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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beschleunigungsmittel, ein Spritz- oder
Sprühmaterial und ein Spritz- oder Sprühverfahren, das dieses Material einsetzt. Insbesondere
betrifft sie ein Beschleunigungsmittel, das die Eigenschaft eines Schnell(ab)bindens oder
Schnellerstarrens oder schnellen Aushärtens oder Festwerdens oder sich Setzens verbessert
und die Adhäsion oder Haftkraft oder das Haftvermögen von Beton, der an eine Decke oder
Wand eines Tunnels oder einer Grube oder eines Lochs oder Vertiefung gespritzt oder
gesprüht ist, und ein Spritz- oder Sprühverfahren für Zementbeton, welches ein solches Spritz-
oder Sprühmaterial verwendet oder einsetzt.
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Für den Zweck oder in der Beschreibung der Erfindung ist Zementbeton ein
allgemeiner Begriff, der eine Zementpaste, einen Zementmörtel oder Mörtel und Zementbeton oder
Beton zum Spritzen oder Sprühen umfasst.
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Bisher war es üblich, dass während des Ausschachtens oder Ausgrabens oder
Aushebens oder der Excavation eines Tunnels Beton auf die ausgeschachtete oder ausgegrabene
oder excavierte Oberfläche gespritzt oder gesprüht wird zum Auskleiden oder Ausgießen oder
Innenüberziehen oder Unterfüttern oder Ausfüttern, um das Ab- oder Herunterfallen der
ausgegrabenen Oberfläche zu vermeiden oder den Kollaps oder das Zusammenbrechen aufgrund
von Quell- oder Brunnenwasser.
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Beim Tunnelbau war es üblich, dass ein erstes Spritzen oder Sprühen angewendet oder
ausgeführt wird, um einen Spritzbeton auf eine ausgeschachtete Oberfläche aufzubringen, und
dann wird als zweites ein Auskleiden oder Ausgießen angewendet oder ausgeführt, um eine
Betonwand zu bilden auf der bearbeiteten Fläche. Es gibt jedoch in letzter Zeit einen Trend
dahin, weit verbreitet ein einschaliges System anzuwenden, bei dem der Tunnelbau nur durch
das erste Spritzen oder Sprühen abgeschlossen oder vervollständigt wird.
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Spritz- oder Sprühverfahren für Spritzbeton werden in der Regel in zwei Typen
eingeteilt oder klassifiziert: Das trockene System und das nasse System.
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Das trockene System des Spritz- oder Sprühverfahrens ist ein Verfahren, bei dem eine
trocken gemischte Mischung von Zement, Aggregat oder Betonzuschlag und einem
Beschleunigungsmittel durch komprimierte Luft befördert oder transportiert wird, und während des
Transports oder der Beförderung Wasser zugegeben und gemischt wird, gefolgt von einem
Spritzen oder Sprühen durch eine Düse auf die Oberfläche, die behandelt oder auf die
aufgetragen wird. Das nasse System des Spritz- oder Sprühverfahrens ist ein Verfahren, bei dem ein
mit Wasser gemischter oder gekneteter Beton transportiert wird, und während des Transports
ein Beschleunigungsmittel zugegeben und gemischt wird, gefolgt von einem Spritzen oder
Sprühen aus einer Düse auf die Oberfläche, die behandelt wird.
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Als Beschleunigungsmittel, das verwendet wird für das Sprüh- oder Spritzverfahren,
wurde eine Zusammensetzung vorgeschlagen, die Calciumaluminat und ein
Alkalimetallcarbonat oder -aluminat umfasst, eine Zusammensetzung, die kalzinierten Alunit, Kalk oder ein
Alkalimetallcarbonat umfasst, oder eine Zusammensetzung, die ein Alkalimetallcarbonat,
Hydroxid, Silikat und Aluminat umfasst (z. B. JP-B-56-27457 oder JP-A-60-260452). Diese
Beschleunigungsmittel enthalten in der Regel einen Alkalimetallbestandteil der eine stark
alkalische Eigenschaft zeigt, wie z. B. Natrium oder Kalium in Form eines Hydroxids, eines
Carbonats, eines Silikats oder eines Aluminats, um ein schnelles Abbinden oder Erstarren zu
erreichen.
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Ein solcher Alkalimetall-Bestandteil ist stark alkalisch, und wenn er einem Spritzbeton
einverleibt wird, kann er eine Alkali-Aggregat-Reaktion verursachen in Abhängigkeit von
dem Typ des verwendeten Aggregats oder Betonzuschlags. Daher wurde bisher darauf
hingewiesen, dass er wahrscheinlich nachteilig eine Betonstruktur beeinflusst.
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Ferner ist eine solche stark alkalische Substanz in Wasser löslich, und wenn sie direkt
oder unmittelbar die Haut eines Arbeiters kontaktiert, verursacht sie einen schwerwiegenden
Schaden auf der Haut, wobei die Arbeitsumgebung an der Aushöhlungs- oder
Ausschachtungsstelle beträchtlich nachteilig beeinflusst oder verschlechtert wird. Ferner gab es ein
Problem der Art, dass sie sich leicht im Grundwasser löst, was auf diese Weise zur
Umweltverschmutzung der umgebenden Gegend führt.
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Um ein solches Problem zu lösen, wurde als Beschleuniger zum Spritzen oder Sprühen
ein Abbindebeschleuniger oder Erstarrungsbeschleuniger oder Verfestigungsbeschleuniger
vorgeschlagen, der Calciumaluminat, Calciumsulfoaluminat und ein basisches Aluminiumsalz
umfasst, der im Wesentlichen kein oder wenig von einem Alkalimetall-Bestandteil umfasst
(JP-A-8-48553).
