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Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus bituminösem Beton von
hoher Beständigkeit Die vorliegende Erfindung hat die Bereitung eines Betons zum
Gegenstande, dessen mechanische Widerstandsfähigkeiten denen des Zementbetons zum,-mindesten
gleich, in manchen1Punkten sogar überlegen sind.
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Gemäß der Erfindung werden als Bindemittel für den Sand und das steinige
Material schmelzbare, nicht hydraulische Körper, wie.die verschiedenartigen Pechsorten,
verwendet, so Gasteerpech, Pech aus Kokereien, Braunkohlenpech, Stearinpech, Mineralölpech,
Holzteerpech und andere Peche, die von irgendeinem Destillationsrückstand herrühren,
ferner Bitumensorten und Asphalt, wobei diese Körper jedoch so ausgewählt oder so
behandelt werden müssen, daß die damit bereiteten Betons bei allen Temperaturen,
denen die fertigen Betongegenstände später ausgesetzt werden, fest bleiben und nicht
etwa halbflüssig werden.
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Es sind bereits zahlreiche Versuche gemacht worden, bei Betons, z.
B. bei solchen, die zur Herstellung von Kanalisationen bestimmt sind, als Bindemittel
natürliche oder künstliche Asphalte oder Peche zu verwenden. Alle diese Versuche
sind jedoch als gescheitert anzusehen, da die so hergestellten Gegenstände keine
Belastung aushielten und leicht ihre Form verloren, und zwar nicht nur, wenn sie
der Sonne ausgesetzt wurden, sondern öfter auch schon mit der Zeit bei gewöhnlicher
Temperatur, wenn sie belastet waren.
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Wie die Erfinder auf Grund zahlreicher Versuche .festgestellt haben,
sind diese Mißerfolge auf die bisher verwendet en Bindemittel zurück zuführen. Es
wurde nämlich festgestellt, daß sich diese Bindemittel, wie Asphalte und Peche,
unterhalb ihres Schmelzpunktes nicht bei jeder Temperatur wie feste Körper verhalten
und auch beim Erwärmen nicht unmittelbar von dem festen Zustand in den flüssigen
übergehen, sondern während ihrer Erwärmung einen zwischen fest und flüssig liegenden
Zustand annehmen, so daß man sie als halbflüssig oder als halbfest bezeichnen kann.
Die Zeit, während der die Körper in diesem Zwischenzustand bleiben,- schwankt je
nach der- Natur der Körper-.
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Dieser eigenartige Zwischenzustand konnte durch die-bisher bekannten
Methoden der Bestimmung des Erweichungspunktes in keiner Weise festgestellt werden.
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So kommt es, daß man ein Pech mit einem Erweichungspunkt nach Kremer
& Sarnow von 85' handelsüblich als Hartpech bezeichnet, obgleich es bei
Sommertemperatur unter einer geringen Belastung seine Form verliert oder sich abplattet.
Obwohl also das Pech als harter Körper bezeichnet wird, kann es doch in strengem
Sinne nicht als solcher angesprochen werden.
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In der Literatur findet man eine Bestätigung des vorstehend Ausgeführten
z. B. in dem Werke von M ar c u s s o n »Die natürlichen und künstlichen Asphalte«
(192z, Seite 73), der auseinandersetzt, daß die natürlichen oder künstlichen Asphalte,
d. h. die Peche, im Winter nicht zu
hart werden dürfen und im Sommer
nicht schmelzen dürfen. Man soll also darauf achten, daß die Peche bei den Temperaturen,
mit denen man in unseren Gegenden zu rechnen hat, sowohl im Winter als auch im Sommer
einen halbflüssigen Zustand aufweisen müssen.
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Die Erfinder haben nun festgestellt, daß zur Herstellung eines Betons,
dessen Festigkeitseigenschaften denen des Betons aus Portlandzement nicht nur gleichen,
sondern sie übertreffen, es im Gegensatz zu den früheren Verfahren absolut notwendig
ist, die Anwendung von Bindemitteln, die diese Halbflüssigkeit aufweisen, strengstens
zu vermeiden; das Bindemittel darf also bei Temperaturen, bei denen die fertigen
Gegenstände verwendet werden sollen, nicht halbflüssig werden. Als Temperaturintervall
kommen im allgemeinen, z. B. bei Kanalisationsröhren, Temperaturen von 2o' C Kälte
bis 7o' C Wärme in Frage, damit die Röhren z. B. vor ihrem Gebrauche im Sommer an
der Sonne ruhig übereinanderliegen können, ohne daß sie durch Erweichen des Bindemittels
ihre Form. verlieren. Bei der Herstellung von Behältern, die kochendem Wasser widerstehen
sollen, muß natürlich das Temperaturintervall bis auf zoo ° C erhöht werden.
