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In flüssigem Zustande aufzutragende bituminöse Masse für Wasserbauarbeiten
Bei Wasserarbeiten kann man auf den Grund einer Wasserstraße für verschiedene Zwecke,
z. B. zum Überziehen des Grundes und der Böschungen oder zum Untergießen vorhandener
Schotterschichten Massen aus Mineralstoffen und einem bituminösen Bindemittel aufbringen.
Dies ist beim Bau von Deichen von besonderer Bedeutung zur Verhinderung von Bodenerosion,
welche durch starke Ströme verursacht werden.
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Die Massen werden durch Erhitzen verflüssigt und in diesem Zustand
auf den Grund der Wasserstraße aufgebracht. Hierfür kann man, wie in den »Berichten
des dritten Welterdölkongresses, Den Haag, 1951, TeilVII, S.472 bis 484« vorgeschlagen
wird, eine Rohrleitung verwenden, deren Mündung sich nahe am Grund der Wasserstraße
befindet und langsam an ihm entlang bewegt wird. Es ist auch möglich, die Massen
besonders in seichtem Wasser durch eine Förderrinne auszuschütten oder aus Behältern
abzukippen.
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Es konnten jedoch keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt werden,
da Schwierigkeiten beim Aufbringen der Massen auftraten und bzw. oder die aufgebrachten
Schichten nicht die erwünschte schützende Wirkung hatten.
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Für die Papierveredelung und in der Kabel- und Bauindustrie wurden
bereits Bitumina mit einem gewissen Gehalt an mikrokristallinen Wachsen und für
Straßenbauzwecke Mischungen von mehr oder weniger paraffinhaltigen Bitumina in Mengen
von 2 bis 60/o zu einem geeigneten Mineralaggregat vorgeschlagen.
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Weiter ist bekannt, für wasserdichte Anstriche, insbesondere für
Dächer, eine Masse bestehend aus 75 bis 85 O/o Bitumen, Rest Wachs, zu verwenden.
Durch Zusatz von Füllstoff, wie Asbestfasern, kann diese Masse als Zement für Fugen
und Risse dienen. Wegen ihrer mechanischen Eigenschaften und des geringen spezifischen
Gewichts sind diese jedoch für den erfindungsgemäßen Zweck nicht brauchbar.
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Bei Untersuchung der Frage im einzelnen wurde ermittelt, daß man
nur günstige Ergebnisse erzielen kann, wenn man besondere Auftragsmassen aufbringt.
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Erfindungsgemäß enthalten geeignete bituminöse Massen 85 bis 60 Gewichtsteile
Sand und/oder Füllstoff und 15 bis 40 Gewichtsteile eines bituminösen Bindemittels
mit einer Penetration (100 g, 5 Sekunden, 250 C) von 50 bis 1000, das aus Asphaltbitumen
und Kohlenwasserstoffwachs besteht, wobei der Wachsgehalt des Bindemittels 2 bis
15 Gewichtsprozent beträgt. Der Wachsgehalt, bestimmt gemäß DIN 1995 (März 1954)
U 10, soll als Wachsgehalt des Bindemittels betrachtet werden.
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Das Vorliegen von Mineralstoffen in der Masse ist technisch erforderlich,
um das spezifische Gewicht der Masse auf beträchtlich über 1 (z. B. etwa 2) zu heben
und ist wirtschaftlich notwendig, da die Aufbringung des Bindemittels allein bei
weitem zu kostspielig wäre. Von diesem Gesichtspunkt gesehen, wäre es wünschenswert,
die Menge an Mineralstoffen in der Masse so groß wie möglich und demgemäß die Menge
des Bindemittels so klein wie möglich zu halten. Die Menge an Bindemittel sollte
jedoch mindestens einen guten Zusammenhalt der Masse sicherstellen und ermöglichen,
daß sie in heißem Zustand fließt. Die Masse sollte deshalb 85 bis 60 Gewichtsteile
Mineralstoffe und 15 bis 40 Gewichtsteile bituminöses Bindemittel enthalten. Die
Masse enthält vorzugsweise 80 bis 70 Gewichtsteile Mineralstoffe und 20 bis 30 Gewichtsteile
bituminöses Bindemittel.
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Als Mineralstoff verwendet man Sand und bzw. oder einen Füllstoff.
Die Mineralstoffe kann man etwa in drei Klassen einteilen: a) Einen Füllstoff, nämlich
einen Mineralstoff, der durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 75 1 hindurchgeht.
b)
Sand, d. h. ein Mineralstoff, der durch ein Sieb von 75 es zurückgehalten wird,
jedoch durch eines mit einer Maschenweite von 2,4 mm hindurchgeht. c) Splitt, d.
h. Mineralstoff, der durch ein Sieb mit der Maschenweite von 2,4 mm zurückgehalten
wird.