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Ein solches Beschleunigungsmittel wies jedoch Probleme der Art auf, dass die
Eigenschaft des schnellen Abbindens oder Erstarrens nicht zufriedenstellend war und ein Abfallen
oder Zurückfallen oder Wiederherunterfallen des gespritzten oder gesprühten Betons
beträchtlich war, und demzufolge der Verlust an Material beträchtlich war, und Staub leicht
gebildet wurde.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten eine umfangreiche Untersuchung
durch, um solche Probleme zu lösen, und fanden als Ergebnis, dass es durch Verwendung
eines gewissen speziellen Beschleunigungsmittels möglich ist, einen Spritz- oder Sprühbeton
zu erhalten, der eine hervorragende Schnell(ab)binde- oder Schnellerstarrungseigenschaft
bereitstellt
ohne Beeinträchtigung der Arbeitsumgebung oder der umgebenden Umwelt. Die
vorliegende Erfindung wurde fertiggestellt oder vollendet auf der Basis dieser Entdeckung.
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Das heißt, die vorliegende Erfindung stellt ein Beschleunigungsmittel bereit, das
Calciumaluminatglas oder Calciumaluminiumsilikatglas (oder Calciumaluminosilikatglas),
Aluminiumsulfat und pozzolanartiges Material als wirksame Bestandteile umfasst, wie in
Anspruch 1 bzw. Anspruch 2 definiert, ein solches Beschleunigungsmittel, bei dem das
pozzolanartige Material mindestens ein Element aus der Gruppe ist, die aus Siliciumdioxidstaub
oder Quarzstaub oder Kieselpulver, Meta-Kaolin, Hochofenschlacke und Flugasche besteht,
ein Spritz- oder Sprühmaterial, das Zement und ein solches Beschleunigungsmittel als
wirksamer Bestandteile umfasst, ein Spritz- oder Sprühbeton, der ein solches Spritz- oder
Sprühmaterial als einen wirksamen Bestandteil umfasst, und ein Spritz- oder Sprühverfahren,
bei dem ein solcher Spritz- oder Sprühbeton gespritzt oder gesprüht wird.
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Die vorliegende Erfindung wird nun in Einzelheiten in Bezug auf bevorzugte
Ausführungsformen beschrieben.
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Das Beschleunigungsmittel der vorliegenden Erfindung umfasst Calciumaluminatglas
oder Calciumaluminiumsilikatglas (oder Calciumaluminosilikatglas), Aluminiumsulfat und
pozzolanartiges Material als wirksame Bestandteile.
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Das Calciumaluminatglas (im Folgenden als CA-Glas bezeichnet), das gemäß der
vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist notwendig, um die Eigenschaft des
Schnell(ab)bindens oder Schnellerstarrens zu verleihen oder einzuverleiben, und wird in der
Regel hergestellt durch Mischen von CaO-Material und Al&sub2;O&sub3;-Material, Erwärmen der
Mischung bei einer Temperatur z. B. von 1.200 bis 1.700ºC durch z. B. einen elektrischen Ofen,
um eine Schmelze von Calciumaluminatmineral zu bilden, dargestellt z. B. durch 3CaO·
Al&sub2;O&sub3;, 12CaO·7Al&sub2;O&sub3; oder CaO·Al&sub2;O&sub3;, und durch Abkühlen oder Abschrecken der
Schmelze zur Glasumwandlung.
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Das Calciumaluminiumsilikatglas oder Calciumaluminosilikatglas (im Folgenden als
CAS-Glas bezeichnet), das gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist in der
Regel dasjenige, das hergestellt wird durch Mischen von CaO-Material, Al&sub2;O&sub3;-Material und
SiO&sub2;-Material, auf die gleiche Weise, um eine Schmelz von Calciumaluminiumsilikatmineral
oder Calciumaluminosilikatmineral zu bilden, und durch Abkühlen oder Abschrecken der
Schmelze zur Glasumwandlung. Es ist bevorzugt, eher CAS-Glas zu verwenden als CA-Glas,
da CAS-Glas hervorragend ist in der Schnell(ab)bindeeigenschaft oder
Schnellerstarrungseigenschaft.
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Als ein Verfahren zum Abkühlen oder Abschrecken der Schmelze von
Calciumaluminat- oder Calciumaluminiumsilikatmineral kann z. B. eine Hochdruckluftmethode genannt
werden, wobei die Schmelze durch Hochdruckluft zum Kühlen angeblasen wird.
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Das CaO-Material kann z. B. Brandkalk oder erhitzter Kalk (Engl.: quick lime),
Löschkalk, Kalkstein oder Calciumcarbonat sein. Das Al&sub2;O&sub3;-Material kann z. B. Aluminiumoxid,
Bauxit, Diaspor, Feldspat oder Ton sein. Das SiO&sub2;-Material kann z. B. Silica, Sand, Ton,
Diatomeenerde oder Siliciumoxid sein. Es ist bevorzugt, Calciumcarbonat, Aluminiumoxid oder
Siliciumoxid zu verwenden, welche im Wesentlichen keine Alkalimetall-Komponete oder
keinen Alkalimetall-Bestandteil enthalten.
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Der CaO-Gehalt im CA-Glas beträgt vorzugsweise von 35 bis 55 Gew.-%. Wenn der
Gehalt an CaO außerhalb dieses Bereichs liegt, kann manchmal keine angemessene oder
ausreichende Schnellabbindeeigenschaft oder Schnellerstarrungseigenschaft erreicht werden.
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Die Zusammensetzung des CAS-Glases umfasst vorzugsweise von 40 bis 50 Gew.-%
CaO, von 40 bis 50 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; und von 10 bis 20 Gew.-% SiO&sub2;. Wenn CaO oder Al&sub2;O&sub3;
außerhalb eines solchen Bereichs liegt, kann manchmal keine angemessene oder ausreichende
Eigenschaft des schnellen Abbindens oder Erstarrens erreicht werden. Wenn die Menge von
SiO&sub2; in einem Bereich von weniger als 10 Gew.-% vorliegt, hält eine gute Festigkeit nicht
über einen langen Zeitraum hin an, und wenn sie 20 Gew.-% überschreitet, ist die
Anfangsfestigkeit manchmal niedrig.
