DE2829272A1 - Verfahren und vorrichtung zur regenerierung und reaktivierung inaktiv gewordenen zements - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur regenerierung und reaktivierung inaktiv gewordenen zements

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Description

Verfahren und Vorrichtung zur Regenerierung und Reakti- - vierung inaktiv gewordenen Zements
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren und Reaktivieren von durch Lagerung inaktiv gewordenem, gegebenenfalls mindestens teilweise verbackenem Zement, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Als hydraulisches Bindemittel für Beton ist Zement einer der wichtigsten Baustoff-Rohstoffe. Die Erzeugungskapazitäten sind entsprechend groß, der. Bedarf ist in den meisten Gebieten der Welt aber meist noch größer. Es i3t deshalb notr wendig, Zement in möglichst wirtschaftlicher Form zu nutzen und unnötige Verluste zu verisiden, sowie sie 4ort, wo sie dennoch auftreten, in bestmöglicher Weise rückgängig zu machen.
Um als Bindemittel zwischen den Zuschlagstoffen von Beton wirksam zu werden, bedarf Zement der Zugabe von Wasser. Die den Zement bildenden verschiedenen Kalziumsilikate und Kalziumalurainate reagieren mit Wasser unter Bildung diverser ■ Hydrate, weihe vermöge ihrer Kristallstrukturen die Zuschlagstoffe brückenartig untereinander verbinden und so eine breccniaartige, mechanisch beständige Betonstruktur schaffen.
Das Vermögen von Zement, mit Wasser unter Erstarrung und Erhärtung zu reagieren, ist für seine Verwendung als Bindemittel in Beton zwar unerläßlich und sehr vorteilhaft, bewirkt aber zugleich das Inaktivwerden ungünstig oder oft einfach nur zu lange, gelagerter Zemente. Da das Einsetzen der Hydratbildung Ja nicht vom Vorhandensein von Zuschlagstoffen und der Einbringung von Frischbeton in die Schalungen abhängt, sondern einzig und&llein vom Hinzutreten von Wasser, ruft selbst Luftfeuchtigkeit mit der Zeit eine Umwandlung zumindest der Oberflächen der ZementteUlchen hervor. Angesichts der großen spezifischen Oberflächen besonders der hochfesten Zemente darf die Empfindlichkeit gegen Feuchtigkeit, auch in Dampfform als recht beträchtlich bezeichnet werden· Es ist also nicht überraschend, daß gelagerter Zement immer wieder zumindest an der Oberfläche verfestigt und hafte Klumpen und Schichten bildet, und daß auch im Inneren solcher Klumpen und unter diesen Schichten die Fähigkeit, zu erstarren und zu erhärten, deutlich zurückgeht. Derartige Vorgänge werden insbesondere in feuchtem Klima zu beo-
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bachten sein, also etwa in tropischen Gebieten, aber auch in gemäßigten Kliraaten während kühler und feuchter Jahreszeiten. Begünstigt wird das Inaktivwerden von Zement natürlich noch durch unvorhergesehene oder unvermeidliche Verlängerungen der Lagerung an Baustellen oder in Zwischenlagern , sowie durch verzögerten Transport, hier insbesondere in Schiffen, also nahe freier Wasseroberflächen.
Da es keineswegs befriedigend sein kann, nach einem längeren Transport oder einer längeren, oft erzwungenen Lagerung festzustellen, daß der Zement in großen Mengen unbrauchbar geworden, weil teilweise verbacken und auch sonst reaktionsträger ist, wurde ein Weg gesucht, solchen inaktiven Zement zu regenerieren und zumindest zum Großteil wieder verwendbar zu machen.· -■
Bei Vergleichen der Betonfestigkeiten von Probekörpern, die mit Zement gleicher Provenienz und Feinheit hergestellt wurden, wobei aber ein Teil des Zementes in konventioneller Weise mittels Kugelmühlen, der andere zum Vergleich mittels sogenannter Desintegratoren vermählen wurde, zeigte sich, daß der mit desintegriertem Zement hergestellte Beton höhere Festigkeiten nach kürzeren Zeiten erreichte als Jener, zu dessen Herstellung in Kugelmühlen vermahlener Zement verwendet worden war.
