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Verfahren zur Aufbereitung von feinkörnigem Baustoffrohgut Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung einzelner Materialien
und deren Gemische zwecks Bereitung von feinkörnigen Materialien für das Herstellen
von Bauelementen, wie z. B. Blocks, Ziegeln, Tafeln, Straßenpflasterplatten, Bauteilen
für wassertechnische Bauarbeiten, Pfeiler und Träger für Industriebauten u. dgl.,
sowie zur Herstellung von kleineren Bauelementen, wie Boden- und Wandfliesen, Dachziegeln,
Rohren usw.
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Bis jetzt war es bei der Herstellung von Bau- und Konstruktionsteilen,
z. B. Blöcken, Ziegeln, gebräuchlich, Zuschlagstoffe einer gewünschten Korngröße
zu verwenden und derartige Zuschlagstoffe gründlich mit einem Bindemittel zu vermengen
und danach die Mischung in bekannter Weise zu gießen.
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Während dieses Verfahren für die Herstellung gewisser Typen von Bau-
oder Konstruktionselementen gut geeignet ist, sind die Druckfestigkeit und andere
physikalische Eigenschaften dieser Elemente durch die Eigenschaften des angewendeten
Materials begrenzt, so daß eine Erhöhung der Druckfestigkeit und der physikalischen
Eigenschaften solcher Bau- oder Konstruktionselemente einen technischen Fortschritt
bedeuten würde.
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Bis zum Aufkommen des in der Erfindung dargelegten Arbeitsverfahrens
und der Verbesserungen der Vorrichtung konnten hochaktivierte und homogenisierte
Mischungen nicht bereitet werden.
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Es ist einzusehen, daß eine hohe Aktivierung und Homogenisierung von
Gemengen zur Bearbeitung qualitativ hochwertiger Baumaterialien notwendig ist, wie
z. B. zur Herstellung von Kalksandblocks, Ziegeln usw. Die früher dazu benutzten
Ausrüstungen, namentlich Kugelmühlen, Hammermühlen, Vibrationseinrichtungen und
andere Vorrichtungen, genügen nicht.
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Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bereitung
feinkörniger Materialien zur Verwendung beim Gießen von Bau- und Konstruktionselementen
zu schaffen, die eine wesentlich größere Druckfestigkeit und andere Eigenschaften
besitzen, als dies bisher für die gleichen Materialien möglich war.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bereitung
feinkörniger Materialien zur Verwendung beim Gießen von Bau- oder Konstruktionselementen
zu schaffen, wobei die hergestellten Bauelemente eine wesentlich größere Druckfestigkeit
haben, als dies bisher möglich war, und in denen der Gehalt an Bindemitteln, wie
z. B. Kalk, auf Grund der Aktivierung der Rohmaterialien im Vergleich zu den üblichen
Mengen wesentlich reduziert wird.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die
Baustoffrohgutteilchen in einem Desintegrator behandelt. Dabei sollen den Partikelchen
der Rohmaterialien nacheinanderfolgend mindestens drei Stöße in Intervallen von
nicht mehr als 0,05 Sekunden mit einer Geschwindigkeit von wenigstens
15 m pro Sekunde (mit dem Schlagkörper oder miteinander) versetzt werden
bei gleichzeitiger Vermengung der Komponenten in einer Aufschlämmung, wobei die
Größe der besagten Partikeln 5 cm vorzugsweise nicht übersteigen soll.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt einen Desintegrator in schematischer Darstellung;
F i g. 2 zeigt ein Schema der Bewegung eines Teilchens zwischen zwei angrenzenden
Stäben eines Desintegrators.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung umfaßt vorzugsweise die Bereitung
feinkörnigen Materials, das Verwendung finden kann zum Gießen von Bau- und Konstruktionselementen,
wie z. B. Blöcken, Ziegeln, Wand- und Fußbodenteilen -und anderen Formbauteilen,
die eine große Dichte aufweisen und deren Druckfestigkeit 2000 kg/cm2 übersteigt.
