DE19522091C2 - Wasser- und gasdurchlässige Wege- und Flächenbefestigung hergestellt aus einer Mischung aus körnigen Zuschlagstoffen, Bindemitteln und faserförmigen Materialien bestehenden Mischung und Verfahren zur Herstellung dieser Flächenbefestigung - Google Patents
Wasser- und gasdurchlässige Wege- und Flächenbefestigung hergestellt aus einer Mischung aus körnigen Zuschlagstoffen, Bindemitteln und faserförmigen Materialien bestehenden Mischung und Verfahren zur Herstellung dieser FlächenbefestigungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Flächenbefe
stigungen im Außen- und Innenbereich, welche wasser- und gasdurchlässig sind
und aus Zuschlagstoffen, Bindemitteln und faserförmigen Materialien bestehen.
Die Flächenbefestigung zur Herstellung von Wegen, Parkplätzen oder anderen
begeh- oder befahrbaren Flächen ist eine sehr alte Technik, wobei die Belegung
mit Stein-, Beton oder Asphaltschichten normalerweise zu einer wasser- und ga
sundurchlässigen Schicht führt, so daß einerseits das Oberflächenwasser in ge
eigneten Drainagevorrichtungen abgeführt und andererseits unter der Befestigung
sich bildende Gase, wie Wasserdampf, CO2 etc. ebenfalls durch entsprechende
Entlüftungen abgeleitet werden oder seitlich der Befestigung entweichen müssen.
Um diese Problematik zu vermeiden, wurden daher Befestigungen entwickelt, bei
denen ein festes, körniges Material wie Sand, Kies, gemahlener Bauschutt oder
ähnliches nur mit einer geringen Menge Binder vermischt auf die zu befestigende
Fläche aufgebracht wird, so daß der Binder zwar die Körnchen gegeneinander
verklebt, aber ein wasser- und gasdurchlässiges Kapillarsystem zwischen den
Körnern offenläßt. Als Bindemittel werden Harze auf Epoxid-, Acrylat-, Polyuret
han- oder Polyolefinbasis verwendet. Auch Asphalt, Bitumen oder Teer in gerin
gerer Menge lassen sich in dieser Weise als Binder verwenden. Diese organi
schen Bindemittel haben den Vorteil, daß sie als Thermoplaste im erwärmten Zu
stand eine Formung des Verfestigungsmaterials erlauben und nach der Ausküh
lung das Material sofort ausgehärtet und begeh- bzw. befahrbar ist. Als nachteilig
erweist sich, daß durch die hydrophobe Natur dieser Bindemittel die Durchlässig
keit der relativ engen Räume zwischen dem körnigen Material gegenüber flüssi
gem Wasser behindert ist. Bei allen Bindemitteln ist die Biege-Zugfestigkeit der
Schichten, deren Körner nur punktuell miteinander verbunden und daher gegen
mechanische Belastungen empfindlich sind, äußerst gering. Um eine für größere
Belastungen ausreichende Festigkeit zu erhalten, müssen daher solche Schichten
vergleichsweise wesentlich dicker sein als übliche kompakte Tragschichten, die
beispielsweise aus Beton oder Asphalt gefertigt sind.
Derwent-Zitat zu JP 06073705 A beschreibt einen an sich bekannten Asphalt
belag für Straßen, wobei dem Asphalt zur Veränderung seiner Abbindeeigen
schaften, insbesondere der Widerstandsfähigkeit gegen Erweichen bei Erhöhung
der Temperatur, ein Epoxidharz in einer Menge von bis zu 40 Gew.-% zugesetzt
wird. Um die Abriebfestigkeit zu erhöhen und insbesondere die Viskosität vor dem
Abbinden einzustellen, wird in geringer Menge noch ein Fasermaterial zugegeben.
Es ist davon auszugehen, daß das verwendete Bindemittel, wie bei anderen
Asphalt-Straßenbelägen auch, in einer Menge angewendet wird, aus der eine
zusammenhängende Matrix des Asphalts entsteht, in die Splitt und Sand und ins
besondere Gesteinsmehl als dichte Packung eingelagert sind. Die entsprechen
den Schichten sind daher nicht wasserdurchlässig.