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Bei den Sieben handelt es sich um holländische Einheitssiebe gemäß
den holländischen Standardvorschriften N 480 und N 574. Gemäß den »Vorschriften
der Abteilung für Straßen und Verkehr für Baustoffe zum Straßenbau, 1957« können
Sand und Füllstoff geringe Beimengungen enthalten, welche den oben aufgeführten
Vorschriften nicht entsprechen.
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In diesem Sinne werden hier die Begriffe »Sand« und Füllstoff« verwendet.
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Das Vorliegen von Splitt in der Masse ist nicht zweckmäßig, da dieser
sich leicht absetzt und Schwierigkeiten bei der Behandlung mit sich bringt.
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Geringere Splittmengen jedoch, besonders von feinkörnigem Splitt,
verursachen keine unüberwindlichen Schwierigkeiten und können deshalb zusätzlich
zu dem Sand und bzw. oder dem Füllstoff verwendet werden.
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Obwohl man Sand oder Füllstoff allein verwenden kann, nimmt man vorzugsweise
Sand und Füllstoff in die Masse, um so eine gewisse Abstufung der Mineralstoffe
zu erzielen, wodurch sich die Masse leichter handhaben läßt und der Gehalt an Bindemittel
verhältnismäßig niedrig gehalten werden kann. Sand und Füllstoff werden gewöhnlich
in einem Gewichtsverhältnis zwischen 9: 1 und 4: 1 verwendet, so daß die Mineralstoffe
aus 10 bis 20 Gewichtsprozent Füllstoff und 90 bis 80 Gewichtsprozent Sand bestehen.
Geeignete Füllstoffe sind unter anderem gemahlener Mergel und gemahlener Kalkstein.
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Das Bindemittel sollte gleichzeitig eine große Zahl von Bedingungen
erfüllen.
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Der Grund der Wasserstraße ist nicht vollständig flach, so daß man
eine dauernde vollkommene Bedeckung nur mittels einer Masse erzielen kann, die bei
der am Grund der Wasserstraße herrschenden Temperatur (durchschnittlich etwa 100
C) nicht von irgendwelchen Abschrägungen am Grund abfließt.
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Dies erfordert, daß die Fließgrenze der Masse über einem bestimmten
Wert liegt.
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Andererseits sollte eine Schicht aus der Masse, wenn sie aufgetragen
ist, sich den Deformationen des Grundes anpassen. Derartige Deformationen treten
z. B. auf, wenn der Grund unter einem Teil der Schicht ausgewaschen wird. Der Teil
der Schicht, der nun nicht länger getragen wird, sollte dann nicht abbrechen, wie
es der Fall sein würde, wenn die Masse zu spröde ist, sondern sollte sich der neuen
Form des Bodens anpassen, wodurch eine weitere Unterhöhlungsoweit wie möglich verhindert
wird. Dies erfordert daß die Fließgrenze der Masse einen bestimmten Wert nicht überschreiten
sollte.
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Es wurde festgestellt, daß die Fließgrenze der Masse zwischen etwa
10S und 5 10 Dyn/cm2 bei 100 C liegen sollte.
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Wie oben erwähnt, wird die Masse durch Erwärmen verflüssigt und in
diesem Zustand aufgetragen.
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Die untere Temperaturgrenze bei der die Masse aufgebracht wird, ist
nicht ausschlaggebend, beträgt jedoch praktisch etwa 700 C. Die obere Temperaturgrenze
bei der die Masse aufgebracht wird, beträgt etwa 1250 C. Gelangt die Masse bei höherer
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ratur in das Wasser, dann treten im Wasser Siedeerscheinungen auf, wodurch
man eine unregelmäßige und diskontinuierliche Schicht am Grund der Wasserstraße
erhält. Wird die Masse mittels einer Rohrleitung aufgebracht, wie dies in den obenerwähnten
»Berichten des dritten Welterdölkongresses « vorgeschlagen wird, dann liegt die
Aufbringungstemperatur vorzugsweise unter 1000 C. Unter normalen Bedingungen verläßt
die flüssige Masse das Mundstück der Rohrleitung in ununterbrochenem Strom, so daß
kein Wasser eindringen kann. Sollte infolge einer Unterbrechung oder einer anderen
Störung Wasser in die Rohrleitung eindringen, dann würde eine Temperatur von mehr
als 1000 C bedeutende Schwierigkeiten verursachen.
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Bei der Arbeitstemperatur, bei der die Masse aufgebracht wird, sollte
sie zur Handhabung flüssig genug sein, so daß eine obere Grenze für die Viskosität
besteht.
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Andererseits sollte die Viskosität der Masse bei der Aufbringungstemperatur
nicht willkürlich niedrig sein. Sofort nach dem Aufbringen auf den Grund der Wasserstraße
ist die Masse immer noch heiß, und wenn die Viskosität zu niedrig wäre, würde sie
vor dem Abkühlen von jeder Abschrägung des Bodens ablaufen. Wird die Masse gemäß
dem Vorschlag in den »Berichten des dritten Welterdölkongresses« mittels einer Rohrleitung
aufgebracht, dann besteht ein weiterer Grund dafür, daß die Viskosität bei der Aufbringungstemperatur
nicht willkürlich niedrig sein sollte, da bei zu niedriger Viskosität ein zu geringer
Widerstand gegen ein Eindringen von Wasser in die Rohrleitung besteht und dadurch
die Masse nicht einheitlich ausfließen und eine kontinuierliche Schicht mit konstanter
Schichtdicke bilden kann.
