-
Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern, wie Rohren und Hohlsteinen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern, wie
Rohren und Hohlsteinen auf der Basis von Mineralaggregaten und Asphaltbitumen, wobei
die Mischung bei erhöhter Temperatur in eine Form gebracht und darin unter Druck
verdichtet wird.
-
Das wichtigste Problem, das sich bei der Herstellung von Formstücken
aus solchen Mischungen ergibt, ist das Erzielen einer ausreichenden Formbeständigkeit
der Formstücke. Unter Formstücken mit einer ausreichenden Formbeständigkeit werden
Formstücke verstanden, die sowohl kürzeren wie auch längeren mechanischen Beanspruchungen
und Temperaturwechsel widerstehen können. In bezug auf dieses Problem besteht ein
bedeutender Unterschied zwischen Voll- und Hohlkörpern. Eine gute Formbeständigkeit
läßt sich bei Vollkörpern wesentlich leichter als bei Hohlkörpern erzielen. Dies
hat unter anderem zur Folge, daß die Zusammensetzung des Gemisches, von dem zur
Herstellung der Formstücke ausgegangen wird, für Hohlkörper viel kritischer ist
als für Vollkörper. Tatsächlich ist die Herstellung von hochwertigen Hohlkörpern
bis heute ein ungelöstes Problem.
-
In der deutschen Patentschrift 750627 wird vorgeschlagen, Hohlkörper
herzustellen, indem 88 Gewichtsteile eines Füllmittels, wie Steinsplitt, zerkleinerte
Schlacke, Quarzsand oder Steinmehl, bei einer Temperatur von 250 bis 3000 C mit
12 Gewichtsteilen hartgeblasenem Asphaltbitumen mit einem Erweichungspunkt (Ring
und Kugel) von 120 bis 1750 C gemischt werden und dieses Gemisch bei einer Temperatur
von 250 bis 3000 C in eine Form gebracht und darin durch Druck oder Stampfen verdichtet
wird. Es hat sich jedoch nicht als möglich erwiesen, nach diesem bekannten Verfahren
in technischem Maßstab Hohlkörper von befriedigender Güte herzustellen. In manchen
Fällen mißlingt die Herstellung von Hohlkörpern völlig, in anderen Fällen sind die
erzielten Hohlkörper ungenügend formbeständig, porös oder spröde. Was die erstgenannte
Eigenschaft betrifft, wird in der deutschen Patentschrift zwar erwähnt, daß die
erzielten Hohlkörper einen inneren Druck von 6 at und einen Scheiteldruck von 3480
kg aushalten können, aber solche Daten werden bei kurzen Belastungsproben erzielt
und besagen nichts über die Wirkung auf die Form der Hohlkörper von längeren, sei
es auch nicht so hohen Belastungen, wie sie in der Praxis auftreten, z. B. wenn
Rohre in den Boden verlegt oder aufeinandergeschichtet gelagert werden, wobei Temperaturerhöhung
durch
Sonnenstrahlung auch noch eine Rolle spielen kann.
-
Das in der deutschen Patentschrift 750627 beschriebene Verfahren
kann verbessert werden, indem von einem gut gradierten Mineralaggregat ausgegangen
wird und die Asphaltbitumenmenge demselben angepaßt wird. Unter einem gut gradierten
Mineralaggregat ist ein Mineral aggregat zu verstehen, in dem Steinsplitt, Sand
und Füllstoff in solchen Verhältnissen vorliegen, daß der Hohlraum im Mineralaggregat
minimal oder nahezu minimal ist.
