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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von zementartigen Zusammensetzungen.
Darin werden Zusammensetzungen beschrieben, die zur Bildung von
zementartigen Mörteln
mit einem hohen Grad der Fließfähigkeit
und hoher Endfestigkeit geeignet sind.
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Stand der Technik
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Gießbare Mörtel sind
flüssige
Zusammensetzung, die durch einen hohen Grad an Fließfähigkeit
gekennzeichnet sind. Sie werden im Zementgebiet für spezifische
Anwendungen verwendet, bei denen eine sehr flüssige Mischung verlangt wird,
die in der Lage ist, Spalte und enge Räume zu erreichen, um sie in
einer homogenen Weise zu füllen
und sich darin zu verfestigen. Beispiele dieser Anwendungen sind
die Ausbesserung schlechter Bausubstanz, die Verfestigung von Felsformationen,
die strukturelle Verstärkung,
das Einspritzen in die Kanäle
von Spannkabeln, die Immobilisierung von toxischen gesundheitsschädlichen
Abfällen
(z. B. Asbest) und die Herstellung von zementartigen Produkten zum
Gießen
in Formen.
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Gießbare Mörtel bestehen
im Allgemeinen aus hydraulischen Bindemitteln, Zuschlagsstoffen
mit einem Durchmesser bis zu 4 mm, Wasser und möglicherweise zugesetzten Substanzen
und Additiven. Unter den Additiven können aufgeführt werden: Verflüssiger,
Superverflüssiger,
Härtungsregulatoren,
Substanzen, die Adhäsion
an das Substrat vereinfachen, Lufteinschlussmittel, Expansionsmittel
usw.
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Im
Stand der Technik bekannte Beispiele von gießbaren zementartigen Mörteln sind "Mapegrout colabile" (hergestellt von
Mapei S.p.A.) und "Malta
antiritiro reoplastica autolivellante" (selbstnivellierender rheoplastischer
Antischrumpfmörtel)
(hergestellt von Siriobeton A.C); Macflow Rheomac 200 (hergestellt
von MAC S.p.A.) wird als spezielles Bindemittel für die Herstellung
von gießbaren
Mörteln
vermarktet.
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Die
Leistungsfähigkeit
eines Mörtels
im frischen Zustand wird unter Verwendung von Testverfahren zur Messung
der Ausbreitung mittels eines Vibrationstischs (UNI 7044-72) oder
zur Bestimmung der Konsistenz mittels einer Schachtfuge (UNI 8997)
bewertet. Beide Verfahren liefern eine Angabe der Konsistenz durch
die Messung der Abmessungscharakteristik eines Gebiets, das von
einem voreingestellten Volumen an Mörtel auf einer horizontalen
Fläche
und unter definierten Testbedingungen eingenommen wird.
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Der
hohe Grad der Fließfähigkeit
von gießbaren
Mörteln
kann, obwohl er für
die oben genannten Anwendungen wünschenswert
ist, auch bestimmte Nachteile zeigen; z. B. neigt im Falle der Verfestigung
von vertikalen oder geneigten Oberflächen der Mörtel dazu, sobald er aufgetragen
ist, sich vor dem Härten
von der Anwendungsstelle auszubreiten. Im Falle der Ausbesserung
von schlechter Bausubstanz oder im Fall von durch Formen hergestellten
Produkten gibt es häufig
Fälle,
in denen eine hohe mechanische Endfestigkeit (d. h. erhalten nach
28 Tagen) verlangt wird. Es wäre
daher nützlich,
die Endfestigkeit des Mörtels
zu erhöhen,
z. B. durch Reduktion des Wasser/Zement-Verhältnisses. Dieser Vorgang neigt
jedoch dazu, die Fließfähigkeit des
Mörtels
in festem Zustand zu reduzieren. Die Kombination der Reduktion des
Wasser/Zement-Verhältnisses
mit der geeigneten Zugabe eines Verflüssiger- oder Superverflüssigerzusatzes
bringt einen Anstieg der Viskosität des Mörtels im flüssigen Zustand und einen übermäßigen Anstieg
der Abbinde- und Aushärtungszeiten
mit sich mit einer daraus folgenden Verzögerung der Entfernung der Formen
oder des Mörtels
aus den Formen.
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Es
gibt daher ein Bedürfnis
danach, die Endfestigkeit von gießbaren Mörteln zu erhöhen, ohne
dass dies die Auswirkung einer ungewünschten Reduktion der Fließfähigkeit
des Produkts hat und gleichzeitig die normalen Zeiten der Entfernung
des Produkts aus den Formen beizubehalten.
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Zusätzlich wird
das Bedürfnis,
extrem flüssige
Mörtel
zu erhalten, ohne auf große
Mengen an Verflüssiger/Superverflüssiger zurückgreifen
zu müssen,
durch den Wunsch motiviert, den Umwelteinfluss der Produkte und
die Kosten der zementartigen Mischung im Rahmen zu halten, da diese
Präparate
einen deutlichen Einfluss auf die Gesamtkosten der Mischung haben.
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Zusammenfassung
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Der
hiesige Anmelder hat überraschenderweise
herausgefunden, dass durch Mischen eines hydraulischen Bindemittels,
einer pozzolanen Substanz (fein gemahlener Schlacke), eines Verflüssigers
und/oder Superverflüssigers,
eines Härtungsregulators
und von Zuschlagsstoffen mit einer speziellen granulometrischen Verteilung
Mörtel
erhalten werden, die durch einen hohen Grad an Fließfähigkeit
und eine hohe mechanische Endfestigkeit gekennzeichnet sind.
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Die
erfindungsgemäß verwendeten
Zuschlagsstoffe werden zu 75 bis 95 Gew.% aus der Kombination von
drei Fraktionen monogranularer Aggregate (A, B, C) und in Bezug
auf die restlichen 5 bis 25 Gew.% aus einer vierten Fraktion des
Zuschlagsstoffs mit niedriger Monogranularität (D) gebildet.
