Die Erfindung betrifft ein hochfestes griffiges Gefüge für
Strassen-, Dränage- und Isolier-Beläge.
Es sind bereits aus Schlacke und einem fest werdenden
Harz-Binder zusammengesetzte Strassenbeläge bekannt. Sie weisen ein festes, nicht poröses Gefüge mit relativ gut griffi ger Oberfläche auf. Die Reibwert-Eigenschaften solcher
Strassenbelag-Oberflächen übertreffen bei weitem die Reib werte herkömmlicher Strassenbeläge, beispielsweise von Be ton-Belägen. Weil diese bekannten und patentrechtlich ge schützten Strassenbeläge massiv und nicht porös sind sowie keine selbstdränierenden Eigenschaften aufweisen, müssen sie mit geneigter Deckoberfläche verlegt werden, damit das
Regenwasser abläuft und keine Pfützen bilden kann. Bei Re genfällen ist die Oberfläche des Strassenpflasters mit einer
Wasserschicht bedeckt, auch wenn seine Deckoberfläche ge neigt ist.
Eine Wasserschicht oder gar Pfützen auf Strassen und Landebahnen schafft für die meisten Land- und Luftfahr zeuge Gefahren, weil bei hohen Geschwindigkeiten der be rüchtigte Aqua-Planing-Effekt auftritt, soweit beispielsweise ein Kraftfahrzeug 80 kmlh oder schneller fährt.
Wegen ihrer massiven Konstruktion sind diese bekann ten Strassenbeläge relativ schwer und eignen sich nicht als
Erneuerungs-Beläge auf den meisten vorhandenen Brücken und Hochstrassen, weil diese Brücken bzw. Bauwerke nicht für das Gewicht solcher Strassenbeläge konstruiert wurden.
Wegen dieses hohen Eigengewichtes ist es auch nicht mög lich bzw. ratsam, diese bekannten Beläge auf Dächern zu verwenden.
Obwohl die zuvor erwähnten und patentrechtlich geschützten Strassenbelag-Gefüge gegenüber konventionellen
Strassenbelägen einen grossen Fortschritt darstellten, muss ten sie auf vielen Gebieten aus ökonomischen Erwägungen heraus abgelehnt werden. In den meisten Gegenden sind Ze ment, Kies und Sand verfügbar und bilden somit den vorherrschenden Materialanteil in konventionellen Strassenbelag Konstruktionen. Dagegen findet man Schlacken nur in wenigen bestimmten Gebieten, beispielsweise dort, wo die stahlerzeugende Industrie zuhause ist. Wo die Schlacke also in den meisten Gegenden nicht ohne weiteres verfügbar ist, lassen die notwendigen Transportkosten die Preise für Strassenbeläge aus Schlacke stark ansteigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein relativ leichtes, festes, griffiges und selbstdränierendes Gefüge zu schaffen, welches sich für den Bau von Strassen, Landebahnen und dergleichen eignet.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäss durch eine feste fugenfreie und im wesentlichen undurchlässige Grundschicht mit einer zum Sammeln und Ableiten von Flüssigkeit in eine Dränageeinrichtung ausgebildeten Deckoberfläche, und durch eine in ihrer gesamten Tiefe poröse und zur Flüs aigkeits-Ableitung von der Deckoberfläche der Grundschicht mit der Grundschicht verbundene Oberschicht, die aus einer Anhäufung von Partikeln mit einer Korngrösse von mehr als 1,5 mm ('L inch) besteht, welche durch einen in seiner Menge nicht zum Ausfüllen der Zwischenräume zwischen den angehäuften Partikeln ausreichenden Harz-Binder miteinander verbunden sind,
und die bei einem Mischungsverhältnis von etwa 2 bis etwa 4 Volumenteilen angehäufter Partikel auf ein Volumenteil Binder einer Porosität von mindestens 10 /0 und eine Schlagfestigkeit von mindestens 70 kg/cmZ (1000 pounds per square inch) besitzt.
Vorzugsweise ist die Oberschicht mit einer angrenzenden zweiten Oberschicht überdeckt und verbunden, die aus Schlackenpartikeln mit einer Korngrösse von mehr als 1,5 mm besteht, welche durch einen in seiner Menge nicht zum Ausfüllen der Zwischenräume zwischen den angehäuften Partikeln ausreichenden fest werdenden Harz-Binder miteinander verbunden sind, der auch die erste mit der zweiten Oberschicht verbindet. Vorzugsweise ist das Mischungsverhältnis sowie die Porosität und die Schlagfestigkeit der zweiten Oberschicht gleich den entsprechenden Werten der ersten Oberschicht
Das erfindungsgemäss zusammengesetzte Gefüge eignet sich für Oberflächenbeläge von Strassen, Gehwegen, Landebahnen, Dächern und dergleichen.
Das erfindungsgemässe Gefüge hat eine in sich selbstdränierende zusammengesetzte Struktur und bietet eine schnelle interne Dränagemöglichkeit für Treibstoffe, für leicht entflammbare, giftige, schädliche undloder unangenehme Flüssigkeiten, welche entweder versehentlich verschüttet wurden oder beim Auftanken von Land- und Luftfahrzeugen auf die Oberfläche des Gefüges gelangen. Hierdurch ergeben sich wesentliche Vorteile für die Betriebssicherheit solcher Anlagen, weil die auf diese Weise abgeleiteten entflammbaren Flüssigkeiten nicht in Brand geraten können.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, dass das Gefüge das Gefrieren von Wasser verhindert, welches sich innerhalb der porösen Oberschicht oder unterhalb der Grundschicht als Grundwasser befindet.