Es wurde nun auch das Verhalten inaktiv gewordenen Zementes nach Ausmahlung in einem Desintegrator untersucht.
Als Desintegrator wird eine Klasse von modifizierten Stiftmühlen bezeichnet, die vorzugsweise mit vergleichsweise sehr hohen Schlaggeschwindigkeiten betrieben wird. Auf zwei parallel angeordneten, in gegenläufigem Sinn angetriebenen Scheiben sind in kreisförmigen Reihen Schlagstifte angeordnet; diese weisen je nach Verwendungszweck unterschiedliche Formen auf, meist die von Leisten, welche nicht in radialer Richtung, sondern mit der äußeren Kante dieser voreilend angeordnet sind.
Auf/beiden Scheiben wechseln derartige Reihen einander konzentrisch mit zunehmendem Durchmesser ab, sodaß Feststoff, der in Scheibenmitte zugegeben wird, von den abwechselnd gegenläufigen Schlagstiftreihen mit hoher Geschwindigkeit und in sehr schneller zeitlicher Folge hin und hergeschleudert wird und dabei zufolge
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der sehr starken Schlagbeanspruchung fein zerteilt wird.
Es ist eine Eigenschaft der Zerkleinerung in Desinte- , gratoren, daß sie in vielen Fällen u.a. Gefügekorngrenzen aufspaltet. Dies liegt wahrscheinlich daran, daß durch die hohen Schlaggeschwindigkeiten bedingt extrem kurzzeitige elastische Verformungen auftreten, die schließlich zum Aufbrechen gerade der Nahtstellen zwischen unterschiedlichen Gittern führen.„Da nun hydratisierte Oberflächenschichten an Sementkörpern entschieden als vom Korninneren unterschiedliches Material anzusehen sind, kommt es wohl bevorzugt zum Abplatzen dieser Schichten.,, und zur Freisetzung des unveränderten Korninneren. Es muß hier daran erinnert werden, daß ja inaktiv gewordene, nicht aber durchgehärtete Zemente regeneriert werden sollen.
Der in einem Desintegrator regenerierte Zement erreicht im Durchschnitt 85 % seiner ursprünglichen Normfestigkeit. Durch kombination mit frischem, voll aktivem Zement gelingt es, das Gemisch zur Gänze auf 100 % der Normfestigkeit zu bringen. Man kann so die 15 % Festiglceitsverlust praktisch zur Gänze kompensieren und braucht hierzu keine Steigerung der Zementdosierung in Kauf zu nehmen.
Zum Vergleich der Eigenschaften regenerierten Zementen wurden nach gleicher Betonrezeptur Probekörper zur Biegezugfestigkeitsprüfung hergestellt und 72 Stunden bei 750C gelagert. Die Probekörper mit ausschließlich regeneriertem Zement er_ reichten Biegezugsfestigkeiten von 52-55 kg/cm ; wurde dem inaktiv gewordenen Zement während der Regenerierung im Desintegrator die gleiche, bzw. die doppelte Menge frischen Zementes gleicher Provenienz und Güte zugesetzt, so stieg die Biege Zugfestigkeit »uf 62-65 kg/cm2, bzw. auf 65-70 kg/cm2.
Die Druckfestigkeiten erreichten unter den gleichen Voraussetzungen 305 kg/cm , 380 kg/cm und 435 kg/cm . Sehr ähnliche Werte wurden nach 28 Tagen Lagerung bei Raumtemperatur erreicht. Aus den Ergebnissen der Versuche ist zu schließen, daß z.B. Kernbeton in Kassenbetonbauten wohl durchwegs mit regeneriertem Zement ohne Frischzementzusatz bereitet werden kann, wohingegen für höher beanspruchte Bauteil© die Hälfte des Frischzementes durch regenerierten Zement ersetzt werden kann.