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Für den Zweck oder in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung steht Glas für ein
"Glas, das einen Glasübergangs- oder Glasumwandlungspunkt" aufweist, wie es üblicherweise
auf dem Gebiet von Glas verwendet wird, und es ist nicht notwendigerweise vollständig Glas
oder in Glasform und kann ein solches sein, das ein Glasbildungs- oder
Glasumwandlungsverhältnis von mindestens 60% aufweist. Wenn das Glasumwandlungsverhältnis weniger als
60% beträgt, kann manchmal keine angemessene oder ausreichende Abbindeeigenschaft oder
Erstarrungseigenschaft erreicht werden.
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Das Glasumwandlungsverhältnis kann bestimmt werden durch Erwärmen oder
Erhitzen einer Probe bei 1.000ºC über einen Zeitraum von 2 Stunden und dann durch allmähliches
oder schrittweises Abkühlen bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 5ºC/min, wobei die
Fläche S&sub0; des Haupt-Peaks des Kristall- oder Quarzminerals erhalten wird durch eine Pulver-
Röntgendiffraktionsmethode, und das Glasumwandlungsverhältnis erhalten wird von diesem
S&sub0; und der Haupt-Peak-Fläche S des Kristalls oder Quarzes in der Probe unter Anwendung der
Formel für das Glasumwandlungsverhältnis = (1 - S/S&sub0;) · 100.
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Die Partikelgröße des CA-Glases oder CAS-Glases der vorliegenden Erfindung ist
nicht besonders beschränkt, aber sie liegt in einem Bereich von einem Blaine-Wert von 3.000
bis 9.000 cm²/g. Wenn der Blaine-Wert weniger als 3.000 cm²/g beträgt, kann manchmal
keine angemessene oder ausreichende Beschleunigungseigenschaft erreicht werden, und selbst
wenn sie 9.000 cm²/g überschreitet, können keine zusätzlichen Effekte erwartet werden.
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Das Aluminiumsulfat, das gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist
notwendig, um die Schnell(ab)bindeeigenschaft oder Schnellerstarrungseigenschaft zu
verbessern, und kommerziell erhältliches Aluminiumsulfat kann für diesen Zweck verwendet
werden, ohne durch Verunreinigungen beeinflusst zu werden, die in der Regel enthalten sind. Das
Aluminiumsulfat ist erhältlich in Form eines wasserfreien Salzes oder in der Form, die
Kristallisationswasser enthält, und beide Typen können so verwendet werden, wie sie sind. Es ist
nicht beschränkt durch den Grad oder Anteil an Kristallisations- oder Kristallwasser.
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Die Partikelgröße von Aluminiumsulfat ist nicht besonders beschränkt, aber sie liegt
vorzugsweise in einem Bereich von einem Blaine-Wert von 3.000 bis 9.000 cm²/g. Wenn der
Blaine-Wert weniger als 3.000 cm²/g beträgt, kann manchmal keine ausreichende oder
angemessene Schnell(ab)bindeeigenschaft oder Schnellerstarrungseigenschaft erreicht werden, und
selbst wenn er 9.000 cm²/g überschreitet, können keine weiteren oder zusätzlichen Effekte
erwartet werden.
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Die Menge an Aluminiumsulfat beträgt vorzugsweise von 20 bis 50 Gew.-Teile,
besonders bevorzugt von 30 bis 40 Gew.-Teile, pro 100 Gew.-Teile an CA-Glas. Wenn die
Menge außerhalb dieses Bereichs liegt, kann manchmal keine angemessene oder ausreichende
Schnell(ab)bindeeigenschaft oder Schnellerstarrungseigenschaft erhalten werden.
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Das pozzolanartige Material, das gemäß der Erfindung verwendet wird, ist ein
Material, das reaktive Kieselsäure enthält, die aushärtet oder abbindet oder sich verfestigt bei der
Reaktion mit Calciumhydroxid. Es kann z. B. ein künstlich hergestelltes Material sein, wie
z. B. Siliciumdioxidstaub oder Quarzstaub oder Kieselpulver, Meta-Kaolin, Hochofenschlacke
oder Flugasche, oder ein natürliches Material, wie z. B. Diatomeenerde oder Vulkanasche. Bei
der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, ein oder mehrere pozzolanartige Materialien zu
verwenden, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Siliciumdioxidstaub oder
Quarzstaub oder Kieselpulver, Meta-Kaolin, Hochofenschlacke und Flugasche, im Hinblick
auf eine Verbesserung der Schnell(ab)bindeeigenschaft und ein Vermindern des Zurückfallens
oder Herunterfallens von Spritz- oder Sprühbeton.
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Der Siliciumdioxidstaub oder Quarzstaub oder das Kieselpulver, das gemäß der
vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein sogenanntes Siliciumdioxidmehl oder -pulver,
Siliciumdioxidstaub oder Mikrosiliciumdioxid, das ein industrielles Nebenprodukt ist, das
gebildet wird während der Herstellung von metallischem Silicium, das geeignet ist als
Ausgangsmaterial für verschiedene Materialien, oder eine Eisenlegierung, wie z. B. Ferrosilicium,
das verwendet wird zum Zugeben und als Zuschlagstoff für ein Legierungselement zu Stahl,
oder das verwendet wird als ein säureentfernendes Mittel oder ein Mittel zur Entfernung von
Säure, oder ein Entschwefelungsmittel für die Herstellung von Stahl.
