der Erfindung erreichen läßt.
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Die erhaltenen Ergebnisse sind nochmals in der folgenden Tabelle
I einander gegenübergestellt: Tabelle I Bruchfestigkeit der einzelnen Prüflinge
in g Verhältnis Kalk:Flugasche 1:2 1:2 1:10 1:10 erfindungsgemäß behandelt nein
ja nein ja Bruchpunkt nach 3 Tagen 100 433 100 548 nach 1 Woche 180 830 180 1086
Beispiel 2 In gleicher Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden unter Verwendung
derselben Flugasche und desselben dolomitischen Kalk-Monohydrats wie in Beispiel
1 Prüflinge aus Mischungen, enthaltend einen Gewichtsteil Kalk und 10 Gewichtsteile
Steinkohlenflugasche, hergestellt. Die jeweilige Mischung wurde einmal in der chargenweise
arbeitenden labormühle und das andere
Mal durch Schütteln in einem
verschlossenen Behälter bearbeitet. Im vorliegenden Beispiel wurde eine Mischung
30 min lang und eine zweite Mischung 15 min lang bearbeitet.
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Die aus den einzelnen Mischungen hergestellten Prüflinge wurden in
der in Beispiel 1 geschilderten Weise gehärtet und nach 1, 2 und 16 Woche(n) dauernder
Härtung durch Röntgenstrahlenbeugung auf ihren Kalziumhydroxidgehalt analysiert.
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Gleichzeitig wurden auch nicht-gehärtete Massen untersucht.
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Es hat sich gezeigt, daß die Geschwindigkeit des Ealziumhydroxidverbrauchs
mit zunehmender Behandlungszeit angestiegen war. Bei der am längsten behandelten
Mischung war das Kalziumhydroxid nach 2 Wochen dauernder Härtung vollständig verbraucht.
Bei den kürzer behandelten Mischungen war das Kalziumhydroxid in 16 Wochen verbraucht;
bei den nicht-behandelten Mischungen waren dagegen nach 16 Wochen dauernder Aushärtung
noch 30% Kalziumhydroxid festzustellen. Diese Ergebnisse, die in Fig. 9 graphisch
dargestellt sind, zeigen die weit größere Reaktionsfähigkeit der Kalk/Flugasche-Massen
gemäß der Erfindung.
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Es sei darauf hingewiesen, daß bei den im vorliegenden Beispiel verwendeten
Materialien, Mischungsverhältnissen und Misch- oder Behandlungsverfahren die nicht-behandelte
Mischung und die 30 min lang bearbeitete, zerstoßene bzw.
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vermahlene Mischung den in den Mikrophotographien der Figuren 1 und
2 dargestellten Massen entsprechen.
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Ferner sei darauf hingewiesen, daß auch eine weit kürzere mechanische
Behandlung (als die im vorliegenden Beispiel 15 min dauernde mechanische Mindestbehanulung)
einen deutlichen Beitrag zur Verbesserung der Reaktionsfähigkeit von Kalk/Flugasche-Mischungen
leistet. Der Grad der Verbesserung hängt selbstversteldlich vom jeweiligen Ausgangsmaterial,
vom jewelligen
Aktivierungsverfahren und der Behandlungsdauer
ab.
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So können beispielsweise bei Verwendung eines Mischers mit hochtourig
routierendem Rührer lediglich 5 min erforderlich sein, um eine sehr hohe Verbesserung
der Reaktionsfähigkeit zu erreichen.
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Beispiel 3 Es wurde eine Reihe von Mischungen aus dolomitischem Kalk-Monohydrat,
Steinkohlenflugasche und Kieselsand hergestellt.