Derwent-Zitat zu JP 04347202 A beschreibt einen Belag aus Holzspänen oder
Fasern mit einer Länge von 5-8 cm und einer Dicke von 5 mm, welche in einem
Verhältnis von 80 : 20 mit Sand gemischt und mittels eines wasserhärtenden
Kunststoffklebers verbunden sind. Der erhaltene Verbund stellt aufgrund der
hohen Holzspananteile eine Art "Miniparkett" dar, dessen unregelmäßige Zwi
schenräume mit Sand gefüllt sind.
Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Verfahren und ein Material zu finden, mit
dem sich Flächen mit einem wasser- und dampfdurchlässigen Belag versehen
lassen, der eine ausreichende Festigkeit auch bei geringeren Schichtdicken er
reicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst und durch die
Merkmale der Unteransprüche gefördert.
Die erfindungsgemäßen Flächenbefestigungen bestehen einerseits aus einem
mineralischen Zuschlagstoff wie Sand, Kies, Gesteinsmehl oder gemahlenen
Baustoffen. Zur Erreichung einer optimalen Drainage wird eine möglichst gleich
mäßige Körnung des Materials im Bereich von 0,1-10 mm, vorzugsweise 0,2-4
mm Durchmesser, bevorzugt, durch die ein maximaler Hohlraum zwischen den
Körnern gewährleistet ist. Dies ist im Gegensatz zu herkömmlichen
kompakten Schichten, bei denen durch eine möglichst große Variation der ver
wendeten Teilchen eine optimale Füllung der Hohlräume zwischen den großen
Teilchen erreicht werden soll, um damit die Festigkeit des Produktes zu optimie
ren. Soweit die zu befestigenden Flächen bereits aus solchen Zuschlagsstoffen
bestehen, können diese vorteilhafterweise direkt erfindungsgemäß mitverwendet
werden.
Den Zuschlagstoffen werden Fasermaterialien in einer Menge von 0,2 bis
1 Gew.-% zugefügt, welche aus mineralischen Fasern (Glasfasern, Steinwolle,
Keramikfasern oder anderen Mineralfasern) oder, jedoch aus preislichen Gründen
nicht bevorzugt, auch aus organischen Fasern, beispielsweise Polyamid-,
Polyester-, Polystyrol-, Polyurethan- oder andere Poly- oder Copolymere etc.
sowie Carbon- oder Keramikfasern bestehen können. Soweit eine Verrottbarkeit
nicht zu befürchten ist, können auch Naturfasern wie Hanf, Jute oder auch Reis
oder andere Getreidespelzen eingesetzt werden. Wegen der Vermischbarkeit
werden Faserlängen von 2 mm bis 20 mm, insbesondere 5-15 mm, bevorzugt,
wobei die Faserdicke zwischen 0,005 und 1 mm, vorzugsweise 0,01-0,1 mm,
liegen sollte.
Als Bindemittel können in organischen Lösungsmitteln gelöste, in Wasser disper
gierte oder geschmolzene Kunststoffe auf Epoxid-, Polyurethan-, Acrylat- oder
Polyolefinbasis, insbesondere Polybutadienbasis, verwendet werden, wobei, wie
bei den bekannten porösen Tragschichten, Bindermengen in Größenordnung von
1-10% der verwendeten Zuschlagstoffe eingesetzt werden. Bei den organischen
Bindemitteln wird der Einsatz von wäßrigen Dispersionen bevorzugt. Dies hat
auch den Vorteil, daß feuchte Zuschlagstoffe, wie sie häufig vorliegen, problemlos
verarbeitet werden können. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von
Wasserglas, d. h. einer alkalischen wäßrigen Lösung von Natriumsilikat, welche als
technische Lösung natürlich auch noch erhebliche Mengen an Natriumaluminaten,
Eisenionen und anderen, mit Silikaten vergesellschafteten Verunreinigungen ent
halten kann. Wasserglas hat den großen Vorteil, ein sehr preiswerter Binder zu
sein und das zu befestigende Material nicht mit zusätzlichen organischen Bei
mengungen zu befrachten. Als nachteilig erweist sich, daß dieser Binder die Aus
härtungszeit der aufgebrachten Schichten verlängert. Andererseits ist die Binde
festigkeit mit den mineralischen Zuschlagstoffen und vorzugsweise mineralischen
Faserbestandteilen besonders gut und vergleichsweise starr.