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Die
charakteristischen Korndurchmesser der Fraktionen A, B, C erfüllen spezielle
numerische Verhältnisse,
nämlich:
- – das
Verhältnis
zwischen dem charakteristischen Korndurchmesser der gröbsten Fraktion
(C) und mittleren Fraktion (B) und
- – das
Verhältnis
zwischen dem charakteristischen Korndurchmesser der mittleren Fraktion
(B) und der feinsten Fraktion (A) liegt zwischen 2,2 und 3,2.
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In
Bezug auf das Gewicht der Gesamtzuschlagsstoffe (A + B + C + D)
stellt Fraktion A wenigstens 40 Gew.% dar.
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Die
neuen Mörtel,
die die zuvor genannten Komponenten enthalten, haben Fließfähigkeitswerte,
die ungefähr
70 % höher
sind als diejenigen von mit herkömmlichen
Zuschlagsstoffen hergestellten Mörteln.
Der Anstieg der Fließfähigkeit
wird ohne Erhöhung
des Wasser/Zement-Verhältnisses
und ohne Erhöhung
der Menge an vorhandenen Verflüssigern/Superverflüssigern
erhalten.
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Die
erfindungsgemäß hergestellten
Mörtel
können
vorteilhaft in allen Anwendungen verwendet werden, in denen es verlangt
wird, einen hohen Grad an Fließfähigkeit
mit und einer hohen mechanischen Endfestigkeit sowohl bei Druck
als auch Biegung zu verbinden. Insbesondere ist es möglich, Produkte
mit Wänden von
kleiner Dicke herzustellen.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1:
granulometrische Verteilung eines herkömmlichen Typs von Zuschlagsstoffen,
der in Beispiel 1 verwendet wird
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2 Fraktionen
des Zuschlagsstoffs, der in Beispiel 2 verwendet wird (erfindungsgemäß)
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Ein
erstes erfindungsgemäßes Ziel
ist eine trockene Vormischung, die zur Bildung von gießbaren Mörteln mit
einem hohen Grad an Fließfähigkeit
und hoher Widerstandsfähigkeitsentwicklung
geeignet ist, umfassend ein hydraulisches Bindemittel, fein gemahlene
Schlacke, einen Verflüssiger
und/oder Superverflüssiger, einen
Härtungsregulator
und Zuschlagsstoffe.
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Die
Zuschlagsstoffe sind aus dem mineralogischen Standpunkt die geläufig bei
der Herstellung von Zement eingesetzten Zuschlagsstoffe (z. B. Sand),
wie im UNI-Standard 8520 klassifiziert. Diese Zuschlagsstoffe liegen
jedoch als solche nicht in grober Form vor, sondern werden zuvor
auf Basis ihrer Korngröße unterteilt.
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In
der fraglichen Vormischungszusammensetzung werden die Zuschlagsstoffe
zu 75 bis 95 Gew.% (bevorzugt 85 bis 92 Gew.% oder bevorzugter 90
Gew.%) gebildet aus einer Kombination aus drei Fraktionen von Zuschlagsstoffen
(A, B, C), die hochmonogranulär
sind und von denen jede einen charakteristischen Korndurchmesser
besitzt, wobei der Durchmesser von A nach B nach C ansteigt. Der
restliche Zuschlagsstoff (5 bis 25 Gew.%, bevorzugt 8 bis 15 Gew.%
und/oder noch bevorzugter 10 Gew.%) besteht aus einer vierten Fraktion
(D) mit einer niedrigen Monogranularität, d. h. einer niedrigen Gleichförmigkeit
des Korndurchmessers.
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Mit "charakteristischer
Korndurchmesser" einer
gegebenen Fraktion an Zuschlagsstoffen (hier als X0 definiert)
ist die Maschenöffnung
[ausgedrückt
in mm] des Siebs gemeint, bei der das kumulative Unterkorn (Pc) für
diese gegebene Fraktion gleich 63,2 % ist.
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Die
charakteristischen Korngrößendurchmesser
X0 der drei Fraktionen A, B und C müssen vorgegebene
Verhältnisse
erfüllen;
das Verhältnis
zwischen dem Wert X0 der Fraktion mit dem
größeren charakteristischen
Durchmesser und dem Wert X0 der Fraktion
des unmittelbar kleineren Durchmessers muss nämlich immer zwischen 2,5 und
3,2 (bevorzugt zwischen 2,5 und 3,0) liegen. Wenn man mit A die
Fraktion mit dem kleinsten charakteristischen Durchmesser, mit C
die Fraktion mit dem größten charakteristischen
Durchmesser und mit B die mittlere Fraktion bezeichnet, erfüllen folglich
die Verhältnisse
zwischen den charakteristischen Korndurchmessern (X0)
der drei Fraktionen die folgenden Beziehungen:
X0C/X0B liegt zwischen 2,2 und 3,2
X0B/X0A liegt zwischen
2,2 und 3,2.
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Für die Zwecke
der Erfindung ist es außerdem
wichtig, dass es innerhalb jeder Fraktion A, B und C eine kleine
Variation des Durchmessers in Bezug auf den charakteristischen Wert
X
0 der Fraktion selbst geben sollte; tatsächlich erhöht sich
die Wirksamkeit der Erfindung je mehr diese Fraktionen dazu neigen,
im Durchmesser homogen zu sein, d. h. mit hoher Monogranularität. Die Monogranularität wird bequem
durch den Parameter n ausgedrückt.