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3 solche Mischungen enthielten 1, 2 bzw. 3% gelöschten Kalk, jeweils
20% Steinkohlenflugasche und 791 78 bzw 77 Kieselsand. Sämtliche Mischungen wurden
Festigkeitsversuchen unterworfen. Aus den einzelnen Massen bzw. Mischungen wurden
11,7 cm lange Zylinder eines Durchmessers von 10,2 cm geformt, die in verschlossene
Behälter gestellt wurden. Letztere wurden in einen 37,8°C warmen Ofen gelegt. Nach
einer bestimmten Aushärtdauer wurden die Zylinder aus den Öfen entnommen, mit Wasser
gesättigt und auf ihre Druckfestigkeit bei unbehinaerter Seitenausdehnung untersucht.
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Bei den aus den 7 Mischungen hergestellten Prüflingen wurden nach
7-tägigem Aushärten bei 37,80C folgende Druckfestigkeit swerte ermittelt: Mit 1%
Kalk:23,03 kg/cm2 - mit 2% Kalk: 38,92 kg/cm2 - mit 3 Kalk: 47,95 kg/cm². Nach 14-tägigem
Aushärten wurden folgende Druckfestigkeitswerte ermittelt: Mit 1% Kalk: 28 kg/cm2
- mit 2% Kalk: 52,92 kg/cm2 - mit 3* Kalk: 63,7 kg/cm².
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Erfindungsgemäß wurde eine Mischung, enthaltend ein Ge-Gewichtsteil
dolomitischen Kalk-Monohydrats und 10 Gewichtsteile Steinkohlenflugasche in der
in Beispiel 1 geschilderten Weise zerstoßen bzw. vermahlen. Die Mischungen wurden
in der vorher beschriebenen Weise hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, daß der
gesamte Kalkgehalt der Mischungen als Teil der behandelten Kalk/Flugasche-Masse
(wobei in der mischung auch zusätzliche Flugasche verwendet wurde) zugeführt wurde.
Die einzelnen Mischungsverhältnisse waren: 1% gelöschter Kalk, 27% Flugasche und
72% Kieselsand; 2% gelöschter Kalk, 26% Flugasche und 72% Kieselsand. Die hierbei
erhaltenen Massen wurden nach ihrer Verarbeitung zu Prüflingen in der geschilderten
Weise untersucht. Die Prüflinge besaßen nach 7-tägigem Aushärten bei 37,80C folgende
Druckfestigkeitswerte: 1% Kalk: 49,35 kg/cm2 - 2% Kalk: 127,12 kg/cm2.
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Nach 14-tägigem Aushärten bei 37,80C besaßen die Prüflinge folgende
Druckfestigkeitswerte: Mit 1% Kalk: 58,45 kg/cm² -29 Kalk: 140,65 kg/cm2 . Die Ergebnisse
dieser Versuche, die in Fig. 10 graphisch dargestellt sind, zeigen wiederum die
deutliche Fe stigkeitsverbesserung von Kalk/Flugasche-Mas sen gemäß der Erfindung
selbst bei niedrigerem Kalkgehalt.
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Beispiel 4 Es wurden Massen aus demselben dolomitischen Kalk-Monohydrat,
derselben Flugasche und demselben Kieselsand wie in Beispiel 3 hergestellt. 3 derartige
Mischungen enthielten 3, 4 bzw. 5% gelöschten Kalk, jeweils 20% Flugasche und 77,
76 bzw. 75% Kieselsand. Aus diesen Mischungen hergestellte Prüflinge besaßen nach
7-tägigem Aushärten bei 37,80C folgende Druckfestigkeitswerte: Bei 3% Kalk: 47,95
k kg/cm2 2 - 4% Kalk: 64,75 kg/cm2 - 5% Kalk: 69,02 kg/cm2. Nach 14-tägigem Aushärten
bei
37,80C besaßen die Prüflinge folgende Druckfestigkeitswerte: Bei 3% Kalk: 63,7 kg/cm2
- 4% Kalk: 96,04 kg/cm2 -5% Kalk: 106,95 kg/cm2.
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Eine Mischung aus einem Gewichtsteil des dolomitischen Kalk-Monohydrats
und zwei Gewicht steilen Steinkohlenflugasche wurden in der in Beispiel 3 geschilderten
Weise erSindungsgemäß bearbeitet. Auch im vorliegenden Falle stammte der gesamte
Kalkgehalt der au untersuchenden Massen aus der bearbeiteten Kalk/Flugasche-Mischung.
