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Verfülimas se Für das Verfüllen von unterirdischen Hohlräumen, insbesondere
in bergmännischen Grubenbauten, werden Verfüllmassen gebraucht, die als dünnflüssige
wässrige Suspension in die Hohlräume gepumpt werden können und trotz ihres geringen
Feststoff- bzw Bindemittelanteils nach dem Erhärten ein Kunstgestein mit guten Festigkeiten
ergeben. Bekannte Verfüllmassen genügen den Anforderungen nur unzureichend, weil
sich ihre wässrigen Suspensionen absetzen, nicht genügend geschmeidig sind oder
wegen zu früher Versteifung oder eines zu hohen Materialanteils nicht oder nicht
lange genug pumpfähig bleiben. In anderen Fällen ist der zur Erzielung der notwendigen
Festigkeitseigenschaften erforderliche Material-, insbesondere Bindemittelbedarf
zu hoch. Hinzukommt, daß die Verfüllmasse möglichst dünnflüssig bleiben soll, bis
sie sich im Hohlraum befindet, dort aber rasch erhärten und ein Kunstgestein mit
ausreichenden Endfestigkeiten ergeben soll.
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Es wurde nun gefunden, daß eine Verfüllmasse, die als mineralischen
Bestandteil mit Bindemitteleigenschaften vorwiegend entsäuerten Mergel enthält,
diesen Anforderungen voll gerecht wird, weil sie hohe Wasserbindemittelwerte und
gute Endfestigkeiten in sich vereint.
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Die erfindungsgemäße Verfüllmasse enthält: 50 - 85, vorzugsweise 60
- 80 % entsäuerten Mergel, 46 -'14, " 37 - 19 % Portland-Zementklinker und 4 - 1,
" 3 - 1 % Gipsdihydrat oder Anhydrit (gerechnet als CaS04) Sofern nichts anderes
gesagt ist, sind hier und im folgenden alle Prozentangaben Gewichtsprozent.
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Werden Mergel, d.h. tonige Kalksteine unterhalb der Sintergrenze,
d.h. höchstens bei 1000 bis 12000C gebrannt, so entstehen hydraulische Bindemittel,
die je nach ihrem Ton- bzw.
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Kalkgehalt und dem Anteil an anderen Verunreinigungen, insbesondere
Magnesiumoxyd, Eisenoxyden und Alkalien bezüglich Verarbeitbarkeit und Erhärtung
sehr unterschiedliche Eigenschaften haben. Mergel mit weniger als 75 % Calciumcarbonat
liefern beim Brennen unterhalb der Sinterung die sog. Romankalke, deren Scherben
beim Benetzen mit Wasser nicht mehr ablöschen, sondern nur im Laufe der Zeit langsam
zerfallen. Kalkreiche Mergel mit mehr als 75 % Calciumcarbonat liefern beim Brennen
die sog. hydraulischen Kalke, die beim Benetzen mit Wasser ablöschen.
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Unter den Begriff Mergel fallen im Rahmen der Erfindung alle Rohstoffe,
die in ihrer Zusammensetzung zwischen Kalkstein und Ton liegen und sich insbesondere
auch zur Herstellung von Zement oder Kalk eignen. Als Ausgangsmaterial zur Herstellung
des entsäuerten Mergels sind besonders Mergel mit einem Carbonatgehalt von 55 -
85 % CaC03 geeignet, die nach der heute üblichen Bezeichnung für tonhaltige Kalksteine
(s. Kalk-Taschenbuch 1968, S.36) "Kalkiger Mergel" bzw. "Kalksteinmergel" heißen
und die 10 - 15 % Ton enthalten.
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Diese Mergel werden bei Temperaturen von etwa 1000 - 11000C entsäuert.
