FI127048B - Menetelmä ja laitteisto sementin valmistamiseksi - Google Patents

Description

MENETELMÄ JA LAITTEISTO SEMENTIN VALMISTAMISEKSI

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty menetelmä ja patenttivaatimuksen 8 johdanto-osassa määritelty laitteisto sementin valmistamiseksi.

Betonin tekoon tarvittavan sementin valmistukseen käytetään jauhettua kalkkikiveä, johon sekoitetaan mm. savea ja seos poltetaan klinkkeriuunissa, jossa materiaali sintraantuu sementtimineraaleja käsittäväksi klinkkeriksi. Sementin raaka-aineena olevat klinkkerinoduulit jauhetaan sementti-jauheeksi esimerkiksi kuulamyllyssä ja jauhatuksen yhteydessä materiaaliin lisätään lisä- ja seosaineita haluttujen ominaisuuksien aikaansaamiseksi. Esimerkiksi materiaaliin lisätään kipsiä sitoutumisajan säätämiseksi. Kovettumisno-peutta voidaan säätää muun muassa sementtijauheen raekoolla. Yhtenä ongelmana sementin valmistuksessa on, että se tuottaa hyvin paljon CCk-päästöjä. Tässä hakemuksessa käytetään jauhetusta klinkkeristä nimitystä sementtijauhe riippumatta siitä, onko kyse puhtaasta klinkkerijauheesta vai sellaisesta seoksesta, jossa klink-kerimateriaaliin on lisätty seos- ja lisäaineita ennen jauhatusta tai jauhatuksen yhteydessä.

Lentotuhkaa on käytetty seosaineena jo tunnetun tekniikan mukaisesti sementin valmistuksessa, mutta tulokset eivät välttämättä ole olleet saatavan betonin lujuuden kannalta riittävän hyviä, sillä lentotuhkaa on yleisesti käytetty sellaisenaan, sitä mitenkään lajittelematta, jolloin betoni, jossa lajittelematonta lentotuhkaa on käytetty lisäaineena, on laadullisesti parantunut vain jonkin verran tai ei yhtään. Lentotuhkalla täydennetyt sementit sisältävät tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa yleensä noin 15-40% lentotuhkaa. Käsittelemättömän lentotuhkan käyttö on tyypillisesti kausiluonteista, käyttömäärät ovat rajallisia ja saatava hyöty on ollut pientä tiukkojen teknisten raja-arvojen määräämänä.

Tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa käsittelemätöntä lentotuhkaa on lisätty esimerkiksi muiden seosaineiden mukana sementinvalmistusprosessissa raaka-aineena käytettyyn klinkkerimateriaaliin ennen sementin jauhatusta, jonka jälkeen jauhatuslaitteessa hienonnettu ja seostettu sementti-jauhe on siirretty varastoon ja jakeluun. Ongelmana näissä ratkaisuissa on muun muassa se, että jauhatuksen tuloksena saadaan sementtiseos, jossa raekoko ei välttämättä ole kaikilta osiltaan hallittu. Tämä johtuu muun muassa siitä, että klinkkerimateriaalin ja eri seosaineiden keskinäisissä kovuuksissa on eroja, esimerkiksi seosaineena käytetty kuona voi olla huomattavasti kovempaa tai pehmeämpää kuin klinkkerimateriaali. Samoin lentotuhkassa voi olla klinkkeriä kovempia partikkeleita. Näin jokin kovempi ainesosa ei ehkä jauhaudukaan tarpeeksi pieneksi, tai pehmeämpi ainesosa jauhautuu liian pieneksi, jolloin sementtijauhe ei ole raekooltaan tarpeeksi homogeenista, vaan epämääräistä ja sementin laatu kärsii. Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat sekä aikaansaada edullinen ja luotettava menetelmä ja laitteisto laadukkaan sementin valmistamiseksi. Tällöin tarkoituksena on muun muassa pyrkiä valmistamaan sementtiä, josta tehtävän betonin lujuusominaisuudet ja työs-tettävyys ovat nykyisiä tunnettuja ratkaisuja parempia. Lisäksi tarkoituksena on pyrkiä valmistamaan sementtiä, josta tehtävää betonia voidaan käyttää valmiiseen tuotteeseen nykyisiä betonilaatuja vähemmän. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Vastaavasti keksinnön mukaiselle laitteistolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 8 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön muille sovellusmuodoille on tunnusomaista se, mitä on esitetty muissa patenttivaatimuksissa.