Eine solche hohe Druckfestigkeit hat es im Bauwesen bei Bauelementen dieser Art
bisher nicht gegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch zur Herstellung von
porösen und Schaum-Bauelementen verwendet werden.
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Es hat sich herausgestellt, daß sich diese verbesserten Resultate
erreichen lassen, indem man die Teilchen der körnigen Materialien entsprechendderErfindung
einer Aktivierung unterwirft, und zwar durch eine Folge von Schlägen einer gewissen
Geschwindigkeit und innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls. Durch diese
Behandlung
erhält das Material neue und bisher unbekannte beträchtlich verbesserte Eigenschaften.
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Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Material
in dem gewünschten Verhältnis eingesetzt und den aufeinanderfolgenden Schlägen ausgesetzt,
wobei das Verfahren als fortlaufender Arbeitsprozeß ausgeführt werden kann.
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Es hat sich auch herausgestellt, daß bei der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens sich ein gründlicheres Vermischen dieser Materialien ergibt, als dieses
vordem auf dem herkömmlichen Wege möglich war. Dieses ist besonders vorteilhaft
bei der Verinengung eines Bindemittels, wie z. B. Kalk oder Zement, mit den Materialien,
da sich aus diesem gründlicherem Vermengen ein vollständiges Bedecken jedes Partikelchens
des Zuschlagstoffes durch das Bindemittel ergibt, um ein Material zu liefern, das
die vorerwähnten verbesserten Qualitäten hat. Weiterhin kann die Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens in Anwesenheit von Feuchtigkeit oder mit Wasserzusatz
erfolgen, so daß sich ein Material ergibt, das direkt in eine Form eingefüllt werden
kann; wodurch sich ein besonderer Mischvorgang erübrigt. Es wird festgestellt, daß
die Anwendung dieses Ver-. fahrens nicht nur auf die Verwendung einiger spezieller
Materialien wie Sand und Kalk begrenzt ist, sondern es ist anwendbar auf jede Art
von Baumaterialien, deren Eigenschaften in dem Bearbeitungsprozeß verbessert werden
sollen.
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Vor der Angabe spezieller Beispiele ist es zweckmäßig, im einzelnen
auf die Ausbildung der für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten
Vorrichtung (Desintegrator) einzugehen. Der verwendete Desintegrator enthält als
Zerkleinerungsteile in einem Gehäuse entgegengesetzt rotierende Scheiben mit in
konzentrischen Kreisen angeordneten Stäben. Dabei sind die Stäbe der Rotorscheiben
(Stabkränze) mit derartigen Zwischenräumen angeordnet, daß die Teilchen den Kranz
nicht verlassen können, ohne mit den Stäben zusammenzustoßen (s. F i g. 2).
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Es ist gefunden worden, daß das Teilchen mit jedem Kranz der Stäbe
zusammenstößt, wenn der maximal zulässige Zwischenraum PP', zwischen den Stäben
eines Kranzes »m« (F i g. 2) durch die folgende Formel errechnet wird:
worin (PA). # der Abstand zwischen den Mittellinien benachbarter Stäbe des Kranzes
»M«, in Zentimeter.
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R. = der Radius des Stabkranzes »m«, in Zentimeter.
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Rm-, # der Radius des Stabkranzes »m-l«, in Zentimeter.
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r = der Radius des Stabs, in Zentimeter.
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nm = die Drehzahl des Stabkranzes »m«, in UpM, n"-,
= die Drehzahl des Stabkranzes »m-l«, in UPM.
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Die Abstände zwischen den Stäben in den einzelnen Stabkränzen nehmen
also von innen nach außen zu. Um ein feinkörniges Material mit den zuvor angegebenen
Eigenschaften zu erhalten, werden Durchmesser, Umdrehungszahl und die Anzahl der
Stabkränze sowohl des äußeren als auch des inneren Rotors so gewählt, daß wenigstens
drei aufeinanderfolgende Stöße auf jedes Teilchen mit einem Zeitintervall zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Stößen von höchstens 0,05 Sekunden gewährleistet
sind. Außerdem soll die lineare Geschwindigkeit der Stabkränze (des äußeren und
des inneren Rotors) und damit die Ge-
schwindigkeit der Teilchen beim Zusammenstoßen
mit den Stäben oder gegeneinander wenigstens 15 m/s betragen.
