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Verwendung von synthetischem Wollastonit-Material als Zuschlagstoff
für Schwarzdecken (2. Ausscheidung aus Patent/Patentanmeldung P 21 16 986.8-41)
Die Erfindung betrifft die Verwendung von synthetischem Wollastonit-Material als
Zuschlagstoff für Schwarzdecken zur Aufhellung von Teerstrassen.
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Natürlicher Wollastonit, ß-CaSiO3, ist als Kontaktmineral in Kontaktzonen
zwischen Kalkstein und Quarz entstanden.
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Die einzige grosse Lagerstätte, die zudem ein sehr reines und weisses
Material liefert, befindet sich in den Vereinigten Staaten. Nachdenman in Amerika
die vorteilhaften Eigenschaften des Wollastonits für keramische Zwecke erkannt hat,
versucht man in weniger rohstoffbegünstigten Ständern die Herstellung auf synthetischem
Wege. Ausser dem Zusammenschmelzen geeigneter Rohstoffe mit nachfolgender Kristallisation
ist auch die Darstellung durch Brennen von hydrothermal erzeugten Calciumhydrosilikaten
bekannt geworden. In letzterem Falle werden Produkte erhalten, die den Weissgrad
des natürlichen Wollastonita sogar noch übertreffen.
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Wenn es auch so gelingt, hochwertiges Material herzustellen, so sind
die bekannten Herstellungsverfahrensgänge für eine wirtschaftliche Verwertbarkeit
der ausgezeichneten Eigenschaften des Wollatonits im Strassenbau für Schwarzdecken
doch noch zu kostspielig.
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Ausgehend von der bei der elektrothermischen Herstellung von Phosphor
anfallenden Schlackenschmelze, kann der Verfahrensgang der Wollastonit-Herstellung
erheblich abgekürzt werden.
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Die Schlackenschmelze wird zunächst in bekannter Weise in Wasser abgeschreckt
und der dadurch entstandende, glasige Schlackensand anschliessend gegebenenfalls
nach mechanischer Entfernung von Verunreinigungen, die nicht in der Schmelze homogen
gelöst wurden, bei Temperaturen von mindestens IlooOC , vorzugsweise bei 1150 bis
12000C, in stark oxydierender Atmosphäre insbesondere in einem Drehofen so lange
gebrannt, bis das Material vollkommen
und ein kristallines Wollastonit-Material entstanden ist. Der richtige Betriebszustand
im Drehofen ist infolge genauer Regelung von Brenntemperatur und Verweilzeit am
deutlichen Farbumschlag zu erkennen.
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Das Brennprodukt ist bei optimaler Brenntemperatur ein lockeres und
bei sauberer Abtrennung der Verunreinigungen, rein weisses, griessiges Wollastonit-Material.
Der Eisengehalt ist überraschend niedrig, z.B. betrug in einer Probe der Fe2O3-Gehalt
o,o6 %. Bei dem auf eine Feinheit von 4000 cm2/g gemahlenen Pulver wurde ein Hellbezugswert
Y von 94, bezogen auf MgO = loo, gemessen. Das Produkt ist in der Weissqualität
dem besten synthetischen Wollastonit gleichwertig und beträchtlich besser als das
natürliche Mineral.
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Wie wichtig die Brenntemperatur für höchste Weissqualität ist, geht
daraus hervor, dass gleiches Schlackenmaterial bei lloo°C statt bei 11500C gebrannt
auch nach zweistUndigem Brand nur eine Helligkeit von Y = 90 erreicht.
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Wenn keine reine weisse Spitzenqualität erforderlich ist, kann man
auf die quantitative Abtrennung der färbenden Verunreinigungen verzichten. Diese
bilden im Brennprodukt deutlich sichtbare schwarze Körnchen, während sie in der
Ausgangsschlacke als graue Einsprenglinge in der grauen Grundmasse kaum zu erkennen
sind. Die Verfärbung erfolgt mit steigender Temperatur durch Reaktion dieser Einsprenglinge
unter Oxydation mit der Silikatsubstanz. Ein Wollastonit-Material mit 0,13 % Fe203-Gehalt,
der zum grössten Teil aus 23 solchen Verunreinigungen stammte, hatte nach der Vermahlung
2 auf 4000 cm fig eine leichte Cremefarbe und eine Helligkeit von Y = 88. Der Weissgehalt
lag somit immer noch huber dem des natürlichen Wollastonits.
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Zur Herstellung bestimmter Korngrössen wird zweckmässigerweise das
Ausgangsmaterial verformt. Man kann den Schlackensand mahlen und granulieren oder
brikettieren. Man kann auch die Mahlung des harten Sandes umgehen und den Sand direkt
in einer Kompaktiermaschine verformen. Schliesslich ist es möglich, den Sand nach
Vorerhitzung, z.B. bei 9oo0C, zu verformen, wodurch die Kompaktierung unter viel
geringerem Aufwand möglich ist. In letzterem Falle können die Abgase des Brennofens
zur Vorerhitzung des Brenngutes dienen. Es hat sich gezeigt, dass man durch Brennen
insbesondere der durch Kompaktierung gebildeten Formlinge ausserordentlich festes
Material hinsichtlich Abrieb und Festigkeit erhält.
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Die erforderliche Verweilzeit in der Brennzone richtet sich
nach
der gewünschten Entfärbung. Zweckmässigerweise werden bevorzugt kleine Formlinge
gebrannt, deren kleinste Durchmesser z.B. nicht über lo mm liegt. Derartige Formlinge
sind auch unempfindlicher gegen zu rasche Abkühlung.
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Das weisse stückige Wollastonit-Material besitzt eine hohe Härte,
geringen Abrieb und gute Griffigkeit. Es kann in jedem beliebigen geeigneten Kornband
zur Verfügung gestellt werden. Unter Verwendung des Wollastonit-Materials lassen
sich bituminöse Strassenbaumassen herstellen, die in Vergleich zu konventionellen
Massen sehr hell sind, als Fahrbahn verarbeitet, hohe Konstrastwirkung, hohes Reflektionsvermögen,
sowie gutes Bindevermögen und Frostbeständigkeit besitzen.
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Anhand des folgenden Beispiels wird die Erfindung näher erläutert.
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Beispiel Ein Asphalt-Feinbeton AFB o12 für Strassendecken wurde aus
94,5 % Zuschlag und 6,5 % Bitumen hergestellt. Der Zuschlag bestand aus 60% Split,
30 % Sand und lo % Füller. Der Split besass die folgende Körnungskennlinie: 0,09
mm = 8,1 % o,2 mm = 11,7 % o,63 mm = 27,o % 2,oo mm = 42,9 % 5,oo mm = 62,6 % 8,oo
mm = 80,1 % 12,oo mm =loo
Hierbei bestand das Kornband 2 bis 5 mm
aus dem synthetischen Wollastonit-Material, der Rest war Natursteinsplit.
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Der Feinbeton war hinsichtlich Festigkeit und Verschleissbarkeit mit
normalem Asphaltfeinbeton vergleichbar, er besass jedoch eine wesentlich höhere
Helligkeit und höheres Reflektionsvermögen.