Keksinnön mukaisen ratkaisun yhtenä suurena etuna on muun muassa sementin valmistuksen aiheuttamien C02-päästöjen pieneneminen, koska klinkkeriä tarvitaan sementin valmistukseen vähemmän hyvin lajitellun lentotuhkan korvatessa osan klinkkeristä. Klinkkerimateriaalin korvaaminen lento-tuhkalla ei kuitenkaan onnistu niin hyvin lajittelemattomalla lentotuhkalla. Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteistolla valmistetusta sementistä tehdyt betonituotteet ovat tasalaatuisia ja teknisesti luotettavia, jolloin betonin valmistuksessa tarvittava käyttömäärä on pienempi kuin perinteisestä sementistä tehdyissä betonituotteissa. Tällöin raaka-aine- ja kuljetus- sekä energiakustannuksia voidaan pienentää, jolloin ekologinen jalanjälki on pienempi kuin perinteisestä sementistä valmistetuilla betonituotteilla. Yhtenä etuna on vielä se, että sementti- ja lento-tuhkapartikkelit sekoittuvat keskenään optimaalisesti, kun lentotuhkapartikkelit ovat hallitun pyöreän muotoisia ja sopivasti pienempiä kuin sementtipartikkelit, jolloin seoksessa olevien partikkelien sitova ja lujuutta lisäävä reak-tiopinta-ala kasvaa, sekä samalla myös tarvittavan veden määrä pienenee. Seurauksena on betonin parantunut lujuus tietyn kovettumisajan jälkeen.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin sovellutusesimerkkien avulla viittaamalla oheisiin yksinkertaistettuihin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää yhtä tunnetun tekniikan mukaista menetelmää ja laitteistoa sivulta katsottuna ja yksinkertaistettuna kaaviokuvana, kuvio 2 esittää yhtä keksinnön mukaista menetelmää ja laitteistoa sivulta katsottuna ja yksinkertaistettuna kaaviokuvana kuvio 3 esittää kaaviollisesti ja yksinkertaistettuna näytettä juuri sekoitetusta märästä betonista ja kuvio 4 esittää kuviossa 3 pistekatkoviivoilla esitettyä näytteenottokohtaa huomattavasti suurennettuna ja kaaviollisesti.

Kuvion 1 esittämässä tunnetun tekniikan mukaisessa menetelmässä ja laitteistossa, eli lyhyemmin ratkaisussa, sementin pääraaka-aineena oleva klinkkeri on varastoitu varastosäiliöön 101, josta klinkkerimateriaalia siirretään kulloinkin tarvittava määrä siirtolaitteiston 102 avulla klinkkerin annostelusäiliöihin 103, josta klinkkeri siirretään edelleen kuljetinlaitteistolla 105 jauhatuslaitteistolle 106 jauhatukseen. Annostelulaitteiston yhteydessä klinkkerima-teriaaliin lisätään myös seosainesäiliöissä 104 olevat seosaineet, kuten kipsi, kuona ja esimerkiksi lajittelematon lentotuhka, jotka seosaineet kuljetetaan kuljetinlaitteistolla 105 jauhatuslaitteistolle 106, jossa sekä klinkkeri että seosaineet jauhetaan yhdessä. Jauhatuksen jälkeen jauhettu ja sekoitettu sementtijauhe kuljetetaan siirto-laitteiston 107 avulla sementin varastointi- ja annostelusäiliöihin 108, joista valmis sementtijauhe annostellaan jakelua varten, esimerkiksi jakeluautoihin 109 tai jake-lusäiliöihin 110.

Kuvion 2 esittämässä yhdessä keksinnön mukaisessa menetelmässä ja laitteistossa, eli lyhyemmin ratkaisussa, sementin pääraaka-aineena oleva klinkkeri on varastoitu varastosäiliöön 1, josta klinkkerimateriaalia siirretään kulloinkin tarvittava määrä siirtolaitteiston 2 avulla klinkkerin annostelusäiliöihin 3, josta klinkkeri siirretään edelleen kuljetinlaitteistolla 6 jauhatuslaitteistolle 7 jauhatuk- seen. Yhden tai useamman annostelusäiliön 3 käsittävän an-nostelulaitteiston yhteydessä klinkkerimateriaaliin lisätään myös yhdessä tai useammassa seosainesäiliössä olevat seosaineet, kuten kipsi, kuona ja esimerkiksi seosainesäiliössä 4 oleva lajiteltu, raekooltaan olennaisen karkea lentotuhka, jotka seosaineet kuljetetaan kuljetinlaitteis-tolla 6 yhdessä klinkkerimassan kanssa jauhatuslaitteistol-le 7, jossa sekä klinkkeri että seosaineet jauhetaan yhdessä tunnetun tekniikan mukaiseen tapaan. Lajitellun karkean lentotuhkan keskihienous (D50) on olennaisesti n. 40-60 μπι. Jauhatuksen jälkeen jauhettu ja sekoitettu sementtijauhe kuljetetaan siirtolaitteiston 8 avulla sementin varastointi- ja annostelusäiliöihin 9, joista valmis sementtijauhe annostellaan jakelua varten, esimerkiksi jakeluautoihin 15 tai jakelusäiliöihin 16.

Erona tunnetun tekniikan mukaisiin ratkaisuihin on nyt kuitenkin se, että tavanomaisen sementinvalmistuslaitteiston yhteyteen on lisätty etukäteen haluttuun raekokoon lajitellun lentotuhkan annostelulaitteisto 12, jonka avulla samalla sementinvalmistuslaitteistolla voidaan tehdä tavanomaisen sementin lisäksi koostumukseltaan erittäin tasalaatuisia erikoissementtejä, joista tehty betoni on esimerkiksi erittäin lujaa ja hyvin työstettävää, tai näin tehdyllä betonilla on muita haluttuja ominaisuuksia, kuten hidas tai nopea lujuuden saavuttaminen.