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Es ist hierbei festzustellen, daß die obigen drei Bedingungen: Anzahl
der Stöße, Zeitintervall und Auftreffgeschwindigkeit, zugleich eingehalten werden
sollen.
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Das so erhaltene Gemisch wird geformt und die Naßformlinge werden
im Autoklav behandelt.
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Es ist beobachtet worden, daß viele Eigenschaften des Sandes durch
die dargelegten Behandlungen geändert wurden, im Gegensatz zur Zerkleinerungstechnik,
wie sie früher ausgeführt wurde, z. B. in Kugelmühlen, Hammer- oder Schlagmühlen
und Vibrationsmühlen. Die Erfindung eignet sich nicht nur für die Behandlung von
Sand in Verbindung mit einem Binder, sondern auch für die Behandlung von Sand allein.
Die Tatsache, daß ein Binder zusammen mit Wasser eingemischt werden kann, ist ein
weiterer Vorteil der Ausführung der Erfindung.
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Im folgenden werden einige weitere Angaben gemacht, um die bekannten
Zerkleinerungstechniken, Kugel- und Vibrationsmühlen, mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren zu vergleichen. Es ist dabei festgestellt worden, daß der in verschiedenen
Maschinen zerkleinerte Sand sich in mehrfacher Beziehung voneinander unterscheidet.
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In einem Desintegrator wird jedes Sandkorn unabhängig von der Ait
der anderen Körner durch Stöße der Desintegratorstäbe zerkleinert. Wenn der Sand
auf diese Weise zerkleinert wird, weisen die sich daraus ergebenden Teilchen bei
jedem Zerkleinerungsgrad identische Formen auf. In einer Kugelmühle werden aber
zuerst die großen Körner zerkleinert, in einer Vibrationsmühle werden auf Grund
der schwachen Kraft der Stöße praktisch nur die großen Körner abgeschliffen.
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Die Teilchen des in einer Kugelmühle zermahlenen Sandes weisen einen
hohen Prozentsatz von Winkeln von annähernd 90' zwischen den Stirnflächen
der Körner auf; während die Anzahl solcher Winkel bei einem im Desintegrator zerkleinerten
Sand nur halb so groß ist.
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Außerdem hat sich herausgestellt, daß sich in der granulometrischen
Verbindung des mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zermahlenen Sandes N-, trächtliche
Verbesserungen im Vergleich zum nach den früheren Verfahren zerkleinerten Sand ergeben
haberL Dies und andere verbesserte Faktoren, welche durch das Zermahlen des Sandes
in einem Desintegrator an Stelle in einer der herkömmlichen Zerkleinerungsmaschinen
erhalten
werden, gestatten die Herstellung von Produkten - wie z. B. aus Sand und
Kalk - die wesentlich verbesserte Druckfestigkeitseigenschaften aufweisen
(vgl. Tabelle).
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In der Tabelle sind Vergleichsteste aufgeführt, welche durch Behandlung
des Sandes in dem in der Erfindung dargelegten Desintegrator, in einer Kugelmühle
und in einer Vibrationsmühle so durchgeführt wurden, daß für jeden Test die gleiche
spezifische Oberfläche des Sandes erreicht wurde. Gemäß jedem Test wurde der zerkleinerte
Sand mit einer gewissen Menge gelöschten Kalks vermischt, welcher die gleiche Ca0-Aktivität
hatte. Das erhaltene Gemenge wurde mit der gleichen Verformungsfeuchtigkeit bei
verschiedenen Verformungsdrücken in Teststücke gegossen, so daß alle das gleiche
Volumgewicht hatten. Die Teststücke wurden dann in einem Autoklav
8 Stunden
bei
10 atin behandelt.