Die Deckoberfläche des Gefüges kann äusserst griffig und ausserdem so ausgebildet werden, dass sie sowohl dauerhaft ist als auch selbstschärfende und lichtreflektierende Eigenschaften besitzt.
Ferner lassen sich mittels des erfindungsgemässen Gefüges selbstdränierende Beläge erstellen, deren Kanalsystem man in bestimmten Zeitabständen durch Rückspülen mit Wasser leicht von Sand, Schmutz, Gummiabtrieb und dergleichen reinigen kann.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein selbstdränierendes zusammengesetztes Gefüge gemäss der Erfindung:
Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Gefüge von Fig. 1 innerhalb einer eingekreisten Fläche in vergrössertem Massstab; und
Fig. 3 eine wiederum vergrösserte Ausschnittsdarstellung einer in Fig. 2 eingekreisten Teilfläche.
Das in Fig. 1 im Querschnitt dargestellte griffige und in sich selbstdränierende zusammengesetzte Gefüge 10 besitzt eine dichte Grundschicht 11 und eine poröse, mit der Grundschicht 11 verbundene Oberschicht 12. Die Oberschicht 12 besteht aus einer ersten porösen Schicht 13, welche mit der Grundschicht 11 verbunden ist, und eine an die erste Schicht angrenzende zweite poröse Schicht 14, welche ihrerseits mit der ersten porösen Schicht 13 verbunden ist. Eine lotrecht zur Zeichenebene in Fig. 1 verlaufende Dränageleitung 11 a ist mit ihrer unteren Hälfte in die Grundschicht 11 eingebettet, und ihre obere Hälfte ist mit einer Anzahl von Schlitzen oder Löchern versehen, welche den Zufluss von Wasser oder dergleichen von der Deckoberfläche der Grundschicht 11 und aus der porösen Oberschicht 12 in die Dränageleitung 11 a gestatten.
Zur Förderung des Flüssigkeitsablaufes ist die Deckoberfläche von Grundschicht 11 in Richtung auf die Dränageleitung 11 a geneigt. Die Dränageleitung 11 a erstreckt sich über die Gesamtlänge des Gefüges 10 und mündet schliesslich in ein Hauptdränagesystem, in einen Gulli, einen Fluss oder dergleichen (nicht dargestellt).
In den meisten Fällen wird die Grundschicht 11 wasserdicht und aus herkömmlichen Baumaterialien wie Beton und Asphalt hergestellt sein. Dagegen wird eine Grundschicht 11 für Strassenbrücken überwiegend aus Metall wie Stahl oder Aluminium bestehen, und zwar in Form von Strukturelemen teil, Platten, geflochtenen oder hohlen Elementen. Hohle Elemente empfehlen sich insbesondere dann, wenn das Gewicht bei der Konstruktion eine Rolle spielt. Besteht die Grundschicht 11 aus einer Metallgewebe-Struktur, so braucht ihre Deckoberfläche nicht geneigt zu sein, und auch auf die Dränageleitung 11 a kann in diesem Falle verzichtet werden, weil Flüssigkeiten durch die poröse Oberschicht hindurch in die Löcher der mit Hohlräumen durchsetzten Grundschicht Struktur ablaufen können.
Sofern es sich um eine Dachkonstruktion handelt, so wird die Grundschicht 11 im wesentlichen aus Holzplatten, Sperrholzplatten oder leichten Metallblechen bestehen.
Die Deckoberfläche der zweiten porösen Schicht 14 ist im wesentlichen horizontal; sie kann jedoch auch einmal geneigt angelegt werden, insbesondere in Strassenkurven oder auf Dächern.
In Fig. 2 ist die erste poröse Schicht 13 als eine Anhäufung von vielen Partikeln 16 dargestellt, welche mittels eines fest werdenden Harz-Binders 15 an sämtlichen Kontaktpunkten 15 (Fig. 3) fest miteinander verbunden sind. Die angehäuften Partikel 16 sind mit einer Schicht des fest werdenden Harz-Binders 15 überzogen, und zwischen ihnen sind horizontal und vertikal verlaufende Verbindungskanäle 18 vorhanden, welche Flüssigkeiten von der Deckoberfläche der ersten porösen Schicht 13 zur Grundschicht 11 ableiten. Die erste poröse Schicht 13 kann mittels eines fest werdenden Harz-Binders mit der Deckoberfläche der Grundschicht 11 verbunden sein; wie nachfolgend beschrieben wird, können jedoch auch andere Bindemittel zwischen der ersten porösen Schicht 13 und der Grundschicht 11 verwendet werden.
Die angehäuften Partikel 16 sind zerkleinertes Gestein, Flusskies, zerkleinerte Koralle, grober Sand, Schlacke oder zerkleinertes feuerfestes Material, und sie haben mindestens eine Korngrösse von 1,5 mm, vorzugsweise jedoch von mindestens 3 mm. Die erste poröse Schicht 13 enthält etwa zwei bis etwa vier Volumenteile angehäufter Partikel 16 auf ein Volumenteil Binder und besitzt damit eine Porosität von mindestens 100/0; das bedeutet, dass mindestens 10 % vom Gesamtvolumen der Schicht 13 aus Kanälen oder Lufträumen besteht. Vorzugsweise liegt die Porosität bei mindestens 20 /0. Die Porosität ist der freie Volumenanteil innerhalb einer porösen Schicht in Prozenten, welcher von deren Oberfläche her über Kanäle und Poren zugänglich ist.