Der Parameter n wird mittels der RRSB-Gleichung (DIN 66145) (RRSB: Initialen
von Rosin, Ramler, Sperling und Rennet) berechnet:
worin:
- Pc
- = kumulatives Unterkorn
[%];
- x
- = Maschenöffnung des
Siebs [ausgedrückt
in mm];
- X0
- = charakteristischer
Korndurchmesser wie zuvor definiert;
- n
- = Formparameter der
granulometrischen Verteilung.
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Insbesondere
wird die RRSB-Gleichung verwendet, um die experimentell bestimmte
granulometrische Verteilung zu interpolieren, wobei der Algorithmus
der kleinsten Quadrate angewandt wird, und X0 und
n als Interpolationsparameter angenommen werden. Von den resultierenden
Werten X0 und n wird für eine gegebene Verteilung
angenommen, dass sie für
die Verteilung charakteristisch sind. Insbesondere ist der Parameter n
ein Index für
die Menge der Teilchen, die in einer gegebenen granulometrischen
Verteilung durch von X0 unterschiedliche
Durchmesserwerte gekennzeichnet sind. Wenn n zunimmt, nimmt insbesondere
die Anzahl an Teilchen mit einem anderen Durchmesser als X0 ab und folglich wird die Verteilung monogranular
mit einem Durchmesser, der in Richtung X0 tendiert.
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Erfindungsgemäß ist es
wichtig, dass der Parameter n größer als
oder gleich 4,0 ist; dieser Wert bezeichnet Fraktionen, die für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung als solche mit "hoher Monogranularität" angesehen werden.
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Die
restliche Fraktion D des Zuschlagsstoffs ist durch eine niedrige
Gleichförmigkeit
des Durchmessers (d. h. eine niedrige Monogranularität) gekennzeichnet,
wobei in Bezug auf den oben definierten Parameter n durch "niedrige Monogranularität" Werte von n weniger
als 2,5, z. B. zwischen 0,2 und 2, gemeint sind.
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Es
ist außerdem
für die
monogranuläre
Fraktion A, d. h. diejenige mit dem niedrigsten charakteristischen
Korndurchmesser unter A, B und C, nötig, dass sie wenigstens 40
Gew.% der gesamten Zuschlagsstoffe, d. h. der Summe von A + B +
C + D, ausmacht.
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Die
Prozenthäufigkeit
der Fraktionen B und C haben für
die Zwecke der Erfindung keine bestimmende Bedeutung; es ist jedoch
für jede
der Fraktionen B und C bevorzugt, dass sie wenigstens 10 Gew.% der
Gesamtsumme von A + B + C ausmachen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
ist die Unterteilung in Gew.% der drei Fraktionen A, B, C in Bezug
auf ihre Summe die folgende:
- – Fraktion
A: 50 Gew.%–70
Gew.%, bevorzugt 55 Gew.% – 65
Gew.%
- – Fraktion
B: 10 Gew.%–20
Gew.%, bevorzugt 12 %–18
%
- – Fraktion
C: 18 %–32
%, bevorzugt 21 %–29
%
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In
Bezug auf den Absolutwert von X0 für die Fraktionen
A, B, C sind nützliche
und nicht-beschränkende Bezugsbereiche:
- – Fraktion
A: 0,2–0,4
mm
- – Fraktion
B: 0,6–0,8
mm
- – Fraktion
C: 1,6–2,4
mm
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Jede
Fraktion mit charakteristischem Korndurchmesser niedriger als 4
mm kann jedoch erfindungsgemäß verwendet
werden, vorausgesetzt dass das Verhältnis zwischen den charakteristischen
Korndurchmessern (X0C/X0B)
und (X0B/X0A) wie
zuvor erwähnt,
immer zwischen 2,2 und 3,2 liegt. Der Wert X0 für die Fraktion D,
der für
die Zwecke der Erfindung nicht von bestimmender Bedeutung ist, liegt
bevorzugt zwischen 0,1 und 0,3 mm.
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In
Bezug auf das Gewicht der gesamten Trockenzusammensetzung werden
die Zuschlagsstoffe in Gew.% eingeschlossen, die bevorzugt zwischen
40 Gew.% und 60 Gew.%, bevorzugter zwischen 45 Gew.% und 55 Gew.%,
liegen.
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Das
hydraulische Bindemittel wird in die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
in Gewichtsprozentsätzen
in Bezug auf die gesamte Trockenmischung eingeschlossen, die bevorzugt
zwischen 35 Gew.% und 45 Gew.%, bevorzugter zwischen 37 % und 42
% liegen.
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Das
hydraulische Bindemittel kann jeder gewöhnliche Zement, wie gemäß UNI EN
197-1, z. B. Portland-Zement (CEM I) sein. Die Verwendung eines
gewöhnlichen
Zements soll jedoch nicht als ausschließlich verstanden werden; sollte
das Ziel tatsächlich
darin liegen, Mörtel
mit zusätzlichen
speziellen Eigenschaften zu erhalten, ist es möglich, den gewöhnlichen
Zement mit einem Zement, der in der Lage ist, diese Eigenschaften
zu verleihen, zu ersetzen oder zu mischen (z. B. wenn es das Ziel
ist, einen gießbaren
Mörtel
mit fotokatalytischen Effekten zu erhalten, ist es möglich, einen
fotokatalytischen Zement, d. h. einen mit einer im Bulk eingeschlossenen
fotokatalytischen Substanz, z. B. Titandioxid, zu verwenden).
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Die
fein gemahlene Schlacke wird in einem Gewichtsanteil in Bezug auf
die gesamte Trockenmischung eingeschlossen, der bevorzugt zwischen
0,1 Gew.% und 20 Gew.%, z. B. zwischen 5 Gew.% und 15 Gew.%, liegt.