Die einzelnen Mischungen besaßen folgende Zusammensetzung: 2% gelöschter Kalk, 269
Flugasche und 72* Kieselsand; 4%.gelöschter Kalk, 24% Flugasche und 72So Kieselsand.
Daraus hergestellte Prüflinge zeigten nach 7-tägigem Aushärten bei 37,80C folgende
Druckfestigkeitswerte bei unbeeinflußter Seitenausdehnung: Mit 2% Kalk: 98,56 kg/cm2
-4% Kalk: 162,05 kg/cm2. Nach 14-tägigem Aushärten bei 37,8°C besaßen die Prüflinge
folgende Druckfestigkeitswerte:Mit 2% Kalk: 120,61 kg/cm2 - 4% Kalk: 193,90 kg/cm2.
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Diese Ergebnisse, die in Fig. 11 graphisch dargestellt sind, zeigen
ebenso wie die Ergebnisse der vorherigen Beispiele die größere Druckfestigkeit von
Kalk/Blugasche-Massen gemäß der Erfindung im Vergleich zu entsprechenden bekannten
Massen.
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Darüberhinaus zeigen die Beispiele 3 und 4 daß sich diese verbesserte
Festigkeit (auch) beim Einarbeiten eines Zuschlagstoffs in die hochaktive, aufgelockerte
Kalk/Flugasche-Masse gemäß der Erfindung erreichen läßt.
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Beispiel 5 Um ein anderes Aktivierungsverfahren zu demonstrieren,
wurde ein Strahlenmischer, in welchem die Auflockerung und Verminderung der Partikelgröße
mit Hilfe von Druckluftstrahlen erfolgt,
verwendet. Im vorliegenden
Beispiel wurde eine Mischung aus einem Gewichtsteil eines entsprechenden dolomitischen
Kalk-Monohydrats wie in den vorherigen Beispielen und 10 Gewichtsteilen derselben
Steinkohlenflugasche wie in den vorherigen Beispielen hergestellt und in einem Lab
oratoriumsmischer gründlich durchgemischt Ein Teil der erhaltenen "Vormischung"
wurde in dem Strahlenmischer weiter durchgearbeitet. Zur Herstellung der in dem
Strahlenmischer bearbeiteten Massen wurde mit zwei Zufuhrgeschwindigkeiten gearbeitet.
Die bearbeiteten Massen wurden zusammen mit einer Vergleichsprobe ("Vormischung")
zu Prüflingen ausgeformt, die verschieden lange in einer feuchten Umgebung ausgehärtet
wurden. Die Bruchfestigkeitswerte der einzelnen Prüflinge nach verschieden langem
Aushärten sind in der folgenden Tabelle II zusammengestellt: Tabelle II Bruchfestigkeit
der einzelnen Prüflinge in g Verhältnis Kalk:Flugasche 1:10 1510 1:10 erfindungsgemäß
behandelt nein ja Ja Vibratorgeschwindigkeit -- 60 (hoch) 40 (mittel) (8teuerung
der Zufuhrgeschwindigkeit) Bruchfestigkeit nach 4 Tagen 179 355 847 nach 4 Wochen
1297 1345 1923 nach 8 Wochen 1399 1897 1936 Beispiel 6 Dieses Beispiel veranschaulicht
die Wirksamkeit einer Aktivierung
mit einem Mischer hoher Intensität,
der auf Materialien, die fließen oder zum Fließen gebracht werden können, eine kontinuierliche
hohe Scher- und Schlagwirkung ausübt. Bei der verwendeten Vorrichtung handelt es
sich um eine großtechnische Version eines üblichen Küchenmischers. Unter Verwendung
eines typischen dolomitischen Kalk-Monohydrats und einer geringfügig besseren Flugasche,
als sie typische Flugasche darstellt, wurde durch Schütteln in einem verschlossenen
Behälter eine 1:10-Mischung hergestellt. Ein Teil-der erhaltenen Mischung wurde
in dem im großtechnischen Maßstab arbeitenden Mischer hoher Intensität bearbeitet,
wobei die Geschwindigkeit und die Aufenthaltsdauer variiert wurden. Aus den beiden
in dem Mischer hoher Intensität bearbeiteten Mischungen und aus einer Vergleichsmischung
(eine durch bloßes Schütteln von Kalk und Flugasche hergestellte Mischung) wurden
nach Anfeuchten derselben Prüflinge hergestellt. Die erhaltenen Prüflinge wurden
in feuchter Umgebung ausgehärtet und anschließend auf ihre Bruchbiegung untersucht.
