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.
The invention relates to a high-strength, handy structure for
Road, drainage and insulation pavements.
There are already slag and a solidifying one
Resin-binder compound road surfaces known. They have a solid, non-porous structure with a relatively easy-grip surface. The coefficient of friction properties of such
Road pavement surfaces by far exceed the friction values of conventional pavements, such as concrete pavements. Because these well-known and patented road surfaces are solid, non-porous and have no self-draining properties, they have to be laid with an inclined surface to ensure that
Rainwater runs off and cannot puddle. When it rains, the surface of the pavement is covered with a
Water layer covered even if its top surface is inclined.
A layer of water or even puddles on streets and runways creates dangers for most land and air vehicles because the infamous aqua-planing effect occurs at high speeds, for example if a motor vehicle is traveling 80 kmlh or faster.
Because of their massive construction, these well-known road surfaces are relatively heavy and are not suitable as
Renewal pavements on most of the existing bridges and elevated roads, because these bridges or structures were not designed to withstand the weight of such pavements.
Because of this high weight, it is not possible, please include or advisable to use these known coverings on roofs.
Although the previously mentioned and patented road surface structure compared to conventional
Road pavements represented a major advance, they had to be rejected in many areas for economic reasons. In most areas, cement, gravel and sand are available and thus form the predominant material component in conventional pavement constructions. By contrast, slag is only found in a few specific areas, for example where the steel-making industry is at home. So where the slag is not readily available in most areas, the necessary transport costs cause the prices for slag pavements to rise sharply.
The invention is based on the object of creating a relatively light, firm, non-slip and self-draining structure which is suitable for the construction of roads, runways and the like.
This object is achieved according to the invention by a solid, joint-free and essentially impermeable base layer with a cover surface designed for collecting and draining liquid into a drainage device, and by a surface that is porous in its entire depth and for liquid discharge from the cover surface of the base layer with the base layer a bonded top layer consisting of an agglomeration of particles with a grain size of more than 1.5 mm ('L inch), which are interconnected by a resin binder of insufficient quantity to fill the spaces between the agglomerated particles,
and which has a porosity of at least 10/0 and an impact strength of at least 70 kg / cm2 (1000 pounds per square inch) at a mixing ratio of about 2 to about 4 parts by volume of aggregated particles to one part by volume of binder.
The top layer is preferably covered and connected to an adjoining second top layer, which consists of slag particles with a grain size of more than 1.5 mm, which are solidified by a resin binder that is insufficient in its amount to fill the spaces between the accumulated particles are connected, which also connects the first to the second upper layer. The mixing ratio as well as the porosity and the impact strength of the second top layer are preferably equal to the corresponding values of the first top layer
The structure composed according to the invention is suitable for surface coverings of streets, sidewalks, runways, roofs and the like.
The structure according to the invention has a self-draining composite structure and offers a quick internal drainage possibility for fuels, for easily inflammable, toxic, harmful and / or unpleasant liquids which have either been accidentally spilled or get onto the surface of the structure when refueling land and air vehicles. This results in significant advantages for the operational safety of such systems, because the flammable liquids diverted in this way cannot catch fire.
A further advantage of the invention results from the fact that the structure prevents the freezing of water which is located within the porous top layer or below the base layer as groundwater.
The top surface of the structure can be extremely handy and can also be designed so that it is both permanent and has self-sharpening and light-reflecting properties.
Furthermore, self-draining coverings can be created by means of the structure according to the invention, the channel system of which can easily be cleaned of sand, dirt, rubber abrasion and the like at certain time intervals by backwashing with water.
A preferred embodiment of the invention is described in more detail below with reference to a drawing. Show it:
1 shows a cross section through a self-draining composite structure according to the invention:
FIG. 2 shows a detail from the structure of FIG. 1 within a circled area on an enlarged scale; FIG. and
3 shows a further enlarged detail view of a partial area encircled in FIG. 2.
