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Verfahren zur Herstellung betonartiger Nassen Im Patent 479 2 19
haben die Erfinder ein Verfahren zur Herstellung betonartiger Massen beschrieben,
deren mechanische Widerstandsfähigkeit derjenigen des Zementbetons gleich oder gar
überlegen ist. Die neuen betonartigen Massen werden durch Vermin schen von Hartpech
mit Sand und Kies o. dgl. Stoffen hergestellt. Damit sie allen technischen Anforderungen
entsprechen, so insbesondere auch ihre in der Kälte vorhandene mechanische Widerstandsfähigkeit
bei Temperaturen von 70° und selbst i oo' bewahren, mußten die Erfinder besondere
Hartpeche, herstellen, die von denen des Handels verschieden waren.
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Die Erfinder haben ferner gezeigt, daß es zur Bestimmung der Eigenschaften
eines, Peches, und ganz besonders zur Feststellung seiner kritischen Temperatur,
d. h. derjenigen Temperatur, bei der das Pech von dem festen Zustand in den halbflüssigen
übergeht, vorteilhaft ist, sich der Methode von B r i n e 11 zu bedienen. Die weiteren
praktischen Ergebnisse haben bewiesen, daß alle Peche, die sich, nach dieser Methode
geprüft, zur Herstellung solcher Betons als geeignet erwiesen, es auch tatsächlich
waren. Die Erfinder haben jedoch festgestellt, daß die Methode von B r i n .e 11
nicht in allen Fällen genügt. Bei der Aufstellung der Härtekurven, die man nach
dieser Methode unter dem Einfluß der steigenden Temperaturen-erzielte, hat man bei
gewissen Pechen, so z. B. bei Erdölpechen, gefunden, daß der Verlauf der Kurve gänzlich
verschieden ist von dem Verlauf einer z. B. mit einem Gaspech erhaltenen Kurve.
Während letztere an dem Punkte, der der kritischen Temperatur entspricht, eine ganz
deutliche Einwärtsbiegung zeigt, die genau erkennen läßt, wo sich die kritische
Temperatur des betreffenden Gaspeches befindet, geben Erdölpeche, gewisse Lignitpeche,
Bitumina usw. eine ziemlich regelmäßige Kurve, ja sogar bisweilen eine Gerade, die
keine Knickung erkennen läßt.
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Die Erfinder haben erkannt, daß man sich bei der Prüfung der Eignung
der Peche für den vorliegenden Zweck nicht auf die Methode von B rin e 11 beschränken
darf, sondern daß man in einigen Fällen Methoden wählen muß, die eine allgemeinere
Anwendung gestatten.
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Als Methoden, die man zur Bestimmung der kritischen Temperatur und
damit zur Bestimmung
der Eignung eines Bindemittels, das zur Herstellung
der betonartigen Massen gemäß vorliegender Erfindung verwendet werden soll, benutzen
kann, haben die Erfinder insbesondere die sogenannte Penetrometermethode und die
Blockprüfungsmethode, bei der Blöcke aus mit Hilfe eines schmelzbaren Bindemittels
bereiteten betonartigen Massen bei einer bestimmten Temperatur einer bestimmten
Belastung ausgesetzt werden, als geeignet herausgefunden. a) Prüfung mit dem Penetrometer
Das Penetrometer, so z. B. das von der Firma Baird & Tatlock Ltd. in London,
das mit einer abgerundeten Nadel versehen ist, wird bekanntlich für gewöhnlich zur
Prüfung von Asphalten und ähnlichen Körpern benutzt. Diese Körper sind bei den Temperaturen,
bei denen man sie anwendet und prüft, halbflüssig. Eine schwache Belastung, für
gewöhnlich ioo bis aoo g, genügt, um die Nadel des Penetrometers in das zu prüfende
Material eindringen zu lassen. Man hat festgestellt, daß es zur Prüfung von harten
und nichthalbflüssigen Stoffen mit dem Penetrometer notwendig ist, die Belastung
bis auf 2 kg und selbst 3k- zu erhöhen und am besten eine Nadel von i mm
Durchmesser, die zu einer feinen konischen Spitze von etwa 4 mm Länge ausgezogen
ist, anzuwenden.