Der Brand wird so geführt, daß die Entsäuerung zwar möglichst vollständig ist, daß
sich aber praktisch keine Zementklinkerminerale bilden. Bei einem Restcarbonatgehalt
von beispielsweise 2 % (gerechnet als CaC03) gelingt es, den Gehalt an Klinkermineralien,
insbesondere C3A, C4AF und C2S, unter 5 % zu halten. Bei einem derart schonend durchgeführten
Brand bildet sich ein sehr reaktionsfähiges CaO, der Ton scheint seine vorteilhaften
Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Wasseraufnahme, weitgehend beizubehalten
und andere SiO2 -Komponenten liegen in sehr aktiver hochdisperser Form vor.
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Der erfindungsgemäß zu verwendende entsäuerte Mergel läßt sich besonders
einfach nach dem sog. LEPOL-Verfahren (s. Keil, Zement Abschnitt 5.2.2) herstellen,
bei dem der Mergel zu Rohmehl einer Feinheit von etwa 6000 - 7000 Blaine vermahlen
wird, und aus diesem Mergelrohmehl auf einer Granuliertrommel Granalien von 6 -
20 mm Durchmesser geformt werden. Diese Granalien werden auf einem Wanderrost mit
den Abgasen des Drehofens vorgetrocknet und dann in dem Drehofen entsäuert.
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Weil die Granalien aus Mergelrohmehl hergestellt sind, ist ihre Zusammensetzung
sehr gleichmäßig, und auf dem Wanderrost und dem Drehofen lassen sich gut nacharbeitbare
Verfahrensbedingungen einstellen. Damit gelingt es, den Brand so zu führen, daß
der entsäuerte Mergel einen Restcarbonatgehalt von 2 - 10 %, vorzugsweise 5 % (gerechnet
als CaC03) und einen Gehalt an Klinkermineralien unter 3, vorzugsweise unter 2 %
hat.
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Wegen des unregelmäßigen Temperaturverlaufs im Schachtofen zwischen
1000 und 14000C hat der im Schachtofen aus klassiertem oder unklassiertem Mergel
zusammen mit Koks gebrannte hydraulische Kalk oder Romankalk als Brenngut eine sehr
unterschiedliche Zusammensetzung, die sich nach dem Mahlen durch hohen Glühverlust
und hohen Restcarbonatgehalt bei zugleich wesentlich
höherem Anteil
an Klinkermineralien zeigt. Dementsprechend ist ein nennenswerter Anteil des Tons
totgebrannt. Insgesamt haben die bekannten hydraulischen Kalke und Romankalke nicht
die vorteilhaften Eigenschaften, die den erfindungsgemäß entsäuerten Mergel auszeichnen
und als Hauptbestandteil der beanspruchten Spezialverfüllmasse besonders geeignet
machen.
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Geeignete und besonders bevorzugte Zusammensetzungen des "entsäuerten
Mergels" sind aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich: geeignete vorzugsweise
Zusammensetzung (%) Zusammensetzung (%) freier Kalk (CaO) 38 - 68 52 aktivierter
Ton 19 - 10 16 aktive Kieselsäure 18 - 12 16 Klinkermineralien 8 - 2 4 Je 203 2
2 MgO 1 1 Restcarbonatgehalt (CaC03) 10 - 2 5 Alkalisulfat 2 - 1 2 Rest 2 2 Als
Portland-Zement für die erfindungsgemäße Verfüllmasse eignen sich Zemente, wie sie
in der deutschen DIN-Norm 1164 definiert sind, der die britischen Normen BS 12:1958,
1370:1958 und 146:1958 oder die amerikanischen Normen ASTM C 150-60, C 175-60, C
205-56 T und C 340-55 T entsprechen. Außer den Zementen nach DIN 1164 wie Portlandzement,
Eisenportlandzement, Hochofenzement oder Trasszement sind auch andere Zemente wie
Olschieferzement, Flugaschezement oder Tonerdezement geeignet.