Lentotuhkan annostelulaitteistoon 12 kuuluu punnitusyksikkö 12a ja sekoitusyksikkö 12b, jossa punnitusyksiköllä 12a punnitut ainesosat sekoitetaan keskenään ja siirretään kul-jetinlaitteistolla 13 erikoissementin varastointi- ja annostelusäiliöihin 14, joista valmis erikoissementtijauhe annostellaan jakelua varten, esimerkiksi jakeluautoihin 15 tai jakelusäiliöihin 16.

Keksinnön mukaiseen laitteistoon kuuluu yksi tai useampi lisäseosainesäiliö 5, 5a, joka on yhdistetty kuljetinlait-teiston 10 avulla annostelulaitteiston 12 punnitusyksikköön 12a. Esimerkin mukaisessa ratkaisussa lisäseosainesäiliöitä on kaksi, mutta niitä voi olla siis vain yksi tai useampiakin kuin kaksi, esimerkiksi 3, 4, 5 tai 6. Ensimmäisessä lisäseosainesäiliössä 5 on raekooltaan erittäin hienoa, valmiiksi lajiteltua lentotuhkaa, jonka keskihienous (D50) on esimerkiksi välillä 1-8 pm. Vastaavasti toisessa lisäseosainesäiliössä 5a voi olla raekooltaan karkeampaa, valmiiksi lajiteltua lentotuhkaa, jonka keskihienous (D50) on esimerkiksi välillä 8-16 pm, kolmannessa lisäseosainesäiliössä voi olla raekooltaan edelleen karkeampaa, valmiiksi lajiteltua lentotuhkaa, jonka keskihienous (D50) on esimerkiksi välillä 17-40 pm, jne. Tarkoin valitun raekoon lisäksi on edullista, että lajitellut lentotuhkahiukkaset ovat muodoltaan olennaisen pyöreitä, jolloin betonia tehtäessä tarvittava veden määrä pienenee, mistä seuraa lisäksi betonin lujuuden kasvaminen.

Lisäseosainesäiliöstä 5 tai 5a, jne. valmiiksi lajiteltua lentotuhkaa siirretään kuljetinlaitteiston 10 avulla suoraan punnitusyksikköön 12a punnittavaksi ja edelleen punnituksen jälkeen sekoitusyksikköön 12b, johon tuodaan myös jauhatuslaitteistolla 7 jauhettua sementtijauhetta, joka on joko aivan puhdasta klinkkerijauhetta tai johon on sekoitettu tarvittava määrä mahdollisia muita lisä- ja seosaineita. Edellä mainittu jauhettu sementtijauhe erotetaan esimerkiksi siirtolaitteiston 8 yhteydessä olevan jakelu-laitteen 8a avulla varastointi- ja annostelusäiliöihin 9 menevästä materiaalista ja johdetaan kuljetinlaitteiston 11 kautta annostelulaitteiston 12 punnitusyksikölle 12a punnitukseen ja punnituksen jälkeen sekoitusyksikköön 12b.

Keksinnön mukaisesti valmiiksi jauhettuun sementtijauhee-seen sekoitetaan sekoitusyksikössä 12b sopivassa suhteessa lajiteltua, raekooltaan erittäin pientä lentotuhkaa, jolloin näin saadusta parannetusta sementtijauheesta tehdyn betonin lujuusominaisuudet ja työstettävyys paranevat tunnetun tekniikan mukaiseen sementtiin verrattuna. Tällöin sementtijauhe, johon mainittua hienoa lentotuhkaa lisätään voi sisältää pelkästään jauhettua klinkkeriä, tai klinkkerin seassa voi olla pieniä määriä lisäaineita tai muita seosaineita, kuten kipsiä. Lisäksi joissakin tapauksissa klinkkerin seassa voi olla em. lisä- ja seosaineiden lisäksi tai asemesta kuonaa ja/tai mainittua hienoa lentotuhkaa karkeampaa lentotuhkaa, joka on jauhettu jauhatuslaitteis-tossa 7 yhdessä klinkkerin kanssa.

Taulukossa 1 on esitetty ote eräästä koetuloksesta, jossa lajiteltiin lentotuhkaa testilaitteella keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteiston käyttöön. Siinä tuote nro 1 (Tuote 1) on olennaisesti lajittelematon karkea lähtöaine ja tuote nro 5 on kaikista hienojakoisin aine. Pystysarak-keissa on esitetty neljä eri tilavuusprosenttiarvoa: D10, joka vastaa 10%; D50, joka vastaa 50%; D97, joka vastaa 97%; ja D100, joka vastaa 100%. Sarakkeissa esitetyt desimaaliluvut ovat lentotuhkamateriaalin raekokoja mikrometreinä (pm) .

