DE2405913A1

DE2405913A1 - Elektrizitaet leitende, erhaertbare massen und ihre verwendung

Info

Publication number: DE2405913A1
Application number: DE19742405913
Authority: DE
Inventors: Alan Freeman; William Hymers
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1973-02-07
Filing date: 1974-02-07
Publication date: 1974-08-15
Also published as: CA1025201A; FR2216244A1; IT1004885B; AU6522074A; NO740400L; US3962142A; NO142906B; JPS5427851B2; NO142906C; NL7401623A; NL177483C; CH584665A5; FR2216244B1; GB1445611A; JPS49111931A; DE2405913B2

Description

PATENTANWÄLTE

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

München, den '· ^eb, 1974 Lo/Sv - M 3002

THE MARCONI COMPANY LIMITED Marconi House, New Street, Chelmsford, Essex, England

Elektrizität leitende, erhärtbare Massen und ihre Verwendung

Die Erfindung betrifft elektrisch leitfähige Systeme und insbesondere elektrisch leitfähige Materialien und Konstruktionen, welche diese verwenden.

Häufig ist es erforderlich, einem Baumaterial elektrisch leitfähige Eigenschaften zu erteilen.

Bei bestimmten Bauten wie z.B. Krankenhäusern ist es erwünscht, einen antistatischen Fußboden vorzusehen, d.h. Fußböden, in welchen sich keine statische Elektrizität aufbauen kann. Es wurde bereits vorgeschlagen, Kohlenstoff in Form von z.B. Acetylenruß in ^eton einzugeben, um Betonfußböden herzustellen, welche leitende Eigenschaften besitzen, um einen Ableitungspfad für statische Elektrizität zu schaffen. Obwohl jedoch die Eingabe von Acetylenruß in Beton einen Beton mit einem spezifischen elektrischen Widerstand, liefert,

409833/081 8

der geringer ist als derjenige im Fall eines normalen Betons, ist dieser spezifische Widerstand immer noch relativ hoch, in der Größenordnung von 15O Ohm.cm.

Die statische Elektrizität neigt dazu, abzufließen, es ist jedoch selbst bei solchen Anwendungen in starkem Maße erwünscht, verminderte, spezifische Widerstände zu erhalten.

Für Zwecke wie die Ausbildung von Erdverbindungen für Radioantennen, industrielle Anlagen, Kraftversorgungen und dergl. schließen spezifische Widerstände in dieser Größenordnung die Verwendung solcher Betonarten mit begrenzter, spezifischer elektrischer Leitfähigkeit aus. Aus diesem Grunde war es für Erdungszwecke, wie die obengenannten, bislang üblich, sogenannte chemische Erdungen zu verwenden. Bei einer chemischen Erdung wird eine Erdungselektrode in einem Hohlraum in der Erde vorgesehen, welche dann mit einem leitfähigen Füllmaterial aufgefüllt wird, welches ein Elektrolyt ist, so daß es sich hier um eine ionische Leitung handelt. Zumindest während sie feucht sind, besitzen solche ionisch leitenden Füllmaterialien überlegenere Leitungseigenschaften im Vergleich zu Betonarten, welche eine begrenzte spezifische Leitfähigkeit besitzen, wie sie bislang bekannt ist. Ein schwerwiegender Nachteil solcher Erdungsverbindungen besteht darin, daß die Erdung üblicherweise wegen des Austrocknens des Füllmaterials wirkungslos wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten, elektrisch leitenden Konstruktions- oder Baumaterials, welches insbesondere zur Ausbildung von Erdungsverbindungen gut geeignet ist, ohne daß es feucht gehalten werden muß, wie dies bei den Erdungsverbindungen vom chemischen Typ der Fall ist.

Die Erfindung betrifft daher eine härtbare Masse zur Verwendung als Konstruktions- oder Baumaterial, welche ein bindendes Material und einen Zuschlag umfaßt, wobei der Zuschlag elektrisch leitendes Material enthält, wobei sich die härt-

409833/0818

bare Masse dadurch auszeichnet, daß sie einen Anteil von relativ großem, elektrisch leitfähigem, teilchenförmigen! Material und einen Anteil von relativ kleinem, elektrisch leitfähigem, teilchenförmigen! Material enthält.

Vorzugsweise umfaßt das elektrisch leitfähige Material im wesentlichen ein oder mehrere, kohlenstoffhaltige Materialien.

Obwohl das bindende Material eine Anzahl von verschiedenen Formen in Abhängigkeit von dem für die Masse beabsichtigten Verwendungszweck annehmen kann, z.B. Stuckgips oder ein ungesättigtes Polyesterharz sein kann, enthält das bindende Material vorzugsweise ein zementartiges Material.

Wenn das bindende Material zementartig ist, enthält dieses bindende Material vorzugsweise wenigstens 50 Gew.-# von einem oder mehreren Materialien, welche bei der Reaktion mit Wasser stabile, im wesentlichen unlösliche, hydratisierte Calciumsilikate und/oder Calciumaluminate zu bilden vermögen, und vorzugsweise enthält das bindende Material einen Portlandzement und/oder einen Zement mit hohem Aluminiumoxidgehalt .

Vorzugsweise bildet das elektrisch leitfähige Material wenigstens 20 Gew.-^ der festen Anteile, berechnet auf Trockengewichtsbasis der erhärtbaren Masse.

Vorzugsweise beträgt die mittlere Größe des relativ großen, elektrisch leitfähigen Materials wenigstens das Zehnfache der Größe des relativ kleinen, elektrisch leitfähigen Materials.