Die Porosität wird gewöhnlich in der Weise bestimmt, dass man einen Würfel mit vorbestimmten Abmessungen bzw. vorbestimmtem Volumen aus der aus Partikeln und Binder bestehenden Mischung in einer Form vorbereitet. Nachdem der Binder abgebunden hat, wird der aus diesem Material entstandene Würfel und die Form gewogen. Anschliessend wird der Materialwürfel in der Form bis zur Sättigung mit Wasser gefüllt und anschliessend das Ganze wieder gewogen. Der Gewichtsunterschied zwischen der ersten und zweiten Gewichtsmessung entspricht dem Gewicht des Wassers, welches sich im freien Volumen des Materialwürfels befindet. Da normales Wasser ein Gramm pro Kubikzentimeter wiegt, erhält man aus der Gewichtsmessung direkt das gesuchte freie Volumen. Die Porosität ist, wie bereits gesagt, der Prozentsatz an freiem Volumen gegenüber dem Gesamtvolumen des Würfels.
Bei kleinen Partikeln mit einer Korngrösse von etwa 1,5 mm erreicht man in der ersten Schicht eine Porosität von etwa 100/0. Bei grösseren Partikeln von etwa 3 mm Korngrösse oder mehr erhält man eine Porosität von etwa 25 % oder mehr. Wie bereits gesagt, enthält die erste poröse Schicht 13 ein Volumenteil eines fest werdenden Harz-Binders, welcher dieser Schicht eine Schlagfestigkeit von mindestens 70 kg/cm2 (1000 pounds per square inch) verleiht. Vorzugsweise liegt die Mindest-Schlagfestigkeit bei 140 kg/cm2 (2000 pounds per square inch). Die Schlagfestigkeit steigt mit steigendem Binderanteil in der Mischung.
Zu den bevorzugt angewendeten Bindern 15 in der ersten porösen Schicht 13 gehören katalysiertes Epoxyd, Phenol, Polystyrol, Akryl-Ester mit Resorzinol-Formaldehyd, Polyurethane, Polyester und Silikonharze, welche bei normaler Raumtemperatur aushärten und bei höheren Temperaturen beschleunigt aushärten. Epon oder Harze (wie 828) von der Shell Chemical Company, Araldit-Harze (wie 502, 6010, 6020 und dergleichen) von der Ciba-Kunststoffabteilung, C-8 Devron und andere Epoxyd-Harze werden gewöhnlich durch Kondensation eines Epichlorhydrin und eines Bisphenols wie Bisphenol-A (4,4'-lsopropylidenediphenol) zu Polymeren mit unterschiedlichen molekularen Gewichten vorbereitet.
Katalysatoren und Mischungen davon, zu denen organische Basen, saure Anhydride, Verbindungen mit aktivem Wasserstoff, bestimmte Harze und dergleichen gehören, werden in den verschiedensten kommerziell erhältlichen Rezepten angewendet. Weichmacher wie Thiokol-Flüssigkeit und andere können beigemischt sein. Flüssige Phenolformaldehyde lassen sich mit organischen Basen aushärten; Resorcinol-Formaldehyde härten bei Raumtemperaturen mit zusätzlichen Formaldehyden aus, und Ureamelamin-Formaldehyde härten bei Raumtemperatur oder kopolymerisieren mit anderen Phenolen und Epoxyden. Echt polymerisierende Klebemittel, welche von Styrol, Allyl-Verbindungen, Acryl und Methacryl Estern abgeleitet sind, werden mit Benzol-Peroxid oder anderen organischen Peroxiden und insbesondere unter Anwesenheit eines Redox-Katalysator-Systems ausgehärtet.
Polyurethane und Hybriden mit Polyurea härten bei Anwesenheit von Wasser und Säure aus.
Die in Fig. 2 dargestellte zweite poröse Schicht 14 besteht aus Schlacke-Partikeln 19, welche mittels eines der oben beschriebenen fest-werdenden Harz-Binders miteinander verbunden werden, und zwar an Kontaktpunkten 20 zwischen den Partikeln 19. Zwischen den mit dem Harz-Binder überzogenen Partikeln 19 befinden sich horizontale und vertikale Verbindungskanäle 21 zur Ableitung von Flüssigkeiten von der Deckoberfläche der zweiten porösen Schicht 14 zur Deckoberfläche der ersten porösen Schicht 13. Die Verbindung zwischen dieser zweiten Schicht 14 und der ersten porösen Schicht 13 wird durch den fest werdenden Harz-Binder hergestellt. Im allgemeinen gehen die Verbindungskanäle 21 der zweiten Schicht 14 in die Verbindungskanäle 18 der ersten Schicht 13 über. Die Korngrösse der Schlacken
Partikel 19 liegt bei mindestens 1,5 mm, vorzugsweise bei mindestens 3 mm.
Die zweite poröse Schicht besitzt ein Mi schungsverhältnis von etwa zwei bis etwa vier Volumentei len Partikel 19 auf ein Volumenteil Binder, so dass diese
Schicht eine Porosität von mindestens 10 0/0 besitzt. Das bedeutet, dass mindestens 10 0/0 ihres Gesamtvolumens aus Ka nälen bzw. Lufträumen besteht. Vorzugsweise liegt die Poro sität der zweiten Schicht 14 bei mindestens 20 /0. Vorzugs weise ist die Porosität der zweiten Schicht 14 gleich oder grösser der Porosität der ersten Schicht 13. Auch hier gilt das zuvor Gesagte: kleine Schlacken-Partikel 19 von bei spielsweise 1,5 mm Korngrösse ergeben eine Porosität von etwa 10 %, während grössere Partikel von etwa 3 mm Korn grösse oder noch grössere eine Porosität von 25 0/0 oder mehr ergeben.