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Vergleichsproben unter Verwendung von ausschließlich frischem Zement, der .allerdings nicht im-Desintegrator behandelt wurde, erreichten die Festigkeiten der Proben mit desintegrierter 1:1 Mischung.
Ziel des erfindungsgemäCen Verfahrens ist also die Behandlung inaktiv gewordenen Zementes in einem Desintegrator, um den Zement wieder verwendbar zu machen. Das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs angegebenen Art besteht darin, daß der inaktiv gewordene Zement, erforderlichenfalls nach Vorzerkleinerung, auf Korngrößen kleiner als 7 - 10 mm , in einem Desintegrator, d.iv eine modifizierte Stiftmühle, welche auf zwei parallelen, gegenläufig angetriebenen Mahlscheiben kreisförmig angeordnete Schlagstifte in konzentrischen Ringen von wechselweise zunehmendem Durchmesser trägt, in einem Zeitraum von " 0,01 bis 0,001 Sekunden drei bis acht Schlagen pro Korn ausgesetzt und dadurch in Einzelteilchen der ursprünglichen Feinheit und darunter zerteilt wird, sodaß die Einzelteilchen von den sie umhüllenden und inaktiv machenden hydratisieren Oberflächenschichten befreit und durch Freisetzung nicht hydratisierter Schichten wieder aktiviert werden.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt erfindungsgemäß eine modifizierte Stiftmühle (Desintegrator), welche auf zwei parallelen, gegenläufig angetriebenen Mahlscheiben kreisförmig angeordnete Schlagstifte in konzentrischen Ringen von wechselweise zunehmendem Durchmesser trägt, und gegebenenfalls eine Vor-Zerkleinerungsanlage, z.B. eine langsamlaufende Hammer - oder Prallmühle, mit Siebanlage und Rückführeinrichtung für zu großes Korn.
Da der Grad der Zerkleinerung ebenso wie der Grad der Aktivierung (die hohen Schlaggeschv/indigkeiten verursachen nicht nur die Zerkleinerung des Feststoffes, sondern bewirken auch Gitterstörungen, durch welche latente Energie in das Kahlgut gebracht wird, v/elche späterhin z.B. zur leichteren oder vollständigeren Durchführung chemischer und physikochemischer Reaktionen ausgenützt werden kann, siehe die vorerwähnte höhere Betonfestigkeit bei Verwendung desintegrierter Zemente gleicher Mahlfeinheit) durch die Viahl der Schlagzahl (Zahl der Reihen von Schlagstiften), die zeitliche Schlegfolge (Distanz der Reihen
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und der Schlagstifte) sowie der Schlaggoschwindigkeit. (Durchmesser der Mahlscheiben und Maschinengeschwindigkeit) beeinflußt wird, kann man für gegebene Zementtypen die optimalen Betriebsverhältnisse durch entsprechende Vorversuche leicht festlegen. Hierzu kann man sich eines kleinen Labordesintegrators bedienen. Da der Bereich des Optimums bei Zement nicht sehr eng ist, sind auch eventuelle Fehlermöglichkeiten nur klein.
Weitere Merkmale der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung er-läutert, welche in Fig. 1 ein Blockschema der erfindungsgemäßen Einrichtung zeigt, Fig. 2 zeigt atark vereinfacht einen.. Längsschnitt und Fig. 3 einen uuerschnitt durch einen zur Behandlung des Zementes geeigneten desintegrator.
Die in Fig. 1 vereinfacht dargestellte Vorrichtung umfaßt eine längs einlaufende Hammer- oder Prallmühle 1, welche mit einem Siebrost und einer Einrichtung zum Rückführen von zu groOen Teilen (sogenanntes "Überkorn") in die Kühle ver- "■ sehen ist.