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Um Bindemittel der gekennzeichneten Art zu ermitteln, war bisher keine
Methode bekannt. Die Erfinder haben aber in der Methode von Brinell, die bisher
nur zur Bestimmung der Härte von Metallen angewendet wurde, eine Methode ermittelt,
die es gestattet, sicher festzustellen, welche Bindemittel für den vorliegenden
Zweck benutzt werden können. Nach dieser Methode legt man auf den Probestein aus
Mörtel, den man durch warmes Zusammenmischen des zu prüfenden Peches mit Steinpulver
und Sand und nachheriges Erkaltenlassen hergestellt hat, eine kleine Stahlkugel
von bekanntem Durchmesser, auf die man einen bestimmten Druck ausübt. Man mißt dann
den Durchmesser des Eindruckes, den die Kugel in dem Probestein hinterlassen hat.
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Wenn man die so festgestellten Härtekoeffizienten sowie die dazugehörigen
Temperaturen graphisch darstellt, so erhält man Kurven, die bis zu einem gewissen
Temperaturpunkt gerade sind, dann aber plötzlich scharf abbiegen, wie beispielsweise
die folgenden Angaben zeigen.
| Temperatur: Brinellgrade |
| o ° 20,5 |
| Io° 20 |
| 20, =g,2 |
| 40 ° 17,5 |
| 500 =6,5 |
| 6o° =5,5 |
| 70° 6 |
| 80° 3 |
Man sieht aus vorstehenden Zahlen, daß das Erzeugnis bis zu der Temperatur von 6o'
hart bleibt, an welchem Punkte die Härte plötzlich erheblich ' abnimmt. Trotzdem
erscheint das Erzeugnis auch noch bei 8o' vollständig hart, wenn man es auf andere
Weise prüft, und sein Erweichungspunkt ist bei Anwendung der Prüfungsmethode von
Marbery und Sieplein oder der von Kremer und Sarnow bei dieser Temperatur noch nicht
erreicht.
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Bei weiteren Untersuchungen, die mit verschiedenen Pech- und Bitumensorten
vorgenommen wurden, mußte festgestellt werden, daß die oben angeführte charakteristische
Kurve für die einzelnen Peche verschieden ist. Beispielsweise liegt bei gewöhnlichem
Petroleumpech mit einem Erweichungspunkt von 68'
nach Kremer und Sarnow der
Knickpunkt der Brinellliurve (hier der Einfachheit halber der kritische Punkt genannt),
bei 5 °, während gewöhnliches Gashartpech mit demselben Erweichungspunkt seinen
kritischen Punkt bei 23' hat. Da der kritische Punkt und der Erweichungspunkt
in keinem Verhältnis zueinander stehen, so kann durch die bisher verwendete Methode
der Schmelzpunktbestimmung der kritische Punkt nicht bestimmt werden. Mit der Methode
von Brinell kann man jedoch, wie gezeigt, diese Temperatur mit einer für die Praxis
durchaus genügenden Genauigkeit bestimmen. Ebenfalls kann man, wie die Erfinder
festgestellt haben, mit Sicherheit sagen, daß jeder'Beton, der mit einem Bindemittel
bereitet worden ist, dessen nach der Methode Brinell bestimmter Erweichungspunkt
oberhalb der Temperatur liegt, bei der der Beton schließlich später Verwendung finden
soll, sich wie ein wirklicher Beton erweisen wird, d. h. mit anderen Worten, dieser
Beton wird sich bezüglich seiner mechanischen Widerstandsgrade bis zu der so bestimmten
Temperatur durchaus beständig verhalten.
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Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht also darin, zur Herstellung
von Beton aus Pechen wirklich harte und keine halbflüssigen Bindemittel zu verwenden.
Die Methode von Brinell hat sich hierbei als geeignet zur Bestimmung der Temperatur,
bei der ein Pech halbflüssig wird, erwiesen.