Der zuvor beschriebene Binderanteil verleiht der zweiten Schicht 14 eine Schlagfestigkeit von mindestens
70 kg/cm2 (1000 pounds per square inch); vorzugsweise liegt die Schlagfestigkeit jedoch mindestens bei dem Doppelten dieses Wertes.
Die verwendete Schlacke fällt als Abfallprodukt beim
Schmelzen eines Metalles aus einem Silikate enthaltenden
Erz an, und diese Schlacke hat gewöhnlich ein geringeres spezifisches Gewicht als die gewonnene metallische Sub stanz. Beispielsweise wird die Schlacke durch Schmelzen eines siliziumhaltigen Erzes, wie beispielsweise Eisenerz, dem Flussmittel wie Kalkstand und Flourid beigemischt wur den, in einer Blasbirne gewonnen. Hierin schwimmt die Schlacke als flüssige Oberschicht auf dem flüssigen Metall, wird abgegossen und gekühlt. Die so gewonnene Schlacke wird dann mittels konventioneller Schleif-, Walz- und Siebverfahren zerkleinert.
Die im erfindungsgemässen Gefüge verwendete Asche ist vulkanischen Ursprungs und hat im allgemeinen einen ascheartigen Charakter. Diese Schlacke kann auftreten in Form von Vesicularasche, porösen vulkanischen Körpern, als Schlacke oder als massive Auswurfformationen vulkanischen Ursprungs. Das Material hat gewöhnlich eine rote oder schwarze Farbe und eine helle Struktur mit zahlreichen länglichen oder kugelförmigen Hohlräumen, die miteinander verbunden sind.
Ein grosser Teil der Hohlräume ist im Naturzustand geschlossen, d. h. es handelt sich um eine unizellulare Struktur.
Nach Gewinnung der vulkanischen Schlacke wird diese in einem Zerkleinerungsprozess auf angemessene Grösse reduziert und in Schlackenpartikel mit sehr unregelmässiger Gestalt, grosser Oberfläche und unzähligen nach aussen ragenden Spitzen sowie zahlreichen Vertiefungen und Höhlungen, umgewandelt, deren Öffnungen freiliegen, jedoch häufig eine kleinere Fläche besitzen als die inneren Hohlräume.
Durch die Verwendung von Hütten-Schlacke- und/oder vulkanischen Schlackepartikeln in der zweiten porösen Schicht 14 erzielt man auf dem zusammengesetzten Gefüge eine hoch griffige Deckoberfläche mit guten reflektierenden Eigenschaften für Licht. Die Schlackenpartikel besitzen viele konkave reflektierende Flächen, die in alle Richtungen weisen, so dass eine einheitliche reflektierende Oberfläche gebildet wird, deren Reflexverhalten der Partikelgrösse und der Partikelzahl pro Flächeneinheit proportional ist. Es entsteht ein zusätzlicher Lichtreflex von der Partikeloberfläche zur Lichtquelle.
Die aus vulkanischer oder Hütten-Schlacke bestehenden Partikel behalten ihren hohen gleichmässigen Reibungskoeffizienten auch nach Abnutzung bei. Zerfallen oder verkleinern sich exponierte Partikel nach Ermüdungs-, Stoss- und Abriebbeanspruchung, so treten die jeweils darunter befindlichen Partikel des Gefüges an die Oberfläche, so dass das zusammengesetzte Gefüge stets eine einheitlich griffige Oberfläche mit zahlreichen Reibpartikeln pro Oberflächeneinheit darbietet. So weist beispielsweise ein Oberflächen-Ausschnitt von 9,3 dm2 (1 square foot) der zweiten porösen Schicht 14 aus vulkanischen und/oder Hütten-Schlackenpartikeln mit 3 mm Korngrösse von etwa 1200 bis etwa 1800 Einzelpartikel auf.
Diese Oberflächenstruktur gewährleistet gleichmässiges Bremsverhalten an allen Rädern eines Landoder Luftfahrzeuges bei nasser und bei trockener Oberfläche.
Der 10%-Grenzwert für die Porosität der ersten und zweiten porösen Schicht ist kritisch. Liegt die Porosität unter 10 %, so wird das selbstdränierende Verhalten negativ beein Flusst, die Flüssigkeitsableitung wird effektiv behindert. Es wird angenommen, dass die Kanäle im Innern einer porösen Schicht bei einer weniger als 10 /o betragenden Porosität sehr eng sind und Engstellen in der Grössenordnung von Kapillaren aufweisen. In diesen Engstellen werden dann Wassertropfen durch Kapillarwirkung festgehalten und blockieren wiederum die anderen engen Kanäle der betreffenden porö- sen Schicht, so dass die Dränagewirkung gestört wird oder zusammenbricht, die Flüssigkeit gestaut wird und in Pfützen auf der Oberfläche des Strassenbelages stehen bleibt.
An der vorliegenden Strassenbelag-Oberfläche wurde als besondere Dränage-Eigenschaft beobachtet, dass diese Wasser in steigender Menge durch ihre Oberfläche ableitet, sobald die Kanäle der ersten und zweiten Oberschicht mit Wasser benetzt sind. Hierfür hat man derzeit noch keine Erklärung gefunden.