The non-slip and self-draining composite structure 10 shown in cross section in FIG. 1 has a dense base layer 11 and a porous top layer 12 connected to the base layer 11. The top layer 12 consists of a first porous layer 13 which is connected to the base layer 11 and a second porous layer 14 adjoining the first layer, which in turn is connected to the first porous layer 13. A drainage line 11a running perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 1 is embedded with its lower half in the base layer 11, and its upper half is provided with a number of slots or holes, which allow the inflow of water or the like from the top surface of the base layer 11 and from the porous top layer 12 into the drainage line 11 a.
To promote the flow of liquid, the top surface of the base layer 11 is inclined in the direction of the drainage line 11 a. The drainage line 11a extends over the entire length of the structure 10 and finally opens into a main drainage system, into a manhole, a river or the like (not shown).
In most cases, the base layer 11 will be waterproof and made of conventional building materials such as concrete and asphalt. In contrast, a base layer 11 for road bridges will consist predominantly of metal such as steel or aluminum, in part in the form of structural elements, plates, braided or hollow elements. Hollow elements are particularly recommended when weight is a factor in the construction. If the base layer 11 consists of a metal mesh structure, its top surface does not have to be inclined, and the drainage line 11a can also be dispensed with in this case, because liquids drain through the porous top layer into the holes of the base layer structure interspersed with cavities can.
If it is a roof construction, the base layer 11 will consist essentially of wood panels, plywood panels or light metal sheets.
The top surface of the second porous layer 14 is substantially horizontal; However, it can also be installed at an incline, especially in road curves or on roofs.
In FIG. 2, the first porous layer 13 is shown as an accumulation of many particles 16, which are firmly connected to one another at all contact points 15 (FIG. 3) by means of a setting resin binder 15. The accumulated particles 16 are coated with a layer of the solidifying resin binder 15, and there are horizontally and vertically extending connecting channels 18 between them, which channels drain liquids from the top surface of the first porous layer 13 to the base layer 11. The first porous layer 13 may be bonded to the top surface of the base layer 11 by means of a setting resin binder; however, as will be described below, other binders can also be used between the first porous layer 13 and the base layer 11.
The accumulated particles 16 are crushed rock, river gravel, crushed coral, coarse sand, slag or crushed refractory material, and they have a grain size of at least 1.5 mm, but preferably at least 3 mm. The first porous layer 13 contains about two to about four parts by volume of accumulated particles 16 per part by volume of binder and thus has a porosity of at least 100/0; this means that at least 10% of the total volume of the layer 13 consists of channels or air spaces. The porosity is preferably at least 20/0. The porosity is the free volume fraction within a porous layer as a percentage, which is accessible from its surface via channels and pores.
The porosity is usually determined by preparing a cube with predetermined dimensions or predetermined volume from the mixture consisting of particles and binder in a mold. After the binder has set, the cube made from this material and the shape are weighed. The cube of material in the mold is then filled with water to saturation and the whole is then weighed again. The weight difference between the first and second weight measurement corresponds to the weight of the water that is in the free volume of the material cube. Since normal water weighs one gram per cubic centimeter, the desired free volume is obtained directly from the weight measurement. As already stated, the porosity is the percentage of free volume compared to the total volume of the cube.
In the case of small particles with a grain size of around 1.5 mm, a porosity of around 100/0 is achieved in the first layer. With larger particles of about 3 mm grain size or more, a porosity of about 25% or more is obtained. As previously stated, the first porous layer 13 contains a volume of a setting resin binder which gives this layer an impact strength of at least 70 kg / cm2 (1000 pounds per square inch). Preferably the minimum impact strength is 140 kg / cm2 (2000 pounds per square inch). The impact resistance increases as the proportion of binder in the mixture increases.