Die Schlacke kann jede Hochofenschlacke sein; mit "fein gemahlen" ist eine Schlacke
gemeint, die durch eine Blaine-Feinheit höher als 5500 cm2/g
(bestimmt gemäß UNI EN
196-6) gekennzeichnet ist. Zu der oben definierten Schlacke können möglicherweise
kleinere Mengen anderer Substanzen pozzolaner Natur zugegeben werden
(zugegebene Substanzen des Typs II gemäß UNI EN 206), z. B. Kieselsäurerauch,
natürlicher
Pozzolan, Flugasche etc.
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Das
Bindemittel/Zuschlagsstoff-Gewichtsverhältnis, wobei in die Berechnung
des Bindemittels auch die Schlacke und die mögliche zugegebene pozzolane
Substanz eingeschlossen werden, liegt bevorzugt zwischen 0,75 und
1,1, bevorzugter zwischen 0,90 und 1,05.
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Die
Verflüssiger/Superverflüssiger werden
in Gewichtsprozentsätzen,
die zwischen 0,2 Gew.% und 4 Gew.% in Bezug auf das Gewicht des
Bindemittels liegen, verwendet. Beispiele dieser Zusätze sind
die Verbindungen eines melaminischen, naphthalinischen oder acrylischen
Typs, der häufig
in zementartigen Zusammensetzungen verwendet wird. Sie können einzeln
oder als zwei oder mehr zusammengemischte verwendet werden. Die
hergestellten Verflüssiger/Superverflüssiger können entweder
zu der trockenen Ausgangsvormischung zugegeben werden oder können mit
Wasser im Moment der Herstellung des Mörtels zugesetzt werden. Die
Härtungsregulatoren
werden in Gewichtsprozentsätzen
verwendet, die in Bezug auf das Gesamtgewicht des Bindemittels zwischen
0,01 Gew.% und 0,4 Gew.% liegen. Als nicht-beschränkende Beispiele
können
unter den Härtungsregulatoren
aufgeführt
werden: Zitronensäure,
Borsäure
und Weinsäure.
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Zusätzlich zu
den zuvor genannten Komponenten können die Zusammensetzungen,
die das erfindungsgemäße Ziel
bilden, verschiedene Additive enthalten, um die Feinanpassung der
Eigenschaften des Zements an die spezifisch verlangte Anwendung
zu ermöglichen.
Beispiele dieser Additive können
sein: Wasserschutzmittel, organische Harze, Expansionsmittel, Lufteinschlussmittel
usw. Diese Produkte sind nützlich,
aber für
die Zwecke der Erfindung nicht unabdingbar.
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Die
oben identifizierten Zusammensetzungen werden mit Wasser gemischt,
um zementartige Mörtel mit
niedriger Viskosität
und hoher mechanischer Endfestigkeit zu erhalten. Diese Mörtel bilden
einen weiteren erfindungsgemäßen Gegenstand.
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Das
Mischverhältnis
mit Wasser kann über
einen weiten Bereich variieren; nicht-beschränkende Bezugsbereiche liegen
zwischen 0,26 und 0,32, bevorzugt zwischen 0,27 und 0,29. Mit "Mischverhältnis mit
Wasser" oder "Wasser/Bindemittel-Verhältnis" ist das Verhältnis zwischen
der Menge des zur Bildung des Mörtels verwendeten
Wassers (einschließlich
des möglicherweise
durch die Zugabe von wässrigen
Additiven beigetragenen Wassers) und der Menge des vorhandenen zuvor
definierten "Bindemittels" gemeint, wobei die
Menge an Wasser der Zähler
und die Menge an Bindemittel der Nenner ist.
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Es
ist wichtig, festzustellen, dass die erfindungsgemäßen Mörtel eine
hohe Fließfähigkeit
erreichen, ohne dass es nötig
ist, große
Mengen an Wasser zu verwenden; folglich ist es möglich, Dank des besonders niedrigen
Wasser/Bindemittel-Verhältnisses
gehärtete
Endprodukte mit hoher mechanischer Endfestigkeit zu erhalten.
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Die
erfindungsgemäßen Mörtel können durch
jedes Verfahren hergestellt werden, das Mischen ihrer Bestandteile
vorsieht: Verfahren und Apparate, die für die Bildung von zementartigen
Mörteln
geläufig
in Verwendung sind, können
eingesetzt werden. Die Temperatur, bei der das Mischen der trockenen
Zusammensetzung mit Wasser stattfindet, liegt im Allgemeinen zwischen
5°C und
35°C.
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Nützliche
Anwendungen für
die erfindungsgemäßen Mörtel sind
diejenigen, die für
bekannte gießbare Mörtel vorgesehen
sind, wobei die vorliegende Erfindung den Vorteil einer verbesserten
Fließfähigkeit
und einer hohen Endfestigkeit bietet. Beispiele solcher Verwendungen
sind die Ausbesserung schlechter Bausubstanz, die Verfestigung von
Felsformationen, die strukturelle Verstärkung, das Einspritzen in die
Kanäle
von Spannkabeln, die Immobilisierung von toxisch-gesundheitsschädlichen Abfällen (z. B. Asbest), und die
Herstellung von zementartigen Produkten zum Gießen in Formen. Besonderer Nutzen
kann im Fall der Ausbesserung von schlechter Bausubstanz festgestellt
werden, wo die hohe mechanische Endfestigkeit des Mörtels am
meisten begrüßt wird.
Ein anderer besonders bevorzugter Bereich ist der der Bildung von zementartigen Produkten
mittels Formen. In diesem Fall erlaubt es der hohe Fließfähigkeitsgrad
des Mörtels
der flüssigen Masse,
gleichmäßig alle
Zwischenräume
zu erreichen, die die spezielle Form mit sich bringt, wodurch sogar im
Falle von komplexen und gewundenen Formen Produkte hergestellt werden,
die eine präzise
Form haben. Gleichzeitig erlaubt die hohe mechanische Endfestigkeit
die Konstruktion von Elementen mit dünnen Wänden. Eine spezifische Technik
zum Formen von zementartigen Produkten, die durch die vorliegende
Erfindung nützlich
verbessert wird, ist die in dem Patent Nr.