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Das Ferrosilicium oder metallische Silicium wird hergestellt unter Verwendung von
Siliciumdioxid oder hochreinem Quarz, Eisenschrott oder Alteisen und einem
Reduktionsmittel, wie z. B. Kohlenstoff oder Kohle, als Ausgangsmaterialien und einem Erwärmen oder
Erhitzen solcher Materialien, bis zu einer hohen Temperatur nahe an 2.000ºC, durch einen
elektrischen Ofen. Während der Herstellung wird Siliciumdioxid, das als ein
Zwischenprodukt gebildet wird, glasartig oder glasifiziert, und ein Teil davon verstreut sich oder verteilt
sich in Luft und wird oxidiert in einer Entlüftungsleitung und wiedergewonnen in einem
Staubsammler in Form von SiO&sub2;. Solches SiO&sub2; ist Siliciumdioxidstaub oder Quarzstaub oder
Kieselpulver, das aus kugelförmigem ultrafeinen Partikeln oder Teilchen besteht.
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Die chemische Zusammensetzung von Siliciumdioxidstaub verändert sich in
Abhängigkeit von den Materialien, die verwendet werden, dem Verfahren für die Herstellung oder
dem Typ des Hauptprodukts. Der Hauptbestandteil ist jedoch amorphes SiO&sub2;, und der SiO&sub2;-
Gehalt beträgt vorzugsweise mindestens 80 Gew.-%.
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Die relative Dichte beträgt in der Regel von 2,1 bis 2, 2, die Schüttdichte oder
Rohdichte beträgt von 250 bis 300 kg/m³, und der Pulvergrad hat einen Grad der spezifischen
Oberfläche oder wirksamen Oberfläche nach BET von 15.000 bis 25.000 m²/kg, und die
mittlere Teilchengröße besitzt einen Wert von 0,1 bis 0,2 um.
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Die Menge an Siliciumdioxidstaub beträgt vorzugsweise von 50 bis 200 Gew.-Teile,
in noch bevorzugter Weise von 100 bis 150 Gew.-Teile, pro 100 Gew.-Teile von CA-Glas.
Wenn die Menge außerhalb dieses Bereichs liegt, kann manchmal keine ausreichende
Schnell(ab)bindeeigenschaft erreicht werden.
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Das Meta-Kaolin, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird erhalten
durch Kalzinierung von Kaolinit bei einer Temperatur von 500 bis 600ºC, wobei die
Hauptbestandteile SiO&sub2; und Al&sub2;O&sub3; sind, die amorph gemacht worden sind.
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Die Partikelgröße von Metakaolin liegt vorzugsweise bei einem Grad nach einem
Blaine-Wert von mindestens 4.000 cm²/g, noch bevorzugter Weise mindestens 6.000 cm²/g.
Wenn der Blaine-Wert weniger als 4.000 cm²/g beträgt, kann manchmal keine geeignete
Schnell(ab)bindeeigenschaft erreicht werden.
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Die Hochofenschlacke, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein
feines Pulver, das hauptsächlich zusammengesetzt ist aus einem Aluminosilikat, das erhalten
wird durch Pulverisieren oder Pulvern und Klassieren von einem glasierten oder dicht
gebrannten oder verglasten oder vitrifizierten Produkt, das erhalten wird durch Quenchen oder
Löschen mit Luft oder Wasser einer geschmolzenen Schlacke, die hergestellt wird als
Nebenprodukt während der Herstellung von Roheisen aus Eisenerz durch einen Hochofen.
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Die Hochofenschlacke enthält CaO, SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3; und MgO und weist vorzugsweise ein
Verhältnis von CaO/SiO&sub2; = 1,15 bis 1,25, ein Verhältnis von
(CaO + MgO)/(SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3;) =
0,90 bis 1,05, auf, wobei Al&sub2;O&sub3; in weniger als 15 Gew.-% vorhanden ist, und MgO in weniger
als 5 Gew.-% vorhanden ist.
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Die Partikelgröße von Hochofenschlacke liegt vorzugsweise bei einem Grad nach
einem Blaine-Wert von mindestens 4.000 cm²/g, in noch bevorzugter Weise von mindestens
6.000 cm²/g. Wenn der Blaine-Wert weniger als 4.000 cm²/g beträgt, kann manchmal keine
geeignete Schnell(ab)bindeeigenschaft erhalten werden.
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Die Menge der Hochofenschlacke beträgt vorzugsweise von 50 bis 200 Gew.-Teile, in
noch bevorzugter Weise 100 bis 150 Gew.-%, pro 100 Gew.-Teile des CA-Glases. Wenn die
Menge außerhalb dieses Bereichs liegt, kann manchmal keine geeignete
Schnell(ab)bindeeigenschaft erhalten werden.
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Die Flugasche, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist eine solche, die
erhalten wird durch Sammeln, z. B. durch einen elektrischen Staubsammler, einem
kugelförmigen Produkt, das gebildet wird durch Kühlen einer geschmolzenen Asche, während der
Verbrennung von feinem Kohlenstoffpulver, und sie enthält mindestens 60 Gew.-% SiO&sub2; und
kann Al&sub2;O&sub3;, Fe&sub2;O&sub3; und Kohlenstoff enthalten.
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Die Partikelgröße der Flugasche liegt vorzugsweise bei einem Wert des Blaine-Werts
von 3.000 bis 6.000 cm²/g. Wenn der Blaine-Wert weniger als 3.000 cm²/g beträgt, kann
manchmal keine geeignete Schnell(ab)bindeeigenschaft erhalten werden, und selbst wenn er
6.000 cm²/g überschreitet, kann manchmal kein zusätzlicher Effekt erwartet werden.
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Die Menge der Flugasche beträgt vorzugsweise von 50 bis 200 Gew.-Teile,
vorzugsweise von 100 bis 150 Gew.-Teile, pro 100 Gew.-Teile des CA-Glases. Wenn die Menge
außerhalb dieses Bereichs liegt, kann manchmal keine geeignete Schnell(ab)bindeeigenschaft
erhalten werden.