Taulukko 1

Esimerkiksi jos tarkastellaan alinta tuotetta nro 5, nähdään, että lajittelussa on mennyt koko materiaalista 100% läpi seulasta, jonka reikäkoko on 4 pm, eli lajitellussa tuotteessa suurin raekoko on 4 pm. Yleisesti tärkeämpänä kriteerinä pidetään kuitenkin raekokoa arvolla D97, joka useimmiten riittää arvon D100 sijaan, ja tuotetta arvioidaan yleisesti arvolla D50, jolla määritetään tuotteen raekoon keskihienous. Taulukosta 1 nähdään, että tuotteen nro 5 keskihienous D50 on siis 1,46 pm ja enemmän kuin 10% tuotteesta on materiaalia, jonka raekoko on alle 1 pm, eli osa tuotteesta kuuluu raekooltaan jo nanometriluokkaan.

Lentotuhkan käsitteleminen ja lajitteleminen raekooltaan juuri tietyn kokoisiin tuotteisiin mahdollistaa näiden tuotteiden edullisen ja tarkoituksen mukaisen hyötykäytön erilaisiin käyttötarkoituksiin. Esimerkiksi betoniin käytetyn sementin lisäaineena juuri raekooltaan oikein valittu lentotuhka muun muassa parantaa betonin laatua ja lujuutta sekä alentaa betonin hintaa ja vähentää betoniin tarvittavan klinkkerin kulutusta, jolloin myös ekologinen jalanjälki paranee.

Taulukossa 2 on esitetty ote eräästä koetuloksesta, jossa testattiin K40 lujuusluokan betonin puristuslujuuden kehitystä. Vertailtavina tuotteina oli tunnetun tekniikan mukaisella sementillä valmistettu betoni ja keksinnön mukaisella erikoissementillä valmistettu betoni, jossa jauhettuun klinkkerimateriaaliin oli lisätty erittäin hienoa, raekooltaan lajiteltua lentotuhkaa.

Taulukko 2

Vertailukohtana oli siis tunnetun tekniikan (Prior Art) mukaisesta sementistä valmistettu betoni, jonka valmistukseen käytettiin 300 kg sementtiä, jossa ei ollut seosaineena lentotuhkaa. Täysi puristuslujuus kehittyi vähitellen niin, että ensimmäisen vuorokauden jälkeen puristuslujuus oli 15 MPa ja 28 vuorokauden päästä 45 MPa.

Vastaavasti keksinnön mukaisella erikoissementillä valmistettuun betoniin tarvittiin samojen lujuusominaisuuksien saavuttamiseksi vain 225 kg sementtiä ja 15 kg erittäin hienoa, raekooltaan lajiteltua lentotuhkaa, joka oli sekoitettu sementtijauheeseen klinkkerin jauhatuksen jälkeen. Puuttuva tilavuusmäärä voitiin korvata luonnon omalla materiaalilla eli hiekalla. Alkuperäiseen sementtimäärään (300 kg) nähden keksinnön mukaista sementtiä riitti 25% pienempi määrä (225 kg) saman lopputuloksen saavuttamiseksi, kunhan sementtiin lisättiin seosaineeksi 15 kg lentotuhkaa, joka määrä on 5% alun perin tarvittuun sementtimäärään (300 kg) nähden. Tässä yhteydessä prosenttimääriä esitettäessä tarkoitetaan painoprosentteja. Koska sementin määrää voitiin vähentää saman lopputuloksen saavuttamiseksi ja sementin valmistus rasittaa CCb-päästöineen paljon luontoa, on keksinnön mukaisella ratkaisulla valmistettu sementtiseos mui- den etujensa lisäksi myös paljon ympäristöystävällisempää kuin tunnetun tekniikan mukainen sementti.

Kun betonin valmistuksessa tarvittavan sementin lisäaineena käytetään tarkasti oikeaan raekokoon lajiteltua lentotuh-kaa, voidaan lentotuhkaa lisäksi käyttää vähemmän kuin tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa saman lopputuloksen saavuttamiseksi, eli 15-40% sijasta lentotuhkaa tarvitaan keksinnön mukaisessa ratkaisussa vain 2-14% muun sementti-materiaalin määrästä. Tällöin lentotuhkan raekoko on esimerkiksi seuraava: D50 on välillä 1-8 pm, D97 on välillä 2-60 pm ja D100 on välillä 3-80 pm. Vastaavasti D10 on välillä 0,5-2 pm.

Taulukossa 3 on esitetty ote eräästä toisesta koetuloksesta, jossa testattiin betonin puristuslujuuden kehitystä. Vertailtavina tuotteina oli tunnetun tekniikan mukaisella sementillä valmistettu betoni, jossa klinkkerimateriaaliin oli lisätty lentotuhkaa ennen klinkkerin jauhatusta, ja kolme keksinnön mukaisella erikoissementillä valmistettua betonia, joissa jauhettuun klinkkerimateriaaliin oli lisätty eri prosenttimäärä erittäin hienoa, raekooltaan lajiteltua lentotuhkaa, jonka raekoko oli pienempi kuin jauhetun klinkkerimateriaalin raekoko.

Taulukko 3

Taulukon 3 sarakkeessa Prior Art (20-25%) on esitetty tunnetun tekniikan mukaisesta sementtiseoksesta tehdyn betonin puristuslujuuksia 1, 7, 28 ja 91 vrk betonivalun jälkeen. Tällöin lajittelematonta tai hyvin karkeaksi lajiteltua lentotuhkaa on lisätty painoprosentteina klinkkerimateriaa-liin n. 20-25% ennen klinkkerimateriaalin jauhatusta.