Außerdem besteht das relativ große, elektrisch leitfähige Material vorzugsweise aus Teilchen einer solchen Größe, dass sie alle auf einem Sieb mit einer Maschenweite von 1,204 mm

409833/0818

(British Standards sieve ITr. 14-) zurückgehalten werden, und das relativ kleine, elektrisch leitfähige Material besteht aus Teilchen mit einer solchen Größe, daß alle ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,152 mm (British Standards sieve Fr. 100) passieren, wobei das Verhältnis der Gewichtsmengen des relativ großen, elektrisch leitfähigen Materials und der Menge des relativ kleinen, elektrisch leitfähigen Materials vorzugsweise in dem Bereich von 1:1 bis 50:1 liegt.

Das elektrisch leitfähige Material kann abstand-klassiert sein (gap-graded entsprechend British Standards Definition 2787 von 1956), wobei in diesem Falle dieses elektrisch leitfähige Material vorzugsweise im wesentlichen ein relativ großes, elektrisch leitfähiges Material, wovon alles eine solche Größe besitzt, daß es auf einem Sieb mit einer Maschenweite von 9>525 mm (3/8" mesh sieve) zurückgehalten wird, und ein relativ kleines, elektrisch leitfähiges Material, wovon alles eine solche Größe besitzt, daß es durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,053 mm (300 mesh British Standards sieve) hindurchgeht, umfaßt, und wiederum vorzugsweise besteht das relativ große, elektrisch leitfähige Material aus Teilchen mit einer Nenngröße von 12,7 mm (0,5 inch), und das relativ kleine, elektrisch leitfähige Material aus Teilchen mit einem Nenndurchmesser, der von 20 bis 50 & -.Einheiten reicht.

Die Verwendung von abstand-klassiert , elektrisch leitfähigem Material ermöglichte die Herstellung von Betonarten, welche spezifische elektrische Widerstände in der Größenordnung von 25 Ohm.cm besitzen. Es wurde jedoch gefunden, daß Betonarten mit noch geringeren spezifischen elektrischen Widerständen, wenigstens so niedrig wie 2 Ohm.cm in einigen lallen, hergestellt werden können, falls dieses elektrisch leitfähige Material Mengen von elektrisch leitfähigem Material enthält, welche in ihrer Größe zwischen diesem, relativ

409833/0818

großen, elektrisch leitfälligen Material und dies em. relativ kleinen, elektrisch leitfähigen Material liegen.

In dem zuletzt genannten Fall kann der Zuschlag aus Teilchen mit einer solchen Größenverteilung bestehen, daß die Neigung einer Auftragung von log/iQ cLes Prozentsatzes von Teilchen, welche durch verschiedene Siebe hindurchtreten, gegen den log^Q der Maschengrößen in Mikron dieser Siebe im Bereich von 0,35 bis 0,65 liegt.

Der Zuschlag kann aus Teilchen mit einer Größenverteilung bestehen, so daß das Spektrum der Größen innerhalb der äußersten Grenzen der kombinierten Spezifikationen von British Standards 882, deutscher Norm DIN1O45 und amerikanischer Norm ASTMO oder deren äquivalenten fällt, welche sich auf das Spektrum von Teilchengrößen beziehen, welche für konventionelle Zuschlagstoffe bei zementartigen Zusammensetzungen empfohlen werden.

Vorzugsweise besteht der Zuschlag aus Teilchen mit einer solchen Größenverteilung, daß das Spektrum der Größen vollständig in eine der oben angegebenen nationalen Normen fällt, welche sich auf das Spektrum von Teilchengrößen beziehen, die für konventionelle Zuschlagsstoffe empfohlen werden.

Vorzugsweise ist der Zuschlag in solchen Fällen im wesentlichen vollständig aus elektrisch leitfähigem Material zusammengesetzt, das vorzugsweise kalzinierter (gebrannter) Ölkoks ist.

Wenn dieses elektrisch leitfähige Material äbstand-Klassiert ist, ist das relativ große, elektrisch leitfähige Material vorzugsweise kalzinierter Ölkoks, und das relativ kleine, elektrisch leitfähige Material besteht aus Acetylenruß.

Falls die Zusammensetzung bzw. Masse zementartig bzw. zementhaltig ist, kann die Masse wasserabdichtende Mittel und/oder Blähmittel, welche an sich bekannt sind, enthalten. Ein ge-

409833/0818

eignetes Blähmittel oder Treibmittel für diesen Fall ist Aluminiumpulver, das in einer Menge von 8 g/kg des trockenen Zementpulvers hinzugesetzt wird.

Erhärtbare Massen, welche erfindungsgemäß hergestellt werden, können für einen breiten Anwendungsbereich verwendet werden, z.B. als Baumaterial einschließlich für die Herstellung von Erdungsverbindungen für Radioantennen, Kraftversorgung, industrielle Anlagen, usw., die Schaffung von Gebäudewänden, welche Radiofrequenzen abschirmende Eigenschaften aufweisen, die Schaffung von antistatischen Fußböden in Gebäuden, die Schaffung von Blitzableitern für Gebäude, wobei ein Abschnitt der sich zur vollen Höhe des Gebäudes erstreckenden Wand aus einer zementartigen, erfindungsgemäßen Masse hergestellt sein kann, usw.. Falls es erwünscht wird, kann in einen gemäß der Erfindung hergestellten Beton eine konventionelle Verstärkung eingebracht werden.

