TECHNISCHES GEBIET
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Diese Erfindung bezieht sich auf sphärische hydraulische
Materialien zum Herstellen hochfester Formteile und auch auf
ein Verfahren zum Herstellen sphärischer hydraulischer
Materialien
TECHNISCHER HINTERGRUND
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Bekannte hydraulische Materialien, wie z.B. Zemente,
feine Schlackensandpulver und dergleichen, werden durch ein
Verfahren hergestellt, bei dem Ausgangsmaterialien bei hohen
Temperaturen gebrannt oder geschmolzen werden, gekühlt
werden, um ein voluminöses oder Partikelmaterial zu erhalten,
zu dem geeignete Zusatzmaterialien hinzugefügt und fein
pulverisiert werden. Die resultierenden einzelnen Teilchen
weisen eine scharfe ungleichmäßige Form auf.
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Aufgrund der scharfen ungleichmäßigen Gestalt zeigen
diese mit Wasser durchgearbeiteten Teilchen keine gute
Fluidität. In Zementmassen beträgt die Wassermenge, die
ausreicht, um eine minimale Fluidität zum Formen zu erhalten,
ausgedrückt in einem Wasser-Zement-Verhältnis 30%. Falls ein
Superverflüssiger verwendet wird, kann die Wassermenge nur
bis zu einem Grad reduziert werden, daß das Wasser-Zement-
Verhältnis bestenfalls 25% beträgt.
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Andererseits ist es wohlbekannt, daß, wenn das Wasser-
Zement-Verhältnis klein gemacht wird, die Betonfestigkeit
nach dem Abbinden hoch wird. Demgemäß sind Anstrengungen
vordem unternommen worden, um das Wasser-Zement-Verhältnis
so klein wie möglich zu machen und um einen kompakten Beton
abzubinden, wodurch ein hochfestes erhärtetes Produkt
erhalten wird.
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Mit durch herkömmliche Pulverisierverfahren erhaltenen
Zementen ist es nicht möglich, ein kleines Wasser-Zement-
Verhältnis herbeizuführen, so daß die Druckfestigkeit des
resultierenden Betons annähernd 1.200 kgf/cm2 maximal
beträgt. Demgemäß kann er anstelle von Baukeramiken oder
-metallen nicht eingesetzt werden.
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Hydraulische Materialien und z.B. Zemente werden
allgemein hergestellt durch Mischen, Feinpulverisieren und
Brennen von Ausgangsmaterialien, die hauptsächlich aus einem
oder mehreren von CaO, SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3; und Fe&sub2;O&sub3; bestehen, um
einen Klinker zu erhalten, Hinzugeben von Gips zu dem
Klinker und Feinpulverisieren der Mischung. Demgemäß weisen
nicht nur die sich ergebenden Teilchen eine scharfe oder
eckige Gestalt auf, sondern es wird auch eine große
Wärmemenge für das Brennen benötigigt und eine beträchtliche
elektrische Energie ist für zwei Pulverisierungsvorgänge
erforderlich.
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Als Verfahren zum Kugelglühen von fein pulverisiertem
hydraulischem Pulver ist ein Verfahren bekannt, wie es z.B.
in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-
192439 offenbart ist, bei dem Teilchenoberflächen durch eine
Stoßvorrichtung in einem Hochgeschwindigkeitsstrom
sphäroidisch geglättet werden. Bei diesem Verfahren muß der Klinker
gebrannt werden, und das Ausmaß des Kugelglühens und die
Glattheit der Oberfläche sind nicht zufriedenstellend.
Außerdem erfordert dieses Verfahren nicht nur den Verbrauch
von Wärme und elektrischer Energie, die für bekannte
Zementherstellungsverfahren erforderlich sind, sondern auch
einen zusätzlichen elektrischen Energieverbrauch um dem
feinen Partikelmaterial Drehstoß zu erteilen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung bezweckt, die Nachteile des oben
dargelegten Standes der Technik zu lösen, und hat als Ziel die
Schaffung eines kugelförmigen hydraulischen Materials mit
einem höheren Vollständigkeitsgrad und auch eines Verfahrens
zu dessen Herstellung.
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Um das obige Ziel zu erreichen, schafft die Erfindung ein
kugeliges hydraulisches Pulver, das CaO, SiO2, Al2O3 und
Fe2O3 als Hauptbestandteile aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß das Pulver nach dem Schmelzen wenigstens an seinen
Oberflächen gekühlt wird und eine Größe von nicht mehr als
500 µm und eine durchschnittliche Kreisförmigkeit von nicht
weniger als 0,7 aufweist.