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Die Gesamtmenge von Alkalimetallen in dem Beschleunigungsmittel beträgt
vorzugsweise höchstens 0,75 Gew.-%, berechnet als Natriumoxid (Na&sub2;O). Wenn die Menge 0,75
Gew.-% überschreitet, findet eine Alkali-Aggregationsreaktion statt, die eine Betonstruktur
nachteilig beeinflussen kann. Die Partikelgröße des Beschleunigungsmittels ist nicht
besonders begrenzt, da sie abhängt von dem bestimmten Zweck oder dem Verfahren der
Verwendung, aber sie liegt vorzugsweise bei einem Wert nach einem Blaine-Wert von 3.000 bis
9.000 cm²/g. Wenn der Blaine-Wert weniger als 3.000 cm²/g beträgt, neigt die
Schnell(ab)bindeeigenschaft dazu, gering zu sein, und selbst wenn er 9.000 cm²/g
überschreitet, können keine weiteren Effekte erwartet werden.
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Die Menge des Beschleunigungsmittels beträgt vorzugsweise von 5 bis 20 Gew.-Teile,
ganz besonders bevorzugt von 8 bis 15 Gew.-Teile, pro 100 Gew.-Teile des Spritz- oder
Sprühmaterials, das Zement und das Beschleunigungsmittel umfasst. Wenn die Menge außerhalb
dieses Bereichs liegt, kann manchmal keine geeignete Schnell(ab)bindeeigenschaft
erhalten werden.
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Hierbei ist die Menge des Zements nicht besonders beschränkt und kann z. B. einer
verschiedener Portland-Zemente sein, wie z. B. normaler Portland-Zement oder ein Portland-
Zement mit einer hohen Anfangsfestigkeit oder ein solcher mit einer ultrahohen
Anfangsfestigkeit.
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Ferner ist es möglich, dem Beschleunigungsmittel oder dem Spritz- oder
Sprühmaterial der vorliegenden Erfindung ein oder mehrere Additive oder Zuschlagstoffe einzuverleiben,
die ausgewählt sind aus Mitteln, die die Abbindeeigenschaft einstellen, AE-Mitteln,
wasserverringernden Mitteln, AE-wasserverringernden Mitteln, Fließmitteln oder
fließfähigmachenden Mitteln oder Verflüssigungsmitteln, Verdickungsmitteln, wasserhaltenden
Mitteln, wasserabstoßenden Mitteln, Blähmitteln, Schäummitteln, unter Wasser nicht trennbaren
Mischungen wie z. B. Methylcellulose, Frostschutzmitteln, Rostschutzmitteln, Farb- oder
Färbemitteln (Pigmenten), Calciumverbindungen, wie z. B. Calciumhydroxid,
Polymeremulsionen (Latex, Latices), Fasermaterialen, wie z. B. Glasfasern, Kohlenstofffasern und Stahlfasern,
und Aggregate, wie z. B. Siliciumdioxidsand, natürlicher Sand und Kies oder Grobsand oder
Schotter, innerhalb eines Bereichs, der den Zweck der vorliegenden Erfindung nicht
beeinträchtigt.
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Um das Beschleunigungsmittel oder das Spritz- oder Sprühmaterial der vorliegenden
Erfindung herzustellen, kann ein herkömmlicher Misch- oder Mix- und Rührapparat
verwendet werden, wie z. B. ein geneigter oder schräggestellter Fass- oder Trommelmischer, ein
Alles- oder Omnimischer, ein Zwillingstrommelmischer, ein Henshel-Mischer oder ein
Naughter-Mischer.
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Das Mischen kann in einer solchen Art und Weise durchgeführt werden, dass die
entsprechenden Materialien gemischt werden zum Zeitpunkt der Anwendung, oder einige oder
alle der Materialien können zuvor gemischt werden.
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Ferner ist das Alterungsverfahren nicht besonders begrenzt, und ein herkömmliches
Alterungsverfahren kann verwendet werden.
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Für die Arbeitsschritte des Spritzens oder Sprühens des Spritz- oder Sprühmaterials
der vorliegenden Erfindung kann entweder ein Trockenspritzverfahren oder
Nassspritzverfahren eingesetzt werden.
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Zum Beispiel kann zum Zeitpunkt des Spritzens unter Verwendung von grobem
Aggregat, das eine Maximum-Aggregatgröße von 10 mm aufweist, Beton gemischt werden, um
ein Wasser/(Zement + Beschleunigungsmittel)-Verhältnis von 45% aufzuweisen und ein Fein-
Aggregatverhältnis von 60%.
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Ferner kann als ein Nassspritzverfahren z. B. ein Spritzverfahren genannt werden, bei
dem Wasser, Zement und grobes Aggregat und feines Aggregat gemischt werden durch einen
Mischer, um einen Beton zu erhalten, der dann unter Druck mit Hilfe einer Spritzmaschine
transportiert wird, die in der Lage ist, Beton unter Luftdruck bei einer Geschwindigkeit von
von 10 bis 20 m³/h zu transportieren, ein Beschleunigungsmittel getrennt davon unter Druck
transportiert wird mit Hilfe eines Kompressors und gemischt wird mit dem Beton in
Nachbarschaft einer Düse der Spritzmaschine, gefolgt von einem Spritzen.
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Die vorliegende Erfindung wird nun in weiteren Einzelheiten in Bezug auf Beispiele
beschrieben. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung keineswegs auf
solche speziellen Beispiele beschränkt ist.
BEISPIEL 1
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CaO-Material und Al&sub2;O&sub3;-Material, CaO-Material, Al&sub2;O&sub3;-Material und SiO&sub2;-Material
wurden gemischt und in einem elektrischen Ofen bei 1.600ºC geschmolzen. Die Schmelze,
die dadurch erhalten wurde, wurde abgekühlt und abgeschreckt durch ein Hochdruckluft-
Verfahren, gefolgt von einem Pulverisieren, um das CA-Glas und CAS-Glas zu erhalten, das
einen Blaine-Wert von 5.000 ± 200 cm²/g aufweist, wie es in Tabelle 1 angegeben ist.