Im folgenden werden drei Beispiele von erhärtbaren Massen gemäß der Erfindung im einzelnen beschrieben. In jedem Falle war das bindende Material ein zementhaltiges Material, und das elektrisch leitfähige Material war abstand-Klassierfc

Beispiel 1

Gleiche Teile von trockenem Sand und gewöhnlichem Portlandzement wurden miteinander vermischt. Hierzu wurden Teilchen aus kalziniertem Ölkoks mit einer Nenngröße von 12,7 mm (0,5") hinzugesetzt, d.h. Koks, der gerade durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 12,7 mm (0,5 inch) hindurchtritt, jedoch auf einem Sieb mit einer Maschenweite von 9,525 mm (3/8" mesh) zurückgehalten wird. Das Gewicht des zugesetzten ölkoks betrug ein Drittel des Gewichtes des Sand/Zement-Gemisches. Acetylenruß mit einer Teilchengröße von 20 bis 50 α Einheiten wurde dann hinzugesetzt.

409833/0818

2405313

Das Gewicht des hinzugefügten Acetylenrußes betrug 5 % des Gewichtes der Grundmischung aus Sand/Zement. Zu der Mischung aus Zement/gesamter Zuschlag wurde dann Wasser hinzugegeben, wobei das zugesetzte Wasser 20 % des Gesamttrockengewichtes der Feststoffe ausmachte.

Beispiel 2 _und

Gleiche Teile von trockenem Sand/gewöhnlichem Portlandzement wurden miteinander vermischt. Hierzu wurden Teilchen aus kalziniertem Ölkoks, wiederum mit einer Nenngröße von 12,7 mm d/2") hinzugegeben. Das Gewicht des zugesetzten Ölkoks war gleich einem Drittel des Gewichtes der Sand/Zementmischung. Acetylenruß mit einer Teilchengröße von 20 bis 50 A* - Einheiten wurde dann hinzugegeben. Das Gewicht des zugesetzten Acetylenrußes betrug 7» 5 ⁰A des Gewichtes der Grundmischung aus Sand/ Zement. Zu der Mischung aus Zement/gesamter Zuschlag wurde dann Wasser hinzugegeben, wobei das Gewicht des zugesetzten V/assers 20 % des Gesamttrockengewichtes der Feststoffe betrug.

Beispiel 3

Gleiche Teile von trockenem Sand und Zement wurden miteinander vermischt. Hierzu wurden Teilchen aus kalziniertem Ölkoks, wiederum mit einer Nenngröße von 12,7 mm (1/2") hinzugesetzt. Das Gewicht des zugesetzten ölkoks war gleich einem Drittel des Gewichtes der Mischung aus Sand/Zement. Acetylenruß mit einer Teilchengröße von 20 bis 50 S wurde dann hinzugegeben. Das Gewicht des zugesetzten Acetylenrußes betrug 10 % der Grundmischung aus Sand/Zement. Zu der Mischung aus Zement/gesamter Zuschlag wurde dann Wasser hinzugegeben, wobei das Gewicht des zugesetzten Wassers 20 % des Gesamttrockengewichtes der Feststoffe war.

Die spezifischen Widerstände der in den oben genannten Beispielen hergestellten Betonsorten sind in den folgenden Tabellen, 1500 Stunden nach dem Erhärten und , 4-500 Stunden nach dem Erhärten mit vier Beispielen von Betonarten, welche mit H- bis 7 numeriert sind, verglichen, die nicht unter die Erfindung fallen«

409833/0818

BeisOJel 4-

Der Ansatz des Beispiels 4 besteht aus gleichen Teilen von trockenem Sand und gewöhnlichem Portlandzement, zu welchem Wasser hinzugesetzt wurde, wobei das Gewicht des zugesetzten Wassers 20 % des Trockengewichtes der Sand/Zement-Feststoffe betrug.

Beispiel 5

Die Mischung des Beispiels 5 besteht aus gleichen Teilen von trockenem Sand und gewöhnlichem Portlandzement, zu welchem Kohlenkoks mit einer Nenngröße von 12,7 mm ^1/2") hinzugesetzt wurde. Das Gewicht des zugesetzten Kohlekokses betrug ein Drittel des Gewichtes der Sand/Zement-Mischung. Zu dem Gemisch aus Zement/gesamter Zuschlag wurde dann Wasser hinzugegeben, wobei das Gewicht des zugesetzten Wassers 20 % des Gesamttrockengewichtes der Feststoffe betrug.

Beispiel 6

Die Mischung des Beispiels 6 besteht aus gleichen Teilen von trockenem Sand und gewöhnlichem Portlandzement, zu welc_hem kalzinierter Ölkoks mit einer Nenngröße von 12,7 mm (i/2") hinzugesetzt wurde. Das Gewicht des zugesetzten, kalzinierten Ölkokees betrug ein Drittel des Gewichtes der Sand/Zement-Mischung. Zu dem Gemisch aus Zement/gesamter Zuschlag wurde dann Wasser hinzugegeben, wobei das Gewicht des zugesetzten Wassers 20 % des Gesamttrockengewichtes der Feststoffe betrug.

