Mineralisches Aggregat und Asphaltbitumen enthaltendes Gemisch für die Herstellung von geformten Gegenständen, insbesondere von hohlen geformten Gegenständen
Die Erfindung betrifft ein mineralisches Aggregat und Asphaltbitumen enthaltendes Gemisch, welchefür die Herstellung von geformten Gegenständen, insbesondere hohlen geformten Gegenständen, z. B. von Röhren und Hohiziegeln, durch Einbringen des Gemisches, zweckmässig bei erhöhter Temperatur, in eine Form und Verdichten der Mischung in dieser Form geeignet ist.
Das hauptsächlichste Problem, welches bei der Herstellung von geformten Gegenständen aus solchen Gemischen auftritt, ist das Erreichen einer genügenden Undeformierbarkeit der geformten Gegenstände.
Unter genügend undeformierbaren Gegenständen werden solche verstanden, welche praktisch ihre Form beibehalten, wenn sie mechanischen Belastungen von kürzerer oder längerer Dauer oder Temperaturschwankungen ausgesetzt werden. Dieses Problem ist besonders bei hohlen geformten Gegenständen wichtig, da eine genügende Undeformierbarkeit bei festen kompakten Gegenständen eher erreicht werden kann als bei hohlen. Tatsächlich war die Herstellung von hohlen geformten Gegenständen von guter Qualität aus solchen Aggregaten bis jetzt ein ungelöstes Problem.
In der deutschen Patentschrift Nr. 750 627 wird vorgeschlagen, hohle geformte Gegenstände in der Weise herzustellen, dass man 88 Gewichtsteile eines mineralischen Aggregates, z. B. Stein- oder Schlackenstücke, Quarzsand oder Steinpulver bei einer Temperatur von 250 bis 3000 C mit 12 Gewichtsteilen hartgeblasenem Asphaltbitumen mischt, welches einen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von 120 bis 1750 C aufweist, und dass man diese Mischung bei einer Temperatur von 250 bis 3000 C in eine Form einbringt und sie darin durch Zusammenpressen oder Stampfen verdichtet. Es wurde jedoch gefunden, dass es nicht möglich ist, nach diesem Verfahren hohle geformte Gegenstände von befriedigender Qualität in industriellem Massstab herzustellen.
Manchmal gelingt die Herstellung geformter Gegenstände überhaupt nicht, und manchmal behalten die erhaltenen geformten Gegenstände ihre Form nicht genügend bei und sind porös oder brüchig.
Bezüglich der letzteren Eigenschaft wird in der deutschen Patentschrift ausgeführt, dass die erhaltenen geformten Gegenstände innere Drucke von 6 atm und Spitzenlasten von 3480 kg aushalten können. Diese Beanspruchungen werden jedoch nur ausgehalten, falls die Spitzenbelastung von kurzer Dauer ist, und die Daten sind nicht massgeblich für die Wirkung auf die Form der Gegenstände von nicht so grossen Belastungen, welche jedoch während längerer Zeit einwirken, wie dies in der Praxis vorkommt, wenn z. B. Röhren im Boden verlegt oder in Stapeln gelagert werden, in welchem Fall noch durch Sonnenstrahlung bewirkte Temperaturerhöhungen hinzukommen.
Das in der deutschen Patentschrift Nr. 750 627 beschriebene Verfahren kann verbessert werden, wenn man als Ausgangsmaterial ein Gemisch verwendet, das ein mineralisches Aggregat aus 30-601 Gewichtsprozent Steinen, 25-60 Gewichtsprozent Sand und 425 Gewichtsprozent Füllmittel sowie 5-8 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gemisch an Asphaltbitumen, welches einen Penetrationsindex von höchstens + 5 sowie einen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) und eine Penetration (100 g, 5 Sek., 250 C) aufweist, welche der Formel
V = 90 + 30logp t 15 gehorchen, worin V den Erweichungspunkt in 0 und p die Penetration bedeuten, enthält.
Unter Steinen wird vorzugsweise ein mineralisches Aggregat verstanden, welches durch ein 2,4-Sieb (Maschen weite 2,4 mm) zurückgehalten wird, unter Sand vor zugsweise ein solches, welches durch ein 2,4-Sieb durchgeht, jedoch von einem 0,075-Sieb (Maschenweite 0,075 mm) zurückgehalten wird, und unter einem Füllmittel vorzugsweise ein mineralisches Aggregat, welches durch ein 0,075-Sieb durchgeht.