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100 Gew.-Teile des hergestellten CA-Glases, 35 Gew.-Teile von Aluminiumsulfat α
und 125 Gew.-Teile von pozzolanartigem Material 1 wurden gemischt, um ein
Beschleunigungsmittel zu erhalten. Die Alkalimetallbestandteile in diesem Beschleunigungsmittel
wurden analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Dieses Beschleunigungsmittel wird mit Zement gemischt, um ein Spritzmaterial zu
erhalten, wobei die Menge des Beschleunigungsmittels 10 Gew.-Teile betrug in 100 Gew.-
Teilen des Spritzmaterials, das Zement A und das Beschleunigungsmittel umfasste.
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700 g des erhaltenen Spritz- oder Sprühmaterials und 2.100 g von feinem oder feinst
verteiltem Aggregat oder Betonzuschlag wurden gemischt und trocken-gemischt über einen
Zeitraum von 30 Sekunden bei einer niedrigen Geschwindigkeit mit Hilfe eines
Mörtelmischers vom Typ eines Tischmischers geringer Größe. Dann wurden 350 g Wasser
dazugegeben, und die Mischung wurde 10 Sekunden lang bei einer hohen Geschwindigkeit verknetet,
um Zementmörtel zu erhalten, wobei die Abbindeeigenschaft des Zementmörtels bewertet
wurde durch einen Proctor-Penetrationswiderstand. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Für den Zweck des Vergleichs wurde ein Versuch durchgeführt, in der Art und Weise wie
oben, unter Verwendung eines kommerziell erhältlichen Beschleunigungsmittels an Stelle des
Beschleunigungsmittels der vorliegenden Erfindung. Die Ergebnisse sind ebenso in Tabelle 2
gezeigt.
Verwendete Materialien
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CaO-Material: Calciumcarbonat, kommerziell erhältliches Produkt
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Al&sub2;O&sub3;-Material: Aluminiumoxid, kommerziell erhältliches Produkt
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SiO&sub2;-Material: Siliciumoxid, kommerziell erhältliches Produkt
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Aluminiumsulfat α: Anhydrid, Na&sub2;O äq. 0,04 Gew.-%
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Pozzolanartiges Material 1: Siliciumdioxidstaub, Nebenprodukt bei der Herstellung
von Ferrosilicium, relative Dichte 2,20, spezifische Oberfläche: 21,9 m²/g,
Na&sub2;O äq. 1,4 Gew.-%
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Kommerziell erhältliches Beschleunigungsmittel: Hauptbestandteil: Calciumaluminat,
Na&sub2;O äq. 15,8 Gew.-%
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Zement A: Normaler Portland-Zement, Blaine-Wert: 3.300 cm²/g, Na&sub2;O äq. 0,48
Gew.-%
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Feiner Betonzuschlag: Flusssand, hergestellt in Himekawa, Niigata-ken, Japan,
relative Dichte: 2,62
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Wasser: Stadtwasser
Messverfahren
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Alkalimetalle: mit Hilfe der Atomabsorptionsspektroskopie gemessen. Andere
Alkalimetallbestandteile als Natrium wurden ebenfalls als Na&sub2;O berechnet, und die Gesamtmenge
der Alkalimetallbestandteile wurde als Na&sub2;O äq. dargestellt.
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Proctor-Penetrationswiderstand: Die Mischung wurde bei einer konstanten
Kammertemperatur von 20ºC geknetet und dann unmittelbar in zwei Phasen oder Schichten in
Formwerkstücke geteilt und schnell verpackt, während der Mörtel durch eine Schubstange
geschoben wurde, wobei der Proctor-Penetrationswiderstand gemessen wurde, immer nach einer
vorher bestimmten Zeitspanne, nachdem Wasser zugesetzt wurde, mit Hilfe einer Nadel, die
eine Nadelkopffläche von 1/40 in² (Inch²) aufwies gemäß ASTM C 403-65 T.
Tabelle 1
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Tabelle 2
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*1 in der Spalte für "CA-Glas" zeigt an, dass bei dem Test Nr. 1-1 CA-Glas verwendet wurde.
*2 zeigt an, dass bei dem Test Nr. 1-24 das kommerziell erhältliche Beschleunigungsmittel
verwendet wurde. Das Symbol "-" bei dem Proctor-Penetrationswiderstand zeigt an, dass
keine Messung durchgeführt wurde.
BEISPIEL 2
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Ein Beschleunigungsmittel wurde hergestellt durch Mischen von 100 Gew.-Teilen des
hergestellten CA-Glases, 35 Gew.-Teilem von Aluminiumsulfat α und 125 Gew.-Teilen von
pozzolanartigem Material 2, und die Alkalimetallbestandteile in diesem
Beschleunigungsmittel wurden analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
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Dieses Beschleunigungsmittel wurde mit Zement gemischt; um ein Spritzmaterial zu
erhalten, wobei die Menge des Beschleunigungsmittels 10 Gew.-Teile betrug in 100 Gew.-
Teilen des Spritzmaterials, das Zement A und das Beschleunigungsmittel enthielt.
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700 g des erhaltenen Spritz- oder Sprühmaterials und 2.100 g von feinem oder feinst
verteiltem Aggregat oder Betonzuschlag wurden gemischt und trocken-gemischt über einen
Zeitraum von 30 Sekunden bei einer niedrigen Geschwindigkeit mit Hilfe eines
Mörtelmischers vom Typ eines Tischmischers geringer Größe. Dann wurden 280 g Wasser
dazugegeben, und die Mischung wurde 10 Sekunden lang bei einer hohen Geschwindigkeit verknetet,
um Zementmörtel zu erhalten, wobei die Abbindeeigenschaft des Zementmörtels bewertet
wurde durch einen Proctor-Penetrationswiderstand. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Verwendete Materialien
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Pozzolanartiges Material 2: Hochhofenschlacke, Blaine-Wert: 8.000 cm²/g, Na&sub2;O
äq. 0,55 Gew.-%
Tabelle 3
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* 1 in der Spalte für "CA-Glas" gibt an; dass bei dem Test Nr. 2-1 CA-Glas nicht verwendet
wurde. Das Symbol "-" für den Proctor-Penetrationswiderstand zeigt an, dass keine Messung
durchgeführt wurde.