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Man arbeitet z. B. in der Weise, daß man das zu prüfende Pech in Näpfe
gießt und diese Näpfe einige Stunden lang in Wasser eintaucht, das für jeden Napf
auf eine andere Temperatur gebracht worden ist; einige Minuten vor Ausführung der
Prüfung taucht man auch die Nadel des Penetrometers in das Wasser, und zwar so,
daß sie ganz genau die gleiche Temperatur wie das Pech annimmt. Man führt dann den
Napf, der unter dem heißen Wasser verbleibt, unter die Nadel des Penetrometers und
setzt die Vorrichtung in Tätigkeit. Man zeichnet dann für jede Temperatur die Tiefe
der Eindringung der Nadel auf und stellt eine Zeichnung auf, in die man die Temperaturen
als Abszissen und die entsprechenden Eindringungstiefen als Ordinaten einzeichnet.
Alsdann verbindet man die so bestimmten Punkte durch eine Linie, wobei man bemerkt,
daß die Linie, die durch alle diese Punkte geht, so lange eine Gerade bleibt, als
das geprüfte Pech noch hart ist. Bei dem Punkte, der der Temperatur entspricht,
bei dem das Pech anfängt, halbflüssig zu werden . (kritische Temperatur), biegt
die Kurve ein, wie dies auch bei den Härtekurven nach B r i n e 11 in den Fällen
geschieht, in denen die Methode B r i n e 11 anwendbar ist. b) Blockprüfungsmethode
Man stellt eine betonartige blasse her, indem man das zu prüfende Pech mit Steinpulver,
Sand und gegebenenfalls mit Kies vermischt und daraus Blöcke von i 6;\ ¢;< 4.
cm herstellt. Die Blöcke werden in den Apparat so eingebracht, däß die beiden Enden
der Blöcke aufliegen, während deren Mitte frei liegt. Man übt dann auf die Mitte
des Blockes mit Hilfe einer kalibrierten Feder einen Druck aus, der, je nach Art
des betreffenden Falles, einem Gewicht von 3o bis iookg entspricht. Die Blöcke werden
dann in Wasser oder, wenn man über eine Temperatur von i oo° gehen will, in Glycerin
eingetaucht, und die Flüssigkeiten während eines Zeitraumes, der zwischen zwei Tagen
und einer Woche schwanken kann, auf die gewünschte Temperatur gebracht. Es genügt
im allgemeinen, die Blöcke zwei Tage bei der Prüfungstemperatur zu belassen.
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Man stellt dabei fest, daß die Blöcke, solange die Temperatur unterhalb
der kritischen Temperatur des zu prüfenden Bindemittels liegt, keine Formveränderung
erleiden, sondern vollständig gerade bleiben. Wenn man jedoch die kritische Temperatur
des Bindemittels auch nur in geringem Maße überschreitet, sieht man, wie der Block
nach kürzerem oder längerem Zeitraume sich einbiegt und, wenn man die Prüfung fortsetzt
oder die Temperatur noch etwas steigert, nach starker Einbiegung schließlich in
seiner Mitte zerbricht.
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Dieser Versuch ist ein praktischer Versuch, der dem Vorgange entspricht,
daß Werkstücke, wie Rohre, die mit einer der hier in Frage kommenden betonartigen
Masse hergestellt sind und einer Belastung unter Temperatursteigerung ausgesetzt
werden, sich in der Praxis ebenfalls einbiegen und schließlich zerbrechen. Dies
ist z. B. der Fall, wenn solche Rohre, übereinandergelegt, einige Zeit der Sonnenwärme
ausgesetzt werden.
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Die Erfindung besteht also in :einem Verfahren zur Herstellung betonartiger
Massen mit Hilfe eines nicbthydraulischen. schmelzbaren Bindemittels, das darin
besteht, in der Wärme Steinpulver, Sand, grobzerkleinerte Steine u. dgl. mit einem
solchen Bindemittel zu mischen, bei dem man vorher entweder nach der Penetrometermethode
oder nach der Blockprüfungsmethode festgestellt hat, daß es eine kritische Temperatur
aufweist, die höher ist als diejenige Temperatur, bei der die aus der betonartigen
Masse hergestellten Gegenstände später verwendet werden sollen.