Beispiel 7

Die Mischung des Beispiels 7 besteht aus gleichen Teilen von trockenem Sand und gewöhnlichem Portlandzement, zu welchem Acetylenruß mit Teilchengrößen von 20 bis 50 % - Einheiten hinzugesetzt wurde. Das Gewicht des zugesetzten Acetylenrußes betrug 5 # des Gewichtes der Sand/Zement-Mischung. Zu dem Gemisch aus Zement/gesamter Zuschlag wurde dann Wasser hinzugesetzt, wobei das Gewicht des zugesetzten Wassers 20 % des Gesamttrockengewichtes der Feststoffe betrug.

409833/0818

TABELLE
Beispiel Spezifischer Widerstand in Ohm.cm

	nach 1500 h	nach 45OO h
1	28,0	27,5
2	29,0	23,8
3	20,0	20,2
4	97OO	58900
5	1000	7OOO
6	646	3560
7	160	168

Der gemäß der Erfindung erzielte Effekt ist aus den Werten dieser Tabelle eindeutig zu ersehen. Wie sich ferner ergibt, ergibt die Verwendung von kalziniertem ölkoks (Beispiel 6) einen niedrigeren, spezifischen Widerstand als die Verwendung von Kohlekoks in einer sonst gleichen Zusammensetzung bzw. Masse (Beispiel 5)· Bei den erfindungsgemäßen Massen ergibt die Verwendung von lalziniertem ölkoks in gleicher Weise eher als Kohlekoks einen niedrigeren, spezifischen Widerstand.

Kalzinierter Ölkoks oder Ölkoks oder Petroleumkoks, wie er auch oft genannt wird, ist ein Koks, der als Ergebnis der Destillation von Erdöl gebildet wird, und der von zahlreichen Erdoldestillierer den Firmen erhältlich ist. Ohne Berücksichtigung von Kohlenstoff dürfen entsprechend einer typischen Anforderung für kalzinierten Ölkoks folgende Materialien in den angegebenen, maximalen Prozentsätzen vorliegen:

Schwefel 1,8 # maximal

flüchtige Stoffe 0,5 ^fl "

Feuchtigkeit 0,5 " "

Asche 0,5 « »

409833/0818

Der in dem oben aufgeführten und in den noch folgenden Beispielen verwendete, kalzinierte Ölkoks enthielt außer Kohlenstoff folgende Materialien in den angegebenen Prozentsätzen:

Schwefel (Gesamt) 1,6 #

Sulfat (als SO₅) 0,01 %

flüchtige Stoffe 0,3 #

Feuchtigkeit 0,3 #

Asche 0,2 ^.

Der Schwefel im Koks liegt dort hauptsächlich als freier Schwefel vor, der in das Kristallgitter des Kokses eingebunden ist, wobei eine kleine Menge des Gesamtschwefels auch in hochmole-

wasserkularen Kohlenstoffen vorliegt, welche die flüchtigen Stoffe bilden. Der niedrige Sulfatgehalt in dem Koks vermeidet die Notwendigkeit der Verwendung von sulfatfestem Zement, mit Ausnahme der Fälle, in denen die vorkommenden Konzentrationen von Sulfaten in der umgebenden Erde und/oder den Grundwässern diese Verwendung erforderlich machen.

Im folgenden sind weitere Beispiele von erhärtbaren Massen gemäß der Erfindung aufgeführt, bei denen das bindende Material zementartig ist, und das elektrisch leitfähige Material Mengen von elektrisch leitfähigem Material einschließt, welche in ihrer Größe zwischen dent relativ großen, elektrisch leitfähigem Material und dem relativ kleinen, elektrisch leitfähigem Material liegen.

Hierzu wird auf die Zeichnung Bezug genommen; in der Zeichnung sind:

Fig. 1 bis 6 die Wiedergabe verschiedener nationaler Normen für die Klassifizierung bzw. Sortierung von Teilchengrößen konventioneller Zuschlagsstoffe,

Fig. 7 eine Darstellung der Spektrumsgrenzwerte der Britischen Norm 882, der DIN 1045 und der US-Norm ASTM 033.

409833/0818

8 ist eine Tabelle von Beispielen von klassiertem Zuschlag aus kalziniertem Ölkoks, der bei der Durchführung der Erfindung eingesetzt werden kann,

Fig. 9 ist die Wiedergabe eines Berichtes über Normfestigkeitsuntersuchungen, die an einem erfindungsgemäßen Beton durchgeführt wurden, in welchem ein Zuschlag aus kalziniertem Ölkoks enthalten war, wie von Beispiel 7 aus Fig. 8, und

Fig.10 ist ein Diagramm, welches die elektrischen Eigenschaften eines weiteren Betons gemäß der Erfindung wiedergibt.

Auf dem konventionellen Gebiet der Betonherstellung ist es an sich bekannt, daß der Zuschlag zu dem Zementpulver in Klassier-Teilchengrößen zugemischt werden sollte, um die Zwischenräume zwischen den Zuschlagteilchen zu vermindern, so daß eine maximale mechanische Festigkeit - Druckfestigkeit - erhalten wird.

Es gibt bereits international anerkannte Normen, nach welchen das Spektrum der Teilchengrößen, über das der Zuschlag für eine vorgegebene mechanische Festigkeit klassiert bzw. sortiert sein sollte, bestimmt werden kann ..

Die Fig. 1 bis 6 erläutern die Empfehlungen für das Klassieren von Zuschlagteilchengrößen gemäß der Britischen Norm BS882, Zone 1 (Fig. 1), Britische Norm BS882,Zone 2 (Fig. 2), Britische Norm BS882, Z_One 3 (Fig.3), Britische Norm BS882, zone 4-(Fig.4), Deutsche Norm DIN1045 (Fig.5) sowie amerikanische Norm ASTM 033 (Fig.6).