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Um das obige Ziel zu erreichen, ist ein erstes Verfahren
der Erfindung zur Herstellung eines kugelförmigen
hydraulischen Materials gekennzeichnet durch Umfassen von Schmelzen
eines Ausgangsmaterials, das hauptsächlich aus CaO, SiO&sub2;,
Al&sub2;O&sub3; und Fe&sub2;O&sub3; besteht, Verteilen der resultierenden
Schmelze und Kühlen und Festwerden der Schmelze in dem
verteilten Zustand.
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Ein zweites Verfahren der Erfindung zur Herstellung
eines kugelförmigen hydraulischen Materials zum Erreichen des
Ziels ist gekennzeichnet durch Umfassen von Schaffen eines
hydraulischen Pulvers, das hauptsächlich aus CaO, SiO&sub2;,
Al&sub2;O&sub3; und Fe&sub2;O&sub3; besteht, Schmelzen wenigstens von
Oberflächen des Pulvers in einem verteilten Zustand und Kühlen und
Festwerden des geschmolzenen Pulvers, das verteilt wird.
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Ein drittes Verfahren der Erfindung zum Herstellen eines
kugelförmigen hydraulischen Materials zum Erreichen des
Ziels macht von einer potentiellen Wärmemenge Gebrauch, die
in heißen Materialien enthalten ist, wie z.B. Schlacken von
Eisenherstellungsanlagen, die geschmolzen sind oder eine
Temperatur von nicht niedriger als 500ºC haben, und ist
gekennzeichnet durch Umfassen von Mischen eines getrockneten,
gebrannten oder gesinterten Produkts oder einer Schmelze
eines Ausgangsmaterials, das hauptsächlich aus einem oder
mehreren von CaO, SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3; und Fe&sub2;O&sub3; besteht, mit dem heißen
Material, wie z.B. der Schlacke, in der Form einer Schmelze
oder mit einer Temperatur nicht niedriger als 500ºC, um eine
Mischschmelze zu schaffen, Verteilen der Schmelze und Kühlen
und Festwerden der Schmelze, die verteilt wird.
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Das hydraulische Material der Erfindung, das als
Hauptbestandteil CaO, SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3; und Fe&sub2;O&sub3; aufweist, ist ein
sphärisches hydraulisches Material, das gekennzeichnet ist,
daß es eine Teilchengröße von nicht mehr als 500 µm und eine
durchschnittliche Kreisförmigkeit der Teilchen von nicht
weniger als 0,70 aufweist. Die Kreisförmigkeit der Teilchen
wird mittels eines Verhältnisses einer Umfangslänge eines
Kreises mit der gleichen projizierten Fläche wie der eines
beobachteten Teilchens zu einer Konturlänge einer
projizierten Ebene angegeben, die durch
Abtastelektronenmikroskopbeobachtung des Teilchens bestimmt ist. Die durchschnittliche
Kreisförmigkeit ist ein Durchschnittswert der
Kreisförmigkeiten von willkürlich ausgewählten 50 Teilchen.
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Die Teilchengröße des sphärischen hydraulischen
Materials der Erfindung sollte nicht größer als 500 µm,
vorzugsweise nicht größer als 100 µm, sein. Bei Teilchen, deren
Größe 500 µm übersteigt, ist die Festigkeit nach dem
Erhärten niedrig. Wenn die durchschnittliche Kreisförmigkeit
kleiner als 0,7 ist, ist die Fluidität der resultierenden
Masse, Mörtel oder Beton nicht zufriedenstellend, und die
Kreisförmigkeit sollte vorzugsweise nicht kleiner als 0,9
sein.
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Das kugelförmige hydraulische Material der Erfindung
kann in der Form kugelförmige feiner Teilchen mit einer
Größe von nicht mehr als 3 µm vorliegen. Diese kugelförmigen
feinen Teilchen wirken ähnlich kugelförmigen feinen
Teilchen, wie z.B. hochdisperses Siliciumdioxid, die in
hochfestern Beton verwendet werden. Die Mischung mit Wasser kann
die Fluidität verbessern und stellt die dichteste
Packungsstruktur sicher, wodurch eine hohe Festigkeit erreicht wird,
Schrumpfen durch Trocknen verringert und eine hohe
Beständigkeit erreicht wird. Die Wahl einer geeigneten
Teilchengröße und Verwendung der Teilchen in Kombination mit
Dispergiermitteln zur Verwendung als Gußerzeugnisse zeigen dann
nicht nur eine hohe Festigkeit, die mit
Oxidkeramikformteilen vergleichbar ist, die durch Sintern erhalten werden,
sondern liefern auch Formteile, die in einer
Abmessungsgenauigkeit besser als die gesinterten Produkte aus
Oxidkeramik sind, weil keinerlei Sintervorgang nach dem Gießen
notwendig ist.