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Zuweilen ist es vorteilhaft, Gemische von Pechen zu verwenden; so@
kann man z. B. ein Gaspech, das eine erhöhte kritische Temperatur
aufweist,
mit einem Erdölpech vermengen, dessen kritische Temperatur niedriger ist.
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Es hat sich herausgestellt, daß es leichter ist, Teerpeche, deren
kritische Temperatur sehr hoch ist (gegen ioo°), als Erdölpeche von gleicher Eigenschaft
herzustellen. Man kann, wenn man ein Erdölpech herstellen will, das eine etwas tiefere
kritische Temperatur als die erwünschte aufweist, so vorgehen, daß man dem Erdölpech
einen gewissen Prozentsatz eines Gaspeches von höherer kritischer Temperatur einverleibt.
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Die anderen Bestandteile der betonartigen Masse nach vorliegender
Erfindung sind: sehr feines Steinpulver, Sand und Kies oder Steine, vorzugsweise
zerstoßene.
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Die Mineralstoffe müssen so ausgesucht werden, daß sie in Mischung
mit dem geschmolzenen Bindemittel einen Teig ergeben, in dem die zerstoßenen Steine
oder der Kies in der Schwebe bleiben, also nicht absetzen. Die mineralischen Stoffe
sollen am besten kompakt, d. h. nicht porös sein, da ein Stoff um so weniger Bindemittel
aufsaugt, je kompakter er ist, während poröse Stoffe zu viel Bindemittel verbrauchen.
Kalkstein oder zermahlener Quarz eignen sich also besser als poröser Ton.
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Es ist klar, daß, sich der Herstellungspreis der betonartigen Masse
in dem Maße erniedrigt, als man den Zusatz von Mineralstoffen erhöhen kann. Hierdurch
wird auch die Festigkeit des Betons erhöht und die Gefahr, daß Brüche oder Risse
entstehen, vermindert, die insbesondere in den Fällen besteht, wo es sich um Werkstücke
von großem Umfange oder sehr unregelmäßigen Formen handelt.
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Der Zusatz der feinen Steinpulver hat nicht nur den Zweck, die Hohlräume
auszufüllen, wie dies die Aufgabe des Sandes in dem gewöhnlichen Beton ist, sondern
vielmehr auch den Zweck, der Masse eine genügende Viskosität zu erteilen, damit
die zermahlenen Steine nicht einsinken, sondern an ihrer Stelle verbleiben. Man
kann auf diese Weise bei genügendem Umrühren betonartige Massen herstellen, in denen
keine Ausscheidung der einzelnen Bestandteile eintritt. Zur Herstellung von gewöhnlichen
Gebrauchsgegenständen, so z. B. von Abwässerrohren, kann man Kalksteine und gemahlene
Kalksteine verwenden. Zur Herstellung von säurebeständigen Gegenständen nimmt man
z. B. Silikate, Quarz usw. Beispiel Man stellt zunächst das besondere Pech her,
indem man ein Erdölpech bei ungefähr Sao' C unter einem absoluten Drucke von ungefähr
20 mm Quecksilber in Gegenwart eines Dampfstromes und unter fortgesetztem Umrühren
der Masse destilliert. Das so erhaltene besondere Pech wird in der Wärme mit feinem
Kalksteinpulver, grobem Sand und zerstoßenen Steinen im folgenden Verhältnis vermischt
i oo Gewichtsteile besonders zubereitetes Pech, 3oo Gewichtsteile feines Steinpulver,
38o Gewichtsteile Sand, 45o Gewichtsteile zerstoßene Steine.
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Die so erhaltene Masse wird heiß in Formen gegossen, um hieraus Gegenstände,
so z. B. Rohre, herzustellen.
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An Stelle des vorstehend angegebenen besonders zubereiteten Peches
kann man auch ein Pechgemenge verwenden. Es gibt Peche, die außerordentlich schwierig
auf einen höheren Erweichungspunkt gebracht werden können. Mischt man diese Peche
mit solchen Pechen, deren Erweichungspunkt leichter heraufgesetzt werden kann, z.