BEISPIEL 3
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Das Experiment wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt,
außer dass 100 Gew.-Teile CA-Glas, wie in Tabelle 4 gezeigt, Aluminiumsulfat α, wie in
Tabelle 4 gezeigt, und 125 Gew.-Teile pozzolanartiges Material (1) verwendet wurden. Die
Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4
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"Aluminiumsulfat" steht für Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile von CA-Glas. Das Symbol "-"
für den Proctor-Penetrationswiderstand zeigt an, dass keine Messung durchgeführt wurde.
BEISPIEL 4
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Das Experiment wurde durchgeführt auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 2,
außer dass 100 Gew.-Teile CA-Glas n, Aluminiumsulfat α, wie in Tabelle 5 angegeben, und
125 Gew.-Teile pozzolanartiges Material 0 verwendet wurden. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 5 gezeigt.
Tabelle 5
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"Aluminiumsulfat" steht für Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile von CA-Glas. Das Symbol
"-" für den Proctor-Penetrationswiderstand zeigt an, dass keine Messung durchgeführt
wurde.
BEISPIEL 5
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Das Experiment wurde durchgeführt auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1,
außer dass 100 Gew.-Teile CA-Glas wie in Tabelle 6 angegeben, 35 Gew.-Teile
Aluminiumsulfat oc und 125 Gew.-Teile pozzolanartiges Material, wie in Tabelle 6 angegeben, verwendet
wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt.
Verwendete Materialien
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Pozzolanartiges Material 3: Meta-Kaolin, mittlere Partikelgröße: 3,2 um, Na&sub2;O
äq. 0,30 Gew.-%
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Pozzolanartiges Material 4: Hochofenschlacke, Blaine-Wert: 6.000 cm²/g, Na&sub2;O
äq. 0,51 Gew.-%
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Pozzolanartiges Material 5: Hochofenschlacke, Blaine-Wert: 4.000 cm²/g, Na&sub2;O
äq. 0,50 Gew.-%
-
Pozzolanartiges Material 6: Flugasche, Blaine-Wert: 4.000 cm²/g, Na&sub2;O
äq. 1,40 Gew.-%
Tabelle 6
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Symbol "-" für den Proctor-Penetrationswiderstand zeigt an, dass keine Messung durchgeführt
wurde.
BEISPIEL 6
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Das Experiment wurde durchgeführt auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 2,
außer dass 100 Gew.-Teile von CA-Glas wie in Tabelle 7 angegeben, 35 Gew.-Teile
Aluminiumsulfat β und 125 Gew.-Teile pozzolanartiges Material, wie in Tabelle 7 angegeben,
verwendet wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt.
Verwendete Materialien
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Aluminiumsulfat β: 14- bis 18-Hydrat, Reagenz erster Güte (first grade), Na&sub2;O äq.
0,04 Gew.-%.
Tabelle 7
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Symbol "-" für den Proctor-Penetrationswiderstand zeigt an, dass keine Messung durchgeführt
wurde.
BEISPIEL 7
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Das Experiment wurde auf die gleiche Art und Weise durchgeführt wie in Beispiel 1,
außer dass 100 Gew.-Teile CA-Glas, wie in Tabelle 8 angegeben, 35 Gew.-Teile
Aluminiumsulfat α und pozzolanartiges Material 1, wie in Tabelle 8 angegeben, verwendet wurden. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 8 gezeigt.
Tabelle 8
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"Pozzolanartiges Material" steht für Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile von CA-Glas. Das Symbol
"-" für den Proctor-Penetrationswiderstand zeigt an, dass keine Messung durchgeführt wurde.
BEISPIEL 8
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Das Experiment wurde durchgeführt auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 2,
außer dass 100 Gew.-Teile CA-Glas n, 35 Gew.-Teile Aluminiumsulfat α und pozzolanartiges
Material 2, wie in Tabelle 9 angegeben, verwendet wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9
gezeigt.
Tabelle 9
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"Pozzolanartiges Material" steht für Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile von CA-Glas. Das Symbol
"-" für den Proctor-Penetrationswiderstand gibt an, dass keine Messung durchgeführt wurde.
BEISPIEL 9
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Ein Beschleunigungsmittel wurde auf die gleiche Art und Weise hergestellt wie in
Beispiel 1 unter Verwendung
von 100 Gew.-Teilen CA-Glas b, 35 Gew.-Teilen Aluminiumsulfat
α und 125 Gew.-Teilen pozzolanartigem Material 1. Na&sub2;O äq. in dem Beschleunigungsmittel
betrug 0,69 Gew.-%.
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Das Experiment wurde auf die gleiche Art und Weise durchgeführt wie in Beispiel 1,
außer dass dieses Beschleunigungsmittel und der Zement, wie in Tabelle 10 angegeben,
verwendet wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 gezeigt.
Verwendete Materialien
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Zement B: gemäßigt erhitzter Portland-Zement, Blaine-Wert: 3.100 cm²/g;
Na&sub2;O äq.: 0,46 Gew.-%
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Zement C: Portland-Zement von hoher Anfangsfestigkeit, Blaine-Wert: 4.400 cm²/g,
Na&sub2;O äq.: 0,43 Gew.-%
Tabelle 10
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Symbol "-" für den Proctor-Penetrationswiderstand zeigt an, dass keine Messung durchgeführt
wurde.