The preferred binders 15 used in the first porous layer 13 include catalyzed epoxy, phenol, polystyrene, acrylic esters with resorcinol-formaldehyde, polyurethanes, polyesters and silicone resins, which cure at normal room temperature and cure more rapidly at higher temperatures. Epon or resins (such as 828) from Shell Chemical Company, araldite resins (such as 502, 6010, 6020, and the like) from the Ciba plastics division, C-8 Devron, and other epoxy resins are usually made by the condensation of an epichlorohydrin and a bisphenol like bisphenol-A (4,4'-isopropylidenediphenol) prepared into polymers with different molecular weights.
Catalysts and mixtures thereof, which include organic bases, acidic anhydrides, active hydrogen compounds, certain resins, and the like, are used in a variety of commercially available recipes. Plasticizers such as Thiokol liquid and others can be mixed in. Liquid phenol formaldehydes can be hardened with organic bases; Resorcinol formaldehyde cures at room temperature with additional formaldehyde, and urelamine formaldehyde cures at room temperature or copolymerizes with other phenols and epoxies. Really polymerizing adhesives, which are derived from styrene, allyl compounds, acrylic and methacrylic esters, are cured with benzene peroxide or other organic peroxides and in particular in the presence of a redox catalyst system.
Polyurethanes and hybrids with polyurea harden in the presence of water and acid.
The second porous layer 14 shown in FIG. 2 consists of slag particles 19, which are connected to one another by means of one of the above-described setting resin binders, namely at contact points 20 between the particles 19. Between those with the resin binder coated particles 19 are horizontal and vertical connecting channels 21 for draining liquids from the top surface of the second porous layer 14 to the top surface of the first porous layer 13. The connection between this second layer 14 and the first porous layer 13 is established by the solidifying resin Binder made. In general, the connecting channels 21 of the second layer 14 merge into the connecting channels 18 of the first layer 13. The grain size of the slag
Particle 19 is at least 1.5 mm, preferably at least 3 mm.
The second porous layer has a mixing ratio of about two to about four Volumentei len particles 19 to one volume part binder, so that this
Layer has a porosity of at least 10 0/0. This means that at least 10% of their total volume consists of ducts or air spaces. The porosity of the second layer 14 is preferably at least 20/0. Preferably, the porosity of the second layer 14 is equal to or greater than the porosity of the first layer 13. What has been said above also applies here: small slag particles 19 of, for example, 1.5 mm grain size result in a porosity of about 10%, while larger particles grain size of about 3 mm or even larger result in a porosity of 25 0/0 or more.
The binder content described above gives the second layer 14 an impact resistance of at least
70 kg / cm2 (1000 pounds per square inch); however, the impact strength is preferably at least twice this value.
The slag used falls as a waste product
Melting a metal from a silicate containing
Ore, and this slag usually has a lower specific gravity than the extracted metallic substance. For example, the slag is obtained by melting a silicon-containing ore, such as iron ore, to which fluxes such as limestone and fluoride were added, in a blower pear. Here the slag floats as a liquid top layer on the liquid metal, is poured off and cooled. The slag obtained in this way is then crushed using conventional grinding, rolling and sieving processes.
The ash used in the structure according to the invention is of volcanic origin and generally has an ash-like character. This slag can appear in the form of vesicular ash, porous volcanic bodies, as slag or as massive ejecta formations of volcanic origin. The material is usually red or black in color and has a light structure with numerous elongated or spherical cavities connected to one another.
A large part of the cavities is closed in the natural state, i. H. it is a unicellular structure.
After the volcanic slag has been extracted, it is reduced to an appropriate size in a comminution process and converted into slag particles with a very irregular shape, large surface and countless outwardly protruding peaks as well as numerous depressions and cavities, the openings of which are exposed, but often have a smaller area than that inner cavities.
By using metallurgical slag and / or volcanic slag particles in the second porous layer 14, a top surface with good grip and good reflective properties for light is achieved on the composite structure. The slag particles have many concave reflecting surfaces that point in all directions, so that a uniform reflecting surface is formed, the reflex behavior of which is proportional to the particle size and the number of particles per unit area. An additional light reflex is created from the particle surface to the light source.