WO 03/008166 beschriebene, das hierin
zur Bezugnahme eingeschlossen wird. Gemäß dieses Verfahrens werden
die Anlagen für
Gießereiformen
mit Mörtel
im frischen Zustand gefüllt.
Nach Verfestigung in der Form wird das Produkt herausgenommen und
die Formen werden für
einen neuen Guss wiederverwendet. Diese Anlagen, die ursprünglich für das Gießen von
geschmolzenem Metall entwickelt wurden, sehen die Anwendung von
Vibrationen zum Kompaktieren der Gußmasse nicht vor, und folglich
muss das vollständige
Befüllen
der Formen und das Kompaktieren der zementartigen Mischung nur den
Fließfähigkeitseigenschaften
des Mörtels
anvertraut werden. Die derzeitige Technologie zum Gießen in Erdformen
sieht zwei unterschiedliche Modalitäten des Gießens vor: 1. offene Formen,
2. Verwendung eines Eingusses. Im ersten Fall besteht die Form aus
nur einem Element mit einer vollständig offenen und aufwärts zeigenden
Seite. Im zweiten Fall besteht die Form stattdessen aus zwei zusammen
passenden Hälften,
und das Material muss durch einen Einguss fließen, um in der Lage zu sein,
die Form zu füllen.
In beiden Fällen
ist es für
den Mörtel
nötig,
dass er eine hohe Fähigkeit
zur Kompaktierung nur aufgrund seines Gewichtes besitzt. Es ist
außerdem
für Produkte,
von denen verlangt wird, besondere mechanische Leistung zu zeigen,
nützlich, dass
sich der Mörtel
sobald er in die Formen gegossen wurde, verfestigt, wodurch er eine
hohe Endfestigkeit entwickelt. Alle diese Ergebnisse werden geeigneterweise
durch die vorliegende Erfindung erreicht.
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Die
vorliegende Erfindung schließt
auch neue zementartige Produkte ein, die ausgehend von den oben
beschriebenen neuen zementartigen Zusammensetzungen erhalten werden.
Diese Produkte sind dadurch charakterisiert, dass sie ein hydraulisches
Bindemittel, einen Härtungsregulator,
fein gemahlene Schlacke und die Fraktionen der Zuschlagsstoffe A,
B, C, D, wie oben definiert, enthalten und ausgezeichnete mechanische
Eigenschaften besitzen. Weitere Gegenstände der Erfindung sind:
- (i) eine Vormischung, erhältlich durch Zusammenmischen
eines hydraulischen Bindemittels, fein gemahlener Schlacke, eines
Verflüssiger/Superverflüssigers,
eines Härtungsregulators
und der Fraktionen der Zuschlagsstoffe A, B, C, D, wie zuvor erwähnt.
- (ii) ein gießbarer
Mörtel
mit hoher Fließfähigkeit
und groißer
Festigkeitsentwicklung, der durch Zusammenmischen von Wasser, einem
hydraulischen Bindemittel, fein gemahlener Schlacke, einem Verflüssiger/Superverflüssiger,
einem Härtungsregulator
und den Fraktionen der Aggregate A, B, C, D, wie zuvor definiert, erhältlich ist.
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Die
Erfindung wird nun mittels der folgenden nicht-beschränkenden
Beispiele beschrieben.
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Experimenteller Teil Eigenschaften
von bekannten gießbaren
Mörteln
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Es
wird auf die folgenden häufig
verwendeten gießbaren
Mörtel
Bezug genommen
- MC1: Mörtel
mit einer Basis aus MACFLOW (RHEOMAC 200) – MAC S.p.A.;
- MC2: MAPEGROUT COLABILE – MAPEI
S.p.A.;
- MC3: MALTA ANTIRITIRO REOPLASTICA AUTOLIVELLANTE (selbstnivellierender
rheoplastischer Antischrumpfmörtel) – SIRIOBETON
A.C.
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Die
Mörtel,
auf die oben Bezug genommen wird, wurden speziell für die Bereitstellung
einer hohen mechanischen Festigkeit zusammen mit Eigenschaften einer
guten Fließfähigkeit
entwickelt. Tabelle 1 unten fasst die in den technischen Informationsblättern des
Produkts angegebenen Eigenschaften zusammen. Insbesondere werden
für das
Bindemittel MC1 die Eigenschaften für zwei unterschiedliche Zusammensetzungen
angegeben:
- MC1-A) Eigenschaften, angegeben als Paste (Mischung,
bestehend aus Bindemittel und Wasser, gekennzeichnet durch ein Wasser/Bindemittel-Verhältnis =
0,32);
- MC1-B) Eigenschaften, gefunden in Mörtel (Mischung, bestehend aus
Bindemittel, Zuschlagsstoffen, eingeteilt gemäß Füllerverteilung und Wasser;
Bindemittel/Zuschlagsstoff-Verhältnis
= 1:1,25, Wasser/Bindemittel-Verhältnis = 0,38).