BEISPIEL 10
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Ein Beschleunigungsmittel wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 2
hergestellt unter Verwendung von 100 Gew.-Teilen CA-Glas n, 35 Gew.-Teilen Aluminiumsulfat
und 125 Gew.-Teilen pozzolanartigem Material 2. Na&sub2;O äq. in dem Beschleunigungsmittel
betrug 0,69 Gew.-%.
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Das Experiment wurde auf die gleiche Art und Weise durchgeführt wie in Beispiel 2,
außer dass dieses Beschleunigungsmittel und der Zement, wie in Tabelle 11 angegeben,
verwendet wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 11 gezeigt.
Tabelle 11
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Symbol "-" für den Proctor-Penetrationswiderstand zeigt an, dass keine Messung durchgeführt
wurde.
BEISPIEL 11
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Ein Beschleunigungsmittel wurde auf die gleiche Art und Weise hergestellt wie in
Beispiel 1 unter Verwendung von 100 Gew.-Teilen CA-Glas, wie in Tabelle 12 angegeben, 35
Gew.-Teilen Aluminiumsulfat α und 125 Gew.-Teilen pozzolanartigem Material 1. Na&sub2;O äq.
In dem Beschleunigungsmittel betrug 0,69 Gew.-%.
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Das Experiment wurde auf die gleiche Art und Weise durchgeführt wie in Beispiel 1,
außer dass dieses Beschleunigungsmittel in einer Menge, wie in Tabelle 12 angegeben,
verwendet wurde, d. h. in Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teilen des Spritzmaterials. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 12 gezeigt.
Tabelle 12
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"Beschleunigungsmittel" ist in Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile des Spritzmaterials
angegeben. Das Symbol "-" für den Proktor-Penetrationswiderstand zeigt an, dass keine Messung
durchgeführt wurde.
BEISPIEL 12
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Ein Beschleunigungsmittel wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 2
hergestellt unter Verwendung von 100 Gew.-Teilen CA-Glas n, 35 Gew.-Teilen Aluminiumsulfat
α und 125 Gew.-Teilen pozzolanartigem Material 2. Na&sub2;O äq. in dem Beschleunigungsmittel
betrug 0,69 Gew.-%.
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Das Experiment wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 2 durchgeführt,
außer dass dieses Beschleunigungsmittel verwendet wurde in einer Menge, wie in Tabelle 13
angegeben, d. h. in Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile des Spritzmaterials. Die Ergebnisse sind
in Tabelle 13 gezeigt.
Tabelle 13
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"Beschleunigungsmittel" ist in Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile des Spritzmaterials
angegeben. Das Symbol "-" für den Proctor-Penetrationswiderstand zeigt an, dass keine Messung
durchgeführt wurde.
BEISPIEL 13
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Unter Verwendung von Einheitsmengen von Materialien, die 360 kg/m³ von Zement A
betrugen, 1.130 kg/m³ von feinem Betonzuschlagstoff, 756 kg/m³ von grobem Aggregat oder
Betonzuschlagstoff und 162 kg/m³ Wasser wurde ein Beschleunigungsmittel, wie in Tabelle 7
gezeigt, gemischt in einer Menge von 7 Gew.-Teilen in 100 Gew.-Teilen des Spritzmaterials,
um Beton zu erhalten, wobei die Maximum-Aggregatgröße 10 mm betrug, und der Anteil
oder das Verhältnis von feinem Aggregat oder Betonzuschlagstoff 60% betrug. Dieser Beton
wurde in oder auf einen simulierten Tunnel gespritzt oder gesprüht, der eine Höhe von 3,5 m
und eine Breite von 3 m aufwies, mit Hilfe einer Trockenspritzmaschine und einer
Nassspritzmaschine, woraufhin die Menge des Betons, der in den Tunnel fiel, gemessen wurde,
und das Rückfall-Verhältnis oder Herunterfall-Verhältnis oder das Verhältnis von
Heruntergefallenem wurde berechnet. Die Ergebnisse sind auch in Tabelle 14 gezeigt.
Verwendete Materialien
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Grobes Aggregat oder grober Betonzuschlagstoff Flusskies, hergestellt in Kimekawa,
Niigata-ken, Japan, relative Dichte: 2,66
Messverfahren
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Rückfall-Verhältnis: Das Verhältnis der heruntergefallenen oder zurückgefallenen
Menge zum Zeitpunkt des Sprühens des Betons, die herunterfiel, ohne an den simulierten
Tunnel befestigt zu sein, zu der Menge des Betons, die zum Spritzen oder Sprühen verwendet
wurde.
Tabelle 14
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**: In Test Nr. 13-6 wurde das kommerziell erhältliche Beschleunigungsmittel verwendet.
BEISPIEL 14
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Das Experiment wurde auf die gleiche Art und Weise durchgeführt wie in Beispiel 13,
außer dass ein Beschleunigungsmittel verwendet wurde, das hergestellt wurde durch Mischen
von 100 Gew.-Teilen CA-Glas n, Aluminiumsulfat α und pozzolanartigem Material 2 oder
3 in einer Menge, die in Tabelle 15 angegeben ist. Die Ergebnisse sind ebenso in Tabelle 15
gezeigt.
Tabelle 15
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"Pozzolanartiges Material" gibt Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile CA-Glas an. Das Symbol "-"
für den Proctor-Penetrationswiderstand gibt an, dass keine Messung durchgeführt wurde. Bei
dem Test Nr. 14-6 wurde kein Aluminiumsulfat verwendet, und in Test Nr. 14-7 wurde
kommerziell erhältliches Beschleunigungsmittel als Beschleunigungsmittel verwendet.
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Wie obenstehend beschrieben, weist das Beschleunigungsmittel der vorliegenden Erfindung
im Wesentlichen keine Alkalimetallbestandteile auf, so dass es keine nachteiligen Effekte auf
die Arbeitsumgebung oder die umgebende Umwelt haben wird, und es stellt eine
hervorragende Eigenschaft eines Schnell(ab)bindens oder Schnellerstarrens bereit.