The particles, consisting of volcanic or metallurgical slag, retain their high, uniform coefficient of friction even after wear. If exposed particles disintegrate or shrink after exposure to fatigue, impact and abrasion, the underlying particles of the structure come to the surface, so that the composite structure always presents a uniform, non-slip surface with numerous friction particles per surface unit. For example, a surface section of 9.3 dm2 (1 square foot) of the second porous layer 14 of volcanic and / or metallurgical slag particles with a grain size of 3 mm has from about 1200 to about 1800 individual particles.
This surface structure ensures even braking behavior on all wheels of a land or aircraft on wet and dry surfaces.
The 10% limit on the porosity of the first and second porous layers is critical. If the porosity is below 10%, the self-draining behavior is negatively influenced and the drainage of liquid is effectively hindered. It is assumed that the channels in the interior of a porous layer are very narrow with a porosity of less than 10 / o and have constrictions on the order of size of capillaries. In these constrictions, water droplets are retained by capillary action and in turn block the other narrow channels of the relevant porous layer, so that the drainage effect is disturbed or collapses, the liquid is dammed and remains in puddles on the surface of the road surface.
A special drainage property observed on the present pavement surface is that it drains away water in increasing quantities through its surface as soon as the channels of the first and second top layer are wetted with water. No explanation has yet been found for this.
As already described, a certain mixing ratio between particles and binder in both porous layers results in a porosity of at least 10/0, preferably of at least 20%, and an impact strength of at least 70 kg / cm2 (1000 pounds per square inch), preferably but set at least twice the value. Although the impact resistance can be increased by increasing the proportion of binder, the proportion of binder must be controlled to ensure that a porosity of at least 10% is maintained.
In construction practice, small pavement samples are created before the large-scale production of a pavement structure is started in order to determine the correct mixing ratio between particles and resin binder and continuously produce a pavement structure with the desired porosity and impact resistance.
In the production of the composite structure 10 according to FIG. 1, a mixture of accumulated particles of at least 1.5 mm grain size or mesh size, which are preferably free of dust and gravel, and a solidifying resin binder in the liquid state is first applied.
The mixture contains about 2 to 4 parts by volume of particles to one part by volume. Binding By mixing, the particles are intimately wetted or coated with the binder. The top surface of the synthetic layer 11 is pre-cleaned and roughened by sandblasting, brushing, washing with acids and the like, so that loose material, oil, grease and the like are removed. Then a layer of a solidifying resin binder is applied in the liquid state. The selection of this resin binder is made taking into account the type of base layer and the ambient temperatures under which the surface will be processed. The particle-binder mixture is then applied to the base layer 11 and compacted in order to ensure a good bond between the surface of the base layer and the coated particles.
After setting, the mixture forms the first porous layer 13 of the top layer 12.
The second porous layer 14 is made free of dust by mixing volcanic and / or metallurgical slag particles with a grain size of 1.5 mm. prepared with a liquid resin binder in a mixing ratio of about two to four parts by volume of slag particles to one part by volume of binder. By mixing or circulating the particles are uniformly coated or wetted with the binder. The mixture thus produced is then applied to the first porous layer 13 and compacted so that the slag particles 19 form a firm bond with the surface of the first layer 13. After setting, this mixture forms the second porous layer 14.
The mixture of volcanic and / or metallurgical slag particles and binder can be applied before or after the first porous layer has set, but usually after the first layer has set.
Both layers 13 and 14 have a porosity of at least 10%, preferably at least 20/0, and an impact strength of at least 70 kg / cm2, preferably at least twice this value.
Another production method for a composite structure according to the invention provides for the application of a layer of a liquid adhesive or binding agent to the cover surface of the base layer 11. The selection of a suitable binder depends on the type of base coat surface and the environmental conditions under which the surface is being processed. Some binder solutions become solid when the solvent evaporates. Other binders are applied in the liquid state and solidify on cooling. In general, you will use a solidifying resin binder with catalyst or accelerator addition, as described.