Tabelle 1 Produkt-Code | mechanische
Eigenschaft | |
Zeit
[Tage] | RKompression [MPa] | RBiegung [MPa] | Rheologische
Eigenschaften |
MC1-A (angegeben) | 1 | 20 | - | ermöglicht,
sehr flüssige
und nicht segregierbare Betone mit einem niedrigen Wasser/Zement-Verhältnis zu
erhalten |
28 | 65 | - |
MC1-B (gefunden) | 0,25 | nicht
messbar | nicht
messbar | Fließzeit (Marsh-Konus):
94 s |
1 | 31,4 | 6,2 |
7 | 58,9 | 8,2 |
MC2 | 1 | 35,0 | 5,5 | hoher Grad der Fließfähigkeit, geeignet für Anwendungen
durch das Gießen
in Schalungen, ohne Segregation, sogar bei großen Dicken |
7 | 60,0 | 8,0 |
28 | 75,0 | 10,0 |
MC3 | 7 | - | > 4 | gießbarer
Mörtel
für die
Erneuerung von Beton |
28 | > 65 | - |
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Beispiel 1 (Vergleich)
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Drei
Referenzzusammensetzungen (bezeichnet als "Mischung 75, 76 und 77") wurden hergestellt,
die einen gewöhnlichen
Portland-Zement, fein gemahlene Schlacke und einige Zuschlagsstoffe,
die in zementartigen Zusammensetzungen verwendet werden, wie Silicarauchaufschlämmung und
Superverflüssiger,
enthielten. Die in den drei Mischungen verwendeten Zuschlagsstoffe
wurden durch die in
1 angegebenen und folgend beschriebenen
granulometrischen Verteilungen charakterisiert:
Mischung 75:
granulometrische Verteilung, erhalten durch Kombination von vier
unterschiedlichen Fraktionen von Zuschlagsstoffen, gekennzeichnet
durch die Parameter X
0 und n, die in Tabelle
2 unten angegeben sind. Die gleiche Tabelle gibt für jede Fraktion
den Gewichtsprozentgehalt, bezogen auf die Mischung der Zuschlagsstoffe,
allein an. Tabelle 2 – Granulometrische Fraktionen,
verwendet für
die Mischung 75
| Fraktionen
an Zuschlagsstoffen |
| A | B | C | D |
X0 [mm] | 0,27 | 0,73 | 2,0 | 0,23 |
n | 4,7 | 5,0 | 4,7 | 1,7 |
r2 | > 0,99 | > 0,99 | > 0,99 | > 0,99 |
Gehalt
in Gew.% Zuschlagsstoffs in der Mischung allein | 36,6 | 12,2 | 32,9 | 18,3 |
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Außerdem ist
in Tabelle 2 sowie ebenfalls in den darauf folgenden Tabellen der
Wert r2 (Bestimmungsindex) für jede Fraktion
angegeben.
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Dieser
Wert, der immer zwischen 0 und 1 liegt, ist ein Index der Güte der Interpolation
von diskreten Daten, die mittels einer gegebenen Funktion durchgeführt wird.
In dem speziellen Fall bezieht sie sich auf die Interpolation der
experimentellen Daten der Korngröße, die
unter Verwendung der RRSB-Gleichung durchgeführt wurde. Sein Wert, der nahe
1 ist, zeigt die ausgezeichnete Übereinstimmung
zwischen der Gleichung und den betrachteten granulometrischen Kurven.
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Die
Dimensionsverhältnisse
zwischen den Werten X
0 von A, B, C und der
Index n der Monogranularität für die Fraktionen
A, B, C, D sind erfindungsgemäß; im Gegensatz
zu den beanspruchten Zusammensetzungen liegt jedoch die Fraktion
A in einer Menge niedriger als 40 Gew.%, bezogen auf die Gesamtsumme
der Zuschlagsstoffe vor.
Mischung 76: granulometrische Verteilung,
erhalten durch Kombination von vier unterschiedlichen Fraktionen von
Zuschlagsstoffen, gekennzeichnet durch die Parameter X
0 und
n, die in Tabelle 3 unten angegeben sind. Die gleiche Tabelle gibt
für jede
Fraktion den Gewichtsprozentgehalt, bezogen auf die Mischung der
Zuschlagsstoffe allein an. Tabelle 3 – Granulometrische Fraktionen,
verwendet für
die Mischung 76
| Fraktionen
an Zuschlagsstoffen |
| A | B | C | D |
X0 [mm] | 0,27 | 0,73 | 2,0 | 0,23 |
n | 4,7 | 5,0 | 4,7 | 1,7 |
r2 | > 0,99 | > 0,99 | > 0,99 | > 0,99 |
Gehalt
in Gew.% des Zuschlagsstoffs in der Mischung allein | 15,4 | 15,4 | 34,6 | 34,6 |
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Die
Dimensionsverhältnisse
zwischen den Werten X
0 von A, B, C und der
Index n der Monogranularität für die Fraktionen
A, B, C, D sind erfindungsgemäß; im Gegensatz
zu den beanspruchten Zusammensetzungen liegt jedoch die Fraktion
A in einer Menge niedriger als 40 Gew.%, bezogen auf die Gesamtsumme
der Zuschlagsstoffe vor, und die Fraktion D übersteigt 25 Gew.% der gesamten
Zuschlagsstoffe.
Mischung 77: granulometrische Verteilung,
erhalten durch Kombination von vier unterschiedlichen Fraktionen von
Zuschlagsstoffen, gekennzeichnet durch die Parameter X
0 und
n, die in Tabelle 4 unten angegeben sind. Die gleiche Tabelle gibt
für jede
Fraktion den Gewichtsprozentgehalt, bezogen auf die Mischung der
Zuschlagsstoffe allein an. Tabelle 4 – Granulometrische Fraktionen,
verwendet für
die Mischung 77
| Fraktionen
an Zuschlagsstoffen |
| A | B | C | D |
X0 [mm] | 0,73 | 0,97 | 2,0 | 0,23 |
n | 5,0 | 3,5 | 4,7 | 1,7 |
r2 | > 0,99 | > 0,99 | > 0,99 | > 0,99 |
Gehalt
in Gew.% des Zuschlagsstoffs in der Mischung allein | 6,0 | 10,7 | 17,9 | 65,4 |
-
In
diesem Fall sind die Dimensionsverhältnisse zwischen den Werten
X0 von A, B, C, der Index n der Monogranularität der Fraktion
B, und das prozentuale Vorliegen der Fraktionen A und B nicht erfindungsgemäß.