409833/0818

Diese Figuren sind Diagramme, welche die Siebmaschenzahlen/ -größen gegen die Prozentzahlen, in Gewicht, von Zuschlagteilchen, welche durch sie hindurchgehen, eingetragen enthalten. In jeder Figur sind die oberen und unteren Linien des Spektrums gezeigt, und damit ein Zuschlag diese Normen erfüllt, sollte seine Spektrumlinie irgendwie zwischen die obere und untere, gezeigte Spektrumlinie zu liegen kommen.

Gemäß eines bevorzugten Merkmales der Erfindung umfaßt eine zementhaltige Masse einen Zuschlagsstoff, der aus leitfähigen Teilchen besteht, in dsi spezifischen, im folgenden aufgeführten Beispielen kalzinierter Ölkote, welche so klassiert sind, als ob sie ein normaler, in eine Grundbetonmischung einzuführender Zuschlag wären. Durch Anwendung der Prinzipien des Klassierens bzw. Sortierens, die in den in den Fig. 1 bis gezeigten, nationalen Normen dargestellt sind, auf kalzinierten Ölkoks, gegenübergestellt konventionellem Zuschlag, ergaben sich nicht nur Betonarten, welche eine zufriedenstellende, mechanische Festigkeit besitzen, sondern welche ebenfalls einen extrem niedrigen Widerstand aufweisen, normalerweise wenigstens mit so niedrigen Werten wie 2 Ohm.cm.

Obwohl gefunden wurde, daß die besten Ergebnisse durch Klassieren des kalzinierten ölkoks in Übereinstimmung mit einer oder mehreren der oben erwähnten Normen erhalten werden, da hierdurch maximale Festigkeit und minimaler elektrischer Widerstand erzielt werden können, kann der kalzinierte Ölkoks über ein Spektrum von Teilchengrößen klassiert sein, welches außerhalb der oben diskutierten Empfehlungen liegt, falls z.B. das

Estrich
Baumaterial als oder Rohbewurf verwendet werden soll, bei welchem die mechanische Festigkeit nicht von überragender Wichtigkeit ist. Das Klassieren der Teilchengrößen des kalzinierten ölkokses über ein Spektrum von Teilchengrößen. ■ i welches eine Verteilung von Teilchengrößen nicht in Übereinstimmung mit einer der nationalen Normen ergibt, kann, wie gefunden wurde, dennoch eine vor-

409833/081 8

teilhafte Verminderung des spezifischen Widerstandes ergeben, im Vergleich z.B. mit einem Beton, der ein zugesetztes leitfähiges Material mit gleichartiger, nomineller Teilchengröße enthalt.

In der Fig. 7 sind die Spektrumgrenzwerte der BS882, der DIN1045 und der ASTM G33 zusammen in einem Diagramm dargestellt. Für eine zufriedenstellende mechanische Festigkeit und einen zufriedenstellenden, niedrigen Widerstand kann es als ausreichend angesehen werden, die Teilchengrößen des kalzinierten ölkokses über ein Größenspektrum zu klassieren, welches irgendwo innerhalb der äußersten Grenzwerte der in der Fig. 7 dargestellten, kombinierten Spezifikationen bzw. Normen fällt.

Spezifische Beispiele von Zuschlag, der aus kalzinierten Ölkoksteilchen besteht, welche eine Größenverteilung zwischen relativ großen und relativ kleinen Teilchen besitzen, werden im folgenden betrachtet.

Beispiel 1

Eine Menge von ölkoks wurde zusammengestellt, wobei ihre Teilchengrößen von 0,152 mm (100 mesh) bis 0,9525 mm (3/8") sortiert waren. Teilchen mit Nenngrößen von 0,15 mm (100 mesh), 0,3 mm (52 mesh), 0,6 mm (25 mesh), 1,2 mm (14 mesh), 2,5 mm (7 mesh), 4,8 mm (3/16") und 9,5 mm (3/8") waren in den folgenden Prozentsätzen, in Gewicht, welche durch Siebe entsprechend der britischen Norm BS410 hindurchtraten, vorhanden.

Größe (BS410 Siebgröße)

9,5 mm (3/8") 4,8 mm (3/16")

2,5 mm (7 ) 1,2 mm (14 ) 0,6 mm (25) 0,3 mm (52) 0,15 mm (100)

Gew.-#, durch BS4iO-Sieb durchtretend

100 90

12

5 1,5

409833/0818

Der so gebildete Zuschlag v/eist, wie sich, aus der rechten, voll ausgezogenen Linie in dem Diagramm der Fig. 7 ergibt, ein Spektrum von Teilchengrößen auf, welches an der Grenze der kombinierten, empfohlenen Normen, welche durch die Fig.7 dargestellt werden, liegt. Falls zu gewöhnlichem Portlandzement eine Menge dieses klassierten Zuschlages aus kalziniertem ölkoks hinzugegeben wird, der z.B. 25 #, in Trockengewicht, des Zementes gleich ist, zusammen mit einer Wassermenge, welche 20 % in Trockengewicht der Feststoffe gleich ist, ergibt sich ein Beton, der eine gute mechanische Festigkeit und einen niedrigen elektrischen Widerstand besitzt, der jedoch nicht alle nationalen Normen erfüllt.