Liquefiable products such as asphalt, coal, tar or other resinous materials form the first-mentioned type of binders. Aqueous emulsions and dispersions of binders of similar character could also be used. Molten asphalts, coals, tars, resins and synthetic resins form the second type of binders. A layer of dust-free particles of a uniform size is applied to the still liquid binder, preferably on the surface of the base layer treated in this way.
Rolling or the like ensures that the particles are thoroughly wetted with the still liquid binder and partially embedded in it. If thin layers are required, as is the case with paths and roofs, a grain size of 1.5 and 3 mm or larger can be used. If you want to use the composite structure for land or aircraft traffic, then you choose particle sizes of 3, 6, 9 and 12 mm or larger. Usually the binding agent is then allowed to set. The mixture of particles and resins is then applied to the prepared surface of the base layer in the manner described.
If fresh concrete is used as the base layer 11 for the composite structure according to the invention, dust-free particles of uniform size can be partially embedded in the surface of the concrete base layer when it is still soft; this is an alternative type of binding. After the surface of the base layer 11 covered with embedded particles has set, its upper side is covered with a solidifying resin binder, and then the particle-binder mixture is applied as the next step in the production of the first porous layer 13.
Preferably, within the scope of the invention, provision is made for the top surface of the base layer 11 to be inclined; in any case, however, the first porous layer is applied in such a way that its surface runs horizontally and the relatively thin second porous layer is also given a plane and essentially horizontal surface. The first porous layer preferably has a thickness of at least 5 cm and the second porous layer has a thickness of at least 6 mm, preferably 12 mm.
For rapid drainage and to avoid liquid backflow, the composite structure has one or more drainage lines in the area between the dense base layer and the first porous layer. These drainage lines extend the length of the base layer and across the slope of the base layer surface.
The lines have a number of through holes on their top and they can be made of metal, brick, stone or plastic. In an alternative embodiment, not shown, a groove can be buried in the base layer and designed with a line that is porous over its entire circumference, which is merely inserted into the groove on the top of the base layer 11 and enclosed by the first porous layer.
Heating elements (not shown) can be provided near the top surface of the top layer 12 in order to prevent ice formation within the internal channels 18 and 21 of the structure and to maintain drainage even in frosty weather. Suitable heating elements are pipes through which steam or hot water flows, or waterproof electrical heating elements.
The drainage line 11A (FIG. 1) is not only suitable for drainage, but also for backwashing with water; here water is pressed from behind into the drainage line and exits through the internal channels 18 and 21 of the porous top layer on the upper side of the structure, washing away dirt, rubber and other particles.
example 1
A runway base layer with a bank angle of 2 "is coated with a resinous binder according to the following formula: Components: Portions of Epon 828 (Shell Chem. Co.) 100 Triethenediamine or equivalent base 8 Phenyl-glycidyl ether 5 Liquid thiokol (plasticizer) 10
After applying the binder, a mixture of crushed white stones (50 0/0 with 6 mm, 30 0/0 with 3 mm, and 20% with 1.5 mm grain size) and binder according to the above formula (221 parts by weight of stones on 31 Parts by weight of binder, ie about 3.5 parts by volume of stones to 1 part by volume of binder) are applied to the base layer with a thickness of at least 15 cm. An essentially horizontal surface is then achieved by rolling.
After setting, this mixture forms the first porous layer and has a porosity of 19%. Subsequently, a mixture of slag (on 50 0/0 6 mm, 30% 3 mm, and 20 0/0 1.5 mm grain size) and resin binder according to the above formula (255 parts by weight of slag to 34 parts by weight of binder, i.e. about 3 , 75 parts by volume of slag to 1 part by volume of binder) is applied to the first finished layer to a depth of 2.5 cm. Rolling gives the layer a horizontal surface and after setting it forms the upper porous layer and has a porosity of about 23.7%. The finished structure has excellent friction and drainage properties and is ideally suited as a runway surface.