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Das kugelförmige hydraulische Material der Erfindung hat
eine solche Kugellagerwirkung, daß durch Mischen bei dem
gleichen Wassermengenpegel die Fluidität der sich ergebenden
Mischung verbessert wird. Die Wassermenge, die erforderlich
ist, um die gleiche Größe der Fluidität zu erhalten, kann
signifikant verringert werden. Weil die Gestalt kugelförmig
ist, ist außerdem ein gutes Gleiten zwischen den Teilchen
sichergestellt mit der Wahrscheinlichkei einer dichten
Packung durch natürliches Absetzen. Diese Tendenzen zeigen
sich eher, wenn die Teilchengestalt einer Kugel näherkommt.
Wenn die durchschnittliche Kreisförrnigkeit kleiner ist, wird
eine niedrigere Packungsdichte erzeugt, was größere Räume in
der Masse frei läßt. Wenn die durchschnittliche
Kreisförmigkeit nicht kleiner als 0,7 ist, werden gute physikalische
Eigenschaften erhalten, was in gewöhnlichen Zement nicht
erwartet wird.
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Demgemäß kann die Festigkeit von Pasten, Mörteln und
Betonen merklich verbessert werden, bei denen das kugelförmige
hydraulische Material verwendet wird. Es steht außer Frage,
daß gute Ergebnisse erhalten werden, wenn sie in Kombination
mit kugelförmigen Zuschlagstoffen verwendet werden. Wenn das
kugelförmige hydraulische Material durch Mischen mit
gewöhnlichen hydraulischen Materialien, wie z.B. Zementen bei
beliebigen Verhältnissen verwendet wird, werden überdies
ähnliche Ergebnisse wie oben ausgeführt erwartet.
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Die Teilchen der Erfindung haben eine der Kugel
nahekommende Gestalt mit einer glatten Oberfläche und einer kleinen
Mantelfläche pro Einheitsgewicht mit dem begleitenden
Vorteil, daß der Betrag von Adsorption und Okklusion von
Mischmitteln, die zum Erhöhen des Dispersionsvermögens
hinzugefügt
werden, verringert ist, und somit die Menge der
Mittel herabgesetzt werden kann.
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Bei Verwendung des hydraulischen Materials der Erfindung
kann es nötigenfalls verwendet werden, indem nicht nur
Sulfatmaterialien, wie Gips, Alkalisulfate, Magnesiumsulfat und
dergeichen, die verschiedene Formen haben, oder wässrige
Lösungen, die die Sulfatmaterialien enthalten, sondern auch
verschiedene Arten von Zementen, hochdisperses
Siliciumdioxid, körnige Hochofenschlacken, Flugaschen, Tone gemischt
werden, Materialien wie Trasse, Abbindeverzögerer wie
Expansionsmittel, Oxycarboxylate, Ligninsulfonate, Citrate,
Gluconate, Magnesiumsiliciumfluroid, Saccharide und deren
Derivate, Härtemittel wie Calciumchlorid, Natriumcarbonat,
Natriumsilikat, Natriumaluminat und dergleichen, gemischt
werden Mittel zum Erhöhen des Dispersionsvermögens wie
Naphtalinsulfonat-Formaldehydkondensate,
Melaminsulfonat-Formaldehydkondensate, Polycarbonsäuren, gereinigte Lignine und
dergleichen, oberflächenaktive Mittel, wie Harzseifen,
Polyoxyethylenalkylallylsulfate, Dodecylbenzolsulfonate und
dergleichen, Schrumpfreduktionsmittel, Sperrmittel,
Frostschutzmittel, Neutralitätsverhinderungsmittel,
Rostschutzmittel, Ausblühungsverhinderungsmittel, Mittel zur
Verhinderung der Reaktion alkalischer Zuschlagstoffe,
Schnellbindemittel, Verdickungsmittel und Polymeremulsionen gemischt
werden.
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Weil das kugelförmige hydraulische Material der
Erfindung in der Form kugelförmiger feiner Teilchen vorliegt, die
eine glatte Oberfläche und eine Kugel nahekommende Gestalt
aufweisen, hat die erwärmte Mischung mit Wasser Fluidität
und Festigkeit erzeugende Eigenschaften, die besser als
diejenigen von herkömmlichen Zementen sind. Wenn die Mischung
als hochfester Beton, selbstnivellierende erhärtete
Produkte, Gießformen und Füllstoffe für feine Zwischenräume
oder Lücken verwendet wird, kann eine bemerkenswerte
Funktion gezeigt werden, wie sie bei Gegenstücken nach dem Stand
der Technik nicht erwartet wird.
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Das kugelförmige hydraulische Material der Erfindung
kann erhalten werden durch Schmelzen eines
Ausgangsmaterials, das Teilbestandteile des Materials aufweist, Verteilen
oder Zerstäuben der sich ergebenden Schmelze und Kühlen und
Erstarren der verteilten Schmelze.