Wie bereits beschrieben, wird durch ein bestimmtes Mischungsverhältnis zwischen Partikeln und Binder in beiden porösen Schichten eine Porosität von mindestens 10 /0, vorzugsweise von mindestens 20 0/0 und eine Schlagfestigkeit von mindestens 70 kg/cm2 (1000 pounds per square inch), vorzugsweise jedoch mindestens dem Doppelten des Wertes eingestellt. Zwar lässt sich die Schlagfestigkeit durch höheren Binderanteil steigern, jedoch muss der Binderanteil daraufhin kontrolliert werden, dass eine Porosität von mindestens 10 0/0 erhalten bleibt.
In der Baupraxis werden kleine Strassenbelag-Muster erstellt, bevor man die Fabrikation einer Strassenbelagstruktur in grossem Massstab beginnt, um das richtige Mischungsverhältnis zwischen Partikeln und Harzbinder zu bestimmen und fortlaufend eine Strassenbelagstruktur mit gewünschter Porosität und Schlagfestigkeit herzustellen.
Bei der Herstellung des zusammengesetzten Gefüges 10 gemäss Fig. 1 wird zuerst eine Mischung aus angehäuften Partikeln von mindestens 1,5 mm Korngrösse bzw. Siebweite, die vorzugsweise staub- und grusfrei sind, und einem fest werdenden Harz-Binder im flüssigen Zustand angesetzt.
Die Mischung enthält etwa 2 bis 4 Volumenteile Partikel auf ein Volumenteil Binden Durch Mischen werden die Partikel innig mit dem Binder benetzt bzw. überzogen. Die Deckoberfläche der Kunstschicht 11 wird durch Sandstrahlen, Bürsten, Waschen mit Säuren und dergleichen vorgereinigt und aufgerauht, so dass loses Material, Öl, Fett und dergleichen entfernt werden. Dann wird eine Schicht aus einem fest werdenden Harz-Binder in flüssigem Zustand aufgebracht. Die Auswahl dieses Harz-Binders erfolgt unter Berücksichtigung der Art der Grundschicht und der Umgebungstemperaturen, unter der die Oberfläche bearbeitet wird. Dann wird die Partikel-Binder-Mischung auf die Grundschicht 11 aufgebracht und verdichtet, um eine gute Verbindung zwischen der Oberfläche der Grundschicht und den überzogenen Partikeln zu gewährleisten.
Nach dem Abbinden bildet die Mischung die erste poröse Schicht 13 der Oberschicht 12.
Die zweite poröse Schicht 14 wird durch Mischen von vulkanischen und/oder Hütten-Schlacke-Partikeln von 1,5 mm Korngrösse, vorzugsweise frei von Staub. mit einem flüssigen Harz-Binder im Mischungsverhältnis von etwa zwei bis vier Volumenteilen Schlackepartikeln auf ein Volumenteil Binder vorbereitet. Durch Mischen oder Umwälzen werden die Partikel gleichförmig mit dem Binder überzogen bzw. benetzt. Anschliessend trägt man die so hergestellte Mischung auf die erste poröse Schicht 13 auf und verdichtet sie, damit die Schlackepartikel 19 eine feste Verbindung mit der Oberfläche der ersten Schicht 13 eingehen. Nach dem Abbinden bildet diese Mischung die zweite poröse Schicht 14.
Die Mischung aus vulkanischen und/oder Hütten-Schlackez Partikeln und Binder kann vor oder nach dem Abbinden der ersten porösen Schicht aufgetragen werden, normalerweise jedoch nach dem Abbinden der ersten Schicht.
Beide Schichten 13 und 14 haben eine Porosität von mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 20 /0, und eine Schlagfestigkeit von mindestens 70 kg/cm2, vorzugsweise mindestens dem Doppelten dieses Wertes.
Ein anderes Herstellverfahren für ein erfindungsgemässes zusammengesetztes Gefüge sieht das Aufbringen einer Schicht aus einem flüssigen Klebe- bzw. Bindemittel auf die Deckoberfläche der Grundschicht 11 vor. Die Auswahl eines geeigneten Bindemittels hängt von der Art der Grundschicht-Oberfläche und den Umweltbedingungen ab, unter denen die Oberfläche bearbeitet wird. Manche Bindemittel Lösungen werden fest durch Verdampfen des Lösungsmittels. Andere Bindemittel werden im flüssigen Zustand aufgebracht und werden durch Abkühlen fest. Im allgemeinen wird man einen fest werdenden Harz-Binder mit Katalysa tor- bzw. Beschleunigerzusatz verwenden, wie beschrieben.
Verflüssigbare Produkte wie Asphalt, Kohlen, Teer oder andere harzige Materialien bilden die erstgenannte Type von Bindemitteln. Wässrige Emulsionen und Dispersionen von Bindemitteln mit ähnlichem Charakter könnten ebenfalls verwendet werden. Geschmolzene Asphalte, Kohlen, Teere, Harze und Kunstharze bilden die zweite Type von Bindemitteln. Auf das noch flüssige Bindemittel wird eine Schicht aus staubfreien Partikeln in einheitlicher Grösse vorzugsweise auf die so behandelte Grundschicht-Oberfläche aufgebracht.
Durch Walzen oder dergleichen sorgt man dafür, dass die Partikel gründlich mit dem noch flüssigen Bindemittel benetzt und teilweise darin eingebettet werden. Werden dünne Schichten verlangt wie bei Wegen und Dächern, so kann man eine Korngrösse von 1,5 und 3 mm oder grösser verwen den. Will man das zusammengesetzte Gefüge für Land- oder Luftfahrzeug-Verkehr verwenden, so wählt man Partikelgrössen von 3, 6, 9 und 12 mm oder grössen Gewöhnlich lässt man das Bindemittel dann abbinden. Die Mischung aus Parti keln und Harze wird dann auf die so vorbereitete Oberfläche der Grundschicht in beschriebener Weise aufgebracht.