The present non-slip, self-draining surface structure counteracts the aqua-planing effect of wheeled vehicles including airplanes. Aqua-planing occurs on roadways with layers of water of less than 1.5 mm, and if the wheeled vehicle drives more than 50 km / h, it depends on the vehicle weight. With aqua-planing, the wheels of the vehicle lose some or all of their contact with the road surface, which has a negative effect on steering, guidance and braking properties. Aqua-planning is a serious problem on rainy days for highways and runways. The usual curvature of the street does not help, because the running water also forms a layer of water.
The only safe means against aqua-planing is the production of a surface according to the invention for streets and runways, because in this way the water penetrates into the surface of the surface at every point and is drained away without puddles forming on the surface.
A road surface with properties similar to those described above is obtained if the following solidifying resin binder is used instead of the one described above:
Components proportions
Liquid resin 1010 (Shell Chem. Co.) 100
Hardener Type U (Shell Chem. Co.) 10 Plasticizer (Dimethylcychlohexylphthalate) 2 Example 2
A used vaulted concrete road surface with a 3 0/0 bank slope is freed from loose material, oil, rubber abrasion and the like by sandblasting and acid treatment. Then the treated surface is sprayed with an asphalt emulsion. A single layer of river gravel with a mesh size of 9 mm is rolled onto the surface treated in this way, and the asphalt emulsion is then sprayed on again.
After the asphalt emulsion has set, a mixture of river gravel (1.5 to 6 mm mesh size) and liquid resin is applied according to the following formula: Components Amount of liquid resin (Applied Plastics Co No. 210) 6 parts by weight of hardener (Applied Plastics Co., No. 180) 1 part by weight plasticizer 10 percent by volume (General Mills Corp., No. 125) of the liquid resin with hardener
The mixture of 175 parts by weight of gravel to 36 parts by weight of binder (or 24 parts by volume of gravel to 1 part by volume of binder) is applied to the asphalt-treated road surface with a layer thickness of at least 10 cm and forms the first after a rolling process to achieve a horizontal surface and a subsequent setting time porous layer with a porosity of about 20%.
After it has set, a mixture of volcanic slag (50/0 with 6 mm, 30/0 with 3 mm, and 20% with 1.5 mm grain size or mesh size) and liquid binder according to the above formula (about 2 parts by weight of slag to 1 Part by weight of binder or 2.6 parts by volume of slag to 1 part by volume of binder) is applied with a layer thickness of about 2.5 cm to the existing first porous layer, leveled essentially horizontally by rolling, and after it has set, this mixture forms the second porous layer a porosity of about 24/0. The resulting pavement is durable and has excellent friction and drainage properties.
A road surface with properties similar to those described above is obtained if, instead of the resin used above, a liquid solidifying resin is used according to the following formula:
Components Proportions Liquid Resin:
Epotuf 37.130 (Reichold Chem. Co.) 100 Hardener: Epotuf 37-623 (Reichold Chem. Co.) 7.5 Plasticizer:
Kesscoflex BCP (Kessler Chem. Co.) 2.5 Example 3
A base layer surface made of hot asphalt plant mix is applied to a normal road foundation made of crushed stones and applied with sieved quartz particles with a mesh size of 12 mm. While the base layer is still hot, about half of the particles are embedded in the soft asphalt layer with sufficient pressure.
Then a liquid binder according to the following formula is sprayed onto the granular base layer surface: Components Amount Liquid resin (Applied Plastics Co No. 210) 4 parts by weight hardener (Applied Plastics Co., No. 180) 1 part by weight plasticizer (General Mills Corp., No. 125) 3 percent by volume of the liquid resin with hardener example 4
A base layer of freshly poured and roughened concrete with a surface inclination of four percent is covered with a thin layer of slag particles with a grain size of 12 to 24 mm. About half of the particles are embedded in the concrete by rolling. After the concrete has set, a mixture of liquid epoxy resin is sprayed on according to the following formula: Components Parts by weight Epon 828 (Shell Chem.