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Das Schmelz- und Verteilverfahren und -vorrichtung sind
nicht kritisch. Es werden Verbrennungsgassysteme,
Plasmasysteme und Explosionssysteme verwendet. Alternativ kann nach
dern Schmelzen in Elektroöfen, Gasöfen,
Lichtbogenentladungsöfen, Flammöfen, Staubkohle-Brennkesseln, einem
Laserschmelzvorrichtung und dergleichen die Schmelze in einer
Dekompressionsvorrichtung verteilt werden, kann getropft und
mit Hochdruckluft, einem inaktiven Gas oder Dampf verteilt
werden, kann in einer Hochgeschwindigkeitsdrehvorrichtung
miteinander zur Kollision gebracht werden oder kann in einer
schnell drehenden Drehvorrichtung angeordnet werden, wodurch
ermöglicht wird, daß die Schmelze durch die Wirkung der
Zentrifugalkraft verteilt wird. Weil die Schmelze bei
Verteilung gekühlt und erhärtet wird, wird das hydraulische
Material durch die Oberflächenspannung kugelförmig gemacht. Eine
niedrigere Viskosität führt zu einer kleinen Größe. Um eine
kleine Größe herzustellen, können verschiedene Arten von
Flußmitteln als ein die Viskosität verringerndes Mittel
verwendet werden.
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Die Ausgangsmaterialien können, abgesehen von
denjenigen, die gewöhnlich als Ausgangsmaterial für Zemente
verwendet werden, z.B. Kalkstein, Tone, siliciumhaltiges Gestein,
Schlacken, Bauxit und Rohmaterialien für Eisen, Kohleaschen,
verschiedene Arten von veraschten Aschen, Klärschlammaschen,
Branntkalk, Aschentuffe, Rotschlamm und dergleichen sein.
Diese können geeignet in Kombination verwendet werden.
Außerdem können hydraulische Materialien, wie z.B. Zemente,
Zementklinker und Schlacken einzeln oder in Kombination
verwendet werden.
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Die Größe, Größenverteilung und Kristallisationsgrad der
kugelige Teilchen können durch Ändern der
Ausgangszusammensetzung
und der Arten der Mittel, der Temperatur,
Oberflächenspannung, Viskosität und Verteilungs- und
Kühlbedingungen der Schmelze beliebig gesteuert werden, so daß es
wahrscheinlich ist, daß dem hydraulischen Material eine
Mannigfaltigkeit beabsichtigter Eigenschaften verliehen wird. Weil
das sphärische hydraulische Material gemäß der Erfindung
durch die Wirkung der Oberflächenspannung der Schmelze
kugelförmig wird, beeinflußt die Viskosität der Schmelze die
Größe, Größenverteilung und Kreisförmigkeit des gekühlten
kugelförmigen Materials außerordentlich. Die Viskosität der
Schmelze kann in Abhängigkeit von der Schmelztemperatur, der
oxidierenden-reduzierenden Atmosphäre zu dem Zeitpunkt des
Schmelzens, der chemischen Zusammensetzung des
Ausgangsmaterials und des Zusatzes von Flußmitteln geeignet gesteuert
werden. Die Art und Konzentration eines Gases, in dem die
Schmelze zerstreut wird, kann geändert werden, oder eine
gewünschte Verbindung kann in dem Gas enthalten sein, um die
kugelförmigen Teilchen einer Oberflächenbehandlung bei hohen
Temperaturen zu unterziehen, mit der Möglichkeit, daß die
Fluiditätscharakteristik, die Hydratationsreaktivität und
Adsorptionseigenschaften von Zusätzen gesteuert werden.
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Es wird bemerkt werden, daß, um nicht zu bewirken, daß
die Teilchen während des Verlaufs des Kugelglühens der
Teilchen beim Schmelzen miteinander verbunden werden,
zweckmäßige Verteilungs- und Kühlbedingungen geschaffen werden
sollten, wie z.B. die Form einer Düse, die Verteilung, die
Beschickungsmenge und Verweilzeit der Teilchen, und der Typ,
Druck, Temperatur und Gasmenge für das
Gaszerstäubungsverfahren, der Grad des Vakuums, Temperatur und Form
einer Düse für das Verfahren mit vermindertem Druck und die
Drehzahl, der Radius einer Scheibe und die Beschickungsmenge
und Tropfposition der Schmelze für das Zentrifugalverfahren.