Der Kühle 1 sind ein Zwischenbunker 2 mit Entnahme-Do siebvorrichtung 3 und ein Förderband 4 nachgesch. .ltet. Das Förderband 4, dem ein Metallabscheider 5 zugeordnet ist, führt zum Desintegrator 6. Dieser besteht aus zwei einander gegenüberliegenden, zueinander parallelen Scheiben (nicht dar-. gestellt), deren jede auf konzentrischen Kreisen angeordnete, axial abstehende Stifte trägt, wobei jeweils ein Stiftkrtfftz der einen Scheibe mit geringem Spiel oder Radialabstand zwischen zwei Stütkränzen der andern Scheibe liegt. Die beiden Scheiben können in rasche, gegenläufige Drehung versdzt werden. An Hand der Fig. 2 und 3 wird der Desintegrator 6 genauer erläutert. Auf· zwei Wellen 27 und 28 sind mit fluchtenden Achsen je eine Mahlscheibe 29 und 30 endständig, befestigt.
üine dieser Kahlscheiben ist nahe der Scheibenraitte mit Durchtrittsöffnungen 34 für das zu zerkleinernde Material versehen. Den Durchtrittsöffnungen ist eine Prall- und Leitplatte 39 vorgesetzt. Vor den Durchtrittsüffnungen 34 befindet sich der Raum 35, durch den das zu zerkleinernde Material aufgegeben wird. Dichtringe 36 verhindern, daß dieses Material an der Außenseite der Mahlscheibe 29 unter Umgehung der Mahl- und
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Schlagstifte i·^ den Reihen 31,32 und 33 in den Austragsraum 38 durch die Austragsöffnung 37 gelangt. '
Die I-ia hl scheiben sind von einem Gehäuse 40 umgeben, welches entlang dem Flansch 40· geöffnet werde'n kann.
In der Zeichnung ist erkennbar gemacht, daß die Schlagstifte abwechselnd gegenläufig bewegt v/erden. Dadurch ergeben sich sehr hohe Schlaggeschwindigkeiten.
Vorrichtungen der beschriebenen Art sind seit langem bekannt. Es ist ihnen meist gemeinsam, daß die Schlagstifte zylindrischen Querschnitt aufweisen, wodurch sich in Bezug auf die damit beschleunigten Teilchen eine starke Richtungsstreuung ergibt. Für den gegenständlichen Zweck eignet sich dagegen eine Vorrichtung, mit nicht zylindrischen Schlagelementen, welche, den Teilchen eine gerichtete Beschleunigung, zu erteilen in der Lage ist.
Das Material wird zentral-axial zugegeben und vom Sog der durchströmenden Luff bzw. gegebenenfalls eines Schutzgases und der Zentrifugalkraft erfaßt und nach außen geschleudert. Hiebei gerät es in den Schlagbereich der innersten Stiftreihe und erfährt eine nahezu tangentiale Beschleunigung, die von der nächstäußeren, gegenläufigen Stiftreihe in eine entgegengesetzte, ebenfalls nahezu tangentiale Beschleunigung umgewandelt wird. Dies wiederholt sich von Stiftreihe zu Stiftreihe, bis die Teilchen den Bereich der Rotoren verlassen. Durch die Drehzahl der ocheiben und die Radien der Stiftreihen bedingt^ werden Stoßgeschwindigkeiten von 50 bis über 300 m/sek. ex-reicht. Die Stoßenergien der Teilchen richten sich hierbei nach deren Masse und nach dem Widerstand, den das umgebende Gas ihrer Bewegung entgegensetzt. Durch Variation der Drehzahlen kann auf den Effekt der Zerkleinerung ebenso wis aif den der mechanochemischen Aktivierung und der von den Teilchen zu speichernden Energie Einfluß genommen werden. In Bezug auf äußerlich"wahrnehmbare Auswirkungen so gespeicherter Energien können gewünschte Eigenschaften verfahrensgemäß optimiert v/erden, indem ein gewünschter Parameter laufend kontrolliert und das Kontrollergebnis zur Steuerung der Drehzahl und damit der Teilchenbeschleunigung bzw. deren Endgeschv/indigkeit herangezogen wird.