Co.) 95 Triethenediamine or an equivalent base 7 Phenyl-Glycidyl-Ether 4,5 Liquid Thiokol (plasticizer) 5
Before the resin sets, a mixture of slag particles (12 to 24 mm grain size) and liquid epoxy resin according to the above formula (3.5 parts by volume of slag to 1 part by volume of resin) is applied to the concrete base layer in a thickness of 30 cm. The mixture, which is rolled out essentially horizontally, forms the first porous layer after it has set. A mixture of volcanic slag (6 to 1.5 mm grain size) and liquid epoxy resin according to the above formula (3.75 parts by volume of slag to 1 part by volume of resin) is applied to the finished first porous layer with a thickness of about 2.5 cm. A horizontal surface is formed by tamping and rolling, which has excellent friction and drainage values.
Old street or runway ceilings can be renewed in the same way. Before this, however, cleaning should be carried out in the manner already described by sandblasting and washing with acid.
Example 5
The surface of a perforated aluminum structure plate is cleaned with detergent and water and then dried. Then fat, oil and rubber are removed with alcohol or the like. Sandblasting and brushing remove loose materials and create a clean metal surface. An accelerated hardening resin binder of the phenol-epoxy or Silocon type with a viscosity of about 400 to about 5000 centipoises is applied as a layer to the cleaned metal surface. Before the resin solidifies, dry volcanic sludge particles (screen size 6 to 9 mm) are applied to the surface treated in this way.
A dough-like mixture of crushed light quartz (6 mm mesh size) and accelerated hardening resin binder of the phenol-epoxy or silicone type (about 3.5 parts by volume of rock to 1 part by volume of resin) is applied in a layer thickness of 5 cm over the metal base layer . After a horizontal surface has been rolled out and set, this mixture forms the first porous layer. A dough-like mixture of volcanic ash (3 mm mesh size) and accelerated hardening resin binder of the phenol-epoxy or silicone type (3 parts by volume of slag to 1 part by volume of resin) is applied to the first layer in a thickness of 12 mm.
An essentially horizontal layer surface is achieved by tamping, rolling and leveling, and after 24 hours of hardening a very easy-grip, light top layer is created. It is ideal for ship decks, road covers of bridges, and for light insulating roof coverings.
Example 6
A base layer of freshly poured and roughened concrete with a slope of 5 0/0 is covered with a thin layer of a mixture of 80 parts of slag to 20 parts of volcanic slag particles with a mesh size of 12 to 24 mm, the surface is rolled and the particles are about halfway through embedded in the fresh concrete.
After the concrete has hardened, a mixture of liquid epoxy resin is sprayed onto the particle layer according to the following formula: Components Proportions Liquid resin: Epi-rex 510 (Celanese) 100 Hardener Epicure 872 (Celanese) 5 Plasticizer: Dioctyl phthalate 5
Before the resin hardens, a particle mixture of 50 parts of granite to 50 parts of slag (screen size 12 to 24 mm) with added liquid epoxy resin according to the above formula (3.0 parts by volume of particle mixture to 1 part by volume of resin) with a layer thickness of 30 cm applied to the concrete base layer. A horizontal surface is created by rolling and the mixture forms the first porous layer after it has set.
A 60:40 mixture of slag and volcanic slag (6 mm to 1.5 mm mesh size) and liquid epoxy resin of the above formula (3.75 parts by volume of slag / volcanic slag mixture to 1 part by volume of resin) is over the first porous layer with a thickness applied from about 5 cm. A horizontal surface is achieved by tamping and rolling, which has excellent friction and drainage properties.
In the same way, old concrete roads or runways can be renewed. The old surface must first be cleaned by sandblasting and washing with acid, as already described.
The exemplary embodiments described above are merely exemplary in nature, without restricting the invention to road, bridge and roof coverings.