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.
Mixture containing mineral aggregate and asphalt bitumen for the manufacture of shaped articles, in particular hollow shaped articles
The invention relates to a mixture containing mineral aggregate and asphalt bitumen, which is used for the production of shaped objects, in particular hollow shaped objects, e.g. B. of tubes and hollow bricks, by introducing the mixture, expediently at elevated temperature, in a form and compressing the mixture in this form is suitable.
The main problem which arises in the production of molded articles from such mixtures is the achievement of sufficient undeformability of the molded articles.
Sufficiently undeformable objects are understood to mean those which practically retain their shape when they are exposed to mechanical loads of shorter or longer duration or temperature fluctuations. This problem is particularly important in the case of hollow shaped objects, since sufficient undeformability can be achieved with solid compact objects rather than with hollow objects. Indeed, the manufacture of good quality hollow molded articles from such aggregates has heretofore been an unsolved problem.
In the German patent specification No. 750 627 it is proposed to produce hollow shaped objects in such a way that 88 parts by weight of a mineral aggregate, e.g. B. stone or slag pieces, quartz sand or stone powder at a temperature of 250 to 3000 C with 12 parts by weight of hard-blown asphalt bitumen, which has a softening point (ring and ball) of 120 to 1750 C, and that this mixture at a temperature of 250 Brings up to 3000 C in a mold and compacts it by pressing or tamping. It has been found, however, that it is not possible to manufacture hollow molded articles of satisfactory quality on an industrial scale by this method.
Sometimes molded articles cannot be produced at all, and sometimes the molded articles obtained do not retain their shape sufficiently and are porous or brittle.
Regarding the latter property, the German patent states that the molded articles obtained can withstand internal pressures of 6 atm and peak loads of 3480 kg. However, these stresses are only withstood if the peak stress is of short duration, and the data are not decisive for the effect on the shape of the objects of not so great stresses, which, however, act for a longer time, as occurs in practice when z. B. pipes are laid in the ground or stored in stacks, in which case there are also temperature increases caused by solar radiation.
The method described in German Patent No. 750 627 can be improved if a mixture is used as the starting material which contains a mineral aggregate of 30-601 percent by weight of stones, 25-60 percent by weight of sand and 425 percent by weight of filler and 5-8 percent by weight on the mixture of asphalt bitumen, which has a penetration index of at most + 5 as well as a softening point (ring and ball) and a penetration (100 g, 5 sec., 250 C) which corresponds to the formula
V = 90 + 30logp t 15, where V is the softening point in 0 and p is the penetration.
Stones are preferably understood to mean a mineral aggregate that is retained by a 2.4 sieve (mesh width 2.4 mm), while sand is preferably one that passes through a 2.4 sieve, but of a 0.075- Sieve (mesh size 0.075 mm) is retained, and under a filler preferably a mineral aggregate, which passes through a 0.075 sieve.
It is well known how stones, sand and fillers have to be selected and the proportions in which they have to be mixed in order to obtain a mineral aggregate with as few voids as possible; see e.g. B. the book by Stellwaag The grain structure of Schwarzstrassen, page 20ff. (General industrial publisher G. m. B. H., Berlin-Lichterfelde, 1936). The minimum available voids depend, among other things, on the maximum dimensions of the stones introduced into the mineral aggregate, which are often no more than about a third of the minimum dimensions of the shaped object to be produced. In a mineral aggregate of the composition according to the invention, the proportion of voids is about 15 to 25 percent by volume.
If more than the amount of asphalt bitumen according to the invention is used, the mixture will be overfilled and the molded articles made from it would not retain their shape.
If less asphalt bitumen is used, the mixture will be difficult or impossible to deform and the molded articles made from it will be porous. If the mixture has the composition according to the invention, it has a maximum stiffness after compression. In other words, this means that the molded objects produced therefrom have maximum undeformability, as is known from Der Ingenieur, 64 B 113-B 122 (1952).
In addition, the use of a mixture which contains an aggregate (in this case slag) with a minimum of voids and an amount of asphalt bitumen below 10 percent by weight for the production of shaped objects is already known from Swiss patent specification No. 135 681, although this is not known directly indicates the relationship between the nature of the mixture and the non-deformability of the articles molded from it.
It was found that asphalt bitumen, i.e. so-called hard-blown asphalt bitumen, with a softening point (ring and ball) of 120 to 1750 C, as suggested in German patent specification No. 750627, is not the right thing, since such asphalt bitumen is used requires the mixture to be produced and treated further at temperatures of 250 to 3000 C. At temperatures above 2500 C, however, the phenomenon of so-called combustion (i.e. partial carbonization) of the bitumen occurs to a noticeable extent. However, by using asphalt bitumen with a relatively low softening point, it is possible to reduce the temperature at which the mixtures are produced and treated. This generally results in a lower non-deformability of the molded articles produced from the mixture.
It has now been found that only very specific types of asphalt bitumen are suitable, i.e. those whose penetration index is at most + 5, preferably not more than + 4.5, and whose softening point (ring and ball) and penetration (100 g, 5 sec., 250 C) are such that they obey the above equation.
Preferred asphalt bitumen obey the equation V = 90 + 30logp + 10.
Mixtures which contain such asphalt bitumen can be produced at temperatures from 200 to 2500 C and processed into hollow, shaped objects, the properties of which are satisfactory in every respect.
example
40 parts by weight of stones 2/5 *, 40 parts by weight of sand and 20 parts by weight of quartz powder are mixed with 7.2 parts by weight of asphalt bitumen at a temperature of 2400 C, which has a softening point (ring and ball) of 1150 C, penetration (100 g, 5 sec ., 250 C) of 5 and a penetration index of + 3.5. At the temperature mentioned, the mixture obtained is compressed in molds under pressure. Tubes of 1 m length, an inner diameter of 15 cm and a wall thickness of 3 cm are produced, which have satisfactory properties in every way.
In addition to hollow shaped objects, the mixtures according to the invention can also be used for the production of compact shaped objects, such as. B. bricks, slabs and beams can be used.
As is known, stones 2/5 are those which pass through a sieve with a mesh size of 5 mm, but are retained by a sieve with a mesh size of 2 mm.