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Im Gegensatz zu existierenden
Zementherstellungsverfahren, die von Drehöfen und Zerstäubervorrichtungen Gebrauch
machen, bewirken die obigen Herstellungsverfahren die
folgenden innovativen technischen Effekte. Insbesondere ist,
wenn ein Drehofen verwendet wird, die Menge einer
Flüssigkeitsphase zu der Zeit des Sinterns für eine
Klinkergranulierung beträchtlich erhöht, so daß dann ein
Schmelzverbindungsphänomen im Drehofen stattfindet, oder ein
Ausgangsmaterial mit einer chemischen Zusammensetzung, die bei einer
Sintertemperatur von etwa 1.500ºC wahrscheinlich nicht
gesintert wird, kann nicht verwendet werden. Gemäß dem
Verfahren der Erfindung können alle Ausgangsmaterialien
verwendet werden, die einen weiten Bereich von chemischen
Zusammensetzungen überdecken, die geschmolzen werden können. Dies
führt zu der Möglichkeit, daß eine große Vielfalt von
Kombinationen und Verhältnissen von hydraulischen Mineralien, wie
z.B. Klinkermineralien, in Gebrauch sind. Dies ermöglicht
es, daß ohne weiteres eine Mannigfaltigkeit von
Eigenschaften hydraulischen Materialien gegeben wird, einschließlich
derjenigen, die in der Praxis schwierig zu verwenden waren.
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Im Vergleich zu dem üblichen Zementherstellungsverfahren
ist das das Schmelzen für einen Kugelglühvorgang
einschließende Verfahren in der Zahl der beweglichen Teile und
Überwachungseinheiten mit dem begleitenden Vorteil vom
Gesichtspunkt der Wartungs- und Betriebsfunktionen der
Herstellungsvorrichtung her herabgesetzt. Weil keinerlei
Fertigstellungsfeinmahlvorgang erforderlich ist, können Energien für
Pulverisierung und Transport mit einem verringerten Ausmaß
der Staubbehandlung eingespart werden. Außerdem hat das
Pulver eine große Schüttdichte, was zu einer Zunahme im
Lagergewicht gegenüber gewöhnlichen Zementen für den gleichen
Volumenpegel führt.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, ist es wenn das
gleiche Ausgangsmaterial wie für bekannte Zemente verwendet
wird, gemäß dem Verfahren der Erfindung, möglich,
hydraulische Materialien herzustellen, die gegenüber denjenigen des
bekannten Zements beträchtlich verbesserte Eigenschaften
aufweisen und neue Eigenschaften zeigen, wie diejenigen von
gesinterten Oxidkeramikprodukten. Somit ist der Beitrag zur
Technik dieses Gebietes von unermeßlichem Wert.
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Alternativ kann das sphärische hydraulische Material der
Erfindung auch erhalten werden durch Verteilen eines
hydraulischen Pulvers mit Teilbestandteilen, während mindestens
Oberflächen des Pulvers geschmolzen werden, und Kühlen und
Erstarren des Pulvers, das zerstreut wird.
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Das Vorgehen und die Vorrichtung zum Ausführen des
obigen Verfahrens sind nicht kritisch. Plasmasysteme,
Lichtbogenentladungssysteme und dergleichen können verwendet
werden. Die Größenverteilung und Konzentration der zugeführten
Teilchen, die Art und Menge eines Dispergiermittels und die
Art, Temperatur und Menge eines Gases werden geeignet
ausgewählt, um zweckmäßige Dispersions- und Kühlbedingungen zu
bestimmen.
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Bei diesem Verfahren sind die sich ergebenden Teilchen
kugelförmig, weil mindestens deren Oberflächen geschmolzen,
gekühlt und verfestigt werden. Die Wirkung des Kugelglühens
ist der des oben erwähnten Falles ähnlich.
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Noch alternativ kann das kugelförmige hydraulische
Material der Erfindung erhalten werden durch Mischen von
getrockneten Produkten, gebrannten Produkten, gesinterten
Produkten oder Schmelzen von Ausgangsmaterialien, die
hauptsächlich aus einem oder mehreren von CaO, SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3; und
Fe&sub2;O&sub3; bestehen, mit einem heißen Material, wie z.B. einer
Schlacke von Eisenherstellungsanlagen in der Form einer
Schmelze oder mit einer Temperatur, die nicht niedriger als
500ºC ist, um eine Mischschmelze zu schaffen, Zerstreuen
oder Zerstäuben der Schmelze und Kühlen und Erstarren der
Schmelze, die verteilt wird.
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In diesem Fall kann das heiße Material, wie z.B. eine
Schlacke von Eisenherstellungsanlagen, aus
Hochofenschlacken, Schlacken eines Stahlherstellungsofens,
Kohleaschen, Klarschlammaschen, verschiedenen
Müllverbrennungsaschen, Reishülsenaschen, Magma, Lava und dergleichen
ausgewählt werden, während deren Zusammensetzungen berücksichtigt
werden. Diese können in der Form einer Schmelze verwendet
werden, und ihre potentielle Wärme kann genutzt werden.