Beispiel 2

Eine ölkoksmenge mit Teilchengrößen, klassiert wie in Beispiel 1, wurde zusammengestellt, wobei jedoch die Teilchengrößen in den folgenden Prozentsätzen in Gewicht vorlagen, welche durch Siebe der britischen Norm BS41O hindurchtraten.

Größe (BS410 Siebgröße)

9,5 mm (3/8") 4,8 mm (3/16") 2,5 mm (7")
1,2 mm (14 ) 0,6 mm (25 ) 0,3 mm (52 ) 0,15mm (100)

Gew.-^, durch BS4iO-Sieb durchtretend

100 100 100

72

20 4

Der so gebildete Zuschlag weist, wie sich aus der linken, voll ausgezogenen Linie des Diagramms der Fig.7 ergibt, ein Teilchengroßenspektrum auf, welches innerhalb der Grenzwerte der empfohlenen britischen Norm liegt, jedoch.nicht vollständig innerhalb der Grenzwerte der kombinierten, durch die Fig.7 dargestellten Normen. Wiederum ergibt sich ein Beton, falls dieser Zuschlag mit Zement und Wasser entsprechend Beispiel 1 vermischt wird, der gute mechanische Festigkeit und niedrigen elektrischen Widerstand besitzt, der jedoch nicht alle nationalen Normen erfüllt.

409833/0818

Diese Beispiele 1 und 2 können in unterschiedlichen Prozentsätzen miteinander vermischt werden, um Spektren von Teilchengrößen zu liefern, welche zwischen den zwei Spektren liegen, welche durch die Beispiele selbst gezeigt werden. Dies wird in der in der Fig.8 gegebenen Tabelle erläutert, welche unterschiedliche Mischungen der Beispiele 1 und 2 zeigt, wodurch die Beispiele 3 bis 11 erhalten -wurden.

Die Beispiele 3 bis 11 könnten natürlich auch direkt zusammengestellt werden. Oftmals ist es jedoch einfacher, Proben eines vorgegebenen Kokszuschlages zu analysieren und die verschiedenen Zuschläge in der in der Fig. 8 gezeigten Weise miteinander zu kombinieren.

Wie sich hieraus ergibt, erfüllen die Beispiele 3 bis 11 in der Fig.8 die britische, deutsche und amerikanische Norm wie folgt:

Beispiel BS882 ΏΙΝ1Ο45 ASTM C33

3 · Zone 3 - nein nein

4 Zone 3 nein nein

5 Zone 2 nein ja

6 Zone 2 ja ja

7 Zone 2 ja ja

8 ja ja

9 Zone 1 ja ja

10 Zone 1 ja nein

11 Zone 1 ja nein

Um die strukturelle (mechanische) Festigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Betonarten zu zeigen, wurde eine Standardreihe von Untersuchungen an verschiedenen Mischungen eines Betons durchgeführt, der aus gewöhnlichem Portlandzement (O.P.C.) und einem Zuschlag aus kalziniertem ölkoks gemäß dem oben aufgeführten Beispiel 7, d.h. einem Kokszuschlag, der die BS882 Zone 2 erfüllte, und Wasser hergestellt worden war.

409833/0 818

Die Zusammensetzung dieser drei Betonarten und die Ergebnisse dieser Standarduntersuchungen sind in der Fig.9 enthaltenen Tabelle zusammengestellt. Wie sich hieraus ergibt, enthalten die Betonsorten 9 bis 12 in Fig.9 kleine Mengen von Acetylenruß. Wie sich hieraus ergibt, bestand der Zuschlag in jedem Falle lediglich aus leitfähigen Teilchen aus Acetylenruß und/ oder kalziniertem Ölkoks. Keine konventionellen Zuschlagmaterialien bildeten einen Teil des Zuschlages.

In der Oä>elle der Fig. 9 bedeuten N/mm² = 10,2 kg/cm² = 14-5,5 lbf/in².

In allen Fällen wurden sehr niedrige Werte für den spezifischen Widerstand erhalten. So wurden beispielsweise im Fall der Mischungen 2, 4-, 5, 6, 7> 8 und 12, die in der Fig.9 aufgeführt sind, zumindest so niedrige Werte des spezifischen Widerstandes wie 2 Ohm.cm beobachtet.

In allen Fällen wurde gefunden, daß die erhaltenen Werte des spezifischen Widerstandes sehr stabil waren. Im Fall eines Betons gemäß Beispiel 7 zeigte der Beton z.B. einen spezifisdhen Anfangswiderstand von 0,52 Ohm.cm, gemessen bei 300 Hz, der auf 0,62 0hm.cm nach 150 Stunden nach dem Hartwerden anstieg, und während der nachfolgenden 2000 Stunden zwischen einem Maximalwert von 0,66 Ohm.cm und einem Minimalwert von 0,61 Ohm.cm variierte.

Ein weiteres Beispiel eines gleichartigen Betons wurde thermischen Untersuchungen unterworfen. Hierbei wurde gefunden, daß

.er eine spezifische Wärme von 2,77 für eine maximale Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs von 70°C/sec, eine Stromdichte von 24,8 A/cm (160 amps/sq.in.) und einen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes in der Größenordnung von 0,16 #/°G aufwies, wie dies auch durch das Diagramm der Fig.10 dargestellt ist.

409833/0818

Wenn Koks mit klassierter bzw. sortierter Teilchengröße nicht direkt von einer Rohöldestillierenden Firma erhältlich ist, können natürlich größere Koksteilchen in an sich bekannter Weise zerkleinert werden, wobei spezielle Firmen die gea.gneten Zerkleinerungseinrichtungen zur Lieferung von Koks mit den gewünschten Teilchengroßen besitzen.