Vastaavasti sarakkeessa Keksintö 1 (20%) on esitetty yhdestä keksinnön mukaisesta sementtiseoksesta tehdyn betonin puristuslujuuksia 1, 7, 28 ja 91 vrk betonivalun jälkeen. Tällöin keksinnön mukaisesti lajiteltua, raekooltaan jauhetun klinkkerimateriaalin raekokoa pienempää lentotuhkaa on lisätty painoprosentteina 20% olennaisen puhtaaseen sementti j auheeseen, joka on n. 95%:sen puhdasta ja seostettu vain muilla tavanomaisilla seosaineilla, kuten kipsillä, mutta ei lentotuhkalla. Tällöin siis lentotuhka on lisätty vasta klinkkerin jauhatuksen jälkeen. Sarakkeessa Keksintö 2 (25%) on esitetty yhdestä toisesta keksinnön mukaisesta sementtiseoksesta tehdyn betonin puristuslujuuksia 1, 7, 28 ja 91 vrk betonivalun jälkeen. Tässä tapauksessa lentotuhkaa on lisätty samalla tavoin kuin edellisessäkin sarakkeessa, mutta nyt painoprosentteina 25% jauhetun klinkkerin määrästä. Ja sarakkeessa Keksintö 3 (5%) on esitetty yhdestä kolmannesta keksinnön mukaisesta sementtiseoksesta tehdyn betonin puristuslujuuksia 1, 28 ja 91 vrk betonivalun jälkeen. Tässäkin tapauksessa lentotuhkaa on lisätty samalla tavoin kuin kahdessa edellisessä sarakkeessa, mutta nyt painoprosentteina vain 5% jauhetun klinkkerin määrästä.

Taulukon 3 koetuloksista nähdään hyvin selvästi, että keksinnön mukaisista sementtiseoksista (Keksintö 1-3) tehdyn betonin puristuslujuus on huomattavasti suurempi kuin tunnetun tekniikan mukaisesta, lentotuhkalla seostetusta sementistä (Prior Art) tehdyn betonin puristuslujuus. Esimerkiksi sementtiseos Keksintö 3 saavuttaa jo yhden vuorokau- den kuluttua valusta 15 MPa puristuslujuuden, eli kaksi kertaa suuremman puristuslujuuden kuin sementtiseoksesta Prior Art tehty betoni.

Taulukon 3 koetuloksista voidaan tehdä myös sellainen johtopäätös, että haluttaessa korostaa hyvää alkulujuutta betonin valmistuksessa käytettävään jauhettuun sementtijau-heeseen sekoitetaan lisäaineeksi keksinnön mukaisesti lajiteltua lentotuhkaa vähemmän kuin silloin, jos haluttaisiin korostaa hyvää loppulujuutta. Esimerkiksi sementtiseoksen Keksintö 3 puristuslujuus on vielä 28 vrk betonivalun jälkeen suurempi kuin muiden kokeessa olleiden sementtiseosten Keksintö 1 ja Keksintö 2, kun taas näiden puristuslujuus on sementtiseosta Keksintö 3 suurempi vasta 91 vrk betonivalun jälkeen. Loppulujuus siis paranee, kun jauhettuun sementti-jauheeseen sekoitetaan lisäaineeksi keksinnön mukaisesti lajiteltua lentotuhkaa enemmän kuin 5%, mutta vähemmän kuin 25%. Tarkkoja prosenttimääriä ei ole kokeissa kuitenkaan selvitetty.

Voidaan kuitenkin määritellä esimerkiksi, että korostettaessa valmistetun betonin alkulujuutta lisätään jauhettuun sementtijauheeseen keksinnön mukaisesti lajiteltua lento-tuhkaa painoprosentteina noin N% sementtijauheen määrästä, jossa N on 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 tai 14 tai näiden kokonaislukujen osia. Vastaavasti korostettaessa valmistetun betonin loppulujuutta lisätään jauhettuun sementti jauheeseen keksinnön mukaisesti lajiteltua lentotuhkaa painoprosentteina noin N% sementtijauheen määrästä, jossa N on 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26...40 tai näiden kokonaislukujen osia.

Kuviossa 3 on esitetty kaaviollisesti ja yksinkertaistettuna näyte juuri sekoitetusta märästä betonista, jossa on vinoviivoilla esitetyn, sideaineena olevan sementtigeelin 17 seassa vahvikkeena sekä pieniä kiviä 18 että suurempia kiviä 19. Lisäksi betonissa voi olla metalli- ja muita vahvikkeita, mutta niitä ei ole kuviossa esitetty. Kuvioon 3 on lisätty myös pistekatkoviivoilla esitetty näytteenotto-kohta 20, joka on esitetty paljon suurennettuna kuviossa 4.