Verwendet man als Grundschicht 11 für das zusammengesetzte erfindungsgemässe Gefüge frischen Beton, so können staubfreie Partikel von einheitlicher Grösse teilweise in die Oberfläche der Beton-Grundschicht eingebettet werden, wenn dieser noch weich ist; dies ist eine alternative Bindung art. Nach dem Abbinden der mit eingebetteten Partikeln bedeckten Oberfläche der Grundschicht 11 wird ihre Oberseite mit fest-werdendem Harz-Binder bedeckt, und anschliessend wird die Partikel-Binder-Mischung als nächster Schritt in der Herstellung der ersten porösen Schicht 13 aufgebracht.
Vorzugsweise ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, die Deckoberfläche der Grundschicht 11 geneigt anzulegen; in jedem Fall wird jedoch die erste poröse Schicht so aufgebracht, dass ihre Oberfläche horizontal verläuft und auch die relativ dünne zweite poröse Schicht erhält eine plane und im wesentlichen horizontale Oberfläche. Vorzugsweise hat die erste poröse Schicht eine Dicke von mindestens 5 cm und die zweite poröse Schicht eine Dicke von mindestens 6 mm, vorzugsweise 12 mm.
Zur schnellen Dränage und zur Vermeidung von Flüssigkeits-Rückstau besitzt das zusammengesetzte Gefüge eine oder mehrere Dränageleitungen im Bereich zwischen der dichten Grundschicht und der ersten porösen Schicht. Diese Dränageleitungen erstrecken sich über die Länge der Grundschicht und quer zur Neigung der Grundschicht-Oberfläche.
Auf ihrer Oberseite besitzen die Leitungen eine Anzahl von durchgehenden Löchern, und sie können aus Metall, Ziegel, Stein oder Kunststoff bestehen. Bei einem nicht dargestellten Alternativ-Ausführungsbeispiel kann eine Rille in die Grundschicht eingegraben und mit einer auf ihrem gesamten Umfang porösen Leitung ausgelegt sein, welche lediglich in die Rille auf der Oberseite der Grundschicht 11 eingelegt und von der ersten porösen Schicht eingeschlossen wird.
Nahe der Deckoberfläche der Oberschicht 12 können nicht dargestellte Heizelemente vorgesehen sein, um Eisbildung innerhalb der internen Kanäle 18 und 21 des Gefüges zu verhindern und die Dränage auch bei Frostwetter aufrechtzuerhalten. Als Heizelemente eignen sich von Dampf oder heissem Wasser durchströmte Leitungen oder wasserdichte elektrische Heizelemente.
Die Dränageleitung 11A (Fig. 1) eignet sich nicht nur zur Dränage, sondern auch zur Rückspülung mit Wasser; hierbei wird Wasser von hinten in die Dränageleitung gedrückt und tritt über die internen Kanäle 18 und 21 der porösen Oberschicht hindurch an der Oberseite des Gefüge aus und spült dabei -Schmutz, Gummi und andere Partikel fort.
Beispiel 1
Eine Landebahn-Grundschicht mit einem Querneigungswinkel von 2" wird mit einem harzigen Binder nach folgender Formel überzogen: Komponenten: Anteile Epon 828 (Shell Chem. Co.) 100 Triethenediamin oder gleichwertige Basis 8 Phenyl-Glycidyl-Äther 5 Flüssiges Thiokol (Weichmacher) 10
Nach dem Auftragen des Binders wird eine Mischung aus zerkleinerten weissen Steinen (50 0/0 mit 6 mm, 30 0/0 mit 3 mm, und 20 % mit 1,5 mm Korngrösse) und Binder nach obiger Formel (221 Gewichtsteile Steine auf 31 Gewichtsteile Binder, d. h. etwa 3,5 Volumenteile Steine auf 1 Volumenteil Binder) werden mit einer Dicke von mindestens 15 cm auf die Grundschicht aufgetragen. Anschliessend wird durch Walzen eine im wesentlichen horizontale Oberfläche erzielt.
Nach dem Abbinden bildet diese Mischung die erste poröse Schicht und hat eine Porosität von 19 %. Anschliessend wird eine Mischung aus Schlacke (auf 50 0/0 6 mm, 30 % 3 mm, und 20 0/0 1,5 mm Korngrösse) und Harz-Binder nach obiger Formel (255 Gewichtsteile Schlacke auf 34 Gewichtsteile Binder, d. h. etwa 3,75 Volumenteile Schlacke auf 1 Volumenteil Binder) mit einer Tiefe von 2,5 cm auf die erste fertige Schicht aufgetragen. Durch Walzen erhält die Schicht eine horizontale Oberfläche, und nach dem Abbinden bildet sie die obere poröse Schicht und hat etwa eine Porosität von 23,7 %. Das fertige Gefüge hat ausgezeichnete Reib- und Dränageeigenschaften und eignet sich in idealer Weise als Landebahn-Belag.
Das vorliegende griffige, selbstdränierende Belag-Gefüge wirkt ausgezeichnet dem Aqua-Planing-Effekt von Radfahrzeugen einschliesslich Flugzeugen entgegen. Aqua-Planing tritt auf Fahrbahnen schon bei Wasserschichten von weniger als 1,5 mm auf, und wenn das Radfahrzeug mehr als 50 km/h fährt, ist es abhängig vom Fahrzeuggewicht. Beim Aqua-Planing verlieren die Räder des Fahrzeuges teilweise oder ganz den Kontakt zur Strassenoberfläche, was die Lenkeigenschaften, Führung und Bremseigenschaften negativ beeinflusst. Aqua-Planing ist ein ernstes Problem an Regentagen für Schnellstrassen und Landebahnen. Die übliche Strassenwölbung schafft keine Abhilfe, weil auch das ablaufende Wasser eine Wasserschicht bildet.