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Um aus handelsüblichen Teeren bzw. Pechen solche Peche zu erhalten,
die den vorstehend angegebenen Bedingungen entsprechen, muß man sie einer Destillation
unterziehen, um praktisch alle in ihnen enthaltenen öle zu entfernen. Man darf sich
also nicht, wie bisher, damit begnügen, nur einen Teil der vorhandenen Öle herauszudestillieren.
Tatsächlich haben die Erfinder festgestellt, daß selbst, wenn man Hartpech einer
Destillation unterwirft, dieses eine Ölmenge abgibt, die durchaus nicht vernachlässigt
werden darf.
Die anderen Bestandteile dieser Betons sind: sehr feines
Steinpulver, Sand, Kies oder Steine, vorzugsweise Steinschotter.
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Diese mineralischen Körper müssen so ausgewählt werden, daß sie in
Mischung mit dem geschmolzenen Bindemittel einen Brei ergeben, in dem die zerkleinerten
Steine oder der Kies in der Schwebe gehalten werden, also nicht untersinken. Stoffe,
wie z. B. Kalksteinpulver oder gemahlener Quarz sind besser verwendbar als poröse
Stoffe, wie Ton, die große Mengen Bindemittel aufsaugen.
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Es ist klar, daß die Herstellungskosten des Betons sich in dem Maße
vermindern, als man die Menge der mineralischen Stoffe im Verhältnis zu der des
Bindemittels erhöhen kann. Gleichzeitig wird dadurch auch die Festigkeit des Betons
erhöht, und die Gefahr wesentlich vermindert, daß sich, namentlich bei Gegenständen
von großen Ausmessungen und unregelmäßigen Formen, Risse und Spränge bilden.
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Der Zusatz von feinen Pulvern hat nicht etwa den Zweck, den der Sand
bei gewöhnlichem Beton erfüllt, d. h. Hohlräume auszufüllen, sondern vielmehr den
Zweck. der blasse eine ausreichende Viskosität zu erteilen, die die zerkleinerten
Steine am Einsinken in die Masse verhindert, so daß sie also in der Masse an ihrer
Stelle verbleiben. Man kann so bei genügender Durchmischung einen Beton bereiten,
in dem ein Ausscheiden einzelner Bestandteile nicht mehr stattfindet. Für die Gegenstände
des gewöhnlichen Bedarfes, so z. B. für gewöhnliche Abflußrohre, kann man Steinpulver
und Kalksteine verwenden. Zur Herstellung von Gegenständen, die mit Säuren in Berührung
kommen sollen, benutzt man z. B. Kieselerde, Quarz, Granit usw.
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Zur Herstellung des Betons erhitzt -man das Pech auf Zoo bis 25o°
C und trägt dann unter Umrühren das Steinpulver, den -Sand und die Steine ein. Das
Pulver kann zuerst eingetragen werden oder auch zu gleicher Zeit mit dem Sand und
den Steinen. Die aus dem Beton hergestellten Gegenstände kann man auch, ebenso wie
bei Zementbeton, mit Eisen armieren: Ein auf diese Weise hergestellter Beton kann
etwa folgende Zusammensetzung aufweisen
| Pech von geeigneten Brinell- |
| graden .................... 95 Teile, |
| Feines Quarzpulver .. .. ....... 305 - |
| Kieselsand . .. . . . . . . .. . . . . . . . . 270 - |
| Ouarz oder Granitschotter .... 330 - |
| i ooo Teile. |
Diese hier nur als Beispiel angegebenen Mengen können natürlich je nach Gestalt
und Dicke der zu , gießenden Gegenstände abgeändert werden; ebenso kann man den
Feinheitsgrad der zur Verwendung kommenden mineralischen Stoffe sowie die Qualität
des Peches abändern.
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Im Eidgenössischen Versuchs-Laboratorium zu Zürich wurde folgendes
festgestellt: Ein Beton aus Portlandzement, enthaltend q.oo kg Zement pro Kubikmeter
Beton, zeigte einen Widerstand gegen Bruch von 242 kg auf i qcm (nach 43 Tagen)
und einen Widerstand gegen die Biegung von ¢7 kg auf i qcm. Bei einem gemäß dem
vorliegenden Verfahren hergestellten Beton konnte dagegen ein Widerstand gegen Bruch
von 52o kg auf i qcm und gegen das Biegen von 82 kg auf i qcm festgestellt werden.