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Das Ausgangsmaterial, das als Hauptbestandteil
mindestens eines von CaO, SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3; und Fe&sub2;O&sub3; aufweist, kann
Kalkstein, Branntkalk, Tone, siliciumhaltiges Gestein,
Bauxit, Eisenerze, Kupferschlacken, Fluorit und dergleichen
sein, während das heiße Material, wie z.B. Eisenschlacken
und die Zusammensetzung des herzustellenden Klinkers
berücksichtigt werden. Das Ausgangsmaterial wird getrocknet,
gebrannt, gesintert oder geschmolzen und dann mit dem heißen
Material, wie z.B. einer Eisenschlacke, in der Form einer
Schmelze oder mit einer Temperatur, von nicht niedriger als
500ºC gemischt.
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Anschließend wird die Mischschmelze des heißen
Materials, wie z.B. der Eisenschlacke, und des Ausgangsmaterials
verteilt, gefolgt von Kühlen und Erstarren im Verlauf des
Verteilens, um Teilchen mit einer Größe von nicht mehr als
500 µm und einer durchschnittlichen Kreisförmigkeit von
nicht kleiner als 0,7 zu schaffen.
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Das Schmelz-Verteil-Verfahren und -gerät sind wie
vorstehenden dargelegt nicht kritisch.
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Wo dieses Verfahren unter Verwendung des heißen
Materials, wie z.B. Eisenschlacken, übernommen wird, zeigen sich
nicht nur diejenigen Effekte wie vorher ausgeführt, sondern
es kann auch die Menge der potentiellen Wärme des heißen
Materials als Energie zum Erzeugen des Klinkerminerals genutzt
werden, was somit zu dem Vorteil führt, daß die
Wärmeenergiekosten im Vergleich zu denjenigen bekannter
Verfahren beträchtlich eingespart werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHUUNG
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Fig. 1 ist eine Mikrophotographie in etwa Soofacher
Vergrößerung von polierten Oberflächen von kugelförmigen
hydraulischen Teilchen, die beim Beispiel 2 der Erfindung
erhalten wurden.
BESTES VERFAHREN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
[Beispiele 1, 2]
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Ein Ausgangspulver mit einer normalen Portlandzement-
Klinker-Zusammensetzung wurde in einem Lichtbogenofen bei
2000ºC geschmolzen, gefolgt von Zerstäuben in einen Zerstäu
bungstank bei 10&supmin;² mmHg durch eine feine Düse, um drei Arten
kugelförmiger hydraulischer Teilchen zu erhalten, die einen
Durchmesser nicht größer als 60 µm mit einer
durchschnittlichen Größe von etwa 16 µm und verschiedenen
Kreisförmigkeiten (Beispiele 1, 2 und Vergleichsbeispiel 1) aufwiesen. 3
Gew.-% Gips mit einem Blaine-Wert von 9000 cm²/g zu jedem
der Teilchen zugegeben, um Testzemente zu erhalten.
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Die resultierenden sphärischen hydraulischen Materialien
enthielten Hauptanteile rundgeformtem Alit mit einer Größe
von nicht mehr als 15 µm und Belit mit einer Größe von nicht
mehr als 10 µm und waren in der Größe kleiner als
gewöhnliche Klinkermineralien. Es wurde nicht erkannt, daß die
kugelförmigen Teilchen deutliche Unterschiede in der Größe und
Mischungsansatz des Minerals zwischen den zentralen und
Oberflächenteilen aufwiesen. Somit war die Gesamtheit der
Teilchen in der mineralischen und chemischen Zusammensetzung
homogen.
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Ein Naphtalinsulfonat-Formaldehydkondensat (Mighty 150,
erhältlich von Kao Co., Ltd.) wurde den jeweiligen Zementen
zugegeben, um Pasten zu erhalten.
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Als Vergleichsbeispiel 2 wurde normaler Portlandzement
in gleicher Weise zur Herstellung einer Paste verwendet.
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Die Paste wurde von Hand gemischt: 400 g von jedem
Zement wurden in einer Mischschale abgewogen, vorgeschrieben
in JIS R 5201, wozu eine wässrige Lösung von Mighty 150
zugegeben wurde, so daß die Menge an Mighty 150 2,0% auf der
Basis von Zement war; und schließlich wurde eine Restmenge
Wasser zugegeben um die Konsistenz der Paste einzustellen.
Die Konsistenz der Paste wurde mit einer Standardkonsistenz
eines Abbindetests in Übereinstimmung gebracht.
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Die gemischte Paste wurde verwendet, um ein Teststück
von 2 x 2 x 12 cm herzustellen. Nach Entfernung aus einer
Form wurden die Teststücke einem Festigkeitstest nach
Feuchthalten zum Erhärten in Wasser während 28 Tagen bei
normalen Temperaturen und nach Behandlung in einem
Autoklaven unterzogen. Die Behandlungsbedingungen in dem Autoklaven
waren 179ºC und 6 Stunden.