Das einzig sichere Mittel gegen Aqua-Planing ist die Herstellung eines erfindungsgemässen Belages für Strassen und Landebahnen, weil auf diese Weise an jeder Stelle das Wasser in die Oberfläche des Belages eindringt und abgeleitet wird, ohne Pfützen auf der Oberfläche zu bilden.
Einen Strassenbelag mit ähnlichen Eigenschaften wie der zuvor beschriebene erhält man, wenn man anstelle des zuvor beschriebenen folgenden fest werdenden Harz-Binder verwendet:
Komponenten Anteile
Flüssiges Harz 1010 (Shell Chem. Co.) 100
Härter Type U (Shell Chem. Co.) 10 Weichmacher (Dimethylcychlohexylphthalate) 2 Beispiel 2
Eine gebrauchte gewölbte Beton-Strassendecke mit 3 0/0 Querneigung wird durch Sandstrahlen und Säurebehandlung von losem Material, Ö1, Gummiabrieb und dergleichen befreit. Dann wird die behandelte Oberfläche mit einer Asphalt Emulsion besprüht. Auf die so behandelte Oberfläche wird eine einzelne Schicht von Flusskies mit 9 mm Siebweite aufgewalzt, und anschliessend wird wieder die Asphalt-Emulsion aufgesprüht.
Nach dem Festwerden der Asphalt-Emulsion wird eine Mischung aus Flusskies (1,5 bis 6 mm Siebweite) und flüssigem Harz nach folgender Formel aufgebracht: Komponenten Menge Flüssiges Harz (Applied Plastics Co No. 210) 6 Gewichtsteile Härter (Applied Plastics Co., No. 180) 1 Gewichtsteil Weichmacher 10 Volumenprozente (General Mills Corp., No. 125) vom flüssigen Harz mit Härter
Die Mischung aus 175 Gewichtsteilen Kies auf 36 Gewichtsteile Binder (bzw. 24 Volumenteile Kies auf 1 Volumenteil Binder) wird mit einer Schichtdicke von mindestens 10 cm auf die asphaltbehandelte Strassenoberfläche aufgebracht und bildet nach einem Walzvorgang zur Erzielung einer horizontalen Oberfläche und einer anschliessenden Abbindezeit die erste poröse Schicht mit einer Porosität von etwa 20 %.
Nach deren Abbinden wird eine Mischung aus vulkanischer Schlacke (50 /0 mit 6 mm, 30 /0 mit 3 mm, und 20 % mit 1,5 mm Korngrösse bzw. Siebweite) und flüssigem Binder nach obiger Formel (etwa 2 Gewichtsteile Schlacke auf 1 Gewichtsteil Binder bzw. 2,6 Volumenteile Schlacke auf 1 Volumenteil Binder) mit einer Schichtdicke von etwa 2,5 cm auf die vorhandene erste poröse Schicht aufgebracht, durch Walzen im wesentlichen horizontal eingeebnet, und nach ihrem Abbinden bildet diese Mischung die zweite poröse Schicht mit einer Porosität von etwa 24 /0. Der so entstandene Strassenbelag ist dauerhaft und hat ausgezeichnete Reib- und Dränageeigenschaften.
Einen Strassenbelag mit ähnlichen Eigenschaften wie zuvor beschrieben erhält man, wenn man anstelle des oben benutzten Harzes ein flüssiges fest werdendes Harz nach folgender Formel benutzt:
Komponenten Anteile Flüssiges Harz:
Epotuf 37.130 (Reichold Chem. Co.) 100 Härter: Epotuf 37-623 (Reichold Chem. Co.) 7,5 Weichmacher:
Kesscoflex BCP (Kessler Chem. Co.) 2,5 Beispiel 3
Eine Grundschicht-Oberfläche aus heissem Asphalt plant mix wird auf ein normales Strassenfundament aus zerkleinerten Steinen aufgetragen und mit gesiebten Quarzpartikeln von 12 mm Siebweite aufgebracht. Während sich die Grundschicht noch im heissen Zustand befindet, werden die Partikel mit ausreichendem Druck etwa zur Hälfte in die weiche Asphaltschicht eingebettet.
Dann wird ein flüssiges Bindemittel nach folgender Formel auf die gekörnte Grundschicht-Oberfläche aufgesprüht: Komponenten Menge Flüssiges Harz (Applied Plastics Co No. 210) 4 Gewichtsteile Härter (Applied Plastics Co., No. 180) 1 Gewichtsteil Weichmacher (General Mills Corp., No. 125) 3 Volumenprozente vom flüssigen Harz mit Härter Beispiel 4
Eine Grundschicht aus frisch geschüttetem und aufgerauhtem Beton mit vierprozentiger Oberflächenneigung wird mit einer dünnen Schicht aus Schlackenpartikeln von 12 bis 24 mm Korngrösse bedeckt. Die Partikel werden durch Walzen etwa zur Hälfte in den Beton eingebettet. Nach dem Abbinden des Betons wird eine Mischung aus flüssigem Epoxyd Harz nach folgender Formel aufgesprüht: Komponenten Gewichtsteile Epon 828 (Shell Chem.