Es ist allgemein bekannt, in welcher Weise Steine, Sand und Füllmittel ausgewählt und in welchen Verhältnissen sie gemischt werden müssen, um ein mineralisches Aggregat mit möglichst wenig Leerstellen zu erhalten; siehe z. B. das Buch von Stellwaag Der Kornaufbau von Schwarzstrassen , Seite 20ff. (Allgemeiner Industrieverlag G. m. b. H., Berlin-Lichterfelde, 1936). Die minimal erhältlichen Leerstellen hängen unter anderem von den maximalen Abmessungen der in das mineralische Aggregat eingebrachten Steine ab, welche oft nicht mehr als etwa ein Drittel der minimalen Abmessung des herzustellenden geformten Gegenstandes betragen. In einem mineralischen Aggregat der erfindungsgemässen Zu sammensetzung beträgt der Leerstellenanteil etwa 15 bis 25 Volumenprozent.
Wenn mehr als die erfindungsgemässe Menge an Asphaltbitumen verwendet wird, ist das Gemisch überfüllt, und die daraus hergestellten geformten Gegenstände würden ihre Form nicht beibehalten.
Wenn weniger Asphaltbitumen verwendet wird, ist das Gemisch nur schwierig oder gar nicht zu verformen, und die daraus hergestellten geformten Gegenstände sind porös. Wenn das Gemisch die erfindungsgemässe Zusammensetzung aufweist, hat es nach dem Verdichten eine maximale Steifheit. Das heisst mit andern Worten, dass die daraus hergestellten geformten Gegenstände eine maximale Undeformierbarkeit haben, wie aus Der Ingenieur , 64 B 113-B 122 (1952) bekannt ist.
Ausserdem ist die Verwendung eines Gemisches, welches ein Aggregat (in diesem Fall Schlacke) mit einem Minimum von Leerstellen und eine Asphaltbitumenmenge unterhalb 10 Gewichtsprozent enthält, für die Herstellung von geformten Gegenständen schon aus der schweizerischen Patentschrift Nr. 135 681 bekannt, wobei diese jedoch nicht direkt auf die Beziehung zwischen der Art des Gemisches und der Nichtdeformierbarkeit der daraus geformten Gegenstände hinweist.
Es wurde festgestellt, dass Asphaltbitumen, das heisst sogenanntes hartgeblasenes Asphaltbitumen, mit einem Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von 120 bis 1750 C, wie es in der deutschen Patentschrift Nr. 750627 vorgeschlagen wird, nicht das richtige ist, da der Gebrauch von solchem Asphaltbitumen erfordert, das Gemisch bei Temperaturen von 250 bis 3000 C herzustellen und weiterzubehandeln. Bei Temperaturen über 2500 C tritt jedoch bereits das Phänomen der sogenannten Verbrennung (das heisst teilweise Verkohlung) des Asphaltbitumens in merklichem Masse auf. Es ist allerdings möglich, durch Verwendung von Asphaltbitumen mit einem verhältnismässig niedrigen Erweichungspunkt die Temperatur, bei welcher die Gemische hergestellt und behandelt werden, herabzusetzen. Dadurch erhält man im allgemeinen eine geringere Nichtdeformierbarkeit der aus dem Gemisch hergestellten geformten Gegenstände.
Es wurde nun gefunden, dass nur sehr spezifische Arten von Asphaltbitumen geeignet sind, das heisst solche, deren Penetrationsindex höchstens + 5, vorzugsweise nicht mehr als + 4,5, beträgt, und deren Erweichungspunkt (Ring und Kugel) und Penetration (100 g, 5 Sek., 250 C) derart sind, dass sie der obengenannten Gleichung gehorchen.
Bevorzugte Asphaltbitumen gehorchen der Gleichung V=90+30logp+ 10.
Gemische, welche solche Asphaltbitumen enthalten, können bei Temperaturen von 200 bis 2500 C hergestellt und zu hohlen, geformten Gegenständen verarbeitet werden, deren Eigenschaften in jeder Hinsicht zufriedenstellend sind.
Beispiel
40 Gewichtsteile Steine 2/5*, 40 Gewichtsteile Sand und 20 Gewichtsteile Quarzpulver werden bei einer Temperatur von 2400 C mit 7,2 Gewichtsteilen Asphaltbitumen gemischt, welches einen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von 1150 C, eine Penetration (100 g, 5 Sek., 250 C) von 5 und einen Penetrationsindex von + 3,5 aufweist. Bei der genannten Temperatur wird das erhaltene Gemisch in Formen unter Druck verdichtet. Es werden Röhren von 1 m Länge, einem innern Durchmesser von 15 cm und einer Wandstärke von 3 cm hergestellt, welche in jeder Weise befriedigende Eigenschaften aufweisen.
Neben hohlen geformten Gegenständen können die erfindungsgemässen Gemische auch zur Herstellung von kompakten geformten Gegenständen, wie z. B. Ziegeln, Platten und Balken, verwendet werden.
Steine 2/5 sind bekanntlich solche, welche durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 5 mm hindurchgehen, jedoch von einem Sieb mit einer Maschenweite von 2 mm zurückgehalten werden.