In der folgenden Tabelle III sind die zum Bruch erforderlichen Kräfte nach einer
Woche und 8 Wochen dauernder Härtung der einzelnen Prüflinge angegeben: Tabelle
III Bruchfestigkeit der einzelnen Prüflinge in g Vergleichsprobe (von Hand geschüttelt)
nach 1 Woche nach 8 Wochen 194 2065 1500 Upm -- 1 min 2513 2503 1500 Upm --1 min
1800 Upm -- 2 min 2338 2194 Die vorherigen Beispiele zeigen klar und deutlich, daß
Kalk/ Flugasche-Mischungen, die aufgelockert und ineinander dispergiert
worden
sind, eine zementartige Masse liefern, die im Vergleich zu durch bloßes Mischen
hergestellten, bekannten Massen rascher aushärten und eine größere Druckfestigkeit
zeigen, und zwar sowohl zu Beginn des Aushärtens als auch im fertig ausgehärteten
Produkt. Ahnliche Ergebnisse erhält man ohne Zusatz von Kalk mit Flugasche einer
ausreichend hohen Konzentration an Erdalkalimetallverbindungen.
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Die hervorstechendsten Vorteile zementartiger Massen gemaß der Erfindung
beruhen auf ihrer rascheren Aushärtfähigkeit. So können sie beispielsweise gegen
Ende der Bausaison ohne Verlust der Haltbarkeit daraus gefertigter Bauteile oder
Formkörper bei abwechselndem Gefrieren und Wiederauftauen verwendet werden. Andererseits
kann man sie ohne Schwierigkeit bei der Herstellung von Bauwerken verwenden, bei
denen keine Verzögerung in Folge langsamen Aushärtens des Baumaterials geduldet
werden kann. Schließlich hat es sich gezeigt, daß die Massen gemäß der Erfindung
nach dem Aushärten eine größere Belastbarkeit aufweisen -i S entsprechende bekannte
Massen ähnlichen Kalk/Flugasche-Gehalts.
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Eine beschleunigte Aushärtung und eine verbesserte Belastbarkeit
lassen sich mit jeder Erdalkalimetall/Flugasche-Mischung, in der der Flugascheanteil
über 10 Gew.-% beträgt, erreichen, sofern die Beatandteile die erfindungsgemäße
hohe Aktivierung erfahren haben. Eine Flugasche mit mehr als 5 Gew.-% "eigenem Kalk,
Kalk", d.h. mit einem GesamtkalzVlum/-Magnesiumgehalt,berechnet als 0a0 und MgO,
von über 5%, läßt sich erfindungsgemäß aktivieren, sodaß die Flugasche ohne Kalkzusatz
aushärtet. In diesem Falle wird die gesamte, zur Umsetzung erforderliche Kalkmenge
durch die Behandlung der Flugasche allein zur Verfügung gestellt.
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Darüberhinaus kann die Menge an Kalk in einer gegebenen Masse ohne
Beeinträchtigung der Druckfestigkeit vermindert werden, sofern die Masse nach dem
Verfahren gemäß der Erfindung bearbeitet wird.