-
Die
zuvor genannten Zusammensetzungen Mischungen 75, 76 und 77 wurden
mit Wasser gemischt, um Mörtel
mit Wasser/Zement-Verhältnissen
im Bereich von 0,29 bis 0,31 zu erhalten. Für jeden Mörtel wurden im frischen Zustand
die Volumenmasse und die Fließzeit
gemessen, wobei der letztere Faktor indikativ für die Fließfähigkeit ist und gemäß dem, was
im Folgenden spezifiziert wird, gemessen wurde.
-
Unmittelbar
nach seiner Herstellung wurde der Mörtel (ungefähr 1,1 Liter) in einen Metallkonus
in Übereinstimmung
mit dem Standard UNI EN 445 (Marsh-Konus) gegossen. Es wurde dann
die Fließzeit
eines bekannten und voreingestellten Volumens (nominal, 1 Liter)
an Mörtel
durch die Düse,
eingestellt in eine Position entsprechend der Spitze des Konus herausgefunden.
-
Die
Mörtel
wurden dann gegossen, um Prismen mit Ausmessungen von 40 × 40 × 160 mm
und in Übereinstimmung
mit dem Standard UNI EN 196-1 (ohne Setzen) zu bilden. Der Mörtel wurde
bis zur Entfernung aus den Formen nach 24 Stunden vom Gießen in den
in einer klimatisierten Umgebung platzierten Formen behalten (T
= 20 ± 2°C; relative
Feuchte = 50 ± 5
Gew.%). Einige Muster wurden dann dem Test auf die Festigkeit gegenüber Kompression
unterworfen, während
die verbliebenen Muster in Wasser bei 20 ± 2°C gehalten wurden, um die Tests
der Beständigkeit
gegenüber
Kompression über
längere
abgelaufene Zeiten durchzuführen.
An den gleichen Mustern wurden die Entwicklung der Festigkeit gegenüber Kompression
nach 24 Stunden und nach 7 und 28 Tagen gemessen. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 5 unten angeführt. Tabelle 5
| Mischung
75 | Mischung
76 | Mischung
77 |
CEM
I 52,5 R [%] | 25,1 | 25,7 | 29,4 |
Silikarauchaufschlämmung (Trockensubstanz)
[%] | 1,5 | 1,5 | 1,6 |
Schlacke
[%] | 13,3 | 13,6 | 5,6 |
Zuschlagsstoffe
(Tabelle 2) [%] | 48,4 | 47,1 | 52,0 |
Wasser
[%] | 11,6 | 11,9 | 11,3 |
acrylischer
Superverflüssiger
(Trockensubstanze) [%] | 0,20 | 0,20 | 0,20 |
Wasser/Bindemittel-Verhältnis [%] | 0,29 | 0,29 | 0,31 |
Volumenmasse
[kg/m3] | 2260 | 2262 | 2233 |
Fließzeit [s] | 95 | 106 | 89 |
Beständigkeit
gegenüber
Kompression [MPa]: 24 h | 10,6 | 27,8 | 68,4 |
Beständigkeit
gegenüber
Kompression [MPa]: 7 Tage | 56,4 | 71,8 | 71,5 |
Beständigkeit
gegenüber
Kompression [MPa]: 28 Tage | 57,3 | 73,6 | 74,8 |
Beständigkeit
gegenüber
Biegung [MPa]: 24 h | 2,8 | 6,8 | 6,4 |
Beständigkeit
gegenüber
Biegung [MPa]: 7 Tage | 8,2 | 9,1 | 9,2 |
Beständigkeit
gegenüber
Biegung [MPa]: 28 Tage | 8,3 | 10,2 | 10,3 |
-
Die
Zusammensetzungen der Tabelle 5 wurden definiert, um die Viskosität der Mischungen
und folglich die Fließzeiten
und gleichzeitig alle möglichen
Phänomene
der Segregation zu minimieren. In jedem Fall kann bemerkt werden,
dass die Fließzeit
(89 bis 106 s) entschieden unzufriedenstellend war. Die mechanische Endfestigkeit
(nach 28 Tagen) gegenüber
Kompression und Biegung führt
zu Ergebnissen, die mit den in Tabelle 1 für bekannte Produkte angegebenen
im Wesentlichen vergleichbar sind.
-
Beispiel 2
-
Ein
Mörtel
wurde erfindungsgemäß (bezeichnet
hierin als "MBVS") unter Verwendung
von Inhaltsstoffmengen, die den in den Referenzbeispielen verwendeten äquivalent
waren, hergestellt; in diesem Fall waren jedoch die Parameter X0, n und die Prozentsätze der verschiedenen Fraktionen
A, B, C, D erfindungsgemäß. Insbesondere
wurde ein Zuschlagsstoff verwendet, der für 90 Gew.% durch Mischen von
drei unterschiedlichen Fraktionen an Zuschlagsstoffen, gezeigt in 2 mit
den Buchstaben A, B und C, so dass die zuvor dargestellten Bedingungen
erfüllt
waren, erhalten wurde.