Co.) 95 Triethenediamin oder eine gleichwertige Basis 7 Phenyl-Glycidyl-Äther 4,5 Flüssiges Thiokol (Weichmacher) 5
Vor dem Abbinden des Harzes wird eine Mischung aus Schlackepartikeln (12 bis 24 mm Korngrösse) und flüssigem Epoxyd-Harz nach obiger Formel (3,5 Volumenteile Schlacke auf 1 Volumenteil Harz) in einer Dicke von 30 cm auf die BetonGrundschicht aufgebracht. Die im wesentlichen horizontal ausgewalzte Mischung bildet nach ihrem Abbinden die erste poröse Schicht. Eine Mischung aus Vulkan Schlacke (6 bis 1,5 mm Korngrösse) und flüssigem Epoxyd Harz nach obiger Formel (3,75 Volumenteile Schlacke auf 1 Volumenteil Harz) wird auf die fertige erste poröse Schicht mit einer Dicke von etwa 2,5 cm aufgebracht. Durch Stampfen und Walzen wird eine horizontale Oberfläche gebildet, die ausgezeichnete Reib- und Dränagewerte aufweist.
In gleicher Weise lassen sich alte Strassen- bzw. Landebahn-Decken erneuern. Zuvor sollte jedoch in bereits beschriebener Weise eine Reinigung durch Sandstrahlen und Abwaschen mit Säure erfolgen.
Beispiel 5
Die Oberfläche einer gelochten Aluminium-Strukturplatte wird mit Reinigungsmittel und Wasser gereinigt und getrocknet. Anschliessend wird mit Spiritus oder dergleichen Fett, Öl und Gummi entfernt. Durch Sandstrahlen und Bürsten werden lose Materialien entfernt und eine saubere Metallfläche erzeugt. Ein beschleunigt aushärtendes Harz-Bindemittel der Phenol-Epoxyd- oder Silocon-Type mit einer Viskosität von etwa 400 bis etwa 5000 centipoises wird als Schicht auf die gereinigte Metalloberfläche aufgebracht. Vor dem Festwerden des Harzes werden trockene Vulkanschlakke-Partikel (Siebweite 6 bis 9 mm) auf die so behandelte Oberfläche aufgebracht.
Eine teigartige Mischung aus zerkleinertem leichtem Quarz (6 mm Siebweite) und beschleunigt hartendem Harz-Binder der Phenol-Epoxyd- oder Silicon Type (etwa 3,5 Volumenteile Gestein auf 1 Volumenteil Harz) wird in einer Schichtdicke von 5 cm über die Metall Grundschicht aufgetragen. Nach dem Auswalzen einer horizontalen Oberfläche und dem Abbinden bildet diese Mischung die erste poröse Schicht. Eine teigartige Mischung aus Vulkanasche (3 mm Siebweite) und beschleunigt härtendem Harz-Binder des Phenol-Epoxyd- oder Silikon-Typs (3 Volumenteile Schlacke auf 1 Volumenteil Harz) wird in einer Dicke von 12 mm auf die erste Schicht aufgetragen.
Durch Stampfen, Walzen und Ausgleichen wird eine im wesentlichen horizontale Schichtoberfläche erzielt, und nach 24-stündigem Aushärten entsteht eine sehr griffige leichte Deckschicht. Sie eignet sich ideal für Schiffsdecks, Strassendecken von Brücken, und für leichte isolierende Dachabdekkungen.
Beispiel 6
Eine Grundschicht aus frisch geschüttetem und aufgerauhtem Beton mit 5 0/0 Neigung wird mit einer dünnen Schicht aus einer Mischung von 80 Teilen Schlacke auf 20 Teile Vulkanschlacke-Partikel von 12 bis 24 mm Siebweite bedeckt, die Oberfläche gewalzt und dabei die Partikel etwa zur Hälfte in den frischen Beton eingebettet.
Nach dem Aushärten des Betons wird eine Mischung aus flüssigem Epoxyd-Harz nach folgender Formel auf die Partikelschicht aufgesprüht: Komponenten Anteile Flüssiges Harz: Epi-rex 510 (Celanese) 100 Härter Epicure 872 (Celanese) 5 Weichmacher: Dioctylphtalat 5
Vor dem Aushärten des Harzes wird eine Partikel-Mischung von 50 Teilen Granit zu 50 Teilen Schlacke (Siebweite 12 bis 24 mm) mit beigemengtem flüssigem Epoxyd Harz nach obiger Formel (3,0 Volumenteile Partikelmischung auf 1 Volumenteil Harz) mit einer Schichtdicke von 30 cm auf die Betongrundschicht aufgebracht. Durch Walzen wird eine horizontale Oberfläche geschaffen, und die Mischung bildet nach ihrem Abbinden die erste poröse Schicht.
Eine 60:40 Mischung aus Schlacke und Vulkanschlacke (6 mm bis 1,5 mm Siebweite) und flüssigem Epoxyd Harz der obigen Formel (3,75 Volumenteile Schlacke/Vulkanschlacke-Mischung auf 1 Volumenteil Harz) wird über die erste poröse Schicht mit einer Dicke von etwa 5 cm aufgebracht. Durch Stampfen und Walzen wird eine horizontale Oberfläche erzielt, welche ausgezeichnete Reib- und Dränageeigenschaften besitzt.
In gleicher Weise lassen sich alte Betonstrassen oder -Landebahnen erneuern. Zuvor muss die alte Oberfläche doch durch Sandstrahlen und Abwaschen mit Säure gereinigt werden, wie bereits beschrieben.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele haben lediglich beispielhaften Charakter, ohne die Erfindung auf Strassen-, Brücken- und Dach-Beläge zu beschränken.