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Die Maßnahmen, nach denen sich die hochaktive, aufgelockerte Kalk/Flugasche-Mischung
gemäß der Erfindung herstellen läßt, sind nicht kritisch. Zur Herstellung der aktivierten
lEischungen gemäß der Erfindung können auch andere als die bereits genannten Vorricntungen
verwendet werden. Bei solchen Vorrichtungen handelt es sich in der Regel um solche,
die die betreffende Mischung genügend stark durcharbeitet oder die ein genügend
starkes Einwirken der Partikel aufeinander ermöglichen, um das mikroskopisch feine
Vermahlen der verschiecienen Partikel in der Mischung durch die in der Flugasche
enthaltenen Glaskügelchen zu gestatten. Bei einer weiteren zur Herstellung der aktivierten
Flugasche-Masse gemäß der Erfindung geeigneten Vorrichtung handelt es sich beispielsweise
um einen üblichen, als " Dopr,elmantelmisciler" bezeichneten Feststoffmischer, der
aus einer V-förmigen Mischkammer mit 2 einander in einem Winkel von 900 schneidenden
zylindrischen Stegen ausgestattet ist.
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In der Ausgangsstellung steht das "V" aufrecht, währerjdein flacher
waagerechter Abschnitt den unteren Scheitelpunkt des "V" bedeckt. Eine Welle mit
daran befestigten Mischblättern erstreckt sich waagerecht durch den senkrechten
Mittelschnitt der Kammer in der durch die Achse der beiden zylindrischen Stege des
"V" gebildeten Ebene. Das Mischen erfolgt, indem die Kammer um diese Welle gedreht
wird.
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Unabhängig von der jeweiligen behandlungsvörrichtung ist die erforderjiche
Behandlungszeit umgekehrt proportional zur manahmen - -Stärke der
und, wie bereits auseführt, direkt proportional zu dem gewünschten Aktivierungsgrad.
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In den Rahmen der Erfindung fallen auch Verfahren zur Herstellung
härtbarer, belastbarer Oberflächen durch Auftragen einer aktivierten Flugasche-Masse
gemäß der Erfindung auf eine Unterlage und anschließendes Verfestigen der Flugasche-Masse.
Andererseits kann eine zementartige Masse gemäß der Erfindung auch als härtbare
Füllung in beispielsweise verlassenen Bergwerksstollen dienen, indem man die Masse
in den auszufüllenden Raum einbringt und dort aushärten läßt. Die Flugasche-Masse
kann selbstverstänalich nach ihrer Aktivierung init aufgelockertem Kalk, nicht-aktivierter
Flugasche und/oder einem Zuschlagstoff, wie beispielsweise Kalksteinschotter, versetzt
werden.
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So kann beispielsweise eine Masse, bestehend aus 3</'o einer aktivierten
Kalk/Flugasche-Mischung (Mischungsverhältnis 1:2 Gewichtsteile), 10% zugesetzter
Flugasche und 87% Zuschlagstoff (bestehend aus dolomitischem Brechkalkstein der
im folgenden angegebenen Sortierung), in einem Kollergang rnit etwa 6% Wasser, bezogen
auf das Gewicht der trockenen Substanzen, gemischt werden.
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Partikelgröße des Zuschlagstoffs Sie größe durchfallendes Material
in Gew.-% 3,81 cm 100 2,54 cm 85-100 1,91 cm 70-100 0,95 cm 50-100 Sieb Nr. 4 35-75
Sieb Nr. 10 20-50 SieD r. 40 10-30 Sieb lir. 60 5-20 Sieb Nr. 200 0-15
Die
erhaltene Mischung kann dann auf einer Unterlage, bestehend aus verfestigtem Erdreich
oder zerbrochenen yuschlagstoffen, verteilt werde. Die Mischung selbst kann ach
ihrer Verdichtung bzw. Verfestigung Lasten tragen und sofort mit Asphaltbeton abgedeckt
werden. Die derart aufgetragene Flugasche-Masse härtet im Vergleich zu bekannten
Flugasche-Massen mit vergleichbarem Kalk- oder Srdalkalimetalloxidgehalt in relativ
kurzer beit, wobei sie rasch ihre volle belastbarkeit erhält.