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Der Zement mit Verwendung des kugelförmigen
hydraulischen Materials wurde bei einem Wasser-Zement-Verhältnis von
55% gemischt, und man ließ ihn in einem
Rotationsviskosimeter stehen. Nach 3 Stunden wurde eine große Menge an
Entmischungswasser erzeugt, was es schwierig machte, den Rotor
von Hand zu entfernen. Andererseits wurde bei dem normalen
Portlandzement wenig Entmischungswasser erkannt, und der
Rotor konnte von Hand entfernt werden. Dieses Phänomen des
Zements mit Verwendung den kugelförmigen hydraulischen
Materials hing von dem hohen Packungseffekt der kugelförmigen
Teilchen durch ein natürliches Absetzen ab, was auf die
unzweifelhafte Wirksamkeit des Hartsinterphänomens hinweist.
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Die Festigkeitstestwerte der Beispiele 1, 2 und
Vergleichsbeispiele 1, 2 sind in Tabelle 1 dargestellt.
Durchschnittl. Kreisförmigkeit
Fur Standard-konsistenz benötigte Wassermenge (%)
Festigkeit nach Feuchthalten in Wasser über 28 Tage (kgf/cm²)
Festigkeit nach Behandlung in Autoklaven (kgf/cm²)
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Die Testzemente mit Verwendung von kugelförmigen
hydraulischen Materialien weisen eine geringere Wassermenge für
eine Standardkonsistenz als der normale Portlandzement auf,
was offenbart, daß der Wasserreduzierungseffekt größer ist.
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Die Testzemente weisen signifikant größere Werte bezüglich
der Festigkeiten auf. Außerdem zeigen die Teilchen mit
durchschnittlichen Kreisförmigkeiten von 0,84 (Beispiel 1)
und 0,92 (Beispiel 2) physikalische Eigenschaften, die
besser als diejenigen mit einer durchschnittlichen
Kreisförmigkeit von 0,63 (Vergleichsbeispiel 1) sind.
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Während Argon und Stickstoff bei 65 Liter/Minute bzw. 10
Liter/Minute in einem Flammenbereich eines Hochfrequenz-
Plasmagenerators mit einer Frequenz von etwa 4 MHz und einer
kontinuierlichen Hochfrequenzausgabe von 50 kW zugeführt
wurden, wurde eine Plasmaflamme geschaffen. Ein
Portlandzement-Klinkerpulver mit einer Größe von etwa 40 - 100 µm
wurde mit einer Zufuhr von etwa 1 g/Minute durch die
Plasmaflamme durchgeführt, gefolgt von Sammeln von
angehängten abgekühlter kugelförmiger Teilchen bei einem tiefer
liegenden Trichter. Als Ergebnis wurden kugelförmige Teilchen
mit einer Durchschnittsgröße von etwa 70 µm erhalten.
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In Fig. 1 ist eine Mikrophotographie in etwa 500facher
Vergrößerung von polierten Oberflächen der resultierenden
kugelförmigen Teilchen dargestellt. Hieraus kann festgestelt
werden, daß mit ganz geschmolzenen Teilchen dendritische und
nadelartige Mineralien mit Silikatphase erzeugt wurden, und
mit Teilchen, deren Oberflächen allein geschmolzen wurden,
dendritische und nadelartige Mineralien mit Silikatphase nur
an der Oberflächenschicht erzeugt wurden, während ein
Mineral mit Silikatphase mit normaler Form, das in dem
ursprünglichen Klinker enthalten ist, in ihrem Inneren gelassen
wurde.
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3 Gew.-% eines feinen Gipspulvers wurden den
kugelförmigen Teilchen zugegeben; um einen Testzement zu schaffen.
Eine Zementpaste wurde unter Verwendung einer geeigneten
Wassermenge für eine Standardkonsistenz des in JIS R 5201
vorgeschriebenen Abbindetests hergestellt und verwendet, um
ein Teststück mit 2 x 2 x 12 cm herzustellen. Nach
Entfernung aus einer Form wurde das Teststück in Wasser bei 20ºC
zum Erhärten feucht gehalten und einem Druckfestigkeitstest
unterzogen. Ein als Vergleichsbeispiel 3 verwendetes
Klmkerpulver wurde gleichfalls verwendet, um eine Paste
herzustellen. Die Ergebnisse des Tests sind in Tabelle 2
dargestellt.
Durchschnittl. Kreisförmigkeit
Fur Standardkonsistenz benötigte Wassermenge (%)
Festigkeit nach Tagen (kgf/cm²)
Beispiel
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Der Testzement mit Verwendung der kugelförmigen Teilchen
weist eine geringere Wassermenge für die Standardkonsistenz
als der Vergleichszement auf, in dem 3 Gew.-% des feinen
Gipspulvers dem Klinker zugegeben sind, mit einem besseren
Wasserreduzierungseffekt. Die Festigkeit ist für den
Testzement signifikant höher.
