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Verfahren zu der Herstellung von Zuschlagkörnern für Betongegenstände
und Betonkonstruktionen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu der Herstellung
von Zuschlagkörnern für Betongegenstände und Betonkonstruktionen, und zwar indem
man feuchtes, tonartiges Material in Körnerform bringt, die Körner trocknet und
diese anschliessend in Anwesenheit eines feinen Inertstoffes zu minimal derjenigen
Temperatur erhitzt, bei der die Masse der Körner expandiert.
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Unter tonartigem Material wird hier ein Material verstanden, das minimal
zur Hälfte aus Tonmineralien und im übrigen hauptsächlich aus sehr feinen Quarzteilen
besteht. Zu tonartigem Material wird gleichfalls das durch Verwitterung und/oder
Zermahlung aus Schiefer anfallende feinkörnige Gut verstanden.
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Bekanntlich werden aus tonartigen Materialien aufgeblähte und dadurch
leichte Körner hergestellt, welche, statt Kies, als Zuschlagstoff für Beton verwendet
werden können. Das Material wird gewöhnlich in Kornfraktionen, z.B. von 3 bis 7
mm und von 7 bis 15 mm hergestellt. Eine einigermassen gerundete Körnerform wird
bevorzugt. Den Bedingungen in bezug auf Form und Abmessungen kann Folge geleistet
werden, wenn die Körner mit Hilfe einer Tablettiervorrichtung gebildet werden.
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Nach Körnung des Guts werden die Körner auf die bekannte Weise getrocknet
und anschliessend zu der Erweichungstemperatur des Tons erhitzt, wobei sich eine
glasartige abschliessende Haut um die Körner legt.
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Zu gleicher Zeit koMMen Gase frei, welche eine Blähung des plastischen
Materials herbeifUhren, wodurch eine poröse Struktur entsteht. Die Grösse der Hohlräume
in diesen Gefüge und die Wanddicke zwischen den HbhlrFumenbestimmen letzten Endes
das Volumengewicht und die Festigkeit der Körner.
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Ja nach der Zusaniensetzung der Tonart wird das Material zu einer
Temperatur zwischen 1100 OC und 1400 OC erhitzt. Das Erhitzen erfolgt gewöhnlich
in einem rotierenden Rohrofen.-In diesem Ofen treten manchmal sehr grosse Schwierigkeiten
auf. Die Blähung der Körner ist nämlich im allgemeinen mit der Entstehung von Anwachsen
an der Ofenwand und einer mehr oder weniger starken Zusasmensinterung der Körner
verbunden. Bei absichtlich herbeigeführten oder zufälligen Schwankungen in der Brennstoff-oder
Luftzufuhr des Ofens, bei Schwankungen in der Zufuhr des Ausgangsmaterials oder
in der Zusammensetzung dieses Materials, überhaupt bei jeder Störung, bei der die
Temperatur in der Blähzone des Ofens ansteigt, können genannte Ansätze und Zusammenballungen
auftreten.
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Diese Nachteile lassen sich in gewissem Umfang vermeiden, wenn mit
den zu expandierenden Körnern ein inerter Stoff, wie Quarzsand, Aluminiumoxyd oder
Kalkstein, in den Ofen eingebracht wird. Dieser Zusatz kann auf verschiedene Weisen
erfolgen, z.B. indem Man das inerte Material in der Blähungszone des Ofens oder
ein wenig stromaufwärts dieser Zone dosiert oder das Material von der Austrittsöffnung
aus in den Ofen bläst.
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Es ist dabei erforderlich, dass sich das inerte Gut an der Stelle
befindet, wo die Haut um die Körner plastisch wird. In einem rotierenden Rohrofen
mit grossem Durchmesser und angepasster relativ niedriger Drehzahl, wodurch eine
verhältnismässig ruhige Bewegung des Materials erreicht wird, ist dies nicht überall
der Fall. Die Folge ist, dass die Körner zusammenkleben, bevor eine obere Schicht
aus Inertstoff sich genügend fest auf den Körnern abgelagert hat. Ferner ist-es
gebräuchlich, die Körner vor deren Eintritt in den Ofen mit einem inerten Material,
wie Sand oder zermahlenem Kalkstein, zu bestreuen. Die Bindung dieses Materials
mit den Körnern ist dabei nur gering und viel von diesem Inertstoff löst sich wieder
beim Trocknen der Körner.