-
Unter »Steinsplitt« ist ein Mineralaggregat zu verstehen, das auf
Sieb 2,4 zurückbleibt, unter »Sand« ein Mineralaggregat, das durch die Öffnungen
eines Siebes 2,4 hindurchgeht, aber auf Sieb 0,075 zurückbleibt, und unter »Füllstoff«
ein Mineralaggregat, das durch die Öffnungen eines Siebes 0,075 hindurchgeht, wobei
die Siebe niederländische Normalsiebe nach den niederländischen Normblättern N 480
und N 574 sind, wie näher beschrieben in »Eisen door de Rijkswaterstaat gesteld
aan Bouwstoffen voor de Wegenbouw«, 1957 (Vom Rijkswaterstaat an Baustoffe für den
Straßenbau gestellte Forderungen, 1957). Wie Steinsplitt, Sand und Füllstoff und
die gegenseitigen Verhältnisse derselben zu wählen sind, um ein Mineralaggregat
mit minimalem Hohlraum zu erzielen, ist allgemein bekannt (s. zum Beispiel das
Buch
von Stellwaag, »Der Kornaufbau von Schwarzstraßen«, 1936, S. 20ff.). Das Minimum
an Hohlraum, das erzielt werden kann, wird unter anderem durch die Maximalabmessungen
des Steinsplitts, der in das Mineralaggregat eingearbeitet wird, bedingt; diese
Maximalabmessungen werden meistens so gewählt, daß sie nicht mehr als etwa ein Drittel
der Mindestabmessung des herzustellenden Hohlkörpers betragen. In einem gut gradierten
Mineralaggregat beträgt der Hohlraum etwa 15 bis 25 Volumprozent, und in einem solchen
Mineralaggregat variieren die Steinsplitt-, Sand- und Füllstoffmengen im allgemeinen
zwischen folgenden Bereichen: 30 bis 60 Gewichtsprozent Steinsplitt, 25 bis 50 Gewichtsprozent
Sand, 5 bis 25 Gewichtsprozent Füllstoff. Die Asphaltbitumenmenge in der Zusammensetzung
ist dem im Mineralaggregat vorhandenen Hohlraum anzupassen, und zwar derart, daß
nach Verdichtung der Mischung zur Herstellung des Hohlkörpers noch ein geringer
Hohlraum, z. B. etwa 2 bis 4 Volumprozent, verbleibt. Bei Anwendung von zuviel Asphaltbitumen
sind die aus den Mischungen hergestellten Hohlkörper nicht formbeständig. Bei Anwendung
von zuwenig Asphaltbitumen lassen sich die Mischungen schwer oder überhaupt nicht
verarbeiten und sind die gegebenenfalls erzielten Hohlkörper porös. Die benötigte
Asphaltbitumenmenge liegt gewöhnlich zwischen 5 und 8 Gewichtsprozent, berechnet
auf die ganze Mischung. Formstücke, die aus einer Zusammensetzung aus einem gut
gradierten Mineralaggregat und einer demselben angepaßten Asphaltbitumenmenge hergestellt
worden sind, haben eine maximale Steifheit oder, anders gesagt, eine maximale Formbeständigkeit,
wie aus »De Ingenieur«, 64, 1952, B 113 bis B 122, bekannt ist. Die Anwendung einer
aus einem Mineralaggregat (in diesem Falle Schlacke) mit einem minimalen Hohlraum
und einer Asphaltbitumenmenge unter 10 Gewichtsprozent aufgebauten Mischung zur
Herstellung von Formstücken ist übrigens bereits aus der schweizerischen Patentschrift
135 681 bekannt, obwohl darin der Aufbau der Mischung und die Formbeständigkeit
der zu erzielenden Formstücke nicht unmittelbar miteinander in Zusammenhang gebracht
werden.
-
Verbesserung des Verfahrens nach der deutschen Patentschrift 750
627 in der beschriebenen Weise führt noch nicht zum erwünschten Ergebnis. Es ist
jetzt erkannt worden, daß die in der deutschen Patentschrift vorgeschriebenen Asphaltbitumensorten,
nämlichhartgeblasene Asphaltbitumina mit einem Erweichungspunkt (Ring und Kugel)
von 120 bis 1750 C, nicht die richtigen sind. Anwendung dieser Asphaltbitumina schließt
nämlich die Notwendigkeit in sich, die Mischungen bei einer Temperatur von 250 bis
3000 C herzustellen und zu verarbeiten; aber bei Temperaturen über 2500 C ergibt
sich gerade im allgemeinen die Erscheinung der sogenannten »Verbrennung« (d. h.
eine teilweise Verkohlung) des Asphaltbitumens.
-
Nun kann man allerdings durch Anwendung von Asphaltbitumina mit einem
verhältnismäßig niedrigen Erweichungspunkt die Herstellungs- und Verarbeitungstemperatur
der Zusammensetzungen herabsetzen, aber dies hat im allgemeinen einen Verlust der
Formbeständigkeit der zu erzielenden Hohlkörper zur Folge. Es ist jetzt gefunden
worden, daß sich nur ganz bestimmte Asphaltbitumensorten eignen, nämlich diejenigen,
welche einen Penetrationsindex von nicht höher als +5, vorzugsweise nicht höher
als +4,5
haben und deren Erweichungspunkt (Ring und Kugel) und Penetration (100 g,
5 Sekunden, 250 C) der Formel V= 90 + 30logp + 15, in der V der Erweichungspunkt
in Celsiusgraden und p die Penetration ist, entsprechen. Vorzugsweise werden Asphaltbitumina
verwendet, deren Erweichungspunkt und Penetration der Formel V = 90+ 30logp + 10
entsprechen. Mischungen, welche diese Asphaltbitumina enthalten, können bei Temperaturen
zwischen 200 und 2500 C hergestellt und zu Hohlkörpern mit in jeder Hinsicht befriedigenden
Eigenschaften verarbeitet werden.