[Beispiel 4]
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Mäßig erwärmte Portlandzement-Klinkerteilchen mit einer
Größe von nicht mehr als 45 µm wurden einer eine Lichtbogen-
Flammespritzvorrichtung zugeführt, um kugelförmige Teilchen
mit einer durchschnittlichen Größe von etwa 15 µm zu
schaffen.
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3 Gew.-% eines feinen Gipspulvers wurden jeweils
Originalklinkerteilchen (Vergleichsbeispiel 4) und den
kugelförmigen Teilchen zugegeben, um Testzemente zu erhalten.
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Naphtalinsulfonat-Formaldehydkondensat (Mighty 150,
erhältlich von Kao Co., Ltd.) wurde jedem der Zemente als ein
wasserreduzierendes Mittel zugegeben, wodurch Zementpasten
erhalten wurden. Die Paste wurde von Hand vermengt: 400 g
von jedem Zement wurden in einer Mischschale abgewogen,
vorgeschrieben in JIS R 5201, wozu eine wässrige Lösung von
Mighty 150 gegeben wurde, so daß die Menge an Mighty 150
2,3% auf der Basis des Zements ausmachte; und schließlich
wurde eine Restwassermenge zum Einstellen der Konsistenz der
Paste zugegeben. Die Konsistenz der Paste wurde mit einer
Standardkonsistenz eines Abbindetests in Übereinstimmung
gebracht.
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Die gemischte Paste wurde verwendet, um ein Teststück
von 2 x 2 x 12 cm herzustellen. Nach Entfernung aus einer
Form wurde das Teststück einem 28tägigen Festigkeitstest
nach Feuchthalten zum Erhärten in Wasser bei 20ºC
unterzogen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
Durchschnittl. Kreisförmigkeit
Fur Standardkonsistenz benötigte Wassermenge (%)
Festigkeit nach 28 Tagen (kgf/cm²)
Beispiel
-
Der Testzement mit Verwendung der kugelförmigen Teilchen
weist eine geringere Wassermenge für die Standardkonsistenz
als der Vergleichszement mit unter Verwendung des Klinkers
auf. Demgemäß können Pasten, Mörtel oder Betone unter
Verwendung einer geringen Wassermenge hergestellt werden, die
eine hohe Fluidität und hohe Festigkeit aufweisen.
[Beispiel 5]
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Eine bei 1450ºC geschmolzene Hochofenschlacke wurde in
einem Vergasungsofen unter Verwendung von mit Sauerstoff
angereicherter Luft angeordnet, zu der Branntkalk,
siliciumhaltiges Gestein, Kupferschlacke und Fluorit nach und nach
zugegeben wurden, gefolgt von Erhitzen bei 1900ºC, zum
Schmelzen, wodurch eine chemische Hauptzusammensetzung von
normalem Portlandzement-Klinker geschaffen wurde.
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Anschließend wurde die Schmelze des Gemisches in einem
Hochfrequenz-Schmelzofen einer Gaszerstäubungsvorrichtung
angeordnet. Während die Schmelze zum Laufen fort, vom Ofen
gebracht wurde, wurde Luft mit einem Druck von 6 MPa gegen
die Schmelze zur Feingranulierung geblasen, wodurch
kugelförmige Klinkerteilchen mit einer durchschnittlichen Größe
von etwa 30 µm und einer durchschnittlichen Kreisförmigkeit
von 0,97 erhalten wurden.
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3 Gew.-% eines feinen Gipspulvers wurden den sich
ergebenden kugelförmigen Teilchen zugegeben, um einen Testzement
zu schaffen. Eine Zementpaste wurde gemäß einer Wassermenge
für eine Standardkonsistenz eines Abbindetests,
vorgeschrieben in JIS R 5201, gemischt und verwendet, um ein Teststück
mit einem Durchmesser von 5 cm und einer Länge von 10 cm
herzustellen. Nach Entfernung aus einer Form wurde das Stück
in Wasser bei 20ºC zum Erhärten feucht gehalten und einem
Druckfestigkeitstest unterzogen.
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Als Vergleichsbeispiel 5 wurden Klinkerteilchen, die
durch ein bekanntes Zementherstellungsverfahren hergestellt
wurden und die die gleiche Zusammensetzung und
Durchschnittsgröße wie beim Beispiel 1 aufwiesen, auf die gleiche
Weise wie beim Beispiel 5 getestet.
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Die Testergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.
Durchschnittl. Kreisförmigkeit
Fur Standardkonsistenz benötigte Wassermenge (%)
Festigkeit nach Tagen (kgf/cm²)
Beispiel
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Der Testzement mit Verwendung der kugelförmigen Teilchen
des Beispiels weist eine geringere Wassermenge für die
Standardkonsistenz als der Vergleichszement auf, was einen
größeren Wasserreduzierungseffekt und ein besseres
Festigkeitsverbesserungvermögen offenbart.