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Ausserdem ist es auf diese Weise sehr schwer, eine optimale Menge
Inertstoff aufzubringen.
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In Abhängigkeit von der befolgten Dosierungsmethode braucht manbezogen
auf das Gewicht der zu expandierenden Körner-weniger als 10 Gew. P bis Über 20 Gew.
% des Inertstoffes, um Anwttchse und Zusammensinterung des Materials zu vermeiden.
Im Falle eines Übermasses an Inertstoff mÜssen die Überreste wieder von den aufgeblähten
Körnern getrennt werden bei Anwendung einer nur sehr geringen Menge bleibt bei den
bisher befolgten Dosierungsmethoden die Gefahr bestehen, dass eine Abweichung von
dem normalen Betriebsgang zu Anwachsen an der Ofenwand und zu einer Zusammensinterung
der Körner im Ofen selbst führt.
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Diese Nachteile lassen sich erfindungsgemäss in der Weise vermeiden,
dass die noch feuchten Körner bei einem Druck, gleich oder Über dem Druck, bei dem
die Körner gebildet werden, so lange mit dem Inertstoff in Kontakt gebracht werden,
bis die Kornoberfläche keinen Inertstoff mehr aufnimmt.
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Der um die Körner befindliche Inertstoff wird in optimalen Mengen
in die Oberfläche der Körner aufgenommen, und löst sich auch nach Trocknung und
weiterer Erhitzung nich mehr aus dieser Oberfläche. Um die Körner legt sich eine
optimal dichte, bei der Erweichungstemperatur der Kornmasse nicht erweichende Haut.
Die Gefahr von Anwdchsen ander ofenwand und einer Zusammensinterung der Körner im
Ofen ist dadurch völlig vermieden.
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Die Behandlung der noch feuchten Körner mit Inertstoff erfolgt vorzugsweise
in einer Granuliervorrichtung, z.B. auf einem Granuliertisch, in einer Granuliertronrmel,
oder ggf. an der Eintrittsöffnung einer Trockentrommel. Die Behandlung kann ggf.
in Dauerbetrieb erfolgen. Es ist dabei notwendig, dass genügend Körner zugleich
behandelt werden, so dass der Druck, den sie durch ihre Masse, sowie ihre Bewegungs-
und Reibungsenergie gegenseitig ausüben, relativ gross ist. Der Umstand, dass die
Körner auf einem Granuliertisch oder in einer Granuliertrommel mit Inerstoff behandelt
werden genügt allein nicht; es müssen auch genÜgend hohe DrUcke ausgeübt werden.
Die Menge der gleichzeitig zu behandelnden Körner hängt von mehreren Faktoren ab,
wie der Plastizität, der Temperatur und der Feuchtigkeit des tonhaltigen Materials,
der Feinheit und dem Feuchtigkeitsgrad des Inertstoffes, sowie dem Durchmesser,
Rotationsgeschwindigkeit und Neigung von Granuliertisch oder - trommel.
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Durch richtige Einstellung dieser Faktoren wird der Inertstoff-stets
derart in die Kornoberfläche aufgenommen, dass ein Loslösen während und nach der
Trocknung ausgeschlossen ist.
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Als Inertstoff kann feinkörniges Material, wie SiO2, A1203 oder CaO
oder Material auf Basis einer Kombination dieser Oxyde verwendet werden, wenn nur
der Erweichungspunkt Über dem des tonhaltigen Materials liegt.
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Wird von sehr feinem Material ausgegangen, z.B. unter 50 «, so kann
ein Stoff benutzt werden, der mit dem tonartigen Material der Körner eine Silikatverbindung
mit sehr hohem Erweichungspunkt bildet.
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Die Erfindung wird an Hand der Beispiele erläutert.
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Sie beschränkt sich nicht auf dieses Beispiel, es sind vielmehr im
Rahmen der vorliegenden Erfindung zahlreiche Ausführungsformen möglich.