Erfindungsgemäß werden die Komponenten, gegebenenfalls unter Zusatz eines
geeigneten Lösemittels, um die Plastizität der Mischung zu erhöhen bzw. das Bin
demittel zu lösen, in einem entsprechenden Mischer gemischt, wobei bei Anwen
dung fester organischer Binder gegebenenfalls die Temperatur über den
Schmelzpunkt des Bindemittels hinaus erhöht werden muß und in dieser Form auf
die zu befestigende Schicht aufgebracht. Nach Aushärtung des Binders ist die
Fläche direkt belastbar. Da das erfindungsgemäße Mittel Unebenheiten ausglei
chen kann, ist es nur notwendig, die zu befestigenden Flächen grob zu planieren
und insbesondere die Schichtdicke der Befestigung übersteigende Partikel zu
entfernen. Beschichtungen mit einer Dicke von 2-10 cm sind beispielsweise für
Fußwegbefestigungen geeignet, Schichten von 3-15 cm sind ausreichend, um
auch eine Befahrung mit normalen Fahrzeugen zuzulassen. Dies ist besonders
wichtig, wenn beispielsweise größere Parkplätze erfindungsgemäß befestigt wer
den sollen, da trotz der Durchlässigkeit der erfindungsgemäßen Produkte andern
falls eine Befahrbarkeit gegeben sein muß. Für besonders beanspruchte Flächen
kann die Schichtdicke erhöht sein, für wenig beanspruchte Flächen, beispiels
weise Hangbefestigungen für Wegränder, Dünen oder Deiche, kann die Schicht
dicke gegebenenfalls auf 1-2 cm verringert werden. Das Auftragen, Verdichten
und Glätten der erfindungsgemäßen Produkte erfolgt bei kleineren Flächen von
Hand und bei größeren Flächen mittels entsprechender, für die Fertigung von As
phalt- oder Betonbefestigungen, bekannter Vorrichtungen.
Bei einer vorzugsweise anzuwendenden Verdichtung der Oberflächen mit Rüttel
geräten wird eine stärkere Befestigung der Oberflächenschicht bei gleichzeitiger
Erhaltung größerer Durchlässigkeit der tieferen Schichten erreicht. Dadurch wird
erreicht, daß einerseits die Oberflächenschicht eine hohe Kapillaraktivität auf
weist, andererseits die Tiefenschichten nicht durch Feinanteile im abzuleitenden
Wasser verstopfen.
Bei besonders beanspruchten Flächen kann es sinnvoll sein, die Oberfläche durch
zusätzliches Aufbringen von Bindemitteln durch Aufrollen oder Aufsprühen zu
sätzlich zu befestigen, um den Abrieb zu verringern. Dabei ist jedoch darauf zu
achten, daß dadurch die Oberfläche nicht undurchlässig versiegelt wird.
Ein besonders bevorzugtes Verfahren ist das sogenannte Mix-in-place-Verfahren,
wobei die aus einem entsprechenden Sand oder Kies bestehenden Oberflächen,
bis hin zu salzhaltigen Sanden wie Dünen- oder Seesand, mit Hilfe geeigneter
Geräte, wie Fräsen, Spezialeggen oder ähnlichem, mit den Bindemitteln und Fa
sern vermischt und direkt verfestigt werden. Dies ist beispielsweise zur Befesti
gung von Deichen oder Wegebau in Sandgebieten eine besonders umweltfreund
liche, preisgünstige Lösung.
In den folgenden Beispielen wird das erfindungsgemäße Verfahren an einigen
Beispielen erläutert.