| Gemengeeigenschaften Druckfestigkeit, bezogen |
| rinungs- Formungs- Druck- auf dasjenige Muster, |
| Spezifische F0 welches aus in einer |
| Zerkleinerungsgerät Oberfläche Aktivität feuchtigkeit druck
festigkeit Kugelmühle zerinahlenem |
| des Sandes Sand erhalten wurde |
| CM2/g 0/0 Ca0 0/0 kg/,m' kg/cm2 (dieses
als 100 angenommen) |
| Volumgewicht des Musters: |
| 1,5 g/CM3 |
| Desintegrator ........ 3200 38 13 256 766 180 |
| Kugelmühle .......... 3200 38 13 252 426 100 |
| Vibrationsmühle ...... 3200 38 13 238 418
98 |
| Volunigewicht des Musters: |
| 1,7 g/cm3 |
| Desintegrator ........ 400 8,5 7 47
271 142 |
| Kugelmühle .......... 400 8,5 7 71 190 100 |
| Vibrationsmühle ...... 400 8,5 7 36 235 124 |
| Desintegrator ........ 3200 38 13 630 943
169 |
| Kugelmühle .......... 3200 38 13 605 559 100 |
| Vibrationsmühle ...... 3200 38 13 567 579 104 |
| Volumgewicht des Musters: |
| 1,9 g/CM3 |
| Desintegrator ........ 400 8,5 7 216 434
182 |
| Kugelmühle .......... 400 8,5 7 300 239 100 |
| Vibrationsmühle ...... 400 8,5 7 175 376 157 |
Wie aus der Tabelle zu ersehen ist, erwies sich die Druckfestigkeit der Teststücke
aus dem Sand, der im Desintegrator behandelt wurde, in jedem Fall als größer als
diejenige, die bei einer Behandlung in einer Vibrationsmühle zu verzeichnen war.
Der Unterschied in der Druckfestigkeit belief sich in einigen Fällen bis auf
80 0/,.
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Die in der Tabelle aufgezeigten Daten bestätigen gerade die Wichtigkeit
der Zerkleinerung des Sandes als Mittel zur Erhöhung der Aktivität, wobei der Umfang
des Zerkleinerns abhängig ist von den Eigenschaften des Desintegrators, der das
in dieser Erfindung dargelegte Verfahren verkörpert.
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Nachdem einige der Begriffe und die Grundgedanken der Erfindung klargelegt
wurden, werden im folgenden einige Beispiele gebracht, in denen sich Gewichtsprozentsätze
auf das trockene Gemenge beziehen.
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Beispiel 1
Verwendete Rohmaterialien: a) Standard-Sand (Quarz),
Si0,-Gehalt 95 0/" spezifische Oberfläche 100 cm2/g (die spezifische
Oberfläche wurde mit dem Blaine-Gerät gemessen), b) pulverisierter gelöschterKalk,
aktives CaO = 70 0/0,
e) Wasser. Die Bestandteile wurden in den Desintegrator
gegeben, wobei der Prozentsatz des aktiven CaO im Gemisch 16 0/, betrug,
(8 0/, Feuchtigkeit).
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Aktivierung durch fünf Stöße bei 140 m/s Geschwindigkeit.
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Das Gemenge wurde durch Pressen auf 1,8 t/m3 verdichtet. Benötigter
Preßdruck 180 kg/CM2 . Die Produkte wurden im Autoklav 7 Stunden
bei einem Druck von 12 atra behandelt. Druckfestigkeit des fertigen Produkts
1100 kg/cm2.