-
Beispiel 40 Gewichtsteile Steinsplitt (2: 5), 40 Gewichtsteile Sand
und 20 Gewichtsteile Quarzmehl werden bei einer Temperatur von 2400 C mit 7,2 Gewichtsteilen
Asphaltbitumen mit einem Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von 1150 C, einer Penetration
(100 g, 5 Sekunden, 250 C) von 5 und einem Penetrationsindex von +3,5 gemischt.
Das erzielte Gemisch wird bei der erwähnten Temperatur unter Druck in Formen gepreßt
zur Herstellung von 1 m langen Rohren mit einem inneren Durchmesser von 15 cm und
einer Wanddicke von 3 cm, die in jeder Hinsicht befriedigende Eigenschaften haben.
-
Bei der Herstellung von geformten Gegenständen, insbesondere von
Hohlkörpern, aus einer Mischung eines Asphaltbitumens und eines Mineralaggregats
treten zwei Hauptschwierigkeiten auf: Einerseits ist es zwecks Herstellung der Mischung,
aus welcher die betreffenden Gegenstände geformt werden, erforderlich, daß das Vermischen
des Asphaltbitumens mit dem Mineralaggregat bei nicht zu hohen Temperaturen durchgeführt
wird, da sonst das Asphaltbitumen während der Michungsstufe teilweise verkohlt,
während andererseits die aus solchen Gemischen hergestellten Formkörper auch unter
starker Druck- und Temperaturbeanspruchung noch eine ausreichende Formbeständigkeit
aufweisen sollen.
-
Diese beiden Forderungen einer Durchführung des Mischvorganges bei
nicht zu hohen Temperaturen und einer ausreichenden Formbeständigkeit sind bis zu
einem gewissen Ausmaß nicht miteinander verträglich. Der Forderung nach Durchführung
des Mischvorganges bei nicht zu hohen Temperaturen kann nur bei Anwendung eines
Asphaltbitumens entsprochen werden, welches einen niedrigen Erweichungspunkt nach
der Ring-und-Kugel-Methode sowie eine hohe Penetration und einen niedrigen Penetrationsindex
aufweist. Dagegen kann die Forderung nach einer ausreichenden Formbeständigkeit
nur mittels solcher Asphaltbitumen erfüllt werden, welche einen hohen Erweichungspunkt
nach der Ring-und-Kugel-Methode sowie eine niedrige Penetration und einen hohen
Penetrationsindex haben. Gemäß der Erfindung hat sich nun gezeigt, daß sich bei
Verwendung ganz spezieller Asphaltbitumensorten beide vorstehend erörterten Anforderungen
in einem solchen Ausmaß befriedigen lassen, daß die betreffenden Gemische für die
Herstellung von Formkörpern in der Praxis geeignet sind.
-
In der graphischen Darstellung sind diese Verhältnisse näher erläutert.
Nur solche Asphaltbitumen,
deren Erweichungspunkte nach der Ring-und-Kugel-Methode
und deren Penetration Werten entspricht, die innerhalb des von den Geraden mit der
Gleichung v= 90+3Ologp-15, P.J. 3 + 5, v= 90+3Ologp+15 umschlossenen Bereiches fallen,
sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung brauchbar. Es kann im allgemeinen festgestellt
werden, daß die Verwendung von Asphaltbitumen, deren Eigenschaften durch Punkte
auf der linken Seite der Geraden V= 90 + 30 log p - 15 und P.J.= + 5 charakterisiert
werden, nicht zu Formkörpern mit einer ausreichenden Formbeständigkeit führen. Dagegen
können die durch Punkte auf der rechten Seite dieser beiden Geraden charakterisierten
Asphaltbitumen nicht befriedigend im Rahmen des Mischvorganges verarbeitet werden.
-
Weiterhin kann von denjenigen Asphaltbitumensorten, welche links von
der GeradenP.J.= +5 und rechts von der Geraden V = 90 + 30 log p - 15 begrenzt werden,
gesagt werden, daß die in den linken Teil dieses Bereiches fallenden Sorten unbefriedigend
bezüglich der Formbeständigkeit sind, während sich die im rechten Teil des Bereiches
liegenden Sorten schlecht mischen lassen.