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Es hat sich herausgestellt daß die Viskosität der Masse bei der Aufbringungstemperatur
etwa zwischen 102 und 105 Poisen liegen soll. In diesem Zusammenhang wäre zu bemerken,
daß es teilweise von der Art der zur Aufbringung auf den Grund der Wasserstraße
verwendeten Vorrichtung abhängt, welche Viskosität am geeignetsten ist. Wenn man
z. B. gemäß dem Vorschlag in den »Berichten des dritten Welterdölkongresses« eine
Rohrleitung verwendet, liegt die Viskosität vorzugsweise etwa zwischen 5 103 und
5 104 Poisen.
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Darüber hinaus sollte die Viskosität des Bindemittels selbst so groß
sein, daß es mit dem Mineralstoff etwa bei der Aufbringungstemperatur der Masse
zur Herstellung derselben vermischt werden kann.
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Sollte ein Bindemittel verwendet werden, das bei dieser Temperatur
zu viskos ist, um mit dem Mineralstoff vermischt zu werden, dann ist es natürlich
grundsätzlich möglich, bei bedeutend höherer Temperatur zu vermischen. In diesem
Falle sollte jedoch die Masse vor dem Aufbringen und nach dem Vermischen auf die
Aufbringungstemperatur abgekühlt werden. Infolge der schlechten Wärmeleitfähigkeit
der Masse würde eine längere Lagerung oder die Verwendung besonderer Kühlsysteme
erforderlich sein.
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Es wurde festgestellt, daß man alle diese Bedingungen erfüllt, wenn
man ein Bindemittel mit einer Penetration von 50 bis 1000, das aus Asphaltbitumen
und Kohlenwasserstoffwachs besteht und in dem der Wachsgehalt 2 bis 15 Gewichtsprozent
vom gesamten Bindemittel beträgt, verwendet. Vorzugsweise verwendete Bindemittel
haben eine Penetration von 100
bis 500 und einen Wachsgehalt von
4 bis 10 Gewichtsprozent.
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Gewisse Sorten Erdölbitumen enthalten bereits eine geringe Menge
Wachs. Dies sollte man bei Zugabe von Wachs zum Asphaltbitumen in Rechnung stellen.
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Das zugegebene Wachs kann entweder makro- oder mikrokristallines Erdölwachs
oder ein Gemisch von beiden sein. Man kann hoch gereinigte Wachsarten verwenden;
jedoch sind aus wirtschaftlichen Gründen rohe wachshaltige Destillationsrückstände,
Paraffingatsch u. dgl. vorzuziehen. Derartige Rohprodukte enthalten gewöhnlich beträchtliche
Ölmengen, die als Flußmittel des Asphaltbitumens zu betrachten sind.
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Als Asphaltbitumen verwendet man vorzugsweise ein direkt destilliertes
oder halb geblasenen Bitumen mit einem Penetrationsindex zwischen - 2 und t 1.
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Man kann die Massen nach den oben beschriebenen bekannten Verfahren
auf den Grund einer Wasserstraße aufbringen.
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Beispiel 19 Gewichtsteile Asphaltbitumen mit einer Penetration von
90 und einem Erweichungspunkt (Ring-und Kugelverfahren) von 480 C wurden bei 1200
C mit 1 Gewichtsteil Paraffingatsch aus dem Entwachsen eines wachshaltigen Schwerdestillats
vermischt. Der Paraffingatsch hatte einen Ölgehalt von 25,2 Gewichtsprozent gemäß
ASTM D 721 und einen Erstarrungspunkt von 620 C gemäß ASTM D 938. Das sich ergebende
Bindemittel hatte eine Penetration von 105 und einen Wachsgehalt von 3,8 Gewichtsprozent
gemäß DIN 1995 U 10.
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10 Gewichtsteile gemahlener Mergel, der vollständig durch ein Sieb
mit 75 Ft Maschenweite hindurchging, wurden bei 1000 C mit 70 Gewichtsteilen Dünensand,
der vollständig durch ein Sieb mit 2,4 mm Maschenweite hindurchging, aber durch
eines mit
75 pt Maschenweite zurückgehalten wurde, bei 1000 C vermischt.
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Bei 1000 C wurde das obenerwähnte Bindemittel zu dem Gemisch aus
Mergel und Dünensand gegeben, und zur Herstellung einer homogenen Masse wurde einige
Minuten weiter vermischt.
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Die Masse konnte leicht aufgebracht werden, und es zeigte sich, daß
sie selbst nach einigen Monaten von Abschrägungen nicht abfluß.