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Die gebrannten Granalien des entsäuerten Mergels können mit dem Portland-Zementklinker
und/oder dem Gips bzw. Anhydrit vermahlen werden. Je nachdem wie die Bestandteile
der Verfüllmasse zur Verfügung stehen, können sie aber auch in feingemahlenem Zustand
miteinander vermischt werden. Man erhält so ein sehr feines, leicht gelbliches grauweißes
Pulver von
6800 bis 7500 Blaine, das noch mit mehr als der doppelten
Gewichtsmenge Wasser abbindet. Dementsprechend beträgt das Gewichtsverhältnis von
Wasser zu Zement, d.h. der Wasserbindemittelwert der erfindungsgemäßen Spezialverfüllmasse
1,3 - 2,3 vorzugsweise 1,95. Mit der Wassermenge, die sie binden kann, ergibt diese
Bindemittelmischung zunächst eine dünnflüssige wässrige Suspension. Das Wasser löscht
zunächst das freie Calciumoxyd ab, dient dann als Transportmittel auch über längere
Strecken und wird von dem feinverteilten SiO2, dem Kalkhydrat und anderen Bestandteilen
der Verfüllmasse unter Versteifung gebunden. Der Wasserzusatz beträgt das drei-
bis vierfache dessen, was bisher bei Verfüllmassen als möglich angesehen wurde.
Trotz dieses hohen Wasseranteils erhärtet der Brei aufgrund seines Gehalts an Klinkermineralien,
die vorwiegend aus dem Zement stammen, schließlich auch hydraulisch zu einem Kunstgestein
mit sehr guten Festigkeitswerten; Wie sich die einzelnen Bestandteile der Verfüllmasse
gegenseitig beeinflussen, ist angesichts der Vielzahl der in dem entsäuertem Mergel
enthaltenen Substanzen nicht im einzelnen bekannt. Auch der Gips wirkt offenbar
nicht nur als Abbindeverzögerer für den Portland-Zement, sondern dürfte auch, wie
an sich bekannt, dem gebrannten Dolomit hydraulisches Erhärtungsvermögen verleihen.
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Die erfindungsgemäße Verfüllmasse kann je nach dem gewünschten Verwendungszweck
noch durch Zusatz weiterer Stoffe, wie z.B.
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Hochofenschlacke, staubförmige oder granulierte Flugasche, Ton, Mergel
oder Kalksteinkomponenten in Mengen bis zu 30 gestreckt werden.
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Die einfache und wirtschaftliche Verfüllung (nur ca. 450 kg Feststoff
für 1 m3) ist besonders bemerkenswert. Ober Schlauchleitungen oder mit Spezialfahrzeugen
lassen sich auf diese Weise auch in Innenstädten mit viel Verkehr platzsparend und
nicht verkehrsbehindernd Verfüllungen unterirdischer Hohlräume leicht und kostensparend
durchführen.
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Bei dieser äußerst einfachen Verfahrenstechnik werden für Verfüllungen
aller Art vollkommen ausreichende Festigkeiten erzielt.
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Beispiel 30 kg der auf eine Feinheit von 7088 Blaine vermahlenen Verfüllmasse
aus 72,5 % entsäuertem Mergel mit einem Restcarbonatgehalt von 4,6 % CaCo3 und einem
Klinkeranteil von 2 %, 25,5 Gewichtsprozent Portlandzement der Güteklasse Z 350
und 2 % Gips (gerechnet als CaS04) wurden mit 58,5 1 Wasser zu einer Suspension
mit einem Wasserbindemittelwert von 1,95 vermischt. Ober eine 150 m lange Rohrleitung
wurde mittels eines Trichters an der Einschüttstelle ein vorher mit 63,5 1 genau
ausgemessener Plastikbehälter gefüllt. Das Litergewicht der Suspension betrug 1312
g. Umgerechnet auf einen Kubikmeter Hohlraum kommen damit 444 kg der Verfüllmasse
und 868 kg Wasser. Von der gleichen Suspension wurden an Normenprismen die Biegezug-
und Druckfestigkeiten ermittelt. Dabei wurden folgende Werte erreicht: 2 Prüftermin
(Tage) Biegezugsfestigkeit Druckfestigkeit (kp/cm2) bei Feuchtlagerung 14 4 5 28
6 10 90 10 23