B. mit Steinkohlenteerpechen, so erhält man ein Pechgemisch, dessen Erweichungspunkt
ebenfalls leicht erhöht werden kann.
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Mischt man beispielsweise 8o Gewichtsteile Pech aus ägyptischem Erdöl,
dessen kritische Temperatur (durch den Penetrometer bestimmt) 23° ist, mit 2o Gewichtsteilen
Steinkohlenteerpech, dessen kritische Temperatur (bestimmt durch den Penetrometer)
8o° ist, so erhält man eine Mischung, deren kritische Temperatur etwa bei 36° liegt.
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Im folgenden sollen die Versuche mit dem Penetrometer angegeben werden,
nach denen die kritische Temperatur der Peche dieses Gemisches bestimmt worden ist.
| i. Steinkohlenteerpech |
| Temperatur Findringungstiefe |
| der Nadel |
| 20° C 1,2 mm |
| 40° C 1,3 - |
| 70: C 1,5 - |
| 80° C 1,6 - |
| 85° C 1,8 - |
| 9oc, C 214 - |
| ioo" C 4,6 - |
| Pech aus ägyptischem Erdöl |
| Temperatur Eindringungstiefe |
| der Nadel |
| i o' C 1,5 mm |
| 15_ C 1,7 - |
| 30, C 1,9 - |
| 23", C 2,05 - |
| 28` C 2,4 - |
| 34` C 3,1 - |
| 40` C 4,0 - |
| 48@.C. 66 - |
| 3. Mischung der beiden Peche |
| (s. vorstehend) |
| rindringungstiefe |
| Temperatur der Nadel |
| io° C 1,5 mm |
| 20° C 1,8 - |
| 30' C 2,05 - |
| 33° C 215 - |
| 38' C 2,4 - |
| 44° C 2,8 - |
| 50° C 3,5 - |
| 60° C 5,6 - |
Die Mischung der Peche besitzt also eine kritische Temperatur von 36° C, gemessen
mit dem Penetrometer. Die kritische Temperatur ist also infolge des Zusatzes von
Steinkohlenteerpech höher als die des Peches aus ägyptischem Erdöl. Ein Erdölpech
so schlechter Qualität, wie dieses ägyptische Pech, wird, um es für die Zwecke der
Erfindung brauchbar zu machen, besser vorher destilliert, um die kritische Temperatur
zu erhöhen, bevor man das Pech mit dem Steinkoblenteerpech vermischt, da sonst die
kritische Temperatur der Mischung immer noch zu tief liegt.
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Ein typisches natürliches Bitumen, der Gilsonit, gibt, mit dem Penetrometer
gemessen, folgende Zahlen:
| Temperatur Eindringungstiefe |
| der Nadel |
| io° C 1,85 mm |
| 20° C 49 |
| - |
| 30° C 2,0 _ |
| 5011 C 2,05 _ |
| 6o° C 2,1 - |
| 64° C 2,4 _ |
| 68° C 3,0 - |
| 75° C 47 - |
| 80" C 6,4 - |
Die Prüfung der Kurve zeigt, daß das untersuchte Muster Gilsonit eine kritische
Temperatur von ungefähr 6o° C aufweist.
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Der Gilsonit oder ähnliche Produkte können mit einem Pech vermischt
werden, das, um allein zur Herstellung von betonartigen Massen gemäß vorliegender
Erfindung zu dienen, zu schwach sein würde.
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Das Verhältnis von Pech oder ähnlichen Bindemitteln zu den zu bindenden
Mineralstoffen kann je nach der Größe der herzustellenden Blöcke oder anderen Betongegenstände
schwanken. Der Pechgehalt braucht nur 7,5 0'o oder noch weniger zu betragen. Der
Prozentgehalt der betonartigen Masse an Pech kann je nach der Dichte der angewendeten
Mineralstoffe schwanken.
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Man hat z. B. festgestellt, daß sehr harter Koks als mineralischer
Bestandteil angewendet werden kann. Man erhält hiermit eine Masse, die sehr leicht
ist; allerdings ist der Prozentsatz an Pech hier größer als in den Fällen, wo man
andere mineralische Stoffe anwendet.