Kuvion 4 mukainen betonin näytepala on kaaviollinen ja yksinkertaistettu ja siinä on esitetty vain, miten keksinnön mukaisesti lajitellun lentotuhkan hiukkaset eli rakeet 21 ovat sijoittuneet niitä suurempien sementtihiukkasten eli sementtirakeiden 22 väliin tiivistäen sideaineena toimivan sementtimassan rakennetta. Ilman sementtirakeita 22 kooltaan pienempiä lentotuhkarakeita 21 sementtirakeiden 22 väliin jäisi turhan paljon tyhjää tilaa, esimerkiksi noin 2-15%, joka tyhjä tila heikentää rakennetta. Sementin lisäaineena käytetty, sementtirakeita 22 pienirakeisempi ja käyttötarkoitukseen raekooltaan oikein valittu lentotuhka siis lisää fyysisesti seoksen partikkelien reaktiopinta-alaa ja sitä kautta sementin lujuutta ja näin vahvistaa lentotuh-kalla lisätystä sementistä valmistettua betonia ja betonista tulee paremmin työstettävää sekä valettavaa. Lisäksi raekooltaan pienet hiukkaset korvaavat käytettävän veden ja sementin määrää, koska sementtirakeiden 22 tyhjät tilat täyttyisivät muutoin sementti-vesiseoksella. Tämäkin ominaisuus auttaa säästämään raaka-aineena olevaa sementtiä. Samoin muun muassa kuivumishalkeamat vähenevät ja pakkasenkestävyys paranee käytettäessä raekooltaan ennalta lajiteltuja pieniä lentotuhkahiukkasia 21 sementtihiukkasten 22 seassa.

Tunnetun tekniikan mukaisesti sementtiä valmistettaessa raekooltaan lajittelematon lentotuhka lisätään klinkkerima-teriaaliin ennen klinkkerimateriaalin jauhatusta. Tällöin ei ole kuitenkaan mahdollista saada välttämättä raekooltaan oikean kokoista lentotuhkaa juuri valmistettavan sementti- laadun ominaisuuksiin nähden. Keksinnön mukaisesti raekooltaan juuri oikeankokoista lentotuhkaa lisätään klinkkerima-teriaaliin, jossa on pieniä määriä mahdollisesti tarvittavia lisä- ja seosaineita, vasta materiaalin jauhatuksen jälkeen, jolloin käytettävän lentotuhkan raekoko riippuu valmistettavan sementin käyttötarkoituksesta. Näin suuria sementtirakeita 22 sisältävään sementtiin lisätään raekooltaan suurirakeisempaa lentotuhkaa ja pienempiä sementtira-keita 22 sisältävään sementtiin lisätään raekooltaan pie-nempirakeisempaa lentotuhkaa. Näin saadaan laadultaan hyviä sementtiseoksia eri käyttötarkoituksiin. Raekokomääritte-lyssä käytetään sekä lentotuhkan että sementtijauheen kes-kihienoutta (D50) .

Keksinnön mukaisesti betonin valmistukseen tehtävään sementtiin sekoitetaan sementtirakeita 22 pienempiä lentotuh-karakeita 21 täyttämään sementtirakeiden 22 välisiä tyhjiä tiloja. Tällöin keksinnön mukaiseen ratkaisuun kuuluu ainakin yksi lentotuhkan lisäseosainesäiliö 5, joka sisältää raekooltaan lajiteltua lentotuhkaa, jonka hiukkasten 21 raekoko on keskihienoudeltaan (D50) välillä n. (0,1...0, 8)* klinkkerimateriaalin hiukkasten 22 raekoko, sopivasti n. ( 0,2...0, 7) *klinkkerimateriaalin hiukkasten 22 raekoko, edullisesti n. ( 0,3...0, 6 ) *klinkkerimateriaalin hiukkasten 22 raekoko ja sopivimmin n. ( 0, 4...0,5) *klinkkerimateriaalin hiukkasten 22 raekoko. Edellä olevat hiukkasten raekoot on määritelty lentotuhkahiukkasten 21 ja klinkkerimateriaalin hiukkasten 22 keskihienouden (D50) mukaan.