Im folgenden werden die Fig. 11 und 12 der Zeichnung näher erläutert, wobei die Fig. 11 eine teilweise geschnittene Ansicht einer elektrisch leitfähigen Struktur_s in diesem Falle einer Erdungsverbindung ist, welch© gemäß der Erfindung hergestellt wurde, und die Fig» 12 einen Schnitt längs der Schnittlinie A-A von Fig. 11 darstellt_o

Bei den Fig_o 11. und 12 soll ein Leiter 1 mit der Erde verbunden v/erden ο Um dies zu bewerfest elligen ₉ wird der leiter durch Nieten oder Schweißen mit einer Kiipferplattenel©ktrod@ verbunden, welche in einer Masse aus Beton 3 eingebettet ist_s der selbst einen (nicht dargestellten): Hohlraum_s der in &©r Erdoberfläche ausgebildet wurde, ausfüllte Bie Betonmasse 3 wird gemäß Beispiel 7 in der dbelle der J?igo9 angesetzte

Um die in bestimmten Fällen vorhandene Möglichkeit das Ein== dringens von Feuchtigkeit in die Betonmasse herabzusetzen„ wodurch eine elektrolytisehe Einwirkung zwischen dem leitfähigen Material der Plattenelektrode 2 und den leitfähigen Teilchen in der Betonmasse 3 hervorgerufen werden könnte, sind die Plattenelektrode 2 und ein Teil des Leiters 1, wo er mit der Elektrode 2 verbunden ist, durch eine relativ kleine Masse aus Beton 4- eingekapselt. Die Betonmasse 4 besteht ebenfalls aus der Mischung entsprechend Beispiel 7 der Fig.9» wobei dem Gemisch jedoch ein Wasserdichtmachendes Mittel in den von der Lieferfirma angegebenen Mengen zugesetzt wurde. Es sind eine Anzahl von wasserdichtmachenden Mitteln für die Anwendung im Beton im Handel erhältlich. Ein Produkt ist beispielsweise unter der Warenbezeichnung "PROPALIN" erhältlich, wovon die Sorte O31 bevorzugt ist.

409833 /0818

Ferner wäre es auch möglich, ein wasserabdichtendes Mittel in die größere Masse 3 aus Beton einzugeben und die einkapselnde Schicht 4 wegzulassen. Die Verwendung einer einkapselnden Schicht, wie der Schicht 4·, in welche die Plattenelektrode 2 in einer Vorstufe eingesetzt wird, ist jedoch oft einfacher durchzuführen.

Der die Masse 3 bildende Beton enthält als Expandiermittel oder Treibmittel Aluminiumpulver, das in einer Menge von 8g/kg des trockenen Zementpulvers hinzugesetzt wurde, wodurch Jede Neigung des Betons zum Abschrumpfen von den Wänden des Hohlraumes in der Erdoberfläche beim Erhärten vermieden wird.

- Patentansprüche -

409833/0818

Claims

Patentansprüche

Μ|« Erhärtbare Masse zur Verwendung als Baumaterial, welches ein bindendes Material und einen Zuschlag enthält, wobei der Zuschlag elektrisch leitfähiges Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material eine Menge τοπ relativ großem, elektrisch leitfähigem, teilchenförmigen! Material und eine Menge von relativ kleinem, elektrisch leitfähigem, teilchenförmigem Material umfaßt»
2. Erhärtbare Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material im wesentlichen ein oder mehrere, kohlenstoffhaltige Materialien umfaßt.
3. Erhärtbare Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das bindende Material ein zementartiges bzw. zementhaltiges Material umfaßt.
4-. Erhärtbare Masse nach Anspruch 3 9 dadurch gekennzeichnet, daß das bindende Material wenigstens 50 Gew.-^ von einem oder mehreren Materialien umfaßt, welche bei der Reaktion mit Wasser, stabile, praktisch unlösliche, hydratisierte Oalciumsilikate und/oder Oalciumaluminate zu bilden vermögen.
5. Erhärtbare Masse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e kennz eichnet, daß das bindende Material einen Portlandzement und/oder einen Zement mit hohem Aluminiumoxidgehalt einschließt.
6. Erhärtbare Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material wenigstens 20 Gew.-^ des Feststoffgehaltes bildet, berechnet auf Trockengewichtsbasis der erhärtbaren Masse. 409833/0818
7. Erhärtbare Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Größe des relativ großen, elektrisch leitfähigen Materials wenigstens das Zehnfache der Größe des relativ kleinen, elektrisch leitfähigen Materials beträgt.
8. Erhärtbare Masse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das relativ große, elektrisch leitfähige Material aus Teilchen mit einer solchen Größe besteht, daß sie alle auf einem Sieb mit einer Maschenweite von 1,2 mm (3ritish Standards sieve Nr. 14-) zurückgehalten werden, und daß das relativ kleine, elektrisch leitfähige Material aus Teilchen mit einer solchen Größe besteht, daß alle durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,15 mm (British Standards sieve Hr. 100) hindurchgehen.
9. Erhärtbare Masse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Gewichtsmenge des relativ großen, elektrisch leitfähigen Materials und der Menge des relativ kleinen, elektrisch leitfähigen Materials im Bereich von 1:1 bis 50:1 liegt.
10. Erhärtbare Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material mit einem Abstand klassiert isb.
11. Erhärtbare Masse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material im wesentlichen einen relativ großes, elektrisch leitfähiges Material, wovon alles eine solche Größe besitzt, daß es auf einem Sieb mit einer Maschenweite von 9»5 mm (3/8" mesh sieve) zurückgehalten wird, und ein relativ kleines, elektrisch leitfähiges Material mit einer solchen Größe, daß alles durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,05 mm (British Standards sieve Nr. 3OO mesh) hindurchgeht, umfaßt.