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Für die angestrebte Kornverteiltang (Sieblinie) entscheidend ist die Umfangsgeschwindigkeit der Schlagstiftreihen sowie deren Anzahl. Für einen gegebenen Zementtyp .müssen diese Kennwerte durch Versuche ermittelt werden. Einfluß auf das Produkt kann durch Auswahl der Mahlscheiben und des Antriebes genommen vrerden. Entscheidend ist hierbei die Zahl der Schlagstiftreihen, deren mittlerer und größter Durchmesser, sowie die Drehzahl der die Stifte tragenden Scheiben. Günstige Ergebnisse werden üblicherweise bei maximalen Schlaggeschv/indigkeiten zwischen 75 m/s und 240 M/s erzielt, abhängig von der Zementart. Im Interesse günstiger Verschleißwerte wird der Desintegrator mit der durch Versuche ermittelten, eben ausreichenden Minimalgeschwindigkeit gefahren werden, also vorzugsweise mit 75 - 125 m/s Umfangs-
y.
geschwindigkeit des äußersten Schlagstiftkranzes.
Der Desintegrator 6 ist über eine pneumatische Förderanlage 7 an einen verhältnismäßig groß bemessenen Silo 8 angeschlossen, welcher mit einem Zyklon 9 und einem Filter 10 für die abgehende Förderluft versehen ist. Am unteren Ende dieses Silos befinden sich eine Abgabe-Dosiereinrichtung 11 und eine Förderanlage, z.B. ein Fürderband 12.
Das erfindungsgeraäße Verfahren wird mit der beschriebenen Vorrichtung in der folgenden Weise durchgeführt:
Zunächst werden Zementklumpen in der langsam laufenden Hammermühle oder Prallmühle 1 soweit vorzerkleinert, daß sie vom Desintegrator 6 aufgenommen werden können. "Überkorn".wird entweder in der Mühle durch den Siebrost zurückgehalten oder das Mahlgut wird über-ein Sieb geleitet und der Siebrückstand wird wieder in die Mühle zurückgebracht (in Fig. 1 nicht dargestellt).
Nach der Vorzerkleinerung wird der Zement zweckinäßigerweise im Zwischenbunker 2 gelagert und aus diesem nach Erfordernis durch die Dosiervorrichtung 3 a£ das Förderband 4 gegeben. £>ie Zwischenlagerung fängt Materialstöße ab, die durch Aufgabe großer Eementklunroen verursacht werden können.
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Der Metallabsclieider (bzw. ein Metallsuchgerät) 5 hält allfällige Metallteile vom Desintegrator fern. Im Desintegrator 6 erfolgt die Regenerierung des Zementes.
Der auf eine Korngröße von etwa 7 bis 10 mm gebrachte oder diese Korngröße schon, aufweisende, inaktiv gewordene Zement wird durch die Schlagstifte an den beiden sich sehr rasch und gegenläufig drehenden Scheiben des Desintegrators sehr raschen und häufigen Schlagen ausgesetzt, u.zw. wird jedes Korn in eirrara Zeitraum von 0,01 bis 0,001 Sekunden drei bis achtmal getroffen. Dadurch v/erden die dem Desintegrator eingegebenen Körner in Einzelteilchen der ursprünglichen Feinheit oder darunter zerkleinert, sodaß alle Körner von den sie umhüllenden und inaktiv machenden hydratisierten Oberflächenschichten befreit und durch Freisetzen nicht hydratisierter Schichten v/ieder aktiviert werden.
Das Produkt weist etwa die ursprüngliche oder eine bessere Mahlfeinheit auf und besitzt Lm Durchschnitt 85 % der Normfestigkeit des ursprünglichen Zementes.