-
Die vorstehenden Feststellungen werden durch die folgenden Vergleichsversuche
bestätigt: Versuch 1 Ein Rohr von 1 m Länge mit einem Innendurchmesser von 15 cm
und einer Wandstärke von 3 cm wurde gemäß dem im Ausführungsbeispiel beschriebenen
Verfahren hergestellt und der nachstehend erläuterten Belastungsprobe unterworfen.
-
Auf der ganzen Rohrlänge wurde in einer Breite von 10 cm eine Last
aufgebracht. Diese Last wurde jede Minute um 500 kg erhöht, und nach Erreichen einer
Gesamtlast von 1500 kg ließ man diese 5 Minuten lang einwirken.
-
Bei dieser Belastungsprüfung zeigte das gemäß der Erfindung hergestellte
Rohr weder Risse noch andere Beschädigungen.
-
Versuch 2 Hierfür wurde ein Rohr verwendet, welches gemäß der Lehre
der deutschen Patentschrift 750627 hergestellt worden war, in welcher hartgeblasene
Bitumensorten empfohlen werden.
-
Es fanden die nachstehend mit A und B bezeichneten Bitumensorten
Verwendung, welche in der Asphalttechnik als typische Beispiele von hartgeblasenen
Bitumen bekannt sind. Diese Bitumina zeigten die folgenden Eigenschaften: Asphaltbitumen
A Erweichungspunkt (Ring und Kugel) 1500 C Penetration . . . . . . . . 7 Penetrationsindex
. . + -t 6,5 Asphaltbitumen B Erweichungspunkt (Ring und Kugel) 1340 C Penetration
. .. 10 Penetrationsindex . . + 6 A. Eine Mischung aus einem Mineralaggregat, wie
im Ausführungsbeispiel beschrieben, und aus dem
vorstehend charakterisierten Asphaltbitumen
A wurde bei einer Temperatur von 230 bis 2400 C vermischt.
-
Es zeigte sich jedoch, daß selbst bei Verwendung einer modernen Mischvorrichtung
keine befriedigende Einarbeitung des Mineralaggrgates in das Asphaltbitumen erzielt
werden konnte. Bei einem Versuch, den Mischvorgang durch Erhöhung der Temperatur
zu erleichtern, trat eine Verkohlung des Asphaltbitumens auf.
-
Das Gasgemenge, welches durch Vermischen des Asphaltbitumens mit
dem Mineralaggregat bei einer Temperatur von 230 bis 2400 C erhalten werden konnte,
wurde in Formen unter Druck zu Rohren von 1 m Länge mit einem Innendurchmesser von
15 cm und mit einer Wandstärke von 3 cm verpreßt.
-
Die so erhaltenen Rohre waren jedoch porös. Letztere sind daher in
der Praxis nicht zu gebrauchen, da sie unter anderem beim Verlegen unter der Erde
das Grundwasser einsickern lassen.
-
B. Dieselben Maßnahmen, wie vorstehend beschrieben, wurden unter
Verwendung des Asphaltbitumens B durchgeführt. Hierbei traten jedoch die gleichen
Schwierigkeiten in der Mischstufe wie bei dem Asphaltbitumen A auf. Beim Verpressen
der erhaltenen Mischung aus Mineralaggregat und Bitumen zwecks Herstellung von Rohren
von 1 m Länge mit einem Innendurchmesser von 15 cm und einer Wandstärke von 3 cm
wurden daher wiederum poröse Hohlkörper erhalten, welche für die Praxis nicht zu
gebrauchen sind.
-
Versuch 3 Wie im Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, wurde
bei einer Temperatur von etwa 2300 C eine Mischung aus einem Mineralaggregat und
einem Asphaltbitumen hergestellt, wobei aber in diesem Fall ein Asphaltbitumen mit
einem Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von 800C, einer Penetration (100 g, 5 Sekunden,
250 C) von 42 und einem Penetrationsindex von +4,0 zur Anwendung kam. Bei dieser
Temperatur ließ sich die Mischungsoperation ohne Schwierigkeiten durchführen. Wenn
jedoch das erhaltene Gemisch anschließend zu Rohren von 1 m Länge mit einem Innendurchmesser
von 15 cm und einer Wandstärke von 3 cm verpreßt wurde, hielten diese die im Versuch
1 beschriebene Belastungsprüfung nicht aus. Die Rohre zeigten vielmehr bei einer
Erhöhung der Last Risse, da sie infolge einer unzureichenden Formbeständigkeit den
Lastdruck nicht aufnehmen konnten.
-
Die aus solchen Gemischen hergestellten Hohlkörper sind daher gleichfalls
für die praktische Anwendung nicht geeignet.