Zur Bestimmung der Festigkeitseigenschaften der erfindungsgemäßen Befesti
gungsmittel werden Normprismen gemäß DIN 1164, Teil 7 von 4 × 4 × 16 cm her
gestellt, indem man
100 Teile Sand (Körnung 0,2-0,8 mm - 8% Feuchtigkeit)
4 Teile Epoxydharz (Härter)
x Teile Glasfaser (Länge 19 mm, Dicke 0,014 mm)
4 Teile Epoxydharz (Härter)
x Teile Glasfaser (Länge 19 mm, Dicke 0,014 mm)
vermischt und von Hand in die entsprechenden Normformen eindrückt. Nach 3
Tagen wird entformt und gemäß DIN 1164 in einer Presse bis zum Bruch ge
drückt, um die Biege-Zugfestigkeit zu ermitteln. Die Ergebnisse sind in der folgen
den Tabelle aufgeführt.
Faseranteil in % | |
Biegefestigkeit (N/mm2) | |
0 | 3,0 |
0,2 | 3,4 |
0,4 | 4,3 |
1,0 | 5,8 |
3,0 | 8,2 |
Der Versuch in Beispiel 1 wurde mit Acrylglas als Bindemittel wiederholt, wobei
folgende Mischung getestet wurde:
100 Teile Sand,
8 Teile Styrol-Butylacrylat-Copolymerisat,
x Teile Glasfaser (wie in Beispiel 1).
8 Teile Styrol-Butylacrylat-Copolymerisat,
x Teile Glasfaser (wie in Beispiel 1).
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengefaßt.
Faseranteil % | |
Biegefestigkeit (N/mm2) | |
0 | 4,5 |
0,2 | 5,6 |
1,0 | 9,5 |
Der Versuch in Beispiel 1 wurde mit Wasserglas als Bindemittel wiederholt, wobei
folgende Mischung getestet wurde:
100 Teile Sand
15 Teile Wasserglas
X Teile Glasfaser wie in Beispiel 1
15 Teile Wasserglas
X Teile Glasfaser wie in Beispiel 1
Faseranteil % | |
Biegefestigkeit (N/mm2) | |
0 | 1,5 |
0,2 | 2,3 |
0,4 | 3,0 |
Claims (7)
1. Wasser- und gasdurchlässige Wege- und Flächenbefestigung hergestellt aus
einer aus körnigen Zuschlagstoffen, Bindemitteln und faserförmigen
Materialien bestehenden Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschlagstoffe aus Sand, Kies oder
mineralischen Recyclingstoffen in einer
Körnung von 0,1-10 mm bestehen, als Bindemittel ein organisches Harz auf
der Basis von Epoxid, Acrylat, Polyurethan, Polyolefin oder Wasserglas
eingesetzt ist, als Fasermaterial Glasfasern, Steinwolle, Keramikfasern oder
andere mineralische Fasern oder organische Fasern oder Naturfasern
Verwendung finden, wobei auf 100 Teile Zuschlagstoffe 0,2-10 Teile
Faserstoffe und 1-10 Teile Bindemittel eingesetzt werden.
2. Flächenbefestigung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
mineralischen Recyclingstoffe Bauschutt oder Splitt sind.
3. Verfahren zur Herstellung von wasser- und gasdurchlässigen Wege- und
Flächenbefestigungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus
Zuschlagstoff, Bindemittel und Fasern durch Erwärmen
oder Zugabe von Lösemitteln in einen plastischen Zustand gebracht und
vermengt und auf dem zu befestigenden, planierten, tragfähigen, wasser
durchlässigen Untergrund aufgebracht, verdichtet, geglättet und ausgehärtet
wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschlag
stoffe direkt den zu befestigenden Flächen entnommen und vor Ort mittels ge
eigneter Fräsen oder Eggen mit den Bindemitteln und Faserstoffen vermischt
und wieder auf die Fläche aufgebracht werden.
5. Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf
gebrachte Schicht auf eine Dicke von 1-15 cm gebracht wird.
6. Verfahren gemäß Anspruch 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schicht auf eine Biege-Zugfestigkeit von 3-20 N/mm2 verdichtet wird.
7. Verfahren gemäß Anspruch 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht
oberfläche stärker verdichtet wird.
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