Lisäseosainesäiliöstä 5, 5a, jne lisätään kulloinkin valmistettavaan sementtilaatuun sopivaa lentotuhkaa siten, että klinkkerimateriaaliin lisätään klinkkerimateriaalin jauhatuksen jälkeen raekooltaan ennalta lajiteltua lentotuhkaa, jonka olennaisen pyöreiden hiukkasten 21 raekoko on keskihienoudeltaan (D50) pienempi kuin kulloinkin valmis- tettavan sementtiseoksen jauhetun klinkkerimateriaalin, eli sementtijauheen hiukkasten 22 vastaava keskihienouden (D50) mukainen raekoko. Tällöin halutun sementtilaadun mukaan raekooltaan tarkasti ennalta lajiteltua ja valittua lentotuhkaa sekoitetaan jau-hatuslaitteistolla 7 jauhettuun klinkkerimateriaaliin eli sementtijauheeseen, jossa on n. 0-4% mahdollisesti tarvittavia lisä- ja seosaineita, painoprosentteina esimerkiksi joko noin 2-40% materiaalin määrästä, tai vain noin 2-14% materiaalin määrästä, sopivasti esimerkiksi noin 3-10% ja edullisesti esimerkiksi noin 5-8% tai mikä tahansa sopiva prosenttimäärä edellä esitetyistä väleistä, eli noin 4, 6, 7, 9, 11, 12 tai 13 prosenttia tai näiden osia. Esimerkiksi, kun jauhettua klinkkerimateriaalia eli sementtijauhetta mahdollisine lisä- ja seosaineineen on 100 kg, 3-12% sekoitussuhteella lentotuhkaa sekoitetaan sementtijauheeseen 3-12 kg. Sekoitettava lentotuhka otetaan esimerkiksi lisä-seosainesäiliöstä 5, kuljetetaan annosteluyksikköön 12 kul-jetinlaitteiston 10 avulla ja punnitaan sekä sekoitetaan annosteluyksikön 12 avulla jauhatuslaitteistosta 7 tulleeseen klinkkerimateriaaliin eli sementtijauheeseen, joka johdetaan annosteluyksikköön 12 kuljetinlaitteiston 11 avulla. Näin sementin valmistuksessa käytettävän lentotuhkan määrä voi siis olla tarkan raekokolajittelun ansiosta paljon pienempikin kuin tunnetun tekniikan mukaisesti käytetty noin 15-40% klinkkerimateriaalin määrästä, vaikkakin enemmän säästöä klinkkerin määrässä saavutetaan suuremmalla prosenttiluvulla. Lisäksi suurempi prosenttimäärä lajiteltua lentotuhkaa klinkkerin jauhatuksen jälkeen lisättynä mahdollistaa betonin suuremman puristuslujuuden betonin kovettumisen edistyttyä pidemmälle, eli betonin suuremman loppu-lujuuden .

Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteistolla valmistettu erikoissementti sopii hyvin erittäin lujan betonin valmistamiseksi esimerkiksi tavallisen betonilujuuden tuottavan sementin valmistuksen yhteydessä.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovel-lutusmuodot eivät rajoitu ainoastaan edellä esitettyihin esimerkkeihin, vaan voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa. Olennaista on, että käytetään raekooltaan käyttötarkoituksen mukaan lajiteltua li-säainetuotetta, kuten lentotuhkaa, jolloin tiedetään olennaisen tarkasti mainitun lisäainetuotteen raekoko, ja että lisäainetuote lisätään sementtiseokseen klinkkerimateriaa-lin jauhatuksen jälkeen.

Claims (11)

1. Menetelmä sementin valmistamiseksi, jossa menetelmässä sementtijauheeksi jauhettuun klinkkerimateriaaliin lisätään sementin ominaisuuksien parantamiseksi lisä- ja/tai seosaineita, kuten raekooltaan lajiteltua lentotuhkaa, jonka hiukkaset (21) ovat raekooltaan pienempiä kuin sementtijauheen sementtihiukkaset (22), ja jossa lajitellussa lento-tuhkassa on olennaisen pyöreitä lentotuhkahiukkasia, tunnettu siitä, että alkulujuuden korostamiseksi betonin valmistuksessa käytettävään sementtijauheeseen sekoitetaan lisäaineeksi lentotuhkaa painoprosentteina noin N% sementti-jauheen määrästä, jossa N on 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 tai 14 tai näiden kokonaislukujen osia, ja että loppulujuuden korostamiseksi betonin valmistuksessa käytettävään sementtijauheeseen sekoitetaan lisäaineeksi lento-tuhkaa painoprosentteina noin N% sementtijauheen määrästä, jossa N on 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26...40 tai näiden kokonaislukujen osia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sementin valmistusprosessin yhteydessä klinkkeri-materiaalista jauhettuun sementtijauheeseen lisätään raekooltaan tarkasti lajiteltua, keskihienoudeltaan välillä 1-8 pm olevaa lentotuhkaa painoprosentteina n. 2-25%, tai n. 3-14%, sopivasti 4-10% ja edullisesti n. 5-8% jauhetun klinkkerimateriaalin määrästä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että raekooltaan hieno lentotuhka lisätään jauhatus-laitteistolla (7) jauhettuun klinkkerimateriaaliin jauhatuksen jälkeen siirtämällä jauhatuslaitteistolta (7) tuleva klinkkerimateriaali laitteiston yhteydessä olevaan annoste-lulaitteistoon (12), johon siirretään myös lisättävä, Ien- totuhkan lisäseosainesäiliössä (5, 5a) oleva, raekooltaan lajiteltu lentotuhka ja punnitsemalla ainesmäärät annoste-lulaitteiston (12) punnitusyksikössä (12a) ja sekoittamalla punnitut ainesmäärät annostelulaitteiston (12) sekoitusyk-sikössä (12b) sekä siirtämällä näin sekoitettu erikoisse-mentti varastointi- ja annostelusäiliöihin (14).