Da der Desintegrator.durch seine Bau- und Betriebsweise wie ein Gebläse wirkt, wird der regenerierte Zement pneumatisch aus dem Gerät geblasen. ISr gelangt in den Silo 8 und die mitge-« führte Luft wird durch einen Staubzyklon 9 und das Filter 10 geleitet. Die im' Zyklon 9 und im Filter 10 anfallenden Mengen von Zementstaub werden, wie in der Zeichnung angedeutet, in den Silo 8 zurückgebracht. Aus dem Silo wird.der regenerierte Zement mit der Dosiervorrichtung 11 abgezogen und mit.dem Förderband 12 seiner weiteren Verwendung zugeführt.·
Es ist zv/eckmäßig, die Regenerierungsanlage so zu dimensionieren, daß sie mehr Zement zu regenerieren vermag, als laufend verbraucht werden kann, sie aber nicht dauernd zu betreiben. Es sollte im Durchschnitt nur soviel Zement regeneriert werden, als jeweils verbraucht wird, da der regenerierte Zement gegenüber neuerlicher Desaktivierung anfälliger ist als der verbackene inaktive Zement. Letzterer wird in feuchter Umgebung (soferne er nicht in rfasser oder in deutlich nassen Behältern lagert) langsamer weitere latente Aktivität verlieren als der regenerierte Zement dies kann. ·
Y-
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Claims (5)

  1. Zo 15875
    : Simmering-Graz-Pauker iiktien^ellpchaft für Maschinen-, Kesse1-
    und Waggonbau, 1071 Wien, Mariahilferstraße 32, Österreich.
    .Patentanwalt
    Dipf.-Ing. E. Günter Ottens Patentanspruches ,
    München 40
    3oie(-Rops-Sir. 2
    f.—J
    /. Verfahren zum Regenerieren und Reaktivieren von durch
    , Lagerung inaktiv gewordenen, gegebenenfalls mindestens teilweise verbackenem Zement, dadurch gekennzeichnet, daf3 der inaktiv gewordene Zement, erforderlichenfalls nach Vorzerkleinerung auf Korngrößen kleiner als 7 — 10 mrn, in einem Desintegrator, d.i. eine modifizierte Stiftmühle, welche auf zwei parallelen, gegenläufig angetriebenen ϊ-Iahlscheiben. kreisförmig angeordnete Schlagstifte in konzentrischen Ringen von wechselweise zunehmendem Durchmesser trägt, in einem Zeitraum von 0,01 bis 0,001 Sekunden drei bis acht Schlügen pro Korn ausgesetzt',, dadurch in Einzel- · teilchen der ursprünglichen Feinheit und darunter zerteilt wird, sodaß die Einzelteilchen von den sie umhüllenden und inaktiv machenden hydratisieren Cberflächenschichten befreit und durch Freisetzung nicht hydratisi'erter Schichten wieder aktiviert v/erden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß • die Regenerierung des inaktiv gewordenen Zementes unter Zugabe von frischem Zement .erfolgt und die· regenerierte und die frische Komponente dabei vermischt und homogenisiert v/erden.
  3. 3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem inaktiv gewordenen Zement vor der Regenerierung latent hydraulische Stoffe, wie Hochofenschlacke, Flugasche, !frass, Puzzolan usw. zugesetzt und bei der Regenerierung mit ihm innig vermengt und homogenisiert werden. ·
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß dem zu regenerierenden Zement Gips oder Anhydrit zur Regelung des Abbindeverhaltens zugesetzt wird und daß er mit diesem Zusatz regeneiert und dabei mit dem Zusatz innig vermisfcht und homogenisiert wird.
    ,
  5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine modifizierte Stiftmühle (Desintegrator) umfaßt, v/elche auf -zv/ei parallelen, gegenläufig angetriebenen Mahlscheiben kreisförmig angeordnete Schlagstifte in konzentrischen Ringen von wech-
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    ORIGINAL INSPECTED
    seiweise zunehmen-deia i^urchnccser trägt, gegebenenfalls eine Vor-Zerkleinerungsanla^e, z.B. eine langsamlaufende Hammer- oder Prallmühle, mit ^iebtnlage und Rückführeinrichtung für 2U großes' Korn.
    19.6.1978 ,Ing .hii/cw
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