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Beispiel 2 Rohmaterialien: die gleichen wie im Beispiel
1
Die Bestandteile wurden in den Desintegrator gegeben; Gehalt des CaO im
Gemenge 18,5 0/" Feuchtigkeit = 8 0/,. Aktivierung durch sieben Stöße
bei 160 m/s Geschwindigkeit. Dichte = 1,85 t/m3, benötigter Preßdruck
320 kg/cm2. Die Rohprodukte wurden im Autoklav 10 Stunden bei 12 atm
Druck behandelt. Druckfestigkeit des fertigen Produkts 1930 kg/cm2.
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Beispiel 3
Rohmaterialien: die gleichen wie im Beispiel
1
Die Bestandteile wurden in den Desintegrator gegeben, der Gehalt des aktiven
CaO im Gemenge betrug 20,5 0/" Feuchtigkeit 9 0/,. Aktivierung durch
7 Stöße bei 160 m/s Geschwindigkeit. Dichte = 1,85 t/M3,
benötigter
Formungsdruck 370 kg/cm2. Die rohen Produkte wurden 12 Stunden im Autoklav
bei einem Druck von 12 atm behandelt. Druckfestigkeit des fertigen Produktes 2450
kg/cm2.
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Beispiel 4 Rohmaterialien: die gleichen wie im Beispiel
1
Die Bestandteile wurden in den Desintegrator gegeben, der Gehalt des aktiven
CaO im Gemenge betrug 22,00/, mit 100/, Feuchtigkeit. Aktivierung durch sieben
Stöße bei einer Geschwindigkeit von 200 m/s. Dichte = 1,90 t/M3, benötigter
Formungsdruck 550
kg/cm2. Die Rohprodukte wurden 16 Stunden im Autoklav
bei 12 atin behandelt. Druckfestigkeit des Fertigproduktes 3250 kg/cm2.
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Beispiel 5
Verwendete Rohmaterialien.
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a) Standard-Sand, Si0,-Gehalt 950/" spezifische Oberfläche
= 100 cm2/g, b) zermahlener ungelöschter Kalk, aktives Ca0
= 90 ()/" c) pulverisierter, gelöschter Kalk, aktives CaO = 70 0/0,
d) Wasser, e) Aluminiumpulver.
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Sämtliche Bestandteile wurden in den Desintegrator gegeben, der Gehalt
des aktiven CaO im Gemenge belief sich auf 200/" wovon vier Zehntel auf gelöschtem
und sechs Zehntel auf ungelöschtem Kalk zurückzuführen waren. Wassergehalt im Gemenge
280/,. Aluminiumpulver 0,01501, Aktivierung durch sieben Stöße bei
einer Geschwindigkeit von 140 m/s.
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Das behandelte Gemenge wurde durch Einfüllung in Metallformen geformt.
Nach dem Festwerden wurden die Rohprodukte 12 Stunden im Autoklav bei einem Druck
von 12 atm behandelt. Dichte der sich daraus ergebenden Produkte 1,20 t/M3, Druckfestigkeit
510 kg/cm2.
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Beispiel 6
Verwendete Rohmaterialien: a) Sand, SiO, Gehalt
76 0/" b) pulverisierter, gelöschter Kalk, aktives CaO =
70 0/" c) Wasser. Die Bestandteile wurden in den Desintegrator gegeben, der
aktive CaO-Gehalt im Gemenge war 120/, (13 0/, Feuchtigkeit). Aktivierung
durch fünf Stöße bei einer Geschwindigkeit von 80 m/s.
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Das Gemenge wurde mit Vibrationspressen geformt; Vibrationsfrequenz
3000 pro Minute, Amplitude 0,45 mm, Preßdruck 6,5 kg/cm2. Die Rohprodukte
wurden 9 Stunden im Autoklav bei einem Druck von 12 atm behandelt. Dichte
des fertigen Produkts 1,92 t/m3, Druckfestigkeit 1080 kg/cm2.
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Der hier beschriebene Desintegrator ist nur als Beispiel gedacht.
Es können noch andere Desintegratoren zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
verwendet werden, ohne jedoch von der Grundidee der Erfindung abzuweichen.
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Die Tabelle und die Beispiele dienen lediglich zur Erläuterung der
Erfindung.