409833/081 8
12. ErMrtbare Masse nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et, daß das relativ große, elektrisch leitfähige Material aus Teilchen besteht, welche eine Nenngröße von 12,7 mm (0,5 inch) besitzen, und daß das relativ kleine, elektrisch leitfähige Material aus Teilchen besteht, welche einen Nenndurchmesser im Bereich von 20 bis 50 S - Einheiten aufweisen.
13. Erhärtbare Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material Mengen von elektrisch leitfähigem Material einschließt, welches in seiner Größe zwischen dem relativ großen, elektrisch leitfähigem Material und dem relativ kleinen, elektrisch leitfähigem Material liegt.
14. Erhärtbare Masse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlag aus Teilchen einer solchen Größenverteilung besteht, daß die Neigung der Auftragung des log^Q des Prozentsatzes der durch die verschiedenen Siebe hindurchtretenden Teilchen gegen den log^Q der Maschengröße in Mikron dieser Siebe im Bereich von 0,35 bis 0,65 liegt.
15· Erhärtbare Masse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlag aus Teilchen mit einer solchen Größenverteilung besteht, daß das Spektrum der Größen innerhalb der äußersten Grenzwerte der kombinierten Spezifikationen der britischen Norm 882, der deutschen Norm DINIO45 und der amerikanischen Norm ASTM 033 oder deren Äquivalenten fällt, welche sich auf das Spektrum von Teilchengrößen beziehen, die für konventionelle Zuschlagsstoffe in zementhaltigen Massen empfohlen sind.

409833/0818
16. Härtbare Masse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlag aus Teilchen mit einer solchen Größenverteilung besteht, ä£> das Spektrum der Größen vollständig innerhalb einer nationalen Norm liegt, welche sich auf das Spektrum von Teilchengrößen bezieht, die für konventionelle Zuschlagsstoffe empfohlen sind.
17- Erhärtbare Masse nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlag im wesentlichen vollständig aus elektrisch leitfähigem Material zusammengesetzt ist.
18. Erhärtbare Masse nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material kalzinierter Ölkoks ist.
19· Erhärtbare Masse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das relativ große, elektrisch leitfähige Material kalzinierter Ölkoks ist, und daß das relativ kleine, elektrisch leitfähige Material Acetylenruß ist.
20. Erhärtbare Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Expandiermittel oder Treibmittel enthält.
21. Erhärtbare Masse nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Expandiermittel Aluminiumpulver ist, das in einer Menge von 8 g/kg des trockenen Zementpulvers hinzugesetzt ist.
22. Erhärtbare Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein gegen Wasser abdichtendes Mittel enthält.
23- Verwendung der erhärtbaren Masse nach einem der Ansprüche bis 22 zur Herstellung einer Erdungsverbindung, welche eine in die Erde mit Hilfe einer härtbaren Masse eingesetzte Elektrode umfaßt. 409833/0818
24. Ausführungsform nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Erde mittels einer erhärtbaren Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 21 eingesetzte Elektrode eine Barriereschicht aus einer erhärtbaren Masse nach Anspruch 22 versehen ist.
25· Verwendung der erhärtbaren Massen nach einem der Ansprüche 1 bis 22 zur Herstellung eines antistatischen Betonfußbodens, der einen aus der erhärtbaren Masse gebildeten Estrich umfaßt.
26. Verwendung der erhärtbaren Massen nach einem der Ansprüche 1 bis 22 zur Ausbildung einer Wand oder eines Teiles einer Wand in einem Bauwerk oder Gebäude zur Abschirmung von Radiowellen.
27· Verwendung der erhärtbaren Massen nach einem der Ansprüche 1 bis 22 in einem Gebäude oder einer Struktur, welche wenigstens einen Abschnitt der sich bis zur Vollen Höhe erstreckenden Wand aus einer solchen erhärtbaren Masse als Blitzableiter umfaßt.
28. Erdungsverbindung, dadurch gekennz eichnet, daß sie eine in die Erde mittels einer erhärtbaren Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 22 eingesetzte Elektrode umfaßt.
29· Erdungsverbindung, dadurch gekennz eichnet, daß sie eine in die Erde mittels einer erhärtbaren Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 2Λ eingesetzte Elektrode umfaßt, wobei die Elektrode mit einer Barriereschicht aus einer erhärtbaren Masse nach Anst>ruch 22 versehen ist.

4098 3-3/0818
30. Antistatischer Betonfußboden, dadurch gekennzeichnet, daß er einen aus einer erhärtbaren Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 22 hergestellten Estrich umfaßt.
· Bauvrerk oder Gebäude mit einer Wand oder Wänden, welche wenigstens teilweise aus einer erhärtbaren Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 22 hergestellt sind, zur Abschirmung gegenüber Radiowellen.
32. Bauwerk oder Gebäude, welches wenigstens einen Wandabschnitt umfaßt, der sich bis zur vollen Höhe des Gebäudes oder Bauwerks erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer erhärtbaren Masse nach einem der AnsOrüche bis 22 besteht und als Blitzableiter dient.

409833/0818