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että raekooltaan hieno lentotuhka lisätään jauhatus-laitteistolla (7) jauhettuun klinkkerimateriaaliin jauhatuksen jälkeen siirtämällä osa jauhatuslaitteistolta (7) tulevasta klinkkerimateriaalista annostelulaitteistoon (12), johon siirretään myös lisättävä, raekooltaan lajiteltu lentotuhka ja punnitsemalla ainesmäärät annostelulait-teiston (12) punnitusyksikössä (12a) ja sekoittamalla punnitut ainesmäärät annostelulaitteiston (12) sekoitusyksi-kössä (12b) sekä siirtämällä näin sekoitettu erikoisse-mentti varastointi- ja annostelusäiliöihin (14).

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sementtiseoksen hiukkasten re-aktiopinta-alaa kasvatetaan lisäämällä sementtijauheeseen sementtijauheen hiukkasten (22) raekokoa raekooltaan pienempiä lentotuhkahiukkasia (21), jotka sijoitetaan sekoittamalla sementtihiukkasten (22) välisiin tyhjiin tiloihin.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhettuun klinkkerimateriaaliin lisätään raekooltaan lajiteltua lentotuhkaa, jonka hiukkasten (21) raekoko on keskihienoudeltaan (D50) välillä n. (0,1...0, 8)* klinkkerimateriaalin hiukkasten (22) keski-hienouden (D50) mukainen raekoko, sopivasti n. (0,2... 0,7)* klinkkerimateriaalin hiukkasten (22) keskihienouden (D50) mukainen raekoko, edullisesti n. (0,3...0,6) * klinkkerimate- riaalin hiukkasten (22) keskihienouden (D50) mukainen raekoko ja sopivimmin n. (0,4...0,5)* klinkkerimateriaalin hiukkasten (22) keskihienouden (D50) mukainen raekoko.

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhettuun klinkkerimateriaa-liin lisättävän lentotuhkan raekoot: ovat yksi tai useampi seuraavista: D10 on välillä 0,5-2 pm; D50 on välillä 1-8 pm; D97 on välillä 2-40 pm ja D100 on välillä 3-80 pm.

8. Laitteisto sementin valmistamiseksi, johon laitteistoon kuuluu ainakin joukko annostelusäiliöitä (3), joukosta kuljetin- ja siirtolaitteistoja (6, 8) muodostettu siirtotie käsiteltävän materiaalin johtamiseksi paikasta toiseen materiaalivirtana sekä j auhatuslaitteisto (7) ja yksi tai useampi, raekooltaan lajiteltua ja olennaisen pyöreitä len-totuhkahiukkasia käsittävää lentotuhkaa sisältävä lisäseos-ainesäiliö (5, 5a) sekä joukko sementin varastointi- ja annostelusäiliöitä (9, 14), ja että laitteistoon kuuluu ainakin sekoitusyksiköllä (12b) varustettu annostelulaitteisto (12), joka on yhdistetty ensimmäisen kuljetinlaitteiston (10) avulla yhteen tai useampaan lentotuhkaa sisältävään lisäseosainesäiliöön (5, 5a), toisen kuljetinlaitteiston (8, 11) avulla klinkkeristä jauhetun sementtijauheen materiaalivirtaan ja kolmannen kuljetinlaitteiston (13) avulla sekoitusyksikössä (12b) mainitusta lentotuhkasta ja mainitusta sementtijauheesta sekoitetun sementin varastointi- ja annostelusäiliöön (14), tunnettu siitä, että kuljetinlaitteiston (8, 11) ensimmäisen pään yhteydessä on jakelulaite (8a), jolla yksi osa jauhatuslaitteistolta (7) saatavasta sementti jauheesta erotetaan siirrettäväksi annostelulait-teistoon (12) ja toinen osa mainitusta sementtijauheesta johdetaan siirrettäväksi varastointi- ja annostelusäiliöön (9) .

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että jauhatuslaitteisto (7) on yhdistetty kuljetinlait-teiston (8, 11) avulla annostelulaitteistoon (12) jauhatus-laitteistolla (7) jauhetun sementtijauheen siirtämiseksi jauhatuslaitteistolta (7) suoraan annostelulaitteistoon (12) .

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteistoon kuuluu punnitusyksikkö (12a) jauhatuslaitteistolta (7) saatavan sementtijauheen ja sementtijauheeseen sekoitettavan hienorakeisen lentotuhkan seosmäärien punnitsemiseksi ennen mainittujen ainesosien sekoitusta sekoitus-yksikössä (12b).

11. Patenttivaatimuksen 8, 9 tai 10 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ainakin yksi lentotuhkan lisäseosaine-säiliö (5) on järjestetty sisältämään raekooltaan lajiteltua lentotuhkaa, jossa lentotuhkan hiukkasten (21) raekoko on keskihienoudeltaan (D50) välillä n. (0,1... 0,8)* klinkke-rimateriaalin hiukkasten (22) keskihienouden (D50) mukainen raekoko, sopivasti n. (0,2...0,7)* klinkkerimateriaalin hiukkasten (22) keskihienouden (D50) mukainen raekoko, edullisesti n. (0,3...0,6)* klinkkerimateriaalin hiukkasten (22) keskihienouden (D50) mukainen raekoko ja sopivimmin n. (0,4...0,5)* klinkkerimateriaalin hiukkasten (22) keskihienouden (D50) mukainen raekoko. PATENTKRAV