-
Tabelle
6 gibt die granulometrische Verteilung der drei Fraktionen A, B
und C an. Tabelle 6
Durchmesser
[mm] | A | B | C |
3,15 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
2,00 | 100,0 | 100,0 | 63,2 |
1,6 | 100,0 | 100,0 | 30,6 |
1,0 | 100,0 | 99,3 | 2,1 |
0,5 | 100,0 | 13,5 | 1,2 |
0,25 | 49,4 | 1,4 | 0,7 |
0,2 | 21,1 | 1,1 | 0,5 |
0,125 | 3,1 | 0,7 | 0,2 |
0,075 | 0,8 | 0,4 | 0,1 |
0,051 | 0,0 | 0,0 | 0,0 |
-
Tabelle
7 gibt die charakteristischen Parameter der Kurven der in
2 dargestellten
granulometrischen Verteilung an. Dieselbe Tabelle gibt für jede Fraktion
den Prozentgehalt, bezogen auf die Mischung der Zuschlagsstoffe,
allein an. Tabelle 7
| Fraktion |
| A | B | C | D |
X0 [mm] | 0,27 | 0,73 | 2,00 | 0,23 |
n | 4,7 | 5,0 | 4,7 | 1,7 |
r2 | > 0,99 | > 0,99 | > 0,99 | > 0,99 |
Gehalt
in Gew.% des Zuschlagsstoffs in der Mischung allein | 56,7 | 13,3 | 20,0 | 10,0 |
-
Aus
einer Analyse der Tabelle 7 kann festgestellt werden, dass die drei
Fraktionen A, B und C durch einen Wert des Parameters n > 4,0 gekennzeichnet
sind, was die wesentliche Monogranularität der Verteilungen kennzeichnet.
Die charakteristischen Korndurchmesser für die drei Verteilungen sind
gleich 0,27 mm, 0,73 mm bzw. 2,00 mm. Die Verhältnisse zwischen den charakteristischen
Korndurchmessern der drei Verteilungen sind:
- – X0C/X0B = 2,74
- – X0B/X0A = 2,70
-
Die
Zusammensetzungsdaten, die Werte der Volumenmasse, der Fließfähigkeit
des Mörtels
(ausgedrückt
als Fließzeit
durch den Marsh-Konus)
und die Werte der Beständigkeit
des Produkts im gehärteten
Zustand sind in Tabelle 8 unten dargelegt. Tabelle 8
MBVS |
CEM
I 52.5 R [%] | 33,4 |
Silikarauch-Aufschlämmung (Trockensubstanz)
[%] | 1,5 |
Schlacke
[%] | 8,7 |
Zuschlagsstoff
[%] | 43,6 |
Wasser
[%] | 12,6 |
acrylischer
Superverflüssiger
(Trockensubstanz) [%] | 0,17 |
Wasser/Bindemittel-Verhältnis | 0,29 |
Volumenmasse
[kg/m3] | 2276 |
Fließzeit [s] | 60 |
Widerstandsfähigkeit gegenüber Kompression
[MPa] | 24
h | 34,0 |
48
h | 58,0 |
7
Tage | 93,7 |
28
Tage | 104,9 |
Widerstandsfähigkeit gegenüber Biegung
[MPa] | 48
h | 10,7 |
7
Tage | 17,9 |
28
Tage | 15,8 |
-
Wie
aus Tabelle 8 hervorgeht, war die Fließzeit (60 s, was einen hohen
Grad der Fließfähigkeit
anzeigt) völlig
unterschiedlich von und niedriger als die für die Referenzzusammensetzungen
gemessene (89 bis 106 s). Es wurde daher eine deutlich höhere Fließfähigkeit
im Vergleich zu den in Tabelle 5 dargestellten Referenzzusammensetzungen
erhalten. Abgesehen von der unterschiedlichen Korngröße der Zuschlagsstoffe
waren die verschiedenen untersuchten Zusammensetzungen im Wesentlichen
aus qualitativen und quantitativen Blickpunkten äquivalent. Insbesondere das
verwendete Wasser/Zementverhältnis
wurde im Bereich von 0,29 bis 0,31 gehalten, und die Mengen an Superverflüssigern
wurden im Bereich von 0,2% gehalten. Die bemerkenswerte Erhöhung der
Fließfähigkeit
des Mörtels
war daher eine Folge der bei der Korngröße der Zuschlagsstoffe gemachten
Modifikationen. Es kann außerdem
festgestellt werden, dass diese substantielle Erhöhung der
Fließfähigkeit
auch einem bemerkenswerten Anstieg der mechanischen Festigkeit sowohl
gegenüber Kompression
als auch Biegung entspricht. Die Entwicklung einer Beständigkeit
bis zu hohen Endwerten ist von primärer Wichtigkeit für den Zweck
der Lösung
der durch die vorliegende Erfindung adressierten Probleme und ist
ausführlich
in der vorangehenden detaillierten Beschreibung diskutiert.
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Die
für den
Mörtel
MBVS beobachteten Werte der Fließfähigkeit sind mit seiner Verwendung
zum Bilden homogener Produkte in Gießereiformen ohne jede Anwendung
von Vibration zum Setzen der Masse kompatibel.
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Wenn
sie den Gefrier/Tautests (gemäß UNI 7087)
unterworfen wurden, zeigten die Produkte nach 300 Zyklen einen Zerstörungsfaktor,
der sich 1,0 annähert,
was eine gute Beständigkeit
gegenüber
Gefrieren anzeigt.
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Beispiel 3
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Der
Mörtel
von Beispiel 2 wurde verwendet, um in einer Industrieanlage, die
normalerweise für
das Formen von Metallprodukten verwendet wird, zementartige Produkte
mittels Gießen
in Formen in Gießereierde herzustellen.
-
Die
Anlage (Disamatic, hergestellt von Disa Industries, Herlev DK) hat
eine maximale Herstellungsgeschwindigkeit von 480 Stücken/Stunde.
Die für
das Füllen
der Formen mit dem Mörtel
notwendige Zeit war der Zeit, die im Falle des Gießens von
geschmolzenem Metall eingesetzt wird, sehr ähnlich. Das Füllen der
Formen war homogen. Die Eigenschaften der hergestellten Produkte
waren die folgenden:
Rohr (Länge 500 mm, Dicke 11 mm), Gewicht
10 kg
Rohr gebogen mit 90°,
Gewicht 10 kg