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Beispiel I Tonproben mit 17 Vol. % freiem Wasser werden unter Drücken
von bzw. 26, 5 und 10 kg je cm2 Oberfläche zusammengepresst. Die Oberfläche wird
anschliessend mit feinem Quarzsand mit einer gleichmässigen Korngrössenverteilung
von durchschnittlich 150 M in trocknem Zustand bestreut und danach mit Druck beaufschlagt.
Bei einem Druck unter den genannten PressdrUcken 2 werden stets weniger als 20 mg
Sand je cm Tonoberfläche in den Ton aufgenommen.
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Bei einem Druck gleich oder Über dem ursprünglichen Pressdruck des
Tons werden 2 stets gut 20 mg Sand je cm Tonoberfläche fest in der Oberfläche aufgenommen.
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Beispiel II In grosstechnischem Umfang werden stündlich 20 t Ton mit
einem Feuchtigkeitsgehalt von 17 Gew. % zu zylindrischen Körnern mit einem mittleren
Durchmesser von 5 mm und einer mittleren Länge von 5 mm verpresst. Das Korngewicht
beträgt durchschnittlich 200 mg.
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Es wird kontinuierlich ein Körnerstrom in die Granuliertrommel eingebracht.
Diese Trommel hat einen Querschnitt von 1,6 m, eine Länge von 2,75 m, eine Drehgeschwindigkeit
von 19 U/min und enthält stets etwa
1 Tonne Körner. Zugleich wird
feiner Quarzsand mit einer gleichmässigen Korngrössenverteilung von durchschnittlich
150 A in trocknem Zustand in so grosser Menge in die Trommel eingeführt, dass das
aus der Trommel austretende Produkt gerade kein Übermass an Sand zeigt (d.h. keine
nicht aufgenommene Sandmenge). Die mittlere Verweilzeit der Körner in der Trommel
beträgt etwa 3 min; in dieser Periode werden sie sehr kräftig übereinander gerollt,
wobei der Sand völlig in die Oberfläche der Körner aufgenommen wird. Beim Austritt
aus der Trommel beträgt das Korngewicht durchschnitlich 223 mg, so dass berechnet
auf das Anfangsgewicht, etwa 11 % Sand eingedrungen ist.
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Nach Behandlung mit Sand werden die Körner in einem heissen Luftstrom
aus dem zugehörigen Rohrofen getrocknet. Nennenswerte Sandverluste traten dabei
nicht auf. Die Körner werden schliesslich im Rohrofen expandiert.
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Nicht behandelte Körner können zu einer Temperatur von maximal 1370
OC expandiert werden, ohne dass AnwUchse oder Zusammenballungen im Ofen auftreten.
Eine Steigerung der Ofentemperatur unter Vermeidung dieser Erscheinungen ist nicht
mehr möglich. Es muss deshalb einigermassen stromaufwärts der Blähungszone der obengenannte
Quarzsand in den Ofen eingebracht werden und zwar in einer Menge von etwa 20 Gew.
%, bezogen auf das Gewicht des zu expandierenden Materials. Das Übermass an Sand
wird, nach Blähung und KÜhlung der Körner zugleich mit dem Unterkorn abgesiebt.
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Nach Behandlung der Körner mit Quarzsand gemäss dem Verfahren der
vorliegenden Erfindung kann die Temperatur anstandslos auf 1420 OC. erhöht werden.
Die Folge ist u.a. dass sich das Volumengewicht der aufgeblähten Körner von durchschnittlich
1,25 g/cm auf durchschnittl. 1,00 g/ca3 oder noch weiter verringert.
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Beim Behandeln grösserer Körner statt der obengenannten kleineren
Körner wird selbstverständlich, gemessen nach-dem Korngewicht, weniger Sand verbraucht,
weil die Oberfläche Je Gewichtseinheit Körner auch kleiner ist.
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Das Verhalten der Körner in der Erhitzungszone des Ofens weicht aber
nicht von dem der kleineren Körner ab. Der Sand kann beim Versuch sowohl in trocknem
wie in erdfeuchtem Zustand eingebracht werden.